(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エマルジョン燃料用の燃料油を収容する油タンクと、
エマルジョン燃料用の水を収容する水タンクと、
攪拌手段を備えた混合室と、
前記油タンクから前記混合室へ燃料油を供給する油供給路と、
前記水タンクから前記混合室へ水を供給する水供給路と、
前記水供給路に設けた電気分解槽と、
前記混合室へのオゾン供給手段と、
燃焼手段と、
前記混合室から前記燃焼手段へ燃料を供給する燃料供給路と、
を備えた装置を用い、
前記電気分解槽において、前記水タンクから供給された水を電気分解して、電気分解層を通った水と、電気分解により生成された酸素及び水素の気泡と、の混合物を生成し、当該混合物を、前記水供給路を通して前記混合室に供給するステップと、
前記混合室において、前記油供給路を通して当該混合室に供給された燃料油と前記混合物を、前記オゾン供給手段によってオゾンを供給しながら攪拌・混合することでエマルジョン燃料を生成するステップと、
前記混合室で生成されたエマルジョン燃料を、前記燃料供給路を通して前記燃焼手段に供給して燃焼させるステップと、
を備えている、エマルジョン燃料を用いた燃焼方法。
【請求項２】
前記燃料供給路を通して前記燃焼手段に供給される前記エマルジョン燃料には、前記混合物に含まれる水素、前記混合物に含まれる酸素、前記混合室に供給されたオゾンから生成された酸素が含まれている、請求項１に記載のエマルジョン燃料を用いた燃焼方法。
【請求項３】
前記油タンクから供給される燃料油と前記水タンクから供給される水とが、燃料油対水の体積比５対５〜９対１の割合で供給される、請求項１、２いずれか１項に記載のエマルジョン燃料を用いた燃焼方法。
【請求項４】
前記混合室内の圧力は、生成されたエマルジョン燃料が当該圧力によって燃焼手段に供給される程度の所定の圧力に設定されており、
前記混合室には、混合室内の圧力を監視する圧力センサが設けてあり、
前記水供給路、前記油供給路にはそれぞれ流量調整弁が設けてあり、
前記圧力センサの検知に基づいて前記流量調整弁を介して前記混合室に流入する燃料油及び水の量を調整し、前記圧力によって、逐次生成されるエマルジョン燃料を、前記燃料供給路を通して連続的に前記燃焼手段に供給する、請求項１〜３いずれかに記載のエマルジョン燃料を用いた燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エマルジョン燃料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の環境問題への関心の高まり等の理由から、燃料油と水とを乳化させてなるエマルジョン燃料が注目されている。【０００３】
エマルジョン燃料の多くは乳化剤を用いて燃料油と水とを乳化させるものであることから、乳化剤のコストが発生するという課題がある。また、乳化剤（界面活性剤）はエマルジョン燃料の燃焼時に黒煙を発生させるおそれがある。【０００４】
また、エマルジョン燃料の他の課題としては、いかにして長期保存を行なうかということがある。例えば、特許文献１乃至４に例示する提案は、エマルジョン燃料の長期保存を目的としている。
特許文献２は、オゾンを用いて燃料油と水とを乳化するものであるが、そこに開示された具体的な構成は、エマルジョン組成物の経時分散安定性を高めるためのものである。
本発明は、このように従来技術に見られるエマルジョン燃料の長期保存を主眼とするものではない。
【特許文献１】特開２００６−２８２１５
【特許文献２】特開２００８−１９３５９
【特許文献３】特開２００８−４５０２２
【特許文献４】特開２００８−１５０４２１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、低コストで、かつ、主としてエマルジョン燃料の生成と生成されたエマルジョン燃料を用いた燃焼とを連続的に行なうことに適した燃焼装置及び方法、エマルジョン燃料の製造装置及び方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明が採用した第１の技術手段は、
燃料油を収容する油タンクと、
水を収容する水タンクと、
攪拌手段を備えた混合室と、
油タンクから混合室へ油を供給する油供給路と、
水タンクから混合室へ水を供給する水供給路と、
