(57)【要約】  本発明は、液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の量を減少させる方法及び装置であって、油中水型エマルションを調製し、そして燃焼装置に供給する方法及び装置において、ａ）有機油相、乳化剤及び水性相を、第一の混合領域に注入するステップ；ｂ）高内相エマルション（ＨＩＰＥ）を達成するためにこれらの成分を混合するステップ；ｃ）ステップｂ）の高内相エマルション（ＨＩＰＥ）及び追加の有機油相を第二の混合領域に注入するステップ；ｄ）均一な油中水型エマルションを達成するためにこれらの成分を混合するステップ、及びｅ）油中水型エマルションを燃焼装置に供給するステップを含む、方法及び装置に関する。
2016534275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の量を減少させる方法であって、油中水型エマルションを調製し、そして燃焼装置に供給し、
ａ）有機油相、乳化剤及び水性相（２、３）を、第一の混合領域（１）に注入するステップ；
ｂ）高内相エマルション（ＨＩＰＥ）を達成するためにこれらの成分を混合するステップ；
ｃ）ステップｂ）の高内相エマルション（ＨＩＰＥ）及び追加の有機油相を第二の混合領域（７）に注入するステップ；
ｄ）均一な油中水型エマルションを達成するためにこれらの成分を混合するステップ、及び
ｅ）油中水型エマルションを燃焼装置（８）に供給するステップ
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
ステップｃ）及びｄ）が、１〜１０の別個の混合領域で行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
ステップｂ）における含水率が≧６０体積％かつ≦９５体積％である、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
ステップｅ）における含水率が≧０．１体積％かつ≦３０体積％である、請求項１〜３のいずれか一つに記載の方法。
【請求項５】
ステップｂ）における乳化剤含有率が≧２体積％かつ≦５体積％である、請求項１〜４のいずれか一つに記載の方法。
【請求項６】
ステップｅ）における乳化剤含有率が≧０．０５体積％かつ≦１体積％である、請求項１〜５のいずれか一つに記載の方法。
【請求項７】
ステップｅ）における水滴のサイズが≧１００ｎｍかつ≦５００ｎｍである、請求項１〜６のいずれか一つに記載の方法。
【請求項８】
ステップａ）で加えられる乳化剤のＨＬＢが≧１かつ≦９である、請求項１〜７のいずれか一つに記載の方法。
【請求項９】
ステップａ）における乳化剤の形状因子が≧１／２かつ≦２である、請求項１〜８のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも第一（１）と第二（７）の混合領域を持つ混合装置を含む、液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の減少のための装置であって、ここで最後の混合領域（８）の送出ラインが燃焼装置に接続可能であり、そして各々の混合領域が、
−本質的に回転対称の混合チャンバ（１、７）、
−少なくとも一つの送出ラインの上流にまたはその下に配置された、自由流動性成分の導入のための少なくとも一つの送入ライン（２、３、５、６）、
−成分毎のまたは成分混合物毎の少なくとも一つの搬送デバイス、
−送入側の乱流混合領域であって、成分が、攪拌機ユニットによってもたらされるせん断力によって乱流状に混合される領域、
−下流のパーコレート（ｐｅｒｃｏｌａｔｉｎｇ）混合領域であって、成分が更に混合され、そして乱流が減少する領域、
−層流を保証する攪拌機ユニットであって、攪拌機軸に固定された攪拌要素を含み、前記軸の回転軸が、チャンバの対称軸に沿って伸びており及び前記攪拌機軸が、少なくとも一つの面上に案内されている攪拌機ユニット、
−攪拌機ユニットのための少なくとも一つの駆動装置、
を含み、
ここで、
−送入ラインと送出ラインとの間の距離と、チャンバの直径との比率が≧２：１であり、
−送入ラインと送出ラインとの間の距離と攪拌要素の攪拌アームの長さとの比率が３：１〜５０：１であり、
−チャンバの内径に対する攪拌機軸の直径の比率が、チャンバの内径の０．２５〜０．７５倍であり、
及び
第一の混合領域が、
−少なくとも二つの送入ライン（２、３）、
−送出側の層状混合領域であって、リオトロピック液晶相が、送出ラインの方向に、成分の混合物中に確立される混合領域、
を含む、
前記装置。
【請求項１１】
攪拌機ユニットが、フルブレード攪拌機、部分ブレード攪拌機、フルワイヤ攪拌機、部分ワイヤ攪拌機またはこれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
最後の混合領域の追加的な送出ラインが、先行の混合領域の送入ラインに接続可能である、請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１３】
少なくとも一つのセンサーが、混合装置内の含水量を監視している、請求項１０〜１３のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１４】
液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の量を減らすための、請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の装置の使用。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれか一つに記載の混合装置を含む燃焼エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の量を減少させる方法及び装置であって、油中水型エマルションを調製し、そして燃焼エンジンに供給する方法及び装置において、ａ）有機油相、乳化剤及び水性相を、第一の混合領域に注入するステップ；ｂ）高内相エマルション（ＨＩＰＥ）を達成するためにこれらの成分を混合するステップ；ｃ）ステップｂ）の高内相エマルション（ＨＩＰＥ）及び追加の有機油相を第二の混合領域に注入するステップ；ｄ）均一な油中水型エマルションを達成するためにこれらの成分を混合するステップ、及びｅ）油中水型エマルションを燃焼機関に供給するステップを含む、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の燃焼エンジンは、なおも、世界的な空気汚染のかなりの量の原因となっている。これは真実であるが、ここ数十年で環境に優しい設計の分野においてかなりの進展が達成され、現在、低い燃料消費量で高い効率レベルを生むエンジンが入手できるようになっている。しかしながら、燃焼プロセスの複雑さ故に、高等生物に対し有毒であると考えられる細塵や高められたレベルのＮＯｘなどの望ましくない「副生成物」が未だにエネルギー変換の間に発生し、このような汚染物を減少されるための手段が、拡大された研究に付されている。
【０００３】
