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技術 エマルジョン燃料の製造方法及びエマルジョン燃料製造装置

出願人 トヨタカローラ八戸株式会社
発明者 塚原安雅石岡寿礼早川薫
出願日 2015年10月9日 (5年1ヶ月経過) 出願番号 2015-201034
公開日 2017年4月13日 (3年7ヶ月経過) 公開番号 2017-071732
状態 特許登録済
技術分野 溶解、混合、フローミキサー 液体炭素質燃料
主要キーワード チャッキバルブ 移送弁 流体移送管 貯蔵レベル 乱流渦 ノコギリ状 ケミカルポンプ タンクレベル
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図面 (12)

課題

燃料油を水と乳化剤と混合して、エマルジョン燃料を製造するエマルジョン燃料の製造方法及びエマルジョン燃料製造装置の提供。

解決手段

燃料油と乳化剤を混合し、これに水を滴下しながら撹拌して混合液を準備し、吐出口に近づくほど被撹拌液の圧力が昇圧し、吐出口付近最高圧に達する高圧撹拌機によって混合液を0.1〜0.5MPaの最高圧力で第1次撹拌し、その終了後、高速回転撹拌機の1200〜8000rpmで1〜30分間高速回転で混合液に乱流を起こして、混合液の粒子接触面積を増大させる第2次撹拌を行い、メジアン径が0.5μm以下の粒子を有する油中水滴型のエマルジョン燃料を製造する方法。

概要

背景

近年、化石燃料原料価格が向上する中、低価格の燃料が求められている。また、化石燃料の利用は温室効果ガスの発生を招くので、地球温暖化を防止するために、温室効果ガスの削減が求められている。温室効果ガスの削減には、化石燃料の使用削減、その再利用が求められている。この中で、燃料油と水を混合して利用するエマルジョン燃料がその低価格、公害成分排出が低いことから注目を浴びている。

通常は、油と水は混じり合うことはない。しかし、油と水を混合して、超音波等で撹拌すると、水又は油が、微細な液滴となって、その液滴が他方の液体の中、言い換えると、水の液滴は油相、又は、油の液滴は水相の中に分散し、乳化状になる。このような状態をエマルジョンと言う。水の中に油の滴を分散させたものは水中油滴型(O/W)、油の中に水の滴を分散させたものは油中水滴型(W/O)と言う。また、このような水と油の混合液の中に、界面活性剤等を微量添加することがある。

燃料油等を水と混ぜて製造されたものはエマルジョン燃料と言う。数々の成分を持つエマルジョン燃料が開示されている。例えば、特許文献1に記載のエマルジョン製造及び燃焼システムは、混合撹拌室内で互いに対向して配置された液体燃料噴射弁水噴射弁から液体燃料と水を対向して噴射し、撹拌混合してエマルジョン化及びイオン化している。

特許文献2に記載のエマルジョン燃料の製造方法は、水相と燃料油からなる油相とを有する油中水滴型エマルジョンの水相中にCO2を溶解させた油中水滴型エマルジョン燃料を得ている。これにより得られた油中水滴型エマルジョン燃料は、十分に高度な燃焼性を有し、NOxやCO等の発生を抑制している。

特許文献3には、水と燃料油を3:7から7:3の比率で安定した状態でエマルジョン混合し、安定したエマルジョン燃料を低コスト化で生成する方法を開示している。詳細には、植物由来増粘剤により水の粘度を燃料油に応じて適宜調整し、高速せん断等によって均一に撹拌混合し、長時間安定して油水分離しないエマルジョン燃料を得ている。

特許文献4には、渦流効果により、油中水滴型と水中油滴型を混合して、安定したエマルジョンを得る製造方法を記載している。詳しくは、エダクター効果と渦流効果を利用して、植物由来の増粘剤により水の粘度を高めた活性水と、油性燃焼促進剤を適宜調整添加した基燃油を撹拌して、長時間安定して油水分離しない均一なエマルジョン燃料油を製造する方法を開示している。このように、燃料油に水分を数%から数十%、場合によっては50%以上混合して、エマルジョン燃料を製造することが知られている。

概要

燃料油を水と乳化剤と混合して、エマルジョン燃料を製造するエマルジョン燃料の製造方法及びエマルジョン燃料製造装置の提供。燃料油と乳化剤を混合し、これに水を滴下しながら撹拌して混合液を準備し、吐出口に近づくほど被撹拌液の圧力が昇圧し、吐出口付近最高圧に達する高圧撹拌機によって混合液を0.1〜0.5MPaの最高圧力で第1次撹拌し、その終了後、高速回転撹拌機の1200〜8000rpmで1〜30分間高速回転で混合液に乱流を起こして、混合液の粒子接触面積を増大させる第2次撹拌を行い、メジアン径が0.5μm以下の粒子を有する油中水滴型のエマルジョン燃料を製造する方法。

目的

本発明の目的は、メジアン径が0.5μm以下の粒子からなる油中水滴型のエマルジョン燃料の製造方法及びエマルジョン燃料製造装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

燃料油乳化剤と水を混合した混合液撹拌し、前記水からなる水相と前記燃料油からなる油相とを有する油中水滴型のエマルジョン燃料の製造方法において、前記燃料油と前記乳化剤を混合し、これに前記水を滴下しながら撹拌手段で撹拌して前記混合液を準備し、高圧力下で前記混合液を高圧撹拌手段で第1次撹拌し、前記第1次撹拌の終了後、又は同時に、高速回転撹拌手段で、高速回転により前記混合液に乱流を起こして、前記混合液の粒子接触面積を増大させる第2次撹拌をし、メジアン径が0.5μm以下の粒子を有する前記油中水滴型の前記エマルジョン燃料を得ることを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。

請求項2

請求項1に記載のエマルジョン燃料の製造方法において、前記第1次撹拌は、吐出口に近づくほど被撹拌液の圧力が昇圧し、該吐出口付近最高圧の前記高圧力に達する前記高圧撹拌手段によって前記混合液を次撹拌することを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。

請求項3

請求項1又は2に記載のエマルジョン燃料の製造方法において、前記高圧撹拌機は、0.13〜0.5MPaの最高圧力で前記第1次撹拌を行うことを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。

請求項4

請求項1乃至3の中から選択される1項に記載のエマルジョン燃料の製造方法において、前記高速回転撹拌機は、1200〜8000rpmで1分から30分間前記第2次撹拌を行うことを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。

請求項5

請求項1乃至4の中から選択される1項に記載のエマルジョン燃料の製造方法において、前記混合液は、前記燃料油が重量比で70〜80%で、前記乳化剤が重量比で1〜3%、残りが水であることを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。

請求項6

請求項5に記載のエマルジョン燃料の製造方法において、前記燃料油は、廃油自動車用燃料の廃油、自動車エンジンオイルギヤオイルの中から選択される1以上の種類の油製品であることを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。

請求項7

燃料油と乳化剤と水を混合した混合液を撹拌し、前記水からなる水相と前記燃料油からなる油相とを有する油中水滴型のエマルジョン燃料製造装置おいて、前記乳化剤を格納する第1タンクと、前記燃料油を格納する第2タンクと、前記水を格納する第3タンクと、前記混合液を格納する第4タンクと、前記乳化剤と前記燃料油を混合して前記第4タンクに供給する供給手段と、前記第4タンク内に設置されたもので、前記第4タンク内に供給された前記乳化剤と前記燃料油の混合に前記水を滴下しながら撹拌して前記混合液にする撹拌手段(3)と、前記第4タンクに接続された循環管から前記混合液の供給を受け、前記混合液を高圧力下で撹拌し前記第4タンクに戻す高圧撹拌手段(4)と、及び、前記高圧撹拌手段によって前記混合液を撹拌した後又は同時に、前記混合液を高速回転によって撹拌する高速撹拌手段(3)とからなることを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。

請求項8

請求項7に記載のエマルジョン燃料製造装置において、前記高圧撹拌手段は、前記混合液の供給を受け、前記高圧撹拌手段の吐出口に近づくほど前記混合液の圧力を昇圧させながら、前記吐出口付近で最高圧の前記高圧力で前記混合液を撹拌して、前記混合液を前記第4タンクへ供給することを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。

請求項9

請求項7又は8に記載のエマルジョン燃料製造装置において、前記高圧撹拌手段は、0.13〜0.5MPaの最高圧力で前記混合液を撹拌することを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。

請求項10

請求項7乃至9の中から選択される1項に記載のエマルジョン燃料製造装置において、前記高速回転撹拌機は、1200〜8000rpmで前記混合液を高速撹拌することを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。

