JP2010229922A

JP2010229922A - エマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転方法及びその運転装置

Info

Publication number: JP2010229922A
Application number: JP2009079507A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Kitamura; 智昭北村; Hiroshi Oka; 博司岡
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2009-03-27
Filing date: 2009-03-27
Publication date: 2010-10-14

Abstract

【課題】エマルジョン燃料の完全燃焼性や燃焼効率を簡便に向上させることが可能な内燃機関の運転方法及びその運転装置を提供する。
【解決手段】エマルジョン燃料を用いたディーゼルエンジン１の運転装置１０は、ディーゼルエンジン１の排気ガスとエマルジョン燃料とを熱交換するエマルジョン燃料タンク１４及び熱交換排気路２６と、熱交換したエマルジョン燃料をディーゼルエンジン１に供給するエマルジョン燃料供給路１８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転技術に係り、特に、エマルジョン燃料の完全燃焼性や燃焼効率を簡便に向上させる方法及びその運転装置に関する。

エマルジョン燃料は、燃料（重油や灯油・軽油・廃油等）に水と界面活性剤を添加したものを攪拌してオイル中に水を分散させた燃料である。

このエマルジョン燃料を内燃機関で着火させると、まず低沸点の水粒子が気化蒸発し、その際水粒子のまわりを取り囲む油が飛散して、油がより細かい径の粒子となる。そして、この細かい油粒子は単位体積あたりの酸素と接する面積が大きくなるので、理論空気量に近い空気で完全燃焼に近い燃焼をする。これにより燃焼効率が高まり、粒子状物質（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）の発生量が減少するとともに、通常燃料のみを燃焼するときに比べ空気量を大幅に絞れるため、ボイラー内で冷たい外気を加温するために使用される無駄な熱エネルギーを削減できる。

また、含有する水の影響で内燃機関の温度が低温となることから、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の発生も抑えられるとともに、大きな熱エネルギーを持つ排気ガスがゆっくり排出されることになるため潜熱の損出が減る効果がある。

従来より、かかるエマルジョン燃料に関する技術が提案されている。
例えば、特許文献１には、Ｏ／Ｗ型水エマルジョン燃料を製造する水エマルジョン燃料製造方法が開示されている。

また、特許文献２には、燃料と水の混合比を、負荷の大きさに応じて任意に変化させる制御を行うディーゼルエンジンの燃料噴射装置が開示されている。

特開２００４―６７９１３号公報特開２００４―６０４６８号公報

ところで、エマルジョン燃料は、その中に含有する水の量が増加するほど、内燃機関で燃焼する温度が低下することから、内燃機関から排出される排気ガスの窒素酸化物の発生も抑制することができる。

しかしながら、エマルジョン燃料中の含水率を増加させていくと、エマルジョン燃料の動粘度が上昇し、内燃機関内に噴霧させて導入する際にエマルジョン燃料の粒子が大きくなって、不完全燃焼となってしまうおそれがある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の燃料としてエマルジョン燃料を用いた場合に、不完全燃焼を防止すると共に燃焼効率を向上させることを目的とする。

上記の目的を達成するため、本発明は、エマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転方法であって、
内燃機関の排気ガスの熱で加熱したエマルジョン燃料を前記内燃機関に供給することを特徴とする。

本発明のエマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転方法によれば、内燃機関の排気ガスの熱でエマルジョン燃料を加熱することにより、エマルジョン燃料の動粘度を低下させることができ、これによりエマルジョン燃料を内燃機関内に導入する際に噴霧させて霧状にするのに、その粒子を小さくすることができるので、内燃機関内におけるエマルジョン燃料の完全燃焼性や燃焼効率を向上させることができる。
また、エマルジョン燃料の動粘度の低下にともない、エマルジョン燃料中の含水率を増加させることができるので、内燃機関から排出される排気ガスの窒素酸化物の発生も抑制することができる。
また、本発明のエマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転方法では、エマルジョン燃料を加熱するための熱源として内燃機関の排気ガスの熱を有効利用しており、省エネにも配慮している。

また、本発明において、前記エマルジョン燃料の温度が一定以上の場合は、前記排気ガスの熱によるエマルジョン燃料の加熱を停止することとしてもよい。この構成によれば、エマルジョン燃料が暖まり過ぎてその中の水分が蒸発してしまい、エマルジョン燃料中の水分量が減少してしまうことを抑制することができる。

