JP2015187408A - エマルションエンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】エマルションエンジンシステムにおいて、エンジン周りの構造を簡単な構造とし、エマルション燃料について燃料油と他の流体がエマルション化した状態を長期にわたって保持することを可能とし、燃料油と他の流体とが互いに分離することに起因する不具合を解消する。【解決手段】エマルションエンジンシステム１００は、エンジン１０１と、燃料油と水とを混合してエマルション燃料を生成するエマルション装置１０２と、燃料油タンク１０４と、水タンク１０５と、エマルション装置１０２により生成されたエマルション燃料を吸引してエンジン１０１に供給するためのポンプ１０６と、を備え、エマルション装置１０２は、燃料油の流通路外側方から水を負圧吸引し、吸引した水に燃料油の流通路内においてせん断力を付与して水を微細な水粒子にせん断し、油水のエマルション化を行うように構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに供給する燃料としてエマルション化の技術により燃料油と他の流体を混合したエマルション燃料を生成するエマルションエンジンシステムに関する。

従来、走行車や農業機械等のエンジンにガソリンや軽油等の燃料油を供給する際に、その燃料油に水を混合して油水混合燃料を生成する技術が知られている。かかる技術によれば、エンジンの燃焼効率を向上させることができたり、燃料油の使用量を減少させることができたりする。

特許文献１には、燃料油に水を混入させたエマルション燃料（油水混合燃料）によるディーゼルエンジンに関する技術が開示されている。具体的には、特許文献１には、エンジンの停止直前に、燃料切換弁を切り換えて燃料供給源からの燃料油をそのままエンジンに供給し、燃料切換弁とエンジンとの間の配管内およびエンジン内のエマルション燃料が燃料油に置換された時点でエンジンを停止させ、さらに、エンジンの停止期間中には、燃料切換弁の上流側にてエマルション燃料を強制循環させるというエンジンの運転方法が記載されている。なお、燃料切換弁は、エンジンに対する燃料の供給経路をエマルション燃料用の経路と燃料油の直接的な供給経路とで切り換えるための弁である。

特開平２−３３４５８号公報

確かに、特許文献１に記載の技術によれば、燃料供給用の配管内やエンジンの燃料噴射ノズル等にエマルション燃料から分離した水分が残留することがなくなり、配管等の錆の発生やエンジン再起動の際の水分による失火を防止することができ、エマルション燃料の強制循環によってエンジン停止時における燃料油と水の分離を防止することができると考えられる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、エンジンに対する燃料の供給経路を切り換えるための燃料切換弁や、エマルション燃料を強制循環させるためのバイパス弁を有するバイパス経路や、燃料切換弁およびバイパス弁に対する制御信号を発信したりエンジンを遅延させて停止させる際の遅延時間を計測したりするための制御装置等を備える必要がある。このため、エンジン周りの構造が煩雑になりやすく、コストも高くなりやすい。

また、実際には、エマルション燃料については、燃料油と水の混合比等にもよるが、エマルション化させるために煩雑な技術が必要となり、燃料油と水を混合して一旦エマルション化した後に燃料油と水とが互いに分離しやすく、燃料としての長期保存が困難であるという問題がある。燃料油と水が分離することは、上述のとおり分離した水分により配管等の錆やエンジン起動時の失火の原因となったり、エンジンにおいて良好な燃焼効率を得る妨げとなったりする。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、エンジン周りの構造を簡単な構造にすることができるとともに、エマルション燃料について燃料油と他の流体がエマルション化した状態を長期にわたって保持することが可能であり、燃料油と他の流体とが互いに分離することに起因する不具合を解消することができるエマルションエンジンシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るエマルションエンジンシステムは、エンジンと、前記エンジンに供給される燃料として燃料油と他の流体とを混合してエマルション燃料を生成するエマルション装置と、前記エマルション装置に供給される燃料油を貯溜する第１のタンクと、前記エマルション装置に供給される他の流体を貯溜する第２のタンクと、前記エマルション装置により生成されたエマルション燃料を吸引して前記エンジンに供給するためのポンプと、を備え、前記エマルション装置は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体を有し、該混合器本体には、一端開口部から導入した燃料油を軸線方向に流動させて他端開口部から導出する軸線流路と、前記混合器本体の周壁に形成した本体導入孔から導入した他の流体を前記混合器本体の内周面に沿わせて前記軸線流路の軸線を中心とする螺旋状に旋回させながら流動させて燃料油と他の流体とを混合して他端開口部から導出する螺旋流路とが形成されているものである。

また、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、前記エンジンに供給されるエマルション燃料の余剰燃料を受け、該余剰燃料を燃料油と他の流体とに分離するセパレータをさらに備え、前記セパレータにより分離された燃料油を前記第１のタンクに戻し、前記セパレータにより分離された他の流体を前記第２のタンクに戻すものである。

また、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、前記エンジンに供給されるエマルション燃料の余剰燃料を前記エマルション装置に戻す燃料戻り配管をさらに備え、前記エマルション装置は、燃料油と他の流体と前記燃料戻り配管により戻された前記余剰燃料とを混合してエマルション燃料を生成するものである。

また、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、前記エマルション装置から前記エンジンに対するエマルション燃料の供給経路に設けられ前記余剰燃料を送り出すフィードポンプをさらに備えたものである。

本発明によれば、エンジン周りの構造を簡単な構造にすることができるとともに、エマルション燃料について燃料油と他の流体がエマルション化した状態を長期にわたって保持することが可能であり、燃料油と他の流体とが互いに分離することに起因する不具合を解消することができる。

本発明の第１実施形態に係るエマルションエンジンシステムの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るエマルション装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエマルション装置の構成を示す横断面図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の構成を示す側面図である。 図４におけるＩ−Ｉ矢視断面図である。 本発明の第１実施形態に係る混合器本体の構成を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る混合器本体の展開説明図である。 本発明の第１実施形態に係る混合器本体の本体導入孔の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る混合器本体の正面図である。 本発明の第１実施形態に係る被覆体の側面図である。 図１０におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエマルション装置の構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の変形例を示す図である。 図１３におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の変形例の構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るエマルションエンジンシステムの構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るエマルションエンジンシステムの構成を示す図である。

本発明は、エンジンに供給する燃料としてエマルション化の技術を用いて燃料油と他の流体（例えば水）を混合したエマルション燃料を生成するエンジンシステムにおいて、燃料油と他の流体を混合してエマルション化することでエマルション燃料を生成するに際し、燃料油と他の流体の少なくともいずれかを螺旋状に旋回流動させる構成を採用することにより、簡単な構成により、長期にわたってエマルション化した状態を保持させ、エンジンの燃料として高品質なエマルション燃料を得ようとするものである。

