(57)【要約】【課題】廃食用油を燃料油中に均一に分散でき、しかも副生成物が出ない廃食用油改質装置を提供する。【解決手段】タンク２内の燃料油と廃食用油の混合油を取り出す循環管路１１、取り出した混合油をタンク内に噴射する噴射ノズル４、混合油を昇圧して噴射ノズル４に供給する高圧ポンプ３、タンク内混合油の温度を検出する温度計７、温度計７の検出値に基づいてタンク内混合油の温度が予め設定された上限値以下になるように噴射ノズル４の噴射圧力をコントロールする制御装置８を備えたことを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料油と廃食用油の混合油を貯留するタンクと、そのタンク内の前記混合油を一部取り出す循環管路と、その循環管路を経て取り出した混合油を昇圧するポンプと、昇圧した混合油をタンク内の混合油に向けて噴射するノズルとを備えた廃食用油改質装置において、
前記タンク内の混合油の温度を検出する温度計と、その温度計の検出値に基づいて前記タンク内の混合油の温度が予め設定された上限値以下になるように前記高圧ポンプによる噴射ノズルの噴射圧力をコントロールする制御装置を備えたことを特徴とする廃食用油改質装置。
【請求項２】
請求項１に記載の廃食用油改質装置において、前記制御装置は、前記タンク内の混合油の温度が予め設定された上限値に到達すると前記噴射ノズルの噴射圧力を下げ、前記タンク内の混合油の温度が予め設定された下限値に到達すると前記噴射ノズルの噴射圧力を上げる信号を前記ポンプに出力する構成になっていることを特徴とする廃食用油改質装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の廃食用油改質装置において、前記タンクの上部空間の空気を不活性ガスに置換して、前記噴射ノズルから混合油の一部をタンク内の混合油に向けて噴射させることを特徴とする廃食用油改質装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の廃食用油改質装置において、前記噴射ノズルから混合油の一部をタンク内の混合油に向けて噴射させるとともに、不活性ガスをタンク内の混合油に向けて噴射させることを特徴とする廃食用油改質装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の廃食用油改質装置において、前記噴射ノズルの噴射方向が前記タンクの底面に向いていることを特徴とする廃食用油改質装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項に記載の廃食用油改質装置において、前記タンク内の混合油の上限値が前記廃食用油の酸化温度以下に設定されていることを特徴とする廃食用油改質装置。
【請求項７】
タンク内に貯留している燃料油と廃食用油の混合油を一部取り出して噴射ノズルから前記タンク内の混合油に向けて噴射させてキャビテーションジェットにより分散させる廃食用油改質方法において、
前記タンク内の混合油の温度を検出し、その混合油の温度が予め設定された上限値以下になるように前記噴射ノズルの噴射圧力をコントロールすることを特徴とする廃食用油改質方法。
【請求項８】
請求項７に記載の廃食用油改質方法において、前記タンク内の混合油の温度が予め設定された上限値に到達すると前記噴射ノズルの噴射圧力を下げ、前記タンク内の混合油の温度が予め設定された下限値に到達すると前記噴射ノズルの噴射圧力を上げるようにコントロールすることを特徴とする廃食用油改質方法。
【請求項９】
請求項７または８に記載の廃食用油改質方法において、前記タンク内に不活性ガスを導入してタンク内の空気と置換し、その後にタンク内に不活性ガスを供給しながら前記噴射ノズルから混合油をタンク内の混合油に向けて噴射することを特徴とする廃食用油改質方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の廃食用油改質方法において、前記不活性ガスと空気の置換前に、前記噴射ノズルの噴射圧力を下げて混合油を循環させることにより混合油を予備混合することを特徴とする廃食用油改質方法。
