(57)【要約】【課題】燃料油中の水分を確実に除去する。【解決手段】  燃料油中に、鉄粉、高分子吸水材を主成分とする薬剤を保持することにより、結露により発生する水分を完全に除去する。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄粉を主成分とする燃料油用水分除去剤で、鉄粉が無被覆あるいは厚さ１０ミクロンメートル以下の有機物あるいは無機物の被膜で被覆されていることを特徴とする燃料油用水分除去剤。
【請求項２】
鉄粉に対して、高分子吸水材粉末を０．５〜５重量パーセント含有することを特徴とする請求項１記載の燃料油用水分除去剤。
【請求項３】
鉄粉に対して、酸化カルシウム粉末を１０重量パーセント以下含有することを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料油用水分除去剤。
【請求項４】
鉄粉を含有する層と天然あるいは合成繊維層とが交互に重なるサンドイッチ構造を持つこと、あるいは天然あるいは合成繊維層内に鉄粉を主成分とする水分除去剤を分散させた構造を持つことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の燃料油用水分除去剤。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、結露による燃料油中の水分を完全に除去し、あわせて鉄製容器の腐食を防止する薬剤の成分に関する。
【背景技術】
【０００２】
【特許文献１】特開２００６−２０２８号公報。
【非特許文献１】増子昇著「さびのおはなし」日本規格協会、１９９７年３月発行増補版、５０、５１、６１、８８頁。
【非特許文献２】井上勝也著「錆をめぐる話題」裳華房、１９９４年１１月発行６２頁。
【非特許文献３】松島巌著「腐食防食の実務知識」オーム社、２００２年２月発行１０８頁。
【非特許文献４】松島巌著「錆の本」日刊工業新聞社、２００２年９月発行１０頁。
【非特許文献５】「金属の百科事典」丸善、１９９９年９月発行４７０頁。
【非特許文献６】園田昇、亀岡弘編「有機工業化学」化学同人、１９９３年２月発行第二版２０８、４０３頁。
【非特許文献７】片柴秀昭著「日本機械学会論文集」Ｂ編６４巻６１９号、日本機械学会、１９９８年３月発行、２９９頁。
【非特許文献８】「理科年表」丸善、１９８８年１１月発行、４３９、４４２頁
【非特許文献９】物質・材料研究機構粒子アセンブル研究会編「粒子集積化技術の世界」工業調査会、２００１年６月発行、１５１〜１５５頁。
【非特許文献１０】桐生春雄監修「水性コーティング」シーエムシー出版、普及版２００４年１０月発行。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この発明は、結露により燃料油中に取り込まれる水分を完全に除去し、あわせて鉄製容器の腐食を防止して、装置の寿命を長くする技術を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この発明は、燃料油中に鉄粉、高分子吸水材を主成分とする薬剤を保持することにより、結露により発生する水分の完全な除去をめざすものである。
【０００５】
特許文献１によれば、改質燃料油の製造に際して、水分の除去は１００度以上の加熱により行われており、結露による水分の生成、混入およびそれの除去はその課題となっていない。
【０００６】
一回の結露による発生水分量は微量であるとはいえ、結露が長期間にわたって繰り返されると、発生水分量も無視できる量ではなくなり、その結果、長期にわたって鉄製容器を腐食させるものである。
【０００７】
ここでまず鉄の腐食反応について考えると、鉄の腐食反応の主要因は水と酸素の二つであることが、非特許文献４の１０頁に述べられている。
【０００８】
この二つの主要因のうちどちらか一つが欠けても、鉄の腐食反応は進行しない。
【０００９】
鉄の腐食反応式は非特許文献１によれば、６１頁に次式が示されている。  Ｆｅ＋１／２Ｏ２（空気中）＋７Ｈ２Ｏ（水溶液）
＝Ｆｅ（Ｈ２Ｏ）６＋２（水溶液）＋２ＯＨ-（水溶液）・・・１
【００１０】
また鉄の腐食反応が成長性で止まらない原因として、非特許文献１の８８頁には次式があげられている。
Ｆｅ＋３／４Ｏ２＋１／２Ｈ２Ｏ＝ＦｅＯＯＨ・・・２
８ＦｅＯＯＨ＋Ｆｅ＝３Ｆｅ３Ｏ４＋４Ｈ２Ｏ・・・３
