(57)【要約】【課題】エマルジョン燃料システムにおいて、生成したエマルジョン燃料の貯蔵を必要とせずに、システムの圧力損失の増加を回避しながら需要元の要求に応じてエマルジョン燃料の供給量を変更可能にする【解決手段】エマルジョン生成装置１０５は、水と燃料油の混合物から水と燃料油のエマルジョン燃料を生成する。エマルジョン生成装置が生成したエマルジョン燃料の流量を調節する圧力調整弁１０６と、この圧力調整弁を通過したエマルジョン流体の圧力を検出する手段１０３と、圧力検出手段の圧力に基づいて圧力調整弁を調整する制御装置１０９と、圧力調整弁の下流側で分岐し、一方がエマルジョン燃料を燃焼する燃焼手段に接続する配管であり、他方がエマルジョン燃料生成装置の上流側に戻る配管１１０である分岐配管とを有する。燃焼手段で消費しきれないエマルジョン燃料を自動的にエマルジョン燃料生成装置の上流側に戻す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と燃料油とからエマルジョン生成装置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へ供給するエマルジョン燃料システムであって、前記エマルジョン生成装置は水と燃料油の混合物から水と燃料油のエマルジョン燃料を生成し、このエマルジョン生成装置が生成したエマルジョン燃料の流量を調節する圧力調整弁と、この圧力調整弁を通過したエマルジョン流体の圧力を検出する手段と、この圧力検出手段の圧力に基づいて前記圧力調整弁を調整する制御装置と、前記圧力調整弁の下流側で分岐し、前記エマルジョン燃料生成装置の上流側に戻る配管を設け、前記燃焼手段で消費しきれないエマルジョン燃料を自動的にエマルジョン燃料生成装置の上流側に戻すようにしたことを特徴とするエマルジョン燃料システム。
【請求項２】
前記エマルジョン生成装置が、２台以上並列に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエマルジョン燃料システム。
【請求項３】
前記エマルジョン生成装置は、燃料油をこのエマルジョン装置に導入する燃料油導入部と、水をこのエマルジョン装置に導入する水導入部と、燃料油と水の分散液を微細化する少なくとも１個の微小な絞り部と、前記絞り部で生成したエマルジョン燃料を排出する排出部とを有し、前記水導入部と前記燃料油導入部を並列に構成し末端側で結合し、この結合部から、前記絞り部、前記排出部まで連続した流路として一体化していることを特徴とする請求項２に記載のエマルジョン燃料システム。
【請求項４】
前記絞り部が複数設けられており、その複数の絞り部の断面積が下流側にいくにつれて小さくなることを特徴とする請求項３に記載のエマルジョン燃料システム。
【請求項５】
前記エマルジョン生成装置は複数台直列に配置されており、このエマルジョン生成装置を用いて、多段に絞り部を形成したことを特徴とする請求項３に記載のエマルジョン燃料システム。
【請求項６】
前記エマルジョン生成装置は、水と燃料油が混合されて導入される合流部と、燃料油と水の分散液を微細化しエマルジョン燃料を作成する微小な絞り部と、前記絞り部で生成したエマルジョン燃料を排出する排出部とを有しており、前記合流部と前記絞り部と前記排出部とを連続した流路として一体化した同一部材から構成したことを特徴と請求項５に記載のエマルジョン燃料システム。
【請求項７】
前記エマルジョン生成装置の絞り部の断面積を、下流側にいくにつれて大きくしたことを特徴とする請求項６に記載のエマルジョン燃料システム。
【請求項８】
前記水と燃料油のエマルジョン燃料は水と燃料油だけから構成されており、界面活性剤を含まないことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエマルジョン燃料システム。
【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システムに係り、特に生成したエマルジョン燃料を発電装置に導入するエマルジョン燃料システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料油（重油、灯油、軽油、廃油等）に水（と界面活性剤（乳化剤）等）を添加し、機械的に撹拌して燃料油中に水を分散させれば、「エマルジョン燃料」として用いることが可能である。ここで、エマルジョンとは、水と油のように互いに溶解しない２液に対しせん断力を加え、水中に油が分散した状態もしくは油中に水が分散した状態である。なお、この状態は、「乳化」、「エマルジョン」、「エマルジョン」等と呼ばれているが、以下では「エマルジョン」と呼ぶ。
【０００３】
エマルジョン燃料を用いると、燃焼時において、（１）ＰＭ（粒子状物質）の削減効果、（２）ＮＯｘ（窒素酸化物）の削減効果、（３）燃焼効率の向上効果がある。コスト面および環境への配慮から、従来の燃料油に代わってエマルジョン燃料を用いることが、特許文献１〜３に記載されている。
【０００４】
この特許文献１〜３では、燃料油、水、界面活性剤を入れたタンクをそれぞれ設け、燃料油、水、界面活性剤をポンプでエマルジョン生成装置に導き、エマルジョン燃料を生成している。そして、生成したエマルジョン燃料を貯蔵容器に貯蔵し、必要に応じてエンジン等の燃焼装置を動力とする発電装置に導入している。
