JP4881998B2

JP4881998B2 - ２液循環攪拌装置

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Publication number: JP4881998B2
Application number: JP2009510631A
Authority: JP
Inventors: 喜久雄田村
Original assignee: 喜久雄田村
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2012-02-22
Anticipated expiration: 2027-04-10
Also published as: WO2008129591A1; JPWO2008129591A1

Description

本願発明は、燃料、例えばガソリン、軽油、灯油と水の混合する攪拌装置の分野に属し、特に２液が一体化した又は混合密度が極めて高い混合液を得る２液循環攪拌装置に関する。

従来、自動車やトラック等の輸送車両の内燃機関（エンジン）又はビニールハウス等の暖房装置には、燃料としてガソリンや軽油、灯油が用いられていた。この内燃機関や暖房装置（以下、「内燃機関等」と称する。）は燃焼時に窒素化合物や硫黄酸化物等の有害物質を排出するが、近年は環境に配慮して有害物質低減の要請が大きくなっており、この要請に応えるため有害物質の排出削減に関する種々の取り組みがなされていた。

かかる有害物質の排出を低下させる手段の一つとして、内燃機関等の燃料として軽油やガソリン等の液体内に水をその各組成を変えることなく微粒子化させて分散混合させる所謂エマルジョン燃料を使用する方法があり、広く利用されていた。エマルジョン燃料は、燃焼の際に水分が蒸発して小爆発を起こすことにより完全燃焼を促進し、窒素化合物や硫黄酸化物等の発生を抑制する効果を有する点が公知となっていた。

かかるエマルジョン燃料のような２以上の液体の各組成を変化させることなく機械的手段で微粒子化して分散させて均一に混合させることを目的とした液体攪拌装置としては、例えば、円筒状のタンク内部に内部を上下分割する複数の円板部材を配置し、この複数の円板部材を上下動させて液体を攪拌して混合液を製造する装置、又は円筒管内の軸長方向に螺旋状の攪拌羽根を配置して、この攪拌羽根を回転させることよって液体の攪拌及び混合を図る攪拌装置が開示されていた（例えば、特許文献１、２参照。）。

他の例としては、混合液を貯留した容器内において、高周波振動体とこれに対向させて配置した反射体との間に狭隘部し、この狭隘部の高周波数の振動によってキャビテーション泡を発生させ、このキャビテーション泡の崩壊作用による液体分子のクラスタ分解作用よって、高密度な分散混合を図る液体混合装置が開示されていた（例えば、特許文献３参照。）。
特開平９−１７３８１２（第３−４頁、第１図）特開平７−４７２５３（第３−５頁、第１図）国際公開ＷＯ２００４／００４８８１（第８−１１頁、第１図）

しかしながら、従来の液体攪拌や混合装置（以下、「攪拌装置等」と称する。）は、ポンプ等の送液手段に加え、円板部材や攪拌羽根、高周波振動体の動作状態を得るための機械的機構やその駆動源を必要とし、さらにはこの駆動源を制御するための付帯設備が必要であった。このため、装置が大型化して装置全体のイニシャルコストが嵩むばかりか、機構の動作保証及び保守管理のためのランニングコストも嵩む問題があった。

また、従来の機械的手段による攪拌装置等で混合させた混合液は、実際に液体の組成が変化するのでなく、可能な限り微粒子化して分散させて凝集が起き難い状態を維持しているに過ぎないため、時間の経過によって徐々に凝集が生じ、最終的には液体は分離して、燃焼効率を低下させると言う課題があった。これを防止するため、液中に数パーセントの界面活性剤を添加することが一般的に行われるが、この界面活性剤の添加は燃焼効率に影響を及ぼす他に、添加剤の価格転嫁によるコスト上昇を招く課題があった。

そこで、本願の発明者は上記課題を解決するため鋭意研究の結果、液体活性化機能を有する鉱物に接触させて液体を活性化させながら攪拌することにより２種の液体がエマルジョン状態で混合するのでは無く、２種の液体が互いに分子的に結合した状態を呈して一体化する事象を見出した。かかる事象に基づいて、これら２種の液体の一体化を効果的に促進させることを目的とした２液循環攪拌装置を提供するものである。

