【課題】エマルションを低エネルギーで短時間に効率よく生成することが可能で、エマルションを量産することができる実用生産プラントレベルにおいてもランニングコストが低く、スリット膜の目詰まり不具合の心配もなくコンパクトでありながら実用生産量の確保も十分可能な現実的で画期的なエマルション生成方法を提供する。
【解決手段】ステンレス製シート２を用い、シート２には横に１２行、縦に５列のストレートスリット１を設けて、これを１巻の外径約１０ｍｍの筒状のスリット膜とした。本実施例では、連続相液を乳化剤０．５％ドデシル硫酸ナトリウム水溶液とし、分散相液に大豆油を用いたＯ／Ｗ系エマルションを生成した。また、連続相液に乳化剤を添加しないＣ重油、分散相液に水道水を用いたＷ／Ｏ系エマルション燃料を生成した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軽重質油を連続相、水を分散相とする軽重質油中水滴型エマルション（以下、Ｗ／Ｏ型エマルションという）の生成方法とその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、エマルションを生成する一般的な方法として高速攪拌式や、高速せん断式のホモジナイザー、送液パイプライン中にねじれ羽根を幾枚も設けて送液しながらせん断するインラインミキサーなどが多く使用されている。また、スリットを利用して乳化を行う方法として、例えば特許文献１のような乳化方法がある。これは周知のマイクロチャネル乳化法に基づいた乳化器の実用的量産器として紹介されている。この特許文献１所載のスリット構造は、板状部材に向きを同じとするスリットＡを数箇所設け、重ね合わせるように別の板状部材に前記スリットと交差する向きにスリットＢを数箇所設け、スリットＡとスリットＢの交差する四角の開口部でエマルション粒子を生成するという生成方法である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３４６３５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、エマルション生成方法における微細粒子径を生成する手段において、攪拌式やせん断式では乳化器としては大型化してしまう。また、前記特許文献１所載のスリット型マイクロ乳化器では、透過乳化させる液体に毛羽やスラッジなどスリットの目詰まり原因と考えられる異物が混入していると、スリットを透過する入口で異物が堆積することになり、目詰まりを起こしてしまうおそれがあり実用的であるとは言い難い。本発明は上記のような課題に鑑みなされたもので、エマルションを低エネルギーで短時間に効率よく生成することが可能で、エマルションを量産することができる実用生産プラントレベルにおいてもランニングコストが低く、スリット膜の目詰まり不具合の心配もなくコンパクトでありながら実用生産量の確保も十分可能な現実的で画期的なエマルション生成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで本発明の軽重質油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルション燃料の生成方法は、金属シート又は、プラスチックシートに設けたスリットに分散相の水と連続相の軽重質油を透過して乳化することを第１の特徴とする。また、スリットが弁機能様に作用する弁構造を有することを第２の特徴とする。さらに、断続的に設けたスリットを有する金属シート又は、プラスチックシートに分散相の水と連続相の軽重質油を透過して乳化することを第３の特徴とする。さらにまた、スリットを有する金属シート又は、プラスチックシートを筒状に丸め、分散相の水と連続相の軽重質油を外圧式又は内圧式に透過して乳化することを第４の特徴とする。そして、本発明に係る軽重質油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルション燃料の生成装置はこれらのスリット膜を備えたことを第５の特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によるスリットを利用したエマルションの生成方法は、特にＣ重油などを連続相液とするＣ重油エマルション燃料を生成する場合、Ｃ重油中のスラッジや毛羽など固形微粒子が混入していてスリットを透過する入口で堆積し目詰まりを起こしかけたとしても、目詰まりの原因により透過圧力が加わることでスリットの弁作用により目詰まりが解消されて正常なスリット状態に復帰し正常な透過乳化状態に戻ることが可能で長時間正常なエマルションを生成することが可能である。さらに本発明は、スリットの大きさを選択することによりエマルションの粒子径をコントロールすることが可能で、スリットの形状を選択することにより、スリットの弁が液体透過時に微振動を起こしながら効率よくエマルション粒子を生成することができる。また、スリットを有する金属シート又は、プラスチックシートにスペーサーを挟んでロール状に束ねたスリット膜とし、外圧式又は、内圧式に乳化液体を透過させることで、入口直面の隔壁のスリットから入り込んで混合乳化されたエマルションが次の隔壁のスリットに入り込んで更に混合乳化され、随時各隔壁に設けたスリットを段階的に透過することによりエマルション粒径の均一性を整えていくことが可能である。このように段階的に隔壁を透過することになるロール状に束ねたスリット膜は安価に量産することが可能であり、エマルションを低エネルギーで短時間に効率よく生成することが可能で、長時間安定してエマルションを量産することができる実用生産プラントレベルにおいてもランニングコストが低く、スリット膜の目詰まり不具合の心配もなくコンパクトでありながら実用生産量の確保も十分可能な現実的で画期的なエマルション生成方法が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
次に、本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づいて説明する。
図１は本発明に係るシートに形成される種々のスリットパターンの例を示す平面図、図２は本発明に係るスリットを設けたシートの一実施例を示す斜視図、図３は図２のシートをディスク状に形成し断続的に設けたスリット膜を示す斜視図、図４は図３のスリット膜の間隔を密にした状態を示す斜視図、図５は図２のシートを巻回したロール状のスリット膜を示す斜視図、図６は図５のＡ矢視断面図、図７は図２のシートを筒状にして間隔を空けて重ね合わせたスリット膜を示す斜視図、図８の本発明に係る乳化方法に使用するデバイスを示す斜視図、図９はクロススリット膜乳化によるエマルション粒度分布を示すグラフ、図１０はストレートスリット膜乳化によるエマルション粒度分布を示すグラフ、図１１はＳＰＧ膜乳化によるエマルション粒度分布を示すグラフ、図１２本発明における乳化装置を模式的に示す構成図、図１３は本発明により生成したＯ／Ｗエマルション粒度分布を示すグラフ、図１４は本発明により生成したＷ／Ｏ・Ｃ重油エマルション燃料粒度分布を示すグラフである。
【実施例】
【０００８】
図１（ａ）〜（ｊ）に示すように、金属シート又はプラスチックシート２に弁構造を有するとストレートスリット又はクロススリット、ベンツカットスリット、半円弧スリットなど、一定圧力が加わるとスリット１が弁機能様に作用する構造を有するスリット１で微細乳化することが可能な乳化手段であり、連続相と分散相を透過して微細なエマルション粒子を生成させる手段となるスリット１に透過乳化させる液体に毛羽やスラッジなどスリット１の目詰まり原因と考えられる異物が混入していてスリット１を透過する入口で堆積し目詰まりを起こしかけたとしても、目詰まりの原因により透過圧力が加わることで弁機能様な作用により目詰まりが解消されて正常なスリット状態に復帰し正常な透過乳化状態に戻ることを満足する強度、しなりを有する金属シート又はプラスチックシート２を選定するのが好ましい。
【０００９】
さらに、スリット１の大きさを選択することによりエマルションの粒子径をコントロールすることが可能で、スリット１の形状を選択することにより、スリット１の弁が液体透過時に微振動を起こしながら効率よくエマルション粒子を生成することができる。図２に示すスリット１を有する金属シート又はプラスチックシート２を図３又は、図４に示すようにディスク状のスリット膜２を断続的に一定あるいは不定間隔に設置し、段階的にスリット１を透過させることで効率よく微細エマルションを生成することができる。また、図２に示すスリット１を有する金属シート又はプラスチックシート２を図５に示すようにスペーサー４を挟んでロール状に捲いたスリット膜３とし、外圧式５又は、内圧式６に乳化液体を透過させることで、入口直面の隔壁のスリット１から入り込んで混合乳化されたエマルションが次の隔壁のスリット１に入り込んで更に混合乳化され、随時各隔壁に設けたスリット１を段階的に透過することによりエマルション粒径の均一性を整えていくことが可能で、段階的に全ての隔壁を経て最遠の隔壁を透過することにより微細な粒子のエマルションを生成することができる。又は、図７に示すように図２に示す金属シート又はプラスチックシート２をパイプ状にして、それぞれ独立したスリットパイプ膜３を間隔空けて重ねた断層膜とすることも可能である。本発明はエマルションを低エネルギーで短時間に効率よく生成することが可能で、エマルションを量産することができる実用生産プラントレベルにおいてもランニングコストが低く、スリット膜３の目詰まり不具合の心配もなくコンパクトでありながら実用生産量の確保も十分可能な現実的で画期的なエマルション生成方法である。
【００１０】
本発明は特に液体中の除去できない不純物が乳化手段の一つである膜乳化で用いられるフィルター孔の目詰まりを解消できる弁機能様の構造を有する。すなわち、金属シート又はプラスチックシート２に一定圧力が加わるとスリットが弁機能様に作用する構造を有するスリット１で微細乳化することが可能な乳化手段である。また、分散相と連続相を同時に透過して微細なエマルション粒子を生成することのできる本発明のスリット構造は、透過乳化させる各相液に毛羽やスラッジなどスリットの目詰まり原因と考えられる異物が混入していてスリット１を透過する入口で堆積し目詰まりを起こしかけたとしても、目詰まりの原因により透過圧力が加わることで弁機能様な作用により目詰まりが解消されて正常なスリット状態に復帰し正常な透過乳化状態に戻る弁機能様な構造を有するスリット１を乳化手段とすることができる。
【００１１】
本発明によれば、分散相液と連続相液をスリット膜に同時に供給透過させることにより、循環式又は、連続式にスリットの目詰まりを起こすことなく低エネルギーで短時間に効率よくエマルションを生成することができる。
【００１２】
本実施例におけるスリット膜として、図３に示すように、ステンレス製の厚み０．２ｍｍの金属板にストレートスリット又はクロススリット１を設けた１段のディスク状のスリット膜２を用いて、図８に示すポンピングコネクター７を介したシリンジスケール８及び９でポンピング乳化を実施した。また、図２に示すように、スリット１を数箇所設けた金属シート又はプラスチックシート２を、図５のように筒状に巻いたスリット膜を用いてステンレス製モジュールに収納し、図１２に示す乳化方法で毛羽やスラッジなど固形不純物微粒子の多いＣ重油を連続相として水を分散相とするＷ／Ｏ系のエマルション燃料の生成を行った。一般にエマルション生成する条件に従い連続相液に乳化剤を添加する。ただし、本実施例のＣ重油エマルション燃料生成にはＣ重油の特徴から乳化剤の添加は行わなかった。
【００１３】
［試験例１］
本実施例のスリット膜２で用いた金属板の形状寸法は、厚み０．２ｍｍ、外径６ｍｍのディスク状でこの中央にストレートスリット、クロススリット１を設けている。比較対象として膜乳化法で周知のシラス多孔質ガラス（以下、ＳＰＧ膜乳化）で生成されるエマルションの粒子径を観察した。図８に本試験例装置の概略を示す。本試験例はシリンジ相液を繰返し交互に押し合うことによるポンピング乳化である。エマルション形態としてＯ／Ｗエマルションを生成することとし、分散相には大豆油、連続相水溶液には乳化剤としてドデシル硫酸ナトリウム（以下、ＳＤＳ）を０．５％添加した。添加する乳化剤は利用目的に適したエマルション組成の乳化剤が用いられ、本発明の膜乳化技術で生成されるエマルションの品質に影響を及ぼすものではない。
【００１４】
【表１】

