JP2017155244A - 加水燃料の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水添加前の燃料である燃料元油と対比して、組成及び物理的特性が実質的に同じであるか、又はこれに近似しており、油水分離の観点からも燃料元油と同等の特性を備えた加水燃料を製造することができる、加水燃料の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】水に対して、高電圧の印加等の方法により電気的刺激を与えて水の分子を活性化させる水活性化工程と、水に添加剤として、カタラーゼ、水酸化ナトリウム、過酸化水素水溶液の少なくとも一つを添加した状態で、該水活性化工程を経た水を、燃料元油と混合し攪拌する攪拌混合工程と、該攪拌混合工程中における、又は該工程を経た燃料元油と水を、高温及び高圧のもとで融合させる融合工程とを少なくとも含む、加水燃料の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は、燃料油に水を加えた加水燃料の製造方法及び装置に関する。

世界的に環境問題が重要課題となって久しい近年、対応案として、太陽光や風力発電などの技術開発が盛んに進められている。しかし、このような再生可能エネルギへ完全に移行できるようになるまでの間、枯渇化の問題を含む従来の化石燃料を大切に使用し、エネルギ損失が少ない内燃機関や燃焼施設・設備の開発、更には発熱や燃焼特性の優れた化石燃料自体を改善するなど、多方面からの技術開発を並行して進めて行く必要があり、その一つとして、燃料油に水を混合する方法の開発が進められている。

加水燃料とは、燃料油に水を混合するもので、使用燃料が大幅に削減され、燃料が削減された分だけＣＯ₂（二酸化炭素）が削減されるので環境に良い燃料とされる。完全燃焼が期待されるので、燃焼に使用される空気量が相当量削減できる。それに伴い、窒素酸化物や粒子状物質（PM）の発生も抑制でき、ボイラーや内燃機関が排出するガスがもたらす環境負荷を低減させる効果がある。
このように、加水燃料は、大変有用なものであるが、一般的に、水と油は完全な融合が難しく、混合しても時間が経過すると分離してしまう傾向がある。また、融合を十分に行うことが不可能ではないとしても、それには非常に時間がかかり、経済的観点から、実用化には程遠いと予測される。
そのため、水と燃料油を完全に融合させ、時間が経過しても分離することがない加水燃料を製造できるような、短時間で水と燃料油の融合処理を行うことができる技術が望まれている。

化学燃料の効率化の一手法として、従来から、燃料油と水とを界面活性剤の存在のもとで混合して生成する加水燃料技術（特許文献１）が提案され、公知技術となっている。より詳しく述べると、特許文献１は、酸素を添加した油水混合物に天然鉱石を接触させ、同時に超音波振動を与えながら攪拌混合し、さらに撹拌混合された燃料油と水の混合物を3O℃〜15O℃に加熱し、かつ、気圧3気圧〜1O気圧で加庄する方法を開示するもので、この方法によれば、エマルジョン状態の加水燃料が得られる、と説明されている。特許文献１においては、この製造方法により、加水化率5O%以上のエマルジヨン燃料の油水分離現象を防止できる、と述べられている。
しかしながら、この製造方法では、得られるエマルジョン燃料が水（Ｈ₂Ｏ）を含む組成であるため、油水分離現象を防止できる期間に限度があり、２〜３ヶ月を経過すると油水分離現象が生じる可能性がある。また、加水燃料の透明度も油の透明度と比較して低い値となる傾向がある。そのため、特許文献１に教示された加水燃料の製造方法は、上述した問題の解決策として、満足できるものではない。

特許第４６８２２８７号

本発明は、従来技術におけるこれらの問題に着目し、これらの問題をすべて解決できる加水燃料の製造方法及び装置を提供することを主目的とする。
本発明の他の目的は、水添加前の燃料である燃料元油と対比して、組成及び物理的特性が実質的に同じであるか、又はこれに近似しており、油水分離の観点からも燃料元油と同等の特性を備えた加水燃料を製造することができる、加水燃料の製造方法及び製造装置を提供することである。

本発明に係る加水燃料の製造方法は、水に対して、高電圧の印加等の方法により電気的刺激を与えて水の分子を活性化させる水活性化工程と、水に添加剤として、カタラーゼ、水酸化ナトリウム、過酸化水素水溶液の少なくとも一つを添加した状態で、該水活性化工程を経た水を、燃料元油と混合し攪拌する攪拌混合工程と、該攪拌混合工程中における、又は該工程を経た燃料元油と水を、高温及び高圧のもとで融合させる融合工程とを、少なくとも含むことを特徴とする。ここで、「水の分子を活性化させる」とは、水分子が、上述の撹拌混合工程及び融合工程において必要とされる反応を生じ易い状態になるようにすることを意味する。
本発明の方法により製造された加水燃料は、水（Ｈ₂Ｏ）を実質的に含まず、かつ、燃料元油と実質的に同一であるか、これに近似する組成及び物理的特性を有するものとなる。例えば、燃料元油がディーゼル燃料として使用される軽油である場合には、得られる加水燃料は、元油である軽油と同等の軽油となる、という驚くべき結果が得られる。本発明により製造される軽油は、実質的に水（Ｈ₂Ｏ）を含まないので、長期間にわたり保存しても油水分離を生じないことが確認された。
同様に、本発明の方法によれば、燃料元油がＡ重油である場合には、該Ａ重油と実質的に同等か、これに近似する重油を製造することができる。
燃料元油に水を加えたにも拘わらず、加水燃料が、水（Ｈ₂Ｏ）を実質的に含まず、かつ、燃料元油と実質的に同一であるか、これに近似する組成及び物理的特性を有するものとなるようにするためには、可燃成分である炭化水素を生成するための炭素を外部から取り入れることが必要になる。特定の理論に拘泥する趣旨ではないが、本発明の方法においては、燃料元油と水の混合物の液面から周囲空気中の二酸化炭素を取り込み、該二酸化炭素を分解してその炭素を利用することにより、加水燃料の生成のための反応に必要とされる炭素の少なくとも大部分を得ているものと推測される。撹拌混合工程が行われる周囲が閉空間である場合には、周囲空気中から取り込まれる二酸化炭素の量が不足するが、このような状況のもとでは、燃料元油と水の混合物に炭素を加えることにより意図する加水燃料が得られることが確認できた。
また、可燃成分である炭化水素の生成に必要な水素は、活性化された水分子の分解により得られるものと推測される。水分子は、本発明の方法において与えられる電気的刺激により活性化されており、このように活性化された水分子を含む水に、カタラーゼ、水酸化ナトリウム、過酸化水素水溶液の少なくとも一つを添加した状態で、撹拌することにより、反応に必要な水素が得られることが確認されている。
燃料元油に添加される水の量は、特に限界はないと考えられるが、燃料元油に対する水の添加量が多くなり過ぎると、所望の組成を有する加水燃料の生成に要する反応時間が過大になり、実用的ではなくなることが懸念される。本発明の発明者は、体積比で、燃料元油１に対し水を約１の割合で混合した場合にも、十分に短い時間で所望の加水燃料を生成できることを確認した。水の添加量がこれよりも少ない場合には、より短い時間で所望の結果を得ることができる。したがって、本発明において、燃料元油と水の混合割合は、体積比で、燃料元油１に対し、水は約１以下とすることが好ましい。

