WO2008072391A1

WO2008072391A1 - エマルジョン燃料とその製造方法及び製造装置

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Publication number: WO2008072391A1
Application number: PCT/JP2007/062131
Authority: WO
Inventors: Kenji Suzuki
Original assignee: Ait Corporation
Priority date: 2006-12-14
Filing date: 2007-06-15
Publication date: 2008-06-19
Also published as: TW200825163A; JP5174344B2; US20100095580A1; JP2008150421A; EP2107104A1

Abstract

通常の燃料油と同じように取り扱いそして使用できる、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持した、高品質のエマルジョン燃料を提供すること。燃料油４０～９５体積％と、＋１００ｍＶ以下の酸化還元電位を有する６０～５体積％の還元水と、燃料油に対して０．１～１０重量％の乳化剤の混合液からなるエマルジョン燃料であり、還元水としては、水の電気分解によって得られる電解還元水が好ましい。そして、かかるエマルジョン燃料は、好ましくは、電解還元水として、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電解還元水を用いることによって得られる。電気分解に際しては、陰極として、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極を用いるのが好ましい。

Description

ェマルジヨン燃料とその製造方法及び製造装置

技術分野

[0001] 本発明は、ガソリン、軽油、灯油、重油、植物油、廃油等の燃料油と水をェマルジヨン化して得られる環境適用型のェマルジヨン燃料、その製造方法、並びにそれに用いる装置に関するものである。

背景技術

[0002] 水とガソリン、軽油、灯油、重油、植物油、廃油等の燃料油を混合して得られるエマルジョン燃料は、燃焼時に窒素酸ィ匕物 (NO )や煤塵の発生が少ないため、大気汚

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染防止に有効な燃料であることが知られている。例えば、車両、船舶、発電、土木建築等の多くの分野で有効に利用されているディーゼルエンジンは主として軽油を燃料としている力近年、その排気ガスに含まれる窒素酸化物や PM (Particulate Matte r)等の未燃焼生成物、煤塵等が大気汚染の原因となっている。このため、ディーゼルエンジンの排気ガス浄ィ匕を目的として、種々の技術開発が進められている力その一つとして、排気ガス中の窒素酸化物を低減するために、軽油と水とからなるェマルジョン燃料を供給して、噴射、燃焼させるェマルジヨン燃料供給装置も色々と提案されている。そしてまた、安定なェマルジヨン燃料を得るための乳化剤についても、色々な種類のものが提案されてヽる。

特許文献 1：特開平 6 - 346071号公報

特許文献 2：特開平 11― 263991号公報

特許文献 3 :特開 2004— 10765号公報

特許文献 4：特開 2002— 226000号公報

特許文献 5：特開 2003 - 27074号公報

特許文献 6：特開 2004 - 123947号公報

[0003] また、特開 2004— 76608号公報には、ディーゼルエンジンに連結された燃料改質装置が提案されており、この改質装置は、液体燃料と水との混合液に高周波振動を与えて超微粒化 ·高混合密度のェマルジヨン燃料を生成させ、これを燃料噴射ボンプによりエンジン本体に供給するものであることが示されている。そして、かかる燃料を運転状態の制御システム下でディーゼルエンジンに用いると、燃焼温度が低く抑えられると共に、燃料中の水分が水蒸気となり、その一部が分離して小爆発の現象を起こし、その爆発力で燃料と空気との混合を助け燃焼反応が助長されるので、窒素酸ィ匕物や PM (Particulate Matter)等の未燃焼生成物、煤塵等の発生が殆どなくなるということが述べられている。しかしながら、特開 2004— 76608号公報の発明は、あくまでも車両積載型の燃料改質装置に関するものであり、運転状態の制御システムと組合わせて初めて目的が達成されるものである。

特許文献 7：特開 2004 - 76608号公報

[0004] また、実際に、軽油と水から、その時々の燃焼条件に最適なェマルジヨン燃料を作る装置と、後処理フィルターを組み合わせて、電子制御により統合処理する車両積載型のシステムが、 NO · ΡΧ法認定装置として公にも認定されている。これによると、燃

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料中の水分により燃焼時のピーク温度が下がるため、窒素酸ィ匕物の発生が大幅に低減し、またその時、水の微爆によって燃料と酸素の混合が促進され、より完全な燃焼が起こるため、黒煙'煤塵の発生も抑えられるという効果があることが知られている。

[0005] 以上の様に、従来は、主として、ディーゼルエンジンと直結した燃料供給システムとしての改良 '改善が色々と検討されてきた。しかし、より適用 ·応用範囲の広い、長期間にわたつて燃料と水との良好なエマノレジョン状態を保持した、実用的なエマノレジョン燃料自体の開発も望まれて!/、た。

[0006] 本発明者は、既に、燃料 50体積％以上と乳化剤水溶液 50体積％以下の混合液を、超音波を付与しながら攪拌'混合して得られる環境適用型ェマルジヨン燃料とその製造方法、並びに製造装置について提案を行った (特許文献 8)。力かる提案によって得られたェマルジヨン燃料は高品質のものである力長期間にわたるェマルジヨン安定性について、より改善が望まれていた。

特許文献 8：特開 2006 - 28215号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0007] 本発明は、通常の燃料油と同じように取り扱いそして使用できる、長期間にわたって非常に良好なェマルジヨン状態を保持した、高品質のェマルジヨン燃料を開発することを目的'課題とするものである。

