JP2010053768A - 燃料供給方法、燃料供給装置及び燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】市販又は既設の石油系燃料用の燃焼装置において、石油系燃料と廃食油とを含む混合油を燃料として用いた場合でも、確実な点火及び安定な燃焼を可能にする燃料供給方法、該燃料供給方法の実施に好適に用いられる燃料供給装置及び該燃料供給装置を備えた燃焼装置を提供する。
【解決手段】例えば、石油系燃料と廃食油とを含む混合油を貯留する第１の燃料タンク１２と、石油系燃料を貯留する第２の燃料タンク１３と、燃料タンク１２、１３のいずれか一方を、燃焼装置２１への燃料の供給源として切換可能に燃焼装置２１に接続する燃料切換手段１４とを有する燃料供給装置１１を用い、通常の燃焼時には第１の燃料タンク１２を燃焼装置２１に接続し、燃焼終了の所定時間前に燃焼装置２１への燃料の供給源を第２の燃料タンク１３に切り換え、石油系燃料を供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料供給方法、燃料供給装置及び燃焼装置に関し、より詳細には市販又は既設の石油系燃料用の燃焼装置において、石油系燃料と廃食油とを含む混合油を燃料として用いた場合でも、確実な点火及び安定な燃焼を可能にする燃料供給方法、該燃料供給方法の実施に好適に用いられる燃料供給装置及び該燃料供給装置を備えた燃焼装置に関する。

近年の石油価格の高騰、温室効果ガスの排出削減に対する社会的要請、及び廃油の有効利用の見地から、廃油の燃料としての利用が検討されている。ホテル、レストラン等の厨房設備及び食品工場等において、揚げ物等の調理に使用後不要となった植物油等の食用油の廃油（本明細書において「廃食油」ともいう）は、従来その大部分が、廃油処理業者により有償で回収され、廃棄物として処分されている。近年、エステル交換反応によりグリセリンを除去し軽油に近い性状の脂肪酸メチルエステルに変換した、いわゆるバイオディーゼル燃料の利用が検討されている。しかし、バイオディーゼル燃料は、廃食油に比べて粘度が低下し、取扱いが容易である反面、その生産のために新たなエネルギーを要することから、廃食油を直接燃料として利用することについても検討されている。

廃食油は、主にパーム油、大豆油、なたね油、コーン油、綿実油等の植物油からなるが、揚げ物の調理に使用された廃食油は、多くの場合、動物性脂肪を含有している。動物性脂肪は不飽和脂肪酸を多く含んでいるため、室温で粘性が高く、場合によっては固体状となる。そのため、動物性脂肪を含む廃食油を燃料として使用するためには、燃料供給ポンプへの負荷の増大、温度の低下による固化に伴う燃料噴射ノズルの詰まり等の問題を克服する必要がある。

既設の燃焼装置を利用して、廃食油等の廃油及び重油等の石油系燃料を連続して安定に燃焼させるための技術として、例えば、特許文献１には、廃油供給経路と重油供給経路の２つの供給経路を有し、廃油及び重油のいずれかを択一的にバーナに供給することにより、例えば廃油量が不足する場合等に重油に切り換えることにより安定な燃焼を可能とする廃油燃焼装置が提案されている。また、特許文献２には、３方向切換弁を介して、廃油、燃料油、一定量の燃料油を廃油に注入した混合油のいずれかを燃焼装置に供給可能であり、廃油サービスタンクの油量が規定値以上かつ廃油供給経路の油温が設定温度以上の場合には廃油を、廃油の性状によっては混合油を、廃油サービスタンクの油量が少ない場合には燃料油をそれぞれ燃焼装置に供給する燃焼装置の燃料供給装置が提案されている。

