JP2009114059A - ナノバブル液体製造装置及び製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】余分な界面活性剤を添加する必要もなく、超音波のエネルギも必要でなく、微小気泡等の安定性も高くなる燃料を含む液体の製造装置及び製造方法を提供する。
【解決手段】この燃料を含む液体の製造装置１０は、貯留された燃料を加圧するポンプ１８と、この高圧化された燃料を含む液体を噴射するナノバブル発生部１２とを備える。また、燃料を含む液体を貯留する均質化手段１４を備えてもよい。燃料を含む液体の製造方法は、燃料を含む液体を貯留手段に貯留し、加圧して所定の圧力の高圧液体とし、ノズルより燃料を含む液体のマトリックス中に噴射して、壁に衝突させ、燃料を含む液体のマトリックス中に、異質の物質からなるナノバブルを分散させることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ナノバブルを含む液体（以下「ナノバブル液体」という）を製造する製造装置及び製造方法に関する。特に、このナノバブル液体は、主に内燃機関等において、燃焼効率を向上させ、また、排気ガスのクリーン化が望まれる燃料を含むことができる。また、高機能が期待される水道水等の水を含んでよい。

最近、ナノバブルによる液体の改質に注目が集まっている。一方、内燃機関、例えば、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンの燃費又は燃焼効率の向上が強く望まれており、また、排出される排出ガス中に含まれる有害物質の低減も強く要請されている。そのため、燃料の改質や機能化が望まれている。

例えば、ディーゼルエンジンでは、エンジン筒内での燃焼時に、高温状態で空気及び酸素が共存することによってＮＯｘが発生する。ＮＯｘの発生を低減させる方法としては、短時間で燃焼を完了させることが挙げられるが、そうすると、ＰＭ（粒子状物質）の発生が増加することになる。これらを回避するために、短時間での燃焼を避けながらＮＯｘ発生の原因となる筒内温度の上昇を抑制する手段として、油中水滴（Ｗ／Ｏ）型の水エマルジョン燃料を用いることが検討されている。

水エマルジョン燃料を採用することで、(ａ)水の気化潜熱による燃焼時の筒内温度上昇抑制（=ＮＯｘ抑制）、更には、（ｂ）水のミクロ爆発による燃料微粒化の補助などが期待できる。

エマルジョン燃料を製造する従来技術としては、界面活性剤を用いる方法が開示されている（特許文献１）。また、磁歪材料や圧電素子、または超磁歪材料からなる振動子によって発生させた高周波振動を照射し、燃料と水の混合液にキャビテーションを発生させて、燃料に水が拡散・混合して超微粒化された高混合密度のエマルジョン燃料を生成する技術が開示されている（特許文献２）。そして、ガソリン及び水を内部に貯留する改質槽と、改質槽内に微小気泡を導入し、水及びガソリンの混合物をエマルジョン化する微小気泡導入手段とを有する内燃機関用燃料改質装置が開示されているが、（特許文献３）、その微小気泡は超音波を利用したものであるためか（特許文献４、５）、静電分極により界面活性剤様の作用を発揮して微細化した水滴を内燃機関用燃料中で安定化していると推測されている（特許文献３）。
特開２００４−６７９１３号公報 特開２００４−７６６０８号公報 特開２００６−２４１２４３号公報 特開２００３−３３４５４８号公報 特開２００４−１２１９６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、エマルジョン燃料の生成に界面活性剤が必要であり、余分なコストが必要になる。また、特許文献２に記載の技術では、エマルジョン燃料を生成する際に超音波のエネルギが多く必要であり、場合によっては燃費にも悪影響を及ぼすおそれがある。特許文献３から５に記載の技術では、微小気泡導入は超音波を利用したもので、その安定性に疑問が残る。また、ガソリンと水のエマルジョン化だけが対象であり、原料の一般化若しくは汎用性に欠けるおそれがある。また、燃料だけでなく、水の高機能化も望まれているが、必ずしも達成されているとは言い難い。

そこで、本発明では、余分な界面活性剤を添加する必要もなく、超音波のエネルギも必要でなく、微小気泡等の安定性も高くなる燃料製造装置及び燃料製造方法を提供する。この燃料製造装置は、貯留された燃料を加圧する高圧手段と、この高圧化された燃料を噴射する超微細粒子化手段（以下「超微細粒子」を「ナノバブル」と、「超微細粒子化」を「ナノバブル化」と、「超微細粒子化手段」を「ナノバブル化手段」という）と、を備える。また、この燃料製造方法は、燃料を貯留手段に貯留し、加圧して所定の圧力の高圧燃料とし、ノズルより燃料マトリックス中に噴射して、壁に衝突させ、燃料マトリックス中に、異質の物質からなるナノバブルを分散させることを特徴とする。また、燃料の代わりにナノバブル化手段によりナノバブル化された水は、優れた特性を有する。

具体的には、以下のようなものを提供することができる。

（１）貯留された燃料を加圧する高圧手段と、この高圧にされた燃料を噴射するナノバブル化手段と、を備える燃料製造装置を提供することができる。

（２）さらに、少なくとも流体状の燃料を貯留する均質化手段を備えることを特徴とする上記（１）記載の燃料製造装置を提供することができる。

ここで、液状の燃料とは、例えば、ガソリン、軽油、重油、その他の鉱油、炭化水素化合物や混合物を含んでよく、場合により、メタノール、エタノール等のアルコール類も含まれる。また、液状とは、通常の条件（例えば、大気中、室温／常温）で、流動可能なことを意味してよい。従って、かかる条件で液体であることを含め、液体と固体及び／又は気体との混合物を含んでよい。均質化手段とは、このような液状の燃料の中身（例えば、溶解しているものの濃度の濃淡、分散しているものの分散率の高低等）が少しでも均質化可能な装置、機器、機材を含んでよく、例えば、タンクのような単なる容器を含んでよい。均質化手段では、いわゆるナノバブルが該液状の燃料中に浮遊又は分散する場合、かかるナノバブルの分布や、単位体積あたりの数平均、体積平均、重量平均等の分布が少しでも均質化され得る。この均質化には、均質化手段の中の燃料の流れ（例えば対流）、比重違いによる沈降／浮上、攪拌機による攪拌等の様々なもの等が利用できる。

高圧手段とは、燃料の圧力を上げることができるポンプ等が例として挙げられる。また、ナノバブル化手段とは、ナノバブル（通常気泡と呼ばれるようなものや液滴等を含む粒子を含んでよい）を発生させること（ナノバブル化）ができるものであってよい。このナノバブルは、該燃料中に発生させられ、長い時間そのままの状態で浮遊又は分散していることができる。

（３）噴射によりナノバブル化された燃料の一部を前記均質化手段に循環させ、前記高圧手段及び前記ナノバブル化手段にて更に処理されることができる、分別手段をさらに備えることを特徴とする上記（２）記載の燃料製造装置を提供することができる。

ここで、ナノバブル化された燃料とは、ナノバブルを含む燃料を意味してよい。ナノバブルは、高圧流体（主に液体）がそれより低い圧力下で実質的に静止若しくは静止とみなしてよいほど流速が遅い流体（又は流体マトリックス）中に噴射される際に生成すると考えられている。このとき、噴射される高圧流体の流速は、噴射孔（又はノズル）の径、長さ、２つの流体の圧力差等に影響される。一般には、圧力差が大きい方が噴射速度は速い。また、一旦噴射されると噴射流体の内圧は一気に雰囲気圧力（流体マトリックスの圧力に近い）まで低下すると考えられる。一方、噴射された流体が壁等に衝突する場合では、衝突位置で圧力が高くなり、ここでナノバブルが生じやすくなると考えられる。

分別手段とは、ナノバブルの密度（数、体積、又は重量）の高いところと、低いところを、分離することができる装置や機器等を意味してよい。例えば、ナノバブル化手段に近い燃料マトリックスは、より多くのナノバブルを含んでいる可能性が高く、その位置から取り出した燃料を、他の場所の燃料と区別して、ナノバブル・リッチ流体として製品タンクへ送ってもよい、逆に、ナノバブル・リッチ流体を取りつつ、ナノバブル化手段から遠いが、同じ容器内の燃料として流体が存在するところから取った流体をナノバブル・リーン流体として、均質化手段に循環してもよい。

