(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続相としての燃料油と分散相としての水又は連続相としての水と分散相としての燃料油を流体混合器内に導入し、導入した分散相としての水又は燃料油を、燃料噴射装置付近に設置した流体混合器により数μｍ以下を含む粒径まで微細化するとともに、導入した連続相としての燃料油中又は水中に均一化させて、添加剤無しで水混合燃料を生成し、生成した水混合燃料を流体混合器から導出する水混合燃料生成装置であって、
燃料油を収容した燃料油タンクと燃料噴射装置とを接続する燃料油供給パイプの下流側部である燃料噴射装置の直前に、流体混合器の導出口に基端部を接続した水混合燃料導出パイプの先端部を接続するという、後付け可能な構造として、
生成された水混合燃料が、水混合燃料導出パイプを通して燃料噴射装置付近に導出されて、水と燃料油が分離する前に燃料噴射装置において噴射されるようにし、
燃料油タンクに基端部を接続した燃料油流出パイプの先端部と、水を収容した水タンクに基端部を接続した水流出パイプの先端部とを接続して、この接続部に合流流体導入パイプの基端部を接続するとともに、合流流体導入パイプの先端部に流体混合器の導入口を接続し、
合流流体導入パイプの中途部には、合流流体導入パイプ中の燃料油と水の合流流体を吸入するとともに、流体混合器に向けて吐出して、流体混合器に合流流体を導入する水混合燃料用電動ポンプを配設し、
流体混合器の導出口には、水混合燃料導出パイプの基端部を接続して、
水混合燃料導出パイプにおける流体混合器の導出口近傍に位置する部分には、水混合燃料循環パイプの基端部を接続する一方、合流流体導入パイプにおける水混合燃料用電動ポンプの上流側に位置する部分には、水混合燃料循環パイプの先端部を接続して、循環流路を形成し、
水混合燃料循環パイプには、第１電動三方弁を設けて、
第１電動三方弁には、水混合燃料回収パイプを介して分離タンクを接続し、分離タンクには、燃料油回収パイプを介して燃料油タンクを接続するとともに、水回収パイプを介して水タンクを接続して回収部を形成し、
第１電動三方弁は、水混合燃料循環パイプの下流側と、水混合燃料回収パイプ側と、に流路を切替自在とした水混合燃料生成装置。
【請求項２】
燃料油供給パイプには、燃料噴射装置の給入口の近接個所に位置させて第２電動三方弁を設けて、第２電動三方弁を介して水混合燃料導出パイプの先端部を接続し、
第２電動三方弁は、燃料油供給パイプにより燃料噴射装置と燃料油タンクとが連通された状態と、燃料油供給パイプの下流側部である燃料噴射装置の直前において、燃料噴射装置と水混合燃料導出パイプとが連通された状態と、に流路を切替自在とした請求項１記載の水混合燃料生成装置。
【請求項３】
水混合燃料回収パイプを通して分離タンク内に回収された水混合燃料は、比重差により燃料油と水が分離タンク内で相互に分離するとともに、分離した燃料油は、燃料油回収パイプを介して燃料油用電動ポンプにより燃料油タンク内に戻される一方、分離した水は、水回収パイプを介して水用電動ポンプにより水タンク内に戻されるようにした請求項１又は２記載の水混合燃料生成装置。
【請求項４】
流体混合器内に、連続相としての燃料油と分散相としての水を導入して、導入した分散相としての水を、流体混合器により数μｍ以下を含む粒径まで微細化して微小な水粒となすとともに、導入した連続相としての燃料油中に均一化させることにより、添加剤無しで微小な水粒が混在する水混合燃料を生成する形態と、
流体混合器内に、連続相としての水と分散相としての燃料油を導入して、導入した分散相としての燃料油を、流体混合器により数μｍ以下を含む粒径まで微細化して微小な油粒となすとともに、導入した連続相としての水中に均一化させることにより、添加剤無しで微小な油粒が混在する水混合燃料を生成する形態と、
を選択可能とするとともに、
これらの形態では、相互に、質量基準での水の混合割合が同一の水混合燃料を生成可能とした請求項１〜３のいずれか１項記載の水混合燃料生成装置。
【請求項５】
微小な水粒が混在する水混合燃料を生成して導出する場合には、
あらかじめ、第１電動三方弁により水混合燃料回収パイプ側に流路を切り替え
て、燃料油及び水混合燃料が水混合燃料回収パイプを通して分離タンク内に回収されるようにしておき、かつ、
第２電動三方弁により燃料油供給パイプにおいて燃料油タンクと燃料噴射装置が連通された状態となして、燃料油供給パイプを介して燃料油タンクから燃料噴射装置に燃料油を供給するとともに、燃料油流出パイプ及び合流流体導入パイプを介して流体混合器内に、連続相としての燃料油だけを導入しておき、
その後、流体混合器内に導入する連続相としての燃料油を所定の割合まで漸次減少させるとともに、流体混合器内に導入する分散相としての水を所定の割合まで漸次増大させることにより、流体混合器内に、連続相としての燃料油と分散相としての水を所定の割合で導入し、
続いて、第１電動三方弁により水混合燃料循環パイプが水混合燃料用電動ポンプまで連通状態となるように流路を切り替えるとともに、第２電動三方弁により水混合燃料導出パイプと燃料噴射装置とが連通状態となるように流路を切り替える一方、
微小な油粒が混在する水混合燃料を生成して導出する場合には、
あらかじめ、第１電動三方弁により水混合燃料回収パイプ側に流路を切り替えて、水及び水混合燃料が水混合燃料回収パイプを通して分離タンク内に回収されるようにしておき、かつ、
第２電動三方弁により燃料油供給パイプにおいて燃料油タンクと燃料噴射装置が連通された状態となして、燃料油供給パイプを介して燃料油タンクから燃料噴射装置に燃料油を供給するとともに、水流出パイプ及び合流流体導入パイプを介して水タンクから流体混合器内に、連続相としての水だけを導入しておき、
その後、流体混合器内に導入する連続相としての水を所定の割合まで減少させるとともに、流体混合器内に導入する分散相としての燃料油を所定の割合まで増大させることにより、流体混合器内に、連続相としての水と分散相としての燃料油を所定の割合で導入し、
続いて、第１電動三方弁により水混合燃料循環パイプが水混合燃料用電動ポンプまで連通状態となるように流路を切り替えるとともに、第２電動三方弁により水混合燃料導出パイプと燃料噴射装置とが連通状態となるように流路を切り替えるようにした請求項１〜４のいずれか１項記載の水混合燃料生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水混合燃料生成装置、詳しくは、（１）連続相としての燃料油と分散相としての水とを混合して水混合燃料を生成する装置、及び（２）連続相としての水と分散相としての燃料油とを混合して水混合燃料を生成する装置に関する。ここで、水混合燃料とは、（１）分散質である水と分散媒である燃料油、及び（２）分散質である燃料油と分散媒である水を混合してなる分散系燃料のことをさし、以下に、（１）により生成された水混合燃料を「微小水粒型水混合燃料」とよび、（２）により生成された水混合燃料を「微小油粒型水混合燃料」とよぶ。
