JP3111006U

JP3111006U - 燃料原液改質システム

Info

Publication number: JP3111006U
Application number: JP2005001853U
Authority: JP
Inventors: 鐵夫杉岡
Original assignee: 鐵夫杉岡
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2005-04-04
Publication date: 2005-07-07
Anticipated expiration: 2015-04-04

Abstract

【課題】効率良く燃料原液の改質を行うことが可能な燃料原液改質システムを提供する。
【解決手段】食廃油や廃油などの高粘度低品位な燃料原液を循環させる循環系路に、燃料原液を力学的に微細化する破砕部３９の流出口と燃料原液を電磁気的に微細化する磁場印加部４０の流入口とを直結して両者を一体的に結合して構成した低分子化装置９を設け、破砕部３９は、燃料原液を加速するノズル４３と、ノズル４３で加速された燃料原液の流れ方向にスライド自在に設けられ、燃料原液を破砕するロータ４４とを、交互に複数組み合わせて構成され、磁場印加部４０は、燃料原液の流れ方向と直交する面内に異なる磁性のＮ極磁石５５とＳ極磁石５６が交互に環状に配列されて構成される。
【選択図】図２

Description

本考案は、効率良く燃料原液の改質を行うことが可能な燃料原液改質システムに関する。

高品質なエマルジョン燃料を製造する装置として、例えば特許文献１が知られている。この装置では、流路上に、液体撹拌装置と磁場印加装置とが設けられている。液体撹拌装置は、内部に、複数のロータと、複数のノズルを、それぞれ交互に有する。磁場印加装置は、或る側面上にＮ極磁石を、それらに対向した側面上にＳ極磁石を有している。液体撹拌装置内では、エマルジョン燃料が、ポンプの圧出又はノズルからのジェット噴出でロータに高速で衝突し破砕されることと、ロータが回転して巨視的に撹拌されることが行われる。液体撹拌装置から磁場印加装置内をエマルジョン燃料が通過すると、流路方向及び磁場の印加方向に対して垂直方向に起電力が発生し、その起電力によってミセル粒子の各分子クラスタが引きちぎられ、ミセル粒子の混合及び拡散が促進されてその粒径が小さくなるようになっている。
特開２００１−３４８５８１号公報

従来の装置にあっては、液体撹拌装置と磁場印加装置とを配管を介して連結していたため、液体撹拌装置で微細化されたエマルジョン燃料が配管中で再度凝集してしまい、効率が良くないという課題があった。また、磁場印加装置が、一対のＮ極磁石とＳ極磁石を対向する側面上に配置したものであるため、この面でも効率が良くないという課題があった。

本考案は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、効率良く燃料原液の改質を行うことが可能な燃料原液改質システムを提供することを目的とする。

本考案にかかる燃料原液改質システムは、食廃油や廃油などの高粘度低品位な燃料原液を循環させる循環系路に、燃料原液を力学的に微細化する破砕部の流出口と燃料原液を電磁気的に微細化する磁場印加部の流入口とを直結して両者を一体的に結合して構成した低分子化装置を設け、上記破砕部は、燃料原液を加速するノズルと、該ノズルで加速された燃料原液の流れ方向にスライド自在に設けられ、燃料原液を破砕するロータとを、交互に複数組み合わせて構成され、上記磁場印加部は、燃料原液の流れ方向と直交する面内に異なる磁性の磁性体が交互に環状に配列されて構成されることを特徴とする。

複数の前記ロータは、燃料原液の流れ方向下流側のロータの外径寸法が上流側のロータの外形寸法よりも大きく形成されることを特徴とする。

前記交互に環状に配列される異なる磁性の磁性体が、上下２つのＮ極磁石と左右２つのＳ極磁石であることを特徴とする。

本考案にかかる燃料原液改質システムにあっては、効率良く燃料原液の改質を行うことができる。

以下に、本考案にかかる燃料原液改質システムの好適な一実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。本実施形態にかかる燃料原液改質システム１は図１に示すように、食廃油や廃油、さらにはバイオマスなどの高粘度低品位な燃料原液が循環される循環系路２と、改質処理を行う燃料原液を循環系路２に供給する供給系３と、改質処理を完了した燃料原液を排出する排出系４と、バージン油などの各種液剤を循環系路２へ供給する液剤供給系５と、改質した酸素を循環系路２へ供給する酸素供給系６とから主に構成される。本実施形態にあっては、液剤供給系５に、燃料原液が凝集して高分子化することを抑制する植物性由来の助剤、例えば界面活性剤や脂肪酸、アルキルベンゼンスルホン酸塩、トール油、ナトリウム塩の少なくともいずれか一種を含む助剤を添加するための助剤添加系が含まれている。

