JP2001348581A - 液体分子クラスタ微細化装置及び方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体の分子クラスタを微細化することにあ
り、具体的には、高品質なエマルジョン燃料を低コスト
で大量に製造できるようにすること。 【解決手段】 流路100上に、液体攪拌装置13と磁場印
加装置15とを設ける。液体攪拌装置13は、内部に、複数
のロータ17ａ、17ｂ、17ｃと、複数のノズル19ａ、19ｂ
を、それぞれ交互に有する。磁場印加装置15は、或る側
面上にＮ極磁石24、24、…を、それらに対向した側面上
にＳ極磁石25、25、…を有している。液体攪拌装置13内
では、エマルジョン燃料が、ポンプ２３の圧出又はノズ
ル19ａ、19ｂからのジェット噴出でロータ17ａ、17ｂ、
17ｃに高速で衝突し破砕されることと、ロータ17ａ、17
ｂ、17ｃが回転して巨視的に攪拌されることが行なわれ
る。液体攪拌装置13から磁場印加装置15内をエマルジョ
ン燃料が通過すると、流路方向及び磁場の印加方向に対
して垂直方向に起電力が発生し、その起電力によってミ
セル粒子の各分子クラスタが引きちぎられ、ミセル粒子
の混合及び拡散が促進されてその粒径が小さくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液体を構成する分
子クラスタを微細化するための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】液体は、クラスタと呼ばれる分子の集合
体で構成されているものであり、種々の方面で、液体の
分子クラスタを微細化することが望まれている。分子ク
ラスタの微細化が望まれている液体として、例えばエマ
ルジョン燃料がある。

【０００３】図１に、エマルジョン燃料の構造を示す。

【０００４】エマルジョン燃料は、図１に示すように、
水と燃料の混合体に界面活性剤を加えて攪拌することで
コロイド状になった液体であり、球状のミセル構造を持
つ粒子（以下、ミセル粒子と呼ぶ）１、１、…の集合体
から成っている。ミセル粒子１は、複数の界面活性剤ク
ラスタ３、３、…がその親油基を内側にその親水基を外
側に向けて会合し、界面活性剤クラスタ３、３、…の親
油基（内側）に燃料分子クラスタ（油滴）５が、界面活
性剤クラスタの親水基（外側）に水分子クラスタ７、
７、…が付着して、燃料分子クラスタ５が複数の水分子
クラスタ７、７、…で覆われた構造になっている（Oil
in Water型）。

【０００５】また、使用する活性剤の種類によっては、
水滴（水分子クラスタ）が内側で油滴が外側のミセル構
造を持つ場合（Water in Oil型）もある。

【０００６】エマルジョン燃料は、内燃機関やバーナ等
の燃料として利用されるものであり、排気ガスのススや
ＮＯｘが少ない、燃焼時の温度が十分に高い、水が含ま
れているため燃料の消費量が少なくて済むなどのメリッ
トがあり環境的に好ましいため、将来は広く利用するこ
とが好ましいといえる。エマルジョン燃料は、一般に、
水と燃料の混合体に界面活性剤を加えたものをスクリュ
ー等で攪拌することで製造される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従来のエマルジョン燃
料製造方法には、大量のエマルジョン燃料を製造する場
合に製造装置が大型化して製造コストが高くなってしま
う問題と、短時間で水と燃料とが分離して品質が劣化し
てしまう問題がある。

【０００８】特に、短時間で水と燃料とが分離して品質
が劣化してしまう問題は、エマルジョン燃料の長期保存
が出来ず、かつ、良好な燃焼状態が得られないため、エ
マルジョン燃料の実用上、大きな問題である。水と燃料
の分離が発生する主な要因は、エマルジョンの最小構成
単位であるミセル粒子の粒径が大きすぎるためで、従来
の方法で製造されるエマルジョン燃料の大部分のミセル
粒子は、その粒径が１０μｍ以上になる。数ヶ月又は数
年という長い間、水と燃料とが分離せずにミセル構造で
あることを保つためには、ミセル粒子の平均粒径を２μ
ｍ以下にすること、つまりミセル粒子を微細化すること
である。

【０００９】最近、ミセル粒子の微細化を行うために、
食品産業等で利用される高圧ホモジナイザーを用いてエ
マルジョン燃料を製造する試みがなされている。具体的
に言うと、予備攪拌されたエマルジョン燃料を、１００
０気圧前後の高圧ポンプで直径１ｍｍ以下の微細孔から
圧送することにより、ミセル粒子を微細化しようとする
ものである。しかし、この製造方法では、ポンプの消費
動力が大きい割に製造されるエマルジョン燃料の量が少
なく、大量のエマルジョン燃料を製造するには向かない
（製造効率が悪い）という問題が生じてしまう。また、
付帯設備として予備攪拌用の装置を必要とするなど、エ
マルジョン燃料を製造するための設備が大掛かりになっ
てしまうという問題も生じてしまう。

