JP3973206B2

JP3973206B2 - 水エマルジョン燃料製造方法

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Publication number: JP3973206B2
Application number: JP2002230820A
Authority: JP
Inventors: 弘康佐藤
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2002-08-08
Filing date: 2002-08-08
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-08-08
Also published as: US20040025416A1; JP2004067913A; US7559960B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン用の、水と燃料との混合体であるエマルジョン燃料、特にはＯ／Ｗ型（水が連続相）の水エマルジョン燃料の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排気ガス中のスモーク、あるいは窒素酸化物等の有害物質の発生を低減するためのディーゼルエンジン用の燃料として、水と燃料とを混合したエマルジョン燃料が有る。エマルジョン燃料にはＯ／Ｗ型（水が連続相）とＷ／Ｏ型（燃料が連続相）とが有り、Ｏ／Ｗ型の方が危険性が無いというメリットがある。エマルジョン燃料の製造技術に関してはいくつかの提案がなされている。その一例として、本発明者及び本出願人は、特願２００１−０９４２６４号を出願している。
【０００３】
図４は特願２００１−０９４２６４号に記載されたエマルジョン燃料製造装置１のブロック図である。図４において、混合槽２には攪拌装置３及びドレーン弁７が設けられている。貯油槽４の下部にはドレーン弁７が設けられている。混合槽２と貯油槽４とは送液回路１０により連結され、送液回路１０上には混合槽２側から、混合液ポンプ１１と、微細化手段１２と、送液回路開閉弁１３とが順次、直列に設けられている。
【０００４】
微細化手段１２と送液回路開閉弁１３との間で送液回路１０と混合槽２とは循環回路１４により連結され、循環回路１４上には循環回路開閉弁１５が設けられている。貯油槽４には吐出回路開閉弁１７を有する吐出回路１６が設けられている。混合槽２に石油燃料を供給する燃料供給回路２１には燃料回路開閉弁２２が、水を供給する水供給回路２３には水回路開閉弁２４が、添加剤供給回路２５には添加剤定量ポンプ２６がそれぞれ設けられている。
【０００５】
混合槽２には上方から順に、オーバフロー液面スイッチ３０と、水液面スイッチ３１と、燃料液面スイッチ３２と、ローレベル液面スイッチ３３とが設けられている。貯油槽４には上方から順に、オーバフロー液面スイッチ３０と、燃料追加液面スイッチ３４と、ローレベル液面スイッチ３３とが設けられている。
【０００６】
制御装置３５は、混合槽２に設けられた、オーバフロー液面スイッチ３０と、水液面スイッチ３１、燃料液面スイッチ３２、ローレベル液面スイッチ３３から検出信号を入力し、燃料回路開閉弁２２と、水回路開閉弁２４と、添加剤定量ポンプ２６とに制御信号を出力するようになっていて、供給制御手段２０を構成すると共に、攪拌装置３に制御信号を出力するようになっている。又、制御装置３５は、貯油槽４に設けられたオーバフロー液面スイッチ３０、燃料追加液面スイッチ３４、ローレベル液面スイッチ３３から検出信号を入力し、混合液ポンプ１１と、送液回路開閉弁１３と、循環回路開閉弁１５と、警報機３６とに制御信号を出力するようになっている。
【０００７】
図５は微細化手段１２の構成の一例を示す斜視図である。図５において、ケーシング４０内には微細な孔４２（０．５〜１ｍｍ程度）を多数有する１枚または複数枚の微細孔穿孔板４１を備えている。液体がこの微細孔穿孔板４１を矢印方向に通過することにより微細な渦構造を持つ乱流噴流として放出される。この時、液体分子の巨大なクラスタは乱流作用によって細かく砕かれ、小さなクラスタとなる。この構造の他に、ケーシング４０内にねじれを有する固定羽根を設置したものや、超音波を用いて流体を加振するもの等がある。添加剤を含む燃料と、水とを、この微細化手段１２を通過させることにより燃料と水の巨大なクラフトを微細なクラフトにすると共に、燃料と水とを乳化させることができる。