【０００５】
エマルジョン燃料生成の他の例として、大型の容器に燃料油と水を投入し、撹拌・混合することにより一度に大量のエマルジョン燃料を生成する、分散法を用いたバッチ式生成法が提案されている。例えば特許文献４では、必要に応じて必要な量だけ（オンデマンドで）エマルジョン溶液を生成するために、水をＳＰＧ（シラス多孔質ガラス）等の小さい膜を通すことにより微粒子化し、燃料油中に水を分散させている。また、特許文献５では、燃料油と水からなる溶液を分割および合流を繰り返して、燃料油中に水を分散させている。
【０００６】
また特許文献６、７に記載のように、マイクロ加工技術などにより作製されたいわゆるマイクロデバイス内の微細な流路内で、油と水を混合してエマルジョン化することも提案されている。この特許文献６では、燃料油と水からなる分散液を撹拌し、絞り部を通した後に減速させて、水のエマルジョン粒子を生成している。特許文献７では、分散相（水）を内側に連続相（油）を外側にしたシースフローを形成し、シースフローの内側を流れる分散相が分断されることで乳化粒子を得ている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４２３９１８７号公報
【特許文献２】特許第４２５２７３５号公報
【特許文献３】特開２００９−１２７９４５号公報
【特許文献４】特開２００６−１８２８９０号公報
【特許文献５】特公平１−３２８７８号公報
【特許文献６】特開２００７−３１３４６６号公報
【特許文献７】特開２００９−６１３８２公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載のエマルジョン燃料システムでは、生成したエマルジョン燃料を一旦貯蔵しているので、貯蔵中にエマルジョン燃料が分離しないよう、界面活性剤を用いている。ここで、界面活性剤は高価であるとともに、界面活性剤を使うと、発電装置内で不純物が発生し発電装置の劣化につながる。できるだけ界面活性剤の量を減らし、界面活性剤を含まない、もしくは界面活性剤の量が少ないエマルジョン燃料が望まれる。
【０００９】
生成したエマルジョン燃料の貯蔵による不具合を解消するために、発電装置の負荷に応じてオンデマンドでエマルジョン燃料を生成させると、発電装置でのエマルジョン燃料の燃焼効率を一定にするために、エマルジョン燃料の性能（主にエマルジョン粒子の粒径）がエマルジョン燃料の生成速度（生成流量）に依存しないようにしなければならない。
【００１０】
上記特許文献４に記載した装置では、膜を通して水のエマルジョン粒子を１個ずつ生成しているので、所望のエマルジョン粒子の粒径に応じた膜を用いなければならない。この方法では、生成速度を速くするために高圧にすると、エマルジョン粒子の粒径がばらつき、エマルジョンの状態が不安定になるので、生産速度を遅くせざるを得ない。したがって、生成量に応じて膜全体の大きさを変える（膜の数を増やす）必要がある。
【００１１】
また、特許文献７に記載した装置では、粒径が揃ったエマルジョン粒子を得ることはできるが、１個ずつエマルジョン粒子を作っているので、発電装置に必要な量を生産できるほどに生産速度を速くすることが困難である。さらに、エマルジョン粒子のサイズに応じて、燃料油および水が流れる流路の幅を変更する必要があるが、所望のエマルジョン粒子の粒径が小さくなるほど流路幅を小さくしなければならず、生成速度を速くするためには高圧での送液が必要となる。
【００１２】
特許文献５や特許文献６に記載した装置では、比較的低圧での送液が可能であるが、高流量範囲での生産を対象にしているため、発電装置の負荷が小さくなり、流量が減少するとエマルジョン化が困難になる。低流量下では、エマルジョン燃料の性能が安定せず、発電装置の燃焼効率にバラつきが生じる。それとともに、発電装置内に油水分離した燃料が導入され、発電装置の内壁に水が直接触れて発電装置内に錆が発生するおそれがある。
【００１３】
本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものであり、その目的は、エマルジョン燃料システムにおいて、生成したエマルジョン燃料の貯蔵を必要とせずに、システムの圧力損失の増加を回避しながら需要元の要求に応じてエマルジョン燃料の供給量を変更可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するため、本発明は、水と燃料油とからエマルジョン生成装置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へ供給するエマルジョン燃料システムであって、前記エマルジョン生成装置は水と燃料油の混合物から水と燃料油のエマルジョン燃料を生成し、このエマルジョン生成装置が生成したエマルジョン燃料の流量を調節する圧力調整弁と、この圧力調整弁を通過したエマルジョン流体の圧力を検出する手段と、この圧力検出手段の圧力に基づいて前記圧力調整弁を調整する制御装置と、前記圧力調整弁の下流側で分岐し、前記エマルジョン燃料生成装置の上流側に戻る配管を設け、前記燃焼手段で消費しきれないエマルジョン燃料を自動的にエマルジョン燃料生成装置の上流側に戻すようにしたものである。
