TWI621705B - Method and device for manufacturing water-added fuel - Google Patents

Abstract

本發明提供一種加水燃料的製造方法及製造裝置，其可製造與水添加前之燃料即燃料基油對比，組成及物理特性大體上相同或與其近似，且自油水分離之觀點而言仍具備與燃料基油同等之特性的加水燃料。

本發明加水燃料的製造方法，至少包括以下之步驟：藉由高電壓之施加等之方法對水賦予電性刺激，藉而將水之分子活性化之水活性化步驟；於水中添加過氧化氫酶、氫氧化鈉、過氧化氫水溶液中之至少一者作為添加劑之的狀態下，將經過該水活性化步驟之水與燃料基油混合並予攪拌之攪拌混合步驟；及將該攪拌混合步驟中或經過該步驟之燃料基油與水，在高溫及高壓之下予以融合之融合步驟。

Description

加水燃料的製造方法及製造裝置

本發明有關一種於燃料油中加入水之加水燃料的製造方法及製造裝置。

按，環境問題成為整個世界的重要課題已有相當期間，近年來，作為其對應方案，太陽能或風力發電等技術之開發正如火如荼地進行。然而，前進至能夠完全移轉到此種可再生能量為止的期間，仍有必要並行地在珍惜使用存在枯竭化問題的迄今之化石燃料、開發能量損失少的內燃機或燃燒設施暨設備、進而改善發熱或燃燒特性優異之化石燃料本身等多方面之技術開發上取得進展，作為其中之一，在燃料油中混合水的方法，其開發正方興未艾。

加水燃料係指在燃料油中混合水而成者，可使得使用燃料大幅削減，與燃料之削減相應還可減少CO₂(二氧化碳)，因此被視為對環境有利的燃料。由於其完全燃燒可被期待，因此用於燃燒之空氣量也可相當程度的削減。伴隨於此，氮氧化物或粒子狀物質(PM)之發生 也獲得抑制，因而具有可減少燃燒器或內燃機所排出之氣體所帶來的環境負荷之效果。

如是，加水燃料乃非常有用之燃料，但一般而言，水與油完全融合困難，即使混合，隨著時間之經過會有分離之傾向。此外，即使融合充分進行並非不可能，但為達此一目的極度耗費時間，自經濟之觀點而言，可預測其與實用化相去甚遠。

因此，業界乃期盼能出現一種能夠製造水與燃料油完全融合，且即使時間經過也不會分離之加水燃料般之可以短時間進行水與燃料油之融合處理的技術。

作為化學燃料之效率化的一個手法，先前曾提案一種將燃料油與水在界面活性劑之存在下予以混合而生成加水燃料的技術(專利文獻1)，此已為公知技術。更詳言之，專利文獻1係揭示一種對於添加有氧之油水混合物使天然礦石與其接觸，同時一面賦予超音波振動一面進行攪拌混合，進而再將經攪拌混合之燃料油與水的混合物加熱至30℃~150℃，且於氣壓3氣壓~10氣壓下予以加壓之方法，根據此一方法，所說明的是可獲得乳化狀態之加水燃料。專利文獻1中曾敘述，藉由此一製造方法，可防止加水化率50%以上之乳化燃料之油水分離現象。

然而，根據此一製造方法，所獲得之乳化燃料為含有水(H₂O)之組成，因此可防止油水分離現象之期間有其限度，若經過2~3個月則有油水分離現象發生的可能性。另外，加水燃料的透明度較之油的透明度也有成為較 低值的傾向。因此，專利文獻1所教示之加水燃料的製造方法，作為上述問題之解決方策，並不令人滿意。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本發明專利第4682287號

本發明係著眼於先前技術之此等問題開發而成者，其主要目的係在提供一種可將此等問題悉數予以解決之加水燃料的製造方法及製造裝置。

本發明之其他目的，係在提供一種加水燃料的製造方法及製造裝置，其可製造與水添加前之燃料即燃料基油對比，組成及物理特性實質上相同或與其近似，且自油水分離之觀點而言仍具備與燃料基油同等之特性的加水燃料。

本發明加水燃料的製造方法，其特徵在於至少包括以下之步驟：藉由高電壓之施加等之方法對水賦予電性刺激，藉而將水之分子活性化之水活性化步驟；於水中添加過氧化氫酶、氫氧化鈉、過氧化氫水溶液中之至少一者作為添加劑之的狀態下，將經過該水活性化步驟之水與燃料基油混合並予攪拌之攪拌混合步驟；及將該攪拌混合步驟中或經過該步驟之燃料基油與水，在高溫及高壓之 下予以融合之融合步驟。此處，「將水之分子活性化」，係指水分子成為易於使上述攪拌混合步驟及融合步驟中必要之反應發生的狀態。

根據本發明之方法所製造之加水燃料，乃實質上不含水(H₂O)，且具有與燃料基油實質上相同，或與其近似之組成及物理特性。發明人等獲致以下驚人之結果：例如，燃料基油為作為柴油燃料而被使用之輕油的情況下，所獲得之加水燃料成為與作為基油之輕油同等的輕油。發明人等另已確認的是由本發明所製造之輕油，實質上不含水(H₂O)，因此即使長期保存也不會發生油水分離。

