WO2007083551A1

WO2007083551A1 - バイオディーゼルフューエルエンジン・システムおよびバイオディーゼルフューエルエンジンの運転方法

Info

Publication number: WO2007083551A1
Application number: PCT/JP2007/050194
Authority: WO
Inventors: Tetuo Sugioka; Akira Sakamoto
Original assignee: Tetuo Sugioka; Akira Sakamoto
Priority date: 2006-01-17
Filing date: 2007-01-11
Publication date: 2007-07-26
Also published as: US8381701B2; US20100218734A1; JP4652238B2; BRPI0706612A2; CN101389842B; EP1975393A1; EP1975393A4; CN101389842A; JP2007192063A

Abstract

【課題】メチルエステル法により改質処理することなく、植物由来・動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源から既存のディーゼルエンジン用のバイオマス燃料を作成することが可能であって、低燃費で信頼性高く安定的に運転することが可能なバイオ・ディーゼル・フューエル・エンジン・システムおよびバイオ・ディーゼル・フューエル・エンジンの運転方法を提供する。【解決手段】植物由来・動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源を燃料原液とし、燃料原液を、これに界面活性剤を添加して、微細化装置１により１０μｍ以下の粒径に微細化して、バイオマス燃料を作成し、バイオマス燃料をバイオマス燃料供給系５０を介して燃料噴射装置５１に供給し、燃料噴射装置でバイオマス燃料をエンジンシリンダ５２内に噴霧してディーゼルエンジン５３を運転するように構成した。

Description

バイオディーゼルフューエルエンジン 'システムおよぴバイオディーゼルフエルエンジンの運転方法

技術分野

] 本発明は、メチルエステル法により改質処理することなぐ榧物由来 ·動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源力ら既存のディーゼルエンジン用のバイオマス燃料を作成することが可能であって、これにより低燃費で信頼性高く安定的に運転することが可能なバイオ'ディーゼル 'フューエル 'エンジン'システムおよびバイオ'ディーゼル 'フューエル.エンジンの運転方法に関する。

背景技術

] 動'植物油を、バーナー炊き用の燃料として用いる技術が特許文献 1や特許文献 2 に開示されている。他方、近年にあっては、ディーゼルエンジン用燃料として、ノィォ •ディーゼル ·フューエル (BDF)が脚光を浴びてレ、る。このバイオ ·ディーゼル ·フユ一エルは動 ·植物油をメチルエステル法で改質して燃料化するようにしてレ、る。メチルエステル法により、動 ·植物油の引火点を下げ、また動粘度を低下させて燃料噴射特性を改善し、これにより既存ディーゼルエンジンへの適用を可能としている。

特許文献 1 :特開 2003— 294221号公報

特許文献 2：特開 2004— 198050号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

] ところで、メチルエステル法によって動'植物油を改質して燃料ィ匕した場合、次のような課題があった。

(1)動 ·植物油をメタノールと化学反応させて燃料化するものであり、改質処理に必要な設備コストも含めて、改質処理にコストがかかり、軽油よりも割高になってしまう。 • (2)副生成物としてグリセリンが生じ、その処理に手間やコストがかかる。また、このように副生成物が発生することから、動'植物油から得られるバイオ ·ディーゼル 'フューエルの収率が低い。 (3)脱グリセリン処理であるため、得られたバイオ'ディーゼル 'フューエルの熱量は小さぐ高い出力が得られない。

(4)軽油などの化石燃料と混ぜることなぐバイオ'ディーゼル 'フューエルを 100% で使用する場合、潤滑物質がないため、ディーゼルエンジンに焼き付きなどの機械的損傷が発生し易ぐ信頼性が低い。

[0004] 本発明は上記従来の課題に鑑みて創案されたものであって、メチルエステル法により改質処理することなく、植物由来 ·動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源力既存のディーゼルエンジン用のバイオマス燃料を作成することが可能であって、低コストで作成することができ、また副生成物がなぐ従って改質処理における手間やコストを削減できかつ収率も高いとともに、得られるバイオマス燃料そのものにより好ま、潤滑性能が得られ、改質処理後も高!、熱量を有するバイオマス燃料によつて高い出力が得られ、これにより低燃費で信頼性高く安定的に運転することが可能なバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システムおよびバイオ ·ディーゼル ·フユ一エル.エンジンの運転方法を提供することを目的とする。課題を解決するための手段

[0005] 本発明に力かるバイオ'ディーゼル 'フューエル 'エンジン'システムは、植物由来' 動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源を燃料原液とし、燃料原液を、これに界面活性剤を添加して、微細化装置により 10 m以下の粒径に微細化して、バイオマス燃料を作成し、バイオマス燃料をバイオマス燃料供給系を介して燃料噴射装置に供給し、該燃料噴射装置でバイオマス燃料をエンジンシリンダ内に噴霧してディーゼルエンジンを運転することを特徴とする。

[0006] 前記バイオマス燃料供給系に対し、軽油や重油などの化石燃料を供給する化石燃料供給系を併設するとともに、前記燃料噴射装置に対するこれら化石燃料供給系およびバイオマス燃料供給系の接続を切り替える切替装置を備えたことを特徴とする。

[0007] 前記バイオマス燃料供給系に、ノィォマス燃料を加温する加温装置を備えたことを特徴とする。

[0008] 燃料原液からバイオマス燃料を作成する前記微細化装置を含む製造ユニットを、前記バイオマス燃料供給系に着脱自在に接続したことを特徴とする。 [0009] 前記製造ユニットは、作成されたバイオマス燃料を貯留するバイオマス燃料貯留タンクを備えることを特徴とする。

[0010] 前記バイオマス燃料貯留タンクに対し、化石燃料を貯留しかつ前記化石燃料供給系に着脱自在に接続される化石燃料貯留タンクを併設して、燃料貯留設備を構成したことを特徴とする。