【背景技術】
【０００２】
燃料に水を添加する技術は、エンジンやボイラ等の機器において比較的容易に、かつ確実にＮＯｘ低減ができる方法としてよく知られている。また、燃料に水を添加することによりＮＯｘと燃費の同時低減ができるとの報告もあるが、一般に水を軽油やＡ重油と混合するには、添加剤（界面活性剤）を必要とする（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７５３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、添加剤を用いる場合には、添加剤を投入するための装置や添加剤そのものに要する費用を考慮する必要があり、燃費の改善効果が相殺される可能性がある。【０００５】
そこで、本発明は、添加剤無しで２種類（「微小水粒型水混合燃料」と「微小油粒型水混合燃料」）の水混合燃料を選択的に生成することができる水混合燃料生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１記載の発明は、連続相としての燃料油と分散相としての水又は連続相としての水と分散相としての燃料油を流体混合器内に導入し、導入した分散相としての水又は燃料油を、燃料噴射装置付近に設置した流体混合器により数μｍ以下を含む粒径まで微細化するとともに、導入した連続相としての燃料油中又は水中に均一化させて、添加剤無しで水混合燃料を生成し、生成した水混合燃料を流体混合器から導出する水混合燃料生成装置であって、
燃料油を収容した燃料油タンクと燃料噴射装置とを接続する燃料油供給パイプの下流側部である燃料噴射装置の直前に、流体混合器の導出口に基端部を接続した水混合燃料導出パイプの先端部を接続するという、後付け可能な構造として、
生成された水混合燃料が、水混合燃料導出パイプを通して燃料噴射装置付近に導出されて、水と燃料油が分離する前に燃料噴射装置において噴射されるようにし、
燃料油タンクに基端部を接続した燃料油流出パイプの先端部と、水を収容した水タンクに基端部を接続した水流出パイプの先端部とを接続して、この接続部に合流流体導入パイプの基端部を接続するとともに、合流流体導入パイプの先端部に流体混合器の導入口を接続し、
合流流体導入パイプの中途部には、合流流体導入パイプ中の燃料油と水の合流流体を吸入するとともに、流体混合器に向けて吐出して、流体混合器に合流流体を導入する水混合燃料用電動ポンプを配設し、
流体混合器の導出口には、水混合燃料導出パイプの基端部を接続して、
水混合燃料導出パイプにおける流体混合器の導出口近傍に位置する部分には、水混合燃料循環パイプの基端部を接続する一方、合流流体導入パイプにおける水混合燃料用電動ポンプの上流側に位置する部分には、水混合燃料循環パイプの先端部を接続して、循環流路を形成し、
水混合燃料循環パイプには、第１電動三方弁を設けて、
第１電動三方弁には、水混合燃料回収パイプを介して分離タンクを接続し、分離タンクには、燃料油回収パイプを介して燃料油タンクを接続するとともに、水回収パイプを介して水タンクを接続して回収部を形成し、
第１電動三方弁は、水混合燃料循環パイプの下流側と、水混合燃料回収パイプ側と、に流路を切替自在としている。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明であって、燃料油供給パイプには、燃料噴射装置の給入口の近接個所に位置させて第２電動三方弁を設けて、第２電動三方弁を介して水混合燃料導出パイプの先端部を接続し、
第２電動三方弁は、燃料油供給パイプにより燃料噴射装置と燃料油タンクとが連通された状態と、燃料油供給パイプの下流側部である燃料噴射装置の直前において、燃料噴射装置と水混合燃料導出パイプとが連通された状態と、に流路を切替自在としている。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明であって、水混合燃料回収パイプを通して分離タンク内に回収された水混合燃料は、比重差により燃料油と水が分離タンク内で相互に分離するとともに、分離した燃料油は、燃料油回収パイプを介して燃料油用電動ポンプにより燃料油タンク内に戻される一方、分離した水は、水回収パイプを介して水用電動ポンプにより水タンク内に戻されるようにしている。
【０００９】
請求項４記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１項記載の発明であって、流体混合器内に、連続相としての燃料油と分散相としての水を導入して、導入した分散相としての水を、流体混合器により数μｍ以下を含む粒径まで微細化して微小な水粒となすとともに、導入した連続相としての燃料油中に均一化させることにより、添加剤無しで微小な水粒が混在する水混合燃料を生成する形態と、
流体混合器内に、連続相としての水と分散相としての燃料油を導入して、導入した分散相としての燃料油を、流体混合器により数μｍ以下を含む粒径まで微細化して微小な油粒となすとともに、導入した連続相としての水中に均一化させることにより、添加剤無しで微小な油粒が混在する水混合燃料を生成する形態と、
を選択可能とするとともに、
これらの形態では、相互に、質量基準での水の混合割合が同一の水混合燃料を生成可能としている。
請求項５記載の発明は、請求項１〜４のいずれか１項記載の発明であって、微小な水粒が混在する水混合燃料を生成して導出する場合には、
あらかじめ、第１電動三方弁により水混合燃料回収パイプ側に流路を切り替え
て、燃料油及び水混合燃料が水混合燃料回収パイプを通して分離タンク内に回収されるようにしておき、かつ、
第２電動三方弁により燃料油供給パイプにおいて燃料油タンクと燃料噴射装置が連通された状態となして、燃料油供給パイプを介して燃料油タンクから燃料噴射装置に燃料油を供給するとともに、燃料油流出パイプ及び合流流体導入パイプを介して流体混合器内に、連続相としての燃料油だけを導入しておき、
その後、流体混合器内に導入する連続相としての燃料油を所定の割合まで漸次減少させるとともに、流体混合器内に導入する分散相としての水を所定の割合まで漸次増大させることにより、流体混合器内に、連続相としての燃料油と分散相としての水を所定の割合で導入し、
