专利名称：：乳化燃料的制造方法及该燃料的制造装置的制作方法
技术领域：
：本申请发明涉及水-油系的乳化燃料，尤其涉及在将水与可燃,性油的乳液的构成粒子形成为超微粒子状态，并将所得#L化燃料用作各种动力用发动机或者燃烧炉中的燃料时，可以有助于节能、防公害的发明。
背景技术：
：最近，随着原油价格高涨和京都议定书的生效，减少石油用量成为国际上的一个大问题。在这种情形下，日本也进行了乳化型加水燃料的研究，提出了许多关于它们的组成、制造方法的专利申请，且一部分已经实用化。(专利文献)日本特开2006-329438号(专利文献)日本特开2006-188616号(专利文献)日本特开2005-344088号(专利文献)日本特开2004-123947号(专利文献)日本特开2003-113385号如前所述，虽然提出了各种乳化型加水燃料，然而仍然存在缺乏燃烧稳定性的缺点，没有达到实际釆用的状态。而且，这些乳'液的构成斗立子的斗立径为几fam几十|um。本发明人等基于为了寻求乳化型加水燃料所缺乏的稳定性，并使可燃性油与水的乳液稳定燃烧，需要超微粒子状态(纳米级)的混合的考虑，进行了深入细致的研究。
发明内容本发明人等进行了深入研究，结果发现，通过将乳化燃料的各粒子的平均粒径设定为1000nm以下，可以实现以往的乳化燃料所不能达到的高效率的燃烧。此外发现，为了使可燃性油与水的乳液稳定化而不发生分离，优选形成超微粒子状态(纳米级)的混合物。另外还发现，若将用于制造的水还原，则表面张力减小，容易与可燃性油混合，在极限状态下没有乳化剂也可以混合。本申请发明是基于上述发现而进行的，是下述方案的乳化燃料的制造方法和制造装置。(1)一种乳化燃料的制造方法，其特征在于，在100容量份可燃性油中添加10.0150.0容量份水(更优选在100容量份可燃性油中添加25.0120.0容量份水)的同时，用微细化和混合单元将水和可燃性油微细化和混合，形成水或可燃性油的平均粒径为1000nm以下的乳化燃料。(2)根据前项(1)所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，用微细化和混合单元将水和可燃性油微细化和混合，形成水或可燃性油的平均粒径为200700nm的乳化燃料。(3)根据前项(1)所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，使水的还原电位为-lOOmv以下，将可燃性油添加到水中，用微细化和混合单元将水和可燃性油微细化和混合，形成水或可燃性油的平均粒径为200700nm的乳化燃料。(4)根据前项(1)~(3)的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，所述水是选自饮用自来水、雨水、生活排水、有机废水、工业废水或者畜产废水中的一种或两种以上。(5)根据前项(1)(4)的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，可燃性油是选自重油、轻油、灯油、挥发油等石油类，工业废油，天麸罗油、大豆油、芝麻油等食用油中的一种或者两种以上。(6)根据前项(1)(5)的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，可燃性油或水、或者可燃性油和水包含PCB类或二噁英类、或者PCB类和二噁英类。(7)根据前项(1)(6)的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，微细化和混合单元是将水与可燃性油的初级混合液加压，利用在一个或两个以上的孔口处产生的紊流引起的空化效应进行微细化和混合的装置。(8)根据前项(1)(7)的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，微细化和混合单元是将水与可燃性油的初级混合液加压，^f吏之以流速50m/s以上的流速在泵内流动，并使该初级混合液加速通过存在多个直径500^im以下的孔的壁体的孔中，利用液流之间的紊流引起的空化效应进行微细化和混合的装置。(9)一种乳化燃料的制造装置，其特征在于，其包括水-可燃'性油初级混合单元和微细化和混合单元，该水-可燃性油初级混合单元用于在100容量份可燃性油中添加10.0150.0容量份水(更优选在IOO容量份可燃性油中添力卩25.0120.0容量份水)的同时将水和可燃性油初级混合，该微细化和混合单元用于将在前述初级混合单元获得的水-可燃性油系初级混合物微细化和混合成孩i:粒状态，从而形成水或可燃性油的平均粒径为1OOOnm以下的乳化燃料。