(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バンカー燃料油から汚染物質を浄化するためのシステムであって、当該システムは、
前記バンカー燃料油が通過して加熱される加熱チャンバと、
前記バンカー燃料油が水と混合して第１のエマルジョンを生成する第１段階の混合器と、
第１段階の混合器からの第１のエマルジョンの前記バンカー燃料油から前記水を分離する第１段階の水／燃料分離器と、
第１段階の水／燃料分離器から送り出されるバンカー燃料油の流出口と第２段階の混合器へのバンカー燃料油の流入口との間の燃料流れ接続部であって、第２段階の混合器は、
第１段階の分離器から送り出される前記バンカー燃料油を受け取り、このバンカー燃料油を第２段階の混合器に供給される水と混合して第２のエマルジョンを生成する、燃料流れ接続部と、
第２段階の混合器に供給される前記水と混合される化学物質を供給する処理化学物質の流入口であって、特定の処理化学物質が、前記バンカー燃料油から汚染物質を除去するのを補助するように選択される、処理化学物質の流入口と、
第２のエマルジョンが通過する第２段階の混合器の流出口に結合されたマイクロキャビテーション・チャンバと、
該キャビテーション・チャンバの流出口に結合され且つ第２のエマルジョンを受け取る反応チャンバであって、複数の電解プレートを有しており、電流を第２のエマルジョンに通す、反応チャンバと、
該反応チャンバの流出口に結合された第２段階の水／燃料分離器であって、前記バンカー燃料油が第２段階の水／燃料分離器において第２のエマルジョンから水を分離された後にバンカー燃料油を送り出す第２段階の水／燃料分離器と、
第２段階の水／燃料分離器の水流出口と、第１段階の混合器への水流入口との間の接続部であって、第１段階の混合器への水流入口は、第２段階の分離器から排出される水を第１段階の混合器で使用するために供給する、接続部と、を含む、
システム。
【請求項２】
前記処理化学物質は、水酸化ナトリウムである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記マイクロキャビテーション・チャンバは、該チャンバに結合された複数の音響浄化装置を有する、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記バンカー燃料油が通過する第１段階の混合器内の金属パイプの周りに巻き付けられた超低周波コイルをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願への相互参照
本願は、米国特許法１１９条（ｅ）の定めにより、２０１４年７月１１日に出願された米国非仮出願第１４／３２９，８５０号について優先権の利益を主張するものであり、この出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、ディーゼル燃料からの汚染物質の除去の分野に関し、具体的には、硫黄等の特に重大な汚染物質の困難な除去の分野に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来、大型貨物船、コンテナ船、タンカー、高級クルーズ客船(cruise
liner)等の外洋船舶によるディーゼル燃料の燃焼に関する環境規制は殆ど無かった。その結果、時にはバンカー油又はバンカー燃料と呼ばれる非常に低品質で汚れた燃料が、このような船舶で使用されてきた。従来のバンカー油は、極めて粗末であり、非常に汚染されている。ガソリンの精製中に、プロパンガス、自動車用ガソリン、及びジェット燃料等の高品質燃料物質が、原油から取り出され、次にディーゼル油や潤滑油等のより重質の石油製品が取り出され、最終残留物としてバンカー油が残る。従って、バンカー油は、大抵の場合３．５％の範囲内の、時には４％〜４．５％のより高い範囲の、多量の硫黄を含有することがある。この硫黄をバンカー油から除去する努力が精製業者によって行われることは殆ど無いが、これは多くの時間と費用を要し、燃料油のコストを大幅に引き上げるためである。外洋で(in the
middle of the ocean)高硫黄分を含む油を大型貨物船で燃焼する規制は殆ど無いので、この目的のための油が販売されている。バンカー油は、鉛、アンチモン、ヒ素、スチレン、及び他の高汚染物質の範囲に及び得る他の汚染物質も含有し得る。
【０００４】
環境に対する関心が高まるにつれて、船舶運航者の多くは、酷く汚染された汚染物質を含む汚れた低品質バンカーを燃やすのではなく、よりクリーンな燃料を燃やすことを好むだろう。残念なことに、バンカー油は、世界の多くの場所で広く生産されている商品であり、そのような汚染物質、特に硫黄の問題物質の含有量が高くないバンカー油を得ることは困難であり、時には不可能である。
【０００５】
さらに、多くの港では、船舶が港湾境界内にいる間に燃やされる硫黄や水銀等の汚染物質の量を制限する規制が施行されている。一部の規制では、港湾境界内でディーゼルエンジンに動力を供給する前に、０．５％未満の硫黄を含むバンカー油を使用する必要がある。このような低硫黄含有量のバンカー油は市場で入手できないため、多くの船舶運航者は、港に着岸するときにディーゼルエンジンを完全に停止して、船舶の動力システムに陸上電線を使用しなければならず、これは、その港街(the city)にとって船舶の高電力容量を供給するために非常に費用がかかり、船舶運航者にとっても電気を購入するのに費用がかかる。
【０００６】
船舶運航者がエンジンで燃焼した後の排ガスから硫黄を除去しようとした場合に、これは、高レベルの汚染物質を含む殆どのバンカー油では不可能である。従来の排ガス浄化装置及びＳＣＲの形態の触媒コンバータは、通常、硫黄レベルが１％未満の場合にのみ機能する。さらに、硫黄含有量が高いと、ＮＯｘを除去する触媒要素を詰まらせ、あらゆるタイプの汚染除去についてそれら触媒要素を使用不能にする。従って、排ガスを浄化し且つ排ガス煙突から汚染物質を除去する選択肢は、硫黄含有量の高いバンカー油を燃焼させる大型貨物船にとっては実用的な解決策ではない。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
ディーゼルエンジンの燃料として使用する前に、バンカー油から汚染物質、特に硫黄を除去するために、大型外洋船舶にバンカー油浄化システムを設置するシステム及び方法について、本明細書で開示する。具体的には、本明細書では、バンカー油浄化装置が、貨物船に設けられ且つコンパクトに位置付けされて、燃料を浄化するシステムついて、説明する。加えて、このシステムは、ディーゼル燃料が貨物船のエンジンによって燃焼された後であってその排ガスが煙突から排出される前に、追加の排ガス浄化装置及び熱抽出装置を設ける能力を与える。具体的な装置の詳細について説明した後に、大型貨物船、典型的には外洋船舶への設置について説明する。
【０００８】
本明細書で説明する様々な実施形態の原理によれば、燃焼エンジンで燃焼させる前に液体状態であるバンカー油から大量の汚染物質、特に硫黄を除去する装置及び方法について、説明する。本明細書に記載の装置及び方法は、硫黄を０．５％未満のレベルまで除去することができ、いくつかの実施形態では、硫黄を０．１％未満のレベルまで除去することができる。このシステムは、ディーゼルエンジンで使用するための準備として、船上で燃料が燃料ラインを通る間に燃料を浄化するように作動させることができる。このシステムは、バンカー油が燃焼するにつれて、排ガス中の硫黄の量が０．５％未満となるように、油が燃料サービスタンク内に置かれる前に、バンカー油からこれらの汚染物質、特に硫黄を除去する。これは、排煙からＮＯｘ等の他の汚染物質を除去するためにＳＣＲ触媒コンバータ及び他の浄化装置を使用できる程、十分に低い。硫黄が排ガスから除去されているので、排ガス浄化装置は、もはや硫黄で詰まることがないので、排ガスから他の多くの汚染物質を除去するために使用できる。本発明のシステムは、燃焼させる前にバンカー油から硫黄を除去することによって、排ガス浄化装置が他の汚染物質を除去するのに必要な範囲内で、この達成を可能にする。
