燃料供給装置及び粉砕機
【課題】トラップされる廃棄物量を激減でき、フィルター交換寿命を極めて長くでき、運転経費の削減に大きな貢献ができる燃料供給装置を提供する。
【解決手段】燃料供給源２０１から圧送ポンプ２０３を介して燃焼機器２０２に燃料を供給する燃料供給装置において、圧送ポンプ２０３と燃焼機器２０２とをつなぐ燃料の供給ラインに、当該供給ラインを流れる燃料を押しつぶすことにより当該燃料中の固形成分を粉砕する粉砕手段２０４を設けた。
【解決手段】燃料供給源２０１から圧送ポンプ２０３を介して燃焼機器２０２に燃料を供給する燃料供給装置において、圧送ポンプ２０３と燃焼機器２０２とをつなぐ燃料の供給ラインに、当該供給ラインを流れる燃料を押しつぶすことにより当該燃料中の固形成分を粉砕する粉砕手段２０４を設けた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕機能を有する燃料供給装置及び粉砕機に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶等のエンジン、あるいは各種燃焼器（バーナー、ガス・タービン、エンジン）等の機器において使用される燃料、例えばＣ重油や原油、あるいは廃油等には、液体中に固形成分であるスラッジ（粘土、微細岩石、微細ＳｉＯ２等）の混在が避けられない。
一方で、近年、菜種油、パーム油、オリーブ油、ひまわり油、大豆油、コメ油等の植物油、魚油や牛脂等の獣脂、あるいは、廃食用油（いわゆる天ぷら油等）等、様々な油脂がバイオ燃料として可能性を有している。これら植物由来のバイオ燃料では、酸化・変性に伴う固形成分の発生が避けられない。
これら固形成分は、硬度の低い成分と硬度の高い成分に区分される。この中でも、硬度の低い成分は、例えば、配管部やバーナー、噴射弁等の流路の狭い領域で、流路閉鎖等の障害を引き起こす。また、硬度の高い成分は、燃料噴射ポンプや燃料噴射弁の稼動部において、擦過痕や磨耗を引き起こし、装置寿命の短縮や、最悪、作動不良を招く。
従来、これら固形成分を除去するため、燃料供給ラインにフィルターを配置し、該フィルターでスラッジを捕捉・分離してきた（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、バイオ燃料では、メチルエステル化等の化学処理を施して、原料油脂からグリセリンを取り除くことで、油脂を脂肪酸メチルエステル等の、軽油に近い物性に改質して、燃焼機用の燃料として使用してきた。
【特許文献１】特開２００４−３３００９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のフィルターでスラッジを捕捉・分離する方法では、例えば、長期稼動する船舶等においては、フィルターで捕捉・分離された物質を、海上廃棄することが困難で、その処理が大きな問題となっていた。また、上記の船舶用では勿論のこと、工業用バーナーや農業バーナーにおいても、フィルター交換に要する費用、トラップされた物質の廃棄等が大きな問題となっていた。
また、上記のように、バイオ燃料を軽油に近い物性に改質する方法では、改質のために無用のエネルギーが必要になるという問題があり、しかも改質の際に、副産物として、原料油脂の１０％程度のグリセリンが生成されるが、このグリセリンには有効な用途がなく、生成されるグリセリンの廃棄処理の問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、トラップされる廃棄物量を激減でき、フィルター交換寿命を極めて長くでき、燃料発熱量の有効利用と、運転経費の削減に貢献できると共に、改質のための無用のエネルギー等を不要にした燃料供給装置及び粉砕機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、燃料供給源から圧送ポンプを介して燃焼機器に燃料を供給する燃料供給装置において、前記圧送ポンプと前記燃焼機器とをつなぐ燃料の供給ラインに、当該供給ラインを流れる燃料を押しつぶすことにより当該燃料中の固形成分を粉砕する粉砕手段を設けたことを特徴とする。
この場合において、前記粉砕手段は、バーナー、ガス・タービン、ガソリン・エンジン、あるいはディーゼル・エンジン等の燃焼機器に応じた所要の粒径に、前記固形成分を粉砕・管理するものでもよい。
【０００６】
この発明では、粉砕手段によって、固形成分を粉砕処理するため、燃料を、そのまま燃焼することができる。従って、従来から使用のフィルター負荷を軽減することで、フィルター交換寿命を延長し、フィルターやトラップで捕捉される廃棄物を削減し、省資源・省エネルギー化が図られる。
「バーナー等の燃焼器やエンジン」等の機器の種類によっては、許容される固形成分の粒径が異なる。本発明では、粉砕手段が、機器に支障の無い粒径になるまで、スラッジ成分を粉砕するため、そのまま燃焼できる。
スラッジ成分には、環境汚染させる有害物質は含まれないため、フィルター寿命を大幅に延長させることが可能であり、特に船舶では、廃棄物の保管を最小とさせることが可能となる。トラップされる廃油を燃料として燃焼させることにより、発熱量が増大し、省資源・省エネルギー化が図られる。
【０００７】
この発明では、前記圧送ポンプは、トロコイド・ポンプあるいはギヤ・ポンプ等の容積型ポンプであってもよい。
容積型ポンプの使用により、粉砕手段に供給される流量を制御自在であり、破砕手段内部での処理流体の滞留時間を一定時間に維持できる。