続いて、第１電動三方弁により水混合燃料循環パイプが水混合燃料用電動ポンプまで連通状態となるように流路を切り替えるとともに、第２電動三方弁により水混合燃料導出パイプと燃料噴射装置とが連通状態となるように流路を切り替える一方、
微小な油粒が混在する水混合燃料を生成して導出する場合には、
あらかじめ、第１電動三方弁により水混合燃料回収パイプ側に流路を切り替えて、水及び水混合燃料が水混合燃料回収パイプを通して分離タンク内に回収されるようにしておき、かつ、
第２電動三方弁により燃料油供給パイプにおいて燃料油タンクと燃料噴射装置が連通された状態となして、燃料油供給パイプを介して燃料油タンクから燃料噴射装置に燃料油を供給するとともに、水流出パイプ及び合流流体導入パイプを介して水タンクから流体混合器内に、連続相としての水だけを導入しておき、
その後、流体混合器内に導入する連続相としての水を所定の割合まで減少させるとともに、流体混合器内に導入する分散相としての燃料油を所定の割合まで増大させることにより、流体混合器内に、連続相としての水と分散相としての燃料油を所定の割合で導入し、
続いて、第１電動三方弁により水混合燃料循環パイプが水混合燃料用電動ポンプまで連通状態となるように流路を切り替えるとともに、第２電動三方弁により水混合燃料導出パイプと燃料噴射装置とが連通状態となるように流路を切り替えるようにしている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、分散相としての水又は燃料油を、数μｍ以下を含む粒径まで微細化することより、添加剤無しで２種類の水混合燃料を選択的に生成する水混合燃料生成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本実施形態としての水混合燃料生成装置の概念図。
【図２】水混合燃料の摸式図。
【図３】制御ブロック図。
【図４】２種類の水混合燃料における水の混合割合による燃費の変化を示すグラフ。
【図５】２種類の水混合燃料における水の混合割合によるＮＯｘの変化を示すグラフ。
【図６】「微小水粒型水混合燃料」における水の混合割合によるＰＭの変化をすグラフ。
【図７】「微小水粒型水混合燃料」における水の混合割合によるＰＭの低減効果を示す写真。
【図８】「微小水粒型水混合燃料」における水粒子の粒径分布（Ｃ重油に水を混合した場合）。
【図９】「微小油粒型水混合燃料」における油粒子の顕微鏡写真
【図１０】「微小油粒型水混合燃料」における水の混合割合が３０％の場合の燃費の変化を示すグラフ。
【図１１】水混合燃料使用時の噴霧燃焼のモデル図。
【図１２】燃料油の噴霧燃焼過程の摸式図。
【図１３】「微小油滴型水混合燃料」の噴霧燃焼過程の摸式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は本実施形態としての水混合燃料生成装置Ａの概念図であり、図２は、水混合燃料生成装置Ａによって生成される水混合燃料の摸式図を示すものである。そして、図２(a)は、燃料油Ｆ中に微小な水粒Ｗａが混在している「微小水粒型水混合燃料」の摸式図であり、図２(b)は、水Ｗ中に微小な油粒Ｆaが混在している「微小油粒型水混合燃料」の摸式図である。
【００１３】
水混合燃料生成装置Ａは、図１及び図２に示すように、燃料油Ｆ中又は水Ｗ中に水Ｗ又は燃料油Ｆを混合する際に、(１)添加剤を必要としない、(２)「微小水粒型水混合燃料」（燃料油Ｆ中に微小な水の粒子である水粒Ｗａが混在する状態）と、「微小油粒型水混合燃料」（水Ｗ中に微小な燃料油の粒子である油粒Ｆａが混在する状態）という２つの状態を選択的に設定して、いずれかの状態の水混合燃料を生成することができる、という特徴を有する。
【００１４】
このため、水混合燃料生成装置Ａは、（１）燃費、ＮＯｘ及びＰＭの同時低減を図ることができるとともに、(２)燃料噴射装置の一形態である後述のエンジン又はボイラ等の機器Ｋと、後述する燃料油タンクＴ１との間に設置して、機器Ｋの燃焼室に水混合燃料生成装置Ａにより生成した「微小油滴型水混合燃料」を供給することにより、微粒化された油滴Ｆａを直接燃焼室に噴射することができる（燃料噴射装置における微粒化機構を無くすことができる）ため、燃料噴射装置を簡略化できるばかりではなく、噴霧燃焼の改善（燃焼促進）が可能となる。そして、(３)国際海事機関（ＩＭＯ）のＮＯx３次規制対応技術としての活用が期待される。
【００１５】
水混合燃料生成装置Ａは、図１に示すように、燃料油タンクＴ１とエンジン又はボイラ等の機器Ｋとを接続する燃料供給ラインとしての燃料油供給パイプ９に、エンジン又はボイラ等の機器Ｋの直前において接続するとともに、燃料油Ｆの供給源である燃料油タンクＴ１に接続している。つまり、水混合燃料生成装置Ａは、既存の燃料油供給パイプ９と燃料油タンクＴ１に、後述する水混合燃料導出パイプ４と燃料油流出パイプ１を介して後付けすることで適用可能としており、燃料油タンクＴ１から燃料油流出パイプ１を通して供給される燃料油Ｆを利用して水混合燃料を生成するとともに、燃料油供給パイプ９を通してエンジン又はボイラ等の機器Ｋに、生成した水混合燃料を供給可能としている。なお、本実施形態では、前記の構成に加えて、後述する戻しパイプ１０を介してエンジン又はボイラ等の機器Ｋに水混合燃料生成装置Ａを後付けしている。
【００１６】
具体的に説明すると、水混合燃料生成装置Ａは、燃料油タンクＴ１内に収容した連続相又は分散相としての燃料油Ｆ（例えば、軽油や重油）と、水タンクＴ２内に収容した分散相又は連続相としての水Ｗ（例えば、水道水や純水）とを合流させて流体混合器Ｍ内に導入し、導入した分散相としての水Ｗ又は燃料油Ｆを流体混合器Ｍにより数μｍ以下を含む粒径まで微細化、好ましくは、数μｍ〜約２０μｍの粒径となるまで微細化するとともに、導入した燃料油Ｆ中又は水Ｗ中に均一化させる。
【００１７】
この際、流体混合器Ｍは、燃料噴射装置の一形態であるエンジン又はボイラ等の機器Ｋの付近（可及的に近接する位置）に設置して、均一化させた燃料油Ｆと水Ｗが分離する前に機器Ｋの燃焼室内で噴射されるように構成している。
【００１８】
このように構成することにより、水混合燃料生成装置Ａでは、添加剤無しで「微小水粒型水混合燃料」又は「微小油粒型水混合燃料」が水混合燃料として選択的に生成されて導出され、導出された水混合燃料が、エンジン又はボイラ等の機器Ｋに供給されて、供給された水混合燃料が燃焼室内で噴射されることで、エンジン又はボイラ等の機器Ｋが駆動されるようにしている。
【００１９】
