WO2008072391A1 - エマルジョン燃料とその製造方法及び製造装置 - Google Patents
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C10—PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
- C10L—FUELS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; NATURAL GAS; SYNTHETIC NATURAL GAS OBTAINED BY PROCESSES NOT COVERED BY SUBCLASSES C10G, C10K; LIQUEFIED PETROLEUM GAS; ADDING MATERIALS TO FUELS OR FIRES TO REDUCE SMOKE OR UNDESIRABLE DEPOSITS OR TO FACILITATE SOOT REMOVAL; FIRELIGHTERS
- C10L1/00—Liquid carbonaceous fuels
- C10L1/32—Liquid carbonaceous fuels consisting of coal-oil suspensions or aqueous emulsions or oil emulsions
- C10L1/328—Oil emulsions containing water or any other hydrophilic phase
Definitions
- Emulsion fuel and its manufacturing method and manufacturing apparatus Emulsion fuel and its manufacturing method and manufacturing apparatus
- the present invention relates to an environmentally applicable type emulsion fuel obtained by emulsifying fuel oil such as gasoline, light oil, kerosene, heavy oil, vegetable oil, waste oil and water, a method for producing the same, and an apparatus used therefor. .
- Emulsion fuel obtained by mixing water and gasoline, light oil, kerosene, heavy oil, vegetable oil, waste oil, and other fuel oils generates less nitrogen oxides (NO) and dust during combustion.
- NO nitrogen oxides
- Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 6-346071
- Patent Document 2 JP-A-11-263991
- Patent Document 3 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-10765
- Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-226000
- Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-27074
- Patent Document 6 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-123947
- Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-76608 proposes a fuel reformer connected to a diesel engine, and this reformer imparts high-frequency vibration to a liquid mixture of liquid fuel and water. Ultra-fine atomization ⁇ Emulsion fuel with high mixing density is produced and this is It is shown that the engine is supplied to the engine body.
- the combustion temperature is kept low, the water in the fuel becomes water vapor, and a part of it separates to cause a small explosion phenomenon.
- the generation of unburned products such as nitrogen oxides and PM (Particulate Matter) and soot and dust are almost eliminated because the combustion reaction is promoted by mixing the fuel and air with force.
- the invention disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-76608 relates to a vehicle-mounted fuel reformer, and the object can be achieved only in combination with an operation state control system.
- Patent Document 7 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-76608
- the present inventor has already made an environment-applicable emulsion fuel obtained by stirring and mixing a mixed solution of 50% by volume or more of fuel and 50% by volume or less of an aqueous emulsifier solution while applying ultrasonic waves, and a method for producing the same. And a manufacturing apparatus was proposed (Patent Document 8). Emulsion fuel obtained through strong proposals is of high quality. Improvement of the stability of the emulsion over the long term has been desired.
- Patent Document 8 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-28215
- the present invention can be handled and used in the same way as ordinary fuel oil over a long period of time.
- the objective is to develop a high-quality emulsion fuel that maintains a very good emulsion state.
- the present invention relates to 40 to 95% by volume of fuel oil, 60 to 5% by volume of reduced water having an oxidation-reduction potential (ORP) of + lOOmV or less, and 0.1 to 10% by weight with respect to the fuel oil.
- % Emulsifier fuel The mixing ratio of fuel oil and reduced water is preferably 50 to 90% by volume for fuel oil and 50 to 10% by volume for reduced water.
- the oxidation-reduction potential of oxygen is about +850 mV
- the oxidation-reduction potential of hydrogen is about 420 mV
- the point at which the oxygen-reduction force and the reduction force are balanced is said to be about +200 mV.
- reduced water means water having an acid-reduction potential lower than about +200 mV, and it is known that the lower the redox potential, the stronger the reducing power.
- reduced water means water having an acid reduction potential of less than about +200 mV.
- What is used in the present invention is one having an oxidation-reduction potential of about +100 mV or less.
- a more preferred reduced water is an electrolytic reduced water obtained by electrolysis of water, and among the electrolytic reduced water, preferred is electrolytic reduced water having an oxidation-reduction potential of +50 mV or less.
- the electrolytically reduced water used in the present invention is obtained by electrolyzing water using a diaphragm electrolytic cell in which an anode and a cathode are separated and applying ultrasonic waves by an ultrasonic wave generating means. It is preferable to use the reduced electric water produced.
- electrolyzing water it is appropriate to electrolyze water using a hydrogen storage metal or alloy as a cathode.
- Another aspect of the present invention relates to an apparatus for producing the emulsion fuel of the present invention as described above, which includes an anode and a cathode separated by a diaphragm, an ultrasonic generating means, and a stirring means.
- An emulsion fuel production apparatus comprising an electrolytic tank provided with an emulsion tank, an emulsion formation tank provided with stirring means, a fuel oil tank connected to the emulsion formation tank, and an emulsion fuel tank.
- the emulsifier storage means, weighing means, and addition / mixing means need not be special ones, and known ones are arranged at arbitrary positions. It may be installed or installed.
- the cathode of the electrolytic cell is an electrode formed with a hydrogen storage metal or alloy force.
- an electrode formed from a hydrogen storage metal or alloy is also disposed in the emulsion forming tank.
- the electrode of the electrolytic cell and the electrode of the emulsion forming cell, both of which are made of a hydrogen storage metal or alloy are arranged so as to be interchangeable.
- an anode and a cathode on which a hydrogen storage metal or alloy force is also formed may be disposed in the emulsion forming tank.
- an ultrasonic generating means can be installed in the emulsion forming tank.
- Another aspect of the present invention relates to the method for producing the emulsion fuel of the present invention as described above, which is 40 to 95% by volume of the fuel oil (A), and the anode and the cathode are separated.
- 60% to 5% by volume of electrolytically reduced water (B) obtained by electrolysis of water using a separate electrolytic cell and applying ultrasonic waves with ultrasonic generating means, and fuel oil
- a method for producing an emulsion fuel characterized in that 0.1 to 10% by weight of emulsifier (C) is stirred and mixed in an emulsion formation tank.
- the electrolysis of water is performed using an electrode formed with a hydrogen storage metal or alloy force as a cathode. Then, the stirring and mixing of the fuel oil (A), the electrolytically reduced water (B), and the emulsion (C) is performed in the presence of an electrode formed from the hydrogen storage metal or alloy used for the electrolysis of the water. Preferred to do.
- the fuel oil (A), the electrolytically reduced water (B), and the emulsifier (C) are stirred and mixed from an anode provided in the emulsion formation tank and a hydrogen storage metal or alloy.
- it may be performed while energizing between the cathodes (electrodes).
- stirring and mixing may be performed while applying ultrasonic waves by an ultrasonic wave generating means.
- the emulsion fuel obtained by the present invention is an environmentally friendly fuel with little pollution and maintains a very good emulsion state for a long period of time. Therefore, it is handled and used in the same way as ordinary fuel oil. can do.
- the emulsion fuel of the present invention can be used as it is in existing engines and combustion equipment 'equipment, so it is a specially new one. There is no need to prepare.
- it has high fuel efficiency and excellent quality.
- the emulsion fuel of the present invention consisting of light oil and water containing an emulsifier is used in a diesel engine, the generation of PM and nitrogen oxides containing black smoke is extremely reduced.
- the fuel economy of the vehicle is improved and the engine oil has a long life.
- the fuel oil 40 to 95 volume 0/0, and 60 to 5% by volume of reduced water having + 100 mV below the redox potential (ORP), the fuel oil
- the means of mixing and stirring or emulsifying method There is no particular limitation on the means of mixing and stirring or emulsifying method.
- Well-known V any method ⁇ Means ⁇ Equipment can be used!
- the preferred mixing ratio of fuel oil and reduced water is 50 to 90% by volume of fuel oil and 50 to 10% by volume of reduced water.
- the emulsifier used in the first embodiment is liquid or solid. Addition to fuel oil and Z or reduced water ⁇ There are no restrictions on how to mix.
- the emulsifier may be added and mixed as an aqueous solution, or directly added to the fuel oil and Z or reduced water. As a result, the amount of the emulsifier added should be in the range of 0.1 to LO weight%, preferably 1 to 5 weight% with respect to the fuel oil in the mixed liquid of fuel oil and reducing water. Yes.
- any of a nonionic surfactant, a ionic surfactant, a cationic surfactant, and an amphoteric surfactant can be used.
- sorbitol Nonionic surfactants such as fatty acid esters of polyhydric alcohols such as sorbitan and sorbide, and alkylene oxide adducts of alcohols.
- One or more emulsifiers can be used in combination.
- the reduced water used in the first embodiment has a redox potential of +100 mV or less.
- reduced water means water having an acid reduction potential lower than about +200 mV. It is known that the lower the acid reduction potential, the stronger the reducing power. By the way, it is said that the redox potential of canal water is +200 to +700 mV. Some natural waters have redox potentials that are lower than tap water and negative redox potentials.