同樣的，根據本發明之方法，燃料基油為A重油的情況下，可製造與該A重油實質上同等，或與其近似之重油。

雖然在燃料基油中加入水，但為了使加水燃料成為實質上不含水(H₂O)，且具有與燃料基油實質上相同，或與其近似之組成及物理特性者，有必要自外部擷取入用以生成可燃成分即碳氫化合物的碳。並非拘泥於特定理論之趣旨，本發明之方法中，推測係藉由自燃料基油與水的混合物之液面擷取入周圍空氣中之二氧化碳，並將該二氧化碳分解而利用其碳，而獲得用以生成加水燃料之反應所必要的碳之至少大部分。發明人等已確認的是，攪拌混合步驟進行之周圍為密閉空間之情況下，自周圍空氣中擷取入之二氧化碳的量雖然不足，但是基於此一狀況，藉由在燃料基油與水之混合物中加入碳則可獲得所期望之加水燃 料。

又，對於作為可燃成分之碳氫化合物的生成有必要之氫，推測係因活性化之水分子之分解而獲得者。水分子於本發明之方法中係藉由被賦予之電性刺激而活性化，發明人等已確認的是，於含有如此般經活性化之水分子的水中，添加有過氧化氫酶、氫氧化鈉、過氧化氫水溶液中之至少一種的狀態下，藉由攪拌可獲得反應所必要之氫。

燃料基油中添加之水的量，雖可想像並無特殊界限，但令人懸念的是，對於燃料基油之水的添加量若是過多，則具有所期望組成之加水燃料的生成所需之反應時間將會變得過長，而並非實用。本發明之發明人確認，即使是以體積比計，相對燃料基油1，水以約1之比率混合之情況下，可以充分短之時間生成所期望之加水燃料。水之添加量較此為少的情況下，可以更短的時間獲得所期望之結果。因此，本發明中較佳的是，燃料基油與水之混合比率，以體積比計，相對燃料基油1，水為約1以下。

於本發明方法中，較佳的是於攪拌混合步驟之中，首先僅將燃料基油投入攪拌混合槽，一面攪拌，一面將經過水活性化步驟與添加劑投入步驟之水逐次以特定量添加混合。此時，劇烈攪拌而使液面上生成強浪，就將空氣中之二氧化碳擷取入液中而言是屬有利。

本發明之方法中，較佳的是使用具備：具有圓筒部分之攪拌混合槽、及將經過水活性化步驟與添加劑投入步驟之水以噴射等之手法投入之至少一個噴射管的裝 置；該噴射管之水的噴射方向，較佳的是設置為相對於該圓筒部分之直徑線具有特定角度。

根據使用在具有圓筒部分之攪拌混合槽具備至少一個噴射管之裝置的上述方式之本發明方法中，上述之特定角度宜為約40度至約50度，特別是約45度，在備有複數個噴射管之情況下，所有噴射管之上述特定角度宜為約40度至約50度之範圍內之特定角度，例如較佳的是設為約45度。為使攪拌混合槽中之液面上產生上述之強浪，噴射管之噴出口係自液面至少為8cm，較佳的是10cm或其以上之位於上方的位置，且較佳的是將活性化之水以高速噴流噴射至液面。

本發明之上述方式中，較佳的是該噴射管具有突出於攪拌混合槽之內部的突出部之構成。

於此一情況下，該突出部之長度宜設為約10cm。

本發明之一個方式中，於添加劑噴射步驟之中，宜將過氧化氫酶以相對水之重量比為0.04至0.05%添加。

於本發明之另一其他方式中，上述水活性化步驟中經活性化之水，其ORP值宜設為160mV至-200mV。

本發明之較佳方式中，水活性化步驟係藉由使電氣石或銅離子發生材料保持成與水接觸之狀態，對於水或該電氣石或銅離子發生材料將10KHz至60KHz與 200KHz以上之兩個頻率的超音波交替地進行照射，藉由自該電氣石所放射之電氣能量或自該銅離子發生材料放射之銅離子使水活性化而進行。

本發明之更佳方式，係於融合步驟之中，加壓壓力設為0.3Mpa以上，加熱溫度設為40℃至80℃之範圍之發明。

本發明之更佳方式中，攪拌混合步驟中係使用OHR混合器。

進而，於本發明之其他方式中，提供一種加水燃料的製造裝置，其係將燃料油與水混合而生成加水燃料。此一裝置具備：對水賦予電性刺激而將水活性化之水活性化裝置、於水中添加過氧化氫酶、氫氧化鈉、過氧化氫水溶液中之至少一者作為添加劑之添加劑投入裝置、將燃料基油與經過上述水活性化裝置與添加劑投入裝置之水混合並予攪拌之攪拌混合裝置、及將經過上述攪拌混合裝置之燃料基油與水的混合物在高溫及高壓之下予以融合之融合裝置。

本發明之製造裝置中，水活性化裝置可設為具有超音波發生裝置者。

此一水活性化裝置宜具備收容觸媒之部分，觸媒宜為電氣石。

水活性化裝置可設為具備電漿電弧處理裝置者。

此一水活性化裝置宜為具備收容觸媒之部分，且觸媒為鋁。

本發明之製造裝置中，攪拌混合裝置可設為具備開放於大氣之開放系之攪拌混合槽者。

此一攪拌混合裝置，較佳的是具備將待攪拌混合之液體對於攪拌混合槽噴射之噴射管，噴射管宜配置在自攪拌混合槽中之液面於上方以至少8cm，更好的是以至少10cm相隔之部位。

本發明之製造裝置中，融合裝置可設為具備OHR混合器者。

根據本發明，藉由上述方法及裝置之構成，合成後可獲得水與油不易分離，或是幾乎沒有分離之虞的加水燃料。此外，還能夠有效率地生成加水燃料。如上所述，根據本發明之方法及裝置所製造之加水燃料，乃成為實質上不含水(H₂O)，且具有與燃料基油實質上相同，或是與其近似之組成及物理特性者。

