JP4156191B2

JP4156191B2 - エマルジョン製造装置

Info

Publication number: JP4156191B2
Application number: JP2000356053A
Authority: JP
Inventors: 秀雄古川
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2000-11-22
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2020-11-22
Also published as: US20020060950A1; KR20020040573A; JP2002159832A; US7175335B2

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エマルジョン製造装置に係り、詳しくは、少なくとも２種類以上の液体同士を混合してエマルジョンを製造するエマルジョン製造装置に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、エンジンの排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）、黒煙等の有害物質を低減するために、燃料と水とを混合した水エマルジョン燃料を用いることが知られている。このような水エマルジョン燃料は、燃料と水との混合を良好にするのに界面活性剤が用いられている。
このような水エマルジョン燃料を製造する装置としては、以下に挙げるものが知られている。
▲１▼燃料、水、および界面活性剤を高速のミキサーで混合してからその混合液をエンジンに供給するもの。
▲２▼燃料、水、および界面活性剤に回転を与えながらその回転によって混合された混合液をエンジンに供給するもの。
【０００３】
また、上記▲１▼、▲２▼以外の装置として、以下のものが提案されている。
▲３▼筒状本体と、この筒状本体内に噴射口が配置された流体加速用ノズルと、筒状本体内に配置された衝突壁および攪拌用ロータまたはステータとを備えているもの。この製造装置では、燃料、水、および界面活性剤をミキサー等で混合した後にこの混合液を液体加速用ノズルで筒状本体内に噴射し、混合液を衝突壁に衝突させて混合液の粒子の微小化を図っている。また、筒状本体内に充満した混合液は、攪拌用ロータまたはステータによって攪拌されてより均一に混ざり合った状態となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような▲１▼〜▲３▼のエマルジョン燃料の製造装置では、以下のような問題がある。
▲１▼および▲２▼の製造装置では、燃料、水、および界面活性剤をミキサーで混合したり、液体に回転力を与えることで混合したりしているから、これらの製造装置で製造した水エマルジョン燃料は混合が十分でない。このため、水エマルジョン燃料の安定性が悪く、保存に不向きであり、保存中に燃料と水とが分離しやすい。そして、燃料と水とが分離したものがエンジンの燃料系統に供給されると、燃料系統にさび等の劣化が生じ、エンジンの耐久性等の性能に悪影響が生じるおそれがある。
一方、▲３▼の製造装置では、水エマルジョン燃料の製造に時間がかかるため、製造した水エマルジョン燃料を連続的にエンジンに供給するためには、製造した水エマルジョン燃料をためておく貯蓄タンクが必要であるうえ、装置全体が大がかりなものとなるのでコスト面に問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、分離しにくい安定したエマルジョンを製造できるとともに、コストダウンおよび小型化を図ることができるエマルジョン製造装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のエマルジョン製造装置は、上記目的を達成するために、以下の構成を備える。
請求項１に記載の発明は、少なくとも２種類以上の液体同士を混合してエマルジョンを製造するエマルジョン製造装置であって、前記複数の液体同士を略均一に混ぜ合わせる混合手段と、この混合手段で製造された混合液を昇圧する昇圧ポンプと、この昇圧ポンプから圧送された混合液を乳化状態にする乳化手段とを備え、前記乳化手段は、前記混合液が流入する複数の部屋を有し、前記複数の部屋は、各部屋間に配置される隔壁によって区切られ、前記隔壁には、当該隔壁を挟んで隣り合う前記部屋同士を連通する少なくとも１つ以上の小孔が形成され、前記昇圧ポンプは、前記乳化手段で乳化状態にされた混合液を燃料として利用するエンジンによって駆動されていることを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、少なくとも２種類以上の液体同士を混合してエマルジョンを製造するエマルジョン製造装置であって、前記複数の液体同士を略均一に混ぜ合わせる混合手段と、この混合手段で製造された混合液を昇圧する昇圧ポンプと、この昇圧ポンプから圧送された混合液を乳化状態にする乳化手段とを備え、前記乳化手段は、前記混合液が流入する複数の部屋を有した筒状の本体を備え、前記複数の部屋は、各部屋間に配置される隔壁によって区切られ、前記隔壁には、当該隔壁を挟んで隣り合う前記部屋同士を連通する少なくとも１つ以上の小孔が形成され、前記本体内には、前記隔壁同士間の間隔、および／または前記隔壁と前記本体内の一端との間の間隔を一定に保つスペーサが配置され、前記スペーサは、前記本体の長手方向に沿って前記隔壁と交互に配列され、前記隔壁およびスペーサは、前記本体内に配置されるスプリングによって前記本体の長手方向に沿う一方向に付勢されて前記本体に押し当てられていることを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、混合手段で複数の液体同士が混合され、この混合液は昇圧ポンプによって乳化手段へ圧送される。乳化手段の部屋に混合液が流入すると、混合液は隔壁の小孔から高速で噴出されて隣の部屋に流入する。この際、小孔から高速で噴出された混合液と、隣の部屋に充満している混合液とで流体摩擦が生じるので混合液を粒径の細かい乳化状態にすることができる。
また、混合手段で複数の液体同士を略均一に混合して、この混合液を乳化手段に供給しているから、均一に混ぜ合わされたエマルジョンを製造できる。
さらに、本発明のエマルジョン製造装置は、混合手段および構造が簡単な乳化手段から構成されているので、装置全体を小型化できるとともに、コストダウンを図ることができる。
また、本発明によれば、たとえば、エンジンのクランクシャフトやカムシャフト等から駆動力を取り出して昇圧ポンプを駆動しているので、昇圧ポンプを駆動するための別体のモータ等が不要になり、部品点数を低減できるとともに、コストダウンおよび省スペース化を図ることができる。
そして、特に請求項２の発明によれば、筒状の本体内に隔壁とスペーサとが交互に配列され、これら隔壁およびスペーサがスプリングによって本体内の端部に付勢されているから、隣り合う隔壁間の間隔等を一定に保持できて、本体内に複数の部屋を容易に形成できる。
また、筒状の本体内に隔壁およびスペーサを交互に挿入して、これら隔壁およびスペーサをスプリングで付勢するだけで、隔壁を位置決め・固定できるので、乳化手段の組み立て作業を容易にできる。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のエマルジョン製造装置において、前記隔壁の小孔の相当円直径は、０．５ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とするものである。
この発明によれば、隔壁の小孔の相当円直径を０．５ｍｍ〜２ｍｍとしているため、より高圧かつ高速（たとえば４０〜５０ｍ／ｓ）で小孔から混合液を噴出でき、小孔から高速で噴出された混合液と、隣の部屋に充満している混合液との流体摩擦をより大きくできて、混合液を粒径がより細かくて分離しにくい乳化状態にすることができる。
なお、小孔の相当円直径を０．５ｍｍよりも小さくすると、混合液が小孔を通るときの抵抗が大きくなりすぎるため効率のよい混合を行うことができない。一方、小孔の相当円直径を２ｍｍよりも大きくすると、生じる流体摩擦が小さいため、混合液を十分な乳化状態にすることができない可能性がある。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエマルジョン製造装置において、前記昇圧ポンプの吐出圧は、５ＭＰａ〜１５ＭＰａであることを特徴とするものである。
この発明によれば、昇圧ポンプの吐出圧を５ＭＰａ〜１５ＭＰａとしたので、請求項３に記載の発明と略同様な作用効果が期待できる。
つまり、小孔から混合液を高圧かつ高速で噴出できて、流体摩擦をより大きくでき、混合液を粒径がより細かくて分離しにくい乳化状態にすることができる。
なお、昇圧ポンプの吐出圧を５ＭＰａよりも小さくすると、混合液の噴出速度が小さくなって流体摩擦が小さくなるため、混合液の粒子を十分に微細化できない可能性がある。一方、昇圧ポンプの吐出圧を１５ＭＰａよりも大きくすると、混合液の小孔からの噴出速度が大きくなりすぎて、混合液が小孔を通るときの抵抗が大きくなるため効率のよい混合を行うことができない。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエマルジョン製造装置において、前記混合手段は、前記複数の液体と界面活性剤とを略均一に混ぜ合わせることを特徴とするものである。
この発明によれば、液体の表面張力を下げる界面活性剤を用いているので、分離しにくい安定したエマルジョンを作ることができる。