【００１０】このように、従来のエマルジョン燃料製造
方法では、高品質なエマルジョン燃料を低コストで大量
に製造することが非常に困難である。

【００１１】従って、本発明は、液体の分子クラスタを
微細化することにあり、具体的には、高品質なエマルジ
ョン燃料を低コストで大量に製造できるようにすること
にある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明に従う液体分子ク
ラスタ微細化装置は、液体をジェット状に噴出させるノ
ズル又はオリフィスと、ジェット状に（つまり高速に）
噴出された液体が衝突する衝突壁とを備えており、その
衝突により液体を破砕して液体の分子クラスタが微細化
されることを特徴とする。

【００１３】好適な実施形態では、衝突壁における衝突
によって分子クラスタが微細化された液体を混合するロ
ータ又はステータが更に備えられる。ロータ又はステー
タが衝突壁の役目を兼ねることができる。つまり、この
実施形態では、ロータ又はステータと衝突壁とを別々に
設けても良いし、ロータ又はステータのみを設けてその
ロータ又はステータに液体の混合だけでなく衝突壁とし
ても機能させるようにしても良い。

【００１４】好適な実施形態では、ノズル又はオリフィ
スと衝突壁とロータ又はステータとのセットが液体の通
路上に多段に配置されている。これにより、液体の分子
クラスタが少ないパス（例えば１回のパス）でより微細
化される。このことは、エマルジョン燃料の製造など複
数の液層を混合するときに効果的である。

【００１５】好適な実施形態では、微細化された分子ク
ラスタが磁場又は電場又は超音波振動で更に微細化され
る。磁場又は電場又は超音波振動を発生する装置は、衝
突壁（或いはロータ又はステータ）の下流側に配設され
る。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明を
エマルジョン燃料製造装置に適用したときの実施形態を
説明する。

【００１７】図２は、本発明の一実施形態に係るエマル
ジョン燃料製造装置の構成図である。

【００１８】エマルジョン燃料製造装置９には、液体漕
１１と、液体漕１１にある液体を圧出するポンプ２３
と、ポンプ２３から圧出された液体を攪拌し且つ衝突衝
撃によりミセル粒子を細かくする液体攪拌装置１３と、
液体攪拌装置１３でミセル粒子が細かくされた液体に磁
場をかけてミセル粒子を更に細かくする磁場印加装置１
５とが備えられている。液体漕１１と液体攪拌装置１３
はポンプ２３を介して流体管２１ａで、液体攪拌装置１
３と磁場印加装置１５は流体管２１ｂで、磁場印加装置
１５と液体漕１１は流体管２１ｃで繋がれている。つま
り、このエマルジョン燃料製造装置９では、液体漕１１
にある液体は、ポンプ２３によって液体攪拌装置１３か
ら磁場印加装置１５へ圧出されて再び液体漕１１に戻る
という循環を繰り返すようになっており、この循環した
一つの流路１００の中で（すなわちインラインで）エマ
ルジョン燃料を製造できるようになっている。

【００１９】液体攪拌装置１３と磁場印加装置１５につ
いて説明する。

【００２０】液体攪拌装置１３は、筒型形状をしてお
り、内部空間が流体通路になっている。液体攪拌装置１
３の内側面には、内部空間が流体通路となる円筒状の複
数のスペーサ２７、２７、…が取付けられており、これ
らスペーサ２７、２７、…によって互いに隔てられた複
数（例えば３つ）のロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃと、
複数（例えば２つ）のノズル１９ａ、１９ｂが設けられ
ている。ロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃとノズル１９
ａ、１９ｂは、交互に配備されて多段になっている。

【００２１】図３の（ａ）にロータ１７ａ、１７ｂ、１
７ｃの正面図を、図３の（ｂ）にロータ１７ａ、１７
ｂ、１７ｃの側面図を示す。

【００２２】ロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、液体攪
拌装置１３の中心軸周りに自在に回転する円板であり、
その周縁には斜めに切欠き３３が入れられている。この
切欠き３３は、上流側からロータ１７ａ、１７ｂ、１７
ｃに向かって流れてきた流体を下流側に通過させるため
の流体通路になっている。この切欠き３３を流体が通過
するとき、ロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、図３
（ａ）に示す中心点Ｏを中心にして流路方向を軸に回転
する。