課題を解決するための手段

[0008] 本発明は、燃料油 40〜95体積％と、 + lOOmV以下の酸化還元電位（ORP)を有する 60〜5体積％の還元水と、燃料油に対して 0. 1〜10重量％の乳化剤の混合液カゝらなるェマルジヨン燃料である。そして、燃料油と還元水の混合割合は、燃料油が 50〜90体積％で、還元水が 50〜 10体積％のものが好ましい。

[0009] 一般に、酸素の酸化還元電位は約 + 850mV、水素の酸化還元電位は約 420m Vであり、酸ィ匕力と還元力が平衡になる点は、約 + 200mVであるとされている。従つて、還元水とは酸ィ匕還元電位が約 + 200mVより低い水を意味し、この酸化還元電位が低くなるほど、還元力が強いことが知られている。本明細書においても還元水とは、酸ィ匕還元電位が約 + 200mVより低い水を意味する。そして、本発明において用いられるのは、酸化還元電位が約 + 100mV以下のものである。そして、更に好ましい還元水は、水の電気分解によって得られる電解還元水であり、電解還元水のなかで好まし、のは、 + 50mV以下の酸化還元電位を有する電解還元水である。

[0010] 本発明において用いられる電解還元水としては、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電ィ匕還元水を用いるのが好ましい。そして、水の電気分解を行うに際しては、陰極として水素吸蔵金属又は合金を用いて、水の電気分解を行うのが適当である。

[0011] 本発明の他の態様は、前記のごとき本発明のェマルジヨン燃料を製造するための装置に関するものであり、それは、隔膜によって隔てられた陽極と陰極、超音波発生手段及び攪拌手段を備えてなる電解槽と、攪拌手段を備えたェマルジヨン形成槽と、該ェマルジヨン形成槽に連結された燃料油タンクとェマルジヨン燃料タンクとからなるェマルジヨン燃料製造装置である。カゝかる本発明の装置においては、通常用いられる公知の配管、ポンプ類、計量装置、制御装置等を適当に配置あるいは組み込むことができることはいうまでもない。また、本発明においは、乳化剤の貯蔵手段、秤量手段、添加'混合手段は、特別なものである必要はなぐ公知のものを任意の位置に配置又は設置すれば良い。

[0012] 前記製造装置において、電解槽の陰極は、水素吸蔵金属又は合金力形成された電極であるのが好ましい。また、ェマルジヨン形成槽にも、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極を配置するのが好ましい。そして、この場合に、共に水素吸蔵金属又は合金から形成された、電解槽の電極とェマルジヨン形成槽の電極は、交互に交換可能なように配置しておくのが便利である。

[0013] 前記製造装置においては、エマルジョン形成槽に、陽極と、水素吸蔵金属又は合金力も形成された陰極を配置しても良い。また、ェマルジヨン形成槽に、超音波発生手段を設置することもできる。

[0014] 本発明のもう一つの態様は、前記のごとき本発明のェマルジヨン燃料の製造方法に関するものであり、それは、燃料油 (A)の 40〜95体積％と、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電解還元水（B)の 60〜5体積％と、燃料油に対して 0. 1〜10重量％の乳化剤 (C)を、ェマルジヨン形成槽で攪拌混合することを特徴とするェマルジヨン燃料の製造方法である。

[0015] 前記方法においては、水の電気分解を、陰極として水素吸蔵金属又は合金力も形成された電極を用いて行うのが好ま、。そして、燃料油 (A)と電解還元水（B)と乳ィ匕剤 (C)の攪拌混合を、前記の水の電気分解に用いた水素吸蔵金属又は合金から形成された電極の存在下で行うのが好まし、。

[0016] 更に、前記方法においては、燃料油 (A)と電解還元水 (B)と乳化剤 (C)の攪拌混合を、ェマルジヨン形成槽に設けられた陽極と、水素吸蔵金属又は合金から形成された陰極 (電極)の間に通電しながら行うようにしても良い。また、攪拌混合を、超音波発生手段で超音波を与えながら行うようにしても良、。

発明の効果

[0017] 本発明によって得られるェマルジヨン燃料は、公害が少なく環境に優しい燃料であり、長期間にわたって非常に良好なェマルジヨン状態を保持しているので、通常の燃料油と同じように取り扱い、使用することができる。また、本発明のェマルジヨン燃料は、既存のエンジンや燃焼装置'設備にそのまま使用できるので、特別に新たなものを備える必要もない。その上、燃費も高く品質にも優れている。そして、例えば、軽油と乳化剤を含む水とからなる本発明のェマルジヨン燃料をディーゼルエンジンに使用した場合には、黒煙を含む PM及び窒素酸ィ匕物の発生が非常に少なくなる。また、車両の燃費が向上すると共に、エンジンオイルの寿命も長くなるというメリットが得られる発明を実施するための最良の形態

[0018] <第 1実施形態 >

本発明の第 1実施形態に係るェマルジヨン燃料は、燃料油 40〜95体積⁰ /₀と、 + 100 mV以下の酸化還元電位 (ORP)を有する 60〜5体積％の還元水と、燃料油に対して 0. 1〜： LO重量％の乳化剤を混合攪拌し、ェマルジヨンィ匕することによって得られる。混合攪拌又はェマルジヨンィ匕の方法'手段は特に限定されるものではない。公知の V、かなる方法 ·手段 ·装置を用いてもよ!、。燃料油と還元水の好ま U、混合割合は、燃料油が 50〜90体積％で、還元水が 50〜10体積％のものである。

