(57)【要約】【課題】ＢＤＦ、廃食用油その他の生物由来油を含む発電燃料（生物由来油混合燃料に同じ）を用いて小型ターボジェットエンジンを駆動することにより外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなう簡易型のコージェネシステムを構築する。【解決手段】小型ターボジェットエンジン駆動コージェネシステムにおいて、少なくとも給湯設備を外部の熱負荷として構成した給湯システムＸの特徴的構成は、小型ＴＪ１と、該ＴＪ１に生物由来油混合燃料を導入する燃料供給ライン10と、該ＴＪ１の回転動力を利用する小型発電機９と、発電により外部の電力負荷に対して電力供給する電力負荷用アウトプット11と、該ＴＪ１の排熱を導入して熱交換をおこなう自動車ラジエーター３と、これに水を導入する給水ライン13と、該ラジエーター３からの温熱水を外部の給湯設備に対してポンプ送給する給湯ライン12を具備したものである。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＢＤＦ、廃食用油その他の生物由来油を含有する発電燃料（以下、生物由来油混合燃料）を用いて外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなう熱併給発電システム（コージェネシステムに同じ）において、
生物由来油混合燃料を用いて小型ターボジェットエンジンを駆動することにより、簡易な熱併給発電をおこなうことを特徴する生物由来油を燃料とする小型ターボジェットエンジン駆動コージェネシステム。
【請求項２】
生物由来油混合燃料を用いて小型ターボジェットエンジンを駆動し、簡易な熱併給発電をおこなう小型ターボジェットエンジン駆動コージェネシステムであって、
小型ターボジェットエンジンと、該エンジンに生物由来油混合燃料を導入する燃料供給ラインと、前記エンジンの回転動力を利用する小型発電機と、発電により外部の電力負荷に対して電力供給する電力負荷用アウトプットと、前記エンジンの排熱を導入して熱交換をおこなう排熱回収用熱交換機器と、該機器に熱媒体を導入する媒体供給ライン及び該機器から外部の熱負荷に対して熱エネルギーを媒体供給する熱負荷用アウトプットを具備し、前記電力負荷用及び熱負荷用アウトプットをそれぞれ外部負荷に連系するようにしたことを特徴とする生物由来油を燃料とする小型ターボジェットエンジン駆動コージェネシステム。
【請求項３】
請求項１又は２記載の生物由来油を燃料とする小型ターボジェットエンジン駆動コージェネシステムにおいて、
少なくとも給湯設備を外部負荷として構成した小型ターボジェットエンジン駆動給湯システムであって、
小型ターボジェットエンジンと、該エンジンに生物由来油混合燃料を導入する燃料供給ラインと、前記エンジンの回転動力を利用する小型発電機と、発電により外部の電力負荷に対して電力供給する電力負荷用アウトプットと、前記エンジンの排熱を導入して熱交換をおこなう自動車ラジエーターと、これに水を導入する給水ラインと、該ラジエーターからの温熱水を外部の給湯設備に対してポンプ送給する給湯ライン
を具備したことを特徴とする生物由来油を燃料とする小型ターボジェットエンジン駆動給湯システム。
【請求項４】
小型ターボジェットエンジンがラジコンヘリその他の無人航空機に搭載されるものであり、給水ラインと給湯ラインの水又は温熱水を給湯設備を介して循環するようにした請求項３記載の生物由来油を燃料とする小型ターボジェットエンジン駆動給湯システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＢＤＦ、廃食用油その他の生物由来油を含有する発電燃料（以下、生物由来油混合燃料）を用いて外部負荷に対応する電力供給と排熱利用をおこなう熱併給発電システム（コージェネシステムに同じ）に係り、詳しくは、生物由来油混合燃料を用いて小型ターボジェットエンジンを駆動することにより簡易な熱併給発電をおこなう生物由来油を燃料とする小型ターボジェットエンジン駆動コージェネシステムに関する。
【０００２】
また、上記の小型ターボジェットエンジン駆動コージェネシステムにおいて、少なくとも給湯設備を外部の熱負荷として構成した生物由来油を燃料とする小型ターボジェットエンジン駆動給湯システムに関する。
【０００３】
なお、ＢＤＦはバイオディーゼルフュエル(Bio Diesel Fuel) の略であり、コージェネシステムは、コージェネレーションシステム(co-generation system)の通称である。以下の文中において、廃食用油とグリストラップ油、及び熱と熱エネルギーは互換的に使用する。
【背景技術】
【０００４】
