(57)【要約】【課題】乳化剤の添加量を極力減らし、低コストに製造可能であり、二層分離せずに一定期間保存及び使用可能なエマルジョン燃料及びその製造方法を提供する。【解決手段】本発明によると、炭素微粒子を含む水と、炭化水素を含む溶液と、を含むことを特徴とするエマルジョン燃料が提供され、前記炭素微粒子の比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であり、前記エマルジョン燃料の全重量に対して０．５％以下の乳化剤をさらに含むことも可能なエマルジョン燃料が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素微粒子を含む水と、炭化水素を含む溶液と、を含むことを特徴とするエマルジョン燃料。
【請求項２】
前記炭素微粒子の比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料。
【請求項３】
前記エマルジョン燃料の全重量に対して０．５％以下の乳化剤をさらに含むことを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料。
【請求項４】
水と炭素微粒子とを混合し、
炭化水素を含む溶液を添加して混合することにより乳化する
ことを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項５】
前記炭素微粒子の比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする請求項４記載のエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項６】
前記エマルジョン燃料の全重量に対して０．５％以下の乳化剤をさらに添加することを特徴とする請求項４記載のエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項７】
炭素微粒子を含む水と、炭化水素を含む溶液と、を含むことを特徴とするエマルジョン燃料を製造するための混合攪拌装置。
【請求項８】
前記炭素微粒子の比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であることを特徴とする請求項７記載のエマルジョン燃料を製造するための混合攪拌装置。
【請求項９】
前記エマルジョン燃料の全重量に対して０．５％以下の乳化剤をさらに含むことを特徴とする請求項７記載のエマルジョン燃料を製造するための混合攪拌装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエマルジョン燃料及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在利用されている燃料の主流は化石燃料であり、その燃焼により発生する窒素化合物や硫黄酸化物、一酸化炭素、煤塵等は環境汚染の原因物質として知られている。
【０００３】
一方で、近年の原油の高騰は、世界経済において深刻な影響を及ぼし、化石燃料に代わる代替燃料の実用化に向けた開発が行われている。しかし、化石燃料に代わるだけの実用化には至っていない。
【０００４】
近年、化石燃料の有効な利用法の１つとして、エマルジョン燃料の開発が行われている。エマルジョン燃料は、一般に化石燃料等の燃料油に水と乳化剤として界面活性剤を添加し、機械的攪拌をすることにより、乳化させた燃料である。
【０００５】
エマルジョンには油中に水滴を含有した油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）と水中に油滴を含有した水中油滴型（Ｏ／Ｗ型）とがあり、一般にエマルジョン燃料としては油中水滴型が用いられる。エマルジョン燃料を燃焼させると、エマルジョンに含まれる沸点が低い水粒子がまず気化し、油を細かな粒子として飛散さる。これにより、油の粒子の比表面積が大きくなるため、燃焼効率が高くなり、また窒素酸化物や粒子状物質の発生を抑制する。
【０００６】
一方で、エマルジョン燃料は上述のとおり油中水滴型の粒子構造をとるため、熱力学的に不安定な状態にある。このためエマルジョンの粒子は、形成されると経時的に粒子が凝集し、最終的には油層と水層との二層に分離する。実用的には、このような二層分離が生じない状態で一定期間保存可能であることが望ましい。このようの二層分離を防ぐために、エマルジョン燃料の製造においては、乳化剤や安定化剤の添加や、エマルジョンの粒子径を出来る限り微細化するような方法が必要である。
【０００７】
一般的なエマルジョン燃料の製造方法については、例えば特許文献１や特許文献２のように、界面活性剤を添加して乳化させる方法が開示されている。しかし、例えば特許文献１は長期間保存させるために、濃縮エマルジョン燃料材を生成し、水で希釈した後に攪拌混合して利用するもので、燃焼に利用する希釈したエマルジョン燃料がどの程度の期間、二層に分離せずに安定であるかは開示していない。また、特許文献２は公害物質の低減と燃焼効率の向上に対して効果を示すが、保存可能な期間については開示していない。
【０００８】
また、実用的には乳化剤や安定化剤、特に界面活性剤の添加量が少ないほうが、その製造コストが安くなる。また、エマルジョン燃料の含水量が多いほうが経済的であり望ましい。
【０００９】
【特許文献１】特許第３７７６１８８号公報
【特許文献２】特許第３１０３９２３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
乳化剤の添加量を極力減らし、低コストに製造可能であり、二層分離せずに一定期間保存及び使用可能なエマルジョン燃料及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一実施形態によると、炭素微粒子を含む溶液と、炭化水素を含む油と、を含むことを特徴とするエマルジョン燃料が提供される。
【００１２】