(10)根据前项(9)所述的乳化燃料的制造装置，其特征在于，微细化和混合单元将在初级混合单元获得的水-可燃性油系初级混合物樣f细化和混合成微粒状态，从而形成水或可燃性油的平均粒径为200~700nm的乳化燃料。(11)根据前项(9)或(10)所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，所采用的水的还原电位为-100mv以下。(12)根据前项(9)(11)的任一项所述的乳化燃料的制造装置，其特征在于，微细化和混合单元包括将水-可燃性油系初级混合液加压，^f吏之通过一个或两个以上的小孔，并利用孔口处产生的紊流引起的空化效应进行微细化和混合的装置。(13)根据前项(9)(11)的任一项所述的乳化燃料的制造装置，其特征在于，微细化和混合单元包括将水-可燃性油系初级混合液力o压，<吏之以流速50m/s以上的流速在泵内流动，并使所述水-可燃性油系初级混合液加速通过存在多个直径200]um以下的孔的壁体的孔中，利用该液流之间的通过孔口产生的紊流引起空化来进行微细化和混合的装置。(14)一种乳化燃料，其特征在于，该乳化燃料是通过用微细化和混合单元将1OO容量份可燃性油与10.0150.0容量4分水混合(更优选100质量份可燃性油与25.0120.0容量份水混合)而形成的乳化燃料，而且前述乳化燃料中的水或者可燃性油的平均粒径为1OOOnm以下。(15)根据前项(14)所述的乳化燃料，其特征在于，乳化燃料中的水或可燃性油的平均粒径为200700nm。此外，还提出了以下的其它发明方案。(16)—种内燃机的运转方法，其特征在于，在100容量份可燃性油中添力。25.040.0容量份水的同时，用孩i细化和混合单元将水与可燃性油进行微细化和混合，形成水或可燃性油的平均粒径为1000nm以下的乳化燃料，将所得乳化燃料喷雾至ij往复式发动才几(Reciprocatingengine)内，由jt匕来4吏内燃才几运。(17)—种内燃机的运转方法，其特征在于，在100容量份可燃性油中添力口25.040.0容量份水的同时，用微细化和混合单元将水和可燃性油进行微细化和混合，形成水或可燃性油的平均粒径为200700nm的乳化燃料，将所得乳化燃料喷雾到往复式发动机内，由此来使内燃机运转。(18)—种往复式发动机运转用乳化燃料，其特征在于，其是通过用^f敛细化和混合单元将100容量<分可燃性油与25.040.0容量份水混合而成的往复式发动机运转用乳化燃料，而且前述乳化燃料中的水或可燃性油的平均粒径为200700腿。图l是示出了使用本申请发明的乳化燃料以及其它燃料的动力用发动机燃料试验结果的图。图2是示出了使用本申请发明的乳化燃料以及其它燃料的动力用发动机燃料试验结果的图。图3是示出了使用本申请发明的乳化燃料以及其它燃料的动力用发动机燃料试验结果的图。图4是示出了使用本申请发明的乳化燃料以及其它燃料的动力用发动机燃料试验结果的图。具体实施例方式本发明中，在超微细化状态下混合油和水来制造乳化燃料，可有助于燃料利用率的提高、排气的净化。如可以列举将水和可燃性油的初级混合液加压，利用一个或两个以上的孔口处产生的紊流引起的空化效应进行孩i细化和混合的装置。另外，作为孩i细化和混合单元，可以列举将水和可燃性油的初级混合液加压，使之以流速50m/s以上的流速在泵内流动，并使初级混合液加速通过存在多个直径500iam以下的孔的壁体的孑L中，利用液流之间的紊流引起的空化效应进行微细化和混合的装置。此外，作为优选的乳化燃料的制造方法，使用水-可燃性油初级混合单元和微细化和混合单元，所述水-可燃性油初级混合单元用于在100容量4分可燃性油中添加10.0150.0容量份水(更优选100容量份可燃性油中添加25.0120.0容量份水)的同时将水和可燃'性油初级混合，所述樣么细化和混合单元用于将在前述初级混合单元获得的水-可燃性油系初级混合物微细化和混合成微粒状态，从而形成水或可燃性油的平均粒径为1000nm以下的乳化燃料。优选的是，在100容量份可燃性油中添加25120容量份水，并且引入到"Nanomizer，，(商品名，吉田机械兴业林式会社制造的将液体试样中分散的初级混合液微细化和混合的装置)中，将水和可燃'性油的初级混合液微细化和混合，制造包括含有水和可燃性油的超樣i细径粒子的混合物的乳化燃料。例如，用Nanomizer内的柱塞将初级混合液加压，使之以流速100m/s以上的流速在泵内流动，接着使加速的初级混合液通过100iam左右的槽(细孔)正交存在的两个圆盘的槽(细孔)中，使液流相互石並撞，进行《毁细化和混合。基于以上所述，使水和可燃'l"生油混合液在高压下分几个阶段通过Nanomizer的200ium以下的孔口，在通过窄的孔口时产生紊流，通过该紊流效应产生纳米级的强力搅拌作用。