[0011] 本発明に力かるバイオ ·ディーゼル ·フューエル 'エンジンの運転方法は、植物由来

•動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源を燃料原液とし、燃料原液を、これに界面活性剤を添加して、微細化装置により 10 m以下の粒径に微細化して、バイオマス燃料を作成し、バイオマス燃料をバイオマス燃料供給系を介して燃料噴射装置に供給し、該燃料噴射装置でバイオマス燃料をエンジンシリンダ内に噴霧してディーゼルエンジンを運転することを特徴とする。発明の効果

[0012] 本発明に力かるバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システムおよびバイオ · ディーゼル 'フューエル'エンジンの運転方法にあっては、メチルエステル法により改質処理することなく、植物由来，動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源力既存のディーゼルエンジン用のバイオマス燃料を作成することができ、低コストで作成することができて、また副生成物がなぐ従って改質処理における手間やコストを削減できかつ収率も高いとともに、得られるバイオマス燃料そのものにより好ましい潤滑性能が得られ、改質処理後も高い熱量を有するバイオマス燃料によって高い出力が得られ、これにより低燃費で信頼性高く安定的に運転することができる。

発明を実施するための最良の形態

[0013] 以下に、本発明に力かるバイオ'ディーゼル 'フューエル 'エンジン'システムおよびノィォ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジンの運転方法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バイオ ·ディーゼル 'フューェル.エンジン ·システムは基本的には、図 1から図 4に示すように、植物由来'動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源を燃料原液とし、燃料原液を、これに界面活性剤を添加して、微細化装置 1により 10 m以下の粒径に微細化して、バイオマス燃料を作成し、ノィォマス燃料をバイオマス燃料供給系 50を介して燃料噴射装置 5 1に供給し、燃料噴射装置 51でバイオマス燃料をエンジンシリンダ 52内に噴霧してディーゼルエンジン 53を運転するように構成される。

[0014] ノィォマス燃料供給系 50に対し、軽油や重油などの化石燃料を供給する化石燃料供給系 54を併設するとともに、燃料噴射装置 51に対するこれら化石燃料供給系 5 4およびバイオマス燃料供給系 50の接続を切り替える切替装置としての切替弁 55が備えられる。バイオマス燃料供給系 50に、バイオマス燃料を加温する加温装置 56が備えられる。燃料原液からバイオマス燃料を作成する微細化装置 1を含む製造ュニット 57は、バイオマス燃料供給系 50に着脱自在に接続される。製造ユニット 57は、作成されたノィォマス燃料を貯留するバイオマス燃料貯留タンク 58を備える。バイオマス燃料貯留タンク 58に対し、化石燃料を貯留しかつ化石燃料供給系 54に着脱自在に接続される化石燃料貯留タンク 59を併設して、これらタンク 58, 59で燃料貯留設備が構成される。

[0015] 本実施形態に力かるバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジンの運転方法は基本的には、植物由来 ·動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源を燃料原液とし、燃料原液を、これに界面活性剤を添加して、微細化装置 1により 10 m以下の粒径に微細化して、バイオマス燃料を作成し、バイオマス燃料をバイオマス燃料供給系 5 0を介して燃料噴射装置 51に供給し、燃料噴射装置 51でバイオマス燃料をエンジンシリンダ 52内に噴霧してディーゼルエンジン 53を運転するようになっている。

[0016] 本実施形態に力かるバイオ'ディーゼル 'フューエル 'エンジン'システムは主に、デイーゼルエンジン 53を用いた各種のプラントやディーゼルエンジン自動車などのディーゼルエンジン設備 60と、ディーゼルエンジン設備 60への燃料を準備するための燃料設備 61とを備えて構成される。

[0017] 燃料原液となる植物由来'動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源として、通常燃料ィ匕には適さな、飽和脂肪酸を主体とするあるいは多量に含む、加工油脂であるバター、動物性油脂である牛脂、豚脂、植物性油脂の中でも、パーム核油、パーム油、ヤシ油を使用することができるとともに、その他の大豆油、ごま油、米ぬか油、なたね油、ォリーブ油、べに花油（ノヽィォレイン、ハイリノール）、ひまわり油、コーン油、さらに魚油のキハダマグロ、マイワシ、サケカも抽出される油など、各種の動物性'植物性油脂を使用できる。これら液状バイオマス資源に対しては、水は添加しても、しなくてもよい。また、固化状態のものは、加熱するなどして溶融液化して使用すればよい。

[0018] 燃料設備 61には、燃料原液からバイオマス燃料を作成する製造ユニット 57が備えられる。製造ユニット 57は主に、燃料原液である液状バイオマス資源を受け入れる原液タンク 62と、原液タンク 62から供給される燃料原液を、その粒径が 10 m以下となるように微細化処理する、後述する微細化装置 1と、微細化装置 1へ供給される燃料原液に、助剤タンク 63から界面活性剤を添加する助剤添加系 38と、微細化装置 1で微細化することにより作成されたバイオマス燃料を一時的に貯留するバイオマス燃料貯留タンク 58とを備える。

[0019] バイオマス燃料貯留タンク 58の出口側には、粒径が 10 μ m以下の粒径のバイオマス燃料分のみを透過させるフィルタ 64が設けられる。また、バイオマス燃料貯留タンク 58と微細化装置 1への流入側との間には、微細化して作成されたバイオマス燃料を一度だけでなぐ何度でも微細化装置 1に循環流通させて、微細化を促進するための循環系 65が設けられる。バイオマス燃料貯留タンク 58の出口側には、バイオマス燃料をディーゼルエンジン設備 60に給油するための給油ホース 66が着脱自在に接続される。また、燃料設備 61には、バイオマス燃料貯留タンク 58に対し、軽油や重油などの化石燃料を一時的に貯留する化石燃料貯留タンク 59が併設され、この化石燃料貯留タンク 59にも、ディーゼルエンジン設備 60へ給油するための給油ホース 67が着脱自在に接続される。