【００１１】
以上のエマルジョン製造装置において、前記昇圧ポンプは、回転速度が変更可能な電動モータによって駆動されていることが好ましい。
このようにすれば、回転速度が変更可能な電動モータによって昇圧ポンプを駆動しているので、電動モータの回転速度を任意に設定することで、昇圧ポンプの吐出流量を容易に調整できて、隔壁の小孔から噴出する混合液の速度や圧力を容易に調整できる。
【００１３】
また、本発明のエマルジョン製造装置において、前記昇圧ポンプは、可変容量形であることが好ましい。
このようにすれば、昇圧ポンプとして可変容量形のポンプを用いたので、昇圧ポンプの吐出圧を自由に設定でき、隔壁の小孔から噴出する混合液の速度や圧力を簡単に調整できる。
【００１４】
さらに、本発明のエマルジョン製造装置において、前記昇圧ポンプの上流側には、前記混合手段で製造された混合液を前記昇圧ポンプに圧送する予圧送ポンプが設けられていることが好ましい。
このようにすれば、予圧送ポンプにより、昇圧ポンプ入口側の混合液の流体圧を高くできるので、昇圧ポンプ入口でのキャビテーションを防止できる。
【００１６】
請求項６に記載の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のエマルジョン製造装置において、前記複数の液体は、水および燃料の２種類の液体であることを特徴とするものである。
この発明によれば、水エマルジョン燃料を製造でき、これをエンジンに利用すれば排気中のＮＯｘや黒鉛等を低減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１には、本発明の一実施形態に係るエマルジョン製造装置１が示されている。
エマルジョン製造装置１は、複数の液体、たとえば水、燃料、および界面活性剤を乳化状態に混合して水エマルジョン燃料を製造するものであり、本実施形態では、この水エマルジョン燃料をエンジンの燃料系統に供給している。
液体供給装置１０、混合手段２０、予圧送ポンプとしてのフィードポンプ３０、フィルタ４０、昇圧ポンプ５０、乳化手段６０、およびリリーフ弁７０を備えている。
【００１８】
液体供給装置１０は、水、燃料、および界面活性剤がそれぞれ収納された水タンク１０Ｗ、燃料タンク１０Ｆ、および界面活性剤タンク１０Ｓを備えている。各タンク１０Ｗ，１０Ｆ，１０Ｓの出口には、流出流量を調整するための流量調整弁１１Ｗ，１１Ｆ，１１Ｓが設けられている。
これら流量調整弁１１Ｗ，１１Ｆ，１１Ｓの下流側には混合手段２０が配置されており、各タンク１０Ｗ，１０Ｆ，１０Ｓからの流体は各流量調整弁１１Ｗ，１１Ｆ，１１Ｓを通過した後に合流して混合手段２０に流れ込むようになっている。
【００１９】
混合手段２０は、図２および図３に示すように、電動モータ２０Ａが内部に収納された基台２１を備え、この基台２１上には、上端開口が蓋部２２Ａで閉じられかつ下端開口が基台２１上面で閉じられた円筒状の本体２２が立設されている。本体２２内中心部において、蓋部２２Ａの下部には、本体２２よりも径の小さい円筒部材２３が下方に突出して設けられ、この円筒部材２３は、上端が蓋部２２Ａ下面に固定されているとともに、下端が基台２１の上面近くで下方へ開口している。
円筒部材２３の外周面には、本体２２の内径と略同じ大きさの径を有する円盤部材２４が円筒部材２３の長手方向（上下方向）に沿って複数枚設けられ、これら円盤部材２４には、多数の小孔２４Ａが形成されている。このような円盤部材２４は、たとえばパンチングメタル等を用いて構成すればよい。なお、各円盤部材２４は、当該円盤部材２４上部に十字状（図３）に配置された４枚の側面略三角形状（図２）の補強部材２４１によって、円筒部材２３への取付強度が補強されている。
円筒部材２３下端の開口付近には、円筒部材２３の軸線と略同一の軸線上に回転軸を有したインペラ２５が配置され、このインペラ２５は、前述した基台２１内部の電動モータ２０Ａによって回転されるようになっている。
【００２０】
このような混合手段２０の本体２２には、２個所の入口２０１，２０２と、２個所の出口２０３，２０４とが設けられている。
２個所の入口２０１，２０２は、両方とも蓋部２２Ａの略中央に形成され、それぞれ本体２２の外側と円筒部材２３内部とを連通している。
入口２０１，２０２のうち、第１入口２０１は、各タンク１０Ｗ，１０Ｆ，１０Ｓからの水、燃料、および界面活性剤を円筒部材２３内に導入するための開口であり、第２入口２０２は、混合手段２０よりも下流に配置された乳化手段６０またはリリーフ弁７０を通過した液体を再び円筒部材２３内に導入するための開口である。
【００２１】
２個所の出口２０３，２０４は、両方とも本体２２の側面部分に形成され、それぞれ本体２２の内外を連通している。
