JP5184999B2 - エマルジョン燃料及びそのような燃料を用いたエマルジョン燃料供給システム - Google Patents

Description

本発明は、エマルジョン燃料及びそのような燃料を用いたエマルジョン燃料供給システムに関する。

従来、窒素化合物を含む燃料を燃焼して生成された排気ガス中の窒素酸化物を低減する試みがなされている。

原油を精製して製造された重油は、ヂーゼルエンジン又はボイラなどの燃料として用いられている。重油には、化石燃料である原油に由来する窒素化合物が含まれており、重油の燃焼により窒素化合物が酸化されて、窒素酸化物が生成される。この窒素酸化物は、排気ガスと共に大気中に排出される。

大気中に排出された窒素酸化物は、光化学スモッグ又は酸性雨を引き起こす物質であるため、排気ガス中の窒素酸化物を低減する手法が開発されている。

例えば、非特許文献１には、尿素水溶液を用いて、排気ガス中の窒素酸化物を還元することにより、窒素酸化物を低減する脱硝装置が開示されている。窒素酸化物の還元剤として、尿素を用いることは、毒性を有し取り扱いが難しいアンモニアを用いることに比べて、危険性がなく取り扱いが容易である。

図１に、非特許文献１に開示されている脱硝装置の脱硝の原理を示す。

図１に示す脱硝装置では、窒素酸化物を含む排気ガスに対して尿素水溶液を注入し、排気ガスの熱により尿素水溶液からアンモニアを生成し、このアンモニアと窒素酸化物とを、触媒層に通過させることにより、窒素酸化物を還元して、窒素及び水を生成している。

株式会社日本触媒、"尿素還元脱硝装置"、[online]、株式会社日本触媒のウエブページ、[平成２０年６月２４日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｈｏｋｕｂａｉ．ｃｏ．ｊｐ／ｐｒｏｄｕｃｔ／ｕｃｌｅａｒ．ｈｔｍｌ＞

ボイラ等の燃焼装置は、運転条件によって燃料の燃焼状態が異なるので、排気ガス中の窒素酸化物濃度が変化する。そのため、脱硝装置は、排気ガス中の窒素酸化物濃度に応じて、注入する尿素水溶液の量を変化させる必要がある。

従って、上述した図１の脱硝装置は、排気ガスに対する尿素水溶液の注入量を、燃料の燃焼状態に応じて制御する必要がある。そのため、脱硝装置は、尿素水溶液の注入量を制御する制御装置を備える必要がある。もし、脱硝装置が、この制御装置を備えていない場合には、排気ガス中の窒素酸化物を十分に低減できないおそれがある。

また、図１の脱硝装置は、触媒層が必須の構成要素であることに加えて、排気ガスの処理を行う大掛かりな構成であるため、大きな設置スペースが必要となり、製造コストも高くなる。

また、尿素水溶液からアンモニアを生成するためには、４５０℃程度の温度が必要である。燃焼装置がボイラの場合には、その排気ガス温度は２００℃程度であるため、ボイラの排気ガスのみの熱では尿素水溶液からアンモニアを生成することができない。

更に、燃料が燃焼する際には、上述した燃料に起因する窒素酸化物に加えて、熱のみに起因する窒素酸化物も生成する。

この熱のみに起因する窒素酸化物は、燃料が燃焼する際に、空気中の窒素と酸素との反応によって生成する窒素酸化物である。この熱のみに起因する窒素酸化物は、空気中の窒素と酸素とが、所定の時間の間、１３００℃以上の高温及び高圧下に置かれることで生成される。

上記熱のみに起因する窒素酸化物は、燃焼温度を低下することにより、減少させることができる。しかし、一般に、燃焼装置では、燃焼温度と燃焼効率との間には正の相関関係があるので、燃焼温度を低下すると、燃焼効率が低下する問題がある。

そこで、本発明は、上記課題を解決するために、エマルジョン燃料及びそのような燃料を用いたエマルジョン燃料供給システムを提供することを目的とする。

また、本発明は、排気ガスに対する脱硝装置が不要か又は簡易にできる、エマルジョン燃料及びそのような燃料を用いたエマルジョン燃料供給システムを提供することを目的とする。

また、本発明は、燃料の燃焼条件に対応して窒素酸化物濃度を低減できる、エマルジョン燃料及びそのような燃料を用いたエマルジョン燃料供給システムを提供することを目的とする。

更に、本発明は、排気ガス温度が低くても、排気ガス中の窒素酸化物濃度を低減できる、エマルジョン燃料及びそのような燃料を用いたエマルジョン燃料供給システムを提供することを目的とする。

更にまた、本発明は、燃焼効率を向上し、排気ガス中の窒素酸化物濃度を低減できる、エマルジョン燃料及びそのような燃料を用いたエマルジョン燃料供給システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係るエマルジョン燃料は、燃料油と、尿素水溶液からなり、上記燃料油中に分散している粒子と、を有しており、燃料油と尿素水溶液を流体混合装置により撹拌・混合するとともに、流体混合装置は、下部に流入口を設ける一方、上部に流出口を設けた撹拌槽内に、回転駆動源に連結した回転軸を配置し、回転軸には複数の混合エレメントを軸方向に間隔をあけて固定し、混合エレメント同士の間の位置には整流板を配置して、整流板の外周を撹拌槽の内周面に固定し、整流板の中心部には流体が通過可能な円形状の孔を形成するとともに、孔の周辺部を上方に折り曲げて流体が孔中を下方から上方へ向って流れやすいように形成し、混合エレメントは、中央に流通孔を有して前面に前方開口する有底筒状の小室が多数配列して形成されている第１の円板と、前面に前方開口する有底筒状の小室が多数配列して形成されている第２の円板とを具備し、第２の円板を上方に位置させる一方、第１の円板を下方に位置させて、その中心部が回転軸に固定され、重ね合わせた両円板の外周側が連結されて、第１の円板と第２の円板の前面同士が対向して同心的に重ね合わされ、第１の円板の小室と第２の円板の小室とは互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列され、燃料油と尿素水溶液の混合液を撹拌槽の下部に設けた流入口から流入させて撹拌槽内に充填し、回転駆動源によって回転軸を介して複数の混合エレメントを回転させて、各混合エレメントの流通孔から吸引される混合液が混合エレメントの内部を流動されながら混合作用を受けて外周側から遠心力によって吐出され、吐出された混合液が整流板の中心部に形成した孔を通して上方の混合エレメントの流通孔に吸引されるように構成し、上記粒子は、累積体積率が９０％になる粒径が２５μｍ以下である粒度分布を有している、ことを特徴とする。

また、上記目的を達成するために、本発明に係るエマルジョン燃料供給システムは、尿素と水とを混合して尿素水溶液を製造する尿素水溶液製造部と、燃料油を貯蔵する燃料油タンクと、上記尿素水溶液製造部で製造された尿素水溶液、及び上記燃料油タンクから供給される燃料油から、尿素水溶液からなる粒子が燃料油中に分散したエマルジョン燃料を製造するエマルジョン燃料製造部と、上記エマルジョン燃料製造部で製造されたエマルジョン燃料を一時保管した後、エマルジョン燃料を燃焼する燃焼装置へエマルジョン燃料を供給するエマルジョン燃料タンクと、を備えており、上記エマルジョン燃料製造部は、累積体積率が９０％になる粒径が２５μｍ以下である粒度分布を有する上記尿素水溶液からなる粒子を含むエマルジョン燃料を製造する前記流体混合装置を備えている、ことを特徴とする。

