(57)【要約】基準乳化機によって作り出されたエマルションに一致する特定の燃料−水エマルションを作り出すための乳化機についてのパラメータを導き出す方法が本明細書に開示されている。記載された実施形態において、所望乳化機および基準乳化機には、燃料と水とを混合するための所望混合室および基準混合室がそれぞれ含まれている。この方法は、ステップ６０２〜６０４で、基準乳化機の基準混合室の直径に基づいて所望乳化機のための所望混合室の直径を導き出すことを備えており、所望混合室の導き出された次元は、その混合室で乱流型の流れを作り出すものである。この方法は、ステップ６０５で、導き出された次元から無次元水粒子寸法を算出し、ステップ６０６で、上記の算出された無次元水粒子寸法から混合室で水を上記油の中へ噴射するための複数の水ノズルのための乳化機のノズル次元を導き出すことを含んでいる。さらにこの方法は、ステップ６０７で、乳化機から水ノズルの数を導き出すことを含んでいる。
2013538113.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基準乳化機によって作り出されたエマルションと一致する特定の燃料−水エマルションを作り出すための所望乳化機についてのパラメータを導き出す方法であって、上記所望乳化機および上記基準乳化機には、燃料と水とを混合するための所望混合室および基準混合室がそれぞれ含まれている方法において、
（ｉ）基準乳化機の基準混合室の次元に基づいて所望乳化機のための所望混合室の次元を導き出すステップを備え
所望混合室の導き出された次元は、その所望混合室で乱流型の流れを作り出すものであり、また、
（ｉｉ）導き出された次元から無次元水粒子寸法を算出するステップと、
（ｉｉｉ）算出されたその無次元水粒子寸法から所望混合室で燃料へと水を噴射するための複数の水ノズルについての所望乳化機のノズル次元を導き出すステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２】
ステップ（ｉ）が、
（ｉｖ）基準乳化機の基準混合室の次元に基づいて所望乳化機のための所望混合室の初期次元を算出するステップと、
（ｖ）所望混合室の上記初期次元が所望混合室で乱流型の流れを作り出すかどうかを検証するステップと
を備えることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
上記初期次元が乱流型の流れを作り出すときには、上記の導き出された次元として上記初期次元を使用するステップを含む請求項２の方法。
【請求項４】
上記初期次元が乱流型の流れを作り出さないときには、（ｖｉ）所望混合室で乱流型の流れを作り出すであろう初期次元が得られるまで上記初期次元を修正するとともにステップ（ｖ）を実行し、
上記の導き出された次元として修正次元を使用することを特徴とする請求項２または３の方法。
【請求項５】
ステップ（ｖ）が、基準乳化機および所望乳化機の燃料流におけるそれぞれのレイノルズ数を算出するステップを含むことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１に係る方法。
【請求項６】
上記の導き出された次元が乱流型の流れを作り出すかどうかを検証するために、算出されたレイノルズ数をムーディ線図と照合するステップをさらに備えることを特徴とする請求項５の方法。
【請求項７】
ステップ（ｉｉｉ）は、算出された無次元水粒子寸法に基づいて基準乳化機の経験的次元モデルからノズル次元比を決定するステップを含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１の方法。
【請求項８】
決定されたノズル次元比と導き出された上記次元とからノズル次元を導き出すステップをさらに備えることを特徴とする請求項７の方法。
【請求項９】
上記経験的次元モデルには、基準乳化機から導き出された変動する無次元平均水粒子寸法に対する変動するノズル次元比の一覧表が含まれていることを特徴とする請求項７または８の方法。
【請求項１０】
基準乳化機の基準次元には、基準混合室の直径および基準混合室の燃料流量が含まれていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１の方法。
【請求項１１】
導き出された次元には、所望乳化機の所望混合室の直径が含まれていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１の方法。
【請求項１２】
所望乳化機によって作り出されるエマルションの含水率および水粒子寸法が基準乳化機によって作り出されたものに一致することを特徴とする１〜１１のいずれか１の方法。
【請求項１３】
含水率が燃料体積に対する水体積の百分率として６％〜４０％であり、水粒子寸法が実質的に２〜６ミクロンであることを特徴とする請求項１２の方法。
【請求項１４】
所望乳化機のための水ノズルの数を導き出すステップことを特徴とする１〜１３のいずれか１の方法。
【請求項１５】
基準パラメータマップから、所期の燃料流量で特定の燃料−水エマルションを作り出すための所望乳化機についてのパラメータを決定する方法であって、上記基準パラメータマップは、請求項１〜１４のいずれか１の方法から導き出され、それぞれの所望燃料流量での所望混合室の複数の次元値（values of dimensions）およびこれらに対応する水ノズル次元の所望値を備えており、
上記所期の燃料流量に対応する所望の燃料流量の１つを同定するステップと、
同定された燃料流量から、所望混合室および所望水ノズルの次元の対応値を取得するステップと、
これらの対応する値を所望乳化機についてのパラメータとして使用するステップと
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項１６】
上記同定ステップは、
所期の燃料流量に対応する内挿された燃料流量を同定するために２つの所望燃料流量の間で内挿するステップと、
上記内挿された燃料流量から所望混合室および所望水ノズルの次元の対応値を取得するステップと
を含んでいることを特徴とする請求項１５の方法。
【請求項１７】
約８．００ｍｍ〜約４７ｍｍの直径を有し、燃料と水とを混合するための混合室と、
燃料を上記混合室の中へ約０．６０ｍ３／時〜約１０８ｍ３／時の流量で導き入れる燃料注入口と、
水注入口から水を受け入れてその水を上記混合室の中へ噴射するように配置され、それぞれが約０．５０ｍｍ〜６．６０ｍｍの直径を有している１以上のノズルと
を備えていることを特徴とする燃料−水エマルションを作り出すための乳化機
【請求項１８】
燃料体積に対する水体積の百分率として６％〜４０％の含水率を有し、水粒子寸法が実質的に２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すように適合していることを特徴とする請求項１７の乳化機。
【請求項１９】
混合室は約８．００ｍｍの直径を有し、上記１または各ノズルが約０．５０ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は、燃料を上記混合室の中へ約０．６０ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２０】
混合室は約１０．００ｍｍの直径を有し、上記１または各ノズルは１．１０ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約３．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２１】
