(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃食用油と重油を混合する混合手順と、混合して得られた混合油を５０℃〜１２０℃に加熱・昇温する加熱・昇温手順と、昇温された混合油をフィルタでろ過して高分子状の物質を含む不純物を除去するろ過手順と、ろ過後の混合油を燃料としてディーゼルエンジンに供給する供給手順と、を有してなる、廃食用油を燃料として利用する方法。
【請求項２】
請求項１記載の廃食用油を燃料として利用する方法において、廃食用油の混合手順、加熱・昇温手順は、廃食用油を加圧し、キャビテーションノズルを使用して加圧された廃食用油を重油に混合し、その際キャビテーションにより廃食用油を昇温させるよう構成されていることを特徴とする廃食用油を燃料として利用する方法。
【請求項３】
請求項１記載の廃食用油を燃料として利用する方法において、前記加熱・昇温手順は、混合油を燃料として利用するディーゼルエンジンの排気ガスの熱を利用して混合油を加熱・昇温するよう構成されていることを特徴とする廃食用油を燃料として利用する方法。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか１項記載の廃食用油を燃料として利用する方法において、前記重油はＡ重油であることを特徴とする廃食用油を燃料として利用する方法。
【請求項５】
廃食用油と重油を混合し、混合油を生成する混合手段と、前記混合油を５０℃〜１２０℃に加熱・昇温する昇温手段と、昇温された混合油から高分子状の物質を含む不純物をろ過・除去するろ過手段と、を有してなる廃食用油を燃料として利用する装置。
【請求項６】
請求項５記載の廃食用油を燃料として利用する装置において、前記昇温手段は、廃食用油を加圧する加圧手段と、加圧された廃食用油をキャビテーションジェットとして重油中に噴出するキャビテーションノズルと、を含んで構成されていることを特徴とする廃食用油を燃料として利用する装置。
【請求項７】
請求項５記載の廃食用油を燃料として利用する装置において、前記昇温手段は、混合油を燃料として利用するエンジンの排気ガスを熱源として混合油を加熱する熱交換器であることを特徴とする廃食用油を燃料として利用する装置。
【請求項８】
請求項５〜７のうちのいずれか１項記載の廃食用油を燃料として利用する装置において、前記重油がＡ重油であることを特徴とする廃食用油を燃料として利用する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼルエンジンに係り、特に廃食用油をディーゼルエンジンの燃料として利用する方法と装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物問題、ＣＯ２発生量の抑制等の環境問題の観点から、食品産業や家庭から排出される廃食用油をディーゼル燃料として再資源化する取り組みが行われている。廃食用油をディーゼル燃料として消費することで廃棄物処理の問題を緩和し、また燃焼によって発生したＣＯ２は再び菜の花によって吸収され、その菜の花から作られた食用油を食品加工等に使用した後の廃食用油をディーゼル燃料とするといった循環を形成することで、軽油、重油等の化石燃料を廃食用油で置換した量に相当するＣＯ２を削減することができる。
【０００３】
廃食用油をディーゼル燃料として利用する場合には、一旦エステル化処理を行って軽油相当の燃料に改質して使用される。この場合エステル化処理にコストがかかり、従来の燃料油と比較したときのコストメリットはわずかである。
【０００４】
別の改質法として特殊な装置を用いて高速攪拌する方法が特許文献１に提案されている。また、特許文献２には、廃食用油を加熱してフィルタで固形物を除去してディーゼルエンジンの燃料油とする技術が開示され、特許文献３には、廃食用油をヒータ、攪拌器を循環させ、燃焼装置の供給燃料とすることが開示されている。特許文献３にはまた、廃食用油を灯油、重油と混合させることも記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特公昭５８−２７３２１０号公報
【特許文献２】特開平４−２２２３１１号公報
【特許文献３】特開昭６４−０００１９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来のエステル化処理技術には次のような問題点がある。リノール酸、リノレン酸等の不飽和脂肪酸を含有する廃食用油をディーゼル発電設備の燃料として使用する際に、これらの酸化や重合により生成するグリセリンなどがガム状物質となり、燃料フィルタの詰りの原因になっていた。
【０００７】
また、これらガム状物質の生成は高温で促進され、噴射ポンプを燃料による冷却方式にしている新型エンジンの場合、燃料の循環過程の昇温でガム状物質が増加し、フィルタの詰りが加速される。
