JP6358591B2 - エマルションエンジンシステム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに供給する燃料としてエマルション化の技術により燃料油と他の流体を混合したエマルション燃料を生成するエマルションエンジンシステムに関する。

従来、走行車や農業機械等のエンジンにガソリンや軽油等の燃料油を供給する際に、その燃料油に水を混合して油水混合燃料を生成する技術が知られている。かかる技術によれば、エンジンの燃焼効率を向上させることができたり、燃料油の使用量を減少させることができたりする。

特許文献１には、燃料油に水を混入させたエマルション燃料（油水混合燃料）によるディーゼルエンジンに関する技術が開示されている。具体的には、特許文献１には、エンジンの停止直前に、燃料切換弁を切り換えて燃料供給源からの燃料油をそのままエンジンに供給し、燃料切換弁とエンジンとの間の配管内およびエンジン内のエマルション燃料が燃料油に置換された時点でエンジンを停止させ、さらに、エンジンの停止期間中には、燃料切換弁の上流側にてエマルション燃料を強制循環させるというエンジンの運転方法が記載されている。なお、燃料切換弁は、エンジンに対する燃料の供給経路をエマルション燃料用の経路と燃料油の直接的な供給経路とで切り換えるための弁である。

特開平２−３３４５８号公報

確かに、特許文献１に記載の技術によれば、燃料供給用の配管内やエンジンの燃料噴射ノズル等にエマルション燃料から分離した水分が残留することがなくなり、配管等の錆の発生やエンジン再起動の際の水分による失火を防止することができ、エマルション燃料の強制循環によってエンジン停止時における燃料油と水の分離を防止することができると考えられる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術によれば、エンジンに対する燃料の供給経路を切り換えるための燃料切換弁や、エマルション燃料を強制循環させるためのバイパス弁を有するバイパス経路や、燃料切換弁およびバイパス弁に対する制御信号を発信したりエンジンを遅延させて停止させる際の遅延時間を計測したりするための制御装置等を備える必要がある。このため、エンジン周りの構造が煩雑になりやすく、コストも高くなりやすい。

また、実際には、エマルション燃料については、燃料油と水の混合比等にもよるが、エマルション化させるために煩雑な技術が必要となり、燃料油と水を混合して一旦エマルション化した後に燃料油と水とが互いに分離しやすく、燃料としての長期保存が困難であるという問題がある。燃料油と水が分離することは、上述のとおり分離した水分により配管等の錆やエンジン起動時の失火の原因となったり、エンジンにおいて良好な燃焼効率を得る妨げとなったりする。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、エンジン周りの構造を簡単な構造にすることができるとともに、エマルション燃料について燃料油と他の流体がエマルション化した状態を長期にわたって保持することが可能であり、燃料油と他の流体とが互いに分離することに起因する不具合を解消することができるエマルションエンジンシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るエマルションエンジンシステムは、エンジンと、燃料油と他の流体とを混合してエマルション燃料を生成する第１エマルション装置と、前記第１エマルション装置に供給される燃料油を貯溜する第１のタンクと、前記第１エマルション装置に供給される他の流体を貯溜する第２のタンクと、前記エンジンに対する燃料の供給経路において前記第１エマルション装置の下流側に設けられ、前記第１エマルション装置により生成されたエマルション燃料の供給を受けて、燃料油と他の流体とを混合してエマルション燃料を生成する第２エマルション装置と、前記第２エマルション装置により生成されたエマルション燃料を吸引して前記エンジンに供給するためのポンプと、を備え、前記第１エマルション装置および前記第２エマルション装置の各エマルション装置は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体を有し、該混合器本体には、一端開口部から導入した第１流体を軸線方向に流動させて他端開口部から導出する軸線流路と、前記混合器本体の周壁に形成した本体導入孔から導入した第２流体を前記混合器本体の内周面に沿わせて前記軸線流路の軸線を中心とする螺旋状に旋回させながら流動させて第１流体と第２流体とを混合して他端開口部から導出する螺旋流路とが形成されているものである。

また、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、前記エンジンに供給されるエマルション燃料の余剰燃料を受け、該余剰燃料を燃料油と他の流体とに分離するセパレータをさらに備え、前記セパレータにより分離された燃料油を前記第１のタンクに戻し、前記セパレータにより分離された他の流体を前記第２のタンクに戻すものである。

また、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、前記第１エマルション装置から前記第２エマルション装置に供給されたエマルション燃料から分離した他の流体を前記セパレータに導くための戻り配管をさらに備えたものである。

また、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、前記エンジンに供給されるエマルション燃料の余剰燃料を前記第１エマルション装置に戻す燃料戻り配管をさらに備え、前記第１エマルション装置は、燃料油と他の流体と前記燃料戻り配管により戻された前記余剰燃料とを混合してエマルション燃料を生成するものである。

また、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、前記第２エマルション装置から前記エンジンに対するエマルション燃料の供給経路に設けられ前記余剰燃料を送り出すフィードポンプをさらに備えたものである。

本発明によれば、エンジン周りの構造を簡単な構造にすることができるとともに、エマルション燃料について燃料油と他の流体がエマルション化した状態を長期にわたって保持することが可能であり、燃料油と他の流体とが互いに分離することに起因する不具合を解消することができる。

本発明の第１実施形態に係るエマルションエンジンシステムの構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るエマルション装置の構成を示す縦断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエマルション装置の構成を示す横断面図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の構成を示す側面図である。 図４におけるＩ−Ｉ矢視断面図である。 本発明の第１実施形態に係る混合器本体の構成を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る混合器本体の展開説明図である。 本発明の第１実施形態に係る混合器本体の本体導入孔の説明図である。 本発明の第１実施形態に係る混合器本体の正面図である。 本発明の第１実施形態に係る被覆体の側面図である。 図１０におけるＩＩ−ＩＩ矢視断面図である。 本発明の第１実施形態に係るエマルション装置の構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の変形例を示す図である。 図１３におけるＩＩＩ−ＩＩＩ矢視断面図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の変形例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の変形例の構成を示す説明図である。 本発明の第１実施形態に係る流体混合器の変形例を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るエマルションエンジンシステムの構成を示す図である。 本発明の第３実施形態に係るエマルションエンジンシステムの構成を示す図である。 本発明の第４実施形態に係るエマルションエンジンシステムの構成を示す図である。 本発明の第５実施形態に係るエマルションエンジンシステムの構成を示す図である。

本発明は、エンジンに供給する燃料としてエマルション化の技術を用いて燃料油と他の流体（例えば水）を混合したエマルション燃料を生成するエンジンシステムにおいて、燃料油と他の流体を混合してエマルション化することでエマルション燃料を生成するに際し、燃料油と他の流体の少なくともいずれかを螺旋状に旋回流動させる構成を採用することにより、簡単な構成により、長期にわたってエマルション化した状態を保持させ、エンジンの燃料として高品質なエマルション燃料を得ようとするものである。

以下に説明する本発明の実施の形態では、エマルションエンジンシステムは、燃料油に混合する他の流体として水を採用し、エマルション燃料として油水混合燃料を生成する。そして、油水混合燃料をエンジン内に供給する直前において、水粒子をせん断しながら燃料油に吸引混合することで燃料油と水（以下「油水」ともいう。）をエマルション化し、しかも同時にエンジンからの戻り燃料のエマルション化処理をも行うものである。ここで、油水をエマルション化するに際しては、特願2010-285833、特願2011-167100、PCT/JP2011/079637の発明者である秦隆志が開発した二液エマルション化の技術が用いられる。すなわち、燃料油の流通路外側方から水を負圧吸引し、吸引した水に燃料油の流通路内においてせん断力を付与して水を微細な水粒子にせん断し、油水のエマルション化を行うエマルション装置が用いられる。エンジンに供給されるエマルション燃料についての燃料油と水の混合比率は、例えば、燃料油約８０％、水約２０％である。かかるエマルション装置によれば、油水混合燃料として燃料油と水とが可及的に分離しにくくなる。以下、本発明の実施の形態を説明する。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態について説明する。まず、図１を用いて、本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００の構成について説明する。図１に示すように、エマルションエンジンシステム１００は、エンジン１０１と、エンジン１０１の外部に設置されたエマルション装置１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）と、エマルション装置１０２の外部に設置された燃料油タンク１０４および水タンク１０５と、エマルション装置１０２から燃料を吸引してエマルション燃料である油水混合燃料をエンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａに供給するための吸引ポンプであるポンプ１０６とを備える。

エマルションエンジンシステム１００は、エマルション装置１０２として、第１エマルション装置１０２Ａと、エンジン１０１に対する燃料の供給経路において第１エマルション装置１０２Ａの下流側に設けられた第２エマルション装置１０２Ｂとを有する。つまり、エマルションエンジンシステム１００は、エンジン１０１に対する燃料の供給経路において連設された２つのエマルション装置１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ）を有する。第２エマルション装置１０２Ｂは、第１エマルション装置１０２Ａにより生成された油水混合燃料の供給を受けて、燃料油と水とを混合して油水混合燃料を生成する。

エマルション装置１０２は、エンジン１０１に供給される燃料として燃料油等の第１流体と水等の第２流体とを混合してエマルション燃料を生成する。エマルション装置１０２は、外装部分を構成するケーシング２と、ケーシング２内に設けられた筒状の流体混合器１０とを有する。流体混合器１０は、燃料油の入口（吸引口）となる始端入口１０ａと、流体の出口となる終端出口１０ｂとを有する。すなわち、始端入口１０ａは、燃料油タンク１０４からの燃料油等の第１流体を吸引するための構成であり、終端出口１０ｂは、ポンプ１０６の吸引力によって油水混合燃料を排出するための構成である。始端入口１０ａは、流体混合器１０の筒軸方向の一端部に設けられ、終端出口１０ｂは、流体混合器１０の筒軸方向の他端部に設けられている。これらの構成は、第１エマルション装置１０２Ａと第２エマルション装置１０２Ｂとで共通の構成である。

燃料油タンク１０４は、第１エマルション装置１０２Ａおよび第２エマルション装置１０２Ｂに供給される燃料油を貯溜する第１のタンクである。水タンク１０５は、第１エマルション装置１０２Ａおよび第２エマルション装置１０２Ｂに供給される水を貯溜する第２のタンクである。

