JP2009286884A - Emulsion fuel and method and apparatus for producing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水と植物油と鉱物油、または水と植物油もしくは鉱物油を安定した状態で混合したエマルジョン燃料及びその生成方法と生成装置に関するものである。 The present invention relates to an emulsion fuel in which water and vegetable oil and mineral oil, or water and vegetable oil or mineral oil are mixed in a stable state, and a production method and production apparatus thereof.
近年、石油価格の高騰対策や地球温暖化防止対策として、水と油を混合してエマルジョン化し、燃焼とすることにより、水蒸気爆発を発生させ、高い燃焼熱を得るエマルジョン燃料が研究開発されている。 In recent years, emulsion fuels have been researched and developed to produce a steam explosion and generate high combustion heat by mixing water and oil into an emulsion and burning it as a countermeasure against rising oil prices and global warming. .
本来、水は不活性で、比熱も大きいいため、一般的には、基燃油に水分が混入すると燃焼速度は下がる方向にある。しかしエマルジョン燃料組成物中の水が、沸点以上に達すると、水蒸気爆発の現象を起こし、水のイオン結合から切り離された水素が燃焼することにより、油のみを燃焼する場合よりも高い燃焼エネルギーが発生されることが周知とされている。 Since water is inherently inactive and has a large specific heat, generally, when water is mixed into the base fuel oil, the combustion rate tends to decrease. However, when the water in the emulsion fuel composition reaches the boiling point or higher, a phenomenon of steam explosion occurs, and hydrogen separated from the ionic bond of water burns, resulting in higher combustion energy than when only oil is burned. It is well known that it is generated.
またエマルジョン燃料は、水が可燃剤となるため、地球温暖化の主要因である温室効果ガスの排出を抑制することが可能であるため、その早期実用化が望まれている。 Moreover, since emulsion fuel can suppress the discharge | emission of the greenhouse gas which is a main cause of global warming since water becomes a combustible agent, the early practical use is desired.
しかし、現在開発されているエマルジョン燃料の殆どは、水と油を安定して乳化状態にするために特殊な乳化剤を使用したもので、低温での粘性が高く流動性が悪いことと、比熱の大きな水粒子のため燃焼熱が奪われ、十分な燃焼エネルギーが得られないことが問題となり、商用実用化されてない(特許第７７６１８８号・特許第３１０３９２３号)。 However, most of the emulsion fuels that are currently developed use special emulsifiers to stabilize water and oil in an emulsified state. They have high viscosity at low temperatures and poor fluidity, and have a specific heat. The problem is that combustion heat is lost due to the large water particles, and sufficient combustion energy cannot be obtained, which has not been put into commercial use (Japanese Patent Nos. 766188 and 3103923).
また最近では、エマルジョン燃料の希釈水である水を、共鳴電磁波や電磁場エネルギー等により、活性化して油との乳化を促進して燃料として利用するものが提案されておりエマルジョンの安定性も良好のようである(特開２００８−４５０２２)。しかしこの方法によると、多量の塩化ナトリウムを添加しているため漏液した際の機器の腐食や気温が低下した際の塩化ナトリウム溶解物の沈殿による配液パイプのつまり等が懸念される。 Recently, water that is diluted with emulsion fuel has been proposed to be used as a fuel by activating emulsification with oil by resonance electromagnetic waves, electromagnetic field energy, etc., and the stability of the emulsion is also good. (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-45022). However, according to this method, since a large amount of sodium chloride is added, there is a concern about the corrosion of the equipment when the liquid leaks, clogging of the distribution pipe due to the precipitation of the sodium chloride solution when the temperature drops.
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、加熱圧縮された空気を、水または水と植物油の混合状態に、注入することにより、水自体を安定したエマルジョン混合が可能な機能である高いｐＨと大きな界面活性力の可燃剤とし、水と植物油のエマルジョン燃料を生成する方法及び生成装置、およびその水と植物油のエマルジョン燃料を乳化剤として鉱物油と加熱圧縮空気で曝気された水を親和混合して水自体を可燃剤とした水と鉱物油のエマルジョン燃料を生成する方法及び生成装置を提供することを目的としている。
このような課題を解決するために本発明者は、高圧ブロワーを用いて空気を圧縮することで発生させた加熱圧縮空気について、サーモグラフィ等により鋭意研究を重ねた結果、この加熱圧縮空気の発生条件を適宜変更することで、水と植物油が安定したエマルジョン混合ができる加熱圧縮空気が発生することを見出し、本発明をなすに至った。 In order to solve such a problem, the present inventor conducted extensive research on thermocompression etc. with respect to heated compressed air generated by compressing air using a high-pressure blower. By appropriately changing the above, it was found that heated compressed air capable of stably mixing water and vegetable oil was generated, and the present invention was achieved.
