JP2002159832A - エマルジョン製造装置 - Google Patents

エマルジョン製造装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】分離しにくい安定したエマルジョンを製造でき
るとともに、コストダウンおよび小型化を図ることがで
きるエマルジョン製造装置を提供すること。 【解決手段】液体同士を混ぜ合わせる混合手段と、この
混合手段で製造された混合液を昇圧する昇圧ポンプと、
隔壁６４によって区切られた複数の部屋６１Ａを有する
とともに隔壁６４に隣り合う部屋６１Ａ同士を連通する
３つの小孔６４Ａが形成された乳化手段６０とを備えた
エマルジョン製造装置。昇圧ポンプで乳化手段６０に圧
送された混合液は、隔壁６４の小孔６４Ａから高圧かつ
高速で噴出されて流体摩擦が生じる。このため、混合液
の粒子を微細化でき、安定した良質な水エマルジョン燃
料が得られる。さらに、エマルジョン製造装置は、混合
手段および構造が簡単な乳化手段６０から構成されてい
るので、装置全体の小型化およびコストダウンが図れ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、エマルジョン製造
装置に係り、詳しくは、少なくとも２種類以上の液体同
士を混合してエマルジョンを製造するエマルジョン製造
装置に関する。
【０００２】
【背景技術】従来より、エンジンの排気中の窒素酸化物
（ＮＯｘ）、黒煙等の有害物質を低減するために、燃料
と水とを混合した水エマルジョン燃料を用いることが知
られている。このような水エマルジョン燃料は、燃料と
水との混合を良好にするのに界面活性剤が用いられてい
る。このような水エマルジョン燃料を製造する装置とし
ては、以下に挙げるものが知られている。 燃料、水、および界面活性剤を高速のミキサーで混合
してからその混合液をエンジンに供給するもの。 燃料、水、および界面活性剤に回転を与えながらその
回転によって混合された混合液をエンジンに供給するも
の。
【０００３】また、上記、以外の装置として、以下
のものが提案されている。筒状本体と、この筒状本体
内に噴射口が配置された流体加速用ノズルと、筒状本体
内に配置された衝突壁および攪拌用ロータまたはステー
タとを備えているもの。この製造装置では、燃料、水、
および界面活性剤をミキサー等で混合した後にこの混合
液を液体加速用ノズルで筒状本体内に噴射し、混合液を
衝突壁に衝突させて混合液の粒子の微小化を図ってい
る。また、筒状本体内に充満した混合液は、攪拌用ロー
タまたはステータによって攪拌されてより均一に混ざり
合った状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような〜のエマルジョン燃料の製造装置では、以
下のような問題がある。およびの製造装置では、燃
料、水、および界面活性剤をミキサーで混合したり、液
体に回転力を与えることで混合したりしているから、こ
れらの製造装置で製造した水エマルジョン燃料は混合が
十分でない。このため、水エマルジョン燃料の安定性が
悪く、保存に不向きであり、保存中に燃料と水とが分離
しやすい。そして、燃料と水とが分離したものがエンジ
ンの燃料系統に供給されると、燃料系統にさび等の劣化
が生じ、エンジンの耐久性等の性能に悪影響が生じるお
それがある。一方、の製造装置では、水エマルジョン
燃料の製造に時間がかかるため、製造した水エマルジョ
ン燃料を連続的にエンジンに供給するためには、製造し
た水エマルジョン燃料をためておく貯蓄タンクが必要で
あるうえ、装置全体が大がかりなものとなるのでコスト
面に問題がある。
【０００５】本発明の目的は、分離しにくい安定したエ
マルジョンを製造できるとともに、コストダウンおよび
小型化を図ることができるエマルジョン製造装置を提供
することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のエマルジョン製
造装置は、上記目的を達成するために、以下の構成を備
える。請求項１に記載の発明は、少なくとも２種類以上
の液体同士を混合してエマルジョンを製造するエマルジ
ョン製造装置であって、前記複数の液体同士を略均一に
混ぜ合わせる混合手段と、この混合手段で製造された混
合液を昇圧する昇圧ポンプと、この昇圧ポンプから圧送
された混合液を乳化状態にする乳化手段とを備え、前記
乳化手段は、前記混合液が流入する複数の部屋を有し、
前記複数の部屋は、各部屋間に配置される隔壁によって
区切られ、前記隔壁には、当該隔壁を挟んで隣り合う前
記部屋同士を連通する少なくとも１つ以上の小孔が形成
されていることを特徴とするものである。
【０００７】この発明によれば、混合手段で複数の液体
同士が混合され、この混合液は昇圧ポンプによって乳化
手段へ圧送される。乳化手段の部屋に混合液が流入する
と、混合液は隔壁の小孔から高速で噴出されて隣の部屋
に流入する。この際、小孔から高速で噴出された混合液
と、隣の部屋に充満している混合液とで流体摩擦が生じ
るので混合液を粒径の細かい乳化状態にすることができ