循環系路２には、循環させる燃料原液を一次貯留する循環タンク７と、循環タンク７から燃料原液を吸引して吐出する循環ポンプ８と、循環ポンプ８から吐出される燃料原液を低分子化して改質する低分子化装置９と、低分子化装置９から流出される燃料原液の動粘度を測定して、循環系路２を循環する燃料原液の排出系４への排出を制御する制御器１０とが順次に設けられる。

供給系３は、循環タンク７に接続される。供給系３には、燃料原液を受け入れる受け入れタンク１１と、受け入れタンク１１に開閉弁１２およびポンプ１３を介して接続され、受け入れタンク１１から供給される燃料原液から不純物を取り除く電解沈殿スクリーン装置１４と、電解沈殿スクリーン装置１４に開閉弁１５およびポンプ１６を介して接続され、電解沈殿スクリーン装置１４から供給される清浄化された燃料原液を一次貯留する原料油タンク１７とが順次に設けられる。原料油タンク１７は、これに貯留された燃料原液を循環タンク７に供給するために、供給ポンプ１８を介して循環タンク７に接続される。

液剤供給系５は、循環タンク７に接続される。液剤供給系５には、バージン油を貯留するバージン油タンク１９と、水タンク２０と、化学的作用で燃料原液を細分化するＯＨ基を有するアルコール、エタノールもしくはメタノールなどを貯留する第１助剤タンク２１と、植物性由来の界面活性剤やトール油などの助剤を貯留する第２助剤タンク２２と、酸性の燃料原液を中和して細分化を安定化させるためのｐＨ調整用の苛性ソーダ水溶液などの第３助剤タンク２３とが並列に設けられ、これらタンク１９〜２３は個別に循環タンク７に開閉弁２４およびポンプ２５を介して接続される。

酸素供給系６は、循環タンク７に接続される。酸素供給系６には、原料空気から濃縮酸素を生成する酸素濃縮器２６と、酸素濃縮器２６に接続され、供給される酸素をそのイオン化を促進して改質する磁場印加装置２７とが順次に設けられる。磁場印加装置２７は、生成された改質酸素で循環タンク７内の燃料原液をバブリングするために、循環用タンク７に接続される。

排出系４は、低分子化装置９よりも下流側に設けた三方切替弁２８を介して循環系路２に接続される。排出系４にはリザーブタンク２９と、リザーブタンク２９に開閉弁３０およびポンプ３１を介して接続され、製品油を計量して排出する計量器３２とが順次に設けられる。三方切替弁２８は、制御器１０によって切替制御され、改質処理中は燃料原液を循環タンク７に環流させる一方で、動粘度が設定値に達したことに応じて、燃料原液を製品油としてリザーブダンク２９に送り出すように、系路を切り換えるようになっている。

リザーブタンク２９は、三方切替弁３３を介して循環系路２に接続され、必要に応じてリザーブタンク２９内の製品油が循環系路２に補充されるようになっている。また、リザーブタンク２９は、開閉弁３４およびポンプ３５を備える配管３６を介して、原料油タンク１７および受け入れタンク１１に接続され、これらタンク１１，１７に必要に応じて製品油が供給されるようになっている。製品油を原料タンク１７に供給するか、受け入れタンク１１へ供給するかの選択は、分岐部に設けた三方切替弁３７で切り換えられるようになっている。

次に、低分子化装置９について説明する。低分子化装置９は、筒状部材３８内に配設された燃料原液を力学的に微細化する破砕部３９および燃料原液を電磁気的に微細化する磁場印加部４０とから構成される。破砕部３９は、締め緩め自在なネジによって順次結合された５つの管状ユニット４１ａ〜４１ｅから構成される。循環ポンプ８側の第１管状ユニット４１ａ内には、上流側に異物を除去するストレーナ４２が設けられるとともに、下流側に燃料原液を加速するノズル４３が形成される。第１管状ユニット４１ａに結合される第２管状ユニット４１ｂ内には、上流側にロータ４４を装着するロータ装着通路部４５が形成されるとともに、下流側にノズル４３が形成される。

第３管状ユニット４１ｃおよび第４管状ユニット４１ｄはほぼ同様な構造で構成される。これら管状ユニット４１ｃ、４１ｄには、上流側にチャンバー部４６が形成され、チャンバー部４６と連通させてロータ装着通路部４５が形成されるとともに、下流側にノズル４３が形成される。ロータ装着通路部４５内には、上流側のノズル４３から噴出される燃料原液を衝突させて破砕するために、当該ノズル４３に向かい合うようにロータ４４が設けられる。ロータ４４はロータ装着通路部４５内に回転自在かつスライド自在に設けられる。