【０００９】
液体バンカー油から硫黄の除去に続いて、適切な浄化装置及び触媒コンバータを使用して排ガスから様々な他の汚染物質とともに更なる硫黄を除去することの組合せは、巨大な貨物船の排気筒から出る排気を実質的に浄化し、貨物船が港に着岸し、全ての環境規制を満たしながらディーゼルエンジンを稼働させることを可能にする。
【００１０】
本明細書に記載される本発明のシステムは、貨物船がその排ガス効率を増大させ、排ガスからこれまで可能であったよりも多くの熱を取り去ることも可能にする。従来、短期間で金属ライニングを腐食させ破壊するような煙突の側壁の硫黄の濃縮を避けるために、排ガスを極端に高温に保つことが必要であった。本明細書で論じる本発明のシステムでは、排ガスには硫黄が殆ど含まれていないので、排ガスの温度を著しく低下させることができる。これにより、ディーゼル燃料の燃焼から実質的により多くのエネルギーを取り込むことが可能になり、ディーゼルエンジン自体の効率だけでなく排ガスボイラーの効率も大幅に向上させる。ご存知のように、燃焼システムからの排ガスの温度が低いほど、燃焼サイクルによってより多くのエネルギーが抽出されるので、全体的な効率がより高くなる。従って、排ガス温度をより低くすることにより、全体として貨物船の燃費効率を大幅に向上させることができる。
【００１１】
一実施形態によれば、システムは、バンカー油を貯蔵タンクから流すことができる燃料流動ラインを含む。燃料が貯蔵タンクから出た後に、一実施形態では、水と混合する油の親和性を高めるために、乳化剤が燃料に混合される。次に、燃料ラインは、熱交換器に入り、続いてヒーターによって適切な温度に加熱され、水と混合する可能性を高められる。次に、燃料は、水がバンカー油に吹き付けられて混合される混合ユニットに入り、ディーゼル燃料と水の乳化された混合物が生成される。混合は、乱流の影響を強く受け、ノズルから吹き付けられ、水と油の完全な混合を促進する。
【００１２】
一実施形態では、混合段階の間に、混合器段の周りに巻き付けられた電気コイルによって、乳化された流体を電場に曝す。乳化された混合物は、混合段階を出て、油から水を分離する水／油分離器に入る。混合段階の間に、バンカー油に含まれていた大量の硫黄が、燃料の油成分から分離され、水又は気体状の、硫化水素等の硫黄にとなる。第１段階の分離器では、燃料から分離された水が、廃水として捨てられ、燃料は、パイプに送られて第２の混合段階に入る。第２の混合段階では、燃料は、乱流状態で水と再び混合され、水と油を含むエマルジョンを生成する。好ましくは、第２の混合段階の間に、エマルジョンは、電場に曝されてバンカー油を離れる硫黄の量を増大させ、その硫黄は水又は水素ガスのいずれかと結合してガス状の硫化水素を形成し、その硫化水素は放出することができる。
【００１３】
エマルジョンが第２の混合段階から出た後に、エマルジョンは、エマルジョン中にキャビテーション・バブルを作り出す高強度音響波に曝され、バンカー油からの硫黄の分離をさらに増加させるマイクロキャビテーション・チャンバを通過する。次に、エマルジョンは、マイクロキャビテーション・チャンバを出て、電流がエマルジョンを通過する反応チャンバに入る。エマルジョンを通過する電流によって更なるエネルギーが追加され、エマルジョンの個々の成分をさらに分離する。特に、エマルジョンを通過する電流は、残りの硫黄原子の一部をバンカー油から奪い取るのに十分なエネルギーを与える。さらに、電流は、一部の水分子を水素と酸素の気体成分に分離させるのに十分なエネルギーを与え、Ｈ２及びＯ２の気泡を生成する。水素の気泡は、硫黄に対して大きな親和性を示し、硫化水素Ｈ２Ｓのガス分子を生成し、このＨ２Ｓは、反応チャンバから安全に放出される。さらに、一部の硫化水素は、水に溶解し、高度に希釈された硫化水素酸を生成し得る。エマルジョンの電気分解によって、Ｈ２Ｏ分子の分離から酸素ガスも生成し、個々の酸素原子は他の酸素原子と素早く結合する、又は油中の他の汚染物質、例えば鉛、ヒ素、又は他の酸素化合物と素早く結合して、それぞれ酸化鉛、硫黄酸化物を生成する亜ヒ酸硫黄を生じさせる。エマルジョンは、反応器から出て、水／燃料分離器に入り、そこで水が油から除去される。２回浄化された燃料は、燃料貯蔵タンクに貯蔵するために送り出され、水は、水混合物として第１の混合器に投入され、第１の混合器内で油と混合して第１のエマルジョンを生成するために使用される。
【００１４】
一実施形態では、洗浄水を第２段階の混合器に入れる前に、硫黄への溶解度を高めるために、１つ又は複数の処理化学物質を水に添加することができる。例えば、添加することができる化学物質の１つは、苛性ソーダとして知られる水酸化ナトリウムである。これにより、強アルカリ性の水溶液が生成され、油と混合させるときに、硫黄をバンカー油から分離するのに役立つ。水中の水酸化ナトリウムは、グリース、油脂、及びタンパク質沈着物を溶解するように作用する。使用することができる別の化学物質は、バンカー油中の硫黄分と反応して硫化マグネシウムを生成する酸化マグネシウムであり、硫化マグネシウムは、バンカー油から容易に除去できる塩である。これはまた、追加の水素原子を与えて硫黄と結合させてＨ２Ｓを生成し、バンカー油化合物から硫黄を除去する。
【００１５】
二段式混合器及び水／燃料分離システムを通過する燃料は、硫黄のかなりの部分が除去され、港内で燃焼することができる（０．５％以下の範囲の）硫黄及び他の汚染物質を殆ど含まないバンカー油を生じさせることが判明しており、公害防止基準を満たすことができる。また、標準的なバンカー油を燃やす大型貨物船ではこれまで不可能であった他の汚染物質をさらに除去するために、排煙浄化装置及び触媒コンバータを排ガス排出口に使用することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施形態のブロック図である。
【図２】第２の実施形態のブロック図である。
【図３Ａ】図１の反応チャンバの側面図である。
【図３Ｂ】図１の反応チャンバの側面図である。
【図３Ｃ】図１の反応チャンバの側面図である。
【図３Ｄ】図１の反応チャンバの側面図である。
【図３Ｅ】図１の反応チャンバの側面図である。
【図４Ａ】図１の反応チャンバのハウジングの斜視図である。
【図４Ｂ】図１の反応チャンバのハウジングの斜視図である。
【図５Ａ】反応チャンバ内のプレートの側面図である。
【図５Ｂ】反応チャンバのプレートの上面図である。
【図６】反応チャンバの等角図である。
【図７】本明細書に記載のディーゼル燃料を浄化するための装置の物理的レイアウトの一実施形態の概略図である。
【図８】図７に示されたマイクロキャビテーション・チャンバの拡大図である。
【図９】混合器の切り欠いた部分断面図である。
【図１０】大型貨物船のディーゼル駆動システム及び排気システムに関連する燃料浄化システムを示す、大型外洋船舶に設置されたシステムである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
図１は、一実施形態による大型貨物船のディーゼルエンジンを駆動させるバンカー油を浄化するためのシステムである装置１０のブロック図である。
【００１８】