【００２３】ロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、図２に
示すように、正面が流路方向に面するよう液体攪拌装置
１３内部に設けられており、ポンプ２３からの高圧の流
れ又はノズル１９ａ、１９ｂからの高速のジェット流に
よる流体の衝突を受けてその流体を破砕すると共に、流
路方向に対して直交する方向へ回転してその流体を巨視
的に攪拌する。流体の観点から言えば、ポンプ２３から
圧出された又はノズル１９ａ、１９ｂからジェット状に
噴出された流体は、ロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの面
に勢い良く衝突して破砕される共に、ロータ１７ａ、１
７ｂ、１７ｃの回転によって攪拌されて下流側に流れ出
る。すなわち、ロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃは、流体
の衝突壁として機能すると共に、流体の巨視的攪拌を行
なう。これらロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃにおける流
体の衝突による破砕により、流体の分子クラスタは効果
的に微細化される。なお、本実施形態では、ロータ１７
ａ、１７ｂ、１７ｃの回転を抑止して、ロータ１７ａ、
１７ｂ、１７ｃをステータとして利用しても同様の巨視
的攪拌効果を得ることが可能である。

【００２４】ノズル１９ａ、１９ｂは、上流側のロータ
１７ａ又は１７ｂで攪拌された流体を、その貫通孔から
下流側のロータ１７ｂ又は１７ｃに向けて高速に噴出さ
せて、流体を下流側のロータ１７ｂ又は１７ｃの面に勢
い良く衝突させることで、流体を破砕する。流体の観点
から言えば、上記攪拌された流体は、ノズル１９ａ、１
９ｂによって、下流側のロータ１７ｂ又は１７ｃの面に
勢い良く衝突して破砕される。なお、図示のような形状
のノズル１９ａ、１９ｂの代わりに、円板に貫通孔を設
けた形状のオリフィスを用いても良いし、噴出孔を複数
個持つノズル又はオリフィスを用いても良い。

【００２５】以上が、液体攪拌装置１３の説明である。
なお、この液体攪拌装置１３は、循環流路１００に設置
したり循環流路１００から取り外ししたりが自在に行え
る構成になっている。また、この液体攪拌装置１３で
は、上述したようにロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが衝
突壁としての役目を兼ね備えているが、もちろん、ノズ
ル１９ａ、１９ｂとロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの間
に衝突壁としての機能のみを持つ壁状の部材を設けても
良い。

【００２６】磁場印加装置１５は、筒型形状をしてお
り、内部空間が流体通路になっている。磁場印加装置１
５は、循環流路１００に設置したり循環流路１００から
取り外したりが自在に行える構成になっており、外周の
一側面上に複数個のＮ極磁石２４、２４、…を、Ｎ極磁
石２４、２４…に対向した側面上に複数個のＳ極磁石２
５、２５、…を有している。このため、磁場印加装置１
５内の流体通路には、流路方向に直交した方向に磁場が
印加されており、この流体通路に液体が流れると、その
流れの方向と上記磁場の方向に対して垂直方向に起電力
が発生する。例えば、図４に示すように、極性分子構造
の液体の流れの方向が紙面表から裏へ走る方向、磁場の
向きが図中上から下へ走る方向であれば、起電力は図中
左から右へ走る方向に発生する。この起電力によって、
流体の分子クラスタ３１を構成している多数の分子３
３、３３、…が両側から引き付けられてこれらの分子３
３、３３、…の集合が引きちぎられることで、分子クラ
スタ３１の粒径が小さくなる。つまり、流体内部で微視
的な混合・拡散が起こる。発生する起電力の大きさは、
流速の大きさと磁場の強度に比例する。

【００２７】以下、このような磁場印加装置１５と液体
攪拌装置１３とを備えるエマルジョン燃料製造装置９で
エマルジョン燃料を製造するときの製造の流れを、図２
を参照して説明する。