燃料油タンク１０４内の燃料油は、第１燃料油供給路１１２ａにより第１エマルション装置１０２Ａに供給される。すなわち、第１エマルション装置１０２Ａと燃料油タンク１０４とは、燃料油タンク１０４内の燃料油を第１エマルション装置１０２Ａに供給するための第１燃料油供給路１１２ａにより互いに接続されている。第１燃料油供給路１１２ａの一端側（上流側）の端部は、燃料油タンク１０４に接続され、第１燃料油供給路１１２ａの他端側（下流側）の端部は、第１エマルション装置１０２Ａに対して流体混合器１０の始端入口１０ａに接続されている。このように、燃料油タンク１０４内の燃料油は、第１燃料油供給路１１２ａによって第１エマルション装置１０２Ａに対して直接的に供給される。

水タンク１０５内の水は、第１水供給路１１３ａにより第１エマルション装置１０２Ａに供給される。すなわち、第１エマルション装置１０２Ａと水タンク１０５とは、水タンク１０５内の水を第１エマルション装置１０２Ａに供給するための第１水供給路１１３ａにより互いに接続されている。第１水供給路１１３ａの一端側（上流側）の端部は水タンク１０５に接続され、第１水供給路１１３ａの他端側（下流側）の端部は第１エマルション装置１０２Ａに対してケーシング２に連通接続されている。

このように燃料油タンク１０４からの燃料油、および水タンク１０５からの水の供給を受ける第１エマルション装置１０２Ａにおいて、燃料油と水とが混合され、所定の混合比の油水混合燃料が生成される。本実施形態では、第１エマルション装置１０２Ａにおける燃料油と水との混合比は、燃料油約５０％、水約５０％である。

第１エマルション装置１０２Ａで生成された油水混合燃料は、第１混合燃料通路１１８により、第１エマルション装置１０２Ａの下流側に位置する第２エマルション装置１０２Ｂに供給される。すなわち、第１エマルション装置１０２Ａと第２エマルション装置１０２Ｂとは、第１混合燃料通路１１８により互いに接続されている。第１混合燃料通路１１８の一端側（上流側）の端部は、第１エマルション装置１０２Ａの終端出口１０ｂに接続され、第１混合燃料通路１１８の他端側（下流側）の端部は、第２エマルション装置１０２Ｂの始端入口１０ａに接続されている。つまり、第１エマルション装置１０２Ａで生成された油水混合燃料は、第１エマルション装置１０２Ａに対する燃料油タンク１０４からの燃料油と同様にして、第２エマルション装置１０２Ｂの始端入口１０ａから第２エマルション装置１０２Ｂに流入する。

また、第１エマルション装置１０２Ａで生成された油水混合燃料には、第２エマルション装置１０２Ｂに流入する手前で、燃料油タンク１０４からの燃料油が混合される。このため、燃料油タンク１０４からは、第１エマルション装置１０２Ａと第２エマルション装置１０２Ｂとの間に介在する第１混合燃料通路１１８に合流する第２燃料油供給路１１２ｂが延設されている。すなわち、第２燃料油供給路１１２ｂの一端側（上流側）の端部は、燃料油タンク１０４に接続され、第２燃料油供給路１１２ｂの他端側（下流側）の端部は、第１混合燃料通路１１８の所定の位置に接続されており、燃料油タンク１０４内の燃料油が、第１エマルション装置１０２Ａで生成された油水混合燃料が通る第１混合燃料通路１１８内に導入される。これにより、第１エマルション装置１０２Ａで生成された油水混合燃料に燃料油が加えられ、燃料油の濃度が高められる。このように、燃料油タンク１０４内の燃料油は、第２燃料油供給路１１２ｂによって第２エマルション装置１０２Ｂに対して第１混合燃料通路１１８を介して間接的に供給される。

また、水タンク１０５内の水は、第２水供給路１１３ｂにより第２エマルション装置１０２Ｂに供給される。すなわち、第２エマルション装置１０２Ｂと水タンク１０５とは、水タンク１０５内の水を第２エマルション装置１０２Ｂに供給するための第２水供給路１１３ｂにより互いに接続されている。第２水供給路１１３ｂの一端側（上流側）の端部は水タンク１０５に接続され、第２水供給路１１３ｂの他端側（下流側）の端部は第２エマルション装置１０２Ｂに対してケーシング２に連通接続されている。

このように第１エマルション装置１０２Ａにより生成された後に燃料油の濃度が高められた油水混合燃料、および水タンク１０５からの水の供給を受ける第２エマルション装置１０２Ｂにおいて、燃料油の濃度が高められた油水混合燃料と水とが混合され、所定の混合比の油水混合燃料が生成される。本実施形態では、第２エマルション装置１０２Ｂにより生成される油水混合燃料についての燃料油と水との混合比は、燃料油約８０％、水約２０％である。すなわち、第２エマルション装置１０２Ｂにおいて最終的に得られる油水混合燃料についての燃料油と水との混合比が約８：２となるように、約５：５の混合比の油水混合燃料が通過する第１混合燃料通路１１８に対する第２燃料油供給路１１２ｂによる燃料油の供給量、および第２水供給路１１３ｂによる水タンク１０５からの第２エマルション装置１０２Ｂに対する水の供給量が調整される。

このように、本実施形態のエマルションエンジンシステム１００は、エンジン１０１に対する燃料の供給経路において互いに上流側・下流側の関係にある２つのエマルション装置１０２を備え、上流側の第１エマルション装置１０２Ａにおいてまず比較的低い燃料油の濃度で油水混合燃料を生成し、その油水混合燃料に燃料油を追加したものを下流側の第２エマルション装置１０２Ｂにおいて水と混合させることで、比較的高い燃料油の濃度の油水混合燃料を生成する。すなわち、エマルションエンジンシステム１００は、互いに直列に接続された２つのエマルション装置１０２を備え、各エマルション装置１０２における燃料油と水と混合作用を経ることで、油水混合燃料の燃料油の濃度を段階的に高くしている。

本実施形態のエマルションエンジンシステム１００は、まず、第１エマルション装置１０２Ａにおいて、燃料油タンク１０４から流体混合器１０内に導入される燃料油と、水タンク１０５からケーシング２内に導入される水とを混合し、燃料油と水の混合比が約５：５の油水混合燃料を生成する。そして、エマルションエンジンシステム１００は、第２エマルション装置１０２Ｂにおいて、第１エマルション装置１０２Ａにて生成され燃料油タンク１０４からの燃料油の追加を受けて流体混合器１０内に導入される油水混合燃料と、水タンク１０５からケーシング２内に導入される水とを混合し、燃料油と水の混合比が約８：２となるように油水混合燃料を生成する。

このように、エマルションエンジンシステム１００は、２段階で燃料油の濃度を高めており、第１エマルション装置１０２Ａにおける燃料油と水との混合比を第１の混合比とした場合、第１エマルション装置１０２Ａによって第１の混合比の油水混合燃料を生成し、その第１の混合比の油水混合燃料を用いて、第２エマルション装置１０２Ｂによって、第１の混合比よりも燃料油の濃度が高い第２の混合比の油水混合燃料を生成する。

本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００では、第１エマルション装置１０２Ａにおいて混合される流体に関し、流体混合器１０に導入される第１流体は、燃料油タンク１０４からの燃料油であり、ケーシング２内に導入される第２流体は、水タンク１０５からの水である。また、第２エマルション装置１０２Ｂにおいて混合される流体に関し、第１流体は、第１エマルション装置１０２Ａによって生成された油水混合燃料に燃料油が加えられたものであり、第２流体は、水タンク１０５からの水である。

なお、本実施形態では、第１エマルション装置１０２Ａと第２エマルション装置１０２Ｂとの間に介在する第１混合燃料通路１１８に導入する燃料油として、第１エマルション装置１０２Ａに供給する燃料油を貯溜する燃料油タンク１０４の燃料油を用いているが、第１混合燃料通路１１８に導入する燃料油を貯溜する燃料油タンクを燃料油タンク１０４とは別に設けてもよい。また、第２エマルション装置１０２Ｂに供給される水についても、第１エマルション装置１０２Ａに供給する水を貯溜する水タンク１０５とは別に設けた水タンクから供給する構成であってもよい。ただし、第１混合燃料通路１１８に導入する燃料油を貯溜する燃料油タンク、および第２エマルション装置１０２Ｂに供給する水を貯溜する水タンクについては、本実施形態のように燃料油タンク１０４および水タンク１０５を共用する構成を採用することで、エマルションエンジンシステム１００の装置構成を簡略なものにすることができる。

第２エマルション装置１０２Ｂで生成された油水混合燃料は、第２混合燃料通路１１１によりエンジン１０１に供給される。すなわち、第２エマルション装置１０２Ｂとエンジン１０１とは、第２エマルション装置１０２Ｂで生成された油水混合燃料をエンジン１０１に供給するための第２混合燃料通路１１１により互いに接続されている。第２混合燃料通路１１１の一端側（上流側）の端部は第２エマルション装置１０２Ｂの終端出口１０ｂに接続され、第２混合燃料通路１１１の他端側（下流側）の端部はエンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａに接続されている。

第２混合燃料通路１１１に、上述したポンプ１０６が設けられる。ポンプ１０６は、第２エマルション装置１０２Ｂにより生成されたエマルション燃料を吸引してエンジン１０１に供給するための構成である。したがって、第２エマルション装置１０２Ｂとエンジン１０１とを繋ぐ第２混合燃料通路１１１は、第２エマルション装置１０２Ｂの終端出口１０ｂとポンプ１０６の吸引口１０６ａとを互いに連通させる上流側通路部１１１ａと、ポンプ１０６の吐出口１０６ｂとエンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａとを互いに連通させる下流側通路部１１１ｂとを有する。

また、エマルションエンジンシステム１においては、エンジン１０１に供給される油水混合燃料についての余剰燃料を受け、この余剰燃料を燃料油と水とに分離するセパレータ１０７が設けられている。セパレータ１０７の流入側（始端側）には、燃料噴射弁１０１ａの手前となる第２混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂから分岐する燃料戻り配管１１４の一端側（下流側）が接続される。つまり、燃料戻り配管１１４の上流側部は、第２混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂに連通し、燃料戻り配管１１４の下流側端は、セパレータ１０７の流入側に連通接続される。