[0020] ディーゼルエンジン設備 60は主に、製造ユニット 57のバイオマス燃料貯留タンク 5 8に接続された給油ホース 66が着脱自在に接続され、バイオマス燃料を供給するバィォマス燃料供給系 50と、化石燃料貯留タンク 59に接続された給油ホース 67が着脱自在に接続され、化石燃料を供給する化石燃料供給系 54と、ディーゼルエンジン 53と、ディーゼルエンジン 53のエンジンシリンダ 52内に燃料を噴霧する燃料噴射装置 51と、燃料噴射装置 51に対しィ匕石燃料あるいはバイオマス燃料のいずれかを択一的に供給するために、切り替え動作されて燃料噴射装置 51を化石燃料供給系 54 およびバイオマス燃料供給系 50のいずれかと接続する切替弁 55とを備える。 [0021] ノィォマス燃料供給系 50は、燃料設備 61の製造ユニット 57から給油されるバイオマス燃料を貯留するバイオマス燃料タンク 68を備える。化石燃料供給系 54は、燃料設備 61の化石燃料貯留タンク 59から給油される化石燃料を貯留する化石燃料タンク 69を備える。切替弁 55による化石燃料供給系 54とバイオマス燃料供給系 50の切り替え制御は、どのようなタイミングで行うようにしてもよいが、例えば、エンジン始動時などのエンジン冷間時やエンジンの低速回転時は、燃料噴射装置 51をィ匕石燃料供給系 54と接続して化石燃料でディーゼルエンジン 53を運転し、その他の運転状態では、燃料噴射装置 51をバイオマス燃料供給系 50と接続して、バイオマス燃料でディーゼルエンジン 53を運転するように設定することが好まし、。

[0022] また、ディーゼルエンジン設備 60には、バイオマス燃料を加温して低粘度化させる加温装置 56が設けられる。この加温装置 56は、ディーゼルエンジン 53の排気系 70 に設けられ、排ガスで熱媒を加熱する熱交と、ノィォマス燃料タンク 68に設けられ、熱媒の熱でバイオマス燃料を加温する加温部 72と、これら加温部 72と熱交翻71との間で熱媒を循環流通させる熱媒循環系 73とを備える。切替弁 55によつてノィォマス燃料供給系 50およびィ匕石燃料供給系 54から択一的に供給されるバイォマス燃料およびィ匕石燃料は、燃料噴射装置 51に供給される。燃料噴射装置 51はこれら燃料をエンジンシリンダ 52内に噴霧し、噴霧されたこれら燃料は、ディーゼルエンジン 53における圧縮着火で燃焼され、これによりディーゼルエンジン 53が運転される。図中、 74は、ディーゼルエンジン設備 60が自動車である場合の車輪である。

[0023] 図 2および図 3には、燃料原液である液状バイオマス資源を、粒径 10 μ m以下の粒径に微細化する微細化装置 1の一例が示されている。微細化装置 1は基本的には、図示しない圧送ポンプなどで圧送される燃料原液を加速させる第 1および第 2ノズル 2, 3およびこれらノズル 2, 3にロータ面 4a, 5aを向けて配置されて燃料原液が衝突される回転自在な第 1および第 2ロータ 4, 5を燃料原液の流れ方向に交互に複数設け、ロータ 4, 5には、ロータ面 4a, 5aの外周部に位置させて、流通する燃料原液で口ータ 4, 5を回転させると同時に、その回転で燃料原液の流れにせん断力を作用させて旋回流を生じさせつつ燃料原液を破砕する第 1および第 2斜方スリット 6, 7を貫通形成し、複数のノズル 2, 3は、燃料原液の流れ方向に沿って、上流側の第 1ノズル 2 の口径を下流側の第 2ノズル 3の口径よりも小さく設定し、複数のロータ 4, 5は、燃料原液の流れ方向に沿って、上流側の第 1ロータ 4の外径寸法を下流側の第 2ロータの外径寸法よりも小さく設定し、斜方スリット 6, 7は、燃料原液の流れ方向に沿って、上流側の第 1斜方スリット 6の大きさを下流側の第 2斜方スリット 7の大きさよりも小さく設定し、交互に設けたノズル 2, 3およびロータ 4, 5の燃料原液流れ方向下流側に、旋回流となって流れ込む燃料原液が衝突される凹状壁部としての第 1凹曲面壁部 8を有して、その内部で燃料原液を層流状態で撹拌混合させる混合チャンバ 9を設けて構成される。

[0024] また、燃料原液に磁力を作用させて当該燃料原液を磁ィ匕する磁ィ匕ユニット 10が備えられる。磁ィ匕ユニット 10は、燃料原液の流れ方向に沿って、交互に設けたノズル 2 , 3およびロータ 4, 5力も混合チャンバ 9にわたつてこれらを取り囲んで設けられる。

[0025] 図示例の微細化装置 1は、締め緩め自在なネジによって順次結合される 5つの管状ユニット 11〜15を備えて構成される。第 1管状ユニット 11は、電磁波等の進入を抑制するために非磁性材料で形成される。第 1管状ユニット 11には、これに形成される環状仕切り壁 16で区分けして、燃料原液の流れ方向に沿って順次、流入側開口部 17を一端に有する中空室 18と、第 2管状ユニット 12が装着される第 1凹部 19とが形成される。中空室 18には、環状仕切り壁 16の内周に流出口部 20aを螺着して、異物を除去するストレーナ 20が収容される。中空室 18の流入側開口部 17には、圧送される燃料原液を中空室 18に流入させるための原液流入孔 21 aを有する入口側ブッシング 21が螺着される。入口側プッシング 21には、界面活性剤を導入する助剤添加系 38が接続される。助剤添加系 38には、界面活性剤の供給 ·停止を切り換えるバルブ 39と、界面活性剤の逆流を防止する逆止弁 40が設けられる。原液タンク 62から入口側プッシング 21の原液流入孔 21 aを介して第 1管状ュ-ット 11に流入され、助剤添加系 38からの界面活性剤が添加された燃料原液は、ストレーナ 20で異物が除去された後、その流出口部 20aから第 1凹部 19側へと流入するようになっている。

