JP5619204B2 - マイクロエマルジョン生成装置 - Google Patents

Description

本発明は、２種類の液体を混合してマイクロエマルジョンを生成するマイクロエマルジョン生成装置に関するものである。

水と油のように、本来なら混ざり合わない２種の液体を、種々の目的から出来るだけ均一に混合することが、従来から行われている。例えば、重油とか灯油等の燃料油と水とを均一に混合して混合燃料を生成すれば、その混合燃料は、純粋な燃料油に比して低コストとなるばかりでなく、燃焼時のＣＯ₂ やＮＯ_X の発生量が少なく、公害防止にも資することが知られている。
混合燃料の燃焼効率を向上させるには、燃料油と水との混合が、出来るだけ細かいレベル（例、微粒子レベル）で良好になされることが要請される。そのため、従来の液体混合装置では、混合しようとしている液体に乳化剤（界面活性剤）を加え、攪拌羽根で攪拌してエマルジョンとすることが行われている。

図３は、そのような従来の液体混合装置を示す図である。図３において、２０１，２０２は配管、２０３は混合部、２０４は攪拌駆動部、２０５はタンク、２０６は混合液、２０７は攪拌羽根、２０８，２０９は配管、２１０は軟水化部である。
混合部２０３は、混合する液を収容するタンク２０５と、該タンク２０５の中で混合液を攪拌する攪拌羽根２０７と、該攪拌羽根２０７を回転させる攪拌駆動部２０４とを具えている。

ここでは、混合する液体として、水（硬水）と油（燃料油）を例にとっている。油は、配管２０２を通って混合部２０３のタンク２０５へ送られる。水は、硬水のままでは油との混合が良好に行われないので、先ず軟水化部２１０に送られ、ここで軟水化される。軟水化された水は、配管２０８を通ってタンク２０５へ送られる。
一方、配管２０１で送られて来る乳化剤（界面活性剤）は、配管２０２で送られて来る油に添加され、タンク２０５へ送られる。
乳化剤が添加された混合液は乳化し（白濁し）、これを攪拌羽根２０７で強力に攪拌することにより混合は次第に均一となり、やがてエマルジョンとなる。エマルジョンの状態となった混合燃料は、配管２０９から外部へ取り出され、使用に供される。なお、混合液が白濁するのは、混ざっている液体の粒径が大きいので、それに当たった可視光の散乱が多いからである。エマルジョンでは、混入している液体の粒径は、小さいものでも０．１μｍ程度の大きさはある。

特開２００６−３２９４３８号公報 特開２００８−０６３５４８号公報

前記した従来の液体混合装置で生成した混合液には、次のような問題点があった。
１．乳化剤を必要とするが、これは比較的高価であり、コストが高くなる。
２．乳化剤のため混合液体の色は乳白色となってしまう（白濁）。例えば混合燃料を生成した場合、見た目が燃料油らしくない。
３．混合している液粒の直径（粒径）がまだ大きく、粘性が大である。そのため、時間の経過と共に分離してくる。
４．混合燃料を生成した場合、発熱量が元の燃料油に比べて少ない。
本発明は、このような問題点を解決することを課題とするものである。

前記課題を解決するため、本発明では、混合液がマイクロエマルジョンの状態となるようなマイクロエマルジョン生成装置を提供する。なお、マイクロエマルジョンとは、混入している液体の粒径が０．０５μｍ以下の大きさとなっている混合液のことを言い、混合していると言えども、あたかも溶け込んでいるかのような外観を呈し、もはや１液相をなしていると言えるものである。

本発明のマイクロエマルジョン生成装置は、 混合しようとする水を軟水化する軟水化部（２）と、該軟水化部からの軟水を純水化する純水化部（３）と、該純水化部からの純水を第１の液体磁気処理装置によりマイナスイオン化する水イオン化部（４）と、混合しようとする油を第２の液体磁気処理装置によりプラスイオン化する油イオン化部（５）と、該油イオン化部からのプラスイオン化された油に正の電位を付与する電位付与部（６）と、該電位付与部からの油を改めて正電位に帯電させて噴霧すると共に前記水イオン化部からの水を負電位に帯電させて噴霧し、これら噴霧同士を交わらせることにより、混合液がマイクロエマルジョンの状態となるよう混合を行う混合部（７）とを具えることとした。

