(57)【要約】【課題】液体の特性を均一に調整することができる液体特性調整方法を提供すること。【解決手段】液体の特性を調整する液体特性調整方法であって、液体の旋回流を生成し、旋回流中に、他の液体、所定の気体及び固体の少なくともいずれかを供給して、混合旋回流とし、混合旋回流を液体内に戻して特性調整済み液体を生成すること。【選択図】図２
2017221922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の特性を調整する液体特性調整方法であって、
前記液体の旋回流を生成し、
前記旋回流中に、他の液体、所定の気体及び固体の少なくともいずれかを供給して、混合旋回流とし、
前記混合旋回流を前記液体内に戻して特性調整済み液体を生成する、液体特性調整方法。
【請求項２】
前記液体は、燃料である、請求項１に記載の液体特性調整方法。
【請求項３】
前記燃料は、重油、軽油、灯油、再生燃料及びバイオ燃料からなる群から選択される少なくとも１つを含んでいる、請求項２に記載の液体特性調整方法。
【請求項４】
前記特性調整済み液体は、前記燃料と前記他の液体としての水又は燃焼調整液を含んでおり、
前記他の液体の粒の粒径が、１μｍ以上５０μｍ以下である、請求項２又は請求項３に記載の液体特性調整方法。
【請求項５】
前記液体は、水、飲料及び調味液からなる群から選択される少なくとも１つを含んでいる、請求項１に記載の液体特性調整方法。
【請求項６】
前記飲料及び調味液は、牛乳、豆乳、果汁、塩水、醤油、出汁及び香辛料液からなる群から選択される少なくとも１つを含んでいる、請求項５に記載の液体特性調整方法。
【請求項７】
前記特性調整済み液体は、前記気体を含んでおり、
前記気体は、空気、酸素、水素、二酸化炭素、窒素及びアルゴンからなる群から選択される少なくとも１つを含んでいる、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の液体特性調整方法。
【請求項８】
前記気体の気泡の粒径が０．５μｍ以上５０μｍ以下である、請求項７に記載の液体特性調整方法。
【請求項９】
所定の液体の特性を調整して、特性調整済み液体を生成する液体特性調整装置であって、
前記液体を貯留する液体容器と、当該液体容器内の前記液体を循環させる循環配管と、前記循環配管に接続されると共に前記液体の旋回流を生成して前記液体容器内に戻す流体混合器とを備え、
前記流体混合器には、前記旋回流中に他の液体および所定の気体の少なくともいずれか一方を供給する混合物供給機構が接続されている、液体特性調整装置。
【請求項１０】
前記流体混合器は、前記液体内に前記他の液体の液粒を生成する液粒生成機能を有し、
前記液粒の粒径は、１μｍ以上５０μｍ以下である、請求項９に記載の液体特性調整装置。
【請求項１１】
前記流体混合器は、前記液体内に前記気体の気泡を生成する気泡生成機能を有し、
前記気泡の粒径は、０．５μｍ以上５０μｍ以下である、請求項９又は請求項１０に記載の液体特性調整装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の液体特性調整方法によって特性が調整された、特性調整済み液体。
【請求項１３】
請求項９から請求項１１のいずれか一項に記載の液体特性調整装置によって特性が調整された、特性調整済み液体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定の液体の特性を調整する液体特性調整方法および液体特性調整装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体の特性を調整する方法として、様々なものが提案されている。例えば、特許文献１には、内燃機関に送られる液体燃料を改質することができる、燃料改質装置が開示されている。この燃料改質装置は、所定の容積を有する燃料改質空間を画成し、燃料が流入する流入口及び燃料が流出する流出口が形成されるケーシングと、該ケーシングの一方の側面に位置し、振動子に接続されて振動子の振動が伝達される振動面を有し、通過する燃料に超音波を印加して微小気泡を発生させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−７５７８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、特許文献１の燃料改質装置は、超音波振動子を用いて微小気泡を生成するものであり、構造が複雑である。また、振動子の表面を通過する燃料しか超音波が印加されないので、燃料全体に微小気泡が分散しない。このため、燃料の特性が均一に改質されない。
