JP3732280B2

JP3732280B2 - 燃料油処理装置

Info

Publication number: JP3732280B2
Application number: JP22586696A
Authority: JP
Inventors: 一良六谷; 勲大山
Original assignee: 阪神内燃機工業株式会社
Priority date: 1996-08-07
Filing date: 1996-08-07
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2016-08-07
Also published as: JPH1043518A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンに燃料油を供給する燃料油供給系統に設けられる燃料油処理装置に関し、特に燃料油の精密濾過技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば船舶の主機関である推進用の大型ディーゼルエンジンに用いられる燃料油は、近年では、アルミナやシリカ等の触媒を用いる接触分解方式や熱分解方式による減圧蒸留によって原油を精製し、ガソリンや軽油等の上質分を抽出した残りの残渣油を主体として製造されていて、スラッジのみならず、アルミナ、シリカ等の硬質固形分をかなり含んでいる。又、原油中に含まれているワックスやアスファルテン等は、単独に、又は前記固形分を核としてその周囲を取り巻いて存在し、いわゆるウェットスラッジを形成している。
【０００３】
このようなウェットスラッジは、比重が小さいため、油清浄機で遠心分離しても効果的に除去されない。そして、スラッジやアルミナ等の硬質固形分を含んだ燃料油がエンジンに供給されると、エンジンの性能を低下させたり、エンジンの摺動部分等に付着して異常磨耗を発生させたり、潤滑油中に混入する等の不具合を発生させる。
【０００４】
このため、硬質固形分を除去するべくエンジンの直前にファインフィルタを設けることが多い。しかしながら、このようなファインフィルタによれば、固形分を除去できるが、フィルタエレメントがウェットスラッジによって目詰まりし、その寿命が短くなるという問題がある。そして、ファインフィルタのメッシュを細かくすればする程目詰まりが激しくなり、その寿命が短くなる。更に、ウェットスラッジの周縁部分を構成しているワックス等は、可燃性のもので燃料として利用できるものであり、ファインフィルタによってこれらも一緒に除去してしまえば、燃料の有効利用が図れない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は従来技術に於ける上記問題を解決し、微細な硬質固形分まで除去できると共に、フィルターエレメントの寿命を長くし、更に燃料油を改質してその利用増進を図ることができる燃料油処理装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、請求項１の発明は、ディーゼルエンジンに燃料油を供給する燃料油供給系統に設けられる燃料油処理装置において、
円筒状の本体ケーシングと前記燃料油が高速で反転を繰り返しつつ通過するように案内する案内部材であって長方形の板が１８０°捩じられて９０°位相を変えて接続するように前記本体ケーシングの中に固定された複数の案内部材とを備えたスタティックミキサからなる前処理部と、該前処理部の後流側に設けられ燃料油中の微細粒子が除去される濾過体を備えていて前記前処理部が外部又は内部のうちの何れかの部分に一体的に形成されている精密漉し器と、該精密漉し器の外面及び前記前処理部が前記外部に形成されているときに前記前処理部の前記本体ケーシングの外面に巻き付けられた保温用の加熱体と、を有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、ディーゼルエンジンに燃料油を供給する燃料油供給系統に設けられる燃料油処理装置において、
