(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料としての被加熱油を高い温度まで効率よく加熱することが可能な熱交換装置を提供する。【解決手段】ハウジング１１内に熱源（電気ヒータ４１）と、被加熱油を流す油路４５とを設けるとともに、熱媒体５０を充填し、ハウジング１１の外周部を流路１５で被覆し、該流路１５を通った被加熱油を油路に導く。この構成によれば、熱媒体を介して間接的に被加熱油を加熱することから、被加熱油が熱変性することを防止できる。また、流路に被加熱油を通すことにより、輻射熱を回収できるので、熱交換効率を向上させることができる。【選択図】図１
2010084728.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジング内に熱源と、被加熱油を流す油路とを設けるとともに、熱媒体を充填し、
前記ハウジングの外周部を流路で被覆し、該流路を通った前記被加熱油を前記油路に導くことを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記流路が前記ハウジングの外周部の略全周囲を被覆し、
前記流路を通過する前記被加熱油により前記ハウジングからの輻射熱を回収することを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記被加熱油が該被加熱油の種類に応じた引火点、燃焼点、または、発火点以上に至る温度に加熱されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記熱媒体が金属粉、または、水、不揮発性溶質の水溶液、もしくは、超臨界二酸化炭素であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記被加熱油がエンジンまたはバーナに供給される燃料であり、前記ハウジング内にはエンジンまたはバーナの廃熱によって加熱された熱媒体が導入されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項６】
前記被加熱油がエンジンまたはバーナに供給される燃料であり、エンジンまたはバーナの廃熱によって前記流路に流入する被加熱油を加熱することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換装置がエンジンまたはバーナへの燃料供給ラインに介装された燃料供給システムであって、前記熱交換装置は、該燃料の種類に応じた引火点、燃焼点、または、発火点以上に至る温度に前記燃料を加熱することを特徴とする燃料供給システム。
【請求項８】
前記被加熱油は、軽油または重油を基油とするアルコール系混合燃料であり、前記エンジンはディーゼル・エンジンであり、前記熱交換装置は前記アルコール系混合燃料を発火点以上に至る温度まで加熱することを特徴とする請求項７に記載の燃料供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換装置及び燃料供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃料を加熱・昇温した後にディーゼル・エンジンに供給する技術が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−１８６５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、燃料として使用される、例えば、Ｃ重油、原油もしくはこれらの廃油または魚油、植物油もしくは食用廃油の熱伝導率は小さいため、熱交換装置において効率良く加熱することが困難であるという問題がある。また、昇温する温度が高い場合には、局所加熱を生じて熱変性し、最悪の場合、焼け焦げ等によってデポジットを生じ、流路の閉塞や燃料噴射弁の異常等を生じるという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、燃料としての被加熱油を高い温度まで効率よく加熱することが可能な熱交換装置及び燃料供給システム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】
本発明は、ハウジング内に熱源と、被加熱油を流す油路とを設けるとともに、熱媒体を充填し、前記ハウジングの外周部を流路で被覆し、該流路を通った前記被加熱油を前記油路に導くことを特徴とする。
この構成によれば、熱媒体を介して間接的に被加熱油を加熱することから、被加熱油が熱変性することを防止できる。また、流路に被加熱油を通すことにより、輻射熱を回収できるので、熱交換効率を向上させることができる。
【０００６】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記流路が前記ハウジングの外周部の略全周囲を被覆し、前記流路を通過する前記被加熱油により前記ハウジングからの輻射熱を回収することを特徴とする。
この構成によれば、ハウジングから放射される輻射熱を回収することにより、熱交換効率を改善するとともに、流路と油路の２段階で熱交換することにより、それぞれにおける上昇温度を低下させ、被加熱油の熱変性を防止できる。
【０００７】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記被加熱油が該被加熱油の種類に応じた引火点、燃焼点、または、発火点以上に至る温度に加熱されることを特徴とする。
この構成によれば、引火点、燃焼点、または、発火点以上に至る高い温度まで、効率よく、また、熱変性を生じることなく、被加熱油を昇温することができる。
【０００８】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記熱媒体が金属粉、または、水、不揮発性溶質の水溶液、もしくは、超臨界二酸化炭素であることを特徴とする。
この構成によれば、熱伝導率が高い熱媒体を使用することにより、熱媒体の温度を場所によらず一定に保つことができるので、熱媒体の部分的な温度上昇による被加熱油の熱変性を防止できる。
【０００９】
また、他の発明は、上記発明に加えて、前記被加熱油がエンジンまたはバーナに供給される燃料であり、前記ハウジング内にはエンジンまたはバーナの廃熱によって加熱された熱媒体が導入されることを特徴とする。
この構成によれば、エンジンまたはバーナの廃熱を利用することにより、システム全体としての熱効率を改善することができる。
【００１０】
また、前記被加熱油がエンジンまたはバーナに供給される燃料であり、エンジンまたはバーナの廃熱によって前記流路に流入する被加熱油を加熱することを特徴とする。
この構成によれば、エンジンまたはバーナの廃熱を利用することにより、システム全体としての熱効率を改善することができる。
【００１１】
また、本発明は、前述の熱交換装置がエンジンまたはバーナへの燃料供給ラインに介装された燃料供給システムであって、前記熱交換装置は、該燃料の種類に応じた引火点、燃焼点、または、発火点以上に至る温度に前記燃料を加熱することを特徴とする。
この構成によれば、エンジンまたはバーナにおける燃料の燃焼効率を向上させることができる。
【００１２】
また、本発明は、上記発明に加えて、前記被加熱油は、軽油または重油を基油とするアルコール系混合燃料であり、前記エンジンはディーゼル・エンジンであり、前記熱交換装置は前記アルコール系混合燃料を発火点以上に至る温度まで加熱することを特徴とする。
この構成によれば、従来は、発火点が高く、適用困難であったエチルアルコール等を含む混合燃料を、ディーゼル・エンジンに適用することができるとともに、粒子状物質および窒素酸化物の排出を低減することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃料を高い温度まで効率良く加熱することが可能な熱交換装置及び燃料供給システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態に係る熱交換装置１０の概要を説明するための図である。なお、図１に示す熱交換装置１０には、後述するように、バーナまたはエンジンに供給される燃料油としての被加熱油が供給され、熱交換装置１０によって当該被加熱油の引火点または発火点以上に至る温度に加熱された後に、バーナまたはエンジンに対して供給される。これにより、バーナまたはエンジンの燃焼効率を改善することができる。
