JP7403756B1 - 水含有燃料の製造方法及び製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】安定性を向上させるための添加剤を含有させなくても安定性に優れ、十分な熱量を有する水含有燃料を連続して多量に生産できる水含有燃料の製造方法及び装置を提供する。【解決手段】下記工程を有する、水含有燃料を得る方法（工程Ｂは任意）。工程Ａ：超音波水改質処理装置により、水を処理する工程、工程Ｂ：工程Ａからの水を、ヒーターを有する管に通す工程、工程Ｃ：工程Ａ又はＢからの水を、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置に通す工程、工程Ｄ：工程Ｃからの水を、内面にマンガン含有層を有する装置に通して処理された水を得る工程、工程Ｅ：基油と工程Ｄの水を、超音波混合油改質装置で処理する工程、工程Ｆ：工程Ｅからの混合油を、超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置に通す工程、工程Ｇ：工程Ｆからの混合油を、同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機を多重に装着した螺旋管型混合装置に通す工程。【選択図】図１
Description
本発明は、水含有燃料の製造方法及び製造装置に関する。
従来から燃料費削減や汚染物質排出削減のために、燃料油に水を混ぜたエマルジョン燃料が作られている。これらの燃料の加水率は約１０％から１８％であるため、燃費の削減や汚染物質の排出削減にあまり寄与せず、逆に含有する水により燃焼温度が低下する。また、外部からの空気調整のための設備の改良に費用がかかるため、あまり普及していない。
特許文献１に記載の方法は、Ｃ重油と水との融合が非常に良く寒暖差に影響されず、かつタール状にならないので使い易い。しかしながら、軽油など軽質の燃料を同様にして処理した場合には水を安定して含有させることが困難であった。
特許文献２に記載の方法によれば、得られた水含有燃料が安定しているが、油水分離現象を生じるまでの期間が短く、２～３か月を経過すると油水分離現象が生じる可能性がある。かつ軽油などを使用した水含有燃料の透明度は基油より低下した。また添加剤としてカタラーゼなどの酵素を挿入することによるコスト高の問題が生ずる。
特許文献３に記載の方法によれば、依然として水含有燃料は油水分離を生じる。また水を添加することによりエネルギー発生効率がどの程度低下するか、十分に検証されていない。
特許文献１に記載の方法は、Ｃ重油と水との融合が非常に良く寒暖差に影響されず、かつタール状にならないので使い易い。しかしながら、軽油など軽質の燃料を同様にして処理した場合には水を安定して含有させることが困難であった。
特許文献２に記載の方法によれば、得られた水含有燃料が安定しているが、油水分離現象を生じるまでの期間が短く、２～３か月を経過すると油水分離現象が生じる可能性がある。かつ軽油などを使用した水含有燃料の透明度は基油より低下した。また添加剤としてカタラーゼなどの酵素を挿入することによるコスト高の問題が生ずる。
特許文献３に記載の方法によれば、依然として水含有燃料は油水分離を生じる。また水を添加することによりエネルギー発生効率がどの程度低下するか、十分に検証されていない。
本発明は、水含有燃料が軽油等を含有する場合であっても、元の軽油等に対して透明度が低下せず、安定性を向上させるための添加剤を含有させなくても安定性に優れ、十分な熱量を有する水含有燃料を連続して多量に生産できる水含有燃料の製造方法及びそのための装置とすることを課題とする。
本発明者らは、上記の課題を解決するため鋭意研究した結果、下記の方法及び装置にすることを見出し、本発明に至った。
１．下記工程Ａ～Ｇを有する水含有燃料を得る方法（但し下記工程Ｂを行っても良く、行わなくても良い。）。
工程Ａ：超音波水改質処理装置により、水を処理する工程
工程Ｂ：工程Ａにより得られた水を、ヒーターを有する管に通す工程
工程Ｃ：工程Ａ又はＢにより得られた水を、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置に通す工程
工程Ｄ：工程Ｃにより得られた水を、内面にマンガン含有層を有する管内を通して処理された水を得る工程
工程Ｅ：基油と工程Ｄにより得た水を、超音波混合油改質装置で処理する工程
工程Ｆ：工程Ｅにより得られた混合油を、超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置に通す工程
工程Ｇ：工程Ｆにより得られた混合油を、同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機を多重に装着した螺旋管型混合装置に通す工程
２．前記工程Ａは、水を管内に通しながら、波長が違う２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚのホーン型をした超音波発振機と、螺旋型をした２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚの共鳴型超音波発振機の同種あるいは２種の超音波を同時又は交互に照射される超音波共鳴型装置による水の処理を行う工程である１に記載の水含有燃料を得る方法。
３．前記工程Ｃは、水を、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管体に導入し、
超音波による励起で反応して０．３THz～３THzに主たる振動域のテラヘルツ波を出すセラミックス層を有する超音波発振機を通り、
内面がマグネシウム、マンガン、ルテニウム、ニオブ等を含有する層を有する螺旋状の流路である螺旋管型混合装置を通過させる工程を通り、
水の第二次微細化を行なう工程である１又は２に記載の水含有燃料を得る方法。
４．前記工程Ｆ及び前記工程Ｇは、燃料油と前記工程Ｄにより得た水を、超音波発振機と螺旋管型混合装置を備えた混合用管体に導入し、
螺旋状の流路である螺旋型混合装置を高速で通過させることによりキャビテーションを発生させて、瞬間的な高温高圧で水含有燃料を生成する１又は２に記載の水含有燃料を得る方法。
５．燃料油と水を混合して水含有燃料を製造する装置であって、
下記装置Ａ～Ｇを有する水含有燃料製造装置（但し下記装置Ｂを設けても良く、設けなくても良い。）。
装置Ａ：超音波水改質装置
装置Ｂ：加熱用ヒーター内蔵管
装置Ｃ：超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管体
装置Ｄ：内面にマンガン含有層を有する管体
装置Ｅ：工程Ｃにより得られた水と燃料油を混合する超音波混合油改質装置
装置Ｆ：超音波発振機と螺旋管型混合装置を備えた混合装置
装置Ｇ：波長が違う２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚのホーン型をした超音波発振機と、螺旋型をした２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚの共鳴型超音波発振機の同種あるいは２種の超音波を同時又は交互に照射される超音波共鳴型装置と、多重螺旋管を備えた混合装置
６．装置Ａは、波長が違う２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚのホーン型をした超音波発振機と、螺旋型をした２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚの共鳴型超音波発振機の２種の超音波を、同時又は交互に水に照射する超音波共鳴型装置である５記載の水含有燃料製造装置。
７．装置Ｃは、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管体、及び、内部にマグネシウム、マンガン、ルテニウム、ニオブを含有する層を有する螺旋状の流路である螺旋部を通過させる超音波共鳴型装置である５又は６記載の水含有燃料製造装置。
