(57)【要約】      （修正有）【課題】  簡易な構成で機関の起動性を向上させることができ、しかもエマルジョン燃料の水分分離による機器等の腐食を防止することが可能なディーゼル機関の燃料供給方法および燃料供給装置を提供する。【解決手段】  少なくともディーゼル機関１３の起動時および停止前には、軽油２のみをディーゼル機関１３に供給し、ディーゼル機関の起動後には、ディーゼル機関１３に供給される燃料を軽油２を乳化して得られるエマルジョン燃料１０に切替える。ディーゼル機関１３の起動時には、軽油２のみがディーゼル機関１３に供給されるので、水分を含むエマルジョン燃料よりも着火性が向上し、機関の起動性を向上させることができる。ディーゼル機関１３の起動後には、機関に供給される燃料が軽油２を乳化して得られるエマルジョン燃料に切替られるので、機関の高効率化が図れ、排出されるＮＯｘ、未燃カーボン、ＨＣを低減することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともディーゼル機関の起動時および停止前には、液体燃料のみを該ディーゼル機関に供給し、該ディーゼル機関の起動後には、該ディーゼル機関に供給される燃料を前記液体燃料を乳化して得られるエマルジョン燃料に切替えることを特徴とするディーゼル機関の燃料供給方法。
【請求項２】
液体燃料を乳化させてエマルジョン燃料を生成する乳化装置と、少なくともディーゼル機関の起動時および停止前には、前記液体燃料のみを該ディーゼル機関に供給し、該ディーゼル機関の起動後は前記エマルジョン燃料を該ディーゼル機関に供給する燃料切替手段と、を備えたことを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置。
【請求項３】
前記ディーゼル機関の負荷状態および外気温に基づき、前記エマルジョン燃料に代えて前記液体燃料をディーゼル機関に供給することを特徴とする請求項１に記載のディーゼル機関の燃料供給方法。
【請求項４】
前記乳化装置は、前記液体燃料と水と界面活性剤とを撹拌する撹拌機を備えていることを特徴とする請求項２に記載のディーゼル機関の燃料供給装置。
【請求項５】
前記ディーゼル機関は、発電機を駆動させるために用いられることを特徴とする請求項１、３のいずれか１項に記載のディーゼル機関の燃料供給方法又は、請求項２、４のいずれか１項に記載のディーゼル機関の燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、軽油等の液体燃料を乳化して得られたエマルジョン燃料をディーゼル機関に供給する燃料供給方法および装置に関し、特にディーゼル機関の運転状況に基づき液体燃料とエマルジョン燃料とを切替えて供給するディーゼル機関の燃料供給方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼル機関は、熱効率が高く燃料消費率が小さいため、発電設備等に用いられている。ディーゼル機関の燃料としては、軽油、Ａ重油が用いられるが、窒素酸化物や粒子状物質の排出量が多いのが欠点である。そこで、ディーゼル機関の燃料として、乳化により得られたエマルジョン燃料を使用することが知られている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。特許文献１に記載された発明は、予備乳化により生成されたエマルジョン燃料の安定性を向上させるため、多孔質膜を通過させて再乳化を行うものである。特許文献２に記載された発明は、燃料供給源からの燃料と液体供給源からの液体とをミキサに供給し、このミキサによるエマルジョン燃料を常時ディーゼル機関に供給するものである。
【特許文献１】特開平６−３９２５９号公報