装置１０は、浄化されていないバンカー油を沈降タンク１４に入れる燃料取込み位置１２を有する。バンカー燃料の浄化システムの開始部に沈降タンクを使用することは、当該技術分野において周知であり、従って詳細には説明しない。本実施形態は、同じ発明者である、Rasmus
Norlingによる先に出願された米国特許出願第１２／７７９，３８５号の主題であるシステムの改良である。この出願は、２００８年１１月１６日に出願された出願の継続出願として、２０１０年５月１３日に出願された。Norlingの出願は、２０１０年１１月４日に刊行された米国特許出願公開第２０１０／０２７６３４０号明細書（３４０号公報）として公開された。３４０号公報は、燃料油から塩を除去するシステムである。その公報に記載されているシステムは、このような塩を除去するのに有用であるが、バンカー油に一般に見られる他の汚染物質、最も厄介な硫黄を除去することには効果的ではない。よく知られているように、硫黄は水に溶解しない。また、硫黄は様々な割合で油中に存在している。地中から汲み上げられると、一部の油、特に重質原油の中には４％を超える硫黄分が含まれる。高硫黄分を含む原油は、汲上げ時に０．５％未満の硫黄分を有する甘い(sweet)原油ではなく、酸っぱい(sour)油として分類される。本明細書の発明の概要で述べたように、バンカー油から硫黄だけでなく、砒素、鉛、及び他の物質を含み得る他の汚染物質を除去することは特に面倒で高価である。従って、バンカー油から硫黄及び他の汚染物質を除去できるシステムは、大型貨物船に設置して、環境を汚染することなく燃料として酸っぱい原油のバンカー油を燃やすことを可能にするため、特に有益であろう。ここでより詳細に説明する本装置は、燃焼前にバンカー油から硫黄を除去するためのシステムを提供する。
【００１９】
ここで図１を再び参照すると、沈降タンク１４は、３４０号公報の燃料沈降タンク１８に対応する。燃料は、燃料ライン１６を介して沈降タンク１４から流出して、ヒーター１８を通過する。ヒーター１８は、油の粘度を低下させ、燃料が燃料ライン１６を通ってより速く流れ且つ水と容易に混合させるために、油を高温に加熱する。燃料が水と混合するので、燃料の温度を水の沸点より低い温度、例えば約９８℃にすることが有益である。燃料は、ヒーター１８から流出して配管２０を通って混合器２２に入る。混合器２２では、燃料が乱流で空気中に吹き付けられる一方、水が複数のノズルによって燃料に吹き付けられ、水と燃料が完全に混合されエマルジョンになる。混合器２２は、３４０号公報でバイオ浄化装置とも呼ばれる固定式乳化器２２に対応する。バイオ浄化装置２２は、３４０号公報に詳細に説明され且つ示されているので、その構造及び動作の更なる詳細について、その内部構造及び動作に関して本明細書では示さない。
【００２０】
混合器２２の内部の物理的構造は、３４０号公報のバイオ浄化装置である固定式乳化器２２の物理的構造に対応するが、本実施形態ではいくつかの相違点がある。第１の相違点は、本実施形態の混合器２２に投入される水が、燃料から硫黄の除去を増大させるために添加される１つ又は複数の化学物質を有することである。従って、第１段階の混合器に入る水には１つ又は複数の異なる化学物質が添加され、この添加される化学物質は、混合器２２に吹き付けられたときに、燃料から硫黄及び他の汚染物質の分離に非常に役立つとともに、本明細書の他の箇所で説明するように、バンカー油中の化学物質とのそれら添加物の反応においてそれら添加物が取る形態に基づいて、そのような汚染物質の水への溶解性も高める。
【００２１】
混合器２２の別の相違点は、混合器２２内の水と乱流状態で混合される間に、エマルジョンを電場に曝すために、電気コイルが混合器の周りに巻き付けられていることである。具体的には、３４０号公報の図１Ａ及び図９に示されるのと同様の構造を有する混合器２２は、金属パイプの全長の周りだけでなくスプレーノズルへの流入口の周りに巻き付けられたＵＬＦコイルを有する。超低周波コイルとして知られているＵＬＦコイルには、混合段階の間に水とエマルジョンが通過する電場を形成する電気信号が供給される。好ましくは、電場は、約５，０００ヘルツ（Ｈｚ）〜２５，０００Ｈｚまでの周波数で変化する。一実施形態では、電場は、約５ミリ秒毎に約５００Ｈｚ刻みで周波数を変化させ、５，０００Ｈｚから開始し、段階的に２５，０００Ｈｚまで徐々に増加する。一実施形態では、周波数が２５，０００Ｈｚに達すると、周波数が５００Ｈｚ刻みで５，０００Ｈｚまで再び減少されるが、他の実施形態では、周波数が５，０００Ｈｚで再開し、再び段階的に２５，０００Ｈｚまで徐々に上昇させ、約５〜６ミリ秒毎に周波数を再び変化させる。
【００２２】
バイオ浄化装置２２の配管２０は、非磁性金属製である。好ましくは、非磁性ステンレス鋼である。高品質のステンレス鋼として適していると判明している特定のタイプのステンレス鋼は、３１６Ｌとして知られている。グレード３１６Ｌのステンレス鋼は、生体適合性及び非磁性である非常に高品質の鋼であることが当該技術分野において周知である。このステンレス鋼は、時には腕時計等の高品質の機構で使用され、腐食を避けることが重要である場合や体内への様々なインプラント等の生体適合性が重要な箇所にも使用される。勿論、他のタイプの金属、ステンレス鋼等を使用することができ、高級ステンレス鋼３１６Ｌは、混合器２２の配管のための許容可能な金属の一例に過ぎない。
【００２３】
一実施形態では、混合器２２の金属パイプ２０の周りに巻き付けられたＵＬＦコイル内の信号の周波数は、略ＤＣ電圧から３０，０００Ｈｚまでの範囲であり、２０，０００Ｈｚ又は３０，０００Ｈｚの範囲内の任意の位置にある所望の周波数に達するまで、再び略ＤＣ電圧から開始し且つ６〜１０ミリ秒の範囲で周波数を変化させて約５００Ｈｚ刻みで徐々に増加し、その後、開始周波数に戻り、サイクルを再び開始する。
【００２４】
混合器２２内でＵＬＦ電場に曝されている間に、水に混合された化学物質と水との結合体は、バンカー油中の硫黄を分離させ、エマルジョン中の他の化学物質と結合できる形態でエマルジョンに入る。例えば、硫黄は、石油分子から分離され、処理化学物質として使用される水酸化ナトリウム中の水素分子と混合することができる。それはまた、硫化水素の気体状化合物を形成することもできる。これは、非常に安定でガス状態のままである単純なＨ２Ｓガスである。混合器２２又は分離段階２６は、ガス状の硫黄が排出され、従って燃料から放出されることを可能にする通気口を含むことができる。さらに、化学物質及びＵＬＦコイルは、硫黄化合物の一部が水に溶解し、水とさらに混合するように、硫黄を水中でより溶解させる。エマルジョンは、大量の硫黄がエマルジョンの燃料部分から除去されると、混合器２２から出て配管２４を介して水／燃料分離器２６に入る。
【００２５】
水／燃料分離器２６は、既知の技術を用いて水から油を効率的に分離する公知の装置である。廃水が、廃水パイプ２８から排出され、重粒子及びスラッジがスラッジ出口３０を通って排出され、浄化され且つ一部の硫黄が除去されたバンカー燃料油が、配管３２を通って排出される。
【００２６】
水／燃料分離器２６は、商業市場で入手可能な多くの公知のタイプのうちのいずれか１つであり得る。許容可能な水／燃料分離器の１つの特定のタイプは、「ＭＯＰＸ分離システム(MOPX
Separation System)」という名前である。これは、Alpha Lava
Marine Power社が販売している。この水／燃料分離器は、商業市場で広く入手可能な周知の機械であるため、その動作構造について詳細に説明する必要はない。
【００２７】