上述した本発明のエマルジョン燃料及びエマルジョン燃料供給システムによれば、排気ガスに対する脱硝装置が不要か又は簡易にできる。

また、上述した本発明のエマルジョン燃料及びエマルジョン燃料供給システムによれば、燃料の燃焼条件に対応して窒素酸化物濃度を低減できる。

更に、上述した本発明のエマルジョン燃料及びエマルジョン燃料供給システムによれば、排気ガス温度が低くても、排気ガス中の窒素酸化物濃度を低減できる。

更にまた、上述した本発明のエマルジョン燃料及びエマルジョン燃料供給システムによれば、燃焼効率が向上する。

以下、本発明に係るエマルジョン燃料の好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

本実施形態のエマルジョン燃料は、燃料油と、この燃料油中に分散している複数の粒子と、を有している。この粒子は、尿素水溶液からなる。以下、この粒子を、尿素水粒子ともいう。

本実施形態のエマルジョン燃料は、重油等の燃料を燃焼するボイラ又はヂーゼルエンジン等の燃焼装置の燃料として用いられる。化石燃料である重油等の燃料には、窒素化合物が含まれており、燃料の燃焼により窒素化合物が酸化されて、窒素酸化物が生成される。この窒素酸化物は、排気ガスと共に大気中に排出される。

また、燃料が燃焼する際には、上述した燃料に起因する窒素酸化物（以下、フュエルＮＯｘともいう）に加えて、熱のみに起因する窒素酸化物（以下、サーマルＮＯｘともいう）も生成する。この窒素酸化物も、排気ガスと共に大気中に排出される。

本実施形態のエマルジョン燃料は、上記燃料油として、化石燃料である重油等を用いて構成されるが、上記尿素水粒子を含んでいることにより、エマルジョン燃料の燃焼により生成される排気ガス中のフュエルＮＯｘ及びサーマルＮＯｘ濃度が共に低減される。

本実施形態のエマルジョン燃料は、油中水滴型の分散系であり、いわゆるＷａｔｅｒ ｉｎ Ｏｉｌ（Ｗ／Ｏ）エマルジョンである。

エマルジョン燃料を構成する上記燃料油としては、化石燃料である原油を精製して製造される各種の燃料油を用いることができる。特に、油中の窒素化合物の濃度が高い重油を、上記燃料油として用いると、排気ガス中の窒素酸化物濃度を大幅に低減できる。

尿素水粒子を構成する尿素は、化学式ＣＯ（ＮＨ₂）₂で表わされ、無色無臭で人体に害のない化合物である。尿素は、２０℃における水に対する溶解度が１０８０ｇ／Ｌであり、容易に水に溶ける性質を有している。

尿素水溶液は、４５０℃程度の熱を加えることにより、アンモニアと二酸化炭素とを生成する。即ち、尿素水粒子を含むエマルジョン燃料は、燃焼により、アンモニアを生成する。

次に、図２を参照して、本実施形態のエマルジョン燃料を用いる燃焼装置における脱硝原理を説明する。

本実施形態のエマルジョン燃料を構成する燃料油は、燃焼装置の燃焼室内において、燃焼する。この燃焼による発生する熱によって、図２の式（１）に示すように、エマルジョン燃料を構成する尿素水粒子から、アンモニア（ＮＨ₃）と二酸化炭素（ＣＯ₂）とが生成する。

また、燃料油中の窒素化合物の窒素と空気中の酸素とが反応して、図２の式（２）に示すように、フュエルＮＯｘが生成する。フュエルＮＯｘとしては、主にＮＯ₂が生成するが、ＮＯも生成する。

また、空気中の窒素と酸素とが反応して、図２の式（３）に示すように、サーマルＮＯｘが生成する。サーマルＮＯｘとしては、主にＮＯが生成するが、ＮＯ₂も生成する。

サーマルＮＯｘ及びフュエルＮＯｘのＮＯは、図２の式（４）に示すように、アンモニア及び酸素と反応して、窒素と水とを生成する。

また、フュエルＮＯｘ及びサーマルＮＯｘのＮＯ₂は、図２の式（５）に示すように、アンモニアと反応して、窒素と水とを生成する。

図２の式（４）及び（５）で生成した窒素と水は、排気ガスと共に大気に放出される。

上述したように、本実施形態のエマルジョン燃料を用いると、排気ガスを処理するための新たな脱硝装置を燃焼装置に設けることなく、排気ガス中の窒素酸化物濃度を低減できる。

なお、燃焼状態等によっては、フュエルＮＯｘ又はサーマルＮＯｘが排気ガス中に残る場合がある。この場合には、図２に示すように、排気ガスを、窒素酸化物を還元する触媒に通過させて、排気ガス中の窒素酸化物を完全に窒素及び水に変化させることが好ましい。

また、本実施形態のエマルジョン燃料は、尿素水粒子中に含まれる水分が、燃焼の熱により気化・蒸発する。その際、尿素水粒子を取り囲む燃料油を飛散して、細かい径の油粒子を形成する。油粒子は、比表面積が大きいため、酸素との接触面積が大きくなり、局部的な不完全燃焼が減少して、燃焼効率が向上すると共に、粒子状物質（ＰＭ）の生成を抑制する。

上記尿素水粒子の添加率は、排気ガス中の窒素酸化物濃度を低減するべく、上記燃料油の窒素濃度、燃焼装置におけるエマルジョン燃料の燃焼条件等に応じて適宜調節することが好ましい。例えば、ボイラの排出ガスに含まれる窒素酸化物濃度は、ヂーゼルエンジンの排出ガスに含まれる窒素酸化物濃度よりも一桁低い。

次に、燃焼装置としてボイラ及びヂーゼルエンジンを用いて、上記尿素水粒子の添加率の具体例を以下に説明する。

燃料油として重油を用い、且つ燃焼装置がボイラである場合には、尿素水粒子の添加率は、燃料油の体積を基準として、４〜１５体積％であることが好ましい。

尿素水粒子の添加率が４体積％以上であることにより、排気ガス中の窒素酸化物を確実に低減できる。一方、尿素水粒子の添加率が１５体積％以下であることが、ボイラにおけるエマルジョン燃料の適切な燃焼を確保する上で好ましい。

別の具体例として、燃料油として重油を用い、且つ燃焼装置がヂーゼルエンジンである場合には、尿素水粒子の添加率は、燃料油の体積を基準として、１０〜３０体積％であることが好ましい。

尿素水粒子の添加率が１０体積％以上であることにより、排気ガス中の窒素酸化物を確実に低減できる。一方、尿素水粒子の添加率が３０体積％以下であることが、ヂーゼルエンジンにおけるエマルジョン燃料の適切な燃焼を確保する上で好ましい。

また、上記尿素水粒子における尿素の濃度は、即ち尿素水溶液中の尿素の添加率は、排気ガス中の窒素酸化物濃度を低減するべく、上記燃料油の窒素濃度、燃焼装置におけるエマルジョン燃料の燃焼条件等に応じて、上述した尿素水粒子の添加率と共に、適宜調節することが好ましい。

次に、上記尿素水溶液中の尿素の添加率の具体例を以下に説明する。

燃料油として重油を用い、且つ燃焼装置がボイラである場合には、尿素水溶液中の尿素の添加率は、水の質量を基準として、１０〜５０質量％であることが好ましい。

尿素水溶液中の尿素の添加率が１０質量％以上であることにより、排気ガス中の窒素酸化物濃度を確実に低減できる。一方、尿素水溶液中の尿素の添加率が５０質量％以下であることが、尿素コストの低減及びボイラにおけるエマルジョン燃料の適切な燃焼を確保する上で好ましい。

別の具体例として、燃料油として重油を用い、且つ燃焼装置がヂーゼルエンジンである場合には、尿素水溶液中の尿素の添加率は、水の質量を基準として、３０〜１００質量％であることが好ましい。