このトピックの産業及び環境の面からの重要性の故に、燃焼エンジンの排ガス中の望ましくない汚染物を減少するために幾つかの異なる方策が提案されている。
【０００４】
ＷＯ２００３０５０４０２（特許文献１）は、例えば、高められた圧力の水蒸気で希釈した燃料装荷を使用する、オットーサイクルエンジンも含む高効率燃焼エンジンを記載している。空気は圧縮され、そして水は、エンジンからの廃熱を使用して分圧効果を介して圧縮空気中に蒸発される。生じた加圧空気−蒸気混合物は、次いで、好ましくは火炎面伝播を維持するために水素を含む燃料と共に、エンジン中で燃焼される。蒸気を含んだこの高圧のエンジン排気は、追加の機械力を提供するためにエクスパンダを駆動するのに使用される。この排気は、燃料を改質して、エンジン燃焼のための水素を提供するためにも使用することができる。このエンジンは、有利には、エンジンからの低グレードの廃熱を有用な機械力に変換するために分圧効果を使用する。このエンジンは、最小の放出量で、高い効率（例えば＞５０％）が可能であると言われている。
【０００５】
ＵＳ２０１２０３１２１６６Ａ１（特許文献２）は、重油の燃焼からの舶用ディーゼル排気を精製するためのプラントであって、ａ）ガス及び／または水の燃焼のための一つ以上の供給ラインを含むスプレータワー、ｂ）上記のスプレータワーに直接接続されており及び水のための更なる供給ラインを含む、ベンチュリースクラバ、ｃ）上記のベンチュリースクラバに接続されており及び精製されたガス及びスクラビング用液体のための一つ以上の送出ラインを含む、サイクロンの形のミストエリミネータ、及びｄ）上記のスクラビング用液体のための上記の送出ラインを介して上記のミストエリミネータに接続されたディスクセパレータを含む、プラントを開示している。
【０００６】
加えて、ＤＥ１９８２０６８２Ａ１（特許文献３）は、内燃エンジンまたは化石燃料で運転される他の機械の排ガスを清浄する方法を提供している。先ず、排ガスを非熱常圧ガス放電中で前処理し、次いで適当な還元物質を添加して酸化物系有害物質の選択的接触還元を行うかまたは選択的接触分解を行うことが提案されている。酸化物系有毒物質を除去するためのデバイスは、ガス放電区域を有する少なくとも一つのモジュールと、接触転化区域を持つ少なくとも一つのモジュールとの直列回路を特徴とし、これは、ディーゼルエンジンに使用するのに特に適している。
【０００７】
更に、ＤＥ４４４３２６０Ａ１（特許文献４）は、熱機関の排ガス中の汚染物の減少のための可能な解決策を提供している。そのユニットは、二つの熱機関からなり、その最初の一つは、駆動エネルギーを発生し、環境に危険な汚染物濃度を含む排ガスを生成する。第一のエンジンからの排ガス汚染物は、第二のエンジンによって完全にもしくは部分的に吸収される。炭素の形の汚染物、すなわち煤、一酸化炭素、未燃焼炭化水素、第一のエンジンからの燃料残渣及び窒素酸化物の濃度は、少なくとも２の１０乗倍低められ、そして第二のエンジンはクリーンな排気を持つ。第二のエンジンは、最終の排ガスが、二酸化炭素は除き、環境に危険な物質を望ましくない濃度で含まない様に化学的に最適化される。
【０００８】
排ガス中の汚染物の減少を可能にするべく特殊なエマルションが、ＤＥ４２１１７８４Ａ１（特許文献５）によって提供されている。この文献内において、製油所で製造された液体燃料、例えばガソリン、ケロシン及びディーゼルを、それらが内燃エンジン中で消費され、現実的に環境的に無害の排ガスを生成する状態へ直接的コロイド決定転化（ｄｉｒｅｃｔ  ｃｏｌｌｏｉｄ  ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）する方法が開示されている。鉱水、不飽和植物油及び鉛不含ガソリンを含む特殊なエマルションが使用されており、このエマルションは、燃料の炭化水素内容物の自動触媒的、動的及び電気透析的変化をもたらす。酸素が供され、そして水素が環状炭化水素中に化学的に統合され、それによって水素及び酸素による接触的な第二の燃焼がエンジン内で活性化される。これは、排ガス中の有害な材料を、それらが環境的に無害となるように変化させ、接触的転化器中で鉛酸、シアン酸及び酸化硫黄が形成することを防ぐ。
【０００９】
提供された方法は有効かもしれないが、技術的なセットアップが一般的に複雑かつ費用がかかり、そして大概は、現代の自動車環境のような空間が非常に限られている作業環境に組み入れることは困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】ＷＯ２００３０５０４０２
【特許文献２】ＵＳ２０１２０３１２１６６Ａ１
【特許文献３】ＤＥ１９８２０６８２Ａ１
【特許文献４】ＤＥ４４４３２６０Ａ１
【特許文献５】ＤＥ４２１１７８４Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、請求項１による方法及び請求項１０による装置によって、液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染物内容物を減少し及び従来技術の欠点を解消するための効果的で低コストの代替法を提供するという課題を持つ。本発明の好ましい実施形態は追加的な請求項に記載される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の量を減少するための方法であって、油中水型エマルションを調製し、そして燃焼装置に供給し、次のステップ、
ａ）有機油相、乳化剤及び水性相を第一の混合領域に注入するステップ；
ｂ）高内相エマルション（ＨＩＰＥ）を達成するためにこれらの成分を混合するステップ；
ｃ）ステップｂ）の高内相エマルション（ＨＩＰＥ）及び追加の有機油相を第二の混合領域中に注入するステップ；
ｄ）均一な油中水型エマルションを達成するためにこれらの成分を混合するステップ、及び
ｅ）油中水型エマルションを燃焼装置に供給するステップ、
を含むこと特徴とする、前記方法の提供によって本発明により達成される。
【００１３】
驚くべきことに、このような方法が、液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の量を大きく減少できることが見出された。これは、モノ窒素ガスの含有物に及び排ガス中の細塵粒子の量について特に確認される。次の説明に拘束されるものではないが、液体燃料中の水分が、燃焼の間にこのような化学種と相互作用し、その結果、より効果的な燃焼プロセスとなり、それ故、これらの汚染物の減少がもたらされるものと思料される。加えて、液体燃料中に水分が取り込まれるために、出力及びエンジンの効率も最適化できる。この知見は、水−油滴のより簡単な蒸発及び燃焼エンジン内での最適化された圧縮プロセスの結果であり得る。この水は、給気の冷却にも寄与し得、その結果、空気密度がより高くなる。それ故、冷却器給気がノッキングを起こしにくくなるため、角度点火間隔を調節することができる。加えて、エンジン自体も、内部冷却プロセスに付されて、熱的過負荷の危険を減少する。そのため、より多量の液体燃料を、燃焼プロセスに使用でき、その結果、出力がより大きくなる。
【００１４】
