JPH01179814A - 気水混合燃料油の製造方法とその製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 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の燃料油に関する。

［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ＮＯｘ、ばいじん）対策など種々改善ないし開発がな
されてきた。

前記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、これまで空気酸素ガスの混入、
又は水添加、添加剤などが種々試みられ、例えば燃料中
に水を混合した油水エマルジョン等が試みられてぎた。

また、Ｎｏ、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次燃焼で燃利過淵で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次燃焼方式や、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、又は燃斜過ｍ域でＮｏ
並びに残存酸素を含む高温ガス中に炭化水素を混入して
ＮＯを分解さゼ、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、または（第７ａ〜７０図に示り
−）油、空気、水、混燃用のバーナが試みられてぎた。

［発明が解決しようとする問題点］ 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）を更に飛散さけ、油料の２数機粒化
による燃焼効率の向上に期待が寄せられ、多方面に亘り
試用され種々検問されたが、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
のものがなかった。一方、水の添加によるＮＯｘの抑制
からくるメリットと着火のおくれによるデメリッ１−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ＩＣ１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である。

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５２
〜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。

本発明は上記の事項に鑑み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にうにした燃料油の製造
方法と製造装置を提供するものである。

［問題点を解決づ−るための手段］ 上記の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ｆｆｉの空気を
水とともに油中に混入させるようにしたしのである。す
なわち、本発明の製造方法としては、油供給ラインと水
供給ラインとに空気を分割供給して少量の水と空気とを
油に撹拌混合することを特徴としたものである。また、
前記撹拌混合に際して、最初に油に少量の空気を撹拌混
合したのら、少量の水と空気とを更に供給して撹拌混合
するようにした。

また、製造装置どしては空気、水、油を撹拌する撹拌部
と、多孔性隔壁を介１ノで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；該撹拌混合槽とオーバー
フロー用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を有する養生槽と；
撹拌部下部に設けた油と空気の供給ラインと；撹拌部中
段部位に設りた水と空気の供給ラインとよりなることを
特徴としｌＣ０ また、撹拌部は複数個のインペラ形多段撹拌翼を右し、
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］ 本発明は上記構成であるので、油と空気との混合体の供
給ラインと水と空気との混合体を供給するラインとを別
個に設け、供給の時期をづらして撹拌混合するようにし
であるため、空気は油中で分散され１μ程度の小気泡と
なって分散され、水は５〜１０μ程度の氷粒どなって油
中に分散され、それぞれプラス、マイナスに帯電する。

その結果前記撹拌混合過程を経て形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
態で分散混合して低粘度の超低０２燃焼が可能の燃焼効
率の高い燃Ａ油を提供できる。

［実施例］ 以下、本発明の製造方法ならびに製造装置につき図面に
基づき、具体的に説明する。

第１図、第２図は本発明の気水温合の燃料油の油料内に
ｄ３ける水と空気の分散状況を示す図である。第１図は
油と空気と混合させたとき、第２図は油、空気の混合体
に水、空気の混合体を混合させたときの夫々の分散帯電
の状況を示しである。

１は油、２は氷粒、３は気泡である。

本発明の気水混合の燃料油は、空気と水の混合の割合は
油に対し、体積比１％以下の空気と３〜５％前後の水を
燃料に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〜第２図に示すように、氷粒は粒径５〜１０μで
気泡は１μ程度となり油中ないし氷粒の表面に点在又は
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
に帯電、金属はマイナスに帯電し、油中に水がある時は
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％Ｖｏ
Ｌ、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
おかれるようにしである。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、油中のプラスに帯電した気泡３を油
中に混入されるとともに、マイナスに帯電された氷粒２
の周囲に吸引して安定状態を保ち、油水エマルジョンの
ように乳化を必要としないようにしである。

上記構成を有する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
拌して空気を油中に細かく分散プラスに帯電させ、つい
で適量の水に空気を混入させながら、前記空気と油との
混合体に混入撹拌すれば、第２図に示すように氷粒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
水混合の燃料油を得ることができる。なお、氷粒表面に
付着していない余剰空気は撹拌終了後漸時にして大気中
へ自然に放出される。

つまり、本発明の気水混合の燃料油は上記したように油
中に散在する氷粒の周囲に気泡を付着させることにより
浮力を生じ、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せ
しめるようにしである。また、空気、水の油に対する混
合の割合をそれぞれ体積比１〜２％、５％程度の適量の
ものとして、気泡は悉く氷粒表面に付着せしめ、気泡の
断熱作用により油水エマルジョンに児受けられた乳化水
による油粕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ようにしである。

