JP2001329274A

JP2001329274A - 含油水ガス燃料の製造方法および製造装置

Info

Publication number: JP2001329274A
Application number: JP2000148200A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Mori; 正弘森; Tomihide Shishido; 富英宍戸
Original assignee: ZENSHIN DENRYOKU ENGINEERING KK; Nisso KK
Current assignee: ZENSHIN DENRYOKU ENGINEERING KK; Nisso KK
Priority date: 2000-05-19
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2001-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】水成分と燃料油系成分とが良好で均一な状態
に容易に混合されるようにした水−燃料油の混合燃料で
ある含油水ガス燃料を提供する。【構成】燃料水タンク２１および燃料油タンク１１と
を有し、燃料水タンクからの燃料水を低温気化する燃料
水ガス化手段２４、ガス化された燃料水ガスの流量を調
節する燃料水ガス流量調節手段２６、燃料油タンクから
の燃料油の流量を調節する燃料油流量調節手段１４、燃
料水ガスと燃料油の流量・流量比を制御する流量・流量
比制御手段３１を設け、さらに、燃料水ガス流量調整手
段を経た燃料水ガスと燃料油流量調節手段を経た燃料油
とを混合する流体霧化混合手段４１を設けて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼装置や加熱装
置で安価で安定して利用できる含油水ガス燃料の製造方
法、および製造装置に関し、さらに詳しくは、水と液体
燃料を混合してなる含油水ガス燃料の製造方法、および
含油水ガス燃料の製造装置に係るものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、省資源等の観点から、乳化ＣＯ
Ｍ，微粉炭／液体燃料／水などと共に、液体燃料（主に
石油系成分）に水（不純物を含まない水）を混合するこ
とによる水−液体燃料混合エマルジョン燃料とし、該水
成分を燃焼可能にする技術手段が種々提案されている。

【０００３】しかし、この種の水−液体燃料混合エマル
ジョンにおいては、一般に、水成分対石油系成分の混合
割合が１５：８５〜３０：７０（重量比）程度で試みら
れており、主燃料成分としての石油系成分をこれ以上は
減少できないものとされている。すなわち、これを換言
すると、期待される水成分の含有量をこれ以上は増加す
ることができないものとされている。また、エマルジョ
ン自体の安定性の点からも、各種添加剤を要し、石油系
成分を比較的多量に必要とし、省資源の立場からは未だ
満足できるものではなく、水成分の燃料化という点で十
分ではなかった。

【０００４】一方、このような従来の液体燃料と水とを
混合してなる混合燃料においても、液体燃料成分が多い
場合には、燃焼排ガスとして、ＣＯ₂（炭酸ガス）を多
量に含むガスを排出することになる。しかし、近年にお
ける地球規模でのＣＯ₂の排出削減が求められている状
況に照応すると、必ずしも満足できるものではない。こ
のため、一定の燃焼カロリーを可及的に少ないＣＯ₂の
排出で得られる水−液体燃料の開発が切望されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明者は、上記従来
の実情に鑑み、先に特願平９−３０８９５８号によって
改良された水−化石液体燃料混合エマルジョンを提案し
た。この先願発明は、混合する水に少なくとも３重量％
の微粒状電気石を分散させて処理し、この処理水を化石
液体燃料とエマルジョン混合させるものであった。

【０００６】ところで、この先願発明においては、水を
燃焼させるための起爆剤となる化石液体燃料の状態につ
いては特に規定していない。つまり、先願発明の場合、
水と化石液体燃料との混合時の相状態ならび混合手段が
どのようなとき、燃焼に適するのかについては考慮して
いなかった。しかしながら、本来的には十分な混合が不
可能であるとされている水と液体燃料とをいかに混合
し、その成果として、どのように処理したときに均一な
混合エマルジョンを得られるのかという技術的に極めて
困難ないくつもの問題点があった。すなわち、たとえ一
時的にはよく混合されたエマルジョンを得たとしても、
該混合エマルジョンを効果的な混合状態のままで比較的
長期に亘って貯留する場合の問題点や、水成分と石油系
成分との蒸発温度の相違および比重差による両者の分離
等の問題点がある。