本発明の方法においては、攪拌混合工程において、まず、燃料元油のみを攪拌混合タンクに投入し、攪拌しながら、水活性化工程と添加剤投入工程を経た水を所定量ずつ添加混合することが好ましい。この場合、液面に強い波立ちを生じるように激しく撹拌することが、空気中の二酸化炭素を液中に取り込むために好ましい。

本発明の方法においては、円筒部分を持つ攪拌混合タンクと、水活性化工程と添加剤投入工程とを経た水を該タンク内に噴射等の手法により投入する少なくとも一つの噴射管とを有する装置を使用し、該噴射管による水の噴射方向は、該円筒部分の直径線に対して所定の角度を持つようにすることが好ましい。

円筒部分を持つ攪拌混合タンクに少なくとも一つの噴射管を備えた装置を使用する上記態様による本発明の方法においては、上記の所定の角度は、約４０度ないし約５０度、特に約４５度であることが好ましく、複数の噴射管が備えられる場合には、すべての噴射管における上記の所定の角度が、約４０度ないし約５０度の範囲内の特定の角度、例えば、約４５度であるようにすることが好ましい。撹拌混合タンク中の液面に上述した強い波立ちを生じさせるためには、噴射管の吐出口は、液面から少なくとも８ｃｍ、好ましくは１０ｃｍ又はそれ以上、上方に位置させ、高速噴流として活性化された水を液面に噴射することが好ましい。

本発明の上記態様においては、該噴射管は、攪拌混合タンクタンクの内部に突出する突出部を持つ構成にすることが好ましい。

この場合において、該突出部の長さは、約１０ｃｍとすることが好ましい。

本発明の一態様においては、添加剤噴射工程において、カタラーゼを、水に対する重量比で０．０４から０．０５％添加することが好ましい。

本発明のさらに他の態様においては、上述した水活性化工程において活性化された水は、そのＯＲＰが１６０ｍＶから−２００ｍＶとなるようにすることが好ましい。

本発明の好ましい態様においては、水活性化工程は、トルマリン又は銅イオン発生材料を水に接触させた状態に保持し、水に対して、或いは、該トルマリン又は銅イオン発生材料に、１０ＫＨｚから６０ＫＨｚまでと、２００ＫＨｚ以上の２つの周波数超音波を交互に照射して、該トルマリンから放射される電気エネルギ又は該銅イオン発生材料から放射される銅イオンにより水を活性化することにより行われる。

本発明の更に好ましい態様においては、融合工程における加圧圧力を０．３ＭＰａ以上とし、加熱温度を４０℃から８０℃までの発明にとする。

本発明の更に好ましい態様においては、攪拌混合工程において、ＯＨＲミキサを用いる。
さらに、本発明の他の態様においては、燃料油と水とを混合して加水燃料を生成する加水燃料の製造装置が提供される。この装置は、水に電気的刺激を与えて水を活性化する水活性化装置と、水に添加剤として、カタラーゼ、水酸化ナトリウム、過酸化水素水溶液の少なくとも一つを添加する添加剤噴射装置と、燃料元油と、水活性化装置及び添加剤噴射装置を経た水とを混合し攪拌する攪拌混合装置と、該攪拌混合装置を経た燃料元油と水の混合物を、高温及び高圧のもとで融合させる融合装置とを備えたものである。
本発明の製造装置において、水活性化装置は、超音波発生装置を備えるものとすることができる。
この水活性化装置は、触媒を収容する部分を備え、触媒はトルマリンとするのが好ましい。
水活性化装置はまた、プラズマアーク処理装置を備えるものとすることができる。
この水活性化装置は、触媒を収容する部分を備え、触媒はアルミニウムとするのが好ましい。
本発明の製造装置において、攪拌混合装置は、大気に開放した開放系の攪拌混合タンクを備えるものとすることができる。
この攪拌混合装置は、攪拌混合すべき液体を攪拌混合タンクに噴射する噴射管を備え、噴射管は、攪拌混合タンク中の液面から上方に、好ましくは少なくとも８ｃｍ、より好ましくは、少なくとも１０ｃｍ離れた場所に配置されているのが好ましい。
本発明の製造装置において、融合装置は、ＯＨＲミキサを備えるものとすることができる。

本発明によれば、上述した方法及び装置の構成により、合成された後には水と油に分離され難いか、又は分離される恐れが殆どない加水燃料を得ることができる。また、効率よく加水燃料を生成することができる。上述したように、本発明の方法及び装置により製造された加水燃料は、水（Ｈ₂Ｏ）を実質的に含まず、かつ、燃料元油と実質的に同一であるか、又はこれに近似する組成及び物理的特性を有するものとなる。
また、本発明の加水燃料は、既存の燃料油と単位分量当たりの発熱量が同等又はそれ以上であり、かつ、既存の燃料油と比較して、燃焼後の燃焼室、排気管等の劣化や腐食が少ないといった効果がある。さらに、本発明の加水燃料は、完全燃焼性に優れ、一酸化炭素が生成されにくく、また一酸化炭素の排出量も少ないなど、といった効果が達成される。

