JP2010007038A - エマルジョン燃料油の改質方法および改質装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エマルジョン燃料油の改質を効率良く行なうことのできる改質方法および改質装置、また、改質されたエマルジョン燃料油の製造装置および燃焼装置を提供する。
【解決手段】エマルジョン燃料の改質装置３は、燃料油タンク２３、改質用循環パイプ２１、超微細気泡発生器２４を順次に経由して再び燃料油タンク２３に戻る改質用循環路を備えている。改質用循環路を循環する間に、エマルジョン燃料油１７には水素酸素混合ガス１８が混合される。また、超微細気泡発生器２４を介して水素酸素混合ガス１８が超微細気泡状態でエマルジョン燃料油内に噴射されることにより、効率良く水素酸素混合ガス１８がエマルジョン燃料油１７に混入し、その改質が効率良く行われる。改質後のエマルジョン燃料油１７は、燃料タンク４に貯留され、ここからバーナー５に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素酸素混合ガスを用いたエマルジョン燃料油の改質方法および改質装置に関する。また、水素酸素混合ガスを用いて改質されたエマルジョン燃料油を製造する製造装置、および、改質されたエマルジョン燃料油を燃料とする燃焼装置に関する。

近年においては、地球温暖化の原因の一つとされるＣＯ₂などの大気汚染物質の排出量を低減するために、ボイラーなどの燃料として化石燃料の代わりに用いることのできるエマルジョン燃料が着目されている。エマルジョン燃料は、重油、軽油あるいは廃油に、水および界面活性剤（乳化剤）を添加して、機械的に攪拌混合することにより得られるものである。エマルジョン燃料は例えば特許文献１に開示されている。エマルジョン燃料を用いた燃焼装置は、例えば特許文献２に開示されている。

また、エマルジョン燃料油の改質方法としては、エマルジョン燃料をナノ化したバブル状態にして、エマルジョン燃料油に含まれる酸素量を増加し、エマルジョン状態を安定化し、燃焼温度および燃料効率を高め、ＳＯＸ、ＮＯＸの排出量を低減化することが提案されている。特許文献３には、このような改質方法が提案されている。特許文献４には、液体をナノ化（超微細化）バブル状態にする方法および装置が開示されている。
特表２００１−５０８８３１号公報 特開２０００−６３８５７号公報 特開２００８−６３５４８号公報 特開２００８−３０００２号公報

本発明の課題は、ブラウンガスあるいはゼットガス（登録商標）と呼ばれる、水素および酸素がモル比で２：１の水素酸素混合ガスに着目し、この水素酸素混合ガスを用いてエマルジョン燃料油の改質を行なう方法および装置を提案することにある。

また、本発明の課題は、水素酸素混合ガスを用いて改質されたエマルジョン燃料油を製造する製造装置、および、改質後のエマルジョン燃料を燃料として用いる燃焼装置を提案することにある。

本発明は、水および油を攪拌混合して製造されるエマルジョン燃料油の改質方法であって、水、油およびエマルジョン燃料油のうちの少なくとも一つの液体に、純水を電気分解することにより生成した水素酸素混合ガスを供給して混合することを特徴としている。

ここで、水素酸素混合ガスを十分にエマルジョン燃料油に混合させるために、水素酸素混合ガスを微細気泡化した状態で前記液体に混合することが望ましい。

例えば、水素酸素混合ガスを微細気泡化した状態で水に混合し、水素酸素混合ガスの微細気泡が混合した状態の水と、油とを攪拌混合すればよい。また、水素酸素混合ガスを微細気泡化した状態で油に混合し、水と、水素酸素混合ガスの微細気泡が混合した状態の油とを攪拌混合してもよい。さらに、水素酸素混合ガスを微細気泡化した状態で生成後のエマルジョン燃料油に混合させるようにしてもよい。勿論、水、油および生成後のエマルジョン燃料油のうちの２つ、あるいは全てに水素酸素混合ガスの微細気泡を混合させるようにしてもよい。

一方、本発明では、水素酸素混合ガスを十分にエマルジョン燃料油に混合させるために、前記液体を循環路に沿って循環させ、水素酸素混合ガスを、循環路を循環する前記液体に供給して当該液体に混合させることを特徴としている。

