JPH0656258B2

JPH0656258B2 - 気水混合燃料油の製造方法とその製造装置

Info

Publication number: JPH0656258B2
Application number: JP33614287A
Authority: JP
Inventors: 義明柴田; 文男岩本
Original assignee: 義明柴田; 文男岩本
Priority date: 1987-12-29
Filing date: 1987-12-29
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: JPH01179814A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明はボイラ、工業炉、ガスタービン、ディーゼルエ
ンジンなどに使用される気水混合燃料油の製造方法とそ
の製造装置に関する。

［従来の技術］省エネルギー、代替エネルギーの開発の社会的要求の中
で燃料油の燃焼効率の改善、安全性及び大気汚染防止
（対ＮＯ_ｘ、ばいじん）対策など種々改善ないし開発が
なされてきた。

例えば、燃焼効率を高めるためには、油の適正な霧化と
空気との接触条件が必要で、これまで燃料油に空気、酸
素ガスを混入したり、水の混合による油水エマルジョン
としたり、その他の添加剤を添加するなど種々試みられ
てきた。

また、ＮＯ_ｘ抑制等の公害防止のため、空気予熱温度の
低下とか、燃焼室負荷の軽減等の運転条件の変更、又は
１次燃焼で燃料過濃でＮＯの発生を押え２次空気により
未燃成分を燃焼させる２次燃焼方法が提案されている。
更に、燃焼用空気の中に低温燃焼排ガスの混入等の排ガ
ス循環式や、水又は水蒸気を燃焼ガス中に吹込むとか、
燃料過濃域でＮＯ並びに残存酸素を含む高温ガスに炭化
水素を混入してＮＯを分解させ、その後空気を加えて可
燃成分を燃焼させる多段燃焼方式とかが試みられてき
た。

［発明が解決しようとする課題］上記油水エマルジョンは、油中に含有された微細な水滴
が燃焼時に火炎の輻射熱により爆発的に気化し、この際
の突沸（ミクロ爆発）現象により水滴のまわりの油粒子
（５０〜１５０μ）を更に飛散させ、油粒の２次微粒化
によって燃焼効率の向上が期待されるため、種々検討さ
れたが、水のみの添加では熱的マイナスであり、また水
の添加による前記ミクロ爆発の発生は、顕著には認めら
れず、燃焼効率の向上は期待する程のものとはならな
い。

一方、水の添加によるＮＯ_ｘの抑制からくるメリットと
着火の遅れによるデメリットとは相殺され、結局油水エ
マルジョンは普及されず、現在に至っている。また、前
記運転条件の変更、２次燃焼方式、多段燃焼方式はそれ
ぞれ一長一短があり燃焼効率の向上とＮＯ_ｘの抑制、ば
いじんの削減等の諸機能を併せ持つものは見受けられな
い状況にある。

また第７ａ〜７ｃ図に示す種々なるバーナーが開発さ
れ、何れも空気、水、油の混燃用のものであるが、ライ
ン５１内に水または空気、もしくは燃料の供給パイプ５
２〜５７を挿入したものであるため大した効果は得られ
なかった。

本発明は気水を少量混合した燃料油を開発して上記諸機
能を満足するようにした燃料油の製造方法と製造装置を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するため、本発明は水を乳化させない
で、油水を分散安定させる方法として少量の空気と水を
油中に混入させるようにしたものである。すなわち、本
発明気水混合の燃料油の製造方法は、燃料油に少量の空
気を撹拌混合して油・空気混合体とする一方、空気に少
量の水を撹拌混合して空気・水混合体とし、前記油・空
気混合体と空気・水混合体とを撹拌混合して燃料油に１
〜１．０５容量％の空気と３〜５容量％の水とを含ま
せ、かつ微細な水粒子に気泡及びカーボン物質等が吸着
されて油分を電気的に安定状態にした気水混合の燃料油
とすることからなる。

また、気水混合の燃料油の製造装置としては、燃料油に
少量の空気を撹拌混合して油・空気混合体を生成させる
油と空気の供給ラインと；空気に少量の水を撹拌混合し
て空気・水混合体を生成させる水と空気の供給ライン
と；空気、水、油を撹拌する撹拌部と、多孔性隔壁を介
して撹拌部の外側に形成された混合部とを有する撹拌混
合槽と；前記撹拌混合槽とオーバーフロー用の移送パイ
プにて連結され、上部に余剰空気排出口と下部に気水混
合の燃料油取出口とを有する養生槽とからなり；前記油
と空気の供給ラインを撹拌混合槽内の撹拌部下部に開口
させるとともに、水と空気の供給ラインを前記撹拌部の
中段部位に開口させたことを特徴とする。