排ガス中の汚染性内容物は、環境に優しくない大概は毒性のガスまたは粒子であり、これらは、燃焼プロセスの間に発生する。本発明の意味において、これらの汚染物は、特に、細塵及び非二酸化炭素ガス、例えば窒素含有ガスである。ここで特に、モノ窒素ガスが関連する。
【００１５】
液体燃料燃焼エンジンは、一種以上の炭素源及び（圧縮）空気または酸素の燃焼によって機械力を発生する装置である。本発明内においては、炭素源が液体の形態で供給されることによって動力を得る液体燃料燃焼エンジンが関連する。燃料が作動条件で液体であることが好ましく、すなわち周囲の温度及び圧力を考慮する必要がある。それ故、ガス状物質を使用して、高圧をかけてこれらを液化することも可能である。好ましい液状炭素源の例は、ディーゼル、石油ディーゼル、バイオディーゼル、ガソリン、プレミアムガソリン、軽質燃料油、重質燃料油、加熱油、メタノールなどのようなアルコール、ケロシン、水素化（植物）油脂などである。
【００１６】
本発明の意味において油中水型エマルションは、通常不混和性の二種以上の液体の混合物である。これは、水が分散相もしくは内部相を構成し、油が外側相もしくは連続相を構成する二層系である。
【００１７】
第一の混合ステップでは、内部水相、その周りの有機油相及び乳化剤からなる、構造化された高内相エマルション（ＨＩＰＥ）が達成される。このような相は、顕微鏡で観察すると、狭い粒度分布を示す球状の水滴を示す。この水滴は、有機油相と水性相とを分断する積層した粘弾性乳化剤二重層によって囲まれている。多重層を、水相の周りに球形でまたは両連続層として組織でき、その結果、リオトロピック逆立方相が形成する。多重層中の界面活性剤は、乳化剤の疎水性テール部は有機油相を安定化するところにあり、その分子の親水性部分は水性相と接触しているように組織される。
【００１８】
有機油相は、上述したような液状炭素源のうちの任意のものであることができる。有機油相は、ｎ−、ｉｓｏ−及びシクロパラフィンも包含するパラフィンのような飽和炭化水素、または芳香族炭化水素を含んでよい。好ましくは、有機油相は、２０℃以上で４５０℃以下の沸点を有する。好ましくは、有機油相の沸点は、５０℃以上で４００℃以下であり、更により好ましくは１００℃以上で３６０℃未満である。
【００１９】
乳化剤という用語は、異なる極性を示す二種の異なる溶媒の混合物を安定化することができる低分子量化合物を定義するものである。原則的には、所与の温度及び圧力で混合プロセスの最後に油（有機層）中水型系を生成することができる当業者には既知の種類の全ての乳化剤、界面活性剤またはテンシドを、このような種のエマルションを部分安定化するために使用してよい。有用なノニオン性界面活性剤は、例えば、様々なソルビタンエステル、例えばポリエチレングリコールソルビタンステアリン酸エステル、脂肪酸ポリグリコールエステル、またはエチレンオキシド及びプロピレンオキシドの重縮合物であり、というのも、これらは、例えば「Ｐｌｕｒｏｎｉｃｓ（登録商標）」の商品名で上市されているからである。本発明による組成物に有用な他のノニオン性界面活性剤は、Ｃ１０〜Ｃ２２脂肪アルコールエトキシレートである。適当な非限定的な例は、オレス−２、オレス−１０、オレス−１１、オレス−１２、オレス−１５、オレス−１６、オレス−２０、オレス−２５、オレス−３０、オレス−３５、オレス−４０、ラウレス−１０、ラウレス−１、ラウレス−１２、ラウレス−１３、ラウレス−１５、ラウレス−１６、ラウレス−２０、ラウレス−２５、ラウレス−３０、ラウレス−３５、ラウレス−４０、ラウレス−５０、セテス−１０、セテス−１２、セテス−１４、セテス−１５、セテス−１６、セテス−１７、セテス−２０、セテス−２５、セテス−３０、セテス−４０、セテス−４５、セトレス−１０、セトレス−１２、セトレス−１４、セトレス−１５、セトレス−１６、セトレス−１７、セトレス−２０、セトレス−２５、セトレス−３０、セトレス−４０、セトレス−４５、セテアレス−１０、セテアレス−１２、セテアレス−１４、セテアレス−１５、セテアレス−１６、セテアレス−１８、セテアレス−２０、セテアレス−２２、セテアレス−２５、セテアレス−３０、セテアレス−４０、セテアレス−４５、セテアレス−５０、イソステアレス−１０、イソステアレス−１２、イソステアレス−１５、イソステアレス−２０、イソステアレス−２２、イソステアレス−２５、イソステアレス−５０、ステアレス−１０、ステアレス−１１、ステアレス−１４、ステアレス−１５、ステアレス−１６、ステアレス−２０、ステアレス−２５、ステアレス−３０、ステアレス−４０、ステアレス−５０、ステアレス−８０、ステアレス−１００及び上記の乳化剤の低エトキシル化誘導体である。更に、本発明の意味内においてノニオン性界面活性剤は、脂肪酸グリセリドもしくは部分グリセリドのポリアルキレングリコールエーテルであり、少なくとも３０個のポリアルキレン単位は、３０〜１０００、好ましくは３０〜５００、より好ましくは３０〜２００、最も好ましくは４０〜１００個のポリエチレングリコール単位である。これらの例は、ＰＥＧ−３０水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−３５水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−４０水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−４５水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−５０水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−５５水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−６０水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−６５水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−８０水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−１００水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−２００水素化ヒマシ油、ＰＥＧ−３５ヒマシ油、ＰＥＧ−５０ヒマシ油、ＰＥＧ−５５ヒマシ油、ＰＥＧ−６０ヒマシ油、ＰＥＧ−８０ヒマシ油、ＰＥＧ−１００ヒマシ油、ＰＥＧ−２００ヒマシ油である。他の適したノニオン性界面活性剤は、モノグリセリド、例えばグリセリルステアレート、グリセリルパルミテート、グリセリルミリステート、グリセリルベヘネートである。
【００２０】
本発明の好ましい態様の一つでは、乳化剤は、加水分解ケラチン、ココジモニウムヒドロキシプロピル加水分解コラーゲン、ココジモプニウムヒドロキシプロピル加水分解カゼイン、ココジモニウムヒドロキシプロピル加水分解コラーゲン、ココジモニウムヒドロキシプロピル加水分解ヘアケラチン、ココジモニウムヒドロキシプロピル加水分解ケラチン、ココジモニウムヒドロキシプロピル加水分解ライスプロテイン、ココジモニウムヒドロキシプロピル加水分解ソイプロテイン、ココジモニウムヒドロキシプロピル加水分解コムギプロテイン、ヒドロキシプロピルアルギニンラウリル／ミリスチルエーテル、ヒドロキシプロピルトリモニウムゼラチン、ヒドロキシプロピルトリモニウム加水分解カゼイン、ヒドロキシプロピルトリモニウム加水分解コラーゲン、ヒドロキシプロピルトリモニウム加水分解コンキノリンプロテインのようなプロテイン界面活性剤の群から選択することもできる。このような乳化剤は、乳化剤として働く他、燃焼可能な炭素源の量を増加するかもしれず、そのため、追加的に、燃焼プロセスに寄与し得るので、特に好ましい。これらが再生可能な資源から誘導されるという事実の故に、それらの二酸化炭素収支は中性であることができる。
【００２１】
他の態様の一つでは、カルボン酸及び有機酸エステルとのアミド及びアミドエステルも乳化剤として使用できる。このグループの適した乳化剤には、ココイルアミド、オレイルアミド、及びグルカミドなどが挙げ得る。
【００２２】
更に、ケイ素系乳化剤も本発明の方法に使用できる。このようなケイ素系乳化剤には、ジメチコーンクロスポリマーのエチレンオキシド及びプロピレンオキシドの重縮合物、ラウリルＰＥＧ／ＰＰＧ−１８／１８メチコーン、セチルＰＥＧ／ＰＰＧ−１０／１ジメチコーン、ビス−ＰＥＧ／ＰＰＧ−１４／１４ジメチコーン及びアモジメチコーングリセロカルバメートが挙げ得る。
【００２３】
好ましくは、イオン性ｗ／ｏ乳化剤も本発明の方法に使用し得る。このグループ内において、コハク酸などの脂肪酸の部分グリセリド、またはイソステアリルジグリセリルスクシネートが適した乳化剤として作用し得る。
【００２４】
加えて、１０未満のＨＬＢ値を含む乳化剤及び／または１より大きい充填パラメータを含む乳化剤も適切であり得る。適したノニオン性乳化剤は、ソルビタンエステル、ソルビトールエステル、マニタンエステル、マンニトールエステル、イソソルビドエステル、グリセリンエステル、メチルグリコシドエステル、ポリグリセリンエステル、スクロースエステル、及びこのような界面活性剤のエチレンオキシド及びプロピレンオキシドの重縮合物、加えてラノリン及びラノリン誘導体であり得る。更に、このような乳化剤のエトキシル化誘導体も使用し得る。このような乳化剤は、特に、高せん断混合の必要なく、ＨＩＰＥ相を簡単に形成することができる。それ故、このような相を迅速にかつ確実に生成することができる。
【００２５】
非常に好ましいものは、９０以上のＲＣＩ（再生可能炭素指数）を含む乳化剤である。
【００２６】
水性相は、主に水を含むことができる。水の品質は、特定の環境に適合させることができ、そして規定の水品質には、水道水、蒸留水、注射用水、脱イオン水などを挙げることができる。上記の水の他に、塩や、またはアルコールもしくはポリオールのような小有機水溶性分子のような追加的な水溶性物質も水性相中に存在できるか、または水性相に添加できる。上記の追加的なアルコールまたはポリオールは、燃焼可能な炭素含分を追加的に増やすかもしれず、そして含有水の貯蔵を簡単にするかもしれない。というのも、これは、低温の環境中で水が凍結することを防ぐかもしれないからである。適した小有機分子はグリセリンまたはグリコール類であってよい。
【００２７】
本発明方法の更なる課題の一つにおいて、ステップｃ）及びｄ）は、１〜１０つの別個の混合領域で行うことができる。乳化剤の量や、単一の攪拌機ユニットの利用可能な混合力が制限されているような或る特性のケースでは、乳化プロセスを二つ超の別個の混合ステップに分割することが有用であるかもしれない。これは、より高い混合力またはより多くの乳化剤を利用できる状況と比較して同じ結果を達成するのを助けるかもしれない。加えて、特に小さな液滴サイズまたは液滴サイズの非常に狭い分布が用途において必要な場合には、より多くの別個の混合領域も有用かもしれない。好ましい実施形態の一つでは、静的混合管を使用できる。これは有利であり得る。というのも、このような場合には攪拌機などの動く部分が必要なく、コストの削減に繋がるかもしれないからである。別個の混合領域の全量は、入口管に応じて決定でき、すなわち混合領域の量は、有機油相入口の数に等しい。
【００２８】
本発明方法の他の好ましい観点の一つでは、ステップｂ）における含水率は≧６０体積％かつ≦９５体積％であることができる。第一の混合領域におけるこのような含水率範囲は、大きな混合エネルギーを必要とする高いせん断混合の必要なく、ＨＩＰＥの十分に安定したリオトロピック液晶相を達成するために有用であり得る。これは、ＨＩＰＥのリオトロピック液晶相がほぼ同時に発生するために達成可能である。好ましくは、ステップｂ）における含水率は、≧７０体積％かつ≦９０体積％、より好ましくは≧７５体積％かつ≦８５体積％であることができる。
【００２９】
本発明方法の他の好ましい態様の一つでは、ステップｅ）における含水率は≧０．１体積％かつ≦３０体積％であることができる。油中水型エマルションを燃焼装置に供給する前に、含水率を上記の範囲にするのがよい。このような範囲は、排ガス中の汚染物の有意な減少を達成し及び燃焼エンジンの性能を高めるために有用である。この含水率は、通常は比較的高沸点の油相を蒸発するのを助けるかもしれず、それ故、燃焼プロセスの効率を高めるかもしれない。より高い含水率は好ましくない。なぜならば、これらは、内部燃焼装置の腐食を増加する恐れがあるか、またはそれどころか不定の燃焼プロセスを結果として招く恐れがあるからである。最悪のケースでは、燃焼が妨げられる。或る特定の場合には、ステップｅ）における含水率は、≧０．５体積％かつ≦２０体積％、加えて好ましくは≧１．０体積％かつ≦１０体積％であることができる。
【００３０】
本発明による方法の追加的な特徴の一つでは、ステップｂ）における乳化剤含有率は≧２体積％かつ≦５体積％であることができる。このような乳化剤濃度範囲は有用なものになった。というのも、この乳化剤範囲内で、安定した高内相エマルション（ＨＩＰＥ）相を得ることができるからである。より低い濃度は好ましくない。なぜならば、油の含有率に依存して、高内相エマルション（ＨＩＰＥ）相を得ることができないか、またはラメラ結晶相の安定性が不十分になるかもしれないからである。好ましい態様の一つでは、ステップｂ）における乳化剤含有率は、≧２．２５体積％かつ≦４．０体積％であることができ、加えて好ましくはステップｂ）における乳化剤含有率は≧２．５体積％かつ≦３．５体積％であることができる。
【００３１】
本発明による追加的な態様の一つは、ステップｅ）における乳化剤含有率が≧０．０５体積％かつ≦１体積％であることができる方法を含む。この乳化剤濃度範囲は、小さいせん断力を用いるだけで、安定した油中水型エマルションを燃焼装置に供給することができる。それ故、混合エネルギーを低く抑えることができ、また材料費用のためのランニングコストも最小である。より高い濃度は、油中水型エマルションの不要な安定化のために材料コストを高めかねない。より低い乳化剤濃度も望ましくない。なぜならば、油中水型エマルションが壊れて、より大きな水液サイズが形成するようであるからである。これは、適切でない燃焼プロセスを招くかもしれない。好ましい態様の一つでは、ステップｅ）における乳化剤含有率は、≧０．１体積％かつ≦０．８体積％であることができ、加えて好ましくはステップｅ）における乳化剤含有率は≧０．２体積％かつ≦０．６体積％であることができる。