【０００５】
本発明は、前記課題を考慮してなされたものであり、簡易な構造で液体の特性を調整できる、液体特性調整方法および液体特性調整装置、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】
前記目的を達成するために、本発明は、液体の特性を調整する液体特性調整方法であって、液体の旋回流を生成し、旋回流中に、他の液体、所定の気体及び固体の少なくともいずれかを供給して、混合旋回流とし、混合旋回流を液体内に戻して特性調整済み液体を生成する、という構成を採っている。このような構成を採ることで、旋回流によって液体内に他の液体や気体などが均一に分散した混合旋回流が生成される。この混合旋回流が液体に戻されることで、特性が調整された液体が生成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、簡易な構造で液体の特性を調整することが可能となる。また、旋回流を用いることで、液体の特性を均一に調整することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の液体特性調整方法が実施される燃料供給システムを示す概略図である。
【図２】図１に開示した燃料供給システムに設けられる、液体特性調整装置を示す概略図である。
【図３】図３（Ａ）は図２に開示した液体特性調整装置に設けられる流体混合器の上面図であり、図３（Ｂ）は正面図であり、図３（Ｃ）は側面図である。
【図４】図３（Ｂ）のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。
【図５】工業用ボイラーの燃料供給システムを示す概略図である。
【図６】飲料加工システムを示す概略図である。
【図７】調味加工システムを示す概略図である。
【図８】水素水生成システムを示す概略図である。
【図９】図９（Ａ）は流体混合器の変形例の上面図であり、図９（Ｂ）は正面図であり、図９（Ｃ）は側面図である。
【図１０】図９（Ｂ）のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図１１】実施例の実験結果を示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
［第１の実施形態］
次に、添付図面に基づいて、本願発明の第１の実施形態について説明する。本実施形態の液体特性調整方法は、気体混合による液体特性調整燃料供給システムであって、燃料に空気を混合するものである。図１は、本実施形態に係る液体特性調整方法が実施される、燃料供給システム１００の概略図である。この燃料供給システム１００は、燃料タンク１０１と、配管１０３を介して燃料タンク１０１の下流側に接続されるサブタンク１０５を備えている。サブタンク１０５の下流側には、配管１０３を介して加圧ポンプ１０７が接続されている。加圧ポンプ１０７の下流側には、例えば、自動車用の内燃機関１０９が設けられ、配管１０３を介して加圧ポンプ１０７から燃料が供給されるようになっている。内燃機関１０９では、燃料分配器１１１によって、各シリンダ１１３に燃料が分配されるようになっている。
【００１０】
また、サブタンク１０５には、バイパス配管１１５を介して、液体特性調整装置１１７が接続されている。バイパス配管１１５は、サブタンク１０５から液体特性調整装置１１７に燃料を供給する第１バイパス配管１１５ａと、液体特性調整装置１１７からサブタンク１０５に燃料を戻す第２バイパス配管１１５ｂとを備える。燃料タンク１０１からサブタンク１０５に供給された燃料の一部は、第１バイパス配管１１５ａによって液体特性調整装置１１７に供給される。液体特性調整装置１１７からサブタンク１０５に戻る燃料は、特性が調整された燃料（特性調整済み液体）である。このため、サブタンク１０５から加圧ポンプ１０７に流れる燃料は、液体特性が調整された燃料を含むこととなる。
【００１１】
［液体特性調整装置］
次に、図２に基づいて、液体特性調整装置１１７について説明する。液体特性調整装置１１７は、液体容器１２１を備えている。液体容器１２１には、前記第１及び第２バイパス配管１１５ａ、１１５ｂが接続されている。液体容器１２１には、燃料が貯留されるようになっている。また、液体容器１２１には、循環配管１２３が接続されている。この循環配管１２３には循環ポンプ１２５が設けられており、液体容器１２１から取り出した燃料を、再度液体容器１２１に戻す役割を有する。また、循環配管１２５の最下流部には、流体混合器１が接続されている。流体混合器１の詳細については後記する。
