CN101325999B - 乳化装置及使用该乳化装置的乳剂精制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及不添加乳化剂将水粒子微粒化并均匀的分散在油滴上从而精制稳定乳剂的乳化装置，使用该装置的乳剂精制方法。通过齿轮箱内收纳的多个齿轮的旋转，将包含油和水的粒子分散的精制乳剂的乳化装置，所述齿轮的直径按照油及水的压送方向逐渐减小。

Description

乳化装置及使用该乳化装置的乳剂精制方法

技术领域

本发明涉及为了制造用于各种燃烧器及汽车等内燃机的乳化燃料、化妆品、食品等而使用的乳化装置及使用该乳化装置的乳剂精制方法。

背景技术

以前，广为周知的是将水混入燃料油并微粒化后的乳化燃料喷射到燃烧炉内燃烧的乳化燃烧方式。乳化燃料是指向A重油、B重油、C重油、再生油等液体燃料中混入3～10％的水，乳化后包含微小水粒子的液体燃料，这种乳化燃料通过燃烧器吹进使之燃烧，通过燃料粒子中包含的水粒子在燃烧器内的高温状态下发生的微爆，燃料粒子被进一步分裂，从而使燃料和空气充分混合从而提高了燃烧效率。但是，让本来是不溶于油的水均匀地分散在燃料油中，制造油水长时间不分离的稳定化乳化燃料，并且还要让这种乳化燃料长时间稳定地燃烧，实际上是一个很困难的问题。

本申请的发明人，以前曾提出过关于乳化燃料精制乳化器的专利申请(参照专利文献1)。相对于以前的乳化器是在3个齿轮中，两侧配置大直径的齿轮，将马达与中间的齿轮连接，施加旋转力而言，前述申请的该乳化器是在以前的乳化器的基础上，解决了伴随气泡发生而导致的燃料粘度上升，也就是所谓的因发动机淤渣现象引起的管堵塞或燃烧不均引起的问题。

专利文献1：特开昭62-213829号公报

发明内容

本发明要解决的问题：

本发明人对前述专利文献1中记载的乳化器做了进一步改良，对于以前的乳化器来说难点是油和水的混合，并且了解到当混入油和水之外的液体和空气、可燃性气体等气体时，可以获得水在油滴上以极微粒子状的均匀状态分散的乳剂，通过这个想到了本发明。本发明的目的在于，提供了可以在无需添加乳化剂的情况下，通过将水粒子微粒子化后均匀地分散在油滴上，而精制稳定乳剂的乳化装置及使用该乳化装置的乳剂精制方法。

解决课题的手段：

为了解决上述问题，本发明提供一种乳化装置，通过齿轮箱内多个齿轮的旋转，将包含油和水的粒子分散的精制乳剂的乳化装置，其特征在于：前述齿轮的直径按照油及水等的压送方向逐渐减小，在各齿轮的旋转轴处于平行的状态下设置齿轮，前述各齿轮收纳在齿轮箱内，在收纳大直径齿轮的齿轮箱壁面上设置油的供给孔、水的供给孔、油及水以外的第三成分的供给孔，同时在收纳小直径齿轮的齿轮箱的壁面上设置排出乳剂的排出口。(权利要求1)。

另外，为了解决前述课题，本发明是将前述乳化装置上设置的油的供给孔和乳剂的排出口设置为与油及水等的行进方向相平行，并且水的供给孔和前述第三成分的供给孔相对于油及水等的行进方向分别垂直并且彼此相对设置。(权利要求2)。

另外，为了解决前述的课题，本发明最好在前述乳化装置中安装的齿轮是齿轮直径越大的齿数越多，并且无论哪个齿轮其相邻齿轮的齿数差都相同。(权利要求3)。

另外，为了解决前述课题，本发明在前述乳化装置的齿轮箱内设置了温度调节器，并且对供给油的粘度进行控制(权利要求4)。

另外，为了解决前述课题，本发明中采用前述齿轮的旋转轴垂直于地面的方式设置前述齿轮。(权利要求5)。

另外，为了解决前述课题，本发明使用前述的任何一个乳化装置，将作为第三成分的油及水以外的液体或气体当中的任何一种，以及油和水分别从各自的供给孔供给的方式精制乳剂，以此为特征的乳剂精制方法最佳(权利要求6)。

