JP2020037104A

JP2020037104A - 微粒子化装置

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Publication number: JP2020037104A
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Inventors: 敦好 ▲高▼山; Atsuyoshi Takayama
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Publication date: 2020-03-12
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Abstract

【課題】複数の材料の混合物中の分散質を微粒子化するための微粒子化装置を提供する。【解決手段】複数の材料の混合物中の分散質を微粒子化するための微粒子化装置であって、前記複数の材料を通過可能な孔を有する２つのエレメントを互いに一定の間隔を保持しつつ配置して、前記２つのエレメント間に空間を形成してなり、前記２つのエレメントは、送液方向上流側から順に、第１エレメントと第２エレメントとを有し、前記第１エレメントは、複数の第１孔を有するとともに、前記複数の第１孔の径は、２種以上であり、前記第２エレメントは、前記空間に導入された前記複数の材料を前記混合物として排出する第２孔を有する、微粒子化装置。【選択図】図３

Description

本発明は、複数の材料の混合物中の分散質を微粒化するための微粒子化装置に関する。

ディーゼルエンジンやボイラ等で用いられる軽油、灯油、重油等の燃料油は、燃焼により、有害物質（ＮＯ_ｘ、ＳＯ_ｘ、ＣＯ_ｘ、粒子状物質（ＰＭ））を発生する。燃料油中の硫黄分濃度を低減することでＳＯ_ｘや燃料油中の硫黄分由来の粒子状物質は低減できるが、ＮＯ_ｘや硫黄分に由来しない粒子状物質を低減することは困難である。

有害物質の発生を抑制するために、燃料油に水を添加し乳化して得られるエマルジョン燃料の使用が注目されている。エマルジョン燃料は、一般に燃料油と水とを混合したものであり、混合状態は、水の中に燃料油が存在するＯ／Ｗ型（水中油滴型）、燃料油の中に水が存在するＷ／Ｏ型（油中水滴型）に分けられる。これらのエマルジョン燃料のうち、燃焼装置における配管の腐食や燃料ポンプの損傷などが生じにくいＷ／Ｏ型のエマルジョン燃料油を用いられることが多くなっている。

Ｗ／Ｏ型のエマルジョン燃料は油水分離が生じやすく、Ｗ／Ｏ型のエマルジョン燃料中の水の粒径が不均一になりやすいため、燃料としての安定性や性能に大きなばらつきが生じている。油水分離を防止して燃料油と水とを均一に乳化し安定な乳化状態を維持するために、軽油、灯油、重油等のエマルジョン燃料では乳化剤として界面活性剤を用いることが多い。しかし、界面活性剤は一般に高価であるため、界面活性剤の使用はエマルジョン燃料のコストアップを招く。

特許文献１及び２には、乳化剤を用いることなくエマルジョン燃料中に分散する水の粒径を微細化したエマルジョン燃料を得るために、流体混合器を用いることが記載されている。また、特許文献３には、界面活性剤を使用せず、保存中に、燃料油中に細かく分散させた微細水粒子が容易に合体成長しない含水燃料油が記載されている。

特許第４５３３９６９号公報特許第５９４１２２４号公報特開２０１１−０７９９１１号公報

本発明は、エマルジョン燃料中の分散質を微粒子化でき、安定した乳化状態を維持できるエマルジョン燃料を製造することができる新規なエマルジョン燃料の製造装置、その製造方法及びその供給方法を提供することを目的とする。

〔１〕エマルジョン燃料の製造装置であって、
前記製造装置は、燃料油と水とを含む混合燃料を生成するための混合タンクと、第１ポンプと、前記混合燃料中の分散質を微粒子化するための微粒子化装置と、前記第１ポンプの圧送により前記混合燃料をこの順に送液するための第１配管と、を備え、
前記微粒子化装置は、
前記混合燃料が通過可能な孔を有する２つのエレメントを互いに一定の間隔を保持しつつ配置して、この２つのエレメント間に空間を形成してなり、
前記２つのエレメントは、送液方向上流側から順に、第１エレメントと第２エレメントとを有し、
前記第１エレメントは、複数の第１孔を有するとともに、前記複数の第１孔の径は、２種以上であり、
前記第２エレメントは、前記空間に導入された混合燃料を排出する第２孔を有する、製造装置。

〔２〕上記エマルジョン燃料は、油中水滴型である。
〔３〕前記燃料油は、温度５０℃における動粘度が２ｍｍ^２／ｓ以上である。

〔４〕前記燃料油は、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、石炭油及び再生油からなる群より選ばれる少なくとも１種である。

〔５〕前記微粒子化装置は、前記２つのエレメントを互いに一定の間隔を保持しつつ配置するためのガスケットを有する。

〔６〕前記製造装置は、前記第１ポンプの上流側において前記混合燃料に気体を供給するための気体供給部を有する。

〔７〕前記第１配管は、前記混合タンク内から供給された前記混合燃料を再び前記混合タンクに戻すための循環経路を形成している。

〔８〕前記製造装置は、前記エマルジョン燃料を貯蔵するための貯蔵タンクと、第２ポンプと、圧力調整器と、前記エマルジョン燃料をこの順に送液するための第２配管と、を備え、
前記第２配管は、前記第１配管から前記エマルジョン燃料を燃焼装置に供給する経路を形成し、
前記第２ポンプは、前記エマルジョン燃料を前記圧力調整器に向けて圧送し、
前記圧力調整器は、前記第２ポンプによって圧送される前記エマルジョン燃料に印加される圧力が所定の圧力となるように調整する。

〔９〕前記圧力調整器が調整する前記所定の圧力は、０．１ＭＰａ〜２．０ＭＰａである。

〔１０〕前記第２配管は、前記貯蔵タンク内から供給された前記エマルジョン燃料を再び前記貯蔵タンクに戻すための循環経路を形成している。

〔１１〕エマルジョン燃料の製造方法であって、
前記製造方法は、燃料油と水とを混合して混合燃料を生成し、
前記混合燃料を圧送して、２種以上の径からなる複数の第１孔を有する第１エレメントを通過させ、
前記第１エレメントを通過した前記混合燃料を、前記第１エレメントと一定の間隔を保持しつつ配置された第２エレメントとの間に形成される空間に導入し、
前記空間に導入された前記混合燃料を、前記第２エレメントに設けられた第２孔から排出する、製造方法。

〔１２〕前記製造方法で製造されたエマルジョン燃料の供給方法であって、
前記エマルジョン燃料に所定の圧力が印加されるように調整しながら、エマルジョン燃料を燃焼装置に供給する、供給方法。

本発明によれば、エマルジョン燃料中の分散質を微粒子化でき、安定した乳化状態を維持できるエマルジョン燃料を製造することができる新規なエマルジョン燃料の製造装置、その製造方法及びその供給方法を提供することができる。

本発明の実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置の概念図である。本発明の他の実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置の概念図である。（ａ）は、本発明の実施形態に係る微粒子化装置を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の分解斜視図であり、（ｃ）は、（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。本発明の実施形態に係る微粒子化装置の使用形態を示す斜視図である。

本発明のエマルジョン燃料の製造装置は、燃料油と水との混合燃料をポンプで圧送して微粒子化装置を通過させることにより、混合燃料中の水又は燃料油を分散質として微粒子化して、Ｗ／Ｏ型（油中水滴型）又はＯ／Ｗ型（水中油滴型）のエマルジョン燃料を製造するものである。以下では、微粒子化装置を通過した混合燃料を特にエマルジョン燃料という場合がある。

〔エマルジョン燃料の製造装置〕
以下、Ｗ／Ｏ型のエマルジョン燃料を製造する場合のエマルジョン燃料の製造装置の具体例を示す。図１は、本発明の実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置の概念図である。図２は、本発明の他の実施形態に係るエマルジョン燃料の製造装置の概念図である。

エマルジョン燃料の製造装置Ａは、図１に示すように、ボイラ、エンジン、バーナー、燃焼炉、乾燥炉、発電所等の燃焼装置Ｂに接続されており、製造装置Ａで製造されたエマルジョン燃料が燃焼装置Ｂに供給されるようになっている。製造装置Ａは、水を供給するための水タンクＴ１０、燃料油を供給するための燃料油タンクＴ２０、水、燃料油が供給されて混合されるための混合タンクＴ３０、貯蔵タンクＴ４０、コンプレッサＣ５０（気体供給部）を備えている。