【００１２】
循環配管１２３には、循環ポンプ１２５の下流側に向かって順に、流量調整弁１２７、圧力計１２９、流量計１３１が設けられている。流量調整弁１２７は循環配管１２３内の燃料の流量を調整する機能を有する。圧力計１２９は、循環配管１２３内の燃料の圧力を測定する機能を有する。流量計１３１は、循環配管１２３内の燃料の流量を測定する機能を有する。流量調整弁１２７は、圧力計１２９や流量計１３１の測定値に基づいて調整される。流量調整弁１２７は、手動式弁でも良いし、所定の制御部（図示略）によって自動制御される自動制御式弁でもよい。
【００１３】
また、流体混合器１には、混合物供給機構１４０が設けられている。この混合物供給機構１４０は、流体混合器１に対して、他の液体や所定の気体、あるいは固体を供給するためのものである。本実施形態では、燃料に対して混合物としての空気が混合される。混合物供給機構１４０は、最上流側に接続される混合物供給源１４１と、混合物供給配管１４３を介して混合物供給源１４１に接続される混合物流量計１４５とを備えている。さらに、混合物流量計１４５の下流側に、混合物供給配管１４３を介して流体混合器１が接続されている。
【００１４】
［流体混合器］
図２から図４に基づいて、流体混合器１について説明する。流体混合器１は、液体容器１２１内の燃料に沈められて設置されている。流体混合器１は、図３に示すように、少なくとも一部が円錐台形状である内部空間を有する混合器本体３を備えている。また、流体混合器１は、混合器本体３との間に旋回流空間Ｓを形成するように、円錐台形状に対応して内部空間内に配置される、少なくとも一部が円錐台形状の整流体１１とを備えている。旋回流空間Ｓの大径部側端部Ｓａには、旋回流空間Ｓの接線方向に外部から燃料を導入するための第１流体導入路５が形成されている。整流体１１の内部には、外部から旋回流空間Ｓ内に空気を導入するための第２流体導入路７が形成されている。旋回流空間Ｓの小径部側端部Ｓｂには、特性調整済液体を外部へ排出するための流体排出口９が形成されている。
【００１５】
流体混合器１は、樹脂や塩化ビニル或は金属などの材料で構成される。流体混合器１は、内部空間及び旋回流空間Ｓを形成するために、２つ以上の部材で構成してもよい。図４は、図３（Ａ）のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。本実施形態において、前記した「接線方向」とは、厳密な意味での接線方向に限定する趣旨ではない。すなわち、第１流体導入路５の方向が内部空間に対して、僅かでも接線方向成分を有するものであればよい。したがって、第１流体導入路５の中心線が、内部空間の接線方向に対して傾斜していてもよい。また、第１流体導入路５の中心線が、僅かに小径部側端部Ｓｂに向かって傾斜しているような構成も可能である。
【００１６】
［旋回流空間］
次に、旋回流空間Ｓについて説明する。旋回流空間Ｓは、混合器本体３の内部空間を形成する内壁４と、整流体１１の外壁１２との間に形成される空間である。すなわち、混合器本体３の内部空間のうち、整流体１１によって占められる空間を除いた部分が、旋回流空間Ｓと定義される。本実施形態では、混合器本体３の内壁４と整流体１１の外壁１２とは、ほとんどの部分で概ね平行となっている。このため、旋回流空間Ｓは、略一定幅の環状断面が、中心軸線に沿って連続している空間となっている。ただし、図３に示すように、環状断面の直径は大径部側端部Ｓａから小径部側端部Ｓｂに向かって徐々に減少するものである。そして、整流体１１の小径部側の末端を超えた領域では、旋回流空間Ｓは円形断面となって小径部側壁部３ｂで終端する。
【００１７】
［流体排出口］
次に、流体排出口９について説明する。流体排出口９は、小径部側壁部３ｂに形成された貫通穴である。この流体排出口９は、流体混合器１内で燃料と空気とが混合された後、特性調整済み液体を外部に排出するためのものである。本実施形態の流体排出口９は、図４に示すように、大径部側から小径部側に向かって順に、第１平行部９ａ、拡大部９ｂ、第２平行部９ｃによって形成されている。ここで、第１平行部９ａと拡大部９ｂとの境界におけるそれぞれの直径は同一であるが、拡大部９ｂと第２平行部９ｃの境界におけるそれぞれの直径は異なっている。このため、拡大部９ｂと第２平行部９ｃとの境界には段差が形成されている。
【００１８】
［液体特性調整方法］