另外，为了解决前述课题，本发明使用前述的任何一个乳化装置，从油的供给孔供给燃料油、从水的供给孔供给水、从第三成分的供给孔供给空气、可燃性气体、可燃性液体或这其中的任何的组合来精制乳化燃料，以此为特征的乳剂精制方法最佳(权利要求7)。

发明的效果：

本发明的乳化装置，如前述那样，按照齿轮直径从大逐渐到小进行配置，可以获得5微米以下水微粒均匀地分散在油粒子上的乳剂。这种乳剂无需添加乳化剂稳定性也很好，即使流量和温度发生变化也很稳定。并且，即使油和水分离，只要通过轻循环或振动就很容易地实现均匀分散。另外，通过添加重油或再生油等的燃料油和水，混入空气或可燃性气体等，可以获得水的微粒子均匀地分散在油滴粒子上的乳化燃料。

该乳化燃料在能够保持长时间稳定燃烧的基础上，在几乎接近于完全燃烧更进一步提高燃烧效率的同时，对降低排气中的粉尘和NOx也有效果。有助于节约燃料费，因为废油再生后可以作为高质量的燃料油利用，所以从资源的有效利用和经济的观点来看也极其优越。并且，在蛋黄酱或番茄酱等食品中，通过使用本发明的乳化装置对食用油、水、鸡蛋等的粉碎物进行乳化的微粒子化会使其变得更加美味可口。化妆品也同样，通过微粒子化可以起到更好的润肤效果。

具体实施方式

本发明的最佳实施方式(以下称为“实施方式”)，在下面进行详细的说明，但本发明不仅限于该实施方式。

图1是本发明实施状态的该乳化装置的齿轮箱内部收纳齿轮状态下的中间板的示意图，图2是本发明实施状态的该乳化装置的部分纵剖面图，图3是与本发明实施状态的该乳化装置的底侧壁板的示意图。图4是本发明实施状态的该乳化装置的一个实施例的线路图。在各图中，表示同一部件或同一部分时，都用相同的符号表示。

在图1和图2中，1是实施状态下的该乳化装置，在齿轮箱2的内侧，按照第一齿轮3a、第二齿轮3b、第三齿轮3c、第四齿轮3d的顺序，齿轮3的直径按照从大到小的顺序使相邻的齿轮在相互啮合的状态下配置。虽然齿轮的齿数没有特别的限定，但是在本发明的实施形态中，第一齿轮3a～第四齿轮3d的齿轮的齿数分别是20、18、16、14，第一齿轮3a和第二齿轮3b、第二齿轮3b和第三齿轮3c、第三齿轮3c和第四齿轮3d之间的齿数差都是2个，像这样相邻齿轮的齿数差都相同的齿轮设计最佳。这样齿轮的直径越大齿数越多，并且由于无论对哪个齿轮而言和相邻齿轮的齿数差相同，由此可以防止乳剂倒流，从而增加剪切力。

齿轮箱2由具有支持各齿轮3a、3b、3c、3d各轴的轴承部3e、3f、3g、3h的盖侧壁板2a及底侧壁板2c和这两侧壁板中间夹持的中间板2b组成，这3板的接合面上为了将齿轮包围而设有密封件4，在各螺栓孔14上穿过螺栓拧紧，使3板贴紧固定。前述中间板2b的内侧连续设置有为了收纳齿轮的齿轮收纳部5。第一齿轮3a的齿顶和齿轮收纳部5的壁面接近，第二齿轮3b、第三齿轮3c、第四齿轮3d和齿轮收纳部5的壁面之间如图1所示，在一侧设有略微宽一点的间隙3i、3j、3k。并且，如图3所示底侧壁板2c的底部埋设有和温度传感器13联动的加热器12等温度调节器，与供给油的温度联动，从而对其粘度进行控制。