これ以外に、分別手段は、ナノバブル（主に気泡と考えられる）と燃料マトリックスの密度の違いを利用して、単なる沈降法による分別、若しくは、遠心力を利用した加速度的分別、さらには、フィルタを用いた分別等、種々の分別手段及び分別方法を採用することができる。フィルタを用いた分別には、所定サイズ以上のナノバブルを排除する機能を有する場合がある。所定サイズ以上のナノバブルは、燃料マトリックス中の移動速度が比較的高く分離し易くなり、長期の保存に向かない。従って、品質管理もここで行うことができる。分別手段は、流入した流体を二股に分けるバルブ（例えば三方弁等）を含んでもよい。

（４）さらに貯留された燃料をイオン化するイオン化手段を備え、このイオン化された燃料は前記高圧手段へと送られることを特徴とする上記（２）又は（３）記載の燃料製造装置を提供することができる。

ここで、イオン化手段は、酸化アルミニウム及びチタン酸バリウムが分散されたセラミック成形体が充填された反応容器を含んでよい。このような容器内に燃料を通過（すなわちセラミックスに接触）させることにより、イオン化処理が行われる。このようなセラミック成形体は、例えば、炭酸バリウム、酸化チタン及び酸化アルミニウムからなる混合物を、粘土をバインダーとして約１０００℃〜約１５００℃の範囲の温度で焼成されるものを例示することができる。このイオン化手段内に、大きな断面変化があり、流れが水平方向である場合、流速が大きく低下し、底部に比重の大きい流体が滞留する。そこでは比重差による分離が進行し、流体の混合比が一時的に変化する。一回に使用する流体の量が少ない場合には全体の混合比が変化することになる。その為に、そのような大きな断面変化を持つ部品は流速が変化しても流れが一様になるように、縦型の配置になるように設計することが好ましい。

（５）前記ナノバブル化手段において、前記燃料に対し異質な高圧に加圧された流体状の物質を噴射する異質物質添加手段をさらに備えることを特徴とする上記（２）から（４）いずれか記載の燃料製造装置を提供することができる。

ここで、異質である高圧に加圧された流体状の物質とは、例えば、酸素、窒素等のような気体や、水、化合物の水溶液等の水系の流体を例として挙げることができる。例えば、燃料が、炭化水素系の液体であれば、エタノール等のアルコール系の液体を異質な流体状の物質とすることができる。これらの物質は、マトリックスとなる流体に溶解する量が少なく、実質的に溶解せず、分離してマトリックス（例えば、燃料マトリックス）から分離して浮遊又は分散等する場合がある。異質とは、従って、相互に溶解等による均質化が難しいことを意味することができる。また、ここでいう物質は、材料を含んでよい。従って、実施例において「材料」と表現されるものは全て「物質」に含まれる。たとえば、「異質材料添加手段」は「異質物質添加手段」に含まれるように、語句に含まれる「材料」という言葉は、「物質」に置き換えたその語句の下位概念に属する。

（６）前記ナノバブル化手段において、高圧の燃料を噴射するノズルと、噴射された燃料が衝突する壁と、を備え、燃料マトリックス中に、異質の物質からなるナノバブルを分散させることを特徴とする上記（２）から（５）いずれか記載の燃料製造装置を提供することができる。

ここで、噴射するノズルは、概ね次のような形状のものが好ましい。
孔の径 ０．１ｍｍから１ｍｍ、 より好ましくは、０．２ｍｍから０．５ｍｍ
孔の長さ 径の１０倍以上、より好ましくは、１０倍から１５倍
材質 耐摩耗性、耐腐食性が高いこと。例えば、ステンレス製でＨ_ＲＣで６０以上

（７）前記ノズルが、硬質のセラミックリングを備えることを特徴とする上記（６）記載の燃料製造装置を提供することができる。

ここで、セラミックリングは、アルミナ、窒化珪素、炭化珪素等の種々のセラミックスによって製造することができるが、その耐摩耗性（硬さ）、耐薬品性、コスト、使いやすさ等を考慮すれば、アルミナがより好ましい。一般には、鉱物の名前より、サファイヤリングと呼ばれる。

（８）前記燃料マトリックスに実質的に溶解しない微粉末を混入させることを特徴とする上記（５）記載の燃料製造装置を提供することができる。

かかる微粉末は、金属、無機化合物、フライアッシュ等、種々の物質から製造される。例えば、牡蠣の貝殻のように牡蠣（ボレイ）といって、焼成してから粉砕した粉を含んでよい。因みに、この粉は、日本薬局方に「ボレイ末」として記載の生薬の成分である。制酸、鎮静、解熱などの作用があり、桂枝加竜骨牡蠣湯、柴胡加竜骨牡蠣湯などの漢方薬に使われる。この成分は、天然炭酸カルシウムである。

（９）液状の燃料を製造する方法であって、該燃料を貯留手段に貯留し、この貯留された燃料を加圧して所定の圧力の高圧燃料とし、該高圧燃料をノズルより燃料マトリックス中に噴射して、壁に衝突させ、燃料マトリックス中に、異質の物質からなるナノバブルを分散させることを特徴とする燃料製造方法を提供することができる。

ここで、異質の物質からなるナノバブルとは、物質が固体であるときは、固体粒子である。物質が液体の場合は、液滴であってもよい。例えば、一般に、水−油系エマルションを形成する場合、油滴が水に分散する水中油滴（Ｏ／Ｗ型）エマルションと油中水滴（Ｗ／Ｏ型）エマルションのいずれかの構成をとる。また、物質が気体の場合は、ナノバブルは、気泡若しくはバブルであってもよい。

（１０）前記貯留手段により貯留された燃料をイオン化処理し、加圧して所定の圧力の高圧燃料とすることを特徴とする上記（９）記載の燃料製造方法を提供することができる。

（１１）前記ナノバブルが分散する燃料の一部を分離し、前記貯留手段に循環させ、この循環された燃料及び未処理燃料を前記貯留手段において混合することを特徴とする上記（９）又は（１０）記載の燃料製造方法を提供することができる。

ここで、未処理燃料とは、ナノバブル化手段による処理が行われていない燃料を意味してよい。このように、ナノバブル化手段による処理が既に行われているものと、未処理の物を混合することにより、累積的により多くのナノバブルを含ませることができる。詳細は後述する。

（１２）前記燃料マトリックス中に、異質の物質からなるナノバブルを分散させることを特徴とする上記（９）から（１１）いずれか記載の燃料製造方法を提供することができる。

本発明における燃料製造装置及び燃料製造方法では、安定的なナノバブルを燃料中に導入することができ、種々の特性に優れる製造燃料を提供することができる。

以下に本発明の実施例について、図面に基づいてより詳しく説明するが、実施例は説明のための例示であり、本発明はこれらの実施例に限定されない。なお、同一要素には同一符号を用い、重複する説明は省略する。

図１は、本発明による燃料製造装置１０の模式図を示す。この燃料製造装置１０は、主に、ナノバブル化手段を含むナノバブル発生部１２と、均質化手段１４、イオン化手段１６、高圧手段であるポンプ１８から構成される。均質化手段１４としては、燃料などの液体を貯留できるタンク等の容器を例としてあげることができる。この均質化手段１４へは、原材料である燃料（例えば、軽油）を供給する原料タンク２２から配管を通して燃料が供給される。

