CN101389842B - 生物柴油燃料发动机系统以及生物柴油燃料发动机的运转方法 - Google Patents

Abstract

提供一种不必通过甲酯法进行改质处理，能够从源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源生成现有的柴油发动机用的生物质能燃料，由此能够以低燃费高可靠性且稳定运转的生物柴油燃料发动机系统以及生物柴油燃料发动机的运转方法。以源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源为燃料原液，在燃料原液中添加界面活性剂，利用细微化装置(1)将燃料原液细微化到10μm以下的粒径，制成生物质能燃料，通过生物质能燃料供给系统(50)将生物质能燃料供给到燃料喷射装置(51)，用该燃料喷射装置将生物质能燃料以喷雾方式喷到发动机工作缸(52)内来运转柴油发动机(53)。

Description

生物柴油燃料发动机系统以及生物柴油燃料发动机的运转方法

技术领域

本发明涉及一种不必通过甲酯法进行改质处理，能够从源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源生成现有的柴油发动机用的生物质能燃料，由此能够以低燃费高可靠性且稳定运转的生物柴油燃料发动机系统以及生物柴油燃料发动机的运转方法。

背景技术

在专利文献1或专利文献2中公开有一种将动植物油用作燃烧器炊事用的燃料的技术。另一方面，近年来，作为柴油发动机用燃料，生物柴油燃料(BDF)受到注目。该生物柴油燃料通过甲酯法将动植物油改质而燃料化。通过甲酯法降低动植物油的燃点，或降低动粘度，改善燃料喷射特性，由此可以适用于现有的柴油发动机。

专利文献1：日本特开2003-294221号公报

专利文献2：日本特开2004-198050号公报

但是，在通过甲酯法改质动植物油而将其燃料化的情况下，存在下面这样的问题。

(1)使动植物油和甲醇进行化学反应而将其燃料化，包括改质处理需要的设备成本在内改质处理成本高，比轻油贵。

(2)作为副生成物生成甘油，其处理也需要花费工夫和成本。另外，由于这样产生副生成物，所以从动植物油得到的生物柴油燃料的产量。

(3)由于是脱甘油处理，所以得到的生物柴油燃料的热量小，得不到高输出。

(4)在不混合轻油等矿物燃料，100％使用生物柴油燃料的情况下，由于没有润滑物质，所以在柴油发动机容易产生烧粘等机械损伤，可靠性低。

发明内容

本发明是鉴于上述现有课题而开发出的，其目的在于提供一种不必通过甲酯法进行改质处理，能够从源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源生成现有的柴油发动机用的生物质能燃料，能够以低成本制作，或者没有副生成物，因此可以减少改质处理的工夫和成本且产量高，并且通过得到的生物质能燃料本身可得到良好的润滑性能，利用改质处理后也具有高热量的生物质能燃料可得到高输出，由此能够以低燃费高可靠性且稳定运转的生物柴油燃料发动机系统以及生物柴油燃料发动机的运转方法。

本发明的生物柴油燃料发动机系统的特征在于，以未通过甲酯法进行改质处理的源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源为燃料原液，在燃料原液中添加界面活性剂，利用细微化装置将燃料原液细微化到10μm以下的粒径，制成生物质能燃料，所述细微化装置在燃料原液的流动方向上交替设有多个喷嘴以及多个转子，所述喷嘴使压送的燃料原液加速，所述转子的转子面朝向所述喷嘴配置，并且所述转子用于冲撞燃料原液且旋转自如，在所述转子上贯通形成有斜方向狭缝，所述斜方向狭缝位于所述转子面的外周部，在流通的燃料原液的作用下使所述转子旋转，同时通过该旋转在燃料原液流上作用剪切力，产生回旋流，并击溃燃料原液，

多个所述喷嘴沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述喷嘴的口径设定得小于下游侧的所述喷嘴的口径，多个所述转子沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述转子的外径尺寸设定得小于下游侧的所述转子的外径尺寸，所述斜方向狭缝沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述斜方向狭缝的大小设定得小于下游侧的所述斜方向狭缝的大小，在交替设置的所述喷嘴以及所述转子的燃料原液流动方向下游侧，具有与成为回旋流流入的燃料原液发生冲撞的凹状壁部，在其内部设有使燃料原液在层流状态下搅拌混合的混合腔，并且，所述细微化装置还设有对燃料原液作用磁力的磁化单元，所述磁化单元被设置成沿着燃料原液的流动方向将交替设置的所述喷嘴以及所述转子到所述混合腔全部包围，通过生物质能燃料供给系统将生物质能燃料供给到燃料喷射装置，用该燃料喷射装置将生物质能燃料以喷雾方式喷到生物柴油燃料发动机工作缸内来运转生物柴油燃料发动机。

生物柴油燃料发动机系统的特征在于，对于所述生物质能燃料供给系统，并设供给轻油或重油等矿物燃料的矿物燃料供给系统，并且具有对矿物燃料供给系统以及生物质能燃料供给系统与所述燃料喷射装置的连接进行切换的切换装置。