上記課題を解決するため、本願発明にかかる２液循環攪拌装置は、以下のように構成をしている。
すなわち、２種の液体を貯留するタンク（２）と、該タンク内を上下の２区域以上に分けるように配置した通水性を有する仕切板（３）と、上記各区域の複数区域間を連通する１又は２以上の立設させた連通管（４）と、該連通管内に下から上方向への送流を形成する送液手段（５）と、から成ることを特徴としている。前記の仕切板（３）の配置は、液体の循環や仕切板（３）を通過するその通水量を考慮すると、液体に作用する重力を利用できるようにタンク内の空間を上下方向の複数区域、少なくとも２区域以上に分ける配置が望ましく、これに伴って上下複数区域を連通する連通管（４）の配置は、仕切板（３）を貫通するように立設する状態となる。かかる態様の２液循環攪拌装置（１）にあっては、ポンプ等の送液手段（５）はタンク内において上流側となる仕切板（３）の下方区域に位置する液体を、連通管（４）を介してタンク内の上方区域に送液することになる。

前記仕切板（３）と連通管（４）は、いずれも液体活性化機能を有する１種又は２種以上の鉱物を担持させたことを特徴としている。より具体的には、仕切板（３）は液体活性化機能を発揮する１種又は２種以上の鉱物を樹脂基材に混合させて成形した活性化球（３３）の多数個を、通水性を有する包袋（３２）に収納して板体を呈するように形成している。一方、連通管（４）は、液体活性化機能を発揮する１種又は２種以上の鉱物を樹脂基材に混合させて管状に成形している。上記構成の仕切板（３）と連通管（４）に接触する液体は、これらが担持する鉱物が放射するイオン線、磁力線、遠赤外線、各種の微量放射線、などの単独作用、又は複合相乗作用によって各液体の分子結合集団（以下、「クラスタ」と称する。）が細分化され、いわゆる活性化状態となる。

加えて、前記連通管（４）は、外周面及び内周面に流れを乱す突起又は凸条（４４）と内外壁を貫通する複数の開口（４３）とを形成したことを特徴としている。この連通管（４）の凸条（４４）の形成においては、管体側面を周回するリング状を成し、かつ軸方向へ所定間隔で繰り返し形成しても良い。

また、連通管（４）は、管状体を母線に沿った分割端面（４２）をもって複数個の分割片（４１）に分割可能にすると共に、樹脂基材に混合させる鉱物の配合割合を変えた異種どうしを組み合わせて管状に接合させて構成するようにしても良い。

さらに、本願発明にかかる２液循環攪拌装置（１）は、タンク内部の連通管（４）の送流の上流側区域、例えば、タンク内部を上下区域に分けた場合では、下方区域に超音波発生装置（６）を配置しても良い。

本願発明の２液循環攪拌装置は、上記構成により、以下の効果を奏する。
すなわち、タンク内に貯留する２種の液体は、送液手段によりタンク内を循環しつつ、仕切板及び連通管と頻繁に接触しつつ攪拌されることとなる。仕切板及び連通管と接触する２種の液体は、これらが担持する鉱物が放射するイオン線、磁力線、遠赤外線、各種の微量放射線、などの単独作用、又は複合相乗作用によって活性化、つまりクラスタが細分化された微細な分子状態に分断化され、循環及び攪拌にしたがって２種の液体が分子的に結合して一体化する効果を得る。

また、本願発明の２液循環攪拌装置の主な構成は、タンク内にその内部を複数区域に分ける仕切板を配置すると共に、この仕切板を貫通するように連通管を配置して複数区域を連通させ、連通管内に送流を形成する送液手段を配置するものである。このため、複雑な機械的機構やその制御設備を必要としない簡易な構造であり、装置全体の構築のイニシャルコスト、装置のランニングコストを従来の攪拌装置等と比較しても大幅に削減できる顕著な効果を有する。

連通管は、その外周面及び内周面に流れを乱す突起又は凸条を形成しているため、表面に沿った液体の流れを乱して攪拌させ、その流体粒子の連通管表面への接触を頻発にしている。また、両面を貫通させた開口を形成しているため、連通管の途中から外部に向かって送流をなして循環を促進することとなる。すなわち、連通管はこれらの作用によって、より高効率な活性化作用を液体に付与することができる。

加えて、連通管は樹脂基材に混合させる鉱物の配合割合を変えた異種の分割片に形成し、これら異種同士を接合して管状体に再度構成可能なため、多様な液体の活性化に対応できる柔軟性を有する。