わが国では大量の廃食用油（平成１７年度で１９０万トン）が発生しており、その一部（同４０万トン程度）は回収され、再利用の取り組みもなされてはいるが、より広範な利用先の開発が要請されている。
【０００５】
現在、利用先としてＢＤＦ（バイオディーゼルフュエル）がよく知られており、その指称のとおりディーゼル燃料として利用され発電燃料にもなっているが、発電効率は必ずしも良好とはいえず、化石燃料には到底及ばない。原料に由来する油脂の性状が異なることや軽油と比べて化学的特徴が劣るからである。
【０００６】
こうしたなかで、ＢＤＦの改質については種々の提案がある（例えば、特許文献１、２及び３を参照）。
【特許文献１】特開２００６−１０４４２８号公報
【特許文献２】特開２００５−２９７１５号公報
【特許文献３】特開２００５−２３１３９号公報
【０００７】
ところで、ＢＤＦを燃料としてターボジェットエンジン（以下、ＴＪ）を駆動することはこれまでに行われていない。
【０００８】
一方、バイオガスを燃料としてガスタービンを駆動するコージェネシステムについては、いくつかの提案がある（例えば、特許文献４及び５を参照）。
【特許文献４】特開２００２−２５６８８３号公報
【特許文献５】特開２０００−８８７８号公報
【０００９】
ここでは、蒸発性のガス（ＢＯＤ）や水素ガスを使用するものであるから、バイオとはいえＢＤＦとは異なる。
【００１０】
すなわち、ＢＤＦをＴＪに利用した事例は報告されていない。もちろん、ＢＤＦを燃料とするＴＪ駆動コージェネシステムについての提案も見当たらない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
発明が解決しようとする問題点は、第１に、生物由来油（特にＢＤＦ及び廃食用油）を燃料としてＴＪを直接駆動可能とすることにより、資源循環の用途を拡大する点にある。ここで、当面の課題は、安定駆動可能な混合燃料における生物由来油の混合割合を確認することである。
【００１２】
第２に、ＴＪの排気フレアから容易に排熱利用可能と推認されることから、電力供給と排熱利用をおこなう簡易型のコージェネシステムを開発する点にある。
【００１３】
第３に、市販のＴＪ実機に適用して性能試験を重ね、多目的のコージェネシステムを実用化する点にある。
【００１４】
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、上記課題の目標数値、パイロットプラントの運転及び性能試験をクリアして実現可能とした簡易型のコージェネシステムを提供するものである。具体的には、生物由来油を燃料とする小型ターボジェットエンジン駆動コージェネシステム及び小型ターボジェットエンジン駆動給湯システムである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
課題を解決するために本発明は、生物由来油混合燃料を用いて小型ターボジェットエンジンを駆動することにより、簡易な熱併給発電をおこなう生物由来油を燃料とする小型ターボジェットエンジン駆動コージェネシステムであって、
小型ターボジェットエンジンと、該エンジンに生物由来油混合燃料を導入する燃料供給ラインと、前記エンジンの回転動力を利用する小型発電機と、発電により外部の電力負荷に対して電力供給する電力負荷用アウトプットと、前記エンジンの排熱を導入して熱交換をおこなう排熱回収用熱交換機器と、該機器に熱媒体を導入する媒体供給ライン及び該機器から外部の熱負荷に対して熱エネルギーを媒体供給する熱負荷用アウトプットを具備し、前記電力負荷用及び熱負荷用アウトプットをそれぞれ外部負荷に連系するようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、先述した第１の課題に関し、生物由来油（特にＢＤＦ及び廃食用油）を燃料としてＴＪを直接駆動可能とするものであり、資源循環の用途を拡大することが期待できる。
【００１７】
また、ＴＪの安定駆動に係る混合燃料は、ＢＤＦの場合その混合割合を５−３０％程度、廃食用油の場合その混合割合を５−２０％程度としてそれぞれ使用可能であり、化石燃料の代替又は低減が期待できる〔後述〕。
【００１８】
第２の課題に関し、ＴＪの排気フレアからの排熱利用を外部負荷に連系し、簡易型のコージェネシステムを実現可能である。                                              
【００１９】