混合室は約１２．００ｍｍの直径を有し、上記１または各水ノズルは１．５５ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約６．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２２】
混合室は約１４．００ｍｍの直径を有し、上記１または各水ノズルは１．９０ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約９．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２３】
混合室は約１６．００ｍｍの直径を有し、上記１または各水ノズルは２．２０ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約１２．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２４】
混合室は約１８．００ｍｍの直径を有し、上記１または各水ノズルは２．５０ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約１５．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２５】
混合室は約１９．００ｍｍの直径を有し、上記１または各水ノズルは２．７０ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約１８．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２６】
混合室は約２１．００ｍｍの直径を有し、上記１または各水ノズルは２．９５ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約２１．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２７】
混合室は約２６．００ｍｍの直径を有し、上記１または各水ノズルは３．７０ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約３３．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２８】
混合室は約３５．００ｍｍの直径を有し、上記１または各水ノズルは４．９５ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約６０．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項２９】
混合室は約４７．００ｍｍの直径を有し、上記１または各水ノズルは６．６０ｍｍの直径を有し、また、燃料注入口は燃料を混合室の中へ約１０８．００ｍ３／時の流量で導き入れるように構成されていることを特徴とする請求項１７または１８の乳化機。
【請求項３０】
水ノズルの数が４であることを特徴とする請求項１７〜２８のいずれか１の乳化機。
【請求項３１】
上記燃料は、加熱後に測定された２．８センチストーク〜２４センチストークの粘性率を有することを特徴とする請求項１７〜２６のいずれか１の乳化機。
【請求項３２】
含水率が６％〜４０％の範囲にあり、水粒子寸法が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すために、所望乳化機の部品群を設計しかつ寸法決めする方法であって、含水率が６％〜４０％の範囲にあり、水粒子寸法が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すために試験されかつ検証された基準乳化機から所望乳化機の部品群の設計および寸法を導き出すステップを備えていることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、乳化機および乳化機についてのパラメータを導き出す方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンおよびボイラーの燃焼を改善するために、燃料−水（water-in-fuel）エマルションの利用は、永年、充分に確立されてきた。燃料−水エマルション液滴の燃焼に関して充分に探求されて発表された研究では、エマルションの燃焼が改善された理由は二次的微小爆発効果によることが説明された。図１ａは、高圧下にある燃料液滴１０２の拡大簡略図を示している。この液滴１０２は、エマルションを形成するために燃料液滴１０２の中に水粒子１０１を備えており、また、二次的微小爆発効果は、図１ｂに示すように、エンジンあるいはボイラーの燃焼室の中へ燃料液滴１０２が噴射されたときにその燃料液滴１０２の中における過熱微細水粒子１０１の爆発性沸騰１０３によって引き起こされる。図１ｃは、より微細な燃料ミスト１０４を作り出すとともに燃料と空気との混合状態を改善してより良好な燃焼をもたらす、燃料中における水粒子の二次的微小爆発の結果を示している。
【０００３】
燃料−水エマルションには、６〜４０体積％の含水率があるとともに均一に分散された２〜６ミクロンの平均寸法の水粒子があるのが好ましい。二次的微小爆発効果に影響を及ぼす主要な因子は、（１）燃料中の体積含水率の大きさと、（２）燃料中における水粒子の平均寸法および分布である。
【０００４】
燃料−水エマルションを作り出すために、従来、いくつかの方法が提案されている。そのような従来の方法の一例は、機械的剪断装置の使用である。そのような装置は、高い剪断力を作り出して水と燃料との混合物における水を破壊して燃料−水エマルションを作り出す回転噛み合い歯車あるいは回転鋸歯状表面のような可動部品からなっている。
【０００５】
燃料−水エマルションを作り出す別の方法は、１８，０００サイクル／秒を超えるピッチの超音波あるいは音波（人間の耳には聞こえない）を利用することである。速くて強い振動によって、水および燃料の双方が極めて小さい液滴に分割されるとともに、それらが互いに分散されて、燃料−水エマルションが作り出される。
【０００６】
しかしながら、燃料−水エマルションを作り出すそのような従来技術は、維持管理および交換が必要な可動状機械部品かまたは電気的あるいは電子的部品かのいずれかを有しているという不利益を受ける。いずれにせよ、そのような方法は、所望の含水率および寸法がある燃料−水エマルションを確実に作り出すことができない。
【０００７】
ドイツ特許出願ＧＢ２２３３５７２号には、可動型の機械的、電気的または電子的な部品のない乳化機が開示されている。乳化機とは、燃料−水エマルションを作り出すための装置であると解され、そのような乳化機の一例は図２に示されており、その図は乳化機２００の断面図である。乳化機２００は、一組のノズル２０１と、混合室２０２と、拡散ユニット２０３とを備え、その拡散ユニットは混合板２０４が備わっている。乳化機２００は水注入口２０５ａと燃料注入口２０６ａとを有する。燃料が燃料注入口２０６ａを介して混合室２０２の中へ導入され、また、水２０５が、混合室２０２の周辺における一組のノズル２０１を通じて混合室２０２で燃料の方向に対して垂直に燃料２０６へと噴射されて、乳化機の出口２０８で所要の燃料−水エマルション２０７が作り出される。水と燃料との混合は、燃料とこれに垂直な水噴射との間における混合室２０２の中の運動量の交換に起因する水力学的剪断力によって引き起こされる。繰り返しになるが、そのような乳化機は所望の燃料−水エマルションを確実に作り出すことができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明の目的は、従来技術の上記不利益に対処する乳化機と乳化機についてのパラメータを導き出す方法とを提供し、かつ／または、世間の人々に有用な選択を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明の第１の側面によれば、基準乳化機によって作り出されたエマルションと一致する特定の燃料−水エマルションを作り出すための所望乳化機についてのパラメータを導き出す方法が提供される。この所望乳化機および基準乳化機には、燃料と水とを混合するための所望混合室および基準混合室がそれぞれ含まれている。この方法は、（ｉ）基準乳化機の基準混合室の次元に基づいて所望乳化機のための所望混合室の次元を導き出すステップを備える。所望混合室の導き出された次元は、所望混合室で乱流型の流れを作り出すものである。また、この方法は、（ｉｉ）その導き出された次元から無次元水粒子寸法（粒子径ともいう）を算出するステップと、（ｉｉｉ）算出されたその無次元水粒子寸法から所望混合室で燃料へと水を噴射するための複数の水ノズルについての所望乳化機のノズル次元（nozzle dimension）を導き出すステップとを備えている。