以下に説明する本発明の実施の形態では、エマルションエンジンシステムは、燃料油に混合する他の流体として水を採用し、エマルション燃料として油水混合燃料を生成する。そして、油水混合燃料をエンジン内に供給する直前において、水粒子をせん断しながら燃料油に吸引混合することで燃料油と水（以下「油水」ともいう。）をエマルション化し、しかも同時にエンジンからの戻り燃料のエマルション化処理をも行うものである。ここで、油水をエマルション化するに際しては、特願2010-285833、特願2011-167100、PCT/JP2011/079637の発明者である秦隆志が開発した二液エマルション化の技術が用いられる。すなわち、燃料油の流通路外側方から水を負圧吸引し、吸引した水に燃料油の流通路内においてせん断力を付与して水を微細な水粒子にせん断し、油水のエマルション化を行うエマルション装置が用いられる。エンジンに供給されるエマルション燃料についての燃料油と水の混合比率は、例えば、燃料油約８０％、水約２０％である。かかるエマルション装置によれば、油水混合燃料として燃料油と水とが可及的に分離しにくくなる。以下、本発明の実施の形態を説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。まず、図１を用いて、本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００の構成について説明する。図１に示すように、エマルションエンジンシステム１００は、エンジン１０１と、エンジン１０１の外部に設置されたエマルション装置１０２と、エマルション装置１０２の外部に設置された燃料油タンク１０４および水タンク１０５と、エマルション装置１０２から燃料を吸引してエマルション燃料である油水混合燃料をエンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａに供給するための吸引ポンプであるポンプ１０６とを備える。

エマルション装置１０２は、エンジン１０１に供給される燃料として燃料油と他の流体である水とを混合してエマルション燃料を生成する。エマルション装置１０２は、外装部分を構成するケーシング２と、ケーシング２内に設けられた筒状の流体混合器１０とを有する。流体混合器１０は、燃料油の入口（吸引口）となる始端入口１０ａと、流体の出口となる終端出口１０ｂとを有する。すなわち、始端入口１０ａは、燃料油タンク１０４から燃料油を吸引するための構成であり、終端出口１０ｂは、ポンプ１０６の吸引側と連通し、エンジン１０１に供給される油水混合燃料を排出するための構成である。始端入口１０ａは、流体混合器１０の筒軸方向の一端部に設けられ、終端出口１０ｂは、流体混合器１０の筒軸方向の他端部に設けられている。

エンジン１０１とエマルション装置１０２とは、混合燃料通路１１１により互いに接続されている。エマルション装置１０２により生成された油水混合燃料は、混合燃料通路１１１を通ってエンジン１０１に供給される。混合燃料通路１１１に、上述したポンプ１０６が設けられる。ポンプ１０６は、エマルション装置１０２により生成されたエマルション燃料を吸引してエンジン１０１に供給するための構成である。混合燃料通路１１１は、エマルション装置１０２の終端出口１０ｂとポンプ１０６の吸引口１０６ａとを互いに連通させる上流側通路部１１１ａと、ポンプ１０６の吐出口１０６ｂとエンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａとを互いに連通させる下流側通路部１１１ｂとを有する。

燃料油タンク１０４は、エマルション装置１０２に供給される燃料油を貯溜する第１のタンクである。水タンク１０５は、エマルション装置１０２に供給される水を貯溜する第２のタンクである。

エマルション装置１０２と燃料油タンク１０４とは、燃料油タンク１０４内の燃料油をエマルション装置１０２に供給するための燃料油供給路１１２により互いに接続されている。燃料油供給路１１２の一端側（上流側）の端部は燃料油タンク１０４に接続され、燃料油供給路１１２の他端側（下流側）の端部はエマルション装置１０２に対して流体混合器１０の始端入口１０ａに接続されている。エマルション装置１０２と水タンク１０５とは、水タンク１０５内の水をエマルション装置１０２に供給するための水供給路１１３により互いに接続されている。水供給路１１３の一端側（上流側）の端部は水タンク１０５に接続され、水供給路１１３の他端側（下流側）の端部はエマルション装置１０２に対してケーシング２に連通接続されている。

また、エマルションエンジンシステム１においては、エンジン１０１に供給される油水混合燃料についての余剰燃料を受け、この余剰燃料を燃料油と水とに分離するセパレータ１０７が設けられている。セパレータ１０７の流入側（始端側）には、燃料噴射弁１０１ａの手前となる混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂから分岐する燃料戻り配管１１４の一端側（下流側）が接続される。つまり、燃料戻り配管１１４の上流側部は、混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂに連通し、燃料戻り配管１１４の下流側端は、セパレータ１０７の流入側に連通接続される。

セパレータ１０７の流出側（終端側）には、セパレータ１０７において分離された燃料油を燃料油タンク１０４に戻すための燃料油戻り配管１１５と、セパレータ１０７において分離された水を水タンク１０５に戻すための水戻り配管１１６それぞれの一端側（上流側）が接続されている。すなわち、燃料油戻り配管１１５は、セパレータ１０７の流出側と燃料油タンク１０４内とを互いに連通させ、水戻り配管１１６は、セパレータ１０７の流出側と水タンク１０５内とを互いに連通させる。

セパレータ１０７は、燃料戻り配管１１４から戻った油水混合燃料を燃料油と水とに分離する機能を有する。セパレータ１０７は、例えば、燃料油と水の比重さを利用して燃料油と水とを互いに分離させるための分離タンクを有し、燃料戻り配管１１４から流入した油水混合燃料を分離タンクに所定時間貯溜することにより燃料油と水とを互いに分離させる。セパレータ１０７により分離された燃料油と水は、燃料油戻り配管１１５および水戻り配管１１６によりそれぞれ燃料油タンク１０４および水タンク１０５に戻される。

また、エマルションエンジンシステム１００においては、水タンク１０５から供給される水の凍結を防止するために、あるいは既に凍結した水を解凍するために、電気ヒータやエンジン１０１の排熱を利用することができる。具体的には、水供給路１１３に、加熱部１０８を設ける。加熱部１０８は、例えば、水供給路１１３を構成する配管を囲繞する層部分（加熱層）として設けられる。加熱部１０８には、エンジン１０１から延出される排熱配管１１７が連通接続される。

加熱部１０８は、排熱配管１１７によってエンジン１０１からの排熱の供給を受けることで、水供給路１１３を介して水タンク１０５内あるいは水供給路１１３内の水を加熱する。加熱部１０８には、電気ヒータ等の加熱手段が設けられてもよい。

以上のような構成を備える本実施形態のエマルションエンジンシステム１において重要な構成は以下の通りである。
（１）エマルション装置１０２がエンジン１０１に対する燃料の供給経路においてエンジン１０１の直前に配置されていること。
（２）燃料油と水の混合比率は燃料油８〜７に対し水２〜３の比率であること。
（３）エンジン１０１に油水混合燃料を供給するためのポンプ１０６の上流側にエマルション装置１０２が配設され、エマルション装置１０２はポンプ１０６の吸引負圧を利用して燃料油と水とを混合する機能を有するものであること。
（４）エンジン１０１に供給される油水混合燃料の余剰燃料は、セパレータ１０７によって燃料油と水とに分離されて燃料油タンク１０４および水タンク１０５に戻され、エマルション装置１０２において混合されてエンジン１０１に戻されること。

（エマルション装置の詳細な構成）
本実施形態のエマルションエンジンシステム１が備えるエマルション装置１０２の詳細な構成について説明する。エマルション装置１０２は、第１流体としての燃料油と、第２流体（他の流体）としての水とを混合し、エマルション燃料としての油水混合燃料を生成する装置である。燃料油と水の混合によるエマルション化において、燃料油が連続相となり、水が分散相となる。