【０００７】また、燃料水および燃料油を直接混合して
燃焼する含油水ガス燃料の製造システムは、複雑で且つ
効果的な燃焼が得られなかった。即ち、燃料水を気化す
るのに、後述の混合工程，燃焼工程を考慮に入れてキャ
リアガス（空気や酸素）を利用しているため、燃料水ガ
スの圧力調整，流量調整等に誤差が生じやすく、その調
整に困難が伴い、又それらの調整器も複雑且つ大型のも
のになる。また、燃料油は、混合工程の前にガス化工程
又は霧化工程が必須であった。したがって、燃料水成分
と燃料油成分とを所定の比率で均一に混合し、その混合
ガスのガス圧，ガス温度を制御して良好な燃焼効果が得
られる含油水ガス燃料を製造する技術は未だ確立されて
いないのが実状である。さらに、燃料水ガスと燃料油ガ
スとの混合（気相−気相混合）には、スタティック−ガ
スミキサが利用されているが、両ガスをミキサ内でも高
温に保持する必要があり、微粒化される燃料油の粒子径
が比較的小さく、ミキサを出た混合ガスは必ずしも良好
に燃焼できるものにはならなかった。

【０００８】従って、本発明の目的は、上記先願発明及
び先行技術の不利な点を補ない不充分なところを満たす
ものであって、エマルジョン系の混合相を形成するもの
でなく、水成分と燃料油成分の混合における問題点を解
決すると共に、水成分の混合割合を増大しても水成分と
石油系成分とが良好で均一な状態に容易に混合され、そ
して、得られた燃料は優れた燃焼が持続でき且つ所望の
発熱量を有するものであるようにした水−液体燃料の混
合燃料ガス、ここでは、含油水ガス燃料の製造方法およ
び製造装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】(1) 先ず、燃料水につ
いては、先願発明と異なり、その対象は水道水，井水，
雨水等特別な処理を施したものではない。しかし、燃料
水は、水素と酸素に容易に分解し、直ちに連鎖伝播反応
を引き起こさせることが可能な状態を与えておくことが
望ましく、精製した水をトルマリンに接触処理させて得
たトルマリン改質水，直流の弱い電気分解により生じた
水であって酸化還元電位が−３００〜−５００ｍＶの還
元水（還元水という）、もしくは特殊セラミック材や竹
の活性炭内を通過することで水分子の並列結合（水分子
中のＨ−Ｏ−Ｈの結合角）が１６０°〜１７５°程度に
された水（特殊結合水という）が有用である。この場合
の連鎖伝播反応は、例えば、ブラウンガストーチ火炎と
接触させることで容易に引き起こすことができる。 (2) 燃料水ガスに混合される燃料油微粒子が燃焼して
発生する起爆エネルギーを大きくすることが好ましい
が、混合器として流体霧化混合器を採用することにより
該燃料油を独立した微粒子にすることができ、燃料水ガ
スとの均一な混合が可能である。この場合の微粒子サイ
ズは、あまり大きいとガス化した燃料水との均一な混合
がされにくいことから、おおよそ２０〜２００μｍ程度
とするが、２０〜３０μｍ程度の範囲に設定するのが好
ましい。 (3) また、接触するブラウン火炎温度と燃料油の粒子
温度との温度差が大きいほど生起する起爆エネルギーが
大きいものと推定されるので、燃料油を加熱ガス化する
ことなく常温で混合工程へ導入する。 (4) さらに、燃料油を混合器へ導入するまで液体状態
にし、燃料水ガスと燃料油とは、それぞれ流量調節さ
れ、且つ燃料油は液体状態であるのでその流量調節が容
易にでき、燃料水ガスを流量調節した上で所望の混合割
合で混合され、結果的に、所期通りに燃料水ガスと燃料
油とが均一且つ良好に混合された含油水ガス燃料が得ら
れる。なお、この場合、両者の混合割合、ひいては含油
水ガス燃料の品質を任意に設定することができる。