【００３２】
本発明の追加的な観点の一つは、ステップｅ）における水滴のサイズが≧１００ｎｍかつ≦５００ｎｍであることができる方法を含む。この水滴サイズは、幾つかの理由から好ましい。一方では、この液滴サイズは、乱れのない燃焼プロセスを可能にし、有機油相の蒸発プロセスを容易にする広い水表面を保証する。それ故、燃焼プロセスは最適化され、そして燃焼プロセスの性能が高まる。更に、液滴は、燃焼の消火または火炎面の大きな乱れを防ぐのに十分に小さい。好ましい態様の一つでは、ステップｅ）における水滴サイズは、≧１２０ｎｍかつ≦４５０ｎｍであることができ、追加的に好ましくは、ステップｅ）における水滴サイズは≧２００ｎｍかつ≦４００ｎｍであることができる。ステップｅ）における上記の所定の水滴サイズは、平均値であり、当業者には既知の多角度光散乱技術を用いてエマルション中で決定することができる。
【００３３】
本発明の更に別の態様の一つでは、該方法は、ステップａ）で加えられる乳化剤のＨＬＢが≧１かつ≦９であることができる乳化剤を含む。この範囲のＨＬＢ値（親水性−親油性バランス）は、この範囲を用いることによって、最初の混合ステップにおける安定な液晶逆立方相、及び安定な油中水型エマルションが、混合プロセスにおける高いせん断エネルギーの必要なく、簡単に得ることができるため、好ましい。本発明の意味において、このようなＨＬＢ値は、このようなＨＬＢ範囲を含む唯一の乳化剤が存在するか、または提案されたＨＬＢ値を組み合わせて含む異なる乳化剤の混合物が使用されることを含む。単一の乳化剤のＨＬＢ値を計算するための数学はＧｒｉｆｆｉｎによって与えられている。単一のＨＬＢ値及び異なる乳化剤の量に応じた乳化剤混合物のＨＬＢ決定も、当業者には既知である。好ましくは、０．５以上で１０．０未満のＨＬＢ値を示す乳化剤が使用される。好ましくは、ＨＬＢ値は、１．０以上で９．０以下であってよい。加えて、上記の範囲のＨＬＢ値を有するノニオン性界面活性剤の使用も好ましい。なぜならば、このような種類の乳化剤は、第一の混合ステップにおいて簡単にＨＩＰＥを形成し、そしてエマルションに高エネルギーせん断応力を付加する必要なく、引き続く混合ステップにおいて油中水型エマルションに簡単に変化するためである。
【００３４】
更に、本発明方法の好ましい観点の一つでは、ステップａ）における乳化剤の形状因子は≧１／２かつ≦２であることができる。乳化剤の形状因子（＝Ｖ／（ａ０＊ｌｃ））は、イズレイラックビリ（Ｉｓｒａｅｌａｃｈｖｉｌｉ）に従い決定され、そして体積（Ｖ）と、テール長とヘッド基の表面積との積（ａ０＊ｌｃ）との比によって与えられる。驚くべきことに、このような範囲の乳化剤形状因子が、第一の混合領域におけるラメラ相形成を簡単にでき、そして最後の混合ステップの後に安定した油中水型エマルションを結果としてもたらし得ることが見出された。この結果は、単一の混合領域内に高せん断混合を導入する必要なく達成可能である。これは製造コストを下げ、加工時間を短縮する。
【００３５】
更に、少なくとも第一と第二の混合領域を持つ混合装置を含み、ここで最後の混合領域の送出ラインが燃焼装置に接続可能であり、そして各々の混合領域が、
−本質的な回転対称の混合チャンバ、
−少なくとも一つの送出ラインの上流にまたはその下に配置された、自由流動性成分の導入のための少なくとも一つの送入ライン、
−成分毎のまたは成分混合物毎の少なくとも一つの搬送デバイス、
−送入側の乱流混合領域であって、成分が、攪拌機ユニットによってもたらされるせん断力によって乱流状に混合される領域、
−下流のパーコレート（ｐｅｒｃｏｌａｔｉｎｇ）混合領域であって、成分が更に混合され、そして乱流が減少する領域、
−層流を保証する攪拌機ユニットであって、攪拌機軸に固定された攪拌要素を含み、前記軸の回転軸が、チャンバの対称軸に沿って伸びており及び前記攪拌機軸が、少なくとも一つの面上に案内されている攪拌機ユニット、
−攪拌機ユニットのための少なくとも一つの駆動装置、
を含み、
ここで、
−送入ラインと送出ラインとの間の距離と、チャンバの直径との比率が≧２：１であり、
−送入ラインと送出ラインとの間の距離と攪拌要素の攪拌アームの長さとの比率が３：１〜５０：１であり、
−チャンバの内径に対する攪拌機軸の直径の比率が、チャンバの内径の０．２５〜０．７５倍であり、
及び
第一の混合領域が、
−少なくとも二つの送入ライン、
−送出側の層状混合領域であって、リオトロピック液晶相が、送出ラインの方向に、成分の混合物中に確立される混合領域、
を含む、液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の減少のための装置も本発明の範囲内である。
【００３６】
パーコレート混合領域は、混合物が乱流から層流へと変化する混合物の遷移領域である。乱流混合の後のパーコレート領域では、液晶相の形成によって粘度が上昇し、そして乱流が減少する。臨界レイレルズ数に達した後、混合物は層状混合領域に移行する。混合プロセスまたは液晶相の形成の間の液滴の制御されたエネルギー効率のよい切断が、伸長流の条件下に層状混合領域において起こる。
【００３７】
少なくとも一つの混合器のチャンバは、本質的に回転対称性であり、好ましくは中空シリンダの形状を有する。しかし、チャンバは、切頂円錐形、漏斗型、切頂ドーム型、またはこれらの幾何形状から構成される形状も有することができ、ここで送入ラインから送出ラインまでのチャンバの直径は一定であるかまたは減少する。攪拌機ユニットは、回転対称的チャンバの形状に応じて適合される。本質的に回転対称とは、チャンバの対称性が、完全な円対称から≦１０％、好ましくは≦５％、最も好ましくは≦１％変化し得ることを意味する。
【００３８】
チャンバの内径ｄｋに対して攪拌機シャフトの直径ｄｓｓは、好ましくは０．２５〜０．７５×ｄｋの範囲であり、そして送入ラインと送出ラインとの間の距離と、攪拌要素のアームの長さとの比率は、好ましくは３：１〜５０：１の範囲、特に好ましくは５：１〜１０：１の範囲、特に６：１〜８：１の範囲である。更に、チャンバ直径に対して通常を超えて大きい攪拌機シャフトの直径は、当業者が「流動直径（ｆｌｏｗ  ｄｉａｍｅｔｅｒ）と称する、攪拌機シャフトとチャンバ壁との間の距離が常に小さくなり、そうして血栓様の流れが形成できず、層流が保証されるという結果となる。
【００３９】
少なくとも一つの混合装置の底部での送入ラインと送出ラインとの間の距離とチャンバの直径との比率は、≧２：１である。中空シリンダからは逸脱する回転対称性チャンバの一つの形態では、送入ラインと送出ラインとの間の距離とチャンバの直径との比率は、少なくとも一つの混合器の送入ラインの領域において同様に≧２：１である。
【００４０】