また、撹拌部は複数個のインペラ形多段撹拌翼を有し、
混合部は撹拌液の上昇速度をゆるめるための仕切板を有
している。

［作用］本発明は、予め油・空気混合体と水・空気混合体とを別
個に作成するもので、空気は油中で１μ程度の小気泡と
なって分散され、水は５〜１０μ程度の水粒となって油
中に分散され、それぞれプラス、マイナスに帯電してい
る。この油・空気混合体と水・空気混合体とを撹拌混合
槽内で撹拌混合すると生成された気水混合の燃料油は乳
化することなく、少量の空気と水を安定な状態で分散混
合したものとなり低粘度の超低Ｏ2燃焼が可能の燃焼効
率の高いものとなる。

［実施例］以下、図面に基づき、本発明気水混合の燃料油の製造方
法及びその製造装置について具体的に説明する。

第１図、第２図は、本発明気水混合の燃料油の油粒内に
おける水と空気の分散状態を示す拡大図であって、第１
図は油と空気と混合させたときの分散帯電の状態、第２
図は油・空気混合体に水・空気混合体を混合させたとき
の分散帯電の状態を示す。図中１は油、２は水粒、３は
気泡である。

上記気水混合の燃料油は、油に対し１〜１．０５容量％
以下の空気と、３〜５容量％前後の水を混合したものが
最適で、粘度、流動性、燃焼性にすぐれた特性を示すも
のである。

第１図及び第２図に示すように、水粒は粒径５〜１０μ
で気泡は１μ程度となり油中ないし水粒の表面に点在ま
たは付着する。すなわち、移送、撹拌状態にある油は静
電気を生じ、油中のカーボン物質、セジメントなどはプ
ラスに、金属はマイナスにそれぞれ帯電し、油中に水が
あるとき水はマイナスに帯電する。

本発明の気水混合の燃料油の場合、添加水３〜５容量％
の存在によりマイナスの電荷を処理し、油中のプラス電
荷をもつ物質、すなわちプラスに帯電した気泡とカーボ
ン物質セジメント等を吸引し水粒子の表面に付着させ、
油中の静電気は完全に中和され電気的に安定状態におか
れる。すなわち、微量の空気を油中に安定した状態で混
入させるための介添役として水を同時添加するわけで、
プラスに帯電した気泡３を油中に混入するとともに、マ
イナスに帯電された水粒２の周囲に微細な気泡を吸引し
て安定状態を保ち、油水エマルジョンのように乳化され
ない。

上記気水混合の燃料油を得るためには、第１図に示すよ
うに、最初に油１の中に少量の空気を混入撹拌させるこ
とにより空気を油中に細かく分散プさせてラスに帯電さ
せ、ついで適量の水に空気を混入させた空気・油混合体
に混入撹拌すれば、第２図に示すように、水粒２に気泡
３が付着し、電気的に中性の状態となり、所望の気水混
合燃料油を得る。なお、水粒表面に付着していない余剰
空気は、撹拌終了後に大気中に放出される。

つまり、本発明の気水混合燃料油は油中に散在する水粒
の周囲に気泡を付着させることにより浮力を付与し、ま
た気泡が乳化防止作用をするため水粒子間の摩擦を小さ
くし、流動抵抗を小にして粘度を低下させている。ま
た、油に対し上記範囲内の空気と水を混合することによ
り、気泡はことごとく水粒表面に付着するため、油水エ
マルジョンにおけるような気泡の断熱作用にる油粒の気
化を妨げることなく、気化ガスの起爆剤として働き着火
が速まる。

第３図の実験結果に示すように、油に対する水の体積比
４％（４容量％）の本発明気水混合燃料油の場合には、
５０℃付近で９０ｃＳｔの低粘度を示すが、３０・４％
油水エマルジョンの場合は５０℃で約２００ｃＳｔを示
す（すなわち、油水エマルジョンは３０％の水の添加で
安定する）。また上記のように、着火に際しては水粒表
面に付着した気泡が断熱作用をなし、油粒の気化を妨げ
ることもなく、気化ガスの起爆剤として働き、着火速度
は速まるので、混合された水と空気は燃焼触媒となり、
僅かな空気量（実測によれば空気比１．０５、燃焼効率
９９．９９９％）で超低Ｏ2 燃焼をなし、ばいじん、Ｎ
Ｏ_ｘ，ＳＯ3の過酸化物発生を低く押さえることができ
る。

第４図は、本発明の気水混合の燃料油、油水エマルジョ
ン（乳化燃料）及び通常燃料油における空気比と残存酸
素量と、燃焼可能領域とを示してあるが、図示のように
気水混合燃料油が他の燃料に比較して如何に燃焼効率が
良く、且つ超低Ｏ2 燃焼が可能かが理解できる。