より具体的に説明すると、流体混合器Ｍ内には、連続相としての燃料油Ｆ又は水Ｗと分散相としての水Ｗ又は燃料油Ｆを導入して、導入した分散相としての水Ｗ又は燃料油Ｆの８０％以上、好ましくは、９０％以上を、流体混合器Ｍにより数μｍ〜約２０μｍの粒径まで微細化して微小な水粒Ｗａ又は油粒Ｆａとなすとともに、導入した連続相としての燃料油Ｆ中又は水Ｗ中に均一化させることにより、添加剤無しで燃料油Ｆ中に微小な水粒Ｗａが混在する「微小水粒型水混合燃料」又は水Ｗ中に微小な油粒Ｆａが混在する「微小油粒型水混合燃料」を生成して導出することができる。
【００２０】
微小な水粒Ｗａが混在する「微小水粒型水混合燃料」を生成して導出する場合には、流体混合器Ｍ内に、あらかじめ連続相としての燃料油Ｆだけを導入しておき、その後、流体混合器Ｍ内に導入する連続相としての燃料油Ｆの量を所定の割合まで漸次減少させるとともに、流体混合器Ｍ内に導入する分散相としての水Ｗの量を所定の割合まで漸次増大させることにより、流体混合器Ｍ内に、連続相としての燃料油Ｆの量と分散相としての水Ｗの量を所定の割合で導入する。この場合、連続相としての燃料油Ｆに混合する分散相としての水Ｗの混合割合（添加割合）は、任意の値に設定することができる。
【００２１】
例えば、水Ｗの混合割合を、３０％に設定した場合には、流体混合器Ｍ内に導入される連続相としての燃料油Ｆの量が、１００％から７０％の割合まで漸次減少されるとともに、流体混合器Ｍ内に導入する分散相としての水Ｗの量が、０％から３０％の割合まで漸次増大される。その結果、微小な水粒Ｗａが混在する「微小水粒型水混合燃料」が生成される。
【００２２】
微小な油粒Ｆａが混在する「微小油粒型水混合燃料」を生成して導出する場合には、流体混合器Ｍ内に、あらかじめ連続相としての水Ｗだけを導入しておき、その後、流体混合器Ｍ内に導入する連続相としての水Ｗの量を所定の割合まで可及的速やかに漸次減少させるとともに、流体混合器Ｍ内に導入する分散相として燃料油Ｆの量を所定の割合まで可及的速やかに増大させることにより、流体混合器Ｍ内に、連続相としての水Ｗの量と分散相としての燃料油Ｆの量を所定の割合で導入する。この場合、分散相としての燃料油Ｆに混合する連続相としての水Ｗの混合割合は、任意の値に設定できる。
【００２３】
例えば、水Ｗの混合割合を、３０％に設定した場合には、流体混合器Ｍ内に導入される連続相としての水Ｗの量が、１００％から３０％の割合まで可及的速やかに漸次減少されるとともに、流体混合器Ｍ内に導入する分散相としての燃料油Ｆの量が、０％から７０％の割合まで可及的速やかに増大される。その結果、微小な油粒Ｆａが混在する「微小油粒型水混合燃料」が生成される。
【００２４】
このように、分散相としての燃料油Ｆは、０％から７０％の比較的大幅の範囲で可及的速やかに増大されるため、乱流となって流体混合器Ｍ内に導入される。そのため、分散相としての７０％の燃料油Ｆが、連続相としての３０％の水Ｗ中に、微小な油粒Ｆａとなって混在する。
【００２５】
ここで、上記した水Ｗの添加割合は、水の添加割合＝（水の添加量［ｋｇ］／（水の添加量［ｋｇ］＋消費燃料油量［ｋｇ］））×１００（％）の式により算出する。
【００２６】
なお、水の混合割合（添加割合）を質量基準で示したのは、次の理由による。
【００２７】
（１）燃料油の密度は一定ではなく、一般的な軽油の密度は約0.83であるが、Ｃ重油の密度は約0.98である。また、水や燃料油の密度は温度により変化し、例えば、水の密度は０℃のときは0.999840であるが５０℃では0.98805になる。また、燃料油の密度も水と同様に温度の上昇とともに減少する。このため、水の混合割合を容積基準で示した場合、それぞれの温度変化に伴い混合割合が変化するため、その都度燃料油及び水の密度と温度を併記する必要があるとともに複雑な計算が必要となる。これに対して、質量基準で示した場合、燃料油の種類（密度差）や実験時におけるそれぞれの温度に関係なく一定の値をとることになる。
【００２８】
（２）燃料油の燃焼における重要な要素に燃料油の発熱量がある。この値は燃料の単位質量当たりの発熱量 [ kJ/kg ] で示される。また、学術的な資料や実験等における燃料消費量の単位は [ kg/h ] という質量基準で示される。
【００２９】
次に、水混合燃料生成装置Ａの構成を、より一層具体的に説明する。すなわち、水混合燃料生成装置Ａは、図１に示すように、燃料油Ｆを収容した燃料油タンクＴ１の底部に燃料油流出パイプ１の基端部を接続し、燃料油流出パイプ１の中途部には第１流量計Ｒ１と第１電動流量調整弁Ｖ１をこの順番で直列的に配設している。また、水Ｗを収容した水タンクＴ２の底部に水流出パイプ２の基端部を接続している。水流出パイプ２の中途部には、第２流量計Ｒ２、第２電動流量調整弁Ｖ２及び危急遮断弁Ｖ３をこの順番で直列的に配設している。そして、燃料油流出パイプ１の先端部と水流出パイプ２の先端部を接続して、この接続部に合流流体導入パイプ３の基端部を接続するとともに、合流流体導入パイプ３の先端部に流体混合器Ｍの導入口を接続し、合流流体導入パイプ３の中途部には水混合燃料用電動ポンプＰ１を配設している。ここで、第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２の開口量（開度）により、水Ｗと燃料油Ｆの混合割合が調整される。
【００３０】
水混合燃料用電動ポンプＰ１は、合流流体導入パイプ３中の燃料油Ｆと水Ｗの合流流体を吸入するとともに、流体混合器Ｍに向けて吐出（圧送）して、流体混合器Ｍに合流流体を導入するようにしている。流体混合器Ｍの導出口には水混合燃料導出パイプ４の基端部を接続し、水混合燃料導出パイプ４の先端部は第２電動三方弁Ｖｃ２を介して燃料油供給パイプ９に接続している。水混合燃料導出パイプ４の中途部には分岐部分があり、この分岐部分に水混合燃料循環パイプ５の基端部を接続し、水混合燃料循環パイプ５は圧力調整弁Ｖ４と第１電動三方弁Ｖｃ１を経て水混合燃料用電動ポンプＰ１の入口部分に達する。
【００３１】
第１電動三方弁Ｖｃ１には水混合燃料回収パイプ６を介して分離タンクＴ３を接続し、分離タンクＴ３には燃料油回収パイプ７を介して燃料油タンクＴ１を接続するとともに、水回収パイプ８を介して水タンクＴ２を接続して回収部を形成している。そして、第１電動三方弁Ｖｃ１は、水混合燃料循環パイプ５の下流側と水混合燃料回収パイプ６側に流路を切替自在としている。水混合燃料回収パイプ６を通して分離タンクＴ３内に回収された水混合燃料は、比重差により燃料油Ｆと水Ｗが分離タンクＴ３内で相互に分離するとともに、分離した燃料油Ｆは燃料油回収パイプ７を介して燃料油用電動ポンプＰ２により燃料油タンクＴ１内に戻される一方、分離した水Ｗは水回収パイプ８を介して水用電動ポンプＰ３により水タンクＴ２内に戻される。