本発明に係る加水燃料の製造方法の工程図である。 本発明に係る加水燃料の製造方法に用いる製造装置の全体構成図である。 本発明に係る製造装置に使用し得る撹拌装置の反応槽への噴射管の構造図である。 本発明に係る製造装置に使用し得るイオン化装置の一例の概略図である。 本発明に係る方法により軽油を元油として得られた加水燃料についてのＧＣ−ＭＳ分析の結果を示すチャートである。 本発明に係る方法により軽油を元油として得られた他の加水燃料についてのＧＣ−ＭＳ分析の結果を示すチャートである。 元油として使用した軽油についてのＧＣ−ＭＳ分析の結果を示すチャートである。 本発明に係る方法によりＡ重油を元油として得られた他の加水燃料についてのＧＣ−ＭＳ分析の結果を示すチャートである。 元油として使用したＡ重油についてのＧＣ−ＭＳ分析の結果を示すチャートである。

本発明による加水燃料の製造方法について、以下に実施形態を図面に基づいて説明する。
なお、本実施例で示される加水燃料の製造方法の全体的な構成及び各細部の構成、数値は、下記に述べる実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内、即ち、同一の作用効果を発揮できる形状及び寸法の範囲内で変更することができるものである。

図１、図２、及び図３に従って、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明に係る製造装置を用いて遂行される本発明の一実施形態による方法のフロー図である。図２は、本発明に係る加水燃料の製造方法に用いる製造装置の全体構成図であり、図３は、本発明に係る製造装置の反応槽への水噴射を行うための噴射管の構造図である。
本発明の一実施形態において、加水燃料製造装置１は、元油改善槽２、精製水槽３、反応促進剤注入部４、反応槽５、改善油静置槽６、及び製品受槽７から構成される。この装置１の概要を説明すると、元油改善槽２で、燃料元油の前処理を行い、精製水槽３で水の活性化を行い、反応促進剤注入部４から添加剤を所定の槽に投入し、反応槽５で燃料元油と水の攪拌混合及び融合を行い、改善油静置槽６でスカムなどの不要な残留物を除去し、製品受槽７に製品である加水燃料を導入する。
元油改善槽２は、燃料油を混合する前の処理を行う槽である。燃料元油は、別の元油槽２０１から供給される。この槽は、油の温度を混合に適した温度にすることを目的とするものである。燃料元油は、元油槽２０１から元油改善槽２に供給された後、該元油改善槽２に設けられたヒータ８によって加熱され、熱電対（Ｔ）によって所定の温度に管理される。
元油改善槽２内の燃料元油は、油温の均一度を高めるために、ポンプ１１により該元油改善槽２から取出し、ヘッダ管２０２を通して槽内に再投入してもよい。また、触媒を用いて、前処理として、油の分子を細分化してもよい。

精製水槽３は、水を活性化する工程を遂行する。本発の方法に使用される水は、軟水であることが好ましく、したがって、水は軟水化装置３０１から供給される。この精製水槽３は、水の温度を混合に適した温度に維持すると共に、水の分子を活性レベルまで細分化することを目的とする。該精製水槽３に供給された水は、該精製水槽３に設けられたヒータ８によって、加熱され、熱電対（Ｔ）によって所定の温度に管理される。ＯＲＰ（酸化・還元電位）計によって、活性化の程度を測定することができる。精製水槽３の底部には超音波発生部１０が設けられており、該超音波発生部１０から、超音波を水に照射することで、水の分子集合体を細分化することができる。この際、２種類の超音波を交互に照射すること好適である。具体的には、１０ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの超音波と２００ｋＨｚ以上の超音波を交互に照射する。こうすることで、活性化の効率が向上する。
さらに、精製水槽３においては、触媒９として、トルマリン、銅イオン発生材料を用いることもできる。超音波発生部１０から超音波を照射する際に、水に触媒９を接触させることで、該触媒９から放射される電気エネルギにより、活性化の効率を向上させることができる。
活性化が均等に行われるように、槽内の水をポンプ１１によりヘッダ３０２に取出し、該ヘッダ３０２から再度、精製水槽３に戻すことにより、水を循環させてもよい。この際、水を槽の下部から引き出し、ポンプ１１で圧力をかけ、ヘッダ管３０２を通して、槽の上部から水を再噴射させる。このような構造とすることで、水の温度、活性化を均等に行うことができる。
水の活性化は、高圧トランスに接続された電極間に放電を発生させ、この放電により水を解離・電離させるような、水のプラズマアーク処理によって行うこともできる。プラズマアーク処理により水を活性化させる場合、例えば、水の循環経路中、精製水槽３とポンプ１１との間にプラズマアーク処理装置を設置することにより、処理を行うことができる。また、プラズマアーク処理を行う場合、触媒９としてアルミニウムを好適に使用することができる。
本発明においては、上述した電気エネルギの印加、及び水のプラズマアーク処理を総称して、「電気的刺激」と呼ぶ。

反応促進剤注入部４は、反応促進剤として添加剤を精製水槽３又は反応槽５に投入するものである。添加剤は、過酸化水素を水素と酸素に分解して酸素はガスとして大気に放出させる効果がある。そうすると、加水燃料内の含有水素比率を増大させ発熱量の低下を防止できる。添加剤としては、カタラーゼ、水酸化ナトリウム、過酸化水素水溶液などを用いる。投入する量は、細かく調整する必要がある。カタラーゼを添加する場合には、該カタラーゼの添加量は、水に対する重量比で、０．０４％から０．０５％が好適である。カタラーゼの添加量が０．０４％よりも少ないと効果が薄く、０．０５％よりも多いと十分溶けず、返ってスカムを増やすこととなり、燃料の品質を下げることとなる。

反応槽５は、攪拌混合工程及び融合工程を遂行するためのものである。燃料元油は、元油改善槽２から反応槽容器１３の上部に供給される。水は、精製水槽３から反応槽容器１３の側面に、噴射管１４により供給される。油と水の混合物は、反応槽容器１３の排出口１５からポンプ１１により取り出され、加圧された状態で、ＯＨＲミキサ１２を通って、ヘッダ管５０２から噴射管１４を通って反応槽容器１３内に循環させられる。ＯＨＲミキサ１２は、複数の物質を効率よく混合するものである。この槽は、融合工程において３〜９気圧程度の圧力をかけるので、他の槽よりも高圧力に耐える構造とする必要がある。槽の中段には、ヒータ８があり、油と水の混合物は、該ヒータ８によって所定の温度に管理される。