また、本発明において、前記内燃機関には、前記内燃機関を運転するために通常使用される通常燃料を供給する通常燃料供給系統が設けられており、前記内燃機関の運転開始から所定の期間、及び、前記内燃機関の運転停止前の所定の期間は、前記内燃機関に前記通常燃料を前記内燃機関に供給することとしてもよい。
この構成によれば、運転開始時に内燃機関を確実に始動させることができるとともに、その後所定の期間通常燃料で運転することで内燃機関が暖気されるので、内燃機関の運転が安定した状態でエマルジョン燃料を使用することができる。
また、内燃機関の運転停止前の所定期間、通常燃料で内燃機関を運転させることにより、エマルジョン燃料に含まれる水分が内燃機関内から外部に排出されるので、内燃機関内の腐食を防止するとともに、次回運転の際に内燃機関を円滑に始動させることができる。

本発明は、エマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転装置であって、内燃機関の排気ガスとエマルジョン燃料とを熱交換する熱交換手段と、前記熱交換手段により前記排気ガスと熱交換した前記エマルジョン燃料を前記内燃機関に供給するエマルジョン燃料供給路とを備えることを特徴とする。

本発明において、前記排気ガスを、前記熱交換手段によりエマルジョン燃料と熱交換させた後に外部に排出する熱交換排気路と、前記排気ガスを、前記熱交換排気路を通過させずに外部に排出する非熱交換経路と、前記排気ガスの外部への排出経路を、前記熱交換排気路又は前期非熱交換経路に切り替える排出経路切替手段と、前記エマルジョン燃料の温度を検出するための温度センサーと、前記温度センサーにより検出した温度に応じて、前記排出経路切替手段の切り替えを制御する制御手段とを備えることとしてもよい。

なお、前記内燃機関を運転するために通常使用される通常燃料を前記内燃機関に供給する通常燃料供給系統と、前記内燃機関への燃料の供給路を、前記通常燃料供給系統又は前記エマルジョン燃料供給路に切り替える燃料供給路切替手段とを備えることとしてもよい。

また、前記内燃機関の運転開始から所定の期間、及び、前記内燃機関の運転停止前の所定の期間は前記通常燃料供給系統に、それ以外の期間は前記エマルジョン燃料供給路に、前記燃料供給路切替手段の切り替えを制御する燃料供給路制御手段を備えることとしてもよい。

本発明によれば、内燃機関の燃料としてエマルジョン燃料を用いた場合に、エマルジョン燃料の不完全燃焼を防止すると共に燃焼効率を向上させることができる。

本実施形態に係るエマルジョン燃料を用いたディーゼルエンジンの運転装置の系統図である。ディーゼルエンジンの運転時における動作のフローである。

以下、本発明における好ましい一実施形態について説明する。
図１は、本実施形態に係るエマルジョン燃料を用いたディーゼルエンジン１の運転装置１０の系統図である。

図１に示すように、ディーゼルエンジン１の運転装置１０は、通常燃料タンク１２と、エマルジョン燃料タンク１４と、通常燃料供給路１６と、エマルジョン燃料供給路１８と、燃料導入路２０と、燃料切替弁２２と、燃料切替制御部２４と、熱交換排気路２６と、非熱交換排気路２８と、排気路切替弁３０と、温度センサー３２と、排出経路切替部３４とを備える。

通常燃料タンク１２は、内部にディーゼルエンジン１の燃料として通常使用される通常燃料を貯蔵するものである。通常燃料は、ディーゼルエンジン１の燃料として通常使用される軽油、Ａ重油、Ｂ重油、Ｃ重油等であり、これらの種類は、ディーゼルエンジン１の仕様によって使用する燃料が決められる。

エマルジョン燃料タンク１４は、通常燃料に水と界面活性剤を添加したものを攪拌してオイル中に水を分散させたエマルジョン燃料を貯蔵するものである。

燃料導入路２０は、燃料をディーゼルエンジン１の燃焼室内に燃料を導入する流路であり、その先端が、ディーゼルエンジン１の燃料室内に燃料を噴射する燃料噴射ノズル３に接続されている。