セパレータ１０７の流出側（終端側）には、セパレータ１０７において分離された燃料油を燃料油タンク１０４に戻すための燃料油戻り配管１１５と、セパレータ１０７において分離された水を水タンク１０５に戻すための水戻り配管１１６それぞれの一端側（上流側）が接続されている。すなわち、燃料油戻り配管１１５は、セパレータ１０７の流出側と燃料油タンク１０４内とを互いに連通させ、水戻り配管１１６は、セパレータ１０７の流出側と水タンク１０５内とを互いに連通させる。

セパレータ１０７は、燃料戻り配管１１４から戻った油水混合燃料を燃料油と水とに分離する機能を有する。セパレータ１０７は、例えば、燃料油と水の比重さを利用して燃料油と水とを互いに分離させるための分離タンクを有し、燃料戻り配管１１４から流入した油水混合燃料を分離タンクに所定時間貯溜することにより燃料油と水とを互いに分離させる。セパレータ１０７により分離された燃料油と水は、燃料油戻り配管１１５および水戻り配管１１６によりそれぞれ燃料油タンク１０４および水タンク１０５に戻される。

また、エマルションエンジンシステム１００においては、水タンク１０５から供給される水の凍結を防止するために、あるいは既に凍結した水を解凍するために、電気ヒータやエンジン１０１の排熱を利用することができる。具体的には、第１水供給路１１３ａおよび第２水供給路１１３ｂのそれぞれに、加熱部１０８（１０８ａ，１０８ｂ）を設ける。加熱部１０８は、例えば、水供給路１１３（１１３ａ，１１３ｂ）を構成する配管を囲繞する層部分（加熱層）として設けられる。加熱部１０８には、エンジン１０１から延出される排熱配管１１７が連通接続される。第１水供給路１１３ａに設けられた加熱部１０８ａには排熱配管１１７の第１分岐配管１１７ａが接続され、第２水供給路１１３ｂに設けられた加熱部１０８ｂには排熱配管１１７の第２分岐配管１１７ｂが接続される。

加熱部１０８は、排熱配管１１７によってエンジン１０１からの排熱の供給を受けることで、水供給路（１１３ａ，１１３ｂ）を介して水タンク１０５内あるいは水供給路（１１３ａ，１１３ｂ）内の水を加熱する。加熱部１０８には、電気ヒータ等の加熱手段が設けられてもよい。

以上のような構成を備える本実施形態のエマルションエンジンシステム１において重要な構成は以下の通りである。
（１）エマルション装置１０２として、エンジン１０１への燃料供給経路中でエンジン１０１の上流側直前に設置した第２エマルション装置１０２Ｂと、この第２エマルション装置１０２Ｂの上流側に設置した第１エマルション装置１０２Ａとを備えること。
（２）燃料油と水との混合比率について、第１エマルション装置１０２Ａでは燃料油：水を約５：５の比率とし、第２エマルション装置１０２Ｂでは燃料油８〜７に対し水２〜３の比率とすること。すなわち、第１エマルション装置１０２Ａにおいて、燃料油と水とを水約５０％、燃料油約５０％の混合比率で混合した後、第１エマルション装置１０２Ａからの油水混合燃料が通過する第１混合燃料通路１１８に対して第２燃料油供給路１１２ｂから燃料油を供給することで、第２エマルション装置１０２Ｂにおける燃料油と水との混合比率を燃料油約８０％、水約２０％とすること。
（３）エンジン１０１に油水混合燃料を供給するためのポンプ１０６の上流側に互いに直列に接続配置された第１エマルション装置１０２Ａおよび第２エマルション装置１０２Ｂが配設され、これらのエマルション装置１０２はポンプ１０６の吸引負圧を利用して燃料油と水とを混合する機能を有するものであること。
（４）エンジン１０１に供給される油水混合燃料の余剰燃料は、セパレータ１０７によって燃料油と水とに分離されて燃料油タンク１０４および水タンク１０５に戻され、第１エマルション装置１０２Ａおよび第２エマルション装置１０２Ｂにおいて混合されてエンジン１０１に戻されること。

なお、本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００は、第１エマルション装置１０２Ａおよび第２エマルション装置１０２Ｂによる２段階の油水の混合を行う構成であるが、これに限定されず、３つ以上のエマルション装置１０２を備え、３段階以上の油水の混合を行う構成であってもよい。

（エマルション装置の詳細な構成）
本実施形態のエマルションエンジンシステム１が備えるエマルション装置１０２の詳細な構成について説明する。エマルション装置１０２は、第１流体としての燃料油（第１エマルション装置１０２Ａの場合）、または燃料油と水とが混合された油水混合燃料（第２エマルション装置１０２Ｂの場合）と、第２流体としての水とを混合し、エマルション燃料としての油水混合燃料を生成する装置である。燃料油と水の混合によるエマルション化において、燃料油（または油水混合燃料）が連続相となり、水が分散相となる。エマルション装置１０２においては、流体混合器１０の始端入口１０ａから導入される流体が第１流体となり、流体混合器１０の周囲においてケーシング２内に導入される流体が第２流体となる。

なお、第１エマルション装置１０２Ａと第２エマルション装置１０２Ｂとは、始端入口１０ａから導入される流体（第１流体）が燃料油であるかあるいは油水混合燃料であるかという点以外は基本的には共通であるため、以下では、第１エマルション装置１０２Ａの場合について主に説明する。したがって、エマルション装置１０２の説明において、第１エマルション装置１０２Ａの説明における「燃料油」を「油水混合燃料」と適宜読み替えることで、第２エマルション装置１０２Ｂに対応した説明となる。

図２に示すように、エマルション装置１０２は、ケーシング２と、ケーシング２内に配置された流体混合器１０とを有する。ケーシング２内には、水タンク１０５から水供給路１１３により供給される水が収容されている。

流体混合器１０の一端側（基端側）には、始端入口１０ａを構成する第１連通路としての第１連通パイプ３を介して、一端側が燃料油タンク１０４に接続される第１燃料油供給路１１２ａの他端側が連通接続されている。流体混合器１０の他端側（先端側）には、終端出口１０ｂを構成する第２連通路としての第２連通パイプ５を介して、一端側が第２エマルション装置１０２Ｂの始端入口１０ａに接続される第１混合燃料通路１１８の他端が連通接続されている。第２エマルション装置１０２Ｂにおいては、流体混合器１０の基端側には、第１連通パイプ３を介して第１混合燃料通路１１８の下流側の端部が接続され、流体混合器１０の先端側には、第２連通パイプ５を介して、一端側がポンプ１０６の吸引口１０６ａに接続される第２混合燃料通路１１１の上流側通路部１１１ａの他端側が連通接続されている。

このような構成により、ポンプ１０６を吸引作動させることで、燃料油タンク１０４内の燃料油が第１燃料油供給路１１２ａを介して第１連通パイプ３から流体混合器１０内に導入されるとともに（矢印Ｆ１参照）、吸引効果により減圧された流体混合器１０内にケーシング２内の水が導入され（矢印Ｆ２参照）、流体混合器１０内で燃料油と水が混合され、エマルション化された混合流体としての油水混合燃料（エマルション燃料）が第２連通パイプ５から第１混合燃料通路１１８に流出される（矢印Ｆ３参照）。第２連通パイプ５から流出する油水混合燃料は、第１混合燃料通路１１８を通過して、第２エマルション装置１０２Ｂに供給される。第２エマルション装置１０２Ｂにおいては、第１混合燃料通路１１８を介して第１連通パイプ３から流体混合器１０内に導入された油水混合燃料が、流体混合器１０内において水と混合され、第２連通パイプ５から第２混合燃料通路１１１の上流側通路部１１１ａに流出される。第２エマルション装置１０２Ｂから流出した油水混合燃料は、上流側通路部１１１ａ、ポンプ１０６、下流側通路部１１１ｂを通過して、エンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａに供給される。

図２および図３に示すように、流体混合器１０は、筒軸方向の両端に開口部を有する円筒状の混合器本体１１と、混合器本体１１の外周を一定の間隔を保持して被覆する円筒状の被覆体３０とを有し、混合器本体１１と被覆体３０とによって略二重筒状に構成されている。混合器本体１１は、その基端部を被覆体３０から突出させるとともに、被覆体３０中に抜き差し自在に挿入された状態で設けられている。混合器本体１１および被覆体３０は、例えば合成樹脂等により薄肉軽量に形成され、構造簡易かつ安価に製造可能な構成となっている。しかも、被覆体３０から混合器本体１１を抜き取ることで、流体混合器１０を簡単に分解して、それぞれの洗浄作業やメンテナンス作業をすることができる。

混合器本体１１の基端部に、柔軟性素材により形成された第１連通パイプ３の先端部が着脱自在に外嵌されて連通連結されている。混合器本体１１の先端部外周面には、ゴム等の弾性素材にて円筒状に形成したスペーサ２０が外嵌され、スペーサ２０の外周面と被覆体３０の先端部内周面との間に、第２連通パイプ５の基端部が着脱自在に嵌入されて連通連結されている。このような構成により、流体混合器１０が第１連通パイプ３、第２連通パイプ５から簡単に着脱可能とされ、流体混合器１０の洗浄作業やメンテナンス作業の容易化が図られている。

混合器本体１１について説明する。図２〜図９に示すように、混合器本体１１は、一端開口部１２から他端開口部１３側に向かって漸次拡径させて漏斗状に形成した基端側筒状部１６と、基端側筒状部１６の終端から他端開口部１３まで略同径に形成した円筒状の先端側筒状部１７および先端筒状部１８とから、全体として直状に形成されている。第２エマルション装置１０２Ｂにおいては、他端開口部１３に、第２連通パイプ５および第２混合燃料通路１１１の上流側通路部１１１ａを介してポンプ１０６の吸込口が連通連結されている。

図６において、寸法Ｌ１は混合器本体１１の長手幅（長さ）であり、寸法Ｌ２は基端側筒状部１６の長手幅である。また、角度θ１は基端側筒状部１６の周面傾斜角度である。図６および図９において、寸法Ｄ１は一端開口部１２の内径であり、寸法Ｄ２は他端開口部１３の内径であり、寸法Ｄ３は先端側筒状部１７の内径である。