改善油静置槽６は、融合工程後の生成物を一時的に貯蔵する槽である。この槽で、添加物などで発生したスカムなどを沈殿させる。油と水が完全に一体となった加水燃料と、不純物とは、この改善油静置槽６内に静置することによって分離され、上澄みである加水燃料が製品受槽７に供給される。不純物には添加剤も含まれることから、不純物は、反応槽５に戻す。この槽での滞留時間は１時間程度が好適である。

製品受槽７は、製品として生成された加水燃料を貯蔵する槽である。生成された加水燃料は、ある程度まとまった段階で製品受槽７から製品貯蔵槽７０１に供給される。

次に、加水燃料の製造方法について説明する。この方法は、活性化工程、添加剤投入工程、攪拌混合工程、融合工程、及びろ過工程からなる。
活性化工程は、精製水槽３によって行われる。この工程は、水の分子を活性レベルまで細分化するものである。水を活性レベルまで細分化することによって、燃料元油との親和性が向上し、より多くの水を加水燃料の生成に使用することができる。水を精製水槽３に入れ、超音波発生部１０によって、超音波を水に照射することで、水を高周波で振動させることで、細分化を促す。超音波の周波数を２種類持ち、交互に照射することで、水の細分化を促すことができる。超音波の周波数は、例えば、１０ＫＨｚ〜６０ＫＨｚと２００ＫＨｚ以上の２種類とすることでより細分化が可能となる。また、超音波発生部１０を用いる際に、さらに、トルマリン、銅イオン発生材料を触媒として用いて、水に電気的刺激を与える。このような触媒材料を水に接触させた状態で超音波発生部１０を動作させることで、水に対して電気的刺激が与えられ、より活性化を進めることができる。

超音波を照射することによる活性化の程度は、ＯＲＰ（酸化還元電位）（ｍｖ）を測定することで確認することができる。超音波を照射して得られる水のＯＲＰは、１６０ｍＶ〜−２００ｍＶが好ましい。通常の水道水のＯＲＰは７００ｍＶ〜５００ｍＶである。
また、超音波を照射することによって、酸素が放出され、含有水素比率が向上する。
例えば、水２００Ｌを改質するためにトルマリンと水を接触させる場合には、２０Ｌ／ｍｉｎ〜５０Ｌ／ｍｉｎの流量で水を配管１５Ａ〜５０Ａから噴出させることが望ましい。およそ反応時間は１時間程度が適当であるが、２０分から１日でも効果を出すことができる。

次に、添加剤投入工程について説明する。添加剤投入工程は、反応促進剤注入部４に貯蔵された添加剤を精製水槽３又は反応槽５に添加することで、水の含有水素比率を増大させるものである。
添加剤としては、カタラーゼ、水酸化ナトリウム、過酸化水素水溶液の一種又は複数種を用いる。添加剤の投入量は、細かく調整する必要がある。前述したように、カタラーゼを使用する場合には、カタラーゼの添加量は、水に対する重量比で、０．０４％から０．０５％とするのが好適である。０．０４％よりも少ないと効果が薄く、０．０５％よりも多いと十分溶けず、返ってスカムを増やすこととなり、燃料の品質を下げることとなる。
水酸化ナトリウムについては、水に対して０．００１重量％〜０．１重量％の添加で添加剤としても効果を十分発揮する。過酸化水素水溶液の場合は、水に対して０．００１重量％から０．１重量％の添加で添加剤としても効果を十分発揮する。

次に、攪拌混合工程について説明する。攪拌混合工程では、精製水槽３において活性化され、添加剤が投入された後の水と、燃料元油とを混合する。まず、反応槽５に燃料元油のみを投入する。この燃料元油を反応槽５のＯＨＲミキサ１２を通して循環させる。ＯＨＲミキサ１２を通すことで、燃料元油の分子も均一化され、水と融合しやすくなる。ある程度、循環が完了したところで、精製水槽３から水を反応槽５に少量ずつ投入する。これは、燃料元油に対して水をできるだけ均一に分散させるためである。精製水槽３から供給される水は、精製水槽３のポンプ１１によって加圧され、排出口１５からの油と混合され、反応槽５のポンプ１１によって加圧され、ＯＨＲミキサ１２によって混合されていく。ＯＨＲミキサ１２の圧力は３気圧（０．３ＭＰａ）以上、温度は４０℃から８０℃が好適である。したがって、精製水槽３、反応槽５のポンプ１１の圧力は、それに見合った圧力とし、精製水槽３、反応槽５のヒータ８の加温もそれに見合ったものとする。ＯＨＲミキサ１２で混合された水と油は、ヘッダ管５０２を通って、噴射管１４から反応槽５に再投入される。反応槽５に対する噴射管１４の角度、反応槽５内部での突出量によって、混合の効率、質が変化する。
例えば、水１００Ｌを燃料元油１００Ｌと混合する場合には、水と燃料元油の混合物は、２０Ｌ／ｍｉｎ〜５０Ｌ／ｍｉｎの流量で配管サイズ１５Ａ〜５０Ａのものを通して循環させることが好ましい。混合時間は、５分〜１時間程度とすることができる。

次に、融合工程について説明する。融合工程では、水の精製水槽３から反応槽５への投入は完了しており、該融合工程は、ＯＨＲミキサ１２を通して、循環させることにより遂行される。圧力は、攪拌混合工程と同じ３気圧（０．３ＭＰａ）以上、温度は４０℃から８０℃が好適である。この工程において、ＯＨＲミキサ１２を十分に通すことで、水と油の融合が行われ、分離する恐れのない加水燃料とすることができる。
例えば、水１００Ｌを油１００Ｌに融合させる場合には、加圧圧力は、０．３ＭＰａ（３気圧）以上、温度は７０℃以上とすることが望ましいが、それ以上の加圧圧力、及びそれ以下の温度でもよく、加圧圧力０．９ＭＰａ、温度５０℃が最も有効である。反応時間は、この加圧圧力及び温度に到達してから２０分〜６０分が適当である。