通常燃料供給路１６は、その基端が、通常燃料が貯蔵される通常燃料タンク１２に接続され、また、その先端が燃料切替弁２２に接続されている。

エマルジョン燃料供給路１８は、その基端が、エマルジョン燃料が貯蔵されるエマルジョン燃料タンク１４に接続され、また、その先端が燃料切替弁２２に接続されている。

燃料切替弁２２は、燃料導入路２０に導入する燃料を、通常燃料タンク１２から供給される通常燃料、又はエマルジョン燃料タンク１４から供給されるエマルジョン燃料の何れか一方に切り替えるものである。燃料切替弁２２には、例えば、外部から制御可能な電磁三方弁等が用いられ、その制御は燃料切替制御部２４よって行われる。なお、燃料切替弁２２は前述の形態に限らず、通常燃料供給路１６及びエマルジョン燃料供給路１８の夫々に外部から制御可能な電磁２方弁等を設けて、燃料切替制御部２４によって両方の電磁二方弁を制御することにより燃料導入路２０に導入する燃料の切り替えを行ってもよい。

燃料切替制御部２４は、例えば、ＣＰＵ、メモリ及びタイマーを備えるコンピュータから構成され、ディーゼルエンジン１の運転開始から所定の期間、及び、ディーゼルエンジン１の運転停止前の所定の期間は、燃料導入路２０に導入される燃料が通常燃料になり、それ以外の期間はエマルジョン燃料になるように燃料切替弁２２の切り替えを制御する。

熱交換排気路２６は、ディーゼルエンジン１で燃料した排気ガスを、外部に排出する際に、その途中で排気ガスとエマルジョン燃料とを熱交換して排出するための排気路である。

ここで排気ガスとエマルジョン燃料との熱交換は、例えば、熱交換排気路２６及びエマルジョン燃料タンク１４の材質に熱伝導の良好な金属を用いるとともに、熱交換排気路２６とエマルジョン燃料タンク１４とが伝熱されるように、接触させたり或いは溶接等により一体化させることで実現できる。
或いは、熱交換排気路２６をエマルジョン燃料タンク１４内を通るように配設して、排気ガスの熱を、熱交換排気路２６から直接エマルジョン燃料に伝熱させる構成にしてもよい。

非熱交換排気路２８は、ディーゼルエンジン１で燃料した排気ガスを外部に排出する際に、その途中で排気ガスとエマルジョン燃料とを熱交換することなく排出するための排気路である。

排気路切替弁３０は、熱交換排気路２６の入口付近に設けられ、開閉によりディーゼルエンジン１から排気ガスを外部に排出する排気路を、熱交換排気路２６又は非熱交換排気路２８に切り替える。

温度センサー３２は、エマルジョン燃料タンク１４内に設置されて、エマルジョン燃料の温度を測定するものであり、例えば、汎用のクロメル・アルメル等の熱電対が用いられる。温度センサー３２により出力されたエマルジョン燃料の温度を示す信号は排出経路切替部３４に伝送される。

排出経路切替部３４は、例えば、ＣＰＵ及びメモリを備えるコンピュータから構成され、温度センサー３２からの信号に応じて、排気路切替弁３０の切替制御を行う。

次に、以上説明したディーゼルエンジン１の具体的な動作の流れについて説明する。
図２は、ディーゼルエンジン１の運転時における動作のフローである。
図２に示すように、ディーゼルエンジン１の動作は、初期運転モードＳ１００と、エマルジョン燃料運転モードＳ２００と、停止運転モードＳ３００とからなる。

初期運転モードＳ１００は、ディーゼルエンジン１の運転開始から所定の期間、ディーゼルエンジン１に通常燃料を供給する運転モードである。
具体的には、運転開始から所定の期間、燃料切替制御部２４が、通常燃料供給路１６と燃料導入路２０とが連通するように燃料切替弁２２を切り替えて、燃料導入路２０に通常燃料タンク１２から通常燃料が導入されるようにする。
これにより、運転開始時にディーゼルエンジン１を確実に始動させることができるとともに、その後所定の期間通常燃料で運転することでディーゼルエンジン１が暖気されるので、ディーゼルエンジン１の運転が安定した状態で、次のエマルジョン燃料運転モード３００に移行することができる。
上記運転開始からの所定の時間としては、例えば３０分程度を目安に設定する。

エマルジョン燃料運転モードＳ２００は、ディーゼルエンジン１の燃料としてエマルジョン燃料を用いる運転モードである。
具体的には、燃料切替制御部２４が、エマルジョン燃料供給路１８と燃料導入路２０とが連通するように燃料切替弁２２を切り替えて、燃料導入路２０にエマルジョン燃料タンク１４からエマルジョン燃料が導入されるようにする。
これにより、エマルジョン燃料によるディーゼルエンジン１の運転がなされる。

