JP5174344B2 - エマルジョン燃料とその製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガソリン、軽油、灯油、重油、植物油、廃油等の燃料油と水をエマルジョン化して得られる環境適用型のエマルジョン燃料、その製造方法、並びにそれに用いる装置に関するものである。

水とガソリン、軽油、灯油、重油、植物油、廃油等の燃料油を混合して得られるエマルジョン燃料は、燃焼時に窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）や煤塵の発生が少ないため、大気汚染防止に有効な燃料であることが知られている。例えば、車両、船舶、発電、土木建築等の多くの分野で有効に利用されているディーゼルエンジンは主として軽油を燃料としているが、近年、その排気ガスに含まれる窒素酸化物やＰＭ（Particulate Matter）等の未燃焼生成物、煤塵等が大気汚染の原因となっている。このため、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化を目的として、種々の技術開発が進められているが、その一つとして、排気ガス中の窒素酸化物を低減するために、軽油と水とからなるエマルジョン燃料を供給して、噴射、燃焼させるエマルジョン燃料供給装置も色々と提案されている。そしてまた、安定なエマルジョン燃料を得るための乳化剤についても、色々な種類のものが提案されている。
特開平６−３４６０７１号公報 特開平１１−２６３９９１号公報 特開２００４−１０７６５号公報 特開２００２−２２６０００号公報 特開２００３−２７０７４号公報 特開２００４−１２３９４７号公報

また、特開２００４−７６６０８号公報には、ディーゼルエンジンに連結された燃料改質装置が提案されており、この改質装置は、液体燃料と水との混合液に高周波振動を与えて超微粒化・高混合密度のエマルジョン燃料を生成させ、これを燃料噴射ポンプによりエンジン本体に供給するものであることが示されている。そして、かかる燃料を運転状態の制御システム下でディーゼルエンジンに用いると、燃焼温度が低く抑えられと共に、燃料中の水分が水蒸気となり、その一部が分離して小爆発の現象を起こし、その爆発力で燃料と空気との混合を助け燃焼反応が助長されるので、窒素酸化物やＰＭ（Particulate Matter）等の未燃焼生成物、煤塵等の発生が殆どなくなるということが述べられている。しかしながら、特開２００４−７６６０８号公報の発明は、あくまでも車両積載型の燃料改質装置に関するものであり、運転状態の制御システムと組合わせて初めて目的が達成されるものである。
特開２００４−７６６０８号公報

また、実際に、軽油と水から、その時々の燃焼条件に最適なエマルジョン燃料を作る装置と、後処理フィルターを組み合わせて、電子制御により統合処理する車両積載型のシステムが、ＮＯ_Ｘ・ＰＸ法認定装置として公にも認定されている。これによると、燃料中の水分により燃焼時のピーク温度が下がるため、窒素酸化物の発生が大幅に低減し、またその時、水の微爆によって燃料と酸素の混合が促進され、より完全な燃焼が起こるため、黒煙・煤塵の発生も抑えられるという効果があることが知られている。

以上の様に、従来は、主として、ディーゼルエンジンと直結した燃料供給システムとしての改良・改善が色々と検討されてきた。しかし、より適用・応用範囲の広い、長期間にわたって燃料と水との良好なエマルジョン状態を保持した、実用的なエマルジョン燃料自体の開発も望まれていた。

本発明者は、既に、燃料５０体積％以上と乳化剤水溶液５０体積％以下の混合液を、超音波を付与しながら攪拌・混合して得られる環境適用型エマルジョン燃料とその製造方法、並びに製造装置について提案を行った（特許文献８）。かかる提案によって得られたエマルジョン燃料は高品質のものであるが、長期間にわたるエマルジョン安定性について、より改善が望まれていた。
特開２００６−２８２１５号公報

本発明は、通常の燃料油と同じように取り扱いそして使用できる、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持した、高品質のエマルジョン燃料を開発することを目的・課題とするものである。

本発明は、燃料油４０〜９５体積％と、＋１００ｍＶ以下の酸化還元電位（ＯＲＰ）を有する６０〜５体積％の還元水と、燃料油に対して０．１〜１０重量％の乳化剤の混合液からなるエマルジョン燃料である。そして、燃料油と還元水の混合割合は、燃料油が５０〜９０体積％で、還元水が５０〜１０体積％のものが好ましい。