水タンクＴ１０と混合タンクＴ３０との間には、水タンクＴ１０側から順に、水用ポンプＰ１１、水流量計Ｒ１、水用配管チーズＶ１３、水投入電磁弁Ｖ１１、水流量調整弁Ｖ１２が直列的に配設されている。水タンクＴ１０には、水タンクＴ１０の排出側から順に循環方向に、水用ポンプＰ１１、水流量計Ｒ１、水用配管チーズＶ１３、ウルトラファインバブル水の生成装置９０’が直列的に配設されており、この順に水を送液することにより、水タンク１０から排出された水が再び水タンク１０に戻されるための循環経路１１が形成される。水タンクＴ１０から混合タンクＴ３０に向かう経路と循環経路１１との切替は、水投入電磁弁Ｖ１１の切替えによって行われる。

水用ポンプＰ１１の吸入側には、水用の気体供給部であるコンプレッサＣ１０から圧縮された気体を供給できるようになっている。コンプレッサＣ１０と水用ポンプＰ１１の吸引側との間には、図示していないが、後述するコンプレッサＣ５０とポンプＰ３１の吸入側との間と同様に、コンプレッサＣ１０側から順に、手動弁、比例制御弁、気体流量計、逆止弁が設けられている。コンプレッサＣ１０から水用ポンプＰ１１の吸引側に供給される圧縮された気体は、０．１ＭＰａ〜１．０ＭＰａに圧縮されていることが好ましく、０．２ＭＰａ〜０．３ＭＰａとすることがさらに好ましい。また、上記気体としては、空気、窒素、酸素、水素、二酸化炭素、オゾン等を挙げることができるが、特別な気体雰囲気を必要としない空気を用いることが好ましい。

燃料油タンクＴ２０と混合タンクＴ３０との間には、燃料油タンクＴ２０側から順に燃料油流量計Ｒ２、燃料油投入電磁弁Ｖ２１が直列的に配設されている。

混合タンクＴ３０には混合タンク撹拌モータＭ３に取り付けた撹拌装置が設けられ、混合タンクＴ３０で水、燃料油が混合されて混合燃料が生成される。混合タンクＴ３０には配管３０（第１配管）が接続されており、この配管３０により、混合タンクＴ３０から送出された混合燃料が配管３０を通って再び混合タンクＴ３０に戻るための循環経路３１が形成されるとともに、混合燃料を混合タンクＴ３０から後述する移送電磁弁Ｖ３５に送出する経路３２が形成される。混合タンクＴ３０にはレベルゲージＧ３を設けてもよい。レベルゲージＧ３を設けた場合には、水流量計Ｒ１や燃料油流量計Ｒ２を省略することも可能である。

配管３０には、混合タンクＴ３０の排出口側から順に循環方向に、第１循環電磁弁Ｖ３１、ポンプＰ３１（第１ポンプ）、配管チーズＶ３２、微粒子化装置９０、第２循環電磁弁Ｖ３４が直列的に配設されており、この順に混合燃料を送液する循環経路３１が形成される。また、配管３０には移送電磁弁Ｖ３５が配設されており、混合タンクＴ３０の混合燃料が配管チーズＶ３２から微粒子化装置９０に向かう循環経路３１とは別に、混合タンクＴ３０の混合燃料が配管チーズＶ３２から移送電磁弁Ｖ３５に向かう経路３２が形成される。配管３０の循環経路３１と経路３２との切替えは、移送電磁弁Ｖ３５の切替えによって行われる。

配管３０のポンプＰ３１の吸入側（配管３０の循環方向の上流側）には、コンプレッサＣ５０から圧縮された気体が供給されるようになっている。コンプレッサＣ５０とポンプＰ３１の吸入側との間には、コンプレッサＣ５０側から順に、手動弁Ｖ５１、比例制御弁Ｖ５２、気体流量計Ｒ５、逆止弁Ｖ５３が設けられている。コンプレッサＣ５０から配管３０に供給される圧縮された気体は、０．５ＭＰａ〜１．０ＭＰａに圧縮されていることが好ましく、０．７ＭＰａ〜０．９ＭＰａとすることがさらに好ましい。また、上記気体としては、空気、窒素、酸素、水素、二酸化炭素、オゾン等を挙げることができるが、特別な気体雰囲気を必要としない空気を用いることが好ましい。

配管３０に設けられた移送電磁弁Ｖ３５の切替えによって、混合タンクＴ３０から配管チーズＶ３２、移送電磁弁Ｖ３５を経て、燃焼装置用配管４０（第２配管）に繋がる経路が形成される。燃焼装置用配管４０は、移送電磁弁Ｖ３５から貯蔵タンクＴ４０に導入されたエマルジョン燃料を、燃焼装置Ｂに供給する経路４２を形成するとともに、貯蔵タンクＴ４０から送出されたエマルジョン燃料を貯蔵タンクＴ４０に戻す循環経路４１を形成する。

燃焼装置用配管４０には、移送電磁弁Ｖ３５から順に燃焼装置Ｂに向けて、貯蔵タンクＴ４０、手動弁Ｖ４１、吐出ポンプＰ４１（第２ポンプ）、第２配管チーズＶ４２、第２移送電磁弁Ｖ４４がこの順に直列的に配設されており、この順にエマルジョン燃料を送液する経路４２が形成される。また、燃焼装置用配管４０には、貯蔵タンクＴ４０の排出口側から順に循環方向に、手動弁Ｖ４１、吐出ポンプＰ４１、第２配管チーズＶ４２、圧力調整器Ｖ４３が直列的に配設されており、この順にエマルジョン燃料を送液することにより、エマルジョン燃料が貯蔵タンクＴ４０に戻される循環経路４１が形成される。燃焼装置用配管４０の循環経路４１と経路４２との切替は、第２移送電磁弁Ｖ４４の切替えによって行われる。

燃焼装置用配管４０には、燃焼装置Ｂで消費されなかったエマルジョン燃料を再び貯蔵タンクＴ４０に戻す戻り経路４３が形成されている。この戻り経路４３を設けることにより、燃焼装置Ｂで消費されなかったエマルジョン燃料を再び貯蔵タンクＴ４０に回収することができるため、エマルジョン燃料のロスを低減することができる。また、戻り経路４３を経て貯蔵タンクＴ４０に回収されたエマルジョン燃料を、経路４１を循環させることによって乳化状態を安定化させることができる。なお、戻り経路４３は、燃焼装置Ｂの種類に応じて、設けても設けなくてもよい。

貯蔵タンクＴ４０には貯蔵タンク撹拌モータＭ４に取り付けた撹拌装置が設けられている。貯蔵タンクＴ４０にはレベルゲージＧ４を設けてもよい。レベルゲージＧ４を設けることにより、貯蔵タンクＴ４０内の流量管理が容易となる。

製造装置Ａには、図示しないコントローラが設けられており、コントローラには、コンピュータ等の操作部（図示せず）、水流量計Ｒ１、燃料油流量計Ｒ２、気体流量計Ｒ５、混合タンクＴ３０及び貯蔵タンクＴ４０に設けられたレベルゲージＧ３、Ｇ４からの出力情報が入力される。そして、コントローラは、これらの出力情報に基づいて制御情報を生成し、水用ポンプＰ１１、ポンプＰ３１、吐出ポンプＰ４１、水投入電磁弁Ｖ１１、水流量調整弁Ｖ１２、燃料油投入電磁弁Ｖ２１、第１及び第２循環電磁弁Ｖ３１、Ｖ３４、移送電磁弁Ｖ３５、第２移送電磁弁Ｖ４４、比例制御弁Ｖ５２、混合タンク撹拌モータＭ３、貯蔵タンク撹拌モータＭ４に制御情報を出力する。

〔ポンプ〕
水用ポンプＰ１１、ポンプＰ３１及び吐出ポンプＰ４１としては、特に限定されず、遠心ポンプ、プロペラポンプ、渦巻ポンプ、セントヒューガルポンプ、カスケードポンプ、過流タービンポンプ等の非容積式ポンプ、往復動ポンプや回転ポンプ、ギアポンプ等の容積式ポンプ等を用いることができる。このうち、水用ポンプＰ１１及びポンプＰ３１としては、これらのポンプの吸入側においてコンプレッサＣ１０、Ｃ５０から気体を導入し、これらのポンプにより予備撹拌できるように、カスケードポンプ、過流タービンポンプを用いることが好ましい。また、水用ポンプＰ１１、ポンプＰ３１及び吐出ポンプＰ４１の吐出圧力、吐出量も特に限定されないが、吐出圧力は０．５ＭＰａ〜１．０ＭＰａであることが好ましい。