【請求項１１】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載の廃食用油改質装置と、その廃食用油改質装置で改質された廃食用油を燃料とする内燃機関と、その内燃機関により駆動される発電機と、前記内燃機関から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置とを備えたことを特徴とする発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食品産業などから排出される廃食用油の改質装置、改質方法ならびに改質された廃食用油を燃料として用いる例えばディーゼルエンジン発電設備などの発電システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に廃食用油は、食品産業や一般家庭などから大量に排出され、廃棄物として処理されている。そのため環境保全、資源活用の観点から廃食用油を有効利用する方法が要望されている。
【０００３】
従来の廃食用油の有効利用方法として、下記のようなものが挙げられる。  
廃食用油（脂肪酸+グリセリン＝トリグリセリン）から水分やゴミを取り除いた後、化学的にエステル化した、すなわちメタノールによってグリセリンを脂肪酸から切り離して、脂肪酸をメチルエステル化したＢＤＦもしくはＶＤＦと呼ばれるディーゼルエンジン用の燃料を得ることが盛んに行われているが、コストや副生成物の処理問題がある。
【０００４】
廃食用油と重油等のディーゼルエンジン用の燃料を混合して使用する場合は、廃食用油に含まれている水分やゴミが不完全燃焼の原因となり、燃焼効率の低下、粒子状物質（Particulate Matter： PM）の増加、燃料フィルタの閉塞などの要因となり、安定した燃焼が望めない。
【０００５】
そこで下記非特許文献１，２において、廃食用油に対して水を一定量混合してエマルジョン化するバイオディーゼル燃料の提案がなされている。しかし、水を少量添加するこの方式では、ＮＯｘやＳＯｘの低減は可能であるが、PM濃度は上昇する難点がある。
【０００６】
このような欠点を解消するため、キャビテーション作用を与えながら廃食用油と燃料油を均一に混合しながら廃食用油を改質する方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
図１０は、従来検討された廃食用油改質装置の概略構成図である。この廃食用油改質装置は、Ａ重油等の燃料油と廃食用油の混合油１を貯留するタンク２と、そのタンク２の側壁に設置された噴射ノズル４と、タンク２内の混合油１の一部をタンク２から取り出して循環する循環管路１１と、その循環管路１１を経て取り出した混合油１を昇圧して前記噴射ノズル４へ供給する高圧ポンプ３ならびに調圧装置５とを備えている。
【０００８】
循環管路１１を経てタンク２内の混合油１の一部を取り出し、高圧ポンプ３と調圧装置５によって高圧にしてから噴射ノズル４からタンク２内へ噴射させ、その噴出流との間に生じるキャビテーション６を利用して混合油１内の廃食用油を均一に分散させることができる。
【非特許文献１】舶用重質油エマルジョンのディーゼル機関への応用：日本舶用機関学会誌第２６巻第４号、Ｐ１４３−１４９
【非特許文献２】燃料乳化による４ストロークディーゼル機関の排気特性：日本機械学会誌第９回  動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集Ｐ３５７−３５８
【特許文献１】特開２００５−４１９２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし図１０に示す従来の廃食用油改質装置は、キャビテーション６を発生させるのみではなく、キャビテーションジェットにより油面が波立つ際に空気１０を取り込んでしまい、廃食用油が酸化することによる油の劣化が問題となっていた。
【００１０】
また図３に示すように従来の方法では改質処理時間の経過とともに油温が上昇し、廃食用油がより酸化し易い状況になっていることが確認できた。劣化した廃食用油は、ディーゼルエンジンの燃料フィルタを詰まらせ易くする物質が含まれており、燃料フィルタを頻繁に交換する必要があり、このままでは利用効率が悪い。
【００１１】
本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、廃食用油を燃料油中に均一に分散でき、しかも副生成物が出ない廃食用油の改質装置、改質方法ならびに発電システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記目的を達成するため本発明の第１の手段は、例えばＡ重油などの燃料油と廃食用油の混合油を貯留するタンクと、そのタンク内の前記混合油を一部取り出す循環管路と、その循環管路を経て取り出した混合油を昇圧するポンプと、昇圧した混合油をタンク内の混合油に向けて噴射するノズルとを備えた廃食用油改質装置において、
