WO2012039429A1 - 水混合燃料およびその製造方法 - Google Patents

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重松　利信
英樹 嶋田
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Definitions

  • the present invention relates to a water-mixed fuel in which fuel oil and water are mixed, and a method for producing the same.
  • Non-Patent Document 1 discloses an engine capable of obtaining thermal energy by reacting water and magnesium.
  • development of emulsion fuel in which water and surfactant are added to fuel oil is also being carried out (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
  • An object of the present invention is to provide a water-mixed fuel in which a fuel oil and water are mixed by an approach completely different from the above-mentioned conventional method, and a method for producing the same.
  • the water-mixed fuel of the present invention comprises a fuel oil, water and a powder of metal oxide. Further, the method for producing a water-mixed fuel according to the present invention is characterized by mixing a fuel oil, water and a powder of metal oxide. According to the water-mixed fuel of the present invention, the metal oxide powder acts as a catalyst to lower the activation energy of water and burn it together with the fuel oil.
  • the activation energy changes in value by the control of the reaction constant and the frequency factor by the catalyst.
  • the explosion energy of hydrogen is about 250 kJ / mol ( ⁇ 5000 ° C.). That is, assuming that the energy at which water is decomposed into hydrogen and oxygen is E 1 and the explosion energy is E 2 , the inequality E 1 ⁇ E 2 holds.
  • the water mixed fuel of the present invention by the powder of the metal oxide as a catalyst, it is possible to lower the activation energy E 1 of the water.
  • titanium oxide, magnesium oxide, sodium oxide or the like can be used as the metal oxide powder.
  • the metal oxide powder preferably has a particle size of 10 ⁇ m or less.
  • the particle size is 10 ⁇ m or less, the water in the water-mixed fuel and the metal oxide sufficiently contact with each other to function as a catalyst with high efficiency. Further, by setting the particle diameter to 10 ⁇ m or less, it is possible to prevent damage to the inside of the motor that burns the water-mixed fuel. When the particle size is more than 10 ⁇ m, the function of the catalyst is reduced.
  • the metal oxide powder acts as a catalyst so that the activation energy of water is lowered and burns with the fuel oil Therefore, it is possible to use water as energy.
  • the metal oxide powder has a particle diameter of 10 ⁇ m or less, the water in the water-mixed fuel and the metal oxide sufficiently contact with each other to function as a catalyst with high efficiency, and the combustion efficiency is improved. Do. In addition, it is possible to prevent damage to the inside of the motor that burns the water-mixed fuel.
  • FIG. 7 is a graph showing experimental results when water in a water-mixed fuel is 0.04 to 1.00 wt% and titanium oxide powder is 0.02 wt%, 0.04 wt%, and 0.06%.
  • FIG. 6 is a graph showing experimental results when water in a water-mixed fuel is 0.04 to 1.00 wt% and titanium oxide powder is 0.08 wt%, 0.10 wt%, and 0.12%.
  • FIG. 6 is a graph showing experimental results in the case where the water content in the water-mixed fuel is 0.04 to 1.00 wt% and the titanium oxide powder is 0.14 wt%, 0.16 wt%, and 0.18%.
  • the water-mixed fuel in the embodiment of the present invention is produced by mixing fuel oil, water and powder of metal oxide.
  • fuel oil light oil, gasoline or the like can be used.
  • metal oxide powder powder of titanium oxide, magnesium oxide, sodium oxide or the like, which is ground in a mortar or the like to a powder having a particle size of 10 ⁇ m or less can be used.
  • the water content in the water-mixed fuel is 0.04 to 1.00 wt%, and the metal oxide content is 0.02 to 0.14 wt%.
  • this water-mixed fuel is used as a fuel oil for a motor such as a diesel engine or a gasoline engine or a boiler
  • the metal oxide powder acts as a catalyst to lower the activation energy of the water and burn with the fuel oil. It can be used as energy.
  • the particle size of the metal oxide powder is 10 ⁇ m or less, the inside of the motor is not damaged.
  • the engine efficiency of the water-mixed fuel in the embodiment of the present invention was measured.
  • a predetermined amount of water is added to 1 liter of light oil, the mixture is stirred by a stirrer, and further, a predetermined amount of powdered titanium oxide as a metal oxide is ground and pulverized. Manufactured by stirring.
  • a water-mixed fuel in which only water is mixed without using titanium oxide is used.
  • the engine efficiency was measured by measuring the acceleration of the actual vehicle. Further, the acceleration is proportional to the output of the engine. m is not a simple mass, but is a combined mass including engine output efficiency and friction. Therefore, by measuring the acceleration, an amount proportional to the engine output is measured. However, the measured value is not an absolute value but a relative value.
  • the measurement method is as follows. (1) Fuel is injected into the diesel engine of a real vehicle. (2) Measure the acceleration under the conditions of low acceleration and solid acceleration with low gear. (3) Remove the fuel. (4) Warm-up operation by adding non-added light oil. (5) Remove the fuel. (6) Change the conditions of the water-mixed fuel and repeat (1) to (5).
  • FIGS. 1 to 3 The experimental results are shown in FIGS. 1 to 3.
  • Fig. 1 is a graph showing experimental results when water in the water-mixed fuel is 0.04 to 1.00 wt% and titanium oxide powder is 0.02 wt%, 0.04 wt%, and 0.06%.
  • Fig. 2 is a graph showing experimental results when water in a water-mixed fuel is 0.04 to 1.00 wt% and titanium oxide powder is 0.08 wt%, 0.10 wt%, and 0.12%.
  • Fig. 3 is a graph showing the experimental results when the water in the water-mixed fuel is 0.04 to 1.00 wt% and the titanium oxide powder is 0.14 wt%, 0.16 wt%, and 0.18%. is there. Further, as a comparative example, experimental results of a water-mixed fuel in which only water is mixed are shown in FIG. 1 to FIG.
  • the titanium oxide powder when the titanium oxide powder is 0.14 wt%, depending on the water content, it is better than the water-mixed fuel of the comparative example in which only water is mixed.
  • the acceleration was confirmed to be high, but when the titanium oxide powder was 0.16 wt% and 0.18 wt%, the acceleration of the water-mixed fuel of the comparative example was less than that of the comparative example, and no improvement in engine output was observed.
  • the water-mixed fuel and the method for producing the same of the present invention are useful as a fuel oil for a prime mover such as a diesel engine and a gasoline engine, a boiler and the like, and a method for producing the same.