請求項11

請求項7乃至10の中から選択される1項に記載のエマルジョン燃料製造装置において、前記燃料油は、廃油、自動車用燃料の廃油、自動車のエンジンオイル、ギヤオイルの中から選択される1種類以上の油製品であることを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。

請求項12

請求項7乃至10の中から選択される1項に記載のエマルジョン燃料製造装置において、前記第4タンク内に供給された前記乳化剤と前記燃料油の混合に前記水を滴下しながら撹拌して前記混合液にする混合手段からなる充填モードと、前記第4タンクから前記循環管を介して前記混合液の供給を受け、前記混合液を前記高圧撹拌手段(4)で撹拌し前記第4タンクに戻す前記第1次撹拌手段と、前記第1次撹拌の後若しくは同時に、前記タンク4内の前記混合液を前記高速撹拌手段(3)の高速回転によって撹拌する前記第2次撹拌手段とからなるMIXモードと、及び、前記第4タンクの中の前記混合液が少ないとき前記充填モードを動作させてから前記MIXモードを動作せる第1制御手段、前記第4タンクの中の前記混合液が多い前記MIXモードを動作せる第2制御手段、前記MIXモードが動作して修了したら前記第4タンクの中から前記混合液を排出する第3制御手段、前記排出が修了したら前記充填モードを開始させる第4制御手段からなるAUTOモードとからなる制御手段を有することを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。

請求項13

請求項12に記載のエマルジョン燃料製造装置において、前記制御手段は、前記第1タンク、前記第2タンク、前記第3タンクの内1以上のタンクの中の流体が所定の量より少なくなった場合、前記充填モードを中断し、少なくなった流体を該タンクに供給してから前記充填モードを再開する原料充填手段を有することを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。

請求項14

請求項12又は13に記載のエマルジョン燃料製造装置において、前記MIXモードは、前記第1次撹拌手段と前記第2次撹拌手段を繰り返して行うことを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。

技術分野

0001

本発明は、灯油廃油等の燃料油から製造されたエマルジョン燃料の製造方法及びエマルジョン燃料製造装置に関する。詳しくは、液体の燃料油と水と界面活性剤混合撹拌することにより乳化させて製造されたエマルジョン燃料の製造方法及びエマルジョン燃料製造装置に関する。

背景技術

0002

近年、化石燃料原料価格が向上する中、低価格の燃料が求められている。また、化石燃料の利用は温室効果ガスの発生を招くので、地球温暖化を防止するために、温室効果ガスの削減が求められている。温室効果ガスの削減には、化石燃料の使用削減、その再利用が求められている。この中で、燃料油と水を混合して利用するエマルジョン燃料がその低価格、公害成分排出が低いことから注目を浴びている。

0003

通常は、油と水は混じり合うことはない。しかし、油と水を混合して、超音波等で撹拌すると、水又は油が、微細な液滴となって、その液滴が他方の液体の中、言い換えると、水の液滴は油相、又は、油の液滴は水相の中に分散し、乳化状になる。このような状態をエマルジョンと言う。水の中に油の滴を分散させたものは水中油滴型(O/W)、油の中に水の滴を分散させたものは油中水滴型(W/O)と言う。また、このような水と油の混合液の中に、界面活性剤等を微量添加することがある。

0004

燃料油等を水と混ぜて製造されたものはエマルジョン燃料と言う。数々の成分を持つエマルジョン燃料が開示されている。例えば、特許文献1に記載のエマルジョン製造及び燃焼システムは、混合撹拌室内で互いに対向して配置された液体燃料噴射弁水噴射弁から液体燃料と水を対向して噴射し、撹拌混合してエマルジョン化及びイオン化している。

0005

特許文献2に記載のエマルジョン燃料の製造方法は、水相と燃料油からなる油相とを有する油中水滴型エマルジョンの水相中にCO2を溶解させた油中水滴型エマルジョン燃料を得ている。これにより得られた油中水滴型エマルジョン燃料は、十分に高度な燃焼性を有し、NOxやCO等の発生を抑制している。

0006

特許文献3には、水と燃料油を3:7から7:3の比率で安定した状態でエマルジョン混合し、安定したエマルジョン燃料を低コスト化で生成する方法を開示している。詳細には、植物由来増粘剤により水の粘度を燃料油に応じて適宜調整し、高速せん断等によって均一に撹拌混合し、長時間安定して油水分離しないエマルジョン燃料を得ている。

0007

特許文献4には、渦流効果により、油中水滴型と水中油滴型を混合して、安定したエマルジョンを得る製造方法を記載している。詳しくは、エダクター効果と渦流効果を利用して、植物由来の増粘剤により水の粘度を高めた活性水と、油性燃焼促進剤を適宜調整添加した基燃油を撹拌して、長時間安定して油水分離しない均一なエマルジョン燃料油を製造する方法を開示している。このように、燃料油に水分を数%から数十%、場合によっては50%以上混合して、エマルジョン燃料を製造することが知られている。

先行技術

0008

特開平6−42734号公報
特開2010−19507号公報
特開2009−286992号公報
特開2010−138362号公報

発明が解決しようとする課題

0009

しかしながら、エマルジョン燃料を製造する装置は、超音波撹拌機等を利用しており、装置が複雑化し、製造コストが高くなる。この中で、もっと簡素な構造で、かつ低コストでエマルジョン燃料を製造することができる方法と装置が求められている。

0010

本発明は上述のような技術背景のもとになされたものであり、下記の目的を達成する。
本発明の目的は、メジアン径が0.5μm以下の粒子からなる油中水滴型のエマルジョン燃料の製造方法及びエマルジョン燃料製造装置を提供する。
本発明の更に他の目的は、簡素な構造を有し、しかも低コストで油中水滴型のエマルジョン燃料が製造できるエマルジョン燃料製造装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0011

本発明は、前記目的を達成するため、次の手段を採る。
本発明の発明1のエマルジョン燃料の製造方法は、
燃料油と乳化剤と水を混合した混合液を撹拌し、前記水からなる水相と前記燃料油からなる油相とを有する油中水滴型のエマルジョン燃料の製造方法において、
前記燃料油と前記乳化剤を混合し、これに前記水を滴下しながら撹拌手段で撹拌して前記混合液を準備し、
高圧力下で前記混合液を高圧撹拌手段で第1次撹拌し、
前記第1次撹拌の終了後、又は同時に、高速回転撹拌手段で、高速回転により前記混合液に乱流を起こして、前記混合液の粒子の接触面積を増大させる第2次撹拌をし、
メジアン径が0.5μm以下の粒子を有する前記油中水滴型の前記エマルジョン燃料を得る
ことを特徴とする。

0012

本発明の発明2のエマルジョン燃料の製造方法は、発明1において、前記第1次撹拌は、吐出口に近づくほど被撹拌液の圧力が昇圧し、該吐出口付近最高圧の前記高圧力に達する前記高圧撹拌手段によって前記混合液を次撹拌することを特徴とする。

0013

本発明の発明3のエマルジョン燃料の製造方法は、発明1又は2において、前記高圧撹拌機は、0.13〜0.5MPaの最高圧力で前記第1次撹拌を行うことを特徴とする。

0014

本発明の発明4のエマルジョン燃料の製造方法は、発明1乃至3において、前記高速回転撹拌機は、1200〜8000rpmで1分から30分間前記第2次撹拌を行うことを特徴とする。

0015

本発明の発明5のエマルジョン燃料の製造方法は、発明1乃至4において、前記混合液は、前記燃料油が重量比で70〜80%で、前記乳化剤が重量比で1〜3%、残りが水であることを特徴とする。

0016

本発明の発明6のエマルジョン燃料の製造方法は、発明5において、前記燃料油は、廃油、自動車用燃料の廃油、自動車エンジンオイルギヤオイルの中から選択される1以上の種類の油製品であることを特徴とする。

0017

本発明の発明7のエマルジョン燃料製造装置は、
燃料油と乳化剤と水を混合した混合液を撹拌し、前記水からなる水相と前記燃料油からなる油相とを有する油中水滴型のエマルジョン燃料製造装置おいて、
前記乳化剤を格納する第1タンクと、
前記燃料油を格納する第2タンクと、
前記水を格納する第3タンクと、
前記混合液を格納する第4タンクと、
前記乳化剤と前記燃料油を混合して前記第4タンクに供給する供給手段と、
前記第4タンク内に設置されたもので、前記第4タンク内に供給された前記乳化剤と前記燃料油の混合に前記水を滴下しながら撹拌して前記混合液にする撹拌手段(3)と、
前記第4タンクに接続された循環管から前記混合液の供給を受け、前記混合液を高圧力下で撹拌し前記第4タンクに戻す高圧撹拌手段(4)と、及び、
前記高圧撹拌手段によって前記混合液を撹拌した後又は同時に、前記混合液を高速回転によって撹拌する高速撹拌手段(3)と
からなることを特徴とする。