前記炭素微粒子の比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であってもよい。
【００１３】
前記エマルジョン燃料の全重量に対して０．５％以下の乳化剤をさらに含んでもよい。
【００１４】
また、本発明の他の実施形態によると、水と炭素微粒子を混合し、炭化水素を含む溶液を添加して混合することにより乳化することを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法が提供される。
【００１５】
前記炭素微粒子の比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であってもよい。
【００１６】
前記エマルジョン燃料の全重量に対して０．５％以下の乳化剤をさらに添加してもよい。
【００１７】
また、本発明の他の実施形態によると、炭素微粒子を含む水と、炭化水素を含む溶液と、を含むことを特徴とするエマルジョン燃料を製造するための混合攪拌装置が提供される。
【００１８】
前記炭素微粒子の比表面積が１００ｍ２／ｇ以上であってもよい。
【００１９】
前記エマルジョン燃料の全重量に対して０．５％以下の乳化剤をさらに含んでもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、乳化剤の添加量を極力減らし、低コストに製造可能であり、二層分離せずに一定期間保存及び使用可能なエマルジョン燃料及びその製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係るエマルジョン燃料及びその製造方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、各実施形態において、同様の構成については同じ符号を付し、改めて説明しない場合がある。
【００２２】
（実施形態１）
図１は、本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置１００の模式図である。製造装置１００は、混合槽１０１、近赤外線照射槽１１１及びミキサー１２１を有する。
【００２３】
混合槽１０１は、配管１５１、配管１５３及び配管１６１が接続される。近赤外線照射槽１１１は配管１５３及び配管１５５が接続される。ミキサー１２１は配管１５５、配管１５７、配管１５９及び配管１６１が接続される。
【００２４】
本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料の製造は、まず、配管１５１から原料となる水を混合槽１０１に供給し、炭素微粒子を添加して混合する。混合方法としては、攪拌による方法等があるが、本発明の本実施形態に係る混合方法は超音波法が好ましい。
【００２５】
本発明の本実施形態に係る炭素微粒子としては、ナノダイヤを用いることが好ましい。特に、比表面積が１００ｍ２／ｇ以上のナノダイヤは、本発明のエマルジョン燃料の製造において効果的である。ナノダイヤは、混合する水の重量に対して１／１００００００程度となるように添加する。ナノダイヤの添加量は、この後の工程で混合する化石燃料等の種類や量に応じて適宜変更することが出来る。
【００２６】
炭素微粒子と混合した水は、配管１５３を通して、近赤外線照射槽１１１へ送られる。近赤外線照射槽１１１において、炭素微粒子と混合した水は近赤外線を照射される。近赤外線の照射量及び時間は、この後の工程で混合する化石燃料等の種類や量に応じて適宜調整することが出来る。
【００２７】
近赤外線を照射した炭素微粒子と混合した水は、配管１５５を通して、ミキサー１２１へと送液される。また、配管１５７からは、化石燃料等の燃料となる油成分が供給される。図２は、ミキサー１２１を示した図である。また、図３（ａ）及び（ｂ）は、ミキサー１２１内での流体の動きを模式的に示した図である。
【００２８】
本発明の本実施形態に係るミキサー１２１は、図２に示した内部に配置した凹凸により、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すような複雑な攪拌作用をもたらす。この攪拌は、衝突乱流、回転、合流、変向、分岐、収束、拡散を組み合せることにより、効率的に炭素微粒子と混合した水と燃料となる油成分とを混合し、エマルジョンの微粒子を形成することが出来る。
【００２９】
精製されたエマルジョン燃料は、配管１６１を通して、再び混合槽１０１へと返送される。上述の工程を２〜７回繰り返すことにより、良好なエマルジョン燃料を生成する。上記工程の繰り返しは、添加する化石燃料等の性状により適宜変更することが出来る。生成したエマルジョン燃料は、配管１５９より系外へと送液され、回収される。
【００３０】
炭素微粒子と混合した水は、エマルジョン燃料の全重量に対して、１０〜５０％混合することが出来る。燃料となる油成分は、化石燃料を主たる成分として、食用油を混合して添加することも出来る。また、アルコールのような液体の可燃性物質を添加することも出来る。さらに、燃料となる油成分に応じて、エマルジョン燃料の全重量に対して０．５％以下の乳化剤や界面活性剤、安定化剤を添加してもよい。
【００３１】
本発明の本実施形態に係るエマルジョン燃料は、二層分離することなく１ヶ月以上保存及び使用が可能である。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態１の本発明に係るエマルジョン燃料の製造方法によると、１ヶ月以上保存及び使用が可能なエマルジョン燃料が提供される。また、炭素微粒子を用いることにより、乳化剤や界面活性剤、安定化剤を添加することなく、もしくは使用量を低く抑えることが出来るため、エマルジョン燃料の製造コストを抑制する優れた効果を奏する。
【００３３】
（実施形態２）
図４は、本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置２００の模式図である。製造装置２００は、タンク２０１、タンク２１１及びミキサー２２１を有する。
【００３４】