【００１６】
図１に示すように、第１実施形態の熱交換装置１０では、円筒構造を有し、熱伝導率が高い金属部材によって形成された内部ハウジング１１の外周部に、同じく円筒構造を有する外部ハウジング１４が配置されている。
【００１７】
内部ハウジング１１および外部ハウジング１４の両端部には、フランジ１２，１３が、例えば、溶接等によって接着されている。内部ハウジング１１の内側と、フランジ１２，１３とによって仕切られる空間内には、被加熱油よりも熱伝導率が高い、例えば、水もしくは水に塩化ナトリウム等の不揮発性溶質を添加した水溶液、または、銅等の金属粉からなる熱媒体５０が封入されている。フランジ１３の略中央部には、雌ネジが形成された孔２４が設けられ、当該孔２４には先端に電気ヒータ４１が配置され、側面に雄ネジが形成された端子４０が螺着されている。フランジ１２には、雌ネジが形成された３つの孔２１〜２３が設けられ、孔２１〜２３のそれぞれには、頭部と軸部が中空となっており、また、軸部の側面に雄ネジが形成された中空ボルト３１〜３３が螺着されている。中空ボルト３２の軸部からは内部ハウジング１１の内側の空間に向けて温度センサ４２が伸出している。中空ボルト３２の頭部には温度センサ４２の接続線が結束される端子３８が設けられている。
【００１８】
中空ボルト３１および中空ボルト３３の軸部には加熱流路（油路）４５が接続されている。加熱流路４５は、熱伝導率が高い、例えば、銅製のパイプによって構成され、電気ヒータ４１から所定の距離だけ離れた位置に、当該電気ヒータ４１を迂回するように配置されている。また、加熱流路４５は、図示は省略したが、軸方向に直線状あるいは螺旋状に貫通した例えば内径１ｍｍ程度の孔を複数有する金属材料製の棒状材であってもよく、この場合にはこれら複数の孔が油路を構成する。このように、複数の孔を設けることにより、被加熱油と孔との接触面積を増大させることにより、熱交換効率を改善することができることから、棒状材の長さを短くすることができる。中空ボルト３１の頭部には、出力管３６が接続されている。中空ボルト３２の頭部には、接続管３７の一端が接続されている。
【００１９】
外部ハウジング１４の下側（図１の下側）の一部には、雌ネジが形成された孔２５が設けられている。孔２５には、中空ボルト３４が螺着されている。中空ボルト３４は、頭部に入力管３９が接続され、軸部の開口部が流路１５に向けて開かれている。外部ハウジング１４の上側（図１の上側）の一部には、雌ネジが形成された孔２６が設けられている。孔２６には、中空ボルト３５が螺着されている。中空ボルト３５は、頭部に接続管３７の他端が接続され、軸部の開口部が流路１５に向けて開かれている。
【００２０】
図１に示す熱交換装置１０では、入力管３９に対して、バーナまたはエンジンの燃料となる被加熱油が供給される。入力管３９に供給された被加熱油は、中空ボルト３４の内部を通過し、軸部の開口部から流路１５に対して排出される。内部ハウジング１１は、前述のように熱伝導率が高い金属部材によって構成されているので、被加熱油が流路１５を通過する際に、内部ハウジング１１からの輻射熱によって、当該被加熱油が加熱される。また、当該輻射熱によって被加熱油を加熱することにより、輻射熱を回収して熱交換効率を高めることができる。流路１５を通過することにより加熱された被加熱油は、中空ボルト３５の軸部に設けられた開口部から取り込まれ、中空ボルト３５の内部を通過し、接続管３７を介して中空ボルト３３の頭部の開口部に供給される。中空ボルト３３の頭部の開口部に供給された被加熱油は、中空ボルト３３の内部を通過し、加熱流路４５に供給される。加熱流路４５に供給された被加熱油は、当該加熱流路４５を通過する際に、電気ヒータによって加熱された熱媒体５０との間で熱交換を行い、自身は発火点に至る適切な温度まで加熱される。なお、発火点温度は、被加熱油の種類によって異なる。
【００２１】
図２は、各種油の引火点および発火点の例を示している。この図２に示すように、例えば、軽油の場合には発火点は２５０〜３５０℃であるので、熱交換装置１０では、入力管３９から入力された被加熱油としての軽油が２５０〜３５０℃に至る温度まで加熱される。また、例えば、重油の場合には発火点は５３０〜５８０℃であるので、入力管３９から入力された被加熱油としての重油は５３０〜５８０℃に至る温度まで加熱される。なお、被加熱油の加熱温度の制御については、温度センサ４２によって検出される熱媒体の温度が所定の温度（例えば、加熱目標温度＋１０℃の温度）になるように、電気ヒータ４１に供給される電力が調整されることにより実行される。ところで、従来においても、燃料を昇温する技術については、いくつか開示がなされているが、これらの技術は、昇温によって燃料の粘性を低下させて流動性を増したり、燃料中に含まれる固形物を昇温によって溶解させることにより燃料の詰まりを防止したりすることを主たる目的としている。本実施形態では、被加熱油としての燃料を引火点、燃焼点、または、発火点以上に至る高温まで加熱可能とすることにより、燃焼効率を改善し、システム全体としての熱効率を改善することを目的とする点が異なっている。つまり、本実施形態の熱交換装置は、被加熱油を、熱変性無しに、しかも、高い熱交換効率で昇温してエンジンまたはバーナに供給することにより、燃焼効率を改善し、システム全体としての熱効率を改善するものである。
【００２２】
なお、熱媒体５０としては、熱伝導率に優れる「銅、アルミニウム」等の金属粉、または、熱変性せず半永久的に安定な「水（水溶液）、超臨界二酸化炭素」等が用いられる。一般的には、熱交換装置においては、熱交換効率の観点から、電気ヒータ等の外部熱源を、被加熱油と直接接触加熱することが多いが、この方法では、被加熱油が局所的に加熱される「極所過熱」が発生する虞がある。しかしながら、第１実施形態では、熱媒体５０を介して電気ヒータ４１と被加熱油との間で熱交換が行われるので、局所加熱の発生が回避できる。これにより、被加熱油の温度を、引火点や発火点に至る高温まで上昇させる場合であっても、焼け焦げやデポジットの発生を防止することができる。また、熱伝導率が高い部材を熱媒体として用いることにより、熱媒体自身の温度分布を均一にすることができるので、被加熱油が局部的に加熱されることを防止できる。すなわち、熱伝導率が非常に高い金属の場合には熱源からの熱が速い速度で伝達され、また、水等の場合には対流が生じることにより熱が拡散されることから、熱媒体自身の熱分布を均一にすることができる。
【００２３】
また、第１実施形態では、加熱流路４５に導かれる前の被加熱油は、内部ハウジング１１の外周部に設けられた流路１５を経由する構成となっている。これにより、被加熱油は内部ハウジング１１からの輻射熱を回収することができるので、電気ヒータ４１から供給される熱エネルギを高い回収率で回収することができる。また、第１実施形態では、被加熱油自体ではなく、熱媒体５０の温度を検出し、当該温度に基づいて温度制御を実行するようにした。これにより、熱交換装置１０で加熱された被加熱油を、例えば、自動車のエンジンに使用する場合、アイドリング状態から加減速に至る、大きく流量変動を生じるときであっても、応答遅れに起因するハンチング現象の発生を防止できることから、正確な温度制御が可能となる。
【００２４】