【００１５】
この構成において、エマルジョン生成装置が、２台以上並列に配置されていてもよく、前記エマルジョン生成装置は、燃料油をこのエマルジョン装置に導入する燃料油導入部と、水をこのエマルジョン装置に導入する水導入部と、燃料油と水の分散液を微細化する少なくとも１個の微小な絞り部と、前記絞り部で生成したエマルジョン燃料を排出する排出部とを有し、前記水導入部と前記燃料油導入部を並列に構成し末端側で結合し、この結合部から、前記絞り部、前記排出部まで連続した流路として一体化していてもよい。
【００１６】
また上記構成において、絞り部が複数設けられており、その複数の絞り部の断面積が下流側にいくにつれて小さくなるのがよく、絞り部を複数設けるために、前記エマルジョン生成装置を複数台直列に配置し、このエマルジョン生成装置を用いて、絞り部を多段に形成するものでもよい。さらに、前記エマルジョン生成装置は、水と燃料油が混合されて導入される合流部と、燃料油と水の分散液を微細化しエマルジョン燃料を作成する微小な絞り部と、前記絞り部で生成したエマルジョン燃料を排出する排出部とを有しており、前記合流部と前記絞り部と前記排出部とを連続した流路として一体化した同一部材から構成するものが好ましく、前記エマルジョン生成装置の絞り部の断面積を、下流側にいくにつれて大きくしてもよい。
【００１７】
さらに上記構成において、水と燃料油のエマルジョン燃料は水と燃料油だけから構成されており、界面活性剤を含まないことが望ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、エマルジョン燃料システムにおいて、
システムの圧力損失を大きくせずに需要元の要求に応じてエマルジョン燃料の生成量を変更することが可能なとなる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るエマルジョン燃料システムの一実施例(実施例１)のブロック図である。
【図２Ａ】図１に示したエマルジョン燃料システムが備えるエマルジョン生成装置の（ａ）斜視図および（ｂ）（ａ）図のＡ−Ａ断面図、（ｃ）本装置の性能を説明する図である。
【図２Ｂ】図１に示したエマルジョン燃料システムが備えるエマルジョン生成装置の変形例であり、（ｄ）および（ｅ）は（ａ）図のＡ−Ａ断面図、（ｆ）は斜視図である。
【図３】図２に示したエマルジョン生成装置内の流体の流れを説明する図である。
【図４】図１に示したエマルジョン燃料システムの動作のフローチャートである。
【図５】本発明に係るエマルジョン燃料システムの他の実施例（実施例２）のブロック図である。
【図６】図５に示したエマルジョン燃料システムが備えるエマルジョン生成装置の（ａ）斜視図および（ｂ）（ａ）図のＢ−Ｂ断面図である。
【図７】図５に示したエマルジョン燃料システムが備えるエマルジョン生成装置内の流体の流れを説明する図である。
【図８】図５に示したエマルジョン燃料システムの動作のフローチャートである。
【図９】本発明に係るエマルジョン燃料システムの変形例のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明に係るエマルジョン燃料システムの一実施例を、図面を用いて説明する。なお、本実施例では、発電装置を備えたエマルジョン燃料システムについて説明するが、発電装置に代えて発電機能を有さない燃焼装置（エンジン）を用いてもよい。
【実施例１】
【００２１】
図１〜図４を用いて、本発明の実施例１について説明する。図１は、エマルジョン燃料システム５０の一実施例のブロック図である。本エマルジョン燃料システムは、攪拌機能を有する水・燃料油混合タンク１０１、送液ポンプ１０２、圧力センサ１０３、リリーフバルブ１０４、エマルジョン生成装置１０５、圧力バルブ１０６、圧力調整用リターン配管１０７、燃料の燃焼によって発電する発電装置１０８、制御装置１０９、供給量調整用リターン配管１１０、自動バルブ１１１ａ、１１１ｂ、燃料油タンク１１２から構成されている。
【００２２】
エマルジョン燃料システム５０では、水・燃料油混合タンク１０１の中に予め最適なエマルジョン燃料混合比率で水と燃料油を投入する。水・燃料油混合タンク１０１に付属した攪拌機１０１ａが、水と燃料油を大まかに混合する。この水と燃料油が大まかに混合されたものを、送液ポンプ１０２がエマルジョン生成装置１０５に導入する。エマルジョン生成装置１０５ではエマルジョン燃料を生成し、生成されたエマルジョン燃料は自動バルブ１１１ａ、圧力バルブ１０６および圧力センサ１０３を順次経由して、発電装置１０８に導入され、発電装置１０８内で燃焼する。
【００２３】
ここで制御装置１０９は、上記一連の動作を、監視・操作する。すなわち、水・燃料油混合タンク１０１に付属する攪拌機１０１ａと送液ポンプ１０２と自動バルブ１１１ａ，１１１ｂとは、図１中の矢印を付した破線で示す制御およびフィードバックラインにしたがって、制御装置１０９が制御する。
【００２４】