[0019] 第 1実施形態において用いられる乳化剤は液体又は固体のものである力燃料油及び Z又は還元水への添加 ·混合のさせ方にっ、ては何の制限もな、。乳化剤を水溶液として添加'混合しても良ぐあるいは、直接燃料油及び Z又は還元水に直接添カロ'混合しても良い。結果的に、乳化剤の添加量が、燃料油と還元水の混合液において、燃料油に対して 0. 1〜： LO重量％、好ましくは、 1〜5重量％の範囲であれば良い。

[0020] 第 1実施形態において用いられる乳化剤としては、非イオン界面活性剤、ァ-オン界面活性剤、カチオン界面活性剤、両性界面活性剤のいずれでも用いることができる 1S 好ましいのは、ソルビトール、ソルビタン及びソルバイド等の多価アルコールの脂肪酸エステルや、アルコールのアルキレンオキサイド付加物等の非イオン界面活性剤である。乳化剤は一種又は二種以上混合して用いることができる。

[0021] 第 1実施形態において用いられる還元水は、 + 100mV以下の酸化還元電位を有するものである。一般的に還元水とは酸ィ匕還元電位が約 + 200mVより低い水を意味し、この酸ィ匕還元電位が低くなるほど、還元力が強いことが知られている。ちなみに、水道水の酸化還元電位は + 200〜 + 700mVであると言われており、井戸水などの天然水は、酸化還元電位が水道水よりも低ぐ酸化還元電位がマイナスのものも存在している。

[0022] 第 1実施形態において好ましい還元水は、水の電気分解によって得られる電解還元水であり、電解還元水のなかで好ましいのは、 + 50mV以下、更に好ましくは 100 mV以下の酸化還元電位を有する電解還元水である。電解還元水とは、水を電気分解したときに、陰極側に生成する陰極水をいい、アルカリイオン水と呼ばれる場合もある。製造方法によって酸化還元電位は異なるが、製法によっては約— 200mV以下のちのち得られる。

[0023] 第 1実施形態において用いられる電解還元水としては、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電化還元水（陰極側の電解水）を用いるのが好ましい。また、水の電気分解を行うに際しては、陰極として水素吸蔵金属又は合金を用いて、水の電気分解を行うのが適当である。かかる方法'装置によると、条件によって— 300mV 〜― 750mVもの酸化還元電位を有する水を得ることができる。通常は、 - lOOmV 以下のものが好ましぐ特に— 300mV前後のものが適当である。水の電気分解の条件は、目的とする電解還元水の酸化還元電位に応じて、適宜容易に決定することができる。

[0024] 水の電気分解を行うに際しては、陽極 (室)と陰極 (室)を分ける隔膜電解槽が用いられる。隔膜としては、イオン交換膜、有機又は無機の微多孔膜等があり、これらの中から耐食性、機械的強度、気孔径'分布、電気抵抗等を勘案して、適当なものを容易に選択することができる。形状は特に限定されるものではなぐ陽極と陰極で発生、存在する物質が電解液に溶解し、それが拡散対流によって混合するのを防げるようなものであれば良い。実用的には、電解槽の中の陽極を、円筒状の陰イオン交換膜で覆つた形態の隔膜電解槽が便利である。

[0025] ェマルジヨンィ匕によって得られたェマルジヨン燃料は、燃料油と水の割合によつて、 O /W(Oil in Water)型力 WZO (Water in Oil)型になる力第 1実施形態においては、どちらの型でも力まわない。一般的に、燃料油中に水の微粒子が分散した WZO 型の方が安定性には優れており、また、 WZO型の方力水としての性質は少なぐこれに接触する機器類を酸ィ匕するとヽうような問題もなヽので好まヽ。燃料油中の水微粒子の大きさは、 20 以下が適当であり、 5 以下にするのがより好ましい。また、第 1実施形態のヱマルジヨン燃料中には、その目的'用途に応じて、必要な公知の添加剤、例えば、防鲭剤、流動点降下剤、腐食防止剤を配合することもできる。

[0026] 第 1実施形態においては、前記電解還元水を得るための水の電気分解に際し、超音波発生手段を併用するとより優れた効果が得られる。詳細な、原理 ·作用は不明であるが、電気分解に際し、水に超音波発生手段で超音波を付与することにより、水がミクロバブル化し、同時に常温常圧下でありながら 1000気圧 5000度の真空状態を作るといわれる超音波のキヤビテーシヨン効果により、非常に効率的に電解還元水が得られるものと思われる。この際、陰極として、水素吸蔵金属又は合金を用いると、発生した水素が陰極に吸収.吸着される力この水素は、後述のごとぐエマルジョン形成ェ程で有効に使うことができる。このような水の電気分解によって、約— 500mVもの酸化還元電位を有する水を得ることができる。

[0027] 第 1実施形態において超音波発生手段としては、例えば、公知あるいは市販の超音波発生装置を用いることができる。超音波のパワーとしては、水 1リットルあたり、あるいは、後述のェマルジヨン形成の過程では、燃料油と還元水の混合液 1リットル当たり、 1〜： LOOW程度、好ましくは 5〜40Wである。なお、第 1実施形態において超音波発生手段とは、高周波発生手段は含まないが、マイクロ波等のいわゆる超音波以外の、周波数により物体に振動を与える手段も含むものとする。超音波発生手段は、処理液に、キヤビテーシヨン効果を促すものであればどのようなものでも良いが、超音波発生機と接続された超音波発振棒を混合液に挿入するタイプのものが適当である。攪拌手段は、公知あるいは市販の攪拌機を利用すれば良い。電気分解、あるいは、後述のェマルジヨン形成の過程で攪拌.混合に用いる混合容器としては、特別な容器を用いる必要はなぐ実用的にも、例えば、ステンレスやガラス製、あるいは塩ィ匕ビニール製の一般的な容器'装置を用いることができる。