ロータ４４の周縁には図３に示すように、表面から裏面に向かって斜めにオリフィス４７が形成される。ロータ４４は、オリフィス４７を通過する燃料原液によって回転されるとともに、この回転作用によってオリフィス４７へ流入しようとする燃料原液に剪断作用を加えて破砕するようになっている。第５管状ユニット４１ｅ内には、支持ピン４８で支持させて、第４管状ユニット４１ｄのノズル４３から噴出する燃料原液を衝突させる壁部４９が設けられるとともに、この壁部４９の周囲には、破砕部３９の流出口に燃料原液を流出させるスリット５０が形成される。

破砕部３９の流出口にはこれに直結して磁場印加部４０が結合される。磁場印加部４０は、第５管状ユニット４１ｅに有孔プラグ５１を介して直結され、燃料原液が流通されるパイプ５２と、パイプ５２をその長さ方向および周方向に取り囲む管状の磁性ユニット５３とから構成される。磁性ユニット５３は図４に示すように、パイプ５２内を流れる燃料原液の流れ方向と直交する面内に異なる磁性の磁性体、すなわちＮ極磁石５５とＳ極磁石５６とが交互に環状に筒部材５４内部に配列され、パイプ５２内部に高密度な磁場を形成するようになっている。図示例にあっては、パイプ５２周りに４つの磁石５５，５６が設けられているが、４つ以上設けてもよいことはもちろんである。

本実施形態にかかる燃料原液改質システムの作用について説明すると、高粘度低品位の廃油や食廃油、さらにはバイオマスは予め受け入れタンク１１に貯留される。受け入れタンク１１に貯留された燃料原液は、電解沈殿スクリーン装置１４で異物が除去されて、原料油タンク１７に一時貯留される。これら原料油タンク１７や受け入れタンク１１には、燃料原液が過度に高粘度である場合などに流動性を高めるため、低粘度化された製品油がリザーブタンク２９から適宜に供給される。原料油タンク１７に一時的に貯留された燃料原液は、一回のバッチ処理に必要な量が供給ポンプ１８により循環タンク７へ供給される。また循環タンク７には、バージン油や水、その他にＯＨ基を有するアルコールや植物性由来の界面活性剤等、またｐＨ調整剤などが液剤供給系５から供給される。さらに、酸素供給系６から改質酸素が循環タンク７に供給され、循環タンク７内の燃料原液は改質酸素によるバブリングで活性化される。特に、バブリングによる撹拌作用も相俟って、アルコールが有するＯＨ基が化学的な作用で燃料原液を微細化する。

循環タンク７に貯留された燃料原液は、循環ポンプ８で吸引されて循環系路６内を循環される。循環ポンプ８から送り出された燃料原液は、低分子化装置９に送り込まれて、低分子化、ひいては低粘度化される。具体的には、低分子化装置９に流入した燃料原液は、ストレーナ４２で異物が除去された後、第１管状ユニット４１ａのノズル４３から噴出されて第２管状ユニット４１ｂ内のロータ４４に衝突する。この衝突作用によって、燃料原液は破砕され微細化される。ロータ４４に衝突した燃料原液は、ロータ装着通路部４５内の高い液圧で、ロータ４４のオリフィス４７に向かって流入し、この流入作用によってロータ４４が回転されるとともに、このロータ４４の回転によって剪断作用を受けて、燃料原液はさらに破砕され微細化されつつ、ロータ４４を通過する。

第２管状ユニット４１ｂのロータ４４を通過した燃料原液は、第２管状ユニット４１ｂのノズル４３から第３管状ユニット４１ｃ内へ噴出される。燃料原液は、第３管状ユニット４１ｃおよび第４管状ユニット４１ｄで、第２管状ユニット４１ｂと同様な破砕作用を繰り返し受けてさらに微細化される。第４管状ユニット４１ｄのノズル４３から噴出された燃料原液は、第５管状ユニット４１ｅの壁部４９に衝突してさらに微細化された後、スリット５０を介して破砕部３９から磁場印加部４０のパイプ材５２へと流出される。各ロータ４４については、オリフィス４７を介してその背面に流入した燃料原液の液圧と、ノズル４３から噴出されてこれに衝突する燃料原液の液圧のバランスによってロータ装着通路部４５内をスライド移動され、これにより燃料原液の流通性を向上できるようになっている。この破砕過程で、力学的な作用により微細化された燃料原液は、分子レベルの大きさのものが界面活性剤によって包み込まれ、凝集が防止された状態で磁場印加部４０へと流出される。