出口２０３，２０４のうち、第１出口２０３は、本体２２内の液体をフィードポンプ３０に供給するための開口であり、最も上方に配置された円盤部材２４よりも上方に位置している。第２出口２０４は、本体２２内の液体を排出するための開口であり、基台２１の上面付近に位置している。なお、第２出口２０４は通常閉じられており、本体２２内を空にしたいときに第２出口２０４を開くことで本体２２内の液体を全て排出できるようになっている。
【００２２】
このような混合手段２０の構成において、本体２２内に液体が略充満されている状態では、各入口２０１，２０２から円筒部材２３内に流入した液体は、回転するインペラ２５によって、円筒部材２３下端の開口から円筒部材２３の外側に流れ出る。ここで、最も下方に配置された円盤部材２４の下面と、本体２２の内周面と、基台２１の上面とである程度閉鎖された空間Ａ（図２中一点鎖線で囲まれた空間Ａ）が形成されているので、インペラ２５によって、この空間Ａ内で液体が攪拌されて、水、燃料、および界面活性剤が均一に混ぜ合わせられる。
【００２３】
攪拌された液体はインペラ２５の回転力によって上昇し、各円盤部材２４の小孔２４Ａを通り抜けていく。これにより、水、燃料、および界面活性剤がより均一に混ぜ合わされる。
インペラ２５によって攪拌された液体は本体２２下部では旋回流であるが、複数枚の円盤部材２４の小孔２４Ａを通り抜けていくうちに整流されるので、本体２２上部では略上昇流のみとなる。このため、最上段の円盤部材２４よりも上方に位置する第１出口２０３からは、整流された混合液を取り出すことが可能となる。そして、このような混合液は、第１出口２０３からフィードポンプ３０に供給される。
【００２４】
図１に戻って、フィードポンプ３０は、混合手段２０で製造された混合液を圧送して昇圧ポンプ５０に供給するためのポンプであり、本実施形態では、エマルジョン製造装置１で製造された水エマルジョン燃料を利用するエンジンにおける燃料系統のフィードポンプが用いられている。このようなフィードポンプ３０は、前述したエンジンのクランクシャフトやカムシャフト等から駆動力を得ている。
フィードポンプ３０の吐出圧は、当該フィードポンプ３０よりも下流に配置された昇圧ポンプ５０の入口圧が負圧（大気圧に対して）とならない程度に設定されていればよい。このようにすることで、昇圧ポンプ５０の入口でキャビテーションを防止できるようになる。
フィルタ４０は、液体中のゴミや汚れを取り除くためのものであり、本実施形態では、前述したエンジンの燃料系統の燃料フィルタが用いられている。
【００２５】
昇圧ポンプ５０は、可変容量形のプランジャポンプであり、たとえば斜軸式アキシャル形プランジャポンプ、斜板式アキシャル形プランジャポンプや回転シリンダ式ラジアル形プランジャポンプ等が挙げられる。このような昇圧ポンプ５０は、回転速度が変更可能な電動モータ５０Ａによって駆動されている。
ここで、昇圧ポンプ５０の吐出圧は、５ＭＰａ〜１５ＭＰａに設定されている。
【００２６】
乳化手段６０およびリリーフ弁７０は、昇圧ポンプ５０の下流側に並列に設けられている。リリーフ弁７０は、安全弁としての役割を果たしており、乳化手段６０の入口圧がリリーフ弁７０の設定圧を超えると、リリーフ弁７０が液体を混合手段２０へ逃がすようになっている。
【００２７】
乳化手段６０は、図４ないし図６に示すように、円筒状の本体６１を有し、この本体６１の左端の開口には、介装部材６２１を介して左側蓋部６２が取り付けられ、右端の開口には、右側蓋部６３が取り付けられている。
左側蓋部６２は、キャップ状に形成され、凹部空間６２Ｂが介装部材６２１に形成された連通孔６２１Ａを介して本体６１の円筒内と連通されている。左側蓋部６２には、本体６１の長手方向と略直交する方向（図４の紙面直交方向）に入口６２Ａが形成され、左側蓋部６２の内外を連通している。入口６２Ａは、凹部空間６２Ｂの上部、すなわち凹部空間６２Ｂの中心からオフセットされた位置に円周方向に向かって形成されており、液体は、入口６２Ａから流入すると、凹部空間６２Ｂの壁面に沿って流れて旋回流となる（図５参照）。
一方、右側蓋部６３には、本体６１の長手方向に沿って出口６３Ａが形成されている。
【００２８】
本体６１の内部には、長手方向に沿って複数、本実施形態では３枚の円盤状の隔壁６４が配列されており、隔壁６４同士の間、隔壁６４と右側蓋部６３との間には薄肉円筒状の本発明のスペーサとしての第１スペーサ６５がそれぞれ設けられている。これにより、本体６１内には、隔壁６４で区切られた複数の部屋６１Ａが形成されている。
また、各隔壁６４には、隣り合う部屋６１Ａ同士を連通する複数の小孔６４Ａが形成され、本実施形態では１２０°ずつ互いに間隔をあけた３つの小孔６４Ａ形成されている。ここで、本体６１の長手方向から見た際、隣り合う隔壁６４の小孔６４Ａの位置が互いに重ならないように、各小孔６４Ａが配置されている。