【０００８】
本発明は、ハウジングと、ハウジングの流路に設けた回転軸と、回転軸の軸部に設けた回転子とを備え、前記回転子の先端と前記ハウジングの流路内壁との間で、当該流路内を流れる流体を押しつぶすことにより、石臼効果により、流体中の固形成分を粉砕する機能を備えたことを特徴とする。
この場合において、前記回転子は、前記回転軸の半径方向に放射状に突出した複数の凸部を備え、前記凸部の回転方向の先端部に、Ｒ形状の面取り、若しくは鋭角の面取りを形成してもよい。
【０００９】
前記凸部のＲ形状の面取り、若しくは鋭角の面取りが、固形成分を誘導するため、いわゆる石臼効果を大きく発揮できる。
前記複数の凸部が、前記回転軸の軸方向に、スパイラル構造を備えてもよい。
前記流路内壁及び前記凸部の硬度が、「Ｈｖ≧５００」の表面硬度を備えてもよい。
燃料中に混在するスラッジを粉砕する場合、前記流路内壁及び前記凸部の硬度が、「Ｈｖ≧１０００」の表面硬度を備えることが望ましい。
前記流路内壁及び前記凸部間に形成される空間に複数の球体を配置し、複数の球体を遠心力により前記流路内壁に押し付けて、固形成分を粉砕してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、Ｃ重油や原油、廃油中に含まれるスラッジ等、あるいは、植物油、獣脂、廃食用油等の使用時に生成される固形成分を、バーナーやエンジン（燃焼機器）の稼動に支障の無い粒径レベルに粉砕することが可能であり、そのまま燃焼機器に供給し、燃焼させることができる。従って、フィルター負荷を軽減し、フィルター交換寿命を延長し、フィルターやトラップで捕捉される廃棄物を削減し、また、トラップされるべき成分を燃料として燃焼させることにより、発熱量も増加し、省資源・省エネルギーに貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の基本システムを示す回路図である。
図１において、２０１は、既設の燃料タンク（燃料供給源）、２０２はバーナー、ガス・タービン、ガソリン・エンジン、ディーゼル・エンジン等の既設の燃焼機器である。燃料タンク２０１と燃焼機器２０２との間には、トロコイド・ポンプやギヤ・ポンプ等の容積型ポンプ（圧送ポンプ）２０３、及び粉砕機２０４が接続され、粉砕機２０４は、電動モータ２０５により駆動される。
トロコイド・ポンプやギヤ・ポンプ等の容積型ポンプ２０３は、流体粘度に関わらず適切な一定流量を、粉砕機２０４に供給する。
本構成では、粉砕機２０４の全長における燃料の滞留時間が、例えば「≧５秒」となるように流量制御することが望ましい。
粉砕機２０４は、一定流量供給される燃料中の固形成分を、各種機器２０２の作動を損傷しない「≦１０(μｍ)」粒径に粉砕、管理する。
トロコイド・ポンプやギヤ・ポンプ等の容積型ポンプ２０３は、各種機器２０２の運転状況に合わせて流量制御することが望ましい。電動モータ２０５は、インバータ制御してもよく、あるいはサーボ・モータ（不図示）を使用してもよい。
【００１２】
図２は、本発明の一実施の形態を示す回路図である。
図２において、１０１は、船舶用エンジンに供給される燃料を貯留する燃料タンク（燃料供給源）であり、燃料タンク１０１にはＣ重油や原油、あるいは廃油等の燃料が貯留されている。燃料タンク１０１には、上記エンジンの冷却水を導く回路１０２が設けられ、回路１０２を流れる冷却水によって、上記燃料が所定温度に加温されている。燃料タンク１０１には、固形物除去用の１次フィルター１０３、ポンプ１０４、電磁弁１０５が順に接続され、予備タンク１０６が接続されている。予備タンク１０６には、圧送ポンプ１０７（図１のポンプ２０３に相当する。）、ヒータ（不図示）を用いた加熱器１０８、本形態によるインライン粉砕機（粉砕手段であり、図１の粉砕機２０４に相当する。）１０９、電磁弁１１０、フィルター１１１、燃料の温度を発火点あるいは燃焼点近傍に加熱する温度調整ヒータ１１２が順に接続され、ヒータ１１２を出た燃料がインジェクションポンプ１１３を経て、上述した船舶用エンジン１１４のインジェクター（不図示）に供給される。１１５は余剰燃料の戻し管、１１６はインライン粉砕機１０９を経た燃料の一部を、予備タンク１０６に戻す循環路である。
以上は、船舶用エンジン１１４にＣ重油を供給する第１の燃料供給系である。
【００１３】
本構成では、電磁弁１１０とフィルター１１１間に、例えばＡ重油を供給する第２の燃料供給系が接続される。第２の燃料供給系は、Ａ重油を貯留する燃料タンク１１７と、ポンプ１１８と、電磁弁１１９とにより構成される。この第２の燃料供給系は、船舶用エンジン１１４の起動時あるいは停止時に切り換え使用される。即ち、起動時には燃焼を安定させるため、Ａ重油を使用して起動し、燃焼が安定した後、Ｃ重油の供給に切り換える。また停止時には、電磁弁１１０以降の配管系にＣ重油を残存させないように、停止前の所定時間、Ａ重油の使用に切り換えてから停止する。
【００１４】
図３は、インライン粉砕機１０９の断面図である。
インライン粉砕機１０９は、長さが長い筒状の本体（ハウジング）１２１と、本体１２１の両端に設けた栓体１２２，１２３と、栓体１２２，１２３に軸受け１２４，１２５を介して両端が回転自在に支持された凸型回転機１２６とを備える。凸型回転機１２６は、本体１２１の流路に設けた回転軸１２６Ａと、回転軸１２６Ａの軸部（長手方向の中央部）に設けた押しつぶし部（回転子）１２７とを備える。この押しつぶし部１２７は、図４に示すように、放射状に延びた複数の凸部１２８を備える。