【００１０】
なお、乳化機とは水および燃料のエマルションを作り出すための装置である。
【００１１】
好ましい実施形態に記載されるような提案方法を用いることによって、所望乳化機が特定の含有量、例えば特定の含水率および／または水粒子寸法(粒子径)の燃料−水エマルションを作り出せるように、所望乳化機の部品群についてのパラメータを導き出すことが可能である。例えば、好ましくは、その所望乳化機は、加熱後に乳化機を通じて流れるときの約２．８〜２４センチストーク、あるいは好ましくは２．８〜１４センチストークの燃料粘性率に基づいて、６％〜４０％（燃料体積に対する水体積の百分率として測定されたもの）の含水率と２〜６ミクロンの範囲にある水粒子寸法とを有する燃料−水エマルションを作り出すようになっている。
【００１２】
好ましくは、ステップ（ｉ）が、（ｉｖ）基準乳化機の基準混合室の次元に基づいて所望乳化機のための所望混合室の初期次元(initial dimension)を算出するステップと、（ｖ）所望混合室の上記初期次元が所望混合室で乱流型の流れを作り出すかどうかを検証するステップとをさらに備える。上記初期次元が乱流型の流れを作り出すときには、この方法は、上記の導き出された次元として上記初期次元を使用するステップを含んでよい。
【００１３】
これに対して、上記初期次元が乱流型の流れを作り出さないときには、この方法は、（ｖｉ）所望混合室で乱流型の流れを作り出すであろう修正次元が得られるまで上記初期次元を修正するとともにステップ（ｖ）を実行して、上記の導き出された次元として修正次元を使用するステップを備えてよい。
【００１４】
好ましくは、ステップ（ｖ）が、基準乳化機および所望乳化機の燃料流におけるそれぞれのレイノルズ数を算出するステップを含む。この方法は、上記の導き出された次元が乱流型の流れを作り出すかどうかを検証するために、算出されたレイノルズ数をムーディ線図と照合するステップをさらに備えてよい。
【００１５】
ステップ（ｉｉｉ）は、算出された無次元水粒子寸法に基づいて基準乳化機の経験的次元モデルからノズル次元比（nozzle dimension ratio）を決定するステップを含んでよい。この方法は、決定されたノズル次元比と導き出された上記次元とからノズル次元を導き出すステップをさらに備えてよい。
【００１６】
上記経験的次元モデルには、基準乳化機から導き出された無次元の変動する平均水粒子寸法に対する変動するノズル次元比の一覧表が含まれてよい。
【００１７】
基準乳化機の基準次元には、基準混合室の直径および基準混合室の燃料流量が含まれてよい。
【００１８】
導き出された次元には、所望乳化機の所望混合室の直径が含まれてよい。
【００１９】
有利には、所望乳化機によって作り出されるエマルションの含水率および水粒子寸法が基準乳化機によって作り出されたものに一致することである。好ましくは、その含水率が燃料体積に対する水体積の百分率として６％〜４０％であり、水粒子寸法が実質的に２〜６ミクロンであることである。
【００２０】
この方法には、所望乳化機のための水ノズルの数を導き出すステップがさらに備わっていてよい。
【００２１】
このプロセスを簡略化するために、上記方法からの結果は基準パラメータマップとして具体化されてもよく、また、これによって、この発明の第２の側面が提供されるが、その側面は、基準パラメータマップからの所期の燃料流量で特定の燃料−水エマルションを作り出すための所望乳化機についてのパラメータを決定する方法である。この基準パラメータマップは、上記方法から導き出され、それぞれの所望燃料流量での所望混合室の複数の次元値（values of dimensions）およびこれらに対応する水ノズル次元の所望値を備える。この方法は、所期の燃料流量に対応する所望の燃料流量の１つを同定するステップと、同定された燃料流量から所望混合室および所望水ノズルの次元の対応する値を取得するステップと、これらの対応する値を所望乳化機についてのパラメータとして使用するステップとを備えている。
【００２２】
上記同定ステップは、所期の燃料流量に対応する内挿された燃料流量を同定するために２つの所望燃料流量の間で内挿するステップと、内挿された燃料流量から所望混合室および所望水ノズルの寸法の対応値を取得するステップとを含んでよい。
【００２３】
上述したとおり、上記方法に基づいて、高信頼かつ所定の出力値が備わった所望乳化機を得ることができ、また、この発明の第３の側面はそのような装置に関連している。従って、燃料と水とを混合するための混合室であって約８．００ｍｍ〜約４７ｍｍの直径を有している混合室と、燃料を上記混合室の中へ約０．６０ｍ３／時〜約１０８ｍ３／時の流量で導き入れる燃料注入口と、水注入口から水を受け入れてその水を上記混合室の中へ噴射するように配置された１つ以上のノズルであって、各ノズルが約０．５０ｍｍ〜６．６０ｍｍの直径を有しているノズルとを備えている、燃料−水エマルションを作り出すための乳化機が提供される。
【００２４】
乳化機は、燃料体積に対する水体積の百分率として６％〜４０％（そして、好ましくは６％〜１２％）の水粒子があり、その水粒子の寸法が実質的に２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すように適合させることができる。混合室は約８．００ｍｍの直径であってよく、各ノズルが約０．５０ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は、燃料を上記混合室の中へ約０．６０ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてよい。
【００２５】
上記パラメータのさらに別の変形例は次のとおりである。
【００２６】
混合室は約１０．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは１．１０ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約３．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されてよい。
【００２７】
混合室は約１２．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは１．５５ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約６．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてもよい。
【００２８】