一般に、酸素の酸化還元電位は約＋８５０ｍＶ、水素の酸化還元電位は約−４２０ｍＶであり、酸化力と還元力が平衡になる点は、約＋２００ｍＶであるとされている。従って、還元水とは酸化還元電位が約＋２００ｍＶより低い水を意味し、この酸化還元電位が低くなるほど、還元力が強いことが知られている。本明細書においても還元水とは、酸化還元電位が約＋２００ｍＶより低い水を意味する。そして、本発明において用いられるのは、酸化還元電位が約＋１００ｍＶ以下のものである。そして、更に好ましい還元水は、水の電気分解によって得られる電解還元水であり、電解還元水のなかで好ましいのは、＋５０ｍＶ以下の酸化還元電位を有する電解還元水である。

本発明において用いられる電解還元水としては、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電化還元水を用いるのが好ましい。そして、水の電気分解を行うに際しては、陰極として水素吸蔵金属又は合金を用いて、水の電気分解を行うのが適当である。

本発明の他の態様は、前記のごとき本発明のエマルジョン燃料を製造するための装置に関するものであり、それは、隔膜によって隔てられた陽極と陰極、超音波発生手段及び攪拌手段を備えてなる電解槽と、攪拌手段を備えたエマルジョン形成槽と、該エマルジョン形成槽に連結された燃料油タンクとエマルジョン燃料タンクとからなるエマルジョン燃料製造装置である。かかる本発明の装置においては、通常用いられる公知の配管、ボンプ類、計量装置、制御装置等を適当に配置あるいは組み込むことができることはいうまでもない。また、本発明においは、乳化剤の貯蔵手段、秤量手段、添加・混合手段は、特別なものである必要はなく、公知のものを任意の位置に配置又は設置すれば良い。

前記製造装置において、電解槽の陰極は、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極であるのが好ましい。また、エマルジョン形成槽にも、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極を配置するのが好ましい。そして、この場合に、共に水素吸蔵金属又は合金から形成された、電解槽の電極とエマルジョン形成槽の電極は、交互に交換可能なように配置しておくのが便利である。

前記製造装置においては、エマルジョン形成槽に、陽極と、水素吸蔵金属又は合金から形成された陰極を配置しても良い。また、エマルジョン形成槽に、超音波発生手段を設置することもできる。

本発明のもう一つの態様は、前記のごとき本発明のエマルジョン燃料の製造方法に関するものであり、それは、燃料油（Ａ）の４０〜９５体積％と、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電解還元水（Ｂ）の６０〜５体積％と、燃料油に対して０．１〜１０重量％の乳化剤（Ｃ）を、エマルジョン形成槽で攪拌混合することを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法である。

前記方法においては、水の電気分解を、陰極として水素吸蔵金属又は合金から形成された電極を用いて行うのが好ましい。そして、燃料油（Ａ）と電解還元水（Ｂ）と乳化剤（Ｃ）の攪拌混合を、前記の水の電気分解に用いた水素吸蔵金属又は合金から形成された電極の存在下で行うのが好ましい。

更に、前記方法においては、燃料油（Ａ）と電解還元水（Ｂ）と乳化剤（Ｃ）の攪拌混合を、エマルジョン形成槽に設けられた陽極と、水素吸蔵金属又は合金から形成された陰極（電極）の間に通電しながら行うようにしても良い。また、攪拌混合を、超音波発生手段で超音波を与えながら行うようにしても良い。

本発明によって得られるマルジョン燃料は、公害が少ない環境に優しい燃料であり、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持しているので、通常の燃料油と同じように取り扱い、使用することができる。また、本発明のエマルジョン燃料は、既存のエンジンや燃焼装置・設備にそのまま使用できるので、特別に新たなものを備える必要もない。その上、燃費も高く品質にも優れている。そして、例えば、軽油と乳化剤を含む水とからなる本発明のエマルジョン燃料をディーゼルエンジンに使用した場合には、黒煙を含むＰＭ及び窒素酸化物の発生が非常に少なくなる。また、車両の燃費が向上すると共に、エンジンオイルの寿命も長くなるというメリツトが得られる。

本発明のエマルジョン燃料は、燃料油４０〜９５体積％と、＋１００ｍＶ以下の酸化還元電位（ＯＲＰ）を有する６０〜５体積％の還元水と、燃料油に対して０．１〜１０重量％の乳化剤を混合攪拌し、エマルジョン化することによって得られる。混合攪拌又はエマルジョン化の方法・手段は特に限定されるものではない。公知のいかなる方法・手段・装置を用いてもよい。燃料油と還元水の好ましい混合割合は、燃料油が５０〜９０体積％で、還元水が５０〜１０体積％のものである。