このような小孔６４Ａは、図４中左側から右側に向かうほど縮径する縮径孔部６４１、および縮径孔部６４１の右側（小径側）に連続して形成された円筒孔部６４２で構成されている。円筒孔部６４２の相当円直径Ｄは、０．５ｍｍ〜２ｍｍに設定されている。
【００２９】
本体６１の内部において、図４中最も左側に配置された隔壁６４の左側には、薄肉円筒状の第２スペーサ６６が配置され、この第２スペーサ６６の左側には、円盤状のばね受け部材６７が配置されている。これにより、最も左側に配置された隔壁６４とばね受け部材６７との間にも部屋６１Ａが形成されることとなる。
ばね受け部材６７には、ばね受け部材６７を挟んで左側の空間と右側の空間とを連通する連通孔６７Ａが形成されている。このばね受け部材６７の連通孔６７Ａおよび前述した介装部材６２１の連通孔６２１Ａは、両方とも軸方向が本体６１の長手方向に沿っているとともに、互いにオフセットされている。
【００３０】
ばね受け部材６７と介装部材６２１との間にはスプリング６８が配置されている。介装部材６２１は本体６１の左側端部に固定されているから、ばね受け部材６７は、スプリング６８によって図４中右側に付勢され、ばね受け部材６７よりも図中右側に配置された隔壁６４およびスペーサ６５，６６も右側に付勢される。このことにより、隔壁６４、スペーサ６５，６６、およびばね受け部材６７は、本体６１の右側端部に固定された右側蓋部６３に押し当て、これら隔壁６４、スペーサ６５，６６、およびばね受け部材６７が位置決めされる。
【００３１】
ここで、このように構成された乳化手段６０の組み立て順序について説明すると、まず、本体６１に右側蓋部６３を取り付けた後、本体６１内に隔壁６４、スペーサ６５，６６、およびばね受け部材６７を配列する。次に、本体６１内にスプリング６８を挿入し、本体６１の左側端部に介装部材６２１および左側蓋部６２を取り付けて乳化手段６０の組み立てが完了する。
このように、スプリング６８および第１スペーサ６５を用いることで、隔壁６４の位置決めが容易となり、乳化手段６０の組み立て作業が簡単になる。
【００３２】
このような乳化手段６０の構成において、本体６１内に液体が略充満されている状態では、昇圧ポンプ５０によって圧送されて入口６２Ａから左側蓋部６２に流入した混合液は、旋回流となり、オフセットされた介装部材６２１の連通孔６２１Ａおよびばね受け部材６７の連通孔６７Ａを順に通り抜けていくことで、さらに混ぜ合わせられる。
そして、このように混ぜ合わせられた混合液は、各隔壁６４の小孔６４Ａを通り抜けて、当該隔壁６４を挟んだ左側の部屋６１Ａから右側の部屋６１Ａへ流入する。ここで、小孔６４Ａの円筒孔部６４２の相当円直径が０．５ｍｍ〜２ｍｍとされているとともに、昇圧ポンプ５０の吐出圧が５ＭＰａ〜１５ＭＰａに設定されているから、混合液は、隔壁６４の小孔６４Ａから右側の部屋６１Ａに高速かつ高圧で噴出されることとなる。この際、隔壁６４の小孔６４Ａから噴出された混合液と、右側の部屋６１Ａに充満している混合液とで流体摩擦が生じるので、この摩擦により混合液の粒子が分裂して、粒径の小さい水エマルジョン燃料が得られるようになる。
【００３３】
次に、昇圧ポンプ５０の吐出圧と、水エマルジョン燃料の粒径の大きさとの関係を、図７のグラフを参照しながら説明する。
図７のグラフにおいて、縦軸は水エマルジョン燃料の粒径の大きさを示し、横軸は、昇圧ポンプ５０の吐出圧の大きさ、すなわち乳化手段６０の入口圧の大きさを示しており、乳化手段６０の入口圧が高くなるにつれて、水エマルジョン燃料の粒径が小さくなることが分かる。
水エマルジョン燃料は、粒径が大きいと燃料と水とが分離して不均一になりやすいので、粒径の大きい水エマルジョン燃料をエンジンに使用した場合、エンジンの性能が安定しないという不具合が生じる。このため、水エマルジョン燃料の粒径を小さくすることが望ましい。
【００３４】
本実施形態のエマルジョン製造装置１のように、乳化手段６０で製造した後、連続的にエンジン（たとえば、燃料系統の燃料噴射ポンプ）に供給するようなシステムであった場合には、水エマルジョン燃料の製造から使用までの時間が長くないので、平均粒径の大きさが約２．５μｍ以下であればよく、粒径約２．５μｍ以下の水エマルジョン燃料を製造するためには、乳化手段６０の入口圧、すなわち昇圧ポンプ５０の吐出圧の下限を５ＭＰａ以上とすればよいことがグラフから分かる。
一方、昇圧ポンプ５０の耐久性やエネルギー消費等を考慮すると、上限を１５ＭＰａ以下にすることが好ましい。
つまり、乳化手段６０の入口圧（昇圧ポンプ５０の吐出圧）を、５ＭＰａ〜１５ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ²〜１５０ｋｇｆ／ｃｍ²）に設定することが好ましい。
【００３５】