又，本發明之加水燃料，與既有之燃料油在每單位分量之熱值上為同等或其以上，且與既有之燃料油比較，燃燒後之燃燒室、排氣管等之劣化或腐蝕少，是為其效果。再者，本發明之加水燃料，還可達成完全燃燒性優異，一氧化碳不易生成，而且一氧化碳之排出量也少之效果。

1‧‧‧加水燃料製造裝置

2‧‧‧基油改善槽

3‧‧‧精製水槽

4‧‧‧反應促進劑注入部

5‧‧‧反應槽

6‧‧‧改善油靜置槽

7‧‧‧製品承接槽

8‧‧‧加熱器

9‧‧‧觸媒

10‧‧‧超音波發生部

11‧‧‧泵

12‧‧‧OHR混合器

13‧‧‧反應槽容器

14‧‧‧噴射管

15‧‧‧排出口

20‧‧‧電漿電弧處理裝置

21、22‧‧‧電極

第1圖係本發明加水燃料的製造方法之步驟圖。

第2圖係本發明加水燃料的製造方法中所使用的製造裝置之整體構成圖。

第3圖係本發明製造裝置中可使用之攪拌裝置之朝向反應槽的噴射管之結構圖。

第4圖係本發明製造裝置中可使用之離子化裝置的一例之概略圖。

第5圖係顯示利用本發明方法將輕油作為基油所獲得之加水燃料的GC-MS分析結果之圖表。

第6圖係顯示利用本發明方法將輕油作為基油所獲得之其他加水燃料的GC-MS分析結果之圖表。

第7圖係顯示作為基油使用之輕油的GC-MS分析結果之圖表。

第8圖係顯示利用本發明方法將A重油作為基油所獲得之其他加水燃料的GC-MS分析結果之圖表。

第9圖係顯示作為基油使用之A重油的GC-MS分析結果之圖表。

以下，茲就根據本發明之加水燃料的製造方法，將其實施方式基於圖面進行說明。

又，本實施例所示之加水燃料的製造方法之整體構成及各個細部之構成、數值，不受下述實施方式及實施例之限定，可在本發明之技術思想的範圍內，亦即可發揮同一 作用效果之形狀及尺寸的範圍內進行變更。

依據第1圖、第2圖及第3圖，就本發明之實施方式進行說明。第1圖係利用本發明製造裝置實施之本發明之一個實施方式的方法之流程圖。第2圖係本發明加水燃料的製造方法中所使用的製造裝置之整體構成圖，第3圖係本發明製造裝置之用以朝向反應槽進行水噴射的噴射管之結構圖。

於本發明之一個實施方式中，加水燃料製造裝置1係由：基油改善槽2、精製水槽3、反應促進劑注入部4、反應槽5、改善油靜置槽6、及製品承接槽7所構成。茲說明此一裝置1之概要：於基油改善槽2進行燃料基油之前處理，於精製水槽3進行水之活性化，自反應促進劑注入部4將添加劑投入特定之槽，於反應槽5進行燃料基油與水之攪拌混合及融合，於改善油靜置槽6除去渣滓等無用之殘留物，並於製品承接槽7中導入作為製品之加水燃料。

基油改善槽2係進行燃料油混合前之處理的槽。燃料基油係自其他之基油槽201供給。此一槽之目的在於將油之溫度設為適於混合之溫度。燃料基油在自基油槽201被供給至基油改善槽2之後，係由設於該基油改善槽2之加熱器8加熱，並由熱電偶(T)被管控於特定之溫度。

基油改善槽2內之燃料基油，為了提高油溫之均一度，可利用泵11將其自基油改善槽2取出，並經由集管202再投入槽內。又，可使用觸媒將油之分子細分化作為 前處理。

精製水槽3實施將水活性化之步驟。本發明之方法中所使用之水宜為軟水，因此水係由軟水化裝置301供給。此一精製水槽3之目的係將水之溫度維持於適合混合之溫度，且將水之分子細分化至活性等級。供給至該精製水槽3之水，係藉由該精製水槽3處所設之加熱器8而經加熱，並由熱電偶(T)被管控於特定之溫度。可利用ORP(氧化‧還原電位)計來測定活性化之程度。精製水槽3之底部設有超音波發生部10，藉由自該超音波發生部10將超音波照射於水，可將水之分子集合體細分化。此時，適當的是交替照射2種超音波。具體而言，交替照射10KHz~60KHz之超音波及200KHz以上之超音波。藉此，活性化之效率提高。

再者，精製水槽3中，還可使用電氣石、銅離子發生材料作為觸媒9。自超音波發生部10照射超音波時，藉由使觸媒9與水接觸，可藉由自該觸媒9放射之電氣能量提高活性化之效率。

為使活性化均等地實施，可將槽內之水由泵11取出至集管302，並自該集管302再次回送至精製水槽3，藉而將水循環。此時，係將水自槽之下部引出，以泵11施加壓力，並經由集管302自槽之上部將水再噴射。藉由設為此一結構，可使水之溫度管控、活性化均等地進行。

水之活性化可藉由在連接於高壓變壓器之電極間產生放電，藉由該放電而將水解離‧電離般之水的電漿電弧處 理而進行。利用電漿電弧處理將水活性化時，例如藉由在水之循環路徑中，於精製水槽3與泵11之間設置電漿電弧處理裝置供進行處理。又，進行電漿電弧處理時，作為觸媒9可適當地使用鋁。

本發明中，上述電氣能量之施加、及水之電漿電弧處理通稱為「電性刺激」。

反應促進劑注入部4，係將作為反應促進劑之添加劑投入精製水槽3或反應槽5者。添加劑具有將過氧化氫分解為氫與氧，而氧將以氣體之形態放出於大氣之效果。若是如此，可增大加水燃料內之含氫比率防止熱值之降低。作為添加劑係使用過氧化氫酶、氫氧化鈉、過氧化氫水溶液等。投入之量有細微調整之必要。於添加過氧化氫酶之情況下，該過氧化氫酶之添加量，以相對於水之重量比計，宜為0.04%至0.05%。過氧化氫酶之添加量若較0.04%為少則效果薄弱，若較0.05%為多則無法充分溶解，反而增加渣滓，以致降低燃料之品質。