〔微粒子化装置〕
微粒子化装置９０は、混合タンクＴ３０で生成された燃料油と水とを含む混合燃料中の水（分散質）を微粒子化するためのものである。図３（ａ）は、本発明の実施形態に係る微粒子化装置を示す斜視図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）の分解斜視図であり、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。また、図４は、本発明の実施形態に係る微粒子化装置の使用形態を示す斜視図である。

本実施の形態の微粒子化装置９０は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、上流側エレメント９１（第１エレメント）、下流側エンメント９２（第２エレメント）、ガスケット９３とを有する。上流側エレメント９１と下流側エレメント９２とは、製造装置Ａにおける送液方向上流側からこの順に配置され、図３（ｃ）に示すように、ガスケット９３を介して、一定の間隔を保持しつつ対向させて配置される。

（上流側エレメント）
上流側エレメント９１は、円盤状のプレートに円形の孔を複数形成したものである。上流側エレメント９１は、その中心側に第１の径を有する中心側孔９１ａ（第１孔）を例えば１〜１０個有し、その外周側に第２の径を有する外周側孔９１ｂ（第２孔）を２〜２０個有することができる。図３（ｂ）に示す上流側エレメント９１では、４個の中心側孔９１ａを有し、８個の外周側孔９１ｂを有する例を示している。図３（ｂ）に示す４つの中心側孔９１ａは、上流側エレメント９１の中心から同心円状の位置に等間隔に配置されている。図３（ｂ）に示す８つの外周側孔９１ｂは、中心側孔９１ａの外周側であって、上流側エレメント９１の中心から同心円状の位置に等間隔に配置されている。なお、中心側孔９１ａは、１〜８個とすることが好ましく、２〜６個とすることがより好ましい。また、外周側孔９１ｂは、２〜１６個とすることが好ましく、４〜８個とすることがより好ましい。

上流側エレメント９１では、中心側孔９１ａの直径は外周側孔９１ｂの直径に比べて小さい。具体的には、微粒子化装置９０を通過する混合燃料の線速度が６ｍ／ｓｅｃ〜９ｍ／ｓｅｃとなるように設定すればよい。例えば、流量５Ｌ／ｍｉｎの場合には、中心側孔９１ａは、０．４ｍｍ〜１ｍｍの直径を有し、外周側孔９１ｂは、０．８ｍｍ〜２ｍｍの直径を有することが好ましい。上流側エレメント９１は、例えばＳＵＳ、アルミニウム、銅、プラスチック等の材料で形成され、厚みは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。

なお、上流側エレメント９１の大きさ、形状、厚みは上記したものに限定されない。上流側エレメント９１が有する孔の形状、個数、配置位置も図３（ｂ）に示された中心側孔９１ａ及び外周側孔９１ｂに限るものではなく、上流側エレメント９１に、２種以上の径からなる複数の孔を有していればよい。上流側エレメント９１が有する孔の形状は、円形に限らず楕円形、正方形、長方形等であってもよい。

特に、界面活性剤等を別途添加することなく燃料油と水とを混合してエマルジョン燃料を製造する際に本実施の形態の微粒子化装置９０を用いる場合には、水の微粒子化のされやすさの点から、上流側エレメント９１の中心側に配置された相対的に径の小さい孔を取り囲むように、相対的に径の大きい孔を設けることが好ましい。特に、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、上流側エレメント９１に設けられる孔は、上流側エレメント９１の中心から同心円状に等間隔に孔を設けることが好ましく、この際、上流側エレメント９１の孔の直径は、中心側に配置された孔から外周側に配置された孔に向かって、段階的に大きくなることが好ましい。

（下流側エレメント）
下流側エレメント９２は、円盤状のプレートに円形の孔を形成したものである。下流側エレメント９２は、その中心に中央孔（第２孔）９２ａを例えば１〜１６個有することができる。図３（ｂ）に示す下流側エレメント９２では、その中心に１つの中央孔９２ａを有する例を示している。なお、中央孔９２ａは、１〜４個であることが好ましく、１〜２個であることがより好ましい。下流側エレメント９２は、微粒子化装置に組立てる際の簡便性等の点から、上流側エレメント９１と同じ直径を有することが好ましいが、異なる直径であってもよい。

微粒子化装置９０を通過する混合燃料の線速度が６ｍ／ｓｅｃ〜９ｍ／ｓｅｃの場合には、例えば中央孔９２ａは、２．５ｍｍ〜４ｍｍの直径を有することが好ましい。下流側エレメント９２の中央孔９２ａは、上流側エレメント９１に形成されたすべての孔の総面積の０．８倍〜１．２倍の面積を有することが好ましく、０．８倍〜１．０倍の面積を有することがさらに好ましい。このうち、下流側エレメント９２の中心に、上流側エレメント９１に設けられたすべての孔の面積の総和である総面積と同面積を有する孔を設けることが最も好ましい。これにより、本実施の形態のエマルジョン燃料の製造装置のように界面活性剤等を別途添加することなく燃料油と水とを混合してエマルジョン燃料を製造する際に、水を効率よく微粒子化することができる。

下流側エレメント９２は、例えばＳＵＳ、アルミニウム、銅、プラスチック等の材料で形成され、厚みは０．１ｍｍ〜０．３ｍｍである。

なお、下流側エレメント９２の大きさや厚みは上記したものに限定されない。下流側エレメント９２が有する孔の形状は、円形に限らず楕円形、正方形、長方形等であってもよい。また、中央孔９２ａの中心は、下流側エレメント９２の中心と同心としてもよく、同心でなくてもよい。さらに、下流側エレメント９２に中央孔９２ａ以外に孔を設けてもよい。

（ガスケット）
ガスケット９３は、例えばヘルールガスケットとして知られるものを用いることができ、円盤状のプレートに孔を形成したものである。ガスケット９３の一方の面に上流側エレメント９１を配置し、他方の面に下流側エレメント９２を配置することにより、上流側エレメント９１と下流側エレメント９２とをガスケット９３を介して、互いに一定の間隔を保持しつつ対向させることができる。

ガスケット９３には、その中央に空間形成用孔９３ａが形成されている。空間形成用孔９３ａにより、微粒子化装置９０を組立てたときに、図３（ｃ）に示すように、上流側エレメント９１と下流側エレメント９２とガスケット９３の空間形成用孔９３ａとによって囲まれた空間９０ａが形成される。

ガスケット９３に設けられた空間形成用孔９３ａは、ガスケット９３を介して上流側エレメント９１と下流側エレメント９２とを対向させたときに、上流側エレメント９１に設けられたすべての孔、及び、下流側エレメント９２に設けられた孔と対向する大きさ及び形状を有している。したがって、空間形成用孔９３ａを設けることによって、ガスケット９３が上流側エレメント９１及び下流側エレメント９２に設けられた孔を塞ぐことはない。これにより、微粒子化装置９０に供給された流体は、上流側エレメント９１の孔を通って空間９０ａに導入され、この空間９０ａに導入された流体は、下流側エレメント９２の中央孔９２ａを通って微粒子化装置９０から排出されるようになっている。

空間形成用孔９３ａの大きさは、微粒子化装置９０を通過する混合燃料の線速度が６ｍ／ｓｅｃ〜９ｍ／ｓｅｃの場合には、１０ｍｍ〜８０ｍｍの直径を有することが好ましい。ガスケット９３は、例えばシリコーンゴム製やフッ素系樹脂ゴム製等の材料で形成される。また、ガスケット９３の空間形成用孔９３ａが形成される部分の厚みは、例えば１０ｍｍ〜８０ｍｍとすることができる。

ガスケット９３の大きさや厚みは上記したものに限定されない。上流側エレメント９１が有する孔の形状、配置位置も図３（ｂ）に示す空間形成用孔９３ａに限るものではない。ガスケット９３を介して上流側エレメント９１と下流側エレメント９２とを対向させたときに、上流側エレメント９１に設けられたすべての孔、及び、下流側エレメント９２に設けられた孔と対向する位置に、空間形成用孔９３ａを有していればよい。ガスケット９３が有する孔の形状は、円形に限らず楕円形、正方形、長方形等であってもよい。