【０００８】
次にエマルジョン燃料の製造工程について説明する。制御装置３５は制御信号を出力して送液回路開閉弁１３を閉じ、循環回路開閉弁１５を開く。次に燃料回路開閉弁２２に制御信号を出力して開き、燃料供給回路２１から混合槽１に石油燃料を燃料液面スイッチ３２がＯＮするまで供給し、燃料回路開閉弁２２を閉じる。
【０００９】
次に、制御装置３５は水回路開閉弁２４に制御信号を出力して開き、水供給回路２３から混合槽１に水と石油燃料とが水液面スイッチ３１がＯＮするまで供給し、水回路開閉弁２４を閉じる。同時に添加剤定量ポンプ２６に制御信号を出力し、添加剤供給回路２５から所定量の添加剤を混合槽１内に添加する。同時に制御装置３５は攪拌装置２を作動し、混合液を攪拌する。
【００１０】
次に制御装置３５は混合液ポンプ１１を駆動する。すると混合液は微細化手段１２を通り、循環回路開閉弁１５、循環回路１４を経て混合槽１に戻る。この作業を所定時間繰り返すことにより燃料と水とは乳化され、エマルジョン燃料が製造される。循環時間が所定時間に達すると、制御装置３５は循環回路開閉弁１５を閉じ、送液回路開閉弁１３を開く。エマルジョン燃料は混合液ポンプ１１により微細化手段１２を通過し、送液回路１０を経て貯油槽４に送給される。
【００１１】
貯油槽４内に貯留されたエマルジョン燃料は、必要に応じて吐出回路開閉弁１７を開いて外部に供給される。
【００１２】
混合槽１内のエマルジョン燃料が減少し、ローレベル液面スイッチ３３がＯＮすると、制御装置３５は送液回路開閉弁１３を閉じ、循環回路開閉弁１５を開いて最初の工程に戻り、エマルジョン燃料を製造する。すなわち、製造工程はバッチ式である。したがって、初回の製造時には混合槽１は空であり、２回目以降は製造開始時に混合槽１にはローレベル液面スイッチ３３までのエマルジョン燃料が残留している。これは混合液ポンプ１１が空気を吸い込まないようにするためである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者は実験の結果、上記方法においては以下のような問題点があることを把握した。
混合槽１に最初に燃料を投入し、次に水と添加剤とを投入して攪拌する。この添加剤は水と結合しやすく、燃料と結合しにくい性質を持っている。そのため、燃料と、水と、添加剤とを投入し、攪拌すると水が添加剤と結合して燃料と結合せず、うまく乳化しないという問題がある。
バッチ式製造工程の初回は、エマルジョン燃料が殆ど無い状態の混合槽１に最初に燃料を入れるため、混合液ポンプ１１で汲み出して微細化手段１２に送られるものは、最初は殆ど燃料のみとなる。最初に燃料を微細化手段１２で微細化すると、オイルリッチの状態となり、非危険物であるＯ／Ｗ型の水エマルジョン燃料は得られないという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記の問題点に着目してなされたものであり、確実に、Ｏ／Ｗ型の水エマルジョン燃料を製造することができる水エマルジョン燃料製造方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段、作用及び効果】
上記の目的を達成するために、第１発明は、バッチ式の水エマルジョン燃料製造方法において、燃料と水と添加剤とを混合する混合槽と、前記混合槽内に設けられた攪拌装置と、燃料と水と添加剤との混合液を微細化して乳化させる微細化手段とを備えたエマルジョン燃料製造装置の前記混合槽中に、水エマルジョン燃料が殆ど存在しない状態から水エマルジョン燃料を製造する、初回の製造方法であって、（ａ）前記混合槽に所定量の燃料と添加剤とを投入する燃料・添加剤投入工程と、（ｂ）前記混合槽に投入された燃料と添加剤とを、前記攪拌装置により攪拌する攪拌工程と、（ｃ）前記攪拌工程終了後、前記混合槽に所定量の水を投入する水投入工程と、（ｄ）前記混合槽内の燃料と添加剤との混合液及び水を汲み出して前記微細化手段を通し、前記混合槽に戻す微細化工程と、（ｅ）前記微細化工程終了後、水と、添加剤を含む燃料とを分離させる分離工程と、（ｆ）前記分離工程終了後、前記混合槽から前記水と、添加剤を含む燃料との混合液を汲み出して前記微細化手段を通し、前記混合槽に戻す工程により燃料と添加剤と水との乳化を行う乳化工程とを有する方法としている。