【００１０】従って、本発明に係る請求項１に記載の含
油水ガス燃料の製造方法は、原料水としての燃料水を低
温気化してガス化する燃料水のガス化工程と、ガス化さ
れた燃料水ガスと燃料油との各流量を所要混合比に調節
してそれぞれに設定する燃料水ガス流量調節工程および
燃料油流量調節工程と、流量調節された燃料水ガスと流
量調節された燃料油とを、燃料油を微粒化して混合する
流体霧化混合工程とを含むことを特徴とする。

【００１１】請求項２に記載の含油水ガス燃料の製造方
法は、前記請求項１の含油水ガス燃料の製造方法におい
て、前記燃料水が、水道水，井水，雨水，トルマリン改
質水，還元水、または特殊結合水であることを特徴とす
る。請求項３に記載の含油水ガス燃料の製造方法は、前
記請求項１または２の含油水ガス燃料の製造方法におい
て、前記燃料油の温度が混合工程に供給されるまで常温
であることを特徴とする。請求項4に記載の含油水ガス
燃料の製造方法は、前記請求項1ないし３のいずれか１
項に記載の含油水ガス燃料の製造方法において、燃料油
の微粒化を燃料水ガスのキャリアガス機能によって促進
させることを特徴とする。請求項５に記載の含油水ガス
燃料の製造方法は、請求項１ないし４のいずれか1項に
記載の含油水ガス燃料の製造方法において、前記微粒化
された燃料油の微粒子が、２０〜３０μｍの大きさに設
定されていることを特徴とする。

【００１２】次に、請求項６に記載の含油水ガス燃料の
製造装置は、燃料水を貯留する燃料水タンクと、燃料油
を貯留する燃料油タンクとを有し、燃料水の処理供給系
として、燃料水タンクから供給される燃料水を気化して
ガス化する燃料水ガス化手段、ガス化された燃料水ガス
の流量を調節する燃料水ガス流量調節手段、燃料油の流
量を調節する燃料油流量調節手段、燃料水ガスと燃料油
との流量・流量比を制御する流量・流量比制御器を設
け、さらに、燃料水ガス流量調節手段を経た燃料水ガス
と、燃料油流量調節手段を経た燃料油とを混合する流体
霧化混合手段を設けたことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る含油水ガス燃
料の製造方法および製造装置の実施形態例につき、図を
参照して詳細に説明する。

【００１４】図１は、本実施形態例を適用した含油水ガ
ス燃料の製造装置の概要を示すブロック図で、燃料油の
処理供給系Ａ，燃料水の処理供給系Ｂ，燃料水ガスと燃
料油との混合系Ｃと、含油水ガス燃料燃焼系Ｄとからな
る。

【００１５】この図１に示す装置構成において、本実施
形態例による含油水ガス燃料の製造装置には、燃料水に
対して、主に起爆剤として機能する灯油、Ａ重油、廃
油、アルコール等の燃料油を貯留する燃料油タンク１１
と、燃料水を貯留する燃料水タンク２１を設ける。燃料
油タンク１１は燃料油の処理供給系Ａに含まれ、燃料水
タンク２１は燃料水の処理供給系Ｂに含まれる。

【００１６】先ず、前記燃料水の処理供給系Ｂには、燃
料水タンク２１から燃料水供給調整器２２を経て所定量
供給される燃料水は必要なら予熱して気化のための潜熱
を与える燃料水予熱器２３によって予熱させた燃料水を
比較的低温で気化させるための燃料水気化器（燃料水ガ
ス化手段）２４とを設け、約１０５〜１５０℃程度、好
ましくは１０５〜１２０℃、より好ましくは１１０〜１
２０℃の比較的低温で気化してガス化される。