【特許文献２】特開平８−２４６９６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、特許文献１の発明においては、多孔質膜を用いた再乳化が必要であり、乳化プロセスが複雑となってエマルジョン燃料のコストが高くなるという問題がある。また、特許文献２の発明においては、エマルジョン燃料を常時ディーゼル機関に供給するので、起動時には着火性が低下し、機関の起動を円滑に行うことができないという問題がある。さらに、エマルジョン燃料を常時用いる場合は、機関の停止後に、機関内や燃料供給通路等に残留したエマルジョン燃料の水分の分離が生じ、この水分によって機器等が腐食するという問題がある。なお、長期間にわたり水分が分離しにくい高品質のエマルジョン燃料も存在するが、燃料としてコストが高くなり、ディーゼル発電等に用いるには問題がある。
【０００４】
そこでこの発明は、簡易な構成で機関の起動性を向上させることができ、しかもエマルジョン燃料の水分分離による機器等の腐食を防止することが可能なディーゼル機関の燃料供給方法および燃料供給装置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】
上記目的を達成するために請求項１に記載の発明は、少なくともディーゼル機関の起動時および停止前には、液体燃料のみを該ディーゼル機関に供給し、該ディーゼル機関の起動後には、該ディーゼル機関に供給される燃料を前記液体燃料を乳化して得られるエマルジョン燃料に切替えることを特徴とするディーゼル機関の燃料供給方法である。
【０００６】
請求項２に記載の発明は、液体燃料を乳化させてエマルジョン燃料を生成する乳化装置と、少なくともディーゼル機関の起動時および停止前には、前記液体燃料のみを該ディーゼル機関に供給し、該ディーゼル機関の起動後は前記エマルジョン燃料を該ディーゼル機関に供給する燃料切替手段と、を備えたことを特徴とするディーゼル機関の燃料供給装置である。
【０００７】
請求項３に記載の発明は、請求項１のディーゼル機関の燃料供給方法において、前記ディーゼル機関の負荷状態および外気温に基づき、前記エマルジョン燃料に代えて前記液体燃料をディーゼル機関に供給することを特徴としている。
【０００８】
請求項４に記載の発明は、請求項２のディーゼル機関の燃料供給装置において、前記乳化装置は、前記液体燃料と水と界面活性剤とを撹拌する撹拌機を備えていることを特徴としている。
【０００９】
請求項５に記載の発明は、請求項１、３のいずれか１項に記載のディーゼル機関の燃料供給方法又は、請求項２、４のいずれか１項に記載のディーゼル機関の燃料供給装置において、前記ディーゼル機関は、発電機を駆動させるために用いられることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１および請求項２に記載の発明によれば、ディーゼル機関の起動時には、液体燃料のみがディーゼル機関に供給されるので、水分を含むエマルジョン燃料よりも着火性が
向上し、機関の起動性を向上させることができる。ディーゼル機関の起動後には、機関に供給される燃料が液体燃料を乳化して得られるエマルジョン燃料に切替られるので、機関の高効率化が図れ、排出されるＮＯｘ、未燃カーボン、ＨＣを低減することが可能となる。ディーゼル機関の停止前には、再び液体燃料のみがディーゼル機関に供給されるので、ディーゼル機関が停止した際には、機関内および機関周辺の燃料供給通路等にはエマルジョン燃料は残留せず、液体燃料のみが残留することになる。したがって、ディーゼル機関の停止した際には、機関内および周辺の燃料供給通路等には水分は存在しなくなり、水分による機器や配管等の腐食を防止することができる。さらに、粘度が高いあるいは着火性が低いなど理由により、従来ディーゼル発電に利用できなかった燃料（油脂、廃食油、廃油、重質油等）でも、ディーゼル機関の運転状態に応じて燃料を切替えることにより使用可能となる。
【００１１】
請求項３に記載の発明によれば、ディーゼル機関の負荷状態および外気温に基づき、エマルジョン燃料に代えて液体燃料をディーゼル機関に供給するので、低負荷時における燃焼の不安定や低温時における着火性の低下が解消され、低負荷時および低温時にもディーゼル機関の安定した運転が可能となる。
【００１２】