【００１６】
第１発明によると、混合槽中に水エマルジョン燃料が殆ど存在しない状態で水エマルジョン燃料を製造する場合、先ず、混合槽に所定量の燃料と添加剤とを投入して攪拌する攪拌工程を設けた。そのため、添加剤が燃料中に良く分散され、水との乳化が容易になる。次に水を投入し、混合槽内の前記攪拌された燃料と添加剤との混合液及び水を汲み出して微細化手段を通し、前記燃料と添加剤との混合液及び水を微細化する。この工程により後の乳化工程での燃料と水との乳化がなされ易い状態となる。さらに、水と、添加剤を含む燃料とを分離させる分離工程を設け、その後乳化を行うようにしたため、水の微細化が先に行われて混合槽に戻され、次に添加剤が良く分散された燃料が微細化されて混合槽に戻される。これにより水リッチの状態となり、この工程を繰り返すことにより、微細なクラスタ化された水の分子が添加剤を含む燃料の周囲に結合され、良質のＯ／Ｗ型水エマルジョン燃料が得られる。
【００１７】
第２発明は、第１発明において、前記微細化工程と乳化工程との、少なくともいずれかの工程に、前記攪拌工程を並行して設けた方法としている。
【００１８】
第２発明によると、微細化工程または／および乳化工程において、混合槽で攪拌を行うため、燃料と、添加剤と、水とが更に満遍なく混合され、燃料と水の乳化が一層促進される。
【００１９】
第３発明は、バッチ式の水エマルジョン燃料製造方法において、燃料と水と添加剤とを混合する混合槽と、前記混合槽内に設けられた攪拌装置と、燃料と水と添加剤との混合液を微細化して乳化させる微細化手段とを備えたエマルジョン燃料製造装置の前記混合槽中に、所定量の水エマルジョン燃料が存在する状態から水エマルジョン燃料を製造する、２回目以降の製造方法であって、（ａ）前記混合槽に、所定量の燃料と添加剤とを投入する燃料・添加剤投入工程と、（ｂ）前記混合槽内の水エマルジョン燃料と、投入された燃料と、添加剤とを前記攪拌装置により攪拌する攪拌工程と、（ｃ）前記攪拌工程終了後、前記混合槽に所定量の水を投入する水投入工程と、（ｄ）前記混合槽から攪拌された前記水エマルジョン燃料と投入燃料と添加剤との混合液、及び前記投入された水を汲み出して前記微細化手段を通し、前記混合槽に戻す工程により燃料と添加剤と水との乳化を行う乳化工程とを有する方法としている。
【００２０】
第３発明によると、混合槽中に所定量の水エマルジョン燃料が存在している状態で追加の水エマルジョン燃料を製造する場合、先ず、混合槽に所定量の燃料と添加剤とを投入して攪拌する攪拌工程を設けた。そのため、添加剤が燃料中に良く分散され、水との乳化が容易になる。次に水を投入して、混合槽から攪拌された前記水エマルジョン燃料と投入燃料と添加剤との混合液、及び前記投入された水を汲み出して微細化手段を通す。この場合、先ず水エマルジョン燃料が微細化手段を通されるため、水エマルジョン燃料が混合槽に戻され、次に添加剤が良く分散された燃料が微細化されて混合槽に戻され、更に水が微細化されて混合槽に戻される。そのため水リッチの状態となり、この工程を繰り返すことにより、微細なクラスタ化された水の分子が添加剤を含む燃料の周囲に結合され、良質のＯ／Ｗ型水エマルジョン燃料が得られる。本工程は第１発明の、混合槽中に水エマルジョン燃料が殆ど存在しない状態で水エマルジョン燃料を製造する場合に比して工程数が少なく、効率的である。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明に係る水エマルジョン燃料製造方法の実施形態について、図面を参照して詳述する。
【００２２】
図１は、水エマルジョン燃料製造方法において、混合槽２中に、水エマルジョン燃料が殆ど存在しない状態から水エマルジョン燃料を製造する、バッチ式工程の、初回の製造工程の、第１実施形態の製造工程を示す図である。製造装置は図４に示す従来のものと同一なので説明は省略し、図１及び図４に基づいて、工程を追って水エマルジョン燃料製造方法を説明する。
【００２３】
図１、図４において、