反應槽5係供實施攪拌混合步驟及融合步驟者。燃料基油係自基油改善槽2供給至反應槽容器13之上部。水係自精製水槽3由噴射管14供給至反應槽容器13之側面。油與水之混合物係自反應槽容器13之排出口15由泵11取出，於經加壓之狀態下，通過OHR混合器12，並自集管502通過噴射管14循環至反應槽容器13。OHR混合器12係將複數種物質有效率地混合者。此一槽，於融合步驟中係被施加3~9氣壓左右之壓力，因此 有必要設為較其他槽可耐高壓力之結構。槽之中段具有加熱器8，油與水之混合物係藉由該加熱器8被管控於特定之溫度。

改善油靜置槽6係將融合步驟後之生成物暫時貯存之槽。此一槽可使由添加物等所產生之渣滓等沈澱。油與水完全成為一體之加水燃料，係與其雜質藉由靜置於該改善油靜置槽6內而分離，上清液之加水燃料係被供給至製品承接槽7。因雜質中尚含有添加劑，雜質被回送至反應槽5。於此槽內之滯留時間宜為1小時左右。

製品承接槽7係將作為製品生成之加水燃料予以貯存之槽。生成之加水燃料於匯聚成某種程度之階段將自製品承接槽7供給至製品貯存槽701。

其次，茲就加水燃料的製造方法進行說明。此一方法包括：活性化步驟、添加劑投入步驟、攪拌混合步驟、融合步驟、及過濾步驟。

活性化步驟係由精製水槽3進行。此一步驟係將水之分子細分化至活性等級者。藉由將水細分化至活性等級，與燃料基油之親和性提升，可將更多的水使用於加水燃料之生成。藉由將水置入精製水槽3，並以超音波發生部10對水照射超音波而將水以高頻振動，藉而促進細分化。超音波之頻率有2種，藉由交替照射可促進水之細分化。超音波之頻率例如設為10KHz~60KHz與200KHz以上之2種，藉此可作更高度之細分化。又，使用超音波發生部10時，進一步將電氣石、銅離子發生材料作為觸媒使 用，而對水賦予電性刺激。藉由如此般之於將觸媒材料與水接觸的狀態下令超音波發生部10動作，可對水賦予電性刺激，可更加地促進活性化。

照射超音波所達成之活性化的程度，可藉由測定ORP(氧化還原電位)(mV)而確認。照射超音波所得之水的ORP宜為160mV~-200mV。一般之自來水的ORP為700mV~500mV。

又，藉由照射超音波，氧會放出，而含氫比率提高。

例如，為了將水20L改質而使電氣石與水接觸之情況下，期望能以20L/min~50L/min之流量令水自配管15A~50A噴出。反應時間大約1小時左右為適當，20分鐘至1天也可發揮效果。

其次，針對添加劑投入步驟進行說明。添加劑投入步驟係藉由將反應促進劑注入部4中所貯存之添加劑添加於精製水槽3或反應槽5，而增大水之含氫比率者。

作為添加劑，係使用過氧化氫酶、氫氧化鈉、過氧化氫水溶液中之一種或複數種。添加劑之投入量有必要作細微調整。如前所述，於使用過氧化氫酶之情況下，過氧化氫酶之添加量，以相對水之重量比計，宜設為0.04%至0.05%。較0.04%為少時效果薄弱，較0.05%為多時則無法充分溶解，反而增加渣滓而降低燃料之品質。

就氫氧化鈉而言，相對水以0.001重量%~0.1重量%之添加，作為添加劑可充分發揮效果。過氧化氫水溶液之 情況下，相對水以0.001重量%至0.1重量%之添加，作為添加劑可充分發揮效果。

其次，茲就攪拌混合步驟進行說明。攪拌混合步驟中，係將於精製水槽3中經活性化且被投入添加劑之水，與燃料基油混合。首先，於反應槽5中只投入燃料基油。將此一燃料基油通過反應槽5之OHR混合器12循環。藉由通過OHR混合器12，燃料基油之分子也會均一化，而變得易於與水融合。於循環以某一程度終了後，自精製水槽3將水逐次少量地投入反應槽5。這是為了相對燃料基油使水儘可能均一分散。自精製水槽3供給之水，係由精製水槽3之泵11加壓，而與出自排出口15之油混合，再由反應槽5之泵11加壓而由OHR混合器12混合。OHR混合器12之壓力宜為3氣壓(0.3Mpa)以上，溫度宜為40℃至80℃。因此，精製水槽3、反應槽5之泵11的壓力係設為與其適配之壓力，精製水槽3、反應槽5之加熱器8的加溫也是設為與其適配。由OHR混合器12混合之水與油，係通過集管502而由噴射管14再投入反應槽5。根據對於反應槽5之噴射管14之角度、於反應槽5內部之突出量，混合之效率、質將會變化。

例如，將水100L與燃料基油100L混合之情況下，較佳的是使水與燃料基油之混合物以20L/min~50L/min之流量通過配管尺寸15A~50A者循環。混合時間可設為5分鐘~1小時左右。

其次，針對融合步驟進行說明。融合步驟 中，水之自精製水槽3朝向反應槽5的投入終了，該融合步驟係藉由通過OHR混合器12進行循環而實施。壓力與攪拌混合步驟相同，宜為3氣壓(0.3Mpa)以上，溫度宜為40℃至80℃。於此一步驟中，藉由充分通過OHR混合器12而進行水與油之融合，而可形成無分離之虞的加水燃料。

