JP5497275B2

JP5497275B2 - エマルション燃料製造装置

Info

Publication number: JP5497275B2
Application number: JP2008176913A
Authority: JP
Inventors: 健郎石井
Original assignee: 株式会社宏能
Priority date: 2008-07-07
Filing date: 2008-07-07
Publication date: 2014-05-21
Anticipated expiration: 2028-07-07
Also published as: JP2010013598A

Description

本発明は、燃料油、水及び乳化剤等の添加剤の混合液を攪拌してエマルション燃料を製造するエマルション燃料製造装置に関する。

２００８年７月７日から始まる洞爺湖サミット（主要国首脳会議）では、地球温暖化防止に向けた対策が主要議題として扱われる。
燃料油の価格高騰、環境悪化、地球温暖化等の諸問題に対応するため、燃料油中に水粒子が分散したエマルション燃料が実用化されている。エマルション燃料は、燃焼効率が高く、油消費量が少なくて済み、燃焼による窒素酸化物や粒子状物質の発生を抑制する効果がある。特に、近年では、水を多く加えて、油と水を１：１の比率で混合したエマルション燃料も開発されている。
このようなエマルション燃料は、油と水が分離するのを防ぐために、粒子径をできる限り微細化する必要がある。

従来、攪拌効率を高めて、短時間で燃料油と水を微細混合するエマルション燃料製造装置が種々提案されている。
例えば、特許文献１には、攪拌容器の上部周壁に、攪拌容器内の混液に第１の旋回流を形成する噴射ノズルを設置し、攪拌容器の底部に第２の旋回流を形成する攪拌翼を設けたエマルジョン燃料製造装置が記載されている。
しかし、この装置は、２種類の攪拌装置が必要なので攪拌容器が大型化し、構造も複雑であり、攪拌を行なうのにエネルギー消費量が増加するだけでなく、混液を噴射する噴射ノズルが目詰まりを起こしやすい。

また、特許文献２には、複数枚の翼からなる回転翼状体と、ねじり方向を逆向きにした回転翼状体を交互に複数枚配置して、管内に挿入した列状集合体と、中央に穿孔された半球面状体と、周辺部に複数の微小孔を設けた半球面状体を複数個組み合わせて配置して、管内に挿入した列状集合体とを有し、エマルジョン流体が列状回転翼状体及び列状半球面状体を通過して微細混合されるエマルジョン製造装置が開示されている。
しかしながら、この装置はさらに構造が複雑であって、列状回転翼状体を回転させるのに多くの電力を消費し、半球面状体も目詰まりしやすいという欠点がある。

特開２００６−１１１６６６号公報特開２００４−１６１９４３号公報

本発明が解決しようとする課題は、攪拌効率が高く、しかも、構造が簡単で、製造コスト及び運転コストが低廉で済むエマルション燃料製造装置を提供することにある。

本発明は、燃料油、水及び乳化剤等の添加剤の混合液を周方向の旋回流により攪拌する攪拌槽を備えたエマルション燃料製造装置に関し、前記攪拌槽の内面から中心部に向けて、軸方向に沿う少なくとも１枚のフィンを張り出し、該フィンの中心部寄り側縁に矩形の突出部を少なくとも１つ形成してある。
複数のフィンを前記攪拌槽の内面に、その周方向に等間隔で配置するのが望ましい。
前記フィンにそれぞれ複数の突出部を形成し、前記突出部の軸方向の寸法を前記突出部間の距離よりも大きくすると良い。

前記突出部の張り出し幅を前記フィンの本体部分の幅よりも大きくしても良い。
前記攪拌槽へ水を供給する経路に、水流と交差する磁場を形成する改質装置を設け、前記攪拌槽から延びる給油路を燃料備蓄槽に連結すると共に、前記給油路に攪拌パイプを設置し、前記燃料備蓄槽から延びる循環路を前記攪拌槽と攪拌パイプとの間において前記給油路に接続してあり、前記攪拌パイプの内面は、その一端から軸方向中間部に向けて段階的に径が狭くなり、軸方向中間部から他端に向けて段階的に径が広くなる多数の段を有するのが望ましい。
この場合、前記攪拌パイプの軸方向中間部には、内径が全長に亘って均一な円柱状流路を形成すると良い。