請求項４に記載の発明によれば、乳化装置は、液体燃料と水と界面活性剤とを撹拌する撹拌機を備えているので、撹拌機によるこれら液体の混合によってエマルジョン燃料を容易にかつ短時間に生成することができる。これにより、複雑なプロセスが不要となりコストを低減することができる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、ディーゼル機関は、発電機を駆動させるために用いられるので、安価なエマルジョン燃料でディーゼル機関を運転することにより、発電単価を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
つぎに、この発明の実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。
【００１５】
図１ないし図４は、本発明の実施の形態を示している。符号１は、例えば液体燃料としての軽油２を貯留する燃料油タンクを示している。燃料油タンク１は、第１配管１ａを介して乳化装置５と接続されている。乳化装置５は、図２に示すように液槽６の下部に撹拌機７を備えている。液槽６には、水８および界面活性剤９が供給されるようになっている。撹拌機７は、モーターと撹拌用羽根とを有している。撹拌機７は、所定の比率で液槽６に供給された軽油２と水８と界面活性剤９を撹拌し、エマルジョン燃料１０を生成する機能を有している。撹拌機７は、軽油２と水８と界面活性剤９が液槽６に供給されている間は、これらの液体の混合による乳化を行うため、常時作動している。乳化装置５によって生成されたエマルジョン燃料１０は、燃料切替手段１１を経由してディーゼル機関１３に供給されるようになっている。燃料油タンク１の軽油２は、第２配管１ｂを介して燃料切替手段１１に直接供給されるようになっている。燃料切替手段１１は、図２に示すように、２個の切替弁１２ａ、１２ｂを有しており、ディーゼル機関１３の運転状況に応じて、ディーゼル機関１３に供給する燃料の種類を切替える機能を有している。第１切替弁１２ａは、開弁時のみ軽油２をディーゼル機関１３に供給する。第２切替弁１２ｂは、開弁時のみエマルジョン燃料１０をディーゼル機関１３に供給する。各切替弁１２ａ、１２ｂは、例えば電気信号により動作する電磁弁から構成されている。燃料切替手段１１には、制御手段１７が接続されている。燃料切替手段１１の各切替弁１２ａ、１２ｂは、制御手段１７からの信号に基づいて開閉作動し、軽油２またはエマルジョン燃料１０のいずれかをディーゼル機関１３に供給する。
【００１６】
本実施の形態においては、ディーゼル機関１３の効率を向上させるために、水分は２０〜３０％程度とされている。乳化のための水８は、コスト低減のために廃水（下水汚泥、消化液等）等を処理したものを利用することが望ましい。これにより、排水処理負荷の低減と、廃水中に残存するエネルギーの回収が可能となる。
【００１７】
ディーゼル機関１３には、機関の負荷状態を検出する負荷センサ１９が設けられている。負荷センサ１９からの信号は、制御手段１７に入力されている。ディーゼル機関１３の近傍には、外気温を検知する温度センサ２０が設けられている。温度センサ２０からの信号は、制御手段１７に入力されている。制御手段１７には、ディーゼル機関１３の起動信号Ｓ１および停止信号Ｓ２が入力されるようになっている。制御手段１７は、ディーゼル機関１３の起動時には、起動信号Ｓ１に基づき燃料切替手段１１を制御し、ディーゼル機関１３に軽油２を供給する機能を有する。同様に、制御手段１７は、ディーゼル機関１３の停止前には、停止信号Ｓ２に基づき燃料切替手段１１を制御し、ディーゼル機関１３に軽油２を供給する機能を有する。ディーゼル機関１３には、少なくとも機関の起動時および停止前を除き、燃料切替手段１１によりエマルジョン燃料１０が供給されるようになっている。ディーゼル機関１３には、起動後は通常エマルジョン燃料１０が供給されるが、ディーゼル機関１３の負荷状態や外気温に基づき、軽油２が供給される場合がある。つまり、低負荷の場合は着火遅れにより燃焼が不安定になるので、これを解消するため、燃料切替手段１１によって軽油２が供給される。同様に、外気温が低い場合では、着火性が低下するので、これを解消するために、燃料切替手段１１によって軽油２が供給される。
【００１８】
ディーゼル機関１３には、発電機１５が連結されている。発電機１５は、ディーゼル機関１３によって所定の速度で回転駆動され、例えば交流電力を生じさせる。発電機１５によって生じた交流電力は、図示されない送電線を経由して需要家などに供給される。