特開平７−２１７８４７号公報 特開平７−２０８７２７号公報

しかしながら、特許文献１記載の燃焼装置及び特許文献２記載の燃焼装置の燃料供給装置においては、廃油が単独で流通する廃油供給経路を有しているため、燃焼装置に安定供給するために必要な流動性を確保するために、廃油を１００℃以上に加熱する必要がある。また、特に特許文献２記載の燃焼装置の燃料供給装置におけるように、廃油と燃料油との切換えを主に廃油量に基づいて行っている場合には、燃焼終了時に燃焼装置に供給されていた廃油が温度の低下により固化し、次回の運転開始時に点火不良等のトラブルを引き起こすおそれがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、市販又は既設の石油系燃料用の燃焼装置において、石油系燃料と廃食油とを含む混合油を燃料として用いた場合でも、確実な点火及び安定な燃焼を可能にする燃料供給方法、該燃料供給方法の実施に好適に用いられる燃料供給装置及び該燃料供給装置を備えた燃焼装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う本発明の第１の態様は、通常の燃焼時には予め混合された石油系燃料と廃食油とを含む混合油を燃料として燃焼装置に供給し、燃焼終了の所定時間前から燃焼終了時までは石油系燃料のみを燃料として該燃焼装置に供給することを特徴とする燃料供給方法を提供することにより上記課題を解決するものである。通常燃焼時に混合油を燃焼装置に供給することにより、廃食油の性状変化による燃焼状態の変化を抑制し、連続して安定な燃焼が可能になる。また、燃料タンクや配管中に廃油が単独で存在することがなくなるため、粘度の上昇による燃料供給ポンプの負荷の増大や温度低下による固化のおそれを低減させることができると共に、加熱が必要な場合であっても、加熱温度を廃食油単独の場合に比べて低くすることができ、加熱に必要なエネルギーを低減することができる。

更に、燃焼終了の所定時間前から燃焼終了時までは石油系燃料のみを燃焼装置に供給することにより、燃料噴射ノズル（以下、単に「燃料噴射ノズル」という場合もある）に石油系燃料が充填された状態で燃焼を終了させることができる。そのため、燃焼終了後、燃料噴射ノズル近傍の温度が低下しても燃料噴射ノズル中で燃料油が固化せず、次回の運転開始時にも確実に点火が可能になる。更に、脂肪酸トリグリセリドを主成分とする植物性廃油を含む食廃油は、分子内に酸素原子を含んでいるため、石油系燃料を単独で燃焼させる場合よりも不完全燃焼の発生が抑制される。したがって、燃料噴射ノズルへの炭素の付着が抑制され、より長期間にわたり燃料噴射ノズルを清浄に保つこともできる。

第１の態様に係る燃料供給方法において、前記混合油を加熱して前記燃焼装置に供給してもよい。混合油を加熱して燃焼装置に供給することにより、混合油の粘度を低下させることができるため、燃料供給ポンプの負荷を軽減させつつ、安定な給油が可能になり、燃焼の安定性を向上できる。

第１の態様に係る燃料供給方法において、前記混合油における石油系燃料と廃食油の混合比が、重量比で９５：５〜３０：７０であることが好ましい。石油系燃料と廃食油の混合比を前記の範囲内とすることにより、両者を均一に混合させることが可能であると共に、安定な燃焼を確保するために必要な流動性及び廃食油の添加による不完全燃焼抑制効果を確保することができる。

本発明の第２の態様は、予め混合された石油系燃料と廃食油とを含む混合油を貯留する第１の燃料タンクと、石油系燃料を貯留する第２の燃料タンクと、前記第１及び第２の燃料タンクのいずれか一方を、燃焼装置への燃料の供給源として切換可能に該燃焼装置に接続する燃料切換手段とを有し、前記燃料切換手段は、通常の燃焼時には前記第１の燃料タンクを前記燃焼装置に接続し、燃焼終了の所定時間前に前記燃焼装置への燃料の供給源を前記第２の燃料タンクに切り換えることを特徴とする燃料供給装置を提供することにより上記課題を解決するものである。

本発明の第２の態様に係る燃料供給装置において、前記第１の燃料タンク、及び該第１の燃料タンクと前記燃料切換手段とを接続する燃料供給路の一方又は双方に、前記混合油を加熱するための燃料加熱手段を有していてもよい。加熱手段を用いて混合油を加熱して燃焼装置に供給することにより、混合油の粘度を低下させることができるため、燃料供給ポンプの負荷を軽減させつつ、安定な給油が可能になり、燃焼の安定性を向上できる。