制御装置１０９は圧力センサ１０３を監視し、例えば目詰まり等により配管内の圧力が異常に上昇したら、送液ポンプ１０２を非常停止させる。さらに安全のために、リリーフバルブ１０４を予め許容圧力値内に設定しておけば、配管内で圧力が異常に上昇しても、このリリーフバルブ１０４から水と燃料油が排出されて事故等を回避できる。なお、図示しないが、電源スイッチや異常時用の非常停止スイッチ、通信用コネクタ、エマルジョン生成装置１０５と配管を接続する接続継手なども、本システム５０には含まれる。
【００２５】
負荷の変動に対応して燃料噴射量を制御できるよう、発電装置１０８は適切な量の燃料供給方法を有さなければならない。負荷に対して燃料が足りないと、発電装置１０８の回転数は低下し、電力周波数が低下する。逆に、負荷に対して燃料が過剰であれば、発電装置１０８の回転数が上昇し、電力周波数も上昇する。負荷に応じて発電装置の回転数は変化するが、ガバナー（速度調整装置）の機能を利用して、電力周波数を一定とするように制御することは可能であるが、負荷に応じた燃料の供給は必要である。
【００２６】
例えば、発電装置１０８が必要とするエマルジョン燃料供給圧力とするため、送液ポンプ１０２はエマルジョン燃料供給圧力以上の圧力で、水と燃料油を送液する。そして、圧力バルブ１０６を使用して圧力調整し、発電装置１０８が必要とするエマルジョン燃料供給圧力に低下させる。なお、圧力調整のため不要となったエマルジョン燃料は、圧力調整用リターン配管１０７を経て、水・燃料油混合タンク１０１へ戻される。
【００２７】
さらに、発電装置１０８が必要なエマルジョン燃料供給量を確保するため、送液ポンプ１０２はエマルジョン燃料供給量以上の送液速度で、水と燃料油を送液する。そして、発電装置１０８に必要なエマルジョン燃料供給量を超えたエマルジョン燃料は、供給量調整用リターン配管１１０を経て、水・燃料油混合タンク１０１へ戻される。
【００２８】
したがって、上流側に圧力センサ１０３を設け、エマルジョン燃料システム５０内の圧力をモニタリングすれば、最高使用圧力以上の圧力がエマルジョン生成装置１０５、あるいは発電装置１０８に付加されるのを回避できる。それとともに、エマルジョン燃料システム５０内の配管やエマルジョン生成装置内１０５に生じた詰まり（閉塞）などの異常事態をモニタリングして、必要に応じてエマルジョン燃料の生成を停止することもできる。またエマルジョン燃料システム５０が、圧力バルブ１０６を備えているので、エマルジョン燃料の生成速度が遅いときでも、発電装置１０８に必要なエマルジョン燃料供給圧力を担保できる。なお、圧力センサ１０３は、異常事態をモニタリングする。
【００２９】
発電装置１０８の負荷に応じてエマルジョン燃料を生成できるよう、送液ポンプ１０２の送液量は可変になっている。エマルジョン燃料の作成開始時および終了時に、燃料油のみを送液したりすることができるように、自動バルブ１１１ａ、１１１ｂを制御装置１０９が制御する。この自動バルブ１１１ａ、１１１ｂを操作して、燃料油タンク１１２内へ空気を一定の圧力で加えれば、燃料油タンク１１２内の燃料油を発電装置１０８へ圧送により供給できる。
【００３０】
エマルジョン生成装置１０５は、発電装置１０８の最大負荷に対応できるよう、複数個設けてもよい。エマルジョン生成装置１０５の数は、送液ポンプ１０２の最大送液速度と最大送液圧力およびエマルジョン燃料システム５０の全体の圧力とに応じて決定される。
【００３１】
エマルジョン生成装置１０５では、生成されるエマルジョン燃料の性能を一定範囲内に保持するため、生成速度範囲が設定されている。そのため、発電装置１０８の負荷に応じて送液ポンプ１０２の送液速度を変化させるが、設定した生成速度範囲内でエマルジョン燃料が生成されるよう、使用するエマルジョン生成装置１０５の数を変化させている。
【００３２】
さらに、エマルジョン生成装置１０５で生成したエマルジョン燃料のうち、発電装置１０８に供給されずに水・燃料油混合タンク１０１に戻ってきた分については、再度送液ポンプ１０２がエマルジョン生成装置１０５へ供給し、エマルジョン燃料として用いる。
【００３３】
本実施例では、エマルジョン生成装置１０５を１個だけとしているが、図９に詳述するように、エマルジョン生成装置１０５は１個に限定されるものではない。複数個のエマルジョン生成装置１０５を並列に配置してもよい。ただし、エマルジョン生成装置１０５の数が増えれば、各エマルジョン生成装置１０５に同じ送液量を分岐して流す機構が必要となり、装置が複雑化するので、現実的には１０個以内、好ましくは５個以内とする。なお、エマルジョン生成装置１０５としては、以下に詳述するエマルジョン生成装置１０５の他にも、市販のマイクロリアクタやＴ字管又はＹ字管、スタティックミキサなどを用いることもできる。
【００３４】
エマルジョン生成装置１０５を２個以上使用する場合には、エマルジョン生成装置１０５の上流側配管は、複数のエマルジョン生成装置１０５に送液できるよう分岐している。また、エマルジョン生成装置１０５の下流側配管は、複数のエマルジョン生成装置１０５から得られたエマルジョン燃料を合流している。分岐または合流の方法としては、２個のエマルジョン生成装置１０５に分岐するのであればＴ字管を、３個のエマルジョン生成装置１０５に分岐するのであれば十字管を用いればよい。
【００３５】
または、図９に示すように、複数分岐用の接続管を製作して使用してもよい。図９は、図１に示したエマルジョン装置の変形例のブロック図であり、エマルジョン生成装置１０５を複数台並列に配置した場合である。エマルジョン生成装置１０５を複数台並列に配置した点の外は、図１に示した実施例と同様の構成となっている。