混合室は約１４．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは１．９０ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約９．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてもよい。
【００２９】
混合室は約１６．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは２．２０ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約１２．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてもよい。
【００３０】
混合室は約１８．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは２．５０ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約１５．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてもよい。
【００３１】
混合室は約１９．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは２．７０ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約１８．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてもよい。
【００３２】
混合室は約２１．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは２．９５ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約２１．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてもよい。
【００３３】
混合室は約２６．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは３．７０ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約３３．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてもよい。
【００３４】
混合室は約３５．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは４．９５ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約６０．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてもよい。
【００３５】
混合室は約４７．００ｍｍの直径であってよく、各水ノズルは６．６０ｍｍの直径であってよく、また、その燃料注入口は燃料を混合室の中へ約１０８．００ｍ３／時の流量で導き入れるように配置されていてもよい。
【００３６】
好ましくは、この乳化機は４つの水ノズルを含む。好ましくは、燃料は、加熱後に測定された２．８センチストーク〜２４センチストークの粘性率を有する。
【００３７】
第４の側面によると、燃料−水エマルションを、より詳しくは、限定されるものではないが、含水率が６％〜４０％の範囲にあり、水粒子寸法が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すために、所望乳化機の部品群を設計しかつ寸法決めする方法であって、含水率が６％〜４０％の範囲にあり、水粒子寸法が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すために試験されかつ検証された基準乳化機から所望乳化機の部品群の設計および寸法を導き出す諸ステップを備えている方法が提供される。
【００３８】
１つの側面の特徴的構成は別の側面に適用することも可能であるということを認識されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
以下、この発明の一例を、添付図面を参照して説明する。
【００４０】
【図１】図１ａは、燃料中水粒子の簡略化拡大図を示し、図１ｂは、燃料中水粒子が高い温度まで加熱されてエンジンの燃焼室の中へ噴射されたときの、燃料中水粒子の二次的微小爆発効果を示し、図１ｃは、燃焼のためのより微細な燃料噴霧と燃料および空気のより良好な混合物とを作り出す二次的微小爆発効果の結果を示している。
【図２】図２は、燃料−水エマルションを作り出すための乳化機であって、混合室と、水ノズルと、拡散器と、混合板とを備える乳化機の模式的説明図を示している。
【図３】図３は、基準乳化機から導き出された経験的次元モデルをどのように使用して所望乳化機についてのパラメータを導き出すかを示している画像図である。
【図４】図４は、含水率が６〜４０体積％であって水粒子寸法が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すために試験されかつ検証された、図３の基準乳化機の導き出された経験的次元モデルを示しているグラフである。
【図５ａ】図５ａは、図３の基準乳化機によって作り出された燃料中水粒子の典型的な拡大図を示している。
【図５ｂ】図５ｂは、図５ａの水粒子の寸法および分布の測定結果を示しているグラフである。
【図６】図６は、特定の含水率および水粒子寸法の燃料−水エマルションを作り出せるよう所望乳化機の部品群を導き出すために図４の経験的次元モデルを使用する方法の諸ステップを示しているフローチャートである。
【図７】図７は、図３の基準乳化機および所望乳化機の燃料流が両方とも乱流領域にあるかどうかを決定するために使用される典型的なムーディ線図を示している。
【図８】図８は、所望乳化機の選択されたパラメータ、すなわち、変動する燃料流量および４つの水ノズルについて図６の方法を用いて導き出された混合室の直径および水ノズルの直径の算出寸法をもたらす表あるいはマップである。
【図９】図９は、変動する燃料流量に対する図８の混合室の直径の値の図式的説明図である。
【図１０】図１０は、変動する燃料流量に対する図８の水ノズルの直径の値の図式的説明図である。
【図１１】図１１は、図８の水ノズルの直径に対する混合室の直径の値の図式的説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下の諸定義はこの明細書を通して用いられるものとする。
【００４２】
燃料−水エマルション―――燃料液滴が、燃料中に均等に分散された多数の小さい水粒子を有するような、水と燃料との混合物を意味する。
【００４３】
乳化機−−−水と燃料とを混合して燃料−水エマルションを作り出す混合装置を意味する。
【００４４】
基準乳化機−−−所定の含水率および水粒子寸法を有する燃料−水エマルションを作り出すために試験されかつ検証された乳化機を意味する。
【００４５】
所望乳化機−−−基準乳化機によって作り出されたのと同一の燃料−水エマルションを作り出すために設計されかつ寸法決めされる乳化機を意味する。
【００４６】
水ノズル−−−高圧かつ高速の噴射水がそこから乳化機の混合室の燃料内へと噴射される乳化機の部品を意味する。
【００４７】
含水率−−−燃料中の水の体積による割合を意味し、燃料中の水の体積百分率として測定される。
【００４８】
水粒子寸法−−−燃料中の水粒子の直径を意味する。
【００４９】
混合室−−−そこを通して燃料が流れるとともに、そこで噴射水が噴射されて燃料と混合され、燃料−水エマルションが作り出される乳化機の部品を意味する。
【００５０】
乳化機の部品群−−−乳化機の混合室、水ノズル、水ノズルの数、拡散器、および混合板を意味する。