図３は、第２実施形態の熱交換装置１００を示す図である。第２実施形態の熱交換装置１００では、熱媒体として金属粉を使用している。図３に示すように、熱交換装置１００は、円筒構造を有し、熱伝導率が高い金属部材によって形成された内部ハウジング１１１の外周部には、同じく円筒構造を有する外部ハウジング１１４が配置されている。内部ハウジング１１１および外部ハウジング１１４の両端部には、フランジ１１２，１１３が、例えば、溶接等によって接着されている。内部ハウジング１１１の内側と、フランジ１１２，１１３とによって仕切られる空間内には、熱媒体１９０が封入されている。熱媒体１９０は、熱伝導率が高い、例えば、銅またはアルミニウム等の粉末によって構成されている。フランジ１１２の略中央部には、孔１２２が設けられ、また、その両側には孔１２１，１２３が設けられている。孔１２２には接続部１３０が取り付けられている。また、孔１２１，１２３には、電気絶縁材料によって構成されるスペーサ１７０，１７１が取り付けられている。フランジ１１３の略中央部には、孔１２５が設けられ、また、その両側には孔１２４，１２６が設けられている。孔１２５には接続部１４０が取り付けられている。また、孔１２４，１２６には、電気絶縁材料によって構成されるスペーサ１７２，１７３が取り付けられている。フランジ１１２，１１３の内側には、充填フランジ１７４，１７５が取り付けられ、これらの充填フランジ１７４，１７５によって熱媒体１９０が保持されて充填される。スペーサ１７０とスペーサ１７２の間には、電気ヒータ１８０が充填フランジ１７４，１７５を貫通して取り付けられている。また、電気ヒータ１８０の端部は、スペーサ１７０，１７２の内部を貫通して外部にそれぞれ突出している。同様に、スペーサ１７１とスペーサ１７３の間には、電気ヒータ１８１が充填フランジ１７４，１７５を貫通して取り付けられている。また、電気ヒータ１８１の端部は、スペーサ１７１，１７３の内部を貫通して外部にそれぞれ突出している。
【００２５】
接続部１３０は、その一端がフランジ１１２に設けられた孔１２２に挿入されて固定されている。接続部１３０の一端には、孔１３６が形成されており、当該孔１３６に対して熱伝導率が高い金属の筒状部材によって構成される加熱流路（油路）１８５が挿入されて固定されている。加熱流路１８５は、図示は省略したが、軸方向に直線状あるいは螺旋状に貫通した多孔を有する金属材料製の棒状材であってもよい。また、接続部１３０の他端の頂部には、雌ネジが形成された孔１３１および当該孔１３１よりも径が小さい孔１３２が形成されており、温度センサ１９５および端子１６０を有する中空ボルト１５０の軸部が孔１３１に螺着され、温度センサ１９５が孔１３２に挿入される。接続部１３０の上側の側部には、雌ネジが形成された孔１３３が設けられている。また、接続部１３０の略中心部には、孔１３６と接続される貫通孔１３５が形成されており、当該貫通孔１３５は、孔１３３に螺着された中空ボルト１５１の軸部の開口部に孔１３４によって接続される。孔１３３には、中空ボルト１５１が螺着されており、当該中空ボルト１５１の頭部には接続管１６１の他端が接続される。
【００２６】
接続部１４０は、その一端がフランジ１１３に設けられた孔１２５に挿入されて固定されている。接続部１４０の一端には、孔１４６が形成されており、当該孔１４６に対して加熱流路１８５が挿入されて固定される。また、接続部１４０の他端の側部には、雌ネジが形成された孔１４１と、同じく、雌ネジが形成された孔１４２が対向する位置に設けられている。孔１４１には、温度センサ１９６と端子１６３を有する中空ボルト１５４が螺着される。孔１４２には出力管１６４が頭部に接続された中空ボルト１５５が螺着される。接続部１４０の略中央部には、孔１４６と導通する貫通孔１４５が設けられ、当該貫通孔１４５と孔１４１，１４２とは、孔１４３，１４４によってそれぞれ接続されている。なお、温度センサ１９６は、出力管１６４を介して出力される被加熱油の温度を測定できるように、中空ボルト１５５の軸部の開口部付近に取り付けられている。
【００２７】
外部ハウジング１１４の下側（図３の下側）の一部には、雌ネジが形成された孔１２７が設けられている。孔１２７には、中空ボルト１５３が螺着されている。中空ボルト１５３は、頭部に入力管１６２が接続され、軸部の開口部が流路１１５に向けて開かれている。外部ハウジング１１４の上側（図３の上側）の一部には、雌ネジが形成された孔１２８が設けられている。孔１２８には、中空ボルト１５２が螺着されている。中空ボルト１５２は、頭部に接続管１６１の他端が接続され、軸部の開口部が流路１１５に向けて開かれている。
【００２８】
図３に示す熱交換装置１００では、入力管１６２に対して、バーナまたはエンジンの燃料となる被加熱油が供給される。入力管１６２に供給された被加熱油は、中空ボルト１５３の内部を通過し、軸部の開口部から流路１１５に対して排出される。内部ハウジング１１１は、熱伝導率が高い金属部材によって構成されているので、被加熱油が流路１１５を通過する際に、内部ハウジング１１１からの輻射熱によって、当該被加熱油が加熱される。流路１１５を通過することにより加熱された被加熱油は、中空ボルト１５２の軸部に設けられた開口部から取り込まれ、中空ボルト１５２の内部を通過し、接続管１６１を介して中空ボルト１５１の頭部の開口部に供給される。中空ボルト１５１の頭部の開口部に供給された被加熱油は、中空ボルト１５１の内部を通過し、孔１３４および貫通孔１３５を介して加熱流路１８５に供給される。加熱流路１８５に供給された被加熱油は、当該加熱流路１８５を通過する際に、電気ヒータ１８０，１８１によって加熱された熱媒体１９０との間で熱交換を行い、自身は発火点温度まで加熱される。加熱流路１８５を通過した被加熱油は、接続部１４０の貫通孔１４５および孔１４４を経由して、中空ボルト１５５の軸部の開口部から取り込まれ、中空ボルト１５５の内部を通過した後、頭部に設けられた出力管１６４から出力される。出力管１６４から出力された被加熱油は、バーナまたはエンジンに供給されて燃焼される。なお、被加熱油の加熱温度の制御については、熱媒体１９０に隣接する接続部１３０に設けられた温度センサ１９５によって検出される温度と、加熱流路１８５から出力される被加熱油内に位置する温度センサ１９６によって検出される温度とに基づいて制御される。
【００２９】
図４は、第３実施形態の熱交換装置１０Ａを示す図である。
第３実施形態の熱交換装置１０Ａでは、電気ヒータ４１からの熱のみならず、バーナまたはエンジンからの廃熱を利用する実施形態である。なお、図４において図１と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図４に示す熱交換装置１０Ａでは、フランジ１３がフランジ１３Ａに置換されている。フランジ１３Ａの略中央部には、雌ネジが形成された孔２４が形成され、当該孔２４には端子４０が螺着されている。孔２４の両側には同じく雌ネジが形成された孔６１，６２が形成されている。孔６１には、熱媒体入力管６７が頭部に接続された中空ボルト６５が接続されている。孔６２には、熱媒体出力管６８が頭部に接続された中空ボルト６６が接続されている。中空ボルト６５，６６の軸部の開口部は、孔６３，６４によって、内部ハウジング１１およびフランジ１２，１３Ａによって形成された空間にそれぞれ接続されている。なお、第４実施形態では、熱媒体５０としては、水もしくは塩化ナトリウム等の不揮発性溶質を添加した水溶液または超臨界二酸化炭素等が使用される。
【００３０】
図４に示す第３実施形態では、バーナまたはエンジンの廃熱によって加熱された熱媒体５０が熱媒体入力管６７から流入され、被加熱油との間で熱交換を行った後、熱媒体出力管６８から出力され、再度、バーナまたはエンジンの廃熱によって加熱されるという循環を繰り返す。バーナまたはエンジンの起動時には、内蔵されている電気ヒータ４１によって被加熱油が加熱され、バーナまたはエンジンが定常状態になった後は、電気ヒータ４１に対する通電が停止され、廃熱による加熱が実行される。なお、熱媒体として水を使用する場合、図５に示すように、例えば、温度が２００℃のときは水の飽和蒸気圧力は１．５６(ＭＰａ)となり、また、３００℃のときは８．５９(ＭＰａ)と高圧になることから、熱交換装置１０Ａを高圧に耐えられる構造とする必要がある。図６は、純水の蒸気圧（曲線ＯＡ）と、純水に不揮発性溶質を添加した水溶液の蒸気圧（曲線Ｂ’Ａ’）を示す図である。この図に示すように、不揮発性溶質を添加すると飽和蒸気圧力を低下させることが可能である。この事から、熱変性せず、不揮発性溶質である、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）等を添加して、必要耐圧を低下させることも可能である。このような方法によれば、熱交換装置１０の耐圧性能が低くてもよいので、設計および製造が容易になる。