- the reduced water preferred in the first embodiment is electrolytic reduced water obtained by electrolysis of water, and among the electrolytic reduced water, preferred is a redox potential of +50 mV or less, more preferably 100 mV or less. It is electrolytic reduced water having Electrolytically reduced water refers to cathodic water produced on the cathode side when water is electrolyzed, and is sometimes referred to as alkaline ionized water. Depending on the production method, the oxidation-reduction potential varies, but depending on the production method, it can be obtained after about -200 mV or less.
- electrolytically reduced water used in the first embodiment a diaphragm electrolytic cell in which an anode and a cathode are separated is used, and water is electrolyzed while applying ultrasonic waves by ultrasonic generation means. It is preferable to use electroreduced water (electrolyzed water on the cathode side) obtained by this.
- electroreduced water electroreduced water on the cathode side
- electrolyzing water it is appropriate to electrolyze water using a hydrogen storage metal or alloy as a cathode.
- water having a redox potential of -300 mV to -750 mV can be obtained depending on conditions. Usually, a value of ⁇ lOOmV or less is preferred, and a value around ⁇ 300 mV is suitable.
- the conditions for water electrolysis can be easily determined as appropriate according to the oxidation-reduction potential of the target electrolytic reduced water.
- a diaphragm electrolytic cell that separates an anode (chamber) and a cathode (chamber) is used.
- diaphragms include ion exchange membranes, organic or inorganic microporous membranes, etc., and appropriate ones can be easily selected in consideration of corrosion resistance, mechanical strength, pore size distribution, electrical resistance, etc. be able to.
- the shape is not particularly limited as long as it is generated at the anode and cathode, and any substance existing in the electrolyte solution can be prevented from being mixed by diffusion convection. Practically, a diaphragm electrolytic cell in which the anode in the electrolytic cell is covered with a cylindrical anion exchange membrane is convenient.
- the emulsion fuel obtained by Emulsion Y is the O / W (Oil in Water) type force WZO (Water in Oil) type force according to the ratio of fuel oil and water.
- WZO Water in Oil
- the size of water fine particles in the fuel oil is suitably 20 or less, more preferably 5 or less.
- necessary known additives such as a fungicide, a pour point depressant and a corrosion inhibitor can be blended according to the purpose and use.
- the ultrasonic generator for example, a known or commercially available ultrasonic generator can be used as the ultrasonic generator.
- the ultrasonic power is about 1 to about LOOW, preferably about 5 to 40 W per liter of water or 1 liter of a mixture of fuel oil and reducing water in the process of emulsion formation described below. is there.
- the ultrasonic wave generation means does not include high frequency generation means, but also includes means for applying vibration to an object with a frequency other than so-called ultrasonic waves such as microwaves. Any ultrasonic generator may be used as long as it promotes the cavity effect in the processing liquid, but a type that inserts an ultrasonic oscillating rod connected to an ultrasonic generator into the liquid mixture is appropriate. It is.
- a known or commercially available stirrer may be used as the stirring means. Stirring in the process of electrolysis or emulsification, which will be described later.
- a mixing container used for mixing there is no need to use a special container. For example, it is made of stainless steel, glass, or salt vinyl resin. Common container 'equipment can be used.
- the emulsion formed from reduced water or electrolytic reduced water and fuel oil as described above is considered to become a new emulsion fuel to which hydrogen is added.
- This emulsion fuel is a high quality product with excellent combustibility and fuel efficiency without long-term separation of water and fuel oil. It is of quality.
- the emulsion fuel of the first embodiment first burns fuel oil during combustion.
- FIG. 1 is a schematic view showing an example of an emulsion fuel production apparatus according to the first embodiment.
- 1 is an electrolytic cell used for the electrolysis of water.
- the electrolytic cell 1 includes an anode 3 and a cathode 2 separated by a diaphragm 4 such as an ion membrane, and an ultrasonic oscillation rod.
- Ultrasonic wave generation means 5 and stirring means 6 such as a stirrer are provided.
- Reference numeral 11 denotes an emulsion forming tank, and the emulsion forming tank 11 is provided with a stirring means 16, and a fuel oil tank 17 and an emulsion fuel tank 18 are connected to the emulsion forming tank 11.
- Reference numeral 19 denotes an emulsifier storage tank, and the emulsifier is connected to, for example, the emulsion forming tank 11 through a pump and a metering means (not shown).
- a water tank 20 is connected to the electrolytic cell 1.
- anode 3 for example, platinum, titanium, or carbon is used.
- the ultrasonic wave generation means 5 may be any type as long as it can sufficiently emulsify the mixed solution by the emulsion effect or the cavity effect, but it treats the ultrasonic oscillation rod connected to the ultrasonic generator. A type that is inserted into the liquid is suitable.
- the stirring means 6 and 16 a publicly known or commercially available stirrer may be used. As described above, it is not necessary to use a special tank as the electrolytic tank 1 and the formation tank 11.
- the cathode 2 of the electrolytic cell 1 is preferably an electrode formed of a hydrogen storage metal or an alloy.
- a hydrogen storage metal such as palladium or a hydrogen storage alloy such as titanium-iron alloy
- the emulsion forming tank 11 is also provided with an electrode 12 made of a hydrogen storage metal or alloy. In this case, both are formed from hydrogen storage metal or alloy. It is convenient to arrange the electrode of the electrolytic cell and the electrode of the emulsion forming tank so that they can be exchanged alternately.
- the cathode is preferably arranged and arranged so that the electrolytic cell can be moved to the emulsion forming cell for every batch. Adsorption of hydrogen in the electrolytic cell * The occluded hydrogen storage metal or alloy cathode moves to the emulsion formation tank and exhibits the effect of adding hydrogen to the emulsion.
- the electrolytic cell 1 may be filled with an electrolyte, for example, a salt of alkali metal or alkaline earth metal hydroxide or chloride.
- FIG. 2 is a schematic view showing another example of the emulsion fuel production apparatus according to the first embodiment.
- 11 is an emulsion forming tank
- 12 is a cathode (annular cathode) formed from a hydrogen storage metal or alloy
- 13 is an anode
- 15 is an ultrasonic generator
- 16 is a stirring means.
- the formation of emulsion may be performed while no current is applied between the anode 13 and the cathode 12.
- the stirring and mixing may be performed by a force S that does not give an ultrasonic wave by the ultrasonic wave generation means 15.
- a predetermined amount of water for example, tap water, is supplied from the water tank 20 to the electrolytic cell 1 and electrolysis is performed while applying ultrasonic waves. Thereafter, the electrolytically reduced water produced in the cathode (chamber) of the electrolytic cell 1 is transferred to the emulsion forming tank 11 through a liquid feed pipe or the like.
- the emulsifier is stored in the form of powder, liquid or aqueous solution. From the storage tank 19, it can be mixed with electrolytically reduced water in the middle of the liquid supply pipe and mixed with galley fuel oil. Alternatively, it may be supplied to the emulsion forming tank 11 directly.
- the electrode made of a hydrogen storage metal or alloy used as the electrolysis cathode 2 in the electrolytic cell 1 is moved to the emulsion forming tank 11, and reduced electrolytic water, fuel oil, and emulsifier in the emulsion forming tank are transferred. While discharging hydrogen from this electrode (12 in Fig. 2) to the mixed solution, and if necessary, applying the ultrasonic wave from the ultrasonic wave generation means (15 in Fig. 2) to the mixed solution, Stir and mix. The time, temperature, atmosphere, etc. for emulsification are not particularly limited. After the formation of the emulsion is completed, the electrode (12 in FIG.
- the emulsion fuel tank 18 is transferred to the emulsion fuel tank 18 and stored.
- an appropriate control means is combined with the emulsion fuel tank 18 directly to the combustion apparatus. It is also possible to supply fuel.
- the water tank 20 may be directly connected to a water supply source such as a water supply in a so-called temporary water storage tank. In the first embodiment, this is also the concept of the water tank. Is included.
- the evaluation of the stability of the emulsion over time was evaluated according to the following criteria by observing the appearance after leaving 250 ml of emulsion emulsion in a 250 ml graduated cylinder and leaving it in a sealed system at 25 ° C for 1 to 3 months. ⁇ : No change in appearance, slight change, X: Emulsion separated.
- 20 L of tap water (acid-reduction potential is about +200 mV) is placed in the cathode chamber of the electrolytic cell in FIG. 1 (the treatment cell is made of stainless steel), while 100 g of sodium hydroxide is added to the anode chamber.
- An aqueous solution containing 20 L was added, and direct current of a three-phase power source was used as a power source.
- As the cathode an electrode made of palladium (hydrogen storage metal) was used.
- the average voltage for electrolysis was 20V and the average current was 50A.
- the electric wave bar which is the ultrasonic wave generation means, was a metal bar with a diameter of 45 mm and a length of 35 cm, and 20 KHz ultrasonic waves were printed on it.
- the ultrasonic power averaged 255W.