１．下記工程Ａ～Ｇを有する水含有燃料を得る方法（但し下記工程Ｂを行っても良く、行わなくても良い。）。
工程Ａ：超音波水改質処理装置により、水を処理する工程
工程Ｂ：工程Ａにより得られた水を、ヒーターを有する管に通す工程
工程Ｃ：工程Ａ又はＢにより得られた水を、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置に通す工程
工程Ｄ：工程Ｃにより得られた水を、内面にマンガン含有層を有する管内を通して処理された水を得る工程
工程Ｅ：基油と工程Ｄにより得た水を、超音波混合油改質装置で処理する工程
工程Ｆ：工程Ｅにより得られた混合油を、超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置に通す工程
工程Ｇ：工程Ｆにより得られた混合油を、同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機を多重に装着した螺旋管型混合装置に通す工程
２．前記工程Ａは、水を管内に通しながら、波長が違う２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚのホーン型をした超音波発振機と、螺旋型をした２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚの共鳴型超音波発振機の同種あるいは２種の超音波を同時又は交互に照射される超音波共鳴型装置による水の処理を行う工程である１に記載の水含有燃料を得る方法。
３．前記工程Ｃは、水を、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管体に導入し、
超音波による励起で反応して０．３THz～３THzに主たる振動域のテラヘルツ波を出すセラミックス層を有する超音波発振機を通り、
内面がマグネシウム、マンガン、ルテニウム、ニオブ等を含有する層を有する螺旋状の流路である螺旋管型混合装置を通過させる工程を通り、
水の第二次微細化を行なう工程である１又は２に記載の水含有燃料を得る方法。
４．前記工程Ｆ及び前記工程Ｇは、燃料油と前記工程Ｄにより得た水を、超音波発振機と螺旋管型混合装置を備えた混合用管体に導入し、
螺旋状の流路である螺旋型混合装置を高速で通過させることによりキャビテーションを発生させて、瞬間的な高温高圧で水含有燃料を生成する１又は２に記載の水含有燃料を得る方法。
５．燃料油と水を混合して水含有燃料を製造する装置であって、
下記装置Ａ～Ｇを有する水含有燃料製造装置（但し下記装置Ｂを設けても良く、設けなくても良い。）。
装置Ａ：超音波水改質装置
装置Ｂ：加熱用ヒーター内蔵管
装置Ｃ：超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管体
装置Ｄ：内面にマンガン含有層を有する管体
装置Ｅ：工程Ｃにより得られた水と燃料油を混合する超音波混合油改質装置
装置Ｆ：超音波発振機と螺旋管型混合装置を備えた混合装置
装置Ｇ：波長が違う２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚのホーン型をした超音波発振機と、螺旋型をした２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚの共鳴型超音波発振機の同種あるいは２種の超音波を同時又は交互に照射される超音波共鳴型装置と、多重螺旋管を備えた混合装置
６．装置Ａは、波長が違う２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚのホーン型をした超音波発振機と、螺旋型をした２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚの共鳴型超音波発振機の２種の超音波を、同時又は交互に水に照射する超音波共鳴型装置である５記載の水含有燃料製造装置。
７．装置Ｃは、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管体、及び、内部にマグネシウム、マンガン、ルテニウム、ニオブを含有する層を有する螺旋状の流路である螺旋部を通過させる超音波共鳴型装置である５又は６記載の水含有燃料製造装置。
本発明により、水と混合する前の軽油や重油等の燃料と同様の外観を有し、特に界面活性剤や乳化剤等を添加しなくても、保存安定性に優れ、かつ長期に保存しても分離しない水含有燃料を得ることができる。
本発明に依る水含有燃料の製造方法及びその装置について説明する。本明細書で示される水含有燃料の製造方法、そのための装置、それぞれの全体的な構成、数値、液体が流れる方向及び条件等は下記に述べる実施形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で同一の作用効果を発揮できる形状、組合せ、容量及び寸法等の範囲内で変更することができる。以下、添付図面を参照しながら説明する。
本発明のうち、方法に関するものは、水の改質工程と、得られた水と燃料の混合工程を包含する。装置に関しても、水の改質のための装置と、得られた水と燃料の混合装置の２種の装置を包含する。
本明細書における、各工程及び各装置での超音波発振機、螺旋管型混合装置等は、各工程及び各装置間において、同じ構造のものでも良く、異なる構造のものでも良い。
本明細書におけるマンガン含有層は、金属マンガン及び／又はマンガン化合物を含有する層であればよく、中でも、二酸化マンガン、轟石、閃マンガン鉱、菱マンガン鉱、ハウスマン鉱、軟マンガン鉱、テフロ石、バラ輝石、ブラウン鉱等を使用できる。
本発明のうち、方法に関するものは、水の改質工程と、得られた水と燃料の混合工程を包含する。装置に関しても、水の改質のための装置と、得られた水と燃料の混合装置の２種の装置を包含する。
本明細書における、各工程及び各装置での超音波発振機、螺旋管型混合装置等は、各工程及び各装置間において、同じ構造のものでも良く、異なる構造のものでも良い。
本明細書におけるマンガン含有層は、金属マンガン及び／又はマンガン化合物を含有する層であればよく、中でも、二酸化マンガン、轟石、閃マンガン鉱、菱マンガン鉱、ハウスマン鉱、軟マンガン鉱、テフロ石、バラ輝石、ブラウン鉱等を使用できる。
本発明の水含有燃料を得る方法の概要を図１及び図２に示す。
水含有燃料の原料の一つである水を、工程Ａとして、超音波水改質処理装置１に供給して処理する。処理された水を、工程Ｂとして、ヒーターを有する管を備えたヒーター装置２に供給してその管内で加熱する。加熱された水を、工程Ｃとして、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管（超音波発振機＋セラミックス層＋螺旋管型混合装置３）に通して処理を行う。処理された水を、工程Ｄとして、内面にマンガン含有層を含有する装置４に通して処理された水を得る。工程Ｄにより得られた水を必要に応じて改質水貯蔵タンク５に保管する。
水含有燃料の原料の一つである水を、工程Ａとして、超音波水改質処理装置１に供給して処理する。処理された水を、工程Ｂとして、ヒーターを有する管を備えたヒーター装置２に供給してその管内で加熱する。加熱された水を、工程Ｃとして、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管（超音波発振機＋セラミックス層＋螺旋管型混合装置３）に通して処理を行う。処理された水を、工程Ｄとして、内面にマンガン含有層を含有する装置４に通して処理された水を得る。工程Ｄにより得られた水を必要に応じて改質水貯蔵タンク５に保管する。