【００５１】
密度−−−単位体積あたりの質量（ｋｇ／ｍ３）として測定された物理的性質を意味する。
【００５２】
粘性率（粘度）−−−流体の流れ抵抗度の測定値を意味し、特定の温度でセンチストークの単位で測定される。流体の粘性率は温度に依存する。
【００５３】
表面張力−−−流体の表面に存在する凝集エネルギーの測定値を意味する。
【００５４】
無次元比−−−重さ、長さあるいは時間のようないかなる次元も有しないように構成された数比を意味する。
【００５５】
次元解析−−−導き出された依存性あるいは関連性の妥当性を照合するために用いられる方法を意味する。これはまた、実験によって試験することができる複雑な物理的プロセスについての理にかなった仮説を形成するためにも、また、物理量のタイプおよびユニット(units)を、他のユニットとの関連性あるいは他のユニットへの依存性、あるいはそれらの「次元」、あるいはそれらの欠如に基づいて分類するためにも用いることができる。
【００５６】
次元モデル−−−次元解析を用いて導き出された複雑な物理的プロセスの経験的な依存性、関連性または仮説を意味する。
【００５７】
レイノルズ数−−−相異なる流れ事例どうしの間の流れ状態の類似性を決定するために流体力学で用いられる無次元比を意味する。
【００５８】
ムーディ線図−−−相異なる流れ事例どうしの間の流れの類似性を、類似した粗さの表面についての流れ事例のレイノルズ数から決定するために用いられる無次元図を意味する。
【００５９】
乱流−−−無秩序かつ不規則な特性の変化によって特徴付けられる流体の流れ状態を意味する。
【００６０】
上述したとおり、図２の乳化機２００は燃料−水エマルションを作り出すために構成されているが、それは、所望の含水率および水粒子寸法を正確かつ確実に作り出すものではない。言い換えれば、乳化機２００の構造は、時間を浪費する、高コストで融通のきかない試行錯誤によって作られている。この実施形態では、所望の含水率および水粒子寸法をあらかじめ設定するために乳化機２００のパラメータをどのようにして導き出すかを示すための一例が説明されるが、背景情報を提供して乳化機（すなわち、燃料−水エマルションを作り出すための装置）の機能を理解するために、上記ＧＢ２２３３５７２号の内容が参照によって（by reference）この明細書の中へ組み入れられている。
【００６１】
記載された実施形態の重要性および効果を、とりわけ所望乳化機３０３のパラメータを基準乳化機３０１からどのようにして導き出すかを理解するために、技術的背景の説明から始めることは適切であろう（図３参照）。所望乳化機３０３および基準乳化機３０１の両方には、乳化機２００のような類似の構造がある。
【００６２】
乳化機２００によって作り出される燃料−水エマルションの型に影響を及ぼすであろうパラメータは、
ａ）  燃料の流速  Ｖｆ
ｂ）  水の流速  Ｖｗ
ｃ）  水ノズルの数  ｋ
ｄ）  水ノズルの直径  ｄ
ｅ）  混合室の直径  Ｄ
ｆ）  燃料の粘性率  μｆ
ｇ）  水の粘性率  μｗ
ｈ）  燃料の密度  ρｆ
ｉ）  水の密度  ρｗ
ｊ）  燃料中の水の表面張力  ｓ
ｋ）  燃料に対する水の体積百分率  ｎ
ｌ）  ミクロンによる平均水粒子寸法  ｐ
であることが理解できる。
【００６３】
次元解析法（（１）Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  Ｉｎｃによって出版された、Ｂｒｕｃｅ  Ｒ．Ｍｕｎｓｏｎ、Ｄｏｎａｌｄ  Ｆ．ＹｏｕｎｇおよびＴｈｅｏｄｏｒｅ  Ｈ  ＯｋｉｉｓｈｉによるＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ、（２）Ｖａｎ  Ｎｏｓｔｒａｎｄ  Ｒｅｉｎｈｏｌｄ  Ｃｏによって出版された、Ｍａｓｓｅｙ  Ｂ．Ｓ．によるＭｅｃｈａｎｉｃｓ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｓなどの著書から入手できる）を用いることで、特定の含水率および水粒子寸法の燃料−水エマルションを作り出すために乳化機の性能に影響を及ぼす可能性のあるパラメータは、次の無次元比として表わされる。
ａ）  無次元平均水粒子寸法  ｐ／Ｄ
ｂ）  燃料のレイノルズ数  （ρｆＶｆＤ）／μｆ
ｃ）  ノズル次元比  ｄ／Ｄ
ｄ）  速度比  Ｖｗ／Ｖｆ
ｅ）  ウェーバー数  σ／（ρｆＤＶｆ２）
ｆ）  相対密度  ρｆ／ρｗ
ｇ）  粘性率比  μｆ／μｗ
【００６４】
特定の含水率および水粒子寸法が同一である燃料−水エマルションを作り出すために、相異なる寸法の２つの乳化機の間における完全に類似の性能については、上記無次元比のすべての値は両方の乳化機について同等／同一でなければならない。
【００６５】
基準乳化機および所望乳化機によって使用された水および燃料の密度および粘性率は同等であるように選択することができる、ということが理解される。水粒子寸法に関する表面張力効果は、二次的に重要なものであり、無視することができる、ということもまた知られている。従って、燃料−水エマルションを作り出す際における所望乳化機の性能に関するウェーバー数、相対密度および粘性率比の無次元比の効果は無視することができる。
【００６６】
速度比Ｖｗ／Ｖｆは、以下に示すように、体積含水率、ノズル次元比ｄ／Ｄ、および水ノズルの数ｋによって表わすことができる。
【００６７】
エマルション中の体積含水率  ｎは、
2013538113.tif 000003
として表わされる。
【００６８】
ゆえに、（Ｖｗ／Ｖｆ）は、百分率含水率ｎ、ノズル次元比（ｄ／Ｄ）および水ノズルの数ｋによって表すことができる。このことから、上記速度比は冗長な無次元比であり、従って、乳化機の性能に関するその効果もまた無視することができる、ということが理解される。
【００６９】
行われた実験から、水ノズルの数ｋと体積百分率が６％〜４０％の範囲にある燃料に対する水の割合とは、乳化機２００によって作り出された燃料中水粒子の寸法にわずかな影響を与える、ことが分かった。従って、水ノズルの数ｋは無視することができる、ことがわかる。
【００７０】
思いがけないことに、３つの無次元比は上記乳化機によって作り出された燃料−水エマルションの型に影響を及ぼすことがあることが分かった。そして、それらは、
ａ）  無次元平均水粒子寸法  ｐ／Ｄ
ｂ）  燃料のレイノルズ数  （ρｆＶｆＤ）／μｆ
ｃ）  ノズル次元比  ｄ／Ｄ
である。
【００７１】
従って、特定の含水率および水粒子寸法を有する類似の燃料−水エマルションを作り出せるようにするために、相異なる寸法の２つの乳化機（例えば、基準乳化機３０１、所望乳化機３０３）の間における完全に類似（相似）の性能については、上記３つの無次元比の値は両方の乳化機について同じでなければならない。
【００７２】
背景としての上記記載とともに、所望乳化機３０３についてのパラメータを導き出すための方法が以下に記載される。
【００７３】
図３に示すように、所望乳化機３０３についての選択されたパラメータを知るために、経験的次元モデル３０２が使用されるが、そのモデル３０２は基準乳化機３０１から導き出される。この実施形態では、基準乳化機３０１は、６％〜４０％（燃料体積に対する水体積の百分率として測定された）の範囲にある含水率と２〜６ミクロンの水粒子寸法とを有する燃料−水エマルションを作り出すために、実験的に試験されるとともに検証されており、その後、基準乳化機３０１は、経験的次元モデル３０２を作り出すために使用される。燃料の粘性率は約２．８〜２４センチストークであり（より好ましくは、２．８〜１４センチストーク）、また、燃料の一例は石油である。図５ａは、基準乳化機３０１によって作り出された燃料中水粒子５０１の拡大図であり、また、図５ｂは、図５ａの燃料中水粒子の寸法および分布の測定結果を示しているグラフである。