この均質化手段１４には、温度調節手段として、ラジエター１４ａが周囲に配置され、上がりすぎた均質化手段１４の温度を冷やす役目を果たしている。また、この温度調整を行うために、計測器１４ｂが均質化手段１４に設置され、温度、圧力等を計測している。この均質化手段１４へは、一度ナノバブル化手段を含むナノバブル発生部１２により処理された燃料の一部（望ましくはナノバブル化率が低いもの）が、分別手段の例である粒度分別部２０により循環されて送られてくる。発生させるナノバブルの種類に応じて、均質化し易いように均質化手段の上方１４ｃ若しくは下方１４ｄに放出される。均質化手段１４では、図示しない攪拌機により、さらに均質化が図られている。均質化手段１４の底には、テーパ状にすぼんだ取り出し口があり、バルブ１４ｅを開けることにより、配管を経由して、イオン化手段１６の例であるセラミック製の機器へと均質化された燃料が送られる。詳細は、後述する。

イオン化された燃料はモータ１８ａにより駆動されるポンプ１８により、加圧され、所定の圧力となるようにされる。この圧力は、１ＭＰａ以上が望ましく、さらに望ましくは、５ＭＰａ以上である。さらに望ましくは、１０ＭＰａ以上である。一方、圧力が高すぎると、特殊な装置を組まなければならないため、余り好ましくはない。さらに、後述するように、大きな圧力では、より小さなナノバブルが発生すると考えられるが、小さすぎるナノバブルは、溶解若しくは分散などにより、燃料中に入り込んでしまい、好ましい結果を出すことが必ずしも容易ではない。従って、１００ＭＰａ以下が望ましい。また、実際の装置の設計を考えると、途中の配管などを特別仕様にする必要がない４０ＭＰａ以下の圧力がより望ましい。このようなポンプは一般に市販されているが、７Ｌ／ｍｉｎの流量であれば、最大圧力４０ＭＰａで、５．５ｋＷのモータを用いることにより、容易に製作できる。

加圧された燃料は、ナノバブル化手段を含むナノバブル発生部１２へと送られる。このナノバブル化手段も、所定の量の燃料や器材を収納できる程度の大きさの容器が必要である。この容器には、温度調整用のラジエターが１２ａが配置されており、温度を調整している。同様に計測器１２ｂも同様にナノバブル発生部１２での種々な計測を行う。ナノバブル化手段を含むナノバブル発生部１２の底にはバルブ１２ｅが配置され、生成されたナノバブルを含む燃料が、粒度分別部２０を経由して、製品タンク２８へと送られる。この製品タンク２８で所定量蓄積し、バルブ２８ａを開けて出荷用の容器に移し替える。

粒度分別部２０では、フィルタ２０ａによるナノバブル、ナノエマルジョン（ナノ懸濁液）、若しくはナノ微粒子等のナノバブルの密度に基づく、処理後燃料の分別を行う。フィルタ２０ａ通過する高密度ナノバブルを含む処理後燃料は、矢印２０ｂに従い製品タンク２８へと送られる。一方、低密度ナノバブルを含む処理後燃料は、矢印２０ｃに従い、均質化手段１４へと循環される。これにより、均質化手段１４、イオン化手段１６、高圧手段の例であるポンプ１８、ナノバブル化手段を含むナノバブル発生部１２の４つの要素がつながれるサイクルができあがる。

尚、循環燃料は、含まれるナノバブルの種類により、均質化手段１４の一例であるタンクの底近傍１４ｄに直接送り込まれるか、或いは、比較的浅いところ１４ｃに送り込まれる。例えば、ナノバブルのように超微細気泡の場合は、気泡は燃料よりも密度が小さいので、上へと向う傾向があるため、タンクの底近傍１４ｄに直接送り込まれる。一方、グリセリン（１．２６ｇ／ｃｍ^３［１５℃］）のナノバブルでは、逆に比較的浅いところ１４ｃに送り込まれる。このようにしてナノバブルが均質分布した燃料を次のプロセスに送ることができる。

このナノバブル化手段を含むナノバブル発生部１２には、この燃料ベースに添加されて、上述のような燃料マトリックスにナノバブルが分散した処理後燃料を生成することができる。添加材料（若しくは物質）は、添加材料タンク２４から、バルブ２４ａを開けることによりもう一つの加圧手段の例であるポンプ２６（モータ２６ａで駆動）により加圧され、計測器２６ｂで測定される所定の高圧下の添加物質を、ナノバブル化手段を含むナノバブル発生部１２に供給される。ナノバブル発生部については、後に詳しく述べる。

図２は、図１の燃料製造装置１０の各手段の機能を表わす機能図を示す。原料貯留手段２２０に準備された原料（例えば軽油）を、バルブ２２０ａを開けて、均質化手段１４０へと図示しないポンプにより送る。均質化手段１４０では、高圧手段１８０から発生するオーバーフローと、粒度分別手段２００により分別されて循環されてくる処理後燃料が混合され、これらが図示しない攪拌機で混合される。均質化手段１４０には、温度調節手段１４０ａが備えられており、一定の温度で均質化を行うことができる。

均質化手段１４０で均質化された燃料は、次にイオン化手段１６０に送られ、そこでイオン化され、処理された燃料は、次の高圧手段へと送られる。

イオン化手段１６０で用いられるセラミックス筒体は、特開平８ー２１７４２１号公報等に記載されているような、炭酸バリウム、酸化チタン及び酸化アルミニウムからなる混合物を、粘土をバインダーとして、約１０００℃から約１５００℃の範囲で焼成されるセラミックス成形体である。

イオン化手段１６０で処理された燃料は、高圧手段１８０によって、所定の圧力まで加圧され、ナノバブル化手段１２０へと送られる。ナノバブル化手段１２０には、温度調節手段１２０ａが備えられており、一定の温度でナノバブル化を行うことができる。

一方、ベースとなる燃料に、異質の物質である添加物質を加え、燃料マトリックス中にナノバブルを分散させるため、かかる添加物質を添加材料貯留手段２４０から、バルブ２４２を開けて、第２の高圧手段２６０へと送る。この添加物質としては、例えば、水、エタノール、廃油、グリセリン等種々の流体（若しくは液体）をあげることができる。また、空気、窒素やアルゴン等の不活性ガスをも含むことができる。一方、ベースとなる燃料としては、ガソリン、軽油、重油等を例としてあげることができる。従って、組合せとしては、［ナノバブル］／［マトリックス］で表現すれば、空気／軽油、エタノール／軽油、グリセリン／軽油、廃油／軽油、水／軽油、空気／重油、水／重油等である。空気の密度は、約０．００１ｇ／ｃｍ^３であり、軽油は約０．８５ｇ／ｃｍ^３であり、エタノールは約０．８ｇ／ｃｍ^３であり、水は約１ｇ／ｃｍ^３であり、重油は約０．９から１．０ｇ／ｃｍ^３である。これらは単に例としてあげたものであり、本発明について、これらに限られるものではない。

このようにして、ナノバブル化手段１２０では、燃料マトリックス中に分散するナノバブルを生成することができる。このようにして得られた処理後燃料は、粒度分別手段２００により、高密度ナノバブル化燃料と低密度ナノバブル化燃料とに分別する。高密度ナノバブル化燃料は、そのまま製品貯留手段２８０へと送られ、蓄積される。そして、所定量若しくは所定時間となれば、バルブ２８ａを開けて搬送用の容器に移し替える。そして、低密度ナノバブル化燃料は、均質化手段１４０へと循環される。

この粒度分別手段２００では、沈降法により、高密度ナノバブル化燃料又は低密度ナノバブル化燃料を区別することができる。例えば、ナノバブルの密度が燃料より低い場合は、気泡は重力及び浮力の関係で上に浮こうとする。従って、そのまま静置しておけば、上方が気泡リッチ、下方が気泡リーンな燃料となる。この重力沈降法では、分別速度が遅いので、遠心力を利用した遠心分離による分別も可能である。また、仮にそのナノバブルの表面が、プラス若しくはマイナスに帯電しているようならば、電気泳動法で、分別も可能である。いずれにしても、ナノバブルを構成する燃料マトリックスとは異質の物質の特性を十分利用して分別を行うことが好ましい。