例如，將水100L與油100L融合之情況下，加壓壓力期望設為0.3Mpa(3氣壓)以上，溫度期望設為70℃以上，但其以上之加壓壓力及其以下之溫度也可，加壓壓力0.9Mpa、溫度50℃最為有效。反應時間適當的是到達此加壓壓力及溫度後20分鐘~60分鐘。

其次，針對過濾步驟進行說明。過濾步驟中，係自完全生成之加水燃料，將生成時使用酵素的狀況下酵素之成分或其他成分凝固成為渣滓狀之物予以分離之步驟。利用改善油靜置槽6之方法，係將生成物靜置而予比重分離之方法。比重較重之渣滓等將積留於槽底，而加水燃料因比重較輕而集中於上層。上層之加水燃料係送至製品承接槽7而完成製品。改善油靜置槽6內之滯留時間宜設為1小時以上。

又，藉由通過過濾用過濾器也可將加水燃料與渣滓等分離。過濾用過濾器宜使用10μm~30μm程度者。通過過濾用過濾器之溫度宜為40℃以下，通過時間利用配管20A~50A時宜為流量20L/min~50L/min左右，速度以安定平穩者較佳。過濾用過濾器通過之次數可為1次以上。

如是，藉由進行上述步驟，可將水與燃料油完全混合，且即使時間經過也不會分離，而且以短時間即可進行水與燃料油之融合處理。

針對本發明之其他實施方式利用第3圖進行說明。與前述實施方式相同的部分在此省略。第3圖係本發明製造裝置之朝向反應槽的噴射管之結構圖。第3圖(a)係自上部觀察反應槽5與噴射管14之關係的圖。第3圖(b)係反應槽5之側視圖。

於前述之實施方式中，係就用以製造加水燃料之各步驟進行說明，其中，於攪拌混合步驟及融合步驟中如何將水與燃料基油之混合物循環此點事屬重要。循環係於第2圖所示之裝置中，基本上將自反應槽5之排出口15排出的混合物，從泵11及OHR混合器12經由噴射管14，並自反應槽5之上部側面再以噴射狀態投入反應槽5內而進行。循環之中，理想的是所有混合物均等地循環。然而，若是朝向反應槽5內再投入之方法不適當，則成為只有混合物之一部分更多地循環，而其他部分則幾乎未循環，導致無法成為整體均一之加水燃料，或是到達均一為止之時間非常之長。

為此，本發明之發明人乃針對朝向反應槽5將混合物再投入之噴射管14與反應槽5的關係進行研討。如第3圖(b)所示，反應槽5之上部為圓筒體，下部為圓錐體。上部之側面配置有4個噴射管14，如第3圖(a)所示，可由4個方向將油水混合物噴射入反應槽 5內。如第3圖(c)所示，相對於連結反應槽5之圓筒部的中心軸與噴射管14安裝於反應槽5之安裝點的直徑線，噴射管14之長度方向的角度係定為該噴射管14之安裝角或噴射方向。而且，針對該安裝角於自0度以至90度變化時之融合所需之時間、及生成之加水燃料之品質進行研討。第3圖(c)中，安裝角為0度之情況為噴射管14a1。該管以降14a2、14a3、14a4與軸之角度漸次變大。就角度每隔15度進行研討。結果確認，自軸之角度為45度時融合所需之時間最短，且生成之加水燃燒的品質也屬優異。由此結果可知，噴射管14之安裝角相對於上述直徑線，宜為約40度至約50度之範圍。

其次，如第3圖(d)所示，針對噴射管14之於直徑60cm反應槽5內部的突出量與融合所需之時間、及生成之加水燃料之品質進行研討。於第3圖(d)中，突出量為0之情況下為噴射管14b1。該管以降14b2、14b3、14b4依序突出量漸次變大。突出量係以10cm為單位進行研討。結果發現，突出量為10cm時融合所需之時間最短，生成之加水燃料之品質也屬良好。又，進而使用大的反應槽之情況下，可推想到的是因應反應槽之直徑，噴射管之突出量以增大為宜，且噴射管之數目期望能增加。

基於以上所述，朝向反應槽5之噴射管14所執行的混合物之投入，相對圓筒之直徑線以45度之角度，且噴射管14之於反應槽5內部之突出量以10cm最 為適當。藉由相對圓筒之軸具有角度，可在槽內形成自然之渦流。因此，混合也可有效達成。又，藉由將噴射管14之於反應槽5內部之突出量設為特定之量，可避免僅在混合物之圓周附近或中心附近聚集已循環過之混合物。噴射管14係以自反應槽5內之液面至少以8cm，較好的是以至少10cm位於上方之方式配置，混合物宜設為以高速自噴射管14噴射。

如此，藉由調整噴射管14之對於反應槽5之配置，可將水與燃料基油完全混合，且即使時間經過也不會分離，而且可以短時間進行水與燃料油之融合處理。

針對本發明之進一步之其他實施方式利用第4圖進行說明。

第4圖係作為本發明製造裝置之活性化裝置可使用之電漿電弧處理裝置的一例之概略圖。此一電漿電弧處理裝置20具備：分別連接於高壓變壓器(圖未示)且配置於裝置之中心(圖中以六角形表示)的電極21、以及以包圍該中心電極之方式配置的複數個(圖中為12支)電極22。藉由對電極供給電力，電極間產生電弧放電。第2圖所示製造裝置1中之精製水槽3，於精製水槽3與泵11之間設置電漿電弧處理裝置20，藉由將來自精製水槽之水通往電漿電弧處理裝置20，可將水利用電漿電弧處理而活性化。作為如此之電漿電弧處理裝置，例如可適當地使用如株式會社日本理水研公司製之ULTRA U-MAN中所使用般之電漿電弧處理裝置。