る。また、混合手段で複数の液体同士を略均一に混合し
て、この混合液を乳化手段に供給しているから、均一に
混ぜ合わされたエマルジョンを製造できる。さらに、本
発明のエマルジョン製造装置は、混合手段および構造が
簡単な乳化手段から構成されているので、装置全体を小
型化できるとともに、コストダウンを図ることができ
る。
【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
のエマルジョン製造装置において、前記隔壁の小孔の相
当円直径は、０．５ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とす
るものである。この発明によれば、隔壁の小孔の相当円
直径を０．５ｍｍ〜２ｍｍとしているため、より高圧か
つ高速（たとえば４０〜５０ｍ／ｓ）で小孔から混合液
を噴出でき、小孔から高速で噴出された混合液と、隣の
部屋に充満している混合液との流体摩擦をより大きくで
きて、混合液を粒径がより細かくて分離しにくい乳化状
態にすることができる。なお、小孔の相当円直径を０．
５ｍｍよりも小さくすると、混合液が小孔を通るときの
抵抗が大きくなりすぎるため効率のよい混合を行うこと
ができない。一方、小孔の相当円直径を２ｍｍよりも大
きくすると、生じる流体摩擦が小さいため、混合液を十
分な乳化状態にすることができない可能性がある。
【０００９】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２に記載のエマルジョン製造装置において、前記
昇圧ポンプの吐出圧は、５ＭＰａ〜１５ＭＰａであるこ
とを特徴とするものである。この発明によれば、昇圧ポ
ンプの吐出圧を５ＭＰａ〜１５ＭＰａとしたので、請求
項２に記載の発明と略同様な作用効果が期待できる。つ
まり、小孔から混合液を高圧かつ高速で噴出できて、流
体摩擦をより大きくでき、混合液を粒径がより細かくて
分離しにくい乳化状態にすることができる。なお、昇圧
ポンプの吐出圧を５ＭＰａよりも小さくすると、混合液
の噴出速度が小さくなって流体摩擦が小さくなるため、
混合液の粒子を十分に微細化できない可能性がある。一
方、昇圧ポンプの吐出圧を１５ＭＰａよりも大きくする
と、混合液の小孔からの噴出速度が大きくなりすぎて、
混合液が小孔を通るときの抵抗が大きくなるため効率の
よい混合を行うことができない。
【００１０】請求項４に記載の発明は、請求項１ないし
請求項３のいずれかに記載のエマルジョン製造装置にお
いて、前記混合手段は、前記複数の液体と界面活性剤と
を略均一に混ぜ合わせることを特徴とするものである。
この発明によれば、液体の表面張力を下げる界面活性剤
を用いているので、分離しにくい安定したエマルジョン
を作ることができる。
【００１１】請求項５に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載のエマルジョン製造装置にお
いて、前記昇圧ポンプは、回転速度が変更可能な電動モ
ータによって駆動されていることを特徴とするものであ
る。この発明によれば、回転速度が変更可能な電動モー
タによって昇圧ポンプを駆動しているので、電動モータ
の回転速度を任意に設定することで、昇圧ポンプの吐出
流量を容易に調整できて、隔壁の小孔から噴出する混合
液の速度や圧力を容易に調整できる。
【００１２】請求項６に記載の発明は、請求項１ないし
請求項４のいずれかに記載のエマルジョン製造装置にお
いて、前記昇圧ポンプは、前記乳化手段で乳化状態にさ
れた混合液を燃料として利用するエンジンによって駆動
されていることを特徴とするものである。この発明によ
れば、たとえば、エンジンのクランクシャフトやカムシ
ャフト等から駆動力を取り出して昇圧ポンプを駆動して
いるので、昇圧ポンプを駆動するための別体のモータ等
が不要になり、部品点数を低減できるとともに、コスト
ダウンおよび省スペース化を図ることができる。
【００１３】請求項７に記載の発明は、請求項１ないし
請求項６のいずれかに記載のエマルジョン製造装置にお
いて、前記昇圧ポンプは、可変容量形であることを特徴
とするものである。この発明によれば、昇圧ポンプとし
て可変容量形のポンプを用いたので、昇圧ポンプの吐出
圧を自由に設定でき、隔壁の小孔から噴出する混合液の
速度や圧力を簡単に調整できる。
【００１４】請求項８に記載の発明は、請求項１ないし
請求項７のいずれかに記載のエマルジョン製造装置にお
いて、前記昇圧ポンプの上流側には、前記混合手段で製
造された混合液を前記昇圧ポンプに圧送する予圧送ポン
プが設けられていることを特徴とするものである。この
発明によれば、予圧送ポンプにより、昇圧ポンプ入口側
の混合液の流体圧を高くできるので、昇圧ポンプ入口で
のキャビテーションを防止できる。
【００１５】請求項９に記載の発明は、請求項１ないし
請求項８のいずれかに記載のエマルジョン製造装置にお
いて、前記乳化手段は、筒状の本体を有し、この本体内
には、前記隔壁同士間の間隔、および／または前記隔壁
と前記本体内の一端との間の間隔を一定に保つスペーサ