また、破砕部３９の流出口と磁場印加部４０の流入口とが直結されているので、微細化状態が維持されて燃料原液が磁場印加部４０へと供給される。磁場印加部４０では、パイプ５２の周囲に環状に交互に配列された複数のＮ極磁石５５およびＳ極磁石５６で生成される高密度な磁場によって、燃料原液が電磁気的な微細化作用を受け、これによりさらに微細化が促進される。

このようにして微細化された燃料原液は、制御器１０を流通する際に動粘度が測定され、循環系路２を介して循環タンク７へと環流され、粘度が低粘度化されていく。継続的な循環系路２への循環作用で燃料原液が低粘度化され、動粘度が所定値に達した際には、制御器１０によって三方切替弁２８が作動され、低分子化装置９の下流側が循環系路２の制御器１０側から排出系４のリザーブタンク２９側に切り換えられ、低粘度化された燃料原液は製品油として、リザーブタンク２９へと供給されるようになっている。制御器１０による制御によって、均質に低粘度化された製品油を製造することができる。リザーブタンク２９に貯留された状態でも、燃料原液は分子レベルで界面活性剤等の助剤に包み込まれた状態が維持され、低分子化状態を維持することができる。特に、植物性由来の助剤を用いるようにしたため、化石原料由来のものと異なり、製品油を燃焼させた際に、クリーンな燃焼を保証することができる。

以上説明したように、本実施形態にかかる燃料原液改質システム１にあっては、低分子化装置９を、破砕部３９の流出口と磁場印加部４０の流入口とを直結して両者を一体的に結合して構成したので、燃料原液の再凝集を適切に抑制できる。また、磁場印加部４０を、流入される燃料原液の流れ方向と直交する面内に異なる磁性の磁性体５５，５６を交互に環状に配列されて構成したので、高密度な磁場によってイオン化状態の燃料原液の電磁気的微細化作用を効果的に確保することができる。これらにより、効率良く燃料原液の改質を行うことができる。さらに、制御器１０によって粘度が均質な製品油を製造することができる。また、植物性由来の助剤で燃料原液の凝集を抑制するようにしたので、製品油の清浄な燃焼作用を確保することができる。

特に本実施形態にあっては、パイプ５２を取り囲んで配置される磁性体に関し、上下に２つのＮ極磁石５５、左右に２つのＳ極磁石５６という配置構成としていて、特に同じ極性の磁石５５，５６を向かい合わせて、燃料原液が流通するパイプ５２を挟むようにしている。この配置によれば図５に示すように、燃料原液の流れ方向と直交する面内において、隣接するＮ極磁石５５とＳ極磁石５６との間でおおよそ流れの中央部を避けて磁界Ｍが生成され、この結果、全体的には燃料原液の流れの周辺部のみにほぼ環状（ドーナツ状）の、そして特に磁石５５，５６の近傍では磁束密度が大きくかつ錯綜した強い磁界Ｍが生成される。この磁界Ｍの強さが強い箇所（燃料原液の流れの周辺部）では、燃料原液の分子は、磁力線の作用、すなわち磁気エネルギによってイオン化が促進される傾向を示し、他方、磁界Ｍの強さが弱い箇所（燃料原液の流れの中央部）では、燃料原液の分子は、磁気エネルギの作用が小さく安定化する傾向を示す。

破砕部３９から磁場印加部４０へと流入する燃料原液は、破砕作用を発揮するロータ４４を経過することによって定常流ではなく、いわゆる乱れた流れの状態にあり、このような乱れた流れであるために、燃料原液は、パイプ５２の中央部と周辺部との間を行き来しながら流れていくこととなり、このプロセスにおいて各分子は高い確率で、強い磁界Ｍの作用と弱い磁界Ｍの作用を繰り返し受けることとなり、これにより各分子におけるそのイオン化状態が強められたり弱められたりして、すなわち各分子では、受ける磁気エネルギの量（磁界Ｍの強さ）だけではなく、磁気エネルギ量の変化によってさらにイオン化状態が活性化されるようになっている。

そしてまた殊に、パイプ５２周辺部の「磁界Ｍの強さが強い箇所」には、錯綜した磁力線が存在することから、パイプ２５中央部の「磁界Ｍの強さが弱い箇所」との磁界強度の顕著な差により、燃料原液の分子が受けるエネルギ量の変化を、効果的にきわめて大きなものとすることができ、きわめて高性能な磁場印加部４０を構成することができている。要するに、燃料原液の流れ方向と直交する各面内において、磁気エネルギの量だけでなく、磁気エネルギが増減するその変動によって、分子のイオン化活性を促進することができる。