前記タンク内の混合油の温度を検出する温度計と、その温度計の検出値に基づいて前記タンク内の混合油の温度が予め設定された上限値以下（５０℃以下、好ましくは４０℃以下）になるように前記高圧ポンプによる噴射ノズルの噴射圧力をコントロールする制御装置を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第２の手段は前記第１の手段において、前記制御装置は、前記タンク内の混合油の温度が予め設定された上限値（例えば５０℃）に到達すると前記噴射ノズルの噴射圧力を下げ、前記タンク内の混合油の温度が予め設定された下限値（例えば３５℃）に到達すると前記噴射ノズルの噴射圧力を上げる信号を前記ポンプに出力する構成になっていることを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第３の手段は前記第１または第２の手段において、前記タンクの上部空間の空気を例えば窒素ガスなどの不活性ガスに置換して、前記噴射ノズルから混合油の一部をタンク内の混合油に向けて噴射させることを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第４の手段は前記第１または第２の手段において、前記噴射ノズルから混合油の一部をタンク内の混合油に向けて噴射させるとともに、不活性ガスをタンク内の混合油に向けて噴射させることを特徴とするものである。
【００１６】
本発明の第５の手段は前記第１ないし第４のいずれかの手段において、前記噴射ノズルの噴射方向が前記タンクの底面に向いていることを特徴とするものである。
【００１７】
本発明の第６の手段は前記第１ないし第５のいずれかの手段において、前記タンク内の混合油の上限値が前記廃食用油の酸化温度以下（例えば５０℃以下）に設定されていることを特徴とするものである。
【００１８】
本発明の第７の手段は、タンク内に貯留している燃料油と廃食用油の混合油を一部取り出して噴射ノズルから前記タンク内の混合油に向けて噴射させてキャビテーションジェットにより分散させる廃食用油改質方法において、
前記タンク内の混合油の温度を検出し、その混合油の温度が予め設定された上限値以下になるように前記噴射ノズルの噴射圧力をコントロールすることを特徴とするものである。
【００１９】
本発明の第８の手段は前記第７の手段において、前記タンク内の混合油の温度が予め設定された上限値に到達すると前記噴射ノズルの噴射圧力を下げ、前記タンク内の混合油の温度が予め設定された下限値に到達すると前記噴射ノズルの噴射圧力を上げるようにコントロールすることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の第９の手段は前記第７または第８の手段において、前記タンク内に不活性ガスを導入してタンク内の空気と置換し、その後にタンク内に不活性ガスを供給しながら前記噴射ノズルから混合油をタンク内の混合油に向けて噴射することを特徴とするものである。
【００２１】
本発明の第１０の手段は前記第９の手段において、前記不活性ガスと空気の置換前に、前記噴射ノズルの噴射圧力を下げて混合油を循環させることにより混合油を予備混合することを特徴とするものである。
【００２２】
本発明の第１１の手段は発電システムにおいて、前記第１ないし第６の手段の廃食用油改質装置と、その廃食用油改質装置で改質された廃食用油を燃料とする例えばディーゼルエンジンなどの内燃機関と、その内燃機関により駆動される発電機と、前記内燃機関から排出される排ガスを処理する排ガス処理装置とを備えたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２３】
本発明は前述のような構成になっており、改質処理中の廃食用油の酸化が抑制されて、廃食用油を燃料油中に均一に分散でき、しかも副生成物が出ない廃食用油の改質装置、改質方法ならびに発電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】
【００２４】
次に本発明の各実施形態について図面とともに説明する。図２は、廃食用油改質装置を用いた発電システムの全体の概略構成図である。
【００２５】
本実施形態に基づくディーゼルエンジン発電システムは、後述する廃食用油改質装置１２と、その廃食用油改質装置１２の排油口から送油管１３を介して燃料供給口に接続されたディーゼルエンジン１４と、そのディーゼルエンジン１４の排ガス出口から排気管１５を介して接続された排ガス処理装置１６と、前記ディーゼルエンジン１４の出力軸に連結された発電機１７とを有している。図中の１８は煙突である。
【００２６】