が配置され、前記スペーサは、前記本体の長手方向に沿
って前記隔壁と交互に配列され、前記隔壁およびスペー
サは、前記本体内に配置されるスプリングによって前記
本体の長手方向に沿う一方向に付勢されて前記本体に押
し当てられていることを特徴とするものである。この発
明によれば、筒状の本体内に隔壁とスペーサとが交互に
配列され、これら隔壁およびスペーサがスプリングによ
って本体内の端部に付勢されているから、隣り合う隔壁
間の間隔等を一定に保持できて、本体内に複数の部屋を
容易に形成できる。また、筒状の本体内に隔壁およびス
ペーサを交互に挿入して、これら隔壁およびスペーサを
スプリングで付勢するだけで、隔壁を位置決め・固定で
きるので、乳化手段の組み立て作業を容易にできる。
【００１６】請求項１０に記載の発明は、請求項１ない
し請求項９のいずれかに記載のエマルジョン製造装置に
おいて、前記複数の液体は、水および燃料の２種類の液
体であることを特徴とするものである。この発明によれ
ば、水エマルジョン燃料を製造でき、これをエンジンに
利用すれば排気中のＮＯｘや黒鉛等を低減することがで
きる。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１には、本発明の一実施形態に
係るエマルジョン製造装置１が示されている。エマルジ
ョン製造装置１は、複数の液体、たとえば水、燃料、お
よび界面活性剤を乳化状態に混合して水エマルジョン燃
料を製造するものであり、本実施形態では、この水エマ
ルジョン燃料をエンジンの燃料系統に供給している。液
体供給装置１０、混合手段２０、予圧送ポンプとしての
フィードポンプ３０、フィルタ４０、昇圧ポンプ５０、
乳化手段６０、およびリリーフ弁７０を備えている。
【００１８】液体供給装置１０は、水、燃料、および界
面活性剤がそれぞれ収納された水タンク１０Ｗ、燃料タ
ンク１０Ｆ、および界面活性剤タンク１０Ｓを備えてい
る。各タンク１０Ｗ，１０Ｆ，１０Ｓの出口には、流出
流量を調整するための流量調整弁１１Ｗ，１１Ｆ，１１
Ｓが設けられている。これら流量調整弁１１Ｗ，１１
Ｆ，１１Ｓの下流側には混合手段２０が配置されてお
り、各タンク１０Ｗ，１０Ｆ，１０Ｓからの流体は各流
量調整弁１１Ｗ，１１Ｆ，１１Ｓを通過した後に合流し
て混合手段２０に流れ込むようになっている。
【００１９】混合手段２０は、図２および図３に示すよ
うに、電動モータ２０Ａが内部に収納された基台２１を
備え、この基台２１上には、上端開口が蓋部２２Ａで閉
じられかつ下端開口が基台２１上面で閉じられた円筒状
の本体２２が立設されている。本体２２内中心部におい
て、蓋部２２Ａの下部には、本体２２よりも径の小さい
円筒部材２３が下方に突出して設けられ、この円筒部材
２３は、上端が蓋部２２Ａ下面に固定されているととも
に、下端が基台２１の上面近くで下方へ開口している。
円筒部材２３の外周面には、本体２２の内径と略同じ大
きさの径を有する円盤部材２４が円筒部材２３の長手方
向（上下方向）に沿って複数枚設けられ、これら円盤部
材２４には、多数の小孔２４Ａが形成されている。この
ような円盤部材２４は、たとえばパンチングメタル等を
用いて構成すればよい。なお、各円盤部材２４は、当該
円盤部材２４上部に十字状（図３）に配置された４枚の
側面略三角形状（図２）の補強部材２４１によって、円
筒部材２３への取付強度が補強されている。円筒部材２
３下端の開口付近には、円筒部材２３の軸線と略同一の
軸線上に回転軸を有したインペラ２５が配置され、この
インペラ２５は、前述した基台２１内部の電動モータ２
０Ａによって回転されるようになっている。
【００２０】このような混合手段２０の本体２２には、
２個所の入口２０１，２０２と、２個所の出口２０３，
２０４とが設けられている。２個所の入口２０１，２０
２は、両方とも蓋部２２Ａの略中央に形成され、それぞ
れ本体２２の外側と円筒部材２３内部とを連通してい
る。入口２０１，２０２のうち、第１入口２０１は、各
タンク１０Ｗ，１０Ｆ，１０Ｓからの水、燃料、および
界面活性剤を円筒部材２３内に導入するための開口であ
り、第２入口２０２は、混合手段２０よりも下流に配置
された乳化手段６０またはリリーフ弁７０を通過した液
体を再び円筒部材２３内に導入するための開口である。
【００２１】２個所の出口２０３，２０４は、両方とも
本体２２の側面部分に形成され、それぞれ本体２２の内
外を連通している。出口２０３，２０４のうち、第１出
口２０３は、本体２２内の液体をフィードポンプ３０に
供給するための開口であり、最も上方に配置された円盤
部材２４よりも上方に位置している。第２出口２０４
は、本体２２内の液体を排出するための開口であり、基
台２１の上面付近に位置している。なお、第２出口２０
４は通常閉じられており、本体２２内を空にしたいとき
に第２出口２０４を開くことで本体２２内の液体を全て
排出できるようになっている。
【００２２】このような混合手段２０の構成において、
本体２２内に液体が略充満されている状態では、各入口
２０１，２０２から円筒部材２３内に流入した液体は、
回転するインペラ２５によって、円筒部材２３下端の開