- the applied voltage in electrolysis was almost constant for 30 minutes, and the power and ultrasonic power gradually increased.
- the negative chamber water was stirred 1400 times / m using a commercially available mixer.
- the redox potential of the electrolytically reduced water obtained in the cathode chamber was about 300 mV.
- the obtained emulsion fuel was in a uniform emulsion state.
- the appearance of the emulsion did not change even after being left at 25 ° C for 1 month and then for another 3 months (O: no change in appearance).
- Example 2 The formation of an erosion was carried out in the same manner as in Example 1 except that the cathode (electrode) was immersed in the mixture in the emulsion formation tank using normal tap water (oxidation-reduction potential of about +200 mV). A mixture of light oil, emulsifier and tap water was stirred and mixed in a tank to obtain an emulsion fuel. When this is left at 25 ° C for 1 day, changes in the state of the emulsion appear ( ⁇ : slight change), and after a week, the emulsion is almost separated (X: the emulsion is separated). .
- the emulsion fuel of the first embodiment in a uniform emulsion state was obtained both when natural groundwater was used and when alkaline ionized water produced by a commercially available device was used. Both were left for 1 month, but the phenomenon of kerosene and water separation did not occur, and the emulsion was completely maintained (O: no change in appearance). However, after 3 months, some separation was observed in Emulsion ( ⁇ : slight change).
- Emulsion fuel was obtained in the same manner as in Example 2 using normal tap water (oxidation-reduction potential was about +200 mV). This was much more stable than that of Comparative Example 1, but the example It was inferior in stability to that of 2.
- Emulsion fuel of the first embodiment Combustion of 200 liters for 1 hour, exhaust gas temperature: 410 ° C.
- Fuel oil A (for comparison): Combustion of 200 liters per hour, exhaust gas temperature: 450 ° C.
- the thermal efficiency of 91% ((410Z450) X 100) is obtained compared to the fuel of A heavy oil 100% despite containing 40% water. This means that fuel efficiency has improved by about 50% compared to 60% of heavy fuel oil (410Z (450 X 0.6)).
- the boiler used in the experiment is a device with a complete combustion rate of 99.7% when fuel oil A is 100%, and combustion with fuel oil A alone is also complete combustion. Therefore, it is considered that A heavy oil fuel alone and emulsified fuel are compared with those in which both burned completely.
- the water in the emulsion fuel sprayed in the boiler is heated rapidly to about 700 ° C, causing micro explosions one after another, and is expected to expand about 3200 times.
- the fuel oil in the emulsion will react with water vapor to react with water vapor as described below, and the carbon in the fuel oil will react with water vapor to produce CO and H.
- a combustion state confirmation test of the emulsion fuel of the first embodiment used in Example 3 was performed. As a result, it was found that when the air volume was 30% or less of the theoretical air volume, incomplete combustion occurred, and when the air volume exceeded 70%, the excess air region was reached. In the case of this emulsion fuel, it was found that the air volume in the range of 35% to 65% was good, and in particular, the oxygen concentration became uniform around 50%.
- the emulsion fuel of the first embodiment can be completely burned with very little air, exhaust heat loss can be prevented. This is thought to be because the fine particles of water dispersed in the emulsion fuel oil instantaneously explode and vaporize in the combustion chamber of the boiler, further dividing and scattering the fuel oil particles to help contact with oxygen. It is done. In the emulsion fuel of the first embodiment, excess air can be suppressed to less than one half of that in the case of normal general combustion.
- a mixture of fuel oil of 50% by volume or more, preferably 60% by volume or more and an emulsifier aqueous solution of 50% by volume or less, preferably 40% by volume or less is applied with ultrasonic waves. Stir and mix to mix the fuel oil. Particularly preferred is a mixture of 80 to 90% by volume of fuel oil and 20 to 10% by volume of an aqueous emulsifier solution.
- the emulsifier aqueous solution does not necessarily mean that the emulsifier is dissolved in water, but the order of mixing and dissolution does not matter. Including those containing 50% or less by volume of emulsifier and water.
- the addition of fuel oil, water and emulsifiers and the mixing order are not particularly limited.
- Water and an emulsifier may be mixed together, or first, the emulsifier may be mixed and dissolved in water and then added to the fuel oil, or first, the emulsifier may be mixed and dissolved in the fuel oil and then the water. It is also possible to add gradually.
- the emulsifier is suitably used in an amount of 0.1 to L0% by weight of the fuel oil, preferably 1 to 5% by weight.
- any of nonionic surfactants, cation surfactants, cationic surfactants, and amphoteric surfactants can be used.
- polyhydric alcohols such as sorbitol, sorbitan and sorbide are used.
- Nonionic surfactants such as fatty acid esters and alcohol alkylene oxide adducts.
- the emulsifiers can be used alone or in combination.
- the environmentally applicable type emulsion fuel obtained by Emulsion Y is a force that becomes an OZW (Oil in Water) type or a WZO (Water in Oil) type depending on the ratio of fuel oil and water. You can also use In general, the WZO type, in which water fine particles are dispersed in fuel oil, is superior in stability. The size of the water fine particles in the fuel oil is suitably 20 or less, more preferably 5 or less.
- the environment-applied emulsion fuel of the second embodiment may contain necessary known additives such as antifungal agents, pour point depressants, and corrosion inhibitors, depending on the purpose and application. it can.
- the ultrasonic wave generating means in the second embodiment can be used as the ultrasonic wave generating means in the first embodiment.
- the ultrasonic power is about 1 to 1 OOW, preferably 10 to 40 W per liter of a mixed liquid of a fuel oil and an emulsifier aqueous solution.
- FIG. 3 is a schematic view of an apparatus (environment-applied emulsion fuel production apparatus) showing an example. Equipped with ultrasonic generating means 21 and stirring means 22 It is composed of a mixing vessel 23, a water tank 24, a fuel oil tank 25, an emulsifier tank 26, and an environmentally applicable emulsion fuel tank 27 connected thereto. 28 is a measuring instrument, 29 is a valve. A predetermined amount of fuel oil, emulsifier and water are supplied to the mixing vessel 23 from each tank.
- the emulsifier may be in the form of powder, liquid, or aqueous solution, depending on the type of the emulsifier, or may be supplied to the mixing vessel 23 from a mixture of galley fuel oil or water.
- An ultrasonic generation means (oscillation rod) 21 for applying ultrasonic waves to the fuel oil and the emulsifier aqueous solution is inserted into the mixing container 23, and the stirring means 22 is also installed in the mixing container 23.
- the fuel oil is emulsified by stirring while applying ultrasonic waves.
- time, temperature, atmosphere, etc. for emulsification.
- the obtained environmentally friendly emulsion fuel having a volume of 50% by volume or more and an aqueous emulsifier solution of 50% by volume or less is introduced and stored in the environmentally applicable emulsion fuel tank 27.
- the combustion apparatus is directly connected to the environment-applied emulsion fuel tank 27 by combining appropriate control means. It is also possible to supply environmentally applicable emulsion fuel.
- the water tank 24 may be directly connected to a water supply source such as a water supply that is not a so-called temporary water storage tank. In the second embodiment, such a water tank is also used. It is included in the concept of
- the evaluation of the stability of the emulsion over time was evaluated according to the following criteria by observing the appearance after leaving 250 ml of emulsion emulsion in a 250 ml graduated cylinder and leaving it at 25 ° C for 1 month in a sealed system. ⁇ : No change in appearance, slight change, X: Emulsion separated.
- Example 6 An emulsion fuel was obtained in the same manner as in Example 5 except that no ultrasonic wave was applied. When this was left at 25 ° C for 1 day, changes in the state of the emulsion appeared ( ⁇ : slight change), and after a week, the emulsion was almost separated (X: the emulsion was separated).
- Example 6 An emulsion fuel was obtained in the same manner as in Example 5 except that no ultrasonic wave was applied. When this was left at 25 ° C for 1 day, changes in the state of the emulsion appeared ( ⁇ : slight change), and after a week, the emulsion was almost separated (X: the emulsion was separated).
- a mixed liquid of 12 liters of kerosene and 8 liters of water containing 200 g of a nonionic surfactant mainly composed of polyoxyethylene alkyl ether was prepared.
- the mixed solution was put into a stainless steel container, and ultrasonic waves of 20 KHZ were applied and simultaneously stirred with a stirrer. After the treatment for 20 minutes, the treatment solution was left for 1 month, but the separation of kerosene and water did not occur, and the emulsion was completely maintained! ⁇ ⁇ ( ⁇ : No change in appearance).
- the emulsion fuel obtained by the present invention maintains a very good emulsion state for a long period of time, and can be handled and used in the same manner as ordinary fuel oil. And because it is high quality and fuel efficiency is improved, it is environmentally friendly and fuel costs can be saved significantly. Furthermore, the emulsion fuel obtained by using water and fuel oil such as kerosene, heavy oil, gasoline, etc.
