(57)【要約】      （修正有）【課題】通常の燃料油と同じように取り扱いそして使用できる、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持した、環境適用型のエマルジョン燃料を提供すること。【解決手段】燃料油５０体積％以上と乳化剤水溶液５０体積％以下の混合液を、超音波を付与しながら攪拌・混合することからなる環境適用型エマルジョン燃料、および、超音波発生手段１と攪拌手段２を備えた混合容器３と、それに連結された水タンク４、燃料油タンク５、乳化剤タンク６及び環境適用型エマルジョン燃料タンク７から構成されている環境適用型エマルジョン燃料の製造装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料油５０体積％以上と乳化剤水溶液５０体積％以下の混合液を、超音波を付与しながら攪拌・混合して得られた環境適用型エマルジョン燃料。
【請求項２】
乳化剤の量が、燃料油に対して０．１〜１０重量％である請求項１記載の環境適用型エマルジョン燃料。
【請求項３】
燃料油５０体積％以上と乳化剤水溶液５０体積％以下の混合液を、超音波を付与しながら攪拌・混合することを特徴とする環境適用型エマルジョン燃料の製造方法。
【請求項４】
乳化剤の量が、燃料油に対して０．１〜１０重量％である請求項３記載の環境適用型エマルジョン燃料の製造方法。
【請求項５】
超音波発生手段と攪拌手段を備えた混合容器と、それに連結された水タンク、燃料油タンク、乳化剤タンク及びエマルジョン燃料タンクから構成された環境適用型エマルジョン燃料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽油、灯油、重油、ガソリン等の燃料油と水をエマルジョン化して環境適用型エマルジョン燃料とする方法、それに用いる装置及びそれによって得られる環境適用型エマルジョン燃料に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水と軽油、灯油、重油、ガソリン等の燃料油を混合して得られるエマルジョン燃料は、燃焼時に窒素酸化物（ＮＯＸ）や煤塵の発生が少ないため、大気汚染防止に有効な燃料であることが知られている。例えば、車両、船舶、発電、土木建築等の多くの分野で有効に利用されているディーゼルエンジンは主として軽油を燃料としているが、近年、その排気ガスに含まれる窒素酸化物やＰＭ（Particulate Matter）等の未燃焼生成物、煤塵等が大気汚染の原因となっている。このため、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化を目的として、種々の技術開発が進められているが、その一つとして、排気ガス中の窒素酸化物を低減するために、軽油と水とからなるエマルジョン燃料を供給して、噴射、燃焼させるエマルジョン燃料供給装置も色々と提案されている。そしてまた、安定なエマルジョン燃料を得るための乳化剤についても、色々な種類のものが提案されている。
【特許文献１】特開平６−３４６０７１号公報
【特許文献２】特開平１１−２６３９９１号公報
【特許文献３】特開２００４−１０７６５号公報
【特許文献４】特開２００２−２２６０００号公報
【特許文献５】特開２００３−２７０７４号公報
【特許文献６】特開２００４−１２３９４７号公報
【０００３】
また、特開２００４−７６６０８号公報には、ディーゼルエンジンに連結された燃料改質装置が提案されており、この改質装置は、液体燃料と水との混合液に高周波振動を与えて超微粒化・高混合密度のエマルジョン燃料を生成させ、これを燃料噴射ポンプによりエンジン本体に供給するものであることが示されている。そして、かかる燃料を運転状態の制御システム下でディーゼルエンジンに用いると、燃焼温度が低く抑えられと共に、燃料中の水分が水蒸気となり、その一部が分離して小爆発の現象を起こし、その爆発力で燃料と空気との混合を助け燃焼反応が助長されるので、窒素酸化物やＰＭ（Particulate Matter）等の未燃焼生成物、煤塵等の発生が殆どなくなるということが述べられている。しかしながら、特開２００４−７６６０８号公報の発明は、あくまでも車両積載型の燃料改質装置に関するものであり、運転状態の制御システムと組合わせて初めて目的が達成されるものである。
【特許文献７】特開２００４−７６６０８号公報
【０００４】
以上の様に、従来は、主として、ディーゼルエンジンと直結した燃料供給システムとしての改良・改善が色々と検討されてきた。そして、実際に、軽油と水から、その時々の燃焼条件に最適なエマルジョン燃料を作る装置と、後処理フィルターを組み合わせて、電子制御により統合処理する車両積載型のシステムが、ＮＯＸ・ＰＸ法認定装置として公にも認定されている。これによると、燃料中の水分により燃焼時のピーク温度が下がるため、窒素酸化物の発生が大幅に低減し、またその時、水の微爆によって燃料と酸素の混合が促進され、より完全な燃焼が起こるため、黒煙・煤塵の発生も抑えられるという効果があることが知られている。