JP2010275380A - エマルション燃料 - Google Patents

Abstract

【課題】 エマルション状態を長期間に亘って維持でき、しかも熱収支に優れたエマルション燃料を提供する。
【解決手段】 Ａ重油などの燃料と水（ｐＨ１１．９以上のアルカリ水）とを三方弁Ｖ１を介してスタティックミキサーＳに送り込む。このスタティックミキサＳには流量制御モータＭを介して添加剤タンクＴからひまし油が供給され、ミキサーＳにて混合されて生成されたエマルション燃料は三方弁Ｖ２を操作することで、攪拌機を備えた槽ＡまたはＢのいずれか一方に送り込まれ、この槽ＡまたはＢで分離しないように攪拌され、槽ＡまたはＢに貯留されたエマルション燃料は三方弁Ｖ３を操作することで貯蔵タンク若しくは噴出ノズルへ送り込まれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、重油、軽油などの燃料中に水滴が分散した油中水滴型エマルション燃料に関する。

油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）エマルション燃料が特許文献１〜３に開示されている。
特許文献１には、体積比で１０％〜３５％の水と９０％〜６５％の燃料の混合物に、ＨＬＢ値が８．９〜８．３の範囲で１％水溶液のＰＨ値が２．８〜２．２となる脂肪酸エステル系の非イオン性界面活性剤を０．１％〜１％混合したＷ／Ｏ型エマルション燃料が開示されている。

特許文献２には、油性燃料と水とを混合し、この混合物が流れる流路の近傍に磁石を設置し、流路内部に円弧状に突出する磁場を複数形成して前記油性燃料と水との混合物を磁場に曝すことで、時間が経っても油性燃料と水とが分離しない燃料の製法が提案され、原料となる水としては特に限定されないが、ｐＨが１０以上のアルカリ電解水を用いることが好ましいことが開示されている。

特許文献３には、多数のエレメントが筒状体に内蔵され且つ各エレメント毎に回転方向が替わる筒状混合機タイプのスタティックミキサーを用いてエマルション燃料を製造することが開示されている。

特開２００４−０１０７６５号公報 特開２００４−３５９８１４号公報 特開２００６−１８８６１６号公報

Ｗ／Ｏ型のエマルション燃料は、燃焼室内において水滴が急激に加熱されて微爆発（水蒸気爆発）を起こし、水滴の周囲にあった重油などの燃料を微細化して拡散させ、微細化した燃料と空気との接触面積を大きくし、完全燃焼させることで、発生熱量を高めつつ燃費を抑制する。そして、例えば水を３０％含有するエマルション燃料であれば、溶存しているものを除いて水にＣＯ₂は含まれていないので、ＣＯ₂が約３０％削減されたことになる。

しかしながら、従来のエマルション燃料は、乳化が不十分、着火し難い、燃焼が不安定、発熱量の不足など満足のゆく結果が得られていない。
この原因として、本発明者はエマルションを構成する水粒子の周囲を燃料が完全に包み込んでいないからとの結論を得た。そして、それを改善するファクターは添加剤と添加する水の特性との知見を得て本発明をなすに至った。

上記課題を解決するため、本発明に係る油中水滴型エマルション燃料は、重油、軽油などの燃料を連続相とし水を分散相としたものであって、燃料全体に対する前記水の割合は２０重量％以上３８．５重量％以下とされ、添加剤として植物から抽出された油脂に含まれるトリグリセリドが０．１重量％以上２重量％以下添加され、更に前記水はｐＨ値が１１．９以上のアルカリ水とした。

前記添加剤としては、例えばトウゴマの種子から抽出されたひまし油（グリセリド）又はジャトロファの種子から抽出されたトリグリセリド（ＴＧ）が好ましい。これらグリセリドは粘性が高すぎて燃料として用いることはできないが、添加剤としては有効である。

添加剤としてのひまし油は不飽和脂肪酸として、リシノール酸８７％、オレイン酸７％、リノール酸３％、飽和脂肪酸として、パルミチン酸やステアリン酸３％のグリセリドであり、粘性の高い不乾性油である。このひまし油を０．１重量％以上２重量％の割合で添加することで、微細な水滴の周囲を燃料が満遍なく包み込む。したがって、水蒸気爆発で燃料を微細な粒子とすることができる。

燃料に添加する水の割合は２０重量％以上３８．５重量％以下とする。２０重量未満では経済的な効果が期待できず、３８．５重量％を超えると、発熱量の低下が大きくなりまた、ミス着火が発生する。

本発明のエマルション燃料には、更に０．１重量％以下のポリオキシエチレンと１．０重量％以下の炭素粉末を添加してもよい。ポリオキシエチレンを添加することで、エマルションの状態を長期に亘って維持でき、また炭素粉末を添加することで、発熱量の低下を抑制できる。

また、ｐＨ値が１１．９以上のアルカリ水とすることで、エマルション状態を長期間維持でき且つエンジンやボイラーに錆が発生することが防止される。このようなアルカリ水を得るには、貝殻由来のＣａＯ（酸化カルシウム）の飽和水溶液とすることが考えられる。

本発明によれば微視的に見ると水滴の周囲が燃料によって完全に覆われているため、水蒸気爆発によって燃料が微細な粒子に分散され、完全燃焼に近い効率での燃焼が可能となる。