【００２８】まず、液体漕１１に、水を２リットル、燃
料（例えば灯油）を２リットル、及び界面活性剤を２０
ｃｃ入れる。このとき、良質のエマルジョン燃料を製造
するためには、界面活性剤と燃料と水との混合順序が重
要である。界面活性剤の親水力と親油力のうち、親水力
の方が強い界面活性剤を使用する場合は、最初に燃料と
界面活性剤を混合し、その後に水を添加して混合するの
が良い（本実施形態では、最初に液体漕に燃料と界面活
性剤のみを入れて製造装置９内を数回循環させた後、水
を添加して更に数回循環させるようにする）。なぜな
ら、この混合順序とは逆に、最初に水と界面活性剤を混
合し、その後に燃料を添加して混合した場合は、良質な
エマルジョンが形成されず、製造直後に燃料と水との分
離が生じてしまうからである。具体的に説明すれば、最
初に水と界面活性剤を混合すると、図５に示すように、
強い親水力を持つ界面活性剤クラスタ５３、５３、…の
各々は、周囲に水のみが存在する場合、親水基を外側に
向けて各水分子クラスタ５１、５１、…と結合し、親油
基を内側に向けてカプセル構造をとる。このような構造
が形成されると、水と界面活性剤を混合した後に燃料を
添加しても、燃料と界面活性剤クラスタの親油基が結合
できないため、水と燃料の分離が起こる。一方、上述し
たように、最初に燃料と界面活性剤を混合させれば、図
６に示すように、燃料分子クラスタ（油滴）５５の周囲
に各界面活性剤クラスタ５３、５３、…の親油基が付着
し、それらの界面活性剤クラスタ５５がその親水基を外
側に向けて水分子クラスタの到来を待っている状態にな
る。このような状態で水を添加すれば、エマルジョン燃
料の製造直後に水と燃料との分離が起こるということを
防ぐことができ、良好なエマルジョン燃料が形成され
る。また、使用する界面活性剤の量も少量で済み経済的
である（水と燃料と界面活性剤を同時に混合した場合
は、比較的良好なエマルジョン燃料が形成されるが、そ
の場合活性剤の使用量が多くなる）。なお、親油力の方
が強い界面活性剤を使用する場合は、この混合手順と逆
の順序で混合すれば良い。すなわち、最初に水と界面活
性剤を混合し、その後で燃料を添加するようにすれば良
い。この場合は、水滴（水分子クラスタ）が内側で油滴
が外側のミセル構造（Water in Oil型）をとる。

【００２９】液体漕１１に水と燃料と界面活性剤を入れ
た後は、ポンプ２３の電源を入れ、吐出流量を例えば毎
分１２リットル、吐出圧力を例えば９ｋｇ／ｃｍ^２に設
定する。液体漕１１内のエマルジョン燃料は、ポンプ２
３によって液体攪拌装置１３に圧出される。ポンプ２３
は、インバータにより回転速度が制御されており、イン
バータの出力周波数を設定することにより任意に回転数
の設定が可能である。

【００３０】ポンプ２３によって圧出されたエマルジョ
ン燃料は、液体攪拌装置１３内に送り込まれると、第１
のロータ１７ａに高速で衝突して破砕される共に、第１
のロータ１７ａが回転して攪拌される。その攪拌された
エマルジョン燃料は、第１のノズル１９ａ（例えば口径
４．５ｍｍ）からジェット状に噴出され、第２のロータ
１７ｂに高速で衝突し破砕されると共に、第２のロータ
１７ｂが回転して攪拌される。その攪拌されたエマルジ
ョン燃料は、第２のノズル１９ｂからジェット状に噴出
され、第３のロータ１７ｃに高速で衝突し破砕されると
共に、第３のロータ１７ｃが回転して攪拌される。この
ように、液体攪拌装置１３内で、エマルジョン燃料は、
ロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの面に高速で衝突して破
砕されるステップと、ロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃが
回転して巨視的に攪拌されるステップが繰り返し行なわ
れる。これにより、ミセル粒子を構成する水や燃料や界
面活性剤の分子クラスタが微細化されて混合されるの
で、ミセル粒子の粒径を小さくすることができる。

【００３１】第３のロータ１７ｃによって攪拌されたエ
マルジョン燃料は、液体攪拌装置１３から流出して、磁
場印加装置１５に送られる。エマルジョン燃料が磁場印
加装置１５内部を通過すると、流路方向及び磁場の印加
方向に対して垂直方向（図２で言えば紙面表裏に走る方
向）に起電力が発生する。その方向に起電力が発生する
と、エマルジョン燃料を構成する各ミセル粒子の各分子
クラスタ（つまり水分子クラスタ、界面活性剤クラス
タ、及び燃料分子クラスタ）が紙面表裏の両側から引き
付けられてそれぞれがちぎられることで、各ミセル粒子
の混合及び拡散が促進されて各々の粒径が小さくなる。
磁場印加装置１５が液体攪拌装置１３の下流側にあるこ
とで、液体攪拌装置１３で粒径が小さくされたミセル粒
子が上記発生起電力によってより小さくされるので、効
率的にエマルジョン燃料を製造することができる。

【００３２】磁場印加装置１５内を通過した流体は、液
体漕１１に送られる。以後、上述した流れが繰り返され
る。すなわち、本実施形態に係るエマルジョン燃料製造
装置９では、水と燃料と界面活性剤を液体漕１１に入れ
た後は、エマルジョン燃料がポンプ２３によって液体漕
１１から液体攪拌装置１３に圧出され、液体攪拌装置１
３において複数回破砕及び攪拌されてミセル粒子が小さ
くされた後、磁場印加装置１５に送られそこで上記発生
起電力によりミセル粒子が更に小さくされて液体漕１１
に戻る、という循環が繰り返される。この循環が繰り返
される度に、ミセル粒径の粒径が小さくなる。

