JP2013095884A - エマルション燃料生成装置および方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高可燃性液体（例、軽油）と低可燃性液体（例、水）とを混合して生成するエマルション燃料において、高可燃性液体の混合割合を低減出来、コスト低減、排気ガス中のＮＯｘ等の低減が促進されるエマルション燃料を提供する。
【解決手段】高可燃性液体供給部１の次段に、高可燃性液体を第１の極性にイオン化するイオン化処理部６を設ける。次に、イオン化された高可燃性液体を、圧力をかけてろ過部材を通過させることにより微粒子化する微粒子化部３を設ける。同様に、低可燃性液体供給部２の次段に、低可燃性液体を前記第１の極性とは反対の極性にイオン化するイオン化処理部７を設け、イオン化された高可燃性液体を、圧力をかけてろ過部材を通過させることにより微粒子化する微粒子化部４を設ける。微粒子化部３，４からのイオン化微粒子を噴霧混合処理部８内でそれぞれ噴霧して混合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高可燃性液体と低可燃性液体とを混合して、エマルション燃料を生成する装置および方法に関するものである。

燃焼により生じる排気ガスに含まれるＮＯｘやＣＯ₂ 等を少なくする燃料として、エマルション燃料が提案され、その研究，開発が盛んに行われている。
エマルション燃料は、高可燃性液体と低可燃性液体とを混合して生成される燃料である。高可燃性液体としては例えば経由，重油等を用いることが出来、低可燃性液体としては例えば水（軟水）を用いることが出来る。高可燃性液体として油類（Ｏｉｌ）を用い、低可燃性液体として水（Ｗａｔｅｒ）を用いて生成した場合のエマルション燃料は、Ｗ／Ｏエマルション燃料と呼ばれている。

図２は、従来のエマルション燃料生成装置の１例を示す図である。図２において、１は高可燃性液体供給部、２は低可燃性液体供給部、３，４は微粒子化部、５は攪拌混合処理部である。以下、高可燃性液体として軽油を用い、低可燃性液体として水（軟水）を用いた場合を例に取って説明する。

高可燃性液体供給部１は、燃料生成に使用する軽油を微粒子化部３へ供給する構成部分であり、低可燃性液体供給部２は、燃料生成に使用する水を微粒子化部４へ供給する構成部分である。
従って、これらには、軽油や水を一時的に溜めておく容器とか、軽油や水を送り出すポンプ等が具えられている。

微粒子化部３，４は、送られて来た液体を微細な粒子とするよう構成された部分である。これらには、微細な孔が開いているろ過部材（例えば、ポーラス膜，多孔質ガラス膜）が具えられており、送られて来た液体はここを圧力をかけて通過させられ、微粒子化される。即ち、微粒子化部３では軽油が微粒子化され、微粒子化部４では水が微粒子化される。なお、微粒子化部は、微細孔のサイズがナノメーター位の場合、ナノボックスと呼ばれることもある。
攪拌混合処理部５には、機械的に液体を攪拌する手段が具えられている。攪拌手段としては例えば高速攪拌機等が用いられ、１５００ｒｐｍ以上の回転速度で攪拌される。攪拌混合処理部５では、微粒子化部３から排出されて来る微粒子化された軽油と、微粒子化部４から排出されて来る微粒子化された水とが、機械的に攪拌混合される。

攪拌混合の結果、エマルション燃料が生成される。このエマルション燃料は、軽油と水との混合物であり水が混じっているにもかかわらず、軽油だけを燃やした場合とほぼ同じ熱量を発生することが出来る。そのようなエマルション燃料が、軽油と水との混合比を「軽油：水＝（１００−Ｎ）：Ｎ」として生成されたものであったとすると、軽油をＮ％少なくしても、軽油１００％の燃料を燃やした場合と同じ熱量が得られることとなる。するとコストが少なくて済むと共に、燃やす軽油の量が少なくなる分だけＮＯｘ等の量も少なくなる。

上記のような従来装置で実施されているエマルション燃料生成方法は、次のような過程から成るものであった。
１．高可燃性液体をろ過部材を通過させて微粒子化する高可燃性液体微粒子生成過程
２．低可燃性液体をろ過部材を通過させて微粒子化する低可燃性液体微粒子生成過程
３．高可燃性液体微粒子と低可燃性液体微粒子とを機械的に攪拌して混合する攪拌混合処理過程
特開２００７−１９７６４８号公報

前記したような従来の技術には、次のような問題点があった。
第１の問題点は、高可燃性液体の低減量をなかなか大きくすることが出来ず、コストの低減やＮＯｘ等の低減が促進されないという点である。
高可燃性液体だけを燃やした時に得られるのと同等の熱量を得ようとした場合、高可燃性液体と低可燃性液体とを混合する際、高可燃性液体を所定比以上は低減することが出来ないというような限界が、どうやらあるようであった。例えば、軽油と水とを従来技術で混合して生成する場合、せいぜい軽油：水＝７０：３０程度の比にするのが限界のようであった。軽油の割合をそれ以上小にすると、上記のような熱量を得ることは出来ないし、失火トラブルも起こりがちとなる。軽油の割合をこれ以上に少なくすることが出来なければ、コストの低減やＮＯｘ等の低減を従来以上に進めることは出来ない。