口から円筒部材２３の外側に流れ出る。ここで、最も下
方に配置された円盤部材２４の下面と、本体２２の内周
面と、基台２１の上面とである程度閉鎖された空間Ａ
（図２中一点鎖線で囲まれた空間Ａ）が形成されている
ので、インペラ２５によって、この空間Ａ内で液体が攪
拌されて、水、燃料、および界面活性剤が均一に混ぜ合
わせられる。
【００２３】攪拌された液体はインペラ２５の回転力に
よって上昇し、各円盤部材２４の小孔２４Ａを通り抜け
ていく。これにより、水、燃料、および界面活性剤がよ
り均一に混ぜ合わされる。インペラ２５によって攪拌さ
れた液体は本体２２下部では旋回流であるが、複数枚の
円盤部材２４の小孔２４Ａを通り抜けていくうちに整流
されるので、本体２２上部では略上昇流のみとなる。こ
のため、最上段の円盤部材２４よりも上方に位置する第
１出口２０３からは、整流された混合液を取り出すこと
が可能となる。そして、このような混合液は、第１出口
２０３からフィードポンプ３０に供給される。
【００２４】図１に戻って、フィードポンプ３０は、混
合手段２０で製造された混合液を圧送して昇圧ポンプ５
０に供給するためのポンプであり、本実施形態では、エ
マルジョン製造装置１で製造された水エマルジョン燃料
を利用するエンジンにおける燃料系統のフィードポンプ
が用いられている。このようなフィードポンプ３０は、
前述したエンジンのクランクシャフトやカムシャフト等
から駆動力を得ている。フィードポンプ３０の吐出圧
は、当該フィードポンプ３０よりも下流に配置された昇
圧ポンプ５０の入口圧が負圧（大気圧に対して）となら
ない程度に設定されていればよい。このようにすること
で、昇圧ポンプ５０の入口でキャビテーションを防止で
きるようになる。フィルタ４０は、液体中のゴミや汚れ
を取り除くためのものであり、本実施形態では、前述し
たエンジンの燃料系統の燃料フィルタが用いられてい
る。
【００２５】昇圧ポンプ５０は、可変容量形のプランジ
ャポンプであり、たとえば斜軸式アキシャル形プランジ
ャポンプ、斜板式アキシャル形プランジャポンプや回転
シリンダ式ラジアル形プランジャポンプ等が挙げられ
る。このような昇圧ポンプ５０は、回転速度が変更可能
な電動モータ５０Ａによって駆動されている。ここで、
昇圧ポンプ５０の吐出圧は、５ＭＰａ〜１５ＭＰａに設
定されている。
【００２６】乳化手段６０およびリリーフ弁７０は、昇
圧ポンプ５０の下流側に並列に設けられている。リリー
フ弁７０は、安全弁としての役割を果たしており、乳化
手段６０の入口圧がリリーフ弁７０の設定圧を超える
と、リリーフ弁７０が液体を混合手段２０へ逃がすよう
になっている。
【００２７】乳化手段６０は、図４ないし図６に示すよ
うに、円筒状の本体６１を有し、この本体６１の左端の
開口には、介装部材６２１を介して左側蓋部６２が取り
付けられ、右端の開口には、右側蓋部６３が取り付けら
れている。左側蓋部６２は、キャップ状に形成され、凹
部空間６２Ｂが介装部材６２１に形成された連通孔６２
１Ａを介して本体６１の円筒内と連通されている。左側
蓋部６２には、本体６１の長手方向と略直交する方向
（図４の紙面直交方向）に入口６２Ａが形成され、左側
蓋部６２の内外を連通している。入口６２Ａは、凹部空
間６２Ｂの上部、すなわち凹部空間６２Ｂの中心からオ
フセットされた位置に円周方向に向かって形成されてお
り、液体は、入口６２Ａから流入すると、凹部空間６２
Ｂの壁面に沿って流れて旋回流となる（図５参照）。一
方、右側蓋部６３には、本体６１の長手方向に沿って出
口６３Ａが形成されている。
【００２８】本体６１の内部には、長手方向に沿って複
数、本実施形態では３枚の円盤状の隔壁６４が配列され
ており、隔壁６４同士の間、隔壁６４と右側蓋部６３と
の間には薄肉円筒状の本発明のスペーサとしての第１ス
ペーサ６５がそれぞれ設けられている。これにより、本
体６１内には、隔壁６４で区切られた複数の部屋６１Ａ
が形成されている。また、各隔壁６４には、隣り合う部
屋６１Ａ同士を連通する複数の小孔６４Ａが形成され、
本実施形態では１２０°ずつ互いに間隔をあけた３つの
小孔６４Ａ形成されている。ここで、本体６１の長手方
向から見た際、隣り合う隔壁６４の小孔６４Ａの位置が
互いに重ならないように、各小孔６４Ａが配置されてい
る。このような小孔６４Ａは、図４中左側から右側に向
かうほど縮径する縮径孔部６４１、および縮径孔部６４
１の右側（小径側）に連続して形成された円筒孔部６４
２で構成されている。円筒孔部６４２の相当円直径Ｄ
は、０．５ｍｍ〜２ｍｍに設定されている。
【００２９】本体６１の内部において、図４中最も左側
に配置された隔壁６４の左側には、薄肉円筒状の第２ス
ペーサ６６が配置され、この第２スペーサ６６の左側に
は、円盤状のばね受け部材６７が配置されている。これ
により、最も左側に配置された隔壁６４とばね受け部材
６７との間にも部屋６１Ａが形成されることとなる。ば
ね受け部材６７には、ばね受け部材６７を挟んで左側の
空間と右側の空間とを連通する連通孔６７Ａが形成され
ている。このばね受け部材６７の連通孔６７Ａおよび前