在收纳最大直径的第一齿轮3a的齿轮箱的周壁面上，油的供给孔6a基本是和油及水的行进方向平行设置的，水的供给孔6b和第三成分的气体乃至液体的供给孔6c分别和油及水的行进方向几乎垂直且彼此相对设置。并且，在收纳最小直径的第四齿轮3d的齿轮箱的壁面上，乳剂排出口7几乎是按照和油及水的行进方向平行地被设置。前述供给孔6a、6b、6c和分别引入油、水及气体等的不锈钢制导管相连接，排出口7和排出乳剂的不锈钢制导管相连接。水通过水泵压送，从供给孔6b以雾状供给，其它的油等随着第一齿轮3a的旋转，通过第一齿轮收纳部5内压力的负压化从各供给孔抽吸。

第一齿轮3a的旋转轴穿过一侧的盖侧壁板2a和马达M连接，通过马达M的旋转力向箭头方向旋转。第二齿轮3b、第三齿轮3c、第四齿轮3d和第一齿轮3a联动旋转。而且，如图1所示，在相邻齿轮的啮合部，为了使一方齿轮的齿顶端部和另一方齿轮的齿谷部之间产生间隙，稍微留有一点间隙进行配置，通过旋转的齿轮齿将水、油和气体乃至液体按照第一齿轮3a、第二齿轮3b、第三齿轮3c、第四齿轮3d的顺序输送的同时，通过齿轮的齿顶和齿轮箱壁面之间及齿轮的齿和齿之间动作的剪切力，在被粉碎成微小粒子的同时，形成这些微小粒子均匀分散的乳剂。

在本实施形态的该乳化装置中，在第二齿轮3b、第三齿轮3c、第四齿轮3d和齿轮收纳部5的壁面之间，在一侧设有略微宽一点的间隙3i、3j、3k，并且由于齿轮的旋转轴相对于大地呈垂直方向设定，如图5所示，受到重力的影响，油、水和其它的液体乃至气体一边沿着齿轮的旋转面垂直方向的上下流19，一边被输送到排出口的方向。此期间，在间隙3i处，通过齿轮的旋转方向和同侧齿轮箱壁面一侧产生的与齿轮旋转方向反向的对流18剧烈摩擦，通过对流摩擦混合20和齿轮强大的剪切力剪切混合21的二个步骤的作用使油和水混合而乳化。这种现象已通过观察具有透明齿轮箱实验设备的运转状态得到确认。经过前述工序，水粒子被粉碎得更小，通过将水粒子以更多且紧密结合的状态进入油粒子间，使油和水的微粒子难以分离，从而精制出长时间稳定的乳剂。

传统方式的精制乳剂燃料油的乳化器，只是将油和水通过齿轮变成微粒子，但是在与本发明涉及的乳化装置中，为了在油和水中混入其它的气体或液体的状态下产生剪切作用，涉及的气体或液体介入到油和水之间，考虑将油和水的粒子粉碎成更加细小的微小粒子。另外，在本实施形态涉及的乳化装置中，通过将水混入到重油乃至再生油等燃料油、空气或酒精等可燃性液体中进行乳化，在获得利用以前的胶体磨或机械性粉碎中不可能微粒子化的水微粒子的同时，通过空气乃至酒精成分附着乃至溶解到水粒子中，促进燃烧的反应，可以进一步提高燃烧效率。

在本实施形态涉及的乳化装置中，油、水和第三成分的混入比例虽然没有被限定，但是，例如通过重油乃至再生油等燃料油精制乳化燃料时，相对于燃料油97～75％重量，将水以3～20重量％，空气、可燃性气体乃至可燃性液体5重量％以下的比例混入最佳。水的混入率根据燃料油的种类适当选择，对于A重油等粘度比较低的在3～10重量％，对于C重油或再生油等粘度比较高的在5～20重量％的范围选择最佳。如果水分太多反而可能降低燃烧效率。