本発明の気水混合の燃料油は上記の製造方法を有するた
め、最初の空気と油との撹拌混合工程で空気は気泡状態
となり、油中に分散され気泡並びにカーボン物質等はプ
ラスに帯電する。ついで、空気を混入させた所定の油に
対し３〜５％ＶｏＬの水を混入撹拌すれば、水は５〜１
０μの氷粒となって油粕の中に分散されマイナスに帯電
する。マイナスに帯電した氷粒は、プラス帯電されてい
る気泡並びにカーボン粒子を吸引水粒表面に付着させ電
気的に安定状態におく。

上記して構成した燃料油の燃焼に際しては、油中に分散
された氷粒に気泡を付着させであるため浮力を生じ、気
泡が乳化防止作用をするため水粒子間の摩擦抵抗は極め
て小となり、粘度は低下する。

第３図の実験結果に示すように、気水混合の燃料油の場
合、５０℃付近になると水の添加率４％で、粘度は９０
ｃｓｔ示すが、油水エマルジョンの場合は５０℃で３０
％で２００ｃｓｔを示す。（油水エマルジョンは３０％
の水の添加で安定する） ついで、着火に際しては前記氷粒表面に付着した気泡が
断熱作用をなし、油粕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。斯くして
、僅かな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０２燃焼をなし、ばいじん、Ｎ　Ｏｘ　、Ｓ　
Ｏ３の過酸化物発生を低く押えることができる。第４図
には本発明の気水混合の燃料油と油水エマルジョン（乳
化燃１１３Ｉ＞と通常燃料とにおける空気比と残存酸素
量と、燃焼可能領域を示しであるが、図示のように気水
温合の燃料油が他の燃料に比較して如何に燃焼効率＝　
１０− が良く、且つ超低０２燃焼が可能か理解できる。

次に気水混合の燃料油製造装置につぎ、説明すれば次の
どｄ３ゆである。

第５図は本発明の気水温合の燃料油製造装置の概要を示
す正面図である。図において、１０は撹拌部、１１は撹
拌翼、１５は隔壁、２０は混合部、２１は仕切板、２５
は撹拌混合槽、２Ｇは養生槽、２７は気水混合の燃料油
取出口、２８は移送パイプ、２９は余剰空気排出口、３
０は油空気供給ライン、３５．４５は空圧源、３２は油
タンク、３３はオイルポンプ、３４．４３は積算流量訓
、４０は水空気供給ライン、４３は水供給用ポンプで・
ある。

気水温合の燃料油製造装置は、撹拌部１０と撹拌部１０
の外筒部位に設【プられた隔壁１５ど混合部２ｏとを有
する撹拌混合槽２５と、養生槽２６と、油空気の供給ラ
イン３０と水空気供給うイン４０とよりなる。

撹拌部１０は直立型の多段翼１１を有し、該撹拌翼を駆
動づ−るモータ１３と駆動部１２どよりなる。隔壁１５
は撹拌部１０の外筒部を形成し、例えばパンヂングプレ
ート等よりなる流通可能の多孔性部月で、撹拌部にて撹
拌された撹拌液は該隔壁の内外を貴通できるようにしで
ある。

混合部２０は撹拌部１０の外周部位に前記隔壁１５を装
置して配設してあり、複数の上下仕切板２１を筒状の内
壁に固設し、前記隔壁１５を通過して混合部２０に流入
した撹拌液が再び撹拌部１０へ還流するようにしである
。前記撹拌液の混合部への流入、混合部より撹拌部への
還流の繰返しと撹拌翼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ざくし、ま
た撹１￥により誘起される静電気量を最大にして油中に
混入された氷粒の表面に気泡が完全にイ”Ｊ着１−るよ
うにしである。

養生槽２６は前記撹拌部１０と隔壁１５と混合部２０と
よりなる撹拌混合槽２５と上部にａ３いて、移送パイプ
２７により連結して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着かけるためのタンクで
、前記撹拌混合槽２５の上部に設【プた養生Ｗｉ２６へ
の移送パイプ２７と下部に設（プられた前記燃料油の取
出口２８と上部に設けられた余剰空気の排出口２９とよ
りなり、前記撹拌混合槽２５の油面は常に一定に保持し
、新たに空気、水、油を該混合槽の下方より供給して充
分撹拌され、気水混合の燃料油どなし、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
蔵されるようにしである。また貯蔵中、油中に不安定な
状態で混在づ−る余分な空気は余剰空気排出口より自然
放出づるようにして、電気的に中性の安定した気水温合
の燃料油を下部取出口２８より取出すようにしである。