水／燃料分離器２６は、廃水口２８を介して水を排出し、その廃水には、今まで燃料中に存在していた一定割合の硫黄が含まれている。さらに、水／燃料分離器２６は、ガスとして存在し得る硫黄を大気又は密閉された捕捉チャンバに放出するために、圧力解放バルブ及び空気排出口を含み得る。
【００２８】
燃料が配管３２を介して水／燃料分離器２６を出るとき、殆どの実施形態では、約１／２〜３／４の硫黄が燃料から既に除去されている。例えば、３％〜３．５％の割合の硫黄を含む燃料で開始される場合に、燃料は、パイプ３２を通って出るとき、１％〜１．５％の範囲か、場合によってはそれより低い硫黄分を有する。従って、より多くの硫黄を除去して硫黄分を０．５％未満の目標レベルまで低減させるために、配管３２内で追加の浄化ステップを燃料に対して行うことが望ましい。従って、配管３２内の燃料は、第２段階の混合器３４に入る。
【００２９】
第２段階の混合器３４は、混合器２２と同じ構成、機能、及び動作を有するので、詳細に説明しない。混合器３４は、清浄な水が流入パイプ３６を通って入って来ており、流入水がパイプ３６を通って入り込む前に、処理化学物質３９が水と混合されることを示している。一実施形態では、処理化学物質３９は、苛性ソーダとしても知られている、水酸化ナトリウムである。他の実施形態では、処理化学物質は、酸化マグネシウム又は他の許容可能な化学物質であってもよい。化学物質は、燃料から除去される汚染物質に基づいて選択される。水酸化ナトリウムは、油から硫黄を除去し、その硫黄を１つ又は複数のメカニズムによって安全に除去できる形態に改質するのに特に有益であることが見出されている。処理化学物質として水酸化ナトリウムを使用することは、本発明者により、バンカー油から硫黄を遊離させるのを補助するのに特に有益であることが分かった。従って、油から硫黄を分離するのを補助するために、所定量の水酸化ナトリウムを水に添加する。添加される水酸化ナトリウムの量を多くする必要はなく、その量は、５重量％以下の範囲となり得る。燃料が硫黄でいっぱいになっていない場合、水に対して５％未満、例えば３％以下又は１％以下等の水酸化ナトリウムが許容される。殆どのシステムは、水中の化学物質が１重量比１％の割合で十分機能する。後で分かるように、混合器２２に投入される水は、タンク３６内の混合器に投入された分離された水であるので、依然として水酸化ナトリウムを含む。従って、パイプ４０を介して混合器２２に入る水は、燃料から硫黄を除去するのを補助する処理化学物質３８による水酸化ナトリウムも含む。
【００３０】
ここで第２段階に戻ると、第２段階の混合器３４は、本発明の一実施形態として前述したようにパイプの周りに巻き付けられた追加のＵＬＦコイルを除いて、先に説明され且つ３４０号公報に示されたタイプのバイオ浄化装置で油と水のエマルジョンを再び生成する。エマルジョンが生成された後に、エマルジョンは、混合器３４を出て、パイプ３７を介してマイクロキャビテーション・チャンバ３８に入る。マイクロキャビテーション・チャンバは、約３０．４８ｃｍ（１フィート）の幅、約１２１．９２ｃｍ（４フィート）の長さである。この金属マイクロキャビテーション・チャンバ３８の側面には、複数の超低周波クリーナーが取り付けられている。超低周波クリーナーは、本技術分野では現在知られている市販製品であり、従って詳細には説明しない。エマルジョンを通過する音響波を生成するために、複数の超低周波クリーナーがマイクロキャビテーション・チャンバ３８に加えられる。音響クリーナーは、追加のエネルギーをシステムに加え、エマルジョンを介してマイクロキャビテーション・バブルを生成する。マイクロキャビテーション・バブルは、燃料油から更なる硫黄を分離させ、水中の水素、酸素又は他の化合物と結合させる、及び燃料から硫黄を分離させるのに有益である。好ましくは、使用される音響波は、当技術分野で知られているような超低周波範囲内である。あるいはまた、いくつかの実施形態では、マイクロキャビテーション・チャンバ３８内のエマルジョンに高周波超音波を当てる超音波浄化ユニットを使用することが望ましい場合がある。
【００３１】
マイクロキャビテーション・チャンバ３８内の音響波に曝されたエマルジョンは、パイプ４２を通って出て、反応チャンバ４４に入る。反応チャンバ４４は、図３Ａ〜図６に関してより詳細に示され且つ説明される。簡単に述べると、反応チャンバ４４は、互いに短い距離をおいて配置された複数の大型平面プレートを有しており、エマルジョンは、これらプレート同士の間を流れる。隣接するプレートに１２ボルトの範囲のＤＣ電圧を印加して、電流がエマルジョンを介して一方のプレートから他方のプレートに流れるようにする。電流がエマルジョンを通過すると、エマルジョンの電気分解が行われる。エマルジョンの電気分解は、燃料から硫黄を除去するのに非常に有効である。エマルジョンの電気分解には、２つの効果がある。第１は、水分子をその構成要素、すなわち水素と酸素に分離することである。水分子の分離は、当技術分野で周知の方法で水素ガス及び酸素ガスを生成するので、詳細には説明しない。この分離は、燃料に含まれる硫黄と容易に混合することができる大量の遊離した水素ガス及び酸素ガスを提供する。硫黄原子と酸素及び水素との結合は、多くの異なる形態を取ることができる。例えば、硫黄は、ガスである硫化水素を形成することができる。あるいはまた、硫黄は、ガスでもある二酸化硫黄を形成することができる。さらに、触媒化学物質の存在下で、水及び硫黄は、Ｈ２ＳＯ４の化合物を形成することができ、これは水の一部として除去することができる。
【００３２】
エマルジョンの電気分解は、燃料から硫黄を分離する働きもする。バンカー油として知られている、貨物船に使用されるタイプの燃料油は、その中に多数の炭化水素の組合せを有する。一般に、その燃料油は、１分子当たり平均約３０個の炭素原子を有する重質分子量炭化水素の複雑な混合物であるが、一部の分子は、４５〜５０個を超える炭素原子を有することがある。一般に、バンカー油の化学組成は、約１５％のアルキン、窒素、酸素、又は硫黄等の汚染物質を含み得る１５％の他の化合物、約２５％の芳香族炭化水素、及び約４５％の環状アルカン又はナフタレン基の他の炭化水素である。バンカー油の品質に応じて、バンカー油は、先に説明したグレードＣのナンバー５又はナンバー６のバンカー油として分類されるものであってもよく、又はより高い品質のバンカー油である場合に、燃焼用油としては著しく高品質のグレードＢのバンカー油であってもよい。一部のバンカー油は、海軍特別グレードと呼ばれることがある。しかしながら、多くの船舶は、低品質のバンカー油、ナンバー６又はグレードＣを燃やすことを選択しているため、本明細書で説明したように汚染物質を除去するために燃料の追加処理が必要となる。低品質のバンカー油中に見受けられる化学組成物及び炭化水素化合物は、当該技術分野において周知であり且つ多くの刊行物に記載されているので、ここでは詳細に議論しない。
【００３３】
エマルジョンをそのように通過する電流は、燃料化合物から硫黄を分離し、この硫黄を燃料及び水から分離された新しい分子と結合させ、例えば硫酸等を生成する効果を有する。エマルジョンが反応チャンバ４４内で電気分解された後に、その新しい分子が、パイプ４６を介して流出し、第２段階の水／燃料分離器４８に入る。第２段階では、水／燃料分離器４８は、浄化化学物質を含む水をパイプ４０を介して排出させ、この水が、燃料の第１段階の浄化を補助するために、混合器段２２に投入される。浄化された燃料が、パイプ５０を出て、ディーゼルエンジンによって燃焼するために燃料サービスタンク５２に貯蔵される。
【００３４】