先端側筒状部１７の周壁は、軸線方向に軸線方向幅Ｌ３〜Ｌ７の間隔で五等分割され、各軸線方向幅Ｌ３〜Ｌ７内には、その長手方向との間に一定の鋭角θ２（例えば、２０°〜３０°の範囲内の角度）をなして伸延するスリット状の本体導入孔１５が形成されている。本実施形態では５個の本体導入孔１５が形成されている。そして、各本体導入孔１５は、先端側筒状部１７の周壁に描いた単一仮想螺旋Ｓに沿わせて配置されるとともに、複数の本体導入孔１５は、単一仮想螺旋Ｓの伸延方向に一定の間隔を開けて配置されている。各本体導入孔１５の伸延方向は単一仮想螺旋Ｓに沿っている。単一仮想螺旋Ｓは、図７に示すように、先端側筒状部１７を展開させた状態では仮想直線を描いており、この仮想直線上に一定の間隔を開けてスリット状の本体導入孔１５が形成されている。そして、円筒状に屈曲して形成された本来の先端側筒状部１７において、この仮想直線が単一仮想螺旋Ｓを描いている。寸法Ｌ８は先端筒状部１８の軸線方向幅（長さ）である。

各本体導入孔１５は、単一仮想螺旋Ｓ上において、先端側筒状部１７の周壁の一部を切欠するとともに、他端開口部１３側の一端を円周方向に切欠した一側端縁部１７ａを内方へ屈曲させることで、一端開口部１２側から他端開口部１３側に向かって漸次拡径状に開口させて形成されている。寸法Ｗ１は本体導入孔１５の最大開口幅である。なお、本体導入孔１５の個数は、特に限定されず、例えば１０個以上等、多数の本体導入孔１５が形成されてもよい。

一側端縁部１７ａは、外方（先端側筒状部１７の半径方向）へ凸状に屈曲する外表面が本体導入孔１５から導入される水の導入案内面として機能する一方、内表面が旋回流動される水の旋回案内面として機能する（矢印Ｆ２参照）。したがって、単一仮想螺旋Ｓに沿わせて配置された各本体導入孔１５を形成する一側端縁部１７ａが水を堅実に螺旋状に旋回案内する。

混合器本体１１内には、図２に示すように、一端開口部１２からポンプ１０６により吸引して導入した燃料油（矢印Ｆ１参照）を軸線方向に流動させて他端開口部１３から導出する直状の軸線流路１４が形成されている。また、混合器本体１１の先端側筒状部１７の周縁部には、螺旋流路１９が形成されている。螺旋流路１９では、本体導入孔１５から導入された水が先端側筒状部１７の内周面に沿って軸線流路１４の軸線を中心として軸線流路１４の外周を螺旋状に旋回されながら流動される。そして、螺旋流路１９を流動する水が、軸線流路１４を流動する燃料油に剪断・分散作用して混和し、混和した後に他端開口部１３から混合流体として導出される（矢印Ｆ３参照）。

次に、被覆体３０について説明する。被覆体３０は、図４、図５、図１０および図１１に示すように、一端開口部３１から他端開口部３２に向かって漸次拡径させて漏斗状に形成した被覆基端筒状部３３と、被覆基端筒状部３３の終端から他端開口部３２に向かって略同径にて伸延する円筒状の被覆本体３４と、被覆本体３４の終端から他端開口部３２まで伸延する円筒状の被覆先端筒状部３５とから、全体として直状に形成されている。一端開口部３１の内周縁部には、混合器本体１１の基端側筒状部１６の外周面中途部が当接するようにしている。図１０において、寸法Ｌ９は被覆体３０の長手幅であり、寸法Ｌ１０は被覆基端筒状部３３の軸線幅であり、寸法Ｌ１１は被覆本体３４の長手幅であり、寸法Ｌ１２は被覆先端筒状部３５の軸線幅である。また、寸法Ｄ４は一端開口部３１の内径であり、寸法Ｄ５は他端開口部３２の内径である。θ３は被覆基端筒状部３３の周面傾斜角度であり、周面傾斜角度θ３＞周面傾斜角度θ１となっている。

被覆本体３４の周壁には、全幅にわたって長手方向に沿って直状に伸延するスリット状の被覆体導入孔３６が複数形成されている。本実施形態では２個の被覆体導入孔３６が形成されている。２個一対の被覆体導入孔３６は、被覆体３０の軸線を中心とする点対称の位置に配置されている。各被覆体導入孔３６は、被覆本体３４の長手幅Ｌ１１にわたって周壁を軸線方向に直状に切欠するとともに、両端を円周方向に切欠した一側端縁部３４ａを内方へ屈曲させることで、一端開口部１２から他端開口部１３に向かって略同一幅に開口させて形成されている。

一側端縁部３４ａは、外方（被覆本体３４の半径方向）へ凸状に屈曲する外表面が被覆体導入孔３６から導入される水の導入案内面として機能する一方、内表面が旋回流動される水の旋回案内面として機能する（矢印Ｆ２参照）。したがって、点対称の位置に配置された一対の被覆体導入孔３６を形成する一側端縁部３４ａが水を堅実に旋回案内する。

被覆本体３４の内周面と混合器本体１１の先端側筒状部１７の外周面との間には、図３に示すように一定の間隔Ｗ３が保持された円筒状の旋回流路３７が形成されている。この旋回流路３７内で水が旋回流動される（矢印Ｆ２参照）。ここで、旋回流路３７の幅となる一定の間隔Ｗ３は、混合器本体１１の内径以下でその内径の半分以上、好ましくは、その内径と略同径の寸法とされる。そして、旋回流路３７では、被覆体導入孔３６から導入された水が被覆本体３４の内周面に沿って軸線流路１４の軸線を中心に旋回されながら流動するとともに、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に導入される。図１１に示す寸法Ｗ２は、被覆体導入孔３６の最大開口幅である。このように、旋回流路３７は、被覆体３０の周壁に形成された被覆体導入孔３６から導入された燃料油を被覆体３０の内周面に沿わせて軸線流路１４の軸線を中心に旋回させながら流動させて混合器本体１１の本体導入孔１５に導入させる。すなわち、流体混合器１０においては、被覆体３０の被覆体導入孔３６が外側導入孔として機能し、混合器本体１１の本体導入孔１５が内側導入孔として機能する。

被覆本体３４の周壁に形成した被覆体導入孔３６の長手幅Ｌ１１内には、混合器本体１１の先端側筒状部１７の周壁に形成した５個の本体導入孔１５が配置されている。被覆体導入孔３６を通して被覆本体３４内に導入された水は、旋回流路３７内で旋回されながら５個の本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に導入される（矢印Ｆ２参照）。

以上のように混合器本体１１および被覆体３０を有する流体混合器１０によれば、次のような作用が得られる。図２および図３に示すように、混合器本体１１内の軸線流路１４を燃料油が軸線方向に沿って流動されると（矢印Ｆ１参照）、混合器本体１１内の軸線流路１４が減圧される。そして、その減圧効果から生じる吸引によりケーシング２内に収容した水は、被覆体導入孔３６を通して被覆本体３４内に旋回されながら導入されて、被覆本体３４内の旋回流路３７で旋回流動される（矢印Ｆ２参照）。さらに、旋回流路３７で旋回流動されている水は、本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に導入されるとともに、軸線流路１４を軸線流動されている燃料油（矢印Ｆ１）の周囲にて螺旋状に旋回流動されて、螺旋流路１９の全域において、燃料油と旋回混流される。また、このようにして、燃料油と水とが旋回混流されて混合された混合流体としての油水混合燃料が生成され、油水混合燃料は、他端開口部１３から導出される（矢印Ｆ３参照）。このように、流体混合器１０は、軸線流路１４を軸線流動する燃料油と、その周囲を螺旋状に旋回流動する水とを、螺旋流路１９の全域において混合させて他端開口部１３から導出させるように構成されている。

この際、水は、旋回流路３７で予備的に軸線流路１４の軸線を中心に旋回され、続いて、螺旋流路１９を通して軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回流動される。つまり、軸線流路１４の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら旋回される。そのため、旋回流動されている水が、軸線中心側で加速されて高速で燃料油に剪断作用する。その結果、燃料油は微細かつ均等に分散される。したがって、燃料油に水を高速で旋回混流させることができて、燃料油と水を均一に混和させることができる。

また、混合器本体１１の基端側筒状部１６を漸次拡径させて形成しているため、基端側筒状部１６内を流動される燃料油の分散性を漸次高めることができる。先端側筒状部１７を基端側筒状部１６の終端から先端筒状部１８まで略同径に形成して、先端側筒状部１７内において水が螺旋状に旋回流動されるようにしているため、基端側筒状部１６から先端側筒状部１７に流動される燃料油と、先端側筒状部１７において螺旋状に旋回流動される水との混和性と旋回性を促進させることができる。

また、本体導入孔１５は、先端側筒状部１７の周壁にその長手方向に対して（長手方向との間に）一定の鋭角θ２をなして伸延するスリット状に５個形成され、その５個の本体導入孔１５は、単一仮想螺旋Ｓに沿わせてかつその伸延方向に間隔を開けて配置されている。このような構成により、本体導入孔１５から導入された水は混合器本体１１内で堅実に螺旋状に旋回される。また、被覆体導入孔３６が被覆本体３４の周壁にその長手方向に沿って伸延するスリット状に形成されているため、被覆体導入孔３６から導入された水は被覆本体３４の内周面に沿って流動されて堅実に旋回される。したがって、水が、外周における予備的な旋回流から内周における螺旋状の旋回流に変化して、高速の旋回流となって燃料油に堅実に剪断・分散化作用する。その結果、燃料油がサブマイクロレベルで微細化かつ均一化される。このように、本実施形態の流体混合器１０は、少なくとも軸線流路１４と螺旋流路１９を具備するとともに、これらの流路１４,１９に加えて旋回流路３７を具備している。

なお、本実施形態では、流体混合器１０を備えたエマルション装置１０２により、いずれも液体である燃料油と水（第１エマルション装置１０２Ａ）、あるいは燃料油の水の混合物である油水混合燃料と水（第２エマルション装置１０２Ｂ）を混合させる場合について説明したが、これらの場合に限らず、同様の構成を用いて燃料油に対して水以外の液体あるいは気体を混合させることもできる。つまり、第１流体である燃料油または油水混合燃料と混合される第２流体（他の流体）としては、水等の液体および気体を含む。また、流体混合器１０を形成する各部の大きさ等は、燃料油および水の粘度等に適応させて適宜設定される。