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- soot generation is small, so it can be used as fuel for preventing air pollution, for example, fuel for factories, fuel for farm equipment, fuel for fishing boats and ships, and fuel for vehicles.
- an emulsion fuel comprising light oil and water containing an emulsifier can be effectively used as a fuel for a diesel engine.
- FIG. 1 is a schematic view of an example of an emulsion fuel production apparatus according to a first embodiment.
- FIG. 2 is a schematic view of another example of the emulsion fuel production apparatus according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a schematic view of an example of an environment-applied type emulsion fuel production apparatus according to a second embodiment. Explanation of symbols
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Abstract
通常の燃料油と同じように取り扱いそして使用できる、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持した、高品質のエマルジョン燃料を提供すること。 燃料油40~95体積%と、+100mV以下の酸化還元電位を有する60~5体積%の還元水と、燃料油に対して0.1~10重量%の乳化剤の混合液からなるエマルジョン燃料であり、還元水としては、水の電気分解によって得られる電解還元水が好ましい。そして、かかるエマルジョン燃料は、好ましくは、電解還元水として、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電解還元水を用いることによって得られる。電気分解に際しては、陰極として、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極を用いるのが好ましい。
Description
ェマルジヨン燃料とその製造方法及び製造装置
技術分野
[0001] 本発明は、ガソリン、軽油、灯油、重油、植物油、廃油等の燃料油と水をェマルジヨン 化して得られる環境適用型のェマルジヨン燃料、その製造方法、並びにそれに用い る装置に関するものである。
背景技術
[0002] 水とガソリン、軽油、灯油、重油、植物油、廃油等の燃料油を混合して得られるエマ ルジョン燃料は、燃焼時に窒素酸ィ匕物 (NO )や煤塵の発生が少ないため、大気汚
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染防止に有効な燃料であることが知られている。例えば、車両、船舶、発電、土木建 築等の多くの分野で有効に利用されているディーゼルエンジンは主として軽油を燃 料としている力 近年、その排気ガスに含まれる窒素酸化物や PM (Particulate Matte r)等の未燃焼生成物、煤塵等が大気汚染の原因となっている。このため、ディーゼ ルエンジンの排気ガス浄ィ匕を目的として、種々の技術開発が進められている力 その 一つとして、排気ガス中の窒素酸化物を低減するために、軽油と水とからなるェマル ジョン燃料を供給して、噴射、燃焼させるェマルジヨン燃料供給装置も色々と提案さ れている。そしてまた、安定なェマルジヨン燃料を得るための乳化剤についても、色 々な種類のものが提案されて ヽる。
特許文献 1:特開平 6 - 346071号公報
特許文献 2:特開平 11― 263991号公報
特許文献 3 :特開 2004— 10765号公報
特許文献 4:特開 2002— 226000号公報
特許文献 5:特開 2003 - 27074号公報
特許文献 6:特開 2004 - 123947号公報
[0003] また、特開 2004— 76608号公報には、ディーゼルエンジンに連結された燃料改質 装置が提案されており、この改質装置は、液体燃料と水との混合液に高周波振動を 与えて超微粒化 ·高混合密度のェマルジヨン燃料を生成させ、これを燃料噴射ボン
プによりエンジン本体に供給するものであることが示されている。そして、かかる燃料 を運転状態の制御システム下でディーゼルエンジンに用いると、燃焼温度が低く抑え られると共に、燃料中の水分が水蒸気となり、その一部が分離して小爆発の現象を 起こし、その爆発力で燃料と空気との混合を助け燃焼反応が助長されるので、窒素 酸ィ匕物や PM (Particulate Matter)等の未燃焼生成物、煤塵等の発生が殆どなくなる ということが述べられている。しかしながら、特開 2004— 76608号公報の発明は、あ くまでも車両積載型の燃料改質装置に関するものであり、運転状態の制御システムと 組合わせて初めて目的が達成されるものである。
特許文献 7:特開 2004 - 76608号公報
[0004] また、実際に、軽油と水から、その時々の燃焼条件に最適なェマルジヨン燃料を作る 装置と、後処理フィルターを組み合わせて、電子制御により統合処理する車両積載 型のシステムが、 NO · ΡΧ法認定装置として公にも認定されている。これによると、燃
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料中の水分により燃焼時のピーク温度が下がるため、窒素酸ィ匕物の発生が大幅に低 減し、またその時、水の微爆によって燃料と酸素の混合が促進され、より完全な燃焼 が起こるため、黒煙'煤塵の発生も抑えられるという効果があることが知られている。
[0005] 以上の様に、従来は、主として、ディーゼルエンジンと直結した燃料供給システムとし ての改良 '改善が色々と検討されてきた。しかし、より適用 ·応用範囲の広い、長期間 にわたつて燃料と水との良好なエマノレジョン状態を保持した、実用的なエマノレジョン 燃料自体の開発も望まれて!/、た。
[0006] 本発明者は、既に、燃料 50体積%以上と乳化剤水溶液 50体積%以下の混合液を、 超音波を付与しながら攪拌'混合して得られる環境適用型ェマルジヨン燃料とその製 造方法、並びに製造装置について提案を行った (特許文献 8)。力かる提案によって 得られたェマルジヨン燃料は高品質のものである力 長期間にわたるェマルジヨン安 定性について、より改善が望まれていた。
特許文献 8:特開 2006 - 28215号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0007] 本発明は、通常の燃料油と同じように取り扱いそして使用できる、長期間にわたって
非常に良好なェマルジヨン状態を保持した、高品質のェマルジヨン燃料を開発するこ とを目的'課題とするものである。
課題を解決するための手段
[0008] 本発明は、燃料油 40〜95体積%と、 + lOOmV以下の酸化還元電位(ORP)を有 する 60〜5体積%の還元水と、燃料油に対して 0. 1〜10重量%の乳化剤の混合液 カゝらなるェマルジヨン燃料である。そして、燃料油と還元水の混合割合は、燃料油が 50〜90体積%で、還元水が 50〜 10体積%のものが好ましい。
[0009] 一般に、酸素の酸化還元電位は約 + 850mV、水素の酸化還元電位は約 420m Vであり、酸ィ匕力と還元力が平衡になる点は、約 + 200mVであるとされている。従つ て、還元水とは酸ィ匕還元電位が約 + 200mVより低い水を意味し、この酸化還元電 位が低くなるほど、還元力が強いことが知られている。本明細書においても還元水と は、酸ィ匕還元電位が約 + 200mVより低い水を意味する。そして、本発明において用 いられるのは、酸化還元電位が約 + 100mV以下のものである。そして、更に好まし い還元水は、水の電気分解によって得られる電解還元水であり、電解還元水のなか で好まし 、のは、 + 50mV以下の酸化還元電位を有する電解還元水である。
[0010] 本発明において用いられる電解還元水としては、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解 槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことに よって得られた電ィ匕還元水を用いるのが好ましい。そして、水の電気分解を行うに際 しては、陰極として水素吸蔵金属又は合金を用いて、水の電気分解を行うのが適当 である。