次に、図３を参照しつつ、ナノバブル発生部１２１を説明する。ナノバブル発生部１２１は、燃料１３０が入っている容器１２８と、その容器１２８中であって、燃料中にあるメイン管１２２と、このメイン管１２２と同心でメイン管の内径から所定のクリアランスを設けて配置されたロッド１２４と、メイン管１２２にテーパネジで締め込まれた４つのノズル１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄと、これらノズルに高圧燃料等を供給する配管１２８ａ、１２８ｂ、１２８ｃ、１２８ｄから構成される。容器１２８には、ベント１３２が設けられ、容器内の異常な高圧化を防止している。また、容器１２８の底近傍には、排出管１３４が設けられ、ナノバブル化された処理後の燃料が、ナノバブル発生部１２１の外に排出される。

メイン管１２２は、容器１２８のほぼ中央に実質的に鉛直方向に配置され、内径から所定のクリアランスを外周全体で維持できるように固定されたロッド１２４が同心に備えられる。ロッド１２４は、図示しない梁でメイン管１２２に支持されており、メイン管１２２は、同様に容器１２８に支持されている。各ノズル１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄは、メイン管１２２の軸方向にほぼ垂直な方向にねじ込まれ、ノズルの先端は水平（即ち、メイン管１２２の内径の管壁に対してほぼ直角）に向いており、ノズルから高圧の燃料等がほぼ水平に噴射される。ロッド１２４の外周面とメイン管１２２の内径面の間のクリアランスは十分小さいため、あまり速度を落とすことなく、噴射された燃料流は、ロッド１２４の外周面に衝突する。このとき、噴流が真っ直ぐにあたった点がよどみ点（又はスタグネーションポイント）となり、流速が０となるので、その点での圧力が大きくなる。この圧力に関する考察は、後述する。この衝突から、ナノバブルの発生が起こり、燃料中に分散することにより、燃料の改質が図られる。

図４は、ナノバブルを発生させ、そのナノバブル化燃料を収集するプロセスを図解する。原料となる燃料（例えば、軽油）を原料貯留する（Ｓ２２１）。それを取り出し均質化手段へと送り、均質化させる（Ｓ１４１）。次にその均質化させた燃料をイオン化する（Ｓ１６１）。イオン化した燃料を高圧にしてナノバブル化手段へ送り、ナノバブル化する（Ｓ１２１）。このとき、不均質系を作るために、貯留していた異質の物質からなる添加材料を添加材料貯留（Ｓ２４１）している所から取り出し、同様にナノバブル化手段へ送る。そしてナノバブル化し、異質な物質からなるナノバブルを分散させた燃料を生成する（Ｓ１２１）。そして、所定の方法で、ナノバブルのサイズや密度に応じて分別する（Ｓ２０１）。十分ナノバブル化している燃料は、そのまま出荷され、製品貯留となる（Ｓ２８１）。一方、不十分な燃料は、再度均質化を行うため、均質化手段へ循環される。このようにして、ナノバブル発生循環系１０１が構成される。

図５は、ナノバブル化手段を含むナノバブル発生部１２１と、ポンプ１８、２６とを主要な構成とするナノバブル発生構造を図解する。図３と共通する構成については、重複説明を省略する。原料としての燃料（例えば、軽油）は、ポンプ１８に送られ、加圧される。オーバーフローとして排出されるものを除き、加圧された添加物質２６ｅは、配管１２８ａを通してノズル１２６ａへ、配管１２８ｃを通してノズル１２６ｃへ、配管１２８ｄを通してノズル１２６ｄへと送られ、それぞれ噴射される。一方、添加材料（若しくは物質）は、別のポンプ２６へ送られ、加圧される。オーバーフローとして排出されるものを除き、加圧された添加物質２６ｅは、配管２６ｄを通してノズル１２６ｂへ、或いは、配管２６ｆを通して微細粒子（気泡）発生ヘッド２６ｃへと送られ、それぞれ噴射される。つまり、添加物質が気体の場合には、液体の場合と同様に直接的にノズルから噴射する方法もあるが、別の方法もあるのである。この図では、気体の性質を考慮して効率的にナノバブルを発生させることができる多孔質セラミックスの微細粒子（気泡）発生手段の例である微細粒子（気泡）発生ヘッド２６ｃを模式的に表わす。これは、ノズルの替わりに多孔質セラミックスをマトリックス中の液体噴射孔の直下に配置して、高圧の気体を先ず、中位の微細粒子として、マトリックス中に噴射し、次のステップにて上部の液体のナノバブルとの衝突により、効率的にナノバブル化を行うことができるように段階的に最終のナノバブル化の効率向上を図るものである。図９に、微細粒子（気泡）発生ヘッド２６ｃ、２６ｃ’の詳細を示す。（ａ）は、むき出しの多孔性のセラミックス（ブレークフィルター）１６６を用いたもの２６ｃの斜視図を、（ｂ）は、カバー１７２により覆われた多孔性のセラミックス（ブレークフィルター）１６６を用いたもの２６ｃ’の斜視図をカバー１７２が透けるようにして示す。これらの図からわかるように、穂先のように多孔性のセラミックス（ブレークフィルター）１６６が導入管１６２や支持管１６４の周りに配置される。このセラミックス（ブレークフィルター）１６６は、図９（ｂ）に示すように、中空となっており、加圧手段であるポンプ２６から送られてきた添加物質を導入管１６２に送り込み、内部の中空部１６８から、多孔性のセラミックス（ブレークフィルター）１６６を通過して外側に吹き出させる。この中空部１６８は、添加物質のストッパとなる端部１７０が設けられ、流入された気体が、多孔性のセラミックス（ブレークフィルター）１６６を通過することになる。このようなコアとなる処理部の外側には、筒体１７２を設けることができ、吹き出した気体を一箇所から、排出できる。この排出された気体は、その上のマトリックス中の液体噴射孔に向って上がっていく。そして、ノズル１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄから噴出する噴流により、ナノバブル化が行われる。

図６は、ナノバルブ化手段のノズル１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ近傍のようすを断面図により模式的に示したものである。図３と共通する構成については、重複説明を省略する。（ａ）は、図３のメイン管１２２の外周面を各ノズル１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄがスムーズにねじ込まれるように面を取った場合のバブル化手段の中心部材を断面図で表わしたものである。（ｂ）は、（ａ）のＡＡ断面図であり、この図面から、ノズル１２６ｂ、１２６ｂ’、１２６ｃ、１２６ｃ’が９０度ずつ回転した位置でメイン管１２２にねじ込まれているようすを示している。このようにすれば、スタグネーションポイントがロッド１２４の軸方向の所定位置の外周において４つと増え、ナノバブル化がより容易となる。（ｃ）は、ノズル先端部の緒言と、クリアランスの関係を図解する。ノズルの内径は、一番太いところ１２７ａで、ほぼ内径が変わらない（即ち断面積が一定）。その先にいくと断面テーパ状、即ち、漏斗の形１２７ｂをして断面積が減少する。このため、動圧による圧力が増大し、細くなって径がほぼ変わらなくなったところ１２７ｃでの圧力が高くなる。この細径のところは、噴流の噴出方向をそろえる等の物理的若しくは機械的な要請があるので、短すぎない方が好ましい。例えば、断面の径ｄに対して、１０倍以上である方が好ましい。更に、１０倍から１５倍である方がより好ましい。一方、被圧縮性の流体では、一定の断面積を通過する流体の圧力（内圧）は、直線的に減少する。従って、流路が長すぎると、圧損から、噴出速度が十分でなくなるおそれがある。

次に、メイン管１２２の内径面から、ロッド１２４の外周面までのクリアランスＤであるが、この幅は大きすぎても小さすぎても、ナノバブル化が効率よくできなくなるので好ましくない。例えば、ノズルの内径ｄに対して圧力依存性があり、１０倍から１５倍が好ましい。

ここで、本発明のナノバブル化手段を用いたときの、水エマルジョン燃料等、ナノバブルを分散させた燃料の生成方法について考察する。一般に炭化水素等の石油系の燃料マトリックス中に水粒子を分散させたＷ/Ｏエマルジョンにおいては、水の密度が軽油の密度より大きいので、水粒子の大きさによっては水粒子は短時間で沈降する。しかしながら、微小な水粒子を作ることができれば、理論的には界面活性剤等の使用をしなくても、安定な水エマルジョン燃料を作ることができる。