図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すガスケット９３では、ガスケット９３の両面に上流側エレメント９１及び下流側エレメント９２を配置する場合を例に挙げて説明したが、これに限るものではない。例えば、空間形成用孔９３ａを有するガスケット９３に、凹部やツメ等を設けて、上流側エレメント９１及び下流側エレメント９２を嵌め込んで保持するようにしてもよい。さらに、ガスケット９３を設けることに代えて、上流側エレメント９１の下流側エレメント９２との対向面の外周及び／又は下流側エレメント９２の上流側エレメント９１との対向面の外周を取り囲むように壁部を設けて、両エレメント９１，９２間を対向させたときに空間９０ａが形成されるようにしてもよい。

微粒子化装置９０は、図３（ａ）及び図３（ｃ）に示すように、ガスケット９３の一方の面に上流側エレメント９１を配置し、他方の面に下流側エレメント９２を配置して、上流側エレメント９１と下流側エレメント９２とが、一定の間隔を保持しつつ対向した状態となるように組立てられる。これにより、上流側エレメント９１と下流側エレメント９２とガスケット９３の空間形成用孔９３ａとによって囲まれた空間９０ａが形成される。上流側エレメント９１と下流側エレメント９２との間の間隔は、微粒子化装置９０を通過する混合燃料の線速度が６ｍ／ｓｅｃ〜９ｍ／ｓｅｃの場合には、１０ｍｍ〜８０ｍｍとすることが好ましい。

上記のようにして組立てられた微粒子化装置９０は、図１に示す製造装置Ａの配管３０の送液方向上流側に上流側エレメント９１が配置され、送液方向下流側に下流側エレメント９２が配置されるように配管３０に配設される。製造装置Ａに微粒子化装置９０を設けるために、図４に示すフランジ付き管部材９４，９４を用いることが好ましい。具体的には、図４に示すように、フランジ付き管部材９４，９４のフランジ９４ａ，９４ａの間に微粒子化装置９０を挟持し、管９４ｂ，９４ｂにおいて製造装置Ａの配管３０と接続する。フランジ９４ａ，９４ａの部分でクランプを用いて、上流側エレメント９１、下流側エレメント９２、ガスケット９３を固定する。フランジ付き管部材９４，９４としては、例えばヘルールとして知られるものを用いることができる。上流側エレメント９１、下流側エレメント９２、ガスケット９３は、クランプを用いて固定することに代えて、接着剤や両面テープ等の接着手段やネジ等の締結手段を用いてフランジ付き管部材９４，９４に固定してもよい。

フランジ付き管部材９４，９４の管９４ｂ，９４ｂは、上流側エレメント９１に設けられたすべての孔、及び、下流側エレメント９２に設けられた孔と対向する大きさ及び形状を有している。したがって、フランジ９４ａ，９４ａが、上流側エレメント９１及び下流側エレメント９２に設けられた孔を塞ぐことはない。これにより、一方のフランジ付き管部材９４から微粒子化装置９０に供給された流体は、上流側エレメント９１の孔を通って空間９０ａに導入され、この空間９０ａに導入された流体は、下流側エレメント９２の中央孔９２ａを通って、他方のフランジ付き管部材９４から排出される。

なお、本実施の形態の図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す微粒子化装置９０では、上流側エレメント９１、下流側エレメント９２、ガスケット９３を用いた場合を例に挙げて説明した。しかしながら、これに限らず、両端にフランジを有する管（例えば、延長用のヘルール）のフランジ部分に、孔を有しないプレート状のパッキン（例えば、空間形成用孔９３ａを有しないガスケット）をそれぞれ配置し、一方のパッキンに、上記中心側孔９１ａ及び外周側孔９１ｂのように孔を形成し、他方のパッキンに、上記中央孔９２ａのように孔を形成してもよい。この場合、この２つのパッキンがそれぞれ上記上流側エレメント９１及び下流側エレメント９２となり、両端にフランジを有する管が、上流側エレメント９１と下流側エレメント９２とを互いに一定の間隔を保持しつつ対向させて配置させるための部材となる。

微粒子化装置９０は、上流側エレメント９１、下流側エレメント９２及びガスケット９３として、それぞれに設けられた孔の大きさや孔の配置が異なるものを複数用意し、要求される水の微粒子化の程度（水の粒子径）等に応じて、用いる上流側エレメント９１、下流側エレメント９２及びガスケット９３を変更するようにしてもよい。このように微粒子化装置９０は、上流側エレメント９１、下流側エレメント９２及びガスケット９３、フランジ付き管部材９４といった簡易な構造の部品を組立てて作製することができ、また、この微粒子化装置９０を製造装置Ａの配管に組み込むという簡便な操作でエマルジョン燃料を製造する製造装置を作製することができる。

図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す微粒子化装置９０は、上記のとおりエマルジョン燃料の製造装置Ａで用いることができる。しかしながら、本実施の形態の水と燃料油とを混合してエマルジョン燃料を製造する場合やウルトラファインバブル水を製造する場合に限らず、燃料油とその他の添加剤（例えば、乳化剤、酸化防止剤、粘度調整剤、防錆剤、分散剤、消泡剤、香料、着色剤、潤滑剤）との混合や、燃料油と空気等の気体と混合等、液体と液体、液体と気体等の流体の混合、流体と固体との混合等、任意の材料を混合するための混合装置として好適に用いることができる。

〔ウルトラファインバブル水の生成装置〕
ウルトラファインバブル水の生成装置９０’は、ウルトラファインバブル水（ナノバブル水）を生成することができるものを用いることができる。具体的には、超音波方式、旋回流方式、加圧溶解方式等によってウルトラファインバブル水を生成することができる装置の他、上記した微粒子化装置９０と同様の構造を有する装置を用いることができる。微粒子化装置９０と同様の構造を有する生成装置９０’では、生成装置９０’に導入された水に微細な気泡が形成されることによりウルトラファインバブル水を製造することができる。ウルトラファインバブル水とは、１μｍ以下のナノサイズの気泡を含む水をいう。

〔圧力調整器〕
圧力調整器Ｖ４３としては、エマルジョン燃料を圧送するときの圧力が所定の圧力となるように調整できるものであればよい。例えばエマルジョン燃料の送液を所定の圧力まで抑制するものや、エマルジョン燃料が通過する圧力調整器Ｖ４３の流路面積（流路）を、燃料装置用配管４０の他の部分に比べて小さい流路とすることによって、エマルジョン燃料の流量を抑制するものを用いることができる。圧力調整器Ｖ４３として具体的には、上記した微粒子化装置９０、圧力調整弁、リリーフ弁、手動弁、安全弁、減圧弁等を用いることができる。

圧力調整器Ｖ４３によって調整される圧力は、０．１ＭＰａ以上あることが好ましく、０．５ＭＰａ以上であることがより好ましく、１．０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。圧力調整器Ｖ４３によって調整される圧力が０．１ＭＰａ未満であると、得られるエマルジョン燃料の乳化状態が安定化しにくくなる傾向にあり、上記圧力が２．０ＭＰａを超えると、配管３０として耐圧性の高いものを用いる必要が生じる等、製造装置Ａの設計が複雑になる傾向にある。

〔エマルジョン燃料の製造方法〕
エマルジョン燃料の製造装置Ａを用いてＷ／Ｏ型のエマルジョン燃料を製造する製造方法について説明する。

図示しない操作部を操作して、水及び燃料油を所望の混合重量割合に設定することにより、水量、燃料油量がそれぞれ算出され、それに適した開口量で水投入電磁弁Ｖ１１、燃料油投入電磁弁Ｖ２１の開口量が決定される。燃料油投入電磁弁Ｖ２１が開口すると、燃料油タンクＴ２０から混合タンクＴ３０に燃料油が供給され、燃料油流量計Ｒ２によりその流量が検出されて混合タンクＴ３０に所定量まで供給される。なお、混合タンクＴ３０に設けたレベルゲージＧ３によって、水流量計Ｒ１や燃料油流量計Ｒ２を用いずに、水及び燃料油の供給量を制御するようにしてもよい。

続いて、混合タンクＴ３０内で、混合タンク撹拌モータＭ３に取付けられたスターラー等の撹拌装置で撹拌を開始し、操作部を操作して第１及び第２循環電磁弁Ｖ３１、Ｖ３４を開口させ、ポンプＰ３１を作動させる。ポンプＰ３１の作動直後に、水投入電磁弁Ｖ１１を開口し、水用ポンプＰ１１によって吸込まれた水タンクＴ１０内の水を混合タンクＴ３０に供給する。これにより、混合タンクＴ３０では、燃料油と水とが混合された混合燃料が生成される。水は水流量調整弁Ｖ１２で流量を調整しながら混合タンクＴ３０に供給され、その流量は水流量計Ｒ１で検出される。