この工程Ａ～Ｄにより得た水と、基油を、工程Ｅとして、超音波混合油改質装置６に通して混合油を得る。得られた混合油を、工程Ｆとして、超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置７で処理を行なう。得られた混合油を、工程Ｇとして、超音波発振機を備えた螺旋管型混合装置８（超音波発振機＋螺旋管型混合装置）に通して、更に混合して水含有燃料を得る。工程Ｇにより得た水含有燃料を、必要に応じて、改質油２次貯蔵タンク９及び改質油１次貯蔵タンク１０に一旦貯蔵し、製品として出荷する。
なお、上記の工程Ａ～工程Ｇを行なう装置をそれぞれ装置Ａ～装置Ｇとする。
なお、上記の工程Ａ～工程Ｇを行なう装置をそれぞれ装置Ａ～装置Ｇとする。
[水]
本発明において使用する水は、工業用水、家庭用水道水、井戸水、河川水等の淡水であれば良い。但し、水含有燃料として内燃機関等に供給されることを考慮すると、塩分等が少ないことが好ましい。
本発明において使用する水は、工業用水、家庭用水道水、井戸水、河川水等の淡水であれば良い。但し、水含有燃料として内燃機関等に供給されることを考慮すると、塩分等が少ないことが好ましい。
[基油]
本発明において上記の水に混合させる前の基油は、軽油、重油、灯油、ガソリン、航空燃料、ナフサ等の燃料油であれば良い。食用油、又は食料に使用できない植物油、例えばパームステアリン油、ジャトロファ油、ボンガミア油や使用済み食料油及びバイオディーゼル油等も使用できる。
本発明において上記の水に混合させる前の基油は、軽油、重油、灯油、ガソリン、航空燃料、ナフサ等の燃料油であれば良い。食用油、又は食料に使用できない植物油、例えばパームステアリン油、ジャトロファ油、ボンガミア油や使用済み食料油及びバイオディーゼル油等も使用できる。
[本発明にて使用する装置全体に共通する事項]
本発明にて使用する各装置は、特に水や基油と接する部分に関して、腐食や変質を発生させない材料により構成することが必要である。例えば、ステンレス、銅合金でも良く、また、ケイ素、マグネシウムや、加工が容易で、マンガン、ルテニウム、ニオブ等を含有したアルミニウム合金を使用しても良い。
仮に腐食や変質をする場合、得られた水含有燃料中に、装置の部材に由来する金属や金属化合物、イオン性物質等の不純物を含有させることになり、水含有燃料を燃焼させる内燃機関等の内面を汚染する等の可能性がある。
また、工程Ａ～工程Ｇのそれぞれの工程の前後や、装置Ａ～装置Ｇのそれぞれの装置の前後に、必要に応じて、本発明に関連する別の工程や装置を設けても良い。また同じ工程や同じ装置を複数直列して設けても良く、又は複数並列して設けても良い。工程Ａ～工程Ｇのそれぞれの工程や、装置Ａ～装置Ｇのそれぞれの装置を採用して、本発明は安定した水含有燃料を得ることができる。一部の工程や装置が欠けた場合には、本発明の効果が得られない。
なお、工程Ａ、工程Ｂ、工程Ｃ、工程Ｄを、この順に行った後に得られた水を、最初の工程Ａに戻して、再度、この順で処理しても良い。そしてこのような工程Ａから工程Ｂまでの処理を複数回繰り返しても良い。なお、工程Ｃと工程Ｄによる処理の順番を変更して、工程Ｄの直後に工程Ｃを行なうこともできる。
なお、工程Ｂを行ったり行わなかったりしても良く、この意味で任意の工程Ｂである。
また、工程Ｅ、工程Ｆ、工程Ｇを、この順に行った後に得られた水と基油の混合物を、最初の工程Ｅに戻して、再度、この順で処理しても良い。そしてこのような工程Ｅから工程Ｇまでの処理を複数回繰り返しても良い。
本発明にて使用する各装置は、特に水や基油と接する部分に関して、腐食や変質を発生させない材料により構成することが必要である。例えば、ステンレス、銅合金でも良く、また、ケイ素、マグネシウムや、加工が容易で、マンガン、ルテニウム、ニオブ等を含有したアルミニウム合金を使用しても良い。
仮に腐食や変質をする場合、得られた水含有燃料中に、装置の部材に由来する金属や金属化合物、イオン性物質等の不純物を含有させることになり、水含有燃料を燃焼させる内燃機関等の内面を汚染する等の可能性がある。
また、工程Ａ～工程Ｇのそれぞれの工程の前後や、装置Ａ～装置Ｇのそれぞれの装置の前後に、必要に応じて、本発明に関連する別の工程や装置を設けても良い。また同じ工程や同じ装置を複数直列して設けても良く、又は複数並列して設けても良い。工程Ａ～工程Ｇのそれぞれの工程や、装置Ａ～装置Ｇのそれぞれの装置を採用して、本発明は安定した水含有燃料を得ることができる。一部の工程や装置が欠けた場合には、本発明の効果が得られない。
なお、工程Ａ、工程Ｂ、工程Ｃ、工程Ｄを、この順に行った後に得られた水を、最初の工程Ａに戻して、再度、この順で処理しても良い。そしてこのような工程Ａから工程Ｂまでの処理を複数回繰り返しても良い。なお、工程Ｃと工程Ｄによる処理の順番を変更して、工程Ｄの直後に工程Ｃを行なうこともできる。
なお、工程Ｂを行ったり行わなかったりしても良く、この意味で任意の工程Ｂである。
また、工程Ｅ、工程Ｆ、工程Ｇを、この順に行った後に得られた水と基油の混合物を、最初の工程Ｅに戻して、再度、この順で処理しても良い。そしてこのような工程Ｅから工程Ｇまでの処理を複数回繰り返しても良い。
＜工程Ａ及び装置Ａ＞
本発明における工程Ａ及び装置Ａは、超音波水改質処理装置（超音波共鳴式水改質装置）１により、水を処理する工程及び装置である。
図３に、この超音波水改質処理装置１を示す。
超音波水改質処理装置１は、内部の水の流路に螺旋型超音波発振機１１及び／又はホーン型超音波発振機１２を設けてなることが好ましい。
螺旋型超音波発振機１１は、側面に螺旋状の凹凸を設けてなる円筒形の部材（ホーン）が、超音波振動子に接続されてなる構造を有する。
この螺旋型超音波発振機１１は、円筒形の部材のみではなく、螺旋状の凹凸や、円筒形の部材を設けた基部においても、超音波による振動がなされて、流体を効果的に処理できる装置である点で好ましい。
ホーン型超音波発振機１２は、先端部が略円筒形である長尺の部材（ホーン）が、超音波振動子に接続されてなる構造を有する。図３のホーン型超音波発振機１２は下方に向けたホーンの先端が縮径をして略円錐形状を有する。ただしこのような略円錐形状以外に、円柱形等であってもよい。
本発明における工程Ａ及び装置Ａは、超音波水改質処理装置（超音波共鳴式水改質装置）１により、水を処理する工程及び装置である。
図３に、この超音波水改質処理装置１を示す。
超音波水改質処理装置１は、内部の水の流路に螺旋型超音波発振機１１及び／又はホーン型超音波発振機１２を設けてなることが好ましい。
螺旋型超音波発振機１１は、側面に螺旋状の凹凸を設けてなる円筒形の部材（ホーン）が、超音波振動子に接続されてなる構造を有する。
この螺旋型超音波発振機１１は、円筒形の部材のみではなく、螺旋状の凹凸や、円筒形の部材を設けた基部においても、超音波による振動がなされて、流体を効果的に処理できる装置である点で好ましい。
ホーン型超音波発振機１２は、先端部が略円筒形である長尺の部材（ホーン）が、超音波振動子に接続されてなる構造を有する。図３のホーン型超音波発振機１２は下方に向けたホーンの先端が縮径をして略円錐形状を有する。ただしこのような略円錐形状以外に、円柱形等であってもよい。
螺旋型超音波発振機１１及びホーン型超音波発振機１２は、それぞれ独立して２０～２００ＫＨｚの振動数で振動することが好ましい。螺旋型超音波発振機１１又はホーン型超音波発振機１２を設けても良く、螺旋型超音波発振機１１及びホーン型超音波発振機１２を設けても良い。
この螺旋型超音波発振機１１及びホーン型超音波発振機１２を設ける場合、螺旋型超音波発振機１１とホーン型超音波発振機１２は、それぞれの先端が対向して設けられることが好ましい。このとき、それらの超音波発振機の間にはチタン合金製等の金属製の超音波共鳴コア１３が設置されていてもよく、この超音波共鳴コアが共鳴することにより、工程Ｅ以降において、水と基油がより均一に混合される。この超音波共鳴コア１３は、両端の径が拡げられた円筒形でよく、図３において超音波水改質処理装置１の長手方向（図３における縦方向）に並行に向けて設置されていてもよい。また、超音波水改質処理装置１の内面に、超音波共鳴コア１３の下方の端部の拡径された端部が固定されていても良い。また、超音波水改質処理装置１の内面に、超音波共鳴コア１３の上方の端部の拡径された端部が固定されていても良い。この超音波共鳴コアが共鳴することにより、工程Ｅ以降において、水と基油がより均一に混合される。