請求項１に係る発明によれば、旋回流がフィンにぶつかって乱流が発生し、しかも、突出部が形成されている部分と形成されていない部分とでは流速が異なると共に、軸方向への流れも発生するので、短時間で燃料油中に微細な粒子を分散できる。
また、突出部が矩形なので、角がなだらかなものに比べて抵抗が大きくなり、攪拌効率が高まる。
さらに、攪拌槽の内面にフィンを固定しただけなので、一般的なタンクを利用することができ、旋回流を発生する攪拌装置を増やしたり、特別な攪拌装置を設置する必要が無く、装置全体が小型化されて一般家庭や小型船舶等でも利用しやすく、運転に要するエネルギーも少なくて済む。
さらに、攪拌槽から燃料備蓄槽へエマルション燃料を移動させる際、及び、燃料備蓄槽内のエマルション燃料を循環させる際に、攪拌パイプを通過させることにより、次第に径が狭くなる部分では流れに交差する段状の面にぶつかって拡販され、次第に径が広くなる部分では急激な径の変化によって攪拌され、この結果、燃料油と水との分離を防ぐことができる。
また、攪拌パイプは、その軸方向中間部で狭くなって両端部で広くなっているので、一端から他端に向かって次第に細くしたものよりも内径を小さくでき、このため、流れの中心部分をも確実に攪拌することが可能であり、エマルション燃料を一端から他端に向かって流しても、他端から一端に向かって流しても同様の攪拌効果が得られる。
さらに、エマルション燃料中の不純物が多数の段にぶつかって除去され、燃料備蓄槽内に侵入しにくい。
また、磁場を通過した水分子が帯電して活発に衝突するため、攪拌による微細化が促進される。

請求項２に係る発明によれば、旋回流を複数のフィンにぶつけて多くの乱流を形成することができる。
請求項３に係る発明によれば、突出部間の隙間を狭くすることにより、この隙間を通過する流れを速め、攪拌槽内の流速の差を大きくして攪拌効率を高めることができる。
請求項４に係る発明によれば、突出部による抵抗を大きくして、旋回流が突出部にぶつかる際の衝撃を大きくし、水粒子の微細化を促進する。

請求項５に係る発明によれば、攪拌パイプの軸方向中間部において、断面積の小さい円柱状流路により流速を上昇させて圧力を低下させ、段階的に断面積が増加する部分へ流れた時の流速及び圧力の変化を大きくし、攪拌効率を高める。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、本発明のエマルション燃料製造装置は、攪拌槽１及び燃料備蓄槽２を備え、攪拌槽１から延びる給油路３を燃料備蓄槽２に連結すると共に、給油路３に攪拌パイプ４を設置し、燃料備蓄槽２から延びる循環路５を、攪拌槽１と攪拌パイプ４との間に設置された切換弁１３を介して給油路３に接続してある。
攪拌槽１には、重油、軽油等の燃料油と、水と、乳化剤等の添加剤とが供給され、水を供給する経路には水流と交差する磁場を形成する改質装置６を設置してある。なお、燃料油と水との比率は、９０％：１０％〜５０％：５０％とすることができる。
また、循環路５には切換弁１４を介して燃料排出路１５が接続され、燃料排出路１５の先端にボイラー等の燃焼装置８が連結される。燃料排出路１５には、必要に応じて加温装置を有するサービスタンク７を設置しても良い。

攪拌槽１は、図２及び図３に示すように、所定容量の円筒体であり、その中心下部に回転翼９を設置してある。回転翼９は図示省略した電動モータにより回転させられる。そして、回転翼９が形成する周方向の旋回流により、攪拌槽１内に収容されている燃料油、水及び添加剤の混合液を攪拌して、油中に水粒子を分散させるようになっている。
また、攪拌槽１の内面から中心部に向かって、軸方向に沿う少なくとも１枚のフィン１０を張り出してある。本実施例では、フィン１０を周方向に等間隔で４枚配置してあるが、攪拌槽１の直径によってフィン１０の数は任意に変更できる。

図４に示すように、フィン１０の中心部寄り側縁には、矩形の突出部１２を少なくとも１つ形成してある。
フィン１０及び突出部１２の寸法と突出部１２の数は攪拌槽１の大きさによって適宜変更することができるが、突出部１２の張り出し幅ａをフィン１０の本体部分の幅ｂよりも大きくし、複数の突出部１２を形成する場合、突出部１２の軸方向の寸法ｃを突出部１２間の距離ｄよりも大きくするのが望ましい。

例えば、攪拌槽１の直径が６００ｍｍ、高さが６００ｍｍであれば、攪拌槽１の底から長さＬが４８０ｍｍのフィン１０を起立させ、フィン１０の上端及びその下方に合計二つの突出部１２を形成する。また、突出部１２の張り出し幅ａを７０ｍｍ、フィン１０の本体部分の幅ｂを３０ｍｍとし、突出部１２の軸方向の寸法ｃを１４０ｍｍ、突出部１２間の距離ｄを５０ｍｍとする。
攪拌槽１の直径が６００ｍｍ、高さが１２００ｍｍの場合、フィン１０の長さＬを６７０ｍｍとし、フィン１０の上端及びその下方に合計三つの突出部１２をそれぞれ５０ｍｍの距離をあけて形成する。その他の寸法は、攪拌槽１の高さが６００ｍｍの場合と同じである。