0018

本発明の発明8のエマルジョン燃料製造装置は、発明7において、前記高圧撹拌手段は、前記混合液の供給を受け、前記高圧撹拌手段の吐出口に近づくほど前記混合液の圧力を昇圧させながら、前記吐出口付近で最高圧の前記高圧力で前記混合液を撹拌して、前記混合液を前記第4タンクへ供給することを特徴とする。

0019

本発明の発明9のエマルジョン燃料製造装置は、発明7又は8において、前記高圧撹拌手段は、0.13〜0.5MPaの最高圧力で前記混合液を撹拌することを特徴とする。

0020

本発明の発明10のエマルジョン燃料製造装置は、発明7乃至9において、前記高速回転撹拌機は、1200〜8000rpmで前記混合液を高速撹拌することを特徴とする。

0021

本発明の発明11のエマルジョン燃料製造装置は、発明7乃至10において、前記燃料油は、廃油、自動車用燃料の廃油、自動車のエンジンオイル、ギヤオイルの中から選択される1種類以上の油製品であることを特徴とする。

0022

本発明の発明12のエマルジョン燃料製造装置は、発明7乃至10において、
前記第4タンク内に供給された前記乳化剤と前記燃料油の混合に前記水を滴下しながら撹拌して前記混合液にする混合手段からなる充填モードと、
前記第4タンクから前記循環管を介して前記混合液の供給を受け、前記混合液を前記高圧撹拌手段(4)で撹拌し前記第4タンクに戻す前記第1次撹拌手段と、前記第1次撹拌の後若しくは同時に、前記タンク4内の前記混合液を前記高速撹拌手段(3)の高速回転によって撹拌する前記第2次撹拌手段とからなるMIXモードと、及び、
前記第4タンクの中の前記混合液が少ないとき前記充填モードを動作させてから前記MIXモードを動作せる第1制御手段、前記第4タンクの中の前記混合液が多い前記MIXモードを動作せる第2制御手段、前記MIXモードが動作して修了したら前記第4タンクの中から前記混合液を排出する第3制御手段、前記排出が修了したら前記充填モードを開始させる第4制御手段からなるAUTOモードとからなる
制御手段を有することを特徴とする。

0023

本発明の発明13のエマルジョン燃料製造装置は、発明12において、前記制御手段は、前記第1タンク、前記第2タンク、前記第3タンクの内1以上のタンクの中の流体が所定の量より少なくなった場合、前記充填モードを中断し、少なくなった流体を該タンクに供給してから前記充填モードを再開する原料充填手段を有することを特徴とする。

0024

本発明の発明14のエマルジョン燃料製造装置は、発明12又は13において、前記MIXモードは、前記第1次撹拌手段と前記第2次撹拌手段を繰り返して行うことを特徴とする。

発明の効果

0025

本発明によると、次の効果が奏される。
本発明によると、高圧下での高圧撹拌と高速回転撹拌を組み合わせ、混合液の粒子の接触面積を増大させることで、メジアン径が0.5μm以下の粒子を有する油中水滴型のエマルジョン燃料を得た。本発明によると、エマルジョン燃料製造装置は簡単な構造を有し、低価格で油中水滴型のエマルジョン燃料が製造できる。

図面の簡単な説明

0026

図1は、本発明のエマルジョン燃料製造装置1の概要を示すブロック図である。
図2は、本発明のエマルジョン燃料を製造する製造方法の概要を示すフローチャートである。
図3は、本発明のエマルジョン燃料製造装置1の制御パネル30の構成を示す概念図である。
図4は、本発明のエマルジョン燃料製造装置1の動作手順の例を示すフローチャートである。
図5は、本発明のエマルジョン燃料製造装置1の動作手順の例を示すフローチャートであり、AUTOモードの動作手順の例を示すフローチャートである。
図6は、実施例1において、本発明のエマルジョン燃料製造装置1によって製造されたエマルジョン燃料の粒子分布計測した結果を示すグラフである。
図7は、実施例2において、実験の終了直後のエマルジョン燃料を示す写真である。
図8は、実施例3において、サンプルAのエマルジョン燃焼(高速回転撹拌機、8000rpm)の粒度分布を測定した結果を示すグラフである。
図9は、実施例3において、サンプルBのエマルジョン燃焼(高速回転撹拌機、1200rpm)の粒度分布を測定した結果を示すグラフである。
図10は、実施例3において、サンプルCのエマルジョン燃焼(超音波撹拌機)の粒度分布を測定した結果を示すグラフである。
図11は、制御ユニット50の構成概要を図示しているブロック図である。

0027

図1は、本発明の実施形態のエマルジョン燃料製造装置1の概要を示すブロック図であり、図2は、本発明のエマルジョン燃料を製造する工程を示すフローチャートである。図1及び2を参照しながら、本発明の実施形態のエマルジョン燃料を製造する工程とエマルジョン燃料製造装置1の概要を説明する。

0028

〔エマルジョン燃料の製造方法〕
本発明のエマルジョン燃料製造装置1とエマルジョン燃料の製造方法によって製造されるエマルジョン燃料は、灯油、廃油等の燃料油をベースとし、これに水と乳化剤を混合して得られた油中水滴型(W/O)のエマルジョンである。まず、原料の乳化剤、廃油及び水を準備する(ステップ1)。乳化剤は、燃料油と水を均一に混ぜ合わせるためのものである。燃料油と水の合計重量に対し、微量の乳化剤を使用する。

0029

例えば、乳化剤は、燃料油と水の合計重量に対し、0.1%以上3%以下、好ましくは1.5%程度である。本発明のエマルジョン燃料に用いる乳化剤は、複数の種類の溶剤を混合して得られる。この乳化剤の働きによって、エマルジョン燃料は油中水滴型になり、低温度でも固体化せず、エマルジョン燃料を使用するときの配管経路内及び燃焼室内の錆びを防ぐ効果がある。本発明の本実施の形態の乳化剤は、アルキルエーテル系の溶剤を必ず含み、他の溶剤と混合して得られるものである。

0030

例えば、乳化剤は、アルキルエーテル系の溶剤に、ソルビタン系及び/又はグリコールエーテル系の溶剤を混合して得られる。ソルビタン系の溶剤はHLB(Hydrophile-Lipophile Balance)が3〜8であると好ましい。また、アルキルエーテル系の溶剤はHLBが8〜12であることが好ましい。グリコール系溶剤はR−O(C2H4O)nH、ただしR:4〜10、n=0〜4であれば、任意の溶剤が利用できる。具体的には、後述するニューコール2304−Yを利用することができる。

0031

エマルジョン燃料の原料に水を利用して製造する理由は、燃焼室の中でエマルジョン燃料が燃焼する温度を下げるためである。これにより、燃焼室から廃棄される廃棄ガス中の窒素酸化物等の有害物を減少させる効果がある。エマルジョン燃料の主要成分は灯油、自動車用燃料の廃油、自動車のエンジンオイル、ギヤオイル等の燃料油であるが、本例では、その一例として廃油を例に説明する。廃油は、使用済みのモーターオイル等であり、産業廃棄物を利用するとその価格が安い上に、資源の有効理由に繋がる。

0032

図2に示すように、乳化剤と廃油を混合する(ステップ2)。乳化剤と廃油は混合されてから混合タンクに供給される。そして、この乳化剤と廃油の混合に、水を加え、撹拌する(ステップ3)。詳しくは、この乳化剤と廃油の混合を撹拌しながら水を滴下し、混合液にする。この時の撹拌混合は、低速撹拌手段による撹拌である。低速撹拌手段による撹拌混合とは、棒等の道具により手動で撹拌することから、約1000rpmまでの回転速度の撹拌機で撹拌することである。混合液は、高圧撹拌手段で高圧撹拌する(ステップ4)。

0033

高圧撹拌は、混合液の圧力を高めながら又は混合液を高圧力に維持しながら混合撹拌する方法である。高圧撹拌は、混合液に高圧をかけ続けながら撹拌して、混合液の媒体同士の接触面積を増やす効果がある。その後、混合液を高速回転で撹拌する(ステップ5)。高速回転は、1000rpm以上20000rpm以下の回転であるこの高速回転で撹拌することで、エマルジョン燃料が最終的に出来上がり、エマルジョン燃料の油中水滴型(W/O)のエマルジョン粒子(以下、粒子という。)は微細になる。