また、平均粒径が２μｍ以下である水エマルジョン燃料は、長期にわたって分離が進みにくくて安定しているので、停止と作動を繰り返すエンジンの燃料として最適であり、このような粒径２μｍ以下の水エマルジョン燃料を製造するためには、乳化手段６０の入口圧の下限を約７．５ＭＰａ以上にすることが望ましい。
さらに、グラフからも分かるように、乳化手段６０の入口圧を１２ＭＰａよりも大きく設定しても、粒径の低減効果が小さい。このことにより、省エネルギー化を図るためにも乳化手段６０の入口圧の上限を１２ＭＰａ以下にすることがより望ましい。
【００３６】
上述したように、製造したい水エマルジョン燃料の粒径の大きさ等によって、乳化手段６０の入口圧の大きさ、すなわち昇圧ポンプ５０の吐出圧の大きさを、５ＭＰａ〜１５ＭＰａの範囲で適宜設定すればよい。昇圧ポンプ５０の吐出圧の大きさは、昇圧ポンプ５０を駆動させる電動モータ５０Ａの回転速度を変更したり、昇圧ポンプ５０がたとえば斜板式アキシャル形プランジャポンプで合った場合、斜板角度を変えて吐出容量を変更したりすることで任意に設定できる。
【００３７】
上述では、昇圧ポンプ５０の吐出圧と、水エマルジョン燃料の粒径の大きさとの関係を説明したが、乳化手段６０における隔壁６４の小孔６４Ａの大きさによっても、製造される水エマルジョン燃料の粒径の大きさが変化する。
本実施形態では、小孔６４Ａの相当円直径Ｄを０．５ｍｍ〜２ｍｍとすることで、混合液の小孔６４Ａから高圧かつ高速（たとえば４０〜５０ｍ／ｓ）で噴出できるようにして、小孔６４Ａから噴出された混合液と、噴出した側の部屋６１Ａに充満している混合液とで生じる流体摩擦を大きくしている。これにより、粒径がより微細化された分離しにくい乳化状態の混合液が製造できるようになる。
なお、小孔６４Ａの相当円直径を０．５ｍｍよりも小さくすると、混合液が小孔６４Ａを通るときの抵抗が大きくなりすぎるため効率のよい混合を行うことができない。一方、小孔６４Ａの相当円直径を２ｍｍよりも大きくすると、生じる流体摩擦が小さいため、混合液を十分な乳化状態にすることができない可能性がある。
【００３８】
次に、本実施形態の作用を説明する。
まず、流量調整弁１１Ｗ，１１Ｆ，１１Ｓによって、適量ずつの水、燃料、界面活性剤が、液体供給装置１０から混合手段２０に供給される。混合手段２０のおいて、インペラ２５等で略均一に混合された混合液は、フィードポンプ３０によって圧送され、フィルタ４０を通って、昇圧ポンプ５０に供給される。昇圧ポンプ５０によって乳化手段６０に圧送された混合液は、上述したように隔壁６４の小孔６４Ａから高圧かつ高速で噴出されることで安定した乳化状態となる。つまり、良質な水エマルジョン燃料が製造される。このようにして製造された水エマルジョン燃料は、図示しないエンジンの燃料系統の燃料噴射ポンプ等に供給される。
なお、乳化手段６０の小孔６４Ａ等が詰まる等の不具合があった場合には、乳化手段６０の入口圧が通常よりも大きくなるため、リリーフ弁７０が開いて、昇圧ポンプ５０で圧送された混合液が混合手段２０へ逃がされる。
【００３９】
ここで、エマルジョン製造装置１からエンジンへ供給する水エマルジョン燃料の供給量を、エンジンで使用する水エマルジョン燃料の使用量よりも大きく設定しておき、図１に示すように、余剰製造した水エマルジョン燃料を再び混合手段２０に戻す構成としてもよい。このようにすれば、混合手段２０内には、ある程度の量の水エマルジョン燃料が常に収容されていることとなるから、エマルジョン製造装置１の始動時においても安定した良質の水エマルジョン燃料をエンジンに供給できるようになる。
【００４０】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）乳化手段６０において、隔壁６４の小孔６４Ａから高圧かつ高速で噴出された混合液と、噴出された側の部屋６１Ａに充満している混合液とで流体摩擦が生じるので、混合液を粒径の細かい乳化状態にすることができ、安定した良質な水エマルジョン燃料を得ることができる。
また、混合手段２０で複数の液体同士を略均一に混合して、この混合液を乳化手段６０に供給しているから、均一に混ぜ合わされた水エマルジョン燃料を製造できる。
さらに、エマルジョン製造装置１は、混合手段２０および構造が簡単な乳化手段６０から構成されているので、装置全体を小型化できるとともに、コストダウンを図ることができる。
【００４１】
（２）乳化手段６０において、隔壁６４の小孔６４Ａの相当円直径を０．５ｍｍ〜２ｍｍとしているため、より高圧かつ高速（たとえば４０〜５０ｍ／ｓ）で小孔６４Ａから混合液を噴出でき、流体摩擦をより大きくできる。これにより、混合液を粒径がより細かくて分離しにくい乳化状態にすることができる。
【００４２】
（３）昇圧ポンプ５０の吐出圧を５ＭＰａ〜１５ＭＰａとしたので、乳化手段６０の小孔６４Ａから混合液を高圧かつ高速で噴出でき、混合液を粒径がより細かくて分離しにくい乳化状態にすることができる。