流体中を移動する粒子の速度は、ストークスの式より次のように表わさせる。
Ｖｐ＝ａ^２×（ρ_０−ρ_１）×Ｇ／（１８×ρ_０×ν） （１）
但し、Ｖｐ＝粒子の移動速度 ｍ／ｓｅｃ
ａ＝粒子径 ｍ
ρ_０＝連続層の密度 ｋｇ／ｍ^３
ρ_１＝分散層の密度 ｋｇ／ｍ^３
ν＝連続層の動粘度 ｍ^２／ｓｅｃ
Ｇ＝重力の加速度 ９．８ ｍ／ｓｅｃ

この式で、軽油中に水の微粒子を分散させた場合の水粒子の移動速度を以下のように計算する。ここで、水の粒子径を１μｍと仮定する。
ａ^２＝１×１０^−１２ ｍ^２
ρ_０＝８５０ ｋｇ／ｍ^３
ρ_１＝１０００ ｋｇ／ｍ^３
ν＝３．０×１０^−６ ｍ^２／ｓｅｃ

これらの数値を（１）式に代入すると、Ｖｐ＝０．０２７２２×１０^−６ ｍ／ｓｅｃとなる。従って、１時間あたり０．１ｍｍ沈降することになる。水の粒子径を０．５μｍとすると沈降速度は１／４となり、１日あたり０．６ｍｍ沈降することになる。

一方、エアーバブルの場合は、バブル径が１μｍで移動速度は、０．１８２２μｍ／時間となり、水に比べて約６倍の早さで移動することがわかる。しかし、空気の場合は、粒径が小さくなるとバブル内の圧力が高くなり、密度は高くなる。空気密度が高くなると軽油との密度差が小さくなり、移動速度は小さくなり混合安定性は増す方向に作用する。

水粒子の崩壊のメカニズムについては一般的に次のようなことが言われている。水滴が流体中に噴射されると液体の表面張力により、先端は球状になろうとする。しかし、静止している流体を押し退ける際に飛んでいる流体の中心部に滞留点（スタグネーション・ポイント）ができる。ここの部分の圧力は、他の部分より高くなる。この圧力は、ベルヌーイの定理により求めることができる。
Ｐ＝（ρＶ^２／２） （２）

この圧力が表面張力により発生する圧力よりも大きくなると、水滴はスタグネーション・ポイントから変形し、最終的には崩壊しより小さい水滴になる。それ故、小さい水滴を得るためには噴流の速度（噴射圧を高める）を高めなくてはならない。

自由表面を作る液体には、表面張力が発生する。例えば、水の場合には、７２ ｄｙｎｅ／ｃｍ（軽油が約３０ ｄｙｎｅ／ｃｍと推定）の表面張力が発生する。直径１ｃｍの水粒子が軽油の中にある場合について、その水粒子の内圧を計算すると、水及び軽油にはそれぞれ自由表面ができ、その表面張力Ｔｓは、
Ｔｓ＝７２＋３０＝１０２ ｄｙｎｅ／ｃｍ となる。Ｒ＝０．５ｃｍとすると、
水粒子の周囲に発生する表面張力による力は、２πＲ×Ｔｓ＝３２０．２８ ｄｙｎｅ。
水粒子の断面積は、πＲ^２＝０．７８５ｃｍ^２
内圧力Ｐは、Ｐ＝２πＲ×Ｔｓ／πＲ^２
水粒子の内圧は、４０８．２ ｄｙｎｅ／ｃｍ^２となる。

ここで、Ｒ＝０．５μｍとすると、Ｐ＝４０８．２×１０^４ ｄｙｎｅ／ｃｍ^２
つまり、内圧は、周囲の圧力より約４ ｂａｒ 高くなる。水の粒子径を１００ｎｍとすると内圧は、約４０ｂａｒとなる。１０ｎｍで約４００ｂａｒ高く、１ｎｍで約４０００ｂａｒとなる。

噴射の運動エネルギが１００％圧力に変換されるとすると、水粒子の内圧より高い圧力で噴射すれば、水粒子を破壊しより微細な水粒子を作ることができる。しかし、これを実現するには、水粒子の動きを瞬時に停止することが必要である。間欠噴射であれば静止中の流体中に噴射するのである程度実現できる。しかし、連続的に噴射する場合には、伴流が発生して、噴射の周囲の流体も噴射と同方向に移動するようになるため、噴射と周囲の流体との相対速度が小さくなり、圧力の回復力は小さくなる。そのため、表面張力による内圧よりも高い噴射圧力が要求されることになる。噴射の圧力回復を向上するためには、噴射の速度を瞬間的にゼロにすることが望ましい。この方法としては静止物体に噴射を衝突（Ｉｍｐｉｎｇｅｍｅｎｔ）させ破壊させるものがある。この方法を併用することにより、効率的に微小な水粒子を作ることが可能となる。伴流による流速低下を少なくするためには、噴出口と衝突板の距離を短くすればよいことになる。しかし、噴射後の噴射の広がりによる微粒化も利用した方が、全体の微粒化の効率を向上させることができる。そのためには、噴出口と衝突板との距離を最適化することが望ましい。

バブル燃料の分離安定性は、（１）式で表せるように、バブルの移動速度で評価できる。つまり、移動速度がゼロであれば、理論上分離は起こらない。移動速度をゼロにするには、（１）式からわかるように、粒径を小さくするか、流体の粘度を大きくするか、密度差を小さくすることである。使用する流体が決まっている場合は、密度を変えることや粘度を変えることはできないので、粒径を小さくすることになる。しかし、エアーバブルの場合には、空気は圧縮性の流体のため密度は変化する。その圧力は、バブルの粒径関数として表現できる。この関係を図７に示す。

図７では、縦軸に粒子内圧をとり、横軸に粒子径をとっている。実線は、燃料＋水のエマルジョン燃料についてであり、破線は、燃料＋空気のバブル燃料に関するグラフである。空気は、圧縮性気体であるので、圧力が上がるとそれに反比例して体積が減少し、中の酸素の量は変わらないので、結果的に密度が上昇することになる。従って、左側の内圧に対応するように右側の縦軸には、空気密度をとることができる。

この図からわかるように、空気の密度は圧力が約６６０ｋｇ／ｃｍ^２で経由の密度８５０ｋｇ／ｍ^３と同じになり、バブルの浮力による分離はなくなる。それ故、この状態では、空気の添加量は思いのままに自由に変えられる。このときのバブルの粒子径は、約５ｎｍとなる（図７）。このようなバブルを発生させるには、噴射圧力は約６６０ｋｇ／ｃｍ^２以上が好ましいことがわかる。

図８は、粒子径と移動速度との関係を示す。図中縦軸は、水若しくは空気の粒子移動速度をとる。一方横軸は、これら粒子の粒子径をとっている。この図からわかるように、空気バブルの場合には、粒子径が１００ｎｍ程度であれば移動速度は、１０ｎｍ／ｓｅｃ程度となり非常に安定したナノバブル燃料ができる。

図１０は、別の実施例であるノズル１２６の詳細を示す部分拡大断面図である。ノズル１２６の中空部１２７ａは、断面積が変化しない円筒状の直孔であり、その先には先細る漏斗状のテーパ部１２７ｂがあり、更にその先に細い直孔部１２７ｄがある。この直孔部１２７ｄに、サファイアリング１２７ｈが圧入されており、さらに細い噴出通路１２７ｆを形成する。このサファイアリング１２７ｈの噴出通路１２７ｆの上側には、面取り部１２７ｅがあり、噴出される燃料がスムーズに、噴出通路１２７ｆへ導かれる形状となっている。このサファイアリングの孔部の噴出通路１２７ｆの径ｄ_ｓは、０．１ｍｍから１ｍｍが好ましく、本実施例では、０．２ｍｍであり、本実施例のサファイアリングの高さｈ_ｓは２ｍｍである。ところで、サファイアは、コランダムと呼ばれるアルファ型酸化アルミニウムの単結晶であるが、非常に硬く、ノズル先端のようなアブレッシブ磨耗が厳しいところの使用に向いている。