前記したマイクロエマルジョン生成装置において、水イオン化部（４）は、純水化部から送られて来る純水を収容するタンクであって、水の酸化還元電位を低下させる酸化還元電位低下材および水質を安定化する水質安定化材が入れられた第１のタンク（４１）と、該純水を循環させるための第１のポンプおよび第１の配管（４２）と、該第１の配管の途中の外周に装備され、該第１の配管の中を通流する純水に電磁界を作用させる第１の液体磁気処理装置（４４）と、該第１の液体磁気処理装置に純水をマイナスイオン化するための第１のパルス電源を供給する第１のパルス電源装置（４５）とを具えるよう構成することが出来る。

前記したマイクロエマルジョン生成装置において、油イオン化部（５）は、混合する油を収容する第２のタンク（５１）と、該油を循環させるための第２のポンプ（５３）および第２の配管（５２）と、該第２の配管の途中の外周に装備され、該第２の配管の中を通流する油に電磁界を作用させる第２の液体磁気処理装置（５４）と、該第２の液体磁気処理装置に油をプラスイオン化するための第２のパルス電源を供給する第２のパルス電源装置（５５）とを具えるよう構成することが出来る。

前記したマイクロエマルジョン生成装置において、電位付与部（６）は、油イオン化部から送られて来る油を収容する第３のタンク（６１）と、該油を循環させるための第３のポンプ（６３）および第３の配管（６２）と、前記第３のタンクの上部に引き入れられた第３の配管の端部に取り付けられ、該油を噴霧する第１のノズル（６４）と、該第１のノズルから噴霧する油に正電位を付与するため、該第１のノズルに正極性の第１の直流高電圧を供給する第１の直流高電圧電源装置（６５）とを具えるよう構成することが出来る。

前記したマイクロエマルジョン生成装置において、混合部（７）は、混合液を収容する第５のタンク（７１）と、該第５のタンクの上部に水イオン化部からの水を引き入れる第４の配管（２０）の端部に取り付けられ、該水を噴霧する第２のノズル（７３）と、該第５のタンクの上部に電位付与部からの油を引き入れる第５の配管（２２）の端部に取り付けられ、該油を噴霧する第３のノズル（７２）と、該第２のノズルから噴霧する水に負電位を付与すると共に、該第３のノズルから噴霧する油に正電位を付与するための第２の直流高電圧を供給する第２の直流高電圧電源装置（７５）とを具えるよう構成することが出来る。

前記したマイクロエマルジョン生成装置において、第１のパルス電源と第２のパルス電源とを１つのパルス電源装置から供給するよう構成することも出来るし、第１の直流高電圧電源と第２の直流高電圧電源とを１つの直流高電圧電源装置から供給するよう構成することも出来る。

本発明のマイクロエマルジョン生成装置によれば、次のような効果を奏する。
１．コストを低減することが出来る。
２種の液体の混合を乳化剤を使用することなく行うので、生成コストを大幅に低減することが出来る。
２．混合液の色は、生成に使用した液体の色のままとなる。
本発明では乳化剤を添加しないので乳白色となることはなく、生成に使用した液体の色のままとなる。例えば、燃料油と水とを混合したマイクロエマルジョンの場合、水は透明なので、結局、燃料油の色と同じになり、いかにも燃料油らしい外観を具えることになる。
３．混合している液粒の直径（粒径）が小さく、粘性が小である。そのため、時間が経過しても分離しない。
４．混合燃料のマイクロエマルジョンの発熱量は、元の燃料油と同程度である。

本発明のマイクロエマルジョン生成装置の１例を示す図 液体磁気処理装置を説明する図 従来の液体混合装置を示す図

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明のマイクロエマルジョン生成装置の１例を示す図である。ここでは、混合する２種の液体として、水と油（燃料油…灯油，重油，経由など）を例に取って説明する。
図１において、１はマイクロエマルジョン生成装置、２は軟水化部、３は純水化部、４は水イオン化部、５は油イオン化部、６は電位付与部、７は混合部、８は加温保管部、２０〜２４は配管、４１はタンク、４２は配管、４３はポンプ、４４は液体磁気処理装置、４５はパルス電源装置、４６は配線、５１はタンク、５２は配管、５３はポンプ、５４は液体磁気処理装置、５５はパルス電源装置、５６は配線、６１はタンク、６２は配管、６３はポンプ、６４はノズル、６５は直流高電圧電源装置、６６は配線、７１はタンク、７２，７３はノズル、７４は攪拌羽根、７５は直流高電圧電源装置、７６，７７は配線、８１はタンク、８２はヒーターである。

（装置の概要）
まずマイクロエマルジョン生成装置１の概要を説明する。水と油との混合は、混合部７にて行う。混合部７での混合が良好に行われるようにするため、そこへ供給する水と油につき、それぞれ前処理をする構成を配設する。
水の前処理をする構成は、軟水化部２，純水化部３，水イオン化部４である。油の前処理をする構成は、油イオン化部５，電位付与部６である。