述した介装部材６２１の連通孔６２１Ａは、両方とも軸
方向が本体６１の長手方向に沿っているとともに、互い
にオフセットされている。
【００３０】ばね受け部材６７と介装部材６２１との間
にはスプリング６８が配置されている。介装部材６２１
は本体６１の左側端部に固定されているから、ばね受け
部材６７は、スプリング６８によって図４中右側に付勢
され、ばね受け部材６７よりも図中右側に配置された隔
壁６４およびスペーサ６５，６６も右側に付勢される。
このことにより、隔壁６４、スペーサ６５，６６、およ
びばね受け部材６７は、本体６１の右側端部に固定され
た右側蓋部６３に押し当て、これら隔壁６４、スペーサ
６５，６６、およびばね受け部材６７が位置決めされ
る。
【００３１】ここで、このように構成された乳化手段６
０の組み立て順序について説明すると、まず、本体６１
に右側蓋部６３を取り付けた後、本体６１内に隔壁６
４、スペーサ６５，６６、およびばね受け部材６７を配
列する。次に、本体６１内にスプリング６８を挿入し、
本体６１の左側端部に介装部材６２１および左側蓋部６
２を取り付けて乳化手段６０の組み立てが完了する。こ
のように、スプリング６８および第１スペーサ６５を用
いることで、隔壁６４の位置決めが容易となり、乳化手
段６０の組み立て作業が簡単になる。
【００３２】このような乳化手段６０の構成において、
本体６１内に液体が略充満されている状態では、昇圧ポ
ンプ５０によって圧送されて入口６２Ａから左側蓋部６
２に流入した混合液は、旋回流となり、オフセットされ
た介装部材６２１の連通孔６２１Ａおよびばね受け部材
６７の連通孔６７Ａを順に通り抜けていくことで、さら
に混ぜ合わせられる。そして、このように混ぜ合わせら
れた混合液は、各隔壁６４の小孔６４Ａを通り抜けて、
当該隔壁６４を挟んだ左側の部屋６１Ａから右側の部屋
６１Ａへ流入する。ここで、小孔６４Ａの円筒孔部６４
２の相当円直径が０．５ｍｍ〜２ｍｍとされているとと
もに、昇圧ポンプ５０の吐出圧が５ＭＰａ〜１５ＭＰａ
に設定されているから、混合液は、隔壁６４の小孔６４
Ａから右側の部屋６１Ａに高速かつ高圧で噴出されるこ
ととなる。この際、隔壁６４の小孔６４Ａから噴出され
た混合液と、右側の部屋６１Ａに充満している混合液と
で流体摩擦が生じるので、この摩擦により混合液の粒子
が***して、粒径の小さい水エマルジョン燃料が得られ
るようになる。
【００３３】次に、昇圧ポンプ５０の吐出圧と、水エマ
ルジョン燃料の粒径の大きさとの関係を、図７のグラフ
を参照しながら説明する。図７のグラフにおいて、縦軸
は水エマルジョン燃料の粒径の大きさを示し、横軸は、
昇圧ポンプ５０の吐出圧の大きさ、すなわち乳化手段６
０の入口圧の大きさを示しており、乳化手段６０の入口
圧が高くなるにつれて、水エマルジョン燃料の粒径が小
さくなることが分かる。水エマルジョン燃料は、粒径が
大きいと燃料と水とが分離して不均一になりやすいの
で、粒径の大きい水エマルジョン燃料をエンジンに使用
した場合、エンジンの性能が安定しないという不具合が
生じる。このため、水エマルジョン燃料の粒径を小さく
することが望ましい。
【００３４】本実施形態のエマルジョン製造装置１のよ
うに、乳化手段６０で製造した後、連続的にエンジン
（たとえば、燃料系統の燃料噴射ポンプ）に供給するよ
うなシステムであった場合には、水エマルジョン燃料の
製造から使用までの時間が長くないので、平均粒径の大
きさが約２．５μｍ以下であればよく、粒径約２．５μ
ｍ以下の水エマルジョン燃料を製造するためには、乳化
手段６０の入口圧、すなわち昇圧ポンプ５０の吐出圧の
下限を５ＭＰａ以上とすればよいことがグラフから分か
る。一方、昇圧ポンプ５０の耐久性やエネルギー消費等
を考慮すると、上限を１５ＭＰａ以下にすることが好ま
しい。つまり、乳化手段６０の入口圧（昇圧ポンプ５０
の吐出圧）を、５ＭＰａ〜１５ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃ
ｍ2〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ2）に設定することが好まし
い。
【００３５】また、平均粒径が２μｍ以下である水エマ
ルジョン燃料は、長期にわたって分離が進みにくくて安
定しているので、停止と作動を繰り返すエンジンの燃料
として最適であり、このような粒径２μｍ以下の水エマ
ルジョン燃料を製造するためには、乳化手段６０の入口
圧の下限を約７．５ＭＰａ以上にすることが望ましい。
さらに、グラフからも分かるように、乳化手段６０の入
口圧を１２ＭＰａよりも大きく設定しても、粒径の低減
効果が小さい。このことにより、省エネルギー化を図る
ためにも乳化手段６０の入口圧の上限を１２ＭＰａ以下
にすることがより望ましい。
【００３６】上述したように、製造したい水エマルジョ
ン燃料の粒径の大きさ等によって、乳化手段６０の入口
圧の大きさ、すなわち昇圧ポンプ５０の吐出圧の大きさ
を、５ＭＰａ〜１５ＭＰａの範囲で適宜設定すればよ
い。昇圧ポンプ５０の吐出圧の大きさは、昇圧ポンプ５