[0028] 前記のごとき還元水又は電解還元水と燃料油とから形成されたェマルジヨンは、水素が添加された新しいェマルジヨン燃料になるものと思われる。そして、このェマルジョン燃料は、水と燃料油が長期間分離することなぐ燃焼性も良く燃費にも優れた高品質のものである。第 1実施形態のェマルジヨン燃料は、燃焼に際し先ず燃料油が燃え

、それによつてェマルジヨン中の水が微爆発して燃料油の燃焼面積が飛躍的に増大し、完全燃焼が起こるものと推測される。

[0029] 第 1実施形態のェマルジヨン燃料の製造方法及びそれに用いられる装置について、図を用いて説明する。図 1は、第 1実施形態のェマルジヨン燃料製造装置の一例を示す概略図である。図 1において、 1は水の電気分解を行うために用いられる電解槽であり、電解槽 1には、イオン膜等の隔膜 4によって隔てられた陽極 3と陰極 2、超音波発振棒等の超音波発生手段 5及び攪拌機等の攪拌手段 6が備えられて、る。 11 はェマルジヨン形成槽であり、ェマルジヨン形成槽 11には、攪拌手段 16が備えられており、このェマルジヨン形成槽 11には、燃料油タンク 17とェマルジヨン燃料タンク 1 8が連結されている。かかる第 1実施形態の装置においては、通常用いられる公知の配管、ポンプ類、計量装置、制御装置等を適当に配置あるいは組み込むことができる（図示せず)。 19は乳化剤の貯蔵タンクであり、乳化剤は、ポンプや計量手段（図示せず)を経て、例えば、ェマルジヨン形成槽 11に連結されている。また、電解槽 1には、水タンク 20が連結されている。

[0030] 第 1実施形態において、陽極 3としては、例えば、白金、チタンや炭素が用いられる。

陰極 2としては、例えば、ノラジウム、チタン等の金属やその合金が用いられる。超音波発生手段 5は、混合液を、ェマルジヨン効果やキヤビテーシヨン効果により、十分に乳化させ得るものであればどのようなものでも良いが、超音波発生機と接続された超音波発振棒を処理液に挿入するタイプのものが適当である。攪拌手段 6、 16は、公知あるいは市販の攪拌機を利用すれば良い。前述のごとぐ電解槽 1ゃェマルジヨン形成槽 11としては、特別な槽を用いる必要はな、。

[0031] 前記製造装置において、電解槽 1の陰極 2は、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極であるのが好ま、。陰極としてパラジウム等の水素吸蔵金属あるいはチタン一鉄合金等の水素吸蔵合金を使用すると、電気分解で発生した水素が陰極に吸蔵され、その後この排出される水素をェマルジヨン形成槽で有効に活用することができる。また、ェマルジヨン形成槽 11にも、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極 1 2を配置するのが好ましい。そして、この場合に、共に水素吸蔵金属又は合金から形成された、電解槽の電極とェマルジヨン形成槽の電極は、交互に交換可能なように配置しておくのが便利である。即ち、陰極はワンバツチごとに電解槽カもェマルジヨン形成槽へ、ェマルジヨン形成槽力電解槽に移動できるように構成'配置しておくのが好ましい。電解槽で水素を吸着 *吸蔵した水素吸蔵金属又は合金力なる陰極は、ェマルジヨン形成槽に移動して、ェマルジヨンに水素を添加するという作用効果を発揮する。水の電気分解に際しては、電解槽 1に、電解質、例えば、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物や塩化物等の塩を入れてぉ、ても良、。

[0032] 図 2は、第 1実施形態のェマルジヨン燃料製造装置の他の例を示す概略図である。

図 2において、 11はェマルジヨン形成槽、 12は水素吸蔵金属又は合金から形成された陰極 (環状陰極)、 13は陽極、 15は超音波発生手段、 16は攪拌手段である。第 1 実施形態においては、ェマルジヨン形成に際して、陽極 13と陰極 12の間に通電しな力ら行うようにしても良い。また、攪拌混合を、超音波発生手段 15で超音波を与えな力 Sら行うようにしても良い。力べすることによって、ェマルジヨンの安定性がより向上する効果が得られる。

[0033] 図 1において、所定量の水、例えば、水道水が、水タンク 20から電解槽 1に供給され、超音波を付与しながら電気分解が行われる。その後、電解槽 1の陰極 (室）に生成した電解還元水は、送液パイプ等によってェマルジヨン形成槽 11に移される。乳化剤は粉末、液体あるいは水溶液の形態で貯蔵されており、貯蔵タンク 19から、前記送液パイプの途中で電解還元水に添カロ ·混合しても良ぐあらカゝじめ燃料油と混合しておいても良ぐあるいは、直接、ェマルジヨン形成槽 11に供給しても良い。