【００３２】
水混合燃料導出パイプ４の先端は、燃料油供給パイプ９のエンジン又はボイラ等の機器Ｋの給入口の近接個所に設けた第２電動三方弁Ｖｃ２に接続している。そして、第２電動三方弁Ｖｃ２は、燃料油供給パイプ９がエンジン又はボイラ等の機器Ｋと燃料油タンクＴ１と連通された状態と、燃料油供給パイプ９の下流側部（機器Ｋの燃料噴射装置に接続される部分）と水混合燃料導出パイプ４とが連通された状態と、に流路を切替自在としている。燃料油供給パイプ９が燃料油タンクＴ１と連通された状態では、燃料油タンクＴ１から直接エンジン又はボイラＫに燃料油が供給される。一方、燃料油供給パイプ９の下流側部と水混合燃料導出パイプ４とが連通された状態では、水混合燃料導出パイプ４から燃料油供給パイプ９の下流側部を通してエンジン又はボイラ等の機器Ｋに水混合燃料が供給される。
【００３３】
水混合燃料導出パイプ４における流体混合器Ｍの導出口近傍に位置する部分には、水混合燃料循環パイプ５の基端部を接続する一方、合流流体導入パイプ３における水混合燃料用電動ポンプＰ１の上流側に位置する部分には、水混合燃料循環パイプ５の先端部を接続して、循環流路Ｊを形成している。
【００３４】
流体混合器Ｍは、導入した分散質としての水Ｗ又は燃料油Ｆを、数μｍ以下を含む粒径まで微細化するとともに、導入した分散媒としての燃料油Ｆ又は水Ｗ中に均一化させることができるものであればよい。望ましくは、本実施形態の流体混合器Ｍのように、導入した分散質としての水Ｗ又は燃料油Ｆの９０％以上を数μｍ〜約２０μｍの粒径まで微細化して微小な水粒Ｗａ又は油粒Ｆａとなすとともに、導入した分散媒としての燃料油Ｆ又は水Ｗ中に均一化させることができるもの、例えば、特許第３８８４０９５号（図１５〜図２３）に開示されている「流体混合装置」を採用することができる。この「流体混合装置」は、駆動部を持たない静止型流体混合装置で、ユニット内部にハニカム構造のエレメントを直列的に配置して、複数の流体（本実施形態では水Ｗと燃料油Ｆ）を加圧通過させてせん断力を作用させることにより、超微粒化かつ均一化混合を短時間で実現する装置である。
【００３５】
上記のように構成した水混合燃料生成装置Ａには、コントローラＣを設けており、コントローラＣは、内部バスにより相互に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたコンピュータ装置である。ＣＰＵは、タイマを内蔵しており、ＲＯＭに格納された制御プログラムをＲＡＭに読み込み、この制御プログラムにしたがって、水の添加割合等の演算を実行する。
【００３６】
コントローラＣには、図３に示すように、操作部Ｏｐと第１〜第２流量計Ｒ１〜Ｒ２からの各出力情報が入力インターフェースを介して入力される一方、コントローラＣは、第１〜第２電動流量調整弁Ｖ１〜Ｖ２と、危急遮断弁Ｖ３と、圧力調整弁Ｖ４と、第１電動三方弁Ｖｃ１と、第２電動三方弁Ｖｃ２と、各電動ポンプＰ１〜Ｐ３に出力インターェースを介して制御情報を出力する。
【００３７】
上記のように構成した水混合燃料生成装置Ａでは、操作部Ｏｐを手動操作して、２種類の水混合燃料のいずれを生成するかを選択するとともに、所望の水の添加割合を設定することで、所望の水の添加量［ｋｇ］と消費燃料油量［ｋｇ］が算出されて、それに適応した第１〜第２電動流量調整弁Ｖ１〜Ｖ２の各開口量が決定されるとともに、決定された各開口量に第１〜第２電動流量調整弁Ｖ１〜Ｖ２が開口動作する。そして、第１〜第２電動流量調整弁Ｖ１〜Ｖ２をそれぞれ通して流動する各流体（燃料油Ｆと水Ｗ）の各流量が第１〜第２流量計Ｒ１〜Ｒ２によりそれぞれ検出されて、各検出情報がコントローラＣに入力される。設定された所望の水の添加割合が得られるまで第１〜第２電動流量調整弁Ｖ１〜Ｖ２の各開口量がフィードバック制御される。つまり、水Ｗと燃料油Ｆの各流量が設定量となるまで制御される。
【００３８】
所望の水の添加割合が得られるようになった混合流体は、水混合燃料用電動ポンプＰ１により流体混合器Ｍ内に導入されて、流体混合器Ｍ内で分散質の水Ｗ又は燃料油Ｆの９０％以上が数μｍ〜約２０μｍの粒径に微細化された微小な水粒Ｗａ又は油粒Ｆａとなるとともに、分散媒としての燃料油Ｆ又は水Ｗ中に均一化されて水混合燃料となって導出される。
【００３９】
具体的に説明すると、燃料油７０：水３０の混合割合で「微小水粒型水混合燃料」を生成する場合は、第１電動流量調整弁Ｖ１を全開状態とする一方、第２電動流量調整弁Ｖ２を全閉状態とする（燃料油Ｆのみで運転する状態）。この際、危急遮断弁Ｖ３と圧力調整弁Ｖ４は開状態としておく。そして、第２電動三方弁Ｖｃ２は、燃料油供給パイプ９において燃料油タンクＴ１とエンジン又はボイラ等の機器Ｋが連通された状態となして、燃料油供給パイプ９を介して燃料油タンクＴ１からエンジン又はボイラ等の機器Ｋに燃料油Ｆを供給する。
【００４０】
このような状態で、第1流量計Ｒ１が検出した燃料油Ｆの流量と燃料油タンクＴ１から燃料油Ｆが流出した経過時間とから、合流流体導入パイプ３中と循環流路Ｊ中に燃料油Ｆが充満されたとコントローラＣが判定すると、第１電動流量調整弁Ｖ１を全開状態（１００％の開度）から７０％の開度に漸次絞り調整するとともに、第２電動流量調整弁Ｖ２を全閉状態（０％の開度）から３０％の開度に漸次開き調整する。また、圧力調整弁Ｖ４の開度を、水混合燃料導出パイプ４の圧力が設定された値（例えば、約０.５ＭＰa）になるように調整する。
【００４１】
この際、第１電動三方弁Ｖｃ１は、水混合燃料循環パイプ５の下流側と水混合燃料回収パイプ６側に流路を切り替えて、燃料油Ｆ及び水混合燃料が水混合燃料回収パイプ６を通して分離タンクＴ３内に回収されるようにしておく。第１流量計Ｒ１が検出した燃料油Ｆの流量と、第２流量計Ｒ２が検出した水Ｗの流量と、燃料油タンクＴ１から燃料油Ｆが流出した経過時間とから、合流流体導入パイプ３中と循環流路Ｊ中の水混合燃料の混合比率が燃料油７０％：水３０％になったとコントローラＣが判定すると、第１電動三方弁Ｖｃ１は、水混合燃料循環パイプ５が水混合燃料用電動ポンプＰ１まで連通状態となるように流路を切り替えるとともに、第２電動三方弁Ｖｃ２は、水混合燃料導出パイプ４と燃料油供給パイプ９の下流側部とが連通された状態となるように流路を切り替える。
【００４２】