油、空気供給ライン３０は油タンク３２とオイルポンプ
３３ど積算流ｍ　、ｉｔ　３４と流吊絞り弁３１よりな
る油供給ラインに空圧源３５Ｊ：り圧空を逆止弁３６を
含む空気供給ライン３０ａにより油中に混入させ、逆止
弁３７を介して油と空気の混合体を撹拌部１０の下部に
供給するようにしである。

水、空気供給ライン４０は、水源４１より水供給用のポ
ンプ４２と積算流量計４３を介して流は絞り弁４４によ
り適正量（油に対し体積比３〜５％）の水を送り出す水
供給ライン４０に空圧源４５より逆止弁４６を含む空気
供給ライン４０ａにより圧空を混入させ、逆止弁４７を
介して撹拌部１０の中段部位に供給するようにし、油、
空気の供給に対し、タイムラックを持たせ、その間に空
気は油中に細かい気泡どなってプラスに帯電されながら
、分散するようにしである。なａ３、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−側に空気供給ライン３０ａ　、　４
０ａを接続して空気を押込んでいるが、デリバリ−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４２のサクション側に逆止弁、ニードルバルブを有す
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　、　４０
ａを省き簡易化をはかることができる。

本発明の製造装置は上記構成であるので、その作用につ
いて説明づ゛ると次の通りである。

モータ１３、駆動部１２を介して駆動中の撹拌部１０の
下部へ油空気供給ライン３０により油中に空気を混入さ
ゼた油空気の混合体を供給すれば、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４ｏにより空
気を混入した水と空気の混合体を供給すれば、水は５〜
１０μ程度の氷粒２となってマイナスに帯電されながら
油中に分散され、第２図に示すようにマイナスに帯電さ
れた氷粒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
おｌ油が得られる。前記油空気の供給ライン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
ス・１し体積比３〜５％の供給量を保持しながら、供給
される。斯くして、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十譬し、移送バイブ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］ 本発明は上記のように空気と水を油中に非乳化の状態で
混入撹拌させ、少量の空気を１μ程度の気泡となし、油
中において５〜１０μの氷粒に撹拌により誘起された静
電気を利用して静電結合させたため、安定性のある低粘
度の着火時間の短かい高燃焼効率の超低０２燃焼を可能
とする燃料油を供給することができ、前記超低０２燃焼
によりＮＯ、ばいじん等の抑制に対しても充分に機能す
る燃料油の製造方法を提供することができる。

また、製造装置としては、多段撹拌翼を持つ撹拌部と多
孔性の隔壁を介して該撹拌部の外側に多段式の還流用仕
切板を有する混合部よりなる撹拌混合槽と撹拌混合され
た燃料油を安定させる養生槽とよりなる撹拌混合槽に油
空気の供給ラインと水空気の供給ラインとを別個に設け
たため、曲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、水と空気の混合体の供給によ
り氷粒の分散と帯電をさせ、氷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の燃
料油の製造装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の気水混合の燃料油の混合の第１過程で
ある油と気泡の混合及び帯電状態を示す図、第２図は同
じく油中におけろ氷粒気泡の分散帯電状態を示す図、第
３図は本発明の気水混合の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
合の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概要を示す側面図、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
混燃用バーナの各種タイプを示す図である。 １・・・油、２・・・氷粒、３・・・気泡、１０・・・
撹拌部、１１・・・撹拌翼、１２・・・駆動部、１３・
・・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、３
６．３７．４６．４７・・・逆止弁、４２・・・水供給
用ポンプ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　油供給ラインと水供給ラインとに空気を分割供給し
   て少量の水と空気とを油に撹拌混合することからなる気
   水混合の燃料油の製造方法。 ２　油に少量の空気を撹拌混合したのち、少量の水と空
   気とを供給して撹拌混合することによる特許請求の範囲
   第１項記載の気水混合の燃料油の製造方法。 ３　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；該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；撹拌部下部に設け
   た油と空気の供給ラインと；撹拌部中段部位に設けた水
   と空気の供給ラインとよりなる気水混合の燃料油の製造
   装置。 ４　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３項記載の気水混合の燃料油の
   製造方法。