[0034] 次いで、ェマルジヨン形成槽 11に、電解槽 1で電気分解の陰極 2として用いた水素吸蔵金属又は合金からなる電極を移動し、ェマルジヨン形成槽中の還元電解水と燃料油と乳化剤の混合液に、この電極（図 2の 12)から水素を放出させつつ、必要な場合には、混合液に超音波発生手段（図 2の 15)から超音波を付与しながら、混合液を攪拌しェマルジヨンィ匕する。ェマルジヨン化のための時間、温度、雰囲気等は特に限定されるものではない。ェマルジヨン形成が終了したら、水素吸蔵金属又は合金からなる電極（図 2の 12)は電解槽 1に移動させ、再び、水の電気分解の陰極 2として用いられる。 [0035] そして、乳化剤でェマルジヨン化された燃料油 40〜95体積％と電解還元水 60〜5 体積％のェマルジヨン燃料は、ェマルジヨン燃料タンク 18に移送され貯蔵される。なお、例えば、工場等で一定の箇所に設置型の燃焼装置に第 1実施形態を適用する場合には、適当な制御手段を組合わせて、ェマルジヨン燃料タンク 18から直接、燃焼装置にェマルジヨン燃料を供給できるようにすることもできる。また、水タンク 20は、いわゆる一時的に水を貯蔵するタンクではなぐ水道等の水供給源に直接連結されているものでも良ぐ第 1実施形態においては、このようなものも水タンクの概念に含むものである。

[0036] 以下、実施例により第 1実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、ェマルジヨンの経時安定性の評価は、ェマルジヨン燃料 250mlを 250ml のメスシリンダーに入れ、密封系で 25°Cで 1〜3ヶ月放置した後の外観を観察して、次の基準で評価した。〇：外観変化せず、若干の変化あり、 X：ェマルジヨンが分離。

実施例 1

[0037] 図 1の電解槽 (処理槽はステンレス製)の陰極室に水道水（酸ィ匕還元電位が約 + 20 0mV) 20Lを入れ、一方、陽極室には、水酸ィ匕ナトリウム 100gを含む水溶液 20Lを入れ、電源として三相電源の直流を用い、超音波を与えながら、常温常圧で 30分間電気分解を行った。陰極としては、パラジウム (水素吸蔵金属)からなる電極を用いた。電気分解の平均電圧は 20V、平均電流は 50Aであった。超音波発生手段である電波棒は、直径 45mm、長さ 35cmの金属棒を用い、これに 20KHzの超音波を印カロした。超音波のパワーは、平均 255Wであった。なお、電気分解における印加電圧は、 30分間ほぼ一定であった力電流と超音波のパワーは、徐々に増加した。陰極室の水は、市販のミキサーを用いて 1400回/ mの攪拌を行った。陰極室で得られた電解還元水の酸化還元電位は、約 300mVであった。

[0038] 図 1のェマルジヨン形成槽 (ステンレス製）に軽油 12リットル（比重 0. 85)と、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン性界面活性剤（乳化剤） 204 g (軽油に対して 2重量％)と、前記のごとくして得られた電解還元水 8リットルを入れ混合液を調整した (燃料油 60体積％、還元水 40体積％)。そして、前記電解槽での電解に用いた陰極 (電極)をェマルジヨン形成槽に移動して混合液中に浸漬した後、常温常圧で 30分間、混合液の攪拌を行った。攪拌は、市販のミキサーを用いて 140 0回 Zmの攪拌を行った。得られたェマルジヨン燃料は、均一なェマルジヨン状態のものであった。このェマルジヨンの経時安定性の評価を行ったところ、 25°Cで 1ヶ月、更に 3ヶ月間放置した後もェマルジヨンの状態の外観に変化はな力つた (〇：外観変化せず)。

[0039] [比較例 1]

通常の水道水（酸化還元電位が約 + 200mV)を用いて、陰極（電極）をエマルジョン形成槽の混合液中に浸漬すること以外は、前記実施例 1の場合と同様にして、エルジョン形成槽で軽油と乳化剤と水道水との混合液の攪拌'混合を行ってェマルジヨン燃料を得た。このものは、 25°Cで 1日放置しておくとェマルジヨンの状態に変化が現れ（△:若干の変化あり）、一週間後には、ェマルジヨンが殆ど分離した（X：ェマルジヨンが分離)。

実施例 2

[0040] 灯油 12リットルと、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン系界面活性剤 200gと、天然の地下水（酸化還元電位が約 + 80mV) 8リットル又は巿販の装置で作製したアルカリイオン水（酸化還元電位が約― 50mV) 8リットルをエマルジョン形成槽に入れ、混合液を調整した。そして、以後は、それぞれの混合液に 2 0KHZの超音波を印カロしながら攪拌機により攪拌した。攪拌は、市販のミキサーを用 V、て 1400回 Zmのスピードで 20分間行った。

[0041] 天然の地下水を用いた場合も、市販の装置で作製したアルカリイオン水を用いた場合も、均一なェマルジヨン状態の第 1実施形態のェマルジヨン燃料が得られた。いずれも 1ヶ月間放置したが、灯油と水の乖離現象は起こらず、完全にェマルジヨン状態が保持されていた (〇：外観変化せず)。但し、 3ヶ月経過後は、ェマルジヨンに若干の分離が見られた (Δ：若干の変化あり)。

[0042] [比較例 2]

通常の水道水（酸化還元電位が約 + 200mV)を用い、実施例 2と同様にしてェマルジョン燃料を得た。このものは、比較例 1のものよりも格段に安定であつたが、実施例 2のものよりも安定性に劣っていた。

実施例 3

[0043] 第 1実施形態のェマルジヨン燃料のボイラーによる燃焼実験を行い、熱エネルギー効率について検討した。ェマルジヨン燃料としては、実施例 1の方法に準じて得られた、酸化還元電位が約 300mVの電解還元水 (40体積％)と A重油（60体積％)と非ィオン性界面活性剤（乳化剤：重油に対して 2重量％)の混合液カゝらなるものを用いた。比較用には A重油 100%の燃料油を用いた。