混合燃料中の水の含有率は、エマルジョン燃料を形成することができれば特に限定されないが、混合燃料の総重量に対して１０重量％以上とすることが好ましく、２０重量％以上とすることがより好ましい。また、混合燃料中の水の含有率は、混合燃料の総重量に対して５０重量％以下であることが好ましく、４０重量％以下であることがより好ましい。水の含有率が１０重量％未満であると、エマルジョン燃料を用いたときの燃費や燃料コストの向上が大きくは期待できない。一方、エマルジョン燃料に含まれる水の量が多いほど燃料コストが下がるため、水の含有率は大きい方が好ましい。水の含有率が５０重量％を超えると、製造装置Ａで安定した乳化状態のエマルジョン燃料を製造しにくくなる傾向にある。

ポンプＰ３１の作動直後にコンプレッサＣ５０の手動弁Ｖ５１を開放し、コンプレッサＣ５０から圧縮された気体を、配管３０のポンプＰ３１の吸入側に供給して、混合燃料と気体とを混合する。気体は比例制御弁Ｖ５２で流量を調整しながら供給され、逆止弁Ｖ５３で逆流しないようになっている。また、気体の流量は気体流量計Ｒ５で検出される。気体の供給量はポンプＰ３１の吐出圧力や吐出量に応じて選定すればよいが、ポンプＰ３１の吐出圧力を０．１ＭＰａ〜２．０ＭＰａ、ポンプＰ３１での混合燃料の吐出量１００体積％に対してコンプレッサＣ５０からの気体の供給量を１〜５体積％とすることが好ましい。

混合燃料に混合される気体の混合率は、エマルジョン燃料を形成することができれば特に限定されないが、混合燃料の総重量に対して１体積％以上とすることが好ましく、２体積％以上とすることがより好ましい。また、混合燃料に混合される気体の混合率は、混合燃料の総重量に対して５０体積％以下であることが好ましい。気体の混合率が１体積％未満であると、燃焼性を高めることができる効果が大きくは期待できない。一方、気体の混合率が５０重量％を超えると、燃焼性が高すぎる状態になる傾向がある。

ポンプＰ３１を作動させると混合タンクＴ３０から混合燃料が吸込まれ、配管３０のポンプＰ３１の吸入側において、混合燃料とコンプレッサＣ５０から供給された気体とが混合される。ポンプＰ３１は気体が混合された混合燃料を微粒子化装置９０に向けて圧送する。

微粒子化装置９０は、図４に示すように、フランジ付き管部材９４，９４のフランジ９４ａ，９４ａの間に挟持され、管９４ｂ，９４ｂの部分で配管３０と接続されている。ポンプＰ３１により圧送された混合燃料は、微粒子化装置９０の送液方向上流側に配置されるフランジ付き管部材９４から上流側エレメント９１に導入される。

上流側エレメント９１には、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示すように、径の異なる中心側孔９１ａ及び外周側孔９１ｂが形成されている。中心側孔９１ａを通過した混合燃料と外周側孔９１ｂを通過した混合燃料とでは、その流速が異なる。空間９０ａに導入された流速の異なる混合燃料は、その速度差によって空間９０ａ内において流れ方向が撹乱され、空間９０ａ内で撹拌された状態となる。このように空間９０ａ内で撹拌された混合燃料は、下流側エレメント９２に設けられた中央孔９２ａから微粒子化装置９０の外部に排出される際に、渦を巻きながら排出される。上記のような空間９０ａ内における混合燃料の撹拌、及び、下流側エレメント９２の中央孔９２ａから渦巻き状に生じる混合燃料の排出により、混合燃料に含まれる水が微粒子化されて、安定な乳化状態のエマルジョン燃料を製造することができる。

微粒子化装置９０を通って放出された混合燃料は、第２循環電磁弁Ｖ３４を通って再び混合タンクＴ３０に供給される。混合タンクＴ３０に戻された混合燃料は、混合タンク撹拌モータＭ３で撹拌されることにより、安定した乳化状態を維持することができる。また、混合燃料が、混合タンクＴ３０と配管３０とで形成される循環経路３１を２〜５回循環し、上記のように微粒子化装置９０を通過することによって、水をさらに微粒子化し、安定な乳化状態のエマルジョン燃料を製造することもできる。循環経路３１での混合燃料の循環回数を変更し、混合燃料が微粒子化装置９０を通過する回数を調整することによって、エマルジョン燃料中の水の粒子径を調整することもできる。

また、ポンプＰ３１の吸入側にコンプレッサＣ５０から供給された気体を供給し、混合燃料が気体と混合された状態で微粒子化装置９０に導入されると、燃料油と水との混合性を高めることができる。これにより、より乳化状態が安定化したエマルジョン燃料を得ることができる。

本実施の形態の製造装置Ａを用いることにより、用いる燃料油の種類にもよるが、エマルジョン燃料中の水の粒子径を、例えば２０００ｎｍ以下に形成することができる。また、微粒子化装置９０における上流側エレメント９１及び下流側エレメント９２に設けられた孔の径や配置等を調節することにより、用いる燃料油の種類にもよるが、水の粒子径を５０ｎｍ〜１０００ｎｍまで微粒子化することもできる。さらに、混合タンクＴ３０の混合燃料が微粒子化装置９０を複数回通過するように、混合燃料が循環経路３１を循環することによっても水を微粒子化することができる。したがって、微粒子化装置９０の上流側エレメント９１及び下流側エレメント９２に設けられた孔の径や配置、混合燃料が循環経路３１を循環する回数を調整することにより、水の粒子径が所望の大きさに調整されたエマルジョン燃料を製造することができる。

本発明者の知見によると、例えば、燃焼装置Ｂとして、０．５〜２．５ＭＰａ程度の加圧側ポンプが搭載されたバーナーでは、エマルジョン燃料中の水の粒子径が３００〜７００ｎｍである場合に、ＮＯ_ｘ濃度の低減率が高くなり、かつ、燃費の改善率が高くなる傾向にある。したがって、燃焼装置Ｂとして上記バーナーを用いる場合には、水の粒子径を３００〜７００ｎｍに調整することによって、ＮＯ_ｘ濃度の低減率を高め、燃費の改善率を高めることができる。本実施の形態の製造装置Ａでは、上記のとおり、エマルジョン燃料中の水の粒子径を調整することができるため、例えば、要求されるＮＯ_ｘ濃度の低減率及び燃費の改善率に応じて、所望の粒子径を有する水粒子を含むエマルジョン燃料を製造することができる。

上記のようにして乳化状態が安定化したエマルジョン燃料は、移送電磁弁Ｖ３５の切替えにより、混合タンクＴ３０から配管チーズＶ３２、移送電磁弁Ｖ３５を経て、燃焼装置用配管４０に移送されて貯蔵タンクＴ４０に導入される。エマルジョン燃料は、例えば循環経路３１を所定時間循環した後に移送電磁弁Ｖ３５が切替えられることにより、その全量が貯蔵タンクＴ４０に供給されてもよく、移送電磁弁Ｖ３５が間欠的に切替えられることにより、循環経路３１を循環するエマルジョン燃料の一部を貯蔵タンクＴ４０に間欠的に供給するようにしてもよい。また、移送電磁弁Ｖ３５の切替えによって貯蔵タンクＴ４０に供給されたエマルジョン燃料の供給量に応じて、混合タンクＴ３０に、水タンクＴ１０からの水の供給や燃料油タンクＴ２０からの燃料油の供給を行うようにして、連続的にエマルジョン燃料を製造するようにしてもよい。

貯蔵タンクＴ４０内に供給されたエマルジョン燃料は、貯蔵タンク撹拌モータＭ４に取り付けた撹拌装置で撹拌されながら、レベルゲージＧ４によってその供給量が検出される。貯蔵タンクＴ４０内のエマルジョン燃料の量が所定量に達すると、手動弁Ｖ４１、第２移送電磁弁Ｖ４４を切替えて、吐出ポンプＰ４１を作動させる。吐出ポンプＰ４１を作動させると、貯蔵タンクＴ４０からエマルジョン燃料が吸入され、圧力調整器Ｖ４３に向けてエマルジョン燃料が圧送される。このとき、圧力調整器Ｖ４３は、上記したようにエマルジョン燃料の流れを抑制する等により、エマルジョン燃料を圧送するときの圧力が所定の圧力となるように調整するようになっており、吐出ポンプＰ４１の作動に伴って吐出ポンプＰ４１と圧力調整器Ｖ４３との間のエマルジョン燃料の圧力が徐々に上昇する。これにより、エマルジョン燃料が加圧された状態で循環経路４１を循環するため、エマルジョン燃料の乳化状態を安定に保つことができる。