生物柴油燃料发动机系统的特征在于，所述生物质能燃料供给系统具有对生物质能燃料进行加温的加温装置。

所述的生物柴油燃料发动机系统的特征在于，包括从燃料原液生成生物质能燃料的所述细微化装置的制造单元装卸自如地与所述生物质能燃料供给系统连接。

生物柴油燃料发动机系统的特征在于，所述制造单元具有储存生成的生物质能燃料的生物质能燃料储存箱。

生物柴油燃料发动机系统的特征在于，对于所述生物质能燃料储存箱，并设储存矿物燃料且装卸自如地与所述矿物燃料供给系统连接的矿物燃料储存箱，从而构成燃料储存设备。

本发明的生物柴油燃料发动机的运转方法，其特征在于，将未通过甲酯法进行改质处理的源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源作为燃料原液，在燃料原液中添加界面活性剂，利用细微化装置将燃料原液细微化到10μm以下的粒径，制成生物质能燃料，所述细微化装置在燃料原液的流动方向上交替设有多个喷嘴以及多个转子，所述喷嘴使压送的燃料原液加速，所述转子的转子面朝向所述喷嘴配置，并且所述转子用于冲撞燃料原液且旋转自如，在所述转子上贯通形成有斜方向狭缝，所述斜方向狭缝位于所述转子面的外周部，在流通的燃料原液的作用下使所述转子旋转，同时通过该旋转在燃料原液流上作用剪切力，产生回旋流，并击溃燃料原液，多个所述喷嘴沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述喷嘴的口径设定得小于下游侧的所述喷嘴的口径，多个所述转子沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述转子的外径尺寸设定得小于下游侧的所述转子的外径尺寸，所述斜方向狭缝沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述斜方向狭缝的大小设定得小于下游侧的所述斜方向狭缝的大小，在交替设置的所述喷嘴以及所述转子的燃料原液流动方向下游侧，具有与成为回旋流流入的燃料原液发生冲撞的凹状壁部，在其内部设有使燃料原液在层流状态下搅拌混合的混合腔，并且，所述细微化装置还设有对燃料原液作用磁力的磁化单元，所述磁化单元被设置成沿着燃料原液的流动方向将交替设置的所述喷嘴以及所述转子到所述混合腔全部包围，通过生物质能燃料供给系统将生物质能燃料供给到燃料喷射装置，用该燃料喷射装置将生物质能燃料以喷雾方式喷到生物柴油燃料发动机工作缸内来运转生物柴油燃料发动机。

发明效果

根据本发明的生物柴油燃料发动机系统以及生物柴油燃料发动机的运转方法，不必通过甲酯法进行改质处理，能够从源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源生成现有的柴油发动机用的生物质能燃料，能够以低成本制作，或者没有副生成物，因此可以减少改质处理的工夫和成本且产量高，并且通过得到的生物质能燃料本身可得到良好的润滑性能，利用改质处理后也具有高热量的生物质能燃料可得到高输出，由此能够以低燃费高可靠性且稳定运转。

附图说明

图1是表示本发明的生物柴油燃料发动机系统的优选的一实施方式的概略构成图；

图2是可以适用于图1的生物柴油燃料发动机系统的细微化装置的一例的侧截面图；

图3是适用于图2所示的细微化装置的磁化单元的主视截面图；

图4是用于说明通常的燃料喷射装置的燃料喷雾状态和按照本实施方式制成的生物质能燃料被通常的燃料喷射装置喷射时的燃料喷雾状态的说明图。

图中：

1-细微化装置；

50-生物质能燃料供给系统；

51-燃料喷射装置；

52-发动机工作缸；

53-柴油发动机；

54-矿物燃料供给系统；

55-切换阀；

56-加温装置；

57-制造单元；

58-生物质能燃料储存箱；

59-矿物燃料储存箱。

具体实施方式

以下，参考附图详细说明本发明的生物柴油燃料发动机系统以及生物柴油燃料发动机的运转方法的优选一实施方式。本发明的生物柴油燃料发动机系统基本上如图1到图4所示，将源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源作为燃料原液，在燃料原液中添加界面活性剂，利用细微化装置1细微化到10μm以下的粒径，制成生物质能燃料，将生物质能燃料通过生物质能燃料供给系统50供给到燃料喷射装置51，用燃料喷射装置51将生物质能燃料喷雾到发动机工作缸52内，来运转柴油发动机53。

对于生物质能燃料供给系统50，并设供给轻油或重油等矿物燃料的矿物燃料供给系统54，并且具有作为切换装置的切换阀55，该切换阀55相对于燃料喷射装置51切换矿物燃料供给系统54以及生物质能燃料供给系统50的连接。生物质能燃料供给系统50具有对生物质能燃料进行加温的加温装置56。包括从燃料原液制成生物质能燃料的细微化装置1的制造单元57装卸自如地连接于生物质能燃料供给系统50。制造单元57具有储存制成的生物质能燃料的生物质能燃料储存箱58。对应生物质能燃料储存箱58并设矿物燃料储存箱59，矿物燃料储存箱59储存矿物燃料，并且装卸自如地连接于矿物燃料供给系统54，由这些箱58、59构成燃料储存设备。

本实施方式的生物柴油燃料发动机系统的运转方法基本上以源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源作为燃料原液，在燃料原液中添加界面活性剂，利用细微化装置1将其细微化到10μm以下的粒径，制成生物质能燃料，将生物质能燃料通过生物质能燃料供给系统50供给到燃料喷射装置51，用燃料喷射装置51将生物质能燃料喷雾到发动机工作缸52内，从而运转柴油发动机53。

本实施方式的生物柴油燃料发动机系统主要包括：使用柴油发动机53的各种成套设备或柴油发动机汽车等柴油发动机设备60；用于准备供给柴油发动机设备60燃料的燃料设备61。