[0044] 市販の通常のボイラーによって、燃焼実験を行った。その結果は以下のとおりであつた。

第 1実施形態のェマルジヨン燃料： 1時間 200リットルの燃焼で排ガス温度： 410°C。 A重油（比較用）： 1時間 200リットルの燃焼で排ガス温度: 450°C。

[0045] 第 1実施形態のェマルジヨン燃料の場合には、水を 40%含んでいるにも関わらず、 A 重油 100%のものに比べて、 91% ( (410Z450) X 100)の熱効率が得られており、 Α重油の 60%分と比べると、約 50%も燃費が向上したことになる（410Z (450 X 0. 6) )。なお、実験に用いたボイラーは、 A重油 100%での完全燃焼率 99. 7%の装置であり、 A重油のみでの燃焼も完全燃焼である。よって A重油燃料のみとェマルジョン燃料は、双方が完全燃焼したものの比較と考えられる。

[0046] 前記のごとぐ燃料油 60%で水 40%のェマルジヨン燃料を製造した場合に、 4割増しのェマルジヨン燃料を使用して熱カロリーを維持するのでは、燃料コスト削減の見地からは全く意味がな、。単に環境適応型の燃料が得られたメリットだけに過ぎな!/、。水を使用しても燃料油のみの場合と比べて、熱効率が上がることが重要である。第 1実施形態のェマルジヨン燃料は、上記のごとぐ力かる要求を実現していることが分かる。

[0047] ボイラー内に噴霧されたェマルジヨン燃料の中の水は、約 700°Cに急熱されて、次々に微爆発を起こし、約 3200倍に急膨張すると考えられる。ェマルジヨン中の燃料油は、下記のごとく水蒸気との水性ガス反応により、燃料油中の炭素が水蒸気と反応し COと Hを生成する。そして、水性ガス反応により生成した CO、 CO、 Hは、空気と

2 2 2 の接触面積が増えるため、理論上の空気で完全燃焼するので燃焼効率が向上するものと考えられる。単なる水蒸気の噴霧では得られな、現象である。

[0048] 約 700°Cで水性ガス反応が開始する（C+H 0 = CO+H ) ₀そして、約 700°C以上

2 2

で、 C H +nH O+n/20 → nCO + (2n+ l) Hの反応が起こるものと考 n 2n+2 2 2 2 2

えられる。

実施例 4

[0049] 実施例 3で用いた第 1実施形態のェマルジヨン燃料の、燃焼状態確認テストを行った。その結果、空気量が、理論空気量に対して 30%以下では不完全燃焼となり、 70% 以上の場合は過剰空気領域となることが分力つた。このェマルジヨン燃料の場合は、空気量が 35%〜65%の範囲が良いこと、特に 50%付近で酸素濃度が均一化することが分力つた。

[0050] 通常、ボイラーでの完全燃焼のためには、理論空気量の 1. 2〜1. 5倍の過剰空気（燃焼ガスよりはるかに低温)を送入しており、煙突排気による排気熱損失が、燃料油の持つエネルギーの 15〜40%に達し、これが燃費ロスとなって!/、る。

[0051] 第 1実施形態のェマルジヨン燃料は、非常に少ない空気で完全燃焼させることが出来るので、排気熱損失を防ぐことが出来る。これは、ェマルジヨン燃料油中に分散する水の微粒子が、ボイラーの燃焼室内で瞬時に爆発気化し、燃料油粒子を更に微細化分割、飛散させ、酸素との接触を助けるからであると考えられる。第 1実施形態のェマルジヨン燃料においては、過剰空気を、通常の一般燃焼の場合の 2分の 1以下に抑えることができる。

[0052] <第 2実施形態 >

本発明の第 2実施形態においては、燃料油 50体積％以上、好ましくは 60体積％以上と、乳化剤水溶液 50体積％以下、好ましくは 40体積％以下の混合液を、超音波を付与しながら攪拌'混合して燃料油をェマルジヨンィ匕する。特に好ましいのは、燃料油 80〜90体積％と乳化剤水溶液 20〜10体積％の混合液である。第 2実施形態におヽて乳化剤水溶液とは、必ずしも最初力も乳化剤が水に溶解したものだけを意味するものではなぐ混合'溶解の順序は問わず、結果的に、混合液として燃料油 50 体積％以上と乳化剤と水が 50体積％以下になつているものも含むものである。従つて、燃料油と水と乳化剤の添加'混合順序も特に限定されるものではなぐ燃料油と水と乳化剤を一括混合しても良いし、先ず、水に乳化剤を混合'溶解してから燃料油に添加しても良ぐあるいは、先ず、燃料油に乳化剤を混合'溶解してから、水を徐々に添加する方法でも良い。

[0053] 乳化剤は、燃料油に対して 0. 1〜： L0重量％用いるのが適当であり、好ましくは 1〜5 重量％である。乳化剤としては、非イオン界面活性剤、ァ-オン界面活性剤、カチォン界面活性剤、両性界面活性剤のいずれでも用いることができる力好ましいのは、ソルビトール、ソルビタン及びソルバイド等の多価アルコールの脂肪酸エステルや、アルコールのアルキレンオキサイド付加物等の非イオン界面活性剤である。乳化剤は一種又は二種以上混合して用いることができる。