すなわち、上記課題を解決するために本発明のエマルジョン燃料生成方法は、空気の吐出圧力及び吐出温度を調節することにより、加熱圧縮空気から発生される5〜10THzの遠赤外線領域の共鳴電磁波で空気中のN,O,H20の水素結合を切り離す。 That is, in order to solve the above-mentioned problem, the emulsion fuel generation method of the present invention adjusts the discharge pressure and discharge temperature of the air, thereby adjusting the air by the resonance electromagnetic wave in the far infrared region of 5 to 10 THz generated from the heated compressed air. The hydrogen bond of N, O, H 2 0 in the inside is cut off.
そして水素結合から分離した水素から放出される電子を窒素の外殻に取り込むことで活性窒素となり、アミン（ＮＨ2）またはアンモニア（ＮＨ3）を結合する。 Electrons released from hydrogen separated from the hydrogen bonds are taken into the outer shell of nitrogen to become active nitrogen, which binds amine (NH 2 ) or ammonia (NH 3 ).
この空気で水を曝気すると、水の水素結合も前述と同様に切り離され、水のクラスターが微細化し、小さくなった隙にナノバブル化された酸素と水素が安定して溶存される。この事は、この空気で曝気された水の溶存酸素が、長期間に渡り、通常水の１．５〜２倍の数値を示すことで証明されている。 When water is aerated with this air, the hydrogen bonds of water are also cut off in the same manner as described above, the water clusters become finer, and the nanobubbled oxygen and hydrogen are stably dissolved in the smaller gaps. This is proved by the fact that the dissolved oxygen of the water aerated with this air shows a value 1.5 to 2 times that of normal water over a long period of time.
また前述の活性窒素から結合されたＮＨ2またはＮＨ3が水溶し、水素ガスと水酸基ＯＨ-を発生し、水素はナノバブル化し、水のｐＨが上昇する。この事は、この空気で曝気された水のｐＨが、長期間に渡り、通常水より１〜２．５上昇することで証明されている。 Further, NH 2 or NH 3 bonded from the above-mentioned active nitrogen is dissolved in water to generate hydrogen gas and a hydroxyl group OH − , and hydrogen is nanobubbled to increase the pH of water. This is proved by the fact that the pH of the water aerated with this air rises by 1 to 2.5 over normal water over a long period of time.
前述したクラスターの小さくなった、ｐＨの高い水は、植物油を容易に、均一に溶解し、前述のナノバブル化した水素をも可燃剤とし植物油を基燃油としたエマルジョン燃料となる。 The above-described water having a small cluster and high pH easily dissolves the vegetable oil uniformly, and becomes an emulsion fuel in which the above-described nanobubbled hydrogen is used as a combustible and the vegetable oil is used as a base fuel.
この植物油を基燃油としたエマルジョン燃料を、鉱物油と水とエマルジョン混合すると、水から発生した水素を可燃剤とした燃料であるエマルジョン燃料が生成される。 When the emulsion fuel using the vegetable oil as the base fuel is mixed with the mineral oil and water, an emulsion fuel that is a fuel using hydrogen generated from the water as a combustible agent is generated.
またエマルジョン燃料生成方法は、水と植物油を攪拌混合している状態に、前述の加熱圧縮空気で曝気することによっても、上述と同様に、植物油を基燃剤としたエマルジョン燃料が生成でき、小型装置を用いて低コストで効率よくエマルジョン燃料を生成する作用を有することとなる。 In addition, the emulsion fuel generation method can generate emulsion fuel using vegetable oil as a base fuel as described above by aeration with the above-mentioned heated compressed air in a state where water and vegetable oil are mixed with stirring. It has the effect | action which produces | generates an emulsion fuel efficiently at low cost.
また本発明の第３のエマルジョン燃料生成方法は、前記吐出圧力は３０ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下の範囲に調節するとともに、前記吐出温度は４０℃以上２５０℃以下の範囲に調節するようにしたものである。従ってエマルジョン燃料を効率よく生成させる作用を有する。 In the third emulsion fuel production method of the present invention, the discharge pressure is adjusted to a range of 30 kPa to 150 kPa, and the discharge temperature is adjusted to a range of 40 ° C. to 250 ° C. Therefore, it has the effect | action which produces | generates an emulsion fuel efficiently.