上記混合器は、全ての辺をシールすることができ、そして空気を排除して稼働することができる。混合すべき成分は、液体流として混合器のチャンバに導入し、混合された成分が送出ラインに至るまで攪拌機ユニットを用いて混合することができ、そして取り除くことができ、そうして混合器のチャンバには空気は入り込まない。ここでは混合器は、存在するデッドスペースができるだけ少なくなるように設計される。混合器を稼働する前に、そこに含まれる空気は、入ってくる成分によって短時間のうちに完全に置き換えられ、それによって有利なことに真空の適用は不要となる。
【００４１】
該装置は空気を排除して稼働できそして乳化すべき成分は混合器に連続的に導入されるために、混合器中にある成分は、送出ラインの方向に連続的に排出される。混合された成分は、入口から出口へと徐々に混合器を通って流れる。
【００４２】
本発明による混合器では、送入ラインを介して供給された成分は、先ず、チャンバに入った後に乱流混合領域を通ってチャンバ中に移動し、そこで、これらの成分は、先ず、攪拌機ユニットによってもたらされるせん断力によって乱流状態で混合される。これに関連して、混合された材料の粘度は既に著しく上昇している。更に、次いで、この混合物は、送出ラインの方向に、「パーコレート領域」を通って移動し、そこで、混合物の粘度は、更なる強烈な混合の故に更に高まり、そして該装置は徐々に自己組織システムへと変わる。混合物中で支配的な流れ中の乱流は、パーコレート領域に到達すると徐々に減少し、そして流量比は送出ラインの方向に益々層状になっていく。それによって、リオトロピック液晶相ＨＩＰＥが、第一の混合領域の送出ラインに向かう混合物中に生じる。
【００４３】
有利なことに、本発明による乳化デバイスの総エネルギー消費量は極めて少ない。この少ない総エネルギー消費量は、慣用の混合プロセスと比較して、混合器内で、混合するべき及び温度制御するべき体積が常に小さいことからの結果である。そのため、特に、コスト集約的で非常にエネルギー消費量が高い加熱及び冷却プロセスが最小化され、これは、低い総エネルギー消費量に決定的に寄与する。混合チャンバ中での混合物の滞留時間も非常に短い。１０００ｋｇ／ｈの製造能力では、滞留時間は平均して０．５〜１０秒間の間である。その結果、送入ライン及びポンプもかなり小さい寸法であり、そのためポンプの駆動装置も、かなり少ないエネルギーしか消費しない。
【００４４】
有利なことに、好ましくは３：１〜５０：１の範囲、特に好ましくは５：１〜１０：１の範囲、特に６：１〜８：１の範囲の、送入ラインと送出ラインとの間の距離と攪拌要素のアームの長さとの好ましい比率は、特定のワイヤパイプに関連して、特に効果的なトルクモーメントの利用が保証され、それ故、同時にモーターのエネルギー消費量を最小限に抑えながら徹底的な混合が達成されるという事実に寄与する。
【００４５】
更に、チャンバ直径に対して通常を超えて大きいシャフト直径は、攪拌機シャフト自体を材料温度制御に利用できるようにし、これは、その点で本発明による乳化デバイスの低い総エネルギー消費量に貢献する。
【００４６】
チャンバの高さに対するチャンバの直径の好ましい比率及び層流の維持のために最適化された攪拌機ユニットの結果、攪拌機モーターの電力消費量はかなり小さく、本発明による混合器の低い総エネルギー消費量に決定的に貢献する。それ故、全体的により小さな寸法とすることができる部品の結果、非常にコンパクトで省スペースな構成が、本発明による混合器の特徴である。
【００４７】
同様に、磁気結合の使用も、全体的なエネルギー消費量の低減に貢献し得る。この場合、モーターからモータシャフトへの力の移動は永久磁石によって行われるので、モーターは、外部ローターの回転に必要なエネルギーを供すればよい。固定攪拌機シャフトを持つ内部ローターは、磁力を用いて動かしてよい。滑り軸受けと関連した更なる利点の一つは、気密な混合チャンバを構築できることである。
【００４８】
最適な乳化結果及びデッドスペースの回避のために、回転対称的な形状を持つチャンバを、本発明による混合器に使用してよい。このような回転対称的な形状は好ましくは中空シリンダ、切頂円錐型、漏斗型、切頂ドーム型、またはこれらから構成された形状、例えば切頂円錐様の領域が中空シリンダ型領域に接合している形状である。これに関連して混合器の直径は、入口側の端部から出口側の端部まで一定でもよし、または減少してもよい。
【００４９】
特に好ましくは、中空シリンダ型または切頂円錐型の形状または中空シリンダ型領域と切頂円錐様の領域とが組み合わさった形状を持つチャンバが、本発明による混合器に使用される。切頂円錐型は、送入側末端の直径が送出側末端の直径に向けて連続的に減少する点で有利に区別され、他方で、中空シリンダの直径は、回転軸に対して一定である。
【００５０】
該混合器のチャンバ、及び／または送入及び送出ラインは、一緒にまたは個別に有利に温度制御することができる。
【００５１】
これに関連して、混合器中への送入ラインの進入角度は、混合器の回転軸を基準に０°〜１８０°の範囲であることができる。送入ラインは、ジャケット表面を通して横方向から、または底面を通して下から、チャンバ中に延在することができる。
【００５２】
送入ライン及び送出ラインは、任意の所望の高さで、及びジャケット表面の任意の所望の周囲上で、チャンバに接続することができる。供給された成分の最大限の滞留時間と同時に最適な混合を保証し及びデッドスペースを避けるために、送入ラインの進入高さは、チャンバの高さを基準に、好ましくはチャンバの下三分の一、好ましくは下四分の一に配置される。送出ラインの出口高さは、チャンバの高さを基準に、好ましくはチャンバの上三分の一、好ましくは上四分の一に配置される。
【００５３】
送出ラインの直径は、少なくとも一つのまたは第一の混合器における高粘度をベースとした圧力上昇が最小化されるが、同時に、送出ラインがそれぞれ混合物で完全に満たされることが保証されるような寸法とする。該混合器は、望むように配向でき、そのため攪拌機ユニットの回転軸は水平から垂直まで任意の所望の位置を取ることができる。しかし、該混合器は、チャンバの対称軸が垂直に配置されて送入ラインが送出ラインの上側に取り付けら得るようには配置されないことが好ましい。該混合器が、チャンバの対称軸が垂直に配置され、送入ラインが送出ラインの下側に取り付けられることが非常に特に好ましい。これに関連して駆動モーターは、攪拌機ユニットを好ましくは上方から駆動するが、下方からの駆動も同様に可能である。
【００５４】
驚くべきことに、混合器の形状に関して、チャンバの内径ｄｋに対する攪拌機シャフトの直径ｄｓｓ、及び送入ラインと送出ラインとの間の距離と攪拌要素のアームの長さとの比率が、供給された相の最適な混合を保証するのに決定的に重要であることが判明した。これに関連して、チャンバの内径ｄｋに対する攪拌機シャフトの直径ｄｓｓの比率は、好ましくは０．２５〜０．７５×ｄｋの範囲、特に好ましくは０．３〜０．７×ｄｋの範囲、特に０．４〜０．６×ｄｋの範囲であり、そして送入ラインと送出ラインとの間の距離と攪拌要素のアームの長さとの比率は好ましくは３：１〜５０：１、特に好ましくは５：１〜１０：１の範囲、特に６：１〜８：１の範囲であることが判明した。
【００５５】