このようにして、合流流体導入パイプ３中と循環流路Ｊ中に充満されている燃料油Ｆに対して、後発的に水Ｗを混入させることで、重量割合が３０％の水Ｗを微小な水粒Ｗaの状態で７０％の燃料油Ｆ中に混在させることができる（図２（ａ）参照）。すなわち、燃料油Ｆの量は１００％から７０％まで漸次減少される一方、水Ｗの量は０％から３０％まで漸次増大されながら、両者が合流流体導入パイプ３を介して流体混合器Ｍに導入されることで、流体混合器Ｍ内で分散質の水Ｗの９０％以上が数μｍ〜約２０μｍの粒径である水粒Ｗａに微細化されるとともに、分散媒としての燃料油Ｆ中に均一化された「微小水粒型水混合燃料」が生成されて、生成された「微小水粒型水混合燃料」がエンジン又はボイラ等の機器Ｋに供給される。
【００４３】
また、燃料油７０：水３０の混合割合で「微小油粒型水混合燃料」を生成する場合は、第１電動流量調整弁Ｖ１を全閉状態とする一方、第２電動流量調整弁Ｖ２を全開状態とする（燃料油を供給しない状態）。この際、危急遮断弁Ｖ３と圧力調整弁Ｖ４は開状態としておく。そして、第２電動三方弁Ｖｃ２は、燃料油供給パイプ９において燃料油タンクＴ１とエンジン又はボイラ等の機器Ｋが連通された状態となして、燃料油供給パイプ９を介して燃料油タンクＴ１からエンジン又はボイラ等の機器Ｋに直接燃料油Ｆを供給する。
【００４４】
このような状態で、第２流量計Ｒ２が検出した水Ｗの流量と水タンクＴ２から水Ｗが流出した経過時間とから、合流流体導入パイプ３中と循環流路Ｊ中に水が充満されたとコントローラＣが判定すると、第１電動流量調整弁Ｖ１を全閉状態から可及的速やかに導入される燃料油Ｆの量を増大させ、最終的に７０％の開度に調整するとともに、第２電動流量調整弁Ｖ２を全開状態から３０％の開度に調整する。また、圧力調整弁Ｖ４の開度を、水混合燃料導出パイプ４の圧力が設定された値（例えば、約０.５ＭＰa）になるように調整する。
【００４５】
この際、第１電動三方弁Ｖｃ１は、水混合燃料循環パイプ５の下流側と水混合燃料回収パイプ６側に流路を切り替えて、水及び水混合燃料が水混合燃料回収パイプ６を通して分離タンクＴ３内に回収されるようにしておく。第１流量計Ｒ１が検出した燃料油Ｆの流量と、第２流量計Ｒ２が検出した水Ｗの流量と、燃料油タンクＴ１から燃料油Ｆが流出した経過時間とから、合流流体導入パイプ３中と循環流路Ｊ中の水混合燃料の混合比率が燃料油７０％：水３０％になったとコントローラＣが判定すると、第１電動三方弁Ｖｃ１は、水混合燃料循環パイプ５が水混合燃料用電動ポンプＰ１まで連通状態となるように流路を切り替えるとともに、第２電動三方弁Ｖｃ２は、水混合燃料導出パイプ４と燃料油供給パイプ９とが連通された状態となるように流路を切り替える。
【００４６】
このようにして、合流流体導入パイプ３中と循環流路Ｊ中に充満されている水Ｗに対して、後発的に燃料油Ｆを混入させることで、重量割合が７０％の燃料油Ｆを微小な油粒Ｆａの状態で３０％の水Ｗ中に混在させることができる（図２（ｂ）参照）。すなわち、水Ｗの量は１００％から３０％まで漸次減少される一方、燃料油Ｆの量は０％から７０％まで漸次増大されながら、両者が合流流体導入パイプ３を介して流体混合器Ｍに導入されることで、流体混合器Ｍ内で分散質の燃料油Ｆの９０％以上が数μｍ〜約２０μｍの粒径である油粒Ｆａに微細化されるとともに、分散媒としての水Ｗ中に均一化された「微小油粒型水混合燃料」が生成されて、生成された「微小油粒型水混合燃料」がエンジン又はボイラ等の機器Ｋに供給される。
【００４７】
上記のように構成した水混合燃料生成装置Ａにより生成される水混合燃料は、流体混合器Ｍにより分散質としての水又は燃料油の９０％以上が数μｍ〜約２０μｍの粒径まで微粒化されて燃料油中に分散されているため、次のような、これまでにない特徴を得ることが出来る。
【００４８】
（１）水混合燃料生成装置Ａにより生成される水混合燃料は、燃料油Ｆ中に混入している水粒Ｗａ又は油粒Ｆａが数μｍ〜約２０μｍの粒径であって、ディーゼルエンジンＥに設けた燃料噴射ポンプのプランジャとバレルの隙間よりも小さい粒子を多数含むため、焼き付が起こらない。
【００４９】
また、燃料噴射ポンプのノズルから噴射されて微粒化された燃料油（油粒Ｆａ）の粒径は、噴射の条件によっても異なるが、十数〜数十ミクロン（μｍ）である。これに対し、流体混合器Ｍによって微粒化された水（水粒Ｗａ）の９０％以上は数μｍ〜約２０μｍの粒径であるため、噴射された油粒Ｆａ中に水粒Ｗａが多く存在できることになる。これが燃焼室の高温により加熱されると、油粒Ｆａよりも沸点の低い水粒Ｗａが先に蒸発し、その体積が大気圧下においては約1500倍になる。そのため、周囲の油粒Ｆａをさらに微粒化して（ミクロ爆発を起こして）、燃焼を改善することができる。
【００５０】
（２）水混合燃料生成装置Ａにより生成される「微小油粒型水混合燃料」は、水中に混入している油粒Ｆａの９０％以上が数μｍ〜約２０μｍの粒径であって、ボイラやディーゼル機関に装備された燃料噴射装置の微粒化機構によって微粒化された燃料油の油粒の粒径と同等もしくはこれよりも小さいため、燃料噴射装置のうちの微粒化機構が不要となり、ボイラやディーゼル機関に装備された燃料噴射装置の低コスト・高性能化が可能となる。
【００５１】
流体混合器Ｍから導出される水混合燃料は、水混合燃料導出パイプ４及び燃料油供給パイプ９の下流側部を通してエンジン又はボイラ等の機器Ｋ（本実施形態ではディーゼルエンジン）に供給される。この際、操作部Ｏｐの手動操作により第２電動三方弁Ｖｃ２は燃料油供給パイプ９の上流側が切断されるように制御される。ここで、流体混合機Ｍは、燃料噴射装置の一形態であるエンジン又はボイラ等の機器Ｋのから出来るだけ近い位置に設置している。そして、水混合燃料生成装置Ａにより水混合燃料を生成した後に、すぐに燃料噴射装置の一形態であるエンジン又はボイラ等の機器Ｋのから水混合燃料を噴射することができるようにしている。そうすることで、水混合燃料は、水Ｗと燃料油Ｆが分離することなく噴射されるとともに、燃料油Ｆ中に含まれる水Ｗや分離した水Ｗによる燃料供給系の腐食が防止できる。
【００５２】
分散質の水Ｗの９０％以上を所望の数μｍ〜約２０μｍの粒径に微細化する場合には、水混合燃料循環パイプ５を介して循環流路Ｊを形成し、水混合燃料を循環流路Ｊ中で循環させることで、水混合燃料を複数回にわたって流体混合器Ｍ内を通過させる。
【００５３】
エンジン又はボイラ等の機器Ｋに供給される水混合燃料の余剰分は、戻しパイプ１０を介して循環流路Ｊ内に設置された水混合燃料用電動ポンプＰ１の吸入側に導かれる。
【００５４】