循環経路４１を循環しているときにエマルジョン燃料に印加される印加圧力の大きさは、圧力調整器Ｖ４３によって調整することができる。圧力調整器Ｖ４３によって調整される圧力は、０．１ＭＰａ以上あることが好ましく、０．５ＭＰａ以上であることがより好ましく、１．０ＭＰａ以上であることがさらに好ましい。

一方、貯蔵タンクＴ４０から燃焼装置Ｂにエマルジョン燃料を供給するときには、第２移送電磁弁Ｖ４４を切替えて、吐出ポンプＰ４１により、貯蔵タンクＴ４０から第２移送電磁弁Ｖ４４を経て、燃焼装置Ｂにエマルジョン燃料が圧送される。上記のとおり、エマルジョン燃料は循環経路４１を循環することにより加圧されているため、貯蔵タンクＴ４０から燃焼装置Ｂにエマルジョン燃料を圧送する際にも、０．０５ＭＰａ以上１．０ＭＰａ以下の加圧された状態で移送することができる。

このように、エマルジョン燃料に所定の圧力が印加されるように調整しながら圧送することによって、水を微粒子化した状態に維持し、エマルジョン燃料の乳化状態を安定に保つことができる。これにより、安定した乳化状態のエマルジョン燃料を燃焼装置Ｂに供給することができるので、燃焼装置Ｂでのエマルジョン燃料の燃焼性を向上することができる。

なお、エンジンやバーナー等の高圧のエマルジョン燃料を供給することができない燃料装置Ｂにエマルジョン燃料を供給する場合には、第２移送電磁弁Ｖ４４と燃焼装置Ｂとの間で、エマルジョン燃料を任意の圧力まで減圧して燃料装置Ｂに供給すればよい。減圧の方法は、特に限定されないが、減圧弁やバイパス配管を用いて行えばよい。

本実施の形態のエマルジョン燃料の製造装置Ａでは、図１に示すように、混合タンクＴ３０及び微粒子化装置９０等を用いて得られたエマルジョン燃料を一旦貯蔵タンクＴ４０に貯蔵して燃焼装置Ｂに供給している。そのため、混合タンクＴ３０及び微粒子化装置９０でのエマルジョン燃料の生成を連続的に行いながら、燃焼装置Ｂへのエマルジョン燃料の供給は、貯蔵タンクＴ４０からの供給量で調整することができる。また、貯蔵タンクＴ４０内のエマルジョン燃料は、循環経路４１を循環することにより加圧されているため、安定した乳化状態のエマルジョン燃料を燃焼装置Ｂに供給することができる。

しかしながら、図２に示すように、図１に示す貯蔵タンクＴ４０、手動弁Ｖ４１、吐出ポンプＰ４１、第２配管チーズＶ４２、圧力調整器Ｖ４３、第２移送電磁弁Ｖ４４を有していない製造装置Ａ３を用いて、エマルジョン燃料を燃焼装置Ｂに直接供給するようにすることもできる。具体的には、配管３０に設けられたポンプＰ３１を用い、配管チーズＶ３２を経て、移送電磁弁Ｖ３５から燃焼装置用配管４０に、混合タンクＴ３０内のエマルジョン燃料を圧送して燃焼装置Ｂに直接供給してもよい。

図２に示す製造装置Ａ３には、燃焼装置Ｂで消費されなかったエマルジョン燃料を再び混合タンクＴ３０に戻す戻り経路４４が形成されている。この戻り経路４４を設けることにより、燃焼装置Ｂで消費されなかったエマルジョン燃料を再び混合タンクＴ３０に戻すことができる。混合タンクＴ３０に戻されたエマルジョン燃料を、循環経路３１で循環させることにより、乳化状態を安定化させることができる。なお、戻り経路４４は、燃焼装置Ｂの種類に応じて、設けても設けなくてもよい。

本実施の形態のエマルジョン燃料の製造装置Ａ，Ａ３では、ポンプＰ３１の吸入側においてコンプレッサＣ５０からの気体を導入し、混合燃料に気体を混合して燃料油と水との混合性を高めている。しかしながら、コンプレッサＣ５０を用いずに、圧縮した気体を導入するようにしてもよい。また、混合燃料に気体を導入することなくエマルジョン燃料を生成してもよい。

上記では、燃料油に混合する水として、水タンクＴ１０に貯蔵された水を用いた場合について説明したが、図１に示すウルトラファインバブル水の生成装置９０’を用いてウルトラファインバブル水を製造し、このウルトラファインバブル水を用いてもよい。

ウルトラファインバブル水は、図１に示すように、水タンクＴ１０から排出された水が生成装置９０’を通過する循環経路１１を循環することによって製造される。生成装置９０’としては、上記したように、ウルトラファインバブル（ナノバブル）水を生成することができるものを用いることができるが、例えば微粒子化装置９０と同様の構造を有するものを用いることもできる。この場合、図４に示すように、生成装置９０’は、微粒子化装置９０と同様に、フランジ付き管部材９４，９４のフランジ９４ａ，９４ａの間に挟持され、管９４ｂ，９４ｂの部分で循環経路１１をなす配管と接続される。

水タンクＴ１０から排出された水は、水用ポンプＰ１１の吸入側において、水とコンプレッサＣ１０から供給された気体とが混合されて気体混合水が生成される。水用ポンプＰ１１は、気体混合水を、水流量計Ｒ１、水用配管チーズＶ１３、生成装置９０’の順に圧送する。

ウルトラファインバブル水の生成装置９０’として、微粒子化装置９０と同様の構造を有するものを用いた場合、水用ポンプＰ１１により圧送された気体混合水は、生成装置９０’の送液力向上流側に配置されるフランジ付き管部材９４から上流側エレメント９１に導入される。生成装置９０’の上流側エレメントには、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す微粒子化装置９０で説明したとおり、径の異なる中心側孔及び外周側孔が形成されている。中心側孔を通過した気体混合水と外周側孔を通過した気体混合水とでは、その流速が異なる。そのため、生成装置９０’の空間（図３（ｃ）の空間９０ａに対応する空間）に導入された流速の異なる気体混合水は、その速度差によって空間内において流れ方向が撹乱され、空間内で撹拌された状態となる。このように空間内で撹拌された気体混合水は、下流側エレメントに設けられた中央孔から生成装置９０’の外部に排出される際に、渦を巻きながら排出される。上記のような空間内における気体混合水の撹拌、及び、下流側エレメントの中央孔から渦巻き状に生じる気体混合水の排出により、気体混合水に含まれる水が微粒子化されて、ウルトラファインバブル水を製造することができる。

気体混合水が生成装置９０’を通過することによって製造されたウルトラファインバブル水は、再び水タンクＴ１０に供給される。水タンクＴ１０に戻されたウルトラファインバブル水は、循環経路１１を２〜５回循環し、上記のように生成装置９０’を複数回通過することによって、さらに気泡を微細化し、安定な状態のウルトラファインバブル水を製造することができる。

なお、図１に示す製造装置Ａは、燃料油にウルトラファインバブル水を混合するために、ウルトラファインバブル水の生成装置９０’を備えているが、燃料油に水道水等のウルトラファインバブル水以外の水を混合する場合には、生成装置９０’及び水用配管チーズＶ１３を有する循環経路１１は設ける必要はない。また、図２に示す製造装置Ａ３には、ウルトラファインバブル水の生成装置９０’及び水用配管チーズＶ１３を有する循環経路１１を示していないが、製造装置Ａ３に、生成装置９０’及び水用配管チーズＶ１３を有する循環経路１１を設けてもよい。

上記では、Ｗ／Ｏ型のエマルジョン燃料を製造する場合について説明したが、図１に示す製造装置Ａ，図２に示す製造装置Ａ３を用いて、Ｏ／Ｗ型のエマルジョン燃料を製造することもできる。Ｏ／Ｗ型のエマルジョン燃料を製造する場合には、水タンクＴ１０から混合タンクＴ３０に水を供給した後、燃料油タンクＴ２０から燃料油を混合タンクＴ３０に供給して、水と燃料油とを混合した混合燃料を生成すればよい。この場合、混合燃料が微粒子化装置９０を通過することにより、燃料油（分散質）を微粒子化することができる。