３Ｆｅ３Ｏ４＋３／４Ｏ２＋９／２Ｈ２Ｏ＝９ＦｅＯＯＨ・・・４
【００１１】
すなわち、反応式３と反応式４とが循環サイクルを形成する。
【００１２】
また同上箇所に副反応として次式があげられている。
Ｆｅ＋１／２Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＝Ｆｅ（ＯＨ）２・・・５
３Ｆｅ（ＯＨ）２＋１／２Ｏ２＝Ｆｅ３Ｏ４＋３Ｈ２Ｏ・・・６
【００１３】
なお鉄錆の主成分は非特許文献１の５０、５１頁には、ＦｅＯＯＨ（あるいはＦｅ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ）（α、β、γ形）、三種類のＦｅＯＯＨとＦｅ３Ｏ４との混合物、Ｆｅ（ＯＨ）３（あるいはＦｅ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ、これは脱水されるとＦｅ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ（ＦｅＯＯＨ）となる）があげられている。  
【００１４】
ガソリン中の酸素溶解度は水中の約６倍であることが非特許文献３の１０８頁に述べられている。
【００１５】
すなわち、燃料油中には鉄の腐食反応を進めるに十分な酸素量が常に存在する。
【００１６】
一方、気温の変動により結露を生じると、常に水分が燃料油中に供給されることが非特許文献２の６２頁に述べられている。
【００１７】
すなわち、結露現象は燃料油中に常に水分をもたらす元凶である。
【００１８】
通常、結露対策はそれほど真剣に行われていないため、燃料油中には常に水分が存在する。
【００１９】
ひとつの対策は燃料油中に水に対する乳化剤を加えておくことにより、その水分を乳化して燃料油中にエマルジョンとして混入させ、燃料油と一緒に燃焼させることである。
【００２０】
この方式では燃料油を追加するたびに、乳化剤の追加も必要となり、実際上はわずらわしくまたコストのかかる対策法である。
【００２１】
以上のように、燃料油中に酸素と水分が同時に存在するのが常態であるので、鉄の腐食反応がどんどん進行する条件下にあるにもかかわらず、その防止対策が取られていないのが実状である。
【００２２】
非特許文献８、４３９頁には、燃料油である重油、灯油、ガソリンの密度はそれぞれ、０．８５〜０．９０、０．８０〜０．８３、０．６６〜０．７５ｋｇ／Ｌであり、水のそれ（１．０ｋｇ／Ｌ）よりも小さいことが示されている。
【００２３】
すなわち、結露により生じた水分は、密度差により、燃料油中では常に底に沈み、鉄製容器の壁と常に接触した状態にある。
【００２４】
自然放置しておけば、適当なポリマー被膜で保護された鉄板であっても、水分がその保護皮膜層を浸透していく結果、ゆっくりと鉄の腐食反応が進行するので、腐食反応を防止できない。
【００２５】
事実、数年間使用した石油ストーブの内部やガソリン携行缶の内部には鉄錆の発生が見られた。
【００２６】
以上に説明したように鉄錆の生成反応は停止せず進行する性格をもつので、そのまま放置しておくといつか携行缶に穴のあく可能性がある。
【００２７】
ガソリン携行缶に穴があけば、引火の危険性や火事になるおそれがあるので、その防止は緊急を要する課題である。
【００２８】
石油ストーブや石油ファンヒーターにしても、内部が鉄錆生成で腐食されると、その寿命が短くなるので不経済である。
【００２９】
車両用の燃料油タンクや家庭用あるいは業務用据え置き燃料油タンクあるいはガソリンスタンドの地下燃料油貯蔵タンクに関しても同様である。
【００３０】
それらは常に、結露による水分発生と、その水分による鉄製容器の腐食という難問に直面している。
【００３１】
すなわち、燃料油中の水分による鉄製容器の腐食防止対策は現下の緊急課題であることは誰の目にも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。
「比較例１」
【００３３】
非特許文献６の２０８頁には高分子吸水材について記述があり、スポンジなどは自重の２０倍程度しか吸水能力がないのに反して、高分子吸水材は自重の百倍以上もの吸水能力を持つことが述べられている。
【００３４】
同上文献４０３頁には、こうした高分子吸水材を保水材として用いる砂漠の緑化について述べられている。
【００３５】