结果，水(或油)被细分化为纳米级(例如水的平均粒径为200700nm),并在油中扩散(形成W/0型乳液)，从而稳定化。另外，在本发明中，优选首先降低所使用的水的还原电位。对水的还原方法没有特定限制，在工业上，利用电解的方法是优选的。另外还有利用化学品的方法、利用电气石等矿石的方法。在利用电解的方法电解时，在阴极产生氢气，在阳极产生氧气，然而，在还原时，不需要氧气，因此用隔膜排出到外部，或者通过与阳4及板反应来固定。此时的极板^吏用锌、4美或它们的合金。水的还原电位优选为-100mv以下，如果可能的话，优选为-300mv以下。水与油难以混合是因为水的表面张力大，降低还原电位时，表面张力降低，油与水变得容易混合。另外，在升高温度时，簇(cluster)也变小，粘度也降低，水与油变得容易混合。这样，在向将水的还原电位降低至-100mv以下、优选降低至-300mv-700mv，将温度升高至50°C以上、优选升高至7090。C的水中添加可燃性油并且将该油与水樣￡细化和混合成纳米级的超孩i粒子状态时，与水的还原电位、温度、Nanomizer的压力等因素的调节相关，但这些因素彼此是相对的，例如，具有降低还原电位时Nanomizer的压力较低等关系。实施例1以下说明本申请发明的实施例和比较例。首先，将8升水(自来水)加热至70。C,使用林式会社环境还原研究所制造的洗澡水用还原装置，将水的氧化还原电位还原至-114mv。在1.96升该还原水中添加5.88升A-重油和160cc乳化剂，在通过手动搅拌进行初级搅拌后，用3MP压力通过Nanomizer装置，进行微细化和混合，制造本发明的乳化燃料。所获得的各乳化燃料是W/O型乳液，乳液中的水的平均粒径为300500nm。所获得的本发明的乳化燃料作为试样2,用8MP压力使与试样2同样制作的混合液通过Nanomizer,获得本发明的乳化燃料，作为试样3。另外，试样l是比较例的A-重油，试样4是比较例的轻油，试样5和6与试样2和3同样处理，是使用轻油代替A-重油的本发明的乳化燃料。(用3Mp压力使试样5通过Nanomizer进行孩i细化和混合，用8Mp压力使试样6通过Nanomizer进行;微细化和混合)。以下描述了各试^验试样的细节。试样l:A-重油100。/。(比较用)^式才羊2:A画重油73.50/0,还原7^24.5%,活'性剂2%,Nanomizer3MP处理(乳化燃料)^式才羊3:A-重油73.50/0,还原7JC24.5%，活'性齐寸2%，Nanomizer8MP处理(乳化燃料)试样4:轻油100%(比專交用)试样5:轻油73.5%,还原水24.5%，活性剂2%,Nanomizer3MP处理(乳化燃料)试样6:轻油73.5%,还原水24.5%，活性剂2%,Nanomizer8MP处理(乳化燃料)使用上述各试样在发动机中进行燃烧试验的结果在表1表3以及图1图4中示出。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表2<发动机转速M00~2，rpm>※耳又1400、1800、2200rpm的平:MH直进^f亍比4交<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表l是发动机转速为1000rpm时的试-验结果，表2是发动机转速为14002200rpm时的试验结果，表3是发动机转速为2700rpm时的试验结果。另外，图l所示为使用试样l(比较例燃料)和试样2(本申请发明的乳化燃料)的发动机试验结果的图。图2所示为使用试样l(比较例燃料)和试样3(本申请发明的乳化燃料)的发动机试验结果的图。图3所示为使用试样4(比较例燃料)和试样5(本申请发明的乳化燃料)的发动机试验结果的图。图4所示为使用试样4(比较例燃料)和试样6(本申请发明的乳化燃料)的发动机试验结果的图。实施例2在本实施例中，使用DenyoCo.,Ltd.制造的柴油发电机13ES型，连续地测定排气中的氮氧化物浓度和氧气浓度，并且测定每单位重油的发电量，测定根据本发明的乳化燃料的发电效率。作为本发明的乳化燃料，制造并使用组成为75wt。/。特A重油、24.7wt。/。水、0.3wt。/。乳化剂的乳化燃料。该乳化燃料如下来制备将2.50升水和0.04升乳化剂添加到8.33升A-重油中(100容量份重油29.7容量份水0.5容量份乳化剂)，通过手动搅拌初级搅拌后，在3MP压力下通过Nanomizer装置进行微细化和混合。该乳化燃料中的水的平均粒径为大约300500腿。使用本发明的乳化燃料和单独使用A重油(比较例)作为燃料来连续运转上述柴油发电机，测定排气中的NOx浓度以及发电量。在发电机出口烟道处连续测定排气中的NOx浓度以及02浓度。