本発明に係るエマルジョン燃料の生成方法によれば、小型装置を用いて、低コストで効率よくエマルジョン燃料を生成することができる。また、本発明に係るエマルジョン燃料生成装置によれば、装置の小型化及び低コスト化を実現でき、優れた汎用性が得られる。また水を５０%程度混入させ可燃剤とすることにより、地球温暖化の主要因である温室効果ガスの発生を低減することが可能となる。さらにバイオエチレンと混合したエマルジョン燃料を生成することにより一層、温室効果ガスの削減に効果的となる。 According to the method for producing emulsion fuel according to the present invention, emulsion fuel can be produced efficiently at low cost using a small apparatus. Moreover, according to the emulsion fuel production | generation apparatus which concerns on this invention, size reduction and cost reduction of an apparatus can be implement | achieved and the outstanding versatility is acquired. In addition, by mixing about 50% of water into a combustible agent, it becomes possible to reduce the generation of greenhouse gases, which is a major cause of global warming. Furthermore, by producing an emulsion fuel mixed with bioethylene, it becomes more effective in reducing greenhouse gases.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明に係るエマルジョン燃料の生成装置のフローチャートを示す。
図２は、エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置の内部の空気調整用の円板の平面図を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a flowchart of an apparatus for producing emulsion fuel according to the present invention.
FIG. 2 shows a plan view of an air conditioning disk inside the heated compressed air conditioning apparatus for producing emulsion fuel.
このエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１は、公知の送風ブロアまたは空気圧縮機２０から空気を取り込み、この空気の吐出圧力及び吐出温度を調節して、水素結合の固有振動数と共振する共鳴電磁波を発生する最適の熱エネルギー波を発生させ、空気や水の水素結合を分離することにより、植物油に安定して水が乳化混合されように構成されている。
すなわち、エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１は、金属製の円筒体からなる容器と、容器の内部であって、長さ方向中央部に設けられた金属製の貫通穴付円板（吐出圧力及び吐出温度の調節手段）２と金属製網４で構成され、容器の外部に設けられ、円板２によりエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１の内部に形成された二つの空間を連結させる配管と空気流量調整弁３とを備えている。
This heated compressed air adjusting device 1 for generating emulsion fuel takes in air from a known blower blower or
That is, the heated and compressed air adjusting device 1 for generating emulsion fuel includes a container made of a metal cylindrical body, and a disk with a metal through-hole (discharging inside the container and provided in the center in the length direction). Pressure and discharge temperature adjusting means) 2 and a metal net 4 are provided outside the container, and the two spaces formed inside the heated compressed air adjusting device 1 for generating the emulsion fuel are connected by the
エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１をなす円筒体は、その長さ方向一端部に 送風ブロアまたは空気圧縮機２０から空気が、空気配管１１０を通過して、エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１送り込まれ、空気の流量調整弁３及び４により、温度と圧力を調整した加熱圧縮空気として原水タンクに送られ、小口径の多くの開口を有するヘッダーパイプから微細な加熱圧縮空気が噴出され、原水を曝気する。
The cylindrical body forming the heated compressed air adjusting device 1 for generating the emulsion fuel is adjusted in the compressed air for generating the emulsion fuel by passing air from the blower blower or the
円板２は、図２に示すように、その厚さ方向に貫通する複数の貫通孔２Ａを有し、その貫通孔２Ａの貫通方向と空気の流出方向とが同一となるように、容器１内部の長さ方向中央部に立てて配置されている。なお、円板２に形成する貫通孔２Ａの個数や孔径は、容器１の寸法や、空気の吐出圧力及び吐出温度の調節範囲に応じて、適宜変更可能である。
そして、この円板２の貫通孔２Ａを通過する空気の吐出圧力及び吐出温度を調節することで、エマルジョン燃料生成用の加熱圧縮空気を発生させるように構成されている。
As shown in FIG. 2, the
And it is comprised so that the heating compressed air for emulsion fuel production | generation may be generated by adjusting the discharge pressure and discharge temperature of the air which passes 2 A of through-holes of this
エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１の外部配管の一部には、容器の内部に形成された二つの空間に封入された空気の温度や圧力を調節し、円板２の貫通孔２Ａを通過する空気の吐出圧力及び吐出温度を微調節するための空気流量調整弁３を備えている。
A part of the external piping of the heated compressed air adjusting device 1 for generating the emulsion fuel is adjusted with the temperature and pressure of the air enclosed in the two spaces formed inside the container, and the through hole 2A of the
次に、このエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１を用いて、エマルジョン燃料生成用の加熱圧縮空気を発生させる方法について説明する。
まず、送風ブロアまたは空気圧縮機２０から、空気配管１００を経て、エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１に空気を送り込む。
Next, a method of generating heated compressed air for generating emulsion fuel using the heated compressed air adjusting apparatus 1 for generating emulsion fuel will be described.