円筒状の本体ケーシングと前記燃料油が高速で反転を繰り返しつつ通過するように案内する案内部材であって前記円筒状の半径方向に２段に穴をずらせて設けられたハニカム状の内エレメント及び外エレメントと前記内エレメントの内側の両端に設けられた蓋とを備えたスタティックミキサからなる前処理部と、該前処理部の後流側に設けられ燃料油中の微細粒子が除去される濾過体を備えていて前記前処理部が外部又は内部のうちの何れかの部分に一体的に形成されている精密漉し器と、該精密漉し器の外面及び前記前処理部が前記外部に形成されているときに前記前処理部の前記本体ケーシングの外面に巻き付けられた保温用の加熱体と、を有することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の燃料油処理装置を適用した燃料油供給系統の一例を示す。
燃料油処理装置は、ディーゼルエンジンである船舶の推進用の主機関１に燃料油を供給する燃料油供給系統に設けられ、前処理部の一例であるスタティックミキサ２と、その後流側に設けられる精密漉し器としてのファインフィルタ３とを有する。燃料油は、通常残渣油を主体としたＣ重油であるが、Ａ重油又はＡ／Ｃブレンド重油等であってもよい。
【０００９】
燃料供給系統は、燃料油常用タンク４、一次漉し器５、燃料油供給ポンプ６、燃料油加熱器７、二次漉し器８、前記スタティックミキサ２、前記ファインフィルタ３、前記主機関１、圧力調整弁９、燃料油の戻りを滞留させて空気を分離して再び供給するためのエアーセパレータ１０、等によって構成されている。スタティックミキサ２及びファインフィルタ３は主機関１にできるだけ近い位置に設けられることが望ましい。燃料油常用タンク４には、燃料油澄ましタンク１１から燃料油清浄機１２で処理された燃料油が供給される。主機関１では、それぞれのシリンダ用の図示しない燃料噴射ポンプにより、シリンダ内に高圧で燃料油が噴射される。
【００１０】
図２はスタティックミキサ２の一例を示す。
スタティックミキサ２は、両端にフランジ２１を持つ本体ケーシング２２と、燃料油が高速で反転を繰り返しつつ通過するように案内する案内部材としての混合エレメント２３とによって構成されている。混合エレメント２３は、長方形の板を１８０°捩じった形状になっていて、その捩じれの方向により、通過する燃料油が右回転する右エレメント２３ａと左回転する左エレメント２３ｂとに別れていて、これらが交互に９０°位相をずらせて組み合わせられ、溶接等によって本体ケーシング２２に固定されている。
【００１１】
図３はファインフィルタの一例を示す。
ファインフィルタ３は、上部にフランジ３１を備えた胴体３２、カバー３３、燃料油中の微細粒子が除去される濾過体としてのフィルタエレメント３４、燃料油入口、出口管３５、３６、一次ドレン管３７、二次ドレン管３８、空気抜き管３９、４０、据付け脚４１等を備えている。入口管３５は、導入される燃料油が胴体３２に沿って旋回流になるように、胴体３２の内部まで内管として延設されている。本例のファインフィルタ３には、支持ブラケット４２を介して図２に示すスタティックミキサ２が一体的に取り付けられている。符号４３は拡管ピースである。
【００１２】
なお、スタティックミキサ２とファインフィルタ３とを離して取り付ける場合には、それらの間で温度降下をできるだけ少なくするように、十分な保温措置が採られることが望ましい。又、スタティックミキサ２とファインフィルタ３とを一体的に形成する場合でも、これらを主機関のできるだけ近くに設置することが望ましい。そのようにすれば、後述するように、一度細分化したウェットスラッジの再生をより確実に防止することができる。
【００１３】