【００４３】
（４）水および燃料の表面張力を下げる界面活性剤を用いているので、分離しにくい安定した水エマルジョン燃料を作ることができる。
【００４４】
（５）回転速度が変更可能な電動モータ５０Ａによって昇圧ポンプ５０を駆動しているので、電動モータ５０Ａの回転速度を任意に設定することで、昇圧ポンプ５０の吐出流量を容易に調整できて、乳化手段６０における小孔６４Ａから噴出する混合液の速度や圧力を容易に調整できる。
【００４５】
（６）昇圧ポンプ５０として可変容量形のポンプを用いたので、昇圧ポンプ５０の吐出圧を自由に設定でき、乳化手段６０の小孔６４Ａから噴出する混合液の速度や圧力を簡単に調整できる。
【００４６】
（７）昇圧ポンプ５０の上流側にフィードポンプ３０を設けたので、昇圧ポンプ５０入口側の混合液の流体圧を高くでき、昇圧ポンプ５０入口でのキャビテーションを防止できる。
【００４７】
（８）乳化手段６０において、本体６１内に隔壁６４と第１スペーサ６５とが交互に配列され、これら隔壁６４および第１スペーサ６５がスプリング６８によって右側蓋部６３に付勢されているから、隣り合う隔壁６４間の間隔等を一定に保持できて、本体６１内に複数の部屋を容易に形成できる。
また、本体６１内に隔壁６４および第１スペーサ６５を交互に挿入して、これら隔壁６４および第１スペーサ６５をスプリング６８で付勢するだけで、隔壁６４を位置決め・固定できるので、乳化手段６０の組み立て作業を容易にできる。
【００４８】
（９）エマルジョン製造装置１で水エマルジョン燃料を製造して、これをエンジンに供給しているので、当該エンジンの排気中のＮＯｘや黒鉛等を低減することができる。
【００４９】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は、本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、乳化手段６０において、スペーサ６５，６６およびスプリング６８を用いることにより、本体６１内に隔壁６４を位置決め固定したが、溶接等の接着手段で隔壁５４を本体６１内に位置決め固定してもよく、このような場合も本発明に含まれる。
【００５０】
前記実施形態では、フィードポンプ３０を設けたが、フィードポンプ３０は特に設けなくともよい。しかし、昇圧ポンプ５０の入口でのキャビテーションを防止するためにフィードポンプ３０を設けることが望ましい。
また、フィードポンプ３０として、エマルジョン製造装置１で製造した水エマルジョン燃料を利用するエンジンのフィードポンプを用いたが、エンジンのフィードポンプと別個のポンプを用いてもよい。
【００５１】
前記実施形態では、昇圧ポンプ５０が可変容量形のプランジャポンプであったが、プランジャポンプでなくともよく、また、定容量形のポンプであってもよい。
また、前記実施形態では、昇圧ポンプ５０を電動モータ５０Ａで駆動させたが、たとえば、エンジンのクランクシャフトやカムシャフト等から駆動力を取り出して昇圧ポンプ５０を駆動してもよい。このような場合、昇圧ポンプ５０を駆動するための別体の電動モータ５０Ａが不要になるから、部品点数を低減できるとともに、コストダウンおよび省スペース化を図ることができる。
【００５２】
前記実施形態では、エマルジョン製造装置１に安全弁としてリリーフ弁７０を設けたが、たとえば図８に示すようなエマルジョン製造装置１Ａであってもよい。
図８において、エマルジョン製造装置１Ａは、昇圧ポンプ５０の電動モータ５０Ａの回転数を制御するコントローラ８２を備えている。このコントローラ８２は、昇圧ポンプ５０および乳化手段６０間の流路に設けられた圧力センサ８１からの出力信号に応じて、すなわち乳化手段６０の入口圧に応じて電動モータ５０Ａの回転数を変更する。
このようなエマルジョン製造装置１Ａにおいて、乳化手段６０の小孔６４Ａ等が詰まる等の不具合があった場合、乳化手段６０の入口圧が通常よりも大きくなるので、コントローラ８２は、圧力センサ８１からの出力信号に基づいて電動モータ５０Ａの回転数を下げ、昇圧ポンプ５０の吐出容量を小さくする。これにより、乳化手段６０の入口圧を常に一定に保つことができ、乳化手段６０に無理な負荷がかかるのを防止できる。
【００５３】
前記実施形態では、水、燃料、および界面活性剤を混ぜ合わせて水エマルジョン燃料を製造したが、界面活性剤は必ずしも用いる必要はなく、界面活性剤を用いずに、水および燃料だけを混ぜ合わせて水エマルジョン燃料を製造した場合も本発明に含まれる。
【００５４】
前記実施形態では、昇圧ポンプ５０の吐出圧を５ＭＰａ〜１５ＭＰａとしたが、この数値範囲外の値に設定してもよく、このような場合、昇圧ポンプ５０の吐出圧の値に適宜対応して、乳化手段６０における隔壁６４の小孔６４Ａの相当円直径Ｄの大きさを変えることで、小孔６４Ａから液体を高圧・高速で噴出できるようになる。