図１１は、ナノバブル化手段の別の実施例であるノズル取付部１２’を示す斜視図である。図３に示すナノバブル化手段１２０の実施例であるナノバブル発生部１２１と同様、メイン管１２２ａの中央に、所定のクリアランスをもって同軸のロッド１２４が配置されている。また複数のノズル１２６が、メイン管１２２ａの外周面からメイン管１２２ａの軸方向に対して直角に中心軸に向かってねじ込まれている。このメイン管１２２ａは、横断面が正八角形をしており、それぞれ４５度回転した位置にノズル１２６を容易にねじ込むことができる。この実施例では、９０度毎にノズル１２６がねじ込まれる４つのノズル１２６からなる１組が、４５度回転した状態で、互い違いにメイン管１２２ａの軸方向に並んでいる。

図１２は、別の実施例である燃料製造装置１０ａを示す模式図である。図１の燃料製造装置１０と同様に、主に、ナノバブル化手段の例であるナノバブル発生部１３と、均質化手段１４、イオン化手段１６、高圧手段の例であるポンプ１８から構成される。均質化手段１４としては、燃料などの液体を貯留できるタンク等の容器を例としてあげることができる。この均質化手段１４へは、原材料である燃料（例えば、軽油）を供給する原料タンク２２から配管を通して、送られる。一方、添加物質（例えば、水、空気）を供給する添加材料タンク２４から配管を通してモータ２６ａで駆動される第２の高圧手段であるポンプ２６へと送られ、高圧添加物質はナノバブル化手段の例であるナノバブル発生部１３にて噴射される。このようにして処理されたナノバブル化燃料は、分別手段２０へと送られ、そこで、ナノバブルの密度が高い処理後の燃料が製品貯留手段の例であるタンク２８に送られ（２０ｂ）、ナノバブルの密度が低い処理後の燃料は再度均質化手段１４へ循環される（２０ｃ）。そして、さらにナノバブルの密度の向上が望まれる。

図１３は、別の実施例であるナノバブル発生部３０２を模式断面図で表わしたものである。ナノバブル発生部３０２は、燃料が流れるメイン管３１０と、メイン管３１０に燃料を流入させる導入管３４０と、メイン管３１０から燃料を流出させる排出管３４２と、燃料をメイン管３１０の内側に噴射するためメイン管３１０の周囲に貫設された複数のノズル３５０、３５２と、メイン管３１０の内部に設けられて噴射された燃料を衝突させる壁となり又はエアー（空気又は水の電気分解で生成するガス（混合ガスも含む）等）を噴出させるロッドＡＳＳＹ３２０と、ロッドＡＳＳＹ３２０にエアーを送るエアーノズル３２８と、メイン管３１０を覆い保持する容器ＡＳＳＹ３６０と、から主に構成される。

メイン管３１０は、比較的太く肉厚な丸パイプである。メイン管３１０は、長手方向の中央部分に、全周に渡って凹部が設けられ、メイン管３１０外周を覆う後述の外筒３６２との間に、空間３１２を形成している。メイン管３１０の軸方向に沿って、６箇所の位置にそれぞれ一組であって、各組では１２０度隔てた回転位置に３つのノズル３５０、３５２が軸中心に向かって空間３１２からねじ込まれている。このうち、導入管３４０側にある１組であって、３個のノズル３５２はメイン管３１０の軸に対して燃料の進行方向に沿って斜めにねじ込まれている。ノズル３５０、３５２は、図１０で前述したノズル１２６と同一の形状をしている。

ロッドＡＳＳＹ３２０は、メイン管３１０の内部に、軸中心線に沿って貫通するように収納されている丸棒状の部材である。ロッドＡＳＳＹ３２０は、メイン管３１０よりも長い寸法をしていて、その両端がメイン管３１０の両端面より突出するように挿入されている。また、ロッドＡＳＳＹ３２０は、メイン管３１０の内径よりも細い外径をしていて、止めネジ３４８により、メイン管３１０の内部空間に、軸線に沿った中央に配置される。従ってメイン管３１０とロッドＡＳＳＹ３２０との間には、図１３においてロッドＡＳＳＹ３２０の上下に、噴出孔３３２（ロッドＡＳＳＹ３２０から排気されるノズルの噴射径）の２０倍以下の範囲である２〜６ｍｍ程度の燃料が流れる流通空間３１４が形成される。また、ロッドＡＳＳＹ３２０は、同径で同一寸法の細長い中空ロッド３２２及び中実ロッド３３４から構成されている。中空ロッド３２２と中実ロッド３３４は、中空ロッド３２２の先端の雌ネジ部３２４と中実ロッド３３４の先端の雄ネジ部３３６により突き合わせで結合している。この結合した状態で、中空ロッド３２２がメイン管３１０内部の燃料の流れの上流側（図１３の右側）に配置され、中実ロッド３３４がメイン管３１０内部の燃料の流れの下流側（図１３の左側）に配置される。中空ロッド３２２は、軸線に沿って中空部３２６を備える有底筒状の丸棒であって、有底側が上流側（図１３の右側）に向けられて使用される。開放端側は前記雌ネジ部３２４が設けられ、中実ロッド３３４と結合している。中空ロッド３２２は、有底側に、軸方向にほぼ垂直となるように穴が開けられ、管用雌ネジが設けられている。これに先端が管用雄ネジを設けたエアーノズル３２８がシールされてねじ込まれて中空部３２６にエアーを供給している。また、中空ロッド３２２は、開放端側の雌ネジ部３２４にかからない筒状部分に、小径の噴出孔３３２が複数設けられていて、中空部３２６のエアーを流通空間３１４の燃料に噴出させ、バブリングできるように構成されている。中実ロッド３３４は丸棒であって、雄ネジ部３３６側が上流側（図１３の右側）に向けられて、中空ロッド３２２と結合している。雄ネジ部３３６は、中実ロッド３３４の先端に突設された円柱に設けられ、雌ネジ部３２４と結合するようになっている。

エアーノズル３２８は、エアーホース３３０を介してエアー供給装置（不図示）に接続されていて、中空ロッド３２２の中空部３２６にエアーを送ることができるように構成さている。

導入管３４０は、メイン管３１０と同一の内径を有するが、メイン管３１０より細い外径の短い管であって、両端の外周には管用雄ネジがそれぞれ設けられている。この管用雄ネジを、後述する側壁３６４に設けられた穴にシールしながらねじ込むことにより、導入管３４０の一端は、メイン管３１０に連結されている。他端は、導入接続管（不図示）を介して、上流側の燃料を貯留した原料タンク（不図示）に接続されている。また、導入管３４０の長手方向の中央部分には、導入管３４０の外周面から中心軸線に向って垂直にエアーノズル３２８を通す貫通孔３４４が設けられている。この貫通孔３４４には管用雌ネジが設けられており、エアーノズル３２８が導入管３４０を貫通して中空ロッド３２２に接続するように構成されている。また、導入管３４０には、貫通孔３４４より上流側の外周面に、導入管３４０の中心軸線に向って垂直でほぼ対向するように小径の止め穴（不図示）が開けられ、その止め穴（不図示）には管用雌ネジが設けられている。この管用雌ネジに勘合する止めネジ３４８を入れシールしながらネジを締めることにより、中空ロッド３２２が両側から当接されてロッドＡＳＳＹ３２０が支持されている。