次に気水混合の燃料油製造装置について説明する。

第５図は本発明の気水混合燃料油製造装置の概要を示す
縦断側面図である。この製造装置は、撹拌部１０と混合
部２０とを有する撹拌混合槽２５と、養生槽２６と、撹
拌部１０の下部に開口する油・空気の供給ライン３０
と、撹拌部１０の中部に開口する水・空気供給ライン４
０とを主要部としている。図中、２７は気水混合燃料油
の取出口、２８は移送パイプ、２９は余剰空気排出口、
３０は油・空気供給ライン、３５、４５は空気源、３２
は油タンク、３３はオイルポンプ、３４、４３は積算流
量計、４０は水・空気供給ライン、４３は水供給用ポン
プである。

撹拌混合槽２５内は、中央に撹拌部１０が形成され、円
筒状の多孔隔壁１１を介して撹拌部１０の周囲に混合部
２０が形成されている。混合部２０は数枚の水平な仕切
板２１によって上下数段に仕切りられている。撹拌部１
０には、多段撹拌翼１１を有する撹拌軸１２を取取け、
その軸端に減速機付きモータ１３を設けている。

前記撹拌液の混合部２０への流入、混合部より撹拌部１
０への還流の繰返しと撹拌翼１１によるキャビテーショ
ン効果と相俟って、油中に混入された気泡をなるべく小
さくし、また撹拌により誘起される静電気量を最大にし
て油中に混入された水粒の表面に気泡が完全に付着する
ようにしている。

養生槽２６は撹拌混合槽２５の上部において、移送パイ
プ２７に連結され、充分撹拌された気水混合の燃料油を
一時貯蔵して安定した状態に落ち着かせるためのタンク
であって、下部に気水混合燃料油の取出口２８を有し、
移送パイプ２７の取付部と離れた位置の槽上部に余剰空
気の排出口２９を有している。

前記撹拌混合槽２５の油面は常に一定に保持されて、新
たな油・空気混合体と空気・水混合体を混合槽２５の下
方より供給して充分撹拌され、気水混合燃料油となし、
前記移送パイプ２７を介してオーバーフローにより養生
槽２６に移送貯蔵される。また貯蔵中、油中に不安定な
状態で混在された余分な空気は、余剰空気排出口２９よ
り大気中に放出して、電気的に中性の安定した気水混合
の燃料油を下部取出口２８より取出すようにしてある。

油・空気供給ライン３０は、油タンク３２からのパイプ
にオイルポンプ３３、積算流量計３４、流量絞り弁３１
及び逆止弁３７を配置し、逆止弁３７より上流に空気源
３５、逆止弁３６を含む空気供給ライン３０ａを結合し
てなるもので、油中に空気を混入させた混合体を撹拌部
１０の下部に供給する。

水・空気供給ライン４０は、水源４１からのパイプに水
供給用のポンプ４２、積算流量計４３、流量絞り弁４４
及び逆止弁４７を配置し、逆止弁４７より上流に逆止弁
４６を含む空気供給ライン４０ａを結合してなるもの
で、適正量（油に対し体積比３〜５％）の水・空気混合
体を撹拌部１０の中段部位に供給する。油、空気の供給
に対し、タイムラグを持たせ、その間に空気は油中に細
かい気泡となってプラスに帯電されながら、分散するよ
うにしてある。なお、撹拌効率とキャビテーション効果
の向上のためには、第６図に示すインペラ形撹拌翼１１
を使用すると一層の効果が期待できる。

なお、第５図の油・空気供給ライン３０、水・空気供給
ライン４０において、オイルポンプ３３、水供給用ポン
プ４２のデリバリー側に空気供給ライン３０ａ、４０ａ
を接続して空気を押込んでいるが、デリバリー側での空
気押込みの代りにオイルポンプ３３、水供給用ポンプ４
２のサクション側に逆止弁、ニードルバブルを有する空
気吸込みライン（図示省略）をそれぞれ接続して空圧源
３５、４５を含む空気供給ライン３０ａ，４０ａを省き
簡易化をはかることができる。

本発明製造装置の作用について説明すると次のとおりで
ある。

撹拌翼１１の駆動により撹拌中の撹拌部１０の下部に、
油・空気供給ライン３０よりの油・空気混合体を供給す
ると、第１図に示すように油１は静電気を誘起してマイ
ナスに帯電し、混入された空気は１μ程度の気泡３とな
ってプラスに帯電され、油中に分散される。