【００１５】
凸部１２８の先端の両肩には曲面Ｒ（若しくは、鋭角）が形成され、この凸部１２８と本体１２１の内周面との間には、僅かな隙間△ｔ（例えば、「≦１０(μｍ)」）が形成される。曲面Ｒ（若しくは、鋭角）は、凸型回転機１２６の回転方向の先端部にあればよく、このＲ形状の面取り、若しくは鋭角の面取りが、固形成分を誘導するために、いわゆる石臼効果が発揮できる。凸部１２８は、図４に示すように、軸方向に垂直構造されたものや、あるいは、本体１２１の内周面に近接する、凸部１２８の先端部面積が大きい台形構造等であってもよい。台形ねじ構造の回転子の場合は、２軸の台形ねじを用いた構造で、本体１２１の内周面とそれに近接する回転子先端部で、石臼機能を持ちつつ、２軸の台形ねじの噛み合い部分でも、粉砕する機能を有してもよい。また、図５に示すように、軸方向に捩れた（スパイラル）構造であってもよい。
【００１６】
上記凸型回転機１２６の一端（左端）には、カップリング１２９を介して電動機（不図示）が連結され、この電動機により凸型回転機１２６が回転駆動される。電動機は、インバータ制御（不図示）により、適正な回転速度で運転される。
また、本体１２１には燃料の入口１３１と出口１３２が形成され、入口１３１から入った燃料は、出口１３２に向かって流れる過程で、凸部１２８と本体１２１間の僅かな隙間Δｔで押しつぶされ、当該燃料中のスラッジ等の固形成分を粉砕しながら流れる。１３３はオイルリング、１３４は支持脚、１３５は軸受けカバーである。
【００１７】
本実施の形態では、圧送ポンプ１０７とインジェクションポンプ１１３の間にインライン粉砕機１０９が介装され、この粉砕機１０９が、凸部１２８と本体１２１間の僅かな隙間Δｔで燃料を押しつぶし、石臼効果により、当該燃料中のスラッジ等の固形成分を、インジェクションポンプ１１３、あるいは船舶用エンジン１１４のインジェクター（不図示）の稼動に支障の無い粒径レベルに粉砕する。
この粒径レベルは、凸部１２８と本体１２１間の僅かな隙間Δｔの大きさ、あるいは凸部１２８の曲面Ｒ形状等に依存し、これら大きさ、形状等で管理される。
【００１８】
Ｃ重油や原油等のスラッジ成分の中で、エンジンの噴射ポンプや燃料噴射弁を損傷させる「ＳｉＯ２」等の硬度は、Ｈｖ＝６００〜１０００程度である。
本構成では、本体１２１の流路内壁及び凸部１２８の表面処理を行って、その硬度を、Ｈｖ≧５００とし、あるいはＨｖ≧１０００とし、「ＳｉＯ２」等を破砕した場合の摩滅を防止している。摩滅防止の機能を更に向上するためには、本体１２１の流路内壁及び凸部１２８の硬度を「Ｈｖ≧２２００」とすることが望ましい。
【００１９】
図６乃至図８は、別の実施の形態を示す。なお、図６においては、図３と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施の形態では、粉砕器１０９が、本体１２１の内側にボール式回転機１４１を備えている。ボール式回転機１４１は、本体１２１の流路に設けた回転軸１４１Ａと、回転軸１４１Ａの軸部（長手方向の中央部）に設けた押しつぶし部（回転子）１４５とを備える。この押しつぶし部１４５は、複数枚の凸部１４２（図７の例は、６枚構造であり、図８の例は、４枚構造である。）を有し、凸部１４２と凸部１４２の間には複数のボール状（球状）の粒体１４３が装填される。
このボール式回転機１４１では、図６に示すように、凸部１４２の長手方向の両端に、金網状の流体用流路を有した保持板１５１が設けられ、保持板１５１で囲まれた空間内に、複数の粒体１４３が装填される。
【００２０】
この構成では、凸部１４２の回転と一緒に、ボール１４３が回転し、回転機１４１の回転速度の遅い場合には、反重力方向の「上側」で、当該ボール１４３が重力側に沈み、凸部１４２の重力方向では、本体１２１の内壁側に沈む動作を行い、スラッジ等の固形成分の攪拌・粉砕動作をする。
一方、回転機１４１の回転速度を上昇させると、遠心力により比重の大きいスラッジと共に、ボール１４３が本体１２１の内壁に押し付けられつつ、ボール１４３が内壁を引き摺られる結果、燃料中の固形成分の粉砕が行われる。
これらボール１４３の材料としては、硬度に優れた、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＪ２等や超硬合金である「タングステン・カーバイト」等の金属や、ジルコニア、窒化珪素、アルミナ等のセラミックスが用いられる。硬度に優れた複数の球体１４３間で燃料を押しつぶし、当該燃料中のスラッジ等の固形成分を、燃焼機器の稼動に支障の無い粒径レベルに粉砕する。この粒径レベルは、セラミック粒体１４３の粒径、回転機１４１の回転速度、流量等で管理される。
【００２１】
図９は、別の実施の形態を示す。
この実施の形態では、凸型回転機２２６が、回転軸２２６Ａの長手方向の中央部に、任意の幅を以って、間隔をあけて、複数の押しつぶし部２２７Ａ〜２２７Ｄを有し、この押しつぶし部２２７Ａ〜２２７Ｄは、図４の構成と略同様に、放射状に延びた複数の凸部（図４の凸部１２８に相当する。）を備える。
この実施の形態の場合、連接する押しつぶし部２２７Ａ〜２２７Ｄの間で、流路面積が広がり、上流側から下流側の押しつぶし部２２７Ａ〜２２７Ｄに流入する際に、隣接する「凸部」で、流体にせん断応力が加わる（包丁で切る状態）ことにより、軟質の固形成分の粉砕機能が促進される。