排出管３４２は、導入管３４０とほぼ同一の形状で同様な構造をしている。すなわち、メイン管３１０及び導入管３４０と同一の内径を有しているが、メイン管３１０より細い外径の短い管であって、両端の外周には管用雄ネジがそれぞれ設けられている。この管用雄ネジを、後述する側壁３６４に設けられた穴にシールしながらねじ込むことにより、排出管３４２の一端は、メイン管３１０に連結されている。他端は、排出接続管（不図示）を介して、下流側の燃料を貯留した粒度分布部（不図示）に接続されている。また、排出管３４２には、外周面から排出管３４２の中心軸線に向って垂直でほぼ対向するように小径の止め穴（不図示）が開けられ、その止め穴（不図示）には管用雌ネジが設けられている。この管用雌ネジに勘合する止めネジ３４８を入れシールしながらネジを締めることにより、中実ロッド３３４が両側から当接されてロッドＡＳＳＹ３２０が支持されている。

容器ＡＳＳＹ３６０は、メイン管３１０の外周を密着して覆うパイプ状の外筒３６２と、メイン管３１０を収納した外筒３６２の両端を塞ぐ側壁３６４とで主に構成される。外筒３６２は、メイン管３１０とほぼ同じ長さをし、メイン管３１０の外径より僅かに大きな内径をしている。外筒３６２がメイン管３１０を収納するときに、シールして結合させるために、前記メイン管３１０の外周部の両端には、空間３１２を挟み込むように溝が設けられていて、そこにＯリング３６８が介装されている。また、外筒の外周部には直径方向に穴が開けられていて、前記メイン管３１０との間に形成される空間３１２へ燃料を供給するパイプ３７６がシールされて接続されている。パイプ３７６から空間３１２に送られた燃料は、前記の介装されたＯリング３６８等により外部に漏れ出さないように構成されている。次に、パイプ３７６から供給された燃料は、密閉されている空間３１２で分流して、各ノズル３５０、３５２へ流れる構造になっている。従って、パイプ３７６は、各ノズル３５０、３５２と個別に配管することなく連結されているので、簡単な構造で複数のノズル３５０、３５２と連結させることができる。

また、外筒３６２には、その両端面にネジ穴が設けられていている。メイン管３１０を収納した外筒３６２は、その両端面が側壁３６４で塞がれ、前記ネジ穴にボルト３６６でネジ止めされている。側壁３６４は、外筒３６２の側面を全て覆う円盤部材である。側壁３６４の円の中心部分には、導入管３４０又は排出管３４２と同径の穴が開けられている。その穴に管用雌ネジが設けられ、導入管３４０又は排出管３４２がねじ込めるようになっている。また、側壁３６４は、外周部に座ぐり穴を周囲に設けた貫通孔が開けられていて、この貫通孔に通したボルト３６６で外筒３６２に結合している。また、側壁３６４が、外筒３６２の側面を密閉して覆うように、前記メイン管３１０の孔部より外方に溝が設けられていて、そこにＯリング３７０が入れられる。従って、メイン管３１０の流通空間３１４を流れる燃料が外部に漏れ出さないように構成される。

次に、当該ナノバブル発生部３０２によるナノバブルの発生方法について説明する。導入管３４０から空間３１２中に７Ｍｐに加圧された燃料を送り込み、ノズル３５０、３５２の空間３１２側の開口より流通空間３１４に突出されたノズル３５０、３５２の先端開口より燃料は噴射される。噴射された燃料の多くは、中実ロッド３３４若しくは中空ロッド３２２の外表面に衝突する。尚、このときエアーノズル３２８から中空ロッド３２２の中空部３２６に、０．５ＭＰａ以下の圧力又はベンチュリー管形状の自己吸引力によりエアーを供給してもよい。注入されたエアーは、噴出孔３３２から、流通空間３１４を流れる燃料の中に噴射される。ノズル３５２は斜めに燃料を噴射するため、流通空間３１４に図中右から左へと燃料の流れが生じる。これにより、ナノバブルを含んだ燃料は、右から左へと送り出される。

以上、本発明の実施例について説明してきたが、これらのような装置で処理した燃料は、例えば、ディーゼルエンジンのような内燃機関で燃焼させると、ＮＯｘ発生を抑えつつ、効率のよい燃焼が可能となる。

実験例として、軽油に水を１０％添加しナノバブル化した燃料（試料Ａ）、軽油にエアを添加しナノバブル化した燃料（試料Ｂ）、そして、特に添加物質を添加せず、軽油に溶存する酸素等を活用してナノバブルを発生させた燃料（試料Ｃ）の３種類を、上述の燃料製造装置を用いて準備した。これらを用いて、以下に述べるような着火試験を行い、それぞれの性能を、未処理の燃料（基準試料）と比較して評価した。

燃料着火・燃焼性試験器（Ｆｕｅｌ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｅｒ ： ＦＩＡ−１００）を用いた。これは、一定容積の燃焼器内に高温・高圧の空気を作り、この中に試験する燃料を噴射し燃焼させ、燃焼器内の圧力変化から燃焼に関するいろいろな情報を得るものである。着火遅れ、燃焼期間、熱発生率、最高熱発生率なども簡単に調べることができる。測定原理は、一定容積の燃焼室内に高温高圧の空気を作り、この中に試験燃料を噴射し燃焼させ、燃焼室内の圧力変化から燃焼に関するさまざまな情報を得るものである。今回の測定では、ＦＩＡ−１００／４（装置番号０１３．０３．１０９８）を用いて行った。各サンプルは、噴霧特性を同一にするために動粘度がおおよそ２０ｃＳｔになるように燃料を加温して測定に用い、１０回の噴射（１サンプルにつき１２回の噴射を行い、はじめの２回分を棄却して１０回の噴射とする）で１サンプル分のデータとした。燃焼条件はすべて同一とし、４５ｂａｒ，４５０℃とした。ＦＩＡセタン価は、セタン価が既知の２種の標準燃料を用いてあらかじめ作成された検量線を用いて割り出した。

この試験において、着火遅れは、噴射始めから着火点、つまり圧力上昇が基準圧力より０．２ｂａｒ上昇したときとし、着火遅れをＭＤと定義する。燃料によっては、一部燃焼するが主燃焼に至らないものもある。つまり、実質的な着火の始まりは主燃焼の開始であると定義したほうが、実際のディーゼル機関にとっては意味があると考えられる。この実質的な着火遅れは、燃焼圧力が基準圧力より１．０ｂａｒ上昇したときとし、主燃焼開始をＭＤ’と定義する。燃料の燃焼性評価には、燃焼時間を用いている。燃焼時間は、燃料が噴射されてから９５％燃焼が終わるまでの時間（ＲＯＨＲにおける１００％燃焼終わり位置が不明瞭であるため）で評価し、これを全燃焼期間Ｍａｔと定義している。もうひとつの燃焼性は、ＭＤ’から９５％燃焼が終わるまでの時間を測定し、これを燃焼時間Ｍａｔ−ＭＤ’と定義している。これらの時間で燃焼性を評価する。これらが短い燃料ほど燃焼性がよく、燃焼時間の長い燃料は燃焼性が悪いと定義した。

この試験の結果、基準試料の試験結果と比較して、試料Ａでは、セタン価は殆ど変わらなかったが、全燃焼期間Ｍａｔや、Ｍａｔ−ＭＤ’が短くなり、また、後燃え期間も短くなり、燃焼性が向上した。また、試料Ｂでは、セタン価も向上し、全燃焼期間Ｍａｔや、Ｍａｔ−ＭＤ’が短くなり、また、後燃え期間も短くなり、燃焼性が向上した。更に、試料Ｃでも、セタン価も向上し、全燃焼期間Ｍａｔや、Ｍａｔ−ＭＤ’が短くなり、また、後燃え期間も短くなり、燃焼性が向上した。

以上のように、本発明の燃料製造装置では、ナノバブル化をうまく利用するために、所望の改質された燃料を得ることができる。

尚、イオン化傾向の大きな物質の微粉末を添加材料タンクよりバブル化手段に供給することで、例えば油の代わりに液体（例えば水）を用いるとＯＲＰ（酸化還元電位）を効率良く調整できる。こうした還元度の高い水は、生鮮食品（例えばカット野菜、魚類など）の鮮度維持に応用できる。このような微粉末の例としては、カキの殻の粉末（天然炭酸カルシウム）の再利用等があげられる。