水供給路に設けた電気分解槽と、
混合室へのオゾン供給手段と、
燃焼手段と、
混合室から燃焼手段へ燃料を供給する燃料供給路と、
を備え、
前記電気分解槽において、前記水タンクから供給された水を電気分解して、水と、酸素及び水素の気泡と、の混合物が生成され、
前記混合室において、燃料油と前記混合物を、オゾンを供給しながら攪拌・混合することでエマルジョン燃料が生成され、
前記混合室で生成されたエマルジョン燃料を燃焼手段に供給して燃焼させるように構成されている、エマルジョン燃料を用いた燃焼装置、である。
１つの態様では、前記混合室へのオゾン供給手段は、オゾン供給源と、オゾン供給源からオゾンを混合室へ供給するオゾン供給路と、からなる。また、電気分解槽で生成された酸素からオゾンを生成してオゾン供給源としたり、あるいは、電気分解槽で酸素と共にオゾンを生成させてもよい（例えば、電気分解式オゾン発生器を用いる）。【０００７】
１つの態様では、油タンクから供給される燃料油と水タンクから供給される水とが、燃料油対水の体積比５対５〜９対１の割合で供給される。【０００８】
１つの態様では、前記混合室内の圧力は、生成されたエマルジョン燃料が当該圧力によって燃焼手段に供給される程度の所定の圧力に設定されており、
前記混合室には、混合室内の圧力を監視する圧力センサが設けてあり、
水供給路、油供給路にはそれぞれ流量調整弁が設けてあり、
前記圧力センサの検知に基づいて前記流量調整弁を介して前記混合室に流入する油及び水の量を調整するように構成されている。
燃焼手段としては、バーナ、ボイラ、内燃機関を例示することができる。【０００９】
本発明が採用した第２の技術手段は、
燃料油と水とを、燃料油対水の体積比５対５〜９対１の割合で用意し、
水を電気分解して、水と、酸素及び水素の気泡と、の混合物を生成し、
燃料油と前記混合物を、オゾンを供給しながら攪拌・混合することでエマルジョン燃料を生成し、
生成したエマルジョン燃料を燃焼手段に供給して燃焼させる、
エマルジョン燃料を用いた燃焼方法、である。【００１０】
本発明が採用した第３の技術手段は、
燃料油を収容する油タンクと、
水を収容する水タンクと、
攪拌手段を備えた混合室と、
油タンクから混合室へ油を供給する油供給路と、
水タンクから混合室へ水を供給する水供給路と、
水供給路に設けた電気分解槽と、
混合室へのオゾン供給手段と、
を備え、
前記電気分解槽において、前記水タンクから供給された水を電気分解して、水と、酸素及び水素の気泡と、の混合物が生成され、
前記混合室において、燃料油と前記混合物を、オゾンを供給しながら攪拌・混合することでエマルジョン燃料が生成される、
エマルジョン燃料の製造装置、である。
１つの態様では、前記混合室へのオゾン供給手段は、オゾン供給源と、オゾン供給源からオゾンを混合室へ供給するオゾン供給路と、からなる。また、電気分解槽で生成された酸素からオゾンを生成してオゾン供給源としたり、あるいは、電気分解槽で酸素と共にオゾンを生成させてもよい（例えば、電気分解式オゾン発生器を用いる）。【００１１】
１つの態様では、油タンクから供給される燃料油と水タンクから供給される水とが、燃料油対水の体積比５対５〜９対１の割合で供給される。【００１２】
本発明が採用した第４の技術手段は、
燃料油と水とを、燃料油対水の体積比５対５〜９対１の割合で用意し、
水を電気分解して、水と、酸素及び水素の気泡と、の混合物を生成し、
燃料油と前記混合物を、オゾンを供給しながら攪拌・混合することでエマルジョン燃料を生成する、
エマルジョン燃料の製造法、である。【００１３】
本発明に用いられる燃料油は、重油、軽油、灯油、ガソリン、あるいは、これらの任意の混合物から選択され得る。１つの好ましい態様では、重油を用いてエマルジョン燃料が生成される。重油として粘度の高いB重油やC重油を用いる場合には、重油を予熱（例えば、８０℃程度）するためのヒータを油供給路に設けること、また、循環路を形成して、燃焼時以外の状態においても油を循環させることが望ましいことが当業者に理解される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、電気分解によって、水と、酸素及び水素の気泡と、の混合物を生成し、燃料油と前記混合物を、オゾンを供給しながら攪拌・混合することでエマルジョン燃料を生成することで、このエマルジョン燃料は、燃料全体に対する燃料油の割合が比較的低くても（例えば、体積比７０％）、十分な温度での燃焼が得られるため、エマルジョン燃料における燃料油の割合を低く抑えることができ、燃焼効率の良いエマルジョン燃料を提供することができる。十分な燃焼温度を得ることに関しては、エマルジョン燃料に含まれる水素、酸素が助燃剤として寄与するものと考えられる。【００１５】