[實施例] (實施例1)

根據如下所述般之方法，製造以A重油為基油之加水燃料。

首先，於具備收容電氣石之部分與超音波發生裝置(35KHz之超音波振動子)及溫度計，且連接有循環泵(24升/分鐘×0.5Mpa)之容積25升的容器中，置入電氣石(自有限公司UNI-WAVE購入之巴西Tocantins州礦山直接輸入之電氣石原石小尺寸)3kg與自來水20升。於此水中添加過氧化氫酶(Nagase ChemteX株式會社製Leonet F-35)20毫升。而後，令超音波振動子作動，並利用循環用泵開始水之循環。將水之循環路徑中所設之3kW的線型加熱器的設定溫度設為40℃，在確認容器內之水之溫度成為40℃以上之時點開始持續循環1小時。1小時經過後，利用ORP計來測定容器中之水的氧化還原電位，測得其為12mV。

其次，於與上述容器相同具備溫度計，且連接有循環泵之容積25升的容器中，置入市售之A重油(自富士興產株式會社購入之1種1號A重油)20升。利用循環泵開始A重油之循環。A重油之循環路徑中所設之3kW之線型加熱器之設定溫度設為40℃，在確認容器內之A重油的溫度成為40℃以上之時點開始持續循環1 小時。

將依此所獲得之經活性化的水及A重油，以如下之方式混合且攪拌，進而施加溫度及壓力使其融合。具體言之，於除了溫度計又具備1kW之加溫加熱器與槳葉式攪拌機且連接有循環泵，並進而連接有混合用混合器(株式會社OHR流體工學研究所製之OHR混合器)之容積25升的上部大氣開放之開放系容器中，置入活性化水10升，並將所獲得之A重油10升也置入。而後啟動加溫加熱器之電源，使容器內之液體的溫度維持於40℃。於此，添加與上述相同之過氧化氫酶10毫升。40分鐘經過後，啟動攪拌機之電源，將水與A重油混合、攪拌。其次，令循環泵作動，並以對於混合用混合器之供給壓力成為0.5Mpa程度之方式進行調整，使混合液體循環。此時，使自循環路徑對於容器投入液體的循環配管，位於自容器內之混合液體的液面上方8cm左右。使混合液體循環1小時後，停止攪拌機、循環泵及加溫加熱器。將依此所得之液體(加水燃料)靜置約3日後，採取分析用之試料。採取之試料之量為20升。

(實施例2)

除了作為基油，代替A重油使用市售之輕油(自JX能量株式會社(ENEOS)購入之2號輕油)以外，採用與實施例1相同之方式製造加水燃料，並採取分析用之試料。採取之試料之量為20升。

表1中表示本發明之實施例1及實施例2所生成之加水燃料的成分分析結果。水與油係1對1混合並融合者。

為比較起見，針對作為基油使用之A重油及輕油亦進行同樣之成分分析。

首先，觀察總熱值與淨熱值，發現實施例1與實施例2均超越基油，可知本發明效果顯現。

其次，觀察水分之項目，實施例1與實施例2水分之容積%均為0.00%。由於燃料油與水係以1對1混合融合，如果沒有充分融合，理應會以水分量檢測出。可說是水分之容積%為0.00%此點，指出燃料油與水完全融合，而分析不到水成分。

如是，根據本發明，燃料基油與水完全融合，可生成高品質之加水燃料。

(實施例3)

使用如第2圖及第3圖所示般之裝置，作為基油使用輕油，製造加水燃料。

首先，於收容電氣石之部分填充有與實施例1使用者相同之電氣石的精製水槽中，注入自來水150升。而後，啟動精製水槽上所設置之加熱器的電源，將溫度設定於40℃。另將與實施例1所使用者相同之過氧化氫酶添加150毫升。然後令連接於精製水槽之循環泵作動(噴出壓力0.5Mpa)，並令設置於精製水槽之超音波發生裝置作動，於水之溫度達40℃為止照射60分鐘之超音波，達40℃之後再照射60分鐘之超音波(頻率40KHz)。於將水 投入精製水槽時，4支噴射管之中僅使用1支(3支閉鎖)，使噴射管前端部之流速為3.3m/s。利用ORP計來測定所獲得之水的氧化還原電位，測得其為20mV。

其次，於基油改善槽中，注入市售之輕油(自JX能量株式會社(ENDOS)購入之2號輕油)150升。而後啟動設於基油改善槽之加熱器的電源，將溫度設定為40℃。然後令連接於基油改善槽之循環泵作動(噴出壓力0.3Mpa)，至輕油之溫度到達40℃為止循環60分鐘，到達40℃後再進而循環60分鐘。於將輕油噴射於基油改善槽時，4支噴射管之中僅使用1支(3支閉鎖)，使噴射管前端部之流速為2.0m/s。

將依此所獲得之經活性化的水及輕油，以如下之方式混合且攪拌，進而施加溫度及壓力使其融合。具體言之，對於反應槽，移送基油改善槽中之基油75升、精製水槽中之活性化水55升(加水率約42%)。於此，添加與上述相同之過氧化氫酶65毫升。而後啟動加熱器之電源，使容器內之液體的溫度維持於40℃。液溫達40℃後，啟動循環泵，並以對於混合用混合器之供給壓力成為0.5Mpa程度之方式進行調整，使混合液體循環60分鐘。於將混合液投入反應槽時，4支噴射管之中僅使用1支(3支閉鎖)，使噴射管前端部之流速為2.0m/s。具體而言，噴射管係設為自反應槽內之混合液的液面來到8cm左右之上方。自所獲得之液體，採取分析用之試料。採取之試料之量為114升。