〔エマルジョン燃料〕
（燃料油）
燃料油は、温度５０℃における動粘度が２ｍｍ^２／ｓ以上であることが好ましく、５ｍｍ^２／ｓ以上であることがより好ましく、１０ｍｍ^２／ｓ以上であることが最も好ましい。上記燃料油として具体的には、温度５０℃における動粘度が通常１．５〜２０ｍｍ^２／ｓであるＡ重油、温度５０℃における動粘度が通常２．５〜１００ｍｍ^２／ｓであるＢ重油、温度５０℃における動粘度が通常８０〜２００ｍｍ^２／ｓであるＣ重油、温度５０℃における動粘度が通常８０〜２００ｍｍ^２／ｓである石炭油、温度５０℃における動粘度が２〜１００ｍｍ^２／ｓである再生油（廃油）よりなる群より選択される少なくとも１種を挙げることができ、２種以上を混合して用いてもよい。このうち、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油、石炭油、再生油（廃油）よりなる群より選択される少なくとも１種を用いることが好ましい。上記燃料油と水とを、上記したエマルジョン燃料の製造装置を用いて混合することにより、界面活性剤を別途添加することなく又は界面活性剤の使用量を低減して、上記燃料油をエマルジョン化することができる。

（水）
水は、水道水、蒸留水、精製水、イオン交換水、アルカリ水、酸性水、純粋、超純水、廃水、これらを用いて作製したウルトラファインバブル水等を用いることができる。

（その他の成分）
本発明のエマルジョン燃料は、燃料油、水以外のその他の成分として、乳化剤（界面活性剤）、酸化防止剤、粘度調整剤、防錆剤、分散剤、消泡剤、香料、着色剤、潤滑剤などを含んでいてもよい。エマルジョン燃料に含まれるその他の成分の含有率は、本発明のエマルジョン燃料の安定した乳化状態を維持できる範囲であれば特に限定されないが、エマルジョン燃料の総重量に対して２０重量％以下であることが好ましく、１０重量％以下であることがより好ましい。

上記のその他の成分は、予め燃料油と混合しておいてもよく、燃料油とは別の専用タンクから、混合タンクＴ３０に燃料油とともに供給して混合するようにしてもよい。

〔エマルジョン燃料の製造装置の用途〕
本発明のエマルジョン燃料の製造装置で製造されたエマルジョン燃料は、ボイラ、ディーゼルエンジン、燃焼炉、乾燥炉、発電所等の燃焼装置に供給されて使用される。

［油水分離評価］
エマルジョン燃料の油水分離試験は、エマルジョン燃料の製造装置で製造された直後にエマルジョン燃料を２００ｍＬのメスシリンダーに１５０ｍＬ投入して静置した後、油水分離が生じる時間までの時間を計測することによって行った。静置後、２４時間以内に油水分離が生じた場合には、油水分離が生じる時間を計測し、２４時間以内に油水分離が生じなかった場合には分離なしと判定した。

［水の粒子径の測定］
エマルジョン燃料をプレパラートに０．１ｍＬ採取した状態で顕微鏡（ＧＲ−Ｄ８Ｔ２、松電舎製）で撮影し、撮影画像を画像分析装置（Ａ像君、旭化成エンジニアリング製）で粒径分析して、エマルジョン燃料中の水の粒子径を算出した。

［燃焼試験］
実施例及び比較例で得たエマルジョン燃料を、バーナ（ＭＣ−３Ｇ、ＨＯＤＡＫＡ製、吐出圧力１．０〜２．８ＭＰａ、吐出流量８〜１５ｋｇ／ｈ、ノズルチップ２．２５（６０°），２．５（６０°）、ノズルチップ及び吐出圧力で吐出流量を制御）を用い、噴射圧力１．０ＭＰａの範囲で噴射して、簡易燃焼炉（炉サイズ：内径６００ｍｍ、幅１５００ｍｍ）内で燃焼させる燃焼試験を行った。排ガス分析器（Ｔｅｓｔｏ３５０Ｓ、テストー製）を用いて、簡易燃焼炉から排出される排ガスの排気煙道から、排ガス分析器のプローブで排ガス０．６Ｌ／ｍｉｎを採取し、排ガス内のＣＯ、ＮＯ、ＮＯ_２、ＳＯ_２の量を測定した。

［燃費評価］
実施例及び比較例で得たエマルジョン燃料について、図２に示す製造装置Ａ３を用い、上記燃焼試験で用いたものと同じ簡易燃焼炉、排ガス分析器を用いて燃費評価を行った。具体的には、簡易燃焼炉の温度を十分に昇温した後、エマルジョン燃料を燃焼させ、簡易燃焼炉の排気煙道から排ガス分析器のプローブで採取した排ガスを排ガス分析器で検出して、排ガスの温度が４２５±５℃、酸素濃度が３．５±０．２％となるように、エマルジョン燃料の燃焼状態を維持して３０分間燃焼させた。実際の燃焼温度及び酸素濃度は表２に示すとおりである。

この３０分間の燃焼の前後において、混合タンクＴ３０のエマルジョン燃料の油量を貯蔵タンク油量計で検出して、燃焼の前後における油量の体積差［Ｌ］を測定した。この体積差［Ｌ］の値とエマルジョン燃料の比重とを用いて、単位時間［ｈ］あたりに消費されたエマルジョン燃料の消費重量［ｋｇ／ｈ］を算出し、この消費重量中のＣ重油の重量をエマルジョン燃料の燃費［ｋｇ／ｈ］として算出した。

比較のために、燃料としてＣ重油のみを用いた場合（Ｃ重油＝１００）についても上記と同様の方法で実験を行い、単位時間［ｈ］あたりに消費されるＣ重油の重量を、Ｃ重油の燃費［ｋｇ／ｈ］として算出した。

図２に示す製造装置Ａ３を用い、ポンプＰ３１として１５ＮＥＤ０２Ｚ（ＮＩＫＵＮＩ製）を用い、微粒子化装置９０として、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す装置を用いた。上流側エレメント９１及び下流側エレメント９２は、いずれも直径が２４ｍｍであり、ガスケット９３は、直径が３５ｍｍである。また、上流側エレメント９１に設けられた４つの中心側孔９１ａは、それぞれ直径が０．５ｍｍであり、この中心側孔９１ａの外側に同心円状に設けられた８つの外周側孔９１ｂは、それぞれ直径が１ｍｍである。下流側エレメント９２に設けられた中央孔９２ａは直径が３ｍｍであり、ガスケット９３の空間形成用孔９３ａの直径は１２ｍｍであり、厚さは１．５ｍｍである。なお、コンプレッサＣ５０は作動させず、気体の供給は行わなかった。

燃料油タンクＴ２０から燃料油としてＣ重油（ＬＰＣ２８、昭和シェル石油（株）製、温度５０℃における動粘度１５７．２ｍｍ^２／ｓ、硫黄分濃度１．１５ｗｔ％、窒素分濃度０．１９ｗ％）３５０ｇを１Ｌの混合タンクＴ３０に供給し、吐出圧力を約０．６ＭＰａ、吐出量を約４Ｌ／ｍｉｎでポンプＰ３１を作動させた。ポンプＰ３１の作動直後に水タンクＴ１０から混合タンクＴ３０に水道水１５０ｇをゆっくりと供給して混合燃料を生成した（Ｃ重油の重量：水の重量＝７０：３０）。ポンプＰ３１を５ｍｉｎ稼働して、混合燃料を、混合タンクＴ３０と配管３０とで形成される循環経路３１に１回通し、エマルジョン燃料を得た。得られたエマルジョン燃料について、油水分離評価、水の粒子径の測定を行った。その結果を表１に示す。

混合燃料を生成した後、コンプレッサＣ５０から減圧した０．３ＭＰａの圧縮空気を０．０５Ｌ／ｍｉｎで供給した（Ｃ重油の重量：水の重量＝７０：３０、水エマルジョン燃料の体積：圧縮空気の体積＝９８：２）こと以外は、実施例１と同様の製造装置でエマルジョン燃料を得、油水分離評価、水の粒子径の測定を行った。その結果を表１に示す。

〔比較例１〕
実施例１で用いた微粒子化装置９０に代えて、せん断式のミキサ（ラモンドナノミキサ、ナノクス製）を用いたこと以外は、実施例１と同様の製造装置でエマルジョン燃料を得、油水分離試験を行った。また、比較例１について水の粒子径の測定を行った。その結果を表１に示す。