発停時や緊急時には、エンジン又はボイラ等の機器Ｋに燃料油Ｆのみを供給することができる。この場合には、コントローラＣに閉弁制御されて危急遮断弁Ｖ３が閉状態になるとともに、操作部Ｏｐの手動操作により第２電動三方弁Ｖｃ２が切替制御されて、燃料油タンクＴ１からエンジン又はボイラ等の機器Ｋに燃料油供給パイプ９を介して燃料油Ｆが供給される。
【００５５】
また、コントローラＣは、発停時や緊急時に、危急遮断弁Ｖ３を閉弁制御するとともに、第２電動三方弁Ｖｃ２を切替制御して、水混合燃料生成装置Ａの水混合燃料導出パイプ４からエンジン又はボイラ等の機器Ｋへの水混合燃料の供給を停止させるとともに、燃料油タンクＴ１からエンジン又はボイラ等の機器Ｋに燃料油供給パイプ９を介して燃料油Ｆが自動的に供給されるようにすることもできる。
【００５６】
この場合、コントローラＣによりエンジン又はボイラ等の機器Ｋへの燃料油Ｆのみの供給が確保されるため、エンジン又はボイラ等の機器Ｋが急作動停止したり、破損されたりするという不慮の事態の発生を回避できる。この際、上記のように危急遮断弁Ｖ３を閉弁制御するとともに、第２電動三方弁Ｖｃ２を切替制御したコントローラＣは、第１電動流量調整弁Ｖ１を閉弁制御し、かつ、圧力調整弁Ｖ４を開弁制御し、かつ、第１電動三方弁Ｖｃ１を切替制御して、合流流体導入パイプ３と水混合燃料導出パイプ４と水混合燃料循環パイプ５によって形成される循環流路Ｊ内で水混合燃料を循環させる。
【００５７】
このように構成した水混合燃料生成装置Ａでは、添加剤（界面活性剤）を不必要としているため、添加剤（界面活性剤）を投入するための添加剤投入装置を設ける必要がない。したがって、添加剤投入装置を設けない分、水混合燃料生成装置Ａを小型・軽量化できる。また、流体混合器Ｍは燃料噴射装置の直前に設置する必要があるが、その他の機器は任意のスペースに設置して配管により流体混合器Ｍと接続すればよいため、機器の配置が自由に設計できるという特徴を持つ。
【実施例】
【００５８】
［実験１］
本実験１では、添加剤の要らない本実施形態の水混合燃料生成装置Ａを用いて、「微小水粒型水混合燃料」によるＮＯｘの低減効果と、それが燃費とＰＭ（粒子状物質：Particulate Matter）に及ぼす影響を明らかにする実験を行った。その結果、この水混合燃料生成装置Ａを用いることによりＮＯｘのみならず、燃費とＰＭを同時低減できることを示した。【００５９】
すなわち、２１４ｋＷ／３１０１ｍｉｎ−１の小型高速ディーゼル機関に、前記のように構成した水混合燃料装置Ａを接続して供試機関とし、この供試機関を運転して、次のような実験を行った。【００６０】
この実験は、供試機関を舶用特性上の負荷率７５％で運転し、燃料消費量とエンジン各部の状態及びＮＯｘ、ＰＭ等の排ガスデータを採取した。流体混合器Ｍとしては、特許第３８８４０９５号（図１５〜図２３）に開示されている「流体混合装置」である（株）ナノクス製の「ラモンドナノミキサー」（商品名）を採用した。燃料油は市販の軽油と低硫黄Ａ重油（１種１号）、水は水道水をそれぞれ使用した。また、水の添加割合は、一定質量（例えば、３ｋｇ）の燃料油が消費される時間と、その時間内に消費される水の質量を計測することで、前記した水の添加割合の式を適用して算出した。【００６１】
［実験１の結果］
図４に、「微小水粒型水混合燃料」と「微小油粒型水混合燃料」（以下、両燃料ともいう。）における水の混合による燃料消費量の変化を示す。「微小水粒型水混合燃料」を使用した場合、水の混合割合の増加とともに燃費は改善され、混合割合を３０％にすることにより燃費は約５％改善されている。これに対し、「微小油粒型水混合燃料」を使用すると燃費は更に改善され水の混合割合３０％において約８％低減している。【００６２】
図５に、両燃料における水の混合割合によるＮＯｘの変化を示す。「微小水粒型水混合燃料」を使用した場合、水の混合割合の増加とともにＮＯｘは減少し、混合割合を３０％にすることにより約３５％低減している。これに対し、「微小油粒型水混合燃料」を使用するとＮＯｘの低減効果は小さくなっている。【００６３】
図６に、両燃料における水の混合割合によるＰＭの変化を示す。「微小水粒型水混合燃料」を使用した場合、水の混合割合の増加とともにＰＭは減少し、混合割合を２０％にすることにより半減し、３０％にすることにより約６０％低減している。【００６４】
図７に、「微小水粒型水混合燃料」を用いた場合の、水の混合割合によるＰＭの低減効果を示す。水の混合割合に比例して捕集フィルタの色がカーボンブラックから灰色に変化しており、混合割合を３０％にすることにより薄い灰色になっている。【００６５】
図８に、燃料油（Ｃ重油）中に水を３０％混合させた「微小水粒型水混合燃料」における水粒子の粒径分布（Ｃ重油に水を混合した場合）を示す。水粒子のモード径（分布の最頻値に対応する粒子径）が、ナノレベル（1μｍ未満）の粒径を含む１μｍ近傍（２μｍ未満）の値となるように微細化されているため、ミクロ爆発により燃焼を改善することができる。【００６６】
［実験２］
本実験２では、添加剤の要らない本実施形態の水混合燃料生成装置Ａを用いて、「微小油粒型水混合燃料」における水の混合割合が３０％の場合の燃費の変化を明らかにする実験を行った。【００６７】
すなわち、２１４ｋＷ／３１０１ｍｉｎ−１の小型高速ディーゼル機関に、前記のように構成した水混合燃料装置Ａを接続して供試機関とし、この供試機関を運転して、次のような実験を行った。【００６８】
この実験は、供試機関を舶用特性上の負荷率７５％、５０％、２５％でそれぞれ運転して、それらの運転の際の燃費データを採取した。流体混合器Ｍとしては、実験１と同様に「ラモンドナノミキサー」（商品名）を採用した。燃料油は市販の軽油、水は水道水をそれぞれ使用した。また、水の混合割合は、一定質量（例えば、１〜３ｋｇ）の燃料油が消費される時間と、その時間内に消費される水の質量を計測することで、前記した水の混合割合の式を適用して算出した。【００６９】
［実験２の結果］
図９に、市販の軽油中に水を３０％混合させた「微小油粒型水混合燃料」における油粒子の顕微鏡写真を示す。これは、水混合燃料生成装置の水混合燃料用電動ポンプＰ１の吐出圧力（流体混合器Ｍの入口圧力）を０.６ＭＰａに設定して生成した「微小油粒型水混合燃料」を撮影したものである。図９に示すように、ほとんどの油粒は２０μｍ以下に微粒化されている。【００７０】
図１０に、市販の軽油中に水を３０％混合させた「微小油粒型水混合燃料」における燃費の変化（％）を示す。この図は軽油中に水を混合させない場合と、水を３０％混合した場合を対比している。水を３０％混合させた「微小油粒型水混合燃料」を使用することにより、負荷率２５％、５０％、７５％のいずれの負荷率においても燃費が７％〜８％改善されている。【００７１】
［結果の考察］