すなわち、こうした高分子吸水材は水を吸収する能力を持つと同時に、周囲環境の変化により、吸収した水分を再び放出する能力を持つものであって、決して吸収した水分を永久に固定するものではない。
【００３６】
換言すれば高分子吸水材による水分の吸収は可逆的な物理現象であって、非可逆的な化学現象ではない。
【００３７】
したがって、もしこうした高分子吸水材を燃料油中に入れて置いたとしても、初期には確かに水分を吸収し、水分の除去に有効であるようにはみえるものの、もし鉄製容器の鉄の腐食反応が一度進行し始めると、段落番号「０００９」などに説明したように腐食反応が水分を要求する結果、吸収した水分を今度はその腐食反応のために徐々に放出し始める。
【００３８】
結論として、高分子吸水材は単独では有効な水分除去剤とは言いがたい。
「比較例２」
【００３９】
非特許文献７、２９９頁には、酸化カルシウムと水による水酸化カルシウム生成反応の発熱などが述べられている。
【００４０】
この文献は発熱反応に注目するものであるが、酸化カルシウムは水に対する親和性が強いので、酸化カルシウムを用いた乾燥剤が実用化されている。
【００４１】
この事実から明らかなように、もちろん酸化カルシウムは水分除去剤として用いることが可能である。
【００４２】
しかしその反応生成物は水酸化カルシウムであり、それ自体アルカリ性の物質であるため、先に段落番号「０００９」に説明したように、鉄の腐食反応ではアルカリ性の発生が必要であることから言えば、反応生成物がアルカリ性物質であることは鉄の腐食反応を有効に防止するためには好ましくない。
【００４３】
更に、水酸化カルシウムは水に溶けると、弱アルカリ性を示すことが知られている。
【００４４】
すなわち、除水により生成した水酸化カルシウムそれ自体が鉄の腐食反応の促進剤として作用する。
【００４５】
結論として、酸化カルシウムは単独では燃料油中の水分除去剤として用いることはできない。
【００４６】
以上述べたように、高分子吸水材、酸化カルシウム、いずれも、単独では燃料油中の水分除去剤として使用することはできない。
【００４７】
鉄製容器の腐食反応を防止するには、反応しやすい鉄粉を前もって燃料油用鉄製容器内に入れておくことにより、防止できると期待される。
【００４８】
鉄錆の発生はいわば鉄粉による水分の化学的固定である。
【００４９】
これは高分子吸水材による水分の吸収が物理的かつ可逆的であることとは異質な効果である。
【００５０】
すなわち、燃料油中で鉄錆を積極的に生成させることにより、結露による水分を完全に固定できる。
【００５１】
鉄粉１ｇによる水分固定量は、もしＦｅＯＯＨが段落番号「００１０」の２式で生成すると考えれば、１／２Ｈ２Ｏ／Ｆｅ＝０．１６ｇ水／鉄粉１ｇである。
【００５２】
またもしＦｅＯＯＨが段落番号「００１０」の４式でＦｅ３Ｏ４から生成すると考えれば、９／２Ｈ２Ｏ／６Ｆｅ＝０．２４ｇ水／鉄粉１ｇである。
【００５３】
あるいは段落番号「００１２」に示した副反応５式でＦｅ（ＯＨ）２を生成すると考えれば、Ｈ２Ｏ／Ｆｅ＝０．３２ｇ水／鉄粉１ｇである。
【００５４】
実際には鉄粉１ｇによる水分固定量は０．１６〜０．３２ｇの間にあると考えられる。
【００５５】
したがって用いる燃料油タンクの大きさに応じて、結露により発生する水分量を予測し、その数倍の水分量を固定するのに必要な鉄粉量を用いればよい。
【００５６】
非特許文献８、４４２頁には飽和水蒸気の圧力と密度が与えられている。
【００５７】
密度値は１０００倍すると１リットル当たりの空気中に含まれる水蒸気量（水分量、ｇ）となる。
【００５８】
したがって、たとえば１０℃で飽和状態にある空気が０℃まで冷却され、結露により液体水分を生じて、０℃での飽和状態に落ち着く場合を考えると、０℃、１０℃の水蒸気密度はそれぞれ０．００４８５ｇ／Ｌ、０．００９４ｇ／Ｌであるから、結露により生じる水分量は０．００９４−０．００４８５＝０．００４５５ｇ／Ｌとなる。
【００５９】
ほとんど燃料油の入っていない１８Ｌ缶で考えると、０．００４５５ｇ／Ｌｘ１８Ｌ＝０．０８２ｇとなる。
【００６０】
こういう状態が１２回繰り返されると、結露により生成する水分量は約１ｇとなる。
【００６１】
ほとんど燃料油の入っていない状態はあまりないとはいえ、結露は冬季の屋外ではほとんど毎日生じる可能性のあることを考えると、厳寒期の三カ月間で考えても１００日近くあるので、結露により１８Ｌ缶でも数グラムの水分を生成する場合があると予測できる。