回転翼９を駆動して混合液を攪拌すると、旋回流がフィン１０にぶつかって乱流が発生する。突出部１２は矩形でフィン１０の本体部分から幅広く張り出しているので、抵抗が大きくて旋回流がぶつかったときの衝撃は激しく、また、突出部１２にぶつかった混合液の一部は突出部１２間の隙間に流れ込むため、突出部１２が張り出した部分と突出部１２間の隙間とでは流速が異なり、しかも、攪拌槽１内には軸方向の流れも発生する。
このため、燃料油と、水と、乳化剤との混合液は短時間で微細混合され、エマルション燃料となる。

攪拌が終了すると、攪拌槽１内のエマルション燃料は給油路３を通り、切換弁１３及び攪拌パイプ４を経て燃料備蓄槽２へ移送され、ここに備蓄される。
燃料備蓄槽２に長時間貯蔵しておくと、エマルション燃料が油と水とに分離してしまうので、燃料備蓄槽２内のエマルション燃料は、定期的に循環路５及び攪拌パイプ４を通して循環させる。

図５に示すように、攪拌パイプ４は、長さ２００ｍｍ、外径３０ｍｍ程度の寸法を有し、内部の流路は両端において最も太く、軸方向中間部において最も細くなっており、両端の内径が約１６ｍｍ、軸方向中間部の内径が約５ｍｍである。
攪拌パイプ４の軸方向中間部には、内径が全長に亘って均一な円柱状流路１７を形成してある。円柱状流路１７の長さは約１０ｍｍとする。
また、攪拌パイプ４の内面は、図６の（ア）に示すように、その一端から軸方向中間部の円柱状流路１７に向けて階段状に段階的に径が狭くなり、図６の（イ）に示すように、軸方向中間部の円柱状流路１７から他端に向けて階段状に段階的に径が広くなる多数の段１６を有する。

従って、エマルション燃料を攪拌パイプ４に通すと、階段状に段階的に径が狭まっていく部分では、多数の段１６にぶつかって攪拌される。円柱状流路１７は、流路断面積が小さいので流速は上昇し、それに反比例して圧力が低下し、他端に向かって階段状に段階的に径が広がる部分では、流路断面積が増大し、流速が下がって圧力が増し、流速及び圧力が急激に段階的に変化することにより攪拌される。

エマルション燃料を使用する時は、切換弁１４を切り換えて燃料備蓄槽２から燃料排出路１５を通り、サービスタンク７を経て燃焼装置８へエマルション燃料を送る。
なお、攪拌パイプ４は軸方向中間部を挟んで両側が同じ形状となっているので、エマルション燃料を循環させる際に、攪拌パイプ４の一端から他端に向かってエマルション燃料を流しても、他端から一端に向かってエマルション燃料を流しても同様に攪拌することができる。
また、攪拌パイプ４の寸法は、処理するエマルション燃料の量に応じて適宜調整する。

本発明の実施例を示すエマルション燃料製造装置のブロック図。攪拌槽の縦断面図。攪拌槽の横断面図。フィンの正面図。攪拌パイプの縦断面図。攪拌パイプの要部を示し、（ア）は一端寄り部分の断面図、（イ）は他端寄り部分の断面図。

符号の説明

１攪拌槽
２燃料備蓄槽
３給油路
４攪拌パイプ
５循環路
６改質装置
７サービスタンク
８燃焼装置
９回転翼
１０フィン
１１本体部分
１２突出部
１３，１４切換弁
１５燃料排出路
１６段
１７円柱状流路

Claims

燃料油、水及び添加剤の混合液を周方向の旋回流により攪拌する攪拌槽を備えたエマルション燃料製造装置において、
前記攪拌槽の内面から中心部に向けて、軸方向に沿う少なくとも１枚のフィンを張り出し、該フィンの中心部寄り側縁に矩形の突出部を少なくとも１つ形成し、
前記攪拌槽へ水を供給する経路に、水流と交差する磁場を形成する改質装置を設け、
前記攪拌槽から延びる給油路を燃料備蓄槽に連結すると共に、前記給油路に攪拌パイプを設置し、
前記燃料備蓄槽から延びる循環路を前記攪拌槽と攪拌パイプとの間において前記給油路に接続してあり、
前記攪拌パイプの内面は、その一端から軸方向中間部に向けて段階的に径が狭くなり、軸方向中間部から他端に向けて段階的に径が広くなる多数の段を有することを特徴としたエマルション燃料製造装置。
複数の前記フィンを前記攪拌槽の内面に、その周方向に等間隔で配置してある請求項１に記載のエマルション燃料製造装置。
前記フィンにそれぞれ複数の突出部を形成し、前記突出部の軸方向の寸法を前記突出部間の距離よりも大としてある請求項１又は２に記載のエマルション燃料製造装置。
前記突出部の張り出し幅を前記フィンの本体部分の幅よりも大としてある請求項１〜３のいずれか一つに記載のエマルション燃料製造装置。
前記攪拌パイプの軸方向中間部には、内径が全長に亘って均一な円柱状流路を形成してある請求項１〜４のいずれか一つに記載のエマルション燃料製造装置。