【００１９】
つぎに、この実施の態様における燃料供給方法および作用について説明する。
【００２０】
液体燃料としての軽油２は、たとえば精製基地等からタンクローリ等の輸送手段によって輸送され、燃料油タンク１に供給される。図４のステップ５１において、ディーゼル機関１３が起動時に該当するか否かが判断される。機関の起動信号Ｓ１が出力され、起動時と判断されると、ステップ５２に進み、燃料油タンク１内の軽油２は燃料切替手段１１の作動によってディーゼル機関１３に供給される。この状態では、第１切替弁１２ａのみが開弁し、第２切替弁１２ｂは閉弁している。このように、ディーゼル機関１３の起動時には、液体燃料としての軽油２のみがディーゼル機関１３に供給されるので、水分を含むエマルジョン燃料１０よりも着火性が向上し、機関の起動性を向上させることができる。つぎに、ステップ５３に進み、機関の停止前であるか否かが判断される。ステップ５３において、機関の停止信号Ｓ２が出力されておらず機関の停止前でないと判断された場合は、ステップ５４に進む。ステップ５４では、負荷センサ１９または温度センサ２０からの信号に基づき、機関が低負荷状態にあるか、または外気温が低いか否かが判断される。ここで、機関が低負荷状態でないと判断された場合は、ステップ５５に進む。同様に、外気温が低くないと判断された場合は、ステップ５５に進む。
【００２１】
ステップ５５においては、制御手段１７の指令信号に基づき燃料切替手段１１が作動し、エマルジョン燃料１０のみがディーゼル機関１３に供給される。この状態では、第２切替弁１２ｂのみが開弁し、第１切替弁１２ａは閉弁している。このように、ディーゼル機関１３の起動後には、機関に供給される燃料がエマルジョン燃料１０に切替られるので、機関の高効率化が図れ、かつ機関から排出されるＮＯｘ、未燃カーボン、ＨＣを低減することが可能となる。エマルジョン燃料１０は、水分を含むので、ディーゼル機関１３における燃焼雰囲気に水蒸気が存在することになり、未燃カーボンが発生しにくくなる。
【００２２】
乳化装置５によって生成されるエマルジョン燃料１０は、生成された後、すぐにディーゼル機関１３に供給されるので、水分の分離は進まず、安定した燃焼が行われる。また、生成されたエマルジョン燃料１０は、すぐにディーゼル機関１３に供給されることから、水分が分離しにくい高価なエマルジョン燃料を必要としない。したがって、乳化に必要な界面活性剤９は安価のものでよく、しかも少量でよい。
【００２３】
エマルジョン燃料１０によるディーゼル機関１３の運転中において、ステップ５４により機関が低負荷状態になったと判断されて場合は、ステップ５２に進み、再び燃料切替手段１１の作動により、ディーゼル機関１３には軽油２のみが供給される。そのため、低負荷時における燃焼の不安定が解消され、ディーゼル機関１３の安定した運転が可能となる。同様に、エマルジョン燃料１０によるディーゼル機関１３の運転中において、ステップ５４により外気温が低い状態にあると判断された場合は、燃料切替手段１１の作動により、ディーゼル機関１３には軽油２のみが供給される。これにより、低温時における着火性の低下が解消され、低温時にもディーゼル機関の安定した運転が可能となる。
【００２４】
エマルジョン燃料１０の供給中には、ステップ５６において常時機関の停止前か否かが判断される。機関の停止信号Ｓ２が出力され、停止前（停止直前）と判断されると、ステップ５２に進み、燃料切替手段１１の作動によって軽油２のみがディーゼル機関１３に供給される。その後、ディーゼル機関１３には軽油２のみが所定時間だけ供給され、ステップ５７に進み、切替弁１２ａ、１２ｂがいずれも閉弁し、ディーゼル機関１３への燃料供給は停止される。
【００２５】
このように、ディーゼル機関１３の停止前には、再び軽油２のみがディーゼル機関１３に供給されるので、ディーゼル機関１３が停止した際には、燃料供給通路等にはエマルジョン燃料１０は残留せず、軽油２のみが残留することになる。したがって、ディーゼル機関１３が完全に停止した際には、ディーゼル機関１３内および周辺の燃料供給通路等には水分は存在しなくなり、水分による機器や配管１ａ、１ｂ等の腐食を防止することができる。したがって、水分が分離しにくい高品質のエマルジョン燃料を用いる必要もなく、ディーゼル発電の発電コストを低減することができる。