次に、燃料浄化システムの第２の実施形態１００について説明する。同様の構造は、第２の実施形態において同様の参照符号を有する。しかしながら、新しい構造には新しい参照符号が与えられる。燃料浄化システム１００の第２の実施形態では、燃料は、流入パイプ１２を介して沈降タンク１４に投入される。燃料は、沈降タンク１４から出てパイプ１６を介して再循環タンク５６に入る。再循環タンク５６は、５００ガロン以下の範囲で燃料を保持できる比較的小さなタンクである。再循環タンク５６を含む実施形態は、流入する燃料油が特に低品質であるか、又は大量の汚染物質を含有している場合に特に有益であり、従って燃焼するのに十分に浄化されるまで繰り返し浄化サイクルを受ける必要がある。再循環タンク５６は、パイプ１６を介して新たな燃料を受け取り、一杯になった流入口を閉じ、油が十分に浄化されるまで再循環タンクを介して油を循環させて、浄化された油を排出する。これは、設定量を再循環タンク５６に入れて、燃料を浄化し続け、バッチ全体が浄化されるまで再循環タンクに油を返送することによって、又は再循環タンク内にフロート又は他のレベルセンサを配置し、浄化された燃料が燃料サービスタンク５２に入る際に、浄化が継続されるように、新たな汚れた燃料を再循環タンク５６に流入させることによって達成することができる。
【００３５】
油は、再循環タンク５６から出てライン５８を介して熱交換器６０に入る。熱交換器６０は、燃料を加熱するための追加のエネルギー量を減らすために、最初にシステムを循環した油から熱の一部を取り去る。熱交換器６０を出た後に燃料が十分に高温でない場合に、次に、燃料をさらに加熱するために、熱交換器６０の下流に追加のヒーターを設けてもよい。燃料は、熱交換器６０から出て燃料ライン２０を介して混合器２２に入る。混合器２２は、図１に関して説明したのと同様の方法で動作し、ここでは繰り返さない。燃料は、混合器２２から出てライン２４を介して第１段階の水／燃料分離器２６に入り、ここで廃水が分離されて廃棄され、スラッジが除去されて廃棄され、浄化された燃料がパイプ３２を通って流出する。浄化された燃料が、第２段階の混合器３４に入り、図１に関して説明したのと同様の方法で、その混合器３４では、水と混合されてエマルジョンを生成し、パイプ３７を介してマイクロキャビテーション・チャンバ３８に入り、パイプ４２を介して反応チャンバ４４に入り、反応チャンバからパイプ４６を介して第２段階の水／燃料分離器４８に入るので、ここでは繰り返さない。また、図１で説明したように、清浄な水が、燃料から硫黄の分離を増加させ、その硫黄を他の化学物質と結合させ、その結合体からより容易に除去することができる新しい化合物を生成するために、前述したタイプの１つ又は複数の処理化学物質が添加されるパイプ３６に投入される。
【００３６】
図２の代替実施形態では、１つの相違点は、燃料が第２段階の燃料分離器４８から出てライン５０を介して試験ステーション６２に入ることである。試験ステーション６２では、燃料は、量だけでなく残留する汚染物質の種類を含む様々な特性について試験される。例えば、硫黄分が０．５％未満であるか、又は硫黄について規定された他のいくつかの低閾値未満がどうかを判定するために、試験ステーション６２で燃料を試験する。燃料試験によって十分な硫黄が除去されたことが示された場合には、燃料試験ステーション６２から電線６４を介して電気信号が出力され、バルブ６６が開かれる。同時に、試験ステーション６２によって電線を介して信号が出力され、バルブ７０が閉じられる。浄化された燃料は、開放バルブ６６を介して浄化燃料ライン７２を介して燃料サービスタンクに排出され、閉鎖バルブ７０によって再び熱交換器に入ることが阻止される。
【００３７】
一方、試験ステーション６２が、燃料中の硫黄分が規定された基準を満たしていないことを検知すると、バルブ６６を閉じ且つバルブ７０を開く信号を出力する。これにより、燃料がパイプ７４に入り、且つ熱交換器に入り、この段階で燃料中に存在していた熱がライン５８で入ってくる流入燃料に渡され、燃料を一定レベルまで加熱して加熱エネルギーの一部を節約する。一旦浄化された燃料は、熱交換器６０から出てライン７８を介して再循環タンク５６に入る。再循環タンク５６に入る油は、混合器１及び混合器２の２段階の浄化動作を含む１つのサイクルの浄化によって完全にされている。従って、硫黄のかなりの部分が除去されている。しかしながら、依然として十分な硫黄分を有しているので、追加の浄化が必要である。従って、燃料が、再循環タンク５６に入り、配管５８を介して出て、再び熱交換器６０を通過し、説明したような２段階の混合器及び浄化サイクルを通過する。
【００３８】
いくつかの実施形態では、燃料は、浄化システム１００を１回だけ通過した後に十分に浄化され、燃料サービスタンク５２に入ることができる。一方、十分に浄化された燃料を提供するために、システム１００を介して２回以上循環させる必要があり得る。
【００３９】
いくつかの実施形態では、マイクロキャビテーション・チャンバ３８及び反応チャンバ４４は、第１パスでより多くの硫黄を除去するために、第１段階の混合器２２の後に配置される。あるいはまた、マイクロキャビテーション・チャンバ３８及び反応チャンバ４４は、システムの浄化能力を高めるために、第１段階の混合器２２の後及び第２段階の混合器３４の後の両方の段階に配置することができる。当然ながら、更なるマイクロキャビテーション・チャンバ及び反応チャンバの追加は、大型のより複雑なシステムを形成し、好ましくは、これらのチャンバは、システム内で、第２段階の混合器３４の後に１回だけ使用される。
【００４０】
ここで、反応チャンバ４４について、図３Ａ〜図６に関してより詳細に示す。
【００４１】
図３Ａ〜図３Ｄは、反応チャンバ４４の外側の様々な図を示す。図３Ａは、より容易に確認できるようにプレートが設置されていない状態の反応チャンバ４４の部分上面図である。反応チャンバ４４は、複数の流入パイプ１１４、及び好ましくは１つの大型流出パイプ１１８を有する外壁１１２を含む。流出パイプの出口は、流出口１２０を有する一方、様々な流入パイプは、流入口１１６を有する。流入口及び流出口は、反応器ボックス４４内のプレートに対して位置付けられ、エマルジョンが反応チャンバ４４から出る前にエマルジョンが多数の平行プレートを通過することを確実にする。例えば、内側のプレートは蛇行して配置され、エマルジョンが流出口１２０から出る前にその蛇行パターンに追従させる。図３Ｂ〜図３Ｃは、図３Ａに示された位置のセクションＨＨ、ＪＪ、及びＫＫを示す。図３Ｅは、図３Ａに示される反応チャンバの側面図である。
【００４２】
図４Ａ及び図４Ｂは、良好な視野を提供するために、内部にプレートを含まない空の反応ボックスの等角図を示す。反応チャンバ４４は、壁１１２に強度及び安定性を与えるために、１つ又は複数のフランジ又は支持プレート１２４を含むことができる。先に説明したように、反応チャンバ４４は、燃料をそれぞれ流入、流出させることができる１つ又は複数の流入口１１６及び流出口１２０を有する。
【００４３】
図５Ａ及び図５Ｂは、反応チャンバ４４内のプレートの側面図及び上面図を示しており、見易くするために側面を開いた状態で、プレートが反応チャンバ内に設置されている。プレートは、異なる電圧に結合された交互プレート１２８及び１３０を含む。好ましくは、第１の一連のプレート１２８が、１２ボルトの範囲のＤＣ電圧に結合されるが、６ボルト又は２４ボルトの範囲の電圧が全て許容可能である。全ての交互プレートは、地面等のより低い電圧に接続されている。ＤＣ電流が印加されると、電流がプレート同士の間に存在するエマルジョンを介してプレート１２８からプレート１３０に流れる。プレート同士の間の電流の流れは、前述したように一部の分子を分離させ、特に、バンカー油中の炭化水素化合物から硫黄原子を除去し、この硫黄原子が水素、酸素、又は水のいずれかと結合して、エマルジョンから容易に除去することができる新たな化合物を形成するので有益である。