螺旋型超音波発振機１１は振動をする部分の円筒形の軸表面に、任意の大きさ及び形状の螺旋状の凸部が形成されている。円筒形の部分が振動することにより、この表面の螺旋状の凸部も振動する構造である。螺旋状の凸部が振動することで、効率よく水を処理でき、その後の基油との混合を円滑にできる。
さらに、螺旋型超音波発振機１１とホーン型超音波発振機１２を設けるときには、これらは同時に振動しても良く、又は交互に振動しても良い。
図３に示すように、超音波水改質処理装置１には、その下方から導入した水は、螺旋型超音波発振機１２の周囲を移動し、超音波共鳴コア１３の内部を通過して、ホーン型超音波発振機１２の周囲に到達し、超音波水改質処理装置１の上から次の装置に向けて移動する。なお、水の流入方向は逆でもよく、図３における上部から流入させてもよい。
この工程Ａを行なうことにより、本発明の方法及び装置により得られた水含有燃料は、初めて、水と基油を安定して分散させた状態にすることができる。
この螺旋型超音波発振機１１及びホーン型超音波発振機１２を設ける場合、螺旋型超音波発振機１１とホーン型超音波発振機１２は、それぞれの先端が対向して設けられることが好ましい。このとき、それらの超音波発振機の間にはチタン合金製等の金属製の超音波共鳴コア１３が設置されていてもよく、この超音波共鳴コアが共鳴することにより、工程Ｅ以降において、水と基油がより均一に混合される。この超音波共鳴コア１３は、両端の径が拡げられた円筒形でよく、図３において超音波水改質処理装置１の長手方向（図３における縦方向）に並行に向けて設置されていてもよい。また、超音波水改質処理装置１の内面に、超音波共鳴コア１３の下方の端部の拡径された端部が固定されていても良い。また、超音波水改質処理装置１の内面に、超音波共鳴コア１３の上方の端部の拡径された端部が固定されていても良い。この超音波共鳴コアが共鳴することにより、工程Ｅ以降において、水と基油がより均一に混合される。
螺旋型超音波発振機１１は振動をする部分の円筒形の軸表面に、任意の大きさ及び形状の螺旋状の凸部が形成されている。円筒形の部分が振動することにより、この表面の螺旋状の凸部も振動する構造である。螺旋状の凸部が振動することで、効率よく水を処理でき、その後の基油との混合を円滑にできる。
さらに、螺旋型超音波発振機１１とホーン型超音波発振機１２を設けるときには、これらは同時に振動しても良く、又は交互に振動しても良い。
図３に示すように、超音波水改質処理装置１には、その下方から導入した水は、螺旋型超音波発振機１２の周囲を移動し、超音波共鳴コア１３の内部を通過して、ホーン型超音波発振機１２の周囲に到達し、超音波水改質処理装置１の上から次の装置に向けて移動する。なお、水の流入方向は逆でもよく、図３における上部から流入させてもよい。
この工程Ａを行なうことにより、本発明の方法及び装置により得られた水含有燃料は、初めて、水と基油を安定して分散させた状態にすることができる。
＜工程Ｂ及び装置Ｂ＞
本発明における工程Ｂは、図１における２のヒーター装置による工程であり、工程Ａにより得られた水を、ヒーターを有する管に通す工程である。このヒーターを有する管は、管の外面及び／又は内面にヒーターを接触させて設けたものであれば良く、この工程Ｂにより、好ましくは４０～５０℃になるように水を加熱する。
このヒーターとしては、水を加熱できるものであれば特に限定されず。公知のものを使用できる。
この工程Ｂを行なうか、行わないかは任意であるが、工程Ｂを行なうことにより、工程Ｃでの処理を効果的に行なうことができる。また工程Ｂを行わないときには工程Ａにより処理される水を加熱しておくことができる。工程Ｂを行なうことにより、その後の工程において水と油をより均一に混合できる。その結果、本発明の方法及び装置により得られた水含有燃料は、水と基油を安定して分散させた状態にすることができる。
本発明における工程Ｂは、図１における２のヒーター装置による工程であり、工程Ａにより得られた水を、ヒーターを有する管に通す工程である。このヒーターを有する管は、管の外面及び／又は内面にヒーターを接触させて設けたものであれば良く、この工程Ｂにより、好ましくは４０～５０℃になるように水を加熱する。
このヒーターとしては、水を加熱できるものであれば特に限定されず。公知のものを使用できる。
この工程Ｂを行なうか、行わないかは任意であるが、工程Ｂを行なうことにより、工程Ｃでの処理を効果的に行なうことができる。また工程Ｂを行わないときには工程Ａにより処理される水を加熱しておくことができる。工程Ｂを行なうことにより、その後の工程において水と油をより均一に混合できる。その結果、本発明の方法及び装置により得られた水含有燃料は、水と基油を安定して分散させた状態にすることができる。
＜工程Ｃ及び装置Ｃ＞
工程Ｃは、工程Ａ又は工程Ｂにより得られた水を、超音波発振機（超音波発生機）とセラミックス層と螺旋管型混合装置に通して処理をする工程であり、図１における３の工程である。
図４に、工程Ｃで使用する多重管を示す。図４の左下に示した矢印に沿って、工程Ｂにより処理した水を多重管３内に導入する。導入された水は、ホーン型超音波発振機１２及び螺旋型超音波発振機１１が設けられた室内に入る。そこで、２０～２００ＫＨｚの振動数で振動するホーン型超音波発振機１２、及び２０～２００ＫＨｚの振動数で振動する螺旋型超音波発振機１１を通して処理される。なお、ホーン型超音波発振機１２及び螺旋型超音波発振機１１をそれぞれ１つづつ設けても良く、それぞれ複数設けても良い。
工程Ｃは、工程Ａ又は工程Ｂにより得られた水を、超音波発振機（超音波発生機）とセラミックス層と螺旋管型混合装置に通して処理をする工程であり、図１における３の工程である。
図４に、工程Ｃで使用する多重管を示す。図４の左下に示した矢印に沿って、工程Ｂにより処理した水を多重管３内に導入する。導入された水は、ホーン型超音波発振機１２及び螺旋型超音波発振機１１が設けられた室内に入る。そこで、２０～２００ＫＨｚの振動数で振動するホーン型超音波発振機１２、及び２０～２００ＫＨｚの振動数で振動する螺旋型超音波発振機１１を通して処理される。なお、ホーン型超音波発振機１２及び螺旋型超音波発振機１１をそれぞれ１つづつ設けても良く、それぞれ複数設けても良い。
ホーン型超音波発振機１２及び螺旋型超音波発振機１１により処理された水は、図４において、上方に移動して、超音波による励起で反応して０．３THz～３THzに主たる振動域のテラヘルツ波を出すセラミックスが充填されてなるセラミックス層３０を通過して処理される。このセラミックス層３０により処理された水は、図４に示す装置の上部に移動する。
ここでのセラミックス層３０は二酸化ケイ素や酸化アルミニウムを主成分とすることが好ましい。
その後、セラミックス層３０の内側に設けた円筒形の隔壁である隔壁管の水の流通孔３２を通過して、螺旋管内を水が通過する螺旋管型混合装置に含まれる、外側螺旋管３３を下方に流れ、次いで外側螺旋管３３内の、螺旋管の水の流通孔３６を通過して、その内側にある内側螺旋管３４を通過して撹拌される。
螺旋管型混合装置内の水が通る流路内面は、マグネシウム、マンガン、ルテニウム、ニオブ等を含有する層を有する螺旋状の流路である螺旋管型混合装置であることが好ましい。
なお、この外側螺旋管３３と内側螺旋管３４は共に内部に螺旋形の凹凸を形成してなり、内部を流通する水にキャビテーションを発生させて水改質が行われる。螺旋管型混合装置とは、内部に螺旋状の流路を有する管である。
内側螺旋管３４を通過した水は、内側螺旋管の水の流通孔３１を通って、管内のスタテック混合管３５を通過して処理される。