【００２２】
以上の各構成では、燃料を固形成分と一緒に、そのまま当該機器に供給し、燃焼させることができ、従来から使用のフィルター１１１の負荷を軽減し、フィルター交換寿命を延長し、フィルター１１１やトラップで捕捉される廃棄物を削減し、省資源・省エネルギー化が図れる。
「バーナー等の燃焼器やエンジン」等の機器により、許容される固形成分の粒径が異なる。そこで、例えばバーナー等の燃焼器やエンジンへの燃料供給系に、本発明をインラインで提供すれば、該機器に支障の無い粒径まで、固形物等を粉砕し、そのまま、バーナー等の燃焼器やエンジンで燃焼させることができる。
【００２３】
スラッジ成分には、環境汚染させる有害物質は含まれないため、フィルター寿命を大幅に延長させることが可能であり、特に船舶では、廃棄物の保管を最小とさせることが可能となる。
固形成分の許容される粒径は、例えばガソリン・エンジンでは０．５(μｍ)、自動車用ディーゼル・エンジンでは５(μｍ)、船舶用ディーゼル・エンジンでは１０(μｍ)等であり、「≦１０(μｍ)」の範囲であることが望ましい。
【００２４】
本実施の形態では、「圧送ポンプ」と「バーナー、ガス・タービン、ガソリン・エンジン、ディーゼル・エンジン」等の各燃焼機器の間に、インライン粉砕機１０９を設けたため、各機器に供給される燃料中の固形成分を、許容の粒径に管理でき、フィルター等で捕捉・廃棄されるトラップ量を大幅に削減可能とした。
【００２５】
本実施の形態では、植物油や獣脂及び廃食用油等のバイオ燃料を、ディーゼル燃料として使用した場合、それらを再加工（改質）することなく、インライン粉砕機１０９により固形成分を粉砕処理して、そのまま燃料として活用できる。この場合には、燃料改質等の無用のエネルギーを使用せずに、燃料として活用することが可能になる。
また、本来は、廃棄されるグリセリンを燃料として活用する事により、資源の有効利用が促進され、より一層の省資源・省エネルギー化が図られる。
植物油や獣脂及び廃食用油等では、固形成分の比重が軽い。インライン粉砕機１０９は、比重が軽い固形成分も容易に粉砕処理できる。
【００２６】
Ｃ重油や原油、あるいは、廃油等を「バーナー等の燃焼器やエンジン」に供給する際に、従来は、「フィルター」や「トラップ」により、「１００（μｍ）フィルター」「５０（μｍ）フィルター」「１０（μｍ）フィルター」のように多段で処理し、スラッジ等の有害成分の除去を図ってきた。
これに対し、上記構成では、スラッジ等を機器に影響しないレベルの粒径に粉砕し、（イ）「多段フィルター・システム」を不要とし、（ロ）「フィルターの交換寿命の大幅な延長」、（ハ）「廃棄物の大幅削減」を可能とした。
【００２７】
通常のスラッジ成分やトラップ成分が、天然由来の「砂、粘度、岩石、ＳｉＯ２、Ｃ、水」等の非環境汚損物質からなることに着目し、「砂、粘度、岩石、ＳｉＯ２」の硬度の高い成分に関しては、機器に損傷を与えない粒径となるように粉砕管理することで、フィルター負荷の低減が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の基本システムを示す系統図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す系統図である。
【図３】粉砕機の断面図である。
【図４】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図５】別の実施の形態を示す図である。
【図６】別の実施の形態を示す粉砕機の断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】別の実施の形態を示す、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図９】別の実施の形態を示す粉砕機の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１，２０１ 燃料タンク
１０７，２０３ 圧送ポンプ
１０９，２０４ インライン粉砕機（粉砕手段）
１１３ インジェクションポンプ
１１４ 船舶用エンジン
１２１ 本体
１２６ 凸型回転機
１２８，１４２ 凸部
１４１ ボール式回転機
１４３ 粒体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕機能を有する燃料供給装置及び粉砕機に関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶等のエンジン、あるいは各種燃焼器（バーナー、ガス・タービン、エンジン）等の機器において使用される燃料、例えばＣ重油や原油、あるいは廃油等には、液体中に固形成分であるスラッジ（粘土、微細岩石、微細ＳｉＯ２等）の混在が避けられない。
一方で、近年、菜種油、パーム油、オリーブ油、ひまわり油、大豆油、コメ油等の植物油、魚油や牛脂等の獣脂、あるいは、廃食用油（いわゆる天ぷら油等）等、様々な油脂がバイオ燃料として可能性を有している。これら植物由来のバイオ燃料では、酸化・変性に伴う固形成分の発生が避けられない。
これら固形成分は、硬度の低い成分と硬度の高い成分に区分される。この中でも、硬度の低い成分は、例えば、配管部やバーナー、噴射弁等の流路の狭い領域で、流路閉鎖等の障害を引き起こす。また、硬度の高い成分は、燃料噴射ポンプや燃料噴射弁の稼動部において、擦過痕や磨耗を引き起こし、装置寿命の短縮や、最悪、作動不良を招く。