続いて、上述したような構成を備える流体混合器１０と、流体混合器１０を収容するケーシング２との互いの間の支持構造の一例について、図１２を用いて説明する。図１２に示すように、ケーシング２は、円筒状の外形をなす閉塞ケース状に構成されており、流体混合器１０の大部分を囲繞する。ケーシング２は、被覆基端筒状部３３の基端部外周面と第２連通パイプ５の基端部外周面との間に位置する被覆体３０の部分を囲繞するように構成されている。

ケーシング２は、円筒状の周壁形成部４０と、周壁形成部４０の筒軸方向の一側端部を塞ぐ一側端壁形成部４１と、周壁形成部４０の筒軸方向の他側端部を塞ぐ他側端壁形成部４２とを有し、内部に水を収容可能に構成されている。ケーシング２は、一側端壁形成部４１および他側端壁形成部４２に被覆体３０の長手方向の両端部をそれぞれ貫通させた状態で、一側端壁形成部４１と他側端壁形成部４２との間に被覆体３０を架設させた態様で、流体混合器１０を支持する。ケーシング２は、円筒状の周壁形成部４０に対して流体混合器１０を同心配置させた状態で支持する。ケーシング２の一側端壁形成部４１には、一側端壁形成部４１から外側に向けて円筒状に突出する部分であって被覆基端筒状部３３の中途部周面を取り囲む基端側取付部４３が設けられている。ケーシング２の他側端壁形成部４２には、他側端壁形成部４２から外側に向けて円筒状に突出する部分であって被覆先端筒状部３５の基端部外周面を取り囲む先端側取付部４４が設けられている。

周壁形成体６０の基端側には、水供給路１１３の下流側の端部を構成する水供給パイプ４５の先端部が連通連結されている。そして、水供給パイプ４５の先端開口部４６は、周壁形成体６０の内周面でかつ下流側に指向させて設けられており、先端開口部４６から吸引・流入される水が被覆体３０の軸線廻りに螺旋状の旋回流をなすように構成されている。

このように構成することによって、燃料油が混合器本体１１内を吸引・流動されると、混合器本体１１内が減圧されて、水タンク１０５内の水が水供給路１１３から水供給パイプ４５を通して先端開口部４６からケーシング２内に吸引・流入され、吸引・流入された水が被覆体３０の軸線廻りに螺旋状の旋回流を形成する。その結果、ケーシング２内には予備的な旋回流路３７が形成されて、水が旋回されながら被覆体導入孔３６を通して被覆体３０内に吸入される。なお、ケーシング２の形状は円筒状に限らず例えば直方体状等であってもよい。

（流体混合器の変形例１）
流体混合器の第１変形例について、図１３および図１４を用いて説明する。図１３および図１４に示すように、流体混合器の第１変形例としての流体混合器１０Ａにおいては、被覆本体３４に、その内周面の接線方向に直状に伸延して被覆本体３４を貫通する被覆体導入孔７０が多数個整列させて形成されている。すなわち、被覆体導入孔７０は、被覆本体３４の軸線方向に一定の間隔をあけて形成されるとともに、円周方向に一定の間隔をあけて形成している。図に示す例では、被覆体導入孔７０は、円周廻りに６０°の間隔をあけて６個形成されている。そして、円周方向に隣接する被覆体導入孔７０は、被覆本体３４の外周面においてその軸線方向に伸延する略仮想螺旋上に配置されている。

第１変形例の流体混合器１０Ａは、図１４に示すように、被覆本体３４内には多数個の被覆体導入孔７０のそれぞれを通して水が反時計廻りに吸入されるように構成されている。そして、被覆本体３４内の旋回流路３７では、水が混合器本体１１の内周面に沿って、その軸線廻りに螺旋状の旋回流となる（矢印Ｆ２参照）。旋回流となった水は、反時計廻りに旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入される。

（流体混合器の変形例２）
流体混合器の第２変形例について、図１５および図１６を用いて説明する。図１５および図１６に示すように、流体混合器の第２変形例としての流体混合器１０Ｂにおいては、被覆体３０が省略されており、流体混合器１０Ｂは、混合器本体１１のみから構成されている。この変形例の場合における流体混合器１０Ｂとケーシング２との互いの支持構造の一例を、図１６に示す。

図１６に示すように、第２変形例としての流体混合器１０Ｂは、円筒状の外形をなす閉塞ケース状に構成されたケーシング２により大部分が囲繞された状態で設けられる。流体混合器１０Ｂにおいては、基端側筒状部１６の中途部外周面と第２連通パイプ５の基端部外周面との間に位置する混合器本体１１の部分がケーシング２により囲繞される。

そして、流体混合器１０Ｂは、ケーシング２の一側端壁形成部４１および他側端壁形成部４２に混合器本体１１の長手方向の両端部をそれぞれ貫通させた状態で、一側端壁形成部４１と他側端壁形成部４２との間に混合器本体１１を架設させた態様で支持される。流体混合器１０Ｂは、円筒状の周壁形成部４０に対して同心配置された状態で支持される。また、一側端壁形成部４１の基端側取付部４３により、基端側筒状部１６の中途部周面が取り囲まれ、他側端壁形成部４２の先端側取付部４４により、第２連通パイプ５の基端部外周面が取り囲まれる。なお、周壁形成部４０の基端側には、図１２に示す場合と同様に、水供給路１１３の下流側の端部を構成する水供給パイプ４５の先端部が連通連結されており、水供給パイプ４５の先端開口部４６から吸引・流入される水が混合器本体１１の軸線廻りに螺旋状の旋回流をなすように構成されている。

このように構成することによって、燃料油が混合器本体１１内を吸引・流動されると、混合器本体１１内が減圧されて、水タンク１０５内の水が水供給パイプ４５を通して先端開口部４６からケーシング２内に吸引・流入され、吸引・流入された水が混合器本体１１の軸線廻りに螺旋状の旋回流を形成する。その結果、ケーシング２内には予備的な旋回流路３７が形成されて、水が旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入される。

（流体混合器の変形例３）
流体混合器の第３変形例について、図１７を用いて説明する。図１７に示すように、流体混合器の第３変形例としての流体混合器１０Ｃは、第２変形例としての流体混合器１０Ｂと基本的構造を同じくしているが、ケーシング２を周壁形成部４０の内周面に螺旋状の旋回手段５０を配設して構成し、ケーシング２内に吸引・流入された水が混合器本体１１の軸線廻りに堅実な螺旋状の旋回流となされるようにして、ケーシング２内に予備的な旋回流路３７が形成されるようにしている点で異なる。

旋回手段５０は、円筒状の周壁形成部４０の内周面に沿わせて、帯状の旋回案内片５１を周壁形成部４０の軸線廻りに螺旋状かつ周壁形成部４０の内方に凸条に取り付けて構成されている。そして、ケーシング２内に吸引・流入された水が旋回案内片５１の側壁に沿って流動されて、周壁形成部４０の軸線廻りに螺旋状かつ周壁形成部４０の内方に凸条に混合器本体１１の外周で形成されて、堅実に旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入される。なお、旋回手段５０は、円筒状の周壁形成部４０の内周面に凹条溝を周壁形成部４０の軸線廻りに螺旋状に形成して構成し、水が凹条溝に沿って螺旋状の旋回流となされて、旋回されながら本体導入孔１５を通して混合器本体１１内に吸入されるように構成することもできる。

このように、第３変形例では、エマルション装置に、ケーシング２に旋回手段５０を配設した構成とすることで、ケーシング２に予備的な旋回流路３７を堅実に形成する旋回流路形成機能を持たせている。つまり、第３変形例では、ケーシング２と旋回手段５０を含む構成が、旋回流路形成機能を有する被覆体３０としても機能するように構成されている。

本実施形態に係るエマルション装置１０２を構成する流体混合器１０の構成とそれに対応する作用は次のとおりである。

本実施形態に係る流体混合器１０は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体１１を有し、この混合器本体１１には、一端開口部１２から導入した燃料油を軸線方向に流動させて他端開口部１３から導出する軸線流路１４と、ケーシング２内に収容した燃料油をその流動による減圧効果から生じる吸引により混合器本体１１の周壁に形成した本体導入孔１５を介して燃料油の軸線流路１４の外周から導入した水を混合器本体１１の内周面に沿わせて軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回させながら流動させて燃料油と水とを混合して他端開口部１３から導出する螺旋流路１９とが形成されている。

このような構成によれば、水を収容したケーシング２内に流体混合器１０を配置し、燃料油を混合器本体１１の一端開口部１２から他端開口部１３に向けて軸線流路１４を通して軸線方向に沿って流動させる（他端開口部１３側からポンプ１０６で引き入れる）ことで、軸線流路１４内を減圧させることができて、水を本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込みながら導入することができる。続いて、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入された水は、軸線流路１４を流動している燃料油の周囲にて螺旋流路１９を通して螺旋状に旋回流動されて、燃料油を螺旋流路１９の全域において剪断・分散する。その結果、燃料油と水が均一に混和される。この際、水は、螺旋流路１９を通して軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回流動される。つまり、軸線流路１４の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら旋回される。そのため、旋回流動が軸線中心側で加速されて高速で燃料油に剪断作用し、燃料油を微細かつ均等に分散する。

また、本実施形態に係る流体混合器１０は、混合器本体１１の外周を一定の間隔を保持して被覆する被覆体３０を有し、被覆体３０に、その周壁に形成した被覆体導入孔３６から導入した水を被覆体３０の内周面に沿わせて軸線流路１４の軸線を中心に旋回させながら流動させて混合器本体１１の本体導入孔１５に導入させる旋回流路３７を形成して、軸線流路１４を軸線流動する燃料油と、その周囲を螺旋状に旋回流動する水とを、螺旋流路１９の全域において混合させて他端開口部１３，３２から導出させるようにしている。