作为成为燃料原液的源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源，可以使用不适于通常燃料化的以饱和脂肪酸为主或大量含有的加工油脂即黄油，动物性油脂即牛脂、猪脂、植物性油脂中可以使用棕榈核油、棕榈油、椰子油，并且可以使用除此之外的大豆油、芝麻油、米糠油、菜油橄榄油、红花油(高油精、高亚油)、葵花油、玉米油、进而鱼油如从黄肌金枪鱼、沙丁鱼、鲑鱼提取的油等各种动物性植物性油脂。对于这些液状生物质能资源，可以添加水，也可以不添加水。另外，固化状态的油脂，可通过加热等熔融液化来使用即可。

燃料设备61具有从燃料原液制成生物质能燃料的制造单元57。制造单元57主要包括：装载容纳燃料原液即液状生物质能资源的原液箱62；对从原液箱62供给的燃料原液进行细微化处理，使其粒径达到10μm以下的后述的细微化装置1；在供给向细微化装置1的燃料原液中从辅助剂箱63添加界面活性剂的辅助剂添加系统38；暂时存储通过用细微化装置1细微化而生成的生物质能燃料的生物质能燃料储存箱58。

在生物质能燃料储存箱58的出口侧设有过滤器64，过滤器64仅使粒径在10μm以下的粒径的生物质能燃料成分透过。另外，在生物质能燃料储存箱58核细微化装置1的流入侧之间设有循环系统65，循环系统65用于使通过细微化制成的生物质能燃料不是仅一次而是多次地在细微化装置1循环流通，促进细微化。在生物质能燃料储存箱58的出口侧装卸自如地连接供油软管66，供油软管66用于将生物质能燃料供油到柴油发动机设备60。另外，在燃料设备61，对于生物质能燃料储存箱58并设暂时存储轻油或重油等矿物燃料的矿物燃料储存箱59，在该矿物燃料储存箱59上装卸自如地连接用于向柴油发动机设备60供油的供油软管67。

柴油发动机设备60主要包括：供给生物质能燃料的生物质能燃料供给系统50，其上装卸自如地连接供油软管66，且供油软管66与制造单元57的生物质能燃料储存箱58连接；供给矿物燃料的矿物燃料供给系统54，其上装卸自如地连接供油软管67，供油软管67与矿物燃料储存箱59连接；柴油发动机53；向柴油发动机53的发动机工作缸52内喷雾燃料的燃料喷射装置51；切换阀55，其为了对燃料喷射装置51选择性地供给矿物燃料或生物质能燃料之中的任一种，进行切换动作，将燃料喷射装置51与矿物燃料供给系统54以及生物质能燃料供给系统50之中的任一个连接。

生物质能燃料供给系统50具有生物质能燃料箱68，其储存从燃料设备61的制造单元57供给的生物质能燃料。矿物燃料供给系统54具有矿物燃料箱69，其储存从燃料设备61的矿物燃料储存箱59供油的矿物燃料。切换阀55对矿物燃料供给系统54以及生物质能燃料供给系统50的切换控制，虽然在任何的时刻都可以进行，但优选设定为例如在发动机启动时等发动机冷时或发动机低速旋转时，将燃料喷射装置51与矿物燃料供给系统54连接，用矿物燃料运转柴油发动机53，在此外的其他运转状态下，将燃料喷射装置51与生物质能燃料供给系统50连接，用生物质能燃料运转柴油发动机53。

另外，柴油发动机设备60设有对生物质能燃料进行加温而使其低粘度化的加温装置56。该加温装置56包括：设于柴油发动机53的排气系统70上，由废气加热热媒的热交换器71；设于生物质能燃料箱68上，由热媒的热加温生物质能燃料的加温部72；使热媒在加温部72和热交换器71之间循环流通的热媒循环系统73。由切换阀55从生物质能燃料供给系统50以及矿物燃料供给系统54择一供给的生物质能燃料以及矿物燃料被供给到燃料喷射装置51。燃料喷射装置51将这些燃料喷雾到发动机工作缸52内，被喷雾了的这些燃料通过柴油发动机53的压缩点火而被燃烧，由此，柴油发动机53运转。图中，74是柴油发动机设备60为汽车的情况下的车轮。

图2以及图3表示将作为燃料原液的液状生物质能资源细微化成粒径在10μm以下的粒径的细微化装置1的一个例子。细微化装置1基本上，将第一以及第二喷嘴2、3以及旋转自如的第一以及第二转子4、5交替多个设置在燃料原液的流动方向上，第一以及第二喷嘴2、3使由未图示的压送泵等压送的燃料原液加速，第一以及第二转子4、5将转子面4a、5a朝向喷嘴2、3而配置且用于冲撞燃料原液，在转子4、5上贯通形成第一以及第二斜方向狭缝6、7，第一以及第二斜方向狭缝6、7位于转子面4a、5a的外周部，在流通的燃料原液的作用下使转子4、5旋转，同时通过该旋转在燃料原液流上作用剪切力，产生回旋流，并击溃燃料原液，多个喷嘴2、3沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的第一喷嘴2的口径设定得小于下游侧的第二喷嘴3的口径，多个转子4、5沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的第一转子4的外径尺寸设定得小于下游侧的第二转子的外径尺寸，斜方向狭缝6、7沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的第一斜方向狭缝6的大小设定得小于下游侧的第二斜方向狭缝7的大小，在交替设置的喷嘴2、3以及转子4、5的燃料原液流动方向下游侧，具有与成为回旋流流入的燃料原液发生冲撞的作为凹状壁部的第一凹曲面壁部8，在其内部设有使燃料原液在层流状态下搅拌混合的混合腔9。