本発明において用いられる乳化剤は液体又は固体のものであるが、燃料油及び／又は還元水への添加・混合のさせ方については何の制限もない。乳化剤を水溶液として添加・混合しても良く、あるいは、直接燃料油及び／又は還元水に直接添加・混合しても良い。結果的に、乳化剤の添加量が、燃料油と還元水の混合液において、燃料油に対して０．１〜１０重量％、好ましくは、１〜５重量％の範囲であれば良い。

本発明において用いられる乳化剤としては、非イオン界面活性剤、アニオン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤のいずれでも用いることができるが、好ましいのは、ソルビトール、ソルビタン及びソルバイド等の多価アルコールの脂肪酸エステルや、アルコールのアルキレンオキサイド付加物等の非イオン界面活性剤である。乳化剤は一種又は二種以上混合して用いることができる。

本発明において用いられる還元水は、＋１００ｍＶ以下の酸化還元電位を有するものである。一般的に還元水とは酸化還元電位が約＋２００ｍＶより低い水を意味し、この酸化還元電位が低くなるほど、還元力が強いことが知られている。ちなみに、水道水の酸化還元電位は＋２００〜＋７００ｍＶであると言われており、井戸水などの天然水は、酸化還元電位が水道水よりも低く、酸化還元電位がマイナスのものも存在している。

本発明において好ましい還元水は、水の電気分解によって得られる電解還元水であり、電解還元水のなかで好ましいのは、＋５０ｍＶ以下、更に好ましくは−１００ｍＶ以下の酸化還元電位を有する電解還元水である。電解還元水とは、水を電気分解したときに、陰極側に生成する陰極水をいい、アルカリイオン水と呼ばれる場合もある。製造方法によって酸化還元電位は異なるが、製法によっては約−２００ｍＶ以下のものも得られる。

本発明において用いられる電解還元水としては、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電化還元水（陰極側の電解水）を用いるのが好ましい。また、水の電気分解を行うに際しては、陰極として水素吸蔵金属又は合金を用いて、水の電気分解を行うのが適当である。かかる方法・装置によると、条件によって−３００ｍＶ〜−７５０ｍＶもの酸化還元電位を有する水を得ることができる。通常は、−１００ｍＶ以下のものが好ましく、特に−３００ｍＶ前後のものが適当である。水の電気分解の条件は、目的とする電解還元水の酸化還元電位に応じて、適宜容易に決定することができる。

水の電気分解を行うに際しては、陽極（室）と陰極（室）を分ける隔膜電解槽が用いられる。隔膜としては、イオン交換膜、有機又は無機の微多孔膜等があり、これらの中から耐食性、機械的強度、気孔径・分布、電気抵抗等を勘案して、適当なものを容易に選択することができる。形状は特に限定されるものではなく、陽極と陰極で発生、存在する物質が電解液に溶解し、それが拡散対流によって混合するのを防げるようなものであれば良い。実用的には、電解槽の中の陽極を、円筒状の陰イオン交換膜で覆った形態の隔膜電解槽が便利である。

エマルジョン化によって得られたエマルジョン燃料は、燃料油と水の割合によって、Ｏ／Ｗ（Oil in Water）型かＷ／Ｏ（Water in Oil）型になるが、本発明においては、どちらの型でもかまわない。一般的に、燃料油中に水の微粒子が分散したＷ／Ｏ型の方が安定性には優れているし、また、Ｗ／Ｏ型の方が、水としての性質は少なく、これに接触する機器類を酸化するというような問題もないので好ましい。燃料油中の水微粒子の大きさは、２０μ以下が適当であり、５μ以下にするのがより好ましい。また、本発明のエマルジョン燃料中には、その目的・用途に応じて、必要な公知の添加剤、例えば、防錆剤、流動点降下剤、腐食防止剤を配合することもできる。