【００３１】
また、第３実施形態では、バーナまたはエンジンの廃熱を利用することから、熱効率を改善できる。すなわち、被加熱油を加熱するためには、大きな加熱エネルギを要する。このため、仮に、燃料の加熱により燃焼改善が図られたとしても、加熱のためのエネルギは損失に相当する。例えば、被加熱油が重油である場合、重油の比熱ＣｐをＣｐ≒１．９７×１０-2(Ｊ／ｇＫ)とし、入力温度をＴｉ＝２０（℃）、出力温度をＴｈ＝２００(℃)、流量ＶｆをＶｆ＝１(リットル／ｍｉｎ)、比重量γｆをγｆ＝０．８５(ｇ／ｃｍ3)とすると、最低必要熱量Ｑｈ(Ｊ／ｈｏｕｒ)は以下の式で表される。
Ｑｈ＝Ｃｐ(Ｊ／ｇＫ)・（Ｔｈ−Ｔｉ）（℃）・Ｖｆ(リットル／ｍｉｎ)・(１０００×６０)・γｆ(ｇ／ｃｍ3)・・・（１）
＝１．９７×（２００−２０）×１×(１０００×６０)×０．８５(ｇ／ｃｍ3)
≒１．８１×１０7(Ｊ／ｈｏｕｒ)
ここで、１（ｋＷ）＝３．６×１０6(Ｊ／ｈｏｕｒ)・・・（２）であるので、
Ｗ＝１．８１×１０7（Ｊ／ｈｏｕｒ）／３．６×１０6（Ｊ／ｈｏｕｒ）≒５．０（ｋＷ）
【００３２】
すなわち、重油の１リットル／ｍｉｎの流量に対しては、最低、５ｋＷ程度の容量の熱交換装置が必要になる。図７は、１（リットル／ｍｉｎ）の流量における最低必要容量（ｋＷ）を、加熱前温度Ｔｉ＝２０（℃）の一定条件において、加熱温度Ｔｈ（℃）との関係を示したものである。一例として、排気量＝２０００ｃｃクラスの普通乗用車の場合は、ガソリン・エンジンの燃料消費率を、３１０（ｇ／ｋＷ／ｈｏｕｒ）、最高出力を５０（ｋＷ）とすると、加熱温度を２００（℃）とする場合、式（１）等より、必要熱量は、
Ｗ＝１．９７×（２００−２０）×３１０×５０／３．６×１０6≒１．５（ｋＷ）
となる。
【００３３】
また、排気量＝５０００ｃｃクラスのディーゼル・エンジンの場合、その燃料消費率を、２４０（ｇ／ｋＷ／ｈｏｕｒ）、最高出力を２００（ｋＷ）とすると、２００（℃）加熱の場合、式（１）等より、
Ｗ＝１．９７×（２００−２０）×２４０×２００／３．６×１０6≒４．７（ｋＷ）
【００３４】
同様に、排気量＝１００００ｃｃクラスのディーゼル・エンジンの場合、必要熱量は、
Ｗ＝１．９７×（２００−２０）×２４０×４００／３．６×１０6≒９．５（ｋＷ）
同様に、大型舶用エンジンの必要出力は、５０００（ｋＷ）と言われ、２００(℃)加熱の場合、
Ｗ＝１．９７×（２００−２０）×２４０×５０００／３．６×１０6≒１１８（ｋＷ）
【００３５】
実装するには、加熱余裕度を考えて、上記の最低必要容量の１．５倍程度の熱容量が必要となる。一方、Ｖｆ(リットル／ｍｉｎ)の持つ熱量Ｑｆ（Ｊ／ｈｏｕｒ）は、低位発熱量をＨｕ（Ｊ／ｇ）、燃料比熱をＣｐ（Ｊ／ｇ／Ｋ）、タンク内燃料温度をＴｉ（℃）、最終加熱燃料温度を、Ｔｈ（℃）とすると、以下の式で表される。
Ｑｆ＝Ｖｆ(リットル／ｍｉｎ)・(１０００／６０)・γｆ（ｇ／ｃｍ3）・Ｈｕ（Ｊ  ／ｇ）・・・（３）
【００３６】
式（３）の燃料の総発熱量に対する式（１）の必要最低加熱容量の割合を求めると、次式を得る。
φ＝｛Ｃｐ（Ｊ／ｇＫ）・（Ｔｈ−Ｔｉ）（℃）・Ｖｆ(リットル／ｍｉｎ)・(１０００×６０)・γｆ（ｇ／ｃｍ3）｝／｛Ｖｆ（リットル／ｍｉｎ）・(１０００／６０)・γｆ（ｇ／ｃｍ3）・Ｈｕ（Ｊ／ｇ）｝
＝Ｃｐ（Ｊ／ｇＫ）・（Ｔｈ−Ｔｉ）／Ｈｕ・・・（４）
【００３７】
図８は、燃料の低位発熱量をＨｕ＝４．４４×１０4（Ｊ／ｇ）、Ｃｐ＝１．９７（Ｊ／ｇＫ）として、Ｔｉ＝２０（℃）のときの燃料加熱温度Ｔｈ（℃）との関係を、式（４）によりパーセント表示したものである。図８に示すように、電気ヒータ等の外部エネルギを供給した場合、２００（℃）加熱するために必要なエネルギは、当該適用機器の燃料の有するエネルギのおよそ０．５（％）ＦＳに相当し、正味出力は、当該全燃料の発熱量の１／３に相当する０．３５程度である。これは、正味出力の０．５／０．３５≒１．４（％）に相当する。仮に、燃料加熱により、Ｃ重油や廃油等の燃焼が可能となっても、省エネルギの観点からは、有益とは言えない。燃焼学的には、燃料温度を「引火点（Flash point）」や「燃焼点（Fire point）」まで加熱する事が重要であるが、従来の技術では、外部供給するエネルギ（＝消費エネルギ）を最小に抑えるために、必要最低温度を抑えて稼働させようとしていることが通例である。そこで、第３実施形態では、流路１５に被加熱油を流すことで、熱交換装置１０Ａの輻射による熱損失を最小にして、システム全体の省エネルギ化を図るとともに、起動時にのみ、電気ヒータ４１による外部エネルギを利用し、定常動作時は、バーナまたはエンジンの廃熱を利用して、燃料加熱のための外部エネルギ供給をほぼゼロとする。例えば、ガソリン・エンジンやディーゼル・エンジンでは、排気に捨てられる熱量は、供給熱量の３０（％）ＦＳ程度、バーナやガス・タービンの場合は、適用システムにより大きく異なるが、３０（％）ＦＳ程度と推察される。図８に示すように、燃料加熱温度が２００（℃）以下程度の場合、排気熱の約３０（％）＝｛（加熱に必要なエネルギ／システムに供給される燃料の発熱量）×１００／排気損失割合｝＝｛（０．００７９９×１００／０．３）≒２．７（％）｝の活用を図れば、外部エネルギを使用しないで燃料加熱が可能である。このため、第３実施形態では、排気温度の高い領域で熱回収するため、ガソリン・エンジン等の排気温度（≦９００(℃)）でも安定な熱媒体として、水（水溶液）あるいは超臨界二酸化炭素を用いるようにしている。このため、当該熱交換装置１０Ａを、大型船舶にも使用することができる。
【００３８】
また、上述したように、廃熱を利用する事により、燃料加熱のための外部エネルギの使用をゼロとするとともに、バーナやエンジンの省エネルギ化を促進させることができる。すなわち、廃熱回収により、システムに供給されるエネルギＱｔ（Ｊ／ｈｏｕｒ）は、実際の燃料の燃焼効率をηｂとすると、式（３）に示される燃料の低位発熱量によるＱｆ（Ｊ／ｈｏｕｒ）と、式（４）に示される廃熱による加熱量との和となるため、次式によって表される。
Ｑｔ＝Ｑｆ（１＋φ）・ηｂ
＝５０Ｖｆ（リットル／ｍｉｎ）・γｆ（ｇ／ｃｍ3）・Ｈｕ（Ｊ／ｇ）（１＋φ）・ηｂ／３・・・（５）
【００３９】
上記の式（５）に、式（４）を代入することにより、次式を得る。
Ｑｔ＝５０Ｖｆ（リットル／ｍｉｎ）・γｆ（ｇ／ｃｍ3）・｛Ｈｕ（Ｊ／ｇ）＋Ｃｐ（Ｊ／ｇ／Ｋ）・（Ｔｈ−Ｔｉ）｝・ηｂ／３・・・（６）
【００４０】
バーナやガス・タービンの場合は熱利用効率を「ηｔ」、ガソリン・エンジンやディーゼル・エンジンの場合は、理論熱効率をηｔ＝１−（１／ε）m-1（但し、ε＝圧縮比、ｍ＝ポリトロープ指数）とすると、有効活用される熱エネルギＱｕ（Ｊ／ｈｏｕｒ）は、次式で与えられる。
Ｑｕ＝５０Ｖ（リットル／ｍｉｎ）・γｆ（ｇ／ｃｍ3）×｛Ｈｕ（Ｊ／ｇ）＋Ｃｐ（Ｊ  ／ｇ／Ｋ）・（Ｔｈ−Ｔｉ）｝・ηｂ・ηｔ／３・・・（７）
【００４１】
Ｑｕに与える廃熱エネルギによる燃料加熱効果を見るために、Ｒ＝｛（Ｔｈ−Ｔｉ）＝ΔＴ｝／｛（Ｔｈ−Ｔｉ）＝０｝」の比率を、式（７）から求めたのが、次式である。なお、（Ｔｈ−Ｔｉ）＝ΔＴの時の状態をサフィックスΔＴ、（Ｔｈ−Ｔｉ）＝０時の状態をサフィックス０とした。
【００４２】
Ｒ＝［｛Ｈｕ（Ｊ／ｇ）＋Ｃｐ（Ｊ／ｇ／Ｋ）・ΔＴ｝・ηｂ・ηｔ］ΔT
／［｛Ｈｕ（Ｊ／ｇ）＋Ｃｐ（Ｊ／ｇ／Ｋ）・ηｂ・ηｔ｝0・・・・（８）
式（８）におけるサフィックスは、システムの構造等が同じ場合は一定であるため、最終的には、Ｒは次式で与えられる。