另外，具有对燃料原液作用磁力而将该燃料原液磁化的磁化单元10。磁化单元10被设置成沿着燃料原液的流动方向将交替设置的喷嘴2、3以及转子4、5到混合腔9全部包围。

图示例子的细微化装置1构成为包括通过缩放自如的弹簧顺次结合的五个管状单元11～15。第一管状单元11为了抑制电磁波等的进入而由非磁性材料形成。第一管状单元11上，沿着燃料原液的流动方向顺次形成有中空室18和安装第二管状单元的第一凹部19，中空室18在一端具有流入侧开口部17，中空室18和第一凹部19被第一管状单元11上形成的环状分隔壁16区分。向环状分隔壁16的内周拧入安装流出口部20a，在中空室18收容除了异物的过滤器(strainer)20。在中空室18的流入侧开口部17拧入安装入口侧轴套(bushing)21，入口侧轴套21具有用于使被压送的燃料原液向中空室18流入的原液流入孔21a。入口侧轴套21与导入界面活性剂的辅助剂添加系统38连接。在辅助剂添加系统38设有切换界面活性剂的供给/停止的阀39以及防止界面活性剂倒流的止回阀40。从原液箱62通过入口侧轴套21的原液流入孔21a流入第一管状单元11，并且添加了来自辅助剂添加系统38的界面活性剂的燃料原液，在被过滤器20除去异物之后，从其流出口部20a流入向第一凹部19一侧。

在第二管状单元12上，在两端形成凸部12a、12b。第二管状单元12的一方的凸部12a拧入安装于第一管状单元11的第一凹部19。另外，在该一方的凸部12a上形成向过滤器20的流出口部20a内插入的突起12c。在第二管状单元12上，从具有突起12c的一方的凸部12a到另一方的凸部12b，沿着燃料原液流动方向顺次形成流入孔22、流路截面面积顺次变窄的锥体面状流路23、使流过锥体面状流路23的燃料原液的流速加速的第一喷嘴2、收容第一转子4的第一转子收容室24。流入孔22形成在突起12c上，与过滤器20的流出口部20a连通。

通过在凹向第二管状单元12形成的锥体状凹部25内配置锥体状的块26，由此锥体面状流路23形成在锥体状的块26和锥体状凹部25之间。块26相对于锥体状凹部25的内周面被适当连结支承。在块26上形成面对流入孔22的壁面26a。锥体面状流路23，流路截面面积大的一端与流入孔22一侧连通，流路截面面积缩小变窄的另一端与第一喷嘴2连通。第一喷嘴2设置于锥体面状流路23和第一转子收容室24之间，连通这两者。第一转子收容室24的内径形成得大于第一喷嘴2的内径。

第一转子4使转子面4a朝向第一喷嘴2，从而旋转自如地设置在第一转子收容室24内。第一转子4还在第一转子收容室24内在燃料原液的流动方向上滑动自如地设置。在第一转子4的外周部，以180度的间隔形成一对第一斜方向狭缝6。这些第一斜方向狭缝6在第一转子4的厚度方向上倾斜贯通形成，它们的倾斜方向沿着第一转子4的周方向被设定为相同方向。

从过滤器20的流出口部20a流出的燃料原液流入第二管状单元12的流入孔22。流入流入孔22的原料原液冲撞到块26的壁面26a，由此被破碎而被细微化，在沿着该壁面26a扩开的同时朝向锥体面状流路23流动。燃料原液进一步在与锥体面状流路23连接的块26周围承受剪切作用而被破碎，并流入向锥体面状流路23。锥体面状流路23如上所述，由于沿着燃料原液的流动方向顺次流路截面面积变窄，所以燃料原液的流体压再次变高，流入第一喷嘴2。通过流通第一喷嘴2，燃料原液的流速被加速，朝向第一转子收容室24喷出。

喷出到第一转子收容室24的燃料原液冲撞到第一转子4的转子面4a，由此被破碎而进一步被细微化，一边沿着转子面4a扩开一边流入第一斜方向狭缝6。燃料原液通过流通向第一斜方向狭缝6，在第一转子4产生一方向的旋转力而使其旋转。同时，通过第一转子4旋转，通过第一斜方向狭缝6的燃料原液承受剪切力的作用，由此形成回旋流从第一转子4流出，同时在流出时由于该第一斜方向狭缝6而承受破碎作用。燃料原液流在第一转子4作用下成为回旋流，由此，到此为止被破碎而细微化了的燃料原液上作用有离心力，起到分离作用使得燃料原液种的重分子向外侧分离，轻分子向内侧分离。另外，该一方向旋转的回旋流成为螺旋样的层流状态的流动。第一转子4根据作用在其表背的流体压而在第一转子收容室24内滑动，使在表背两侧产生的流体压平衡，提高燃料原液的流通性。