本発明においては、前記電解還元水を得るための水の電気分解に際し、超音波発生手段を併用するとより優れた効果が得られる。詳細な、原理・作用機作は不明であるが、電気分解に際し、水に超音波発生手段で超音波を付与することにより、水がミクロバブル化し、同時に常温常圧下でありながら1000気圧5000度の真空状態を作るといわれる超音波のキャビテーション効果により、非常に効率的に電解還元水が得られるものと思われる。この際、陰極として、水素吸蔵金属又は合金を用いると、発生した水素が陰極に吸収・吸着されるが、この水素は、後述のごとく、エマルジョン形成工程で有効に使うことができる。このような水の電気分解によって、約−５００ｍＶもの酸化還元電位を有する水を得ることができる。

本発明において超音波発生手段としては、例えば、公知あるいは市販の超音波発生装置を用いることができる。超音波のパワーとしては、水１リットルあたり、あるいは、後述のエマルジョン形成の過程では、燃料油と還元水の混合液１リットル当たり、１〜１００Ｗ程度、好ましくは５〜４０Ｗである。なお、本発明において超音波発生手段とは、高周波発生手段は含まないが、マイクロ波等のいわゆる超音波以外の、周波数により物体に振動を与える手段も含むものとする。超音波発生手段は、処理液に、キャビテーション効果を促すものであればどのようなものでも良いが、超音波発生機と接続された超音波発振棒を混合液に挿入するタイプのものが適当である。攪拌手段は、公知あるいは市販の攪拌機を利用すれば良い。電気分解、あるいは、後述のエマルジョン形成の過程で攪拌・混合に用いる混合容器としては、特別な容器を用いる必要はなく、実用的にも、例えば、ステンレスやガラス製、あるいは塩化ビニール製の一般的な容器・装置を用いることができる。

前記のごとき還元水又は電解還元水と燃料油とから形成されたエマルジョンは、水素が添加された新しいエマルジョン燃料になるものと思われる。そして、このエマルジョン燃料は、水と燃料油が長期間分離することなく、燃焼性も良く燃費にも優れた高品質のものである。本発明のエマルジョン燃料は、燃焼に際し先ず燃料油が燃え、それによってエマルジョン中の水が微爆発して燃料油の燃焼面積が飛躍的に増大し、完全燃焼が起こるものと推測される。

本発明のエマルジョン燃料の製造方法及びそれに用いられる装置について、図を用いて説明する。図１は、本発明のエマルジョン燃料製造装置の一例を示す概略図である。図１において、１は水の電気分解を行うために用いられる電解槽であり、電解槽１には、イオン膜等の隔膜４によって隔てられた陽極３と陰極２、超音波発信棒等の超音波発生手段５及び攪拌機等の攪拌手段６が備えられている。１１はエマルジョン形成槽であり、エマルジョン形成槽１１には、攪拌手段１６が備えられており、このエマルジョン形成槽１１には、燃料油タンク１７とエマルジョン燃料タンク１８が連結されている。かかる本発明の装置においては、通常用いられる公知の配管、ボンプ類、計量装置、制御装置等を適当に配置あるいは組み込むことができる（図示せず）。１９は乳化剤の貯蔵タンクであり、乳化剤は、ポンプや計量手段（図示せず）を経て、例えば、エマルジョン形成槽１１に連結されている。また、電解槽１には、水タンク２０が連結されている。

本発明において、陽極としては、例えば、白金、チタンや炭素が用いられる。陰極としては、例えば、パラジウム、チタン等の金属やその合金が用いられる。超音波発生手段は、混合液を、エマルジョン効果やキャビテーション効果により、十分に乳化させ得るものであればどのようなものでも良いが、超音波発生機と接続された超音波発振棒を処理液に挿入するタイプのものが適当である。攪拌手段は、公知あるいは市販の攪拌機を利用すれば良い。前述のごとく、電解槽やエマルジョン形成槽としては、特別な槽を用いる必要はない。

前記製造装置において、電解槽１の陰極２は、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極であるのが好ましい。陰極としてパラジウム等の水素吸蔵金属あるいはチタン−鉄合金等の水素吸蔵合金を使用すると、電気分解で発生した水素が陰極に吸蔵され、その後この排出される水素をエマルジョン形成槽で有効に活用することができる。また、エマルジョン形成槽１１にも、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極１２を配置するのが好ましい。そして、この場合に、共に水素吸蔵金属又は合金から形成された、電解槽の電極とエマルジョン形成槽の電極は、交互に交換可能なように配置しておくのが便利である。即ち、陰極はワンバッチごとに電解槽からエマルジョン形成槽へ、エマルジョン形成槽から電解槽に移動できるように構成・配置しておくのが好ましい。電解槽で水素を吸着・吸蔵した水素吸蔵金属又は合金からなる陰極は、エマルジョン形成槽に移動して、エマルジョンに水素を添加するという作用効果を発揮する。水の電気分解に際しては、電解槽１に、電解質、例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物や塩化物等の塩を入れておいても良い。