Ｒ＝［｛Ｈｕ（Ｊ／ｇ）＋Ｃｐ（Ｊ／ｇ／Ｋ）・ΔＴ｝／｛Ｈｕ（Ｊ／ｇ）｝］・（ηｂΔT／ηｂ0）・・・（９）
【００４３】
例えば、難燃可燃物として、潤滑油の場合などは、非加熱燃料が燃焼しないこともあり、式中の（ηｂΔT／ηｂ0）の算定・比較は難しいため、これを除外して、燃料加熱影響であるＣｐ・ΔＴの影響を、Ｈｕ＝４．４４×１０4（Ｊ／ｇ）、Ｃｐ＝１．９７（Ｊ／ｇＫ）とし、以下の式（１０）に基づいてΔＴの影響を表したのが図９である。
Ｒ＝｛１＋（１．９７（Ｊ／ｇ／Ｋ）・ΔＴ／４．４４×１０4（Ｊ／ｇ））｝・（ηｂΔT／ηｂ0）・・・（１０）
【００４４】
図９から、ΔＴ＝１４０（℃）で約０．６（％）、ΔＴ＝１８０（℃）で約０．８（％）で、全熱量に対する正味出力の割合は、ほぼ、０．３５程度のため、正味出力基準で考えると、ΔＴ＝１４０（℃）で約１．７（％）、ΔＴ＝１８０（℃）で約２．３（％）の改善が期待される。そして、更に、前述の除外した燃焼効率の改善効果が期待されるため、それ以上の燃料節約効果が期待される。
【００４５】
つぎに、第３実施形態の熱交換装置１０Ａを利用した燃料供給システムについて説明する。図１０は、第３実施形態の熱交換装置１０Ａを利用した燃料供給システムの構成例を示す図である。この図に示すように、燃料供給システムは、燃料タンク２００、トラップ２０１、ポンプ２０２、圧力調整弁２０３、粗フィルタ２０４、逆止弁２０５、圧力計２０６、熱交換装置１０Ａ、ポンプ２０７，２０８、逆止弁２０９、弁２１０、バーナ２１１、および、廃熱回収熱交換装置２１２を有している。ここで、燃料タンク２００は、バーナ２１１の燃料となるＣ重油を貯留している。トラップ２０１は、燃料タンク２００に貯留されているＣ重油に含まれている比較的大きな異物を除去してポンプ２０２に供給する。圧力調整弁２０３は、ポンプ２０２から出力される被加熱油とてしてのＣ重油の圧力が一定となるように、ポンプ２０２から出力されたＣ重油の一部を燃料タンク２００に還流させる。粗フィルタ２０４は、Ｃ重油に含まれているゴミ等を除去して逆止弁２０５に供給する。逆止弁２０５は、熱交換装置１０Ａから粗フィルタ２０４に向かってＣ重油が逆流することを防止する。圧力計２０６は、熱交換装置１０Ａに入力されるＣ重油の圧力を測定する。熱交換装置１０Ａは、図４に示す構成を有し、入力管３９が逆止弁の出力側に接続され、出力管３６がポンプ２０８の入力側および弁の入力側に接続され、接続管３７には図示せぬ分岐管が接続され、当該分岐管に対して逆止弁２０９の出力側が接続される。また、熱媒体入力管６７にはポンプ２０７の出力側が接続され、熱媒体出力管６８には廃熱回収熱交換装置２１２の入力側が接続されている。ポンプ２０７は、廃熱回収熱交換装置２１２において廃熱によって加熱された熱媒体５０を加圧して、熱交換装置１０Ａの熱媒体入力管６７に入力する。ポンプ２０８は、システム起動時において、熱交換装置１０Ａの内部および出力管３６に滞留しているＣ重油を強制的に循環させて加熱し、始動性を向上させる。逆止弁２０９は、接続管３７からポンプ２０８へ向かってＣ重油が逆流することを防止する。弁２１０は、例えば、電動弁によって構成され、熱交換装置１０Ａからバーナ２１１に供給されるＣ重油の流量を調整する。バーナ２１１は、Ｃ重油を燃焼させる燃焼装置である。廃熱回収熱交換装置２１２は、バーナ２１１が加熱対象を加熱した後の廃熱と、熱媒体５０との間で熱交換を実行し、バーナ２１１の廃熱を回収する。
【００４６】
つぎに、図１０に示す燃料供給システムの動作について説明する。まず、システムの起動時の動作について説明する。起動時においては、熱交換装置１０Ａおよび出力管３６内に滞留しているＣ重油を加熱する動作が実行される。このとき、ポンプ２０２は停止された状態とされ、熱交換装置１０Ａに対する新たなＣ重油の供給が停止される。また、ポンプ２０７は停止された状態とされ、熱交換装置１０Ａ内の熱媒体５０の外部への循環が停止される。また、ポンプ２０８は動作状態とされ、熱交換装置１０Ａの加熱流路４５と、出力管３６に滞留したＣ重油がポンプ２０８によって強制的に循環される。さらに、弁２１０は閉じた状態とされ、バーナ２１１へのＣ重油の供給が停止される。このような状態において、電気ヒータ４１に対して電力が供給される。電気ヒータ４１から発生した熱は、熱媒体５０を加熱する。前述したように、ポンプ２０７は停止した状態とされていることから、電気ヒータ４１によって加熱された熱媒体５０は熱交換装置１０Ａの外部には流出せず、電気ヒータ４１の通電に応じて熱媒体５０の温度が上昇する。熱媒体５０の温度が上昇すると、加熱流路４５内のＣ重油が加熱されて温度が上昇する。このようにして温度が上昇した加熱流路４５内のＣ重油は、ポンプ２０８によって強制的に循環されることから、加熱流路４５と、出力管３６に滞留したＣ重油の温度が上昇する。なお、このとき、熱媒体５０の温度は、温度センサ４２によって検出され、当該熱媒体５０の温度が所定の温度（例えば、Ｃ重油の引火点に至る目的温度＋１０℃の温度）以上にならないように制御がなされる。これにより、Ｃ重油の温度が局所的に上昇して、熱変性やデポジットが発生することを防止できる。
【００４７】
熱媒体５０の温度が所定の温度まで達した場合には、弁２１０が開かれ、バーナ２１１の図示せぬ点火装置が作動されるとともに、ポンプ２０２の動作が開始される。弁２１０が開かれると、ポンプ２０２の圧力によって、Ｃ重油がバーナ２１１に供給される。バーナ２１１に供給されるＣ重油は、引火点に至る適切な温度まで加熱されていることから、点火装置によって容易に点火され、燃焼を開始する。燃焼が開始されると、ポンプ２０８の動作が停止される。これにより、入力管３９を介して入力されたＣ重油は、流路１５を流れ、内部ハウジング１１からの輻射熱により加熱された後、接続管３７を介して加熱流路４５を通過する。加熱流路４５を通過する際には、Ｃ重油は熱媒体５０との間で熱交換を行い、引火点に至る適切な温度まで加熱される。引火点に至る適切な温度まで加熱されたＣ重油は、出力管３６から出力され、弁２１０を介してバーナ２１１に供給されて燃焼される。
【００４８】
バーナ２１１が起動されてからある程度時間が経過すると、廃熱回収熱交換装置２１２内の熱媒体５０の温度が上昇するので、ポンプ２０７の動作が開始される。その結果、廃熱回収熱交換装置２１２において廃熱によって加熱された熱媒体５０は、熱交換装置１０Ａの内部に流入する。そして、熱媒体５０の温度の上昇に応じて、電気ヒータ４１に供給される電力が縮小され、ついには、電気ヒータ４１への通電が停止される。これにより、Ｃ重油は、バーナ２１１の廃熱のみによって加熱されることになるので、燃焼効率を改善するとともに、熱効率を上昇することができる。なお、廃熱によってＣ重油を加熱する際の温度制御については、例えば、温度センサ４２によって検出された温度が所定の温度よりも高くなった場合には、廃熱回収熱交換装置２１２の出力とポンプ２０７との間に挿入されている図示せぬラジエタによる放熱を実行して温度を下げる。また、温度センサ４２によって検出された温度が所定の温度よりも低くなった場合には、当該ラジエタによる放熱を中止することにより温度を上げる。これにより、熱交換装置１０Ａから出力されるＣ重油の温度が一定になるように制御を行うことができる。
【００４９】