図２に示すように、エマルション装置１０２は、ケーシング２と、ケーシング２内に配置された流体混合器１０とを有する。ケーシング２内には、水タンク１０５から水供給路１１３により供給される水が収容されている。

流体混合器１０の一端側（基端側）には、始端入口１０ａを構成する第１連通路としての第１連通パイプ３を介して、一端側が燃料油タンク１０４に接続される燃料油供給路１１２の他端側が連通接続されている。流体混合器１０の他端側（先端側）には、終端出口１０ｂを構成する第２連通路としての第２連通パイプ５を介して、一端側がポンプ１０６の吸引口１０６ａに接続される混合燃料通路１１１の上流側通路部１１１ａの他端が連通接続されている。

このような構成により、ポンプ１０６を吸引作動させることで、燃料油タンク１０４内の燃料油が燃料油供給路１１２を介して第１連通パイプ３から流体混合器１０内に導入されるとともに（矢印Ｆ１参照）、吸引効果により減圧された流体混合器１０内にケーシング２内の水が導入され（矢印Ｆ２参照）、流体混合器１０内で燃料油と水が混合され、エマルション化された混合流体としての油水混合燃料（エマルション燃料）が第２連通パイプ５から混合燃料通路１１１に流出される（矢印Ｆ３参照）。第２連通パイプ５から流出する油水混合燃料は、上流側通路部１１１ａ、ポンプ１０６、下流側通路部１１１ｂを通過して、エンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａに供給される。

図２および図３に示すように、流体混合器１０は、筒軸方向の両端に開口部を有する円筒状の混合器本体１１と、混合器本体１１の外周を一定の間隔を保持して被覆する円筒状の被覆体３０とを有し、混合器本体１１と被覆体３０とによって略二重筒状に構成されている。混合器本体１１は、その基端部を被覆体３０から突出させるとともに、被覆体３０中に抜き差し自在に挿入された状態で設けられている。混合器本体１１および被覆体３０は、例えば合成樹脂等により薄肉軽量に形成され、構造簡易かつ安価に製造可能な構成となっている。しかも、被覆体３０から混合器本体１１を抜き取ることで、流体混合器１０を簡単に分解して、それぞれの洗浄作業やメンテナンス作業をすることができる。

混合器本体１１の基端部に、柔軟性素材により形成された第１連通パイプ３の先端部が着脱自在に外嵌されて連通連結されている。混合器本体１１の先端部外周面には、ゴム等の弾性素材にて円筒状に形成したスペーサ２０が外嵌され、スペーサ２０の外周面と被覆体３０の先端部内周面との間に、第２連通パイプ５の基端部が着脱自在に嵌入されて連通連結されている。このような構成により、流体混合器１０が第１連通パイプ３、第２連通パイプ５から簡単に着脱可能とされ、流体混合器１０の洗浄作業やメンテナンス作業の容易化が図られている。

混合器本体１１について説明する。図２〜図９に示すように、混合器本体１１は、一端開口部１２から他端開口部１３側に向かって漸次拡径させて漏斗状に形成した基端側筒状部１６と、基端側筒状部１６の終端から他端開口部１３まで略同径に形成した円筒状の先端側筒状部１７および先端筒状部１８とから、全体として直状に形成されている。他端開口部１３には、第２連通パイプ５および混合燃料通路１１１の上流側通路部１１１ａを介してポンプ１０６の吸込口が連通連結されている。

図６において、寸法Ｌ１は混合器本体１１の長手幅（長さ）であり、寸法Ｌ２は基端側筒状部１６の長手幅である。また、角度θ１は基端側筒状部１６の周面傾斜角度である。図６および図９において、寸法Ｄ１は一端開口部１２の内径であり、寸法Ｄ２は他端開口部１３の内径であり、寸法Ｄ３は先端側筒状部１７の内径である。

先端側筒状部１７の周壁は、軸線方向に軸線方向幅Ｌ３〜Ｌ７の間隔で五等分割され、各軸線方向幅Ｌ３〜Ｌ７内には、その長手方向との間に一定の鋭角θ２（例えば、２０°〜３０°の範囲内の角度）をなして伸延するスリット状の本体導入孔１５が形成されている。本実施形態では５個の本体導入孔１５が形成されている。そして、各本体導入孔１５は、先端側筒状部１７の周壁に描いた単一仮想螺旋Ｓに沿わせて配置されるとともに、複数の本体導入孔１５は、単一仮想螺旋Ｓの伸延方向に一定の間隔を開けて配置されている。各本体導入孔１５の伸延方向は単一仮想螺旋Ｓに沿っている。単一仮想螺旋Ｓは、図７に示すように、先端側筒状部１７を展開させた状態では仮想直線を描いており、この仮想直線上に一定の間隔を開けてスリット状の本体導入孔１５が形成されている。そして、円筒状に屈曲して形成された本来の先端側筒状部１７において、この仮想直線が単一仮想螺旋Ｓを描いている。寸法Ｌ８は先端筒状部１８の軸線方向幅（長さ）である。

各本体導入孔１５は、単一仮想螺旋Ｓ上において、先端側筒状部１７の周壁の一部を切欠するとともに、他端開口部１３側の一端を円周方向に切欠した一側端縁部１７ａを内方へ屈曲させることで、一端開口部１２側から他端開口部１３側に向かって漸次拡径状に開口させて形成されている。寸法Ｗ１は本体導入孔１５の最大開口幅である。なお、本体導入孔１５の個数は、特に限定されず、例えば１０個以上等、多数の本体導入孔１５が形成されてもよい。

一側端縁部１７ａは、外方（先端側筒状部１７の半径方向）へ凸状に屈曲する外表面が本体導入孔１５から導入される水の導入案内面として機能する一方、内表面が旋回流動される水の旋回案内面として機能する（矢印Ｆ２参照）。したがって、単一仮想螺旋Ｓに沿わせて配置された各本体導入孔１５を形成する一側端縁部１７ａが水を堅実に螺旋状に旋回案内する。

混合器本体１１内には、図２に示すように、一端開口部１２からポンプ１０６により吸引して導入した燃料油（矢印Ｆ１参照）を軸線方向に流動させて他端開口部１３から導出する直状の軸線流路１４が形成されている。また、混合器本体１１の先端側筒状部１７の周縁部には、螺旋流路１９が形成されている。螺旋流路１９では、本体導入孔１５から導入された水が先端側筒状部１７の内周面に沿って軸線流路１４の軸線を中心として軸線流路１４の外周を螺旋状に旋回されながら流動される。そして、螺旋流路１９を流動する水が、軸線流路１４を流動する燃料油に剪断・分散作用して混和し、混和した後に他端開口部１３から混合流体として導出される（矢印Ｆ３参照）。