このように処理された水は、図４の装置の右下に設けた矢印方向に向けて、取り出される。
なお、ホーン型超音波発振機及び螺旋型超音波発振機、セラミックス層及び螺旋管型混合装置の上下左右の相対的な位置関係は任意である。
この螺旋管型混合装置として、外側螺旋管３３及び内側螺旋管３４に代えて、この外側と内側の位置関係ではない２つの螺旋管としても良く、１本の螺旋管の上流と下流とで分けてもよい。また、一本の螺旋管による処理にしても良い。さらに、内側から順に、スタテック混合管３５、内側螺旋管３４、外側螺旋管３３を設けてもよい。このときには、スタテック混合管３５の長さ方向に垂直な面での断面は、内側から順にスタテック混合管３５、内側螺旋管３４、外側螺旋管３３が同心円状に形成されている。
工程Ｃ及び装置Ｃは、螺旋管による処理及び螺旋管を有する装置であれば良く、任意にスタテック混合管を設けることができる。工程Ｃを行なうことにより、後の工程で水と基油と混合をさせる際に、基油が重油であるときに良好に分散させること、さらに軽油等の他の基油であっても、良好に分散させる効果を発揮できる。
ここでのセラミックス層３０は二酸化ケイ素や酸化アルミニウムを主成分とすることが好ましい。
その後、セラミックス層３０の内側に設けた円筒形の隔壁である隔壁管の水の流通孔３２を通過して、螺旋管内を水が通過する螺旋管型混合装置に含まれる、外側螺旋管３３を下方に流れ、次いで外側螺旋管３３内の、螺旋管の水の流通孔３６を通過して、その内側にある内側螺旋管３４を通過して撹拌される。
螺旋管型混合装置内の水が通る流路内面は、マグネシウム、マンガン、ルテニウム、ニオブ等を含有する層を有する螺旋状の流路である螺旋管型混合装置であることが好ましい。
なお、この外側螺旋管３３と内側螺旋管３４は共に内部に螺旋形の凹凸を形成してなり、内部を流通する水にキャビテーションを発生させて水改質が行われる。螺旋管型混合装置とは、内部に螺旋状の流路を有する管である。
内側螺旋管３４を通過した水は、内側螺旋管の水の流通孔３１を通って、管内のスタテック混合管３５を通過して処理される。
このように処理された水は、図４の装置の右下に設けた矢印方向に向けて、取り出される。
なお、ホーン型超音波発振機及び螺旋型超音波発振機、セラミックス層及び螺旋管型混合装置の上下左右の相対的な位置関係は任意である。
この螺旋管型混合装置として、外側螺旋管３３及び内側螺旋管３４に代えて、この外側と内側の位置関係ではない２つの螺旋管としても良く、１本の螺旋管の上流と下流とで分けてもよい。また、一本の螺旋管による処理にしても良い。さらに、内側から順に、スタテック混合管３５、内側螺旋管３４、外側螺旋管３３を設けてもよい。このときには、スタテック混合管３５の長さ方向に垂直な面での断面は、内側から順にスタテック混合管３５、内側螺旋管３４、外側螺旋管３３が同心円状に形成されている。
工程Ｃ及び装置Ｃは、螺旋管による処理及び螺旋管を有する装置であれば良く、任意にスタテック混合管を設けることができる。工程Ｃを行なうことにより、後の工程で水と基油と混合をさせる際に、基油が重油であるときに良好に分散させること、さらに軽油等の他の基油であっても、良好に分散させる効果を発揮できる。
＜工程Ｄ及び装置Ｄ＞
工程Ｄは、図１における４のマンガン含有層を内面に有する管体を含む装置による工程であって、図５に示すマンガン含有層を含む装置（特殊金属触媒装置）４によって水を処理する。図５に示す装置におけるマンガン含有層４０はマンガン化合物を含有する層である。
図５に示すマンガン含有層を含む装置４の左下から導入された水は、スタテック混合ガイド管４２を通ってマンガン含有層４０に入る。このマンガン含有層４０にて処理された水は、マンガン含有層を含む装置４の上部にて、流れの向きを下方に変えて、内管４１内で形成されたスタテック混合管３５内を通過する。
この工程Ｄを終えた水は必要に応じて、図１の５の改質水貯蔵タンク内に貯蔵される。
工程Ｄは、図１における４のマンガン含有層を内面に有する管体を含む装置による工程であって、図５に示すマンガン含有層を含む装置（特殊金属触媒装置）４によって水を処理する。図５に示す装置におけるマンガン含有層４０はマンガン化合物を含有する層である。
図５に示すマンガン含有層を含む装置４の左下から導入された水は、スタテック混合ガイド管４２を通ってマンガン含有層４０に入る。このマンガン含有層４０にて処理された水は、マンガン含有層を含む装置４の上部にて、流れの向きを下方に変えて、内管４１内で形成されたスタテック混合管３５内を通過する。
この工程Ｄを終えた水は必要に応じて、図１の５の改質水貯蔵タンク内に貯蔵される。
この工程Ａ～Ｄにより処理された水は、酸化還元電位は－５００ｍｖ～－７００ｍｖであり、ｐＨ１０．２～１０．６、溶存水素量は１．０ｐｐｍ～１．４ｐｐｍである。このような特性を備えて貯蔵された水はこの後の工程において、基油との混合を促進できる。
この改質水は次の工程である、図１に記載の装置に送られ、改質水と基の燃料油とを混合する混合工程により、水燃料混合工程の超音波混合油改質装置に送られ、第一次水油改質混合が行われ、更に螺旋管型混合装置を通し第二次水油改質混合が行われ、超音波発振機と多重螺旋管を備えた混合装置の管体を通すことで第三次水油改質混合により基油と変わらない水含有燃料を生成する。
この改質水は次の工程である、図１に記載の装置に送られ、改質水と基の燃料油とを混合する混合工程により、水燃料混合工程の超音波混合油改質装置に送られ、第一次水油改質混合が行われ、更に螺旋管型混合装置を通し第二次水油改質混合が行われ、超音波発振機と多重螺旋管を備えた混合装置の管体を通すことで第三次水油改質混合により基油と変わらない水含有燃料を生成する。
＜工程Ｅ及び装置Ｅ＞
工程Ｅは、図１における６による工程であり、上記工程Ｄにより得た水を、超音波混合油改質装置（超音波共鳴式混合油改質装置）で処理する工程である。この工程で使用する装置は、上記工程Ａで使用できる範囲の、図１における１による工程で使用する装置等と同じであり、超音波水改質処理装置と同じ構造を有する装置である。上記工程Ａにて使用できる装置の範囲から任意の構造のものを採用できる。
図３を援用して説明する。工程Ｅにおいては、上記工程Ｄにより得た水と基油との混合物、又は、上記工程Ｄにより得た水と基油を、装置Ｅの下方から別々に導入させる。導入された水と基油は、螺旋型超音波発振機１１の周囲を移動し、超音波共鳴コア１３の内部を通過して、ホーン型超音波発振機１２の周囲に到達し、超音波混合油改質処理装置６の上から次の装置に向けて移動する。なお、水の流入方向は逆でもよく、図３における上部から流入させてもよい。
このとき、２種類の超音波発振機である螺旋型超音波発振機１１と、ホーン型超音波発振機１２による２つの超音波の照射によると、特に水と基油が均一に混合される。
この工程及び装置を使用することにより、水含有燃料の安定性が向上する。
工程Ｅは、図１における６による工程であり、上記工程Ｄにより得た水を、超音波混合油改質装置（超音波共鳴式混合油改質装置）で処理する工程である。この工程で使用する装置は、上記工程Ａで使用できる範囲の、図１における１による工程で使用する装置等と同じであり、超音波水改質処理装置と同じ構造を有する装置である。上記工程Ａにて使用できる装置の範囲から任意の構造のものを採用できる。
図３を援用して説明する。工程Ｅにおいては、上記工程Ｄにより得た水と基油との混合物、又は、上記工程Ｄにより得た水と基油を、装置Ｅの下方から別々に導入させる。導入された水と基油は、螺旋型超音波発振機１１の周囲を移動し、超音波共鳴コア１３の内部を通過して、ホーン型超音波発振機１２の周囲に到達し、超音波混合油改質処理装置６の上から次の装置に向けて移動する。なお、水の流入方向は逆でもよく、図３における上部から流入させてもよい。
このとき、２種類の超音波発振機である螺旋型超音波発振機１１と、ホーン型超音波発振機１２による２つの超音波の照射によると、特に水と基油が均一に混合される。