尿素水溶液中の尿素の添加率が３０質量％以上であることにより、排気ガス中の窒素酸化物濃度を確実に低減できる。一方、尿素水溶液中の尿素の添加率が１００質量％以下であることが、尿素コストの低減及びヂーゼルエンジンにおけるエマルジョン燃料の適切な燃焼を確保する上で好ましい。

本実施形態のエマルジョン燃料は、尿素水粒子である分散質と、重油等の燃料油である分散媒とから構成されている。尿素水粒子は、燃料油中に均一に分散していることが好ましい。また、この尿素水粒子の燃料油内における分散状態は、エマルジョン燃料の製造した後も、経時変化がないか又は少ないことが好ましい。

更に、エマルジョン燃料は、尿素水粒子が、たとえ燃料油中で沈降、浮上又は凝集等の変化を生じても、撹拌等の外力を加えることにより、製造直後の分散状態に容易に戻る再分散性を有していることが好ましい。

分散質である尿素水粒子の比重が、分散媒である燃料油の比重よりも大きければ、尿素水粒子には重力により沈降する外力が働く。一方、尿素水粒子の比重が、燃料油の比重よりも小さければ、尿素水粒子には浮力により浮上する外力が働く。

また、尿素水粒子が沈降又は浮上すると、尿素水粒子同士間の距離が縮まり、接触し易くなる。尿素水粒子同士が接触すると、表面エネルギーを減少させるために、凝集して比表面積を低減する。このように、複数の尿素水粒子同士が凝集すると、より大きな粒径を持つ尿素水粒子が生成される。尿素水粒子の比重が、燃料油よりも大きい場合には、尿素水粒子の沈降速度は、ストークスの法則に従って、粒径の２乗に比例して大きくなると考えられる。

上述した沈降、浮上又は粒子同士の接近を防止する手法として、尿素水粒子の粒径を、粒径の運動がブラウン運動による拡散力が支配的になる大きさにすることがある。ブラウン運動は、分散媒である燃料油を構成する分子の尿素水粒子に対する不規則な衝突に起因する、尿素水粒子のランダムな運動である。尿素水粒子の粒径が十分に小さくなると、ブラウン運動が、他の外力に対して相対的に増加してくる。そのため、尿素水粒子は、ブラウン運動による拡散力に支配されてランダムな運動を行う。その結果、尿素水粒子の運動は、沈降、浮上又は粒子同士の接近が回避される。

また、尿素水粒子がエマルジョン燃料中で沈降又は浮上した場合には、エマルジョン燃料中に尿素水粒子の濃度差が生じることになるが、ブラウン運動による拡散力は、このような濃度差を低減するように働くので、尿素水粒子の分散状態を均一化させる。

更に、上述したように、尿素水粒子の粒径を小さくすると、ストークスの法則に従って、尿素水粒子の重力による沈降速度が低減すると考えられる。

上述した分散安定性を実現するために、本実施形態のエマルジョン燃料の尿素水粒子は、累積体積率が９０％になる粒径が２５μｍ以下であり、好ましくは１０μｍ以下、更に好ましくは５μｍ以下である粒度分布を有している。

尿素水粒子の粒径の下限については特に制限はないが、現実に製造可能なエマルジョン燃料における尿素水粒子の粒径の下限値は、０．１μｍ程度である。

エマルジョン燃料は、製造後、すぐにボイラ又はヂーゼルエンジン等の燃焼装置で用いられるとは限らない。この場合には、エマルジョン燃料は、製造後に貯蔵タンク内で一時的に保管されることになる。従って、上述したエマルジョン燃料の分散安定性は、貯蔵タンク内で保管されている間も保たれていることが好ましい。

次に、本実施形態のエマルジョン燃料の長時間にわたる分散安定性について以下に説明する。

本実施形態のエマルジョン燃料は、それを製造した直後における尿素水粒子の累積体積率が９０％になる粒径に対して、エマルジョン燃料を製造後、静置した状態で２時間経過した時の尿素水粒子の累積体積率が９０％になる粒径の増加率が、３％以下であることが好ましい。

このように、本実施形態のエマルジョン燃料は、貯蔵タンク内に長時間にわたり保管されても、その分散状態にほとんど変化がない。

ここで、「製造した直後」とは、エマルジョン燃料を製造した後、その粒径を粒度分布測定装置を用いて測定するために要する程度の時間が経過した時点を意味する。粒度分布の測定には、公知の手法を用いることができる。

ボイラ又はジーゼルエンジン等の燃焼装置を搭載した船舶は、修理等の理由により、長期間にわたり燃焼装置を使用しない場合もある。このような観点から、エマルジョン燃料の分散安定性は、貯蔵タンク内で長期間にわたり保管されている間も保たれていることが好ましい。

そこで、本実施形態のエマルジョン燃料は、それを製造した直後における尿素水粒子の累積体積率が９０％になる粒径に対して、エマルジョン燃料を製造後、静置した状態で３０日経過した時の尿素水粒子の累積体積率が９０％になる粒径の増加率は、１０％以下であることが好ましい。

このように、本実施形態のエマルジョン燃料は、貯蔵タンク内に長期間にわたり保管されても、その分散状態の変化はわずかである。

上述した本実施形態のエマルジョン燃料によれば、尿素水粒子が燃料油中に分散しているので、燃焼過程で窒素酸化物を低減するため、排気ガスに対する脱硝装置が不要か又は簡易にできる。また、尿素水粒子が燃料油中に長時間にわたり安定して分散しているので、貯蔵タンク内に長期間にわたり保管されても、その分散状態にほとんど変化がないため、長期間にわたる保管後もそのまま燃焼装置で使用できる。

また、エマルジョン燃料は、燃料自体に尿素水粒子が含まれているので、燃料の燃焼条件に対応して窒素酸化物濃度を低減でき、且つ、排気ガス温度が低くても、排気ガス中の窒素酸化物濃度を低減できる。

更に、エマルジョン燃料は、エマルジョン燃料の燃焼過程で、サーマルＮＯｘも低減するので、燃焼温度を下げる必要がないため、燃焼効率が向上する。

次に、上述した本実施形態のエマルジョン燃料の第１の製造装置について、図３〜図８を参照して以下に説明する。図３は、上述したエマルジョン燃料を製造する第１の製造装置を示す部分断面図である。図４は、図３の混合エレメントの分解斜視図である。図５は、図３の混合エレメントの断面図である。図６は、図３の混合エレメントを構成する第１の円板の平面図である。図７は、図３の混合エレメントを構成する第２の円板の平面図である。図８は、図３の混合エレメントの第１の円板および第２の円板を重ね合わせた場合における各小室の連通配列状態を示す図である。

第１の製造装置３０（以下、単に装置３０ともいう）は、図３に示すように、原料である流体を撹拌してエマルジョン燃料を製造する攪拌型の流体混合装置である。

装置３０は、撹拌槽２０と、この撹拌槽２０内の流体にせん断力等の外力を加える混合エレメント１０と、混合エレメント１０が取り付けられる回転軸２２と、回転軸２２を駆動して混合エレメント１０を回転する回転駆動源２１とを有している。

撹拌槽２０は、横断面が円形であり、縦断面が図３に示すようにＵの字形状の容器であり、上述した混合エレメント１０、回転軸２２、及び回転駆動源２１等が組み付けられている。回転駆動源２１は、モータ等を用いて構成されている。回転駆動源２１には、回転軸２２が取り付けられている。

撹拌槽２０の下部には、エマルジョン燃料の原料である尿素水溶液及び燃料油の混合液が流入される流入口２３が設けられている。また、撹拌槽２０の上部には、製造されたエマルジョン燃料が流出する流出口２４が設けられている。