第３の課題に関し、生物由来油混合燃料を用いて市販のＴＪ実機を駆動することにより、簡易型の給湯システムを実施可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明を実施するための最良の形態を添付図面を参照して以下説明する。当然のことながら、本発明は最良形態における具体的な構成に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り本発明の保護範囲に含まれる。
【００２１】
本発明を実施するための最良形態は、上述した生物由来油を燃料とする小型ＴＪ駆動コージェネシステムにおいて、少なくとも給湯設備を外部負荷として連系し、小型ＴＪ駆動給湯システムを構成するものである〔以下、実施例給湯システムという〕。
【００２２】
図１は、実施例給湯システムの構成概要図である。
【００２３】
実施例給湯システムＸの特徴的構成は、小型ＴＪ１と、該ＴＪ１に生物由来油混合燃料を導入する燃料供給ライン10と、該ＴＪ１の回転動力を利用する小型発電機９と、発電により外部の電力負荷に対して電力供給する電力負荷用アウトプット11と、該ＴＪ１の排熱を導入して熱交換をおこなう自動車ラジエーター３と、これに水を導入する給水ライン13と、該ラジエーター３からの温熱水を外部の給湯設備に対してポンプ送給する給湯ライン12を具備したものである。
【００２４】
ここで、小型ＴＪ１は、ラジコンヘリその他の無人航空機に搭載される市販のものである。
【００２５】
また、給水ライン13と給湯ライン12の水又は温熱水を給湯設備〔図示省略〕を介して循環するようにしてもよい。
【００２６】
そこで、生物由来油としてＢＤＦ、グリストラップ油及びパラフィン油を用いた場合と、廃食用油を用いた場合の混合燃料のそれぞれについて、ＴＪ駆動に関する実験的事実に基づく性能の検証をしているので以下に説明する。本発明の効果を支持する結果となっている点が肯認されるはずである。
【００２７】
＜機器構成及び試験方法＞
混合燃料の違いを除く機器構成及び試験方法は共通である。小型ＴＪの実機は、ドイツ製のジェットキャットＰ８０[JetCat Fachhandeler社製] である。
【００２８】
図示の組み付けでは、ジェットキャットＰ８０に駆動軸を取り付けたラジコンヘリ用のＰＨＴ３ [同社製] を用い、この駆動軸に結合する小型発電機には自転車用発電機を用いている。
【００２９】
エンジン回転速度は、厳密に制御できないので、約３５００回転を低速、約６０００回転を中速、約１２０００回転を高速とした。
【００３０】
ガス分析は、排気ガスを約６０ｃｍのところから特製ポンプで５Ｌのテドラーバッグに採集して、ガス検知器（吸引ポータブルマルチガスモニターＧＸ２００３およびテスト−３５０型）にて検知、分析を行った。ばらつく場合は中間値をデータとして採用した。
【００３１】
＜ＢＤＦ混合燃料、グリストラップ油混合燃料を用いたＴＪ駆動試験（排気ガス分析を含む）＞
供試した混合燃料の組成は、灯油のみ（対照燃料）、ＢＤＦ５％及び１０％（別途３０％混合まで追試）、グリストラップ油５％、グリストラップ油５％にパラフィン油５％添加、及びグリストラップ油５％にパラフィン油２０％添加の６種類であり、共通組成は、特製タービンオイル〔AEROSHELL TURBINE OIL （商品名）〕５％添加、及び灯油（残部）である。
【００３２】
各種の供試燃料でのＴＪ駆動（中速回転）と排気ガス分析（３点平均）の結果を表１に示す。また、排気ガス分析のデータプロットを図２（硫化水素）、図３（一酸化炭素）、及び図４（炭化水素）に示す。
【００３３】
【表１】
2009243318.tif 000003
【００３４】
この結果及び考察を以下にまとめておく。
【００３５】
（１）ＢＤＦは３０％混合まで駆動可能であった。１０−２０％混合では安定して駆動可能であった。
【００３６】
（２）ＢＤＦ１０％混合及びグリストラップ５％混合の駆動では、灯油のみに比べて、それぞれ硫化水素、一酸化炭素、炭化水素の排出が１〜２割程度改善され、排気ガスの浄化が認められた。
【００３７】
＜ＢＤＦ混合燃料を用いたＴＪ（ＰＨＴ３）駆動による併熱発電試験＞
ついで、ＴＪ（ＰＨＴ３）に自転車用発電機を装着して発電をおこなうとともに、排気ガスの温度を計測して、併熱発電の性能（出力と排熱）を評価した。発電量の試験結果を表２に、排ガス温度の試験結果を表３に示す。
【００３８】
【表２】
2009243318.tif 000004
【００３９】
【表３】
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【００４０】
この試験結果及び考察を以下にまとめておく。
【００４１】
（１）高速駆動及び中速駆動で平均して約４Ｗ（交流）の発電能力を認めた。なお、供試したＴＪ（ＰＨＴ３）の減速歯車は軽量プラスチックであり、加重制限があるので、強度の高い歯車に改装し、かつ、トルクが合致したオールタネーターを装着すれば、より高い発電効率が得られるものと思われる。