使用本发明的乳化燃料的排气的测定结果在表4中示出，特发明的乳化燃料时，排气中的NOx浓度的平均值为193ppm,而单独用重油作为燃料时，NOx浓度的平均值为369ppm。由此可以看出，用本发明的燃料可以大幅降低排气中的NOx浓度。表4乳化燃料(75。/o特A重油，24.7%H20,0.3%乳化剂)的燃烧结果<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>使用仪器NOx计化学发光法(BestInstrument,BCL-611型)02计氧化4告方式(BestInstrument,BCL-611型)测定方法NOx浓度JIS'B7982连续分析法02浓度JIS'B7983连续分析法排气温度根据JIS.Z-8808表5NOx、02浓度连续测定结果特A重油100%燃烧<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>使用仪器NOx计化学发光法(BestInstrument,BCL-611型)02计氧化4告方式(BestInstrument,BCL-611型)测定方法NOx浓度JIS.B7982连续分析法02浓度JIS'B7983连续分析法排气温度才艮据JIS.Z-8808另外，本实施例的发电结果在表6中示出。在使用本发明的乳化燃料时，柴油发电机的每单位重油的发电量为3.33KWH/Kg，在单独使用重油作为燃料时，柴油发电机的每单位重油的发电量为2.73KWH/Kg,用本发明的乳化燃料，发电量增加大约22%,证明了本发明的乳化燃料的发电效率得到提兩。表6柴油发电机中的应用<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>注发电机是DenyoTLG-13ESY型10.5KVA,200V,三相从以上各试样的燃烧试验结果可以得出以下结论1.在全部试样燃料中，对全负荷运转下的性能没有大的改变。2.乳化燃料的烟雾显著改善。3.为了获得单独使用可燃性油所发挥的输出功率、扭矩，在使用本申请发明的乳化燃料时，可燃性油的消耗量(使用量)可以减少大约25%。4.乳化燃料在轻负荷下的性能降低。排气温度也降低。也就是说，A-重油、轻油中添加24.5%水的本申请发明的乳化燃料显示了在达到2200rpm时与100。/。A-重油、100%轻油基本上相同的特性。这是令人惊奇的优异性能。然而，在2600rpm以上，似乎引起了失火。因此认为，例如将本申请发明的乳化燃料用于船时，可以在港口使用轻油，在港口外改换为使用乳化燃料。产业上的可利用性根据本申请发明，例如，将水与可燃性油的混合液加压，通过一个或多个小孔，利用在通过孔口时的紊流引起的空化效应进行樣￡细化和混合来制造乳化燃料，因此例如该孩吏细化和混合的含约25%水的乳化燃料在发动机中燃烧时不会产生发动机故障，显示了与A-重油、轻油基本上相同的输出功率和扭矩，尽管含有25%水，燃料消耗量也是相同的(简单地计算，节能25%)。而且，煤烟、二噁英变为1/21/5(理论上不产生)，NOx变为l/2l/3左右，作为燃烧炉的燃料，节能效果更显著，可节能2535%,此外也可以4吏用废油作为原^K以往，乳化燃料(水-油系乳化型加水燃^f)通过在水和油中添加0.55%乳化剂，搅拌混合后乳化而获得，通常含有几pm几十pm的平均粒径的粒子，即使使用特别优异的乳化机制造，也不过是平均粒径大约为几pm(大约l3)am)的所谓乳化状的液体加水燃料(乳化燃料)。然而，该乳化液的乳化燃料具有随时间产生分离的倾向，即使不分离，也具有与摇变性(thixotropy)相反的、粘度随时间增加而增高(触稠性)的性质，从而引起管道或喷嘴堵塞等故障。本发明所获得的乳化燃料是将油和水在超微粒子状态(纳米级)下混合所形成的水或可燃性油的构成粒子的平均粒径为1000nm,优选为200700nm的乳化燃料，因此，稳定性是非常优异的，燃烧效率也高，可以用于诸如发动机、燃烧炉、焚烧炉、锅炉、发电机之类的全部用途。例如，本发明在用作车、船的发动机燃料时，可以节能1525%,另外，煤烟、二噁英变为1/2~1/5,NOx变为约1/21/3，从而获得了低公害性并具有良好的稳定性，因此可以在加油站制备该微粒混合液，与目前同样地补给到车辆的燃料罐。此外，本发明的乳化燃料也适用于锅炉、发电机、燃烧炉、焚烧炉，并且也可以利用废油。在用于燃烧炉时，能获得例如节能效果可以增大3040%的结果。权利要求1.一种乳化燃料的制造方法，其特征在于，在100容量份可燃性油中添加10.0～150.0容量份水的同时，用微细化和混合单元将水和可燃性油微细化和混合，形成水或可燃性油的平均粒径为1000nm以下的乳化燃料。