装置３０は、図３に示すように、３つの混合エレメント１０を有している。３つの混合エレメント１０は、軸方向に間隔を空けて回転軸２２に固定されている。なお、混合エレメント１０の数は、必要に応じて適宜変更しても良い。

上記撹拌槽２０は、図３に示すように、３つの円形状の整流板２５を有している。２つの整流板２５は、混合エレメント１０同士の間の位置において、その外周を撹拌槽２０の内周面に密接させて固定されている。残りの１つの整流板２５は、最上部に位置する混合エレメント１０の上方の位置において、その外周を撹拌槽２０の内周面に密接させて固定されている。

各整流板２５は、中心部に円形状の孔を有しており、この孔を通って流体が通過可能に形成されている。また、各整流板２５は、図３に示すように、上記孔の周辺部が上方に折り曲げられており、流体が、下方から上方へ向って流れ易くなっている。また、回転軸２２は、上記孔を通して配置されている。

混合エレメント１０は、図３〜図７に示すように、中央に流通孔１３を有し、前面に前方開口する六角形状の筒状の小室１４，１４ａが多数配列して形成されている第１の円板１１と、前面に前方開口する六角形状の筒状の小室１４，１４ａが多数配列して形成されている第２の円板１２と、を有している。第１の円板１１と第２の円板１２とは、前面同士を対向させ、同心的に重ね合わされており、第１の円板１１の小室１４，１４ａと第２の円板１２の小室１４，１４ａとは、互いの小室が対向する他の複数の小室に連通する様に位置を違えて配列されている。

第１の円板１１及び第２の円板１２それぞれの小室１４，１４ａは、有底の筒状である。小室１４，１４ａの壁は、上記前面に対して直角に成した筒状の側壁１５により構成されている。小室１４，１４ａは、側壁１５が互いに連接して配置されている。また、第１の円板１１と第２の円板１２とは、図５に示すように、それぞれの小室１４，１４ａの端面１６同士を、相互を密着させて上下に重ね合わされている。

また、混合エレメント１０は、上述した形態では、小室１４、１４ａ…の平面視形状を六角と成してハニカム状に多数配列したものを示したが、かかる形状に何ら限定されず、小室１４、１４ａ…の平面視形状を三角、四角、八角…等と成したり、又円形と成しても良い。

また、２枚の第１の円板１１及び第２の円板１２の他の実施の形態としては、任意の小室１４、１４ａ…の底面中央に、この小室１４、１４ａ…を形成する側壁１５の端面１６までの高さより低くした突起を設けても良い。このような構成により、流体の流れに乱れを積極的に生じさせることが可能となる。また、この突起を、第１の円板１１又は第２の円板１２の中心部に近づくに従って順次小さくすることにより、円周方向に配列される小室１４、１４ａ…の直径方向における外側と内側との内容積を均一化し、脈動を防止してスムーズな流れを確保できる。

２枚の第１の円板１１及び第２の円板１２を重ね合わせた状態で固定する手段としては、第１の円板１１及び第２の円板１２における小室１４、１４ａ…が形成されていない外周側の円周方向における適宜位置に、ボルトおよびナット等のネジ結合手段を用いている。

各混合エレメント１０は、第２の円板１２を上方に位置させて、第１の円板１１を下方に位置させて、その中心部が回転軸２２に固定されている。

次に、上述したエマルジョン燃料の第１の製造装置３０を用いて、エマルジョン燃料を製造する方法を、以下に説明する。

まず、エマルジョン燃料の原料である尿素水溶液及び燃料油の混合液を、流入口２３から撹拌槽２０内に充填する。

次に、撹拌槽２０内の混合液中の適宜位置に配設した３つの混合エレメント１０を回転駆動源２１によって回転させることにより、混合エレメント１０の流通孔１３から吸引される混合液は、混合エレメント１０の内部を流動して外周側から遠心力によって吐出し、これによって撹拌槽２０内に、図１中の矢印にて示すような液の循環流が発生すると共に、混合エレメント１０の内部を流動する混合液に各種混合作用を与えている。

ここで、混合エレメント１０による混合液に対する各種混合作用に関し、混合エレメント１０内部における液の流れは、例えば図５に示す矢印のように混合エレメント１０における下方の第１の円板１１の流通孔１３から吸引される液は、上方の第２の円板１２により直進進路が妨げられて方向を変え、互いに連通する小室１４、１４ａ…を経て中央部から外側に向かって放射状に衝突、分散、合流、蛇行、渦流等の状態が組合わさって複雑に流動して最終的に混合エレメント１０の外周側から放射状に吐出される。

また、混合液は上記の様に、各小室１４、１４ａ…の底面および側壁１５への衝突、各小室１４、１４ａ…から他の複数の小室１４、１４ａ…への分散、複数の小室１４、１４ａ…から他の一つの小室１４、１４ａ…への合流、蛇行、さらに複数の小室１４、１４ａ…から各小室１４、１４ａ…への流入による渦流による流体力学的なせん断、各小室１４、１４ａ…から他の小室１４、１４ａ…への連通路であるオリフイスを通過する際の流体力学的なせん断、衝撃的破壊による粉砕、側壁１５の端面１６を通過する際のせん断、機械的なキャビテーション等によって分散混合が行われる。

また、ここで混合エレメント１０の分散総数については、中心より順次放射状に配列した第１の円板１１及び第２の円板１２における小室１４、１４ａ…の室数によって決定されるのであり、例えば図８に示す平面視六角状のものであれば、室数が１２室、１８室、２４室、２３室（計７７室）の４列状の第１の円板１１と、室数が９室、１５室、２１室、２１室（計６６室）の４列状の第２の円板１２を重合させた混合エレメント１０の合計した分散総数は数千にも達する。

このように、混合液は、混合エレメント５０における各小室１４，１４ａを通過する際に様々な外力を受けて、尿素水粒子の粒径が微細化される。

流入口２３から撹拌槽２０内に流入した混合液は、上述したように、最下方の混合エレメント１０の流通孔１３に吸引されて撹拌された後、真ん中の混合エレメント１０で撹拌され、最後に最上方の混合エレメント１０で撹拌された後、流出口２４から撹拌槽２０の外へ流出して、上述した実施形態のエマルジョン燃料が製造される。

また、装置３０から流出したエマルジョン燃料を、再度流入口２３から撹拌槽２０内へ注入して、撹拌を行なっても良い。この再撹拌は、必要に応じて、複数回繰り返しても良い。

装置３０を用いたエマルジョン燃料の製造条件の具体例を以下に述べる。撹拌槽２０の容量を７０Ｌ、回転駆動源２１の回転数を２７５０ｒｐｍ、エマルジョン燃料の再撹拌を２回（混合液の最初の撹拌を含めて計３回の撹拌）とすると、混合エレメント１０における混合液の吸引量が２０Ｌ／分となり、エマルジョン燃料の製造量として１２００Ｌ／時間が得られる。

このように、装置３０によれば、上述した実施形態のエマルジョン燃料を容易に製造することができる。

次に、上述した本発明に係るエマルジョン燃料の第２の製造装置について、図９を参照して以下に説明する。図９は、エマルジョン燃料を製造する第２の製造装置を示す断面図である。

第２の製造装置４０（以下、単に装置４０ともいう）は、図９に示すように、原料である流体を加圧注入して、エマルジョン燃料を製造する静止型の流体混合装置である。

装置４０は、図９に示すように、両端に入口４２及び出口４３を有した円筒状のケーシング４１を有しており、６個の混合エレメント５０が、直列的にケーシング４１内に配置されている。

混合エレメント５０は、上述した装置３０の混合エレメント１０と同様の構成を有している。但し、混合エレメント５０における第１の円板５１は、ケーシング４１の内周面に密接する外径を有しており、第２の円板５２の外径は、ケーシング４１の内周面から離間してその内周面との間に流通路４８が形成される大きさを有している。