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Abstract

　燃料油と水とを混合した水混合燃料およびその製造方法を提供することを目的とする。本発明は、燃料油と、水と、金属酸化物の粉末とを含む水混合燃料油であり、燃料油と、水と、金属酸化物の粉末とを混合することにより製造する。この水混合燃料によれば、金属酸化物の粉末が触媒となって水の活性化エネルギーが下がり、燃料油とともに燃焼するようになるので、水をエネルギーとして利用することが可能となる。

Description

水混合燃料およびその製造方法
　本発明は、燃料油と水とを混合した水混合燃料およびその製造方法に関する。
　燃料内に水が混入するとエンジンの出力が低下することは古くから知られている。一方で、水を燃焼させる研究もなされており、例えば非特許文献１には水とマグネシウムを反応させることで熱エネルギーを得ることができるエンジンが開示されている。また、燃料油に水と界面活性剤を添加したエマルジョン燃料の開発も行われている（例えば特許文献１～３参照。）。
特開２００１－３４８５７９号公報 特開２０００－２６３０６２号公報 特開平６－３４６０７１号公報
"てんけんくんのオモシロ新技術４『ＭＡＧＩＣエンジン』～循環型クリーンエネルギーシステム"，整備　ｉｎ　Ｔｏｋｙｏ　２００６年７月号，［online］，ＴＯＳＳＮＥＴ，［平成２２年９月１５日検索］，インターネット＜ＵＲＬ：http://tossnet.or.jp/staticContents/public_html/mtou_tokyoweb/gallery/2006/omosiro200607.pdf＞
　本発明は、上記従来の方法とは全く別のアプローチで燃料油と水とを混合した水混合燃料およびその製造方法を提供することを目的とする。
　本発明の水混合燃料は、燃料油と、水と、金属酸化物の粉末とを含むものである。また、本発明の水混合燃料の製造方法は、燃料油と、水と、金属酸化物の粉末とを混合することを特徴とする。本発明の水混合燃料によれば、金属酸化物の粉末が触媒となって水の活性化エネルギーが下がり、燃料油とともに燃焼するようになる。
　水をエネルギーとするためには、水を水素と酸素に分解し、水素を爆発させることが必要となるが、水を分解するには、基底状態から遷移状態に励起するための活性化エネルギーを与える必要がある。この活性化エネルギーは以下のアレニウスの式によって表現される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　この活性化エネルギーは、触媒による反応定数や頻度因子のコントロールによって値が変わる。一方、水素の爆発エネルギーは約２５０ｋＪ／ｍｏｌ（～５０００℃）である。つまり、水が水素と酸素に分解するエネルギーをＥ1とし、爆発エネルギーをＥ2とすると、Ｅ1＜Ｅ2の不等式が成り立つ。本発明の水混合燃料では、金属酸化物の粉末が触媒となることにより、この水の活性化エネルギーＥ1を下げることができる。
　ここで、金属酸化物の粉末は、酸化チタン、酸化マグネシウムや酸化ナトリウム等を用いることが可能である。
　また、金属酸化物の粉末は粒径１０μｍ以下であることが望ましい。粒径１０μｍ以下であることにより、水混合燃料中の水と金属酸化物とが十分に接触し、触媒として高効率で機能するようになる。また、粒径１０μｍ以下であることにより、この水混合燃料を燃焼させる原動機内を傷つけることを防止することができる。なお、粒径１０μｍ超の場合には触媒の機能が低下する。
（１）燃料油と、水と、金属酸化物の粉末とを含む水混合燃料によれば、金属酸化物の粉末が触媒となって水の活性化エネルギーが下がり、燃料油とともに燃焼するようになるので、水をエネルギーとして利用することが可能となる。
（２）金属酸化物の粉末が粒径１０μｍ以下であることにより、水混合燃料中の水と金属酸化物とが十分に接触し、触媒として高効率で機能するようになり、燃焼効率が向上する。また、水混合燃料を燃焼させる原動機内を傷つけることを防止することができる。