本発明では、乳化剤を用いずにオゾンを供給することで燃料油と水とを乳化させてエマルジョン燃料を生成するものであり、オゾン生成のコストは乳化剤に比べて低コストであることから、乳化剤を用いたエマルジョン燃料に比べて低コストでエマルジョン燃料を生成することができる。【００１６】
低コストでエマルジョン燃料を生成できることに加えて、生成されたエマルジョン燃料の燃焼効率が良好であるため、低コストの燃焼装置及び方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
エマルジョン燃料を用いた燃焼装置の実施形態を図１に基づいて説明する。エマルジョン燃料を用いた燃焼装置は、燃料油を収容する油タンクと、水を収容する水タンクと、攪拌手段を備えた混合室と、油タンクから混合室へ油を供給する油供給路と、水タンクから混合室へ水を供給する水供給路と、水供給路に設けた電気分解槽と、オゾン供給源と、オゾン供給源からオゾンを混合室へ供給するオゾン供給路と、燃焼手段としてのバーナと、混合室からバーナへ燃料を供給する燃料供給路と、を備えている。
【００１８】
水タンクから供給される水は、水供給路に配置されたポンプＰ１によって電気分解槽に圧送され、電気分解槽で電気分解されて水と、酸素の気泡と、水素の気泡と、の混合物が生成され、この混合物が混合室へ圧送される。水供給路において、電気分解槽と混合室の間には流量調整弁（電磁弁）Ｖ１が設けてある。
【００１９】
油タンクから供給される燃料油は、油供給路に配置されたポンプＰ２によって混合室へ圧送される。油供給路において、ポンプ２と混合室の間には流量調整弁（電磁弁）Ｖ２が設けてある。
【００２０】
混合室へは、油タンクから供給される燃料油と水タンクから供給される水との割合が、燃料油対水の体積比５対５〜９対１の割合で供給される。より具体的には、例えば、燃料油６：水４の割合、燃料油７：水３の割合、燃料油８：水２の割合、で供給される。図示の態様では、水供給路と油供給路とは独立しており、それぞれ別個に混合室と連通している。水供給路と油供給路とは、それぞれ別個に混合室と連通させても、あるいは、混合室の手間で合流させて混合室と連通させてもよい。
【００２１】
コンプレッサから供給される濃縮酸素を用いてオゾン発生器においてオゾンが生成され、生成されたオゾンはオゾン供給路を通って混合室に供給される。供給するオゾンの濃度は高い方が望ましい。混合室に供給されるオゾンの濃度は、１００００ｐｐｍ以上、好ましくは、２００００ｐｐｍ以上である。
１つの態様では、無声放電式のオゾン発生器を用いて酸素からオゾンを生成する。無声放電式には、回転電極式型、ガラス円筒型、沿面型、プレート型、等の様々な型が知られている。高濃度のオゾンを生成するためには、無声放電式が有利であり、特に、酸素ガスを原料とすることで２００００ｐｐｍを超える濃度のオゾンを生成することができる。図１の態様では、コンプレッサから送られた圧縮空気を、酸素・窒素分離槽として機能するゼオライト槽によって窒素が分離されて排気弁から排出され、ゼオライト槽から得られた酸素は酸素圧力調整タンクを介して濃縮酸素としてオゾン発生器に供給され、オゾンが生成される。オゾンを発生させる方式としては、その他にも、紫外線ランプ式、電解式、等が知られている。オゾン発生方法やオゾン発生器の基本的な構成は当業者によく知られているため詳細な説明は省略する。
また、電気分解槽で水を電気分解することで生成した酸素を取り出して、当該酸素からオゾンを生成して、混合室に供給するようにしてもよい。あるいは、電気分解式オゾン発生器を用いて水を電気分解することで、酸素と共にオゾンを生成するようにしてもよい。
【００２２】
混合室内には、モータによって回転駆動する回転ミキサーが設けてあり、混合室において、燃料油と前記混合物（水と、酸素の気泡と、水素の気泡と、の混合物）を、オゾンを供給しながら攪拌・混合することでエマルジョン燃料が生成される。オゾンを供給しながら攪拌・混合することで、燃料油と水とは数分で乳化してエマルジョン燃料となる。混合室に燃料油と水を連続的に供給することで、混合室内でエマルジョン燃料が連続的に生成される。