〔比較例２〕
実施例１で用いた微粒子化装置９０を用いずに、混合タンクＴ３０でスターラ（ナノクス製）を用いて撹拌したこと以外は、実施例１と同様の製造装置でエマルジョン燃料を得、油水分離試験を行った。また、比較例２について水の粒子径の測定を行った。その結果を表１に示す。

表１に示すように、微粒子化装置９０を用いた場合（実施例１、２）には、２４時間以内に油水分離が生じず、安定した乳化状態のエマルジョン燃料が得られた。せん断式のミキサを用いた場合（比較例１）にも安定した乳化状態のエマルジョン燃料が得られたが、スターラを用いた場合（比較例２）には、約５分程度で油水分離が生じ、安定な乳化状態のエマルジョン燃料は得られなかった。また、微粒子化装置９０を用いた場合（実施例１）には、上述したように、ＮＯ_ｘ濃度の低減率を高め、燃費の改善率を高めることができる水の粒子径（３００〜７００ｎｍ）を有するエマルジョン燃料が得られた。一方、せん断式のミキサやスターラを用いた場合（比較例１、２）には、水の粒子径は上記した３００〜７００ｎｍの範囲外であった。

図２に示す製造装置Ａ３及び燃焼装置Ｂを用い、ポンプＰ３１として２５ＫＬＤ０７Ｚ−Ｖ（ＮＩＫＵＮＩ製）を用いた。また、上記微粒子化装置９０として、実施例１と同様のものを用い、上記燃焼装置Ｂとして、上記燃焼試験の項に記載したバーナー及び簡易燃焼炉を使用した。なお、コンプレッサＣ５０は作動させず、気体の供給は行わなかった。

燃料油タンクＴ２０から燃料油としてＣ重油（ＬＰＣ２８、昭和シェル石油（株）製、温度５０℃における動粘度１５７．２ｍｍ^２／ｓ、硫黄分濃度１．１５ｗｔ％、窒素分濃度０．１９ｗ％）を３０Ｌの混合タンクＴ３０に１４ｋｇ供給し、ポンプＰ３１を吐出圧力を約０．６ＭＰａ、吐出量４Ｌ／ｍｉｎで作動させた。ポンプＰ３１の作動直後に水タンクＴ１０から混合タンクＴ３０に水道水６ｋｇをゆっくりと供給して混合燃料を生成した（Ｃ重油の重量：水の重量＝７０：３０）。混合タンクＴ３０の撹拌装置である撹拌スターラ及びポンプＰ３１を常時稼働して、混合燃料を、混合タンクＴ３０と配管３０とで形成される循環経路３１に１回通し、エマルジョン燃料を得た。得られたエマルジョン燃料について、燃焼試験及び燃費評価試験を行った。

その結果を表２に示す。表２には、燃焼評価試験でのエマルジョン燃料の燃焼条件（燃焼温度［℃］、燃焼時の酸素量［％］）も示している。

混合燃料を生成した後、コンプレッサＣ５０から減圧した０．３ＭＰａの圧縮空気を０．３Ｌ／ｍｉｎで供給した（Ｃ重油の重量：水の重量＝７０：３０、水エマルジョン燃料の体積：圧縮空気の体積＝９８：２）こと以外は、実施例３と同様の製造装置でエマルジョン燃料を得、燃焼試験及び燃費評価試験を行った。その結果を表２に示す。

〔比較例３〕
実施例３で用いた微粒子化装置９０に代えて、比較例１に記載のせん断式のミキサ（ラモンドナノミキサ、ナノクス製）を用いたこと以外は、実施例２と同様の燃焼装置Ｂを用いて燃焼試験及び燃焼評価試験を行った。その結果を表２に示す。

〔比較例４〕
実施例３で用いた微粒子化装置９０に代えて、比較例２に記載のスターラー（ナノクス製）を用いたこと以外は、実施例２と同様の燃焼装置Ｂを用いて燃焼試験及び燃焼評価試験を行った。その結果を表２に示す。

〔比較例５〕
実施例２及び比較例３で用いた製造装置を使用せず、燃焼装置Ｂに直接Ｃ重油を供給して、燃焼試験及び燃費評価試験を行った。その結果を表２に示す。

表２に示すように、微粒子化装置９０を用いた場合（実施例３、４）には、せん断式のミキサを用いた場合（比較例３）、スターラを用いた場合（比較例４）、Ｃ重油を燃料とした場合（比較例５）に比較して、有害物質の排出量を低減することができ、燃費も向上できた。また、微粒子化装置９０を用い、コンプレッサＣ５０から空気を供給することにより、有害物質（特に、ＮＯ、ＣＯ）の排出量を低減することができ、燃費を向上できることがわかった。

本発明のエマルジョン燃料の製造装置及びその製造方法は、ボイラ、エンジン、バーナー、燃焼炉、乾燥炉、発電所等の燃焼装置に供給されるエマルジョン燃料の製造に好適に用いることができる。

Ａ製造装置、Ａ３製造装置、Ｂ燃焼装置、Ｔ１０水タンク、Ｔ２０燃料油タンク、Ｔ３０混合タンク、Ｔ４０貯蔵タンク、Ｃ１０コンプレッサ、Ｃ５０コンプレッサ（気体供給部）、Ｐ１１水用ポンプ、Ｐ３１ポンプ（第１ポンプ、第２ポンプ）、Ｐ４１吐出ポンプ（第２ポンプ）、Ｒ１水流量計、Ｒ２燃料油流量計、Ｒ５気体流量計、Ｖ１１水投入電磁弁、Ｖ１２水流量調整弁、Ｖ１３水用配管チーズ、Ｖ２１燃料油投入電磁弁、Ｖ３１第１循環電磁弁、Ｖ３２配管チーズ、Ｖ３４第２循環電磁弁、Ｖ３５移送電磁弁、Ｖ４１手動弁、Ｖ４２第２配管チーズ、Ｖ４３圧力調整器、Ｖ４４第２移送電磁弁、Ｖ５１手動弁、Ｖ５２比例制御弁、Ｖ５３逆止弁、Ｍ３混合タンク撹拌モータ、Ｍ４貯蔵タンク撹拌モータ、Ｇ３レベルゲージ、Ｇ４レベルゲージ、１１循環経路、３０配管（第１配管）、３１循環経路、３２経路、４０燃焼装置用配管（第２配管）、４１循環経路、４２経路、４３戻り経路、４４戻り経路、９０微粒子化装置、９０’ ウルトラファインバブル水の生成装置、９０ａ空間、９１上流側エレメント（第１エレメント）、９１ａ中心側孔（第１孔）、９１ｂ外周側孔（第１孔）、９２下流側エレメント（第２エレメント）、９２ａ中央孔（第２孔）、９３ガスケット、９３ａ空間形成用孔

Claims

複数の材料の混合物中の分散質を微粒子化するための微粒子化装置であって、
前記微粒子化装置は、前記複数の材料を通過可能な孔を有する２つのエレメントを互いに一定の間隔を保持しつつ配置して、前記２つのエレメント間に空間を形成してなり、
前記２つのエレメントは、送液方向上流側から順に、第１エレメントと第２エレメントとを有し、
前記第１エレメントは、
複数の第１孔を有するとともに、前記複数の第１孔の径は、２種以上であり、前記複数の第１孔は、前記第１エレメントの中心側に第１の径を有する中心側孔と、前記中心側孔の外周側に第２の径を有する外周側孔とを含み、かつ、前記中心側孔の直径は、前記外周側孔の直径に比べて小さく、前記中心側孔を１〜４個有し、前記外周側孔を４〜８個有し、
前記第２エレメントは、
前記空間に導入された前記複数の材料の混合物を排出する第２孔を有し、前記第２エレメントの前記第２孔の総面積は、前記第１エレメントの前記第１孔の総面積の０．８〜１．２倍である、微粒子化装置。
前記複数の第１孔の径は２種である、請求項１に記載の微粒子化装置。
前記第２孔は、前記第２エレメントの中心に１〜２個設けられている、請求項１又は２に記載の微粒子化装置。
前記微粒子化装置は、前記２つのエレメントを互いに一定の間隔を保持しつつ配置するための空間を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載の微粒子化装置。
請求項１に記載の混合物は、エマルジョン燃料、または、気液混合燃料、または、ウルトラファインバブル（ナノバブル）水の生成を目的とした、請求項１〜４のいずれか１項に記載の微粒子化装置。