次に、被覆体３０について説明する。被覆体３０は、図４、図５、図１０および図１１に示すように、一端開口部３１から他端開口部３２に向かって漸次拡径させて漏斗状に形成した被覆基端筒状部３３と、被覆基端筒状部３３の終端から他端開口部３２に向かって略同径にて伸延する円筒状の被覆本体３４と、被覆本体３４の終端から他端開口部３２まで伸延する円筒状の被覆先端筒状部３５とから、全体として直状に形成されている。一端開口部３１の内周縁部には、混合器本体１１の基端側筒状部１６の外周面中途部が当接するようにしている。図１０において、寸法Ｌ９は被覆体３０の長手幅であり、寸法Ｌ１０は被覆基端筒状部３３の軸線幅であり、寸法Ｌ１１は被覆本体３４の長手幅であり、寸法Ｌ１２は被覆先端筒状部３５の軸線幅である。また、寸法Ｄ４は一端開口部３１の内径であり、寸法Ｄ５は他端開口部３２の内径である。θ３は被覆基端筒状部３３の周面傾斜角度であり、周面傾斜角度θ３＞周面傾斜角度θ１となっている。

被覆本体３４の周壁には、全幅にわたって長手方向に沿って直状に伸延するスリット状の被覆体導入孔３６が複数形成されている。本実施形態では２個の被覆体導入孔３６が形成されている。２個一対の被覆体導入孔３６は、被覆体３０の軸線を中心とする点対称の位置に配置されている。各被覆体導入孔３６は、被覆本体３４の長手幅Ｌ１１にわたって周壁を軸線方向に直状に切欠するとともに、両端を円周方向に切欠した一側端縁部３４ａを内方へ屈曲させることで、一端開口部１２から他端開口部１３に向かって略同一幅に開口させて形成されている。

一側端縁部３４ａは、外方（被覆本体３４の半径方向）へ凸状に屈曲する外表面が被覆体導入孔３６から導入される水の導入案内面として機能する一方、内表面が旋回流動される水の旋回案内面として機能する（矢印Ｆ２参照）。したがって、点対称の位置に配置された一対の被覆体導入孔３６を形成する一側端縁部３４ａが水を堅実に旋回案内する。

被覆本体３４の内周面と混合器本体１１の先端側筒状部１７の外周面との間には、図３に示すように一定の間隔Ｗ３が保持された円筒状の旋回流路３７が形成されている。この旋回流路３７内で水が旋回流動される（矢印Ｆ２参照）。ここで、旋回流路３７の幅となる一定の間隔Ｗ３は、混合器本体１１の内径以下でその内径の半分以上、好ましくは、その内径と略同径の寸法とされる。そして、旋回流路３７では、被覆体導入孔３６から導入された水が被覆本体３４の内周面に沿って軸線流路１４の軸線を中心に旋回されながら流動するとともに、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に導入される。図１１に示す寸法Ｗ２は、被覆体導入孔３６の最大開口幅である。このように、旋回流路３７は、被覆体３０の周壁に形成された被覆体導入孔３６から導入された燃料油を被覆体３０の内周面に沿わせて軸線流路１４の軸線を中心に旋回させながら流動させて混合器本体１１の本体導入孔１５に導入させる。すなわち、流体混合器１０においては、被覆体３０の被覆体導入孔３６が外側導入孔として機能し、混合器本体１１の本体導入孔１５が内側導入孔として機能する。

被覆本体３４の周壁に形成した被覆体導入孔３６の長手幅Ｌ１１内には、混合器本体１１の先端側筒状部１７の周壁に形成した５個の本体導入孔１５が配置されている。被覆体導入孔３６を通して被覆本体３４内に導入された水は、旋回流路３７内で旋回されながら５個の本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に導入される（矢印Ｆ２参照）。

以上のように混合器本体１１および被覆体３０を有する流体混合器１０によれば、次のような作用が得られる。図２および図３に示すように、混合器本体１１内の軸線流路１４を燃料油が軸線方向に沿って流動されると（矢印Ｆ１参照）、混合器本体１１内の軸線流路１４が減圧される。そして、その減圧効果から生じる吸引によりケーシング２内に収容した水は、被覆体導入孔３６を通して被覆本体３４内に旋回されながら導入されて、被覆本体３４内の旋回流路３７で旋回流動される（矢印Ｆ２参照）。さらに、旋回流路３７で旋回流動されている水は、本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に導入されるとともに、軸線流路１４を軸線流動されている燃料油（矢印Ｆ１）の周囲にて螺旋状に旋回流動されて、螺旋流路１９の全域において、燃料油と旋回混流される。また、このようにして、燃料油と水とが旋回混流されて混合された混合流体としての油水混合燃料が生成され、油水混合燃料は、他端開口部１３から導出される（矢印Ｆ３参照）。このように、流体混合器１０は、軸線流路１４を軸線流動する燃料油と、その周囲を螺旋状に旋回流動する水とを、螺旋流路１９の全域において混合させて他端開口部１３から導出させるように構成されている。

この際、水は、旋回流路３７で予備的に軸線流路１４の軸線を中心に旋回され、続いて、螺旋流路１９を通して軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回流動される。つまり、軸線流路１４の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら旋回される。そのため、旋回流動されている水が、軸線中心側で加速されて高速で燃料油に剪断作用する。その結果、燃料油は微細かつ均等に分散される。したがって、燃料油に水を高速で旋回混流させることができて、燃料油と水を均一に混和させることができる。

また、混合器本体１１の基端側筒状部１６を漸次拡径させて形成しているため、基端側筒状部１６内を流動される燃料油の分散性を漸次高めることができる。先端側筒状部１７を基端側筒状部１６の終端から先端筒状部１８まで略同径に形成して、先端側筒状部１７内において水が螺旋状に旋回流動されるようにしているため、基端側筒状部１６から先端側筒状部１７に流動される燃料油と、先端側筒状部１７において螺旋状に旋回流動される水との混和性と旋回性を促進させることができる。

また、本体導入孔１５は、先端側筒状部１７の周壁にその長手方向に対して（長手方向との間に）一定の鋭角θ２をなして伸延するスリット状に５個形成され、その５個の本体導入孔１５は、単一仮想螺旋Ｓに沿わせてかつその伸延方向に間隔を開けて配置されている。このような構成により、本体導入孔１５から導入された水は混合器本体１１内で堅実に螺旋状に旋回される。また、被覆体導入孔３６が被覆本体３４の周壁にその長手方向に沿って伸延するスリット状に形成されているため、被覆体導入孔３６から導入された水は被覆本体３４の内周面に沿って流動されて堅実に旋回される。したがって、水が、外周における予備的な旋回流から内周における螺旋状の旋回流に変化して、高速の旋回流となって燃料油に堅実に剪断・分散化作用する。その結果、燃料油がサブマイクロレベルで微細化かつ均一化される。このように、本実施形態の流体混合器１０は、少なくとも軸線流路１４と螺旋流路１９を具備するとともに、これらの流路１４,１９に加えて旋回流路３７を具備している。

なお、本実施形態では、流体混合器１０を備えたエマルション装置１０２により、いずれも液体である燃料油と水を混合させる場合について説明したが、この場合に限らず、同様の構成を用いて燃料油に対して水以外の液体あるいは気体を混合させることもできる。つまり、燃料油と混合される他の流体としては、水等の液体および気体を含む。また、流体混合器１０を形成する各部の大きさ等は、燃料油および水の粘度等に適応させて適宜設定される。