【００３３】本発明者は、本実施形態の効果を検証し
た。本発明者によれば、エマルジョン燃料製造装置９を
２分間運転した後、液体漕１１内に形成されたエマルジ
ョン燃料の平均粒径を計測した結果、平均粒径は１.８
μｍであった。また、本発明者によれば、このエマルジ
ョン燃料を、２ヶ月間放置しエマルジョン燃料の状態を
観察したが、水と燃料との分離は全く起こらず良質な状
態が保たれていた。また、本発明者によれば、このエマ
ルジョン燃料を用いてバーナーによる燃料実験を行った
結果、すすの発生の無いクリーン燃焼が実現できた。

【００３４】本実施形態の効果を検証した結果を図７及
び図８に示す。

【００３５】図７は、液体攪拌装置１３と磁場印加装置
１５のいずれか一方のみ、又はそれら両方を用いてエマ
ルジョン燃料を製造したときの、循環流路１００をエマ
ルジョン燃料が循環した回数と、エマルジョン燃料を構
成するミセル粒子の粒径との関係図である。なお、この
図において、装置内を循環する流量は毎分１２リット
ル、ポンプの吐出圧力は９ｋｇ／ｃｍ^２、ノズルの口径
は４．５ｍｍである。

【００３６】図７の横軸はエマルジョン燃料の製造装置
９内の循環回数を示す。縦軸はミセル粒子の平均粒径を
示す。ミセル粒子の平均粒径は、レーザ散乱分光法で測
定したものである。また、図中の●は、液体攪拌装置１
３と磁場印加装置１５の両方を使用したときの循環回数
及びミセル粒子の平均粒径の値、図中の○印は、液体攪
拌装置１３のみを使用したときの循環回数及びミセル粒
子の平均粒径の値、図中の△印は、磁場印加装置１５の
みを使用したときの循環回数及びミセル粒子の平均粒径
の値である。

【００３７】この図によれば、液体攪拌装置１３と磁場
印加装置１５の両方を使用してエマルジョン燃料を製造
した場合が、同じ循環回数で最もミセル粒子の平均粒径
を小さくすることができることが分かる。エマルジョン
燃料製造におけるスループットの観点からすれば、少な
い循環回数（１回又は２回）でミセル粒子の粒径を小さ
くできることが望まれるが、図中の●の値によれば、２
回の循環でミセル粒子の粒径を約５μｍにできる。ミセ
ル粒子の平均粒径が５μｍであれば、水と燃料とが分離
しない良質の状態を比較的長期間維持することができ、
内燃機関やバーナや自動車エンジン等の燃料として充分
に利用することができる。また、図中の●の値によれ
ば、６回程循環させれば、ミセル粒子の平均粒径が約２
μｍになることがわかる。ミセル粒子の平均粒径が約２
μｍにもなれば、エマルジョン燃料を年オーダーで水と
燃料とが分離しない良質のまま維持できる。

【００３８】また、図中の△の値によれば、磁場印加装
置１５のみを使用してエマルジョン燃料を製造すると、
１２回ほど循環させてもミセル粒子の粒径は約１０μｍ
と大きいので、エマルジョン燃料の製造において磁場印
加装置１５だけしか使用しないのは不適切であることが
分かる。また、図中の○の値によれば、液体攪拌装置１
３のみを使用してエマルジョン燃料を製造すると、１回
又は２回の少ない循環回数では液体攪拌装置１３と磁場
印加装置１５を併用したとき程ミセル粒子の粒径を小さ
くできないものの、循環回数を重ねていけば、ミセル粒
子の粒径を上記併用したときの粒径に近づいていくこと
が分かる。これにより、仮にエマルジョン製造装置９に
磁場印加装置１５を設けなくても、ミセル粒子の粒径が
十分に小さいエマルジョン燃料を製造することが可能で
あるといえる。

【００３９】図８は、液体攪拌装置１３内に設置された
ノズル１９ａ、１９ｂからの噴出速度と、ミセル粒子の
平均粒径との関係図である。なお、エマルジョン燃料が
製造装置９内を循環した回数は６回、循環流量は毎分１
２リットルである。

【００４０】この図によれば、ノズル１９ａ、１９ｂか
らの噴出速度が５ｍ／ｓ以上になるようにすれば、エマ
ルジョン燃料の衝突破砕効果が顕著になり、ミセル粒子
の微細化が促進されることが分かる。なお、複数個の噴
出孔を持つノズルやオリフィスを用いた場合でも、各噴
出孔からの噴出速度が５ｍ／ｓ以上であれば、同等の効
果が得られる。