停止運転モードＳ３００は、ディーゼルエンジン１の停止前の所定の期間、ディーゼルエンジン１に通常燃料を供給する運転モードである。
具体的には、ディーゼルエンジン１の停止前の所定の期間、燃料切替制御部２４が、通常燃料供給路１６と燃料導入路２０とが連通するように燃料切替弁２２を切り替えて、燃料導入路２０に通常燃料タンク１２から通常燃料が導入されるようにする。
これにより、エマルジョン燃料に含まれる水分がディーゼルエンジン１内から外部に排出されてディーゼルエンジン１内の腐食を防止するとともに、次回運転の際に円滑にディーゼルエンジン１を始動させることができる。
なお、上記ディーゼルエンジン１の停止前の所定の時間としては、例えば３０分程度を目安に設定する。

なお、上記運転モードＳ１００〜Ｓ３００において、排出経路切替部３４は、温度センサー３２によって測定された温度が所定の温度未満であるときには、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガスの排気経路が熱交換排気路２６となるように排気路切替弁３０を開け、一方、温度センサー３２によって測定された温度が所定の温度以上であるときには、排気ガスの排気経路が非熱交換排気路２８となるように排気路切替弁３０を閉める制御をする。
これにより、エマルジョン燃料が暖まり過ぎてその中の水分が蒸発してしまい、エマルジョン燃料中の水分量が減少してしまうことを抑制することができる。

以上説明した本実施形態のエマルジョン燃料を用いたディーゼルエンジン１の運転方法によれば、ディーゼルエンジン１の排気ガスの熱でエマルジョン燃料を加熱することにより、エマルジョン燃料の動粘度を低下させることができる。これにより、エマルジョン燃料をディーゼルエンジン１内に噴射した際の燃料の粒子サイズを小さくすることができるので、ディーゼルエンジン１内におけるエマルジョン燃料の不完全燃焼を防止できると共に、燃焼効率を向上させることができる。
また、エマルジョン燃料の動粘度の低下にともない、エマルジョン燃料中の含水率を増加させることができるので、ディーゼルエンジン１から排出される排気ガスの窒素酸化物の発生も抑制することができる。
また、エマルジョン燃料を加熱するための熱源としてディーゼルエンジン１の排気ガスの熱を有効利用しており、省エネにも配慮している。

１ディーゼルエンジン
３燃料噴射ノズル
１０運転装置
１２通常燃料タンク
１４エマルジョン燃料タンク
１６通常燃料供給路
１８エマルジョン燃料供給路
２０燃料導入路
２２燃料切替弁
２４燃料切替制御部
２６熱交換排気路
２８非熱交換排気路
３０排気路切替弁
３２温度センサー
３４排出経路切替部
Ｓ１００初期運転モード
Ｓ２００エマルジョン燃料運転モード
Ｓ３００停止運転モード

Claims

エマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転方法であって、
内燃機関の排気ガスの熱で加熱したエマルジョン燃料を前記内燃機関に供給することを特徴とするエマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転方法。
前記エマルジョン燃料の温度が一定以上の場合は、前記排気ガスの熱によるエマルジョン燃料の加熱を停止することを特徴とする請求項１に記載のエマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転方法。
前記内燃機関には、前記内燃機関を運転するために通常使用される通常燃料を供給する通常燃料供給系統が設けられており、
前記内燃機関の運転開始から所定の期間、及び、前記内燃機関の運転停止前の所定の期間は、前記内燃機関に前記通常燃料を前記内燃機関に供給することを特徴とする請求項１又は２に記載のエマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転方法。
エマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転装置であって、
内燃機関の排気ガスとエマルジョン燃料とを熱交換する熱交換手段と、
前記熱交換手段により前記排気ガスと熱交換した前記エマルジョン燃料を前記内燃機関に供給するエマルジョン燃料供給路とを備えることを特徴とするエマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転装置。
前記排気ガスを、前記熱交換手段によりエマルジョン燃料と熱交換させた後に外部に排出する熱交換排気路と、
前記排気ガスを、前記熱交換排気路を通過させずに外部に排出する非熱交換経路と、
前記排気ガスの外部への排出経路を、前記熱交換排気路又は前期非熱交換経路に切り替える排出経路切替手段と、
前記エマルジョン燃料の温度を検出するための温度センサーと、
前記温度センサーにより検出した温度に応じて、前記排出経路切替手段の切り替えを制御する制御手段とを備えることを特徴とする請求項４に記載のエマルジョン燃料を用いた内燃機関の運転装置。