【０００８】
本発明の課題は、エステル化処理を行わない廃食用油をディーゼルエンジンの燃料として利用したときの長期の安定運転を可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題は、廃食用油と重油を混合し、混合して得られた混合油を５０℃〜１２０℃に加熱・昇温し、昇温された混合油にフィルタを通過させて高分子状の物質を含む不純物をろ過・除去し、ろ過後の混合油を燃料としてディーゼルエンジンに供給することにより、達成される。
【００１０】
廃食用油の混合、加熱・昇温に際しては、キャビテーションノズルを使用して廃食用油を重油に混合し、その際キャビテーションにより廃食用油を昇温させるよう構成してもよいし、混合油を燃料として利用するディーゼルエンジンの排気ガスの熱を利用して混合油を加熱・昇温するよう構成してもよい。
【００１２】
また前記重油はＡ重油であることが望ましい。
【００１３】
上記の課題はまた、廃食用油と重油を混合し、混合油を生成する混合手段と、前記混合油を５０℃〜１２０℃に加熱・昇温する昇温手段と、昇温された混合油から高分子状の物質を含む不純物をろ過・除去するろ過手段と、を有してなる廃食用油を燃料として利用する装置によっても達成される。
【００１４】
前記昇温手段は、廃食用油を加圧する加圧手段と、加圧された廃食用油をキャビテーションジェットとして重油中に噴出するキャビテーションノズルと、を含んで構成してもよいし、混合油を燃料として利用するエンジンの排気ガスを熱源として混合油を加熱する熱交換器として構成してもよい。
【００１６】
図２に燃料油と廃食用油の混合油を加熱処理した際の、燃料油のフィルタろ過速度を未処理のものと比較して示す。横軸は処理量、縦軸はろ過に要した時間を示す。加熱処理したものはろ過速度が低下、すなわち、ろ紙の詰まりが早くなることを示している。未処理のものについても廃食用油中に不飽和脂肪酸由来と考えられる不純物があり、酸化や重合により粘性のあるグリセリンなどを生成、フィルタを詰まらせることになる。しかし、加熱処理により、不飽和脂肪酸の酸化、重合が促進され、高分子状のガム状物質が増加し、フィルタの目詰まり速度ははやくなる。
【００１７】
図３に、一旦加熱したのちこれら不純物をろ過し、さらに再加熱した油をろ過したときのろ過速度と、初めて加熱した油のろ過速度の比較を示す。一旦加熱したのち、不純物をろ過すれば、その後再加熱してもろ過速度は変わらず（低下せず）、したがってフィルタ上にも不純物が残らないことがわかる。
【００１８】
図４に同量の廃食用油を重油と混合する前に加熱したとき及び混合後に加熱したときの、ろ過速度、すなわち不純物の量を比較して示した。混合後加熱ろ過したものはろ過に要する時間が長い、つまりろ過速度の低下が早い。これは、Ａ重油との混合により、Ａ重油中の微量重金属の触媒作用で、前記重合反応が促進されたためであリ、廃食用油中の不純物を取り除くためには、混合後の加熱が望ましいことがわかる。
【００１９】
さらに、図５に示すように、Ａ重油と廃食用油では、２０℃における粘度が、Ａ重油の５ｃStに対して廃食用油の９０ｃSt程度と１０倍以上差があり、廃食用油単独よりもＡ重油と混合後のほうが粘度が低下し、ハンドリングが容易になる。  また、廃食用油の混合にキャビテーションを利用し処理すると、混合時にキャビテーションジェットで廃食用油が昇温され、酸化が促進されるとともに、キャビテーションによる破壊効果で、グリセリンが分解される効果がある。
【００２０】
ディーゼルエンジンでは、燃料油は、燃料噴霧系を冷却するためにエンジンをポンプで循環され、その温度は５０℃を越える。燃料油がこのような温度になるために高分子不純物の生成が促進され、エンジン内の燃料フィルタを閉塞させ、目詰まりを起こすことになる。
【００２１】
事前に昇温して、フィルタろ過したものを実機に供給しても高温が保持されるわけではない。エンジンに供給された燃料油はエンジン内でポンプ冷却のために循環されるが、その温度は通常５０℃になるものが、事前に昇温して、フィルタろ過したものを供給する場合６０℃程度になるだけで、特に支障は無い。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、ディーゼルエンジンで燃料油と廃食用油の混合燃焼を行う際、フィルタの目詰まりが生じにくくなり、安定した運転が行われる期間が延長される効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
（第１の実施形態）