この工程及び装置を使用することにより、水含有燃料の安定性が向上する。
＜工程Ｆ及び装置Ｆ＞
工程Ｆは、図１における７による工程であり、工程Ｅにより得られた混合油を、超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置（超音波発生機＋螺旋管型混合装置）に通す工程である。工程Ｆは図６に記載の装置により処理する工程である。
図６の下端の上向きの矢印に沿って、工程Ｅにより得られた混合油を超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置内に導入する。導入された混合油は、ホーン型超音波発振機１２により超音波による処理がなされる。その後、螺旋管の中でも、多重螺旋管を採用し、外側螺旋管への混合油の流通孔７５を通過して、外側螺旋管７２の外側を通過し、外側螺旋管の混合油の流通孔７１を通過して、内側螺旋管７３内に導入される。さらに、内側螺旋管の混合油の流通孔７４を通過して、中心を通る内側螺旋管７３のさらに内部を通過して、図６に記載の超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置の上方から出される。
工程Ｆにより、螺旋管型の隙間を上下することでキャビテーションの作用を受け、同時に６５～９８℃及び３～１０ｋｇｆ／ｃｍ２となり、水と油の混合が促進される。
この工程Ｆを行なうことにより、水と基油を均一に分散してなる燃料組成物を得ることができる。なお、この螺旋管を備えた混合装置として、外側螺旋管７２及び内側螺旋管７３を有する多重螺旋管に代えて、この外側と内側の位置関係ではない２つの螺旋管としても良く、１本の螺旋管でもよい。内側から順に、内側螺旋管７３、外側螺旋管７２を設けてもよい。このときには、内側螺旋管７３の長さ方向に垂直な面での断面は、内側から順に内側螺旋管７３のさらに内部、内側螺旋管７３、外側螺旋管７２が同心円状に形成されている。また内側螺旋管７３のさらに内部に必ずしも混合油を通す必要はない。
工程Ｆは、図１における７による工程であり、工程Ｅにより得られた混合油を、超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置（超音波発生機＋螺旋管型混合装置）に通す工程である。工程Ｆは図６に記載の装置により処理する工程である。
図６の下端の上向きの矢印に沿って、工程Ｅにより得られた混合油を超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置内に導入する。導入された混合油は、ホーン型超音波発振機１２により超音波による処理がなされる。その後、螺旋管の中でも、多重螺旋管を採用し、外側螺旋管への混合油の流通孔７５を通過して、外側螺旋管７２の外側を通過し、外側螺旋管の混合油の流通孔７１を通過して、内側螺旋管７３内に導入される。さらに、内側螺旋管の混合油の流通孔７４を通過して、中心を通る内側螺旋管７３のさらに内部を通過して、図６に記載の超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置の上方から出される。
工程Ｆにより、螺旋管型の隙間を上下することでキャビテーションの作用を受け、同時に６５～９８℃及び３～１０ｋｇｆ／ｃｍ２となり、水と油の混合が促進される。
この工程Ｆを行なうことにより、水と基油を均一に分散してなる燃料組成物を得ることができる。なお、この螺旋管を備えた混合装置として、外側螺旋管７２及び内側螺旋管７３を有する多重螺旋管に代えて、この外側と内側の位置関係ではない２つの螺旋管としても良く、１本の螺旋管でもよい。内側から順に、内側螺旋管７３、外側螺旋管７２を設けてもよい。このときには、内側螺旋管７３の長さ方向に垂直な面での断面は、内側から順に内側螺旋管７３のさらに内部、内側螺旋管７３、外側螺旋管７２が同心円状に形成されている。また内側螺旋管７３のさらに内部に必ずしも混合油を通す必要はない。
＜工程Ｇ及び装置Ｇ＞
工程Ｇは、図１における８による工程であり、工程Ｆにより得た混合油を、同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機を備えた螺旋管型混合装置に通す工程である。工程Ｇは、図７に記載の多重超音波発振機と螺旋管型混合装置を含む管体により処理する工程である。
図７の左下に示した矢印に沿って、工程Ｆにより処理した混合油を、同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機を備えた螺旋管型混合装置８内に導入する。同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機とは、ホーン型超音波発振機及び螺旋型超音波発振機から選択されたものが、水と基油を均一に分散させるためには好ましい。
導入された水は、ホーン型超音波発振機１２及び／又は螺旋型超音波発振機１１等が設けられた室内に入る。そこにおいて、２０～２００ＫＨｚの振動数で振動するホーン型超音波発振機１２、及び、２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚで振動する螺旋型超音波発振機１１により処理される。これらの超音波発振機の発振周波数は同じでも良く、異なっていても良い。
ホーン型超音波発振機１２及び螺旋型超音波発振機１１により処理された混合油は、図７において、上方に移動して、隔壁管の混合油の流通孔８７を通過して、外側螺旋管８３を通り、次いで外側螺旋管の混合油の流通孔８２を通過して、その内側にある中側螺旋管８４を通過して撹拌される。中側螺旋管８４を通過した混合油は、内側螺旋管の混合油の流通孔８６を通って、内側螺旋管８５を通過して撹拌される。次いで、内側螺旋管の混合油の流通孔８１を通って、管内のスタテック混合管を下方に向けて通過して処理される。なお、この外側螺旋管８３と中側螺旋管８４と内側螺旋管８５は共に外面及び又は内面に螺旋形の凹凸を形成してなり、内部を流通する水にキャビテーションを発生させて、微細な気泡が発生し、高温高圧の状態により水が処理される。この工程Ｇを行なうことにより、水と基油を均一に分散してなる燃料組成物を得ることができる。
なお、この螺旋管型混合装置として、外側螺旋管８３及び内側螺旋管８５に代えて、この外側と内側の位置関係ではない２つの螺旋管としても良く、合わせて１本の螺旋管でもよい。内側から順に、内側螺旋管８５、外側螺旋管８３を設けてもよい。このときには、内側螺旋管８５の長さ方向に垂直な面での断面は、内側から順に内側螺旋管８５のさらに内部、内側螺旋管８５、外側螺旋管８３が同心円状に形成されている。また内側螺旋管８５のさらに内部に必ずしも混合油を通す必要はない。
工程Ｇは、図１における８による工程であり、工程Ｆにより得た混合油を、同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機を備えた螺旋管型混合装置に通す工程である。工程Ｇは、図７に記載の多重超音波発振機と螺旋管型混合装置を含む管体により処理する工程である。
図７の左下に示した矢印に沿って、工程Ｆにより処理した混合油を、同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機を備えた螺旋管型混合装置８内に導入する。同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機とは、ホーン型超音波発振機及び螺旋型超音波発振機から選択されたものが、水と基油を均一に分散させるためには好ましい。
導入された水は、ホーン型超音波発振機１２及び／又は螺旋型超音波発振機１１等が設けられた室内に入る。そこにおいて、２０～２００ＫＨｚの振動数で振動するホーン型超音波発振機１２、及び、２０ＫＨｚ～２００ＫＨｚで振動する螺旋型超音波発振機１１により処理される。これらの超音波発振機の発振周波数は同じでも良く、異なっていても良い。