図２は、本発明のエマルジョン燃料製造装置の他の例を示す概略図である。図２において、１１はエマルジョン形成槽、１２は水素吸蔵金属又は合金から形成された陰極（環状陰極）、１３は陽極、１５は超音波発生手段、１６は攪拌手段である。本発明においては、エマルジョン形成に際して、陽極１３と陰極１２の間に通電しながら行うようにしても良い。また、攪拌混合を、超音波発生手段１５で超音波を与えながら行うようにしても良い。かくすることによって、エマルジョンの安定性がより向上する効果が得られる。

図１において、所定量の水、例えば、水道水が、水タンク２０から電解槽１に供給され、超音波を付与しながら電気分解が行われる。その後、電解槽１の陰極（室）に生成した電解還元水は、送液パイプ等によってエマルジョン形成槽１１に移される。乳化剤は粉末、液体あるいは水溶液の形態で貯蔵されており、貯蔵タンク１９から、前記送液パイプの途中で電解還元水に添加・混合しても良く、あらかじめ燃料油と混合しておいても良く、あるいは、直接、エマルジョン形成槽１１に供給しても良い。

次いで、エマルジョン形成槽１１に、電解槽１で電気分解の陰極２として用いた水素吸蔵金属又は合金からなる電極を移動し、エマルジョン形成槽中の還元電解水と燃料油と乳化剤の混合液に、この電極（図１の１２）から水素を放出させつつ、必要な場合には、混合液に超音波発生手段（図示せず）から超音波を付与しながら、混合液を攪拌しエマルジョン化する。エマルジョン化のための時間、温度、雰囲気等は特に限定されるものではない。エマルジョン形成が終了したら、水素吸蔵金属又は合金からなる電極（図１の１２）は電解槽１に移動させ、再び、水の電気分解の陰極２として用いられる。

そして、乳化剤でエマルジョン化された燃料油４０〜９５体積％と電解還元水６０〜５体積％のエマルジョン燃料は、エマルジョン燃料タンク１８に移送され貯蔵される。なお、例えば、工場等で一定の箇所に設置型の燃焼装置に本発明を適用する場合には、適当な制御手段を組合わせて、エマルジョン燃料タンク１８から直接、燃焼装置にエマルジョン燃料を供給できるようにすることもできる。また、水タンク２０は、いわゆる一時的に水を貯蔵するタンクではなく、水道等の水供給源に直接連結されているものでも良く、本発明においては、このようなものも水タンクの概念に含むものである。

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、エマルジョンの経時安定性の評価は、エマルジョン燃料２５０ｍｌを２５０ｍｌのメスシリンダーに入れ、密封系で２５℃で１〜３ケ月放置した後の外観を観察して、次の基準で評価した。○：外観変化せず、△：若干の変化あり、×：エマルジョンが分離。

図１の電解槽（処理槽はステンレス製）の陰極室に水道水（酸化還元電位が約＋２００ｍＶ）２０Ｌを入れ、一方、陽極室には、水酸化ナトリウム１００ｇを含む水溶液２０Ｌを入れ、電源として三相電源の直流を用い、超音波を与えながら、常温常圧で３０分間電気分解を行った。陰極としては、パラジウム（水素吸蔵金属）からなる電極を用いた。電気分解の平均電圧は２０Ｖ、平均電流は５０Ａであった。超音波発生手段である電波棒は、直径４５ｍｍ、長さ３５ｃｍの金属棒を用い、これに２０ＫＨｚの超音波を印加した。超音波のパワーは、平均２５５Ｗであった。なお、電気分解における印加電圧は、３０分間ほぼ一定であったが、電流と超音波のパワーは、徐々に増加した。陰極室の水は、市販のミキサーを用いて１４００回／ｍの攪拌を行った。陰極室で得られた電解還元水の酸化還元電位は、約−３００ｍＶであった。