装置４０では、６個の混合エレメント５０が、それぞれの第１の円板５１の外径をケーシング４１の内周面に密接させて、且つ、ケーシング４１の入口４２及び出口４３と流通孔１３が連通する様に両側に第１の円板５１を位置させて、ケーシング４１内に配置されている。なお、ケーシング４１内に配置する混合エレメント５０の数は、必要に応じて適宜変更して良い。

各混合エレメント５０は互いに同径の円板が隣接するように重ね合わせてケーシング４１の中空内部に直列的に配設されている。

直列状態の混合エレメント５０の両側には第１の円板５１を配置して、第１の円板５１の流通孔１３と入口４２及び出口４３を連通させている。

ケーシング４１は、円筒状のケーシング本体４４の両端の開口部に夫々外周方向に突出するフランジ４５、４５ａが形成され、フランジ４５、４５ａ端面にケーシング本体４４の内径より小径な入口４２および出口４３を中央に形成した板状の蓋体４６、４６ａを着脱自在に装着している。

次に、上述したエマルジョン燃料の第２の製造装置を用いて、エマルジョン燃料を製造する方法を、以下に説明する。

まず、エマルジョン燃料の原料である尿素水溶液及び燃料油の混合液を、ポンプ等を用いて入口４２からケーシング４１内に加圧注入する。

次に、加圧注入した混合液の流れは、例えば図９に示す矢印のように、上流側の混合エレメント５０の流通孔１３からその内部に達し、第２の円板５２により直進進路が妨げられて方向を変え、互いに連通する小室１４，１４ａを経て中央部から外側に向かって放射状に直角衝突、分散、合流、蛇行、渦流等の状態が組み合わさって複雑に流動する。

この様に、上流側の混合エレメント５０を通過してケーシング４１の内周面に到達した混合液は、そのケーシング４１の内周面と第２の円板５２とによって形成された流通路４８から下流側の混合エレメント５０の各小室１４，１４ａに入り、上述の様な直角衝突、分散、合流、蛇行、渦流等の複雑な流れで中央部に集合され、再び流通孔１３から下流側の混合エレメント５０に入り、そして、再度各小室１４，１４ａを経ながら中央部から外側へ向かって直角衝突、分散、合流、蛇行、渦流等によって複雑に、順次混合エレメント５０の内部を流動し、出口４３より排出される。

混合液は、上述した装置３０を用いたエマルジョン燃料の製造方法において説明したのと同様に、混合エレメント５０における各小室１４，１４ａを通過する際に様々な外力を受けて、尿素水粒子の粒径が微細化される。

また、装置４０から流出したエマルジョン燃料を、再度入口４２からケーシング４１の入口４２へ加圧注入して、混合を行なっても良い。この再混合は、必要に応じて、複数回繰り返しても良い。

装置４０を用いたエマルジョン燃料の製造条件の具体例を以下に述べる。エマルジョン燃料の原料である尿素水溶液及び燃料油の混合液を、ポンプ等を用いて入口４２からケーシング４１内に加圧注入する際の圧力は、４．５〜６ｋｇｆ／ｃｍ²である。

このように、装置４０によれば、上述した実施形態のエマルジョン燃料を容易に製造することができる。

上記第１及び第２の製造装置を用いてエマルジョン燃料の製造方法を説明したように、本実施形態のエマルジョン燃料は、中央に流通孔１３を有し、前面に前方開口する筒状の小室１４，１４ａが多数配列して形成されている第１の円板１１，５１と、前面に前方開口する筒状の小室が多数配列して形成されている第２の円板１２，５２と、を備え、第１の円板１１，５１と第２の円板１２，５２とは、前面同士を対向させ、同心的に重ね合わされており、第１の円板１１，５１の小室と第２の円板１２，５２の小室とは、互いの小室が対向する他の複数の小室に連通する様に位置を違えて配列されている、混合エレメント１０，５０を用いて、流通孔１３から、尿素水溶液及び燃料油を吸引又は加圧注入させて製造されることができる。

次に、本発明に係るエマルジョン燃料供給システムの好ましい実施形態を、図面を参照して説明する。但し、本発明の技術範囲はそれらの実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。

本実施形態のエマルジョン燃料供給システムは、ボイラ又はヂーゼルエンジン等の燃焼装置を備えた船舶に搭載されており、上述したエマルジョン燃料を用いて、ボイラ又はヂーゼルエンジン等の燃焼装置から排出される排気ガス中の窒素酸化物を低減するシステムである。

本実施形態のエマルジョン燃料供給システムの構成図を図１０に示す。

本実施形態のエマルジョン燃料供給システム（以下、単にシステムともいう）１００は、図１０に示すように、尿素を貯蔵する尿素タンク１１０と、水を貯蔵する水タンク１１５と、尿素と水とを混合して尿素水溶液を製造する尿素水溶液製造部１２０と、燃料油を貯蔵する第２燃料油タンク１４０と、尿素水溶液製造部１２０で製造された尿素水溶液、及び第２燃料油タンク１４０から供給される燃料油から、尿素水溶液からなる粒子が燃料油中に分散したエマルジョン燃料を製造するエマルジョン燃料製造部１５０と、このエマルジョン燃料製造部１５０で製造されたエマルジョン燃料を一時保管した後、エマルジョン燃料を燃焼する燃焼装置へエマルジョン燃料を供給するエマルジョン燃料タンク１６０と、を備えている。

図１０の例では、船舶は、エマルジョン燃料を燃焼する装置として、第１ボイラ１９０及び第２ボイラ１９５を備えている。第１ボイラ１９０及び第２ボイラ１９５は、システム１００から尿素水粒子を含むエマルジョン燃料の供給を受け、このエマルジョン燃料を燃焼して、窒素酸化物濃度が低減された排気ガスを排出する。

尿素水溶液製造部１２０は、尿素タンク１１０から供給される尿素及び水タンク１１５から供給される水を混合して、尿素水溶液を製造する。尿素水溶液製造部１２０は、通路６５を介して、製造した尿素水溶液をエマルジョン燃料製造部１５０へ供給する。

この通路６５には、定流量ポンプ１７０ａが配置されており、尿素水溶液製造部１２０からエマルジョン燃料製造部１５０へ供給される尿素水溶液を計量する。

尿素水溶液製造部１２０は、第１ボイラ１９０及び第２ボイラ１９５から発生する窒素酸化物の低減に適した尿素濃度に尿素水溶液中の尿素濃度を調節する濃度調節部１２５を有している。

濃度調節部１２５は、尿素タンク１１０から通路６２を介して尿素水溶液製造部１２０に供給される尿素の量を制御する。また、濃度調節部１２５は、水タンク１１５から通路６３を介して尿素水溶液製造部１２０に供給される水の量を制御する。このようにして、濃度調節部１２５は、尿素水溶液製造部１２０で製造される尿素水溶液の尿素濃度を調節する。従って、尿素水溶液製造部１２０は、尿素水溶液中の尿素の添加率を、第１ボイラ１９０及び第２ボイラ１９５に適した所望の数値で設定できる。

尿素水溶液製造部１２０に供給する尿素の量の制御を容易にする観点から、尿素タンク１１０に貯蔵する尿素を高濃度の尿素水溶液にしても良い。この高濃度の尿素水溶液としては、例えば飽和濃度の尿素水溶液を用いることができる。調節部１２５は、例えば、マスフローコントローラ及びポンプ等を用いて構成することができる。

更に、尿素水溶液製造部１２０に供給する尿素の量の制御精度を高める観点から、飽和濃度の尿素水溶液と水とを混合した尿素水溶液を製造し、この尿素水溶液を尿素水溶液製造部１２０に供給しても良い。