【００４２】
（２）排気口から１０ｃｍの距離で、約３００℃の温度が得られることから、熱負荷（給湯）用のアウトプットとして利用できることが認められた。
【００４３】
＜ＢＤＦ混合燃料を用いた給湯システムの運転試験＞
そこで、排気口から約５０ｃｍの位置に自動車用ラジエーター３を配設した簡易型の給湯システム（上記実施例給湯システムＸに同じ）を試作し〔図１を参照〕、運転試験を行ったところ、１０分間で約２００Ｌ（１３℃）の水を４２℃まで加温できた。ここでは、給水ライン13と給湯ライン12の水又は温熱水を給湯設備（浴槽）を介して循環する構成とした。なお、ラジエーター３の配設位置と水の循環速度を改良すれば、より効率的な高速給湯が可能であると推認できる。
【００４４】
＜（廃）食用油混合燃料を用いたＴＪ駆動試験（排気ガス分析を含む）＞
次に、原料や用途により性状が異なる市販（後述のＮＳ、ＫＯを表記した）の食用油について、中速回転でのＴＪ駆動試験を行った。機器構成はＢＤＦの場合と同様であり、試験方法に関し、供試した混合燃料の組成は、各種５−１０％混合燃料とした（別途２０％混合まで追試）。これらの燃料の違いによる排気ガス分析のデータプロットを図５（硫化水素）、及び図６（二酸化炭素）に示す。
【００４５】
この結果及び考察を以下にまとめておく。
【００４６】
（１）排気口から６０ｃｍの距離で、硫化水素は３ポイント平均で、ケロシン（灯油）のみ（対照燃料）が４１．２ｐｐｍ、ＫＯクッキングオイル５％混合が５７．５ｐｐｍ、ＮＳサラダオイル５％混合が４１．２ｐｐｍ、ＮＳサラダオイル１０％混合が７２．２ｐｐｍであり、排ガス浄化が可能なＢＤＦやグリストラップ混合燃料と比べてむしろ低下した。
【００４７】
（２）従って、１０％程度の混合であれば、直接ＴＪ駆動に利用でき、しかも安定駆動可能であるとの知見を得た。
【００４８】
叙上のとおり、実験的事実の基づく実施例給湯システムの有用性を以下に要約しておく。
【００４９】
（１）ＴＪ利用により、小型で高速な簡易型の発電給湯システムを提供できる。
【００５０】
（２）生物由来油を利用するＴＪ駆動において、排気ガスが灯油のみ利用する場合に比べ、排気ガス浄化が可能である。
【００５１】
（３）ＢＤＦ及びグリストラップ油の１０−２０％混合燃料を用いてＴＪを安定駆動でき、灯油の節約が可能である。                                                      
【００５２】
（４）（廃）食用油の５−１０％混合燃料を用いてＴＪを安定駆動でき、灯油の節約が可能である。
【００５３】
（５）病院、老人介護施設、宿泊施設等の廃食用油（から精製したＢＤＦはもとより）を排出する施設において、この実施例給湯システムの利用可能性に期待ができる。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明は、ＢＤＦや廃食用油を使用して小型ＴＪを直接駆動可能とする簡易型のコージェネシステムを提供するものあり、エネルギーに係る資源循環の手法として新たな方途を開拓するものである。しかも、循環型社会を推進する開発技術として斯界に貢献するとが期待できる点で有益である。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】実施例給湯システムの構成概要図である。
【図２】各供試燃料でのＴＪ駆動（中速回転）に排気ガス分析（硫化水素）のデータプロットである。
【図３】各供試燃料でのＴＪ駆動（中速回転）の排気ガス分析（一酸化炭素）のデータプロットである。
【図４】各供試燃料でのＴＪ駆動（中速回転）の排気ガス分析（炭化水素）のデータプロットである。
【図５】廃食用油混合燃料の違いによるＴＪ駆動（中速回転）の排気ガス分析（硫化水素）のデータプロットである。
【図６】各供試燃料でのＴＪ駆動（中速回転）による排気ガス分析（二酸化炭素）のデータプロットである。
【符号の説明】
【００５６】
１  ＴＪ
２  排気口
３  自動車ラジエーター〔排熱回収用熱交換器〕
４  支持台
５  循環ポンプ
６  ジェット排気
７  回転軸歯車
８  減速歯車
９  発電機
10  燃料供給ライン
11  電力負荷用アウトプット
12  熱負荷用アウトプット（給湯ライン）
13  給水ライン〔媒体供給ライン〕
Ｘ  実施例給湯システム
【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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