[0026] 第 2管状ユニット 12には、両端に凸部 12a, 12bが形成される。第 2管状ユニット 12 の一方の凸部 12aは、第 1管状ユニット 11の第 1凹部 19に螺着される。またこの一方の凸部 12aには、ストレーナ 20の流出口部 20a内に挿入される突起 12cが形成される。第 2管状ユニット 12には、突起 12cを有する一方の凸部 12aから他方の凸部 12b にわたつて、燃料原液の流れ方向に沿って順次、流入孔 22と、流路断面積が順次狭まる錐体面状流路 23と、これを流通する燃料原液の流速を加速させる第 1ノズル 2 と、第 1ロータ 4を収容する第 1ロータ収容室 24とが形成される。流入孔 22は突起 12 cに形成され、ストレーナ 20の流出口部 20aに連通される。

[0027] 錐体面状流路 23は、第 2管状ユニット 12に窪ませて形成した錐体状凹部 25内に錐体状のブロック 26を配置することによって、これら間に形成される。ブロック 26は、錐体状凹部 25の内周面に対し、適宜に連結されて支持される。ブロック 26には、流入孔 22と向かい合う壁面 26aが形成される。錐体面状流路 23は、流路断面積が広い一端が流入孔 22側に連通され、流路断面積が絞られて狭い他端が第 1ノズル 2と連通される。第 1ノズル 2は、錐体面状流路 23と第 1ロータ収容室 24との間に設けられて、これらを連通させる。第 1ロータ収容室 24は、その内径が第 1ノズル 2の内径よりも大きく形成される。

[0028] 第 1ロータ 4は、第 1ノズル 2にロータ面 4aを向けて、第 1ロータ収容室 24内に回転自在に設けられる。第 1ロータ 4はまた、第 1ロータ収容室 24内で燃料原液の流れ方向にスライド自在に設けられる。第 1ロータ 4の外周部には、 180° 間隔で、一対の第 1斜方スリット 6が形成される。これら第 1斜方スリット 6は、第 1ロータ 4をその厚さ方向に斜めに貫通して形成され、それらの斜めの向きは第 1ロータ 4の周方向に沿って同じ方向に設定される。

[0029] ストレーナ 20の流出口部 20aから流出される燃料原液は、第 2管状ユニット 12の流入孔 22に流入する。流入孔 22に流入した燃料原液は、ブロック 26の壁面 26aに衝突し、これによつて破砕され微細化されて、当該壁面 26aに沿って広がりながら錐体面状流路 23へと向力つて流れる。燃料原液はさらに、錐体面状流路 23へと繋がるブロック 26周りでせん断作用を受けて破砕されつつ、錐体面状流路 23へと流れ込む。錐体面状流路 23は上述したように、燃料原液の流れ方向に沿って順次流路断面積が狭められるため、燃料原液は、その流体圧が再度高められて、第 1ノズル 2へと流入する。第 1ノズル 2を流通することで、燃料原液はその流速が加速され、第 1ロータ収容室 24に向力つて噴出される。 [0030] 第 1ロータ収容室 24に噴出した燃料原液は、第 1ロータ 4のロータ面 4aに衝突し、これにより破砕されてさらに微細化され、ロータ面 4aに沿って広がりながら第 1斜方スリット 6へと流れ込む。燃料原液は、第 1斜方スリット 6に流通することにより、第 1ロータ 4に一方向の回転力を生じさせてこれを回転させる。同時に、第 1ロータ 4が回転することで、第 1斜方スリット 6を通過する燃料原液はせん断力の作用を受け、これにより旋回流となって第 1ロータ 4から流出されつつ、流出する際に当該第 1斜方スリット 6 によって破砕作用を受ける。燃料原液の流れが第 1ロータ 4によって旋回流とされることで、それまで破砕され微細化されてきた燃料原液に遠心力が作用し、燃料原液中の重い分子が外側に、軽い分子が内側となるように分離作用が働く。また、この一方向回転の旋回流は、螺旋様の層流状態の流れとなる。第 1ロータ 4は、その表裏に作用する流体圧に応じて第 1ロータ収容室 24内をスライドし、表裏両側に発生する流体圧をバランスさせて燃料原液の流通性を向上するようになって、る。

[0031] 第 3管状ユニット 13には、両端に凹部 13a, 13bが形成される。第 3管状ユニット 13 の一方の凹部 13aには、第 2管状ユニット 12の他方の凸部 12bが螺着される。他方の凹部 13bには、第 4管状ユニット 14が螺着される。第 3管状ユニット 13には、一方の凹部 13aから他方の凹部 13bにわたつて、燃料原液の流れ方向に沿って順次、第 1ロータ 4から流出された燃料原液の旋回状態を維持する旋回流室 27と、燃料原液の流速を加速させる第 2ノズル 3が形成される。第 1ロータ 4から流出された燃料原液の旋回流は、旋回流室 27を経過して、第 2ノズル 3へと流入され、その流速が加速される。第 2ノズル 3の口径は、第 1ノズル 2の口径よりも大きく設定される。燃料原液の流速が圧損等により順次低下して、くことを考慮し、（流速 Xノズル口径)で決まる単位時間あたりの流量が一定になるように、流速の減少に対応させてノズル口径が大きく設定される。