つぎに、第２実施形態の熱交換装置１００を利用した燃料供給システムについて説明する。図１１は、第２実施形態の熱交換装置１００を利用した燃料供給システムの構成例を示す図である。なお、図１１において図１０と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１１の例では、図１０の場合と比較して、圧力調整弁２０３が、圧力センサ２２０と制御部２２１に置換されている。また、熱交換装置１０Ａが熱交換装置１００に置換され、熱交換装置１００の前段には、廃熱回収熱交換装置２２２が配置されている。それ以外の構成は、図１０の場合と同様である。ここで、圧力センサ２２０は、ポンプ２０２から吐出されるＣ重油の圧力を検出し、制御部２２１に通知する。制御部２２１は、圧力センサ２２０によって検出された圧力に基づいてポンプ２０２を駆動することにより、ポンプ２０２から吐出されるＣ重油の圧力が所定の圧力になるように制御する。廃熱回収熱交換装置２２２は、廃熱回収熱交換装置２１２において廃熱によって加熱された、水もしくは塩化ナトリウム等の不揮発性溶質を添加した水溶液または超臨界二酸化炭素等によって構成される熱媒体とＣ重油との間で熱交換を行い、Ｃ重油の温度を上昇させる。また、熱交換装置１００は、図３に示す構成を有し、入力管１６２が廃熱回収熱交換装置２２２の出力側に接続され、出力管１６４がポンプ２０８の入力側および弁２１０の入力側に接続され、接続管３７には図示せぬ分岐管が接続され、当該分岐管に対して逆止弁２０９の出力側が接続される。
【００５０】
つぎに、図１１に示す燃料供給システムの動作について説明する。起動時においては、前述の場合と同様に、ポンプ２０２が停止され、熱交換装置１００への新たなＣ重油の供給が停止されるとともに、ポンプ２０７が停止され、廃熱回収熱交換装置２２２への熱媒体の循環が停止される。また、ポンプ２０８は動作状態とされ、熱交換装置１００の加熱流路１８５と、出力管１６４に滞留したＣ重油がポンプ２０８により強制的に循環される。また、弁２１０は閉じた状態とされ、バーナ２１１へのＣ重油の供給が停止される。このような状態において、熱交換装置１００の加熱流路１８５と、出力管１６４に滞留したＣ重油を加熱して始動性を向上するために、電気ヒータ１８０，１８１に対して電力が供給される。電気ヒータ１８０，１８１から発生した熱は、熱媒体１９０を加熱し、熱媒体１９０の温度が上昇する。熱媒体１９０の温度が上昇すると、加熱流路１８５内のＣ重油が加熱されて温度が上昇する。このようにして温度が上昇した加熱流路１８５内のＣ重油は、ポンプ２０８によって強制的に循環されることから、加熱流路１８５と、出力管１６４に滞留したＣ重油の温度が上昇する。なお、このとき、熱媒体１９０の温度は、温度センサ１９５によって検出され、当該熱媒体１９０の温度が所定の温度以上にならないように制御がなされる。これにより、Ｃ重油の温度が局所的に上昇して、熱変性やデポジットが発生することを防止できる。
【００５１】
熱媒体１９０の温度が所定の温度（例えば、Ｃ重油の引火点に至る適切な温度＋１０℃の温度）まで達した場合には、弁２１０が開かれ、バーナ２１１の図示せぬ点火装置が作動されるとともに、ポンプ２０２の動作が開始される。弁２１０が開かれると、ポンプ２０２の圧力によって、Ｃ重油がバーナ２１１に供給される。バーナ２１１に供給されたＣ重油は、引火点に至る適切な温度まで加熱されていることから、点火装置によって容易に点火され、燃焼を開始する。燃焼が開始されると、ポンプ２０８の動作が停止される。これにより、入力管１６２を介して入力されたＣ重油は、流路１１５を流れ、内部ハウジング１１１からの輻射熱により加熱された後、接続管１６１を介して加熱流路１８５を通過する。加熱流路１８５を通過する際には、Ｃ重油は熱媒体１９０との間で熱交換を行い、引火点に至る適切な温度まで加熱される。加熱されたＣ重油は、出力管１６４から出力され、弁２１０を介してバーナ２１１に供給されて燃焼される。
【００５２】
バーナ２１１が起動されてからある程度時間が経過すると、廃熱回収熱交換装置２１２内の熱媒体の温度が上昇するので、ポンプ２０７の動作が開始される。その結果、廃熱回収熱交換装置２１２において廃熱によって加熱された熱媒体は、廃熱回収熱交換装置２２２の内部に流入する。そして、熱媒体５０の温度の上昇に応じて、電気ヒータ１８０，１８１に供給される電力が縮小され、ついには、電気ヒータ１８０，１８１への通電が停止される。これにより、Ｃ重油は、バーナの廃熱のみによって加熱されることになるので、燃焼効率を改善するとともに、熱効率を向上させることができる。なお、廃熱によってＣ重油を加熱する際の温度制御については、例えば、温度センサ１９６によって検出された温度が所定の温度よりも高くなった場合には、廃熱回収熱交換装置２１２の出力とポンプ２０７との間に挿入されている図示せぬラジエタによる放熱を実行して温度を下げる。また、温度センサ１９６によって検出された温度が所定の温度よりも低くなった場合には、当該ラジエタによる放熱を中止することにより温度を上げる。これにより、熱交換装置１００から出力されるＣ重油の温度が一定になるように制御を行うことができる。
【００５３】
つぎに、第３実施形態の熱交換装置１０Ａを利用した燃料供給システムについて説明する。図１２は、第３実施形態の熱交換装置１０Ａを利用した燃料供給システムの構成例を示す図である。なお、図１２において図１０と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１２の例では、図１０の場合と比較すると、粗フィルタ２０４の後段に高圧ポンプ２３０が配置されている。また、熱交換装置１０Ａの前段には、精密フィルタ２３１が配置されている。さらに、廃熱回収熱交換装置２１２が廃熱回収熱交換装置２３２に置換されている。ここで、高圧ポンプ２３０は、Ｃ重油を高圧に加圧して出力する。精密フィルタ２３１は、エンジン２３３のインジェクションノズルに異物が詰まることを防止するためのフィルタである。廃熱回収熱交換装置２３２は、エンジン２３３から排出される排気ガスと、熱媒体５０との間で熱交換を実行し、熱媒体５０を加熱する。熱交換装置１０Ａは、図４に示す構成を有し、入力管３９が精密フィルタ２３１の出力に接続され、出力管３６がエンジン２３３の燃料供給側に接続され、接続管３７には図示せぬ分岐管が接続され、当該分岐管に対して逆止弁２０９の出力側が接続される。また、熱媒体入力管６７にはポンプ２０７の出力側が接続され、熱媒体出力管６８には廃熱回収熱交換装置２３２の入力側が接続される。ポンプ２０７は、廃熱回収熱交換装置２３２において廃熱によって加熱された熱媒体５０を加圧して、熱交換装置１０Ａの熱媒体入力管６７に入力する。ポンプ２０８は、システム起動時において、熱交換装置１０Ａの内部および出力管３６に滞留しているＣ重油を強制的に循環させて加熱し、始動性を向上させる。逆止弁２０９は、接続管３７からポンプ２０８へ向かってＣ重油が逆流することを防止する。エンジン２３３は、Ｃ重油を燃料とする、例えば、ディーゼル・エンジンである。廃熱回収熱交換装置２３２は、エンジン２３３の排気と、熱媒体５０との間で熱交換を実行し、エンジン２３３の廃熱を回収する。
【００５４】
つぎに、図１２に示す燃料供給システムの動作について説明する。まず、起動時の動作について説明する。起動時においては、熱交換装置１０Ａおよび出力管３６に滞留しているＣ重油を加熱する動作が実行される。このとき、ポンプ２０２，２３０は停止された状態とされ、熱交換装置１０Ａに対する新たなＣ重油の供給が停止される。また、ポンプ２０７は停止状態とされ、熱交換装置１０Ａ内の熱媒体５０の外部への循環が停止される。また、ポンプ２０８は動作状態とされ、熱交換装置１０Ａの加熱流路４５と、出力管３６に滞留したＣ重油が強制的に循環される。このような状態において、電気ヒータ４１に対して電力が供給される。電気ヒータ４１から発生した熱は、熱媒体５０を加熱する。前述したように、ポンプ２０７は停止した状態とされていることから、電気ヒータ４１によって加熱された熱媒体５０は熱交換装置１０Ａの外部には流出せず、電気ヒータ４１の通電に応じて熱媒体５０の温度が上昇する。熱媒体５０の温度が上昇すると、加熱流路４５内のＣ重油が加熱されて温度が上昇する。このようにして温度が上昇した加熱流路４５内のＣ重油は、ポンプ２０８によって強制的に循環されることから、加熱流路４５と、出力管３６に滞留したＣ重油の温度が上昇する。なお、このとき、熱媒体５０の温度は、温度センサ４２によって検出され、当該熱媒体５０の温度が所定の温度以上にならないように制御がなされる。これにより、Ｃ重油の温度が局所的に上昇して、熱変性やデポジットが発生することを防止できる。
【００５５】