このような構成によれば、水を収容したケーシング２内に流体混合器１０を配置し、燃料油を混合器本体１１の一端開口部１２から他端開口部１３に向けて軸線流路１４を通して軸線方向に沿って流動させる（他端開口部１３側からポンプ１０６で引き入れる）。そうすることで、軸線流路１４内を減圧させることができて、水を被覆体３０の被覆体導入孔３６から被覆体導入孔３６内に引き込みながら導入することができる。そして、被覆体３０内に導入された水は、旋回流路３７を通して旋回されるとともに、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入される。続いて、混合器本体１１の本体導入孔１５から混合器本体１１内に引き込まれながら導入された水は、軸線流路１４を流動している燃料油の周囲にて螺旋流路１９を通して螺旋状に旋回流動されて、燃料油を螺旋流路１９の全域において剪断・分散する。その結果、燃料油と水が均一に混和される。この際、水は、旋回流路３７で予備的に軸線流路１４の軸線を中心に旋回され、続いて、螺旋流路１９を通して軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回流動される。つまり、軸線流路１４の外周側から軸線中心（同芯）に向けて漸次旋回半径を小さくしながら旋回される。そのため、旋回流動が軸線中心側で加速されて高速で燃料油に剪断作用し、燃料油を微細かつ均等に分散する。

また、流体混合器１０は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体１１と、混合器本体１１の外周を一定の間隔を保持して被覆する被覆体３０とで構成することができるため、合成樹脂等により軽量で構造簡易かつ安価に製造することができる。

また、本実施形態に係る流体混合器１０においては、混合器本体１１は、一端開口部１２から他端開口部１３に向かって漸次拡径させて形成した基端側筒状部１６と、基端側筒状部１６の終端から他端開口部１３まで略同径に形成した先端側筒状部１７とを具備し、先端側筒状部１７の周壁には、その長手方向との間に一定の鋭角をなして伸延するスリット状の本体導入孔１５を複数個形成するとともに、各本体導入孔１５は単一仮想螺旋に沿わせてかつその伸延方向に間隔を開けて配置されている。

このような構成によれば、混合器本体１１の基端側筒状部１６を漸次拡径させて形成し、先端側筒状部１７を基端側筒状部１６の終端から他端開口部１３まで略同径に形成して、先端側筒状部１７内において水が螺旋状に旋回流動されるようにしているため、基端側筒状部１６から先端側筒状部１７に流動される燃料油と、先端側筒状部１７において螺旋状に旋回流動される水との混和性と旋回性を促進させることができる。この際、本体導入孔１５は、先端側筒状部１７の周壁には、その長手方向との間に一定の鋭角をなして伸延するスリット状に複数個形成するとともに、複数個の本体導入孔１５は単一仮想螺旋上に配置しているため、本体導入孔１５から導入された水は混合器本体１１内で堅実に螺旋状に旋回される。

また、本実施形態に係る流体混合器１０においては、被覆体３０の周壁には、その長手方向に沿って伸延するスリット状の被覆体導入孔３６が形成されている。

このような構成によれば、被覆体導入孔３６を被覆体３０の周壁にその長手方向に沿って伸延するスリット状に形成しているため、被覆体導入孔３６から導入された水は被覆体３０の内周面に沿って流動されて堅実に旋回される。したがって、水が、外周における予備的な旋回流から内周における螺旋状の旋回流に変化して、高速の旋回流となって燃料油に剪断・分散化作用する。その結果、燃料油がサブマイクロレベルで微細化かつ均一化される。

また、本実施形態に係るエマルション燃料の生成方法は、ポンプ１０６により吸引されて軸線流路１４をその軸線方向に沿って流動する燃料油と、その外周において、旋回流路３７を通して旋回流動させた後に、燃料油の流動による減圧効果から生じる吸引により螺旋流路１９を通して螺旋状に旋回流動する水とを、軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回させて流動させながら混合するものである。

このような方法によれば、軸線流路１４をその軸線方向に沿って流動する燃料油に対して、その外周において、旋回流路３７を通して予備的に旋回流動させた後に、螺旋流路１９を通して高速化して螺旋状に旋回流動する水を、軸線流路１４の軸線方向に流動させながら混和させることができる。その結果、水が微細化されるとともに、燃料油に均一に分散される。

また、本実施形態に係るエマルション燃料の生成方法は、水を収容したケーシング２内において、軸線流路１４内に燃料油をポンプ１０６により吸引して導入し、軸線流路１４内の軸線方向に沿う燃料油の流動による減圧効果から生じる吸引により、ケーシング２内に収容した水を軸線流路１４内に導入するとともに、軸線流路１４の軸線を中心とする螺旋状に旋回させながら燃料油と水とを混合させるものである。

このような方法によれば、軸線流路１４内で燃料油を軸線方向に沿って流動させることで軸線流路１４内を減圧して、水を旋回させながら導入して燃料油に剪断・分散化作用させることができる。そのため、水の微細化と燃料油への均一化を良好に確保することができる。しかも、かかる混合流体を短時間に安価に生成することができる。

以上説明したような本実施形態のエマルションエンジンシステム１００によれば、エンジン周りの構造を簡単な構造にすることができるとともに、燃料油と水とを混合してエマルション化させたエマルション燃料についてエマルション化した状態を長期にわたって保持することが可能であり、燃料油と水とが互いに分離することに起因する不具合を解消することができる。

本実施形態のエマルションエンジンシステム１００によれば、エンジン１０１の燃焼室の直前において、負圧吸引作用によるせん断力により微粒子化した水粒子と燃料油とが混合してエマルション化されるので、完全にエマルション化された状態の油水混合燃料をエンジン１０１に燃焼燃料として供給することができる。このため、エンジン１０１における燃焼効率の向上を図ることができ、しかも、エンジン１０１の燃焼室の直前で油水混合するためにエンジン１０１に供給する前に水と燃料油とが分離する恐れがなく完全にエマルション化した状態の燃料を効率よくエンジンに供給することができる。

また、本実施形態のエマルションエンジンシステム１００は、エンジン１０１に供給される油水混合燃料についての余剰燃料を燃料油と水とに分離するセパレータ１０７を備える。これにより、余剰燃料が燃料油と水とに分離されて再度精製、混合（エマルション化）されてエンジン１０１の燃焼室に供給されることになるため、有益な燃料消費効率を保持することができる。

また、本実施形態に係るエマルション装置１０２によれば、構造簡易で安価に分散相をマイクロレベルないしサブマイクロレベルに微細化するとともに均一化することができる。つまり、マイクロレベルからサブマイクロレベルの微粒の水滴を生成することができる。具体的には、水滴の粒子径が１〜１００μｍ程度のエマルション燃料を得ることができる。特に、例えば図２に示すように混合器本体１１と被覆体３０とを有する流体混合器１０を備える構成によれば、エマルション燃料の水滴の大部分の粒子径を約１μｍにすることができ、サブマイクロレベルの極めて微粒の水滴を生成することができるという優れた性能を得ることができる。また、界面活性剤等の乳化剤なしで、長期（例えば数か月）にわたって安定的なマイクロエマルションを生成することができ、しかも粒子径が均一な水滴を生成できるという優れた性能も得ることができる。このように、本実施形態に係るエマルション装置１０２によれば、極めて優れたエマルション生成能力（流体混合能力）を得ることができる。なお、エマルション装置１０２において生成されるエマルションの平均粒子径及び粒子数等にその粘性の影響はほとんど無く、粒子径はポンプ圧、粒子数は導入量によって支配されることが実験等により確認されている。

［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について説明する。なお、以下の説明では、第１実施形態と共通の部分については同一の符号を付する等して説明を適宜省略する。本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００Ａは、第１実施形態のエマルションエンジンシステム１００との比較において、第１エマルション装置１０２Ａにより得られた油水混合燃料に燃料油を追加するのではなく、第１エマルション装置１０２Ａにより生成された油水混合燃料を、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内に供給する構成を採用する。

すなわち、本実施形態では、第２エマルション装置１０２Ｂにおいて、水タンク１０５からの水に代えて、第１エマルション装置１０２Ａで生成された油水混合燃料がケーシング２内に導入され、第１エマルション装置１０２Ａで生成された油水混合燃料に代えて、燃料油タンク１０４からの燃料油が流体混合器１０内に供給される。したがって、本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ａは、第１実施形態のエマルションエンジンシステム１００が備える第１燃料油供給路１１２ａおよび第１混合燃料通路１１８に代えて、図１８に示すように、燃料油タンク１０４と第１エマルション装置１０２Ａとの間に介設された第２燃料油供給路１２２、および第１エマルション装置１０２Ａと第２エマルション装置１０２Ｂとの間に介設された第１混合燃料通路１２８を有する。

具体的には、図１８に示すように、エマルションエンジンシステム１００Ａにおいては、燃料油タンク１０４から、第２エマルション装置１０２Ｂの流体混合器１０に燃料油を供給するための第２燃料油供給路１２２が延設されている。すなわち、第２燃料油供給路１２２の一端側（上流側）の端部は、燃料油タンク１０４に接続され、第２燃料油供給路１２２の他端側（下流側）の端部は、第２エマルション装置１０２Ｂの流体混合器１０の始端入口１０ａに接続されている。かかる構成により、燃料油タンク１０４の燃料油は、第１燃料油供給路１１２ａによる第１エマルション装置１０２Ａへの供給と同様にして、第２燃料油供給路１２２によって第２エマルション装置１０２Ｂに供給される。

また、第１エマルション装置１０２Ａで生成された油水混合燃料は、第１混合燃料通路１２８により、第１エマルション装置１０２Ａの下流側に位置する第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内に供給される。すなわち、第１エマルション装置１０２Ａと第２エマルション装置１０２Ｂとは、第１混合燃料通路１２８により互いに接続されている。第１混合燃料通路１２８の一端側（上流側）の端部は、第１エマルション装置１０２Ａの終端出口１０ｂに接続され、第１混合燃料通路１２８の他端側（下流側）の端部は、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２に対して連通接続されている。また、第１混合燃料通路１２８には、第１エマルション装置１０２Ａにより得られた油水混合燃料を吸引して第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内へと圧送ためのポンプ１２９が設けられている。