【００４１】以上、本実施形態によれば、液体攪拌装置
１３において、エマルジョン燃料の破砕及び巨視的攪拌
が複数回行なわれ、その後に、磁場印加装置１５におい
て上記発生起電力によりエマルジョン燃料の微視的な拡
散及び混合が行なわれるという過程が繰り返し行なわれ
る。これにより、ミセル粒子の平均粒径を２μｍ以下に
することができるので、長期間（月又は年オーダーで）
水と燃料とが分離しない良質の状態を保てるエマルジョ
ン燃料を製造することができる。

【００４２】また、本実施形態によれば、液体攪拌装置
１３及び磁場印加装置１５を一つの循環流路１００上
に、つまりインライン方式で取り付けることができるの
で、エマルジョン燃料製造装置９の小型化が図れる。

【００４３】また、本実施形態によれば、液体攪拌装置
１３は巨視的な混合作用とミセル粒子の破砕作用の両方
を兼ね備えているため、従来の大掛りな予備混合装置を
必要とせず、エマルジョン燃料製造装置９の簡略化と低
コスト化が図れる。

【００４４】なお、本実施形態に係るエマルジョン燃料
製造装置９の液体攪拌装置１３及び磁場印加装置１５
は、小型であり且つ短時間で相当量のエマルジョン燃料
を送出できるため、自動車内のエンジン（ガソリンエン
ジンやディーゼルエンジンなど）への車載の燃料供給シ
ステムに使用することが可能である。

【００４５】図９は、液体攪拌装置１３及び磁場印加装
置１５を、ディーゼルエンジンへの車載の燃料供給シス
テムに適用したときの構成を示す。

【００４６】ポンプ６１の上流に、水タンク６３、燃料
タンク６５、及び界面活性剤タンク６７が設けられてお
り、各タンク６３、６５、６７からの流量は、コントロ
ーラ７１が、それぞれの流量を計測する流量計６８ａ、
６８ｂ、６８ｃの値を読み込み、流量調整バルブ６９
ａ、６９ｂ、６９ｃを制御することで調整される。所定
の流量で流れ出した水、燃料、及び界面活性剤が混合し
たエマルジョン燃料は、内部に多数のリブ又はピンが設
けられたスタティックミキサ７３を通過することにより
攪拌されてポンプ６１に吸入される。そして、ポンプ６
１に吸入されたエマルジョン燃料は、本実施形態に係る
液体攪拌装置１３及び磁場印加装置１５を通過すること
で、ミセル粒子が微細化された良質のエマルジョン燃料
になって、ディーゼルエンジン７５内に供給される。

【００４７】この図に示す燃料供給システムでは、エマ
ルジョン燃料が液体攪拌装置１３及び磁場印加装置１５
を一度だけしか通過できないため、その一度の通過で、
ミセル粒子の粒径をエンジン７５の燃料として十分使用
できるだけの小ささにしなければならない。本発明者に
よれば、この燃料供給システムにおいて、液体攪拌装置
１３内のノズルとロータのセットを３セット（３段）に
し、各々のノズルからの噴出速度を２０m/sとすれば、
ミセル粒子の粒径をディーゼルエンジン７５の燃料とし
て十分使用できるだけ小ささにでき、良好なエマルジョ
ン燃料を製造することができた。

【００４８】この燃料供給システムでは、ディーゼルエ
ンジン７５の出力に応じて燃料と水の混合比を変化させ
ることで最適な燃焼状態を実現できるエマルジョン燃料
をつくることができる。具体的に言えば、コントローラ
７１が、エンジン７５の出力信号（スロットル開度信
号）７７を受けその出力信号７７に基づいて各流量調整
バルブ６８ａ、６９ｂ、６９ｃを制御することで、燃料
と水の混合比を調整し、最適な燃焼状態を実現できるエ
マルジョン燃料を製造することができる。

【００４９】この燃料供給システムによれば、ディーゼ
ルエンジン７５から排出される大気汚染物質を大幅に低
減できる。本発明者によれば、定格運転時のＮＯｘの派
生率を従来よりも７０％以上低減することができ、目視
レベルで排気ガスのすすの発生は全く見られなかった。

【００５０】また、上述したように、液体攪拌装置１３
及び磁場印加装置１５は小型であるので、それらを備え
たエマルジョン燃料製造装置を車内に搭載して車載の燃
料供給システムに適用することができる。つまり、エマ
ルジョン燃料を車内で製造できるようにすることができ
る。この場合は、エンジンにエマルジョン燃料を供給す
るときに、水、燃料、及び界面活性剤を混合させてエマ
ルジョン燃料を製造し、製造後はすぐにエマルジョン燃
料をエンジンに供給して使用すれば良い。従って、エマ
ルジョン燃料を長期間保存する必要が無いので、ミセル
粒径が比較的大きくても実用上問題が無く、図９に示し
たように、水、燃料、及び界面活性剤の混合液体が液体
攪拌装置１３及び磁場印加装置１５を１回通過すれば、
エンジンの燃料として十分使用可能なエマルジョン燃料
が製造される。つまり、本実施形態では、短時間でエン
ジンの燃料として使用可能なエマルジョン燃料を製造す
ることができる。