次に、ろ過工程について説明する。ろ過工程では、完全に生成された加水燃料から、生成時に酵素を使用した場合に酵素の成分やその他の成分が凝固してスカム状となったものを分離する工程である。改善油静置槽６を用いる方法は、生成物を静置させ、比重分離する方法である。比較的比重の重いスカムなどは底に溜まり、加水燃料は、比重が軽いので上層に集まる。上層の加水燃料を製品受槽７に送り、製品の完成となる。改善油静置槽６での滞留時間は１時間以上とることが望ましい。
また、ろ過フィルターを通過させることによっても、加水燃料とスカムなどを分離できる。ろ過フィルターは、１０μｍ〜３０μｍ程度のものを用いる。ろ過フィルターを通過させる温度は４０℃以下が好ましく、通過時間は、配管２０Ａ〜５０Ａで流量２０Ｌ／ｍｉｎ〜５０Ｌ／ｍｉｎ程度が望ましいが、速度は穏やかな方がより望ましい。ろ過フィルター通過の回数は１回以上であればよい。

このように、上記の工程を行うことによって、水と燃料油を完全に混合し、時間が経過しても分離せず、且つ、短時間で水と燃料油の融合処理を行うことができる。

本発明の他の実施形態について図３を用いて説明する。前述の実施形態と同様の部分は省略する。図３は、本発明に係る製造装置の反応槽への噴射管の構造図である。図３（ａ）は、反応槽５と噴射管１４の関係を上部から見た図である。図３（ｂ）は、反応槽５の側面図である。
前述の実施形態において、加水燃料製造のための各工程について説明したが、そのなかで、攪拌混合工程及び融合工程で、どのように水と燃料元油の混合物を循環させるかが重要である。循環は、図２に示す装置において、基本的に、反応槽５の排出口１５から排出された混合物を、ポンプ１１及びＯＨＲミキサ１２から、噴射管１４を経て、反応槽５の上部側面から、再び反応槽５内に噴射状態で投入することにより行われる。循環では、混合物のすべてが均等に循環されることが理想である。しかし、反応槽５内への再投入の方法が適当でないと、混合物の一部のみがより多く循環され、他の部分は、あまり循環されないこととなり、全体が均一の加水燃料とならないか、又は均一にするまでの時間が非常にかかることになる。

そこで、本発明の発明者は、反応槽５へ混合物を再投入する噴射管１４と反応槽５との関係について検討した。図３（ｂ）に示すように、反応槽５は、上部が円筒体、下部が円錐体である。上部の側面には、噴射管１４が４つ配置され、図３（ａ）に示すように、４方向から、油水混合物を反応槽５内に噴射することができる。図３（ｃ）に示すように、反応槽５の円筒部の中心軸と噴射管１４が反応槽５に取り付けられる取付点とを結ぶ直径線に対する、噴射管１４の長さ方向の角度を、該噴射管１４の取付角又は噴射方向と定めた。そして、この取付角を、０度から９０度まで変えた際の、融合に必要な時間、生成された加水燃料の品質について検討した。図３（ｃ）において、取付角が０度の場合が噴射管１４ａ１である。以下１４ａ２、１４ａ３、１４ａ４と軸からの角度を大きくした。角度が１５度ごとに検討した。結果、軸からの角度が４５度のときが最も融合に必要な時間が短く、生成された加水燃焼の品質もよいことが確認された。この結果から、噴射管１４の取付角は、上述の直径線に対し、約４０度から約５０度までの範囲が好ましいことが分かる。

次に、図３（ｄ）のように、噴射管１４の、直径が６０ｃｍの反応槽５内部への突出量と融合に必要な時間、生成された加水燃料の品質について検討した。図３（ｄ）において、突出量が０の場合が噴射管１４ｂ１である。以下１４ｂ２、１４ｂ３、１４ｂ４と突出量を大きくした。突出量は１０ｃｍ単位で検討した。結果、突出量は１０ｃｍのときが最も融合に必要な時間が短く、生成された加水燃焼の品質もよかった。なお、さらに大きい反応槽を使用する場合、反応槽の直径に応じて噴射管の突出量を大きくするのが好ましく、また、噴射管の数を増やすのが望ましいと考えられる。

以上のことから、反応槽５への噴射管１４による混合物の投入は、円筒の直径線に対して４５度の角度で、噴射管１４の反応槽５内部への突出量は、１０ｃｍが最適である。円筒の軸に対して角度を持たせることによって、槽内に自然な渦を作ることができる。そのため、混合も効率的にできる。また、噴射管１４の反応槽５内部への突出量を所定の量とすることによって、混合物の円周付近又は、中心付近のみに循環した混合物が集まってしまうことを避けることができる。噴射管１４は、反応槽５内の液面から少なくとも８ｃｍ、好ましくは少なくとも１０ｃｍだけ上方に位置するように配置し、混合物は、高速で噴射管１４から噴射されるようにすることが好ましい。

このように、噴射管１４の反応槽５に対する配置を調整することによって、水と燃料元油を完全に混合し、時間が経過しても分離せず、且つ、短時間で水と燃料油の融合処理を行うことができる。

本発明のさらに別の実施形態について図４を用いて説明する。
図４は、本発明に係る製造装置の活性化装置として使用可能なプラズマアーク処理装置の一例を示す概略図である。このプラズマアーク処理装置２０は、それぞれが高圧トランス（図示せず）に接続されている、装置の中心に配置された（図中六角形で示されている）電極２１と、この中心電極を取り囲むように配置された複数の（図では１２本の）電極２２を備えている。電極に電力を供給することにより、電極間にアーク放電が発生する。図２に示されている製造装置１中の精製水槽３において、精製水槽３とポンプ１１との間にプラズマアーク処理装置２０を設置して、精製水槽からの水をプラズマアーク処理装置２０に通すことにより、水をプラズマアーク処理によって活性化することができる。このようなプラズマアーク処理装置としては、例えば、株式会社日本理水研社製のウルトラＵ−ＭＡＮに使用されているようなプラズマアーク処理装置を好適に使用することができる。