図６には、上記燃料原液改質システム１の変形例が示されている。この変形例では、供給系３および酸素供給系６が変更されている。供給系３には、電解沈殿スクリーン装置１４に代えて、フィルタープレス５７が備えられ、燃料原液から分離された固形分は乾留油化装置５８に供給される。乾留油化装置５８では、固形分を乾留して油分は原料油タンク１７に供給される一方で、炭化物はリサイクルされるようになっている。酸素供給系６には、酸素濃縮器２６に代えて、酸素水素発生器５９が備えられ、水を原料として酸素と水素が生成され、これら酸素と水素が磁場印加装置２７で改質されて循環タンク７のバブリングに利用されるようになっている。

図７には、低分子化装置９の変形例が示されている。破砕部３９は５つの管状ユニット６０ａ〜６０ｅから形成されている。この変形例では、第２管状ユニット６０ｂ内には、上流側に衝突壁６１が形成され、衝突壁６１に続けてノズル４３が形成されるとともに、下流側にロータ４４が装着されるロータ装着通路部４５が形成される。第３管状ユニット６０ｃ内には、連通孔６２が形成される。第４管状ユニット６０ｄ内には、上流側にノズル４３が形成され、続けてロータ装着通路部４５が形成されるとともに、下流側にノズル４３が形成される。第５管状ユニット６０ｅ内には、第４管状ユニット６０ｄのノズル４３に相対向する凹部４９ａが形成された壁部４９が設けられる。第４管状ユニット６０ｄの流出口側端面にも、壁部４９の凹部４９ａに相対向させて凹部６３が形成される。

燃料原液は、ストレーナ４２から流出すると、第２管状ユニット６０ｂの衝突壁６１に衝突して微細化されつつノズル４３内へと流入し、最初に小さなロータ４４ａと衝突し剪断作用を受けて、さらに微細化される。次いで、燃料原液は、第３管状ユニット６０ｃを経過して第４管状ユニット６０ｄのノズル４３から大きなロータ４４ｂに向かって衝突し、かつ剪断されつつノズル４３から第５管状ユニット６０ｅ内の壁部４９に衝突する。この第５管状ユニット６０ｅ内には、相対向する一対の凹部４９ａ，６３により燃料原液が衝突し打ち砕かれる衝突面が多数形成されていて、燃料原液は衝突とそれによる押し戻しで、凹部４９ａ，６３の様々な衝突面で繰り返し破砕されることとなり、これにより効果的に微細化される。燃料原液はその後、壁部４９周りのスリット５０から磁場印加装置４０へと流出されていく。

特に、大きなロータ４４ｂでは周縁部の回転速度を大きく確保することができ、燃料原液の流速が低下しても、適切に剪断作用を与えることができて、微細化を促進することができる。

本考案にかかる燃料原液改質システムの好適な一実施形態を示す全体構成図である。本考案にかかる燃料原液改質システムに適用される低分子化装置の一例を示す側断面図である。図２の低分子化装置に適用されるロータを説明するための、ロータを正面および側面から見た説明図である。図２の低分子化装置の磁場印加部の正面断面図である。図４の磁場印加部によって生成される磁界を説明するための図である。本考案にかかる燃料原液改質システムの他の実施形態を示す全体構成図である。本考案にかかる燃料原液改質システムに適用される低分子化装置の他の例を示す側断面図である。

符号の説明

１燃料原液改質システム
２循環系路
４排出系
５液剤添加系
９低分子化装置
１０制御器
３９破砕部
４０磁場印加部
４３ノズル
４４ロータ
５５Ｎ極磁石
５６Ｓ極磁石

Claims

食廃油や廃油などの高粘度低品位な燃料原液を循環させる循環系路に、燃料原液を力学的に微細化する破砕部の流出口と燃料原液を電磁気的に微細化する磁場印加部の流入口とを直結して両者を一体的に結合して構成した低分子化装置を設け、
上記破砕部は、燃料原液を加速するノズルと、該ノズルで加速された燃料原液の流れ方向にスライド自在に設けられ、燃料原液を破砕するロータとを、交互に複数組み合わせて構成され、
上記磁場印加部は、燃料原液の流れ方向と直交する面内に異なる磁性の磁性体が交互に環状に配列されて構成されることを特徴とする燃料原液改質システム。
複数の前記ロータは、燃料原液の流れ方向下流側のロータの外径寸法が上流側のロータの外形寸法よりも大きく形成されることを特徴とする請求項１に記載の燃料原液改質システム。
前記交互に環状に配列される異なる磁性の磁性体が、上下２つのＮ極磁石と左右２つのＳ極磁石であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料原液改質システム。