(實施例4)

除了將精製水槽、基油改善槽、及反應槽之溫度設為較實施例3之情況為高，而分別設為42℃、41℃、及44℃，另將精製水槽及基油改善槽處之循環時間設為實施例3之狀況之一半(亦即均為60分鐘)以外，與實施例3採用相同方式製造加水燃料。又，利用ORP計來測定精製水槽所獲得之水的氧化還原電位時，測得為26mV。自反應槽所獲得之液體，採取分析用之試料。採取之試料之量為114升。

(實施例5)

除了作為基油使用A重油(自富士興產株式會社購入之1種1號A重油)，將反應槽溫度設定為36℃，另將精製水槽及基油改善槽處之循環時間均設為90分鐘，並且將過氧化氫酶之於精製水槽及反應槽的添加量分別設為230毫升及130毫升以外，與實施例3採用相同方式製造加水燃料。又，利用ORP計來測定精製水槽所獲得之水的氧化還原電位時，測得為18mV。自反應槽所獲得之液體，採取分析用之試料。採取之試料之量為114升。

表2中表示本發明之實施例4及實施例5所生成之加水燃料的成分分析結果。

[加水燃料之定性分析]

針對實施例3中將輕油作為燃料基油依本發明方法所獲得之加水燃料的試料，進行氣相層析質量分析法(GC-MS)之定性分析。作為分析試料，準備實施例3所獲得之試料以正己烷1000倍稀釋而成者。管柱係使用HP-5MS(長度30m，內徑2.5mm，膜厚0.25μm)，載體氣體為He。分析試料之注入量為1微升，注入方法為無分流模式，烘箱溫度為50℃保持3分鐘，而後直至100℃為止每分鐘進行5℃昇溫，之後直至300℃為止每分鐘進行15℃昇溫，再於300℃下保持3分鐘。結果獲得之GC-MS之圖表係示於第5圖中。其中(a)為TIC色層譜，(b)為 18.4分鐘附近之峰的質譜。

針對實施例4所獲得之加水燃料的試料，亦進行同樣之定性分析。結果如第6圖所示。

為比較起見，針對作為燃料基油使用之輕油，亦進行同樣之定性分析。結果如第7圖所示。

將第5圖及第6圖與第7圖對比，雖然認為碳數多的成分(較C19為大者)與基油相比有減少的傾向，但實施例3及實施例4所獲得之加水燃料，確認其成分組成與基油相當程度地一致。

針對實施例5中將A重油作為基油並依本發明方法所獲得之加水燃料的試料，亦進行同樣之定性分析。結果示於第8圖中。

為比較起見，針對作為基油使用之A重油，亦進行同樣之定性分析。結果示於第9圖中。

將第8圖與第9圖對比，確認實施例5所獲得之加水燃料，其成分組成亦與基油相當程度地一致

[加水燃料之性狀試驗]

針對實施例3及實施例4中將輕油作為基油而依本發明之方法所獲得之加水燃料的試料，進行性狀試驗。性狀試驗之項目與方法係如下所示。

‧密度(振動式15℃)：JIS K2249

‧動黏度(30℃)：JIS K2283

‧氮定量分析：JIS K2609

‧硫份(紫外螢光法)：JIS K2541-6

‧氧份：ASTM D5622

‧輕油組成分析(JPI法)：JPI-5S-49

為比較起見，針對作為基油使用之輕油，亦進行同樣之性狀試驗。

結果示於表3中。

由表3可認為，本發明之方法所獲得之加水燃料，與基油相比芳香族份減少，飽和份增加。芳香族份少而飽和份多的輕油，由效率或排氣之毒性份及PM之削減的觀點而言令人期待。

[加水燃料之氧化安定度試驗]

針對實施例3及實施例4中將輕油作為基油依本發明之方法所獲得之加水燃料的試料，進行氧化安定度試驗(試驗方法：ASTM D2274)。為比較起見，針對作為基油使用之輕油，亦進行相同之氧化安定度試驗。

測定之淤渣量，就任一試料，均是低於測定界限之0.1mg/100毫升。

[利用加水燃料之行車試驗]

針對實施例3中將輕油作為燃料基油依本發明之方法所獲得之加水燃料，進行JC08模式行車試驗(使用車：日產汽車NV350型式LDF-VW2E26重量1840kg)。為比較起見，針對市售之輕油(JIS2號)，亦進行相同之行車試驗。

結果示於表4。為供參考，排氣規制值亦一併記入。

由表4可注目的重點是，由本發明之方法所獲得之加水燃料，特別是CO₂排出量較市售之輕油為低。

實施例3所獲得之加水燃料，以體積比率計，42%係由來於水。混合於燃料基油之水的對於燃料之轉換率，根據至此為止之實驗結果可推定為大致70%，生成之燃料的總量中，由來於水之之燃料的體積比率，可由下式[由來於水之燃料的體積比率]=(42×0.7)/(58+42×0.7)=34% 求得。基於此可評估在實施例3之情形下，所獲得之燃料之中，34%並非由來於石油。因此，實施例3所獲得之燃料，可視為將碳排出量作34%左右之削減。

Claims (21)