以下、各構成について詳細に説明する。
（１）水の前処理について
水は硬水である場合が多いが、混合に適しているのは純水であるので、水の前処理としては先ず軟水化部２によって軟水にし、ついで純水化部３によって純水にする。硬水を軟水にする装置や、シリカ等の不純物を除去して純水にする装置は公知である。
ここで、酸化還元電位が高い（例、数百ｍＶ）硬水を、それより酸化還元電位が相当低い純水にする理由は、後の工程（混合部７）で水を噴霧する際、水の電位を出来るだけマイナスにしたいがためである（なお、混合相手の油は、プラスの電位にして噴霧される。）。

水イオン化部４は、タンク４１，配管４２，ポンプ４３，液体磁気処理装置４４，パルス電源装置４５および配線４６等で構成される。タンク４１の中には、水の酸化還元電位の低下促進作用をする酸化還元電位低下材（例、特殊なセラミック）や、水が変質しないよう安定化する水質安定化材（例、トルマリン等の鉱石）を入れておく。
配管４２とポンプ４３とは、タンク４１内の純水を循環させるよう配設され、その配管４２の途中に液体磁気処理装置４４が設けられる。液体磁気処理装置４４は、配管４２を流れる純水に対して磁気的処理を施し、イオン化するためのものである。パルス電源装置４５は、液体磁気処理装置４４を動作させるための電源である。

図２は、液体磁気処理装置を説明する図である。図２において、１００は配管、１０１は液体磁気処理装置、１０２は電磁界発生器、１０３はパルス電源装置である。電磁界発生器１０２は配管１００の外周に沿って設けられ、配管１００内を流れる液体に作用させる電磁界を発生する。
配管１００内を流れている液体に電磁界が作用した場合、その電磁界の周波数が液体を構成する元素のイオン化に適合した周波数であると、元素はイオン化して溶出する。液体磁気処理装置１０１にはパルス電源装置１０３からパルス電源が供給されるが、その極性の印加の仕方やパルス周波数は、イオン化しようとしている液体（を構成する元素）の種類等により適宜選定される。

図１に戻るが、水イオン化部４の液体磁気処理装置４４は、純水からマイナスイオンが生ずるような処理をする。パルス電源装置４５から配線４６を通じて液体磁気処理装置４４に供給されるパルス電源は、そこでそのような処理が効率的に行われるよう、周波数の種類および個数、および極性の印加の仕方が選定される。
ここで発生されたマイナスイオンを含む純水は、酸化還元度が更に低いものとなっている（例、−３００ｍＶ）。タンク４１内の純水は、イオン化の結果、酸化還元電位低下材の作用も加わり、強アルカリ性になっている。
水イオン化部４で、上記のようにイオン化された純水は、配管２０を経て混合部７へ送られる（図示してないポンプにより送られる。以下の配管の場合も同様である。）。

（２）油の前処理段階について
油の前処理は、まず油イオン化部５で行い、次いで電位付与部６で行う。油イオン化部５は、タンク５１，配管５２，ポンプ５３，液体磁気処理装置５４，パルス電源装置５５および配線５６等で構成される。配管５２とポンプ５３とは、タンク５１内の油を循環させるよう配設され、その配管５２の途中に液体磁気処理装置５４が設けられる。
液体磁気処理装置５４は、配管５２を流れる油に対して磁気的処理を施し、その油をイオン化するためのものである。パルス電源装置５５は、液体磁気処理装置５４を動作させるための電源である。

油イオン化部５の液体磁気処理装置５４では、油からプラスイオンが生ずるような処理をさせる。パルス電源装置５５から配線５６を通じて液体磁気処理装置５４に供給されるパルス電源は、そこでそのような処理が効率的に行われるよう、周波数の種類および個数、および極性の印加の仕方が選定される。
ここで発生されたプラスイオンを含む油は、酸化還元度が高められたものとなっている（例、＋１５０ｍＶ）。
油イオン化部５でイオン化された油は、配管２１を経て電位付与部６へ送られる。

電位付与部６は、タンク６１，配管６２，ポンプ６３，ノズル６４，直流高電圧電源装置６５および配線６６等で構成される。配管６２とポンプ６３とは、タンク６１内の油を循環させるよう配設される。ノズル６４は、配管６２の上方の端部に取り付けられ、循環させてタンク６１に戻す油を出来るだけ細かい噴霧状にする。それゆえ、ポンプ６３としては、油を細かい噴霧状にするに充分な供給圧力を有するものを用いる。
また、ノズル６４には、直流高電圧電源装置６５から配線６６を通じてプラス電位が印加される。これは、噴霧する油にプラス電位を付与するためである。この電位付与は、水との混合をより一層良好にするためである。