本実施形態の液体特性調整方法では、流体混合器１によって液体の旋回流が生成され、旋回流中に他の液体および所定の気体の少なくともいずれか一方（本実施形態では、空気）が供給される。これにより、燃料と空気の混合旋回流となる。そして、混合旋回流が液体容器１２１に戻され、特性調整済み液体が生成される。具体的には以下の通りである。
【００１９】
本実施形態の流体混合器１では、加圧された燃料が、第１流体導入路５を通して旋回流空間Ｓに導入される。第１流体導入路５は、旋回流空間Ｓの接線方向に向かって開口しているので、旋回流空間Ｓを周方向に旋回しながら小径部側端部Ｓｂに向かって流れる。燃料には旋回による遠心力が働いて半径方向外方に移動しようとするため、第２流体注入口７ｂの近傍の中心軸線Ｃで負圧状態が発生する。このため、第２流体注入口７ｂから空気が旋回流空間Ｓに引き込まれる。これによって、旋回する燃料内で、空気が渦流となりながら、流体排出口９に向かって移動する。このとき、燃料と空気の渦流とは、整流体１１の第２流体注入口７ｂの付近で急激に不安定となり、空気が強制的に切断されて、燃料と空気が均一に混合される。
【００２０】
この流体混合器１において、旋回流空間Ｓの直径は、燃料の導入側である大径部側端部Ｓａから、流体排出側である小径部側端部Ｓｂに向かうに従って減少する。したがって、燃料の周方向の流速が流体排出側に向かうに従って増大し、燃料に加わる遠心力も増大する。その結果、第２流体注入口７ｂからの空気の引き込み力が増大する。それと同時に、燃料の速い流速によって、燃料と空気との混合特性が向上する。
【００２１】
特性調整済み液体内には、流体混合器１の気泡生成機能によって、空気の気泡が混合される。気泡の粒径は、０．５μｍ以上５０μｍ以下である。このような微小な気泡は、各々が電荷を帯びているため、長時間にわたって安定して存在する。すなわち、燃料内の各々の気泡は合体しない。燃料内に空気の微小な気泡が存在していると、燃料としての特性が向上する。
【００２２】
本実施形態では、燃料として軽油を用い、気体として空気を用いている。軽油は、ディーゼル内燃機関に使用される。ディーゼル内燃機関は、シリンダ１１３内での燃焼温度を高めることで、二酸化炭素やＰＭ２．５などの物質の排出を低減できる。一方で、燃焼温度を高めると、Ｎｏｘが増大してしまう。燃料中に空気の気泡を混合することで、排気ガス中の二酸化炭素やＮＯｘを同時に低減できる効果がある。燃料としては、軽油の他、重油、灯油、再生燃料及びバイオ燃料を用いることができる。ここで、「再生燃料」とは、例えば、使用済み潤滑油や使用済み食用油などを原料として再生された燃料である。「バイオ燃料」とは、植物（例えば、トウモロコシ）などから製造された燃料である。なお、前記各燃料は、単独で用いてもよいし、複数種類の燃料を混ぜて用いてもよい。
【００２３】
一方、混合する気体としては、空気の他に、酸素、水素、二酸化炭素、窒素、アルゴンなどが考えられる。酸素の気泡を混合した場合は、シリンダ内の燃焼を促進し二酸化炭素の発生を抑制する効果を奏する。また、水素の気泡を混合した場合は、燃焼する際にシリンダ内の酸素と結合して、水が発生する。この発生した水によりシリンダ内の燃焼温度が下がり、ＮＯｘの発生を抑制する効果を奏する。また、二酸化炭素の気泡を混合した場合は、燃焼を抑制しシリンダ内の温度上昇を抑えるため、Ｎｏｘの発生を低減する効果を奏する。また、窒素の気泡を混合した場合は、燃焼を抑制しシリンダ内の温度上昇を抑えるため、Ｎｏｘの発生と二酸化炭素の発生を低減する効果を奏する。更に、アルゴンの気泡を混合した場合は、不活性ガスのため、シリンダ内の燃焼時間が長くなり燃焼温度が上昇するのを抑制する。そのためNOｘの発生を抑制する効果を奏する。なお、前記の各気体は、単独で燃料に混合しても良いし、複数種類の気体を燃料に混合してもよい。また、燃料に微細な気泡を混合すると、燃料の粘度を下げることができるので、燃料噴射ノズルよりの噴射パターンを変化させる効果がある。混合する気体の割合については、液体特性調整装置内を循環する燃料の体積に対して、１〜５体積％の範囲である。
【００２４】
なお、第１の実施形態では、サブタンク１０５に液体特性調整装置１１７を接続したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、サブタンク１０５を液体特性調整装置１１７に置き換えて、燃料タンク１０１から供給される燃料の全体の特性を調整するようにしてもよい。
【００２５】
［第２の実施形態］