ついで、水・空気供給ライン４０により水・空気混合体
が供給されるので、水は５〜１０μ程度の水粒２となっ
てマイナスに帯電されながら油中に分散される。第２図
に示すようにマイナスに帯電された水粒２は油中の前記
プラス電位の気泡３を吸引して、その表面に付着させ、
電気的に安定した気水混合の燃料油が得られる。

前記油・空気供給ライン３０の絞り弁３１により油は適
正に調整供給され、又水は水・空気供給ライン４０の絞
り弁４４により前記調整された油量に対し体積比３〜５
％の供給量を保持しながら供給される。

このようして、適正な混合比を持つ油、水、空気は撹拌
混合されつつ撹拌部１０と混合部２０との間を隔壁１５
を介して往き来しながら上昇し、移送パイプ２７を介し
て養生槽２６へ移送され貯蔵される。貯蔵期間中余分に
混入された空気は余剰空気となって機外へ放出される。

［発明の効果］本発明方法は、油・空気混合体と空気・水混合体とを撹
拌混合して燃料油に１〜１．０５容量％の空気と３〜５
容量％の水とを含ませ、かつ微細な水粒子に気泡及びカ
ーボン物質等が吸着されて油分を電気的に安定状態にし
たものであるから、水と少量の空気とが油中に非乳化の
状態で混入され、油中において気泡と微細水粒との撹拌
により誘起された静電気により結合されて、安定性があ
り低粘度の着火時間が短かく高燃焼効率の超低Ｏ2燃焼
を可能とする燃料油を容易に製造することができる。

また、撹拌部と混合部とを備えた撹拌混合槽に油・空気
供給ラインと水・空気供給ラインとを別個に開口させて
たため、油内における気泡の細分分散化及び気泡と油の
帯電を先行させ、ついで、水・空気混合体の供給により
水粒の分散と帯電をさせ、水粒と気泡との静電的結合を
可能とし、乳化することなしに安定した気水混合燃料油
を製造しうる装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気水混合燃料油の混合の第１過程であ
る油と気泡の混合及び帯電状態を示す拡大図、第２図は
同じく油中における水粒気泡の分散帯電状態を示す拡大
図、第３図は本発明の気水混合燃料油と乳化燃料との温
度に対する粘度の関係を示す線図、第４図は本発明の気
水混合燃料油と乳化燃料と通常燃料に対する燃焼可能領
域図、第５図は本発明の製造装置の縦断側面図、第６図
は同上製造装置における撹拌部のインペラ撹拌翼の概要
を示す斜視図、第７ａ図〜第７ｃ図は従来の気水油混燃
用バーナーの各種タイプを示す図である。１……油、２……水粒、３……気泡、１０……撹拌部、
１１……撹拌翼、１２……撹拌軸、１３……減速機付き
モータ、１５……隔壁、２０……混合部、２１……仕切
板、２５……撹拌混合槽、２６……養生槽、２７……移
送パイプ、２８……取出口、２９……余剰空気排出口、
３０……油・空気供給ライン、４０……水・空気供給ラ
イン、３１、４４……絞り弁、３２……油タンク、３３
……オイルポンプ、３４、４３……積算流量計、３５、
４５……空圧源、３６、３７、４６、４７……逆止弁、
４２……水供給用ポンプ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料油に少量の空気を撹拌混合して油・空
気混合体とする一方、空気に少量の水を撹拌混合して空
気・水混合体とし、前記油・空気混合体と空気・水混合
体とを撹拌混合して燃料油に１〜１．０５容量％の空気
と３〜５容量％の水とを含ませ、かつ微細な水粒子に気
泡及びカーボン物質等が吸着されて油分を電気的に安定
状態にした気水混合の燃料油とすることからなる気水混
合燃料油の製造方法。
【請求項２】燃料油に少量の空気を撹拌混合して油・空
気混合体を生成させる油と空気の供給ラインと、空気に少量の水を撹拌混合して空気・水混合体を生成さ
せる水と空気の供給ラインと、空気、水、油を撹拌する撹拌部と、多孔性隔壁を介して
撹拌部の外側に形成された混合部とを有する撹拌混合槽
と、前記撹拌混合槽とオーバーフロー用の移送パイプにて連
結され、上部に余剰空気排出口と下部に気水混合の燃料
油取出口とを有する養生槽とからなり、前記油と空気の供給ラインを撹拌混合槽内の撹拌部下部
に開口させるとともに、水と空気の供給ラインを前記撹
拌部の中段部位に開口させたことを特徴とする気水混合
燃料油の製造装置。
【請求項３】前記撹拌部は複数個のインペラ形多段撹拌
翼を有し、混合部は撹拌液の上昇速度をゆるめるための
仕切板を有している特許請求の範囲第２項記載の気水混
合燃料油の製造装置。