【００５１】ところで、図２に示したエマルジョン燃料
製造装置９及び図９に示した燃料供給システムでは、図
１０に示す破砕粒子充填装置、又は図１１に示す超音波
微粒化装置を、磁場印加装置１３に代えて、又は磁場印
加装置１３に追加して設置しても、上述した効果と同等
の又はそれ以上の効果を得ることができる（勿論、図１
０に示す破砕粒子充填装置、又は図１１に示す超音波微
粒化装置は、液体攪拌装置１３の下流側に設置する）。

【００５２】図１０は、破砕粒子充填装置の構成を示
す。

【００５３】破砕粒子充填装置８１は、筒型形状をして
おり、内部空間は流体通路になっている。破砕粒子充填
装置８１の流入口８３及び流出口８５には、メッシュス
トレーナ８７が設けられており、破砕粒子充填装置８１
の内部空間には、分極性の鉱石として知られるトルマリ
ン（電気石）の破砕粒子が充填されている。隣接したト
ルマリン粒子の隙間には、その各々に１００万Ｖ／ｍ以
上のも強い電界が発生している。

【００５４】この破砕粒子充填装置８１を、図２に示し
たエマルジョン燃料装置９又は図９に示した燃料供給シ
ステムの磁場印加装置１５に代えて使用した場合は、液
体攪拌装置１３を通過したエマルジョン燃料が、この破
砕粒子充填装置８１内を通過する。このとき、エマルジ
ョン燃料は、隣接したトルマリン粒子の隙間を通過して
いくが、各々の隙間には既に説明したように強力な電界
が発生しているので、その強力な電界によって、エマル
ジョン燃料の各ミセル粒子の分子クラスタは微細化され
る。なお、トルマリン粒子に代えて、酸化マグネシウム
（ＭｇＯ）を主成分としたセラミックスを用いても同様
な効果が得られる。

【００５５】図１１は、超音波微粒化装置の構成を示
す。

【００５６】超音波微粒化装置９１は、超音波発生装置
９５と容器９３が備えられている。

【００５７】超音波発生装置９５は、高周波電源１０
１、圧電素子１０３、振動子１０５、及びホーン１０７
を有している。超音波発生装置９５のホーン１０７は容
器９３に装着され、ホーン１０７と容器９３の底面及び
側面との間には、エマルジョン燃料が通過するための隙
間１０９がある。この超音波発生装置９５は、圧電素子
１０３が、高周波電源１０１で発信された高周波電圧を
受けて振動子１０５を振動させ、その振動をホーン１０
７が増幅をさせることで、容器９３とホーン１０７との
隙間１０９を通過するエマルジョン燃料を数十ｋＨｚの
超音波振動で共振させる。

【００５８】容器９３には、その底面に、液体攪拌装置
１３からのエマルジョン燃料の流入口９７が備えられて
おり、その側面に、流入口９７から流入したエマルジョ
ン燃料の流出口９９が備えられている。また、容器９３
の底面及び側面とホーン１０７との間には、エマルジョ
ン燃料が通過するための隙間１０９があり、容器９３の
底面とホーン１０７とのギャップ長Ｃは、最適な共振効
果が得られるように調整されている。

【００５９】この超音波微粒化装置９１を、図２に示し
たエマルジョン燃料装置９又は図９に示した燃料供給シ
ステムの磁場印加装置１５に代えて使用した場合、液体
攪拌装置１３を通過したエマルジョン燃料は、容器９３
の流入口９７から流入して、ギャップ長Ｃの間隙を通過
し、容器９３側面の流出口より流出する。このとき、隙
間１０９を通過したエマルジョン燃料は、超音波発信装
置９５のホーン１０７から数十ｋＨｚの超音波振動を受
けて共振するので、エマルジョン燃料の各ミセル粒子が
激しく衝突し合って、より小さな粒径のミセル粒子にな
る。

【００６０】なお、このとき、隙間１０９に流入するエ
マルジョン燃料のミセル粒子径が１０μｍ以上の大きな
粒径であるときは、隙間１０９を通過する時間内に十分
な微細化ができず良質なエマルジョン燃料を作ることは
できない。したがって、超音波微粒化装置９１を使用し
て良質なエマルジョン燃料を製造するためには、上述し
た液体攪拌装置１３のような高性能の微粒化装置が必要
であり、その装置の下流側に超音波微粒化装置９１を備
える必要がある。