第２の実施形態は、内燃機関に使用するために、液体として燃料を用いる点では、第１の実施形態と同様である。一方、混合物として他の液体を用いる、液体特性調整燃料供給システム（エマルジョン燃料）である。ここで、燃料は軽油であり、他の液体は水である。燃料と水を混合するための液体特性調整装置１１７（図２参照）及び液体特性調整方法は、第１の実施形態と同様である。すなわち、混合物供給源１４１からは、空気の代わりに水が流体混合器に供給される。混合する水の割合については、液体特性調整装置内を循環する燃料に対して、約１体積％以上１０体積％以下の範囲である。
【００２６】
流体混合器１の作用によって、燃料内には水の液粒が混合され、エマルジョン燃料が生成される。燃料内の液粒の粒径は１μｍ以上５０μｍ以下である。このような微小な液粒は、各々が電荷を帯びているため、長時間にわたって安定して燃料内に存在し得る。すなわち、燃料内の各々の気泡は合体しない。燃料内に水の微小な液粒が存在していると、燃料としての特性が向上する。すなわち、微小な水の液粒によって、排気ガス中の二酸化炭素やＮＯｘを同時に低減できる効果がある。なお、水の代わりに、燃焼調整液を混合するようにしてもよい。燃焼調整液とは、内燃機関１０９のシリンダ１１３内の燃焼速度や燃焼温度を調整するために、燃料に添加する液剤である。なお、複数種類の燃料及び複数種類の他の液体を同時に用いてもよい点は、第１の実施形態と同様である。
【００２７】
［第３の実施形態］
第３の実施形態は、エマルジョン燃料供給システムに係り、工業用ボイラーあるいは船舶用内燃機関に使用するエマルジョン燃料を生成するための液体特性調整方法である。図５は、工業用ボイラーのための燃料供給システム３００を示す概略図である。この燃料供給システム３００は、第１の実施形態の燃料供給システム１００と多くの構成要素を共通にしている。一方、加圧ポンプ３０７に、燃料を加熱するための加熱機構３０８が設けられている点と、燃料を供給する先が内燃機関１０９ではなくバーナー用ノズル３０９である点で、第１の実施形態と異なっている。加圧ポンプ３０７に加熱機構３０８を設けたのは、バーナー用ノズル３０９での燃料の気化を促進するためである。また、燃料タンク３０１とサブタンク３０５の間には、加熱機構付補助ポンプ３２１を設けてもよい。この加熱機構付補助ポンプ３２１を設けたのは、燃料を加熱して、液体特性調整装置３１７内での燃料の流動性を高めるためである。また、大型ボイラーや大型船舶になると、燃料タンクと燃焼装置間の距離が長いため、加熱して供給配管内での燃料の流動性を高めるためである。
【００２８】
使用される燃料は、例えば、重油や再生燃料である。重油に対しては、約２０重量％〜３０重量％程度の水を混合することができる。流体混合器１の作用により、混合された水は、重油内で粒径が１μｍ以上５０μｍ以下の液粒となって分散する。水の液粒が均一に分散することで、特性調整前の重油と同様に、安定して燃焼する。これにより、二酸化炭素やＰＭ２．５、更にはＮｏｘを増加させることなく、重油の消費量を低減することができる。また、再生燃料を使用する場合は、安定した燃焼をさせるために、これまでは軽油を５０重量％程度混合しなければならなかった。しかし、流体混合器１を用いて再生燃料内に軽油の液粒を混合することで、軽油の混合割合を３０重量％〜４０重量％まで低減することが可能となる。すなわち、軽油の混合割合を低減しても、安定した燃焼を実現できる。なお、重油に水を混合する場合や、再生燃料に軽油を混合する場合の他、更に空気を混合してもよい。その場合、混合物供給源１０９から水や軽油に加えて、空気も供給すればよい。そのほか、燃料（例えば、重油）に空気だけを混合するようにしてもよい。
【００２９】
［第４の実施形態］
第４の実施形態は、液体としての飲料の特性を調整するための液体特性調整方法であり、具体的には、牛乳の液体特性調整システムである。図６は、本実施形態の液体特性調整方法を実施するための、飲料加工システム４００を示す概略図である。ここで用いる飲料は牛乳であり、混合物は空気、窒素あるいは炭酸ガスである。窒素及び炭酸ガスを牛乳に混合した場合は、牛乳内の酸素濃度を低下させることができるので、保存性が向上する。飲料加工システム４００は、牛乳を３℃から５℃程度で貯留する冷却タンク４０１と、配管４０３を介して冷却タンク４０１の下流側に接続されるサブタンク４０５を備えている。冷却タンク４０１内には、牛乳を撹拌するための撹拌ブレード４０２が設けられている。サブタンク４０５の下流側には、配管４０３を介して冷凍プラント４０７が設けられている。冷凍された牛乳は、パッケージング部４０９で包装された後、市場に流通される。
【００３０】