さらに、タンク内部には連通管の送流の上流側区域に超音波発生装置を配置しているため、仕切板と連通管の鉱物の放射による活性化作用に加えて、超音波によるクラスタの細分化作用も加わり、より相乗的な活性化作用を得ることができる。

第１本装置の外観を示す一部切り欠き斜視図である。第１本装置の仕切板の配置部分を拡大して示す断面図である。第１本装置の連通管を示す斜視図である。第１本装置の連通管を示す縦断面図である。第１本装置の連通管の変更例を示す横断面図である。第１本装置の変更例を示す一部拡大断面図である。第２本装置の外観を示す一部拡大断面図である。

符号の説明

１第１本装置
２タンク
２１台座
２２給入管
２３給出管
３仕切板
３１網体
３１ａ配置口
３２包袋
３３活性化球
４連通管
４１分割片
４２分割端面
４２ａピン
４２ｂピン孔
４３開口
４４凸条
４５連結凹部
４６連結凸部
５ポンプ
５１導入管
５１ａ導入口
５２送液管
６超音波発生装置
６１振動子ユニット
６２配線
７第２本装置
７１タンク
７１ａ台座
７２仕切板

以下、本願発明に係る２液循環攪拌装置（以下、「本装置」と略称する。）の具体的実施形態例について図面に基づき詳細に説明する。なお、実施例１にかかる本装置は第１本装置と称し、実施例２にかかる本装置は第２本装置と称する。

図１は第１本装置の外観を示す一部切り欠き斜視図であり、図２は第１本装置の仕切板の配置部分を拡大して示す断面図であり、図３は第１本装置の連通管を示す斜視図であり、図４は第１本装置の連通管を示す縦断面図であり、図５は第１本装置の連通管の変更例を示す横断面図であり、図６は第１本装置の変更例を示す一部拡大断面図である。

第１本装置１は、２種の液体（以下、「２液」と称する。）を内部に貯留可能なタンク２と、タンク内部に配置した仕切板３と、仕切板３の略中央部から立設するように配置する連通管４と、連通管４への送流を形成する送液手段５と、から主に構成している。第１本装置１は、タンク内において２液、例えば、軽油又はガソリン等の燃料と水とを送液手段５により循環させつつ攪拌している。なお、２液の体積の割合は、燃料と水とした場合は１：１であり、より好ましく１：３程度である。

タンク２は、防錆を考慮してステンレス材から縦型の密封円筒状に形成し、設置面から所定高を有する台座２１に載置固定している。タンク２は、上部に２液を内部に供給する給入管２２を接続し、底部に外部へ排出する給出管２３を接続している。給入管２２及び給出管２３には適宜に開閉可能なバルブ（図示省略）を配設している。

タンク内部の底面から略３分の２程度の高さ位置において、タンク内部空間を上下の２区域に区分けするように略水平状態を成して仕切板３を配置している。この仕切板３は、略中央に連通管４を立設適合させる配置口３１ａを有し、タンク２の内周面に略嵌合状態を成して配設した網体３１と、網体３１に載置した通水性を有すると共に配置口３１ａを避けた略ドーナツ状の形状の包袋３２と、包袋３２に収納された多数の活性化球３３、３３、・・とから成る。

前記網体３１は、上述したように略中央に連通管４を立設適合させる配置口３１ａを開設し、この配置口３１ａから放射方向に連結しつつ所定間隔で網目を成し、包袋３２に収納した多数の活性化球３３、３３、・・をその上面に保持可能とする剛性を有する。

活性化球３３は、所定の樹脂基材、例えば、ナイロン、ウレタン、シリコン、等から選択した基材にイオン線、磁力線、遠赤外線、各種の微量放射線を放射する１種又は２種以上の鉱物を担持、すなわち、混合及び混練させて直径が２〜３ｍｍ程度の略球体状に形成したものである。活性化球３３は担持する鉱物の種類や特性によっては大きさを変更した複数種類を形成し、包袋３２に収納するようにしても良い。また、樹脂基材に担持させる鉱物としては、例えば、ブラックシリカ（黒鉛硅石）、黒曜石、麦飯石、トルマリンなどが挙げられる。かかる鉱物が放射するイオン線、磁力線、遠赤外線、各種の微量放射線が単独で又は相乗して燃料や水に作用することにより、各液体のクラスタを細分化させ、活性化させている。