次に、本発明のエマルジョン燃料油の改質装置は、
純水を電気分解して水素酸素混合ガスを生成する電解槽を備えた水素酸素混合ガス発生器と、
エマルジョン燃料油を循環させる改質用循環路と、
改質用循環路に水素酸素混合ガスを供給するガス供給路と、
改質用循環路から改質後のエマルジョン燃料油を取り出す燃料油供給路とを有していることを特徴としている。

本発明のエマルジョン燃料油の改質装置は、上記構成に加えて、
エマルジョン燃料油を貯留する燃料油タンクと、
燃料油タンク内に配置され、改質用循環路の一部を形成している微細気泡発生器と、
燃料油タンクに貯留したエマルジョン燃料油を改質用循環路を経由させて再び燃料油タンクに戻すための循環ポンプとを有し、
微細泡発生器によって、水素酸素混合ガスが微細化した状態でエマルジョン燃料油に混合することを特徴としている。

さらに、本発明の改質エマルジョン燃料油の製造装置は、水および油を攪拌混合してエマルジョン燃料油を製造する攪拌機と、攪拌機によって製造されたエマルジョン燃料油を改質するための改質装置とを有し、改質装置が上記構成の改質装置であることを特徴としている。

また、本発明のエマルジョン燃料油の製造装置は、
純水を電気分解して水素酸素混合ガスを生成する電解槽を備えた水素酸素混合ガス発生器と、
水素酸素混合ガス発生器で生成された水素酸素混合ガスの微細気泡を発生する微細気泡発生器と、
水供給路と、
油供給路と、
水供給路を介して供給される水および油供給路を介して供給される油を混合攪拌してエマルジョン燃料を生成する攪拌機と、
攪拌機からエマルジョン燃料を取り出すエマルジョン燃料供給路とを有し、
水素酸素混合ガスの微細気泡を、水供給路、油供給路およびエマルジョン燃料供給路の少なくとも一つに供給する微細気泡供給路とを有していることを特徴としている。

一方、本発明の燃焼装置は、上記構成のエマルジョン燃料油の製造装置と、燃料油供給路を介してエマルジョン燃料が供給されるバーナーとを有していることを特徴としている。

本発明では、水素酸素混合ガスを、水、油、あるいは、これらを攪拌混合して得られたエマルジョン燃料油に供給して混合するようにしている。水素酸素混合ガスによってエマルジョン燃料油の燃焼特性が改善され、ＣＯ₂などの大気汚染物質の発生量も低減できる。

また、エマルジョン燃料油などの液体の循環路に水素酸素混合ガスを供給して混合することにより、十分な量の水素酸素混合ガスを含むエマルジョン燃料油を製造できる。

さらに、供給される水素酸素混合ガスを微細気泡化させることにより、水素酸素混合ガスを効率良くエマルジョン燃料油などの液体を活性化できるので、エマルジョン燃料油の改質を効率良く行なうことができる。

以下に、図面を参照して、本発明を適用したエマルジョン燃料油の燃焼装置の実施の形態を説明する。

図１はエマルジョン燃料油の燃焼装置を示す概略構成図である。エマルジョン燃料油の燃焼装置１は、エマルジョン燃料油の製造装置２と、この製造装置２において製造されたエマルジョン燃料油の改質化を図るエマルジョン燃料油の改質装置３と、改質装置３において得られた改質エマルジョン燃料油を貯留する燃料タンク４と、この燃料タンク４から供給される改質エマルジョン燃料油を燃焼させるバーナー５とを有している。

エマルジョン燃料油の製造装置２は、重油、廃油などの油１１を貯めた油タンク１２と、水１３を貯めた水タンク１４と、これらのタンク１２、１４から供給される油１１および水１３を所定の割合で攪拌混合してエマルジョン燃料油１５を製造する攪拌機１６とを備えている。攪拌機１６は、例えば、油１１および水１３が供給される攪拌槽１６ａと、この攪拌槽１６ａに供給された油１１および水１３を攪拌混合するための攪拌棒１６ｂと、攪拌槽１６ａの底面に取り付けた超音波振動発生器１６ｃとを備えている。攪拌棒１６ｂの回転による攪拌作用と、超音波振動発生器１６ｃによる超音波振動とによって、油１１および水１３が均一に攪拌混合されてエマルジョン化して、攪拌槽１６ａ内においてエマルジョン燃料油１７が生成される。