０を駆動させる電動モータ５０Ａの回転速度を変更した
り、昇圧ポンプ５０がたとえば斜板式アキシャル形プラ
ンジャポンプで合った場合、斜板角度を変えて吐出容量
を変更したりすることで任意に設定できる。
【００３７】上述では、昇圧ポンプ５０の吐出圧と、水
エマルジョン燃料の粒径の大きさとの関係を説明した
が、乳化手段６０における隔壁６４の小孔６４Ａの大き
さによっても、製造される水エマルジョン燃料の粒径の
大きさが変化する。本実施形態では、小孔６４Ａの相当
円直径Ｄを０．５ｍｍ〜２ｍｍとすることで、混合液の
小孔６４Ａから高圧かつ高速（たとえば４０〜５０ｍ／
ｓ）で噴出できるようにして、小孔６４Ａから噴出され
た混合液と、噴出した側の部屋６１Ａに充満している混
合液とで生じる流体摩擦を大きくしている。これによ
り、粒径がより微細化された分離しにくい乳化状態の混
合液が製造できるようになる。なお、小孔６４Ａの相当
円直径を０．５ｍｍよりも小さくすると、混合液が小孔
６４Ａを通るときの抵抗が大きくなりすぎるため効率の
よい混合を行うことができない。一方、小孔６４Ａの相
当円直径を２ｍｍよりも大きくすると、生じる流体摩擦
が小さいため、混合液を十分な乳化状態にすることがで
きない可能性がある。
【００３８】次に、本実施形態の作用を説明する。ま
ず、流量調整弁１１Ｗ，１１Ｆ，１１Ｓによって、適量
ずつの水、燃料、界面活性剤が、液体供給装置１０から
混合手段２０に供給される。混合手段２０のおいて、イ
ンペラ２５等で略均一に混合された混合液は、フィード
ポンプ３０によって圧送され、フィルタ４０を通って、
昇圧ポンプ５０に供給される。昇圧ポンプ５０によって
乳化手段６０に圧送された混合液は、上述したように隔
壁６４の小孔６４Ａから高圧かつ高速で噴出されること
で安定した乳化状態となる。つまり、良質な水エマルジ
ョン燃料が製造される。このようにして製造された水エ
マルジョン燃料は、図示しないエンジンの燃料系統の燃
料噴射ポンプ等に供給される。なお、乳化手段６０の小
孔６４Ａ等が詰まる等の不具合があった場合には、乳化
手段６０の入口圧が通常よりも大きくなるため、リリー
フ弁７０が開いて、昇圧ポンプ５０で圧送された混合液
が混合手段２０へ逃がされる。
【００３９】ここで、エマルジョン製造装置１からエン
ジンへ供給する水エマルジョン燃料の供給量を、エンジ
ンで使用する水エマルジョン燃料の使用量よりも大きく
設定しておき、図１に示すように、余剰製造した水エマ
ルジョン燃料を再び混合手段２０に戻す構成としてもよ
い。このようにすれば、混合手段２０内には、ある程度
の量の水エマルジョン燃料が常に収容されていることと
なるから、エマルジョン製造装置１の始動時においても
安定した良質の水エマルジョン燃料をエンジンに供給で
きるようになる。
【００４０】上述のような本実施形態によれば、次のよ
うな効果がある。 （１）乳化手段６０において、隔壁６４の小孔６４Ａか
ら高圧かつ高速で噴出された混合液と、噴出された側の
部屋６１Ａに充満している混合液とで流体摩擦が生じる
ので、混合液を粒径の細かい乳化状態にすることがで
き、安定した良質な水エマルジョン燃料を得ることがで
きる。また、混合手段２０で複数の液体同士を略均一に
混合して、この混合液を乳化手段６０に供給しているか
ら、均一に混ぜ合わされた水エマルジョン燃料を製造で
きる。さらに、エマルジョン製造装置１は、混合手段２
０および構造が簡単な乳化手段６０から構成されている
ので、装置全体を小型化できるとともに、コストダウン
を図ることができる。
【００４１】（２）乳化手段６０において、隔壁６４の
小孔６４Ａの相当円直径を０．５ｍｍ〜２ｍｍとしてい
るため、より高圧かつ高速（たとえば４０〜５０ｍ／
ｓ）で小孔６４Ａから混合液を噴出でき、流体摩擦をよ
り大きくできる。これにより、混合液を粒径がより細か
くて分離しにくい乳化状態にすることができる。
【００４２】（３）昇圧ポンプ５０の吐出圧を５ＭＰａ
〜１５ＭＰａとしたので、乳化手段６０の小孔６４Ａか
ら混合液を高圧かつ高速で噴出でき、混合液を粒径がよ
り細かくて分離しにくい乳化状態にすることができる。
【００４３】（４）水および燃料の表面張力を下げる界
面活性剤を用いているので、分離しにくい安定した水エ
マルジョン燃料を作ることができる。
【００４４】（５）回転速度が変更可能な電動モータ５
０Ａによって昇圧ポンプ５０を駆動しているので、電動
モータ５０Ａの回転速度を任意に設定することで、昇圧
ポンプ５０の吐出流量を容易に調整できて、乳化手段６
０における小孔６４Ａから噴出する混合液の速度や圧力
を容易に調整できる。
【００４５】（６）昇圧ポンプ５０として可変容量形の
ポンプを用いたので、昇圧ポンプ５０の吐出圧を自由に
設定でき、乳化手段６０の小孔６４Ａから噴出する混合
液の速度や圧力を簡単に調整できる。
【００４６】（７）昇圧ポンプ５０の上流側にフィード
ポンプ３０を設けたので、昇圧ポンプ５０入口側の混合
液の流体圧を高くでき、昇圧ポンプ５０入口でのキャビ
テーションを防止できる。
【００４７】（８）乳化手段６０において、本体６１内