また、使用する水がｐＨ値の高いアルカリ水とすることで、ひまし油との親和性に富み、Ｗ／Ｏ型エマルションを長期間に亘って維持することができる。更に経時的に本発明に係るエマルション燃料を使用するボイラーやエンジンに錆が発生することも防げる。

本発明に係るエマルション燃料の製造装置の概略構成図

以下に本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。図１に示すように本発明に係るエマルション燃料の製造装置は、三方弁Ｖ１を介して、Ａ重油などの燃料と水（ｐＨ１１．９以上のアルカリ水）とをオリフィスＯを介してミキサーＳに送り込む。ミキサーＳとしては、例えばスタティックミキサーを用いる。

またミキサーＳには流量制御モータＭを介して添加剤タンクＴからひまし油が供給される。そして、ミキサーＳにて混合されて生成されたエマルション燃料は超音波発振器Ｆを経て、三方弁Ｖ２を操作することで攪拌機を備えた槽ＡまたはＢのいずれか一方に送り込まれ、この槽ＡまたはＢで分離しないように攪拌される。

攪拌機を備えた槽ＡまたはＢに貯留されたエマルション燃料は三方弁Ｖ３を操作することで貯蔵タンク若しくは噴出ノズルへ送り込まれる。

また、三方弁Ｖ３を閉じ且つ三方弁Ｖ４の所定のポートを開とすることで、ポンプＰによって槽ＡまたはＢ内のエマルション燃料を再度ミキサーＳに送り込み乳化を完全にすることも可能である。

上記において、水の添加量は２０％以上で３８．５％以上とするのは、前記した通りである。

また、添加する水のｐＨは１１．９以上のアルカリ水とする。これは、以下の理由による。
例えばひまし油を用いる場合、ひまし油の主成分はリシノール酸Ｃ₁₆Ｈ₃₄Ｏ₃(２９８．４６１ｇ/ｍｏｌ)のトリグリセリド（Ｒ-ＣＯＯＣＨ₂（ＯＯＣ-Ｒ）ＣＨ₂ＣＯＯ−Ｒ）である。これは一般には有機溶媒によく溶けるが、水には溶けにくい。しかし、これをアルカリ中（例えば水酸化カリウム水溶液）で鹸化すると以下の式に従って加水分解される。

（化）
Ｒ-ＣＯＯＣＨ₂（ＯＯＣ-Ｒ）ＣＨ₂ＣＯＯ−Ｒ＋３ＫＯＨ
→Ｃ₃Ｈ₅（ＯＨ）₃＋３Ｒ-ＣＯＯ-Ｋ

生成物としてリセリンと高級脂肪酸塩（カルボン酸塩）が得られる。グリセリンは本来水に可溶であり、カルボン酸塩は界面活性剤として機能し、ＨＬＢ値も大きな値（１０以上）となることが推定される。そのため、油中の水滴はより微細なミセルとなり、水に安定に分散して乳濁液となり湿潤剤や油中水滴型（Ｗ／Ｏ型）エマルションの乳化剤として有効である。
上記の鹸化価（Ｓ）を算出すると、Ｓ＝（１６８／Ｍ）×１０００ ここで、Ｍは油脂（トリグリセリド）の分子量で９３３．３８、またＫＯＨのモル質量は５６なので５６×３で１６８、従って、Ｓは１７９ｍｇとなる。
この値はＫＯＨの０．００３２ｍｏｌに相当し、これをｐＨに換算すれば約１１である。
したがって、添加するトリグリセリド（０．１〜２ｗｔ％）は、ｐＨ１１．９以上であれば、完全に鹸化され乳化剤として有効に機能する。
尚、添加するトリグリセリドの量は０．１未満では乳化を維持できず、２ｗｔ％を超えて添加してもそれ以上の効果は得られなかった。

Ｖ１〜Ｖ４…三方弁、Ｏ…オリフィス、Ｆ…超音波発振器、Ｓ…ミキサー、Ｍ…流量制御モータ、Ｔ…添加剤タンク、Ａ，Ｂ…攪拌機を備えた槽。

Claims (4)

1. 重油、軽油などの燃料を連続相とし水を分散相とした油中水滴型エマルション燃料であって、燃料全体に対する前記水の割合は２０重量％以上３８．５重量％以下とされ、添加剤として植物から抽出された油脂に含まれるトリグリセリドが０．１重量％以上２重量％以下添加され、更に前記水はｐＨ値が１１．９以上のアルカリ水としたことを特徴とするエマルション燃料。
2. 請求項１に記載のエマルション燃料において、前記添加剤はトウゴマの種子から抽出されたひまし油又はジャトロファの種子から抽出されたトリグリセリド（ＴＧ）であることを特徴とするエマルション燃料。
3. 請求項１または請求項２に記載のエマルション燃料において、更に０．１重量％以下のポリオキシエチレンと１．０重量％以下の炭素粉末が添加されていることを特徴とするエマルション燃料。
4. 請求項１乃至請求項３の何れかに記載のエマルション燃料において、前記アルカリ水はＣａＯ（酸化カルシウム）の飽和水溶液とすることを特徴とするエマルション燃料。
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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