なお、水の前処理については電位付与部６に相当する電位付与部を設けてはいないが、油の前処理については設ける必要がある。その理由は未だ解明するに至ってはいないが、油の前処理に電位付与部６を設けなければ、混合液はマイクロエマルジョンとはならないという実験結果を得ている。
油イオン化部５でイオン化され、電位付与部６でプラス電位が付与された油は、配管２２を経て混合部７へ送られる。

（３）水と油の混合段階について
それぞれ前処理された水と油の混合は、混合部７で行われる。混合部７は、タンク７１，ノズル７２，７３、攪拌羽根７４，直流高電圧電源装置７５および配線７６，７７等で構成される。
前処理された水を供給する配管２０は混合部７内に引き込まれ、その先端にはノズル７３が取り付けられる。そして、ノズル７３には直流高電圧電源装置７５から配線７７を通じてマイナス電位が印加される。水はノズル７３から強力に噴霧され、細かい霧とされた水の粒子は更に負に帯電させられる。

同様に、前処理された油を供給する配管２２は混合部７内に引き込まれ、その先端にはノズル７２が取り付けられる。そして、ノズル７２には直流高電圧電源装置７５から配線７６を通じてプラス電位が印加される。油はノズル７２から強力に噴霧され、細かい霧とされた油の粒子は更に正に帯電させられる。
そして、ノズル７２，７３の間隔および方向は、それぞれから噴射されて出来た噴霧が空中で混ざり合うような間隔および方向にしておく。

前記したように前処理された水と油は、それぞれノズル７３，７２から互いに混ざり合うようにタンク７１内に噴霧されるが、噴霧された水と油の粒は、互いに逆の極性に帯電させられているので、両者の間には強い吸引力が作用し、空中で浮遊している段階で極めて良好に混ざり合う。
攪拌羽根７４は、落下して溜まった混合液の混合を促進するためのものであるが、落下した段階で極めて良好に混ざり合っているので、攪拌羽根７４では軽く攪拌するだけで良い。
このようにして出来た混合液では、混ざっている液の粒径は０．０５μｍ以下の小さなものとなっており、混合液はマイクロエマルジョンの状態になっている。

マイクロエマルジョンでは、混ざっている液体の粒径が小さいので、それに当たった可視光の散乱は少ない。そのため、マイクロエマルジョンの色は白濁せず、元の液体の色を保っている。例えば、水と灯油のマイクロエマルジョンの場合、水は透明なので、マイクロエマルジョンは灯油の色を保っている。従って、外観は灯油らしい外観をしていて、好ましい。

混合部７で得られた混合液（マイクロエマルジョン）は、配管２３を経て加温保管部８へ送られる。加温保管部８は、タンク８１，ヒーター８２等で構成される。ヒーター８２は、マイクロエマルジョンを安定な状態に保つためのものである。そのような目的のヒーターは、加温保管部８以外の箇所に設けることも出来る。例えば、タンク４１，６１内に設けるようにしてもよい。
また、図１の例では、パルス電源装置４５，５５は別の装置として示しているが、１つの装置として構成し、そこからそれぞれに所要のパルス電源を供給するようにしてもよい。同様に、直流高電圧電源装置６５，７５についても１つの装置として構成し、そこからそれぞれに所要の高電圧電源を供給するようにしてもよい。

このような本発明のマイクロエマルジョン生成装置によれば、次のような効果を奏する。まず、乳化剤（界面活性剤）を一切使用しないので、その分コストが安くなる。そして、混ざっている粒径が極めて小さいので、分離して元の液体に戻ることがない。
また、水と燃料油のマイクロエマルジョンの発熱量を調べてみたところ、元の燃料油と殆ど同じであった。従って、水とガソリンとから生成したマイクロエマルジョンは、自動車等の内燃機関に使用することが可能である（従来の混合燃料は内燃機関には使用できなかった）。
なお、２種類の液体を細かい粒子レベルまで出来るだけ均一に混合したいという要求は、混合燃料の分野ばかりでなく、いろいろな分野（例えば、塗料，化粧品，食料品等）にある。本発明は、言うまでもなくそのような分野にも適用可能である。