このように、本実施形態では、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内には、水タンク１０５からの水ではなく、第１エマルション装置１０２Ａで生成された油水混合燃料が導入される。したがって、第１実施形態において水タンク１０５から第２エマルション装置１０２Ｂに対して延設される第２水供給路１１３ｂ（図１参照）が省略されている。すなわち、本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ａでは、第１エマルション装置１０２Ａにおいて混合される流体に関し、流体混合器１０に導入される第１流体は、燃料油タンク１０４からの燃料油であり、ケーシング２内に導入される第２流体は、水タンク１０５からの水である。また、第２エマルション装置１０２Ｂにおいて混合される流体に関し、第１流体は燃料油タンク１０４からの燃料油であり、第２流体は第１エマルション装置１０２Ａからの油水混合燃料である。

以上のような構成を備える本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ａは、まず、第１エマルション装置１０２Ａにおいて、燃料油タンク１０４から流体混合器１０内に導入される燃料油と、水タンク１０５からケーシング２内に導入される水とを混合し、燃料油と水の混合比が約５：５の油水混合燃料を生成する。そして、エマルションエンジンシステム１００Ａは、第１エマルション装置１０２Ａで得た油水混合燃料に第２エマルション装置１０２Ｂにおいて燃料油を混合することで、燃料油と水の混合比が約８：２の油水混合燃料を得る。すなわち、エマルションエンジンシステム１００Ａは、第２エマルション装置１０２Ｂにおいて、燃料油タンク１０４から流体混合器１０内に導入される燃料油と、第１エマルション装置１０２Ａにて生成されケーシング２内に導入される油水混合燃料とを混合し、燃料油と水の混合比が約８：２となるように油水混合燃料を生成する。

このように、エマルションエンジンシステム１００Ａは、２段階で燃料油の濃度を高めており、第１エマルション装置１０２Ａにおける燃料油と水との混合比を第１の混合比とした場合、第１エマルション装置１０２Ａによって第１の混合比の油水混合燃料を生成し、その第１の混合比の油水混合燃料を用いて、第２エマルション装置１０２Ｂによって、第１の混合比よりも燃料油の濃度が高い第２の混合比の油水混合燃料を生成する。

［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００Ｂは、図１９に示すように、第２実施形態の構成において、第１エマルション装置１０２Ａから第２エマルション装置１０２Ｂに供給された油水混合燃料から分離した水（他の流体）をセパレータ１０７に導くための戻り配管１３１を備える。

図１９に示すように、本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００Ｂは、第１エマルション装置１０２Ａから第１混合燃料通路１２８によって第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内に導かれた油水混合燃料がそのケーシング２内において分離することで生じた水を、戻り配管１３１によってセパレータ１０７へ戻すように構成されている。すなわち、戻り配管１３１は、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内において油水混合燃料が分離することで生じた水をケーシング２から抜き出すための構成である。

上述したように、第２実施形態の構成においては、第１エマルション装置１０２Ａで生成された混合比が約５：５の油水混合燃料が、第１混合燃料通路１２８により第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内に供給される。この第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内に供給された油水混合燃料は、時間の経過や周囲の状況等により燃料油と水に分離する可能性がある。そこで、本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ｂにおいては、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内で生じた水を戻り配管１３１により抜き出し、セパレータ１０７へと導く構成を採用する。

具体的には、図１９に示すように、戻り配管１３１の一端側（上流側）の端部は、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２における所定の位置に連通接続される。ここで、例えば、ケーシング２内において分離した水は、燃料油と水の比重の関係から、重力の影響によってケーシング２の下側の部分に滞留することになる。このため、戻り配管１３１の一端側（上流側）の端部は、ケーシング２において水が滞留することになる下側の部分に対して連通接続される。また、戻り配管１３１の他端側（下流側）の端部は、セパレータ１０７への油水混合燃料の導入経路であって第２混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂから分岐する燃料戻り配管１１４の中途部に連通接続される。ただし、戻り配管１３１は、燃料戻り配管１１４とは別配管としてセパレータ１０７に直接的に接続されてもよい。

このような構成においては、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内において油水混合燃料が分離することにより生じた水、あるいは水の割合が高い油水混合燃料が、戻り配管１３１によってセパレータ１０７へと導かれる。戻り配管１３１には、例えば、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２からセパレータ１０７側への一方向の流れを形成するための逆止弁等の弁機構や、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２から水を抜き出してセパレータ１０７に導くためのポンプ等が適宜設けられる。

以上のような本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ｂによれば、第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内において油水混合燃料の分離が生じた場合であっても、ケーシング２内から水を排出することが可能となる。これにより、第２エマルション装置１０２Ｂの流体混合器１０において燃料油タンク１０４から第２燃料油供給路１２２によって供給される燃料油と混合される対象となる第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内の油水混合燃料について、分離することによって混合比率が変化することを抑制することができる。したがって、第２エマルション装置１０２Ｂから第２混合燃料通路１１１によって油水混合燃料を供給する構成において、所定の混合比率の油水混合燃料をエンジン１０１に安定して供給することが可能となる。つまり、第２エマルション装置１０２Ｂにより生成される油水混合燃料の燃料油と水の混合比率の安定性を向上させることができる。

［第４実施形態］
本発明の第４実施形態について説明する。本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００Ｃは、エンジン１０１に供給される油水混合燃料の余剰燃料に関し、上述したようにセパレータ１０７により燃料油と水とを互いに分離して燃料油タンク１０４および水タンク１０５の各タンクに戻す構成に代えて、余剰燃料を油水混合燃料のまま第１エマルション装置１０２Ａのケーシング２内に戻すための構成を備える。

具体的には、図２０に示すように、本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ｃは、余剰燃料を燃料油と水に分離して第１エマルション装置１０２Ａに戻すのではなく、余剰燃料をそのまま直接的に第１エマルション装置１０２Ａに戻し、燃料油と水と余剰燃料との三者混合を行って再度所定の油水混合燃料を生成するように構成されている。したがって、エマルションエンジンシステム１００Ｃは、エンジン１０１に供給されるエマルション燃料の余剰燃料を第１エマルション装置１０２Ａに戻す燃料戻り配管１４１を備える。燃料戻り配管１４１は、燃料噴射弁１０１ａの手前となる第２混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂから分岐するとともに、下流側の端部が第１エマルション装置１０２Ａのケーシング２内に連通接続される。燃料戻り配管１４１によれば、第２混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂから余剰燃料が第１エマルション装置１０２Ａのケーシング２内に戻される。そして、第１エマルション装置１０２Ａは、燃料油と水と燃料戻り配管１４１により戻された余剰燃料との三者を混合してエマルション燃料を生成する。なお、図２０に示す例は、第２実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ａの構成をベースにしている。

このように、本実施形態では、燃料戻り配管１４１を第１エマルション装置１０２Ａに連通させて余剰燃料がケーシング２内の水と混合される。このケーシング２内の余剰燃料と水との混合流体は、被覆体３０の被覆体導入孔３６および本体導入孔１５、あるいは変形例の場合は本体導入孔１５のみを通って混合器本体１１内に吸引され、せん断作用によって微粒子化される。これにより、流体混合器１０内において、余剰燃料および水の混合流体と燃料油とが混合された三者混合の油水混合燃料が生成され、その油水混合燃料が第２エマルション装置１０２Ｂへと導入され、第２エマルション装置１０２Ｂによる混合を経て、第２混合燃料通路１１１によってエンジン１０１に供給される。

本実施形態のように余剰燃料を第１エマルション装置１０２Ａ内において燃料油と水と共に混合する構成においては、適正な油水混合燃料を得るため、燃料油と水と余剰燃料との混合比の制御が行われることが望ましい。かかる混合比の制御を行うための構成として、エマルションエンジンシステム１００Ｃは、図２０に示すように、エンジン１０１に供給される油水混合燃料の粘度を計測するための粘度センサ１４２と、第１エマルション装置１０２Ａに供給される水の量を制御するための制御弁１４３と、これら粘度センサ１４２と制御弁１４３とを互いに結線するフィードバック回線１４４とを備える。

粘度センサ１４２は、第２エマルション装置１０２Ｂで生成された油水混合燃料をエンジン１０１に導く第２混合燃料通路１１１に設けられる。図２０に示す例では、粘度センサ１４２は、第２混合燃料通路１１１におけるポンプ１０６の上流側の部分である上流側通路部１１１ａに設けられている。なお、粘度センサ１４２は、第２混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂに設けられてもよい。

制御弁１４３は、水タンク１０５から第１エマルション装置１０２Ａに対する第１水供給路１１３ａに設けられている。制御弁１４３は、例えば電磁制御弁であり、粘度センサ１４２による検出信号に基づいて開閉動作についての制御を受ける。制御弁１４３は、その開閉動作によって第１水供給路１１３ａの通路面積を制御する。つまり、制御弁１４３の開閉動作により、第１水供給路１１３ａから第１エマルション装置１０２Ａに供給される水の量が制御される。

粘度センサ１４２と制御弁１４３は、フィードバック回線１４４を介して互いに接続されることで、制御弁１４３の開閉動作が、粘度センサ１４２により検出される油水混合燃料の粘度に基づいてフィードバック制御されるように構成されている。すなわち、エンジン１０１に供給される油水混合燃料の粘度について予め所定の粘度が設定され、粘度センサ１４２により検出される油水混合燃料の粘度がその所定の粘度となるように、制御弁１４３の開閉動作、つまり第１エマルション装置１０２Ａに対する単位時間当たりの水の供給量がフィードバック制御される。

粘度センサ１４２からの信号に基づく制御弁１４３のフィードバック制御に関しては、粘度センサ１４２または制御弁１４３と一体的にあるいは別体として設けられる制御部が用いられる。ただし、このフィードバック制御については、エンジン１０１が備えるＥＣＵ（Engine Control Unit）が用いられてもよい。この場合、粘度センサ１４２および制御弁１４３はそれぞれＥＣＵに接続され、ＥＣＵにより粘度センサ１４２からの信号に基づく制御弁１４３のフィードバック制御が行われる。

以上のようなフィードバック制御構成を採用することにより、燃料油、水、および戻り余剰燃料の三者混合の油水混合燃料の粘度、すなわち、燃料油と水との混合比を適正に制御することができる。本実施形態では、水タンク１０５から第１エマルション装置１０２Ａへの水の供給量を制御することにより、燃料油、水、余剰燃料の三者を適切な比率で混合する構成を採用している。