【００３６】
さらに、２個に分岐したものをさらに複数に分岐するなど、分岐部を多段に設けてもよい。ただし、各エマルジョン生成装置１０５で所定の性能のエマルジョン燃料を生成するために、送液ポンプ１０２からエマルジョン生成装置１０５に導入するまでの圧力損失を一定にし、水および燃料油の分岐が均等に行われるようにするのが望ましい。
【００３７】
以上により、所定品質のエマルジョン燃料を、発電装置１０８の負荷に対する必要量だけ供給することが可能になる。また、発電装置１０８に供給する直前にエマルジョン燃料を生成できるので、エマルジョン燃料を保持するための貯蔵容器を必要とせず、エマルジョン状態を安定維持するための界面活性剤を添加する必要がない。
【００３８】
図２Ａ、図２Ｂに、図１に示したエマルジョン燃料システムが備えるエマルジョン生成装置１０５のいくつかの例を示す。図２Ａの（ａ）は、エマルジョン生成装置１０５の斜視図であり、図２Ａの（ｂ）は、図２Ａの（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２Ａの（ｃ）は、エマルジョン生成装置１０５内に形成された流路の絞り部の数の影響を説明する図であり、エマルジョン粒子の粒径の変化によりエマルジョン粒子が存在する確率を計算で求めたものである。また、図２Ｂの（ｄ）、（ｅ）は、図２Ａの（ｂ）の変形例であり、（ｄ）は下流に行くに従い、絞り部２０８、２１０、２１２の径が小さくなる場合であり、（ｅ）は下流に行くに従い絞り部の径２０８、２１０、２１２が大きくなる場合である。図２Ｂの（ｆ）は、直列に２段にエマルジョン生成装置１０５を接続した例の斜視図である。
【００３９】
エマルジョン生成装置１０５は上下に長い直方体をしており、中央部に、上下方向に延びる流路が形成されている。流路には、図２Ａの（ｂ）に示すように、拡大部分と絞り部分とが交互に形成されており、拡大部分は上下方向長さが場所ごとに異なっている。つまり、下方から撹拌部２０７、第１の減速・撹拌部２０９、第２の減速・撹拌部２１１、減速部２１３が略円柱状の空間として形成されており、これら各部間には、断面が略円形の孔が下方から第１の絞り部２０８、第２の絞り部２１０、第３の絞り部２１２として形成されている。なお、絞り部２０８、２１０、２１２は、後述するように、断面積が上流から下流（図２Ａでは下方から上方）に向けて順次小さくなる構成であれば、この図２Ａに記載の形状と異なっていてもよい。
【００４０】
図２Ａの（ｂ）に示すように、エマルジョン生成装置１０５は、水と燃料油が合流する合流部２０６、燃料油中に水を分散させる撹拌部２０７、エマルジョン粒子の微細化を行う第１の絞り部２０８、圧力損失を低減させるとともに微細化したエマルジョン粒子を再分散させる第１の減速・撹拌部２０９、エマルジョン粒子を再微細化する第２の絞り部２１０、圧力損失を低減させるとともに微細化したエマルジョン粒子を再分散させる第２の減速・撹拌部２１１、エマルジョンを再微細化させる第３の絞り部２１２、圧力損失を低減させる減速部２１３、生成したエマルジョン燃料を排出するエマルジョン燃料排出部２１４を有している。ここで、第２の絞り部２１０は第１の絞り部２０８よりもより断面積が小さく、第３の絞り部２１２は第２の絞り部２１０よりもより断面積が小さい。
【００４１】
水と燃料油が混合された状態で流入する合流部２０６は、図示しないネジ部と接続継手で送液用配管と接続される。そして、図２Ａの（ｂ）中に示す矢印の流れのように水２０１、燃料油２０２を導入する。エマルジョン燃料排出部２１４は、図示しないネジ部と接続継手によりエマルジョン燃料送液用配管と接続され、図２Ａの（ｂ）中に示す矢印２０３の流れのようにエマルジョン燃料を排出する。
【００４２】
ここで、図２Ａの（ｂ）では、エマルジョン粒子を微細化する絞り部２０８、２１０、２１２が３個となっているが、絞り部の数はこれに限らない。絞り部の数が増えるにつれて、図２Ａの（ｃ）に示すようにエマルジョン粒子の粒径分布が狭くなり、エマルジョン燃料の性能が安定化する。ただし、絞り部の数が増えるほどエマルジョン生成装置１０５で発生する圧力損失が増大する。絞り部の数は、好ましくは２個もしくは３個である。
【００４３】
また、絞り部の断面積をすべて同じではなく、図２Ｂの（ｄ）に示すように下流側にいくにつれて順に小さくすれば、装置で発生する圧力損失を低減できる。これとは逆に、図２Ｂの（ｅ）に示すように、下流に行くにつれて絞り部の面積を大きくすれば、圧力損失が低減するので、絞りの多段化が容易になる。なお、図２Ｂの（ｆ）に示すように、エマルジョン生成装置１０５を複数台直列に配置し、絞り部が複数となるようにしてもよい。
【００４４】
エマルジョン生成装置１０５の材質としては、エマルジョン化プロセスに悪影響を与えないものであればよく、適宜変更することもでき、例えば、ステンレス、シリコン、金、ガラス、ハステロイ、シリコン樹脂、フッ素系樹脂などを用いる。また、グラスライニング、金属の表面にニッケルや金などのコーティングをしたもの、シリコンの表面を酸化させたものなど、いわゆる耐食性を向上させたものを用いてもよい。