続いて、上述したような構成を備える流体混合器１０と、流体混合器１０を収容するケーシング２との互いの間の支持構造の一例について、図１２を用いて説明する。図１２に示すように、ケーシング２は、円筒状の外形をなす閉塞ケース状に構成されており、流体混合器１０の大部分を囲繞する。ケーシング２は、被覆基端筒状部３３の基端部外周面と第２連通パイプ５の基端部外周面との間に位置する被覆体３０の部分を囲繞するように構成されている。

ケーシング２は、円筒状の周壁形成部４０と、周壁形成部４０の筒軸方向の一側端部を塞ぐ一側端壁形成部４１と、周壁形成部４０の筒軸方向の他側端部を塞ぐ他側端壁形成部４２とを有し、内部に水を収容可能に構成されている。ケーシング２は、一側端壁形成部４１および他側端壁形成部４２に被覆体３０の長手方向の両端部をそれぞれ貫通させた状態で、一側端壁形成部４１と他側端壁形成部４２との間に被覆体３０を架設させた態様で、流体混合器１０を支持する。ケーシング２は、円筒状の周壁形成部４０に対して流体混合器１０を同心配置させた状態で支持する。ケーシング２の一側端壁形成部４１には、一側端壁形成部４１から外側に向けて円筒状に突出する部分であって被覆基端筒状部３３の中途部周面を取り囲む基端側取付部４３が設けられている。ケーシング２の他側端壁形成部４２には、他側端壁形成部４２から外側に向けて円筒状に突出する部分であって被覆先端筒状部３５の基端部外周面を取り囲む先端側取付部４４が設けられている。

周壁形成体６０の基端側には、水供給路１１３の下流側の端部を構成する水供給パイプ４５の先端部が連通連結されている。そして、水供給パイプ４５の先端開口部４６は、周壁形成体６０の内周面でかつ下流側に指向させて設けられており、先端開口部４６から吸引・流入される水が被覆体３０の軸線廻りに螺旋状の旋回流をなすように構成されている。

このように構成することによって、燃料油が混合器本体１１内を吸引・流動されると、混合器本体１１内が減圧されて、水タンク１０５内の水が水供給路１１３から水供給パイプ４５を通して先端開口部４６からケーシング２内に吸引・流入され、吸引・流入された水が被覆体３０の軸線廻りに螺旋状の旋回流を形成する。その結果、ケーシング２内には予備的な旋回流路３７が形成されて、水が旋回されながら被覆体導入孔３６を通して被覆体３０内に吸入される。なお、ケーシング２の形状は円筒状に限らず例えば直方体状等であってもよい。

（流体混合器の変形例１）
流体混合器の第１変形例について、図１３および図１４を用いて説明する。図１３および図１４に示すように、流体混合器の第１変形例としての流体混合器１０Ａにおいては、被覆本体３４に、その内周面の接線方向に直状に伸延して被覆本体３４を貫通する被覆体導入孔７０が多数個整列させて形成されている。すなわち、被覆体導入孔７０は、被覆本体３４の軸線方向に一定の間隔をあけて形成されるとともに、円周方向に一定の間隔をあけて形成している。図に示す例では、被覆体導入孔７０は、円周廻りに６０°の間隔をあけて６個形成されている。そして、円周方向に隣接する被覆体導入孔７０は、被覆本体３４の外周面においてその軸線方向に伸延する略仮想螺旋上に配置されている。

第１変形例の流体混合器１０Ａは、図１４に示すように、被覆本体３４内には多数個の被覆体導入孔７０のそれぞれを通して水が反時計廻りに吸入されるように構成されている。そして、被覆本体３４内の旋回流路３７では、水が混合器本体１１の内周面に沿って、その軸線廻りに螺旋状の旋回流となる（矢印Ｆ２参照）。旋回流となった水は、反時計廻りに旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入される。

（流体混合器の変形例２）
流体混合器の第２変形例について、図１５および図１６を用いて説明する。図１５および図１６に示すように、流体混合器の第２変形例としての流体混合器１０Ｂにおいては、被覆体３０が省略されており、流体混合器１０Ｂは、混合器本体１１のみから構成されている。この変形例の場合における流体混合器１０Ｂとケーシング２との互いの支持構造の一例を、図１６に示す。

図１６に示すように、第２変形例としての流体混合器１０Ｂは、円筒状の外形をなす閉塞ケース状に構成されたケーシング２により大部分が囲繞された状態で設けられる。流体混合器１０Ｂにおいては、基端側筒状部１６の中途部外周面と第２連通パイプ５の基端部外周面との間に位置する混合器本体１１の部分がケーシング２により囲繞される。

そして、流体混合器１０Ｂは、ケーシング２の一側端壁形成部４１および他側端壁形成部４２に混合器本体１１の長手方向の両端部をそれぞれ貫通させた状態で、一側端壁形成部４１と他側端壁形成部４２との間に混合器本体１１を架設させた態様で支持される。流体混合器１０Ｂは、円筒状の周壁形成部４０に対して同心配置された状態で支持される。また、一側端壁形成部４１の基端側取付部４３により、基端側筒状部１６の中途部周面が取り囲まれ、他側端壁形成部４２の先端側取付部４４により、第２連通パイプ５の基端部外周面が取り囲まれる。なお、周壁形成部４０の基端側には、図１２に示す場合と同様に、水供給路１１３の下流側の端部を構成する水供給パイプ４５の先端部が連通連結されており、水供給パイプ４５の先端開口部４６から吸引・流入される水が混合器本体１１の軸線廻りに螺旋状の旋回流をなすように構成されている。

このように構成することによって、燃料油が混合器本体１１内を吸引・流動されると、混合器本体１１内が減圧されて、水タンク１０５内の水が水供給パイプ４５を通して先端開口部４６からケーシング２内に吸引・流入され、吸引・流入された水が混合器本体１１の軸線廻りに螺旋状の旋回流を形成する。その結果、ケーシング２内には予備的な旋回流路３７が形成されて、水が旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入される。

（流体混合器の変形例３）
流体混合器の第３変形例について、図１７を用いて説明する。図１７に示すように、流体混合器の第３変形例としての流体混合器１０Ｃは、第２変形例としての流体混合器１０Ｂと基本的構造を同じくしているが、ケーシング２を周壁形成部４０の内周面に螺旋状の旋回手段５０を配設して構成し、ケーシング２内に吸引・流入された水が混合器本体１１の軸線廻りに堅実な螺旋状の旋回流となされるようにして、ケーシング２内に予備的な旋回流路３７が形成されるようにしている点で異なる。

旋回手段５０は、円筒状の周壁形成部４０の内周面に沿わせて、帯状の旋回案内片５１を周壁形成部４０の軸線廻りに螺旋状かつ周壁形成部４０の内方に凸条に取り付けて構成されている。そして、ケーシング２内に吸引・流入された水が旋回案内片５１の側壁に沿って流動されて、周壁形成部４０の軸線廻りに螺旋状かつ周壁形成部４０の内方に凸条に混合器本体１１の外周で形成されて、堅実に旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入される。なお、旋回手段５０は、円筒状の周壁形成部４０の内周面に凹条溝を周壁形成部４０の軸線廻りに螺旋状に形成して構成し、水が凹条溝に沿って螺旋状の旋回流となされて、旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入されるように構成することもできる。