在第三管状单元13上，在两侧形成凹部13a、13b。在第三管状单元13的一方的凹部13a拧入安装第二管状单元12的另一方的凸部12b。在另一方的凹部13b拧入安装第四管状单元14。在第三管状单元13上，从一方的凹部13a打破另一方的凹部13b，沿着燃料原液的流动方向顺次形成维持从第一转子4流出的燃料原液的回旋状态的回旋流室27、使燃料原液的流速加速的第二喷嘴3。从第一转子4流出的燃料原液的回旋流经过回旋流室27，流入第二喷嘴3，使其流速加速。第二喷嘴3的口径被设定得大于第一喷嘴2的口径。考虑到燃料原液的流速在压损等作用下顺次降低，并为了使以(流速×喷嘴口径)决定的每单位时间的流量一定，对应于流速的减少，设定大的喷嘴口径。

在第四管状单元14上，在两端形成凸部14a、14b。第四管状单元14的一方的凸部14a被拧入安装于第三管状单元13的另一方的凹部13b。在第四管状单元14的另一方的凸部14b拧入安装第五管状单元15的一端。在第四管状单元14上，从一方的凸部14a到另一方的凸部14b，沿着燃料原液的流动方向顺次形成收容第二转子5的第二转子收容室28、构成混合腔9的作为凹状壁部的第二凹曲面壁部29、连通第二凹曲面壁部29和第二转子收容室28的喷出口30。第二转子收容室28的内径形成得大于第二喷嘴3的内径。

第二转子5具有与第一斜方向狭缝6相同朝向的一对第二斜方向狭缝7，与第一转子4同样构成。第二转子5的外径尺寸设定得大于第一转子4的外径尺寸。在相同旋转速度时，外径尺寸大的第二转子5的最外周部分的圆周速度大于第一转子4的圆周速度，因此，即使是流速下降了的燃料原液，也可以将从第二斜方向狭缝7流出的燃料原液形成为强的强度的回旋流使其流出。另外，第二斜方向狭缝7的大小形成得大于第一斜方向狭缝6的大小，由此，与喷嘴口径的设定同样地，可以实现流量的一定化。

从第三管状单元13的第二喷嘴3喷出到第二转子收容室28的、轻分子和重分子分离了的状态下的燃料原液的回旋流冲撞到第二转子5的转子面5a，由此被破碎而促进进一步的细微化，一边沿着转子面5a扩开，一边流入向第二斜方向狭缝7。燃料原液通过在第二斜方向狭缝7流通。在第二转子5上产生与第一转子4相同方向的一方向旋转力，使其旋转。同时，通过第二转子5的旋转，通过第二斜方向狭缝7的燃料原液承受剪切力的作用，由此回旋流进一步增强，从第二转子5流出，并且在流出时由于该第二斜方向狭缝7而承受破碎作用。

燃料原液在第四管状单元14进一步促进细微化，且在直径大于第一转子4的第二转子5带来的有效的离心力作用下确保进一步的旋转流化，也增强了重分子和轻分子的分离作用。另外，第二斜方向狭缝7的朝向也与第一斜方向狭缝6的方向相同，适当维持螺旋样的层流状态的回旋流。第二转子5对应于作用在其表背的流体压而在第二转子收容室28内滑动，使在表背两侧产生的流体压平衡，提高燃料原液的流通性。经过了第二转子5的燃料原液被细微化且形成重分子向外侧分离、轻分子向内侧分离的层流状态的回旋流，从喷出口30喷出。

第五管状单元15具有收容室32，收容室32收容壁体31，壁体31具有作为凹状壁部的第一凹曲面壁部8，第五管状单元15的一端拧入安装到第四管状单元14的另一方的凸部14b，并且在第五管状单元15的另一端形成流出侧开口部33，在开口部33拧入安装具有原液流出孔34a的出口侧轴套34。壁体31通过螺栓35被固定安装于第五管状单元15。第一凹曲面壁部8朝向喷出口30，在其与第二凹曲面壁部29之间划分形成作为球状空间的混合腔9。混合腔9通过在第四管状单元14的另一方凸部14b以及第五管状单元15的收容室32内表面与壁体31之间形成的间隙，与原液流出孔34a连通。

由于混合腔9是球状空间，且是第一凹曲面壁部8与喷出口30相对配置，所以从喷出口30喷出的燃料原液的回旋流冲撞于第一凹曲面壁部8而促进进一步的细微化，并且冲撞后的燃料原液不是保持原样从混合腔9流出，而是在第一凹曲面壁部8的形状的作用下，被压回到其与第二凹曲面壁部29之间的球状空间即混合腔9内滞留相当的滞留时间，并且在该混合腔9内的滞留中，在顺次从喷出口30喷出的燃料原液的层流状态的一方向旋转的回旋流的作用下，被反复搅拌，然后，由于该层流状态的回旋流的搅拌作用，相比于不是由乱流或层流状态的回旋流的搅拌，细微化了的燃料原液粒子不会产生凝集等情况，被适当保持为细微化状态，通过该搅拌作用，到此以分离状态流通的细微化状态的分子重的和轻的在该混合腔9内被一下子有效混合，由此，生成被极好地改质成细微化状态的生物质能燃料。

这样改质生成的生物质能燃料从混合腔9通过原液流出孔34a朝向生物质能燃料储存箱58流出。从原液箱62通过原液流入孔21a流入的燃料原液是粒子有各种大小，或凝集或分子结合状态下平衡，没有改质性的液体，但通过在管状单元11～15进行处理，以10μm左右的细微的粒径分子结合状态也一致，凝集状态也消失，可以改质成均质且具有稳定性的生物质能燃料。另外，利用添加的界面活性剂可以形成将各粒子包入的状态，可以确保生成的生物质能燃料的稳定化。