エマルジョン燃料油の改質装置３は、純水１３ａを電気分解して水素酸素混合ガス１８を生成する電解槽１９を備えた水素酸素混合ガス発生器２０と、エマルジョン燃料油１７を循環させる改質用循環パイプ２１と、水素酸素混合ガス発生器２０において発生した水素酸素混合ガス１８を供給するガス供給パイプ２２とを備えている。また、攪拌槽１６ａから供給されるエマルジョン燃料油１７を貯留する燃料油タンク２３と、この燃料油タンク２３内に配置した超微細気泡発生器２４と、燃料油タンク２３に貯留したエマルジョン燃料油１７を、改質用循環パイプ２１および超微細気泡発生器２４を経由させて再び燃料油タンク２３に戻すための循環ポンプ２５とを備えている。

燃料油タンク２３に貯めたエマルジョン燃料油１７は、改質用循環パイプ２１の吸引口２１ａから吸い上げられ、当該改質用循環パイプ２１を通って、超微細気泡発生器２４の吸引口２４ａから当該超微細気泡発生器２４内に入る。超微細気泡発生器２４にはガス供給パイプ２２が接続されており、ここから超微細気泡発生器２４の内部に供給される水素酸素混合ガス１８が超微細気泡（ナノバブル）化された状態でエマルジョン燃料油１７に混合され、これらが超微細気泡発生器２４の吐出口２４ｂから燃料油タンク２３内に吐出される。本例では、燃料油タンク２３、改質用循環パイプ２１、超微細気泡発生器２４を順次に経由して再び燃料油タンク２３に戻る改質用循環路が形成されている。

改質用循環路を繰り返し循環する間に、エマルジョン燃料油１７に水素酸素混合ガス１８が混合される。また、超微細気泡発生器２４を介して水素酸素混合ガス１８が超微細気泡状態でエマルジョン燃料油内に噴射されることにより、効率良く水素酸素混合ガス１８がエマルジョン燃料油１７に混入し、その改質を効率良く行なうことができる。改質後のエマルジョン燃料油１７は、燃料タンク４に貯留され、ここからバーナー５に供給される。

なお、純水１３ａは、水タンク１４から供給される水から純水１３ａを得る純水器２６によって生成され、ここから電解槽１９に供給される。また、超微細気泡発生器２４は、例えば、特開２００８−３０００２号公報に開示の超微細気泡発生方法により超微細気泡（ナノバブル）を発生させる機構を採用することができる。この代わりに、超音波振動発生器を用いた超微細気泡発生器を用いることも可能である。

（その他の実施の形態）
上記の実施の形態では、改質用循環路にエマルジョン燃料油を循環させながら水素酸素混合ガスを混合している。循環路を省略して、攪拌機１６から取り出されるエマルジョン燃料油を燃料タンク４に導く供給管の途中に水素酸素混合ガスの微細気泡を供給して、エマルジョン燃料油に水素酸素混合ガスの微細気泡を混合させるようにしてもよい。

また、上記の実施の形態では、攪拌機１６において生成されたエマルジョン燃料油１７に水素酸素混合ガス１８を混合すると共に超微細気泡発生器２４によって超微細気泡化している。水素酸素混合ガス１８を、エマルジョン燃料油１７の原料である油１１に供給して、ここに混入させ、しかる後に水１３と攪拌混合させてもよい。また、水素酸素混合ガス１８を水１３に供給してここに混入させて水１３を活性化させ、しかる後に油１１と攪拌混合させてもよい。水素酸素混合ガス１８を油１１、水１３に混合させる際には、超微細気泡発生器を用いて水素酸素混合ガス１８を超微細気泡化状態にして油１１、水１３に噴射して混合を促進することが望ましい。

さらに、エマルジョン燃料製造用の油としては化石燃料油、バイオ燃料油、廃油など各種の油を用いることができる。

本発明を適用したエマルジョン燃料油の燃焼装置を示す概略構成図である。

符号の説明

１ エマルジョン燃料油の燃焼装置
２ エマルジョン燃料油の製造装置
３ エマルジョン燃料油の改質装置
４ 燃料タンク
５ バーナー
１１ 油
１２ 油タンク
１３ 水
１４ 水タンク
１５、１７ エマルジョン燃料油
１６ 攪拌機
１６ａ 攪拌槽
１６ｂ 攪拌棒
１６ｃ 超音波振動発生器
１８ 水素酸素混合ガス
１９ 電解槽
２０ 水素酸素混合ガス発生器
２１ 改質用循環パイプ
２２ ガス供給パイプ
２３ 燃料油タンク
２４ 超微細気泡発生器
２５ 循環ポンプ
２６ 純水器