ファインフィルタの胴体３２回りやスタティックミキサ２を含む入口／出口管３５、４３／３６等の表面には、一部分のみを二点鎖線で図示しているように保温用の加熱体４４が巻き付けられていて、その上は保温材４５で覆われている。加熱体としては、蒸気管や温水等の熱媒体管を使用することができるが、本例では、どのような船舶でも必ず得ることができる電気を用いて、少ない電力消費で簡易且つ確実に保温効果を維持できるように、１２０°Ｃ程度の温度に自己温度制御されるヒートケーブルを用いている。
【００１４】
フィルタエレメント３４は、カートリッジ式使い捨て型の公称濾過精度５μｍのもので、円筒面３４ａが濾過面になっていて、上下の両端には、４個の通油穴３４ｂ−１の明けられた胴体中間蓋３４ｂ、同様の通油穴を備えた開口板３４ｃ及び盲板３４ｄが設けられている。フィルタエレメントとしては、濾過精度２〜１０μｍ程度のもの若しくはもう少し粗いものでもよく、又ファインフィルタの形式としては、金網式、ノッチワイヤー式等の連続逆洗再使用型のものであってもよい。
【００１５】
ファインフィルタの通油量は、これが使用される対象となる主機関の大きさによって当然異なるが、例えば１ｍ³／ｈである。このとき、燃料油の入口、出口管３５、３６には、口径３２ｍｍ程度の管が用いられる。一方、スタティックミキサ２の内径は、流速を十分速くするために、その１／２以下のサイズになっている。その結果、スタティックミキサ内では、通常の管内の流速の５〜６倍程度の速い流速で油が流れる。
【００１６】
以上のような燃料油供給系統及び燃料油処理装置は次のように使用される。
船内の図示しない燃料油タンクから燃料油澄ましタンク１１に積み込まれ適当な温度に維持されているＣ重油は、比重差によってスラッジ等をある程度分離された後、燃料油清浄機１２で処理されて燃料油常用タンク４に貯蔵される。燃料油清浄機では、Ｃ重油中の相当量のスラッジや水が除去される。
しかし、Ｃ重油は、微細なスラッジや精製過程で加えられたアルミナ、シリカ等の触媒粒子からなる硬質固形分、ワックスやアスファルテンのような軟質固形分、これらが結合して結合体としては比重が小さいウェットスラッジ等を含んでいて、これらは燃料油清浄機において効果的に除去されず、多くは燃料油中に残留する。
【００１７】
油清浄機にかけられたＣ重油は、固化防止や粘度低下のために燃料油常用タンク４内で適当な温度まに加熱されつつ貯蔵され、一次漉し器５を介して燃料油供給ポンプ６で吸引されて吐出され、主機関１の燃料噴射ポンプで噴射に適した粘度になるように、燃料油加熱器７で例えば１２０°Ｃ程度まで加熱され、二次漉し器８、本発明の燃料油処理装置を形成するスタティックミキサ２及びファインフィルタ３を経由して、主機関の燃料噴射ポンプに供給される。
【００１８】
一次漉し器５は、ポンプ６の保護等を目的とした通常１００メッシュ程度の粗い網目のものである。二次漉し器８は、ファインフィルタ３を設ける場合にはその目詰まり防止等のため、又、これを設けない場合には直接主機関の燃料噴射ポンプ保護のため、数１０μｍ程度のものが用いられる。燃料油供給系統として二次漉し器８までの装置のみを装備する場合には、主機関内への微細なスラッジや触媒粒子の混入が多くなり、粗悪Ｃ重油を使用する場合には主機関の性能低下等を招くことになる。
【００１９】
一方、二次漉し器８の濾過精度を上げようとすれば、前記のウェットスラッジ等による目詰まりが多くなる。又、二次漉し器とファインフィルタとを単に並設することにより、順次濾過精度を上げるようにしても、それぞれの漉し器へのウェットスラッジ等の詰まりを効果的に防止できない。本発明では、スタティックミキサ２とファインフィルタ３とをこの順に直列に並設しているので、ファインフィルタの詰まりを防止しつつ微細な固形物を十分除去できる。
【００２０】
図４は図２を部分的に拡大した図で、スタティックミキサ２内の燃料油の通過状態を示す。
燃料油加熱器７で加熱されたＣ重油がスタティックミキサ２内に入ってくると、その入口部の口径は配管口径の１／２以下になっているから、油は通常の流速の５〜６倍程度の流速になる。スタティックミキサ２内では、油は、混合エレメント２３の中の右エレメント２３ａの最初のもの２３ａ−１において、エレメントの縦向きの先端２３ａ−１１により手前側の実線及び奥側の点線で示すように二分され、捩じられたり反転しながら高速でそのエレメントの後端２３ａ−１２に至る。