また、サブタンク４０５には、バイパス配管４１５を介して、液体特性調整装置４１７が接続されている。バイパス配管４１５は、サブタンク４０５から液体特性調整装置４１７に牛乳を供給する第１バイパス配管４１５ａと、液体特性調整装置４１７からサブタンク４０５に牛乳を戻す第２バイパス配管４１５ｂとを備える。冷却タンク４０１からサブタンク４０５に供給された牛乳の一部は、第１バイパス配管４１５ａによって液体特性調整装置４１７に供給される。液体特性調整装置４１７からサブタンク４０５に戻る牛乳は、特性が調整された牛乳（特性調整済み液体）である。このため、サブタンク４０５から冷凍プラント４０７に供給される牛乳は、液体特性が調整された牛乳を含むこととなる。
【００３１】
液体特性調整装置４１７は、図２に示すものと同様である。本実施形態の液体特性調整方法では、流体混合器１によって牛乳の旋回流が生成され、旋回流中に空気が混合される。これにより、牛乳と空気の混合旋回流となる。そして、混合旋回流が液体容器１２１に戻され、特性調整済み液体が生成される。
【００３２】
特性が調整された牛乳は、空気が混合された他、脂肪分が微小化されて存在している。すなわち、牛乳は脂肪分が水分内でエマルジョン化した液体であるが、流体混合器１を通すことで、脂肪分が微小化される。微小化された脂肪分は、各々が電荷を帯びており、長時間にわたって安定して牛乳内に存在し得る。通常、牛乳を冷凍すると、脂肪分と水分が分離し、解凍しても冷凍前の牛乳と同じ特性には戻らない。このため、牛乳としての利用価値が低下する。しかし、脂肪分が微小化されて存在すると、牛乳を冷凍しても、脂肪分と水分が分離しなくなる。このため、冷凍後に解凍することで、冷凍前と同じ特性の牛乳に戻すことができる。
【００３３】
そして、特性が調整された牛乳はサブタンク４０５に戻される。牛乳は、サブタンク４０５から冷凍プラント４０７に供給され、冷凍プラント４０７で冷凍される。冷凍された牛乳は、パッケージング部４０９で包装され、冷凍保存庫に保存され、あるいは直接店舗などに配送される。なお、本実施形態では、牛乳を例にして説明した。しかし、飲料としては、牛乳の他に、豆乳、果汁、塩水、醤油、出汁及び香辛料液なども利用可能である。これらの液体についても、特性を調整することができる。
【００３４】
［第５の実施形態］
第５の実施形態は、食品加工用調味液調整システムに係り、液体としての調味液の特性を調整するための液体特性調整方法である。図７は、本実施形態の液体特性調整方法を実施するための、調味加工システム５００を示す概略図である。ここで用いる混合物は、香辛料、調味料、塩、空気などである。調味加工システムは、調味液を約６０℃から７０℃程度で貯留する予備混合釜５０１と、配管５０３を介して予備混合釜５０１の下流側に接続されるサブタンク５０５を備えている。予備混合釜５０１内には、調味液を撹拌するための撹拌ブレード５０２が設けられている。サブタンク５０５は、調味液を約９０℃程度に加熱するためのサブタンク加熱機構が設けられている。サブタンク５０５の下流側には、配管５０３を介して製品製造釜５０７が設けられている。製品製造釜５０７は、調味液を約９０℃に加熱できる。
【００３５】
また、サブタンク５０５には、バイパス配管５１５を介して、液体特性調整装置５１７が接続されている。バイパス配管５１５は、サブタンク５０５から液体特性調整装置５１７に調味液を供給する第１バイパス配管５１５ａと、液体特性調整装置５１７からサブタンク５０５に調味液を戻す第２バイパス配管５１５ｂとを備える。予備混合釜５０１からサブタンク５０５に供給された調味液の一部は、第１バイパス配管５１５ａによって液体特性調整装置５１７に供給される。液体特性調整装置５１７からサブタンク５０５に戻る調味液は、特性が調整された調味液（特性調整済み液体）である。このため、サブタンク５０５から製品製造釜５０７に流れる調味液は、液体特性が調整された調味液を含むこととなる。
【００３６】
液体特性調整装置５１７は、図２に示すものと同様である。本実施形態の液体特性調整方法では、流体混合器１によって調味液の旋回流が生成され、旋回流中に香辛料、調味料、塩、空気が供給される。これにより、調味液と香辛料などの混合旋回流となる。そして、混合旋回流が液体容器１２１に戻され、特性調整済み液体が生成される。
【００３７】