0034

高速回転で撹拌すると、混合液に乱流を起こして粒子の接触面積を増大させる効果がある。このように得られたエマルジョン燃料は、燃料油と水を分離させることなく長期間、安定する。従来の汎用のエマルジョン燃料等の平均粒子径が0.5μm程度である。従来のエマルジョン燃料より燃焼が良いエマルジョン燃料を製造する場合、この0.5μmの平均粒子径が一つの目標値になる。本発明のエマルジョン燃料製造装置とエマルジョン燃焼製造方法で製造されたエマルジョン燃料は、そのメジアン径が0.5μm以下の粒子を有する。最後は、製造されたエマルジョン燃料をその容器から排出して利用する(ステップ6)。

0035

〔エマルジョン燃料製造装置〕
本発明の実施形態のエマルジョン燃料製造装置1の概要を説明する。図1は、本発明の実施形態のエマルジョン燃料製造装置1の概要を示すブロック図であり、それについて説明する。エマルジョン燃料製造装置1は、エマルジョン燃料の原料となる乳化剤、廃油及び水を混合する混合タンク2、混合タンク2内の混合液を撹拌する高速回転撹拌機3、この混合液を撹拌する渦流撹拌機4等からなる。

0036

エマルジョン燃料製造装置1は、混合タンク2に供給されるための乳化剤、廃油及び水をそれぞれ貯蔵するためのタンク5、タンク6及びタンク7を備える。タンク5、タンク6及びタンク7には、それぞれ、エマルジョン燃料の原料をこれらのタンクに供給するための供給管8、供給管9及び供給管10が設置されている。乳化剤、廃油及び水は、それらの貯蔵タンク又は格納容器(図示せず。)から、供給管8、供給管9及び供給管10を流れて、タンク5、タンク6及びタンク7に供給される。

0037

それらの供給量は、供給管8、供給管9及び供給管10に設置された電磁弁8a、電磁弁9a、電磁弁10aによって制御する。タンク5、タンク6及びタンク7には、各タンクの中の流体の貯蔵レベルを計測するためのレベルスイッチ11、レベルスイッチ12、及びレベルスイッチ13が設置されている。電磁弁8a、電磁弁9a、電磁弁10aは、流体の流止を制御するためのもので、入口側と出口側の2つの配管接続口を持つ汎用の2方向電磁弁である。

0038

電磁弁8a、電磁弁9a、電磁弁10aは、常時、流体の流れがない状態の「閉」の状態を保ち、外部から制御されると流体が流れる「開」の状態になる。よって、タンク5、タンク6及びタンク7それぞれには、乳化剤、廃油及び水が供給される。レベルスイッチ11はタンク5内の乳化剤のレベル、言い換えると乳化剤の量、を測定し、測定値が所定のレベル以下になって乳化剤が少なくなったとき、その旨の測定信号を出力する。

0039

この出力した測定信号は、後述する制御ユニット50で、電磁弁8aを制御する制御信号に変換されて、電磁弁8aに送信される。制御信号が電磁弁8aに送信されると、電磁弁8aが「開」の状態になり、乳化剤がタンク5へ流入する。レベルスイッチ11はタンク5内の乳化剤のレベルを常時測定しており、測定値が所定のレベル以上になり乳化剤が多くなったとき、その旨の測定信号を出力する。この出力した測定信号に基づく制御信号が制御ユニット50(後述する)から電磁弁8aに送信されると、電磁弁8aが「閉」の状態になり、乳化剤のタンク5への流入が停止する。

0040

本例では、レベルスイッチ11の測定値を受信した制御ユニット50から電磁弁8aを制御する方法を採用し説明したが、レベルスイッチ11から電磁弁8aを直接制御することも、電磁弁8aが手動で制御することもできる。例えば、レベルスイッチ11の出力が電磁弁8aに接続され、レベルスイッチ11の測定値の出力によって、電磁弁8aが直接制御されることが可能である。また、レベルスイッチ11はその測定結果点灯又はその他の通知手段で通知する。

0041

この通知を受けて、管理者が手動で電磁弁8aを制御し、タンク5に乳化剤を充填することが可能である。このように、電磁弁8a、レベルスイッチ11によってタンク5の乳化剤の貯蔵量の制御について説明した。同様の制御は、電磁弁9a、電磁弁10a、レベルスイッチ12、レベルスイッチ13によって、タンク6とタンク7に貯蔵される廃油と水に対してそれぞれ行われるが、その詳細は省略する。本発明は、電磁弁の発明ではないので、その動作の詳細は省略する(以下、同様である。)。

0042

タンク5、タンク6及びタンク7それぞれには、その中の流体を排出し、混合タンク2に供給するための流体移送管14、流体移送管15、流体移送管17が接続されている。ただし、流体移送管14、流体移送管15は、チーズ16aによって接続されている。チーズ16aは、T型の管継手である。流体移送管15、流体移送管17それぞれには、流体の流れを制御するための電磁弁15a、電磁弁17aが設置されている。流体移送管14には、流体の逆流を防止するための逆流防止弁14aが設置されている。

0043

本例では、流体移送管14と流体移送管15は、チーズ16aによって合流しているが、チーズ16aに逆流防止機能を付けた弁であっても良く、この場合は逆流防止弁14aは不要になる。チーズ16aは、流体移送管14と流体移送管15を流れる流体を合流させ混合する機能をするので、同じ機能をするのであれば、流体移送管14を流体移送管15に直接接続しても良い。この場合は、チーズ16aが不要になる。

0044

また、流体移送管14、流体移送管16、流体移送管17の途中には、それらを流れる流体の量を制御する移送ポンプ18、移送ポンプ19、移送ポンプ20が設置されている。電磁弁15a、電磁弁17aは、常時、流体の流れがない状態の「閉」の状態を保ち、外部から制御され、流体が流れる「開」の状態になる。タンク2は、その中の混合液の量を測定するレベルスイッチ21を備える。タンク2は、その中の混合液を排出させ、タンク2に戻して流入させて、混合液が循環するようにする循環管22が説臆されている。

0045

循環管22の一方の端はタンク2の底部又は底部に接続され、循環管22の他方の端はタンク2の中部又は上部に接続される。混合液は、タンク2から循環管22へ、循環管22を通ってタンク2へと循環する。循環管22の途中には、電磁弁22aと渦流撹拌機4が設置される。タンク2内には、高速回転で混合液を撹拌するための高速回転撹拌機3が設置されている。

0046

高速回転撹拌機3は、動力源であるモータ3a、モータ3aの回転動力で混合液を撹拌する撹拌翼3b、モータ3aの回転動力を撹拌翼3bに伝達するシャフト3bc等からなる。高速回転撹拌機3は、撹拌翼3bが混合液の中に位置するように、所定の固定手段(図示せず。)で固定される。タンク2のその底部又は下部に、その中の混合液、言い換えると製造されたエマルジョン燃料を排出するための排出管23が接続されている。排出管23の途中に、その中を流れる流体の流量を制御するための電磁弁23aが備えられている。

0047

乳化剤と廃油は、それぞれタンク5とタンク6から移送管14と移送管15によって移送され、チーズ16aで、混合され、移送管16へ供給される。廃油の量に対して、乳化剤の量は、わずかである。よって、移送ポンプ19は、稼働し、タンク6の中の廃油を移送管15と移送管16を介してタンク2へ移送する。その途中に、乳化剤は、廃油へ添加、言い換えると、乳化剤と廃油は混合される。移送ポンプ18は稼働し適量の乳化剤を移送管14で移送し、チーズ16aへ移送し、廃油に混合する。

0048

移送弁14aは、限定しないが、スイングリフトウェハーハンマレス等の種類のチャッキバルブからなる。乳化剤と廃油の混合液は、移送管16を流れて、タンク2に供給される。同じく、タンク2には、水がタンク7から移送管17を介して供給される。タンク2へ供給される、混合液(乳化剤と廃油の混合)と水の量は、移送ポンプ19と移送ポンプ20によって制御される。タンク2内の混合液(乳化剤、廃油及び水の混合)は、高速回転撹拌機3によって撹拌される。タンク2内の混合液は、循環管22よって排出され、渦流撹拌機4によって、撹拌される。

0049

渦流撹拌機4は、その吐出口に近づくほど被撹拌液(タンク2内の混合液)の圧力が昇圧し、吐出口付近で最高圧に達する撹拌機である。高速回転撹拌機3は、タンク2内の混合液を高速回転で撹拌することで、混合液に乱流を起こして粒子の接触面積を増大させるものである。タンク2内の混合液を高速回転撹拌機3によって撹拌しながら、水を滴下する。言い換えると、廃油と乳化剤の混合液をタンク2へ供給すると同時に水をタンク2へ滴下しながら、タンク2内の混合液を撹拌する。