本発明の第２の態様に係る燃料供給装置において、前記第１の燃料タンクが、前記混合油を均一に混合するための燃料混合手段を更に備えていてもよい。石油系燃料及び廃食油を均一に混合させることにより、燃焼状態の安定性を向上できる。

本発明の第３の態様は、本発明の第２の態様に係る燃料供給装置を有することを特徴とする燃焼装置を提供することにより上記課題を解決するものである。

本発明の第３の態様に係る燃焼装置において、燃焼噴射燃料噴射ノズルへの燃料供給路に、石油系燃料と廃食油とを含む混合油を加熱するための燃料加熱手段を更に備えていてもよい。

本発明によると、廃食油と石油系燃料とを含む混合油を燃料として用いることにより、石油系燃料の使用量の低減及び廃食油の処理コストを削減できることに加え、廃食油を単独で燃料として用いる場合に生じる、性状変化による燃焼状態の変動、温度低下による混合油の固形化等の問題を解消することができると共に、流動性の確保及び固形化の防止のために必要な加熱温度を低く抑えることができる。また、燃焼終了の所定時間前から燃焼終了時まで石油系燃料のみを燃焼装置に供給するため、次回の燃焼運転開始時に、燃料供給路や燃料噴射ノズルの内部での混合油の固形化に起因する点火不良等の問題が生じることがない。更に、石油系燃料を単独で燃料油として用いる場合に比べ、不完全燃焼の発生を抑制し、燃料噴射ノズル等の燃焼系を清浄に保つことができる燃料供給方法が提供される。

また、本発明によると、市販又は既設の燃焼装置に接続することにより、本発明の燃料供給方法を好適に実施することが可能な燃料供給装置及び本発明の燃料供給方法の実施に好適に用いられる燃焼装置が提供される。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る燃焼装置への実施に好適に用いられる燃焼装置の説明図である。

図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る燃焼装置の一例である重油ボイラ１０について説明する。重油ボイラ１０は、重油（石油系燃料の一例）と廃食油とを含む混合油を貯留する第１の燃料タンク１２と、重油を貯留する第２の燃料タンク１３と、第１及び第２の燃料タンク１２、１３のいずれか一方を、燃料の供給源として、燃料供給ポンプ２０を介して切換可能に燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７（燃料噴射ノズルへの燃料供給路の一例）に接続する燃料切換器（燃料切換手段の一例）１４（図１中一点鎖線で囲まれた部分）とを有する燃料供給装置１１（図１中二点鎖線で囲まれた部分）を備えている。燃料切換器１４は、第１の燃料タンクからの燃料供給配管１８（第１の燃料タンクと燃料切換手段とを接続する燃料供給路の一例）上に設けられたバルブ１５と、第２の燃料タンクからの燃料供給配管１９（第２の燃料タンクと燃料切換手段とを接続する燃料供給路の一例）上に設けられたバルブ１６とを有している。第１の燃料タンクからの燃料供給配管１８及び第２の燃料タンクからの燃料供給配管１９は合流し、両者の合流点で燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７に接続されている。燃料切換手段１４から供給した燃料（混合油又は重油）は、燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７上に設けられた燃料供給ポンプ２０を介して燃料噴射ノズル２１に供給される。燃料供給ポンプ２０を介して燃料噴射ノズル２１に加圧供給された燃料は、空気と共に噴霧され、図示しない添加装置により点火され、燃焼する。

燃料切換器１４による燃料の選択は、下記のように行われる。すなわち、通常の燃焼時には、バルブ１５を開放し、バルブ１６を閉鎖することにより、第１の燃料タンク１２を燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７に接続し、混合油を燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７及び燃料供給ポンプ２０を介して燃料噴射ノズル２１に供給する。一方、燃焼終了の所定時間前から燃焼終了時までの間は、バルブ１６を開放し、バルブ１５を閉鎖することにより、燃料供給ポンプ２０への燃料の供給源を第２の燃料タンク１３に切り換え、重油のみを燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７及び燃料供給ポンプ２０を介して燃料噴射ノズル２１に供給する。