しかしながら、燃料と水との、長期間にわたって良好なエマルジョン状態を保持した実用的なエマルジョン燃料は、本発明者の知る限り未だ開発されてはいない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、車両積載型システムの燃料ではなく、通常の燃料油と同じように取り扱いそして使用できる、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持した、環境適用型のエマルジョン燃料を開発することを目的・課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の課題は、燃料油５０体積％以上と乳化剤水溶液５０体積％以下の混合液を、超音波を付与しながら攪拌・混合することからなる環境適用型エマルジョン燃料の製造方法と、それによって得られた環境適用型エマルジョン燃料によって達成される。そして、また、本発明の他の態様は、かかる環境適用型エマルジョン燃料を製造するための装置である、超音波発生手段と攪拌手段を備えた混合容器と、それに連結された水タンク、燃料油タンク、乳化剤タンク及び環境適用型エマルジョン燃料タンクから構成された環境適用型エマルジョン燃料製造装置によって達成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によって得られる環境適用型エマルジョン燃料は、公害が少ない環境に優しい燃料であり、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持しているので、通常の燃料油と同じように取り扱い、使用することができる。また、本発明の環境適用型エマルジョン燃料は、既存のエンジンや燃焼装置・設備にそのまま使用できるので、特別に新たなものを備える必要もない。そして、例えば、軽油と乳化剤を含む水とからなる本発明のエマルジョン燃料をディーゼルエンジンに使用した場合には、黒煙を含むＰＭ及び窒素酸化物の発生が非常に少なくなる。また、車両の燃費が向上すると共に、エンジンオイルの寿命も長くなるというメリツトが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明においては、燃料油５０体積％以上、好ましくは６０体積％以上と、乳化剤水溶液５０体積％以下、好ましくは４０体積％以下の混合液を、超音波を付与しながら攪拌・混合して燃料油をエマルジョン化する。特に好ましいのは、燃料油８０〜９０体積％と乳化剤水溶液２０〜１０体積％の混合液である。本発明において乳化剤水溶液とは、必ずしも最初から乳化剤が水に溶解したものだけを意味するものではなく、混合・溶解の順序は問わず、結果的に、混合液として燃料油５０体積％以上と乳化剤と水が５０体積％以下になっているものも含むものである。従って、燃料油と水と乳化剤の添加・混合順序も特に限定されるものではなく、燃料油と水と乳化剤を一括混合しても良いし、先ず、水に乳化剤を混合・溶解してから燃料油に添加しても良く、あるいは、先ず、燃料油に乳化剤を混合・溶解してから、水を徐々に添加する方法でも良い。
【０００９】
乳化剤は、燃料油に対して０．１〜１０重量％用いるのが適当であり、好ましくは１〜５重量％である。乳化剤としては、非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤のいずれでも用いることができるが、好ましいのは、ソルビトール、ソルビタン及びソルバイド等の多価アルコールの脂肪酸エステルや、アルコールの
アルキレンオキサイド付加物等の非イオン界面活性剤である。乳化剤は一種又は二種以上混合して用いることができる。
【００１０】
エマルジョン化によって得られた環境適用型エマルジョン燃料は、燃料油と水の割合によって、Ｏ／Ｗ（Oil in Water）型かＷ／Ｏ（Water in Oil）型になるが、本発明においては、どちらの型でもかまわない。一般的に、燃料油中に水の微粒子が分散したＷ／Ｏ型の方が安定性には優れている。燃料油中の水微粒子の大きさは、２０μ以下が適当であり、５μ以下にするのがより好ましい。また、本発明の環境適用型エマルジョン燃料中には、その目的・用途に応じて、必要な公知の添加剤、例えば、防錆剤、流動点降下剤、腐食防止剤を配合することもできる。
【００１１】
本発明においては、先行特許に開示された電磁波である高周波を用いる方法・装置よりも、取り扱いが容易かつ安全である、超音波発生手段で超音波を付与することにより、燃料油と乳化剤水溶液がエマルジョン化し、同時に常温常圧下でありながら1000気圧5000度の真空状態を作るといわれる超音波のキャビテーション効果により、且つ攪拌・混合手段による液の攪拌によって、非常に安定な環境適用型エマルジョン燃料が得られるのである。
【００１２】
本発明において超音波発生手段としては、例えば、公知あるいは市販の超音波発生装置を用いることができる。超音波のパワーとしては、燃料油と乳化剤水溶液の混合液１リットル当たり１〜１００Ｗ程度、好ましくは１０〜４０Ｗである。なお、本発明において超音波発生手段とは、高周波発生手段は含まないが、マイクロ波等のいわゆる超音波以外の、周波数により物体に振動を与える手段も含むものとする。超音波発生手段は、処理液を十分にエマルジョン効果により乳化し、キャビテーション効果を促すものであればどのようなものでも良いが、超音波発生機と接続された超音波発振棒を混合液に挿入するタイプのものが適当である。攪拌手段は、公知あるいは市販の攪拌機を利用すれば良い。攪拌・混合に用いる混合容器としては、特別な容器を用いる必要はなく、実用的にも、例えば、ステンレスやガラス製、あるいは塩化ビニール製の一般的な容器・装置を用いることができる。