タンク２０１及びタンク２１１には、配管２５１が接続される。ミキサー２２１には、配管２５１及び配管２５３が接続される。タンク２０１には、実施形態１で混合及び近赤外線照射された炭素微粒子と混合した水が貯蔵される。また、タンク２１１には、燃料となる油成分が貯蔵される。
【００３５】
本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料の製造は、まず、配管２５１を通して、タンク２０１から炭素微粒子と混合した水が、タンク２１１から燃料となる油成分がミキサー２２１へ供給される。
【００３６】
ミキサー２２１は、実施形態１で説明した本発明に係るミキサー１２１を小型化したものである。炭素微粒子と混合した水と燃料となる油成分とは、ミキサー２２１により攪拌混合され、エマルジョンの微粒子を形成し、エマルジョン燃料となる。
【００３７】
生成したエマルジョン燃料は、配管２５３を通して、系外へ送液される。配管２５３は、直接ボイラー等に接続することが出来る。
【００３８】
炭素微粒子と混合した水は、エマルジョン燃料の全重量に対して、１０〜５０％混合することが出来る。燃料となる油成分は、化石燃料を主たる成分として、食用油を混合して添加することも出来る。また、アルコールのような液体の可燃性物質を添加することも出来る。
【００３９】
本発明の本実施形態に係るエマルジョン燃料は、乳化剤や界面活性剤、安定化剤を添加する必要はないが、長期保存する場合には、燃料となる油成分に応じて、エマルジョン燃料の重量に対して０．５％以下となるように添加してもよい。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態２の本発明に係るエマルジョン燃料の製造方法によると、予め生成した炭素微粒子と混合した水を貯蔵して用いることにより、簡便な製造装置により、エマルジョン燃料が提供される。また、炭素微粒子を用いることにより、乳化剤や界面活性剤、安定化剤を添加することなく、もしくは使用量を低く抑えることが出来るため、エマルジョン燃料の製造コストを抑制する優れた効果を奏する。
【００４１】
（実施形態３）
図５は、本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置３００の模式図である。製造装置３００は、タンク３０１、タンク３１１及び混合層３２１を有する。
【００４２】
タンク３０１には配管３５１が接続され、タンク３１１には配管３５３が接続される。混合槽３２１には、配管３５１、配管３５３及び配管３５５が接続される。タンク３０１には、実施形態１で混合及び近赤外線照射された炭素微粒子と混合した水が貯蔵される。また、タンク３１１には、燃料となる油成分が貯蔵される。
【００４３】
本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料の製造は、まず、配管３５１を通して、タンク３０１から炭素微粒子と混合した水が混合槽３２１へ供給され、ノズルから噴射される。一方、配管３５３を通して、タンク３１１から混合槽３２１へ燃料となる油成分が供給され、ノズルから噴射される。
【００４４】
炭素微粒子と混合した水及び燃料となる油成分が混合槽３２１内に噴射されることにより、混合され、エマルジョンの粒子が形成される。生成したエマルジョン燃料は、配管３５５を通して、系外へ送液される。配管３５５は、直接ボイラー等に接続することが出来る。
【００４５】
炭素微粒子と混合した水は、エマルジョン燃料の全重量に対して、１０〜５０％混合することが出来る。燃料となる油成分は、化石燃料を主たる成分として、食用油を混合して添加することも出来る。また、アルコールのような液体の可燃性物質を添加することも出来る。
【００４６】
本発明の本実施形態に係るエマルジョン燃料は、乳化剤や界面活性剤、安定化剤を添加する必要はないが、長期保存する場合には、燃料となる油成分に応じて、エマルジョン燃料の重量に対して０．５％以下となるように添加してもよい。
【００４７】
以上説明したように、本実施形態３の本発明に係るエマルジョン燃料の製造方法によると、予め生成した炭素微粒子と混合した水を貯蔵して用いることにより、簡便な製造装置により、エマルジョン燃料が提供される。また、炭素微粒子を用いることにより、乳化剤や界面活性剤、安定化剤を添加することなく、もしくは使用量を低く抑えることが出来るため、エマルジョン燃料の製造コストを抑制する優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置１００の模式図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るミキサー１２１を示した図である。
【図３】（ａ）は本発明の一実施形態に係るミキサー１２１内での流体の動きを模式的に示した図である。（ｂ）は本発明の一実施形態に係るミキサー１２１内での流体の動きを模式的に示した図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置２００の模式図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置３００の模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１００  実施形態１の製造装置
１０１  混合槽
１１１  近赤外線照射槽
１２１  ミキサー
１５１  配管
１５３  配管
１５５  配管
１５７  配管
１５９  配管
１６１  配管
２００  実施形態２の製造装置
２０１  タンク
２１１  タンク
２２１  ミキサー
２５１  配管
２５３  配管
３００  実施形態３の製造装置
３０１  タンク
３１１  タンク
３２１  混合槽
３５１  配管
３５３  配管
３５５  配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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