【００１７】また、前記燃料水気化器２４で気化してガ
ス化された燃料水ガスは、続いて、燃料水ガス圧力調整
器２５と燃料水ガス流量調節器（燃料水ガス流量調節手
段）２６とを順次に通過することにより、燃料水ガス圧
力調整器２５で圧力が任意に調節（約１．２〜１．８ｋ
ｇ／ｃｍ²、好ましくは１．６〜２．２ｋｇ／ｃｍ²）さ
れると共に、燃料水ガス流量調節器２６で流量が調節さ
れる。燃料水ガス圧力に応じて、燃料水供給調整器２２
での水供給量及び気化熱源の加熱程度がフィードバック
制御される。そして、このように圧力調整および流量調
節された燃料水ガスについては、混合のための燃料水ガ
ス導入流路に組み込まれた流量センサー２７によりその
流量が検知され、さらに、燃料水ガス温度センサーによ
ってその混合直前の保有温度が検出されるのが望まし
い。

【００１８】次に、前記燃料油の処理供給系Ａには、燃
料油タンク１１から供給される燃料油を所定圧力（約
１．２〜１．８ｋｇ／ｃｍ²、好ましくは１．６〜１．
８ｋｇ／ｃｍ²）にて混合系Ｃへ供給するために、液面
調節器１２および油圧維持タンク１３を設ける。さら
に、所定圧力に保持された燃料油の流量を任意に調節す
るために、燃料油流量調節器（燃料油流量調節手段）１
４を設ける。流量調節器として、マスフローコントロー
ラ（ＭＦＣ）を採用すれば、ガス流量の制御と違って、
液体流量の制御は極めて容易に精度よく調節できる。所
定圧力および流量調整された燃料油の混合のための燃料
油導入流路には、同様に流量センサ１５―を付設するの
が望ましい。

【００１９】次に、燃料油流量調節器１４および燃料
水ガス流量調節器２６の流量を所望量に設定し、その混
合比を制御する流量及び流量比制御器３１を設ける。そ
の流量及び流量比の制御は、それぞれの導入路に付設さ
れた流量センサー１５，２７で検出された流量信号と後
述する燃焼室に設けられた出力センサー５３で検出され
た温度信号をフィードバックして行われる。

【００２０】また、前記燃料水の処理供給系Ａにおける
流量調節された混合前の燃料水ガスと、前記燃料油の処
理供給系Ｂにおける混合前の燃料油とが、次の段階の燃
料水ガスと燃料油との混合系Ｃに移行され、混合系Ｃの
流体霧化混合器（流体霧化混合手段）４１によって相互
に混合されるのであり、このようにして、所期通りに燃
料水ガスと燃料油とが均一且つ良好に混合される。この
ときの混合された含油水ガス燃料中の燃料油微粒子の大
きさは、先にも述べたように、おおよそ２０〜３０μｍ
程度の範囲に設定するのが好ましい。しかしながら、燃
焼装置の種類や大きさ及び燃焼方法によってはこれより
大きな粒径とすることもでき、例えばロケットエンジン
のような大規模の燃焼装置において高温で燃焼させる場
合、３０〜１５０μｍ程度、さらには１００〜２００μ
ｍ程度の粒径とすることもできる。また、流量調節され
た燃料油を超音波処理工程，例えば、超音波振動子を有
するノズルシャワータイプの超音波洗浄機，を通してか
ら流体霧化混合工程に供給するようにすれば、燃料油へ
超音波エネルギーを付与することとなり、生製する含油
水ガス燃料のより安定な燃焼が得られ、原料水成分の含
有量をさらに高くすることができるものである。

【００２１】生成した含油水ガス燃料を燃焼する含油水
ガス燃料燃焼系Ｄは、燃焼室５１，着火のためのブラウ
ンガス供給器５２および燃焼室内の温度を計測する出力
センサー５３を含む。含油水ガス燃料は燃焼室５１へ導
入され、ブラウンガス火炎と接触部５４で接触し着火さ
れるが、微粒化した燃料油の粒子径が大きいほどおよび
ブラウンガス火炎温度と油の粒子温度との温度差が大き
いほど、発生する起爆力が大きくなり、ガス化した水成
分の分解，燃焼が促進されることが解った。燃焼室に取
り付けるバーナは、前記混合手段に使用する流体霧化混
合器そのものでも良いし又は同様構造のバーナを設けて
も良い。