図１は、第1の実施形態に係る廃食用油改質装置の概略構成図である。同図に示すように、タンク２内には、例えばＡ重油などの燃料油と廃食用油（脂肪酸+グリセリン＝トリグリセリン）との混合物である混合油１が貯留されている。廃食用油としては、食品加工工場などから排出された、粘度がＡ重油より約１桁大きい食用油が用いられる。Ａ重油と廃食用油は例えばＡ重油：廃食用油＝７０〜８０：３０〜２０の重量割合でタンク２内に投入される。
【００２７】
このタンク２の側壁にタンク２内へ向けて噴射ノズル４が設置されている。タンク２の外には混合油１の一部を循環する循環管路１１が設けられ、循環管路１１は、高圧ポンプ３ならびに調圧装置５を介して前記噴射ノズル４に接続されている。そしてこの噴射ノズル４を用いてタンク２内に混合油１の一部を循環して噴射させ、その噴出流との間に生じるキャビテーションジェット６を利用して混合油１中に廃食用油を均一に分散させることができる。
【００２８】
この噴射ノズル４を通してタンク２内に噴射された廃食用油は、そのジェット噴流により噴射ノズル４の周囲に存在するＡ重油を巻き込みながら、高密度のキャビテーションジェット６を形成する。このキャビテーションジェット６では、油が高速で流動し、強い圧力変動下で油中に気泡状の空洞（キャビティ）が無数に発生し、この気泡が超高速で潰れ、その気泡崩壊時における衝撃圧の発生や強い流動、攪拌、混合作用により、廃食用油が低分子化、微粒子化して改質される。このようにして廃食用油は改質されながら、噴出流による激しい攪拌作用によりＡ重油と均一に混合される。
【００２９】
タンク２内の混合油１の温度を測定する温度計７をタンク２に設け、温度計７の検出信号は制御装置８に入力され、制御装置８からは制御信号が前記高圧ポンプ３と調圧装置５に出力されることにより、混合油１の温度が一定温度ＴＬ以下となるように温度制御されている。温度ＴＬは具体的には５０℃、好ましくは３５〜４０℃であるが、本発明はこの温度に限定されるものではない。
【００３０】
具体的には、タンク２内にローサルファのＡ重油（Ｓ濃度＜０．１％）と、食品加工工場から回収された廃食用油をＡ重油：廃食用油＝７０：３０の割合で投入した。
【００３１】
噴射ノズル４から１ＭＰａ以下の低圧で混合油１を循環噴射させ、予備混合を一定時間行った。次に噴射ノズル４の噴射圧力を１２ＭＰａまで上昇させて、タンク２内でキャビテーションジェット６を発生させ、廃食用油をＡ重油内に均一に分散させながら改質を行う。高圧ポンプ３は約６０分間稼働させ、その間混合油１の油温を温度計７で計測し、混合油１の油温が４０℃に到達すると高圧ポンプ３の圧力を下げる信号を制御装置８から高圧ポンプ３に出力し、混合油１の油温が３５℃まで下がると高圧ポンプ３の圧力を元の圧力に戻す信号を制御装置８から高圧ポンプ３に出力する。このように高圧ポンプ３の圧力をコントロールする関係上、高圧ポンプ３にはそれの圧力を検出する圧力検出センサが付設されて、圧力検出センサからの検出信号は制御装置８に入力される。
【００３２】
本実施形態での処理時間と混合油温度との関係を図３中の黒丸印で示している（発明１）。この図から明らかなように、廃食用油の改質処理の間に混合油の温度を３５〜４０℃の範囲に抑えることができた。
【００３３】
図４は、本発明の第２の実施形態を説明するための概略構成図である。本実施形態で前記第１の実施形態と相違する点は、ノズル４から低圧で混合油１を噴射させて予備混合した後、タンク２内の上部空間部に不活性ガスとして窒素ガス９を導入して空気１０と置換し、その後ノズル圧力を上昇してタンク２内でキャビテーション６を発生させた点である。
【００３４】
空気１０と窒素ガス９を置換する際、タンク２内を密閉できる構造として、空気１０をタンク２から追い出して窒素ガス９を封入する方法と、密閉型のタンク２を使用しないで窒素ガス９を常時タンク２内に供給する方法がある。
【００３５】
図５は、本発明の第３の実施形態を説明するための概略構成図である。本実施形態で前記第２の実施形態と相違する点は、予めタンク２内の上部空間部にある空気１０を窒素ガス９と置換する代わりに、タンク２内の混合油１に対して窒素ガス９を供給しつつ、ノズル圧力を上昇してタンク２内でキャビテーション６を発生させた点である。
【００３６】
この窒素ガス９の供給方法としては、噴射ノズル４の先端部に窒素ガス９を吹き込むための配管を接続して、噴射ノズル４の先端から混合油１と窒素ガス９を混合して噴射する方法と、噴射ノズル４とは別に窒素ガス９を吹き込むための配管を設け、噴射ノズル４によって形成されるキャビテーションジェット６に向けて窒素ガス９を噴射する方法がある。
【００３７】
図６は、本発明の第４の実施形態を説明するための概略構成図である。本実施形態の場合も前記実施形態と同様に、タンク２内にローサルファのＡ重油（Ｓ濃度＜０．１％）、食品加工工場から回収された廃食用油をＡ重油：廃食用油＝７０：３０の割合で投入した。