[0054] ェマルジヨンィ匕によって得られた環境適用型ェマルジヨン燃料は、燃料油と水の割合によって、 OZW(Oil in Water)型か WZO (Water in Oil)型になる力第 2実施形態においては、どちらの型でもかまわない。一般的に、燃料油中に水の微粒子が分散した WZO型の方が安定性には優れている。燃料油中の水微粒子の大きさは、 20 以下が適当であり、 5 以下にするのがより好ましい。また、第 2実施形態の環境適用型ェマルジヨン燃料中には、その目的 ·用途に応じて、必要な公知の添加剤、例えば、防鲭剤、流動点降下剤、腐食防止剤を配合することもできる。

[0055] 第 2実施形態においては、先行特許に開示された電磁波である高周波を用いる方法

'装置よりも、取り扱いが容易かつ安全である、超音波発生手段で超音波を付与することにより、燃料油と乳化剤水溶液がェマルジヨン化し、同時に常温常圧下でありながら 1000気圧 5000度の真空状態を作るといわれる超音波のキヤビテーシヨン効果により、且つ攪拌'混合手段による液の攪拌によって、非常に安定な環境適用型ェマルジョン燃料が得られるのである。

[0056] 第 2実施形態における超音波発生手段としては、第 1実施形態における超音波発生手段を用いることができる。超音波のパワーとしては、燃料油と乳化剤水溶液の混合液 1リツトル当たり 1〜 1 OOW程度、好ましくは 10〜40Wである。

[0057] 第 2実施形態の環境適用型ェマルジヨン燃料の製造方法及びそれに用いられる装置について、図を用いて説明する。図 3は、その一例を示す装置 (環境適用型エマルジョン燃料製造装置)の概略図である。超音波発生手段 21と攪拌手段 22を備えた混合容器 23と、それに連結された水タンク 24、燃料油タンク 25、乳化剤タンク 26及び環境適用型ェマルジヨン燃料タンク 27から構成されている。 28は計量器を、 29はバルブを示す。所定量の燃料油と乳化剤と水が、それぞれのタンクから混合容器 23 に供給される。乳化剤はその種類によって、粉末、液体あるいは水溶液の形態であつて良いし、また、あらカゝじめ燃料油あるいは水と混合したものを混合容器 23に供給しても良い。燃料油と乳化剤水溶液に超音波を与えるための超音波発生手段 (発振棒) 21が、混合容器 23に挿入され、攪拌手段 22も混合容器 23に設置されている。この様な混合容器を用いて、超音波を与えながら、攪拌を行うことによって、燃料油をェマルジヨンィ匕する。ェマルジヨン化のための時間、温度、雰囲気等は特に限定されるものではない。そして、得られた燃料油 50体積％以上と乳化剤水溶液 50体積％以下の環境適用型ェマルジヨン燃料は、環境適用型ェマルジヨン燃料タンク 27に導入され貯蔵される。なお、例えば、工場等で一定の箇所に設置型の燃焼装置に第 2 実施形態を適用する場合には、適当な制御手段を組合わせて、環境適用型ェマルジョン燃料タンク 27から直接、燃焼装置に環境適用型ェマルジヨン燃料を供給できるようにすることもできる。また、水タンク 24は、いわゆる一時的に水を貯蔵するタンクではなぐ水道等の水供給源に直接連結されているものでも良ぐ第 2実施形態においては、このようなものも水タンクの概念に含むものとする。

[0058] 以下、実施例により第 2実施形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、ェマルジヨンの経時安定性の評価は、ェマルジヨン燃料 250mlを 250ml のメスシリンダーに入れ、密封系で 25°Cで 1力月放置した後の外観を観察して、次の基準で評価した。〇：外観変化せず、若干の変化あり、 X：ェマルジヨンが分離。実施例 5

[0059] 軽油 8リットル（比重 0. 85)と、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン性界面活性剤を 136g (軽油に対して 2重量％)を含む水 2リットルの混合液を調整した (燃料油 77体積％、水 23体積％)。図 3の混合容器 (ステンレス製)を用い、これに前記混合液を入れ、超音波を与えながら、常温常圧で 30分間攪拌を行つた。超音波発生手段である電波棒は、直径 45mm、長さ 35cmの金属棒を用い、これに 20KHzの超音波を印加した。超音波のパワーは、平均 255Wであった。攪拌は、市販のミキサーを用いて 1400回 Zmの攪拌を行った。得られた環境適用型ェマルジョン燃料は、均一なェマルジヨン状態のものであった。このェマルジヨンの経時安定性の評価を行ったところ、 25°Cで 1力月放置した後もェマルジヨンの状態の外観に変化はな力つた (〇：外観変化せず)。

[0060] [比較例 3]

超音波を印加せずに、その他は実施例 5と同じようにしてェマルジヨン燃料を得た。このものは、 25°Cで 1日放置しておくとェマルジヨンの状態に変化が現れ（△:若干の変化あり）、一週間後には、ェマルジヨンが殆ど分離した（X：ェマルジヨンが分離)。実施例 6

[0061] 灯油 12リットルと、ポリオキシエチレンアルキルエーテル系を主成分とする非イオン系界面活性剤を 200g含む水 8リットルの、混合液を調整した。実施例 5と同様に、ステンレス製容器に混合液を入れ、 20KHZの超音波を印加し同時に攪拌機により攪拌した。 20分間の処理後、処理液を 1ヶ月間放置したが、灯油と水の乖離現象は起こらず、完全にェマルジヨン状態が保持されて！ヽた (〇：外観変化せず)。