従来、これら固形成分を除去するため、燃料供給ラインにフィルターを配置し、該フィルターでスラッジを捕捉・分離してきた（例えば、特許文献１参照）。
また、従来、バイオ燃料では、メチルエステル化等の化学処理を施して、原料油脂からグリセリンを取り除くことで、油脂を脂肪酸メチルエステル等の、軽油に近い物性に改質して、燃焼機用の燃料として使用してきた。
【特許文献１】特開２００４−３３００９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来のフィルターでスラッジを捕捉・分離する方法では、例えば、長期稼動する船舶等においては、フィルターで捕捉・分離された物質を、海上廃棄することが困難で、その処理が大きな問題となっていた。また、上記の船舶用では勿論のこと、工業用バーナーや農業バーナーにおいても、フィルター交換に要する費用、トラップされた物質の廃棄等が大きな問題となっていた。
また、上記のように、バイオ燃料を軽油に近い物性に改質する方法では、改質のために無用のエネルギーが必要になるという問題があり、しかも改質の際に、副産物として、原料油脂の１０％程度のグリセリンが生成されるが、このグリセリンには有効な用途がなく、生成されるグリセリンの廃棄処理の問題があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、トラップされる廃棄物量を激減でき、フィルター交換寿命を極めて長くでき、燃料発熱量の有効利用と、運転経費の削減に貢献できると共に、改質のための無用のエネルギー等を不要にした燃料供給装置及び粉砕機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明は、燃料供給源から圧送ポンプを介して燃焼機器に燃料を供給する燃料供給装置において、前記圧送ポンプと前記燃焼機器とをつなぐ燃料の供給ラインに、当該供給ラインを流れる燃料を押しつぶすことにより当該燃料中の固形成分を粉砕する粉砕手段を設けたことを特徴とする。
この場合において、前記粉砕手段は、バーナー、ガス・タービン、ガソリン・エンジン、あるいはディーゼル・エンジン等の燃焼機器に応じた所要の粒径に、前記固形成分を粉砕・管理するものでもよい。
【０００６】
この発明では、粉砕手段によって、固形成分を粉砕処理するため、燃料を、そのまま燃焼することができる。従って、従来から使用のフィルター負荷を軽減することで、フィルター交換寿命を延長し、フィルターやトラップで捕捉される廃棄物を削減し、省資源・省エネルギー化が図られる。
「バーナー等の燃焼器やエンジン」等の機器の種類によっては、許容される固形成分の粒径が異なる。本発明では、粉砕手段が、機器に支障の無い粒径になるまで、スラッジ成分を粉砕するため、そのまま燃焼できる。
スラッジ成分には、環境汚染させる有害物質は含まれないため、フィルター寿命を大幅に延長させることが可能であり、特に船舶では、廃棄物の保管を最小とさせることが可能となる。トラップされる廃油を燃料として燃焼させることにより、発熱量が増大し、省資源・省エネルギー化が図られる。
【０００７】
この発明では、前記圧送ポンプは、トロコイド・ポンプあるいはギヤ・ポンプ等の容積型ポンプであってもよい。
容積型ポンプの使用により、粉砕手段に供給される流量を制御自在であり、破砕手段内部での処理流体の滞留時間を一定時間に維持できる。
【０００８】
本発明は、ハウジングと、ハウジングの流路に設けた回転軸と、回転軸の軸部に設けた回転子とを備え、前記回転子の先端と前記ハウジングの流路内壁との間で、当該流路内を流れる流体を押しつぶすことにより、石臼効果により、流体中の固形成分を粉砕する機能を備えたことを特徴とする。
この場合において、前記回転子は、前記回転軸の半径方向に放射状に突出した複数の凸部を備え、前記凸部の回転方向の先端部に、Ｒ形状の面取り、若しくは鋭角の面取りを形成してもよい。
【０００９】
前記凸部のＲ形状の面取り、若しくは鋭角の面取りが、固形成分を誘導するため、いわゆる石臼効果を大きく発揮できる。
前記複数の凸部が、前記回転軸の軸方向に、スパイラル構造を備えてもよい。
前記流路内壁及び前記凸部の硬度が、「Ｈｖ≧５００」の表面硬度を備えてもよい。
燃料中に混在するスラッジを粉砕する場合、前記流路内壁及び前記凸部の硬度が、「Ｈｖ≧１０００」の表面硬度を備えることが望ましい。
前記流路内壁及び前記凸部間に形成される空間に複数の球体を配置し、複数の球体を遠心力により前記流路内壁に押し付けて、固形成分を粉砕してもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、Ｃ重油や原油、廃油中に含まれるスラッジ等、あるいは、植物油、獣脂、廃食用油等の使用時に生成される固形成分を、バーナーやエンジン（燃焼機器）の稼動に支障の無い粒径レベルに粉砕することが可能であり、そのまま燃焼機器に供給し、燃焼させることができる。従って、フィルター負荷を軽減し、フィルター交換寿命を延長し、フィルターやトラップで捕捉される廃棄物を削減し、また、トラップされるべき成分を燃料として燃焼させることにより、発熱量も増加し、省資源・省エネルギーに貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の基本システムを示す回路図である。