【００７４】
図４にいっそう詳しく示すように、モデル３０２には、ノズル次元比に対する無次元平均水粒子寸法のグラフあるいは図表が含まれている。無次元平均水粒子寸法は、平均水粒子寸法５０２混合室２０２の直径Ｄ（図２参照）に対する平均水粒子寸法５０２の比である。ノズル次元比は、混合室２０２の直径Ｄに対する水ノズル直径２０１ａ（「ｄ」）の比である。
【００７５】
この実施形態では、上記基準乳化機には４つのノズルがあり、混合室の直径Ｄは４ｍｍで混合室への燃料流量が０．５ｍ３／時であり、体積含水率が６〜４０％であって平均水粒子寸法が２〜６ミクロンであるものを作り出すように構成されている。これらのパラメータに基づいて図４のモデル３０２が取得され、これは次いで、上記基準乳化機からの出力に一致する、体積含水率が６％〜４０％の範囲にあり、かつ、水粒子寸法が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すための所望乳化機３０３についてのパラメータを導き出すために用いられる。
【００７６】
図６は、先に説明したように、特定の含水率および水粒子寸法の燃料−水エマルションを作り出せるよう所望乳化機３０３のパラメータを導き出すために、基準乳化機３０１の経験的次元モデル３０２を使用する方法の諸ステップを示すフローチャートである。
【００７７】
ステップ６０１では、上記基準乳化機によって使用される燃料および水の諸性質が確認されるとともに記録され、その結果、これらの性質は、上記所望乳化機が作り出されるときにその所望乳化機のために後に用いられる。この実施形態では、これらの性質は、密度、粘性率および表面張力である。
【００７８】
ステップ６０２では、所望乳化機３０３の混合室２０２の予備直径Ｄｄｅｓｉｒｅｄが次の式から導き出される。
（１）Ｄｄｅｓｉｒｅｄ＝Ｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅ×（Ｑｄｅｓｉｒｅｄ／Ｑｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）
ここで、
・  Ｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅは基準乳化機の混合室の直径であり、
・  Ｑｄｅｓｉｒｅｄは所望乳化機の所期の燃料流量であり、
・  Ｑｒｅｆｅｒｅｎｃｅは基準乳化機の燃料流量である。
【００７９】
ステップ６０３では、混合室２０２の第１推定直径が、ステップ６０２で算出された予備直径Ｄｄｅｓｉｒｅｄを利用して作成することのできる最も実際的な寸法を選択することによって決定される。当然ながら、予備直径Ｄｄｅｓｉｒｅｄに基づいて上記所望乳化機を製造することが実際的であるときには、上記第１推定直径を取得するための推定は行われないであろう。
【００８０】
ステップ６０４では、基準乳化機３０１および所望乳化機３０３における両方の燃料の流れのレイノルズ数が次の両式から導き出される。
（２）基準乳化機のレイノルズ数  Ｒｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅ＝（ρｆｒＶｆｒＤｒ）／μｆｒ
ここで、
・  ρｆｒ  は基準乳化機で使用される燃料の密度であり、
・  Ｖｆｒ  は基準乳化機の混合室での燃料の流れの速度であり、
・  Ｄｒ    は基準乳化機の混合室の直径であり、
・  μｆｒ  は基準乳化機において使用される燃料の粘性率である。
（３）所望乳化機のレイノルズ数  Ｒｅｄｅｓｉｒｅｄ＝（ρｆｄＶｆｄＤｄ）／μｆｄ
ここで、
・  ρｆｄ  は所望乳化機で使用される燃料の密度であり、
・  Ｖｆｄ  は所望乳化機３０３の混合室で使用される燃料の流れの速度であり、
・  Ｄｄ    は所望乳化機３０３の混合室の直径であり、
・  μｆｄ  は所望乳化機３０３で使用される燃料の粘性率である。
【００８１】
式（３）のＤｄはステップ６０３で決定された第１推定直径と同じものである、ということが理解されよう。
【００８２】
両方のレイノルズ数  ＲｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅおよびＲｅｄｅｓｉｒｅｄは次いで、図７に示される基準ムーディ線図７０１と照合される。（レイノルズ数、ムーディ線図およびこれらの利用の説明は流体力学に関する標準的な技術教科書において公表されている。そのような教科書の例は、（１）Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  Ｉｎｃによって出版された、Ｂｒｕｃｅ  Ｒ．Ｍｕｎｓｏｎ、Ｄｏｎａｌｄ  Ｆ．ＹｏｕｎｇおよびＴｈｅｏｄｏｒｅ  Ｈ  ＯｋｉｉｓｈｉによるＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ、（２）Ｖａｎ  Ｎｏｓｔｒａｎｄ  Ｒｅｉｎｈｏｌｄ  Ｃｏによって出版された、Ｍａｓｓｅｙ  Ｂ．Ｓ．によるＭｅｃｈａｎｉｃｓ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｓである。）両方のレイノルズ数  ＲｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅおよびＲｅｄｅｓｉｒｅｄが乱流領域におけるものであるときには、ステップ６０３で取得された混合室の第１推定直径を用いることができる。そうでないときには、この方法は、製造のために適しているとともに予備直径Ｄｄｅｓｉｒｅｄに次に最も近い所望乳化機３０３の混合室の第２推定直径を取得するためにステップ６０３へ逆戻りする（エラー６０４（ａ）によって示すように）。この第２推定直径について、修正Ｒｅｄｅｓｉｒｅｄを取得するためにステップ６０４が繰り返されて、次いで、その数値が乱流領域の内部にあるかどうかを決定するために、Ｒｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅおよび修正Ｒｅｄｅｓｉｒｅｄの両方がムーディ線図と照合される。理解できるように、上記基準乳化機および上記所望乳化機３０３の両方のレイノルズ数が乱流領域に入るまで、ステップ６０３およびステップ６０４が必要に応じて繰り返され、また、ステップ６０４の後に取得された所望乳化機の混合室の直径であるＤｄ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）が選択される（すなわち、Ｄｄ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）によって、上記ムーディ線図の乱流領域の内部に入るＲｅｄｅｓｉｒｅｄが付与される）。
【００８３】
実際には、Ｒｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅがすでに取得されて、それが「乱流」領域の内部に入っていることがチェックされてしまっていることを理解すべきであり、従って、ステップ６０４では、Ｒｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅを算出したり、あるいはそれをムーディ線図に照合したりする必要がない。言い換えれば、ステップ６０４はＲｅｄｅｓｉｒｅｄだけを算出して、それを図７のムーディ線図と比較すればよい。
【００８４】
ステップ６０５では、無次元平均水粒子寸法の範囲が次の式から算出される。
（４）無次元平均水粒子寸法（ｐ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄ＝ｐ／Ｄｄ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）