【００６１】以上、本発明の好適な幾つかの実施形態を
説明したが、これらは本発明の説明のための例示であっ
て、本発明の範囲をこれらの実施例にのみ限定する趣旨
ではない。本発明は、他の種々の形態でも実施すること
が可能である。

【００６２】例えば、本発明は、良質の飲料水の製造に
適用することもできる。

【００６３】水は、水分子クラスタの集合体であり、水
分子クラスタの大小によって、水の性質（酸性かアルカ
リ性か）に影響がでる。水分子クラスタが大きいほど酸
性的性質が強く、水分子クラスタが小さいほどアルカリ
性的性質が強くなる。また、水分子クラスタを小さく
（微細化）すると活性水素が多くなって還元力が強くな
り、健康増進に良い飲料水ができる。つまり、水分子ク
ラスタを微細化することで活性水素が増えたその飲料水
を人間が飲めば、活性水素が体内に入って体内中の人体
に有害な活性酸素と結合し、活性酸素が体外に排出され
るようになる。活性酸素が体外に排出されることは、ア
トピーの防止や抗ガン作用につながる。

【００６４】このような飲料水は、例えば、図２に示し
た製造装置９の液体漕１１に水だけを入れて循環させる
ことで製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】エマルジョン燃料の構造を示す図。

【図２】本発明の一実施形態に係るエマルジョン燃料製
造装置の構成を示す図。

【図３】（ａ）はロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの正面
図、（ｂ）はロータ１７ａ、１７ｂ、１７ｃの側面図。

【図４】ミセル粒子の各分子クラスタが磁場印加装置１
７で発生する起電力の影響を受けるときの様子を示す
図。

【図５】エマルジョン燃料の製造において、親油力より
も親水力が強い界面活性剤を、燃料より先に水と混合し
たときのモデルを示す図。

【図６】エマルジョン燃料の製造において、親油力より
も親水力が強い界面活性剤を、水より先に燃料を混合し
たときのモデルを示す図。

【図７】液体攪拌装置１３と磁場印加装置１５のいずれ
か一方のみ、又はそれら両方を用いてエマルジョン燃料
を製造したときの、循環流路１００をエマルジョン燃料
が循環した回数と、エマルジョン燃料を構成するミセル
粒子の粒径との関係図。

【図８】液体攪拌装置１３内に設置されたノズル１９
ａ、１９ｂからの噴出速度と、ミセル粒子の平均粒径と
の関係図。

【図９】液体攪拌装置１３及び磁場印加装置１５を、デ
ィーゼルエンジンへの燃料供給システムに適用したとき
の構成を示す図。

【図１０】破砕粒子充填装置の構成を示す図。

【図１１】超音波微粒化装置の構成を示す図。

【符号の説明】 １１ 液体漕 １３ 液体攪拌装置 １５ 磁場印加装置 １７ａ、１７ｂ、１７ｃ ロータ １９ａ、１９ｂ ノズル ２３ ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 加藤 豊 神奈川県平塚市万田1200 株式会社小松製 作所研究所内 Ｆターム(参考） 4G075 AA13 BB08 BD15 CA14 CA42 CA80 DA01 DA12 DA13 EB21 EC11 ED01 4H013 DC07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体をジェット状に噴出させるノズル又
   はオリフィスと、 前記ジェット状に噴出された液体が衝突する衝突壁とを
   備えており、前記衝突により前記液体を破砕して前記液
   体の分子クラスタが微細化されることを特徴とする液体
   分子クラスタ微細化装置。
2. 【請求項２】 前記衝突により分子クラスタが微細化さ
   れた液体を混合するロータ又はステータを更に備えるこ
   とを特徴とする液体分子クラスタ微細化装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の液体分子クラスタ
   微細化装置において、 前記ノズル又はオリフィスと前記衝突壁と前記ロータ又
   はステータとのセットが前記液体の通路上に多段に配置
   されていることを特徴とする液体分子クラスタ微細化装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれか一項記
   載の液体分子クラスタ微細化装置において、 前記微細化された分子クラスタが磁場又は電場又は超音
   波振動で更に微細化されることを特徴とする液体分子ク
   ラスタ微細化装置。
5. 【請求項５】 液体をジェット状に噴出させるステップ
   と、 前記ジェット状に噴出された液体が衝突するステップと
   を有しており、前記衝突により前記液体が破砕されて前
   記液体の分子クラスタが微細化されることを特徴とする
   液体分子クラスタ微細化方法。
6. 【請求項６】 前記衝突により分子クラスタが微細化さ
   れた液体を混合するステップを更に有することを特徴と
   する液体分子クラスタ微細化方法。