0050

この時の撹拌は、次に記述する高速回転まで回転せず、1200rpmまでの低速回転である。そして、タンク2内の混合液が所定量になったとき、タンク2へ供給される廃油と乳化剤の混合液と、水の供給を停止する。そして、渦流撹拌機4によって、タンク2の混合液を所定時間撹拌する。その後、タンク2内の混合液を高速回転撹拌機3によって高速回転しながら混合する。ここでいう高速回転とは、1200rpm以上8000rpm以下の回転である。これにより、エマルジョン燃料が製造される。製造されたエマルジョン燃料は、排出管23から排出される。

0051

本発明の実施形態のエマルジョン燃料製造装置1によって製造されたエマルジョン燃料は、後述の実施例で示すように、メジアン径が0.5μm以下の粒子を有する油中水滴型の燃料になる。製造されたエマルジョン燃料は、限定しないが、暖房床暖房風呂等に利用される。このエマルジョン燃料は、長期間乳化状態が維持できる安定し、低温度でも固体化しない特徴を持っている。また、本発明のエマルジョン燃料は、配管の経路内及び燃焼室内の錆びを防ぐ効果がある。

0052

[制御ユニット50]
本発明の実施形態のエマルジョン燃料製造装置1は、装置全体の制御を行うための制御ユニット50と、機器の情報を表示し、それを制御するためのスイッチ等からなる制御パネル30を有する。制御ユニット50の概要を図11に、制御パネル30の概要を図3に図示している。制御ユニット50は、基本的に信号処理する電子計算機からなる。制御ユニット50は、エマルジョン燃料製造装置1を構成する各計測器や機器からその動作に関する情報を受信して、信号処理し、これらの機器にそれらを制御する制御信号を送信する。

0053

制御パネル30は、レベルスイッチ11、12、13、21の測定結果、移送ポンプ18、19、20の流量等の動作状況、渦流撹拌機4、高速回転撹拌機3の回転速度等の動作状況を表示する表示器であり、これらの機器を稼働停止する制御を行う制御器(図示せず。)からなる。制御ユニット50は、図11に図示したように、レベルスイッチ11、12、13、21、移送ポンプ18、19、20、渦流撹拌機4、高速回転撹拌機3、各電磁弁(これらを合わせて、エマルジョン燃料製造装置1の機器という。)に接続され、それらの動作状況を示すデータを受信して、これを信号処理する。

0054

制御ユニット50は、各計測器、機器に関するデータを制御パネル30の各機器に提供する。また、制御パネル30の各機器から入力されたデータを受信して、信号処理し、移送ポンプ18、19、20、渦流撹拌機4、高速回転撹拌機3、各電磁弁に送信してこれらを制御する。制御ユニット50は、制御ユニット50全体の制御を制御プログラムの手順に従って行うための中央処理装置51、データや制御プログラムを格納するためのメモリ52、表示器53、入力インターフェース54、出力インターフェース55、これらの間にデータ送受信を行うバス56等からなる。

0055

表示器53は、制御プログラムの処理結果を出力し表示するためのものであり、制御パネル30の各種の表示機器からなる。入力インターフェース54は、制御パネル30の各種機器、エマルジョン燃料製造装置1の機器に接続されてデータ受信するためのインターフェースである。出力インターフェース55は、制御パネル30の各種機器、エマルジョン燃料製造装置1の機器に接続されて、データ送信し、それらの機器を制御するためのインターフェースである。

0056

制御ユニット50の動作概要は、以下の動作モードと制御パネル30の説明で行うので、それより詳しい説明は省略する。また、電磁弁8a、9a、10a、15a、17a、22a、23aの開閉状態を示す表示器を備えてもよい。制御パネル30は図3に図示したように、機器の情報を表示する、又は、機器を制御するための複数の領域31、32、33、34、37、38からなる。領域31は、廃油関係の情報を表示し、制御するための領域である。

0057

詳しくは、表示器31aは、廃油を移送する移送ポンプ19でタンク6から混合タンク2へ移送される廃油の流量を表示する表示器である。レベルランプ31bは、廃油を格納するタンク6内の廃油の量を表示する表示器であり、その量が所定レベル以上で十分のとき「H」で、その量が所定レベル以下で少なくなっているとき「LL」で表示する。レベルランプ31bはレベルスイッチ12の測定データに基づいて表示する。

0058

スイッチ31cとスイッチ31dは、廃油の移送を制御するためのスイッチであり、移送ポンプ19を制御する。スイッチ31cは、移送ポンプ19を稼働させて、廃油をタンク6から混合タンク2へ移送させる。スイッチ31dは、移送ポンプ19の運転を停止させる。コントローラ31e(オイル流量指示調節計)は、廃油の流量を指示し、移送ポンプ19のモータをインバータ制御する調節計である。コントローラ31eは、押しボタンディジタル表示式の機器である。

0059

領域32は、水関係の情報を表示し、制御するための領域である。詳しくは、表示器32aは、水を移送する移送ポンプ20でタンク7から混合タンク2へ移送される水の流量を表示する表示器である。レベルランプ32bは、水を格納するタンク7内の水の量を表示する表示器であり、水の量が所定レベル以上で十分のとき「H」で、その量が所定レベル以下で少なくなっているとき「LL」で表示する。レベルランプ32bは、レベルスイッチ13の測定結果に基づいて表示する。

0060

スイッチ32cとスイッチ32dは、水の移送を制御するためのスイッチであり、移送ポンプ20を制御する。スイッチ32cは、移送ポンプ20を稼働させて、水をタンク7から混合タンク2へ移送させる。スイッチ32dは、移送ポンプ20の運転を停止させる。コントローラ32e(水流量指示調節計)は、水の流量を指示し、移送ポンプ20のモータをインバータ制御する調節計である。コントローラ32eは押しボタン・ディジタル表示式の機器である。

0061

領域33は、乳化剤関係の情報を表示し、制御するための領域である。詳しくは、レベルランプ33bは、乳化剤を格納するタンク5内の乳化剤の量を表示する表示器であり、乳化剤の量が所定レベル以上で十分のとき「H」で、その量が所定レベル以下で少なくなっているとき「LL」で表示する。レベルランプ33bは、レベルスイッチ11の測定情報に基づいて表示する。スイッチ33cとスイッチ33dは、乳化剤の移送を制御するためのスイッチであり、移送ポンプ18を制御する。

0062

スイッチ33cは、移送ポンプ18を稼働させて、乳化剤をタンク5から逆流防止弁14aを介してチーズ16aへ移送させる。これにより、乳化剤は、廃油に混合されて、混合タンク2に供給される。スイッチ33dは、移送ポンプ18の運転を停止させる。領域34は、混合液、言い換えると燃料、の情報を表示し、制御するための領域である。レベルランプ34bは、タンク2内の混合液の量を表示する表示器であり、混合液の量が所定レベル以上で十分のとき「H」で、その量が所定レベル以下で少なくなっているとき「LL」で表示する。

0063

表示器34aは、渦流撹拌機4の動作状態を示す表示器である。渦流撹拌機4は連続運転して混合液を循環させる。渦流撹拌機4の動作状況を表示する必要がない場合は、表示器34aを設ける必要がない。レベルランプ34bは、レベルスイッチ21の測定結果に基づいて表示する。スイッチ35cとスイッチ35dは、渦流撹拌機4を制御するためのスイッチである。スイッチ35cを入れて渦流撹拌機4を稼働させ、これにより混合液をタンク2から移送させ、循環管22と渦流撹拌機4の中を流しながら渦流撹拌機4の中で撹拌し、タンク2に戻す。スイッチ35dは、渦流撹拌機4を停止させる。

0064

スイッチ36cとスイッチ36dは、高速回転撹拌機3を制御するためのスイッチである。スイッチ36cを入れて高速回転撹拌機3を稼働させ、これにより混合液をタンク2内で高速回転で撹拌する。スイッチ36dは高速回転撹拌機3を停止させる。スイッチ34dは、エマルジョン燃料製造装置1の各機器を単独で稼働させるか、互いに連動させて同時に稼働させるかの設定を行うスイッチである。

0065

このスイッチ34dが連動側に設定されているとき、高速回転撹拌機3が渦流撹拌機4と連動して同時に稼働し、単独側に設定されているとき、エマルジョン燃料製造装置1の各機器を単独で稼働する。言い換えると、各機器を単独で運転させるモードである。本例ではこのように設定しているが、このスイッチ34dが単独か連動かを選択するセレクトスイッチである。状況に合わせて適宜に設定できるものである。ランプ34eは、混合タンク2が所定量の混合液で充填されたときに点灯する通知機器である。