[0011] 本発明の他の態様は、前記のごとき本発明のェマルジヨン燃料を製造するための装 置に関するものであり、それは、隔膜によって隔てられた陽極と陰極、超音波発生手 段及び攪拌手段を備えてなる電解槽と、攪拌手段を備えたェマルジヨン形成槽と、該 ェマルジヨン形成槽に連結された燃料油タンクとェマルジヨン燃料タンクとからなるェ マルジヨン燃料製造装置である。カゝかる本発明の装置においては、通常用いられる 公知の配管、ポンプ類、計量装置、制御装置等を適当に配置あるいは組み込むこと ができることはいうまでもない。また、本発明においは、乳化剤の貯蔵手段、秤量手 段、添加'混合手段は、特別なものである必要はなぐ公知のものを任意の位置に配
置又は設置すれば良い。
[0012] 前記製造装置において、電解槽の陰極は、水素吸蔵金属又は合金力 形成された 電極であるのが好ましい。また、ェマルジヨン形成槽にも、水素吸蔵金属又は合金か ら形成された電極を配置するのが好ましい。そして、この場合に、共に水素吸蔵金属 又は合金から形成された、電解槽の電極とェマルジヨン形成槽の電極は、交互に交 換可能なように配置しておくのが便利である。
[0013] 前記製造装置においては、エマルジョン形成槽に、陽極と、水素吸蔵金属又は合金 力も形成された陰極を配置しても良い。また、ェマルジヨン形成槽に、超音波発生手 段を設置することもできる。
[0014] 本発明のもう一つの態様は、前記のごとき本発明のェマルジヨン燃料の製造方法に 関するものであり、それは、燃料油 (A)の 40〜95体積%と、陽極と陰極が隔てられ た隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分 解を行うことによって得られた電解還元水(B)の 60〜5体積%と、燃料油に対して 0. 1〜10重量%の乳化剤 (C)を、ェマルジヨン形成槽で攪拌混合することを特徴とする ェマルジヨン燃料の製造方法である。
[0015] 前記方法においては、水の電気分解を、陰極として水素吸蔵金属又は合金力も形 成された電極を用いて行うのが好ま 、。そして、燃料油 (A)と電解還元水(B)と乳 ィ匕剤 (C)の攪拌混合を、前記の水の電気分解に用いた水素吸蔵金属又は合金から 形成された電極の存在下で行うのが好まし 、。
[0016] 更に、前記方法においては、燃料油 (A)と電解還元水 (B)と乳化剤 (C)の攪拌混合 を、ェマルジヨン形成槽に設けられた陽極と、水素吸蔵金属又は合金から形成された 陰極 (電極)の間に通電しながら行うようにしても良い。また、攪拌混合を、超音波発 生手段で超音波を与えながら行うようにしても良 、。
発明の効果
[0017] 本発明によって得られるェマルジヨン燃料は、公害が少なく環境に優しい燃料であり 、長期間にわたって非常に良好なェマルジヨン状態を保持しているので、通常の燃 料油と同じように取り扱い、使用することができる。また、本発明のェマルジヨン燃料 は、既存のエンジンや燃焼装置'設備にそのまま使用できるので、特別に新たなもの
を備える必要もない。その上、燃費も高く品質にも優れている。そして、例えば、軽油 と乳化剤を含む水とからなる本発明のェマルジヨン燃料をディーゼルエンジンに使用 した場合には、黒煙を含む PM及び窒素酸ィ匕物の発生が非常に少なくなる。また、車 両の燃費が向上すると共に、エンジンオイルの寿命も長くなるというメリットが得られる 発明を実施するための最良の形態
[0018] <第 1実施形態 >
本発明の第 1実施形態に係るェマルジヨン燃料は、燃料油 40〜95体積0 /0と、 + 100 mV以下の酸化還元電位 (ORP)を有する 60〜5体積%の還元水と、燃料油に対し て 0. 1〜: LO重量%の乳化剤を混合攪拌し、ェマルジヨンィ匕することによって得られる 。混合攪拌又はェマルジヨンィ匕の方法'手段は特に限定されるものではない。公知の V、かなる方法 ·手段 ·装置を用いてもよ!、。燃料油と還元水の好ま U、混合割合は、 燃料油が 50〜90体積%で、還元水が 50〜10体積%のものである。
[0019] 第 1実施形態において用いられる乳化剤は液体又は固体のものである力 燃料油及 び Z又は還元水への添加 ·混合のさせ方にっ 、ては何の制限もな 、。乳化剤を水 溶液として添加'混合しても良ぐあるいは、直接燃料油及び Z又は還元水に直接添 カロ'混合しても良い。結果的に、乳化剤の添加量が、燃料油と還元水の混合液にお いて、燃料油に対して 0. 1〜: LO重量%、好ましくは、 1〜5重量%の範囲であれば良 い。
[0020] 第 1実施形態において用いられる乳化剤としては、非イオン界面活性剤、ァ-オン界 面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤のいずれでも用いることができる 1S 好ましいのは、ソルビトール、ソルビタン及びソルバイド等の多価アルコールの脂 肪酸エステルや、アルコールのアルキレンオキサイド付加物等の非イオン界面活性 剤である。乳化剤は一種又は二種以上混合して用いることができる。
[0021] 第 1実施形態において用いられる還元水は、 + 100mV以下の酸化還元電位を有す るものである。一般的に還元水とは酸ィ匕還元電位が約 + 200mVより低い水を意味し 、この酸ィ匕還元電位が低くなるほど、還元力が強いことが知られている。ちなみに、水 道水の酸化還元電位は + 200〜 + 700mVであると言われており、井戸水などの天
然水は、酸化還元電位が水道水よりも低ぐ酸化還元電位がマイナスのものも存在し ている。
[0022] 第 1実施形態において好ましい還元水は、水の電気分解によって得られる電解還元 水であり、電解還元水のなかで好ましいのは、 + 50mV以下、更に好ましくは 100 mV以下の酸化還元電位を有する電解還元水である。電解還元水とは、水を電気分 解したときに、陰極側に生成する陰極水をいい、アルカリイオン水と呼ばれる場合も ある。製造方法によって酸化還元電位は異なるが、製法によっては約— 200mV以 下のちのち得られる。
[0023] 第 1実施形態において用いられる電解還元水としては、陽極と陰極が隔てられた隔 膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行 うことによって得られた電化還元水(陰極側の電解水)を用いるのが好ましい。また、 水の電気分解を行うに際しては、陰極として水素吸蔵金属又は合金を用いて、水の 電気分解を行うのが適当である。かかる方法'装置によると、条件によって— 300mV 〜― 750mVもの酸化還元電位を有する水を得ることができる。通常は、 - lOOmV 以下のものが好ましぐ特に— 300mV前後のものが適当である。水の電気分解の条 件は、目的とする電解還元水の酸化還元電位に応じて、適宜容易に決定することが できる。
[0024] 水の電気分解を行うに際しては、陽極 (室)と陰極 (室)を分ける隔膜電解槽が用いら れる。隔膜としては、イオン交換膜、有機又は無機の微多孔膜等があり、これらの中 から耐食性、機械的強度、気孔径'分布、電気抵抗等を勘案して、適当なものを容易 に選択することができる。形状は特に限定されるものではなぐ陽極と陰極で発生、存 在する物質が電解液に溶解し、それが拡散対流によって混合するのを防げるようなも のであれば良い。実用的には、電解槽の中の陽極を、円筒状の陰イオン交換膜で覆 つた形態の隔膜電解槽が便利である。
[0025] ェマルジヨンィ匕によって得られたェマルジヨン燃料は、燃料油と水の割合によつて、 O /W(Oil in Water)型力 WZO (Water in Oil)型になる力 第 1実施形態においては 、どちらの型でも力まわない。一般的に、燃料油中に水の微粒子が分散した WZO 型の方が安定性には優れており、また、 WZO型の方力 水としての性質は少なぐ
これに接触する機器類を酸ィ匕すると ヽうような問題もな ヽので好ま ヽ。燃料油中の 水微粒子の大きさは、 20 以下が適当であり、 5 以下にするのがより好ましい。ま た、第 1実施形態のヱマルジヨン燃料中には、その目的'用途に応じて、必要な公知 の添加剤、例えば、防鲭剤、流動点降下剤、腐食防止剤を配合することもできる。
[0026] 第 1実施形態においては、前記電解還元水を得るための水の電気分解に際し、超音 波発生手段を併用するとより優れた効果が得られる。詳細な、原理 ·作用は不明であ るが、電気分解に際し、水に超音波発生手段で超音波を付与することにより、水がミ クロバブル化し、同時に常温常圧下でありながら 1000気圧 5000度の真空状態を作る といわれる超音波のキヤビテーシヨン効果により、非常に効率的に電解還元水が得ら れるものと思われる。この際、陰極として、水素吸蔵金属又は合金を用いると、発生し た水素が陰極に吸収.吸着される力 この水素は、後述のごとぐエマルジョン形成ェ 程で有効に使うことができる。このような水の電気分解によって、約— 500mVもの酸 化還元電位を有する水を得ることができる。