また、システム１００は、第２燃料油タンク１４０に燃料油を供給する第１燃料油タンク１３０を有している。第１燃料油タンク１３０は、第２燃料油タンク１４０よりも大きな容量を有しており、船舶外部から船舶に供給される燃料油は、まず、この第１燃料油タンク１３０に貯蔵される。

第２燃料油タンク１４０は、エマルジョン燃料製造部１５０の近傍に配置されており、上記第１燃料油タンク１３０から通路６４を介して供給された燃料油を貯蔵している。第２燃料油タンク１４０は、貯蔵している燃料油を、通路６６を介してエマルジョン燃料製造部１５０へ供給する。

この通路６６には、定流量ポンプ１７０ｂが配置されており、第２燃料油タンク１４０からエマルジョン燃料製造部１５０へ供給される燃料油を計量する。なお、各通路には、図示していないが、流体を送るポンプが適宜配置されている。

エマルジョン燃料製造部１５０は、図３に示す装置３０と、図９に示す装置４０とを備えている。エマルジョン燃料製造部１５０は、供給された尿素水溶液及び燃料油を撹拌又は／及び混合して、エマルジョン燃料を製造する。

エマルジョン燃料製造部１５０は、供給された尿素水溶液及び燃料油を、装置３０で処理した後装置４０で処理しても良いし、又は、装置４０で処理した後装置３０で処理しても良い。

また、エマルジョン燃料製造部１５０は、供給された尿素水溶液及び燃料油を、装置３０のみで処理しても良いし、装置４０のみで処理しても良い。

エマルジョン燃料製造部１５０に供給される尿素水溶液の量は、定流量ポンプ１７０ａにより計量されている。同様に、エマルジョン燃料製造部１５０に供給される燃料油の量は、定流量ポンプ１７０ｂにより計量されている。従って、エマルジョン燃料中の尿素水粒子の添加率は、所望の数値で設定できる。

そして、エマルジョン燃料製造部１５０は、累積体積率が９０％になる粒径が２５μｍ以下である粒度分布を有する尿素水溶液からなる粒子を含むエマルジョン燃料を製造する。このエマルジョン燃料は、上述した実施形態に係るエマルジョン燃料である。

エマルジョン燃料製造部１５０は、製造したエマルジョン燃料を、通路６７を介してエマルジョン燃料タンク１６０に供給する。

エマルジョン燃料タンク１６０は、製造された所定の量のエマルジョン燃料を一時保管して、エマルジョン燃料を安定した流量で第１ボイラ１９０及び第２ボイラ１９５に供給する。また、本実施形態で製造されるエマルジョン燃料は、分散安定性に優れているので、長期間の保管に対しても、尿素水粒子の粒度分布の変化が少ない。従って、第１ボイラ１９０及び第２ボイラ１９５が停止している等の場合には、エマルジョン燃料製造部１５０で製造したエマルジョン燃料をエマルジョン燃料タンク１６０において長期間の保管ができる。

エマルジョン燃料タンク１６０は、第１ボイラ１９０及び第２ボイラ１９５というエマルジョン燃料を燃焼する２つの燃焼装置に対して、燃料供給部１８０を介してエマルジョン燃料を供給する。

エマルジョン燃料タンク１６０は、通路６８を介して、保管しているエマルジョン燃料を燃料供給部１８０に供給する。燃料供給部１８０は、定流量ポンプ１８５を有しており、この定流量ポンプ１８５を用いて、供給されたエマルジョン燃料を通路７０を介して第１ボイラ１９０に供給する。また、燃料供給部１８０は、定流量ポンプ１８５を用いて、供給されたエマルジョン燃料を通路７１を介して第２ボイラ１９５に供給する。

燃料供給部１８０は、通路６９を介してエマルジョン燃料をエマルジョン燃料タンク１６０に送り戻して、エマルジョン燃料をエマルジョン燃料タンク１６０と燃料供給部１８０との間で循環させて再混合することができる。

また、燃料供給部１８０は、通路７２を介してエマルジョン燃料をエマルジョン燃料製造部１５０に供給することができる。エマルジョン燃料製造部１５０は、供給されたエマルジョン燃料を撹拌又は混合して、尿素水粒子を燃料油中に再分散する。このように、システム１００は、燃料供給部１８０を用いて、エマルジョン燃料タンク１６０から、貯蔵されているエマルジョン燃料をエマルジョン燃料製造部へ送る燃料送り手段を有している。

次に、上述したエマルジョン燃料供給システムの変形例を、図１１を参照しながら以下に説明する。この変形例について特に説明しない点については、上述の実施形態に関して詳述した説明が適宜適用される。また、同一の構成要素には同一の符号を付してある。

図１１に示す変形例のエマルジョン燃料供給システム（以下、単にシステムともいう）２００は、第１ボイラ１９０及びヂーゼルエンジン１９８にエマルジョン燃料を供給する。システム２００では、上述した図１０に示すシステム１００の構成に加えて、ヂーゼルエンジン１９８にエマルジョン燃料を供給するエマルジョン燃料タンク１６１及び燃料供給部１８１が追加されている。一方、システム２００では、システム１００の構成から、第２ボイラ１９５に燃料を供給していた通路７１が取り除かれている。

システム２００の濃度調節部１２５は、第１ボイラ１９０及びヂーゼルエンジン１９８から発生する窒素酸化物の低減に適した尿素濃度に尿素水溶液中の尿素濃度を調節する。従って、尿素水溶液製造部１２０は、尿素水溶液中の尿素の添加率を、第１ボイラ１９０又はヂーゼルエンジン１９８に適した所望の数値で設定できる。

システム２００は、２つのエマルジョン燃料タンク１６０、１６１を有しており、各エマルジョン燃料タンク１６０，１６１は、２つのエマルジョン燃料を燃焼する燃焼装置１９０、１９８それぞれに対して、エマルジョン燃料を供給する。

システム２００は、第１ボイラ１９０向けの組成で製造したエマルジョン燃料をエマルジョン燃料タンク１６０に保管する。また、システム２００は、ヂーゼルエンジン１９８向けの組成で製造したエマルジョン燃料をエマルジョン燃料タンク１６１に保管する。

エマルジョン燃料製造部１５０は、通路７３を介して、製造したエマルジョン燃料をエマルジョン燃料タンク１６１に供給する。エマルジョン燃料タンク１６１は、通路７４を介して、エマルジョン燃料を燃料供給部１８１に供給する。

燃料供給部１８１は、定流量ポンプ１８６を有しており、この定流量ポンプ１８６を用いて、供給されたエマルジョン燃料を通路７６を介してヂーゼルエンジン１９８に供給する。

燃料供給部１８１は、通路７５を介してエマルジョン燃料をエマルジョン燃料タンク１６１に送り戻し、エマルジョン燃料をエマルジョン燃料タンク１６１と燃料供給部１８１との間で循環させて再混合することができる。

また、燃料供給部１８１は、通路７７を介してエマルジョン燃料をエマルジョン燃料製造部１５０に供給することができる。

システム２００では、燃料供給部１８０は、第１ボイラ１９０のみにエマルジョン燃料を供給する。システム２００のその他の構成は、システム１００と同じである。

上述したシステム２００によれば、２つのエマルジョン燃料タンク１６０、１６１を有しているので、第１ボイラ１９０又はヂーゼルエンジン１９８それぞれの組成で製造したエマルジョン燃料を、別々に保管し供給することができる。

本発明では、上述したエマルジョン燃料、及びエマルジョン燃料供給システムは、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更が可能である。例えば、エマルジョン燃料の製造方法に関して、第１又は第２の製造装置３０、４０を用いて製造する方法を説明したが、本発明に係るエマルジョン燃料は、累積体積率が９０％になる粒径が２５μｍ以下である粒度分布を有する尿素水溶液からなる粒子を含むエマルジョン燃料を製造できれば、他の製造装置又は他の製造方法を用いて製造して良い。