熱媒体５０の温度が所定の温度（例えば、Ｃ重油の発火点に至る適切な温度＋１０℃の温度）まで達した場合には、図示せぬセルモータによってエンジン２３３が始動されるとともに、ポンプ２０２，２３０が起動される。エンジン２３３が始動して回転が上昇すると、ポンプ２０２，２３０の圧力によって、Ｃ重油がエンジン２３３に継続的に供給される。エンジン２３３に供給されるＣ重油は、発火点に至る適切な温度まで加熱されていることから、シリンダ内にインジェクションノズルによって噴射されると、容易に発火して燃焼する。エンジン２３３が始動されると、ポンプ２０８の動作が停止される。これにより、入力管３９を介して入力されたＣ重油は、流路１５を流れ、内部ハウジング１１からの輻射熱により加熱された後、接続管３７を介して加熱流路４５を通過する。加熱流路４５を通過する際には、Ｃ重油は熱媒体５０との間で熱交換を行い、発火点に至る適切な温度まで加熱される。発火点に至る適切な温度まで加熱されたＣ重油は、出力管３６から出力され、エンジン２３３に供給される。
【００５６】
エンジン２３３が起動されてからある程度時間が経過すると、廃熱回収熱交換装置２３２内の熱媒体５０が排気ガスによって加熱されて温度が上昇するので、ポンプ２０７の動作が開始される。その結果、廃熱回収熱交換装置２３２において排気ガスによって加熱された熱媒体５０は、熱交換装置１０Ａの内部を循環する。そして、熱媒体５０の温度の上昇に応じて、電気ヒータ４１に供給される電力が縮小され、ついには、電気ヒータ４１への通電が停止される。これにより、Ｃ重油は、エンジン２３３の廃熱のみによって加熱されることになるので、燃焼効率を改善するとともに、熱効率を上昇することができる。なお、廃熱によってＣ重油を加熱する際の温度制御については、例えば、温度センサ４２によって検出された温度が所定の温度よりも高くなった場合には、廃熱回収熱交換装置２３２の出力とポンプ２０７との間に挿入されている図示せぬラジエタによる放熱を実行して温度を下げる。また、温度センサ４２によって検出された温度が所定の温度よりも低くなった場合には、当該ラジエタによる放熱を中止することにより温度を上げる。これにより、熱交換装置１０Ａから出力されるＣ重油の温度が一定になるように制御を行うことができる。
【００５７】
つぎに、第２実施形態の熱交換装置１００を利用した燃料供給システムについて説明する。図１３は、第２実施形態の熱交換装置１００を利用した燃料供給システムの構成例を示す図である。なお、図１３において図１２と対応する部分には同一の符号を付してその説明を省略する。図１３の例では、図１２の場合と比較して、熱交換装置１０Ａが熱交換装置１００に置換され、熱交換装置１００の前段に廃熱回収熱交換装置２４０が配置されている。それ以外の構成は、図１２の場合と同様である。ここで、熱交換装置１００の入力管１６２は、廃熱回収熱交換装置２４０の出力に接続されており、出力管１６４はエンジン２３３の燃料供給側に接続されている。また、接続管１６１には図示せぬ分岐管が接続され、当該分岐管に対して逆止弁２０９の出力側が接続される。廃熱回収熱交換装置２４０は、廃熱回収熱交換装置２３２において、エンジン２３３の廃熱によって加熱された水もしくは塩化ナトリウム等の不揮発性溶質を添加した水溶液または超臨界二酸化炭素等の熱媒体がポンプ２０７によって循環され、当該熱媒体とＣ重油の間で熱交換を行い、Ｃ重油を発火点温度まで加熱する。
【００５８】
つぎに、図１３に示す燃料供給システムの動作について説明する。まず、起動時の動作について説明する。起動時においては、熱交換装置１００および出力管１６４内に滞留しているＣ重油を加熱する動作が実行される。このとき、ポンプ２０２，２３０は停止された状態とされ、熱交換装置１００に対する新たなＣ重油の供給が停止される。また、ポンプ２０８は動作状態とされ、熱交換装置１００の加熱流路１８５と、出力管１６４に滞留したＣ重油が強制的に循環される。このような状態において、電気ヒータ１８０，１８１に対して電力が供給される。電気ヒータ１８０，１８１から発生した熱は、熱媒体１９０を加熱し、これにより熱媒体１９０の温度が上昇する。熱媒体１９０の温度が上昇すると、加熱流路１８５内のＣ重油が加熱されて温度が上昇する。このようにして温度が上昇した加熱流路１８５内のＣ重油は、ポンプ２０８によって強制的に循環されることから、加熱流路１８５と、出力管１６４に滞留したＣ重油の温度が上昇する。なお、このとき、熱媒体１９０の温度は、温度センサ１９５によって検出され、当該熱媒体１９０の温度が所定の温度以上にならないように制御がなされる。これにより、Ｃ重油の温度が局所的に上昇して、熱変性やデポジットが発生することを防止できる。
【００５９】
熱媒体１９０の温度が所定の温度（例えば、Ｃ重油の発火点に至る適切な温度＋１０℃の温度）まで達した場合には、図示せぬセルモータによってエンジン２３３が始動されるとともに、ポンプ２０２，２３０が起動される。エンジン２３３が始動して回転が上昇すると、ポンプ２０２，２３０の圧力によって、Ｃ重油がエンジン２３３に継続的に供給される。エンジン２３３に供給されるＣ重油は、発火点に至る適切な温度まで加熱されていることから、シリンダ内にインジェクションノズルによって噴射されると、容易に発火し燃焼する。燃料によりそれぞれ発火点が異なり、発火点の高い（＝セタン価の低い）、メチルアルコールやエチルアルコールのディーゼル・エンジンへの適用は不可能であったが、本実施形態により、これらの燃料をディーゼル・エンジンへ適用可能とすることができる。エンジン２３３が始動されると、ポンプ２０８の動作が停止される。これにより、入力管１６２を介して入力されたＣ重油は、流路１１５を流れ、内部ハウジング１１１からの輻射熱により加熱された後、接続管１６１を介して加熱流路１８５を通過する。加熱流路１８５を通過する際には、Ｃ重油は熱媒体１９０との間で熱交換を行い、発火点に至る適切な温度まで加熱される。発火点に至る適切な温度まで加熱されたＣ重油は、出力管１６４から出力され、エンジン２３３に供給される。
【００６０】
エンジン２３３が起動されてからある程度時間が経過すると、廃熱回収熱交換装置２３２内の熱媒体が排気ガスによって加熱されて温度が上昇するので、ポンプ２０７の動作が開始される。その結果、廃熱回収熱交換装置２３２において排気ガスによって加熱された熱媒体は、廃熱回収熱交換装置２４０に流れる。廃熱回収熱交換装置２４０では、Ｃ重油と熱媒体との間で熱交換を行い、Ｃ重油が加熱される。廃熱回収熱交換装置２４０におけるＣ重油の加熱温度が上昇すると、電気ヒータ１８０，１８１に供給される電力が縮小され、ついには、電気ヒータ１８０，１８１への通電が停止される。これにより、Ｃ重油は、エンジン２３３の廃熱のみによって加熱されることになるので、燃焼効率を改善するとともに、熱効率を上昇することができる。なお、廃熱によってＣ重油を加熱する際の温度制御については、例えば、温度センサ１９６によって検出された温度が所定の温度よりも高くなった場合には、廃熱回収熱交換装置２３２の出力とポンプ２０７との間に挿入されている図示せぬラジエタによる放熱を実行して温度を下げる。また、温度センサ１９６によって検出された温度が所定の温度よりも低くなった場合には、当該ラジエタによる放熱を中止することにより温度を上げる。これにより、熱交換装置１００から出力されるＣ重油の温度が一定になるように制御を行うことができる。
【００６１】