1. 一種加水燃料的製造方法，其特徵在於：其係將燃料油與水混合而生成加水燃料之加水燃料的製造方法，藉由至少包括以下：對水賦予超音波照射，藉而將水活性化之水活性化步驟，於上述水活性化步驟之前、於上述水活性化步驟中、或於其之後，於水中添加過氧化氫酶、氫氧化鈉、過氧化氫水溶液中之至少一者作為添加劑之添加劑投入步驟，將經過上述水活性化步驟與上述添加劑投入步驟之含有上述添加劑的水與燃料基油予以一邊攪拌一邊混合的攪拌混合步驟，此時的攪拌係在水與燃料基油之混合物的液面產生足以將空氣中的二氧化碳擷取入之程度的強大波浪來進行，及將經過上述攪拌混合步驟之燃料基油與含有上述添加劑的水，在40℃至約80℃的溫度及0.3Mpa以上的壓力之下予以融合之融合步驟之處理，而生成實質上不含水(H₂O)之組成的加水燃料。
2. 如申請專利範圍第1項之加水燃料的製造方法，其中上述水活性化步驟係進一步包含：對上述水進行電氣能量的施加、或電漿電弧處理、或進行該兩者。
3. 如申請專利範圍第1或2項之加水燃料的製造方法，其中混合於上述燃料基油之上述水的比率，以體積比計，相對於上述燃料基油1，水為1以下。
4. 如申請專利範圍第1或2項之加水燃料的製造方法，其中於上述攪拌混合步驟之中，首先僅將燃料基油投入攪拌混合槽，一面攪拌，一面將經過上述水活性化步驟與添加劑投入步驟之水逐次少量地噴射於該燃料基油之液面，於該液面上生成強浪，藉而將水添加混合於燃料基油。
5. 如申請專利範圍第1或2項之加水燃料的製造方法，其中於上述攪拌混合步驟之中，使用於攪拌之上述攪拌混合槽，係使用具備：圓筒部分、及將經過上述水活性化步驟與添加劑投入步驟之水以噴射狀態投入該槽內之至少一個噴射管者；該噴射管之上述水的噴射方向，係設置為相對於通過該圓筒部分之中心軸與該噴射管安裝於該圓筒部分之安裝點的該圓筒部分之直徑線，具有自40度以至50度之範圍內的角度。
6. 如申請專利範圍第5項之加水燃料的製造方法，其中上述攪拌混合槽為具有複數個上述噴射管者，複數個上述噴射管之各者，係以相對於通過該圓筒部分之中心軸與該噴射管安裝於該圓筒部分之安裝點的該圓筒部分之直徑線的角度大致相同之方式配置。
7. 如申請專利範圍第6項之加水燃料的製造方法，其中上述噴射管之上述水之噴射方向，相對於上述直徑線為45度。
8. 如申請專利範圍第6項之加水燃料的製造方法，其中上述噴射管具有突出於上述槽之內部的突出部。
9. 如申請專利範圍第8項之加水燃料的製造方法，其中上述突出部之長度為10cm，該突出部之噴射口係位於自上述槽內之液面至少相隔8cm之上方。
10. 如申請專利範圍第1或2項之加水燃料的製造方法，其中於上述添加劑投入步驟之中，將過氧化氫酶相對水之重量比以0.04至0.05%添加。
11. 如申請專利範圍第1或2項之加水燃料的製造方法，其中於上述水活性化步驟之中，係將經活性化之水的ORP值設為160mV至-200mV。
12. 如申請專利範圍第1或2項之加水燃料的製造方法，其中於上述水活性化步驟之中，係設為使電氣石或銅離子發生材料與水接觸之狀態，於此狀態下將10KHz至60KHz與200KHz以上之兩個頻率的超音波交替地對水進行照射。
13. 如申請專利範圍第1或2項之加水燃料的製造方法，其中上述攪拌混合步驟係使用OHR混合器而進行。
14. 一種加水燃料的製造裝置，其係將燃料油與水混合而生成加水燃料之加水燃料的製造裝置，具備：對水賦予超音波照射而將該水活性化之水活性化裝置、於水中添加過氧化氫酶、氫氧化鈉、過氧化氫水溶液中之至少一者作為添加劑之添加劑投入裝置、 將燃料基油與經過上述水活性化裝置與添加劑投入裝置之含有上述添加劑的水予以一邊攪拌一邊混合，藉由該攪拌而在水與燃料基油之混合物的液面產生足以將空氣中的二氧化碳擷取入之程度的強大波浪而構成的攪拌混合裝置、及將經過上述攪拌混合裝置之燃料基油與含有上述添加劑的水的混合物在在40℃至約80℃的溫度及0.3Mpa以上的壓力之基礎下予以融合之融合裝置，且生成實質上不含水(H2O)之組成的加水燃料。
15. 如申請專利範圍第14項之製造裝置，其中上述水活性化步驟係進一步包含：對上述水進行電氣能量的施加、或電漿電弧處理、或進行該兩者。
16. 如申請專利範圍第14項之加水燃料的製造裝置，其中上述水活性化裝置具備收容觸媒之部分，該觸媒為電氣石。
17. 如申請專利範圍第14項之加水燃料的製造裝置，其中上述水活性化裝置具備電漿電弧處理裝置。
18. 如申請專利範圍第17項之加水燃料的製造裝置，其中上述水活性化裝置具備收容觸媒之部分，該觸媒為鋁。
19. 如申請專利範圍第14項之加水燃料的製造裝置，其中上述攪拌混合裝置具備開放於大氣之開放系的攪拌混合槽。
20. 如申請專利範圍第19項之加水燃料的製造裝 置，其中上述攪拌混合裝置具備將待攪拌混合之液體以噴射狀態投入上述攪拌混合槽之噴射管，該噴射管係配置於自上述攪拌混合槽中之液面於上方至少相隔8cm之高度。
21. 如申請專利範圍第14項之加水燃料的製造裝置，其中上述融合裝置具備OHR混合器。