【００５５】
前記実施形態では、乳化手段６０において、隔壁６４の小孔６４Ａの相当円直径を０．５ｍｍ〜２ｍｍとしたが、この数値範囲外の値に設定してもよく、このような場合、小孔６４Ａの相当円直径Ｄの値に適宜対応して、昇圧ポンプ５０の吐出圧の大きさを変えることで、小孔６４Ａから液体を高圧・高速で噴出できるようになる。
【００５６】
前記実施形態では、エマルジョン製造装置１は、製造した水エマルジョン燃料を連続的にエンジンに供給したが、たとえば水エマルジョン燃料を貯蓄タンクにためるようにしてもよく、このような場合も本発明に含まれる。
【００５７】
前記実施形態では、エマルジョン製造装置１によって、水、燃料、および界面活性剤を混ぜ合わせて水エマルジョン燃料を製造したが、エマルジョン製造装置１を、たとえば、農業、化粧品、食品、医療等の分野における乳化剤（エマルジョン）の製造および各液体の混合に用いてもよい。
【００５８】
【発明の効果】
本発明のエマルジョン製造装置によれば、分離しにくい安定したエマルジョンを製造できるとともに、コストダウンおよび小型化を図ることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るエマルジョン製造装置の概略を示すブロック図である。
【図２】前記実施形態における混合手段を示す縦断面図である。
【図３】図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】前記実施形態における乳化手段を示す縦断面図である。
【図５】図４のV−V線に沿った断面図である。
【図６】図４のVI−VI線に沿った断面図である。
【図７】前記実施形態における粒径の大きさと乳化手段の入口圧の大きさとの関係を示すグラフである。
【図８】本発明の変形例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１エマルジョン製造装置
２０混合手段
３０予圧送ポンプであるフィードポンプ
５０昇圧ポンプ
５０Ａ電動モータ
６０乳化手段
６１本体
６１Ａ部屋
６４隔壁
６４Ａ小孔
６５スペーサである第１スペーサ
６８スプリング

Claims

少なくとも２種類以上の液体同士を混合してエマルジョンを製造するエマルジョン製造装置であって、
前記複数の液体同士を略均一に混ぜ合わせる混合手段と、
この混合手段で製造された混合液を昇圧する昇圧ポンプと、
この昇圧ポンプから圧送された混合液を乳化状態にする乳化手段とを備え、
前記乳化手段は、前記混合液が流入する複数の部屋を有し、
前記複数の部屋は、各部屋間に配置される隔壁によって区切られ、
前記隔壁には、当該隔壁を挟んで隣り合う前記部屋同士を連通する少なくとも１つ以上の小孔が形成され、
前記昇圧ポンプは、前記乳化手段で乳化状態にされた混合液を燃料として利用するエンジンによって駆動されていることを特徴とするエマルジョン製造装置。
少なくとも２種類以上の液体同士を混合してエマルジョンを製造するエマルジョン製造装置であって、
前記複数の液体同士を略均一に混ぜ合わせる混合手段と、
この混合手段で製造された混合液を昇圧する昇圧ポンプと、
この昇圧ポンプから圧送された混合液を乳化状態にする乳化手段とを備え、
前記乳化手段は、前記混合液が流入する複数の部屋を有した筒状の本体を備え、
前記複数の部屋は、各部屋間に配置される隔壁によって区切られ、
前記隔壁には、当該隔壁を挟んで隣り合う前記部屋同士を連通する少なくとも１つ以上の小孔が形成され、
前記本体内には、前記隔壁同士間の間隔、および／または前記隔壁と前記本体内の一端との間の間隔を一定に保つスペーサが配置され、
前記スペーサは、前記本体の長手方向に沿って前記隔壁と交互に配列され、
前記隔壁およびスペーサは、前記本体内に配置されるスプリングによって前記本体の長手方向に沿う一方向に付勢されて前記本体に押し当てられていることを特徴とするエマルジョン製造装置。
請求項１または請求項２に記載のエマルジョン製造装置において、
前記隔壁の小孔の相当円直径は、０．５ｍｍ〜２ｍｍであることを特徴とするエマルジョン製造装置。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のエマルジョン製造装置において、
前記昇圧ポンプの吐出圧は、５ＭＰａ〜１５ＭＰａであることを特徴とするエマルジョン製造装置。
請求項１ないし請求項４のいずれかに記載のエマルジョン製造装置において、
前記混合手段は、前記複数の液体と界面活性剤とを略均一に混ぜ合わせることを特徴とするエマルジョン製造装置。
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載のエマルジョン製造装置において、
前記複数の液体は、水および燃料の２種類の液体であることを特徴とするエマルジョン製造装置。