在A重油、B重油、C重油、再生油等液体燃料中混入水，乳化后的包含微小水粒子的液体燃料，成为油粒子周围附着微小水粒子的W/O型(Water in oil)乳化燃料。通常，通过燃烧器的燃料喷雾器的油粒子直径是30～130微米，但是本实施状态涉及的乳化装置精制的乳化燃料中在油粒子周围包含很多直径在5微米以下的多个水粒子(参照图6)。因此，通过在燃烧器内的高温状态下的微爆，喷雾微粒子被显著分化，扩大和周围氧气的接触面积，从而促进燃烧反应，显著提高燃烧效率。

在图4表示的乳化装置的一个实施例的线路图中，重油供给箱8、水箱W及第三成分容器G和通过导管连接的乳化装置1、乳化燃料罐9、锅炉10，分别经流量自动调节阀MV1，MV2，MV3，通过输送用管11连接。并且重油供给箱8和锅炉10经流量自动调节阀MV4设置成直接连线。而且，在重油供给箱8和乳化装置1的中间设置是温度调节器的加热器12和滤网15。

通过设置温度调节器使供给乳化装置1的油分的粘度保持恒定，和乳化装置1内的温度调节器12、13相互作用，在保持供给量和排出量均衡的同时，使乳化装置内的剪切力或剪切作用恒定，可以精制更加均一、稳定的乳剂。并且通过设置连接重油供给箱8和锅炉10的线路，即使在乳化装置万一不动作时也可以紧急地保持锅炉的继续运转。乳化装置1精制的乳化燃料，暂时存储在乳化燃料罐9中，通过泵P输送至锅炉10。为了供给稳定的乳化燃料，乳化燃料罐9里可以准备搅拌机等。

实施示例

接下来，使用本实施状态涉及的乳化装置，将水约9重量％、空气约3重量％混入到A重油约88重量％中进行乳化。图5是将获得的乳剂用燃料喷雾器喷射后使用400倍光学显微镜观察到的照片。此照片中，在约10～20微米的油滴间附着约3～8微米的水滴的微粒子。此乳化燃料在前述实施形态中记载的线路图中表示的燃烧炉(Max351/h、炉体尺寸)中燃烧的结果，同普通的A重油燃烧时相比较，可以节约5～10％的燃料费。

在前述实施例中，除A重油之外，对C重油、再生油、煤油、轻油分别按照同样的方法精制乳剂，将得到的乳剂放进容器后在静止的状态下放置，测定到油水分离为止的时间的结果如下。

并且按照上述标准，在乳化汽油和水和乙醇时，确认出同煤油乃至轻油有同等的稳定性。

在前述实施例中，对于1)煤油、2)再生油、3)乳化燃料(水10％)、4)乳化燃料(水15％)、5)乳化燃料(水20％、燃烧量35)、6)乳化燃料(水20％、燃烧量15)，让这些燃料在前述燃烧炉(Max351/h、炉体尺寸)中燃烧，通过目测燃烧室的火焰确认排出气体中的黑烟或粉尘的同时，测定的CO，NOx，O₂各成分和炉内温度的结果在表1中表示。

表1

表1中的“排出气体中的黑烟或粉尘”栏的评价如下。

◎：排出气体中的黑烟或粉尘少。

○：排出气体中的黑烟或粉尘稍少。

△：排出气体中的黑烟或粉尘稍多。

×：排出气体中的黑烟或粉尘很多。

根据表1，如果以煤油的最佳状态为基准对各种燃料进行比较，只有再生油时NOx(氮氧化合物)多出4倍左右，排出气体中的O₂最大(5.8％)。乳化燃料通过增加水的混合比例使NOx变少，O₂也变少了。排出气体中的黑烟或粉尘仅与再生油相比乳化燃料的少，并且增加水的混合比例时变得更少。6)即使是乳化燃料(水20％、燃烧量15)也能保持了最佳的燃烧状态。

对于一般的燃烧器来说，为了让燃料完全燃烧而大量送入空气，但是通过使用乳化燃料，送入的空气量减少而使因排出气体导致的能源损失降低，已被确认有助于节约能源。并且虽然混入了界面活性剂的乳剂随着时间的流逝活动粘度上升，但是根据本实施例，可以确认即使转数上升乳剂的动态粘度也几乎没有变化。