図１において、２０１は、既設の燃料タンク（燃料供給源）、２０２はバーナー、ガス・タービン、ガソリン・エンジン、ディーゼル・エンジン等の既設の燃焼機器である。燃料タンク２０１と燃焼機器２０２との間には、トロコイド・ポンプやギヤ・ポンプ等の容積型ポンプ（圧送ポンプ）２０３、及び粉砕機２０４が接続され、粉砕機２０４は、電動モータ２０５により駆動される。
トロコイド・ポンプやギヤ・ポンプ等の容積型ポンプ２０３は、流体粘度に関わらず適切な一定流量を、粉砕機２０４に供給する。
本構成では、粉砕機２０４の全長における燃料の滞留時間が、例えば「≧５秒」となるように流量制御することが望ましい。
粉砕機２０４は、一定流量供給される燃料中の固形成分を、各種機器２０２の作動を損傷しない「≦１０(μｍ)」粒径に粉砕、管理する。
トロコイド・ポンプやギヤ・ポンプ等の容積型ポンプ２０３は、各種機器２０２の運転状況に合わせて流量制御することが望ましい。電動モータ２０５は、インバータ制御してもよく、あるいはサーボ・モータ（不図示）を使用してもよい。
【００１２】
図２は、本発明の一実施の形態を示す回路図である。
図２において、１０１は、船舶用エンジンに供給される燃料を貯留する燃料タンク（燃料供給源）であり、燃料タンク１０１にはＣ重油や原油、あるいは廃油等の燃料が貯留されている。燃料タンク１０１には、上記エンジンの冷却水を導く回路１０２が設けられ、回路１０２を流れる冷却水によって、上記燃料が所定温度に加温されている。燃料タンク１０１には、固形物除去用の１次フィルター１０３、ポンプ１０４、電磁弁１０５が順に接続され、予備タンク１０６が接続されている。予備タンク１０６には、圧送ポンプ１０７（図１のポンプ２０３に相当する。）、ヒータ（不図示）を用いた加熱器１０８、本形態によるインライン粉砕機（粉砕手段であり、図１の粉砕機２０４に相当する。）１０９、電磁弁１１０、フィルター１１１、燃料の温度を発火点あるいは燃焼点近傍に加熱する温度調整ヒータ１１２が順に接続され、ヒータ１１２を出た燃料がインジェクションポンプ１１３を経て、上述した船舶用エンジン１１４のインジェクター（不図示）に供給される。１１５は余剰燃料の戻し管、１１６はインライン粉砕機１０９を経た燃料の一部を、予備タンク１０６に戻す循環路である。
以上は、船舶用エンジン１１４にＣ重油を供給する第１の燃料供給系である。
【００１３】
本構成では、電磁弁１１０とフィルター１１１間に、例えばＡ重油を供給する第２の燃料供給系が接続される。第２の燃料供給系は、Ａ重油を貯留する燃料タンク１１７と、ポンプ１１８と、電磁弁１１９とにより構成される。この第２の燃料供給系は、船舶用エンジン１１４の起動時あるいは停止時に切り換え使用される。即ち、起動時には燃焼を安定させるため、Ａ重油を使用して起動し、燃焼が安定した後、Ｃ重油の供給に切り換える。また停止時には、電磁弁１１０以降の配管系にＣ重油を残存させないように、停止前の所定時間、Ａ重油の使用に切り換えてから停止する。
【００１４】
図３は、インライン粉砕機１０９の断面図である。
インライン粉砕機１０９は、長さが長い筒状の本体（ハウジング）１２１と、本体１２１の両端に設けた栓体１２２，１２３と、栓体１２２，１２３に軸受け１２４，１２５を介して両端が回転自在に支持された凸型回転機１２６とを備える。凸型回転機１２６は、本体１２１の流路に設けた回転軸１２６Ａと、回転軸１２６Ａの軸部（長手方向の中央部）に設けた押しつぶし部（回転子）１２７とを備える。この押しつぶし部１２７は、図４に示すように、放射状に延びた複数の凸部１２８を備える。
【００１５】
凸部１２８の先端の両肩には曲面Ｒ（若しくは、鋭角）が形成され、この凸部１２８と本体１２１の内周面との間には、僅かな隙間△ｔ（例えば、「≦１０(μｍ)」）が形成される。曲面Ｒ（若しくは、鋭角）は、凸型回転機１２６の回転方向の先端部にあればよく、このＲ形状の面取り、若しくは鋭角の面取りが、固形成分を誘導するために、いわゆる石臼効果が発揮できる。凸部１２８は、図４に示すように、軸方向に垂直構造されたものや、あるいは、本体１２１の内周面に近接する、凸部１２８の先端部面積が大きい台形構造等であってもよい。台形ねじ構造の回転子の場合は、２軸の台形ねじを用いた構造で、本体１２１の内周面とそれに近接する回転子先端部で、石臼機能を持ちつつ、２軸の台形ねじの噛み合い部分でも、粉砕する機能を有してもよい。また、図５に示すように、軸方向に捩れた（スパイラル）構造であってもよい。
【００１６】
上記凸型回転機１２６の一端（左端）には、カップリング１２９を介して電動機（不図示）が連結され、この電動機により凸型回転機１２６が回転駆動される。電動機は、インバータ制御（不図示）により、適正な回転速度で運転される。
また、本体１２１には燃料の入口１３１と出口１３２が形成され、入口１３１から入った燃料は、出口１３２に向かって流れる過程で、凸部１２８と本体１２１間の僅かな隙間Δｔで押しつぶされ、当該燃料中のスラッジ等の固形成分を粉砕しながら流れる。１３３はオイルリング、１３４は支持脚、１３５は軸受けカバーである。
【００１７】
本実施の形態では、圧送ポンプ１０７とインジェクションポンプ１１３の間にインライン粉砕機１０９が介装され、この粉砕機１０９が、凸部１２８と本体１２１間の僅かな隙間Δｔで燃料を押しつぶし、石臼効果により、当該燃料中のスラッジ等の固形成分を、インジェクションポンプ１１３、あるいは船舶用エンジン１１４のインジェクター（不図示）の稼動に支障の無い粒径レベルに粉砕する。