産業上の利用可能性

[0062] 本発明によって得られるェマルジヨン燃料は、長期間にわたって非常に良好なエマルジョン状態を保持しているので、通常の燃料油と同じように取り扱い、使用することができる。そして、高品質で燃費が向上するので、環境に優しい上に燃料経費が大幅に節約できる。更に、水と軽油、灯油、重油、ガソリン等の燃料油を用いて得られるェマルジヨン燃料は、燃焼時に窒素酸ィ匕物 (NO

X )や煤塵の発生が少ないため、大気汚染防止に有効な燃料として、例えば、工場用の燃料、農機具の燃料、漁船や船舶の燃料、車両用燃料に利用できる。また、特に、軽油と乳化剤を含む水とからなるェマルジヨン燃料は、ディーゼルエンジンの燃料として有効に使用できる。

図面の簡単な説明

[0063] [図 1]第 1実施形態のェマルジヨン燃料製造装置の一例の概略図である。

[図 2]第 1実施形態のェマルジヨン燃料製造装置の他の例の概略図である。

[図 3]第 2実施形態の環境適用型ェマルジヨン燃料製造装置の一例の概略図である符号の説明

1 電解槽

2、 12 陰極 (棒状又は環状）

3、 13 陽極 (棒状）

4 イオン隔膜

5、 15 超音波発振棒

6、 16 攪拌機

11 ェマルジヨン形成槽

17 燃料油タンク

18 エマノレジョン燃料タンク

19 乳化剤タンク

20 水タンク

21 超音波発生手段

22 攪拌手段

23 混合容器

24 水タンク

25 燃料油タンク

26 乳化剤タンク

27 環境適用型ェマルジヨン燃料タンク 28 計量器

29 バルブ

Claims

請求の範囲

[I] 燃料油 40〜95体積％と、 + 100mV以下の酸化還元電位（ORP)を有する 60〜5 体積％の還元水と、燃料油に対して 0. 1〜10重量％の乳化剤の混合液力もなるェマルジヨン燃料。

[2] 燃料油が 50〜90体積％で、還元水が 50〜： LO体積％である請求項 1記載のェマルジョン燃料。

[3] 還元水が、電解還元水である請求項 1又は 2記載のェマルジヨン燃料。

[4] 電解還元水が、 + 50mV以下の酸ィ匕還元電位 (ORP)のものである請求項 3記載のェマルジヨン燃料。

[5] 電解還元水が、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られたものである請求項 3 又は 4記載のェマルジヨン燃料。

[6] 電解還元水が、陰極として水素吸蔵金属又は合金を用いて、水の電気分解を行うことによって得られたものである請求項 3〜5のいずれ力 1項記載のェマルジヨン燃料。

[7] 隔膜によって隔てられた陽極と陰極、超音波発生手段及び攪拌手段を備えてなる電解槽と、

攪拌手段を備えたェマルジヨン形成槽と、該ェマルジヨン形成槽に連結された燃料油タンクとェマルジヨン燃料タンクとからなるェマルジヨン燃料製造装置。

[8] 電解槽の陰極が、水素吸蔵金属又は合金カゝら形成された電極である請求項 7記載のェマルジヨン燃料製造装置。

[9] ェマルジヨン形成槽に、水素吸蔵金属又は合金から形成された電極が配置されている請求項 7又は 8記載のェマルジヨン燃料製造装置。

[10] 共に水素吸蔵金属又は合金カゝら形成された、電解槽の電極とェマルジヨン形成槽の電極が、交互に交換可能なように配置されている請求項 8又は 9記載のェマルジヨン燃料製造装置。

[II] ェマルジヨン形成槽に、陽極と、水素吸蔵金属又は合金カゝら形成された陰極が配置されて、る請求項 7〜10の、ずれか 1項記載のェマルジヨン燃料製造装置。

[12] ェマルジヨン形成槽に、超音波発生手段が設置されている請求項 7〜11のいずれか 1項記載のェマルジヨン燃料製造装置。

[13] 燃料油 (A)の 40〜95体積％と、陽極と陰極が隔てられた隔膜電解槽を用い、且つ、超音波発生手段で超音波を与えながら、水の電気分解を行うことによって得られた電解還元水（B)の 60〜5体積％と、燃料油に対して 0. 1〜10重量％の乳化剤 (C) を、ェマルジヨン形成槽で攪拌混合することを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。

[14] 水の電気分解を、陰極として水素吸蔵金属又は合金カゝら形成された電極を用いて行うことを特徴とする請求項 13記載のェマルジヨン燃料の製造方法。

[15] 燃料油 (A)と電解還元水 (B)と乳化剤 (C)の攪拌混合を、水の電気分解に用いた水素吸蔵金属又は合金から形成された電極の存在下で行うことを特徴とする請求項 13 又は 14記載のェマルジヨン燃料の製造方法。

[16] 燃料油 (A)と電解還元水 (B)と乳化剤 (C)の攪拌混合を、ェマルジヨン形成槽に設けられた陽極と、水素吸蔵金属又は合金力形成された陰極 (電極)の間に通電しな力行うことを特徴とする請求項 15項記載のェマルジヨン燃料の製造方法。

[17] 燃料油 (A)と電解還元水 (B)と乳化剤 (C)の攪拌混合を、超音波発生手段で超音波を与えながら行うことを特徴とする請求項 13〜16のいずれか 1項記載のェマルジヨン燃料の製造方法。