【００４５】
エマルジョン生成装置１０５は、このエマルジョン生成装置１０５内に連続する流路が構成されていればよく、液漏れが発生しなければ、削り出しの一体型でもよく、分割して加工した部品を接着、溶接、ネジ等で締結して組み立てたものでもよい。ただし、ネジ締結で分解可能な構造であれば、流路内部で閉塞が生じた場合などに分解して洗浄することが可能となり、メンテナンス性が向上する。分割した部品の組み合わせを変えることにより、目的に応じて絞り部の数を変更することや、絞り部の径を変更することもできる。
【００４６】
エマルジョン生成装置１０５を分割型として組み立てる構造にした場合、液漏れ防止にシール材を使用するが、このシール材としてパッキンを用いた場合には、パッキンの材質を、エマルジョン化プロセスに悪影響を与えないものにする必要がある。例えば、シリコン樹脂やフッ素系樹脂などを用いる。
【００４７】
図３に、上記構成のエマルジョン生成装置１０５における流体の流れ挙動を示す。合流部２０６から導入された水２０１と燃料油２０２は、撹拌部２０７内で旋回流３０２を生じる。そして、燃料油中に水のエマルジョン粒子３０１が分散した状態となる。その後、第１の絞り部２０８を通過する際に、水が微細化されエマルジョン溶液となる。第１の絞り部２０８は、微小な直径で長さが短い円筒形であり、この第１の絞り部２０８を流れるエマルジョン溶液は、流路断面積の減少に伴い急激に加速される。このとき、第１の絞り部２０８の壁面との間にせん断力が発生し、水は瞬間的に微細化される。第１の減速・撹拌部２０９では、断面積が急拡大するので微細化したエマルジョン粒子が分散し、さらに旋回流３０２が生じることもあり、エマルジョン粒子の分散が維持されて圧力損失が低減される。
【００４８】
第１の減速・撹拌部２０９から第２の絞り部２１０へ流入する際は、第２の絞り部２１０で水が再び微細化され、微細化されたたエマルジョン溶液が生成される。第２の絞り部２１０は、微小な直径で長さが短い円筒形であり、上述したように第１の絞り部２０８より断面積が小さい。第２の減速・撹拌部２１１では、断面積が急拡大したので微細化したエマルジョン粒子が分散するとともに、圧力損失が低減される。
【００４９】
第２の減速・撹拌部２１１から第３の絞り部２１２へ流入する際は、水が再び微細化され、微細化されたエマルジョン溶液が生成される。第３の絞り部２１２は、微小な直径で長さが短い円筒形であり、上述したように第２の絞り部２１０よりさらに断面積が小さい。第３の減速・撹拌部２１３では、断面積が急拡大するので微細化したエマルジョン粒子が分散するとともに、圧力損失が低減される。そして、エマルジョン生成装置１０５から流出するための直進流３０３をエマルジョン燃料排出部２１４が発生し、このエマルジョン燃料排出部２１４から生成されたエマルジョン燃料が排出される。
【００５０】
本実施例では加工の容易さから第１〜第３絞り部２０８、２１０、２１２の形状を単純な円筒形としたが、十分なせん断力を与えられるのであれば、絞り部２０８、２１０、２１２の断面形状は三角形や四角形などの多角形でもよい。
【００５１】
このように、エマルジョン生成装置１０５では、絞り部を複数回通過させることにより、従来の絞り部が１個のときに比べて生成したエマルジョン燃料の粒径が狭い範囲に分布するようになり、性能が安定化する。また、第１〜第３絞り部２０８、２１０、２１２の断面積を、下流側ほど小さくしたので、エマルジョン生成装置１０９内で発生する圧力損失を低減できる。
【００５２】
エマルジョン燃料を生成するのに必要な工程を、一体化した構造のエマルジョン生成装置１０５で実行しているので、絞り部から次の絞り部に到達するまでに余計な継手や配管が不要となり、流動中のエマルジョン状態の変化を最小限に抑えることができる。これにより、エマルジョン燃料の性能の安定性がより向上する。
【００５３】
図４に、上記エマルジョン燃料システム５０におけるエマルジョン燃料の生成プロセスを、フローチャートで示す。エマルジョン燃料システム５０を稼働させると、自動バルブ１１１ａを閉に、自動バルブ１１１ｂを開に切り替える（ステップ４０１）。予め燃料タンク１１２内は加圧状態にしてあるので、燃料タンク１１２内の燃料油だけがエマルジョン生成装置１０５に送液される（ステップ４０２）。
【００５４】
発電装置１０８を起動し、起動が完了したら（ステップ４０３）、ステップ４０４に進む。ここで、起動完了の判断は、所定時間が経過したか否かで判断するようにしてもよいし、発電装置１０８の動作を確認するようにしてもよい。
【００５５】
発電装置１０８の起動が完了したら、送液ポンプ１０２を起動し、エマルジョン生成装置に燃料油と水を流す（ステップ４０４）。その後、自動バルブ１１１ａを開に、自動バルブ１１１ｂを閉に切り替える（ステップ４０５）。燃料油と水を、必要量だけ送液する（ステップ４０６）。
【００５６】
ここで、圧力センサ１０３が下流側にある発電装置１０８への流入流体の圧力をセンシングし、制御装置１０３がこの圧力センサ１０３の値に基づいて圧力バルブ１０６を制御しているので、発電装置１０８が使いきれない燃料油と水のエマルジョンは、自動的に供給量調整用リターン配管１１０を経て、水・燃料油混合タンク１０１に戻る。
【００５７】