【００２１】
次の左エレメント２３ｂ−１では、その入口部で横向きの先端２３ｂ−１１によって手前側及び奥側の油はそれぞれ上下に二分され、混合、捩じれ、反転等の作用を受け、更にエレメントを通過する間にも捩じれや反転作用を受ける。左エレメント２３ｂ−１の後端２３ｂ−１２では、上下に分割された油がそれぞれ次の右エレメント２３ａ−２の先端２３ａ−２１で二分され、そのエレメントを通過する際に同様に混合、捩じれ、反転等の作用を受ける。２３ｂ−２以下のエレメントにおいても、油は同様の作用を受けながら流れる。
【００２２】
このように、油は高速で分割／混合、捩じれ、反転等の作用を受けると共に、Ｃ重油では当然に燃料加熱器７で加熱されて粘度低下の効果が加わるので、粘性の高いＣ重油であっても流れに激しい乱れが生じ、微細なスラッジや添加物を核としたウェットスラッジやワックス等の軟質固形物はあらゆる方向に力や加速度を受け、油清浄機における一様な遠心力では分割されなかった固まりが細断されたり、核となっているアルミナやシリカがワックス等と分離して単独に油中に放出される。
【００２３】
その結果、ウェットスラッジや軟質固形物が分散消滅し、硬質固形分はフィルタで捕捉され、軟質固形分は適当に変形してフィルタを通過する。そして、フィルタエレメントを目詰まりさせることなく、燃料油中から微細スラッジや触媒粒子を除去することができる。なお、高速でスタティックミキサを通過させると圧力損失が生ずるが、その値は１kgf/cm²以下（本例では０．８kgf/cm²）であり、問題になる程ではない。
【００２４】
図５は、図３に示す本発明の燃料油処理装置であるスタティックミキサ２を入口部分に備えたファインフィルタ３を用いて、その拡管ピース４３からＲＷＮＯ．１粘度１５００秒のＣ重油を入れて処理試験をした結果を示す。この結果によれば、処理油中には１０μｍ以上の粒子は殆ど存在しなくなり、原料油中に存在したウェットスラッジ等の粒状物がスタティックミキサで細断され、微細な硬質固形分もファインフィルタで十分捕捉されていることが分かる。
【００２５】
図６は、上記の燃料油処理装置を実際の船舶に搭載してファインフィルタの目詰まりの状態を試験した結果を示す。
本例の主機関は１８００ＰＳのディーゼルエンジンで、燃料油としては上記と同じＣ重油を用いている。実験では、フィルタの目詰まりの指標であるファインフィルタ３の入口／出口間の差圧を測定している。前の曲線イは同じ濾過精度（公称５μｍ）のファインフィルタのみを設けた場合を示し、後の曲線ロは、運転時間２３４０時間の時からスタティックミキサ２を装着した図３に示す本発明の燃料油処理装置の場合を示す。両曲線の上端で差圧が１．８kgf/cm²になるとフィルタエレメントを交換している。
【００２６】
この実験において、従来の装置の場合の曲線イと本発明の装置の場合の曲線ロとを、差圧が上昇を始めてからフィルタエレメントの交換に至るまでの時間で比較すれば、曲線イでは１４５時間（１８１５時間−１６７０時間）であるのに対して、曲線ロでは６５０時間（３０９０時間−２４４０時間）であり、本発明の装置により、フィルタエレメント交換時間を従来の装置の場合の４．５倍に延長することができた。
【００２７】
図７はスタティックミキサの他の例を示し、そのなかで（ｃ）は内外エレメント２４、２５の接続部分を平面に展開し、これを外エレメント２５側から見た図である。
本例のスタティックミキサは、フランジ部２１を備えた胴体２２内において、半径方向に２段にハニカム状の内エレメント２４及び外エレメント２５を備えている。内エレメント２４の内側の両端には蓋２６、２７が取り付けられ、中心部分２８には油が流れないようになっている。
【００２８】