[0027] 第 1実施形態において超音波発生手段としては、例えば、公知あるいは市販の超音 波発生装置を用いることができる。超音波のパワーとしては、水 1リットルあたり、ある いは、後述のェマルジヨン形成の過程では、燃料油と還元水の混合液 1リットル当た り、 1〜: LOOW程度、好ましくは 5〜40Wである。なお、第 1実施形態において超音波 発生手段とは、高周波発生手段は含まないが、マイクロ波等のいわゆる超音波以外 の、周波数により物体に振動を与える手段も含むものとする。超音波発生手段は、処 理液に、キヤビテーシヨン効果を促すものであればどのようなものでも良いが、超音波 発生機と接続された超音波発振棒を混合液に挿入するタイプのものが適当である。 攪拌手段は、公知あるいは市販の攪拌機を利用すれば良い。電気分解、あるいは、 後述のェマルジヨン形成の過程で攪拌.混合に用いる混合容器としては、特別な容 器を用いる必要はなぐ実用的にも、例えば、ステンレスやガラス製、あるいは塩ィ匕ビ ニール製の一般的な容器'装置を用いることができる。
[0028] 前記のごとき還元水又は電解還元水と燃料油とから形成されたェマルジヨンは、水素 が添加された新しいェマルジヨン燃料になるものと思われる。そして、このェマルジョ ン燃料は、水と燃料油が長期間分離することなぐ燃焼性も良く燃費にも優れた高品
質のものである。第 1実施形態のェマルジヨン燃料は、燃焼に際し先ず燃料油が燃え
、それによつてェマルジヨン中の水が微爆発して燃料油の燃焼面積が飛躍的に増大 し、完全燃焼が起こるものと推測される。
[0029] 第 1実施形態のェマルジヨン燃料の製造方法及びそれに用いられる装置について、 図を用いて説明する。図 1は、第 1実施形態のェマルジヨン燃料製造装置の一例を 示す概略図である。図 1において、 1は水の電気分解を行うために用いられる電解槽 であり、電解槽 1には、イオン膜等の隔膜 4によって隔てられた陽極 3と陰極 2、超音 波発振棒等の超音波発生手段 5及び攪拌機等の攪拌手段 6が備えられて 、る。 11 はェマルジヨン形成槽であり、ェマルジヨン形成槽 11には、攪拌手段 16が備えられ ており、このェマルジヨン形成槽 11には、燃料油タンク 17とェマルジヨン燃料タンク 1 8が連結されている。かかる第 1実施形態の装置においては、通常用いられる公知の 配管、ポンプ類、計量装置、制御装置等を適当に配置あるいは組み込むことができ る(図示せず)。 19は乳化剤の貯蔵タンクであり、乳化剤は、ポンプや計量手段(図 示せず)を経て、例えば、ェマルジヨン形成槽 11に連結されている。また、電解槽 1に は、水タンク 20が連結されている。
[0030] 第 1実施形態において、陽極 3としては、例えば、白金、チタンや炭素が用いられる。
陰極 2としては、例えば、ノラジウム、チタン等の金属やその合金が用いられる。超音 波発生手段 5は、混合液を、ェマルジヨン効果やキヤビテーシヨン効果により、十分に 乳化させ得るものであればどのようなものでも良いが、超音波発生機と接続された超 音波発振棒を処理液に挿入するタイプのものが適当である。攪拌手段 6、 16は、公 知あるいは市販の攪拌機を利用すれば良い。前述のごとぐ電解槽 1ゃェマルジヨン 形成槽 11としては、特別な槽を用いる必要はな 、。
[0031] 前記製造装置において、電解槽 1の陰極 2は、水素吸蔵金属又は合金から形成され た電極であるのが好ま 、。陰極としてパラジウム等の水素吸蔵金属あるいはチタン 一鉄合金等の水素吸蔵合金を使用すると、電気分解で発生した水素が陰極に吸蔵 され、その後この排出される水素をェマルジヨン形成槽で有効に活用することができ る。また、ェマルジヨン形成槽 11にも、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極 1 2を配置するのが好ましい。そして、この場合に、共に水素吸蔵金属又は合金から形
成された、電解槽の電極とェマルジヨン形成槽の電極は、交互に交換可能なように配 置しておくのが便利である。即ち、陰極はワンバツチごとに電解槽カもェマルジヨン形 成槽へ、ェマルジヨン形成槽力 電解槽に移動できるように構成'配置しておくのが 好ましい。電解槽で水素を吸着 *吸蔵した水素吸蔵金属又は合金力 なる陰極は、 ェマルジヨン形成槽に移動して、ェマルジヨンに水素を添加するという作用効果を発 揮する。水の電気分解に際しては、電解槽 1に、電解質、例えば、アルカリ金属又は アルカリ土類金属の水酸化物や塩化物等の塩を入れてぉ 、ても良 、。
[0032] 図 2は、第 1実施形態のェマルジヨン燃料製造装置の他の例を示す概略図である。
図 2において、 11はェマルジヨン形成槽、 12は水素吸蔵金属又は合金から形成され た陰極 (環状陰極)、 13は陽極、 15は超音波発生手段、 16は攪拌手段である。第 1 実施形態においては、ェマルジヨン形成に際して、陽極 13と陰極 12の間に通電しな 力ら行うようにしても良い。また、攪拌混合を、超音波発生手段 15で超音波を与えな 力 Sら行うようにしても良い。力べすることによって、ェマルジヨンの安定性がより向上す る効果が得られる。
[0033] 図 1において、所定量の水、例えば、水道水が、水タンク 20から電解槽 1に供給され 、超音波を付与しながら電気分解が行われる。その後、電解槽 1の陰極 (室)に生成 した電解還元水は、送液パイプ等によってェマルジヨン形成槽 11に移される。乳化 剤は粉末、液体あるいは水溶液の形態で貯蔵されており、貯蔵タンク 19から、前記 送液パイプの途中で電解還元水に添カロ ·混合しても良ぐあらカゝじめ燃料油と混合し ておいても良ぐあるいは、直接、ェマルジヨン形成槽 11に供給しても良い。
[0034] 次いで、ェマルジヨン形成槽 11に、電解槽 1で電気分解の陰極 2として用いた水素 吸蔵金属又は合金からなる電極を移動し、ェマルジヨン形成槽中の還元電解水と燃 料油と乳化剤の混合液に、この電極(図 2の 12)から水素を放出させつつ、必要な場 合には、混合液に超音波発生手段(図 2の 15)から超音波を付与しながら、混合液を 攪拌しェマルジヨンィ匕する。ェマルジヨン化のための時間、温度、雰囲気等は特に限 定されるものではない。ェマルジヨン形成が終了したら、水素吸蔵金属又は合金から なる電極(図 2の 12)は電解槽 1に移動させ、再び、水の電気分解の陰極 2として用 いられる。
[0035] そして、乳化剤でェマルジヨン化された燃料油 40〜95体積%と電解還元水 60〜5 体積%のェマルジヨン燃料は、ェマルジヨン燃料タンク 18に移送され貯蔵される。な お、例えば、工場等で一定の箇所に設置型の燃焼装置に第 1実施形態を適用する 場合には、適当な制御手段を組合わせて、ェマルジヨン燃料タンク 18から直接、燃 焼装置にェマルジヨン燃料を供給できるようにすることもできる。また、水タンク 20は、 いわゆる一時的に水を貯蔵するタンクではなぐ水道等の水供給源に直接連結され ているものでも良ぐ第 1実施形態においては、このようなものも水タンクの概念に含 むものである。
[0036] 以下、実施例により第 1実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものでは ない。なお、ェマルジヨンの経時安定性の評価は、ェマルジヨン燃料 250mlを 250ml のメスシリンダーに入れ、密封系で 25°Cで 1〜3ヶ月放置した後の外観を観察して、 次の基準で評価した。〇:外観変化せず、 若干の変化あり、 X:ェマルジヨンが分 離。
実施例 1
[0037] 図 1の電解槽 (処理槽はステンレス製)の陰極室に水道水(酸ィ匕還元電位が約 + 20 0mV) 20Lを入れ、一方、陽極室には、水酸ィ匕ナトリウム 100gを含む水溶液 20Lを 入れ、電源として三相電源の直流を用い、超音波を与えながら、常温常圧で 30分間 電気分解を行った。陰極としては、パラジウム (水素吸蔵金属)からなる電極を用いた 。電気分解の平均電圧は 20V、平均電流は 50Aであった。超音波発生手段である 電波棒は、直径 45mm、長さ 35cmの金属棒を用い、これに 20KHzの超音波を印 カロした。超音波のパワーは、平均 255Wであった。なお、電気分解における印加電 圧は、 30分間ほぼ一定であった力 電流と超音波のパワーは、徐々に増加した。陰 極室の水は、市販のミキサーを用いて 1400回/ mの攪拌を行った。陰極室で得ら れた電解還元水の酸化還元電位は、約 300mVであった。
[0038] 図 1のェマルジヨン形成槽 (ステンレス製)に軽油 12リットル(比重 0. 85)と、ポリオキ シエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン性界面活性剤(乳化剤) 204 g (軽油に対して 2重量%)と、前記のごとくして得られた電解還元水 8リットルを入れ 混合液を調整した (燃料油 60体積%、還元水 40体積%)。そして、前記電解槽での
電解に用いた陰極 (電極)をェマルジヨン形成槽に移動して混合液中に浸漬した後、 常温常圧で 30分間、混合液の攪拌を行った。攪拌は、市販のミキサーを用いて 140 0回 Zmの攪拌を行った。得られたェマルジヨン燃料は、均一なェマルジヨン状態の ものであった。このェマルジヨンの経時安定性の評価を行ったところ、 25°Cで 1ヶ月、 更に 3ヶ月間放置した後もェマルジヨンの状態の外観に変化はな力つた (〇:外観変 化せず)。