なお、図１２および図１３は、エンジン２３３の排気ガスの廃熱を利用する場合であるが、図１４に示すように、エンジン２３３の冷却水および潤滑油の廃熱を利用するようにしてもよい。図１４の例は、燃料タンク２００、ポンプ２０２、圧力調整弁２０３、粗フィルタ２０４、逆止弁２０５，２５５、冷却水廃熱回収熱交換装置２５０、潤滑油廃熱回収熱交換装置２５１、ポンプ２５２、排気ガス廃熱回収熱交換装置２５３、熱交換装置１０、インジェクションノズル２５４、および、エンジン２３３を有している。この例では、燃料タンク２００から供給されたＣ重油は、ポンプ２０２で加圧された後、粗フィルタ２０４によって異物が除去された後、逆止弁２０５を介して冷却水廃熱回収熱交換装置２５０に供給され、そこで、エンジン２３３を冷却する冷却水との間で熱交換されて加熱される。冷却水廃熱回収熱交換装置２５０から出力されたＣ重油は、潤滑油廃熱回収熱交換装置２５１に供給され、そこで、エンジン２３３の可動部分を潤滑するための潤滑油との間で熱交換されて加熱される。潤滑油廃熱回収熱交換装置２５１から出力されたＣ重油は、ポンプ２５２を介して排気ガス廃熱回収熱交換装置２５３に供給され、そこで、エンジン２３３の排気ガスとの間で熱交換されて加熱される。排気ガス廃熱回収熱交換装置２５３から出力されたＣ重油は、熱交換装置１０に供給される。熱交換装置１０では、始動時等の廃熱によりＣ重油が十分に加熱できない場合に、電気ヒータによってＣ重油を加熱し、インジェクションノズル２５４に供給する。インジェクションノズル２５４によって噴射されたＣ重油は、発火点に至る適切な温度まで加熱されていることから、容易に燃焼する。なお、インジェクションノズル２５４において余剰となったＣ重油は、逆止弁２５５を介して冷却水廃熱回収熱交換装置２５０に戻される。
【００６２】
ここで、冷却水は温度が最も低い（１００℃以下に保たれている）とともに、温度上昇が最も遅い。潤滑油は、冷却水の次に温度が低く（１２０〜１４０℃以下に保たれている）、冷却水の次に温度上昇が遅い。排気ガスは、最も温度が高く、また、温度上昇も最も速い。したがって、以上のように、冷却水廃熱回収熱交換装置２５０、潤滑油廃熱回収熱交換装置２５１、排気ガス廃熱回収熱交換装置２５３、および、熱交換装置１０を配置することにより、廃熱の温度が低いものから高いものの順に配置することにより、Ｃ重油を徐々に加熱することができる。また、温度上昇が遅いものから速いものの順に並べることにより、前段の廃熱回収熱交換装置によって加熱されたＣ重油が逆に冷却されることを防止できる。
【００６３】
以上に説明したように、本発明の実施形態では、前述した構成を有する熱交換装置１０，１０Ａ，１００を用いることにより、被加熱油を高い温度まで、効率良く、しかも、熱変性なく昇温することが可能となる。このような熱交換装置１０，１０Ａ，１００を用いて被加熱油を、例えば、引火点、燃焼点、発火点等に至る適切な温度まで昇温してバーナまたはエンジンに供給した場合、燃焼効率が改善されることが明らかになった。また、前述した構成を有する熱交換装置１０，１０Ａ，１００を用いることにより、例えば、軽油または重油を基油とし、当該基油にエチルアルコールまたはメチルアルコール等を混合したアルコール系混合燃料を、発火点に至る高い温度まで効率よく加熱することができることから、従来は、使用が困難であったこれらのアルコール系混合燃料を、ディーゼル・エンジンに適用することが可能になる。アルコール系混合燃料は、アルコールの分子内に酸素を含み、燃焼時においてすすの発生が少ないことから、粒子状物質（ＰＭ）の排出量を大幅に低減することができる。また、アルコール系混合燃料は、火炎温度が低いことから、窒素酸化物（ＮＯX）の排出量を低減することができる。
【００６４】
なお、上述した実施の形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能であることは勿論である。
例えば、以上の各実施形態では、内部ハウジング１１，１１１の外周部に外部ハウジング１４，１１４を設け、これらの間に生じる空隙を流路１５，１１５とし、当該流路１５，１１５に被加熱油を通過させることにより、内部ハウジング１１，１１１からの輻射熱を回収するようにした。これ以外にも、例えば、内部ハウジング１１，１１１の外周部に電熱性の高いパイプ等を巻回し、当該パイプに被加熱油を通すことにより、輻射熱を回収するようにしてもよい。また、当該パイプの周囲に断熱性部材を配置することにより、パイプからの輻射熱を防ぐようにしてもよい。
【００６５】
また、以上の各実施形態では、加熱流路４５，１８５としては、パイプ形状を有する部材を用いるようにしたが、例えば、特許第３０４０３７１号に記載されるように、金属製等の細管を撚ることで縄状基本素材を形成し、複数本の基本素材をさらに撚る、捻る、あるいは編むことにより構成するようにしてもよい。そのような構成によれば、表面積を増加させて熱交換効率を高めることができる。また、特許第３９９３７７０号に記載されるように、流路を流れる被加熱油に渦流れを発生させて流路内の被加熱油の温度境界層を破壊するとともに、渦拡散させるために内面が螺旋状に形成される細管を用いるようにしてもよい。
【００６６】
また、図１０，１１に示す燃料供給システムでは、被加熱油であるＣ重油を引火点に至る適切な温度まで加熱するようにしたが、引火点以上の温度であってもよい。また、引火点以下の温度であってもよい。図１２，１３に示す燃料供給システムでは、被加熱油であるＣ重油を発火点に至る適切な温度まで加熱するようにしたが、発火点以上の温度であってもよい。また、発火点以下の温度であってもよい。また、Ｃ重油以外の被加熱油（例えば、エチルアルコール、メチルアルコール、植物油、魚油、廃油、軽油、ガソリン、灯油等）を、それぞれの油の種類に応じて適切な温度まで加熱するようにしてもよい。
【００６７】
また、以上の各実施形態では、熱媒体５０としては水、水溶液、超臨界二酸化炭素を用いるようにしたが、これ以外の液体を用いるようにしてもよい。また、熱媒体１９０としては金属粉を用いるようにしたが、これ以外の部材を用いるようにしてもよい。
【００６８】
また、以上の各実施形態では、中空ボルト３１〜３５，６５，６６，１５０〜１５５および端子４０については雄ネジを形成して、対象物に螺着するようにしたが、例えば、溶接等によって接着するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の第１実施形態の熱交換装置の構成例を示す断面図である。
【図２】各種被加熱油の引火点および発火点を示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態の熱交換装置の構成例を示す断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態の熱交換装置の構成例を示す断面図である。
【図５】水の加熱温度と飽和蒸気圧との関係を示す図である。
【図６】水と水溶液の温度と蒸気圧との関係を示す図である。
【図７】所定の流量における重油の加熱に必要な熱容量を示す図である。
【図８】燃料の加熱温度と発熱量との関係を示す図である。
【図９】燃料の加熱温度と省エネルギ効果との関係を示す図である。
【図１０】図４に示す熱交換装置を用いた燃料供給システムの構成例である。
【図１１】図３に示す熱交換装置を用いた燃料供給システムの構成例である。
【図１２】図４に示す熱交換装置を用いた燃料供給システムの構成例である。
【図１３】図３に示す熱交換装置を用いた燃料供給システムの構成例である。
【図１４】エンジンの他の廃熱を利用する燃料供給システムの構成例である。
【符号の説明】
【００７０】
１０…熱交換装置、１０Ａ…熱交換装置、１１…内部ハウジング、１２，１３…フランジ、１４…外部ハウジング、１５…流路、４１…電気ヒータ、４２…温度センサ、５０…熱媒体、１００…熱交換装置、１１１…内部ハウジング、１１２，１１３…フランジ、１１４…外部ハウジング、１１５…流路、１８０，１８１…電気ヒータ、１９０…熱媒体、１９５，１９６…温度センサ、２０７，２０８…ポンプ、２１１…バーナ、２１２…廃熱回収熱交換装置、２２２…廃熱回収熱交換装置、２３２…廃熱回収熱交換装置、２３３…エンジン、２４０…廃熱回収熱交換装置、２５０…冷却水廃熱回収熱交換装置、２５１…潤滑油廃熱回収熱交換装置、２５３…排気ガス廃熱回収熱交換装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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