[0032] 第 4管状ユニット 14には、両端に凸部 14a, 14bが形成される。第 4管状ユニット 14 の一方の凸部 14aは、第 3管状ユニット 13の他方の凹部 13bに螺着される。第 4管状ユニット 14の他方の凸部 14bには、第 5管状ユニット 15の一端が螺着される。第 4管状ユニット 14には、一方の凸部 14aから他方の凸部 14bにわたつて、燃料原液の流れ方向に沿って順次、第 2ロータ 5を収容する第 2ロータ収容室 28と、混合チャンバ 9 を構成する凹状壁部としての第 2凹曲面壁部 29と、これら第 2凹曲面壁部 29と第 2口ータ収容室 28とを連通する噴出口 30とが形成される。第 2ロータ収容室 28は、その内径が第 2ノズル 3の内径よりも大きく形成される。

[0033] 第 2ロータ 5は、第 1斜方スリット 6と同じ向きの一対の第 2斜方スリット 7を有して、第 1ロータ 4と同様に構成される。第 2ロータ 5の外径寸法は、第 1ロータ 4の外径寸法よりも大きく設定される。同一回転速度であれば、外径寸法の大きな第 2ロータ 5の最外周部分の周速度は第 1ロータ 4よりも大きくなり、従って、流速が低下した燃料原液であっても、第 2斜方スリット 7から流出される燃料原液を、強い強度の旋回流として流出させることができる。また、第 2斜方スリット 7の大きさが第 1斜方スリット 6の大きさよりも大きく形成され、これにより、ノズル口径の設定と同様〖こ、流量の一定ィ匕を図ることができる。

[0034] 第 3管状ユニット 13の第 2ノズル 3から第 2ロータ収容室 28に噴出される、分子の軽いものと重いものとが分離された状態の燃料原液の旋回流は、第 2ロータ 5のロータ面 5aに衝突し、これにより破砕されてさらなる微細化が進み、ロータ面 5aに沿って広力 Sりながら第 2斜方スリット 7へと流れ込む。燃料原液は、第 2斜方スリット 7に流通することにより、第 2ロータ 5に、第 1ロータ 4と同じ方向の一方向の回転力を生じさせてこれを回転させる。同時に、第 2ロータ 5が回転することで、第 2斜方スリット 7を通過する燃料原液はせん断力の作用を受け、これにより旋回流がさらに強められて第 2ロータ 5から流出されつつ、流出する際に当該第 2斜方スリット 7によって破砕作用を受ける

[0035] 燃料原液は、第 4管状ユニット 14においてさらに微細化が促進され、かつ第 1ロータ 4よりも大径な第 2ロータ 5による効果的な遠心力の作用でさらなる旋回流化が確保されて、重い分子と軽い分子の分離作用も強められる。また、第 2斜方スリット 7はその向きが第 1斜方スリット 6と同じ方向であって、螺旋様の層流状態の旋回流が適切に維持される。第 2ロータ 5にあっても、その表裏に作用する流体圧に応じて第 2ロータ収容室 28内をスライドし、表裏両側に発生する流体圧をバランスさせて燃料原液の流通性を向上するようになっている。第 2ロータ 5を経過した燃料原液は、微細化されかつ分子の重いものが外側で軽いものが内側に分離された層流状態の旋回流として、噴出口 30から噴出される。

[0036] 第 5管状ユニット 15は、凹状壁部としての第 1凹曲面壁部 8を有する壁体 31を収納する収納室 32を有し、一端が第 4管状ユニット 14の他方の凸部 14bに螺着されるとともに、他端に流出側開口部 33が形成され、開口部 33には原液流出孔 34aを有する出口側プッシング 34が螺着される。壁体 31は、ボルト 35により第 5管状ユニット 15に取り付け固定される。第 1凹曲面壁部 8は、噴出口 30に向けられて、第 2凹曲面壁部 29との間に、球状空間としての混合チャンバ 9を区画形成する。混合チャンバ 9は、第 4管状ユニット 14の他方の凸部 14bおよび第 5管状ユニット 15の収納室 32内面と、壁体 31との間に形成される隙間を介して、原液流出孔 34aと連通される。

[0037] 混合チャンバ 9が球状空間であり、かつ第 1凹曲面壁部 8と噴出口 30が向かい合う配置であるので、噴出口 30から噴出された燃料原液の旋回流は、第 1凹曲面壁部 8 に衝突してさらなる微細化が促進されるとともに、衝突した燃料原液は、そのまま混合チャンバ 9から流出することなぐ第 1凹曲面壁部 8の形状によって、第 2凹曲面壁部 29との間の球状空間である混合チャンバ 9内方へと押し返され取り込まれて相当の滞留時間滞留されるともに、この混合チャンバ 9内での滞留中に、順次噴出口 30から噴出される燃料原液の層流状態の一方向回転の旋回流によって繰り返し撹拌され、そしてこの層流状態の旋回流による撹拌作用であることから、乱流や層流状態でない旋回流による撹拌よりも、微細化された燃料原液粒子は凝集などを生じることなく微細化状態が適切に保たれ、この撹拌作用によって、それまで分離状態で流通されてきた微細化状態の分子の重いものと軽いものとが当該混合チャンバ 9内で一気に効率よく混合されて、これによりきわめて良好に微粒ィ匕状態に改質されたバイオマス燃料が生成される。