进而，设有对燃料原液作用磁力，使燃料原液离子化的磁化单元10。在图示例子的细微化装置1中，磁化单元10形成为环状，在管状单元11～15的外侧将它们包围设置。磁化单元10使上下两个磁铁41的N极相面对，使左右两个磁铁41的S极相面对进行配置，通过在背上安装了磁性板42的四个磁铁41包围管状单元11～15。然后，该四个磁铁41的组遍及细微化装置1的第一～第五管状单元11～15设有多组。如果配置成使相同极性的磁铁41相面对，在与燃料原液的流动方向正交的面内，在相邻的N极和S极之间大致在管状单元11～15的外周部沿着其圆周方向生成强的磁场M。管状单元11～15的外周部是在回旋流T产生的离心作用下重分子集中流动的区域，可以将重分子即高分子构造的分子有效且高效地离子化，由此，也可以促进燃料原液的细微化。

该磁化单元10本身是公知的，通过对在管状单元11～15中流通的燃料原液作用磁场，打破稳定的电性平衡，促进低分子化，并且阻止再结合·再凝集，电磁性地将燃料原液细微化。被细微化了的生物质能燃料的粒子在界面活性剂的作用下被包入，稳定地维持细微化状态。在图示例子中，设有覆盖这些管状单元11～15以及磁化单元10的非磁性体的磁屏蔽用筒状罩36。

在图示粒子的细微化装置1中，特别地将使燃料原液的流速加速的多个喷嘴2、3沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的第一喷嘴2的口径设定成小于下游侧的第二喷嘴3的口径，且将斜方向狭缝6、7设定成，沿着燃料原液的流动方向，使上游侧的第一斜方向狭缝6的大小小于下游侧的第二斜方向狭缝7的大小，因此，相对于燃料原液的压损引起的流速下降，通过喷嘴2、3和斜方向狭缝6、7的尺寸设定，确保在管状单元11～15内的流量一定，可使流量控制稳定，提高燃料原液的细微化处理的处理效率。

另外，关于多个转子4、5，由于沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的第一转子4的外径尺寸设定成小于下游侧的第二转子5的外径尺寸，所以对应于燃料原液的速度下降，可以适当使第一转子4以及第二转子5起作用，即，在速度块的阶段，利用小径且中心部和外周部的速度差小的第一转子4，可以生成强的离心作用的回旋流，并且在速度下降的阶段，利用大径且中心部和外周部的速度差变大的第二转子5的旋转运动，可以增大在燃料原液产生的回旋流速度，通过这样的转子4、5的设定和上述狭缝6、7的尺寸调整引起的流量设定，不管在第二～第四管状单元12～14的哪个位置，都适当确保有效的燃料原液的细微化、重分子和轻分子分离的作用、层流状态的回旋流的产生，可以减少燃料原液通过细微化装置1的操作次数，由此也提高处理效率。

另外，具有成为回旋流流入的燃料原液冲撞的第一以及第二凹曲面壁部8、29，在其内部设置以层流状态搅拌混合燃料原液的混合腔9，由此，与将冲撞的燃料原液简单地冲撞到平坦壁上而使其飞散的情况相比，在形成球状空间的混合腔9内以相当的滞留时间使被细微化的处于分离状态的燃料原液在其层流状态的回旋流的作用下被高效搅拌混合，可以通过使燃料原液通过的一次的改质操作飞跃性地提高燃料原液的改质质量，由此，也提高燃料原液的细微化处理的处理效率。

另外，由于使磁化单元10沿着燃料原液的流动方向将交替设置的喷嘴2、3以及转子4、5到混合腔9包围设置，所以通过磁化单元10和管状单元11～15的并列配置可以实现装置的小型化，并且可以同时进行力学的细微化处理和电磁性的细微化处理，与分别进行处理的情况相比，处理效率提高。

作为细微化装置1，如图示例所示，可以采用例如利用了均化器或微波的装置、超短电磁波照射装置、超声波装置、利用了蒸气冷却法的装置、离心分离器、利用了超临界法的装置、利用了放射线照射的装置等，可以力学性或电磁性地将分子构造以分子等级破碎而低分子化、微粒化的各种装置。

对于本实施方式的生物柴油燃料发动机系统以及生物柴油燃料发动机的运转方法进行说明，由油船等运送的矿物燃料被储存在燃料设备61的矿物燃料储存箱59中。另外，成为燃料原液的液状生物质能资源也被油船等运送，并储存在燃料设备61的原液箱62中。对于储存在原液箱62中的燃料原液，在其中添加界面活性剂，同细微化装置进行细微化，储存在生物质能燃料储存箱58中。对于储存在生物质能燃料储存箱58中的生物质能燃料，可以根据需要，利用循环系统65适当反复进行细微化处理。

生物质能燃料中只有通过过滤器64的10μm的粒径的燃料从生物质能燃料储存箱58通过供油软管66被供油给柴油发动机设备60的生物质能燃料箱68。另一方面，矿物燃料从矿物燃料储存箱59通过供油软管67被供油给柴油发动机设备60的矿物燃料箱69。根据切换阀55的切换时刻，例如在柴油发动机53启动时，矿物燃料供给系统54与燃料喷射装置51连接，由此供给矿物燃料，柴油发动机53启动。之后，通过切换阀55的切换动作，向燃料喷射装置51从生物质能燃料供给系统50供给在制造单元57实现已被细微化了的生物质能燃料，从燃料喷射装置51喷雾到发动机工作缸52内。