0066

ランプ34eが点灯する色は、赤、緑、青、黄色、白等の特定の色で、適宜に設定する。このランプ34eが点灯すると、混合タンク2の充填が完了し、高速回転撹拌と高圧撹拌を行い、エマルジョン燃料を製造する最終工程が開始できる準備が整ったことを示す。ランプ34eは、レベルスイッチ21に接続されており、レベルスイッチ21の測定結果に基づいて、混合タンク2の混合液の量を点灯して通知する。

0067

領域37は、電磁弁15a、17a、22a、23aを制御するためのスイッチ37a〜37dを備えた領域である。スイッチ37a〜37d、電磁弁15a、17a、22a、23aを開閉するボタン式、回転式のスイッチ、操作レバーの上下に切り替えて開閉するトグルスイッチであることができる。本例では、トグルスイッチになっており、スイッチが開いているとき赤で点灯し、スイッチが閉じているときに消灯する。

0068

図示したように、1〜4まで番号付けられ、それぞれ電磁弁15a、17a、22a、23aに対応して開閉する制御をする。これらのスイッチ37a〜37dは、電磁弁15a、17a、22a、23aが開いているとき、言い換えるとそれぞれを流体が流れる状況にあるときは、そのランプが赤、緑、青、黄色、白等の特定の色で光り点灯する。本例では、赤色で点灯する。

0069

電磁弁15a、17a、22a、23aが閉じているときは、そのランプが消灯している。領域38は、エマルジョン燃料製造装置1の動作モードを設定し制御するためのもので、スイッチ38aはエマルジョン燃料製造装置1を予め設定された設置内容で自動的に運転させる動作モードである「AUTOモード」で動作させるためのスイッチである。

0070

このAUTOモードでは、混合タンク2に混合液を自動的に充填し、充填が完了したら、渦流撹拌機4と高速回転撹拌機3によって高圧撹拌と高速回転撹拌を行う。渦流撹拌機4と高速回転撹拌機3の動作する時間も予め設定された時間である。スイッチ38bはエマルジョン燃料製造装置1の混合タンク2に混合液を充填する動作モードの「充填モード」で動作させるためのスイッチである。

0071

スイッチ38cはエマルジョン燃料製造装置1の混合タンク2に混合液を撹拌する動作モードの「MIXモード」で動作させるためのスイッチである。スイッチ38dは「自動モード」、「充填モード」、「MIXモード」の各動作モードの運転を停止するスイッチである。所定のタイマーが設定されている場合は、各動作モードは自動的に停止する。しかし、タイマーが設定されていない場合、タイマーが設定されていても動作途中で停止させたい場合、管理者が手動で停止させたい場合等に、スイッチ38dで各動作モードを停止させる。

0072

スイッチ39は、エマルジョン燃料製造装置1が電源に接続するためのスイッチである。エマルジョン燃料製造装置1が電源に接続されるとスイッチ39が点灯する。ランプ40は、エマルジョン燃料製造装置1に故障が起きたときに点灯するランプである。開閉カギ41は、制御パネル30を開け、閉じるための鍵である。これは、制御パネル30の各スイッチ、ランプ、計器が装置の適当な箇所に接続されているか否かを点検するとき、そのような配線をするときに、また、これらのスイッチ、ランプ、計器を設置するときに利用する。

0073

エマルジョン燃料製造装置1の動作手順の例、特に、各動作モードを、図4図5に示すフローチャートを参照しながら説明する。エマルジョン燃料製造装置1が電源に接続されると、スイッチ39が点灯し、動作が開始できる(S10)。電源に接続した後、管理者は、エマルジョン燃料製造装置1に異常がないか、各計器が動作しているか等の初期点検をする。異常がある場合は、ランプ40が点灯するので、これも確認する(S11)。エマルジョン燃料製造装置1は単独運転するか、連動運転するかを決め、スイッチ34dを単独側か連動側に設定する(S12)。

0074

[単独運転]
スイッチ34dを「単独」に設定された場合、エマルジョン燃料製造装置1が単独運転する(S12→S13)。この時、連動運転に設定されたポンプ等が動作していた場合、それ全てが停止する。単独運転では、ポンプ、電磁弁、撹拌機等の各機器の運転ボタン(スイッチ)を押すことで各機器が動作する。動作中は、運転ボタンが点灯する。そして、各機器の各停止ボタンを押すことで機器が停止する。

0075

停止中は、運転ボタンが消灯する。例えば、スイッチ37aを開側に設定して電磁弁15aを開け、スイッチ31cを押して移送ポンプ19を稼働させることで、タンク6から廃油を混合タンク2へ移送する。このとき、スイッチ37aとスイッチ31cが点灯する。そして、スイッチ31dを押して移送ポンプ19を停止させ、廃油の移送を停止する。単独運転はタンクレベルに関わらず運転することが出来る。各電磁弁スイッチを開側に倒すことで各電磁弁が開側になり、流体が流れるようになる。

0076

このとき、トグルスイッチ上の赤色のランプが点灯する。各電磁弁スイッチを閉側に倒すことで各電磁弁が「閉」になり、スイッチ上のランプが消灯する。スイッチ35cを押すことで、高速回転撹拌機3を稼働させる。このとき、スイッチ35cが点灯する。スイッチ35dを押すことで、高速回転撹拌機3を停止させる。この単独運転は、エマルジョン燃料製造装置1の各機器を一つ一つ稼働停止させてその動作を確認できるので、装置点検するとき、又は装置の調整を行うときに便利である。

0077

[連動運転]
スイッチ34dを「連動」側に切り替えることで、エマルジョン燃料製造装置1が連動運転する(S12→S14)。この時、単独で稼働しているポンプ等の各機器が動作を全て停止する。連動運転のとき、エマルジョン燃料製造装置1、詳しく後述説明する「充填モード」、「MIXモード」、「AUTOモード」で動作する(S14→S30、S50、S70)。しかし、故障している機器がある場合、連動運転の全てのモードが運転できない。

0078

「充填モード」、「MIXモード」、「AUTOモード」の各動作モードのボタンを選択して押す、言い換えると、スイッチ38a、38b、38cのいずれかを押すことで、その動作モードのボタンが点灯する(S14→S30、S50、S70)。以下、図4のフローチャートを参照しながら「充填モード」と「MIXモード」について、図5を参照しながら「AUTOモード」について説明する。

0079

[充填モード]
この充填モードは、混合タンク2に溶液を供給するためのモードであるので、ランプ34e(READYランプ)が点灯していないことを確認し、スイッチ38b(充填ボタン)を押す(S31)。スイッチ38bが点灯し、充填モードが開始する。ランプ34eが点灯している場合、充填モードを開始することが出来ない。その理由は、混合タンク2内の液体が上限に達しており、これ以上充填できないためである。よって、充填モードが終了する(S31→S37)。

0080

充填モードが開始すると、移送ポンプ19(オイルポンプ)、移送ポンプ20(ウオーターポンプ)、移送ポンプ18(ケミカルポンプ)、渦流撹拌機4が運転する。電磁弁15aと電磁弁17aが「開」になる。よって、混合タンク2へ原料の供給が行われる(S32)。タンク5、タンク6、タンク7の各タンクの中の流体のレベルをレベルスイッチ11、レベルスイッチ12、レベルスイッチ13で検知し、レベルランプ31b、レベルランプ32b、レベルランプ33bに表示される。

0081

よって、レベルランプ31b、レベルランプ32b、レベルランプ33bのいずれかが、「LL」になった場合、言い換えると、タンク5、タンク6、タンク7の1以上のタンクの中の流体が所定のレベル以下に少なくなった場合、充填モードが停止する(S33)。又は、レベルランプ34bが「H」になった場合、言い換えると、混合タンク2の中の混合液が所定のレベル以上に多くなった場合、充填モードが停止する(S35)。混合タンク2の中の混合液のレベルをレベルスイッチ21で検知し、レベルランプ34bに表示される。充填モードが停止すると、ランプ34e(READYランプ)が点灯し、スイッチ38b(充填ボタン)のランプが消灯する(S36)。

0082

スイッチ38d(連動停止ボタン)を押された場合、スイッチ34d(セレクタスイッチ)を連動運転から単独運転に切替えた場合、各ポンプのいずれかが故障し、サーマルトリップした場合等の状況において、充填モードが停止又は修了する(S37)。レベルランプ31b、レベルランプ32b、レベルランプ33bのいずれかが、「LL」になって充填モードでの動作が停止又は中止した場合、原料が少なくなったタンクに原料を供給することで、充填モードを再開することができる(S34)。