仕切板３の網体３１の配置口３１ａには管状の連通管４を立設状に配設している。連通管４は下端側の外周面の一部を配置口３１ａに嵌合させて固定している。連通管４は、その配置により仕切板３によって区域が分けられたタンク内部の上下区域を、言わば、連通した状態としている。この連通管４も活性化球３３と同様に、所定の樹脂基材に１種又は２種以上の鉱物を混合させて管状に形成している。

また、連通管４の内外側面には、管軸と略垂直面上を周回する環状の凸条４４を管延長方向（又は管軸方向）へ所定間隔で繰り返して形成している。外観を観ると、いわゆる蛇腹状を呈している。さらに、連通管４の外周側面には、内外側を貫通する複数個の開口４３を管長方向に等間隔で形成している。上記凸条４４の形成は、内壁又は外壁のいずれか一方側のみに形成しても良いが、撹拌を活発化して内外側の液体の移動をより促進するために、内外壁の両面に形成する方が良い。

さらに、連通管４は、管状の母線に沿った分割端面４２により２つの分割片４１に分割可能としている。分割端面４２の一方側には管延長方向に沿って複数個の突起状のピン４２ａを一定間隔で立設形成しており、並行する他方側にはこのピン４２ａとの対応位置にピン孔４２ｂを形成しており、これらの嵌合定着により連通管４を成している。

連通管４の上端部側の内壁には、帯状に周回した凹部から成る連結凹部４５を形成しており、下端部側の外壁には帯状に周回した凸部から成る連結凸部４６を形成している。この連結凹部４５及び連結凸部４６は、図４に示すように、２個以上の連通管４どうしを管延長方向への連結する場合に、互いに端部どうしを嵌合して定着可能としている。

連通管４の上記構成により、連通管４を通過する液体は、繰り返し形成した凸条４４や開口４３が管内の液体の流れを乱して撹拌状態を引き起こすと共に、液体との接触面積を増やしてその活性化がより促進されることになる。また、連通管４の分割構造は、分割片４１の樹脂基材に担持させる鉱物の配合割合を変えることにより、接合時に異なる活性化機能を持たせた連通管４を形成可能としている。さらに、連通管４は他の連通管４を接続して管長方向への延長が可能であることに加え、図５に示すように、内部により小径の連通管４や複数の分割片４１を配置し、二重管構造等を成すように配置することも可能である。すなわち、連通管４は、攪拌対象の液体種類により構成や管長方向を変更可能な柔軟性を有している。

連通管４に送流を形成する送液手段は、第１本装置１ではタンク外に載置する通常のポンプ５を採用している。このポンプ５はタンク２の内部とは導入管５１及び送液管５２とによって接続している。導入管５１はタンク内部において仕切板３により区分けされ、送流の上流側となる下方区域に導入口５１ａを開口し、タンク下方の液体を吸引している。一方、送液管５２は導入管５１で吸引した液体を、ポンプ５を通過後に連結管４に送液し、液体をタンク２の上方区域に放出、別言すれば散布している。

タンク２の送流の上流側となる底部には、タンク外部に載置した超音波発生装置６と配線６２により接続する振動子ユニット６１を配設している。振動子ユニット６１の超音波振動と超音波振動により生成されるキャビテーション泡の崩壊時における衝撃圧力は液体のクラスタの細分化を促進することとなり、その活性化に寄与している。
［作用］

上記構成の第１本装置１は、以下のように作用する。
すなわち、給入管２２によりタンク２の上方区域に供給された２液は、タンク内において緩やかに攪拌されつつ仕切板３を通過する。２液は仕切板３の通過時にはその内部にある多数の活性化球３３、３３、・・と接触することとなり、担持された鉱物の放射線等によりクラスタが細分化された活性化状態となる。

次に、仕切板３を通過してタンク２の下方区域に貯留する２液は、ポンプ５により導入口５１ａから吸引され、送液管５２を介して連通管４に送液されると共に連通管４の上部口や側面の開口４３からタンク２の上方区域に放出、別言すれば散布されることになる。この放出によって、タンク２の上方区分にある液体全体の攪拌が行われる。放出される２液は、連通管４の通過時に内周面に繰り返し形成された凸条４４や開口４３によって流れが乱され、撹拌されつつ連通管４の鉱物の放射を受けて低分子化し、分子的に結合して一体化することとなる。また、タンク２の下方区域においては、振動子ユニット６１による超音波振動やキャビテーション泡の崩壊持の衝撃圧力が加わり、さらに２液のクラスタの細分化が促進されている。