（実施例１）
次のとおりの方法により、Ａ重油を元油とする加水燃料を製造した。
まず、トルマリンを収容する部分と超音波発生装置（３５ｋＨｚの超音波振動子）、及び温度計を備え、循環ポンプ（２４リットル／分×０．５Ｍｐａ）を接続した容積２５リットルの容器に、トルマリン（有限会社ニュー・ウェーブから購入したブラジル・トカチン州鉱山直輸入トルマリン原石 サイズ小）３ｋｇと水道水を２０リットルとを入れた。この水に、カタラーゼ（ナガセケムテックス株式会社製 レオネットＦ−３５）を２０ミリリットル添加した。次いで、超音波振動子を作動させ、循環用ポンプにより水の循環を開始した。水の循環経路中に設けた３ｋＷのラインヒータの設定温度を４０℃とし、容器内の水の温度が４０℃以上になったことを確認した時点から１時間、循環を続けた。１時間経過後、ＯＲＰ計によって容器中の水の酸化還元電位を測定したところ、１２ｍＶであった。

次に、上記容器と同様に温度計を備え、循環ポンプを接続した容積２５リットルの容器に、市販のＡ重油（富士興産株式会社から購入した１種１号Ａ重油）を２０リットル入れた。循環ポンプによりＡ重油の循環を開始した。Ａ重油の循環経路中に設けた３ｋＷのラインヒータの設定温度を４０℃とし、容器内のＡ重油の温度が４０℃以上になったことを確認した時点から１時間、循環を続けた。

このようにして得られた活性化した水及びＡ重油を、次のように混合し且つ攪拌し、さらに温度と圧力を印加して融合させた。すなわち、温度計に加えて１ｋＷの加温ヒータとプロペラ式の攪拌機とを備え、循環ポンプを接続し、さらに混合ミキサ（株式会社ＯＨＲ流体工学研究所製ＯＨＲミキサ）を接続した容積２５リットルの上部を大気に開放した開放系の容器に、活性化した水を１０リットル、得られたＡ重油を１０リットル入れた。加温ヒータの電源を入れ、容器内の液体の温度が４０℃で維持されるようにした。ここに、上記と同じカタラーゼを１０ミリリットル添加した。４０分経過した後、攪拌機の電源を入れ、水とＡ重油を混合、撹拌した。次いで、循環ポンプを作動させるとともに、混合ミキサへの供給圧力が０．５ＭＰａ程度となるように調整して、混合液体を循環させた。その際、循環経路から容器に液体を投入する循環配管が、容器内の混合液体の液面から８ｃｍ程度上方に位置するようにした。混合液体を１時間循環させた後、攪拌機、循環ポンプ及び加温ヒータを停止した。このようにして得られた液体（加水燃料）を約３日間静置した後、分析のため試料を採取した。採取した試料の量は、２０リットルであった。

（実施例２）
元油として、Ａ重油に代えて市販の軽油（ＪＸエネルギ株式会社（ＥＮＥＯＳ）から購入した２号軽油）を使用したことを除き、実施例１と同様にして加水燃料を製造し、分析のため試料を採取した。採取した試料の量は、２０リットルであった。

表１に、本発明の実施例１及び実施例２で生成された加水燃料の成分分析結果を示す。水と油を１対１で混合、融合したものである。
比較のため、元油として使用したＡ重油及び軽油についても同様の成分分析を行った。
まず、総発熱量、真発熱量を見ると、実施例１、実施例２とも、元油を上回っており、本発明の効果が出ていることが分かる。
次に、水分の項目を見ると、実施例１、実施例２とも水分の容積％は０．００％である。燃料油と水を１対１で混合、融合したものであるから、十分な融合ができていなければ、水分量として検出されるはずである。しかるに、水分の容積％が０．００％であるということは、燃料油と水が完全に融合し、水成分として、分析されなかったことである。
このように、本発明によれば、燃料元油と水を完全融合し、高品質の加水燃料を生成することができる。

（実施例３）
図２及び図３に示したような装置を使用し、元油として軽油を使用して、加水燃料を製造した。
まず、トルマリンを収容する部分に実施例１で使用したものと同じトルマリンを充填した精製水槽に、水道水を１５０リットル注入した。精製水槽に設置されたヒータの電源を入れ、温度を４０℃に設定した。実施例１で使用したものと同じカタラーゼを１５０ミリリットル添加した。精製水槽に接続された循環ポンプを作動させ（吐出圧力０．５ＭＰａ）、精製水槽に設置された超音波発生装置を作動させて、水の温度が４０℃に達するまで６０分間、４０℃に達した後さらに６０分間、超音波（周波数４０ｋＨｚ）を照射した。水を精製水槽に投入する際、４本の噴射管のうち１本のみを使用（３本を閉止）して、噴射管先端部での流速を３．３ｍ／ｓとした。ＯＲＰ計によって得られた水の酸化還元電位を測定したところ、２０ｍＶであった。

次に、元油改善槽に、市販の軽油（ＪＸエネルギ株式会社（ＥＮＥＯＳ）から購入した２号軽油）を１５０リットル注入した。元油改善槽に設置されたヒータの電源を入れ、温度を４０℃に設定した。元油改善槽に接続された循環ポンプを作動させ（吐出圧力０．３ＭＰａ）、軽油の温度が４０℃に達するまで６０分間、４０℃に達した後さらに６０分間、循環させた。軽油を元油改善槽に噴射する際、４本の噴射管のうち１本のみを使用（３本を閉止）して、噴射管先端部での流速を２．０ｍ／ｓとした。

このようにして得られた活性化した水及び軽油を、次のように混合し且つ攪拌し、さらに温度と圧力を印加して融合させた。すなわち、反応槽に、元油改善槽中の元油を７５リットル、精製水槽中の活性化した水を５５リットル移送した（加水率約４２％）。ここに、上記と同じカタラーゼを６５ミリリットル添加した。ヒータの電源を入れ、容器内の液体の温度が４０℃となるようにした。液温が４０℃に達した後、循環ポンプを作動させるとともに、混合ミキサへの供給圧力が０．５ＭＰａ程度となるように調整して、混合液体を６０分間循環させた。混合液を反応槽に投入する際、４本の噴射管のうち１本のみを使用（３本を閉止）して、噴射管先端部での流速を２．０ｍ／ｓとした。また、噴射管が、反応槽中で混合液中に没しないようにした。具体的には、噴射管が、反応槽内の混合液の液面から８ｃｍ程度上方にくるようにした。得られた液体から、分析のため試料を採取した。採取した試料の量は、１１４リットルであった。