[0039] [比較例 1]
通常の水道水(酸化還元電位が約 + 200mV)を用いて、陰極(電極)をエマルジョン 形成槽の混合液中に浸漬すること以外は、前記実施例 1の場合と同様にして、エル ジョン形成槽で軽油と乳化剤と水道水との混合液の攪拌'混合を行ってェマルジヨン 燃料を得た。このものは、 25°Cで 1日放置しておくとェマルジヨンの状態に変化が現 れ(△:若干の変化あり)、一週間後には、ェマルジヨンが殆ど分離した(X:ェマルジ ヨンが分離)。
実施例 2
[0040] 灯油 12リットルと、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン系 界面活性剤 200gと、天然の地下水(酸化還元電位が約 + 80mV) 8リットル又は巿 販の装置で作製したアルカリイオン水(酸化還元電位が約― 50mV) 8リットルをエマ ルジョン形成槽に入れ、混合液を調整した。そして、以後は、それぞれの混合液に 2 0KHZの超音波を印カロしながら攪拌機により攪拌した。攪拌は、市販のミキサーを用 V、て 1400回 Zmのスピードで 20分間行った。
[0041] 天然の地下水を用いた場合も、市販の装置で作製したアルカリイオン水を用いた場 合も、均一なェマルジヨン状態の第 1実施形態のェマルジヨン燃料が得られた。いず れも 1ヶ月間放置したが、灯油と水の乖離現象は起こらず、完全にェマルジヨン状態 が保持されていた (〇:外観変化せず)。但し、 3ヶ月経過後は、ェマルジヨンに若干 の分離が見られた (Δ:若干の変化あり)。
[0042] [比較例 2]
通常の水道水(酸化還元電位が約 + 200mV)を用い、実施例 2と同様にしてェマル ジョン燃料を得た。このものは、比較例 1のものよりも格段に安定であつたが、実施例
2のものよりも安定性に劣っていた。
実施例 3
[0043] 第 1実施形態のェマルジヨン燃料のボイラーによる燃焼実験を行い、熱エネルギー効 率について検討した。ェマルジヨン燃料としては、実施例 1の方法に準じて得られた、 酸化還元電位が約 300mVの電解還元水 (40体積%)と A重油(60体積%)と非ィ オン性界面活性剤(乳化剤:重油に対して 2重量%)の混合液カゝらなるものを用いた 。比較用には A重油 100%の燃料油を用いた。
[0044] 市販の通常のボイラーによって、燃焼実験を行った。その結果は以下のとおりであつ た。
第 1実施形態のェマルジヨン燃料: 1時間 200リットルの燃焼で排ガス温度: 410°C。 A重油(比較用): 1時間 200リットルの燃焼で排ガス温度: 450°C。
[0045] 第 1実施形態のェマルジヨン燃料の場合には、水を 40%含んでいるにも関わらず、 A 重油 100%のものに比べて、 91% ( (410Z450) X 100)の熱効率が得られており、 Α重油の 60%分と比べると、約 50%も燃費が向上したことになる(410Z (450 X 0. 6) )。なお、実験に用いたボイラーは、 A重油 100%での完全燃焼率 99. 7%の装置 であり、 A重油のみでの燃焼も完全燃焼である。よって A重油燃料のみとェマルジョ ン燃料は、双方が完全燃焼したものの比較と考えられる。
[0046] 前記のごとぐ燃料油 60%で水 40%のェマルジヨン燃料を製造した場合に、 4割増 しのェマルジヨン燃料を使用して熱カロリーを維持するのでは、燃料コスト削減の見 地からは全く意味がな 、。単に環境適応型の燃料が得られたメリットだけに過ぎな!/、 。水を使用しても燃料油のみの場合と比べて、熱効率が上がることが重要である。第 1実施形態のェマルジヨン燃料は、上記のごとぐ力かる要求を実現していることが分 かる。
[0047] ボイラー内に噴霧されたェマルジヨン燃料の中の水は、約 700°Cに急熱されて、次々 に微爆発を起こし、約 3200倍に急膨張すると考えられる。ェマルジヨン中の燃料油 は、下記のごとく水蒸気との水性ガス反応により、燃料油中の炭素が水蒸気と反応し COと Hを生成する。そして、水性ガス反応により生成した CO、 CO、 Hは、空気と
2 2 2 の接触面積が増えるため、理論上の空気で完全燃焼するので燃焼効率が向上する
ものと考えられる。単なる水蒸気の噴霧では得られな 、現象である。
[0048] 約 700°Cで水性ガス反応が開始する(C+H 0 = CO+H ) 0そして、約 700°C以上
2 2
で、 C H +nH O+n/20 → nCO + (2n+ l) Hの反応が起こるものと考 n 2n+2 2 2 2 2
えられる。
実施例 4
[0049] 実施例 3で用いた第 1実施形態のェマルジヨン燃料の、燃焼状態確認テストを行った 。その結果、空気量が、理論空気量に対して 30%以下では不完全燃焼となり、 70% 以上の場合は過剰空気領域となることが分力つた。このェマルジヨン燃料の場合は、 空気量が 35%〜65%の範囲が良いこと、特に 50%付近で酸素濃度が均一化する ことが分力つた。
[0050] 通常、ボイラーでの完全燃焼のためには、理論空気量の 1. 2〜1. 5倍の過剰空気( 燃焼ガスよりはるかに低温)を送入しており、煙突排気による排気熱損失が、燃料油 の持つエネルギーの 15〜40%に達し、これが燃費ロスとなって!/、る。
[0051] 第 1実施形態のェマルジヨン燃料は、非常に少ない空気で完全燃焼させることが出 来るので、排気熱損失を防ぐことが出来る。これは、ェマルジヨン燃料油中に分散す る水の微粒子が、ボイラーの燃焼室内で瞬時に爆発気化し、燃料油粒子を更に微細 化分割、飛散させ、酸素との接触を助けるからであると考えられる。第 1実施形態のェ マルジヨン燃料においては、過剰空気を、通常の一般燃焼の場合の 2分の 1以下に 抑えることができる。
[0052] <第 2実施形態 >
本発明の第 2実施形態においては、燃料油 50体積%以上、好ましくは 60体積%以 上と、乳化剤水溶液 50体積%以下、好ましくは 40体積%以下の混合液を、超音波 を付与しながら攪拌'混合して燃料油をェマルジヨンィ匕する。特に好ましいのは、燃 料油 80〜90体積%と乳化剤水溶液 20〜10体積%の混合液である。第 2実施形態 にお ヽて乳化剤水溶液とは、必ずしも最初力も乳化剤が水に溶解したものだけを意 味するものではなぐ混合'溶解の順序は問わず、結果的に、混合液として燃料油 50 体積%以上と乳化剤と水が 50体積%以下になつているものも含むものである。従つ て、燃料油と水と乳化剤の添加'混合順序も特に限定されるものではなぐ燃料油と
水と乳化剤を一括混合しても良いし、先ず、水に乳化剤を混合'溶解してから燃料油 に添加しても良ぐあるいは、先ず、燃料油に乳化剤を混合'溶解してから、水を徐々 に添加する方法でも良い。
[0053] 乳化剤は、燃料油に対して 0. 1〜: L0重量%用いるのが適当であり、好ましくは 1〜5 重量%である。乳化剤としては、非イオン界面活性剤、ァ-オン界面活性剤、カチォ ン界面活性剤、両性界面活性剤のいずれでも用いることができる力 好ましいのは、 ソルビトール、ソルビタン及びソルバイド等の多価アルコールの脂肪酸エステルや、 アルコールのアルキレンオキサイド付加物等の非イオン界面活性剤である。乳化剤 は一種又は二種以上混合して用いることができる。
[0054] ェマルジヨンィ匕によって得られた環境適用型ェマルジヨン燃料は、燃料油と水の割合 によって、 OZW(Oil in Water)型か WZO (Water in Oil)型になる力 第 2実施形態 においては、どちらの型でもかまわない。一般的に、燃料油中に水の微粒子が分散 した WZO型の方が安定性には優れている。燃料油中の水微粒子の大きさは、 20 以下が適当であり、 5 以下にするのがより好ましい。また、第 2実施形態の環境適用 型ェマルジヨン燃料中には、その目的 ·用途に応じて、必要な公知の添加剤、例えば 、防鲭剤、流動点降下剤、腐食防止剤を配合することもできる。
[0055] 第 2実施形態においては、先行特許に開示された電磁波である高周波を用いる方法
'装置よりも、取り扱いが容易かつ安全である、超音波発生手段で超音波を付与する ことにより、燃料油と乳化剤水溶液がェマルジヨン化し、同時に常温常圧下でありな がら 1000気圧 5000度の真空状態を作るといわれる超音波のキヤビテーシヨン効果に より、且つ攪拌'混合手段による液の攪拌によって、非常に安定な環境適用型ェマル ジョン燃料が得られるのである。
[0056] 第 2実施形態における超音波発生手段としては、第 1実施形態における超音波発生 手段を用いることができる。超音波のパワーとしては、燃料油と乳化剤水溶液の混合 液 1リツトル当たり 1〜 1 OOW程度、好ましくは 10〜40Wである。
[0057] 第 2実施形態の環境適用型ェマルジヨン燃料の製造方法及びそれに用いられる装 置について、図を用いて説明する。図 3は、その一例を示す装置 (環境適用型エマ ルジョン燃料製造装置)の概略図である。超音波発生手段 21と攪拌手段 22を備えた