【００２６】
図３は、ディーゼル機関の負荷状態に基づく燃料切替制御の一例を示している。図３のハッチング（斜線）部分が軽油２を供給する負荷領域を示している。機関の起動時は、負荷が０％であり、この状態ではディーゼル機関１３に軽油２が供給される。その後、負荷が５５％に増加するまで、軽油２の供給が継続される。負荷が５５％を超えると、ディーゼル機関１３に供給される燃料は、軽油２からエマルジョン燃料１０へ切替えられる。その後、負荷は１００％まで増加し、これに伴いエマルジョン燃料１０のディーゼル機関１３への供給が継続される。電力需要の変化に伴い負荷が４５％まで低下すると、ディーゼル機関１３に供給される燃料は、軽油２に切替えられる。このように、負荷状態に基づきディーゼル機関１３に供給される燃料の種類が切替えられる。そして、機関の停止前（停止直前）においては、ディーゼル機関１３に供給される燃料は軽油２に切替えられ、その後、ディーゼル機関１３への燃料供給は停止され、ディーゼル機関１３は停止に至る。本実施の態様では、負荷が４５％から５５％の範囲で供給される燃料の種類を切替えているが、これは一例であり、ディーゼル機関１３の特性により燃料切替の基準は異なる。また、例えば、着火遅れが検知された場合に、燃料をエマルジョン燃料１０から軽油２に切替えるようにしてもよい。
【００２７】
エマルジョン燃料１０での運転中に、ディーゼル機関１３を何らかの理由で非常停止させた場合は、ディーゼル機関１３の内部および燃料供給通路に、水分を含むエマルジョン燃料１０が残留することになる。この場合は、起動不可とし、液体燃料としての軽油２を用いてエマルジョン燃料１０のパージが行われる。したがって、ディーゼル機関１３内および周辺の燃料供給通路等に残留していたエマルジョン燃料１０は排出され、水分の分離による腐食の発生は防止される。
【００２８】
以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の態様では、液体燃料として軽油を用いたが、廃食油、油脂、廃油等を利用することも可能である。なお、油脂エマルジョン燃料等を使用する場合は、補助燃料として軽油またはＡ重油が必要となる。このように、軽油以外の燃料をディーゼル機関の燃料として利用することにより、廃棄物処理コストの低減とエネルギー利用が可能となる。
【００２９】
さらに、本実施の形態は、ディーゼル発電に適用した場合を説明したが、ディーゼル機関であれば発電に限定されることはなく、ディーゼル機関を用いた他のシステムの燃料供給にも適用できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の実施の形態に係わるディーゼル機関の燃料供給装置の構成ブロック図である。
【図２】図１のディーゼル機関の燃料供給装置の系統図である。
【図３】図１のディーゼル機関の燃料供給装置における燃料切替制御の特性図である。
【図４】図１の装置における燃料切替手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３１】
１          燃料油タンク
２          軽油（液体燃料）
５          乳化装置
６          液槽
７          撹拌機
８          水
９          界面活性剤
１０        エマルジョン燃料
１１        燃料切替手段
１２ａ      第１切替弁
１２ｂ      第２切替弁
１３        ディーゼル機関
１５        発電機
１７        制御手段
１９        負荷センサ
２０        温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
2007255297.tif 000005
【図４】
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