更に、チャンバ直径に対して攪拌機シャフトの通常よりも大きなこの直径は、攪拌機シャフトとチャンバ壁との間の距離（当業者は「流動直径」とも称する）が常に小さく、そのため血栓様の流れが発達できず、層流が保証されるという結果になる。更に、混合器の形状に関して、混合器のチャンバの直径と、混合すべき成分が入口から出口までを移動しなければならない距離との比率が、供給された相の最適な混合を保証するために重要であることが判明した。これに関連して、直径と、入口と出口との間の距離との比率は、好ましくは１：５０〜１：２の範囲、好ましくは１：３０〜１：３の範囲、特に１：１５〜１：５の範囲であることが判明した。本発明の意味内でチャンバの直径とは、チャンバの底部の直径である。
【００５６】
直径と、入口から出口の距離との比率は、混合器内での流れの制御に重要な役割を果たす。乳化の成功は、混合物が、混合器の下部領域、すなわち成分供給領域中に存在する最初は乱流の流れから「パーコレート領域」を介して層流領域に来た時にのみ保証される。個々の領域の正確な境界画定は可能ではない。なぜならば、各々の領域間の遷移は流動的であるためである。
【００５７】
本発明による装置の追加的な態様の一つでは、攪拌機ユニットは、フルブレード−、部分ブレード−、フルワイヤ−、部分ワイヤ攪拌機またはこれらの組み合わせからなる群から選択してよい。該乳化デバイスで使用される混合器は、少ないエネルギー消費量での層状延伸条件下での液滴破壊を保証する層流を可能にする上記の攪拌機ユニットを備えることができる。層状延伸状態での液滴破壊は、生成されるエマルション中において、平均液滴径を中心に極めて小さな粒度分布を有利にもたらす。
【００５８】
フルワイヤ攪拌機は、蹄鉄状の、又は丸みを帯びた矩形状に曲げられた少なくとも２本のワイヤからなり、それらのワイヤはシャフトに対して互いに反対側に取り付けられ、シャフトの上部及び下部領域においてシャフトに連結されていることを特徴とする。それらのワイヤはここでは好ましくは、中心軸に対して垂直に傾斜され及び／若しくは回転され、並びに／又は回転軸を基準として左又は右に０°〜９０°、好ましくは０°〜４５°、特に好ましくは０°〜２５°の角度になっている。ワイヤの上方長さ及び下方長さは、同一の長さであっても異なる長さであってもよい。所望なだけ多くのワイヤをシャフトの周囲に配置できる。シャフトとワイヤとの間に生ずる中空空間には更なるワイヤ、又は任意所望の幾何学形状が存在していてよい。
【００５９】
最大でシャフト直径の範囲にあり、最小で０．２ｍｍを下回ることはないワイヤ直径が好ましく、最大でもシャフト直径の１５％、最小でも０．５ｍｍのワイヤ直径が特に好ましく、特にシャフト直径の１０％で及び最小でシャフト直径の１％での範囲である。
【００６０】
部分ワイヤ攪拌機は、Ｕ字型又は蹄鉄型に曲げられた少なくとも２本のワイヤからなり、その端部は任意所望の高さでシャフトに連結されていることを特徴とする。これらのワイヤは、好ましくは中心軸に対して垂直であり、並びに／又は回転軸を基準に左又は右に０°〜９０°、好ましくは０°〜４５°、特に好ましくは０°〜２５°の角度で傾斜され、及び／若しくは回転されている。攪拌機シャフトから放射状に延びるワイヤの上方長さ及び下方長さは、同一の長さであっても異なる長さであってもよい。所望なだけ多くのワイヤをシャフトの周囲に配置できる。シャフトとワイヤとの間に生ずる中空空間には更なるワイヤ、又は任意所望の幾何学形状が存在していてよい。
【００６１】
最大でシャフト直径の範囲にあり、最小で０．２ｍｍを下回ることはないワイヤ直径が好ましく、最大でシャフト直径の１５％、最小で０．５ｍｍのワイヤ直径が特に好ましく、特にシャフト直径の１０％で及びシャフト直径の少なくとも１％での範囲である。
【００６２】
フルブレード攪拌機は、正方形、矩形、蹄鉄形、又は台形の少なくとも２枚の金属シートからなり、これらの金属シートは角が丸められて乱流の生成が防止され、その一辺がシャフトに連結されており、これらの金属シートは妨害されることなくシャフトの上部領域からシャフトの下部領域まで到達していることを特徴とする。これに関連してこれらの金属シートは、好ましくは中心軸に対して垂直であり、並びに／又は中心軸を基準に左又は右に０°〜９０°、好ましくは０°〜４５°、特に好ましくは０°〜２５°の角度で傾斜され及び／若しくは回転されている。金属シートの上縁及び下縁は、同一の長さであっても異なる長さであってもよい。所望なだけ多くの金属シートをシャフトの周囲に配置できる。個々のブレードには、孔やダイカットなどの他の幾何学的通路が設けられている。
【００６３】
部分ブレード攪拌機は、正方形、矩形、蹄鉄型または台形の少なくとも２枚の金属シートからなり、その一辺が任意所望の高さでシャフトに連結されていることを特徴とする。これに関連して、これらの金属シートは、好ましくは中心軸に対して垂直であり、並びに／又は中心軸の左又は右に０°〜９０°、好ましくは０°〜４５°、特に好ましくは０°〜２５°の角度で傾斜され及び／若しくは回転されている。金属シートの上縁及び下縁は、同一の長さであっても異なる長さであってもよい。所望なだけ多くの金属シートをシャフトの周囲に配置できる。個々の金属シートにはさらに、幾何学的流路が設けられていてもよい。
【００６４】
混合器自体及び上記攪拌機設計、特に上述のフルブレード攪拌機、部分ブレード攪拌機、フルワイヤ攪拌機、及び部分ワイヤ攪拌機の両方を製造するための材料は、乳化される成分及び得られるエマルションの化学特性に適合される。好ましくは、本発明による混合器における攪拌機ユニットは、例えばステンレス鋼などの鋼鉄を含むが、建築用鋼材、プラスチック、例えば、ＰＥＥＫ、ＰＴＦＥ、ＰＶＣ若しくはプレキシガラス等、又は鋼鉄とプラスチックとの複合材料若しくは組み合わせを含むものであってもよい。
【００６５】
本発明の一つの観点では、該装置は、最後の混合領域に追加的な送出ラインを含んでよく、これは、先行の混合領域の送入ラインに接続可能である。或る場合には、ほぼ純粋な有機油相を燃焼装置に供給することが必要であるかもしれない。これは、例えば燃焼エンジンを始動または停止する時である。これは、油中水型エマルションを含む最後の送出供給物を先行の混合領域に供給することによって達成するのが有利であり、この場合、有機油相だけが追加的に混合チャンバに供給される。このプロセス内において、油中水型エマルションの水含有量をかなり減らすことができる。それ故、特殊なケースでは、ほぼ純粋な有機相を、再供給を可能とする時に、燃焼装置に供給することができる。
【００６６】
本発明の装置の好ましい特徴の一つでは、少なくとも一つのセンサーが、混合装置内の含水量を監視する。このようなセンサーは、有機油相及び水相または水／有機油相混合物の体積供給量をインラインで調節するために役立ち得る。センサーは、混合領域にまたは配管中に設置することができる。センサー表示度数の結果として、単一の混合領域の供給量を調整して、一定のまたは適合可能な水：油比とすることができる。可能なシナリオには、燃焼エンジンの能力利用率に応じた、適合可能な水：油比も含まれる。従って、始動プロセス、停止プロセスにおいてまたは全能力の時により高いまたはより低い含水量が必要とされ得る。可能なセンサータイプは、例えば、混合物の電気的性質を利用し得るセンサー、例えば導電率ベースのセンサーである。加えて、含水量の決定には光散乱または光吸収測定などの光学的方法も使用してよい。