このように、第３変形例では、エマルション装置に、ケーシング２に旋回手段５０を配設した構成とすることで、ケーシング２に予備的な旋回流路３７を堅実に形成する旋回流路形成機能を持たせている。つまり、第３変形例では、ケーシング２と旋回手段５０を含む構成が、旋回流路形成機能を有する被覆体３０としても機能するように構成されている。

本実施形態に係るエマルション装置１０２を構成する流体混合器１０の構成とそれに対応する作用は次のとおりである。

本実施形態に係る流体混合器１０は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体１１を有し、この混合器本体１１には、一端開口部１２から導入した燃料油を軸線方向に流動させて他端開口部１３から導出する軸線流路１４と、ケーシング２内に収容した燃料油をその流動による減圧効果から生じる吸引により混合器本体１１の周壁に形成した本体導入孔１５を介して燃料油の軸線流路１４の外周から導入した水を混合器本体１１の内周面に沿わせて軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回させながら流動させて燃料油と水とを混合して他端開口部１３から導出する螺旋流路１９とが形成されている。

このような構成によれば、水を収容したケーシング２内に流体混合器１０を配置し、燃料油を混合器本体１１の一端開口部１２から他端開口部１３に向けて軸線流路１４を通して軸線方向に沿って流動させる（他端開口部１３側からポンプ１０６で引き入れる）ことで、軸線流路１４内を減圧させることができて、水を本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込みながら導入することができる。続いて、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入された水は、軸線流路１４を流動している燃料油の周囲にて螺旋流路１９を通して螺旋状に旋回流動されて、燃料油を螺旋流路１９の全域において剪断・分散する。その結果、燃料油と水が均一に混和される。この際、水は、螺旋流路１９を通して軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回流動される。つまり、軸線流路１４の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら旋回される。そのため、旋回流動が軸線中心側で加速されて高速で燃料油に剪断作用し、燃料油を微細かつ均等に分散する。

また、本実施形態に係る流体混合器１０は、混合器本体１１の外周を一定の間隔を保持して被覆する被覆体３０を有し、被覆体３０に、その周壁に形成した被覆体導入孔３６から導入した水を被覆体３０の内周面に沿わせて軸線流路１４の軸線を中心に旋回させながら流動させて混合器本体１１の本体導入孔１５に導入させる旋回流路３７を形成して、軸線流路１４を軸線流動する燃料油と、その周囲を螺旋状に旋回流動する水とを、螺旋流路１９の全域において混合させて他端開口部１３，３２から導出させるようにしている。

このような構成によれば、水を収容したケーシング２内に流体混合器１０を配置し、燃料油を混合器本体１１の一端開口部１２から他端開口部１３に向けて軸線流路１４を通して軸線方向に沿って流動させる（他端開口部１３側からポンプ１０６で引き入れる）。そうすることで、軸線流路１４内を減圧させることができて、水を被覆体３０の被覆体導入孔３６から被覆体導入孔３６内に引き込みながら導入することができる。そして、被覆体３０内に導入された水は、旋回流路３７を通して旋回されるとともに、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入される。続いて、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入された水は、軸線流路１４を流動している燃料油の周囲にて螺旋流路１９を通して螺旋状に旋回流動されて、燃料油を螺旋流路１９の全域において剪断・分散する。その結果、燃料油と水が均一に混和される。この際、水は、旋回流路３７で予備的に軸線流路１４の軸線を中心に旋回され、続いて、螺旋流路１９を通して軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回流動される。つまり、軸線流路１４の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら旋回される。そのため、旋回流動が軸線中心側で加速されて高速で燃料油に剪断作用し、燃料油を微細かつ均等に分散する。

また、流体混合器１０は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体１１と、混合器本体１１の外周を一定の間隔を保持して被覆する被覆体３０とで構成することができるため、合成樹脂等により軽量で構造簡易かつ安価に製造することができる。

また、本実施形態に係る流体混合器１０においては、混合器本体１１は、一端開口部１２から他端開口部１３に向かって漸次拡径させて形成した基端側筒状部１６と、基端側筒状部１６の終端から他端開口部１３まで略同径に形成した先端側筒状部１７とを具備し、先端側筒状部１７の周壁には、その長手方向との間に一定の鋭角をなして伸延するスリット状の本体導入孔１５を複数個形成するとともに、各本体導入孔１５は単一仮想螺旋に沿わせてかつその伸延方向に間隔を開けて配置されている。

このような構成によれば、混合器本体１１の基端側筒状部１６を漸次拡径させて形成し、先端側筒状部１７を基端側筒状部１６の終端から他端開口部１３まで略同径に形成して、先端側筒状部１７内において水が螺旋状に旋回流動されるようにしているため、基端側筒状部１６から先端側筒状部１７に流動される燃料油と、先端側筒状部１７において螺旋状に旋回流動される水との混和性と旋回性を促進させることができる。この際、本体導入孔１５は、先端側筒状部１７の周壁には、その長手方向との間に一定の鋭角をなして伸延するスリット状に複数個形成するとともに、複数個の本体導入孔１５は単一仮想螺旋上に配置しているため、本体導入孔１５から導入された水は混合器本体１１内で堅実に螺旋状に旋回される。

また、本実施形態に係る流体混合器１０においては、被覆体３０の周壁には、その長手方向に沿って伸延するスリット状の被覆体導入孔３６が形成されている。

このような構成によれば、被覆体導入孔３６を被覆体３０の周壁にその長手方向に沿って伸延するスリット状に形成しているため、被覆体導入孔３６から導入された水は被覆体３０の内周面に沿って流動されて堅実に旋回される。したがって、水が、外周における予備的な旋回流から内周における螺旋状の旋回流に変化して、高速の旋回流となって燃料油に剪断・分散化作用する。その結果、燃料油がサブマイクロレベルで微細化かつ均一化される。

また、本実施形態に係るエマルション燃料の生成方法は、ポンプ１０６により吸引されて軸線流路１４をその軸線方向に沿って流動する燃料油と、その外周において、旋回流路３７を通して旋回流動させた後に、燃料油の流動による減圧効果から生じる吸引により螺旋流路１９を通して螺旋状に旋回流動する水とを、軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回させて流動させながら混合するものである。

このような方法によれば、軸線流路１４をその軸線方向に沿って流動する燃料油に対して、その外周において、旋回流路３７を通して予備的に旋回流動させた後に、螺旋流路１９を通して高速化して螺旋状に旋回流動する水を、軸線流路１４の軸線方向に流動させながら混和させることができる。その結果、水が微細化されるとともに、燃料油に均一に分散される。

また、本実施形態に係るエマルション燃料の生成方法は、水を収容したケーシング２内において、軸線流路１４内に燃料油をポンプ１０６により吸引して導入し、軸線流路１４内の軸線方向に沿う燃料油の流動による減圧効果から生じる吸引により、ケーシング２内に収容した水を軸線流路１４内に導入するとともに、軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回させながら燃料油と水とを混合させるものである。