【００４４】
プレートは、溝（grove）を有する側部ブラケット１４２と２つ以上の上部ブラケット１４４によって離間して保持され、その溝内に、プレートは、プレート同士の間隔を正確な距離で離しておき、エマルジョンがそのプレート同士の間を容易に通過するが、高電圧を必要とするように可能な限り離しておくように位置付けされる。プレートは、燃料油、硫黄、又は他の化合物に暴露されたときに容易に腐食しない高品質のステンレス鋼、例えばＥＲ３１６Ｌ又はＥＲ３１６ＬＴ１から作製されることが好ましい。反応チャンバ４４は、約６３．５ｃｍ〜６６．０４ｃｍ（２５〜２６インチ）の範囲の幅と、約５５．８８ｃｍ〜５８．４２ｃｍ（２２〜２３インチ）の高さとを有する。深さも約６３．５ｃｍ（２５インチ）の範囲にある。一実施形態では、シートは、１．５２４ｍｍ（０．０６インチ）の範囲の厚さを有する薄いシートである。それらのシートは、ブラスト洗浄、サンドブラスト、又は他の適切な技術等によって粗面化される。一実施形態では、正電圧に接続される約４０枚の平面プレートと、正電圧に結合された各プレートと交互に地面に結合された約４０枚のプレートとがある。これは、プレートの厚さを考慮に入れて、プレート同士の間の間隔を６．３５ｍｍ（０．２５インチ）より若干狭くすることを可能にする。エマルジョンは、電流が１つのプレートから別のプレートに流れるときに、プレート同士の間のこれらの空間を通過する。
【００４５】
図６は、互いに交互に配置されたプレート１２８及び１３０だけでなく、プレートを互いに一定の間隔を置いて保持する上部ブラケット１４４、及び同じ機能を果たす側部ブラケットをより見易くした反応チャンバ４４の等角図である。前述したように、水と燃料のエマルジョンは、１つ又は複数の別個の位置で反応チャンバに入り、蛇行した複数のプレートを通過するのに十分な時間を要した後に、単一の位置で流出する。また、前述したように、反応チャンバは、硫化水素、二酸化硫黄を含み得るガス状の硫黄化合物、又は他のガス状の硫黄が容易に漏出することを可能にするために、１つ又は複数の通気孔を有しており、こうしてシステム内の圧力上昇を防止する。
【００４６】
バンカー油から硫黄及び他の汚染物質を浄化するためのシステムの様々な実施形態について説明してきた。理解されるように、本明細書で説明する構成要素は、環境基準を満たすべくディーゼルエンジンで燃焼する前にバンカー油を適切に浄化するために、様々な組合せで構成することができる。バンカー油の浄化は、本明細書で詳細に説明する別の有利な効果を有する。現在、燃料を燃焼した後に空気から追加の微粒子及び汚染物質を除去するために、ディーゼル燃料の燃焼部の排気燃料の煙突に配置された市販のシステムが存在する。これらには、ＮＯｘ及びその様々な結合体を除去するための一酸化窒素浄化装置、だけでなく他の種類の化学物質を除去する浄化装置も含まれる。残念なことに、排煙中の硫黄分が１％を超えると、これらの浄化装置は、詰まり、汚染物質を全く除去できなくなる。以前は、硫黄分や他の汚染物質によってこのような浄化装置や他の触媒コンバータを排ガス中で使用することが妨げられていたため、バンカー油を燃やすディーゼルエンジンの煙突の排気口に浄化装置を設置することはできなかった。しかしながら、本システム及び種々の実施形態の使用によって、触媒コンバータ又は他の適切な浄化装置をその排ガス中に配置することができるほど十分に浄化された排気をもたらし、これまでに考えられていたよりも多くの汚染物質を除去できるので、かつて大量の汚染源となっていた大型貨物船から排出される排気ガスを非常に浄化する。
【００４７】
従って、本明細書に記載される本発明の実施形態の１つの組合せは、燃焼前にディーゼル燃料から最初に大量の汚染物質、特に硫黄を除去するシステム１０又はシステム１００を含み、このシステムは、排ガス煙突で浄化装置、触媒コンバータ、及び他のシステムと組み合わされ、排煙中の硫黄分が高いためこれまでは除去できなかった汚染物質をより多く除去することができる。従って、このシステムは、予期せぬ及びこれまで達成できなかった更なる利点が得られる。
【００４８】
更なる利点は、熱回収用コイルを排気煙突内に配置して、排ガスが煙突から出る前に排ガスから相当量の熱を取り出すことができることである。特に、内部で水を循環させる多数のコイルは、船内の他の場所で使用するために水を高温に加熱するために、排ガスが煙突を出る際の排ガス中に配置することができる。大量の熱は、大気中に放出される前に排ガスから抽出され、こうして、これまで可能であったよりも燃焼される燃料の大幅に効率化された利用を提供する。
【００４９】
特に、図７〜図１０は、今まで説明した構造及びシステムのより詳細な１つの可能な物理的レイアウトを提供する。
【００５０】
図７は、図１に示されるシステムブロック図の装置の物理的構成の一実施形態を示す。図７は、混合器２２、マイクロキャビテーション・チャンバ３８、反応器４４について実際の構造の物理的な位置及び向きが示されるブロック図及び物理的構造の組合せである。これらの３つの構造及びそれら構造同士の間の流体接続は、図１０に示されるタイプの大型貨物船１１９に使用されるような物理的な向き及びレイアウトに基づいて示される。図７の他の部分は、ヒーター１８及び水／燃料分離器４８等のブロック図形式で示されているが、これらの構造は、当技術分野でよく知られており、物理的レイアウトは、多くの周知の刊行物から当業者が容易に知ることができる。
【００５１】
図７に示されるように、マイクロキャビテーション・チャンバ３８は、反応チャンバ４４の直上に物理的に位置付けされる。さらに、１つ又は複数の混合器２２が、マイクロキャビテーション・チャンバ３８の１つ又は複数の側部に位置付けされる。反応チャンバ４４の設置面積は、マイクロキャビテーション・チャンバ３８と、その両側の混合器２２，３４との設置面積の和と略同じである。従って、１つの好ましい実施形態では、それらチャンバ４４，３８及び混合器２２，３４は、互いに上下に積み重ねられ、これは、コンパクトな物理的レイアウトを提供し、構造体を大型貨物船１１９上に位置付けして組み立てるのを容易にする。
【００５２】
ここでは特に図７を参照すると、第１段階の混合器２２には、水４０が示されており、この水４０は、第２の分離段階の一部である水／燃料分離器４８から回収されて、混合器２２に供給され、水／燃料分離機４８は、ディーゼルエンジンの燃料として使用するために浄化された油をライン５０に送り出す。浄化される燃料は、ヒーター１８で加熱された後に、流入パイプ２０によって供給される。燃料は、第１段階の混合器に入り、混合器２２内の水と混合され、配管２４にエマルジョンとして送り出される。エマルジョンは、第１の水分離器２６に入り、ここでスラッジとして廃棄される廃水が排出される。第１の段階を通って浄化された燃料は、導管３２内に浄化された燃料として送り出され、第２段階の混合器３４に入り、混合器３４で清浄な水３６と再び混合される。特定の処理化学物質４１が、混合器３４に入る前に処理化学物質ステーションから配管３６内の水の流れに添加される。処理化学物質４１の様々な選択は、これまで本明細書で論じているので、繰り返さない。処理化学物質は、除去すべき標的汚染に基づいて選択されることを述べるだけで十分であろう。硫黄について、燃料化合物から硫黄を分離させて水と混合して、硫黄分子を燃料の代わりに水分子に付着させて廃水と共に洗い流すことができる化学物質４１が選択される。
【００５３】