に隔壁６４と第１スペーサ６５とが交互に配列され、こ
れら隔壁６４および第１スペーサ６５がスプリング６８
によって右側蓋部６３に付勢されているから、隣り合う
隔壁６４間の間隔等を一定に保持できて、本体６１内に
複数の部屋を容易に形成できる。また、本体６１内に隔
壁６４および第１スペーサ６５を交互に挿入して、これ
ら隔壁６４および第１スペーサ６５をスプリング６８で
付勢するだけで、隔壁６４を位置決め・固定できるの
で、乳化手段６０の組み立て作業を容易にできる。
【００４８】（９）エマルジョン製造装置１で水エマル
ジョン燃料を製造して、これをエンジンに供給している
ので、当該エンジンの排気中のＮＯｘや黒鉛等を低減す
ることができる。
【００４９】なお、本発明は前記実施形態に限定される
ものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変
形、改良は、本発明に含まれるものである。たとえば、
前記実施形態では、乳化手段６０において、スペーサ６
５，６６およびスプリング６８を用いることにより、本
体６１内に隔壁６４を位置決め固定したが、溶接等の接
着手段で隔壁５４を本体６１内に位置決め固定してもよ
く、このような場合も本発明に含まれる。
【００５０】前記実施形態では、フィードポンプ３０を
設けたが、フィードポンプ３０は特に設けなくともよ
い。しかし、昇圧ポンプ５０の入口でのキャビテーショ
ンを防止するためにフィードポンプ３０を設けることが
望ましい。また、フィードポンプ３０として、エマルジ
ョン製造装置１で製造した水エマルジョン燃料を利用す
るエンジンのフィードポンプを用いたが、エンジンのフ
ィードポンプと別個のポンプを用いてもよい。
【００５１】前記実施形態では、昇圧ポンプ５０が可変
容量形のプランジャポンプであったが、プランジャポン
プでなくともよく、また、定容量形のポンプであっても
よい。また、前記実施形態では、昇圧ポンプ５０を電動
モータ５０Ａで駆動させたが、たとえば、エンジンのク
ランクシャフトやカムシャフト等から駆動力を取り出し
て昇圧ポンプ５０を駆動してもよい。このような場合、
昇圧ポンプ５０を駆動するための別体の電動モータ５０
Ａが不要になるから、部品点数を低減できるとともに、
コストダウンおよび省スペース化を図ることができる。
【００５２】前記実施形態では、エマルジョン製造装置
１に安全弁としてリリーフ弁７０を設けたが、たとえば
図８に示すようなエマルジョン製造装置１Ａであっても
よい。図８において、エマルジョン製造装置１Ａは、昇
圧ポンプ５０の電動モータ５０Ａの回転数を制御するコ
ントローラ８２を備えている。このコントローラ８２
は、昇圧ポンプ５０および乳化手段６０間の流路に設け
られた圧力センサ８１からの出力信号に応じて、すなわ
ち乳化手段６０の入口圧に応じて電動モータ５０Ａの回
転数を変更する。このようなエマルジョン製造装置１Ａ
において、乳化手段６０の小孔６４Ａ等が詰まる等の不
具合があった場合、乳化手段６０の入口圧が通常よりも
大きくなるので、コントローラ８２は、圧力センサ８１
からの出力信号に基づいて電動モータ５０Ａの回転数を
下げ、昇圧ポンプ５０の吐出容量を小さくする。これに
より、乳化手段６０の入口圧を常に一定に保つことがで
き、乳化手段６０に無理な負荷がかかるのを防止でき
る。
【００５３】前記実施形態では、水、燃料、および界面
活性剤を混ぜ合わせて水エマルジョン燃料を製造した
が、界面活性剤は必ずしも用いる必要はなく、界面活性
剤を用いずに、水および燃料だけを混ぜ合わせて水エマ
ルジョン燃料を製造した場合も本発明に含まれる。
【００５４】前記実施形態では、昇圧ポンプ５０の吐出
圧を５ＭＰａ〜１５ＭＰａとしたが、この数値範囲外の
値に設定してもよく、このような場合、昇圧ポンプ５０
の吐出圧の値に適宜対応して、乳化手段６０における隔
壁６４の小孔６４Ａの相当円直径Ｄの大きさを変えるこ
とで、小孔６４Ａから液体を高圧・高速で噴出できるよ
うになる。
【００５５】前記実施形態では、乳化手段６０におい
て、隔壁６４の小孔６４Ａの相当円直径を０．５ｍｍ〜
２ｍｍとしたが、この数値範囲外の値に設定してもよ
く、このような場合、小孔６４Ａの相当円直径Ｄの値に
適宜対応して、昇圧ポンプ５０の吐出圧の大きさを変え
ることで、小孔６４Ａから液体を高圧・高速で噴出でき
るようになる。
【００５６】前記実施形態では、エマルジョン製造装置
１は、製造した水エマルジョン燃料を連続的にエンジン
に供給したが、たとえば水エマルジョン燃料を貯蓄タン
クにためるようにしてもよく、このような場合も本発明
に含まれる。
【００５７】前記実施形態では、エマルジョン製造装置
１によって、水、燃料、および界面活性剤を混ぜ合わせ
て水エマルジョン燃料を製造したが、エマルジョン製造
装置１を、たとえば、農業、化粧品、食品、医療等の分
野における乳化剤（エマルジョン）の製造および各液体
の混合に用いてもよい。
【００５８】
【発明の効果】本発明のエマルジョン製造装置によれ
ば、分離しにくい安定したエマルジョンを製造できると