（ａ）Ａ点からの燃料・添加剤投入工程で、制御装置３５は制御信号を出力して送液回路開閉弁１３を閉じ、循環回路開閉弁１５を開く。次に燃料回路開閉弁２２に制御信号を出力して開き、燃料供給回路２１から混合槽２に石油燃料を燃料液面スイッチ３２がＯＮするまで供給し、燃料回路開閉弁２２を閉じる。同時に添加剤定量ポンプ２６に制御信号を出力し、添加剤供給回路２５から所定量の添加剤を混合槽２内に添加する。
【００２４】
（ｂ）Ａ〜Ｂ間の攪拌工程で、燃料供給開始と同時に制御装置３５は制御信号を出力して攪拌装置３を作動し、燃料と添加剤とを所定時間攪拌する。これにより添加剤は燃料中に良く分散される。
【００２５】
（ｃ）攪拌工程終了後、Ｂ点からの水投入工程で、制御装置３５は水回路開閉弁２４に制御信号を出力して開き、水供給回路２３から混合槽２に水液面スイッチ３１がＯＮするまで供給し、水回路開閉弁２４を閉じる。
【００２６】
（ｄ）Ｂ〜Ｃ間の微細化工程で、水投入工程開始と同時に、制御装置３５は制御信号を出力して混合液ポンプ１１を駆動する。混合液は微細化手段１２を通り、循環回路開閉弁１５、循環回路１４を経て混合槽２に戻る。このときは最初に燃料と添加剤との混合液が汲み出され、微細化手段１２に送られるため、燃料と添加剤とは微細化されてさらに良く混合される。その後水が微細化手段１２に送られ、微細化される。これにより燃料と水とが乳化され易い状態となるが、燃料が先行するため微細化されたクラスタはオイルリッチの状態となり、Ｏ／Ｗ型の水エマルジョン燃料は得られない。
【００２７】
（ｅ）微細化工程終了後、Ｃ〜Ｄ間の分離工程で、制御装置３５は制御信号を出力して細分化工程を所定時間停止し、混合槽２内で水と燃料とを分離させる。これにより比重の大きい水は混合槽２の下部に沈殿する。
【００２８】
（ｆ）分離工程終了後、Ｄ〜Ｅ間の乳化工程で、制御装置３５は制御信号を出力して混合液ポンプ１１を駆動する。混合液は微細化手段１２を通って混合槽２に戻る。この時は水が先行するため微細化されたクラスタは水リッチの状態となり、添加剤を含有する燃料クラスタの周囲に水クラスタが結合し、乳化してＯ／Ｗ型の水エマルジョン燃料が得られる。
【００２９】
製造された水エマルジョン燃料は適宜貯油槽４に送給されるが、従来の方法と同一なので詳細説明は省略する。
【００３０】
上記の方法は、本発明者により実験で確認されたものであり、バッチ式の水エマルジョン燃料製造方法において、混合槽中に、水エマルジョン燃料が殆ど存在しない状態から水エマルジョン燃料を製造する初回の製造工程で、確実に、良質なＯ／Ｗ型の水エマルジョン燃料を得ることができる。
【００３１】
図２は第２実施形態の製造工程図である。第１実施形態のものと同一部分の説明は省略し、異なる部分についてのみ説明する。Ｂ〜Ｃ間において、微細化工程と平行して攪拌工程を設け、制御装置３５は制御信号を出力して攪拌装置３を駆動する。又、Ｄ〜Ｅ間において、乳化工程と平行して攪拌工程を設け、制御装置３５は制御信号を出力して攪拌装置３を駆動する。これにより、燃料と、添加剤と、水とが更に満遍なく混合され、燃料と水の乳化が一層促進される。なお、攪拌工程はＢ〜Ｃ間、あるいはＤ〜Ｅ間のいずれか一方に設けても良い。
【００３２】
図３は第３実施形態の、水エマルジョン燃料製造方法において、混合槽２中に、所定量の水エマルジョン燃料が存在している状態、すなわち混合槽２から貯油槽４に水エマルジョン燃料を汲み出した後、混合槽２のローレベル液面スイッチ３３の位置まで水エマルジョン燃料が残留している状態から水エマルジョン燃料を製造する、バッチ式工程の２回目以降の製造工程を示す図である。
【００３３】
図３、図４において、
（ａ）Ａ点の燃料・添加剤投入工程で、制御装置３５は制御信号を出力して送液回路開閉弁１３を閉じ、循環回路開閉弁１５を開く。次に燃料回路開閉弁２２に制御信号を出力して開き、混合槽２内に残留している水エマルジョン燃料の上に、燃料供給回路２１から石油燃料を燃料液面スイッチ３２がＯＮするまで供給し、燃料回路開閉弁２２を閉じる。同時に添加剤定量ポンプ２６に制御信号を出力し、添加剤供給回路２５から所定量の添加剤を混合槽２内に添加する。
【００３４】
（ｂ）Ａ〜Ｂ間の攪拌工程で、燃料供給開始と同時に制御装置３５は制御信号を出力して攪拌装置３を作動し、水エマルジョン燃料と、燃料と、添加剤とを所定時間攪拌する。これにより添加剤は燃料中に良く分散される。
【００３５】