ここで、燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７及び燃料供給ポンプ２０を介して燃料噴射ノズル２１に供給する燃料の供給源を、燃料切換器１４により第１の燃料タンク１２から第２の燃料タンク１３に切り換える「燃焼終了の所定時間前」とは、燃焼終了時に燃料噴射ノズル２１の内部が重油で完全に置換されるのに必要な時間をいい、廃食油の種類、廃食油と重油との混合比、混合油の粘度、外気温等の種々の要因に支配されるが、例えば、重油と廃食油との混合比が、重量比で５０：５０である場合には、燃焼終了の１５分前である。

バルブ１５、１６の開閉は、手動であってもよいが、図示しない制御装置及びアクチュエータを介して機械的に行ってもよい。また、制御装置に図示しないタイマを設け、設定された時刻に開閉を行うように構成してもよい。図１に示す本実施の形態に係る重油ボイラ１０において、燃料切換器１４は２つのバルブ１５、１６を有しているが、燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７を、第１の燃料タンクからの燃料供給配管１８及び第２の燃料タンクからの燃料供給配管１９のいずれか一方と択一的に接続する三方バルブであってもよい。

混合油における重油と廃食油との混合比は、廃食油の種類（構成成分である脂肪酸の種類及び組成比、分子量、ヨウ素価等）、粘度、重油の種類、必要な発熱量により適宜決定することができるが、重量比で９５：５〜３０：７０、好ましくは９０：１０〜５０：５０である。廃食油の混合比が５重量部を下回ると、廃食油との混合による重油の使用量の削減、不完全燃焼の抑制等の効果が十分に発現せず、廃食油の混合比が７０重量部を上回ると、混合油の粘度が高くなり、燃料供給ポンプ２０の負荷の増大、流動性の確保のために高温に加熱する必要等の問題が生じる。

なお、混合油には、廃食油及び重油以外に、廃潤滑油等の他の廃油、バイオディーゼル燃料等の他の燃料油等を必要に応じて混合してもよい。

第１の燃料タンク１２には、混合油中の重油及び廃食油を均一に混合するための循環混合装置（混合手段の一例）２２（図１中破線で囲まれた部分）が接続されている。図１に示すように、循環混合装置２２は、第１の燃料タンクから取り出された混合油を流通させ、再び第１の燃料タンク１２へ還流させるための燃料循環配管（以下、単に「配管」ともいう）２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅを有している。
配管２３ａと２３ｂとの間にはバルブ２４が、配管２３ｂと２３ｃとの間には混合油に含まれる固形介在物を除去するためのストレーナ２６が、配管２３ｃと２３ｄとの間には燃料循環ポンプ２７が、配管２３ｄと２３ｅとの間にはバルブ２５がそれぞれ設けられている。配管２３ｂ上には分岐が設けられ、外部から廃食油及び重油、或いは混合油を供給するための給油管２８が接続されている。配管２３ｄ上には分岐が設けられ、混合油を外部に取り出すための混合油取出管３０が接続されている。給油管２８及び混合油取出管上には、それぞれ、バルブ２９、３１が接続されている。

第１の燃料タンク１２から燃料切換器１４に混合油を供給する場合には、バルブ１５を開放し、バルブ２４、２５を閉鎖する。これにより、混合油は、第１の燃料タンクからの燃料供給配管１８を介して燃料切換器１４に供給される。一方、混合油を循環させ、均一に混合するためには、バルブ１５、２９、３１を閉鎖し、バルブ２４、２６を開放すると共に、燃料循環ポンプ２７を作動させる。これにより、混合油は、配管２３ａ→バルブ２４→配管２３ｂ→ストレーナ２６→配管２３ｃ→燃料循環ポンプ２７→配管２３ｄ→バルブ２５→配管２３ｅを経て、第１の燃料タンク１２に還流する。このようにして、混合油を循環させることにより、重油と廃食油とを均一に混合し、燃焼状態の安定性を向上させることができる。