First, air is sent from the blower blower or the
次に、エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１の内部に封入された空気を、所定の吐出圧力（例えば、３０ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下）及び吐出温度（４０℃以上２５０℃以下）に調節しつつ、円板２の貫通孔２Ａを通過させることで、エマルジョン燃料生成用の加熱圧縮空気を発生させる。つまり、円板２の貫通孔２Ａを通過した後の空気が封入される空間にはエマルジョン燃料生成用の加熱圧縮空気が存在する。これは加熱圧縮された高圧空気が円板２の貫通孔２Ａを通過した際にジェット気流となって急激に拡散するため、空気中の水分子や窒素分子同士の水素結合と共振すると推測される共鳴電磁波が発生し、共振エネルギーが励起され、水素結合が分離し、水素分子から放出された電子を窒素の外殻に取り込んでマイナスイオン化されるものと考えられる。そして、エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１０の出口から空気配管１００を経て、適宜エマルジョン燃料生成用の加熱圧縮空気を放出する。
Next, while adjusting the air enclosed in the heated compressed air adjusting device 1 for generating the emulsion fuel to a predetermined discharge pressure (for example, 30 kPa to 150 kPa) and a discharge temperature (40 ° C. to 250 ° C.), By passing through the through hole 2A of the
そしてそのエマルジョン燃料生成用の加熱圧縮空気を原水タンク６に注入し、ヘッダーパイプ７から微細な気泡で曝気することにより、水のｐＨは1.0〜2.5程度上昇し、溶存酸素は1.5〜2倍に増え、酸化還元電位は＋400mvから0mv前後まで還元電位値として高くなるように原水が活性化される。 The heated compressed air for producing the emulsion fuel is injected into the raw water tank 6 and aerated from the header pipe 7 with fine bubbles, so that the pH of the water rises by about 1.0 to 2.5 and the dissolved oxygen becomes 1.5 to 2 times. The raw water is activated so that the redox potential increases as a reduction potential value from +400 mv to around 0 mv.
エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１から吐出された加熱圧縮空気によりｐＨが９〜９．５まで高くなり活性化された水を、活性水移送ポンプ９により、水・植物油混合タンク１１に供給し、植物油供給配管１０１から供給される植物油と、ミキサー１２により攪拌混合し、安定したエマルジョン混合状態とし、水と植物油を成分とする乳化剤機能のある水・植物油のエマルジョン燃料を生成する。
The activated water that has been activated by the heated compressed air discharged from the heated compressed air adjusting apparatus 1 for generating emulsion fuel is supplied to the water / vegetable
鉱物油とのエマルジョン燃料の生成は、ポンプ１３にて水・植物油エマルジョン燃料を、鉱物油混合タンクに注入し、鉱物油供給配管１０２から供給される鉱物油とエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１から吐出されたエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気を曝気した活性水タンク６の水を、鉱物油混合タンク１８で回転式ミキサー１９にてエマルジョン混合し、水・鉱物油のエマルジョン燃料を生成する。
Emulsion fuel with mineral oil is produced by injecting water / vegetable oil emulsion fuel into the mineral oil mixing tank by the
生成された水・鉱物油エマルジョン燃料は、ポンプ２０で、スタティックミキサー２１を通して、再度混合されバルブ２１と配管１１３を介して供給される。
The produced water / mineral oil emulsion fuel is mixed again by the
すなわち、本実施形態のエマルジョン燃料生成方法によれば、空気の吐出圧力及び吐出温度を調節することでエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気を発生させることができるため、小型装置を用いて、低コストで効率よくエマルジョン燃料を生成することができる。 That is, according to the emulsion fuel generation method of the present embodiment, the heated compressed air for generating the emulsion fuel can be generated by adjusting the discharge pressure and discharge temperature of the air. Emulsion fuel can be produced efficiently.