2.根据权利要求l所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，用微细化和混合单元将水和可燃性油樣i细化和混合，形成水或可燃性油的平均粒径为200700nm的乳化燃料。3.根据权利要求l所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，使水的还原电位为-lOOmv以下，将可燃性油添加到水中，用微细化和混合单元将水和可燃性油孩i细化和混合，形成水或可燃性油的平均粒径为200700nm的乳化燃料。4.根据权利要求13的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，所述水是选自饮用自来水、雨水、生活排水、有机废水、工业废水或者畜产废水中的一种或两种以上。5.根据权利要求14的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，可燃性油是选自重油、轻油、灯油、挥发油等石油类，工业废油，天麸罗油、大豆油、芝麻油等食用油中的一种或者两种以上。6.根据权利要求15的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特4正在于，可燃性油或水、或者可燃性油和水包含PCB类或二噁英类、或者PCB类和二噁英类。7.根据权利要求16的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，微细化和混合单元是将水与可燃性油的初级混合液加压，利用一个或两个以上的孔口处产生的紊流引起的空化效应进行微细化和混合的装置。8.根据权利要求1~7的任一项所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，微细化和混合单元是将水与可燃性油的初级混合液加压，使之以流速50m/s以上的流速在泵内流动，并使该初级混合液加速通过存在多个直径500lum以下的孔的壁体的孔中，利用液流之间的紊流引起的空化效应进4亍孩￡细化和混合的装置。9.一种乳化燃料的制造装置，其特征在于，其包括水-可燃性油初级混合单元和微细化和混合单元，该水-可燃性油初级混合单元用于在100容量份可燃性油中添加10.0150.0容量份水的同时将水和可燃性油初级混合，该农i细化和混合单元用于将在前述初级混合单元获得的水-可燃性油系初级混合物微细化和混合成樣吏粒状态，从而形成水或可燃性油的平均粒径为1OOOnm以下的乳化燃料。10.根据权利要求9所述的乳化燃料的制造装置，其特征在于，微细化和混合单元将在初级混合单元获得的水-可燃性油系初级混合物微细化和混合成微粒状态，从而形成水或可燃'l"生油的平均粒径为200700nm的乳化燃谇牛。11.根据权利要求9或10所述的乳化燃料的制造方法，其特征在于，所采用的水的还原电位为-100mv以下。12.根据权利要求911的任一项所述的乳化燃料的制造装置，其特征在于，微细化和混合单元包括将水-可燃性油系初级混合液加压，^f吏之通过一个或两个以上的小孔，并利用孔口处产生的紊流引起的空化效应进行微细化和混合的装置。13.根据权利要求912的任一项所述的乳化燃料的制造装置，其特征在于，微细化和混合单元包括将水-可燃性油系初级混合液加压，使之以流速50m/s以上的流速在泵内流动，并使所述水-可燃性油系初级混合液加速通过存在多个直径200jum以下的孔的壁体的孔中，利用该液流之间的通过孔口产生的紊流引起空化来进行微细化和混合的装置。14.一种乳化燃料，其特征在于，该乳化燃料是通过用微细化和混合单元将100容量份可燃性油与10.0150.0容量份水混合而形成的乳化燃料，而且前述乳化燃料中的水或者可燃性油的平均杉:径为1000nm以下。15.根据权利要求14所述的乳化燃料，其特征在于，乳化燃泮牛中的水或可燃性油的平均粒径为200700nm。全文摘要本发明提供了一种乳化燃料，在乳化型加水燃料中，油与水不分离、稳定性优异，燃烧效率高，并且节能效果非常高。在100容量份可燃性油中添加10.0～150.0容量份水(更优选在100容量份可燃性油中添加25.0～120.0容量份水)的同时，用微细化和混合单元将水和可燃性油微细化和混合，形成水或可燃性油的平均粒径为1000nm以下(更优选平均粒径为200～700nm)的乳化燃料。另外，所使用的水的还原电位优选为-100mV以下，更优选为-300mV以下。文档编号F23G5/12GK101535718SQ20078004075公开日2009年9月16日申请日期2007年8月31日优先权日2006年9月1日发明者内藤富久,石黑三郎申请人:奈欧麦勒株式会社