調味液と香辛料などを流体混合器１に通すことで、香辛料等が調味液内に均一に分散する。このため、混合する香辛料等の量を極力少なくしても、食品素材に対して香辛料等が十分に浸透する。仮に、本実施形態のような液体特性調整方法を用いない場合には、調味液内での香辛料等の濃度のばらつきが生じる。すなわち、香辛料が薄い領域と濃い領域が生じてしまう。この場合に、製品の保存性向上と明確な味付けのためには、塩味や香辛料等が濃厚な調味液を使用する必要が生じる。しかし、濃厚な調味液に触れた食品素材は味も濃くなってしまい、健康志向の強い人々には敬遠されてしまう。本実施形態によれは、前記のような問題は生じない。また、従来の調味加工システム５００では、予備混合釜５０１で加熱された調味液を一旦冷却して、再度製品製造釜５０７で加熱する必要があった。しかし、本実施形態では、調味液を加熱した状態のまま予備混合釜５０１から製品製造釜５０７まで供給することができる。製品製造釜５０７で加工された製品は、パッケージング部５０９で包装された後、市場に流通される。なお、本実施形態が対象とする製品は、煮物などの加工食品である。
【００３８】
［第６の実施形態］
第６の実施形態は、液体としての水の特性を調整するための液体特性調整方法である。図８は、本実施形態の液体特性調整方法を実施するための、水素水加工システム６００を示す概略図である。ここで用いる混合物は水素である。水素水加工システム６００は、水を３℃から５℃程度で貯留する冷却タンク６０１と、配管６０３を介して冷却タンク６０１の下流側に接続されるサブタンク６０５を備えている。冷却タンク６０１内には、水を撹拌するための撹拌ブレード６０２が設けられている。サブタンク６０５の下流側には、配管６０３を介してパッケージング部６０９が設けられている。このパッケージング部６０９では、水をパウチ式バッグに封入する処理が行われる。パッケージされた水は、加熱消毒部６１０で加熱消毒され、その後、冷却保存庫に保存されたり、市場に流通される。
【００３９】
また、サブタンク６０５には、バイパス配管６１５を介して、液体特性調整装置６１７が接続されている。バイパス配管６１５を介して液体特性調整装置６１７と液体を循環させるのは、第４の実施形態と同様である。このため、サブタンク６０５からパッケージング部６０９に供給される水は、液体特性が調整された水を含むこととなる。
【００４０】
液体特性調整装置６１７は、図２に示すものと同様である。本実施形態の液体特性調整方法では、流体混合器１によって水の旋回流が生成され、旋回流中に水素が混合される。これにより、水と水素の混合旋回流となる。そして、混合旋回流が液体容器１２１に戻され、特性調整済み液体（水素水）が生成される。
【００４１】
従来、水素水を生成する際には、電気分解により水素を発生させ、この水素を水に混合するという手法を採っていた。このため、電気分解による水素生成効率の限界から、大量に水素水を生成することが困難であった。また、単に水素を水に混合するだけでは、長期間にわたって水の中に水素を保持させることはできなかった。これに対し、本実施形態では、工業的に生成した水素を流体混合器に通すことで、水の中に粒径がマイクロオーダー或いはナノオーダーの水素の気泡を発生させることができる。水素の微細な気泡は各々が電荷を帯びており、長期間にわたって安定して水の中に存在し得る。なお、前記説明では水素を混合することに着目しているが、炭酸ガスを混合してもよい。これにより、炭酸水を生成することも可能である。
【００４２】
［流体混合器の応用変形例］
図３及び図４に示す流体混合器は、第１流体導入路５が１つ設けられている。一方、第１流体導入路の数は１つに限定されるものではなく、２つ、３つ、４つ、それ以上の任意の数で設定可能である。この場合、複数の第１流体導入路から液体を流入させることができるので、旋回速度の速い旋回流を生成することができる。この結果、液体に対する混合物の分散性をより高めることができる。
【００４３】
次に、図９及び図１０に基づいて、流体混合器の他の変形例について説明する。この流体混合器５１は、三重管式であることが特徴である。流体混合器１は、円柱形状の内部空間を有する混合器本体５３を備えている。また、流体混合器５１は、混合器本体５３内に三重の旋回流空間５Ｓを形成するように、直径が異なり同心状に配置される第１及び第２の管状部材６１ａ，６１ｂを備えている。第１の管状部材６１ａは、一方の内壁５６ａ（図９（Ｃ）においては左側の壁）から延びており、他方の内壁５６ｂ（図９（Ｃ）においては右側の壁）の手前で終端している。第２の管状部材６１ｂは、他方の内壁５６ｂから延びており、一方の内壁５６ａの手前で終端している。混合器本体５３には、旋回流空間５Ｓの接線方向に外部から液体を導入するための第１流体導入路５５が、一方の内壁５６ａの近傍に形成されている。第２の管状部材６１ｂの内部には、外部から旋回流空間５Ｓ内に気体又は他の液体を導入するための第２流体導入路５７が形成されている。第２流体導入路５７の先端は、他方の内壁の近傍まで延びている。混合器本体５３の側壁には、特性調整済み液体を外部へ排出するための流体排出口５９が形成されている。