ここで、
・  ｐは平均水粒子寸法であり、この実施形態では、目標あるいは所望の平均水粒子寸法は２〜６ミクロンであり、
・  Ｄｄ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）は、ステップ６０４から導き出された所望乳化機の混合室の直径である。
【００８５】
ステップ６０６では、ステップ６０５から取得された無次元平均水粒子寸法（ｐ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄについて、対応する水ノズル次元比（ｄ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄが、図４の経験的次元モデル３０２の図表から読み取られる。
【００８６】
既知の水ノズル次元比（ｄ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄについて、所望乳化機の推定ノズル直径がその後、次の式から算出される。
（５）推定ノズル直径ｄｄｅｓｉｒｅｄ＝（ノズル次元比（ｄ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄ）×Ｄｄ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）
ここで、
・  ノズル次元比（ｄ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄは、上記のように、所望の無次元水粒子寸法（ｐ／Ｄ）についての次元モデル図から取得され、
・  Ｄｄ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）は、所望乳化機３０３の混合室の直径である。
【００８７】
推定ノズル直径ｄｄｅｓｉｒｅｄは製造のために実際的でないことがあり、そのようなときには、その推定ノズル直径ｄｄｅｓｉｒｅｄに最も近く、かつ、製造することのできる、使用のための実際的ノズル直径を選択することによって、調整が行われる。
【００８８】
ステップ６０７では、圧力損失を算出する標準教科書法を用いて、水ノズルに対する圧力損失を算出することによって、所望乳化機３０３についての水ノズルの数を決定することができる。（そのような教科書の例は、（１）Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ＆  Ｓｏｎｓ  Ｉｎｃによって出版された、Ｂｒｕｃｅ  Ｒ．Ｍｕｎｓｏｎ、Ｄｏｎａｌｄ  Ｆ．ＹｏｕｎｇおよびＴｈｅｏｄｏｒｅ  Ｈ  ＯｋｉｉｓｈｉによるＦｕｎｄａｍｅｎｔａｌｓ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄ  Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ、（２）Ｖａｎ  Ｎｏｓｔｒａｎｄ  Ｒｅｉｎｈｏｌｄ  Ｃｏによって出版された、Ｍａｓｓｅｙ  Ｂ．Ｓ．によるＭｅｃｈａｎｉｃｓ  ｏｆ  Ｆｌｕｉｄｓである。）その目的は、上記所望乳化機によって必要とされた水の量を供給するために必要な水圧をもたらすことのできる既製の高圧ポンプがあるかどうかを確認することである。なお、水ノズルの数は上記のように所望流量および圧力損失に依存するので、水ノズルの数は推定ノズル直径ｄｄｅｓｉｒｅｄとは独立して（かつ別々に）導き出すことができる。しかしながら、水ノズルの数を導き出すのに際して、ノズル直径が小さいときにはより多くのノズルを選択することができるので、その推定ノズル直径ｄｄｅｓｉｒｅｄについての考察を行ってもよい。
【００８９】
この方法はステップ６０８で終わり、そして、特定の含水率および水粒子寸法の燃料−水エマルションを作り出すために、所望乳化機３０３の混合室の直径、水ノズルの直径およびノズルの数が導き出された、ということを理解されたい。
【００９０】
理解できるように、記載された実施形態によれば、特定の含水率および水粒子寸法のエマルションを作り出すであろう所望乳化機についての選択されたパラメータを決定することができる。基準乳化機および所望乳化機のレイノルズ数が同じ乱流領域にあることを確かめることによって、図４に示すような図表の形態にある無次元平均水粒子寸法ｐ／Ｄとノズル次元比ｄ／Ｄとの関連性は、特定の含水率および水粒子寸法の燃料−水エマルションを作り出した基準乳化機について実験的に決定することができる。
【００９１】
所望乳化機３０３のパラメータ（あるいは諸部品の設計および寸法決め）をどのようにして導き出すかについての特定の一例が以下に説明される。
【００９２】
燃料の流量が３ｍ３／時において、体積含水率が１０％であり、水粒子直径が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すために所望乳化機３０３が必要である事例を考察する。体積含水率が１０％であり、水粒子直径が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出す基準乳化機の経験的次元モデル３０２は、実験的に導き出されて、図４に示されている。その基準乳化機は、直径が４ｍｍの混合室を有しており、０．５ｍ３／時の燃料流量で試験された。
【００９３】
図６のステップ６０１では、基準乳化機３０１の燃料の性質および水の性質は、所望乳化機３０３で後に用いるために記録される。
【００９４】
ステップ６０２では、混合室の予備直径Ｄｄｅｓｉｒｅｄは上記の式（１）から導き出され、それは２４ｍｍ（すなわち、４×（３／０．５）に等しい）である。
【００９５】
ステップ６０３では、２４ｍｍという予備直径Ｄｄｅｓｉｒｅｄを所望乳化機の混合室の直径について選択することができることが判断された。われわれは、２４ｍｍという直径Ｄｄｅｓｉｒｅｄを考慮して、ステップ６０４へ進む。
【００９６】
ステップ６０４では、基準乳化機および所望乳化機の両方のレイノルズ数であるＲｅｒｅｆｅｒｅｎｃｅおよびＲｅｄｅｓｉｒｅｄが導き出され、次いで、図７に示されたムーディ線図を使用して照合される。
【００９７】
上記の式（２）を用いることによる、基準混合室の中における燃料の流れについての基準乳化機３０３のレイノルズ数は、１１，０６０であり、これはムーディ線図の乱流領域の中にある。上記の式（２）を用いることによる、直径２４ｍｍの混合室がある所望乳化機のレイノルズ数は、３，１６０であり、これはムーディ線図の過渡的な層流−乱流領域の中にある。製造上の観点から、所望混合室の直径を減少させるとともにレイノルズ数を増大させることは可能である。製造することのできる所望混合室の実際的な最小直径は１０ｍｍである。混合室の直径が１０ｍｍである所望乳化機のレイノルズ数は、７５８０であり、これはムーディ線図の乱流領域の中にある。このように、混合室の直径は１０ｍｍであり、これはＤｄ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）である。
【００９８】
次に、ステップ６０５では、２〜６ミクロンの水粒子寸法についての無次元平均水粒子寸法（ｐ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄの範囲が、上記の式（４）から算出される。この実施形態では、所望平均水粒子寸法のこの範囲について、無次元平均水粒子寸法は、約０．２×１０−３〜約０．６×１０−３の範囲にあることが分かった。
【００９９】