【００１５】
表１に示すように、エマルション粒度分布を比較するとＳＰＧ膜乳化による図１１の単分散性に対しては劣るが、スリット膜乳化による図９、図１０に示す単分散性は微細粒子径を得るという目的を考慮すると十分満足するエマルション生成方法であることがわかる。
【００１６】
［試験例２］
本試験例のスリット膜乳化は図１２に示すように分散相液室１０、連続相液室１１から同時に送液ポンプ１２によりスリット膜モジュール１３、さらにスリット膜モジュール１４へと送液しながらスリット膜モジュールを連続式に２段階又は、３段階と段階的に透過させることにより微細エマルション粒径を均一に整えていくことが可能なシステムの乳化装置である。本試験例のスリット膜乳化は、図１２に示すシステムの１段式スリット膜モジュールで、スリット膜モジュール１３には図２示す厚み０．２ｍｍ横１２０ｍｍ、縦４０ｍｍのステンレス製シートを用い、シートには横に１２行、縦に５列のストレートスリットを設けて、これを１巻の外径約１０ｍｍの筒状のスリット膜とした。本実施例では、連続相液を乳化剤０．５％ドデシル硫酸ナトリウム水溶液とし、分散相液に大豆油を用いたＯ／Ｗ系エマルション１３を生成した。また、連続相液に乳化剤を添加しないＣ重油、分散相液に水道水を用いたＷ／Ｏ系エマルション燃料を生成した。このＣ重油は、粘度が高く常温では送液ポンプ１２の能力次第で送液不可能であるため本実施例では連続相液タンク１１を約６０℃に加温しながら膜透過乳化を実施した。また、一般的にＣ重油は、化石燃料においてスラッジや毛羽など不純物固形微粒子が多い燃料であり、膜乳化で利用される微細孔を有する無機多孔質膜では液体透過すると直ぐに目詰まりを起こす可能性がある。
【００１７】
【表２】