このような方法によれば、軸線流路１４内で燃料油を軸線方向に沿って流動させることで軸線流路１４内を減圧して、水を旋回させながら導入して燃料油に剪断・分散化作用させることができる。そのため、水の微細化と燃料油への均一化を良好に確保することができる。しかも、かかる混合流体を短時間に安価に生成することができる。

以上説明したような本実施形態のエマルションエンジンシステム１００によれば、エンジン周りの構造を簡単な構造にすることができるとともに、燃料油と水とを混合してエマルション化させたエマルション燃料についてエマルション化した状態を長期にわたって保持することが可能であり、燃料油と水とが互いに分離することに起因する不具合を解消することができる。

本実施形態のエマルションエンジンシステム１００によれば、エンジン１０１の燃焼室の直前において、負圧吸引作用によるせん断力により微粒子化した水粒子と燃料油とが混合してエマルション化されるので、完全にエマルション化された状態の油水混合燃料をエンジン１０１に燃焼燃料として供給することができる。このため、エンジン１０１における燃焼効率の向上を図ることができ、しかも、エンジン１０１の燃焼室の直前で油水混合するためにエンジン１０１に供給する前に水と燃料油とが分離する恐れがなく完全にエマルション化した状態の燃料を効率よくエンジンに供給することができる。

また、本実施形態のエマルションエンジンシステム１００は、エンジン１０１に供給される油水混合燃料についての余剰燃料を燃料油と水とに分離するセパレータ１０７を備える。これにより、余剰燃料が燃料油と水とに分離されて再度精製、混合（エマルション化）されてエンジン１０１の燃焼室に供給されることになるため、有益な燃料消費効率を保持することができる。

また、本実施形態に係るエマルション装置１０２によれば、構造簡易で安価に分散相をマイクロレベルないしサブマイクロレベルに微細化するとともに均一化することができる。つまり、マイクロレベルからサブマイクロレベルの微粒の水滴を生成することができる。具体的には、水滴の粒子径が１〜１００μｍ程度のエマルション燃料を得ることができる。特に、例えば図２に示すように混合器本体１１と被覆体３０とを有する流体混合器１０を備える構成によれば、エマルション燃料の水滴の大部分の粒子径を約１μｍにすることができ、サブマイクロレベルの極めて微粒の水滴を生成することができるという優れた性能を得ることができる。また、界面活性剤等の乳化剤なしで、長期（例えば数か月）にわたって安定的なマイクロエマルションを生成することができ、しかも粒子径が均一な水滴を生成できるという優れた性能も得ることができる。このように、本実施形態に係るエマルション装置１０２によれば、極めて優れたエマルション生成能力（流体混合能力）を得ることができる。なお、エマルション装置１０２において生成されるエマルションの平均粒子径及び粒子数等にその粘性の影響はほとんど無く、粒子径はポンプ圧、粒子数は導入量によって支配されることが実験等により確認されている。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と共通の部分については同一の符号を付する等して説明を適宜省略する。本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００Ａは、エンジン１０１に供給される油水混合燃料の余剰燃料に関し、上述したようにセパレータ１０７により燃料油と水とを互いに分離して燃料油タンク１０４および水タンク１０５の各タンクに戻す構成に代えて、余剰燃料を油水混合燃料のままエマルション装置１０２のケーシング２内に戻すための構成を備える。

具体的には、図１８に示すように、本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ａは、余剰燃料を燃料油と水に分離してエマルション装置１０２に戻すのではなく、余剰燃料をそのまま直接的にエマルション装置１０２に戻し、燃料油と水と余剰燃料との三者混合を行って再度所定の油水混合燃料を生成してエンジン１０１に供給するように構成されている。したがって、エマルションエンジンシステム１００Ａは、エンジン１０１に供給されるエマルション燃料の余剰燃料をエマルション装置１０２に戻す燃料戻り配管１２１を備える。燃料戻り配管１２１は、燃料噴射弁１０１ａの手前となる混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂから分岐するとともに、下流側の端部がエマルション装置１０２のケーシング２内に連通接続される。燃料戻り配管１２１によれば、混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂから余剰燃料がエマルション装置１０２のケーシング２内に戻される。そして、エマルション装置１０２は、燃料油と水と燃料戻り配管１２１により戻された余剰燃料との三者を混合してエマルション燃料を生成する。

このように、本実施形態では、燃料戻り配管１２１をエマルション装置１０２に連通させて余剰燃料がケーシング２内の水と混合される。このケーシング２内の余剰燃料と水との混合流体は、被覆体３０の被覆体導入孔３６および本体導入孔１５、あるいは変形例の場合は本体導入孔１５のみを通って混合器本体１１内に吸引され、せん断作用によって微粒子化される。これにより、流体混合器１０内において、余剰燃料および水の混合流体と燃料油とが混合された三者混合の油水混合燃料が生成され、その油水混合燃料が混合燃料通路１１１によってエンジン１０１に供給される。

本実施形態のように余剰燃料をエマルション装置１０２内において燃料油と水と共に混合する構成においては、適正な油水混合燃料を得るため、燃料油と水と余剰燃料との混合比の制御が行われることが望ましい。かかる混合比の制御を行うための構成として、エマルションエンジンシステム１００Ａは、図１８に示すように、エンジン１０１に供給される油水混合燃料の粘度を計測するための粘度センサ１２２と、エマルション装置１０２に供給される水の量を制御するための制御弁１２３と、これら粘度センサ１２２と制御弁１２３とを互いに結線するフィードバック回線１２４とを備える。

粘度センサ１２２は、エマルション装置１０２で生成された油水混合燃料をエンジン１０１に導く混合燃料通路１１１に設けられる。図１８に示す例では、粘度センサ１２２は、混合燃料通路１１１におけるポンプ１０６の上流側の部分である上流側通路部１１１ａに設けられている。なお、粘度センサ１２２は、混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂに設けられてもよい。

制御弁１２３は、水タンク１０５からエマルション装置１０２に対する水供給路１１３に設けられている。制御弁１２３は、例えば電磁制御弁であり、粘度センサ１２２による検出信号に基づいて開閉動作についての制御を受ける。制御弁１２３は、その開閉動作によって水供給路１１３の通路面積を制御する。つまり、制御弁１２３の開閉動作により、水供給路１１３からエマルション装置１０２に供給される水の量が制御される。

粘度センサ１２２と制御弁１２３は、フィードバック回線１２４を介して互いに接続されることで、制御弁１２３の開閉動作が、粘度センサ１２２により検出される油水混合燃料の粘度に基づいてフィードバック制御されるように構成されている。すなわち、エンジン１０１に供給される油水混合燃料の粘度について予め所定の粘度が設定され、粘度センサ１２２により検出される油水混合燃料の粘度がその所定の粘度となるように、制御弁１２３の開閉動作、つまりエマルション装置１０２に対する単位時間当たりの水の供給量がフィードバック制御される。

粘度センサ１２２からの信号に基づく制御弁１２３のフィードバック制御に関しては、粘度センサ１２２または制御弁１２３と一体的にあるいは別体として設けられる制御部が用いられる。ただし、このフィードバック制御については、エンジン１０１が備えるＥＣＵ（Engine Control Unit）が用いられてもよい。この場合、粘度センサ１２２および制御弁１２３はそれぞれＥＣＵに接続され、ＥＣＵにより粘度センサ１２２からの信号に基づく制御弁１２３のフィードバック制御が行われる。