0083

[MIXモード]
MIXモードが開始する前に、その設定を確認する。特に、MIXモードの設定時間を、制御ユニット30に設置されたタイマー(図示せず。)で設定する。スイッチ38c(MIXボタン)を押して、MIXモードに設定され、ボタン38cが点灯する(S14→S50)。全てのタンク5〜7の中の流体のレベルに関係なくMIXモードを開始することが出来る。MIXモードは、混合タンク2の中の混合液を撹拌するための動作モードである。

0084

MIXモードが開始すると、電磁弁22aが「開」になり、高速回転撹拌機3と渦流撹拌機4が運転し混合液を撹拌する(S51)。渦流撹拌機4は、後続回転撹拌機3と別々に稼働又は同時に稼働することができる。MIXモードでの運転が所定の設定時間の間に継続し、言い換えると所定の設定時間撹拌して、設定時間が経過すると混合液(エマルジョン燃料)が排出される(S52、S53)。

0085

詳しくは、設定時間が経過すると、高速回転撹拌機3と渦流撹拌機4が停止し、電磁弁22aが「閉」になり、電磁弁23aが「開」になり、排出管23から混合液(エマルジョン燃料)が排出される。混合タンク2の中の混合液のレベルを示すレベルランプ34bが「LL」になった場合、排出が終了し、MIXボタンが消灯する(S54、S55)。スイッチ38d(連動停止ボタン)が押された場合、スイッチ34dを連動運転から単独運転に切替えた場合、各ポンプのいずれかが故障し、サーマルがトリップした場合等の状況において、MIXモードが停止する。

0086

[AUTOモード]
スイッチ38aを押して、AUTOモードに設定され、ボタン38aが点灯する(S14→S70)。ランプ34e(READYランプ)の状況を確認する(S71)。ランプ34eが消灯している状況では、充填モードからスタートする(S71→S72)。言い換えると、混合タンク2の中の混合液が所定の設定レベルに達していない場合、充填モードを動作させて、混合タンク2の中に混合液を充填する。

0087

ランプ34eが点灯している状況では、MIXモードからスタートする(S71→S80)。言い換えると、ランプ34eが点灯している状況では、混合タンク2の中の混合液が所定の設定レベルに達しているので、MIXモードで動作して、混合タンク2の中の混合液を撹拌する。AUTOモードの充填モードで稼働しているとき、レベルランプ31b、レベルランプ32b、レベルランプ33bのいずれかが、「LL」になった場合、各移送ポンプ18、19、20を停止させ、充填モードが停止する(S73→S74)。

0088

言い換えると、タンク5、タンク6、タンク7の内1以上のタンクの中の流体が所定のレベル以下に少なくなった場合、各移送ポンプ18、19、20を停止させ、充填モードが停止する(S73→S74)。この場合、タンク5、タンク6、タンク7に原料供給が行われる(S75)。そして、レベルランプ31b、レベルランプ32b、レベルランプ33bが全て「LL」より上になった場合、各移送ポンプ18、19、20は自動で運転再開し、充填モードが継続する(S73→S76)。

0089

レベルランプ34bが「H」になった場合、言い換えると、混合タンク2の中の混合液が所定のレベル以上に多くなった場合、充填モードが停止し(S76→S77、S80)、MIXモードが開始される。レベルランプ34bが「H」になっていない場合、充填モードが継続し、レベルランプ34bが「H」になるまでに、タンク2への原料の供給が行われる(S76→S77)。AUTOモードの充填モードが修了すると、その後所定時間、例えば1分が経過するとMIXモードが動作し始める(S77、S80)。

0090

MIXモードが撹拌の所定の設定時間の間に動作する(S81、S82)。撹拌は、上述の独立したMIXモードで動作すると同様に、高速回転撹拌機3と渦流撹拌機4が運転し混合液を撹拌する(S81)。設定時間経過後、電磁弁23aが「開」になり、排出管23から混合液(エマルジョン燃料)が排出される(S82、S83)。混合タンク2の中の混合液のレベルを示すレベルランプ34bが「LL」になった場合、排出が終了し、電磁弁23aが「閉」になり、MIXモードが修了する(S84→S85)。

0091

そして、充填モードに切替わる(S85→S71→S72)。以上のように、充填モード、MIXモードが繰り返し行われる。AUTOモードを終了する場合、スイッチ38d(連動停止ボタン)を押して停止させる(S85→S90)。このようにAUTOモードを手動で停止することができるが、所定時間経過後、所定のサイクル動作した後、所定のエマルジョン燃料が排出された後等のように予め設定を行ってAUTOモードを自動で停止させることができる。

0092

上述のように各動作モードが停止すると、エマルジョン燃料製造装置1は次の処理指示待機する。管理者は、ここで、エマルジョン燃料製造装置1の制御パネル30上のスイッチを制御して、動作手順のS10〜S12の指示を開始する(S100→S10)。上述の単独動作のMIXモードとAUTOモードのMIXモードでは、混合タンク2内の混合液を高速回転撹拌機3と渦流撹拌機4で撹拌することについて記述したが、高速回転撹拌機3と渦流撹拌機4を同時に稼働、又はそれぞれを単独で稼働させることができる。

0093

例えば、次のような撹拌が行われる。高速回転撹拌機3と渦流撹拌機4を同時に稼働させて混合液を所定時間撹拌する(第1の撹拌方法)。混合液を高速回転撹拌機3で所定時間撹拌し、その後に渦流撹拌機4で混合液を撹拌する(第2の撹拌方法)。混合液を渦流撹拌機4で所定時間撹拌し、その後に、高速回転撹拌機3で混合液を撹拌する(第3の撹拌方法)。高速回転撹拌機3と渦流撹拌機4をそれぞれ単独で複数回繰り返し撹拌することができる(第4の撹拌方法)。

0094

この第4の撹拌方法で、複数回繰り返し撹拌するとき、高速回転撹拌機3と渦流撹拌機4それぞれの撹拌時間は、同じ時間又は異なる時間にすることができる。高速回転撹拌機3と渦流撹拌機4の撹拌時間が長くなると、粒子同士の接触が多くなり、結果的に製造されるエマルジョン燃料の粒子径が小さくなる。上述の通り、電磁弁8a、9a、10a、15a、17a、22a、23aは汎用の電磁式の弁を例示した。

0095

本例の電磁弁には、プランジャ弁体が一体の構造で、コイル交流電流を流すことで弁体を制御し開閉の制御を行う直動式の電磁弁、プランジャと弁体が分割された構造で、コイルの交流電流を流すことでプランジャを開閉するパイロット式の電磁弁等の電磁弁を利用する。しかし、電磁弁の代わりに手動式の弁が理論的に利用できるが、遠隔操作する上で、電磁弁が好ましい。渦流撹拌機4は、高い圧力を混合液にかけながら撹拌混合を行う装置を利用する。

0096

渦流撹拌機4は、液体を混合するとき、高圧をかけ続けながら、媒体同士の接触面積を増やして混合する。例えば、株式会社ニクニ(本社:日本国神奈川県川崎市)製の渦流ターボミキサーKTM15ND02Zを用いることができ、この装置は、吐出口付近で最高気圧設定圧力に達する。ここでいう高圧は、大気圧より高い気圧、特に1.5気圧以上をいう。高圧の上限は、特に限定しないが、製造上の制約から例えば、0.5MPa程度である渦流撹拌機4内の設定最高圧力は、2大気圧前後が好ましい。言い換えると、渦流撹拌機4内の設定最高圧力は、0.20±0.05MPaであることが特に好ましい。

0097

高速回転撹拌機3として、1200rpm以上で高速な回転し、混合液に強力な圧力せん断を発生させて、混合液の粒子の接触面積を増大させて混合を行う装置を利用する。例えば、佐化学機械工業株式会社(本社:日本国大阪府守口市)製のポータブルミキサーA610−0.1Bを用いる。本発明は、安価でメンテナンスが容易なモータ回転によるせん断・分散方式を採用しており、これにより超微細乳化粒子平均径0.34μm)を有するエマルジョン燃料が製造できる。

0098

従来の汎用の灯油乳化燃料は、平均粒子径が0.5μmである。本発明のエマルジョン燃料の平均粒子径は、この灯油乳化燃料より小さい粒子径の粒子からなる。平均粒子径が小さくなると、単位体積燃料当たりの粒子表面積が増え、燃焼が良くなる。高速回転撹拌機3及び渦流撹拌機4は、後述する実施例1〜3においては、混合液を5〜10分間撹拌をしているが、この撹拌時間は、混合液の量に応じて適宜に調整できるものである。例えば、混合液が30L、45Lのような多量の場合、30分間ぐらい撹拌する。それ以上の量の場合は、30分以上1時間以内、場合によってもっと長い時間撹拌する。