【００１８】
本試験例では、表２に示すようにスラッジなど固形微粒子が混入していても乳化手段であるスリットは目詰まりすることなく長時間本来の微細エマルション生成を目的とする機能を発揮するものと考えられる。Ｏ／Ｗ大豆油エマルションの粒度分布を図１３に、Ｗ／Ｏ水エマルションＣ重油燃料の粒度分布を図１４に示す。微細エマルションを生成する目的と考えれば十分満足するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るシートに形成される種々のスリットパターンの例を示す平面図である。
【図２】本発明に係るスリットを設けたシートの一実施例を示す斜視図である。
【図３】図２のシートをディスク状に形成し断続的に設けたスリット膜を示す斜視図である。
【図４】図３のスリット膜の間隔を密にした状態を示す斜視図である。
【図５】図２のシートを巻回したロール状のスリット膜を示す斜視図である。
【図６】図５のＡ矢視断面図である。
【図７】図２のシートを筒状にして間隔を空けて重ね合わせたスリット膜を示す斜視図である。
【図８】本発明に係る乳化方法に使用するデバイスを示す斜視図である。
【図９】クロススリット膜乳化によるエマルション粒度分布を示すグラフである。
【図１０】ストレートスリット膜乳化によるエマルション粒度分布を示すグラフである。
【図１１】ＳＰＧ膜乳化によるエマルション粒度分布を示すグラフである。
【図１２】本発明における乳化装置を模式的に示す構成図である。
【図１３】本発明により生成したＯ／Ｗエマルション粒度分布を示すグラフである。
【図１４】本発明により生成したＷ／Ｏ・Ｃ重油エマルション燃料粒度分布を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２０】
１ スリット
２ ストレートスリットを設けた金属シート又は、プラスチックシート
３ シートをロール状に束ねたスリット膜
４ スペーサー
５ 混合液の透過方向（外圧式）
６ 混合液の透過方向（内圧式）
７ ポンピングコネクター
８ 分散相液室
９ 連続相液室
１０ 送液ポンプ
１１ １段目スリット膜モジュール
１２ ２段目スリット膜モジュール
１３ エマルション