発電装置１０８の運転終了が指示されているか否かを判断する（ステップ４０７）。発電装置１０８の運転終了が指示されていなければステップ４０６に戻り、発電装置１０８の運転終了の指示があればステップ４０８に進む。ここで、発電装置１０８の運転終了は、正常終了だけではなく、発電装置１０８に導入される燃料がワーキング圧力に達していない、あるいは燃料の送液圧力が異常に高い場合などに指示される。
【００５８】
発電装置１０８の運転終了を指示されたら、自動バルブ１１１ａを閉に、自動バルブ１１１ｂを開に切り替える（ステップ４０８）。そして、燃料油だけをエマルジョン生成装置１０９に送液する（ステップ４０９）。予め設定した燃料油の供給時間が終了したか否かを判断する（ステップ４１０）。設定時間が終了していなければステップ４０９に戻り、設定時間が終了していれば、送液ポンプ１０２の稼動を終了し、エマルジョン燃料生成の動作を終了する（ステップ４１１）。
【００５９】
起動時に燃料油だけを送液すると、特に寒冷地などでは、安定した発電装置の立ち上げが可能となる。また、停止時にも燃料油だけを送液すると、発電装置１０８内に水が残存するのを防止でき、錆の発生を回避できる。
【００６０】
本実施例１によれば、エマルジョン燃料システムで生成したエマルジョン燃料を貯蔵する必要がなく、エマルジョン燃料システムの圧力損失も増大しない。また、必要に応じてエマルジョン燃料の生成量を調整できる。
【実施例２】
【００６１】
図５〜図８を用いて、本発明に係るエマルジョン燃料システム５０の他の実施例（実施例２）を説明する。図５に、エマルジョン燃料システム５０をブロック図で示す。エマルジョン燃料システム５０は、水タンク１２１、水送液ポンプ１２２、燃料油タンク１２３、燃料油送液ポンプ１２４、圧力センサ１０３、エマルジョン生成装置１０５、圧力バルブ１０６、燃料の燃焼によって発電する発電装置１０８、制御装置１０９、供給量調整用リターン配管１１０、水・燃料油分離膜１２５等を備えている。以下の説明では、実施例１と異なる部分を中心にして、説明する。
【００６２】
本エマルジョン燃料システム５０では、水送液ポンプ１２２が水タンク１２１内の水をエマルジョン生成装置１０５に供給している。また、燃料油送液ポンプ１２４が燃料タンク１２３内の燃料をエマルジョン生成装置１０５に供給している。エマルジョン生成装置１０５で生成したエマルジョン燃料は、圧力バルブ１０６および圧力センサ１０３を経て、発電装置１０８に導入され、燃焼する。
【００６３】
制御装置１０９は、このエマルジョン燃料システム５０の各圧力センサ１０３ａ〜１０３ｃを監視し、２台のポンプ、すなわち水送液ポンプ１２２と燃料油送液ポンプ１２４を制御する。例えば、目詰まり等により配管内圧力が異常に上昇したら、水送液ポンプ１２２と燃料油送液ポンプ１２４を非常停止させる。図示しないが、電源スイッチや異常動作用の非常停止スイッチ、通信用コネクタ、エマルジョン生成装置１０５と配管を接続する接続継手なども、エマルジョン燃料システム５０は有している。
【００６４】
発電装置１０８に必要なエマルジョン燃料供給圧力を得るため、水送液ポンプ１２２と燃料油送液ポンプ１２４はエマルジョン燃料供給圧力以上の圧力で、水と燃料油を送液する。そして、圧力バルブ１０６が発電装置１０８に必要な圧力まで減圧して、エマルジョン燃料供給圧力を得る。
【００６５】
発電装置１０８に必要なエマルジョン燃料供給量を得るため、水送液ポンプ１２２と燃料油送液ポンプ１２４はエマルジョン燃料供給量を超える送液速度で、水と燃料油を送液する。そして、発電装置１０８に必要なエマルジョン燃料供給量を超えたエマルジョン燃料は、供給量調整用リターン配管１１０から、水・燃料油分離膜１２５を経由して、水タンク１２１および燃料油タンク１２３へ戻される。
【００６６】
上流側に設けた圧力センサ１０３ａ、１０３ｂは、エマルジョン燃料システム５０内の圧力をモニタリングし、最高使用圧力以上の圧力が、エマルジョン生成装置１０５あるいは発電装置１０８に付加されないようにしている。それとともに、エマルジョン燃料システム５０内の配管やエマルジョン生成装置１０５内に生じた詰まり（閉塞）などの異常事態の発生も監視している。発電装置１０８の負荷に応じてエマルジョン燃料を調整できるよう、水送液ポンプ１２２と燃料油送液ポンプ１２４の送液量は可変である。これらのポンプ１２２、１２４は、エマルジョン燃料の作成開始時および終了時に、燃料油だけを送液できるようにも制御される。
【００６７】
エマルジョン生成装置１０５で生成されたエマルジョン燃料のうち、発電装置１０８に供給されなかった分は、供給量調整用リターン配管１１０から再び水・燃料油分離膜１２５へ導かれ、この水・燃料油分離膜１２５で水と燃料油に分離されて、それぞれ水タンク１２１と燃料油タンク１２３へ戻される。その後、再度水送液ポンプ１２２と燃料油送液ポンプ１２４がエマルジョン生成装置１０５へ供給する。
【００６８】
図６に、本実施例２が備えるエマルジョン生成装置１０５の一例を、斜視図（（ａ）図）および（ａ）図のＢ−Ｂ断面図（（ｂ）図）で示す。本実施例が実施例１で使用しているもの（図２）と異なる点は、図２に示したものは水・燃料油が混合状態でエマルジョン生成装置１０５へ導かれていたので導入部は１箇所であったが、本実施例では、水導入部２０４と燃料油導入部２０５の２箇所の導入部を形成したことにある。その他は、図２のエマルジョン生成装置１０５と同じである。