本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ｃによれば、エンジン１０１に供給される油水混合燃料についての余剰燃料を燃料油と水に分離することなく、第１エマルション装置１０２Ａにおいて再度混合（エマルション化）されて第２エマルション装置１０２Ｂを経てからエンジン１０１の燃焼室に供給されることになる。このため、セパレータ等の燃料油と水と分離するための構成を設ける必要がなく、簡単な構成により、有益な燃料消費効率を保持することができる。

なお、本実施形態では、水タンク１０５から第１エマルション装置１０２Ａへの水の供給量を制御することにより、燃料油、水、余剰燃料の三者の混合比率を制御する構成を採用しているが、かかる構成に代えてあるいは加えて、燃料油タンク１０４から第１エマルション装置１０２Ａへの燃料油の供給量を制御することで、三者の混合比率を制御する構成を採用してもよい。この場合、例えば、燃料油タンク１０４から第１エマルション装置１０２Ａに対する第１燃料油供給路１１２ａに制御弁が設けられ、この制御弁の開閉動作が、粘度センサ１４２の検出信号に基づいてフィードバック制御される構成が用いられる。また、本実施形態のように余剰燃料を油水混合燃料のまま第１エマルション装置１０２Ａのケーシング２内に戻すための構成に加えて、第１実施形態のようなセパレータ１０７により燃料油と水とを互いに分離して燃料油タンク１０４および水タンク１０５の各タンクに戻す構成が用いられてもよい。つまり、第１実施形態のセパレータ１０７を含む構成と、第４実施形態の直接的な燃料戻り配管１４１との組合せであってもよい。

また、本実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ｃは、エンジン１０１に供給される油水混合燃料の余剰燃料を第１エマルション装置１０２Ａのケーシング２内に戻すための構成に代えてまたは加えて、同余剰燃料を第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内に戻すための構成を備えてもよい。この場合、例えば図２０に示すように、第２混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂから分岐するとともに下流側の端部が第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内に連通接続される燃料戻り配管１４５が設けられる。燃料戻り配管１４５によれば、第２混合燃料通路１１１の下流側通路部１１１ｂから余剰燃料が第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内に戻される。そして、第２エマルション装置１０２Ｂは、燃料油タンク１０４からの燃料油と、第１エマルション装置１０２Ａにより生成された油水混合燃料と、燃料戻り配管１４５により戻された余剰燃料との三者を混合してエマルション燃料を生成する。

なお、図２０に示す例では、第２実施形態のエマルションエンジンシステム１００Ａの構成をベースにして燃料戻り配管１４１や粘度センサ１４２等の第４実施形態に係る構成を示しているが、第４実施形態に係る構成は、第１実施形態のエマルションエンジンシステム１００において適用されてもよい。

［第５実施形態］
本発明の第５実施形態について説明する。本実施形態に係るエマルションエンジンシステム１００Ｄは、図２１に示すように、第４実施形態の構成において、第２エマルション装置１０２Ｂからエンジン１０１に対するエマルション燃料の供給経路に設けられ余剰燃料を送り出すフィードポンプ１５１を備える。フィードポンプ１５１は、エンジン１０１とポンプ１０６との間において、燃料戻り配管１４１の始端が連通するように設けられる。フィードポンプ１５１は、第２混合燃料通路１１１のエンジン１０１とポンプ１０６との間の部分である下流側通路部１１１ｂに設けられている。

このような構成によれば、ポンプ１０６により油水混合燃料が第２エマルション装置１０２Ｂから第２混合燃料通路１１１を介して吸引されてエンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａに供給されるとともに、フィードポンプ１５１により余剰燃料が燃料戻り配管１４１によって所定の圧力で確実に第１エマルション装置１０２Ａのケーシング２内へと戻される。これにより、上述したように粘度センサ１４２および制御弁１４３を含む構成によってフィードバック制御する燃料油と水の混合比を安定して適正に制御することができる。

なお、エンジン１０１に供給される油水混合燃料の余剰燃料を第２エマルション装置１０２Ｂに戻すための燃料戻り配管１４５を備える構成においては、図示は省略するが、燃料戻り配管１４５の始端が連通するフィードポンプを第２混合燃料通路１１１に設けてもよい。かかる構成によれば、ポンプ１０６により油水混合燃料が第２エマルション装置１０２Ｂから混合燃料通路１１１を介して吸引されてエンジン１０１の燃料噴射弁１０１ａに供給されるとともに、フィードポンプにより余剰燃料が燃料戻り配管１４５によって所定の圧力で確実に第２エマルション装置１０２Ｂのケーシング２内へと戻される。

さらに、余剰燃料を第２エマルション装置１０２Ｂに戻すための燃料戻り配管１４５を備える第４実施形態に係る構成を第１実施形態のエマルションエンジンシステム１００において適用した場合、第２エマルション装置１０２Ｂに水を供給するための第２水供給路１１３ｂに、第２混合燃料通路１１１の粘度センサ１４２に対して所定のフィードバック回線を介して接続される制御弁を設けてもよい。かかる構成により、第２エマルション装置１０２Ｂに対する単位時間当たりの水の供給量がフィードバック制御される。このような構成によれば、上述のように燃料戻り配管１４５の始端が連通するフィードポンプを第２混合燃料通路１１１に設ける構成を採用することで、第２エマルション装置１０２Ｂにおける流体の混合比を安定して適正に制御することができる。

以上の各実施形態を用いて説明した本発明に係るエマルションエンジンシステムによれば、次のような効果が奏される。すなわち、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、エマルション装置を構造簡易で軽量・コンパクトかつ安価に製造することができる。そのため、必要な初期コストに対する効果は非常に大きい。そして、エマルション装置の洗浄作業やメンテナンス作業を迅速かつ簡単に行うことができる。また、本発明に係るエマルション燃料の生成方法は、分散相としての第２流体（水等）を効率良く剪断・分散することができる。しかも、第２流体をマイクロレベルないしはサブマイクロレベルに微細化するとともに均一化することができる。そのため、短時間に大量の混合流体としてのエマルション燃料を安価に生成することができる。特に、本発明は、液相−液相の２相を高速で旋回混流させることによりマイクロエマルション（マイクロオーダーのエマルション）を生成することができるものであり、乳化速度を飛躍的に向上させることができるものである。したがって、エマルションの短時間・大量・安価生成に好適なものである。

また、本発明に係るエマルションエンジンシステムは、エンジンに対する燃料の供給経路において、少なくとも２つのエマルション装置を備え、これらのエマルション装置によって第１流体と第２流体の混合比を段階的に変化させる構成を採用する。このため、本発明に係るエマルションエンジンシステムによれば、第１流体と第２流体の混合比について所望の混合比のエマルション燃料を効率的に得ることができる。

近年、マイクロエマルション生成の手法は、半導体分野で用いられるフォトレジストを用いて基盤上に微細な溝を形成し、油（あるいは水）を押し出すことによって生成する手法に移りつつある。この手法は均一な粒子径を生成できる利点がある反面、微細加工等の単価が高いことや生成されるエマルション数の時間効率が悪いなどの欠点が挙げられる。一方、本発明に係るエマルション装置は、低コストでマイクロオーダーのエマルション燃料を生成可能なことや、エマルション燃料を生成する時間効率が高い等の効果を奏する。つまり、水−油を引き入れるポンプ出力の可変制御のみで多量から少量までの均一なエマルションの生成が可能であり、スケールアップが容易である。さらには、界面活性剤等の乳化剤を含まずに安定性のあるエマルション燃料の生成が可能である。

１０ 流体混合器
１１ 混合器本体
１２ 一端開口部
１３ 他端開口部
１４ 軸線流路
１５ 本体導入孔
１９ 螺旋流路
３０ 被覆体
１００ エマルションエンジンシステム
１０１ エンジン
１０２ エマルション装置
１０２Ａ 第１エマルション装置
１０２Ｂ 第２エマルション装置
１０４ 燃料油タンク（第１のタンク）
１０５ 水タンク（第２のタンク）
１０６ ポンプ
１３１ 戻り配管
１４１ 燃料戻り配管
１５１ フィードポンプ

Claims (3)

1. エンジンと、
   燃料油と他の流体とを混合してエマルション燃料を生成する第１エマルション装置と、
   前記第１エマルション装置に供給される燃料油を貯溜する第１のタンクと、
   前記第１エマルション装置に供給される他の流体を貯溜する第２のタンクと、
   前記エンジンに対する燃料の供給経路において前記第１エマルション装置の下流側に設けられ、前記第１エマルション装置により生成されたエマルション燃料の供給を受けて、燃料油と他の流体とを混合してエマルション燃料を生成する第２エマルション装置と、
   前記第２エマルション装置により生成されたエマルション燃料を吸引して前記エンジンに供給するためのポンプと、を備え、
   前記第１エマルション装置および前記第２エマルション装置の各エマルション装置は、両端に開口部を有する筒状の混合器本体を有し、該混合器本体には、一端開口部から導入した第１流体を軸線方向に流動させて他端開口部から導出する軸線流路と、前記混合器本体の周壁に形成した本体導入孔から導入した第２流体を前記混合器本体の内周面に沿わせて前記軸線流路の軸線を中心とする螺旋状に旋回させながら流動させて第１流体と第２流体とを混合して他端開口部から導出する螺旋流路とが形成されており、
   前記エンジンに供給されるエマルション燃料の余剰燃料を受け、該余剰燃料を燃料油と他の流体とに分離するセパレータをさらに備え、
   前記セパレータにより分離された燃料油を前記第１のタンクに戻し、
   前記セパレータにより分離された他の流体を前記第２のタンクに戻し、
   前記第１エマルション装置から前記第２エマルション装置に供給されたエマルション燃料から分離した他の流体を前記セパレータに導くための戻り配管をさらに備えた、
   エマルションエンジンシステム。
2. 前記エンジンに供給されるエマルション燃料の余剰燃料を前記第１エマルション装置に戻す燃料戻り配管をさらに備え、
   前記第１エマルション装置は、燃料油と他の流体と前記燃料戻り配管により戻された前記余剰燃料とを混合してエマルション燃料を生成する、
   請求項１に記載のエマルションエンジンシステム。
3. 前記第２エマルション装置から前記エンジンに対するエマルション燃料の供給経路に設けられ前記余剰燃料を送り出すフィードポンプをさらに備えた、
   請求項１または請求項２に記載のエマルションエンジンシステム。

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