混合容器 23と、それに連結された水タンク 24、燃料油タンク 25、乳化剤タンク 26及 び環境適用型ェマルジヨン燃料タンク 27から構成されている。 28は計量器を、 29は バルブを示す。所定量の燃料油と乳化剤と水が、それぞれのタンクから混合容器 23 に供給される。乳化剤はその種類によって、粉末、液体あるいは水溶液の形態であ つて良いし、また、あらカゝじめ燃料油あるいは水と混合したものを混合容器 23に供給 しても良い。燃料油と乳化剤水溶液に超音波を与えるための超音波発生手段 (発振 棒) 21が、混合容器 23に挿入され、攪拌手段 22も混合容器 23に設置されている。こ の様な混合容器を用いて、超音波を与えながら、攪拌を行うことによって、燃料油を ェマルジヨンィ匕する。ェマルジヨン化のための時間、温度、雰囲気等は特に限定され るものではない。そして、得られた燃料油 50体積%以上と乳化剤水溶液 50体積% 以下の環境適用型ェマルジヨン燃料は、環境適用型ェマルジヨン燃料タンク 27に導 入され貯蔵される。なお、例えば、工場等で一定の箇所に設置型の燃焼装置に第 2 実施形態を適用する場合には、適当な制御手段を組合わせて、環境適用型ェマル ジョン燃料タンク 27から直接、燃焼装置に環境適用型ェマルジヨン燃料を供給できる ようにすることもできる。また、水タンク 24は、いわゆる一時的に水を貯蔵するタンクで はなぐ水道等の水供給源に直接連結されているものでも良ぐ第 2実施形態におい ては、このようなものも水タンクの概念に含むものとする。
[0058] 以下、実施例により第 2実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものでは ない。なお、ェマルジヨンの経時安定性の評価は、ェマルジヨン燃料 250mlを 250ml のメスシリンダーに入れ、密封系で 25°Cで 1力月放置した後の外観を観察して、次の 基準で評価した。〇:外観変化せず、 若干の変化あり、 X:ェマルジヨンが分離。 実施例 5
[0059] 軽油 8リットル(比重 0. 85)と、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とす る非イオン性界面活性剤を 136g (軽油に対して 2重量%)を含む水 2リットルの混合 液を調整した (燃料油 77体積%、水 23体積%)。図 3の混合容器 (ステンレス製)を 用い、これに前記混合液を入れ、超音波を与えながら、常温常圧で 30分間攪拌を行 つた。超音波発生手段である電波棒は、直径 45mm、長さ 35cmの金属棒を用い、こ れに 20KHzの超音波を印加した。超音波のパワーは、平均 255Wであった。攪拌は
、市販のミキサーを用いて 1400回 Zmの攪拌を行った。得られた環境適用型ェマル ジョン燃料は、均一なェマルジヨン状態のものであった。このェマルジヨンの経時安定 性の評価を行ったところ、 25°Cで 1力月放置した後もェマルジヨンの状態の外観に変 化はな力つた (〇:外観変化せず)。
[0060] [比較例 3]
超音波を印加せずに、その他は実施例 5と同じようにしてェマルジヨン燃料を得た。こ のものは、 25°Cで 1日放置しておくとェマルジヨンの状態に変化が現れ(△:若干の 変化あり)、一週間後には、ェマルジヨンが殆ど分離した(X:ェマルジヨンが分離)。 実施例 6
[0061] 灯油 12リットルと、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン系 界面活性剤を 200g含む水 8リットルの、混合液を調整した。実施例 5と同様に、ステ ンレス製容器に混合液を入れ、 20KHZの超音波を印加し同時に攪拌機により攪拌 した。 20分間の処理後、処理液を 1ヶ月間放置したが、灯油と水の乖離現象は起こら ず、完全にェマルジヨン状態が保持されて!ヽた (〇:外観変化せず)。
産業上の利用可能性
[0062] 本発明によって得られるェマルジヨン燃料は、長期間にわたって非常に良好なエマ ルジョン状態を保持しているので、通常の燃料油と同じように取り扱い、使用すること ができる。そして、高品質で燃費が向上するので、環境に優しい上に燃料経費が大 幅に節約できる。更に、水と軽油、灯油、重油、ガソリン等の燃料油を用いて得られる ェマルジヨン燃料は、燃焼時に窒素酸ィ匕物 (NO
X )や煤塵の発生が少ないため、大 気汚染防止に有効な燃料として、例えば、工場用の燃料、農機具の燃料、漁船や船 舶の燃料、車両用燃料に利用できる。また、特に、軽油と乳化剤を含む水とからなる ェマルジヨン燃料は、ディーゼルエンジンの燃料として有効に使用できる。
図面の簡単な説明
[0063] [図 1]第 1実施形態のェマルジヨン燃料製造装置の一例の概略図である。
[図 2]第 1実施形態のェマルジヨン燃料製造装置の他の例の概略図である。
[図 3]第 2実施形態の環境適用型ェマルジヨン燃料製造装置の一例の概略図である
符号の説明
1 電解槽
2、 12 陰極 (棒状又は環状)
3、 13 陽極 (棒状)
4 イオン隔膜
5、 15 超音波発振棒
6、 16 攪拌機
11 ェマルジヨン形成槽
17 燃料油タンク
18 エマノレジョン燃料タンク
19 乳化剤タンク
20 水タンク
21 超音波発生手段
22 攪拌手段
23 混合容器
24 水タンク
25 燃料油タンク
26 乳化剤タンク
27 環境適用型ェマルジヨン燃料タンク 28 計量器
29 バルブ
Claims
請求の範囲
[I] 燃料油 40〜95体積%と、 + 100mV以下の酸化還元電位(ORP)を有する 60〜5 体積%の還元水と、燃料油に対して 0. 1〜10重量%の乳化剤の混合液力もなるェ マルジヨン燃料。
[2] 燃料油が 50〜90体積%で、還元水が 50〜: LO体積%である請求項 1記載のェマル ジョン燃料。
[3] 還元水が、電解還元水である請求項 1又は 2記載のェマルジヨン燃料。
[4] 電解還元水が、 + 50mV以下の酸ィ匕還元電位 (ORP)のものである請求項 3記載の ェマルジヨン燃料。
[5] 電解還元水が、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段 で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られたものである請求項 3 又は 4記載のェマルジヨン燃料。
[6] 電解還元水が、陰極として水素吸蔵金属又は合金を用いて、水の電気分解を行うこ とによって得られたものである請求項 3〜5のいずれ力 1項記載のェマルジヨン燃料。
[7] 隔膜によって隔てられた陽極と陰極、超音波発生手段及び攪拌手段を備えてなる電 解槽と、
攪拌手段を備えたェマルジヨン形成槽と、該ェマルジヨン形成槽に連結された燃料 油タンクとェマルジヨン燃料タンクとからなるェマルジヨン燃料製造装置。
[8] 電解槽の陰極が、水素吸蔵金属又は合金カゝら形成された電極である請求項 7記載 のェマルジヨン燃料製造装置。
[9] ェマルジヨン形成槽に、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極が配置されてい る請求項 7又は 8記載のェマルジヨン燃料製造装置。
[10] 共に水素吸蔵金属又は合金カゝら形成された、電解槽の電極とェマルジヨン形成槽の 電極が、交互に交換可能なように配置されている請求項 8又は 9記載のェマルジヨン 燃料製造装置。
[II] ェマルジヨン形成槽に、陽極と、水素吸蔵金属又は合金カゝら形成された陰極が配置 されて 、る請求項 7〜10の 、ずれか 1項記載のェマルジヨン燃料製造装置。
[12] ェマルジヨン形成槽に、超音波発生手段が設置されている請求項 7〜11のいずれか
1項記載のェマルジヨン燃料製造装置。
[13] 燃料油 (A)の 40〜95体積%と、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、 超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた 電解還元水(B)の 60〜5体積%と、燃料油に対して 0. 1〜10重量%の乳化剤 (C) を、ェマルジヨン形成槽で攪拌混合することを特徴とするエマルジョン燃料の製造方 法。
[14] 水の電気分解を、陰極として水素吸蔵金属又は合金カゝら形成された電極を用いて行 うことを特徴とする請求項 13記載のェマルジヨン燃料の製造方法。
[15] 燃料油 (A)と電解還元水 (B)と乳化剤 (C)の攪拌混合を、水の電気分解に用いた水 素吸蔵金属又は合金から形成された電極の存在下で行うことを特徴とする請求項 13 又は 14記載のェマルジヨン燃料の製造方法。
[16] 燃料油 (A)と電解還元水 (B)と乳化剤 (C)の攪拌混合を、ェマルジヨン形成槽に設 けられた陽極と、水素吸蔵金属又は合金力 形成された陰極 (電極)の間に通電しな 力 行うことを特徴とする請求項 15項記載のェマルジヨン燃料の製造方法。
[17] 燃料油 (A)と電解還元水 (B)と乳化剤 (C)の攪拌混合を、超音波発生手段で超音 波を与えながら行うことを特徴とする請求項 13〜16のいずれか 1項記載のェマルジ ヨン燃料の製造方法。
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