第２の問題点は、生成したエマルション燃料の比重の低減もなかなか進まないという点である。
エマルション燃料の比重は小さい方が良い。なぜなら小さい方が燃え易いし、通流される配管内にこびり付いて、配管を詰まらせたりすることがないからである。ところが、攪拌混合により生成した従来のエマルション燃料の比重は、各液体の比重と各液体の混合割合とより理論的に算出した値とほぼ同じ程度であり（例えば、０．９２）、それより更に低減することは難しい。

第３の問題点は、生成したエマルション燃料を燃やす時の燃焼音が大きいという点である。
従来技術で生成したエマルション燃料は、燃焼する時、パチパチという音を発生し、周囲に騒音を撒き散らす。
本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、高可燃性液体と低可燃性液体とを混合してエマルション燃料を生成するエマルション燃料生成装置を、高可燃性液体を供給する高可燃性液体供給部（１）と、該高可燃性液体供給部より供給された高可燃性液体を第１の極性にイオン化する第１のイオン化処理部（６）と、該第１のイオン化処理部でイオン化された高可燃性液体を圧力をかけてろ過部材を通過させることにより微細な粒子にする第１の微粒子化部（３）と、低可燃性液体を供給する低可燃性液体供給部（２）と、該低可燃性液体供給部より供給された低可燃性液体を前記第１の極性とは反対の第２の極性にイオン化する第２のイオン化処理部（７）と、該第２のイオン化処理部でイオン化された低可燃性液体を圧力をかけてろ過部材を通過させることにより微細な粒子にする第２の微粒子化部（４）と、前記第１の微粒子化部からの高可燃性液体のイオン化微粒子を噴霧すると共に、前記第２の微粒子化部からの低可燃性液体のイオン化微粒子を噴霧して、両者を混合する噴霧混合処理部（８）とを具える構成とした。

また本発明では、高可燃性液体と低可燃性液体とを混合してエマルション燃料を生成するエマルション燃料生成方法を、高可燃性液体を第１の極性にイオン化する工程と、イオン化された高可燃性液体をろ過部材を通過させて微粒子化する工程とから成る高可燃性液体イオン化微粒子生成過程と、低可燃性液体を第１の極性とは反対の第２の極性にイオン化する工程と、イオン化された低可燃性液体をろ過部材を通過させて微粒子化する工程とから成る低可燃性液体イオン化微粒子生成過程と、高可燃性液体のイオン化微粒子を噴霧すると共に、低可燃性液体のイオン化微粒子を噴霧して両者を混合する噴霧混合処理過程とから成る方法とした。
なお、上記した装置および方法においては、例えば高可燃性液体として軽油を用い、低可燃性液体として軟水を用いることが出来る。

本発明のエマルション燃料生成装置および方法によれば、次のような効果を奏する。
１．高可燃性液体の低減量を従来より大にすることが出来るので、コストの低減やＮＯｘ等の低減が促進される。
本発明によれば、高可燃性液体の混合割合を従来より減らしても、燃焼時に従来と同等以上の熱量を得ることが出来る。従って、高可燃性液体の使用量を少なくすることが出来、コストは低減されるし、発生するＮＯｘ等の量は少なくなる。

２．生成したエマルション燃料の比重を、従来より小にすることが出来る。
本発明で生成したエマルション燃料の比重は、０．８０〜０．８５位の値となる。その原因は未だ詳しく解明してはいないが、現実にはそういう値となる。これは従来のエマルション燃料と比べて小となる。そのため、燃焼し易くなると共に、通流される配管内にこびり付き難くなり、配管を詰まらせ難くなる。

３．生成したエマルション燃料を燃やす時の燃焼音を小にすることが出来る。
燃焼音が、従来のエマルション燃料の燃焼音に比べ極めて小さく、ほとんど音をたてないと言ってもいいくらい静かに燃焼する。そのため、周囲に騒音を撒き散らすことがない。

本発明のエマルション燃料生成装置を示す図 従来のエマルション燃料生成装置を示す図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のエマルション燃料生成装置を示す図である。符号は図２のものに対応し、６，７はイオン化処理部である。図２と同じ符号のものの構成，動作は、図２のところで説明したのと同様であるので、その説明は省略する。
イオン化処理部６は高可燃性液体供給部１と微粒子化部３との間に挿設され、イオン化処理部７は低可燃性液体供給部２と微粒子化部４との間に挿設される。イオン化処理部６，７は、ここへ供給されて来る液体をイオン化する部分であり、ここには、電圧をかけて高電界の場を生ぜしめる装置が具えられている。