0099

〔灯油をベース〕
以下、本発明のエマルジョン燃料を製造する実施例1を説明する。上述のエマルジョン燃料製造装置1で、エマルジョン燃料を製造し、その粒子分布を測定した。エマルジョン燃料の原料の配合比は、重量ベースで廃油73.9%、水24.6%であった。乳化剤は重量ベースで1.5%であった。

0100

渦流撹拌機として、株式会社ニクニ(本社:日本国神奈川県川崎市)製の渦流ターボミキサーKTM15ND02Zを用いた。この渦流ターボミキサーは、入力口が2本あるが、メインの入力口のみを利用し、他方を閉じて利用した。この渦流撹拌機は、設定圧力が0.2MPaであり、液体を混合するとき、高圧をかけ続けながら、媒体同士の接触面積を増やして混合する。この渦流撹拌機は、吐出口付近で最高気圧の設定圧力0.2MPaに達した。

0101

高速回転撹拌機として、佐竹化学機械工業株式会社(本社:日本国大阪府守口市)製のポータブルミキサーA610−0.1Bを用いた。この高速回転撹拌機は、撹拌用の翼体ノコギリ状の3枚の刃を有し、1450〜1750rpmで高速な回転ができる。このように高速に回転させて撹拌することで、強力な圧力せん断を発生させ、翼体の乱流渦により混合液の粒子を破壊し、接触面積を増大させ、分散溶解させる。

0102

製造されたエマルジョン燃料は、超微細な乳化粒子が実現できた。この乳化粒子の粒子分布を測定した結果を図6のグラフに示している。このグラフの横軸は粒子径を、縦軸は粒子の頻度を示している。測定の結果、製造されたエマルジョン燃料の超微細な乳化粒子は、メジアン径が0.3414μm、平均径が0.3497μmであった。これは、汎用の灯油乳化燃料の平均粒子径0.5μmより小さい。

0103

実施例2を実験によって説明する。廃油を乳化させて製造されるエマルジョン燃料を、高速回転撹拌機と超音波撹拌機を用いて製造し、成果物を比較して評価した。まず、廃油140ml、水60ml、乳化剤3mlを用意した。乳化剤は、日本乳化剤株式会社(本社:東京都中央区)製の界面活性剤ニューコール2304−Y(アルキルエーテル型−3)を利用した。この乳化剤は、油中水滴型で、粒子径が0.23μmである。廃油と乳化剤をビーカーに入れ、かき混ぜ棒で軽くかき混ぜた。

0104

そして、これに水を滴下しながら撹拌した(以下、1次撹拌という。)。水を廃油と乳化剤の混合に、10分間かけて滴下しながら混合した。混合後、10分間撹拌した(以下、2次撹拌という。)。この実験は、室内にて常温で行った。撹拌は、高速回転撹拌機と超音波撹拌機の2種類を用いた。高速回転撹拌機としては、IKA社(IKAR-WERKEGMBH & CO. KG,本社:ドイツ、シュタウフェン市)製のホモジナイザー分散機)T 10basicULTRA-TURRAX(登録商標)を用いた。

0105

このホモジナイザーは、小さな固定歯を有し、8000〜30000rpmの高速な周速の回転ができる。超音波撹拌機としては、日本精機製作所(本社:東京都飾区)製の超音波ホモジナイザーUS−300Eを用いた。1次撹拌と2次撹拌時の高速回転撹拌機は、回転数20000rpmであった。1次撹拌と2次撹拌時の超音波撹拌機は、発信周波数が19.5kHz±0.5kHzで、振幅が24μmであった。高速回転撹拌機の場合、水を廃油に滴下し始めると、白濁し、乳化していることが目視で確認できた。

0106

ビーカーの静置の状態ではができたので、都度手でビーカーを動かし、色が均一になるようにした。超音波撹拌機の場合、水を滴下し始めると、プローブ周りで弾けるようにして白濁していることを目視で確認できた。弾けた後、褐色に戻った。しばらくすると、それがビーカーの外へ検体跳ね始めたため、容器を樹脂製の大きな容器に変えて撹拌を続行した。実験の終了直後の要素を図7の写真に示している。この写真からわかるように、高速回転撹拌機の場合は、超音波撹拌機より、エマルジョン燃料の色が白く、液面に泡がない。

0107

実施例3を実験によって説明する。廃油を乳化させて製造されるエマルジョン燃料を、高速回転撹拌機と超音波撹拌機を用いて製造し、成果物を比較して評価した。まず、廃油75g、水25g、乳化剤1.5gを用意した。乳化剤は、日本乳化剤株式会社(本社:東京都中央区)製の界面活性剤ニューコール2304−Y(アルキルエーテル型−3)を利用した。この界面活性剤は、油中水滴型で粒子径が0.23μmである。廃油と乳化剤を容器に入れ、軽くかき混ぜた。

0108

そして、これに水を滴下しながら撹拌した(以下、1次撹拌という。)。水を廃油と乳化剤の混合に、5分間かけて滴下しながら混合した。混合後、5分間撹拌した(以下、2次撹拌という。)。この実験は、室内にて常温、大気圧の条件で行った。撹拌は、高速回転撹拌機と超音波撹拌機の2種類を用いた。高速回転撹拌機としては、IKA社(IKAR-WERKEGMBH & CO. KG,本社:ドイツ、シュタウフェン市)製のホモジナイザー(分散機)T 10basicULTRA-TURRAX(登録商標)を用いた。

0109

このホモジナイザーは、小さな固定歯を有し、8000〜30000rpmの高速な周速の回転ができる。超音波撹拌機としては、日本精機製作所(本社:東京都葛飾区)製の超音波ホモジナイザーUS−300Eを用いた。1次撹拌と2次撹拌時の高速回転撹拌機は、10分間、回転数8000rpm(サンプルA)と1200rpm(サンプルB)の2種類で撹拌を行った。1次撹拌と2次撹拌時の超音波撹拌機は、6分間、設定条件1.8A、振幅20μmで撹拌を行った(サンプルC)。

0110

各撹拌後、出来上がったサンプルA、B、Cを、株式会社堀場製作所(本社:京都市区)製のレーザ回折散乱粒子径分布測定装置LA−300で、粒子径を測定した。このときの測定手順は次の通りである。まず、石英セル有機溶媒(灯油)を7割程度入れ、そこにサンプルを1滴入れる。これを測定装置にセットし、透過率が80〜90%になるよう溶媒を入れ薄める等して調節する。透過率を調節したら蓋を閉じて測定を開始する。測定が終わったら屈折率を溶媒に合うよう、調節して計算する。

0111

石英セルは溶媒でよく洗い、次の測定を開始する。この測定によって測定された結果は、次の表1及び図8図9図10のグラフに示している。図8はサンプルAの場合、図9はサンプルBの場合、図10はサンプルCの場合のグラフである。

0112

0113

表1の第1列は項目を、第2列はサンプルAを、第3列はサンプルBを、第4列はサンプルCを示している。製造されたエマルジョン燃料のメジアン径を第3行に、算出平均径を第4行に示している。メジアン径は、溶液の中の全ての粒子の粒子径の統計を取り、粒子をその大きさ(粒子径)で大小の2つに分けたとき、粒子径が大きい側と小さい側の粒子数が等量になる分散点になる粒子径である。算出平均径は、粒子分布の算出平均径である。

実施例

0114

図8図9図10のグラフの横軸は粒子径を示し、縦軸は粒子の出現頻度を示す。サンプルAの場合は、メジアン径と算出平均径は共に灯油0.5μmより小さくなっている。これに対して、サンプルBとサンプルCの場合は、メジアン径と算出平均径は共に灯油の0.5μmより大きくなっている。

0115

本発明は、エネルギー分野に応用できる。特に、燃料油を用いる燃焼装置を利用する分野に利用するとよい。更に、廃油等の燃料油を利用する分野で利用すると良い。

0116

1…エマルジョン燃料製造装置
2…混合タンク
3…高速回転撹拌機
4…渦流撹拌機
5,6,7…タンク
8,9,10…供給管
8a,9a,10a,15a,17a,23a…電磁弁
11,12,13,21…レベルスイッチ
14,16,17…流体移送管
14a…逆流防止弁(チャッキバルブ)
16a…チーズ
18,19,20…移送ポンプ
23…排出管

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