图4表示通常的燃料喷射装置51的燃料喷射状态(参考图4(a))和按照本实施方式制成的生物质能燃料被通常的燃料喷射装置51喷射时的燃料喷雾状态(参考图4(b))。现有的通常的喷雾由于取决于燃料喷射装置51的性能，所以充其量以20μm左右的粒径喷雾，相对于此，在本实施方式中，在向燃料喷射装置51供给生物质能燃料之前，在事先进行细微化处理，细微化到10μm以下的粒径，因此，可以将源于动植物的含有油脂成分的生物质能资源的燃料原液以极其细微的喷雾状态从燃料喷射装置51喷射向发动机工作缸52内。

对于以上说明的本实施方式的生物柴油燃料发动机系统以及生物柴油燃料发动机的运转方法，由于事先将燃料原液用细微化装置1进行细微化处理，之后供给给燃料喷射装置51，因此即使是因为含有甘油、或高粘度而使用困难的燃料，不管是何种油，都不用进行脱甘油处理等，利用现有的燃料喷射装置51，就可以适当喷射到发动机工作缸52内使其燃烧。

本实施方式的事先进行了细微化的微粒子与仅仅通过燃料喷射装置51的性能喷雾的燃料相比，表面积为100分之一以下，油滴总表面积(与燃烧空气的接触面积)为10倍以上，与一般通常的柴油发动机的燃烧状态相比，可以实现极高效的燃烧。另外，由于各个油滴重量轻，所以喷雾扩散均匀化，燃烧立起特性显著提高，可以实现与十六烷值指数提高均衡的工作缸内的着火特性提高、火焰传播速度的大幅度提高。因此，供给本实施方式，可以实现发动机工作缸52内的良好的混合气生成、瞬间着火、迅速的燃烧速度、一齐均匀的扩散燃烧。

由于不是伴随着甲酯法的化学反应的改质处理，仅仅添加界面活性剂并用细微化装置1进行细微化处理，所以在将源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源进行生物柴油燃料化时，改质成本和设备成本低，不需要处理副生成物的工夫和成本，可以比轻油更廉价地制造使用。没有化学反应处理过程，油的基本性状不产生大的变化。另外，不会如甲酯法的情况那样生成甘油等副生成物，生成率大致确保100％。另外，通过细微化处理，包括棕榈油等目前为止适用存在困难的油，对于广范围的油种可以进行生物柴油燃料化，可以作为燃料使用。原料供应也容易，作为轻油等的替代燃料也合适。

由于是生物柴油燃料，所以只要是可食用的油脂，当然硫磺成分为零，无论如何，由于以源于动植物的油脂成分为前提，所以实质含有硫磺成分大致为零，因此，作为NOx对策，可以使用汽油发动机用的催化剂实现柴油发动机的废气对策。相对于柴油发动机的命运即NOx和PM的二刀论法，由于可以通过催化剂应对NOx，所以通过重视PM对策来设计发动机，可以实现清洁排气的柴油发动机。

对于生物柴油燃料化，不仅不需要化学反应过程，也不用除去甘油成分而可以直接使用含有甘油成分的生物质能燃料，可以起到发动机中的润滑作用，可以达成工作缸和活塞的滑动特性的改善等，由此提高燃料利用率，提高转矩性能，可以确保发动机噪音的减少，可以消除在甲酯法中成为问题的机械损伤等发动机问题。由于不进行脱甘油处理，所以可以确保生物质能燃料的高发热量。而且，可以直接适用于现有的柴油发动机。

综上，即使现有的柴油发动机上附加的燃料喷射装置具有包括动粘度特性等的各种物理化学限制条件，自不必说轻油或重油，还可以一般地将不含有硫磺成分的液状生物质能资源扩展，作为柴油发动机用燃料使用来运转发动机，利用这些源于动植物的油可得到清洁燃烧，并且可以大幅度削减矿物燃料的使用量。另外，即使是生物质能燃料本身，成本低，对发动机的可靠性高，热效率高，由此可以实现高度地进行清洁燃烧的柴油发动机运转。

另外，在本实施方式中例示的细微化装置1，通过作用力学的剪切力或电磁性的能量，打破一般以高分子构造稳定结合的燃料原液的分子的电平衡状态，促进低分子化并使其微粒化，并且可以防止因电吸引力引起的再结合，作为由此得到的粒径，相对于通常的柴油发动机确保的喷雾径20μm左右，可以事先形成10～数μm的细微粒子。进而，利用界面活性剂，形成包入低分子化的各分子的被膜由此阻止再结合、再凝集，可以确保微粒子构造的稳定化，可以长期保存，并且可以稳定适用于柴油发动机的运转。

制造单元57还可以构成为可搬式的单体，通过如此，可以适当搬送到各种柴油发动机设备60来连结使用。另一方面，并设矿物燃料储存箱59和生物质能燃料储存箱58，可以构成供油站等定置式燃料储存设备。此时，在生物质能燃料储存箱58，可以在任意的地方降细微化了的生物质能燃料用油船等搬运供油即可。另外，作为将制造单元57制成车载型，还可以搭载于柴油发动机汽车上。