また、本実施形態のエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１によれば、装置の小型化及び低コスト化を実現でき、優れた汎用性が得られる。
さらに、本実施形態のエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１によれば、空気の吐出圧力及び吐出温度の調節手段として、複数の貫通孔２Ａを有する円板２を用いたことにより、装置の小型化及び低コスト化を実現しつつ、効率よくエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気を発生させることができる。
Moreover, according to the heating compressed air adjustment apparatus 1 for emulsion fuel production | generation of this embodiment, size reduction and cost reduction of an apparatus can be implement | achieved and the outstanding versatility is acquired.
Furthermore, according to the heated compressed air adjusting device 1 for generating emulsion fuel of the present embodiment, the
さらに、本実施形態のエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１によれば、円板２をエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１の内部に設けて、エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１の内部に円板２で仕切られた二つの空間を形成するとともに、二つの空間を連結させる配管を外部に設け、この配管の一部に、空気の吐出圧力及び吐出温度を調節する空気流量調整弁３を設けたことにより、空気の吐出圧力及び吐出温度をより効率よく微調節することが可能となるため、効率よくエマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気を発生させることができる。
Further, according to the heated compressed air adjusting device 1 for generating emulsion fuel according to the present embodiment, the
本発明の実施例として、エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置１で2時間〜4時間曝気することによりPHが9以上となった活性水と植物油を１：１の比率で、回転式ミキサーで、攪拌混合することにより安定したエマルジョン混合が達成され、植物油を基燃油とするエマルジョン燃料が生成される。 As an example of the present invention, active water and vegetable oil having a pH of 9 or more by aeration for 2 to 4 hours in the heated compressed air conditioning apparatus 1 for producing emulsion fuel were mixed at a ratio of 1: 1 with a rotary mixer. By stirring and mixing, stable emulsion mixing is achieved, and an emulsion fuel using vegetable oil as a base fuel oil is produced.
上記の植物油を基燃油とするエマルジョン燃料を乳化剤として、鉱物油：活性水：乳化剤を４．５：４．５：１の比率で、回転式ミキサーで、攪拌混合することにより安定したエマルジョン混合が達成され、鉱物油を基燃油とするエマルジョン燃料が生成される。 Emulsion fuel with the above vegetable oil as the base fuel is used as an emulsifier, and a stable emulsion mixing is achieved by stirring and mixing with a rotary mixer in a ratio of 4.5: 4.5: 1 of mineral oil: active water: emulsifier. Achieved and produced an emulsion fuel with mineral oil as base fuel.
本発明によれば、水を活性化することにより、水を50％程度含んだエマルジョン燃料の生成が可能となり、既存の鉱物油を使用する内燃機関、燃焼装置、ボイラー等に、特別な調整装置を必要とせず使用でき、水を希釈剤でなく可燃剤とすることにより、地球温暖化の主要因である、化石燃料の燃焼による二酸化炭素の発生を大幅に削減できる。 According to the present invention, by activating water, it becomes possible to produce an emulsion fuel containing about 50% of water, and a special adjusting device for an internal combustion engine, a combustion device, a boiler, etc. that uses existing mineral oil. By using water as a combustible agent instead of a diluent, the generation of carbon dioxide due to the burning of fossil fuels, which is a major cause of global warming, can be greatly reduced.
１ エマルジョン燃料生成用加熱圧縮空気調整装置
２ 円板（空気の吐出圧力及び吐出温度の調節手段）
３ 空気流量調整弁
４ 金属製網
５ 加熱圧縮空気供給弁
６ 活性水タンク
７ ヘッダーパイプ
９ 活性水移送ポンプ
１１ 水・植物油混合タンク
１２ ミキサー
１３ 水・植物油エマルジョン燃料移送ポンプ
１４、１５ 活性水供給弁
１６ 水・植物油エマルジョン燃料供給弁
１７ スタティックミキサー
１８ 水・鉱物油混合タンク
１９ ミキサー
２０ 送風ブロアまたは空気圧縮機
２１ スタティックミキサー
２２ 水・鉱物油エマルジョン燃料供給弁
３０ 水・鉱物油エマルジョン燃料移送ポンプ
１００ 原水供給配管
１０１ 植物油供給配管
１０２ 鉱物油供給配管
１１０ 空気配管
１１１ 活性水配管
１１２ 水・植物油エマルジョン燃料油配管
１１３ 水・鉱物油エマルジョン燃料油配管
1 Heated compressed air adjusting device for producing
3 Air Flow Control Valve 4
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