（実施例４）
精製水槽、元油改善槽、及び反応槽の温度を、実施例３の場合よりも高く、それぞれ４２℃、４１℃、及び４４℃に設定する一方、精製水槽及び元油改善槽での循環時間を実施例３の場合の半分（すなわちいずれも６０分）としたことを除き、実施例３と同様に加水燃料を製造した。なお、ＯＲＰ計によって精製水槽で得られた水の酸化還元電位を測定したところ、２６ｍＶであった。反応槽で得られた液体から、分析のため試料を採取した。採取した試料の量は、１１４リットルであった。

（実施例５）
元油としてＡ重油（富士興産株式会社から購入した１種１号Ａ重油）を使用し、反応槽温度を３６℃に設定する一方、精製水槽及び元油改善槽での循環時間をいずれも９０分とするとともに、カタラーゼの精製水槽及び反応槽での添加量をそれぞれ２３０ミリリットル及び１３０ミリリットルとしたことを除き、実施例３と同様に加水燃料を製造した。なお、ＯＲＰ計によって精製水槽で得られた水の酸化還元電位を測定したところ、１８ｍＶであった。反応槽で得られた液体から、分析のため試料を採取した。採取した試料の量は、１１４リットルであった。

表２に、本発明の実施例４及び実施例５で生成された加水燃料の成分分析結果を示す。

［加水燃料の定性分析］
実施例３において軽油を燃料元油として本発明の方法により得られた加水燃料の試料について、ガスクロマトグラム質量分析法（ＧＣ−ＭＳ）による定性分析を行った。分析試料として、実施例３で得られた試料をｎ−ヘキサンで１０００倍に希釈したものを準備した。カラムはＨＰ−５ＭＳ（長さ３０ｍ、内径２．５ｍｍ、膜厚０．２５μｍ）を使用し、キャリアーガスはＨｅとした。分析試料の注入量は１マイクロリットル、注入方法はスプリットレスモードとし、オーブン温度は５０℃で３分間保持、そこから１００℃まで毎分５℃で昇温し、さらにそこから３００℃まで毎分１５℃で昇温し、３００℃で３分間保持した。結果として得られたＧＣ−ＭＳのチャートを図５に示す。（ａ）はＴＩＣクロマトグラム、（ｂ）は１８．４分付近のピークのマススペクトルである。
実施例４で得られた加水燃料の試料についても、同様の定性分析を行った。結果を図６に示す。
比較のため、燃料元油として使用した軽油についても、同様の定性分析を行った。結果を図７に示す。
図５及び図６を図７と対比すると、炭素数の多い成分（Ｃ１９よりも大きいもの）が、元油に比べて減少する傾向が認められるものの、実施例３及び実施例４で得られた加水燃料は、その成分組成が元油とよく一致することが確認された。

実施例５でＡ重油を元油として本発明の方法により得られた加水燃料の試料についても、同様の定性分析を行った。結果を図８に示す。
比較のため、元油として使用したＡ重油についても、同様の定性分析を行った。結果を図９に示す。
図８を図９と対比すると、実施例５で得られた加水燃料も、その成分組成が元油とよく一致することが確認された。

［加水燃料の性状試験］
実施例３及び実施例４で軽油を元油として本発明の方法により得られた加水燃料の試料について、性状試験を行った。性状試験の項目と方法は、次のとおりとした。
・密度（振動式１５℃）： JIS K2249
・動粘度（３０℃）： JIS K2283
・窒素定量分析： JIS K2609
・硫黄分（紫外蛍光法）： JIS K2541-6
・酸素分： ASTM D5622
・軽油組成分析（JPI法）： JPI-5S-49
比較のため、元油として使用した軽油についても、同様の性状試験を行った。
結果を表３に示す。
表３から、本発明の方法により得られた加水燃料では、元油に比べて芳香族分が減少し、飽和分が増加していることが認められる。芳香族分が少なく飽和分が多い軽油は、効率や排ガスの毒性分及びＰＭの削減の観点から望ましいとされている。

［加水燃料の酸化安定度試験］
実施例３及び実施例４で軽油を元油として本発明の方法により得られた加水燃料の試料について、酸化安定度試験（試験方法：ASTM D2274）を行った。比較のため、元油として使用した軽油についても、同様の酸化安定度試験を行った。
測定されたスラッジ量は、いずれの試料についても、測定限界である０．１ｍｇ／１００ミリリットルを下回っていた。

［加水燃料による走行試験］
実施例３で軽油を燃料元油として本発明の方法により得られた加水燃料について、ＪＣ０８モード走行試験を行った（使用車：日産自動車 ＮＶ３５０ 型式ＬＤＦ−ＶＷ２Ｅ２６ 重量１８４０ｋｇ）。比較のため、市販の軽油（ＪＩＳ２号）についても、同様の走行試験を行った。
結果を表４に示す。参考のため、排ガス規制値も併記した。
表４から、本発明の方法により得られた加水燃料では、特にＣＯ₂排出量が市販の軽油に比べて低い点が注目される。
実施例３で得られた加水燃料は、体積比率で４２％が水由来である。燃料元油に混合した水の燃料への転換率は、これまでの実験結果から略７０％と推定され、生成された燃料の総量のうち、水由来の燃料の体積比率は、式
〔水由来の燃料の体積比率〕＝（４２×０．７）／（５８＋４２×０．７）＝３４％
により求めることができる。このことから、実施例３の場合には、得られた燃料のうち、３４％は石油由来でないと評価できる。したがって、実施例３により得られた燃料は、炭素排出量を３４％程度削減していると見ることができる。

１ 加水燃料製造装置
２ 元油改善槽
３ 精製水槽
４ 反応促進剤注入部
５ 反応槽
６ 改善油静置槽
７ 製品受槽
８ ヒータ
９ 触媒
１０ 超音波発生部
１１ ポンプ
１２ ＯＨＲミキサ
１３ 反応槽容器
１４ 噴射管
１５ 排出口
２０ プラズマアーク処理装置
２１、２２ 電極