作为本实施方式的生物柴油燃料发动机系统的一实施例，具有图1所示结构的柴油发动机汽车(日野汽车(株式会社)制的7t卡车、行驶距离70万km)，正规进行车检在道路上实施行驶试验，其每升油行驶公里数如表1所示。燃料切换由切换阀55折一进行。

[表1]

BDF(生物柴油燃料)使用率是指(BDF/(BDF+轻油))。从表1可以理解到，在超过80％的BDF的使用量中，在试验开始时的2005年3月，每升油行驶公里数不到4km，根据半年间的行驶状况，看到每升油行驶公里数的提高。

Claims (7)

1.一种生物柴油燃料发动机系统，其特征在于，

以未通过甲酯法进行改质处理的源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源为燃料原液，

在燃料原液中添加界面活性剂，利用细微化装置将燃料原液细微化到10μm以下的粒径，制成生物质能燃料，

所述细微化装置在燃料原液的流动方向上交替设有多个喷嘴以及多个转子，所述喷嘴使压送的燃料原液加速，所述转子的转子面朝向所述喷嘴配置，并且所述转子用于冲撞燃料原液且旋转自如，

在所述转子上贯通形成有斜方向狭缝，所述斜方向狭缝位于所述转子面的外周部，在流通的燃料原液的作用下使所述转子旋转，同时通过该旋转在燃料原液流上作用剪切力，产生回旋流，并击溃燃料原液，

多个所述喷嘴沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述喷嘴的口径设定得小于下游侧的所述喷嘴的口径，

多个所述转子沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述转子的外径尺寸设定得小于下游侧的所述转子的外径尺寸，

所述斜方向狭缝沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述斜方向狭缝的大小设定得小于下游侧的所述斜方向狭缝的大小，

在交替设置的所述喷嘴以及所述转子的燃料原液流动方向下游侧，具有与成为回旋流流入的燃料原液发生冲撞的凹状壁部，在其内部设有使燃料原液在层流状态下搅拌混合的混合腔，并且，

所述细微化装置还设有对燃料原液作用磁力的磁化单元，所述磁化单元被设置成沿着燃料原液的流动方向将交替设置的所述喷嘴以及所述转子到所述混合腔全部包围，

通过生物质能燃料供给系统将生物质能燃料供给到燃料喷射装置，

用该燃料喷射装置将生物质能燃料以喷雾方式喷到生物柴油燃料发动机工作缸内来运转生物柴油燃料发动机。

2.如权利要求1所述的生物柴油燃料发动机系统，其特征在于，

对于所述生物质能燃料供给系统，并设供给轻油或重油等矿物燃料的矿物燃料供给系统，并且具有对矿物燃料供给系统以及生物质能燃料供给系统对所述燃料喷射装置的连接进行切换的切换装置。

3.如权利要求1或2所述的生物柴油燃料发动机系统，其特征在于，

所述生物质能燃料供给系统具有对生物质能燃料进行加温的加温装置。

4.如权利要求1或2所述的生物柴油燃料发动机系统，其特征在于，

包括从燃料原液生成生物质能燃料的所述细微化装置的制造单元装卸自如地与所述生物质能燃料供给系统连接。

5.如权利要求4所述的生物柴油燃料发动机系统，其特征在于，

所述制造单元具有储存生成的生物质能燃料的生物质能燃料储存箱。

6.如权利要求5所述的生物柴油燃料发动机系统，其特征在于，

对于所述生物质能燃料储存箱，并设储存矿物燃料且装卸自如地与所述矿物燃料供给系统连接的矿物燃料储存箱，从而构成燃料储存设备。

7.一种生物柴油燃料发动机的运转方法，其特征在于，

将未通过甲酯法进行改质处理的源于动植物的含有油脂成分的液状生物质能资源作为燃料原液，

在燃料原液中添加界面活性剂，利用细微化装置将燃料原液细微化到10μm以下的粒径，制成生物质能燃料，

通过生物质能燃料供给系统将生物质能燃料供给到燃料喷射装置，

所述细微化装置在燃料原液的流动方向上交替设有多个喷嘴以及多个转子，所述喷嘴使压送的燃料原液加速，所述转子的转子面朝向所述喷嘴配置，并且所述转子用于冲撞燃料原液且旋转自如，

在所述转子上贯通形成有斜方向狭缝，所述斜方向狭缝位于所述转子面的外周部，在流通的燃料原液的作用下使所述转子旋转，同时通过该旋转在燃料原液流上作用剪切力，产生回旋流，并击溃燃料原液，

多个所述喷嘴沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述喷嘴的口径设定得小于下游侧的所述喷嘴的口径，

多个所述转子沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述转子的外径尺寸设定得小于下游侧的所述转子的外径尺寸，

所述斜方向狭缝沿着燃料原液的流动方向，将上游侧的所述斜方向狭缝的大小设定得小于下游侧的所述斜方向狭缝的大小，

在交替设置的所述喷嘴以及所述转子的燃料原液流动方向下游侧，具有与成为回旋流流入的燃料原液发生冲撞的凹状壁部，在其内部设有使燃料原液在层流状态下搅拌混合的混合腔，并且，

所述细微化装置还设有对燃料原液作用磁力的磁化单元，所述磁化单元被设置成沿着燃料原液的流动方向将交替设置的所述喷嘴以及所述转子到所述混合腔全部包围，

用该燃料喷射装置将生物质能燃料以喷雾方式喷到生物柴油燃料发动机工作缸内来运转生物柴油燃料发动机。

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