【００４４】
［旋回流空間］
次に、図１０に基づいて旋回流空間５Ｓについて説明する。旋回流空間５Ｓは、第１、第２及び第３の旋回流空間５Ｓ１，５Ｓ２，５ｓ３から構成される。先ず、混合器本体５３の内壁５４と第１の管状部材６１ａとの間に、第１の旋回流空間５Ｓ１が形成される。また、第１の管状部材６１ａと第２の管状部材の間に、第２の旋回流空間５Ｓ２が形成される。更に、第２の管状部材５Ｓ２の内部に、第３の旋回流空間が形成される。第１の旋回流空間５Ｓ１と第２の旋回流空間５Ｓ２とは、他方の内壁５６ｂの近傍でつながっている。第２の旋回流空間５Ｓ２と第３の旋回流空間５Ｓ３とは、一方の内壁５６ａの近傍でつながっている。
【００４５】
第１流体導入路５５から導入された液体は、第１の旋回流空間５Ｓ１内を旋回しながら、他方の内壁５６ｂの方向に流れる。他方の内壁５６ｂ近傍に液体が到達すると、液体は旋回しながら第２の旋回流空間５Ｓ２に入る。そして、旋回流は一方の内壁５６ａの方向に流れる。他方の内壁５６ｂ近傍に液体が到達すると、液体は旋回しながら第３の旋回流空間５Ｓ３に入り、最終的に他方の内壁５６ｂに形成された流体排出口５９から排出される。そのとき、第３の旋回流空間５Ｓ３には第２流体導入路５７から気体又は他の液体が導入される。そして、旋回流の液体と導入された気体又は他の液体とが混合され、混合旋回流となって、流体排出口５９から排出される。
【００４６】
［実施例］
次に、図１１に基づいて、重油に空気を混合した場合の具体的な実施例について説明する。特性を調整するのに用いた重油は、Ａ重油である。また、本実施例は、図５に示す燃料供給システムを用いた。図１１において、上段は通常のＡ重油の結果であり、下段はＡ重油に本発明の液体特性調整方法を適用した場合の結果である。また、図中の各数値の内容は以下のとおりである。
外気温：燃焼に用いられる空気の温度
Ｏ2：排気ガス中の酸素濃度
ＣＯ：排気ガス中の一酸化炭素濃度
ＣＯ2：排気ガス中の一酸化炭素濃度
Ｎｏｘ：排気ガス中の窒素酸化物濃度
排気温度：排気ガスの温度
吸入温度：加熱機構付補助ポンプに入る前の重油温度
吐出温度：加熱機構付補助ポンプから出た後の重油温度
上昇温度：加熱機構付補助ポンプの前後の重油の温度差
【００４７】
前記実施例では、加熱機能付補助ポンプからのＡ重油の吐出温度の変動が１℃の範囲に安定し、その１分後に各種の値を計測した。具体的には、ボイラーが着火してから約２０分後に計測した。
【００４８】
図１１から分かるように、特性を調整したＡ重油は、通常のＡ重油に比較して、Ｎｏｘの濃度が約２０％も低下している。一方、排気温度については、特性を調整したＡ重油の方が、通常のＡ重油に比較して高い。排気温度が高いということは、燃焼温度が高いということである。すなわち、本発明の液体特性調整方法をＡ重油に適用することで、燃焼効率を高めると同時に、排気ガス中のＮｏｘ濃度を低減できることを意味する。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、前記した各実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明は、その趣旨並びに特許請求の範囲を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物が含まれることはもちろんである。また、上述した課題および効果の少なくとも一部を奏する範囲で、各構成要素を適宜組合せ、または、省略が可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  流体混合器
１１７  液体特性調整装置
１２１  液体容器
１２３  循環配管
１２５  循環ポンプ
１２７  流量調整弁
１２９  圧力計
１３１  流量計
１４０  混合物供給機構
１４１  混合物供給機構
１４５  混合物流量計
【図１】
2017221922.tif 000003
【図２】
2017221922.tif 000004
【図３】
2017221922.tif 000005
【図４】
2017221922.tif 000006
【図５】
2017221922.tif 000007
【図６】
2017221922.tif 000008
【図７】
2017221922.tif 000009
【図８】
2017221922.tif 000010
【図９】
2017221922.tif 000011
【図１０】
2017221922.tif 000012
【図１１】
2017221922.tif 000013