ステップ６０６では、対応する水ノズル次元比（ｄ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄが図４の経験的次元モデル４０１の図表から読み取られ、それは約０．０７〜０．１１である。（ｄ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄについては、所望乳化機の推定ノズル直径ｄｄｅｓｉｒｅｄが、その後、上記の式（５）から算出され、その推定ノズル直径は０．９〜１．１ｍｍである（すなわち、（ｄ／Ｄ）ｄｅｓｉｒｅｄ×１０．０に等しい）。実際の直径は、最も実際的な寸法である１．１ｍｍであるように選択される。
【０１００】
ステップ６０７では、水ノズルでの圧力損失を確認した後に、直径１．１ｍｍの４つの水ノズルを通して水が０．１ｍ３／時で供給されるように、４つ一組のノズルが選択される。水の流量は、３ｍ３／時の燃料流量の約３分の１である燃料消費率の１０％から取得される。
【０１０１】
要約すれば、所望乳化機の構造および寸法は、（１）混合室の直径が１０．０ｍｍであり、（２）水ノズルの直径が１．１ｍｍであり、（３）水ノズルの数が４つである。
【０１０２】
上記の内容から分かるように、提案されたこの方法によれば、選択されたいくつかのパラメータ、すなわち、所望乳化機の混合室直径Ｄｄ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）（あるいは、一般にＤ）（ｍｍ）、水ノズル直径ｄ（ｍｍ）、および水ノズルの数を算出することができ、それらの結果は、０．６ｍ／秒〜１０８ｍ／秒の燃料流量範囲および２．８センチストーク〜２４センチストークの粘性率の燃料（加熱後の流れの間における）について図８〜図１１によって示されている。
【０１０３】
図８は、所望乳化機の選択されたパラメータ、すなわち、図６の方法を用いて導き出された混合室の直径（Ｄ）（ｍｍ）および水ノズルの直径（ｍｍ）の算出寸法をもたらす表あるいはマップである。これらの値は、０．６ｍ／秒〜１０８ｍ／秒の変動する燃料流量と４つの水ノズルとに基づいて導き出されたものであり、また、燃料体積に対する水体積が６％〜４０％の範囲で水粒子寸法が２〜６ミクロンの範囲にあるものを作り出すために選択される。
【０１０４】
図９は、図８の変動する燃料流量０．６ｍ／秒〜１０８ｍ／秒に対する図８の混合室の直径の値の図式的説明図であり、これら２つのパラメータの間の関連性を示している。図１０は、変動する燃料流量０．６ｍ／秒〜１０８ｍ／秒に対する図８の水ノズルの直径の値の図式的説明図であり、これら２つのパラメータの間の関連性を示している。図１１は、図８の混合室の直径の値と水ノズルの直径との値の図式的説明図である。
【０１０５】
０．６ｍ／秒〜１０８ｍ／秒の範囲の燃料流量は、海事用の大多数の船舶における燃料油系統の燃料流量を適用範囲に入れる。この燃料流量は、燃料油系統によって要求が満たされた船舶エンジンの最大燃料消費量の３〜３．５倍の燃料流量を提供するために一般に設計された燃料ポンプによって一般にもたらされたものである。なお、クレームの方法を用いて算出された選択パラメータの偏差の程度は、
・混合室直径Ｄに対して＋／−１ｍｍ
・水ノズル直径ｄに対して＋／−０．１ｍｍ
であろう。
【０１０６】
図８〜図１１を利用することによって、設計されたパラメータ、すなわち、乳化機の混合室直径Ｄ（ｍｍ）、水ノズル直径ｄ（ｍｍ）および水ノズル数は、燃料油サービスシステムの燃料流量に基づいて取得することができる。図８〜図１１における諸点どうしの間における燃料流量については、上記パラメータ、すなわち、４つの水ノズルについての混合室直径Ｄ（ｍｍ）および水ノズル直径ｄ（ｍｍ）は、上記諸点どうしの間における内挿によって取得することができる。
【０１０７】
燃料が加熱後に乳化機を通じて流れるのに、体積含水率が６％〜４０％の範囲にあり、１４センチストークの粘性率の燃料について１２ｍ３／時の最大燃料流量での水粒子直径が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出すために所望乳化機３０３が必要である事例を考察する。体積含水率が１０％〜４０％であり、水粒子直径が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出す基準乳化機の経験的次元モデル３０２は、実験的に導き出されて、図４に示されている。この基準乳化機は、４ｍｍの混合室直径を有しており、また、０．５ｍ３／時の燃料流量で試験された。
【０１０８】
クレームに記載された方法を用いて導き出された図８〜図１１を利用することによって、所望の燃料−水エマルションを作り出すであろう所望乳化機３０３のパラメータは、
・所望乳化機の混合室の直径が１６ｍｍであること
・所望乳化機の水ノズルの直径が２．２ｍｍであること
・水ノズルの数が４つであること
である。
【０１０９】
図８〜図１１からの上記選択パラメータによれば、上記所望乳化機の混合室の中における燃料の流れが乱流であることと、上記所望乳化機の性能が、基準乳化機において、燃料が加熱後に乳化機を通じて流れるのに、体積含水率が１０％〜４０％であり、１４センチストークの粘性率の燃料について１２ｍ３／時の最大燃料流量での水粒子直径が２〜６ミクロンである燃料−水エマルションを作り出す際の基準乳化機の性能と類似していることとが保証される。
【０１１０】
上記の内容から分かるように、提案されたこの方法によれば、選択されたいくつかのパラメータ、すなわち、所望乳化機の混合室直径Ｄｄ（ｔｕｒｂｕｌｅｎｔ）（あるいは、一般にＤ）（ｍｍ）、水ノズル直径ｄｄｅｓｉｒｅｄ（あるいは、一般にｄ）（ｍｍ）、および水ノズルの数を算出することができ、それらの結果は、０．６ｍ／秒〜１０８ｍ／秒の燃料流量範囲および２．８センチストーク〜２４センチストークの粘性率の燃料（加熱後の流れの間における）について図８〜図１１によって示されている。このようにすることで、所望乳化機３０３の設計および製造がよりいっそう容易かつ簡単になる。上記実施形態は、限定的なものとして解釈すべきではない。例えば、上記実施形態において、図６はステップ６０１〜６０８を含むが、いくつかのステップはそれらの結果に応じて必要でない場合がある、ことが分かるであろう。例えば、ステップ６０２で取得された混合室の上記予備直径が実際的なものであって、これによって乱流型の流れが作り出されると思われるときには、ステップ６０３でのさらに別の概算は必要がない。同じく、このことは導き出された水ノズル直径についても同様であり、その場合には他の諸ステップが必要に応じて行われる。
【０１１１】
また、直径は混合室および水ノズルの寸法を測定するための利用に好ましい次元として使用されるが、他の適切な次元も想定される。さらに、所望乳化機は１つ以上のノズルを有することができることが想定される。
【０１１２】
この発明はこれまで充分に記載されてきたが、当業者にとって多くの修正をクレームに記載された適用範囲から逸脱することなく適用することができる、ということが理解されよう。
【図１】
2013538113.tif 000004
【図２】
2013538113.tif 000005
【図３】
2013538113.tif 000006
【図４】
2013538113.tif 000007
【図５ａ】
2013538113.tif 000008
【図５ｂ】
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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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【国際調査報告】
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