【００３８】
噴射ノズル４から１ＭＰａ以下の低圧で混合油１を循環噴射させ、予備混合を一定時間行った。次に不活性ガスとして窒素ガスをタンク２内に導入して、タンク２内の空気と置換した。さらにタンク２内の混合油１に対して窒素ガスを一定流量で供給しつつ、噴射ノズル４の噴射圧力を１２ＭＰａまで上昇させて、タンク２内でキャビテーション６を発生させ、廃食用油をＡ重油内に均一に分散させた。
【００３９】
高圧ポンプ３は約６０分間稼動させ、その間混合油１の油温を温度計７で計測し、混合油１の油温が４０℃に到達すると高圧ポンプ３の圧力を下げる信号を制御装置８から高圧ポンプ３に出力し、混合油１の油温が３５℃まで下がると高圧ポンプ３の圧力を元の圧力に戻す信号を制御装置８から高圧ポンプ３に出力した。それによって混合油の温度を３５〜４０℃の範囲に維持することができ、改質油を安定して調整することができた。
【００４０】
本実施形態での処理時間と混合油温度との関係を図７中の黒三角印で示している（発明２）。この図から明らかなように、混合油の温度上昇を前記第１の実施形態（発明１）よりも更に低く抑えることができた。本実施形態において温度上昇が低く抑えられたのは、窒素ガスによる冷却効果に加えて酸化反応が抑制されたものと考えられる。
【００４１】
前述のようにして調整した改質油を燃料フィルタに模擬したろ紙を用いてろ過試験を実施し、一定量（５００ｍｌ）がろ過される時間を測定すると、ろ過速度は５００ｍｌ／ｈ〜４００ｍｌ／ｈであった。これに対して図１０に示す従来の方法で調整した改質油をろ過試験してみるとろ過速度は１３０ｍｌ／ｈ〜１４０ｍｌ／ｈであり、本実施形態によればろ過速度を２．９〜３．８倍速くすることができる。このようにろ過速度が速いことは、改質反応時における副生成物の発生が少ないかあるいは無いことを意味している。
【００４２】
図８は、本発明の第５の実施形態を説明するための概略構成図である。本実施形態で前記第１の実施形態と相違する点は、ノズル４の噴射方向を水平方向からタンク２の底面側に向けて傾斜させた点である。
【００４３】
このようにノズル４の噴射方向を変更することにより、ノズル４からの噴射の勢いで混合油１の液面の盛り上がりによるタンク２内の空気の取り込みが少なくなり、混合油１の酸化反応が抑制される。
【００４４】
図９は、本発明の第６の実施形態を説明するための概略構成図である。本実施形態で前記第５の実施形態と相違する点は、混合油１内に窒素ガス９を供給する配管を追設し、その配管もノズル４と同様にタンク２の底面側に向けて傾斜させた点である。
【００４５】
前記実施形態では不活性ガスとして窒素ガスを用いたが、炭酸ガスやアルゴンガスあるいはそれらの混合ガスなど他のガスを使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る廃食用油改質装置の概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態に係る廃食用油改質装置を用いたディーゼルエンジン発電システムの全体の概略構成図である。
【図３】混合油の処理時間に伴う混合油の温度の変化を示す特性図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る廃食用油改質装置の概略構成図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る廃食用油改質装置の概略構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態に係る廃食用油改質装置の概略構成図である。
【図７】混合油の処理時間に伴う混合油の温度の変化を示す特性図である。
【図８】本発明の第５の実施形態に係る廃食用油改質装置の概略構成図である。
【図９】本発明の第６の実施形態に係る廃食用油改質装置の概略構成図である。
【図１０】従来検討された廃食用油改質装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
１：混合油、２：タンク、３：高圧ポンプ、４：噴射ノズル、５：調圧装置、６：キャビテーションジェット、７：温度計、８：制御装置、９：窒素ガス、１０：空気、１１：循環管路、１２：廃食用油改質装置、１３：送油管、１４：ディーゼルエンジン、１５：排気管、１６：排ガス処理装置、１７：発電機、１８：煙突。
【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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