【００６７】
追加的な本発明による観点の一つは、各々少なくとも二つの送入ライン、混合デバイス及び送出ラインを含む１〜１０つの追加的な混合領域が第二の混合領域の後に設置され、ここで前記の少なくとも二つの送入ラインのうちの一つのラインは、前の混合領域の出力を供給し、他方の送入ラインは追加の有機油相を供給する、装置を提供する。このような混合カスケードは、油相中の水の非常に狭い液滴サイズ分布を達成する助けとなるかもしれない。
【００６８】
更に、少なくとも一つの混合領域の送入ラインが体積駆動ポンプ（ｖｏｌｕｍｅ  ｄｒｉｖｅｎ  ｐｕｍｐ）によって供給できる装置も本発明の範囲内である。特に、体積駆動ポンプは、一定の供給量を達成し、これは、エマルション中での一定の水：油比の提供に有利であることが判明した。
【００６９】
液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の量を減らすために該装置を使用することは本発明の範囲内である。この装置は、本発明による設計の故に液体燃料燃焼エンジンの排ガス中の汚染性内容物の量を減少するのに特に適している。この装置は、低コストで実現でき、そして本発明による混合セットアップの故に、望ましい液滴サイズ分布を達成するためには小さな機械的エネルギーしか装置内に分散する必要がない。
【００７０】
加えて、本発明による混合装置を含む燃焼エンジンを開示することも本発明の範囲内である。該混合装置は、例えば家庭用の発電機、自動車のエンジン、加熱装置、航空機用タービン、船舶用エンジン、及び発電所の大規模な燃焼エンジンを初めとしたあらゆる大きさの燃焼機関と使用できる。該装置は簡単に設置でき、簡単に規模拡大できる。
【００７１】
上記の装置の追加的な利点及び特徴に関しては、本発明による方法及び該装置の本発明による使用の開示が明らかに参照される。加えて、本発明による方法の観点及び特徴も、本発明による装置、本発明によるエンジン及び本発明による使用にも該当可能であり開示されていると見なされたい。更に、請求項及び／または発明の詳細な説明に開示された少なくとも二つの特徴の組み合わせの全ても本発明の範囲内である。
【００７２】
本発明による方法及び装置の技術的原理を、以下の図形の助けを借りてより詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】図１は、本発明による方法の構成要素を示す。
【図２】図２は、単一の混合領域の異なる可能な幾何形状を示す。
【図３】図３は、燃焼エンジンと組み合わせた本発明の混合装置を示す。
【発明を実施するための形態】
【００７４】
図１は、液体燃料燃焼エンジンの排ガス中に汚染性内容物の減少のための該方法の単一のコンポネントを開示する。最初の混合領域１に、二つの独立した液体が、供給ライン２及び３を介して供給される。有機油相または水相は供給ライン２または３のいずれを介して供給されてもよい。混合領域１内においては、ＨＩＰＥを得るために両方の液体が混合される。この混合物は送出ライン４を介して次の混合領域７に供給される。次の混合領域７には、水／油混合物が供給ライン５を介して供給され、そして追加の油相が供給ライン６を介して供給される。これらの成分は混合され、そして送出ライン８を介して燃料機関に供給される。この混合ステップはＮ回繰り返すことができ、ここでＮは１〜１０である。本発明の好ましい態様の一つでは、供給ライン５は、長さがゼロであることができ、すなわち第二の混合領域または引き続く複数の混合領域は、先行する混合領域と同じ混合チャンバ内に配置されている。異なる混合領域の位置は、追加的な有機層供給ラインの位置によって画定される。
【００７５】
図２は、単一の混合領域の様々な可能な混合幾何形状を示す。最適な乳化結果及びデッドスペースの回避のために、回転対称的な形状を持つチャンバが、本発明による混合器に使用される。このような本質的に回転対称的な形状は好ましくは中空シリンダ（図２Ａ）、切頂円錐型（図２Ｂ）、漏斗型（図２Ｄ）、切頂ドーム型（図２Ｆ）、またはこれらから構成された形状（図２Ｃ、Ｅ）、例えば切頂円錐様の領域が中空シリンダ型領域に接続している形状である。これに関連して混合器の直径は、入口側の端部から出口側の端部まで一定であるか（図２Ａ）、または減少している（図２Ｂ〜Ｆ）。特に好ましくは、中空シリンダ型または切頂円錐型の形状または中空シリンダ型領域と切頂円錐様の領域とが組み合わさった形状を持つチャンバが、本発明による混合器に使用される。切頂円錐型は、入口側末端の直径が出口側末端の直径に向けて連続的に減少する点で有利に区別され、他方で、中空シリンダの直径は、回転軸に対して一定である。
【００７６】
図３は、燃焼エンジン１５と組み合わせた本発明の混合装置９を示す。混合装置９は、少なくとも二つの供給ライン、少なくとも一つの送出ライン、複数の混合領域、任意選択的に帰還ライン１３を含む。帰還ライン１３は例えばバルブ１４によって稼働できる。帰還稼働は、例えばセンサー表示度数に応じて、制御ユニット１０によって始動することができる。センサーは、混合装置９の送出ライン内に含まれていてもよいかもしれない。センサーは、例えば、送出供給物の組成を、例えば光散乱または電気的性質の評価によって分析し得る。加えて、バルブ稼働は、燃焼エンジンの制御ユニット１２によって始動させることができ、この制御ユニット１２は、制御ライン１２を介して混合制御ユニット及びバルブ１４に接続可能である。きっかけは、例えば、燃焼エンジンの停止信号であることができる。燃焼エンジンの停止中に油中水型エマルションを管中に留めておくことは不利であるかもしれないという事実の故に、水：油比を帰還ループによって調節できる。それ故、燃焼エンジンが停止する前に含水量をほぼゼロに減少することが可能である。これは、燃焼エンジンの始動過程も容易にするかもしれない。更に、混合制御ユニット１０は、燃焼エンジンの排気流中のセンサー１６（これは、制御ライン１１を介して混合制御ユニット１０に接続されている）の表示度数に応じて、油中水型エマルションの組成を変化させ得る。それ故、混合装置９の送出供給物の組成は、排ガス組成に応じて適合させることができる。
【図１】
2016534275.tif 000003
【図２Ａ】
2016534275.tif 000004
【図２Ｂ】
2016534275.tif 000005
【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
2016534275.tif 000007
【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
2016534275.tif 000009
【図３】
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【国際調査報告】
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2016534275.tif 000012
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