Claims (20)

1. 燃料元油と水とを混合して加水燃料を生成する加水燃料の製造方法であって、
   水に電気的刺激及び超音波照射を与えることによって水を活性化する水活性化工程と、 前記水活性化工程の前、前記水活性化工程中、又はその後で、水に添加剤としてカタラーゼを添加する添加剤投入工程と
   前記水活性化工程と前記添加剤投入工程とを経た、前記添加剤を含む水を、燃料元油と撹拌しながら混合し、この場合の撹拌は、水と燃料元油の混合物の液面に、空気中の二酸化炭素を液中に取り込む程度に強い波立ちを生じさせるように行う、攪拌混合工程と、
   前記攪拌混合工程を経た燃料元油と前記添加剤を含む水を、高温及び高圧のもとで融合する融合工程と、
   を少なくとも含む処理によって、水（Ｈ₂Ｏ）を実質的に含まず、前記燃料元油と実質的に同等であるか、又はこれに近似する組成の加水燃料を生成する
   ことを特徴とする加水燃料の製造方法。
2. 前記燃料元油に混合される前記水の比率は、体積比で、前記燃料元油１に対し水は約１以下であることを特徴とする請求項１に記載の加水燃料の製造方法。
3. 前記攪拌混合工程において、
   まず、燃料元油のみを攪拌混合タンクに投入し、攪拌しながら、前記水活性化工程と添加剤投入工程を経た水を少量ずつ該燃料元油の液面に噴射して、該液面に強い波立ちを生じさせることにより、水を燃料元油に添加混合することを特徴とする請求項１又は２に記載の加水燃料の製造方法。
4. 前記攪拌混合工程において、
   撹拌のために使用する前記攪拌混合タンクには、
   円筒部分と、
   前記イオン化工程と添加剤投入工程を経た水を該タンク内に噴射状態で投入する少なくとも一つの噴射管と、
   を備えるものを使用し、
   該噴射管による前記水の噴射方向は、該円筒部分の中心軸と該噴射管が該円筒部分に取り付けられる取付点とを通る該円筒部分の直径線に対して約４０度から約５０度の範囲内となる角度を持つようにすることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の加水燃料の製造方法。
5. 前記攪拌混合タンクは複数個の前記噴射管を備えるものであり、複数の前記噴射管のそれぞれは、円筒部分の中心軸と該噴射管が該円筒部分に取り付けられる取付点とを通る該円筒部分の直径線に対する角度がほぼ同一となるように配置されたことを特徴とする請求項４に記載の加水燃料の製造方法。
6. 前記噴射管による前記水の噴射方向は、前記直径線に対して約４５度であることを特徴とする請求項４又は５に記載の加水燃料の製造方法。
7. 前記噴射管は、前記タンクの内部に突出する突出部を持つことを特徴とする請求項４から６までのいずれか１項に記載の加水燃料の製造方法。
8. 前記突出部の長さは約１０ｃｍであり、該突出部の噴射口が前記タンク内の液面から少なくとも約８ｃｍ上方に離れて位置させられることを特徴とする請求項７に記載の加水燃料の製造方法。
9. 前記添加剤投入工程において、カタラーゼを水に対する重量比で０．０４から０．０５％添加することを特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の加水燃料の製造方法。
10. 前記水活性化工程において、活性化された水は、ＯＲＰ値が１６０ｍＶから−２００ｍＶとなるようにすることを特徴とする請求項１から９までのいずれか１項に記載の加水燃料の製造方法。
11. 前記水活性化工程において、トルマリン又は銅イオン発生材料を水に接触させた状態にして、１０ＫＨｚから６０ＫＨｚまでと２００ＫＨｚ以上の２つの周波数の超音波を交互に水に照射することを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載の加水燃料の製造方法。
12. 前記融合工程において、加圧条件は約０．３Ｍｐａ以上とし、加熱条件は約４０℃から約８０℃までの範囲とすることを特徴とする請求項１から１１までのいずれか１項に記載の加水燃料の製造方法。
13. 前記攪拌混合工程は、ＯＨＲミキサーを用いて行うことを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の加水燃料の製造方法。
14. 燃料元油と水とを混合して加水燃料を生成する加水燃料の製造装置において、
    水に電気的刺激及び超音波照射を与えて該水を活性化する水活性化装置と、
    水に添加剤としてカタラーゼを添加する添加剤投入装置と、
    燃料元油と、前記水活性化装置と添加剤投入装置を経た、前記添加剤を含む水とを撹拌しながら混合し、この撹拌によって、水と燃料元油の混合物の液面に、空気中の二酸化炭素を液中に取り込む程度に強い波立ちを生じさせるように構成された攪拌混合装置と、
    前記攪拌混合装置を経た燃料元油と前記添加剤を含む水の混合物を、高温及び高圧のもとで融合させる融合装置と、
    を備え、水（Ｈ₂Ｏ）を実質的に含まず、前記燃料元油と実質的に同等であるか、又はこれに近似する組成の加水燃料を生成する
    ことを特徴とする加水燃料の製造装置。
15. 前記水活性化装置は、触媒を収容する部分を備え、該触媒はトルマリンであることを特徴とする請求項１４に記載の製造装置。
16. 前記水活性化装置は、プラズマアーク処理装置を備えることを特徴とする請求項１４に記載の製造装置。
17. 前記水活性化装置は、触媒を収容する部分を備え、該触媒はアルミニウムであることを特徴とする請求項１６に記載の製造装置。
18. 前記攪拌混合装置は、大気に開放した開放系の攪拌混合タンクを備えることを特徴とする請求項１４から１７までのいずれか１項に記載の製造装置。
19. 前記攪拌混合装置は、攪拌混合すべき液体を前記攪拌混合タンクに噴射状態で投入する噴射管を備え、該噴射管は、前記攪拌混合タンク中の液面から上方に少なくとも８ｃｍ離れた高さに配置されていることを特徴とする請求項１８に記載の製造装置。
20. 前記融合装置は、ＯＨＲミキサーを備えることを特徴とする請求項１４から１９までのいずれか１項に記載の製造装置。

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