【００６２】
数グラムの水分を鉄粉で固定するには鉄粉１０ｇ〜２０ｇで十分である。
【００６３】
この方式では、乳化剤の添加のように、燃料油を追加するたびにまた新たな乳化剤の追加を必要とするわけではなく、鉄粉が残存する限り、その水分除去効果は長期にわたり持続する。
【００６４】
更に高分子吸水材と鉄粉を組み合わせると、まず高分子吸水材による水分の吸収が起き、徐々に鉄粉による鉄錆形成へと進むので、いわば水分に対するポンプ作用的な効果すなわち物理的ルーズな固定から化学的固定へと燃料油中の水分除去反応がスムーズに進行する。
【００６５】
高分子吸水材の添加量に関しては、０．５〜５重量％の範囲が望ましい。
【００６６】
高分子吸水材が０．５重量％以下では明らかにその効果が小さすぎる。
【００６７】
一方、高分子吸水材が５重量％以上では過剰であり、コストアップにつながるだけである。
【００６８】
例えば鉄粉９．５ｇと高分子吸水材０．５ｇ（５重量％）の混合比のものについて考えてみれば、先に段落番号「００３３」に述べたように、高分子吸水材は自重の百倍程度の水を吸収できるので、０．５ｇの高分子吸水材で約５０ｇの水を吸収できる能力を持つことになる。
【００６９】
この数字は、先に段落番号「００５４」に述べた鉄粉の水分固定能力（０．１６〜０．３２ｇ水／鉄粉１ｇ）から計算した９．５ｇの鉄粉の水分固定能力（１．５２〜３．０４ｇ水）に比較して、十分に大きい。
【００７０】
高分子吸水材による水分の吸収が十分であるほど、鉄粉による水分の固定反応すなわち鉄錆の生成反応も促進される。
【００７１】
また酸化カルシウムを共存させておくと、酸化カルシウムの吸水速度は高分子吸水材のそれよりも大きいので、微量の水分に対しても鋭敏に反応し、水分固定を行う。
【００７２】
結露により生じた水分中には炭酸ガスも溶解している。
【００７３】
炭酸ガスを溶解した水は弱酸性を示す。
【００７４】
弱酸性を示す水は鉄を腐食しやすい。
【００７５】
酸化カルシウムは水分と反応してまず水酸化カルシウムになるが、水酸化カルシウムはぬれた状態では炭酸ガスと反応して非常に炭酸カルシウムになりやすいので、弱酸性を示す炭酸ガスの除去剤としても有効な働きをする。
【００７６】
酸化カルシウムの添加量に関しては、１０重量％以下で十分である。
【００７７】
生成した水酸化カルシウムは最終的には炭酸カルシウムとなって安定化するが、その中途段階では鉄粉と水分との腐食反応すなわち水分除去反応を促進させる。
【００７８】
したがって、結露による発生水分と炭酸ガスを有効にスムーズに除去するためには、鉄粉、高分子吸水材、酸化カルシウムの共存が好都合である。
【００７９】
なお、鉄粉を安全に取り扱う対策として、鉄粉表面に１０ミクロンメートル以下の厚さの無機物あるいは有機物の薄い皮膜を形成することが望ましい。
【００８０】
皮膜のない鉄粉は活性が高く、取り扱い中に危険な場合もある。
【００８１】
１０ミクロンメートル以下の厚さの皮膜では鉄粉の安全性こそ向上するものの、水分との反応性に関してはほとんど違いは見られない。
【００８２】
非特許文献９、１５１〜１５５頁には大粒子の無機物を小粒子の別の無機物で被覆する各種方法が述べられており、ボールミル法などの機械的複合化法、流動層法および静電気を利用した湿式や乾式の方法があげられている。
【００８３】
鉄粉の表面に無機物の被覆層を設ける場合には、これらの方法のどれも用いることができる。
【００８４】
被覆用に好適な無機物はＳｉＯ２、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３などである。
【００８５】
被覆層の厚みは、鉄粉とこれら無機物の配合比により決めることができる。
【００８６】
有機物の被覆層を設ける場合には、非特許文献１０に、アクリル樹脂系、アルキッド樹脂系、ポリウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系などの水性エマルジョンがあげられている。
【００８７】
鉄粉をこれら樹脂の水性エマルジョン中に分散させた後、ろ過後、不活性ガス中で乾燥、粉砕すれば、これらの樹脂で被覆した鉄粉を製造することができる。
【００８８】
被覆層の厚みは水性エマルジョン中の樹脂濃度により、決めることができる。
【００８９】