また、エマルジョン燃料には、必要に応じて、防錆剤を添加しても良い。

以下、本発明のエマルジョン燃料について、実施例を用いて更に説明する。ただし、本発明の範囲はかかる実施例に制限されるものではない。

[実施例１]
尿素水溶液中の尿素の添加率が、水の質量を基準として１０質量％となる尿素水溶液を作製し、この尿素水溶液を、尿素水粒子の添加率が燃料油としての廃潤滑油の体積を基準として１５体積％となるように、尿素水溶液と廃潤滑油とを混合した混合液を作製した。次に、この混合液を、図３の装置で３．５回の撹拌を行なって、実施例１のエマルジョン燃料を得た。廃潤滑油を構成する炭化水素分子の分子量分布は、重油を構成する炭化水素分子の分子量とほぼ同等であった。なお、図３の装置で３．５回の撹拌を行なうとは、製造したエマルジョン燃料の体積を、図３の装置で製造するのに用いた流量で割った商が３．５であるという意味である。

[実施例２]
尿素水溶液中の尿素の添加率が、水の質量を基準として１０質量％となる尿素水溶液を作製し、この尿素水溶液を、尿素水粒子の添加率が燃料油としての廃潤滑油の体積を基準として１５体積％となるように、尿素水溶液と廃潤滑油とを混合した混合液を作製した。次に、この混合液を、図９の装置で１．５回の混合を行なって、実施例２のエマルジョン燃料を得た。廃潤滑油を構成する炭化水素分子の分子量分布は、重油を構成する炭化水素分子の分子量とほぼ同等であった。なお、図９の装置で１．５回の撹拌を行なうとは、製造したエマルジョン燃料の体積を、図９の装置で製造するのに用いた流量で割った商が１．５であるという意味である。

実施例１及び２のエマルジョン燃料中の尿素水粒子の粒度分布を以下のように測定した。まず、エマルジョン燃料をトルエンで２０倍に希釈した。これは、燃料油である廃潤滑油の色が濃いために、色の濃さを低減するためである。この希釈に用いるトルエンの量は、燃料油の色によって調節する。なお、トルエンに尿素水粒子は溶解しないので、このトルエンの希釈によって尿素水粒子の粒度分布は実質的には変化しない。

上記のように希釈されたエマルジョン燃料の粒度分布を、レーザー回折・散乱式の粒度分布測定装置を用いて測定した。具体的には、粒度分布測定装置として、株式会社セイシン企業製ＬＭＳ−２４を用いた。

実施例１及び２のエマルジョン燃料中の尿素水粒子の粒度分布の測定結果を図１２及び１３に示す。左側の縦軸は、累積体積率を示しており、右側の縦軸は、横軸に示す粒子径の区間に分布する粒子の体積率を示している。

実施例１のエマルジョン燃料の尿素水粒子は、累積体積率が９０％になる粒径が７．２μｍであり、累積体積率が５０％になる粒径が３．３μｍであった。また、実施例２のエマルジョン燃料の尿素水粒子は、累積体積率が９０％になる粒径が４．１μｍであり、累積体積率が５０％になる粒径が１．５μｍであった。

[実施例３]
尿素水溶液中の尿素の添加率が、水の質量を基準として１０質量％となる尿素水溶液を作製し、この尿素水溶液を、尿素水粒子の添加率が燃料油としての廃潤滑油の体積を基準として１８体積％となるように、尿素水溶液と廃潤滑油とを混合した混合液を作製した。次に、この混合液を、図３の装置で３．５回の撹拌を行なった後、図９の装置で１．５回の混合を行なって、実施例３のエマルジョン燃料を得た。廃潤滑油を構成する炭化水素分子の分子量分布は、重油を構成する炭化水素分子の分子量とほぼ同等であった。

実施例３のエマルジョン燃料を製造した直後の状態と、実施例３のエマルジョン燃料を製造後、静置した状態で３０日経過した時の状態とに対して、それぞれ、上述した方法で粒度分布の測定を行なった。エマルジョン燃料の製造直後の測定結果を図１４に示す。また、静置した状態で３０日経過した時の測定結果を図１５に示す。

実施例３のエマルジョン燃料は、それを製造した直後における尿素水粒子の累積体積率が９０％になる粒径が２２．３μｍであり、エマルジョン燃料を製造後、静置した状態で３０日経過した時の尿素水粒子の累積体積率が９０％になる粒径が２４．３μｍであった。従って、実施例３のエマルジョン燃料は、それを製造した直後における尿素水粒子の累積体積率が９０％になる粒径に対して、エマルジョン燃料を製造後、静置した状態で３０日経過した時の尿素水粒子の累積体積率が９０％になる粒径の増加率が、９．０％であった。

また、実施例３のエマルジョン燃料は、それを製造した直後における尿素水粒子の累積体積率が５０％になる粒径が１１．３μｍであり、エマルジョン燃料を製造後、静置した状態で３０日経過した時の尿素水粒子の累積体積率が５０％になる粒径が１４．９μｍであった。従って、実施例３のエマルジョン燃料は、それを製造した直後における尿素水粒子の累積体積率が５０％になる粒径に対して、エマルジョン燃料を製造後、静置した状態で３０日経過した時の尿素水粒子の累積体積率が５０％になる粒径の増加率が、３１．９％であった。

[実施例４]
尿素水溶液中の尿素の添加率が、水の質量を基準として５０質量％となる尿素水溶液を作製し、この尿素水溶液を、尿素水粒子の添加率が燃料油としての廃潤滑油の体積を基準として１５体積％となるように、尿素水溶液と廃潤滑油とを混合した混合液を作製した。次に、この混合液を、図３の装置で３．５回の撹拌を行なった後、図９の装置で１．５回の混合を行なって、実施例４のエマルジョン燃料を得た。廃潤滑油を構成する炭化水素分子の分子量分布は、重油を構成する炭化水素分子の分子量とほぼ同等であった。

[比較例１]
燃料油としての廃潤滑油を用意して比較例１の燃料を得た。廃潤滑油を構成する炭化水素分子の分子量分布は、重油を構成する炭化水素分子の分子量と同等であった。

[比較例２]
水を、水粒子の添加率が燃料油としての廃潤滑油の体積を基準として１５体積％となるように、水と廃潤滑油とを混合した混合液を作製した。次に、この混合液を、図３の装置で３．５回の撹拌を行なった後、図９の装置で１．５回の混合を行なって、比較例２のエマルジョン燃料を得た。

実施例４、比較例１及び比較例２のエマルジョン燃料等を、ヂーゼルエンジンで燃焼して、排気ガス中の窒素酸化物濃度を測定した。

排気ガス中の窒素酸化物濃度の測定を、以下のように行なった。ヂーゼルエンジンとして、Ｍ２００ＡＬ−ＥＮを用いた。排出口実高さは２０．００ｍであった。排出口断面積は０．０９６ｍ²であった。測定ダクト断面積は０．０９６ｍ²であった。バーナー定格は１３９Ｌ／ｈであった。排気ガスの測定時の出力は４５０ｋＷであった。排気ガス中の窒素酸化物濃度の測定は、フェノールジスルホン酸法（ＪＩＳ Ｋ ０１０４ ５．４）を用いた。排気ガスの平均温度は、実施例４が、１１９℃、比較例１が、１０６℃、比較例２が、１０９℃であった。排気ガス中の窒素酸化物濃度の測定を図１６に示す。