前述的实施形态及实施例是对油和水和油及水以外的第三成分进行混合乳化的乳化装置的介绍，但是在与本申请发明涉及的乳化装置中，关闭供给第三成分的供给孔，使用油和水的两种成分的乳化装置及使用该装置的乳剂精制方法也包含在本申请发明内。并且在不脱离本申请发明精神的前提下，可以进行各种各样的改变，有关本申请发明相关的演变的发明毋庸赘言。

产业上利用的可能性：

近年，工业用的机械油和业务用油的废油几乎都被废弃这已经成为问题，但是如果使用本发明的乳化装置，作为燃料可以被有效利用，并且还可以节约燃料费，通过降低废气中包含的有害物质减少环境污染，在产业上利用的可能性相当大。

附图说明

图1是本发明实施状态的该乳化装置的齿轮箱内收纳齿轮状态下的中间板的示意图；

图2是本发明实施状态的该乳化装置的部分纵剖面图。

图3是本发明实施状态的该乳化装置的底侧壁板的平面图。

图4是本发明实施状态的该乳化装置的一个实施例的线路图。

图5是本发明实施状态的该乳化装置的间隙附近流体状态说明图。

图6是本实施例涉及的乳剂喷出粒子在光学显微镜下的照片。

符号说明：

1：乳化装置、2：齿轮箱、2a：盖侧壁板、2b：中间板、2c：底侧壁板、3：齿轮、3a：第一齿轮、3b：第二齿轮、3c：第三齿轮、3d：第四齿轮、3e，3f，3g，3h：轴承部、间隙：3i，3j，3k、4：密封件、5：齿轮收纳部、5a：齿轮收纳部壁面、6：供给孔、6a：油的供给孔、6b：水的供给孔、6c：第三成分的供给孔、7：排出口、8：重油供给箱、9：乳化燃料罐、10：锅炉、11：输送管、12：加热器、13：传感器、14：螺栓孔、15：滤网、18：对流、19：上下流、20：摩擦混合部、21：剪切混合部、22：齿轮旋转方向；

MV1，MV2，MV3，MV4：流量自动调节阀、M：马达、P：泵、W：水箱、G：第三成分容器。

Claims (5)

1.一种乳化装置，是通过齿轮箱内多个齿轮的旋转，将包含油和水的粒子分散的精制乳剂的乳化装置，所述的乳化装置中，齿轮箱内收纳直径不同的4个齿轮即第1齿轮(3a)、第2齿轮(3b)、第3齿轮(3c)和第4齿轮(3d)，按照从第1齿轮(3a)到第4齿轮(3d)的顺序且沿着油和水及第三成分压送的方向齿轮的直径逐渐变小的方式、并在各齿轮的旋转轴处于平行的状态下设置前述齿轮，前述各齿轮收纳在齿轮箱内；在第1齿轮的齿轮箱的壁面上设置油的供给孔、水的供给孔及供给第三成分的供给孔，在第4齿轮的齿轮箱的壁面上设置乳剂的排出口。

2.根据权利要求1所述的乳化装置，其特征在于：前述乳化装置上设置的油的供给孔和乳剂的排出口设置为与油及水的行进方向相平行，并且水的供给孔和前述第三成分的供给孔相对于油及水的行进方向分别垂直并且彼此相对设置。

3.根据权利要求1所述的乳化装置，其特征在于：前述乳化装置安装的齿轮是齿轮直径越大的齿轮数越多，第1齿轮(3a)和第2齿轮(3b)、第2齿轮(3b)和第3齿轮(3c)、第3齿轮(3c)和第4齿轮(3d)的相邻齿数之差都相同。

4.一种乳剂的精致方法，其特征在于：使用权利要求1～3中任意一项所述的乳化装置，将作为第三成分的除油及水以外的液体或气体当中的任意一种，以及油和水分别从各自的供给孔供给精制乳剂。

5.一种乳剂的精致方法，其特征在于：使用权利要求1～3中任意一项所述的乳化装置，从油的供给孔供给燃料油、从水的供给孔供给水、从第三成分的供给孔供给空气、可燃性气体、可燃性液体或这其中的任意的组合来精制乳化燃料。

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