【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属シート又は、プラスチックシートに設けたスリットに分散相の水と連続相の軽重質油を透過して乳化することを特徴とする軽重質油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルション燃料の生成方法。
【請求項２】
スリットが弁機能様に作用する弁構造を有することを特徴とする請求項１記載の軽重質油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルション燃料の生成方法。
【請求項３】
断続的に設けたスリットを有する金属シート又は、プラスチックシートに分散相の水と連続相の軽重質油を透過して乳化することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の軽重質油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルション燃料の生成方法。
【請求項４】
スリットを有する金属シート又は、プラスチックシートを筒状に丸め、分散相の水と連続相の軽重質油を外圧式又は内圧式に透過して乳化することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の軽重質油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルション燃料の生成方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４記載のスリット膜を備えたことを特徴とする軽重質油中水滴型（Ｗ／Ｏ）エマルション生成装置。

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図５】

【図６】

【図７】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

【図１２】

【図１３】

【図１４】

【公開番号】特開２００７−１０５６７８（Ｐ２００７−１０５６７８Ａ）
【公開日】平成１９年４月２６日（２００７．４．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３００７４８（Ｐ２００５−３００７４８）
【出願日】平成１７年１０月１４日（２００５．１０．１４）
【出願人】（５９７０１１５６６）エス・ピー・ジーテクノ株式会社 (13)
【Ｆターム（参考）】