このスタティックミキサでは、同図（ｃ）に示す如く、例えば矢印Ａ方向から流れて来た油は、矢印Ｂ方向から流れてきた油と合体して右回転しながら内エレメント２４の１つの内セル２４１（下側で図では紙面の奥側）に流入し、その旋回エネルギーによって内セル２４１内では点線の矢印で示す如く左旋回流が発生する。
【００２９】
内セル２４１は外エレメント２５の外セル２５１及び２５２と導通しているので、内セル２４１内の左旋回エネルギーを持った油がこれらの外セルに入ると、その内壁に案内されて実線の矢印の如く右旋回流を発生させる。このような現象が内外セル間を点線及び実線の矢印に示す如く順次伝達される。この間に、油は分離／集合、方向反転、旋回、逆旋回等の作用を受け、図２に示すエレメント２３の場合と同様に、その中のウェットスラッジが細断され、触媒粒子等の硬質固形分が単独で油中に放出される。
【００３０】
図８は燃料油処理装置の他の構成例を示す。
図３の例では、スタティックミキサ２をファインフィルタ３の油入口管３５に取り付けることによってこれらを一体化しているが、本例では、直管状又は胴体３２の形状に沿わせた曲管状のスタティックミキサ２をファインフィルタ３の内部（図示の例では底部）に配置している。スタティックミキサ２は、溶接、ネジ止め又はフランジ等によって胴体３２又は入口管３５と結合され、胴体から支持ブラケット４２で支持される。このようにすれば、スタティックミキサ２で前処理された燃料油がそのままファインフィルタ３のフィルタエレメント３４を通過するので、ウェットスラッジの再生を完全に防止でき、硬質固形物の分離性能及びフィルタエレメントの耐久性を一層向上させることができる。又、可燃分をより多く通過させることにより燃料油の改質を促進し、更にファインフィルタの外形構造の簡素化を図ることができる。
【００３１】
以上では、前処理部がスタティックミキサである場合について説明した。即ち、比重が軽く固形状を成し極めて粘性の大きいウェットスラッジの場合には、油清浄機のように強い遠心力を加えても、一様な力ではこれを細断して核となっている硬質固形物を取り出すことはできないが、燃料油の温度を上げて高速で繰り返し反転させれば、流れに大きな乱れが生じ、ウェットスラッジを破壊できる可能性があること、そしてスタティックミキサがこのような目的に即応できることから、これを用いた実証する試験を行ない、図５、図６に示すような良好な結果を得ることができた。
【００３２】
しかし、スタティックミキサは本来異種流体を混合する目的のものであり、船舶用としては、例えばＡ重油とＣ重油とを混合してブレンド油を製造する目的に使用されている。本発明では、スタティックミキサの付随的作用である流れを乱す作用に着目し、これを利用したものである。従って、前処理部が、燃料油を高速で繰り返し反転させつつ通過させるように案内する案内部材を備えていれば、上記のような作用効果を発生させることができるので、本発明の前処理部は、所謂スタティックミキサと総称されている装置には限られない。
【００３３】
【発明の効果】
以上の如く請求項１及び２の発明によれば、先ず、燃料油が高速で反転を繰り返しつつ通過するように案内する案内部材を備えた前処理部を設けるので、燃料油の流れが大幅に乱され、軟質固形分や触媒粒子等の硬質固形分を核としたウェットスラッジがあらゆる方向から力を受けて揺さぶられ、固形分が細かく分断されると共に、核となっているスラッジやアルミナ、シリカ等の粒子が油中に洗い出される。
【００３４】
次に、このように前処理された燃料油中の微細粒子を除去できる濾過体を備えた精密漉し器を設けるので、スラッジや触媒粒子等の硬質固形分を捕捉することができる。その結果、これらの除去された燃料油を主機関に送り、その性能低下や異常磨耗の発生等を防止することができる。
【００３５】
一方、ウェットスラッジを形成していて細かく分断されたアスファルテンやワックス等の軟質物は、変形容易であるため殆ど濾過体を通過する。その結果、濾過体の目詰まりを大幅に低減でき、その寿命を延長することができる。この濾過体が逆洗式のものであれば、逆洗時間を長くし、逆洗のための燃料油の損失を低減することができる。