【００１３】
本発明の環境適用型エマルジョン燃料の製造方法及びそれに用いられる装置について、図を用いて説明する。図１は、その一例を示す装置（環境適用型エマルジョン燃料製造装置）の概略図である。超音波発生手段１と攪拌手段２を備えた混合容器３と、それに連結された水タンク４、燃料油タンク５、乳化剤タンク６及び環境適用型エマルジョン燃料タンク７から構成されている。８は計量器を、９はバルブを示す。所定量の燃料油と乳化剤と水が、それぞれのタンクから混合容器３に供給される。乳化剤はその種類によって、粉末、液体あるいは水溶液の形態であって良いし、また、あらかじめ燃料油あるいは水と混合したものを混合容器３に供給しても良い。燃料油と乳化剤水溶液に超音波を与えるための超音波発生手段（発振棒）１が、混合容器３に挿入され、攪拌手段２も混合容器３に設置されている。この様な混合容器を用いて、超音波を与えながら、攪拌を行うことによって、燃料油をエマルジョン化する。エマルジョン化のための時間、温度、雰囲気等は特に限定されるものではない。そして、得られた燃料油５０体積％以上と乳化剤水溶液５０体積％以下の環境適用型エマルジョン燃料は、環境適用型エマルジョン燃料タンク７に導入され貯蔵される。なお、例えば、工場等で一定の箇所に設置型の燃焼装置に本発明を適用する場合には、適当な制御手段を組合わせて、環境適用型エマルジョン燃料タンク７から直接、燃焼装置に環境適用型エマルジョン燃料を供給できるようにすることもできる。また、水タンク４は、いわゆる一時的に水を貯蔵するタンクではなく、水道等の水供給源に直接連結されているものでも良く、本発明においては、このようなものも水タンクの概念に含むものとする。
【００１４】
以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、エマルジョンの経時安定性の評価は、エマルジョン燃料２５０ｍｌを２５０ｍｌのメスシリンダーに入れ、密封系で２５℃で１カ月放置した後の外観を観察して、次の基準で評価した。○：外観変化せず、△：若干の変化あり、×：エマルジョンが分離。
【実施例１】
【００１５】
軽油８リットル（比重０．８５）と、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン性界面活性剤を１３６ｇ（軽油に対して２重量％）を含む水２リットルの混合液を調整した（燃料油７７体積％、水２３体積％）。図１の混合容器（ステンレス製）を用い、これに前記混合液を入れ、超音波を与えながら、常温常圧で３０分間攪拌を行った。超音波発生手段である電波棒は、直径４５ｍｍ、長さ３５ｃｍの金属棒を用い、これに２０ＫＨｚの超音波を印加した。超音波のバワーは、平均２５５Ｗであった。攪拌は、市販のミキサーを用いて１４００回／ｍの攪拌を行った。得られた環境適用型エマルジョン燃料は、均一なエマルジョン状態のものであった。このエマルジョンの経時安定性の評価を行ったところ、２５℃で１カ月放置した後もエマルジョンの状態の外観に変化はなかった（○：外観変化せず）。
【００１６】
［比較例１］
超音波を印加せずに、その他は実施例１と同じようにしてエマルジョン燃料を得た。このものは、２５℃で１日放置しておくとエマルジョンの状態に変化が現れ（△：若干の変化あり）、一週間後には、エマルジョンが殆ど分離した（×：エマルジョンが分離）。
【実施例２】
【００１７】
灯油１２リットルと、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン系界面活性剤を２００ｇ含む水８リットルの、混合液を調整した。実施例１と同様に、ステンレス製容器に混合液を入れ、２０ＫＨＺの超音波を印加し同時に攪拌機により攪拌した。２０分間の処理後、処理液を１ヶ月間放置したが、灯油と水の乖離現象は起こらず、完全にエマルジョン状態が保持されていた（○：外観変化せず）。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明によって得られる環境適用型エマルジョン燃料は、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持しているので、通常の燃料油と同じように取り扱い、使用することができる。そして、水と軽油、灯油、重油、ガソリン等の燃料油を用いて得られる環境適用型エマルジョン燃料は、燃焼時に窒素酸化物（ＮＯＸ）や煤塵の発生が少ないため、大気汚染防止に有効な燃料として、例えば、工場用の燃料、農機具の燃料、漁船や船舶の燃料、車両用燃料に利用できる。また、特に、軽油と乳化剤を含む水とからなる環境適用型エマルジョン燃料は、ディーゼルエンジンの燃料として有効に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の環境適用型エマルジョン燃料製造装置の一例の概略図である。
【符号の説明】
【００２０】
１  超音波発生手段
２  攪拌手段
３  混合容器
４  水タンク
５  燃料油タンク
６  乳化剤タンク
７  環境適用型エマルジョン燃料タンク
８  計量器
９  バルブ
【図１】
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