混合室内で生成されたエマルジョン燃料には、水素（前記混合物に含まれる水素）および酸素（前記混合物に含まれる酸素、さらに供給されたオゾンから酸素が生成される場合もあり得る）が含まれている。これらの水素、酸素は助燃剤として作用する。
【００２３】
混合室内の圧力は、生成されたエマルジョン燃料が当該圧力によって燃焼手段に供給される程度の所定の圧力に設定されている。すなわち、混合室内の液体の圧力により逐次生成されるエマルジョン燃料が燃料供給路を通って連続的にバーナに供給されるようになっている。混合室で生成されたエマルジョン燃料をバーナに供給して燃焼させる。
【００２４】
混合室には、混合室内の圧力を監視する圧力センサが設けてあり、混合室内の圧力が予め設定した所定の圧力であるか否かを監視する。水供給路、油供給路にはそれぞれ流量調整弁が設けてあり、前記圧力センサの検知に基づいて、混合室内の圧力が適切な範囲にあるか否かを決定し、前記流量調整弁を介して前記混合室に流入する油及び水の量を調整する。混合室内の圧力が所定の圧力よりも下がった場合には、流量調整弁を開いて、流量を多くする。混合室内の圧力が過度に高圧となった場合には、流量調整弁を閉じて、流量を少なくする。燃焼手段（例えば、バーナやボイラの比例制御運転）で必要とされる燃料の量は時間と共に変動するので、混合室内の圧力を監視することで、これに対応することができる。また、混合室には空気抜き弁が設けてあり、使用に際して余分な気体を空気抜き弁から排気することができる。
【００２５】
［実験例］
燃料油としてＡ重油を用いて実験を行なった。
先ず、Ａ重油のみを燃料として用いてバーナを燃焼させたところ、燃焼温度が１１００℃であった。
【００２６】
次に、Ａ重油と水との体積比７０：３０を用意し、図１に示す燃焼装置を用いて燃焼実験を行なった。供給したオゾン濃度は、２００００ppｍ、予め設定した混合室内の圧力は０．３ｋｇｆ／ｃｍ２、ミキサーの回転速度は１３８０ｒｐｍとした。水を電気分解槽で電気分解して、水と、酸素及び水素の気泡と、の混合物を生成し、Ａ重油と前記混合物を、オゾンを供給しながら混合室内で攪拌・混合することで得られたエマルジョン燃料を用いて同じバーナを燃焼させたところ、燃焼温度が１０８０℃であった。
【００２７】
体積比７０：３０の時に得られた燃焼温度は、Ａ重油のみで得られた燃焼温度の９８％に達していることは注目されるべきである。これは、電気分解槽によって生成された「水と、酸素の気泡と、水素の気泡と、の混合物」と混合室に供給される「オゾン」との組み合わせによる相乗効果が影響しているものと考えられる。
この方法で生成したエマルジョン燃料を透明な容器に入れて放置すると、油が主の上層と水が主の下層（透明な水ではなく不透明の綿状の層として観察される）の２層に分離するが、容器を手で振るだけで上下の層が直ちに混合することがわかった。
また、混合室内で生成されたエマルジョン燃料には水素、酸素が混合されており、この水素、酸素がバーナによる燃焼時に助燃剤として作用するものと考えられる。
【００２８】
体積比において、燃料油の割合が少なくなれば、その分燃焼温度が低くなるであろうことは当業者に予想される。実際、６０：４０の場合には、９００℃〜９８０℃、５０：５０の場合には８９０℃〜９００℃程度の燃焼温度が得られた。用途によっては、これらの燃焼温度であっても利点はあるものと考えられる。
一方、燃料油の割合が多くなれば、その分燃焼温度が高くなるであろうことは当業者に予想されるが、体積比７０：３０の時点で既に、Ａ重油のみで得られた燃焼温度の９８％に達しているため、少なくともコストの観点からは、重油の割合をさらに大きくする利点は必ずしも大きくなないと考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明に係るエマルジョン燃料を用いた燃焼装置は、生成したエマルジョン燃料を連続して用いる燃焼装置に用いることができ、例えば、内燃機関に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】エマルジョン燃料を用いた燃焼装置を示す。
【図１】
0005442743.tif 000002