【００２２】図２および図３は、本願発明の混合手段に
用いるのに適した流体霧化混合器の代表例の断面図であ
る。図２は、燃料水ガスを中心部へ噴射方向に供給し、
そのサクッション部に円周方向から燃料油を燃料水ガス
の吸引作用を伴い導入するもので、燃料水ガスがキャリ
アガスの機能を持ち燃料油の微粒化と水ガスとの均一混
合ができる。図３は、燃料油を中心部から、燃料水ガス
をその外周部から射出するもので、燃料水ガスのサクッ
ション作用と燃料油の減圧効果により燃料油の微粒化と
水ガスとの均一混合ができる。

【００２３】そして、例えば温度１０５〜１５０℃程
度、好ましくは１０５〜１２０℃、圧力１．５〜３ｋｇ
／ｃｍ²程度、好ましくは１．６〜２．２ｋｇ／ｃｍ²の
含油水ガス燃料を製造することができる。そして、この
場合、燃料水ガスと燃料油ガスとの相互の流量を任意に
調節することによって両者の混合比、つまりは、含油水
ガス燃料の品質を任意に設定でき、例えば、燃料水ガス
対燃料油の比を４：６〜７：３とする。また、混合器の
外面に適宜保温材を施しておくことで、燃料水ガスと燃
料油との混合時、ならびに該混合によって製造される含
油水ガス燃料を保温でき、混合条件と混合状態の維持が
可能になる。

【００２４】次に、実施の具体例についてを述べる。原
料水として還元水を用い２．５ｋｇ／ｃｍ²で気化し、
また、燃料油として灯油を常温で導入し、両者を図２に
示したノズル型の２流体霧化混合器で混合した、。水消
費量５．４リットル／分，灯油消費量１０．１リットル
／分で含油水ガス燃料を製造した。このときの燃料水：
燃料油の比は約４：６であった。この燃料はブラウンガ
ス火炎で着火すると燃焼を持続し、燃焼室の温度は約１
４００〜１５００℃に保持できた。

【００２５】なお、前記実施形態例においては、燃料水
として、還元水を用いた場合について述べたが、実施の
結果、例えば、先にも述べたように、精製した水をトル
マリンに接触処理させて得たトルマリン改質水とか、あ
るいは特殊セラミック材や竹の活性炭内を通過すること
で水分子の並列結合が１６０°〜１７５°程度にされた
水（特殊結合水）等についても、同様に使用して、ほぼ
同一の作用効果を得られることが確認された。特にこれ
らの水は分解活性が強いためか、燃料水ガス対燃料油の
割合を高くすることが可能である。

【００２６】

【発明の効果】以上、実施例によっても詳述したよう
に、本発明の含油水ガス燃料の製造方法および製造装置
によれば、原料水となる燃料水を気化してガス化させ、
ガス化された燃料水ガスと燃料油ガスとの各流量を所要
混合比にそれぞれ調節設定すると共に、流量調節された
燃料水ガスと流量調節された燃料油とを２流体霧化混合
器で混合するようにしたから、 (１) 混合工程を液の霧化機能に優れた２流体霧化混合
器を採用したので、燃料水ガスがキャリアガスの機能を
果たし、他のキャリアガスを必要とせず且つ燃料水ガス
と燃料油との混合比の調節設定が容易にでき、製造工程
および製造装置が簡単となった。また、該混合器によれ
ば、霧化した燃料油の粒子径を２０〜３０μｍ程度の大
きさに設定するのが極めて容易であり、生成した含油水
ガス燃料の燃焼が高温度で持続できる。 (２) 燃料油をガス化することなく混合工程に導入する
ので、燃料油の予備加熱工程および予備加熱器は勿論不
要であり、その温度調節の必要もなく、したがって、そ
の流量制御が正確且つ安定良くでき、装置全体が小型化
できる。また、燃焼時のブラウンガス火炎温度と燃料油
微粒子の温度との温度差が大きくでき、水成分の燃焼が
促進でき且つ含油水ガス燃料中の水成分の含有比を高く
できる。 (３) 燃料水と燃料油の相互の流量を任意に調節するこ
とで混合比、つまり、含油水ガス燃料の品質を任意に設
定でき、その混合比は、燃料水：燃料油が７：３〜４：
６でも原料水自体の燃料化が達成された。このようにして、燃料水ガスと燃料油とが均一且つ良好
に混合された含油水ガス燃料を簡単な方法と装置で製造
できる。また、製造された含油水ガス燃料は、適宜に保
温処置を講ずることで混合状態の維持が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態例を適用した含油水ガス燃料
の製造装置の概要を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施に適用する混合器の断面図であ
る。