給油の際には、バルブ１５、２４、３１を閉鎖し、バルブ２５、２９を開放すると共に、燃料循環ポンプ２７を作動させる。これにより、混合油は、給油管２８→配管２３ｂ→ストレーナ２６→燃料循環ポンプ２７→配管２３ｄ→バルブ２５→配管２３ｅを経て、第１の燃料タンク１２に流入する。一方、混合油を排出する際には、バルブ１５、２５、２９を閉鎖し、バルブ２４、３１を開放すると共に、燃料循環ポンプ２７を作動させる。これにより、混合油は、配管２３ａ→バルブ２４→配管２３ｂ→ストレーナ２６→配管２３ｃ→燃料循環ポンプ２７→配管２３ｄ→バルブ３１→混合油取出管３０を経て外部に取り出される。

給油管２８を介して第１の燃料タンク１２に混合油を仕込む際には、重油及び廃食油をそれぞれ第１の燃料タンク１２に仕込んでもよく、両者を予め混合したものを第１の燃料タンク１２に仕込んでもよい。食品残渣等の固形介在物を除去するために、適当なろ材を通して廃食油を仕込むことが好ましい。ろ材としては、素焼き陶板、ネル布等の布帛、ろ紙等が挙げられるが、耐油性を有するものであることが好ましい。必要に応じて、酸化油、水等を除去するために、シリカゲル、アルミナ、セライト等の吸着剤のパッドを通してもよい。なお、水は、混合油中に均一に分布している場合には、エマルジョン燃焼と同様の効果により燃焼状態を改善させる場合があるので、必ずしも除去する必要はない。

バルブ２４、２５、２９、３１の開閉は、手動であってもよいが、図示しない制御装置及びアクチュエータを介して機械的に行ってもよい。図１に示す本実施の形態に係る重油ボイラ１０において、循環混合装置２２は４つのバルブ２４、２５、２９、３１を有しているが、これらの代わりに、配管２３ｃと給油管２８との分岐上、及び配管２３ｄと混合油取出管３０との分岐上にそれぞれ設けられた２つの三方バルブを有していてもよい。

図１に示した循環混合装置２２に代わり、混合手段として、第１の燃料タンク１２中に撹拌羽根等を設けてもよい。

第１の燃料タンク１２には、混合油を加熱するための燃料加熱手段の一例であるヒータ３２が設けられている。外気温が低い場合や、廃食油として粘性の高いパーム油等が高い混合比で含まれている場合等において、混合油の粘度が高く、混合油の供給や循環混合がスムーズに行われない場合には、ヒータ３２を作動させて混合油を加熱することにより、混合油の流動性を向上させ、これらの操作をスムーズに行うことができるようにすることができる。また、燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７にも、その内部を流通する混合油を加熱するためのヒータ３３が設けられている。混合油の粘度が高く、燃料噴射ノズル２１からの混合油の噴霧がスムーズに行われない場合には、ヒータ３０を作動させて混合油を加熱することにより、混合油の流動性を向上させることで、混合油の噴霧をスムーズに行うことができ、点火性及び燃焼特性を改善できる。

ヒータ３２、３３の加熱温度は、混合油に含まれる重油及び廃食油のそれぞれの粘度及び混合比等に応じて適宜決定することができるが、例えば、重油と廃食油との混合比が５０：５０である場合、５０℃程度であれば、十分な流動性を確保することができる。ヒータ３２、３３としては、油類の加熱に用いられる任意の公知のヒータを用いることができるが、通電のＯＮ−ＯＦＦ制御又は電流の制御により温度制御が容易な電気ヒータであることが好ましい。ヒータ２９、３０の制御は、手動によるものであってもよいが、サーモスタット、熱電対等の温度センサを用いた自動制御によるものであってもよい。