ともに、コストダウンおよび小型化を図ることができる
という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエマルジョン製造装
置の概略を示すブロック図である。
【図２】前記実施形態における混合手段を示す縦断面図
である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】前記実施形態における乳化手段を示す縦断面図
である。
【図５】図４のV−V線に沿った断面図である。
【図６】図４のVI−VI線に沿った断面図である。
【図７】前記実施形態における粒径の大きさと乳化手段
の入口圧の大きさとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１ エマルジョン製造装置 ２０ 混合手段 ３０ 予圧送ポンプであるフィードポンプ ５０ 昇圧ポンプ ５０Ａ 電動モータ ６０ 乳化手段 ６１ 本体 ６１Ａ 部屋 ６４ 隔壁 ６４Ａ 小孔 ６５ スペーサである第１スペーサ ６８ スプリング
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ１０Ｌ 1/32 ＣＳＥ Ｃ１０Ｌ 1/32 ＣＳＥＤ

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 少なくとも２種類以上の液体同士を混合
    してエマルジョンを製造するエマルジョン製造装置であ
    って、 前記複数の液体同士を略均一に混ぜ合わせる混合手段
    と、 この混合手段で製造された混合液を昇圧する昇圧ポンプ
    と、 この昇圧ポンプから圧送された混合液を乳化状態にする
    乳化手段とを備え、 前記乳化手段は、前記混合液が流入する複数の部屋を有
    し、 前記複数の部屋は、各部屋間に配置される隔壁によって
    区切られ、 前記隔壁には、当該隔壁を挟んで隣り合う前記部屋同士
    を連通する少なくとも１つ以上の小孔が形成されている
    ことを特徴とするエマルジョン製造装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のエマルジョン製造装置
    において、 前記隔壁の小孔の相当円直径は、０．５ｍｍ〜２ｍｍで
    あることを特徴とするエマルジョン製造装置。
  3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載のエマル
    ジョン製造装置において、 前記昇圧ポンプの吐出圧は、５ＭＰａ〜１５ＭＰａであ
    ることを特徴とするエマルジョン製造装置。
  4. 【請求項４】 請求項１ないし請求項３のいずれかに記
    載のエマルジョン製造装置において、 前記混合手段は、前記複数の液体と界面活性剤とを略均
    一に混ぜ合わせることを特徴とするエマルジョン製造装
    置。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
    載のエマルジョン製造装置において、 前記昇圧ポンプは、回転速度が変更可能な電動モータに
    よって駆動されていることを特徴とするエマルジョン製
    造装置。
  6. 【請求項６】 請求項１ないし請求項４のいずれかに記
    載のエマルジョン製造装置において、 前記昇圧ポンプは、前記乳化手段で乳化状態にされた混
    合液を燃料として利用するエンジンによって駆動されて
    いることを特徴とするエマルジョン製造装置。
  7. 【請求項７】 請求項１ないし請求項６のいずれかに記
    載のエマルジョン製造装置において、 前記昇圧ポンプは、可変容量形であることを特徴とする
    エマルジョン製造装置。
  8. 【請求項８】 請求項１ないし請求項７のいずれかに記
    載のエマルジョン製造装置において、 前記昇圧ポンプの上流側には、前記混合手段で製造され
    た混合液を前記昇圧ポンプに圧送する予圧送ポンプが設
    けられていることを特徴とするエマルジョン製造装置。
  9. 【請求項９】 請求項１ないし請求項８のいずれかに記
    載のエマルジョン製造装置において、 前記乳化手段は、筒状の本体を有し、 この本体内には、前記隔壁同士間の間隔、および／また
    は前記隔壁と前記本体内の一端との間の間隔を一定に保
    つスペーサが配置され、 前記スペーサは、前記本体の長手方向に沿って前記隔壁
    と交互に配列され、 前記隔壁およびスペーサは、前記本体内に配置されるス
    プリングによって前記本体の長手方向に沿う一方向に付
    勢されて前記本体に押し当てられていることを特徴とす
    るエマルジョン製造装置。
  10. 【請求項１０】 請求項１ないし請求項９のいずれかに
    記載のエマルジョン製造装置において、 前記複数の液体は、水および燃料の２種類の液体である
    ことを特徴とするエマルジョン製造装置。
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