実施例４の窒素酸化物濃度は、比較例１の約４０％であり、比較例１と比べて窒素酸化物を約６０％低減している。また、実施例４の窒素酸化物濃度は、比較例２の約６０％であった。

従来の例による脱硝装置の脱硝の原理を示す図である。 本発明に係るエマルジョン燃料を用いた燃焼装置における脱硝原理を説明する図である。 本発明に係るエマルジョン燃料を製造する第１の製造装置を示す部分断面図である。 図３の混合エレメントの分解斜視図である。 図３の混合エレメントの断面図である。 図３の混合エレメントを構成する第１の円板の平面図である。 図３の混合エレメントを構成する第２の円板の平面図である。 図３の混合エレメントの第１の円板および第２の円板を重ね合わせた場合における各小室の連通配列状態を示す図である。 本発明に係るエマルジョン燃料を製造する第２の製造装置を示す断面図である。 本発明に係る窒素酸化物低減システムの一実施形態の構成図である。 図１０の窒素酸化物低減システムの変形例の構成図である。 実施例１のエマルジョン燃料の粒度分布を示す図である。 実施例２のエマルジョン燃料の粒度分布を示す図である。 実施例３のエマルジョン燃料の製造直後の粒度分布を示す図である。 実施例３のエマルジョン燃料の静置３０日経過後の粒度分布を示す図である。 実施例４のエマルジョン燃料をヂーゼルエンジンで燃焼した場合の排気ガス中の窒素酸化物濃度を示す図である。

符号の説明

３０ 第１の製造装置
１０、５０ 混合エレメント
１１、５１ 第１の円板
１２、５２ 第２の円板
１３ 流通孔
１４、１４ａ 小室
１５ 側壁
１６ 端面
２０ 撹拌槽
２１ 回転駆動源
２２ 回転軸
２３ 流入口
２４ 流出口
２５ 整流板
４０ 第２の製造装置
４１ ケーシング
４２ 入口
４３ 出口
４４ ケーシング本体
４５、４５ａ フランジ
４６、４６ａ 蓋体
４８ 流通路
１００ エマルジョン燃料供給システム
１１０ 尿素タンク
１１５ 水タンク
１２０ 尿素水溶液製造部
１２５ 濃度調節部
１３０ 第１燃料油タンク
１４０ 第２燃料油タンク
１５０ エマルジョン燃料製造部
１６０、１６１ エマルジョン燃料タンク
１７０ａ、１７０ｂ 定流量ポンプ
１８０、１８１ 燃料供給部
１８５、１８６ 定流量ポンプ
１９０ 第１ボイラ
１９５ 第２ボイラ
１９８ ヂーゼルエンジン

Claims (12)

1. 燃料油と、
   尿素水溶液からなり、前記燃料油中に分散している粒子と、
   を有しており、
   燃料油と尿素水溶液を流体混合装置により撹拌・混合するとともに、
   流体混合装置は、
   下部に流入口を設ける一方、上部に流出口を設けた撹拌槽内に、回転駆動源に連結した回転軸を配置し、回転軸には複数の混合エレメントを軸方向に間隔をあけて固定し、混合エレメント同士の間の位置には整流板を配置して、整流板の外周を撹拌槽の内周面に固定し、整流板の中心部には流体が通過可能な円形状の孔を形成するとともに、孔の周辺部を上方に折り曲げて流体が孔中を下方から上方へ向って流れやすいように形成し、
   混合エレメントは、中央に流通孔を有して前面に前方開口する有底筒状の小室が多数配列して形成されている第１の円板と、前面に前方開口する有底筒状の小室が多数配列して形成されている第２の円板とを具備し、第２の円板を上方に位置させる一方、第１の円板を下方に位置させて、その中心部が回転軸に固定され、重ね合わせた両円板の外周側が連結されて、第１の円板と第２の円板の前面同士が対向して同心的に重ね合わされ、第１の円板の小室と第２の円板の小室とは互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列され、
   燃料油と尿素水溶液の混合液を撹拌槽の下部に設けた流入口から流入させて撹拌槽内に充填し、回転駆動源によって回転軸を介して複数の混合エレメントを回転させて、各混合エレメントの流通孔から吸引される混合液が混合エレメントの内部を流動されながら混合作用を受けて外周側から遠心力によって吐出され、吐出された混合液が整流板の中心部に形成した孔を通して上方の混合エレメントの流通孔に吸引されるように構成し、
   前記粒子は、累積体積率が９０％になる粒径が２５μｍ以下である粒度分布を有している、
   ことを特徴とするエマルジョン燃料。
2. 前記エマルジョン燃料を製造した直後における前記粒子の累積体積率が９０％になる粒径に対して、前記エマルジョン燃料を製造後、静置した状態で２時間経過した時の前記粒子の累積体積率が９０％になる粒径の増加率が、３％以下である請求項１に記載のエマルジョン燃料。
3. 前記エマルジョン燃料を製造した直後における前記粒子の累積体積率が９０％になる粒径に対して、前記エマルジョン燃料を製造後、静置した状態で３０日経過した時の前記粒子の累積体積率が９０％になる粒径の増加率が、１０％以下である請求項１又は２に記載のエマルジョン燃料。
4. 前記粒子の添加率は、前記燃料油の体積を基準として、４〜３０体積％である請求項１〜３の何れか一項に記載のエマルジョン燃料。
5. 尿素水溶液中の尿素の添加率は、水の質量を基準として、１０〜１００質量％である請求項１〜４の何れか一項に記載のエマルジョン燃料。
6. 前記粒子は、累積体積率が９０％になる粒径が１０μｍ以下である粒度分布を有している請求項１〜５の何れか一項に記載のエマルジョン燃料。
7. 前記燃料油が重油である請求項１〜６の何れか一項に記載のエマルジョン燃料。
8. 尿素と水とを混合して尿素水溶液を製造する尿素水溶液製造部と、
   燃料油を貯蔵する燃料油タンクと、
   前記尿素水溶液製造部で製造された尿素水溶液、及び前記燃料油タンクから供給される燃料油から、尿素水溶液からなる粒子が燃料油中に分散したエマルジョン燃料を製造するエマルジョン燃料製造部と、
   前記エマルジョン燃料製造部で製造されたエマルジョン燃料を一時保管した後、エマルジョン燃料を燃焼する燃焼装置へエマルジョン燃料を供給するエマルジョン燃料タンクと、
   を備えており、
   前記エマルジョン燃料製造部は、累積体積率が９０％になる粒径が２５μｍ以下である粒度分布を有する前記尿素水溶液からなる粒子を含むエマルジョン燃料を製造する請求項１に記載の流体混合装置を備えている、
   ことを特徴とするエマルジョン燃料供給システム。
9. エマルジョン燃料を燃焼する複数の燃焼装置に対して、エマルジョン燃料を供給する請求項８に記載のエマルジョン燃料供給システム。
10. 前記エマルジョン燃料を燃焼する複数の燃焼装置が、ボイラ又はヂーゼルエンジンであり、
    前記尿素水溶液製造部は、ボイラ又はヂーゼルエンジンから発生する窒素酸化物の低減に適した尿素濃度に尿素水溶液中の尿素濃度を調節する濃度調節部を有している請求項９に記載のエマルジョン燃料供給システム。
11. 複数の前記エマルジョン燃料タンクを有しており、
    前記各エマルジョン燃料タンクは、エマルジョン燃料を燃焼する燃焼装置それぞれに対して、エマルジョン燃料を供給する請求項９又は１０に記載のエマルジョン燃料供給システム。
12. 前記エマルジョン燃料タンクから、貯蔵されているエマルジョン燃料を前記エマルジョン燃料製造部へ送る燃料送り手段を有している請求項８から１１の何れか一項に記載のエマルジョン燃料供給システム。

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