図１のエマルジョン形成槽（ステンレス製）に軽油１２リットル（比重０．８５）と、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン性界面活性剤（乳化剤）２０４ｇ（軽油に対して２重量％）と、前記のごとくして得られた電解還元水８リットルを入れ混合液を調整した（燃料油６０体積％、還元水４０体積％）。そして、前記電解槽での電解に用いた陰極（電極）をエマルジョン形成槽に移動して混合液中に浸漬した後、常温常圧で３０分間、混合液の攪拌を行った。攪拌は、市販のミキサーを用いて１４００回／ｍの攪拌を行った。得られたエマルジョン燃料は、均一なエマルジョン状態のものであった。このエマルジョンの経時安定性の評価を行ったところ、２５℃で１ケ月、更に３ケ月間放置した後もエマルジョンの状態の外観に変化はなかった（○：外観変化せず）。

［比較例１］
通常の水道水（酸化還元電位が約＋２００ｍＶ）を用いて、陰極（電極）をエマルジョン形成槽の混合液中に浸漬すること以外は、前記実施例１の場合と同様にして、エルジョン形成槽で軽油と乳化剤と水道水との混合液の攪拌・混合を行ってエマルジョン燃料を得た。このものは、２５℃で１日放置しておくとエマルジョンの状態に変化が現れ（△：若干の変化あり）、一週間後には、エマルジョンが殆ど分離した（×：エマルジョンが分離）。

灯油１２リットルと、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン系界面活性剤２００ｇと、天然の地下水（酸化還元電位が約＋８０ｍＶ）８リットル又は市販の装置で作製したアルカリイオン水（酸化還元電位が約−５０ｍＶ）８リットルをエマルジョン形成槽に入れ、混合液を調整した。そして、以後は、それぞれの混合液に２０ＫＨＺの超音波を印加しながら攪拌機により攪拌した。攪拌は、市販のミキサーを用いて１４００回／ｍのスピードで２０分間行った。

天然の地下水を用いた場合も、市販の装置で作製したアルカリイオン水を用いた場合も、均一なエマルジョン状態の本発明のエマルジョン燃料が得られた。いずれも１ヶ月間放置したが、灯油と水の乖離現象は起こらず、完全にエマルジョン状態が保持されていた（○：外観変化せず）。但し、３ケ月経過後は、エマルジョンに若干の分離が見られた（△：若干の変化あり）。

［比較例２］
通常の水道水（酸化還元電位が約＋２００ｍＶ）を用い、実施例２と同様にしてエマルジョン燃料を得た。このものは、比較例１のものよりも格段に安定であったが、実施例２のものよりも安定性に劣っていた。

本発明のエマルジョン燃料のボイラーによる燃焼実験を行い、熱エネルギー効率について検討した。エマルジョン燃料としては、実施例１の方法に準じて得られた、酸化還元電位が約−３００ｍＶの電解還元水（４０体積％）とＡ重油（６０体積％）と非イオン性界面活性剤（乳化剤：重油に対して２重量％）の混合液からなるものを用いた。比較用にはＡ重油１００％の燃料油を用いた。

市販の通常のボイラーによって、燃焼実験を行った。その結果は以下のとおりであった。
本発明のエマルジョン燃料：1時間２００リットルの燃焼で排ガス温度：４１０℃。
Ａ重油（比較用） ：１時間２００リットルの燃焼で排ガス温度：４５０℃。

本発明のエマルジョン燃料の場合には、水を４０％含んでいるにも関わらず、Ａ重油１００％のものに比べて、９１％（（４１０／４５０）×１００）の熱効率が得られており、Ａ重油の６０％分と比べると、約５０％も燃費が向上したことになる（４１０／（４５０×０．６））。なお、実験に用いたボイラーは、Ａ重油１００％での完全燃焼率９９．７％の装置であり、Ａ重油のみでの燃焼も完全燃焼である。よってＡ重油燃料のみとエマルジョン燃料は、双方が完全燃焼したものの比較と考えられる。

前記のごとく、燃料油６０％で水４０％のエマルジョン燃料を製造した場合に、４割増しのエマルジョン燃料を使用して熱カロリーを維持するのでは、燃料コスト削減の見地からは全く意味がない。単に環境適応型の燃料が得られたメリットだけに過ぎない。水を使用しても燃料油のみの場合と比べて、熱効率が上がることが重要である。本発明のエマルジョン燃料は、上記のごとく、かかる要求を実現していることが分かる。