水混合燃料中の水を０．０４～１．００ｗｔ％とし、酸化チタン粉末を０．０２ｗｔ％，０．０４ｗｔ％，０．０６％とした場合の実験結果のグラフを示す図である。 水混合燃料中の水を０．０４～１．００ｗｔ％とし、酸化チタン粉末を０．０８ｗｔ％，０．１０ｗｔ％，０．１２％とした場合の実験結果のグラフを示す図である。 水混合燃料中の水を０．０４～１．００ｗｔ％とし、酸化チタン粉末を０．１４ｗｔ％，０．１６ｗｔ％，０．１８％とした場合の実験結果のグラフを示す図である。
　本発明の実施の形態における水混合燃料は、燃料油と水と金属酸化物の粉末とを混合することにより製造する。燃料油としては、軽油やガソリン等を使用することができる。また、金属酸化物の粉末としては、酸化チタン、酸化マグネシウムや酸化ナトリウム等を乳鉢等ですり潰して粒径１０μｍ以下の粉末としたものを使用することができる。なお、水混合燃料中の水は０．０４～１．００ｗｔ％、金属酸化物は０．０２～０．１４ｗｔ％となるようにする。
　この水混合燃料をディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の原動機やボイラ等の燃料油として使用すれば、金属酸化物の粉末が触媒となって水の活性化エネルギーが下がり、燃料油とともに燃焼し、水をエネルギーとして利用することができる。また、金属酸化物の粉末の粒径は１０μｍ以下であるため、原動機内を傷つけることもない。
　上記本発明の実施の形態における水混合燃料についてエンジン効率の測定実験を行った。本実施例における水混合燃料は、軽油１リットルに対して所定量の水を投入し、スターラーで攪拌し、さらに金属酸化物としての酸化チタンを乳鉢ですり潰して粉末化したものを所定量投入し、攪拌することにより製造した。また、比較例として酸化チタンを混合せずに、水のみを混合した水混合燃料を使用した。
　なお、エンジン効率の測定は、実車両の加速度を測定することにより行った。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
より、加速度はエンジンの出力と比例関係にある。ｍは単なる質量ではなく、エンジンの出力効率や摩擦などを含む合成質量である。したがって、加速度を測定することにより、エンジン出力に比例した量を測定したことになる。ただし、測定値は絶対値ではなく、相対値となる。
　計測方法は、以下の手順による。
（１）実車両のディーゼルエンジンに燃料を投入。
（２）ローギアでアクセルベタ踏みの条件で加速度を測定。
（３）燃料を抜く。
（４）無添加の軽油を投入し、暖気運転。
（５）燃料を抜く。
（６）水混合燃料の条件を変えて、（１）～（５）を繰り返し。
　実験結果を図１～図３に示す。図１は水混合燃料中の水を０．０４～１．００ｗｔ％とし、酸化チタン粉末を０．０２ｗｔ％，０．０４ｗｔ％，０．０６％とした場合の実験結果のグラフを示す図、図２は水混合燃料中の水を０．０４～１．００ｗｔ％とし、酸化チタン粉末を０．０８ｗｔ％，０．１０ｗｔ％，０．１２％とした場合の実験結果のグラフを示す図、図３は水混合燃料中の水を０．０４～１．００ｗｔ％とし、酸化チタン粉末を０．１４ｗｔ％，０．１６ｗｔ％，０．１８％とした場合の実験結果のグラフを示す図である。また、比較例として図１～図３に水のみを混合した水混合燃料の実験結果を示している。
　図１に示すように、本実施例の水混合燃料では、酸化チタン粉末が０．０２～０．０６ｗｔ％の場合には、水が０．２～１．００ｗｔ％の範囲でほぼ水のみを混合した比較例の水混合燃料よりも加速度が高くなっており、エンジンの出力向上が確認できた。また、図２に示すように、本実施例の水混合燃料では、酸化チタン粉末が０．０８～０．１２ｗｔ％の場合には、水のみを混合した比較例の水混合燃料よりも加速度が高くなり、エンジンの出力向上が見込めるが、水の含有量によっては比較例よりも出力が低下することがあった。
　また、図３に示すように、本実施例の水混合燃料では、酸化チタン粉末が０．１４ｗｔ％の場合には、水の含有量によっては水のみを混合した比較例の水混合燃料よりも加速度が高くなることが確認できたが、酸化チタン粉末が０．１６ｗｔ％，０．１８ｗｔ％の場合は比較例の水混合燃料の加速度以下となり、エンジンの出力向上は見られなかった。
　本発明の水混合燃料およびその製造方法は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジン等の原動機やボイラ等の燃料油およびその製造方法として有用である。