清浄な水及び処理化学物質が配管３６内で混合された後に、それらは第２段階の混合器３４に入り、エマルジョンを生成し、配管３７を通ってマイクロキャビテーション・チャンバ３８に流入する。マイクロキャビテーション・チャンバ３８では、硫黄及び他の汚染物が油からさらに分離され、水とより完全に混合される。マイクロキャビテーション・チャンバ３８での処理後に、エマルジョンは、導管４２を通って反応チャンバ４４に流出する。反応チャンバ４４内では、ＤＣ電流がエマルジョンを通過する際に酸素ガスと水素ガスの両方が生成される。これらのガスは、エマルジョン内で利用可能になった硫黄と結合する親和性を有する。次に、エマルジョンは、導管４６を介して第２段階の水分離器４８に流出する。浄化された燃料が、第２段階の水／燃料分離器４８から流出するが、依然として処理化学物質３９を含む水４０は、第１段階の混合器２２で再利用され、それによって同じ化学物質及び触媒を第１段階の混合器で使用して、ディーゼル燃料からの硫黄及び他の汚染物の分離を補助することができる。
【００５４】
浄化された燃料が第２段階の水／燃料分離器４８から流出するときに、大抵の場合、その燃料はディーゼルエンジンでの燃焼に使用できるように十分に浄化されている。いくつかの実施形態では、特に汚れた燃料である場合に、第３段階の混合器を有することが望ましい。特に、いくつかの実施形態では、第１段階２２から流出した燃料は、さらに第３の混合器、及び燃料から硫黄をさらに除去する第３の水／燃料分離器に投入され、燃料を浄化する。他の実施形態では、第３の混合器を追加することに加えて、第２のマイクロキャビテーション・チャンバ３８が追加され、同様に第２の反応チャンバ４４が追加される。殆どの状況で、２つの混合器と、１つのマイクロキャビテーション・チャンバ３８と、１つの反応チャンバを使用することで十分であるが、いくつかの実施形態では、第２段階の分離器４８から流出した後の燃料の浄化度に応じて、第３の混合器を追加することが望ましいであろう。一般に、最終段階の混合器は、マイクロキャビテーション・チャンバ３８に出力される。３つの混合段階が存在する場合に、最初の２つが混合器２２及び分離器２６に類似しており、最後のものが混合器３４であり、その後にチャンバ３８及び反応器４４が続く。いくつかの実施形態では、図２に示されるような燃料試験システム６２は、ディーゼルエンジンで燃焼する前に燃料が十分に浄化されていることを保証するために設けられる。まだ十分に浄化されていない場合は、図２に示されるように、燃料は、システムを再び通過する。
【００５５】
図７に示されるように、大型貨物船上の構造物の配置で多くの利点を有する特定のコンパクトな設計を提供することができる。反応チャンバ４４は、固体ベースに、好ましくは船の下甲板に位置付けされる。これは通常、燃料バンカー７２が燃料油を貯蔵するのと同じデッキ内にある。反応チャンバ４４の直上には、マイクロキャビテーション・チャンバ３８があり、このチャンバ３８は、導管４２によって反応チャンバ４４に直接的に結合される。いくつかの実施形態では、導管４２は殆ど長さを有しておらず、マイクロキャビテーション・チャンバ３８から反応チャンバ４４内に直接的に流出する単一のオリフィスである。さらに、混合器２２，３４は、マイクロキャビテーション・チャンバ３８に隣接して直接的に接続される。サイズ及び構造の観点から、第１及び第２混合器を有するマイクロキャビテーション・チャンバ３８は、反応チャンバ４４と同じ設置面積となるように直接的に接続され、従って、その反応チャンバ４４の直上に便利に位置付けすることができる。さらに、導管は、燃料を浄化するために、各混合器の間の移動距離を短くし、様々な分離段階を通ってマイクロキャビテーション・チャンバ３８及び反応チャンバ４４に入るように位置付けすることができる。殆どの実施形態では、マイクロキャビテーション・チャンバ３８は、４つの側面を有しており、第１及び第２の混合器は、チャンバ３８の対向する平行な側面に位置付けされる。
【００５６】
従って、混合器２２の段階に対応する第３段階及び第４段階の混合器が、マイクロキャビテーション・チャンバ３８の他の２つの側面に追加され、依然として同じ設置面積を有することができる。追加する必要があるのは、異なる段階の混合器と分離器２６との間を流れる燃料についての追加の導管である。従って、第３段階の又はさらに第４段階の混合器を追加することは、追加の構造を用いずに、貨物船に追加の場所又はより大きな設置面積を必要とすることなく、容易に達成することができる。
【００５７】
図８は、マイクロキャビテーション・チャンバ３８の一実施形態の等角図を示す。具体的には、マイクロキャビテーション・チャンバ３８は、導管３７を有する略矩形の断面であり、導管３７は、図７に示されるような段階の混合器３４からエマルジョンを供給する。多数の圧電性音響波発生器が、マイクロキャビテーション・チャンバ３８の一方の側壁に沿って位置付けされており、音響波発生器は、エマルジョンがマイクロキャビテーション・チャンバ３８内にある間にエマルジョンを通過する高強度の音波を生成する。音響駆動回路４１が、圧電プレート４３に結合され、それら圧電プレートを所望の周波数で駆動する。殆どの実施形態では、音響波は、超低周波領域内にある。超低周波の音響波は、一般に２０Ｈｚ未満であり、通常の人間の聴力範囲よりも低い。これらの音波は、高い強度を有することができ、従って、エマルジョンを用いてマイクロキャビテーション・バブルを作り出すのに役立つ。あるいはまた、超音波又は人間の聴力範囲内の音響波さえも使用するように、異なる周波数の音響波を提供することができる。音波がマイクロキャビテーション・チャンバ３８内のエマルジョンを通過するので、周囲の人々にとって、特に、近くのディーゼルエンジンによって放出される大きな騒音に照らして、通常は通常は聞こえない。音響駆動回路４１は、連続的に通過させるために圧電トランスデューサ４３を駆動し、又は一実施形態では、エマルジョン中にマイクロキャビテーション・バブルを作り出すためにエマルジョンを通るパルス、音響波を駆動させる。これは、水と燃料の混合を増加させる気泡及び乱流を作り出し、燃料から硫黄の除去を促進するのに役立ち、且つ水及び／又は酸素並びに水素分子と混合させるために硫黄が遊離した状態で利用できるよう。マイクロキャビテーションプロセスは、直ぐ後に続く反応チャンバの直前で行うことが有利である。
【００５８】
特に、バンカー燃料からの硫黄の分離は、一般に、一連の工程で行われる。硫黄は、一般的に、バンカー油中の油の分子に結合している。従って、第１工程は、バンカー燃料油から硫黄原子を分離することである。硫黄は、圧力、温度、及び他の考慮事項に応じて、液体又は気体の様々な形態で分離することができる。硫黄が燃料から分離した後に、その硫黄が燃料によって再吸収されず、遊離された硫黄が同じ燃料中の他の分子と再び結合しないことを保証することが重要である。従って、硫黄が結合することができる水、遊離した水素ガス、遊離した酸素ガス、ナトリウム、及び他の化学物質等の他の分子を利用できるようにして、硫黄がバンカー燃料から分離されたら、硫黄原子をバンカー燃料に再び戻して結合させるのではなく、その後燃料から容易に分離することができる別の物質と結合させることが有利である。こうして、マイクロキャビテーション・チャンバ３８は、バンカー燃料から大量の硫黄原子を分離する利点を有する。その直後に、エマルジョンが反応チャンバ４４に入る。反応チャンバ４４では、エマルジョンを通過するＤＣ電流によって、水素ガス及び酸素ガスが生成される。当技術分野で知られているように、ＤＣ電流が水中を通過するとき、一部の水分子は、水素と酸素の構成要素に分離される。標準的な温度及び圧力では、水分子が水素と酸素に分離すると直ぐに、これらは、水中に溶けた酸素及び水中に溶けた水素として気体状態で利用可能になる。水素ガス及び酸素ガスは、エマルジョン内部に存在するマイクロバブルである。これらのマイクロバブルが硫黄と接触すると、硫黄は、酸素又は水素と結合して、バンカー燃料の外部に締め出される。従って、マイクロキャビテーション・チャンバ３８を反応チャンバ４４に直接的に隣接させ、エマルジョンをマイクロキャビテーション・チャンバ３８の出口と反応チャンバ４４の入口との間に殆ど又は全く間隔を空けずに即座に流入させ、それによって油から硫黄の更なる分離が起こり、チャンバ３８内で分離された硫黄が、反応チャンバ４４及びマイクロキャビテーション・チャンバ３８内で生じるその後の化学反応において、油以外の他の物質に結合することが有益である。