本発明をディーゼルエンジン発電装置に適用した第１の実施形態の構成を図１により説明する。本実施例に係るディーゼルエンジン発電装置は、燃料油タンク１と、廃食用油タンク２と、廃食用油と重油を混合する混合手段である混合セル７と、燃料油タンク１と混合セル７を接続する燃料油管１８と、燃料油管１８に介装された弁８及びポンプ９と、廃食用油タンク２と混合セル７を接続する廃食用油管１９と、廃食用油管１９に介装された弁８及びポンプ９と、混合セル７に混合油管２１で接続されたディーゼルエンジン１３と、混合油管２１に上流側から順に介装された加熱・昇温手段である加熱装置１２、ろ過手段であるフィルタユニット１７及び弁２２と、ディーゼルエンジン１３で駆動される発電機１４と、ディーゼルエンジン１３の排ガスダクト２３に設置された排ガス処理装置１５と、を含んで構成されている。
【００２４】
図１の実施例において、混合セル７で燃料油と廃食用油を混合して生成された混合油は加熱装置１２で約８０℃に昇温され、高分子状の物質の生成が促進される。その後、不純物を除去するフィルタユニット１７で高分子状の物質が除去され、燃料１１としてディーゼルエンジン１３へ供給される。ディーゼルエンジン１３は供給された燃料を燃焼させて発電し、エンジン排ガスはフィルタを含む排ガス処理装置１５で処理されたのち、排気１６となって大気に放出される。
【００２５】
本実施例では、混合油は加熱装置１２で約８０℃に昇温されるが、発明者らが確認したところでは、高分子状の物質の生成を促進するには、少なくとも５０℃に昇温されることが望ましい。また、不飽和脂肪酸の気化防止のため、１２０℃以下とするのが望ましい。
【００２６】
本実施例によれば、燃料油と廃食用油を混合し、これを一旦昇温して高分子状の物質の生成を促進し、生成された高分子状の物質などの固形分をフィルタユニット１７でろ過してからディーゼルエンジン１３に供給するので、エンジン内でのフィルタ目詰まりは防止でき、２０００ｈ以上安定運転が可能になった。燃料１１はエンジン内を循環して燃料噴霧系を冷却するので冷却による燃料１１の昇温が生じる。しかし、事前に加熱装置１２で昇温されフィルタユニット１７でろ過されているので、冷却による燃料１１の昇温が生じても新たな高分子状の物質の生成はなく、エンジン内でのフィルタ目詰まりは生じない。また、燃料油と廃食用油を混合したのち昇温するので、燃料油（重油）に含まれる微量重金属の触媒作用で不飽和脂肪酸由来の不純物の重合が促進される効果がある。
【００２７】
（第２の実施形態）
本発明による第２の実施形態の構成を、図６を参照して説明する。図６に示す第２の実施形態のディーゼルエンジン発電装置が図１に示す前記第１の実施形態と異なる点は、廃食用油管１９には、弁８とポンプ９に代えて圧縮ポンプ３と圧力調整弁４が介装され、混合セル７は廃食用油と重油を混合するキャビテーションノズル５を具備し、混合油管２１には加熱装置１２が介装されていない点である。廃食用油管１９はキャビテーションノズル５を介して混合セル７に接続されている。キャビテーションノズル５には圧力計６が設けられている。他の構成は前記第１の実施形態と同じであるので同一の符号を付して説明を省略する。
【００２８】
本実施例においては、混合手段は混合セル７とキャビテーションノズル５で構成され、加熱・昇温手段は、加圧手段である圧縮ポンプ３と圧力調整弁４とキャビテーションノズル５を含んで構成されている。キャビテーションノズル５は加圧・昇温手段と混合手段を兼ねている。
【００２９】
廃食用油タンク２の廃食用油は圧縮ポンプ３で加圧され、圧力調整弁４を介して、キャビテーションノズル５に導入される。キャビテーションノズル５に導入された廃食用油は、燃料油が供給されている混合セル７内に高圧噴射され、キャビテーションジェット１０を生じさせる。廃食用油はキャビテーションにより昇温されて燃料油と混合され、高分子状の物質の生成が促進される。高分子状の物質等の不純物を含む混合油はフィルタユニット１７で高分子状の物質等の不純物をろ過されたのち、燃料１１としてディーゼルエンジン１３へ供給される。燃料１１はエンジン内を循環して燃料噴霧系を冷却するので冷却による燃料１１の昇温が生じる。しかし、事前にフィルタユニット１７でろ過されているので、冷却による燃料１１の昇温が生じても新たな高分子状の物質の生成はなく、エンジン内でのフィルタ目詰まりは生じない。ディーゼルエンジン１３は供給された燃料を燃焼させて発電し、エンジン排ガスはフィルタを含む排ガス処理装置１５で処理されたのち、排気１６となって大気に放出される。これによりエンジン内でのフィルタ目詰まりは防止でき、２０００ｈ以上安定運転が可能になった。