ホーン型超音波発振機１２及び螺旋型超音波発振機１１により処理された混合油は、図７において、上方に移動して、隔壁管の混合油の流通孔８７を通過して、外側螺旋管８３を通り、次いで外側螺旋管の混合油の流通孔８２を通過して、その内側にある中側螺旋管８４を通過して撹拌される。中側螺旋管８４を通過した混合油は、内側螺旋管の混合油の流通孔８６を通って、内側螺旋管８５を通過して撹拌される。次いで、内側螺旋管の混合油の流通孔８１を通って、管内のスタテック混合管を下方に向けて通過して処理される。なお、この外側螺旋管８３と中側螺旋管８４と内側螺旋管８５は共に外面及び又は内面に螺旋形の凹凸を形成してなり、内部を流通する水にキャビテーションを発生させて、微細な気泡が発生し、高温高圧の状態により水が処理される。この工程Ｇを行なうことにより、水と基油を均一に分散してなる燃料組成物を得ることができる。
なお、この螺旋管型混合装置として、外側螺旋管８３及び内側螺旋管８５に代えて、この外側と内側の位置関係ではない２つの螺旋管としても良く、合わせて１本の螺旋管でもよい。内側から順に、内側螺旋管８５、外側螺旋管８３を設けてもよい。このときには、内側螺旋管８５の長さ方向に垂直な面での断面は、内側から順に内側螺旋管８５のさらに内部、内側螺旋管８５、外側螺旋管８３が同心円状に形成されている。また内側螺旋管８５のさらに内部に必ずしも混合油を通す必要はない。
得られた水含有燃料は、図１の改質油２次貯蔵タンク９及び／又は改質油１次貯蔵タンク１０にて貯蔵される。
本実施例において、全てのホーン型超音波発振機は２０ＫＨｚで発振した。すべての螺旋型超音波発振機は１００ＫＨｚで発振した。
軽油とカルキを抜いた温度１８℃の水道水を用意した。下記Ｎｏ．１～３に示す比率で軽油と水を有する混合燃料を得るように処理した。
Ｎｏ．１：軽油８リットルに対して水２リットル
Ｎｏ．２：軽油７リットルに対して水３リットル
Ｎｏ．３：軽油６リットルに対して水４リットル
Ｎｏ．１～３の３種類の配合となるように、軽油と上記の水を、上記装置Ａ～Ｇの装置に用いて上記工程Ａ～Ｇを行い混合した。
具体的には、上記の水をホーン型超音波発振機１個と螺旋型超音波発振機１個を備えた装置を通し、次にその水を３個のホーン型超音波発振機と３個の螺旋型超音波発振機を備えた円筒管を通した。その円筒管の内部には、セラミックス層と、マンガン含有層として轟石を含有する層と、螺旋型の混合部分を備える。
その水を燃料油と同時に１個のホーン型超音波発振機と１個の螺旋型超音波発振機を備えた円筒管を通し、その混合油を１個のホーン型超音波発振機と螺旋管型混合装置を備えた円筒管を通し、更に３個のホーン型超音波発振機と３個の螺旋型超音波発振機を備えた円筒管を通した。処理時間１０分、水圧５ｋｇｆ／ｃｍ２で水混合燃料を得た。
なおＮｏ．１の試験の時の各々の装置の出口温度を記載すると装置Ａは２８℃、装置Ｂは４０℃、装置Ｃは６０℃、装置Ｄは６５℃、装置Ｅは７５℃、装置Ｆは８０℃、装置Ｇは８８℃であった。
その結果を表１に示す。水混合燃料を２５℃で１カ月間放置した。放置後の水分離の有無を目視にて確認した。その結果、水混合燃料中の水の含有量４０％までは問題なく水含有燃料が得られたことを確認した。
なお、上記装置Ａ～Ｇの装置のうち、Ａの装置のみを使用せず、工程Ａを採用せずに水混合燃料を製造した。その結果、水混合燃料製造後、１週間以内に一部の水が分離して、水混合燃料が２層になったことを目視にて確認できた。同様にＢの装置のみ、Ｃの装置のみ、Ｄの装置のみ、Ｅの装置のみ、Ｆの装置のみ、及びＧの装置のみを使用せずに水混合燃料を製造したところ、おおよそ１週間以内に上記Ａの装置のみを使用しない場合と同様の結果となり、安定性に優れた水含有燃料を得ることができなかった。
軽油とカルキを抜いた温度１８℃の水道水を用意した。下記Ｎｏ．１～３に示す比率で軽油と水を有する混合燃料を得るように処理した。
Ｎｏ．１：軽油８リットルに対して水２リットル
Ｎｏ．２：軽油７リットルに対して水３リットル
Ｎｏ．３：軽油６リットルに対して水４リットル
Ｎｏ．１～３の３種類の配合となるように、軽油と上記の水を、上記装置Ａ～Ｇの装置に用いて上記工程Ａ～Ｇを行い混合した。
具体的には、上記の水をホーン型超音波発振機１個と螺旋型超音波発振機１個を備えた装置を通し、次にその水を３個のホーン型超音波発振機と３個の螺旋型超音波発振機を備えた円筒管を通した。その円筒管の内部には、セラミックス層と、マンガン含有層として轟石を含有する層と、螺旋型の混合部分を備える。
その水を燃料油と同時に１個のホーン型超音波発振機と１個の螺旋型超音波発振機を備えた円筒管を通し、その混合油を１個のホーン型超音波発振機と螺旋管型混合装置を備えた円筒管を通し、更に３個のホーン型超音波発振機と３個の螺旋型超音波発振機を備えた円筒管を通した。処理時間１０分、水圧５ｋｇｆ／ｃｍ２で水混合燃料を得た。
なおＮｏ．１の試験の時の各々の装置の出口温度を記載すると装置Ａは２８℃、装置Ｂは４０℃、装置Ｃは６０℃、装置Ｄは６５℃、装置Ｅは７５℃、装置Ｆは８０℃、装置Ｇは８８℃であった。
その結果を表１に示す。水混合燃料を２５℃で１カ月間放置した。放置後の水分離の有無を目視にて確認した。その結果、水混合燃料中の水の含有量４０％までは問題なく水含有燃料が得られたことを確認した。
なお、上記装置Ａ～Ｇの装置のうち、Ａの装置のみを使用せず、工程Ａを採用せずに水混合燃料を製造した。その結果、水混合燃料製造後、１週間以内に一部の水が分離して、水混合燃料が２層になったことを目視にて確認できた。同様にＢの装置のみ、Ｃの装置のみ、Ｄの装置のみ、Ｅの装置のみ、Ｆの装置のみ、及びＧの装置のみを使用せずに水混合燃料を製造したところ、おおよそ１週間以内に上記Ａの装置のみを使用しない場合と同様の結果となり、安定性に優れた水含有燃料を得ることができなかった。
図８に示す水含有燃料の写真は、基油である軽油のみと、上記表１のＮｏ．１～Ｎｏ．３の水含有燃料（それぞれ混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３）（水含有燃料製造後１２時間経過したもの）である。この写真によると、全ての燃料は白濁や分離等せず、透明で均一な相を示している。なお、混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３は、生成した直後は白っぽくうっすらと濁った状態であったが、時間の経過とともに透明になり、１カ月経過後も透明で均一な相を示していた。
工程Ｃと工程Ｄの順序を逆にした以外は、混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３と同様に製造した混合油も、混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３と同じ結果となり、基油と水分の分離等は生じなかった。
また、工程Ａから工程Ｄを繰り返し行ない（工程Ｄを終了後に、再度工程Ａから工程Ｄまでを行なうこと）、循環させることによっても安定な水を生成することができ、上記混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３と同じ特性の水含有燃料を得た。
更に、水との混合工程である工程Ｅから工程Ｇの工程を繰り返し行ない（工程Ｇを終了後に、再度工程Ｅから工程Ｇまでを行なうこと）、循環させても混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３と同じ特性の水含有燃料を得た。生成品の品質は循環させない生成品と比べて特に変化は無く、１カ月以上経過しても基油と水分の分離は起こらなかった。