[0038] このようにして改質生成されたノィォマス燃料は、混合チャンバ 9から原液流出孔 3 4aを介してバイオマス燃料貯留タンク 58へ向力つて流出される。原液タンク 62から原液流入孔 21aを介して流入される燃料原液は、粒子が大小さまざまで、また凝集していたり、分子結合状態もバラバラであって、均質性のないものであるが、管状ュ-ット 11〜15で処理することにより、 10 m程度の微細な粒径で分子結合状態も揃い、凝集状態もなくなって、均質で安定性のあるバイオマス燃料に改質することができる。また、添加した界面活性剤によって各粒子を包み込んだ状態にすることができて、作成されたノィォマス燃料の安定ィ匕を確保することができる。

[0039] さらに、燃料原液に磁力を作用させて燃料原液をイオンィ匕する磁ィ匕ユニット 10が設けられる。図示例の微細化装置 1にあっては、磁ィ匕ユニット 10は環状に形成され、管状ユニット 11〜15の外側にこれらを取り囲んで設けられる。磁ィ匕ユニット 10は、上下 2つの磁石 41の N極を向かい合わせ、左右 2つの磁石 41の S極を向かい合わせる配置で、背に磁性板 42が取り付けられた 4つの磁石 41により管状ユニット 11〜15を取り囲むようになつている。そしてこの 4つの磁石 41の組が微細化装置 1の第 1〜第 5管状ユニット 11〜15にわたつて複数組設けられる。同じ極性の磁石 41を向かい合わせる配置によれば、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極と S極との間でおおよそ管状ユニット 11〜15の外周部にその周方向に沿って強い磁界 Mが生成される。管状ユニット 11〜15の外周部は、旋回流 Tによる遠心作用で重い分子が集中して流れる領域であり、重い分子、すなわち高分子構造の分子を効果的に効率よくイオンィ匕することができ、これによつても燃料原液の微細化を促進することがでさる。

[0040] この磁化ユニット 10自体はよく知られているもので、管状ユニット 11〜15中を流通する燃料原液に対して磁場を作用させることで、安定した電気的平衡を崩して低分子化を促進するとともに、再結合 ·再凝集を阻止して、電磁気的に燃料原液を微細化する。微細化されたノィォマス燃料の粒子は、界面活性剤の作用で包み込まれて、微細化状態が安定的に維持される。図示例にあっては、これら管状ユニット 11〜15 および磁ィ匕ユニット 10を覆って、非磁性体の磁気遮蔽用筒状カバー 36が設けられる

[0041] 図示例の微細化装置 1にあっては特に、燃料原液の流速を加速させる複数のノズル 2, 3を、燃料原液の流れ方向に沿って、上流側の第 1ノズル 2の口径が下流側の第 2ノズル 3の口径よりも小さくなるように設定し、かつまた斜方スリット 6, 7を、燃料原液の流れ方向に沿って、上流側の第 1斜方スリット 6の大きさを下流側の第 2斜方スリット 7の大きさよりも小さく設定するようにしたので、燃料原液の圧損による流速低下に対し、これらノズル 2, 3ゃ斜方スリット 6, 7の寸法設定によって管状ユニット 11〜15 内での流量一定が確保され、流量制御を安定ィヒできて燃料原液の微細化処理の処理効率が向上される。

[0042] また、複数のロータ 4, 5に関し、燃料原液の流れ方向に沿って、上流側の第 1ロータ 4の外径寸法を下流側の第 2ロータ 5の外径寸法よりも小さく設定したので、燃料原液の速度低下に対応させて、第 1ロータ 4および第 2ロータ 5を適切に作用させることができ、すなわち、速度の早い段階では、小径で中心部と外周部との速度差が小さい第 1ロータ 4によっても強い遠心作用の旋回流を生成できるとともに、速度が低下した段階では、大径で中心部と外周部との速度差が大きくなる第 2ロータ 5の回転運動によって、燃料原液に生じさせる旋回流速度を大きくでき、このようなロータ 4, 5の設定と、上記スリット 6, 7の寸法調整による流量設定とによって、効率的な燃料原液の微細化や、分子の重いものと軽いものと分離作用、層流状態の旋回流の生成が、第 2〜第 4管状ユニット 12〜 14の、ずれの位置にお、ても適切に確保されて、燃料原液を微細化装置 1に通す操作回数を少なくすることができ、これによつても処理効率が向上される。

[0043] さらに、旋回流となって流れ込む燃料原液が衝突される第 1および第 2凹曲面壁部 8, 29を有して、その内部で燃料原液を層流状態で撹拌混合させる混合チャンバ 9を設けたことにより、衝突する燃料原液を、単に平坦な壁に衝突させて飛散させるのに比べ、球状空間とした混合チャンバ 9内で相当の滞留時間で、微細化され分離状態にある燃料原液をその層流状態の旋回流によって効率よく撹拌混合できて、燃料原液を通す一度の改質操作で燃料原液の改質品位を飛躍的に向上することができ、これによっても燃料原液の微細化処理の処理効率が向上される。

[0044] また、磁ィ匕ユニット 10を、燃料原液の流れ方向に沿って、交互に設けたノズル 2, 3 およびロータ 4, 5力も混合チャンバ 9にわたつてこれらを取り囲んで設けたので、磁化ユニット 10と管状ユニット 11〜15との並列配置によって装置を小型化できるとともに、力学的微細化処理と電磁気的微細化処理を同時に行うことができ、別々に処理する場合に比べて、処理効率が向上される。

[0045] 微細化装置 1としては、図示例のほかに、例えばホモジナイザやマイクロ波を利用した装置、超短電磁波照射装置、超音波装置、ベーパー冷却法を用いた装置、遠心分離器、超臨界法を用いた装置、放射線照射を利用した装置など、力学的もしくは電磁気的に分子レベルで分子構造を崩して低分子化し、微粒化することが可能な様々な装置を採用することができる。