そして、タンク２の上方区分に放出された２液はポンプ５の吸引力によりタンク下方区分へと移動し、再び仕切板３を通過し上記行程を繰り返し、言わば、循環状態を形成しつつより全体の一体化が進むこととなる。なお、本装置１の循環及び攪拌により一体化した液体は、所定時間経過に分離するエマルジョン状態ではなく、２液が互いに分子的に結合して一体化していると推測される。すなわち、通常、油水を微細化して混合させて分散状態（エマルジョン化）した場合、懸濁して乳化されて不透明となるが、第１本装置１による処理後の水溶液は分離することなく単一液相を呈し、かつその液相は混合前と同程度の透明度を有していることから２液は一体化しているものと推測される。加えて、長期間の経過によってもその状態を維持していることからもこの事が伺いしれる。

第１本装置１はタンク内を１の仕切板３により上下の２区域に分ける形態であったが、図６に示すように、さらに仕切板３を配置して３区域以上に分ける仕様形態とすることも可能である。かかる仕様形態では、装置構成を簡易にするために１のポンプ５により連通管４への送液を確保ことが好ましく、連通管４は管長方向に連結して２つの仕切板３を貫通させた状態で設置している。なお、タンク内の中間区域においては、連通管の側面に形成した開口４３からの出入りもあるので、十分な攪拌が行われることとなる。

上記の第１本装置１は、円筒状のタンク２に１つの連通管４、又は複数の連通管４、４、・・を上下方向に配設する形態であるが、下記の実施例２にかかる第２本装置７とすることも可能である。図７は第２本装置の外観を示す一部拡大断面図である。

第２本装置７は、図７に示すように、タンク７１を横型の矩形容器状に形成して専用の台座７１ａに設置すると共に、タンク内部の横断面形状に適合すると共にその内部を上下区域に分ける矩形状の仕切板７２を配設し、ポンプ５にそれぞれ接続した複数の連通管４をこの仕切板７２に並列状に立設配置した仕様形態である。かかる形態の第２本装置７は、第１本装置１と比較してより多量の攪拌処理を行う場合に好適である。

また、上記の実施例１、２以外の実施例としては、第１本装置１の複数若しくは第２本装置７の複数、又はこれらを混在させて数珠繋ぎに配置した仕様形態の大規模処理施設を構築することも可能である。かかる施設を詳述すると、第１本装置１のタンク２どうし若しくは第２本装置７のタンク７１どうし、又はこれらの混在したものの給入管２２と給出管２３を連続的に接続して数珠繋ぎ、別言すれば、いわゆるカスケード接続とする仕様形態である（図示省略）。かかる施設は、各装置１、７における単独のバッチ処理（回分処理）を連続処理とする利点があり、第２本装置７より大量の処理及び液体の供給が可能となる。

Claims

２種の液体を貯留するタンク（２）と、
該タンク内を上下の２区域以上に分けるように配置した通水性を有する仕切板（３）と、
上記各区域の複数区域間を連通する１又は２以上の液体活性化機能を有する１種又は２種以上の鉱物を担持させて成形して立設させた連通管（４）と、
該連通管内に下から上方向への送流を形成する送液手段（５）と、
から成り、
上記連通管（４）は、その外周面及び内周面に、流れを乱す突起又は凸条（４４）と内外壁を貫通する複数の開口（４３）とを形成してなると共に、上記仕切板（３）に、液体活性化機能を有する１種又は２種以上の鉱物を担持させたことを特徴とする２液循環攪拌装置。
連通管（４）の凸条（４４）の形成において、管体側面を周回するリング状となり、かつ軸方向へ所定間隔で繰り返し形成して成ることを特徴とする請求項１記載の２液循環攪拌装置。
連通管（４）を、管状体を母線に沿った分割端面（４２）をもって複数個に分割可能にすると共に、樹脂基材に混合させる鉱物の配合割合を変えた異種どうしを組み合わせて管状に接合させたことを特徴とする請求項１、又は２記載の２液循環攪拌装置。
タンク内部において、連通管（４）内の送流の上流側区域に超音波発生装置（６）を配置したことを特徴とする請求項１、２、又は３記載の２液循環攪拌装置。
各区域をタンク内の空間の上下複数段に配置して各区域毎に仕切板（３）を配置したことを特徴とする請求項１、２、３、又は４記載の２液循環攪拌装置。