高可燃性液体として軽油を用い、低可燃性液体として水（軟水）を用いた場合を例にとって説明する。
軽油は、先ずイオン化処理部６へ送られ、ここでプラスにイオン化される。次に、イオン化された軽油は微粒子化部３へ送られ、ここでは、圧力をかけてろ過部材を通過させられ、微粒子化される。
他方、水は、先ずイオン化処理部７へ送られ、ここで前記のイオン化処理部６とは逆極性のマイナスにイオン化される。次に、イオン化された水は微粒子化部４へ送られ、ここでは、圧力をかけてろ過部材を通過させられ、微粒子化される。

微粒子化部３からはプラスにイオン化された軽油の微粒子が排出され、微粒子化部４からはマイナスにイオン化された水の微粒子が排出され、これらはそれぞれ噴霧混合処理部８へ送られる。
噴霧混合処理部８は、供給される２種の液体をそれぞれノズル（図示せず）から霧状に噴射して、両者を混合させる構成とされている。従って、プラスにイオン化された軽油微粒子とマイナスにイオン化された水微粒子は、噴霧混合処理部８においてそれぞれ噴霧された状態で混合される。微粒子が異なる極性にイオン化されているので、微小な空間でも両者が入り込んで混ざり合おうとし、混合は極めて均一に行われる（機械的攪拌による混合に比べて）。

このようにして生成されたエマルション燃料の質は、極めて良い。例えば、本発明により、軽油：水＝５０：５０という混合比で生成したエマルション燃料は、軽油だけを燃焼させた場合の熱量の１１０％の熱量を発生した。また比重は、軽油の比重（０．８５）と同程度という軽さであり、燃焼時に発生する音は殆ど聞こえないと言ってもいい位の小ささであった。

前記した本発明装置で実施されているエマルション燃料生成方法は、次のような過程から成るものである。
１．高可燃性液体（軽油）を第１の極性（プラス）にイオン化する工程と、イオン化された高可燃性液体をろ過部材を通過させて微粒子化する工程とから成る高可燃性液体イオン化微粒子生成過程
２．低可燃性液体（水）を第１の極性とは反対の第２の極性（マイナス）にイオン化する工程と、イオン化された低可燃性液体をろ過部材を通過させて微粒子化する工程とから成る低可燃性液体イオン化微粒子生成過程
３．高可燃性液体（軽油）のイオン化微粒子を噴霧すると共に、低可燃性液体（水）のイオン化微粒子を噴霧して両者を混合する噴霧混合処理過程

１…燃料油供給部、２…水供給部、３，４…微粒子化部、５…攪拌混合処理部、６，７…イオン化処理部、８…噴霧混合処理部

Claims (4)

1. 高可燃性液体と低可燃性液体とを混合してエマルション燃料を生成するエマルション燃料生成装置において、
   高可燃性液体を供給する高可燃性液体供給部（１）と、
   該高可燃性液体供給部より供給された高可燃性液体を第１の極性にイオン化する第１のイオン化処理部（６）と、
   該第１のイオン化処理部でイオン化された高可燃性液体を圧力をかけてろ過部材を通過させることにより微細な粒子にする第１の微粒子化部（３）と、
   低可燃性液体を供給する低可燃性液体供給部（２）と、
   該低可燃性液体供給部より供給された低可燃性液体を前記第１の極性とは反対の第２の極性にイオン化する第２のイオン化処理部（７）と、
   該第２のイオン化処理部でイオン化された低可燃性液体を圧力をかけてろ過部材を通過させることにより微細な粒子にする第２の微粒子化部（４）と、
   前記第１の微粒子化部からの高可燃性液体のイオン化微粒子を噴霧すると共に、前記第２の微粒子化部からの低可燃性液体のイオン化微粒子を噴霧して、両者を混合する噴霧混合処理部（８）と、
   を具えたことを特徴とするエマルション燃料生成装置。
2. 高可燃性液体として軽油を用い、低可燃性液体として軟水を用いたことを特徴とする請求項１記載のエマルション燃料生成装置。
3. 高可燃性液体と低可燃性液体とを混合してエマルション燃料を生成するエマルション燃料生成方法において、
   高可燃性液体を第１の極性にイオン化する工程と、イオン化された高可燃性液体をろ過部材を通過させて微粒子化する工程とから成る高可燃性液体イオン化微粒子生成工程と、
   低可燃性液体を第１の極性とは反対の第２の極性にイオン化する工程と、イオン化された低可燃性液体をろ過部材を通過させて微粒子化する工程とから成る低可燃性液体イオン化微粒子生成工程と、
   高可燃性液体のイオン化微粒子を噴霧すると共に、低可燃性液体のイオン化微粒子を噴霧して両者を混合する噴霧混合処理過程と
   から成ることを特徴とするエマルション燃料生成方法。
4. 高可燃性液体として軽油を用い、低可燃性液体として軟水を用いたことを特徴とする請求項３記載のエマルション燃料生成方法。

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