【００５９】
図９は、水の活性ポテンシャル及び水と燃料の混合をさらに高める混合器２２の一実施形態を示す。具体的には、図９に示される実施形態では、ＥＭＦコイル６８が、混合器２２を形成する配管及び流入導管の周りに完全に巻き付けられている。特に、本明細書で前述したように、混合器２２への流入口である配管２０だけでなく混合器２２は、混合器２２の周りに何千もの巻数を有するコイルの導線をしっかりと巻き付けられている。これは、混合器２２の周りに巻き付けられたＵＬＦコイルであり、このコイルを介してＥＭＦコントローラ６６の制御下で電流を流すことができる。ＵＬＦコイル６８の信号の周波数は、ＤＣ電圧から３０，０００Ｈｚまでの範囲とすることができ、５００Ｈｚ刻みで徐々に増加することができる。あるいはまた、ＵＬＦコイル６８は、通常は２４ボルト以上の範囲の高周波、高強度の電圧信号でパルス化することができ、これにより、水が油と混合する際に水が通過する電場を生成することができる。同様のコイル６８が、混合器３４の周りに同様に巻き付けられている。
【００６０】
図１０は、大型外洋貨物船１１９に設置されたシステムを示す。本燃料浄化システム１０は、大型外洋貨物船１１９で使用するための多くの利点を提供する。現在の貨物船では、ディーゼルエンジン７７から排気される排ガスが、排気筒８４内を通り、船の煙突８７から出るとき、排ガスは、排ガス浄化装置を使用できないほど酷く汚れている。排気筒８４からの気流が、特に硫黄分又は他の化学物質を含む場合には、非常に汚れているので、排ガス浄化装置は、直ぐに圧倒されて詰まり、従って、現在の大型貨物船ではエンジンからの排ガスを浄化することができない。代わりに、現在、非常に汚れた排ガスは、ディーゼルエンジン７７の排気筒から、大量の硫黄、未燃焼の燃料、及び多数の有害な汚染物質を含む燃料の燃焼に使用されたのと実質的に同じ状態で排出される。大型貨物船での燃料浄化システム１０の使用によって、実質的に全ての汚染物質、特に燃焼前のディーゼル燃料から殆ど全ての硫黄が浄化される。燃料浄化システム１０の使用により、燃料は、十分に浄化された状態であり、ディーゼルエンジン７７から出る排ガスを図１０に示されるような排ガス浄化装置７４に曝すことができる。
【００６１】
船に設置されたシステムは、燃焼前のバンカー燃料油を保持するための燃料貯蔵バンカー７２を含む。バンカー燃料油は、本明細書で説明するように、バンカー７２から燃料浄化システム１０内に流れる。次に、燃料システム１０によって浄化された後に、燃料として使用するために燃料サービスタンク５２に貯蔵される。その後、ディーゼルエンジン７７は、動力を船舶１１９に供給するために燃料を燃焼させる。ディーゼルエンジン７７から排出される排ガスは、排ガス浄化装置７４を通り、次に熱抽出システム８０を通り、次に貨物船１１９の煙突８７内にある排煙筒８４から出る。
【００６２】
熱除去コイル８２は、従来技術で可能であったよりも多くの熱を排ガスから取り去ることができるという利点を有する。特に、従来技術では、多数の汚染物質、特に硫黄だけでなく他の汚染物質が気体状態に留まって煙突８７から気体として大気中に排出することを確実にするために、排ガスを極めて高温に維持しなければならなかった。排ガスの温度は、汚染物質を含む排ガス中の全ての物質が煙突８７から完全に十分に搬出されることを確実にするために十分に高くしなければならない。しかしながら、本明細書に記載されるような本実施形態の燃料浄化システム１０を使用することによって、排ガスの出口温度を著しく低下させることができる。特に、熱抽出システム８０は、排煙筒８４の周りに巻き付けられたコイル８２を有することができ、船舶の他の部分で使用する、例えば船舶の熱水タンク及び他の用途で使用するために、システムから例えば熱水としてより多くの熱を抽出することができる。さらに、排ガスがより低温で排出され、こうしてディーゼルエンジンによって抽出される熱エネルギーを増加させ、排気温度が低いために燃焼サイクルの効率を高めることができ、ディーゼルエンジン７７をより効率的に運転することができる。従って、燃料浄化システム１０は、煙突８７から出る排ガスを実質的により低くすることを可能にし、従って、燃料からより多くの熱を抽出することができ、実質的により効率的なシステムを提供することができるという利点を提供する。さらに、排ガス浄化装置７４は、排出される前に排ガスからより多くの汚染物質を除去することができ、汚染物質によって圧倒されることはない。これにより、排ガスを、従来のシステムで可能であったよりもはるかに浄化され、より浄化することができる。
【００６３】
次に、排ガスは、２つの分離システムを通して２回効果的に浄化されるという利点を有する。第１の浄化システムは、燃焼前に燃料から実質的に全ての汚染物質を除去する燃料浄化システム１０によって提供される。その結果、ディーゼルエンジン７７から排出される排ガスは、最初に予め浄化され、実質的にクリーンな排ガスが、排気筒に排出される。その後、空気が、第２段階の浄化システム、すなわち排ガス浄化装置７４を通過して、液体形態ではなく気体形態でその排ガスを浄化する。従って、排ガスは、２回浄化され、その後、熱抽出コイル８２を通過し、抽出システム８０を介してより多くの熱が取り去られる。最後に、２回浄化され、より冷たい排ガスが、排煙筒８４を通り、煙突８７から出る。
【００６４】
上述した様々な実施形態を組み合わせて、更なる実施形態を提供することができる。本明細書で参照され及び／又は出願データシートに列挙された全ての米国特許、米国特許出願公開公報、米国特許出願、外国特許、外国特許出願、及び非特許刊行物は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。実施形態の態様は、さらに別の実施形態を提供するために、必要に応じて様々な特許、出願、及び刊行物の概念を用いるように変更することができる。
【００６５】
これらの変更及び他の変更は、上記の詳細な説明に照らして実施形態に行うことができる。一般に、以下の特許請求の範囲において、使用される用語は、特許請求の範囲を明細書及び請求項に開示される特定の実施形態に限定するものとして解釈すべきではなく、そのような特許請求の範囲に権利が与えられる均等物の全範囲とともに可能な全ての実施形態を含むものとして解釈すべきである。従って、特許請求の範囲は、本開示によって限定されない。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図３Ｅ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【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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