この粒径レベルは、凸部１２８と本体１２１間の僅かな隙間Δｔの大きさ、あるいは凸部１２８の曲面Ｒ形状等に依存し、これら大きさ、形状等で管理される。
【００１８】
Ｃ重油や原油等のスラッジ成分の中で、エンジンの噴射ポンプや燃料噴射弁を損傷させる「ＳｉＯ２」等の硬度は、Ｈｖ＝６００〜１０００程度である。
本構成では、本体１２１の流路内壁及び凸部１２８の表面処理を行って、その硬度を、Ｈｖ≧５００とし、あるいはＨｖ≧１０００とし、「ＳｉＯ２」等を破砕した場合の摩滅を防止している。摩滅防止の機能を更に向上するためには、本体１２１の流路内壁及び凸部１２８の硬度を「Ｈｖ≧２２００」とすることが望ましい。
【００１９】
図６乃至図８は、別の実施の形態を示す。なお、図６においては、図３と同一部分に同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施の形態では、粉砕器１０９が、本体１２１の内側にボール式回転機１４１を備えている。ボール式回転機１４１は、本体１２１の流路に設けた回転軸１４１Ａと、回転軸１４１Ａの軸部（長手方向の中央部）に設けた押しつぶし部（回転子）１４５とを備える。この押しつぶし部１４５は、複数枚の凸部１４２（図７の例は、６枚構造であり、図８の例は、４枚構造である。）を有し、凸部１４２と凸部１４２の間には複数のボール状（球状）の粒体１４３が装填される。
このボール式回転機１４１では、図６に示すように、凸部１４２の長手方向の両端に、金網状の流体用流路を有した保持板１５１が設けられ、保持板１５１で囲まれた空間内に、複数の粒体１４３が装填される。
【００２０】
この構成では、凸部１４２の回転と一緒に、ボール１４３が回転し、回転機１４１の回転速度の遅い場合には、反重力方向の「上側」で、当該ボール１４３が重力側に沈み、凸部１４２の重力方向では、本体１２１の内壁側に沈む動作を行い、スラッジ等の固形成分の攪拌・粉砕動作をする。
一方、回転機１４１の回転速度を上昇させると、遠心力により比重の大きいスラッジと共に、ボール１４３が本体１２１の内壁に押し付けられつつ、ボール１４３が内壁を引き摺られる結果、燃料中の固形成分の粉砕が行われる。
これらボール１４３の材料としては、硬度に優れた、ＳＵＳ４４０Ｃ、ＳＵＪ２等や超硬合金である「タングステン・カーバイト」等の金属や、ジルコニア、窒化珪素、アルミナ等のセラミックスが用いられる。硬度に優れた複数の球体１４３間で燃料を押しつぶし、当該燃料中のスラッジ等の固形成分を、燃焼機器の稼動に支障の無い粒径レベルに粉砕する。この粒径レベルは、セラミック粒体１４３の粒径、回転機１４１の回転速度、流量等で管理される。
【００２１】
図９は、別の実施の形態を示す。
この実施の形態では、凸型回転機２２６が、回転軸２２６Ａの長手方向の中央部に、任意の幅を以って、間隔をあけて、複数の押しつぶし部２２７Ａ〜２２７Ｄを有し、この押しつぶし部２２７Ａ〜２２７Ｄは、図４の構成と略同様に、放射状に延びた複数の凸部（図４の凸部１２８に相当する。）を備える。
この実施の形態の場合、連接する押しつぶし部２２７Ａ〜２２７Ｄの間で、流路面積が広がり、上流側から下流側の押しつぶし部２２７Ａ〜２２７Ｄに流入する際に、隣接する「凸部」で、流体にせん断応力が加わる（包丁で切る状態）ことにより、軟質の固形成分の粉砕機能が促進される。
【００２２】
以上の各構成では、燃料を固形成分と一緒に、そのまま当該機器に供給し、燃焼させることができ、従来から使用のフィルター１１１の負荷を軽減し、フィルター交換寿命を延長し、フィルター１１１やトラップで捕捉される廃棄物を削減し、省資源・省エネルギー化が図れる。
「バーナー等の燃焼器やエンジン」等の機器により、許容される固形成分の粒径が異なる。そこで、例えばバーナー等の燃焼器やエンジンへの燃料供給系に、本発明をインラインで提供すれば、該機器に支障の無い粒径まで、固形物等を粉砕し、そのまま、バーナー等の燃焼器やエンジンで燃焼させることができる。
【００２３】
スラッジ成分には、環境汚染させる有害物質は含まれないため、フィルター寿命を大幅に延長させることが可能であり、特に船舶では、廃棄物の保管を最小とさせることが可能となる。
固形成分の許容される粒径は、例えばガソリン・エンジンでは０．５(μｍ)、自動車用ディーゼル・エンジンでは５(μｍ)、船舶用ディーゼル・エンジンでは１０(μｍ)等であり、「≦１０(μｍ)」の範囲であることが望ましい。
【００２４】
本実施の形態では、「圧送ポンプ」と「バーナー、ガス・タービン、ガソリン・エンジン、ディーゼル・エンジン」等の各燃焼機器の間に、インライン粉砕機１０９を設けたため、各機器に供給される燃料中の固形成分を、許容の粒径に管理でき、フィルター等で捕捉・廃棄されるトラップ量を大幅に削減可能とした。
【００２５】
本実施の形態では、植物油や獣脂及び廃食用油等のバイオ燃料を、ディーゼル燃料として使用した場合、それらを再加工（改質）することなく、インライン粉砕機１０９により固形成分を粉砕処理して、そのまま燃料として活用できる。この場合には、燃料改質等の無用のエネルギーを使用せずに、燃料として活用することが可能になる。
また、本来は、廃棄されるグリセリンを燃料として活用する事により、資源の有効利用が促進され、より一層の省資源・省エネルギー化が図られる。
植物油や獣脂及び廃食用油等では、固形成分の比重が軽い。インライン粉砕機１０９は、比重が軽い固形成分も容易に粉砕処理できる。