Claims (10)

  1. 　燃料油と、水と、金属酸化物の粉末とを含む水混合燃料。
  2. 　前記金属酸化物は酸化チタンである請求項１記載の水混合燃料。
  3. 　前記水が０．０４～１．００ｗｔ％、前記金属酸化物が０．０２～０．１４ｗｔ％である請求項２記載の水混合燃料。
  4. 　前記水が０．０４～１．００ｗｔ％、前記金属酸化物が０．０２～０．１４ｗｔ％である請求項１記載の水混合燃料。
  5. 　前記金属酸化物の粉末は粒径１０μｍ以下である請求項１から４のいずれかに記載の水混合燃料。
  6. 　燃料油と、水と、金属酸化物の粉末とを混合することを特徴とする水混合燃料の製造方法。
  7. 　前記金属酸化物は酸化チタンである請求項６記載の水混合燃料の製造方法。
  8. 　前記水が０．０４～１．００ｗｔ％、前記金属酸化物が０．０２～０．１４ｗｔ％である請求項７記載の水混合燃料の製造方法。
  9. 　前記水が０．０４～１．００ｗｔ％、前記金属酸化物が０．０２～０．１４ｗｔ％である請求項６記載の水混合燃料の製造方法。
  10. 　前記金属酸化物の粉末は粒径１０μｍ以下である請求項６から９のいずれかに記載の水混合燃料の製造方法。
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