【００６９】
図７に、図６に示したエマルジョン生成装置１０５内における流体の流れ挙動を示す。水導入部２０４から導入された水２０１と燃料油導入部２０５から導入された燃料油２０２は、合流部２０６で合流する。そして、撹拌部２０７で旋回流３０２を生じ、燃料油中に水のエマルジョン粒子３０１が分散する。撹拌部２０７以降は、実施例１と同様の挙動を示す。
【００７０】
図８に、本実施例２におけるエマルジョン燃料システム５０の動作をフローチャートで示す。エマルジョン燃料の生成開始とともに、燃料油送液ポンプ１２４だけが稼働し（ステップ４０１）、燃料油だけがエマルジョン生成装置１０５に送液される（ステップ４０２）。その後、発電装置１０８を起動し、起動が完了したら（ステップ４０３）、ステップ４０４に進む。起動が完了しているか否かは、所定の時間が経過したか否か、または発電装置１０８の動作確認により判断する。
【００７１】
発電装置１０８の起動が完了したら、水送液ポンプ１２２を起動し（ステップ４０４）、エマルジョン生成装置１０５に燃料油と水が流れるように燃料油と水を必要量送液する（ステップ４０５）。発電装置１０８の運転終了が指示されているか否かを判断する（ステップ４０６）。運転終了を指示されていなければステップ４０５に戻り、発電装置１０８の運転終了が指示されていればステップ４０７に進む。ここで、発電装置１０８の運転終了が指示される場合は、正常終了だけではなく、発電装置１０８に導入される燃料がワーキング圧力に達していない、あるいは燃料の送液圧力が異常に高い場合も含まれる。
【００７２】
発電装置１０８の運転終了が指示されていたら、水送液ポンプ１２２を停止する（ステップ４０７）。燃料油送液ポンプ１２４だけを稼働させて、燃料油だけをすべてのエマルジョン生成装置１０５に送液する（ステップ４０８）。予め設定した燃料油設定時間が終了したか否かを判断する（ステップ４０９）。設定時間が終了していなければステップ４０８に戻り、設定時間が終了していれば燃料油送液ポンプ１２４の稼動を終了し、エマルジョン燃料作成を終了する（ステップ４１０）。
【００７３】
本実施例２でも、起動時に燃料油だけを送液するので、特に寒冷地などで安定した発電装置１０８の立ち上げが可能となる。また、停止時にも燃料油だけを送液するので、発電装置１０８内に水が残存せず、錆の発生を防止できる。また本実施例２のエマルジョン燃料システムでも、生成したエマルジョン燃料の貯蔵が不要であり、エマルジョン燃料システムの圧力損失を増加させずに、エマルジョン燃料の生成量を可変とすることができる。
【００７４】
なお、上記各実施例では、燃料油と水とからなるエマルジョン燃料について説明している。燃料油の材質は、燃料油として使用可能なものであれば何でもよく、例えば重油、灯油、軽油、廃油、バイオ燃料等を使用できる。また、水の物質は、燃料油とエマルジョン化させた際に水のエマルジョンを形成するものであれば何でもよく、例えば水道水、水浄化装置により得られた浄水、純水等を使用できる。ただし、水中に不純物が多量に含まれていると、エマルジョン燃料システム内の配管やエマルジョン生成装置、発電装置の接液部分を腐食させたり、閉塞させたりするおそれがあるので、そのような物質を使用するときは水浄化装置などと組み合わせて用いる。
【００７５】
さらにななお、上記各実施例では水を用いてエマルジョン燃料を生成したが、水に代えてメタノールやエタノール等のアルコールを用いてエマルジョン燃料を生成してもよい。これらのアルコールを用いても、エマルジョンを形成できるので、上記各実施例と同様の効果を奏する。
【符号の説明】
【００７６】
５０  エマルジョン燃料システム
１０１  水・燃料油混合タンク
１０２  送液ポンプ
１０３、１０３ａ、１０３ｂ  圧力センサ
１０４  リリーフバルブ
１０５  エマルジョン生成装置
１０６  圧力バルブ
１０７  圧力調整用リターン配管
１０８  発電装置
１０９  制御装置
１１０  供給量調整用リターン配管
１１１ａ、１１１ｂ  自動バルブ
１１２  燃料油タンク
１２１  水タンク
１２２  水送液ポンプ
１２３  燃料油タンク
１２４  燃料油送液ポンプ
１２５  水・燃料油分離膜
２０１  水
２０２  燃料油
２０３  エマルジョン燃料
２０４  水導入部
２０５  燃料油導入部
２０６  合流部
２０７  撹拌部
２０８  第１の絞り部
２１０  第２の絞り部
２１２  第３の絞り部
２０９  第１の減速・撹拌部
２１１  第２の減速・撹拌部
２１３  減速部
２１４  エマルジョン燃料排出部
３０１  エマルジョン粒子
３０２  旋回流
３０３  直進流。
【図１】
2012063048.tif 000003
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2012063048.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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