ボイラー内に噴霧されたエマルジョン燃料の中の水は、約７００℃に急熱されて、次々に微爆発を起こし、約３２００倍に急膨張すると考えられる。エマルジョン中の燃料油は、下記のごとく水蒸気との水性ガス反応により、燃料油中の炭素が水蒸気と反応しＣＯとＨ_２を生成する。そして、水性ガス反応により生成したＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２は、空気との接触面積が増えるため、理論上の空気で完全燃焼するので燃焼効率が向上するものと考えられる。単なる水蒸気の噴霧では得られない現象である。

約７００℃で水性ガス反応が開始する（Ｃ＋Ｈ_２Ｏ＝ＣＯ＋Ｈ_２）。そして、約７００℃以上で、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２＋ｎＨ_２Ｏ＋ｎ／２Ｏ_２ → ｎＣＯ_２＋（２ｎ＋１）Ｈ_２の反応が起こるものと考えられる。

実施例３で用いた本発明のエマルジョン燃料の、燃焼状態確認テストを行った。その結果、
空気量が、理論空気量に対して３０％以下では不完全燃焼となり、７０％以上の場合は過剰空気領域となることが分かった。このエマルジョン燃料の場合は、空気量が３５％〜６５％の範囲が良いこと、特に５０％付近で酸素濃度が均一化することが分かった。

通常、ボイラーでの完全燃焼のためには、理論空気量の１．２〜１．５倍の過剰空気（燃焼ガスよりはるかに低温）を送入しており、煙突排気による排気熱損失が、燃料油の持つエネルギーの１５〜４０％%に達し、これが燃費ロスとなっている。

本発明のエマルジョン燃料は、非常に少ない空気で完全燃焼させることが出来るので、排気熱損失を防ぐことが出来る。これは、エマルジョン燃料油中に分散する水の微粒子が、ボイラーの燃焼室内で瞬時に爆発気化し、燃料油粒子を更に微細化分割、飛散させ、酸素との接触を助けるからであると考えられる。本発明のエマルジョン燃料においては、過剰空気を、通常の一般燃焼の場合の２分の１以下に抑えることができる。

本発明によって得られるエマルジョン燃料は、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持しているので、通常の燃料油と同じように取り扱い、使用することができる。そして、高品質で燃費が向上するので、環境に優しい上に燃料経費が大幅に節約できる。更に、水と軽油、灯油、重油、ガソリン等の燃料油を用いて得られるエマルジョン燃料は、燃焼時に窒素酸化物（ＮＯ_Ｘ）や煤塵の発生が少ないため、大気汚染防止に有効な燃料として、例えば、工場用の燃料、農機具の燃料、漁船や船舶の燃料、車両用燃料に利用できる。また、特に、軽油と乳化剤を含む水とからなるエマルジョン燃料は、ディーゼルエンジンの燃料として有効に使用できる。

本発明のエマルジョン燃料製造装置の一例の概略図である。 本発明のエマルジョン燃料製造装置の他の例の概略図である。

符号の説明

１ 電解槽
２、１２ 陰極（棒状又は環状）
３、１３ 陽極（棒状）
４ イオン隔膜
５、１５ 超音波発信棒
６、１６ 攪拌機
１１ エマルジョン形成槽
１７ 燃料油タンク
１８ エマルジョン燃料タンク
１９ 乳化剤タンク
２０ 水タンク

Claims (3)

1. 燃料油（Ａ）の４０〜９５体積％と、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、陰極として水素吸蔵金属又は合金から形成された電極を用い、更に、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電解還元水（Ｂ）の６０〜５体積％と、燃料油に対して０．１〜１０重量％の乳化剤（Ｃ）を、エマルジョン形成槽で攪拌混合することからなるエマルジョン燃料の製造方法において、前記燃料油（Ａ）と電解還元水（Ｂ）と乳化剤（Ｃ）の攪拌混合を、水の電気分解に用いた水素吸蔵金属又は合金から形成された電極の存在下で行うことを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。
2. 燃料油（Ａ）と電解還元水（Ｂ）と乳化剤（Ｃ）の攪拌混合を、エマルジョン形成槽に設けられた陽極と、水素吸蔵金属又は合金から形成された陰極（電極）の間に通電しながら行うことを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料の製造方法。
3. 燃料油（Ａ）と電解還元水（Ｂ）と乳化剤（Ｃ）の攪拌混合を、超音波発生手段で超音波を与えながら行うことを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料の製造方法。

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