[0046] 本実施形態に力かるバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システムおよびバイォ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジンの運転方法の作用につ、て説明すると、タンクローリーなどで輸送される化石燃料は、燃料設備 61の化石燃料貯留タンク 59に貯留される。また、燃料原液となる液状バイオマス資源も、タンクローリーなどで輸送されて、燃料設備 61の原液タンク 62に貯留される。原液タンク 62に貯留された燃料原液については、これに界面活性剤を添加し、微細化装置 1で微細化して、バイオマス燃料貯留タンク 58に貯留する。ノィォマス燃料貯留タンク 58に貯留されたバイオマス燃料については、必要に応じて、循環系 65を利用して適宜に微細化処理を繰り返すようにしてもよい。

[0047] バイオマス燃料は、 10 μ mのフィルタ 64を通過する粒径のもののみ力バイオマス燃料貯留タンク 58から給油ホース 66を介して、ディーゼルエンジン設備 60のバイオマス燃料タンク 68に給油される。他方、化石燃料は、化石燃料貯留タンク 59から給油ホース 67を介して、ディーゼルエンジン設備 60の化石燃料タンク 69に給油される。切替弁 55の切替タイミングに応じ、例えばディーゼルエンジン 53の始動時には、化石燃料供給系 54が燃料噴射装置 51に接続され、これによりィ匕石燃料が供給されて、ディーゼルエンジン 53が始動される。その後、切替弁 55の切り替え動作により、燃料噴射装置 51には、製造ユニット 57で事前に微細化されたバイオマス燃料がバイォマス燃料供給系 50から供給され、燃料噴射装置 51からエンジンシリンダ 52内に噴霧される。

[0048] 図 4には、通常の燃料噴射装置 51による燃料噴霧状態（図 4 (a)参照）と、本実施形態に従って作成されたバイオマス燃料が通常の燃料噴射装置 51で噴射された際の燃料噴霧状態（図 4 (b)参照）とが示されている。従来における通常の噴霧は、燃料噴射装置 51の性能によっているため、せいぜい 20 m程度の粒径で噴霧されるのに対し、本実施形態にあっては、燃料噴射装置 51へバイオマス燃料を供給する前に、事前に微細化処理を行って、 10 m以下の粒径に微細化しているので、植物由来'動物由来の油脂分を含むバイオマス資源の燃料原液をきわめて微細な噴霧状態で燃料噴射装置 51からエンジンシリンダ 52内へ噴射することができる。

[0049] 以上説明した本実施形態に力かるバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システムおよびバイオ'ディーゼル 'フューエル'エンジンの運転方法にあっては、燃料原液を事前に微細化装置 1で微細化処理した上で燃料噴射装置 51に供給するので、グリセリンが含まれていたり、高粘度であるために使用が困難とされているものなど、どのような種類の油であっても、脱グリセリン処理などをすることなぐ従来の燃料噴射装置 51を利用して、適切にエンジンシリンダ 52内に噴射して燃焼させることができる

[0050] 本実施形態にかかる事前に微細化した微粒子は、単に燃料噴射装置 51の性能によって噴霧される燃料と比べて、表面積として 100分の 1以下、油滴総表面積 (燃焼空気との接触面積)で 10倍以上となり、一般通常のディーゼルエンジンでの燃焼状態に比べて、きわめて効率的な燃焼を達成することが可能となる。また、油滴個々の重量も軽いので、噴霧拡散が均一化し、燃焼立ち上がり特性が顕著に向上し、セタン価指数向上に見合うシリンダ内の着火特性向上、火炎伝播速度の大幅向上を達成することができる。従って、本実施形態によれば、エンジンシリンダ 52内での良好な混合気生成、瞬時着火、迅速な燃焼スピード、一斉均一拡散燃焼を達成することができる。

[0051] メチルエステル法による化学反応を伴う改質処理ではなぐ単に界面活性剤を添カロして微細化装置 1で微細化処理するだけなので、植物由来、動物由来の油脂を含む液状バイオマス資源をバイオ ·ディーゼル ·フューエルィ匕するにあたり、改質コスト ·設備コストが安ぐ副生成物を処理する手間やコストが不要であり、軽油よりも安価に製造して使用することができる。化学反応処理プロセスがなぐ油の基本性状に大きな変化が生じない。また、メチルエステル法の場合のようにグリセリン等の副生成物が生じることはなぐ収率もほぼ 100%を確保することができる。また、微細化処理により、パーム油など、これまで適用に困難性のあった油を含め、幅広い油種に対してバイォ'ディーゼル 'フューエルィ匕を行って、燃料として使用することができる。原料調達も容易であり、軽油等の代替燃料として好適である。 [0052] ノィォ'ディーゼル 'フューエルであるので、食用可の油脂であればもちろん硫黄分はゼロであり、いずれにしても植物由来 ·動物由来の油脂分を前提とするので、実質含有硫黄分はほぼゼロであり、したがって NOx対策として、ガソリンエンジン用の触媒を使用してディーゼルエンジンの排ガス対策を達成することができる。ディーゼルエンジンの宿命である、 NOxと PMの二律背反に対し、 NOxを触媒で対応できるので、 PM対策重視でエンジン設計でき、クリーン排気のディーゼルエンジンを完成することが可能となる。

[0053] バイオ'ディーゼル 'フューエル化にあたり、化学反応プロセスが不要であるばかりでなぐグリセリン分を除去せずそのままノィォマス燃料に含有させて使用することができ、エンジンにおける潤滑作用を果たさせることができて、シリンダ ·ピストンの摺動特性改善などを達成でき、これにより燃費向上やトルク性能の向上、エンジンノイズの減少を確保でき、メチルエステル法で問題であった機械的損傷などのエンジントラブルも解消できる。脱グリセリン処理をしないので、バイオマス燃料の高発熱量を確保できる。そしてまた、既存のディーゼルエンジンにそのまま適用することが可能である