工程Ｃと工程Ｄの順序を逆にした以外は、混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３と同様に製造した混合油も、混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３と同じ結果となり、基油と水分の分離等は生じなかった。
また、工程Ａから工程Ｄを繰り返し行ない（工程Ｄを終了後に、再度工程Ａから工程Ｄまでを行なうこと）、循環させることによっても安定な水を生成することができ、上記混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３と同じ特性の水含有燃料を得た。
更に、水との混合工程である工程Ｅから工程Ｇの工程を繰り返し行ない（工程Ｇを終了後に、再度工程Ｅから工程Ｇまでを行なうこと）、循環させても混合油Ｎｏ．１～Ｎｏ．３と同じ特性の水含有燃料を得た。生成品の品質は循環させない生成品と比べて特に変化は無く、１カ月以上経過しても基油と水分の分離は起こらなかった。
本発明より製造された水含有燃料は、長期にわたる保存後でも、外観及び物性に特段の変化はなく安定していた。その製造工程を自動化可能で、添加剤を使わない方法と装置のため連続生産と大量生産が可能である。また、二酸化炭素の発生量削減による地球温暖化対策にも寄与できる。
１ 超音波水改質装置
２ ヒーター装置
３ 複数の超音波発振機＋セラミックス層＋螺旋管型混合装置
４ マンガン含有層を含む装置
５ 改質水貯蔵タンク
６ 超音波混合油改質装置
７ 超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置
８ 複数の超音波発振機を備えた螺旋管型混合装置
９ 改質油２次貯蔵タンク
１０ 改質油１次貯蔵タンク
１１ 螺旋型（共鳴型）超音波発振機
１２ ホーン型超音波発振機
１３ 超音波共鳴コア
３０ セラミックス層
３１ 内側螺旋管の水の流通孔
３２ 隔壁管の水の流通孔
３３ 外側螺旋管
３４ 内側螺旋管
３５ スタテック混合管
３６ 螺旋管の水の流通孔
４１ 内管
４２ スタテック混合ガイド管
７１ 外側螺旋管の混合油の流通孔
７２ 外側螺旋管
７３ 内側螺旋管
７４ 内側螺旋管の混合油の流通孔
７５ 外側螺旋管への混合油の流通孔
８１ 内側螺旋管の混合油の流通孔
８２ 外側螺旋管の混合油の流通孔
８３ 外側螺旋管
８４ 中側螺旋管
８５ 内側螺旋管
８６ 中側螺旋管の混合油の流通孔
８７ 隔壁管の混合油の流通孔
２ ヒーター装置
３ 複数の超音波発振機＋セラミックス層＋螺旋管型混合装置
４ マンガン含有層を含む装置
５ 改質水貯蔵タンク
６ 超音波混合油改質装置
７ 超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置
８ 複数の超音波発振機を備えた螺旋管型混合装置
９ 改質油２次貯蔵タンク
１０ 改質油１次貯蔵タンク
１１ 螺旋型（共鳴型）超音波発振機
１２ ホーン型超音波発振機
１３ 超音波共鳴コア
３０ セラミックス層
３１ 内側螺旋管の水の流通孔
３２ 隔壁管の水の流通孔
３３ 外側螺旋管
３４ 内側螺旋管
３５ スタテック混合管
３６ 螺旋管の水の流通孔
４１ 内管
４２ スタテック混合ガイド管
７１ 外側螺旋管の混合油の流通孔
７２ 外側螺旋管
７３ 内側螺旋管
７４ 内側螺旋管の混合油の流通孔
７５ 外側螺旋管への混合油の流通孔
８１ 内側螺旋管の混合油の流通孔
８２ 外側螺旋管の混合油の流通孔
８３ 外側螺旋管
８４ 中側螺旋管
８５ 内側螺旋管
８６ 中側螺旋管の混合油の流通孔
８７ 隔壁管の混合油の流通孔
Claims (7)
- 下記工程Ａ～Ｇを有する水含有燃料を得る方法（但し下記工程Ｂを行っても良く、行わなくても良い。）。
工程Ａ：超音波水改質処理装置により、水を処理する工程
工程Ｂ：工程Ａにより得られた水を、ヒーターを有する管に通す工程
工程Ｃ：工程Ｂにより得られた水を、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置に通す工程
工程Ｄ：工程Ｃにより得られた水を、内面にマンガン含有層を有する管内を通して処理された水を得る工程
工程Ｅ：基油と工程Ｄにより得た水を、超音波混合油改質装置で処理する工程
工程Ｆ：工程Ｅにより得られた混合油を、超音波発振機と螺旋管を備えた混合装置に通す工程
工程Ｇ：工程Ｆにより得られた混合油を、同種あるいは波長や振動子形状が違う２種類の超音波発振機を多重に装着した螺旋管型混合装置に通す工程 - 前記工程Ａは、水を管内に通しながら、それぞれ独立して２０～２００ＫＨｚの振動数で振動する螺旋型超音波発振機及びホーン型超音波発振機により、同時又は交互に照射する超音波共鳴型装置による水の処理を行う工程である請求項１に記載の水含有燃料を得る方法。
- 前記工程Ｃは、水を、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管体に導入し、
超音波による励起で反応して０．３ＴＨｚ～３ＴＨｚに主たる振動域のテラヘルツ波を出すセラミックス層を通り、
内面がマグネシウム、マンガン、ルテニウム、ニオブを含有する層を有する螺旋状の流路である螺旋管型混合装置を通過させる工程を通り、
水の第二次微細化を行なう工程である請求項１又は２に記載の水含有燃料を得る方法。 - 前記工程Ｆ及び前記工程Ｇは、基油と前記工程Ｄにより得た水を、超音波発振機と螺旋管型混合装置を備えた混合用管体に導入し、
螺旋状の流路である螺旋型混合装置を高速で通過させることによりキャビテーションを発生させて、瞬間的な高温高圧で水含有燃料を生成する請求項１又は２に記載の水含有燃料を得る方法。 - 基油と水を混合して水含有燃料を製造する装置であって、
下記装置Ａ～Ｇを有する水含有燃料製造装置（但し下記装置Ｂを設けても良く、設けなくても良い。）。
装置Ａ：超音波水改質装置
装置Ｂ：加熱用ヒーター内蔵管
装置Ｃ：超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた水処理用管体
装置Ｄ：内面にマンガン含有層を有する管体
装置Ｅ：装置Ｃにより得られた水と燃料油を混合する超音波混合油改質装置
装置Ｆ：超音波発振機と螺旋管型混合装置を備えた混合装置
装置Ｇ：それぞれ独立して２０～２００ＫＨｚの振動数で振動する螺旋型超音波発振機及びホーン型超音波発振機により超音波を同時又は交互に照射する超音波共鳴型装置と、多重螺旋管を備えた混合装置 - 装置Ａは、それぞれ独立して２０～２００ＫＨｚの振動数で振動する螺旋型超音波発振機及びホーン型超音波発振機を有し、かつ、該螺旋型超音波発振機及び該ホーン型超音波発振機の間に金属製の超音波共鳴コアを有し、該螺旋型超音波発振機及び該ホーン型超音波発振機による２種の超音波を、同時又は交互に水に照射する超音波共鳴型装置である請求項５記載の水含有燃料製造装置。
- 装置Ｃは、超音波発振機とセラミックス層と螺旋管型混合装置を備えた管体、及び、内部にマグネシウム、マンガン、ルテニウム、ニオブを含有する層を有する螺旋状の流路である螺旋部を通過させる水処理用管体である請求項５又は６記載の水含有燃料製造装置。
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|---|---|---|---|---|
| JP2014196404A (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-16 | 年明 恒松 | 液体燃料処理方法 |
| WO2016059717A1 (ja) * | 2014-10-17 | 2016-04-21 | 株式会社エコプラナ | 炭化水素系燃料の製造方法及びその製造装置 |
| JP2019189870A (ja) * | 2018-04-19 | 2019-10-31 | 弘 志田 | 加水燃料の製造方法及び製造装置 |
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