１…マイクロエマルジョン生成装置、２…軟水化部、３…純水化部、４…水イオン化部、５…油イオン化部、６…電位付与部、７…混合部、８…加温保管部、２０〜２４…配管、４１…タンク、４２…配管、４３…ポンプ、４４…液体磁気処理装置、４５…パルス電源装置、４６…配線、５１…タンク、５２…配管、５３…ポンプ、５４…液体磁気処理装置、５５…パルス電源装置、５６…配線、６１…タンク、６２…配管、６３…ポンプ、６４…ノズル、６５…直流高電圧電源装置、６６…配線、７１…タンク、７２，７３…ノズル、７４…攪拌羽根、７５…直流高電圧電源装置、７６，７７…配線、８１…タンク、８２…ヒーター、１００…配管、１０１…液体磁気処理装置、１０２…電磁界発生器、１０３…パルス電源装置、２０１，２０２…配管、２０３…混合部、２０４…攪拌駆動部、２０５…タンク、２０６…混合液、２０７…攪拌羽根、２０８，２０９…配管、２１０…軟水化部

Claims (7)

1. 混合しようとする水を軟水化する軟水化部（２）と、
   該軟水化部からの軟水を純水化する純水化部（３）と、
   該純水化部からの純水を第１の液体磁気処理装置によりマイナスイオン化する水イオン化部（４）と、
   混合しようとする油を第２の液体磁気処理装置によりプラスイオン化する油イオン化部（５）と、
   該油イオン化部からのプラスイオン化された油に正の電位を付与する電位付与部（６）と、
   該電位付与部からの油を改めて正電位に帯電させて噴霧すると共に前記水イオン化部からの水を負電位に帯電させて噴霧し、これら噴霧同士を交わらせることにより、混合液がマイクロエマルジョンの状態となるよう混合を行う混合部（７）と
   を具えたことを特徴とするマイクロエマルジョン生成装置。
   
2. 水イオン化部（４）が、
   純水化部から送られて来る純水を収容するタンクであって、水の酸化還元電位を低下させる酸化還元電位低下材および水質を安定化する水質安定化材が入れられた第１のタンク（４１）と、
   該純水を循環させるための第１のポンプおよび第１の配管（４２と、
   該第１の配管の途中の外周に装備され、該第１の配管の中を通流する純水に電磁界を作用させる第１の液体磁気処理装置（４４）と、
   該第１の液体磁気処理装置に純水をマイナスイオン化するための第１のパルス電源を供給する第１のパルス電源装置（４５）と
   を具えていることを特徴とする請求項１記載のマイクロエマルジョン生成装置。
3. 油イオン化部（５）が、
   混合する油を収容する第２のタンク（５１）と、
   該油を循環させるための第２のポンプ（５３）および第２の配管（５２）と、
   該第２の配管の途中の外周に装備され、該第２の配管の中を通流する油に電磁界を作用させる第２の液体磁気処理装置（５４）と、
   該第２の液体磁気処理装置に油をプラスイオン化するための第２のパルス電源を供給する第２のパルス電源装置（５５）と
   を具えていることを特徴とする請求項１または２記載のマイクロエマルジョン生成装置。
4. 電位付与部（６）が、
   油イオン化部から送られて来る油を収容する第３のタンク（６１）と、
   該油を循環させるための第３のポンプ（６３）および第３の配管（６２）と、
   前記第３のタンクの上部に引き入れられた第３の配管の端部に取り付けられ、該油を噴霧する第１のノズル（６４）と、
   該第１のノズルから噴霧する油に正電位を付与するため、該第１のノズルに正極性の第１の直流高電圧を供給する第１の直流高電圧電源装置（６５）と
   を具えていることを特徴とする請求項１，２または３記載のマイクロエマルジョン生成装置。
5. 混合部（７）が、
   混合液を収容する第５のタンク（７１）と、
   該第５のタンクの上部に水イオン化部からの水を引き入れる第４の配管（２０）の端部に取り付けられ、該水を噴霧する第２のノズル（７３）と、
   該第５のタンクの上部に電位付与部からの油を引き入れる第５の配管（２２）の端部に取り付けられ、該油を噴霧する第３のノズル（７２）と、
   該第２のノズルから噴霧する水に負電位を付与すると共に、該第３のノズルから噴霧する油に正電位を付与するための第２の直流高電圧を供給する第２の直流高電圧電源装置（７５）と
   を具えていることを特徴とする請求項１，２，３または４記載のマイクロエマルジョン生成装置。
6. 第１のパルス電源と第２のパルス電源とを１つのパルス電源装置から供給するよう構成したことを特徴とする請求項３，４または５記載のマイクロエマルジョン生成装置。
7. 第１の直流高電圧電源と第２の直流高電圧電源とを１つの直流高電圧電源装置から供給するよう構成したことを特徴とする請求項４，５または６記載のマイクロエマルジョン生成装置。

Images