水性エマルジョンを用いると、鉄粉表面の一部が酸化されて、薄い酸化物層も同時に形成される場合がある。
【００９０】
鉄の酸化物層も一つの被覆層と考えることができるので、不都合な問題は生じない。
【００９１】
もちろん、水性エマルジョンでなく、有機溶剤に溶解した各種樹脂溶液を用いても、樹脂被覆を水性エマルジョンの場合と同様に行うことができる。
【００９２】
なお、鉄粉と高分子吸水材、酸化カルシウムの混合物を適当な圧力でプレスした状態で用いることも可能であるが、生成した鉄錆を浮動させることなく、しっかり固定するためには綿などの天然繊維あるいはポリエステルのような合成繊維と一緒に、いわば両者のサンドイッチ構造として成形することが望ましい。
【００９３】
繊維層と共存させることにより、繊維層の保水効果による鉄錆生成反応の促進と同時に、生成した鉄錆の繊維層への沈着をもたらすことができるので、生成した鉄錆の浮動、移動を有効に防止でき、しっかり固定できる。
【００９４】
繊維層のそうした効果は、サンドイッチ構造でなくてもよく、繊維層の中へ所定の配合比に混合された鉄粉、高分子吸水材、酸化カルシウムの混合物を分散させるような形で混入させてもよい。
【００９５】
あるいはそうした繊維による直径５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の細長い袋の中に、所定の配合比に混合された鉄粉、高分子吸水材、酸化カルシウムの混合物を詰め込んでもよい。
【００９６】
そうした細長い袋は一本単独の構造でもよいし、数個の袋が並列に連結された構造でもよい。
【００９７】
なお、そうした水分除去剤は使用するまでは水分との接触を遮断しておく必要があるので、ポリエチレンのような適当な水分遮蔽性材料の袋内に密封しておく必要がある。
【００９８】
また、燃料油タンクからの回収を考えると、そうした収納袋に回収用の紐を付けることが望ましい。
【００９９】
水分除去剤の使用に際しては、密封袋の密封を破って燃料油タンク内に沈め、シーズンの終わり毎にそれを取り出し、次のシーズンの初めにまた新しい水分除去剤をタンク内に入れる。
【実施例１】
【０１００】
非特許文献７の４７０頁に述べられている還元法によって製造された粒子径１００ミクロンメートル以下の鉄粉に高分子吸水材を０．５重量％混合し、軽くプレスして厚さ０．５ｍｍの層とし、それを厚さ０．５ｍｍの綿繊維布の間にはさみこみ、もう一度軽くプレスして１０層の成型体（鉄粉２０ｇ）とし、厚さ０．１ｍｍのポリエチレン袋（１００ｘ１００ｍｍ）に二重に密封した。ポリエチレン袋には長さ５０ｃｍの綿製の紐をとりつけた。使用に際して、ポリエチレン収納袋に切り込みを入れて、灯油用の１８リットルのポリタンク内に沈めた。半年間の使用後、引き出すと、鉄錆の発生が十分にみられ、水分除去効果が確認できた。手動ポンプでくみ出す灯油には鉄錆の混入は全く見られなかった。
【実施例２】
【０１０１】
実施例１に述べた鉄粉に１ミクロンメートル以下の粒子径を持つシリカ（ＳｉＯ２）を乾式ボールミル法で厚さ１０ミクロンメートル以下に被覆した鉄粉に、高分子吸水材を５重量％、また粒子径０．３ｍｍ以下の酸化カルシウム粉末を１０重量％加えた混合粉末を厚さ０．２ｍｍのポリエステル繊維の直径５ｍｍ、長さ１００ｍｍの細長い袋内に収納し、ポリエチレン袋に複数個密封した。一つのポリエチレン袋内の鉄粉の量は２０ｇとした。灯油ポリタンク内で使用したところ、実施例１と同じ効果が得られた。
【実施例３】
【０１０２】
実施例１に述べた鉄粉に、アルキッド樹脂系の５％水性エマルジョンを用い、鉄粉に５ミクロンメートル程度の被覆層をもうけた。濾過後の乾燥、粉砕は窒素ガス中で行った。この鉄粉に高分子吸収材を２．５重量％、また実施例２に述べた酸化カルシウム粉末を５重量％加えた混合粉末を作成し、直径約１ｍｍのゆるい綿糸１００本をよりあわせて太い紐を作る際に、この混合粉末中にくぐらせて、混合粉末を紐の中に分散させた。鉄粉含有量２０ｇをめどに紐の長さを調整して切断し、１本ずつを二重ポリエチレン袋内に密封した。家庭用石油給湯器の灯油タンク内に入れ、実施例１と同じ結果を得た。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
家庭用や業務用の燃料油タンク、一時保存容器などへの利用。
【０１０４】
車両用燃料タンクへの利用。
【０１０５】
ガソリンスタンドなどの据え付け用燃料タンクへの利用。