以上のようなフィードバック制御構成を採用することにより、燃料油、水、および戻り余剰燃料の三者混合の油水混合燃料の粘度、すなわち、燃料油と水との混合比を適正に制御することができる。本実施形態では、水タンク１０５からエマルション装置１０２への水の供給量を制御することにより、燃料油、水、余剰燃料の三者を適切な比率で混合する構成を採用している。

本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ａによれば、エンジン１０１に供給される油水混合燃料についての余剰燃料を燃料油と水に分離することなく、エマルション装置１０２において再度混合（エマルション化）されてエンジン１０１の燃焼室に供給されることになる。このため、セパレータ等の燃料油と水と分離するための構成を設ける必要がなく、簡単な構成により、有益な燃料消費効率を保持することができる。

なお、本実施形態では、水タンク１０５からエマルション装置１０２への水の供給量を制御することにより、燃料油、水、余剰燃料の三者の混合比率を制御する構成を採用しているが、かかる構成に代えてあるいは加えて、燃料油タンク１０４からエマルション装置１０２への燃料油の供給量を制御することで、三者の混合比率を制御する構成を採用してもよい。この場合、例えば、燃料油タンク１０４からエマルション装置１０２に対する燃料油供給路１１２に制御弁が設けられ、この制御弁の開閉動作が、粘度センサ１２２の検出信号に基づいてフィードバック制御される構成が用いられる。また、本実施形態のように余剰燃料を油水混合燃料のままエマルション装置１０２のケーシング２内に戻すための構成に加えて、第１実施形態のようなセパレータ１０７により燃料油と水とを互いに分離して燃料油タンク１０４および水タンク１０５の各タンクに戻す構成が用いられてもよい。つまり、第１実施形態のセパレータ１０７を含む構成と、第２実施形態の直接的な燃料戻り配管１２１との組合せであってもよい。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００Ｂは、図１９に示すように、第２実施形態の構成において、エマルション装置１０２からエンジン１０１に対するエマルション燃料の供給経路に設けられ余剰燃料を送り出すフィードポンプ１３１を備える。フィードポンプ１３１は、エンジン１０１とポンプ１０６との間において、燃料戻り配管１２１の始端が連通するように設けられる。フィードポンプ１３１は、混合燃料通路１１１のエンジン１０１とポンプ１０６との間の部分である下流側通路部１１１ｂに設けられている。

このような構成によれば、ポンプ１０６により油水混合燃料がエマルション装置１０２から混合燃料通路１１１を介して吸引されてエンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａに供給されるとともに、フィードポンプ１３１により余剰燃料が燃料戻り配管１２１によって所定の圧力で確実にエマルション装置１０２のケーシング２内へと戻される。これにより、上述したように粘度センサ１２２および制御弁１２３を含む構成によってフィードバック制御する燃料油と水の混合比を安定して適正に制御することができる。

以上の各実施形態を用いて説明した本発明に係るエマルションエンジンシステムによれば、次のような効果が奏される。すなわち、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、エマルション装置を構造簡易で軽量・コンパクトかつ安価に製造することができる。そのため、必要な初期コストに対する効果は非常に大きい。そして、エマルション装置の洗浄作業やメンテナンス作業を迅速かつ簡単に行うことができる。また、本発明に係るエマルション燃料の生成方法は、分散相としての水を効率良く剪断・分散することができる。しかも、水をマイクロレベルないしはサブマイクロレベルに微細化するとともに均一化することができる。そのため、短時間に大量の混合流体としてのエマルション燃料を安価に生成することができる。特に、本発明は、液相−液相の２相を高速で旋回混流させることによりマイクロエマルション（マイクロオーダーのエマルション）を生成することができるものであり、乳化速度を飛躍的に向上させることができるものである。したがって、エマルションの短時間・大量・安価生成に好適なものである。

近年、マイクロエマルション生成の手法は、半導体分野で用いられるフォトレジストを用いて基盤上に微細な溝を形成し、油（あるいは水）を押し出すことによって生成する手法に移りつつある。この手法は均一な粒子径を生成できる利点がある反面、微細加工等の単価が高いことや生成されるエマルション数の時間効率が悪いなどの欠点が挙げられる。一方、本発明に係るエマルション装置は、低コストでマイクロオーダーのエマルション燃料を生成可能なことや、エマルション燃料を生成する時間効率が高い等の効果を奏する。つまり、水−油を引き入れるポンプ出力の可変制御のみで多量から少量までの均一なエマルションの生成が可能であり、スケールアップが容易である。さらには、界面活性剤等の乳化剤を含まずに安定性のあるエマルション燃料の生成が可能である。

１０ 流体混合器
１１ 混合器本体
１２ 一端開口部
１３ 他端開口部
１４ 軸線流路
１５ 本体導入孔
１９ 螺旋流路
３０ 被覆体
１００ エマルションエンジンシステム
１０１ エンジン
１０２ エマルション装置
１０４ 燃料油タンク（第１のタンク）
１０５ 水タンク（第２のタンク）
１０６ ポンプ
１２１ 燃料戻り配管
１３１ フィードポンプ

Claims (4)

1. エンジンと、
   前記エンジンに供給される燃料として燃料油と他の流体とを混合してエマルション燃料を生成するエマルション装置と、
   前記エマルション装置に供給される燃料油を貯溜する第１のタンクと、
   前記エマルション装置に供給される他の流体を貯溜する第２のタンクと、
   前記エマルション装置により生成されたエマルション燃料を吸引して前記エンジンに供給するためのポンプと、を備え、
   前記エマルション装置は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体を有し、該混合器本体には、一端開口部から導入した燃料油を軸線方向に流動させて他端開口部から導出する軸線流路と、前記混合器本体の周壁に形成した本体導入孔から導入した他の流体を前記混合器本体の内周面に沿わせて前記軸線流路の軸線を中心とする螺旋状に旋回させながら流動させて燃料油と他の流体とを混合して他端開口部から導出する螺旋流路とが形成されている、
   エマルションエンジンシステム。
2. 前記エンジンに供給されるエマルション燃料の余剰燃料を受け、該余剰燃料を燃料油と他の流体とに分離するセパレータをさらに備え、
   前記セパレータにより分離された燃料油を前記第１のタンクに戻し、
   前記セパレータにより分離された他の流体を前記第２のタンクに戻す、
   請求項１に記載のエマルションエンジンシステム。
3. 前記エンジンに供給されるエマルション燃料の余剰燃料を前記エマルション装置に戻す燃料戻り配管をさらに備え、
   前記エマルション装置は、燃料油と他の流体と前記燃料戻り配管により戻された前記余剰燃料とを混合してエマルション燃料を生成する、
   請求項１に記載のエマルションエンジンシステム。
4. 前記エマルション装置から前記エンジンに対するエマルション燃料の供給経路に設けられ前記余剰燃料を送り出すフィードポンプをさらに備えた、
   請求項２または請求項３に記載のエマルションエンジンシステム。

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