【００３０】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態の構成を、図７を参照して説明する。図７に示す第３の実施形態のディーゼルエンジン発電装置が図１に示す前記第１の実施形態と異なる点は、排ガス処理装置１５の上流側の排ガスダクト２３に熱回収熱交換器２４が介装され、加熱装置１２に代えて熱交換器２０が混合油管２１に介装されている点である。熱交換器２０は熱回収熱交換器２４に熱媒体流路で接続されており、加熱流体側流路を熱回収熱交換器２４で熱回収して昇温された熱媒体が流れ、被加熱流体流路を混合セル７で混合生成された混合油が流れるように構成されている。他の構成は前記第１の実施形態と同じであるので同一の符号を付して説明を省略する。
【００３１】
本実施例においては、混合セル７で混合生成された混合油は排ガスを熱源に利用した熱交換器２０で昇温され、高分子状の物質の生成が促進される。図示の実施例では、熱回収の位置は排ガス処理装置１５の上流側としているが、混合油の昇温温度は８０℃程度なので、排ガス処理装置下流側で熱回収しても問題ない。高分子状の物質の生成が促進された混合油は、不純物を除去するフィルタユニット１７に導かれて高分子状の物質等の固形分が除去され、燃料１１としてディーゼルエンジン１３へ供給される。ディーゼルエンジン１３は供給された燃料を燃焼させて発電し、エンジン排ガスは熱回収熱交換器２４で熱回収された後、フィルタを含む排ガス処理装置１５で処理され、排気１６となって大気に放出される。これによりエンジン内でのフィルタ目詰まりは防止でき、２０００ｈ以上安定運転が可能になった。
【００３２】
なお、上記各実施例におけるフィルタユニット１７は、それぞれフィルタを備えた複数の流路を有し、各流路を系統から隔離できるようにしてある。したがって、所定の時間ごとに各流路を順次系統から切り離してフィルタの交換することで、エンジンへの混合油の供給を中断することがないようにしてある。
【００３３】
（比較例）
比較例を図８に示す。図８に示す比較例のディーゼルエンジン発電装置が図６に示す第２の実施形態と異なるのは、フィルタユニット１７が設けられていない点である。他の構成は前記第２の実施形態と同じであるので同一の符号を付して説明を省略する。
【００３４】
この場合、廃食用油タンク２の廃食用油は圧縮ポンプ３で加圧され、圧力調整弁４を介して、キャビテーションノズル５に導入される。キャビテーションノズル５に導入された廃食用油は、燃料油が供給されている混合セル７内に高圧噴射され、キャビテーションジェット１０を生じさせる。キャビテーションにより昇温された廃食用油は燃料油と混合されて高分子状の不純物を生成するが、フィルタユニット１７が設けられていないので、生成された混合油は高分子状の不純物を含んだまま、燃料１１としてディーゼルエンジン１３へ供給される。燃料油はエンジン内でポンプ冷却のために循環され、その温度は５０℃を越える。これにより、燃料１１内に含まれている高分子不純物の生成が促進され、エンジン内のフィルタを閉塞、およそ５０ｈで目詰まりを起こした。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の第１の実施形態のディーゼル発電装置の構成を示す系統図である。
【図２】加熱処理を行った混合油と加熱処理を行っていない混合油のろ過速度を比較して示すグラフである。
【図３】混合油を加熱後ろ過する場合とそれを更に再加熱後ろ過する場合の、ろ過に要する時間を比較して示すグラフである。
【図４】Ａ重油と廃食用油を混合する前に加熱した場合と混合後に加熱した場合の、ろ過に要する時間を比較して示すグラフである。
【図５】Ａ重油、廃食用油、Ａ重油と廃食用油を混合した混合油の３種の油それぞれについて、温度と粘度の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の第２の実施形態のディーゼル発電装置の構成を示す系統図である。
【図７】本発明の第３の実施形態のディーゼル発電装置の構成を示す系統図である。
【図８】比較例のディーゼル発電装置の構成を示す系統図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  燃料油タンク
２  廃食用油タンク
３  圧縮ポンプ
４  圧力調整弁
５  キャビテーションノズル
６  圧力計
７  混合セル
８  弁
９  ポンプ
１０  キャビテーションジェット
１１  燃料
１２  加熱装置
１３  ディーゼルエンジン
１４  発電機
１５  排ガス処理装置
１６  排気
１７  フィルタユニット
１８  燃料油管
１９  廃食用油管
２０  熱交換器
２１  混合油管
２２  弁
２３  排ガスダクト
２４  熱回収熱交換器
【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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