【図３】本発明の実施に適用する混合器の他の例の断面
図である。

【符号の説明】

Ａ燃料油の処理供給系１１燃料油タンク１２油面調節器１３油圧維持タンク１４燃料油流量調節器（燃料油流量調節手段）１５流量センサーＢ燃料水の処理供給系２１燃料水タンク２２燃料水供給調整器２３気化熱源装置２４燃料水気化器（燃料水ガス化手段）２５燃料水ガス圧力調整器（燃料水ガス圧力調整
手段）２６燃料水ガス流量調節器（燃料水ガス流量調節
手段）２７流量センサーＣ燃料水ガスと燃料油との混合系３１流量・流量比制御器（流量・流量比制御手
段）４１流体霧化混合器（流体霧化混合手段）Ｄ含油水ガス燃料燃焼系５１燃焼室５２ブラウンガス供給器５３出力センサー５４含油水ガス燃料とブラウンガス火炎接触部

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ２３Ｃ 11/00 ３０１Ｆ２３Ｃ 11/00 ３０１Ｆ２３Ｄ 11/20 Ｆ２３Ｄ 11/20 (72)発明者森正弘神奈川県平塚市代官町10番13号ファーストビル代官町７Ｆ７号株式会社全眞電力エンジニヤリング内 (72)発明者宍戸富英東京都葛飾区西亀有２−50−15 武山ハイツ202 Ｆターム(参考） 3K052 GB01 GC03 GD01 3K065 TA19 TB01 TC03 TD04 TF05 4H013 AA05 DC07

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】原料水としての燃料水を気化してガス化
する燃料水のガス化工程と、ガス化された燃料水ガスと
燃料油との各流量を所要混合比に調節してそれぞれに設
定する燃料水ガス流量調節工程および燃料油流量調節工
程と、流量調節された燃料水ガスと流量調節された燃料
油とを、燃料油を微粒化して混合する流体霧化混合工程
とを含むことを特徴とする含油水ガス燃料の製造方法。
【請求項２】前記燃料水が、水道水，井水，雨水，ト
ルマリン改質水，還元水，または特殊結合水であること
を特徴とする請求項１に記載の含油水ガス燃料の製造方
法。
【請求項３】前記燃料油の温度が混合工程に供給され
るまで常温であることを特徴とする請求項１または請求
項２に記載の含油水ガス燃料の製造方法。
【請求項４】前記燃料油の微粒化を、燃料水ガスのキ
ャリアガス作用によって促進させることを特徴とする請
求項１ないし請求項３のいずれか1項に記載の含油水ガ
ス燃料の製造方法。
【請求項５】前記微粒化された燃料油の微粒子が、２
０〜３０μｍの大きさに設定されていることを特徴とす
る請求項１ないし請求項４のいずれか1項に記載の含油
水ガス燃料の製造方法。
【請求項６】燃料水を貯留する燃料水タンクと、燃料
油を貯留する燃料油タンクと、燃料水を気化してガス化
する燃料水ガス化手段と、ガス化された燃料水ガスの流
量を調節する燃料水ガス流量調節手段と、燃料油の流量
を調節する燃料油流量調節手段と、燃料水ガスと燃料油
との流量・流量比を制御する流量・流量比制御手段を設
け、さらに、燃料水ガス流量調節手段を経た燃料水ガス
と、燃料油流量調節手段を経た燃料油とを混合する流体
霧化混合手段とを設けたことを特徴とする含油水ガス燃
料の製造装置。