（ｃ）攪拌工程終了後、Ｂ点の水投入工程で、制御装置３５は水回路開閉弁２４に制御信号を出力して開き、水供給回路２３から混合槽２に水液面スイッチ３１がＯＮするまで供給し、水回路開閉弁２４を閉じる。
【００３６】
（ｄ）Ｂ〜Ｃ間の乳化工程で、水投入工程開始と同時に、制御装置３５は制御信号を出力して混合液ポンプ１１を駆動する。投入液は微細化手段１２を通って混合槽２に戻る。この時は混合槽２の底部に残留している水エマルジョン燃料が先行するため水リッチの状態となり、水と燃料とは乳化してＯ／Ｗ型の水エマルジョン燃料が得られる。
【００３７】
上記のように、２回目以降の製造工程は工程数が少なく、効率的に、短時間でＯ／Ｗ型の水エマルジョン燃料を製造することができる。なお、本工程の乳化工程に攪拌工程を並行して設けても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の、水エマルジョン燃料製造工程図である。
【図２】本発明の第２実施形態の、水エマルジョン燃料製造工程図である。
【図３】本発明の第３実施形態の、水エマルジョン燃料製造工程図である。
【図４】従来のエマルジョン燃料製造装置のブロック図である。
【図５】従来の微細化手段の構成の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１…エマルジョン燃料製造装置、２…混合槽、３…攪拌装置、４…貯油槽、１１…混合液ポンプ、１２…微細化手段、１３…送液回路開閉弁、１４…循環回路、１５…循環回路開閉弁、２１…燃料供給回路、２２…燃料回路開閉弁、２３…水供給回路、２４…水回路開閉弁、２５…添加剤供給回路、２６…添加剤定量ポンプ、３１…水液面スイッチ、３２…燃料液面スイッチ、３３…ローレベル液面スイッチ、３５…制御装置。

Claims

バッチ式の水エマルジョン燃料製造方法において、
燃料と水と添加剤とを混合する混合槽（２）と、
前記混合槽（２）内に設けられた攪拌装置（３）と、
燃料と水と添加剤との混合液を微細化して乳化させる微細化手段（１２）とを備えたエマルジョン燃料製造装置（１）の前記混合槽（２）中に、水エマルジョン燃料が殆ど存在しない状態から水エマルジョン燃料を製造する、初回の製造方法であって、
（ａ）前記混合槽（２）に所定量の燃料と添加剤とを投入する燃料・添加剤投入工程と、
（ｂ）前記混合槽（２）に投入された燃料と添加剤とを、前記攪拌装置（３）により攪拌する攪拌工程と、
（ｃ）前記攪拌工程終了後、前記混合槽（２）に所定量の水を投入する水投入工程と、
（ｄ）前記混合槽（２）内の燃料と添加剤との混合液及び水を汲み出して前記微細化手段（１２）を通し、前記混合槽（２）に戻す微細化工程と、
（ｅ）前記微細化工程終了後、水と、添加剤を含む燃料とを分離させる分離工程と、
（ｆ）前記分離工程終了後、前記混合槽（２）から前記水と、添加剤を含む燃料との混合液を汲み出して前記微細化手段（１２）を通し、前記混合槽（２）に戻す工程により燃料と添加剤と水との乳化を行う乳化工程と
を有する
ことを特徴とする水エマルジョン燃料製造方法。
請求項１記載の水エマルジョン燃料製造方法において、
前記微細化工程と乳化工程との、少なくともいずれかの工程に、前記攪拌工程を並行して設けた
ことを特徴とする水エマルジョン燃料製造方法。
バッチ式の水エマルジョン燃料製造方法において、
燃料と水と添加剤とを混合する混合槽（２）と、
前記混合槽（２）内に設けられた攪拌装置（３）と、
燃料と水と添加剤との混合液を微細化して乳化させる微細化手段（１２）とを備えたエマルジョン燃料製造装置（１）の前記混合槽（２）中に、所定量の水エマルジョン燃料が存在する状態から水エマルジョン燃料を製造する、２回目以降の製造方法であって、
（ａ）前記混合槽（２）に、所定量の燃料と添加剤とを投入する燃料・添加剤投入工程と、
（ｂ）前記混合槽（２）内の水エマルジョン燃料と、投入された燃料と、添加剤とを前記攪拌装置（３）により攪拌する攪拌工程と、
（ｃ）前記攪拌工程終了後、前記混合槽（２）に所定量の水を投入する水投入工程と、
（ｄ）前記混合槽（２）から攪拌された前記水エマルジョン燃料と投入燃料と添加剤との混合液、及び前記投入された水を汲み出して前記微細化手段（１２）を通し、前記混合槽（１）に戻す工程により燃料と添加剤と水との乳化を行う乳化工程と
を有する
ことを特徴とする水エマルジョン燃料製造方法。