上記した実験により、ＣＯ２（燃費）、ＮＯｘ、ＰＭを同時に低減できることを示したが、この欄では、この理由と今後の展望及び課題について考察する。【００７２】
図４において燃費が改善されているのは、燃料油に水を混合することにより噴霧に導入される空気量が増加するため、特に拡散燃焼期間における燃焼が促進されたためと考えられる。また予混合燃焼量が増加することにより燃焼が改善され、図６に示すようにＰＭも減少したものと考えられる。【００７３】
図５において、水の混合割合とともにＮＯｘが低減しているが、これは（１）水の蒸発に伴う気化熱による温度低下、（２）水が蒸発して発生した水蒸気による比熱増加の影響と考えられる。【００７４】
図８において、「微小水粒型水混合燃料」の水粒は、数μｍ〜約２０μｍの粒径であるため、ミクロ爆発効果により燃費が改善される。【００７５】
図９及び図１０に示すように、「微小油粒型水混合燃料」は、燃焼噴射装置による微粒化を行う必要がないため、（１）燃焼室における微粒化過程がなくなり燃焼が改善されることにより燃費が大幅に低減できることに加え、（２）燃料噴射装置のうちの微粒化機構が不要となり、ボイラやディーゼル機関に装備された燃料噴射装置の低コスト・高性能化が可能となる。【００７６】
また、図１０に示す「微小油粒型水混合燃料」を使用した場合の負荷率と燃費の関係からすると、全ての負荷率において燃費が７〜８％改善されている。このことから、燃料噴射量、噴射圧力、燃焼室の温度等の外的要因に係らず、燃焼が改善されていることがわかる。【００７７】
図１１に、水混合燃料使用時の噴霧燃焼のモデル図を示す。図１１（ａ）は、燃料油のみの場合であり、Ｑａは噴射された燃料油の量を棒状に図示している。図１１（ｂ）は、燃料油に水を混合した場合であり、燃料油に水を混合することにより、噴射された燃料の量Ｑbに混合された水の量Ｑcが加わることにより総噴射量（Ｑb＋Ｑc）が増加し噴霧に導入される空気量が増加する。すなわち、図１１（a）と比較するとＱaとほぼ等しい噴射された燃料の量Ｑbに対する空気量が増加するため、特に拡散燃焼期間における燃焼が促進され、燃費が改善されるとともにＰＭが低減する可能性がある。また、水が蒸発する際の気化熱と蒸発後の比熱の増加により燃焼温度が低下し、ＮＯxが低減する。図４〜図６において、水の混合割合が増加すると燃費が改善されるとともに、ＮＯxとＰＭが低減したのは、このような理由によるものと考えられる。【００７８】
図１２に、燃料油の噴霧燃焼過程の摸式図を示す。図１２に示すように、燃料噴射弁の細いノズルの噴口から高速で噴出した燃料油Ｆは燃焼室内で微粒化し、蒸発する。この微粒化過程及びその後の蒸発過程において周囲から導入された空気と混合して可燃性混合気となり、約1ms（ミリ秒）後に自己着火して燃焼が始まる。このように、これまでの噴霧燃焼装置においては、燃焼噴射装置から噴射された燃料は、「微粒化」、「蒸発」という２つの過程を経て燃焼過程に移行する。【００７９】
図１３に、本実施形態に係る水混合燃料生成装置Ａにより生成された「微小油滴型水混合燃料」の噴霧燃焼過程の摸式図を示す。図１３に示すように、図１２に示す燃料油を「微小油粒型水混合燃料」に代えることにより、図１２に示す「微粒化過程」を経ることなく燃焼室内で「蒸発過程」が始まるため、燃費は更に改善されている。しかし、燃焼が活性化されることによりＮＯｘの生成が促進されるため、ＮＯｘは増加傾向となる可能性がある。図５に示す同一運転状態において、「微小油滴型水混合燃料」のＮＯｘの値が、「微小水滴型水混合燃料」のＮＯｘの値よりも高いのは、この理由によるものと考えられる。【００８０】
これらの結果から、燃料油タンクＴ１とエンジン又はボイラ等の機器Ｋにおける燃料噴射装置の間に、本実施形態に係る水混合燃料生成装置Ａを設置することにより、（１）燃費、ＮＯｘ及びＰＭの同時低減を図ることができるとともに、(２)燃料噴射装置の一形態であるエンジン又はボイラ等の機器Ｋと、燃料油タンクＴ１との間に設置して、燃焼室に「微小油滴型水混合燃料」を供給することにより、微粒化された油滴を直接燃焼室に噴射することができる（燃料噴射装置における微粒化機構を無くすことができる）ため、燃料噴射装置を簡略化できるばかりではなく、噴霧燃焼の改善（燃焼促進）が可能となる。【００８１】
また、ＳＣＲ、 ＥＧＲ等の他のＮＯｘ低減技術との組み合わせにより、ＩＭＯ（国際海事機関：International Maritime Organization）の３次規制対応技術としての役割も期待できる。【００８２】
［まとめ］
１．新たに開発した添加剤なしで２種類の水混合燃料を生成できる水混合燃料生成装置を用いて、水混合燃料が排気エミッションに及ぼす影響を明らかにする実験を行った。その結果、（１）「微小水粒型水混合燃料」における水の添加割合を３０％にすることにより付加率７５％において燃費を約５％、ＮＯｘを約３５％、ＰＭを約６０％同時低減できることを示した。（２）「微小油粒型水混合燃料」における水の混合割合を３０％とした場合にも、負荷率２５％、５０％、７５％において、燃費を７％〜８％改善できることを示した。【００８３】
２．燃料油タンクとボイラやディーゼル機関等の燃料噴射装置を必要とする機器の間に、新たに開発した添加剤の要らない水混合燃料生成装置を設置して、これらの機器に「微小油粒型水混合燃料」を生成することにより燃料噴射装置の「微粒化機構」が不要となるため、ボイラやディーゼル機関に装備された燃料噴射装置の低コスト・高性能化が可能となる。
【符号の説明】
【００８４】
Ａ  水混合燃料生成装置
Ｍ  流体混合器
Ｔ１  燃料油タンク
Ｔ２  水タンク
Ｔ３  分離タンク
Ｒ１  第１流量計
Ｒ２  第２流量計
Ｖ１  第１電動流量調整弁
Ｖ２  第２電動流量調整弁
Ｖ３  危急遮断弁
Ｖ４  圧力調整弁
Ｐ１  水混合燃料用電動ポンプ
Ｐ２  燃料油用電動ポンプ
Ｐ３  水用電動ポンプ
Ｖc１ 第１電動三方弁
Ｖc２ 第２電動三方弁
Ｊ  循環流路
Ｃ  コントローラ
Ｏp  操作部
Ｗ  水
Ｗａ  水粒
Ｆ  燃料油
Ｆａ  油粒
１  燃料油流出パイプ
２  水流出パイプ
３  合流流体導入パイプ
４  水混合燃料導出パイプ
５  水混合燃料循環パイプ
６  水混合燃料回収パイプ
７  燃料油回収パイプ
８  水回収パイプ
９  燃料油供給パイプ
１０  戻しパイプ
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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