油の代わりに水を用いて、ナノバブル化処理を行い、ＯＲＰ（酸化還元電位）を効率良く調整できる例を以下に示す。このとき用いた図１４に示すナノバブル発生システム４３０を、図５に示すナノバブル発生部１２１及びポンプ１８等からなるシステムと比較した場合、ナノバブル発生構造がほぼ共通するため、異なる部分のみを説明する。

本システム４３０は、燃料の代わりに水道水４００を用いる点で図５のシステムと異なる。またシステム４３０は、その構造で湿潤ヒドロオキシガス（詳細は後述する）の発生装置４１０を追加してもよい点で図５のシステムと異なる。発生装置４１０は、水の電気分解を行う電気分解槽４１２と、電気分解により生成されたヒドロオキシガスを送出するパイプ４１４と、水中でバブリングを行う多孔質体４１８と、水が貯えられた水槽４１６と、バブリングされたヒドロオキシガスを送出するパイプ４２０と、から主に構成される。電気分解槽４１２は、その上部がパイプ４１４を介して水槽４１６の底部に設けられた多孔質体４１８につながっていて、水の電気分解により生成されたヒドロオキシガスが送出され多孔質体４１８から水中にバブリングされる。するとヒドロオキシガスは湿潤化されて、水槽４１６の上部に集まって気相を構成する。水槽４１６の上部にはパイプ４２０が接続されていて、湿潤ヒドロオキシガスを外部に供給する。更に発生装置４１０のパイプ４２０は、気体を圧送するポンプ４２２を介して配管２６ｄに接続され、ノズル１２６ｂに接続されている。よって発生装置４１０の湿潤ヒドロオキシガスはノズル１２６ｂに送られ、噴射されてナノバブルを発生させる。

なお、発生装置４１０の代わりにいかなる種類の気体を発生又は供給可能な装置を配置することができる。例えば、エアーポンプを配して、空気をナノバブル発生部１２１に供給してもよい。

ヒドロオキシガスは、水を電気分解してできる水素及び酸素の混合ガス等とされている。例えば電気分解直後の生成されたばかりの水素ガス及び酸素ガス、そしてこれらが混合された混合ガスである。分解されたガスをそのまま混合ガスとすれば、理論上は水素と酸素との含量比が２：１である。上記湿潤ヒドロオキシガスは、混合ガスを、水中にバブリング（逆に言えばその水は、ヒドロオキシガスで曝気されている）して、水蒸気を更に加え湿潤化した混合ガスをいう。

なお、ここには図示されていないが、ポンプ１８には原料として水を送る供給口に種々の気体を送り込めるチューブを配置し、ポンプ圧縮室に、かかる気体を送り込むことができる。

ナノバブルの発生の様子を図１４に従って説明する。容器１２８に、水道水４００を充填し、また、ポンプ１８の吸水口からも同様の水道水４００が吸い込まれるように装置の準備を行った。また、上述する湿潤ヒドロオキシガスが配管２６ｄに注入できるように、湿潤ヒドロオキシガスを発生装置４１０で発生させた。次に、ポンプ１８で、水道水４００を７ＭＰａに加圧して、ノズル１２６ａ、１２６ｃ、１２６ｄから噴射させ、ナノバブルを発生させた。このとき、ノズル１２６ｂからは湿潤ヒドロオキシガスが噴射された。このようにして得られたナノバブルを含む水について、容器１２８内に設置された酸化還元電位測定装置により、ナノバブル生成過程でのＯＲＰの変化を調べた。更に、得られたナノバブル水を別途容器に小分けし、室温で密閉状態で保存した。この保存ナノバブル水のＯＲＰについても所定の保存時間毎に測定した。

図１５は、上述したナノバブル水のｐＨ及びＯＲＰ（酸化還元電位）測定結果を示す。上側の表は、測定値をまとめたものであり、下側のグラフはそれを時間に対してプロットしたものである。黒四角のプロットはｐＨの測定値であり、黒丸のプロットはナノバブル処理中のＯＲＰの測定値を示し、黒三角のプロットはナノバブル水生成後の保管ナノバブル水のＯＲＰ測定値であって、保管時間に対してプロットされている。ナノバブル化処理を開始するとＯＲＰ（酸化還元電位）は、直ちに低下し−４５０ｍＶを示すが、ｐＨはほぼ６のままである。処理をそのまま５分程度続けてもＯＲＰ及びｐＨの値は変わらなかった。このナノバブル水を密閉容器に保管し、ＯＲＰ及びｐＨを評価したところ、保管後３時間までは、両測定値に変化は殆どみられなかったが、保管５時間あたりからＯＲＰが約−３００ｍＶくらいに上昇を始め、処理後１から３日までは約−１００ｍＶ程度であったが、４日以降はプラス側に転じた。しかしながら、７日後であってもＯＲＰは、約２５０ｍＶ程度であり、原料とした水道水の約４５０ｍＶよりも小さい値を示した。以上より、本ナノバブル化処理では、ＯＲＰ（酸化還元電位）を効率良く調整できる。

燃料製造装置の模式図である。 燃料製造装置の各手段の機能を表わす図である。 ノズルが取り付けられる状態を説明する略式断面図である。 ナノバブル化燃料を収集するプロセスを解説する図である。 ノズルとポンプの接続状態を模式的に示した図である。 ノズルが取り付けられる状態を詳細に示した略式拡大断面図である。 粒子内圧と粒子径との関係を示すグラフである。 粒子径と移動速度との関係を示すグラフである。 微細粒子（気泡）発生用ヘッドを示す図である。 ノズルの詳細を示す部分拡大断面図である。 ノズルが取り付けられるメイン管の別の実施例を示す斜視図である。 別の実施例である燃料製造装置を示す模式図である。 別の実施例である燃料製造装置を示す模式図である。 ナノバブル発生システムを模式的に示した図である。 ナノバブル化処理を行った水道水のＯＲＰ及びｐＨの測定結果を示す図である。

符号の説明

１０ 燃料製造装置
１２、１３、１２１、３０２ ナノバブル発生部
１４、１４０ 均質化手段
１６、１６０ イオン化手段
１８、２６ ポンプ
２０ 粒度分別部
２２ 原料タンク
２４ 添加材料タンク
２６ｃ 微細粒子（気泡）発生ヘッド
２８ 製品タンク
１２０ ナノバブル化手段
１２２、１２２ａ メイン管
１２４ ロッド
１２６、１２６ａ、１２６ｂ、１２６ｃ、１２６ｄ、３５０、３５２ ノズル
１８０ 高圧手段
３１０ メイン管
３２０ ロッドＡＳＳＹ
３２２ 中空ロッド
３２８ エアーノズル
３３４ 中実ロッド
３４０ 導入管
３４２ 排出管
３６０ 容器ＡＳＳＹ
３６２ 外筒
３６４ 側壁
４１０ 湿潤ヒドロオキシガス発生装置
４２０ ナノバブル発生システム

Claims (4)

1. 水に超微細粒子を発生させる装置において、
   水を分解し水素ガス及び酸素ガスを発生させるガス発生装置と、
   ５ＭＰａ以上に加圧可能な高圧手段及び０．１ｍｍから１ｍｍの孔径を備える高圧の水を噴射するノズルと、
   前記ノズルから流体マトリックス中に噴射された水が衝突する壁と、を備え、
   少なくとも前記水素を含む超微細粒子を前記水に分散させることを特徴とする超微細粒子を含む水の発生装置。
2. 前記発生装置は、前記発生装置により生成されたばかりの水素ガス及び酸素ガスに水蒸気を含ませる湿潤化水槽を含むことを特徴とする請求項１に記載の超微細粒子を含む水の発生装置。
3. 前記高圧手段に供給される水をイオン化するイオン化手段を更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の超微細粒子を含む水の発生装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の超微細粒子を含む水の発生装置により製造されたＯＲＰ低下させた超微細粒子を含む水。

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