[0054] 要するに、既存のディーゼルエンジンに付設の燃料噴射装置が、動粘度特性等を含む各種物理的化学的制約条件を有していても、軽油や重油はもちろんのこと、硫黄分を含まない液状バイオマス資源一般を幅広ぐディーゼルエンジン用燃料として使用してエンジンを運転することが可能となり、これら植物、動物由来の油によってクリーン燃焼が得られるとともに、化石燃料の使用量を大幅に削減することが可能となる。また、バイオマス燃料自体としても、低コストであって、エンジンに対する信頼性が高ぐ熱効率も高ぐこれにより高度にクリーンな燃焼を行うディーゼルエンジン運転を達成できる。

[0055] また、本実施形態で例示した微細化装置 1は、力学的せん断力や電磁気的エネルギを作用させることで、一般に高分子構造であって安定して結合して、る燃料原液の分子における電気的平衡状態を崩し、低分子化を促進して微粒化させるとともに、電気的吸引力による再結合を防止できるようになつていて、これによつて得られる粒径として、通常のディーゼルエンジンで確保されている噴霧径 20 m程度に対し、 10〜数/ z mという微細粒子を事前に形成することができる。さらに、界面活性剤により、低分子化した各分子を包み込む被膜を形成し、これにより再結合'再凝集を阻止して、微粒子構造の安定ィ匕を確保することができて、長期保存が可能であるとともに、安定的にディーゼルエンジンの運転に使用することができる。

[0056] 製造ユニット 57は、可搬式の単体として構成してもよぐこのようにすることで各種デイーゼルエンジン設備 60に適宜に搬送し連結して使用することができる。他方、化石燃料貯留タンク 59とバイオマス燃料貯留タンク 58を併設して、給油ステーションなどの定置式燃料貯留設備を構成することができる。この場合、ノィォマス燃料貯留タンク 58には、いずれかの場所で微細化したバイオマス燃料をタンクローリ一等で運搬し給油するようにすればよい。さらに、製造ユニット 57を車載型として、ディーゼルェンジン自動車に搭載するようにしてもょ、。

[0057] 本実施形態に力かるバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システムの一実施例として、図 1に示した構成を備えるディーゼルエンジン自動車（日野自動車 (株)製 7tトラック、走行距離 70万 km)にっき、正規に車検を取得して公道で走行試験を実施しており、その燃費性能を表 1に示す。燃料切替は切替弁 55により、択一的に行つている。

[0058] [表 1]

BDF (バイオ.ディーゼル.フューエル）使用率は、 (BDF/ (BDF +軽油））を!ヽぅ。表 1から理解されるように、 80%を超える BDFの使用量において、試験開始時の 20 05年 3月には、燃費力 km未満であつたが、半年間の走行状況によれば、燃費性能の向上が見られた。

図面の簡単な説明

[0060] [図 1]本発明に力かるバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システムの好適な一実施形態を示す概略構成図である。

[図 2]図 1のバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システムに適用可能な微細化装置の一例の側断面図である。

[図 3]図 2に示し微細化装置に適用される磁ィ匕ユニットの正面断面図である。

圆 4]通常の燃料噴射装置による燃料噴霧状態と、本実施形態に従って作成されたノィォマス燃料が通常の燃料噴射装置で噴射された際の燃料噴霧状態とを説明するための説明図である。

符号の説明

[0061] 1 微細化装置

50 ノィォマス燃料供給系

51 燃料噴射装置

52 エンジンシリンダ

53 ディーゼルエンジン

54 化石燃料供給系

55 切替弁

56 加温装置

57 製造ユニット

58 ノィォマス燃料貯留タンク

59 化石燃料貯留タンク

Claims

請求の範囲

[1] 植物由来 ·動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源を燃料原液とし、

燃料原液を、これに界面活性剤を添加して、微細化装置により 10 m以下の粒径に微細化して、バイオマス燃料を作成し、

ノィォマス燃料をバイオマス燃料供給系を介して燃料噴射装置に供給し、該燃料噴射装置でバイオマス燃料をエンジンシリンダ内に噴霧してディーゼルェンジンを運転することを特徴とするノィォ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システム。

[2] 前記バイオマス燃料供給系に対し、軽油や重油などの化石燃料を供給する化石燃料供給系を併設するとともに、前記燃料噴射装置に対するこれら化石燃料供給系およびバイオマス燃料供給系の接続を切り替える切替装置を備えたことを特徴とする請求項 1に記載のバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システム。

[3] 前記バイオマス燃料供給系に、ノィォマス燃料を加温する加温装置を備えたことを特徴とする請求項 1または 2に記載のバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システム。

[4] 燃料原液からバイオマス燃料を作成する前記微細化装置を含む製造ユニットを、前記バイオマス燃料供給系に着脱自在に接続したことを特徴とする請求項 1〜3 ヽずれかの項に記載のバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システム。

[5] 前記製造ユニットは、作成されたバイオマス燃料を貯留するバイオマス燃料貯留タンクを備えることを特徴とする請求項 4に記載のノィォ 'ディーゼル 'フューエル'ェンジン'システム。

[6] 前記ノィォマス燃料貯留タンクに対し、化石燃料を貯留しかつ前記化石燃料供給系に着脱自在に接続される化石燃料貯留タンクを併設して、燃料貯留設備を構成したことを特徴とする請求項 5に記載のバイオ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジン ·システム。

[7] 植物由来 ·動物由来の油脂分を含む液状バイオマス資源を燃料原液とし、

ノィォマス燃料をバイオマス燃料供給系を介して燃料噴射装置に供給し、該燃料噴射装置でバイオマス燃料をエンジンシリンダ内に噴霧してディーゼルェンジンを運転することを特徴とするノィォ ·ディーゼル ·フューエル ·エンジンの運転方法。