【００３６】
又、上記のような軟質固形分は相当の発熱量を持った可燃性物質であるため、主機関に送られれば燃料の一部分となって燃料と同様に燃焼される。従って、従来ではファインフィルタで除去していたものを燃料として使用することができる。即ち、燃料を、元の同じ重量に対して発熱量の大きくなった良質のものに改質することができる。
【００３７】
以上から、請求項１の発明によれば、簡単な構成で極めて大きな種々の作用効果を得ることができる。
【００３８】
又、上記に加えて、前処理部と精密漉し器とを一体的に形成しているので、前処理部で処理した燃料油を温度降下させることなく精密漉し器に導入することができる。ウェットスラッジは、一度細分化されても温度が低くなると容易に結合し、再生され易いが、これを防止して確実に上記諸作用効果を得ることができる。又、両者の一体化により、船内等における現場工事が少なくなり、装置の生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した燃料油処理装置を含む燃料油供給系統の説明図である。
【図２】スタティックミキサの一例を示す断面図である。
【図３】ファインフィルタの構造例を示す断面図である。
【図４】スタティックミキサ内の油の流れ状態を示す説明図である。
【図５】スタティックミキサを装着したファインフィルタの性能試験結果を示す曲線図である。
【図６】従来のファインフィルタのみを装着した燃料油処理装置とスタティックミキサ及びファインフィルタを一体的に形成した本発明の燃料油処理装置とのフィルタエレメントの目詰まり状態を比較した実験結果を示す曲線図である。
【図７】本発明の前処理部に適用できるスタティックミキサの他の例を示し、（ａ）は側面図、（ｂ）は斜視図、（ｃ）は内外エレメントを平面状に展開して示した説明図である。
【図８】スタティックミキサを内蔵したファインフィルタの構造例を示す断面図である。
【符号の説明】
１主機関（ディーゼルエンジン）
２スタティックミキサ（前処理部）
３ファインフィルタ（精密漉し器）
２３混合エレメント（案内部材）
２３ａ右エレメント（案内部材）
２３ｂ左エレメント（案内部材）
２４内エレメント（案内部材）
２５外エレメント（案内部材）

Claims

ディーゼルエンジンに燃料油を供給する燃料油供給系統に設けられる燃料油処理装置において、
円筒状の本体ケーシングと前記燃料油が高速で反転を繰り返しつつ通過するように案内する案内部材であって長方形の板が１８０°捩じられて９０°位相を変えて接続するように前記本体ケーシングの中に固定された複数の案内部材とを備えたスタティックミキサからなる前処理部と、該前処理部の後流側に設けられ燃料油中の微細粒子が除去される濾過体を備えていて前記前処理部が外部又は内部のうちの何れかの部分に一体的に形成されている精密漉し器と、該精密漉し器の外面及び前記前処理部が前記外部に形成されているときに前記前処理部の前記本体ケーシングの外面に巻き付けられた保温用の加熱体と、を有することを特徴とする燃料油処理装置。
ディーゼルエンジンに燃料油を供給する燃料油供給系統に設けられる燃料油処理装置において、
円筒状の本体ケーシングと前記燃料油が高速で反転を繰り返しつつ通過するように案内する案内部材であって前記円筒状の半径方向に２段に穴をずらせて設けられたハニカム状の内エレメント及び外エレメントと前記内エレメントの内側の両端に設けられた蓋とを備えたスタティックミキサからなる前処理部と、該前処理部の後流側に設けられ燃料油中の微細粒子が除去される濾過体を備えていて前記前処理部が外部又は内部のうちの何れかの部分に一体的に形成されている精密漉し器と、該精密漉し器の外面及び前記前処理部が前記外部に形成されているときに前記前処理部の前記本体ケーシングの外面に巻き付けられた保温用の加熱体と、を有することを特徴とする燃料油処理装置。