Claims (12)

1. 水および油を攪拌混合して製造されるエマルジョン燃料油の改質方法であって、
   前記水、前記油および前記エマルジョン燃料油のうちの少なくとも一つの液体に、純水を電気分解することにより生成した水素酸素混合ガスを供給して混合することを特徴とするエマルジョン燃料油の改質方法。
2. 請求項１に記載のエマルジョン燃料油の改質方法において、
   前記水素酸素混合ガスを微細気泡化した状態で前記液体に混合することを特徴とするエマルジョン燃料油の改質方法。
3. 請求項２に記載のエマルジョン燃料油の改質方法において、
   前記水素酸素混合ガスを微細気泡化した状態で前記水に混合し、
   前記水素酸素混合ガスの微細気泡が混合した状態の前記水と前記油を攪拌混合することを特徴とするエマルジョン燃料油の改質方法。
4. 請求項２または３に記載のエマルジョン燃料油の改質方法において、
   前記水素酸素混合ガスを微細気泡化した状態で前記油に混合し、
   前記水と、前記水素酸素混合ガスの微細気泡が混合した状態の前記油とを攪拌混合することを特徴とするエマルジョン燃料油の改質方法。
5. 請求項２ないし４のうちのいずれかの項に記載のエマルジョン燃料油の改質方法において、
   前記水素酸素混合ガスを微細気泡化した状態で前記エマルジョン燃料油に混合させることを特徴とするエマルジョン燃料油の改質方法。
6. 請求項１に記載のエマルジョン燃料油の改質方法において、
   前記液体を循環路に沿って循環させ、
   前記水素酸素混合ガスを、前記循環路を循環する前記液体に供給して当該液体に混合させることを特徴とするエマルジョン燃料油の改質方法。
7. 請求項６に記載のエマルジョン燃料油の改質方法において、
   前記循環路を循環する前記エマルジョン燃料油に、前記水素酸素混合ガスを微細気泡化した状態で混合させることを特徴とするエマルジョン燃料油の改質方法。
8. 純水を電気分解して水素酸素混合ガスを生成する電解槽を備えた水素酸素混合ガス発生器と、
   エマルジョン燃料油を循環させる改質用循環路と、
   前記改質用循環路に前記水素酸素混合ガスを供給するガス供給路と、
   前記改質用循環路から改質後のエマルジョン燃料油を取り出す燃料油供給路とを有していることを特徴とするエマルジョン燃料油の改質装置。
9. 請求項８に記載のエマルジョン燃料油の改質装置において、
   エマルジョン燃料油を貯留する燃料油タンクと、
   前記燃料油タンク内に配置され、前記改質用循環路の一部を形成している微細気泡発生器と、
   前記燃料油タンクに貯留したエマルジョン燃料油を、前記改質用循環路を経由させて再び前記燃料油タンクに戻すための循環ポンプとを有し、
   前記微細気泡発生器によって、前記水素酸素混合ガスが微細化した状態で前記エマルジョン燃料油に混合することを特徴とするエマルジョン燃料油の改質装置。
10. 水および油を攪拌混合してエマルジョン燃料油を製造する攪拌機と、
    前記攪拌機によって製造されたエマルジョン燃料油を改質するための改質装置とを有し、
    前記改質装置は請求項８または９に記載の改質装置であることを特徴とする改質エマルジョン燃料油の製造装置。
11. 純水を電気分解して水素酸素混合ガスを生成する電解槽を備えた水素酸素混合ガス発生器と、
    前記水素酸素混合ガス発生器で生成された前記水素酸素混合ガスの微細気泡を発生する微細気泡発生器と、
    水供給路と、
    油供給路と、
    前記水供給路を介して供給される水および前記油供給路を介して供給される油を混合攪拌してエマルジョン燃料を生成する攪拌機と、
    前記攪拌機から前記エマルジョン燃料を取り出すエマルジョン燃料供給路とを有し、
    前記水素酸素混合ガスの微細気泡を、前記水供給路、前記油供給路および前記エマルジョン燃料供給路の少なくとも一つに供給する微細気泡供給路とを有していることを特徴とする改質エマルジョン燃料油の製造装置。
12. 請求項１０または１１に記載の改質エマルジョン燃料油の製造装置と、
    前記燃料油供給路を介してエマルジョン燃料が供給されるバーナーとを有していることを特徴とする燃焼装置。

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