また、重油ボイラ１０において、第１の燃料タンクからの燃料供給配管１８に、混合油を加熱するためのヒータ３４を更に有している。このような構成を取ることにより、燃料噴射ノズルへの燃料供給配管１７及び第１の燃料タンクからの燃料供給配管１８内で、必要に応じて混合油を加熱することが可能になり、混合油の加熱に要するエネルギーを最低限に抑えたり、燃料供給ポンプ２０の負荷を低減したりすることができる。なお、ヒータ３４の種類、好ましい加熱温度及び制御方法については、ヒータ３２、３３と同様であるので詳しい説明を省略する。

本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の燃料供給方法、燃料供給装置、及び燃焼装置を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。例えば、前記実施の形態の燃焼装置の具体例としては、重油ボイラ以外の軽油ボイラ、灯油ボイラ等であってもよい。また、前記実施の形態では、燃料供給装置を１台の燃焼装置（重油ボイラ）に接続しているが、１台の燃料供給装置を、混合油取出管を介して複数台の燃焼装置に接続してもよい。この場合において、必要に応じて複数の混合油取出管を設けてもよい。更に、燃料切換手段による燃料の切換を、混合油の残量が少なくなった時等にも行うようにしてもよい。

本発明の一実施の形態に係る燃焼装置への実施に好適に用いられる燃焼装置の説明図である。

符号の説明

１０ 重油ボイラ
１１ 燃料供給装置
１２ 第１の燃料タンク
１３ 第２の燃料タンク
１４ 燃料切換器
１５，１６ バルブ
１７ 燃料噴射ノズルへの燃料供給配管
１８ 第１の燃料タンクからの燃料供給配管
１９ 第２の燃料タンクからの燃料供給配管
２０ 燃料供給ポンプ
２１ 燃料噴射ノズル
２２ 循環混合装置
２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ 燃料循環配管
２４，２５ バルブ
２６ ストレーナ
２７ 燃料循環ポンプ
２８ 給油管
２９ バルブ
３０ 混合油取出管
３１ バルブ
３２，３３，３４ ヒータ

Claims (8)

1. 通常の燃焼時には予め混合された石油系燃料と廃食油とを含む混合油を燃料として燃焼装置に供給し、燃焼終了の所定時間前から燃焼終了時までは石油系燃料のみを燃料として該燃焼装置に供給することを特徴とする燃料供給方法。
2. 前記混合油を加熱して前記燃焼装置に供給することを特徴とする請求項１記載の燃料供給方法。
3. 前記混合油における石油系燃料と廃食油の混合比が９５：５〜３０：７０であることを特徴とする請求項１及び２のいずれか１項記載の燃料供給方法。
4. 予め混合された石油系燃料と廃食油とを含む混合油を貯留する第１の燃料タンクと、
   石油系燃料を貯留する第２の燃料タンクと、
   前記第１及び第２の燃料タンクのいずれか一方を、燃焼装置への燃料の供給源として切換可能に該燃焼装置に接続する燃料切換手段とを有し、
   前記燃料切換手段は、通常の燃焼時には前記第１の燃料タンクを前記燃焼装置に接続し、燃焼終了の所定時間前に前記燃焼装置への燃料の供給源を前記第２の燃料タンクに切り換えることを特徴とする燃料供給装置。
5. 前記第１の燃料タンク、及び該第１の燃料タンクと前記燃料切換手段とを接続する燃料供給路の一方又は双方に、前記混合油を加熱するための燃料加熱手段を有することを特徴とする請求項４記載の燃料供給装置。
6. 前記第１の燃料タンクが、前記混合油を均一に混合するための燃料混合手段を更に備えていることを特徴とする請求項４及び５のいずれか１項記載の燃料供給装置。
7. 請求項４から６のいずれか１項記載の燃料供給装置を有することを特徴とする燃焼装置。
8. 燃焼噴射燃料噴射ノズルへの燃料供給路に、石油系燃料と廃食油とを含む混合油を加熱するための燃料加熱手段を更に備えていることを特徴とする請求項７記載の燃焼装置。

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