【００２６】
Ｃ重油や原油、あるいは、廃油等を「バーナー等の燃焼器やエンジン」に供給する際に、従来は、「フィルター」や「トラップ」により、「１００（μｍ）フィルター」「５０（μｍ）フィルター」「１０（μｍ）フィルター」のように多段で処理し、スラッジ等の有害成分の除去を図ってきた。
これに対し、上記構成では、スラッジ等を機器に影響しないレベルの粒径に粉砕し、（イ）「多段フィルター・システム」を不要とし、（ロ）「フィルターの交換寿命の大幅な延長」、（ハ）「廃棄物の大幅削減」を可能とした。
【００２７】
通常のスラッジ成分やトラップ成分が、天然由来の「砂、粘度、岩石、ＳｉＯ２、Ｃ、水」等の非環境汚損物質からなることに着目し、「砂、粘度、岩石、ＳｉＯ２」の硬度の高い成分に関しては、機器に損傷を与えない粒径となるように粉砕管理することで、フィルター負荷の低減が図られる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の基本システムを示す系統図である。
【図２】本発明の一実施の形態を示す系統図である。
【図３】粉砕機の断面図である。
【図４】図３のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図５】別の実施の形態を示す図である。
【図６】別の実施の形態を示す粉砕機の断面図である。
【図７】図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】別の実施の形態を示す、図６のＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図９】別の実施の形態を示す粉砕機の断面図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０１，２０１ 燃料タンク
１０７，２０３ 圧送ポンプ
１０９，２０４ インライン粉砕機（粉砕手段）
１１３ インジェクションポンプ
１１４ 船舶用エンジン
１２１ 本体
１２６ 凸型回転機
１２８，１４２ 凸部
１４１ ボール式回転機
１４３ 粒体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料供給源から圧送ポンプを介して燃焼機器に燃料を供給する燃料供給装置において、
前記圧送ポンプと前記燃焼機器とをつなぐ燃料の供給ラインに当該供給ラインを流れる燃料を押しつぶすことにより当該燃料中の固形成分を粉砕する粉砕手段を備えたことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記粉砕手段は、バーナー、ガス・タービン、ガソリン・エンジン、あるいはディーゼル・エンジン等の燃焼機器に応じた所要の粒径に、前記固形成分を粉砕・管理することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記圧送ポンプは、トロコイド・ポンプあるいはギヤ・ポンプ等の容積型ポンプであることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給装置。
【請求項４】
ハウジングと、
ハウジングの流路に設けた回転軸と、
回転軸の軸部に設けた回転子とを備え、
前記回転子の先端と前記ハウジングの流路内壁との間で、当該流路内を流れる流体を押しつぶすことにより、石臼効果により、流体中の固形成分を粉砕する機能を備えたことを特徴とする粉砕機。
【請求項５】
前記回転子は、前記回転軸の半径方向に放射状に突出した複数の凸部を備え、
前記凸部の回転方向の先端部に、Ｒ形状の面取り、若しくは鋭角の面取りを形成したことを特徴とする請求項４に記載の粉砕機。
【請求項６】
前記複数の凸部が、前記回転軸の軸方向に、スパイラル構造を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の粉砕機。
【請求項７】
前記流路内壁及び前記凸部の硬度が、「Ｈｖ≧５００」の表面硬度を備えたことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載の粉砕機。
【請求項８】
前記流路内壁及び前記凸部間に形成される空間に複数の球体を配置し、複数の球体を遠心力により前記流路内壁に押し付けて、固形成分を粉砕することを特徴とする請求項４ないし７のいずれか一項に記載の粉砕機。
【請求項１】
燃料供給源から圧送ポンプを介して燃焼機器に燃料を供給する燃料供給装置において、
前記圧送ポンプと前記燃焼機器とをつなぐ燃料の供給ラインに当該供給ラインを流れる燃料を押しつぶすことにより当該燃料中の固形成分を粉砕する粉砕手段を備えたことを特徴とする燃料供給装置。
【請求項２】
前記粉砕手段は、バーナー、ガス・タービン、ガソリン・エンジン、あるいはディーゼル・エンジン等の燃焼機器に応じた所要の粒径に、前記固形成分を粉砕・管理することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
【請求項３】
前記圧送ポンプは、トロコイド・ポンプあるいはギヤ・ポンプ等の容積型ポンプであることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料供給装置。
【請求項４】
ハウジングと、
ハウジングの流路に設けた回転軸と、
回転軸の軸部に設けた回転子とを備え、
前記回転子の先端と前記ハウジングの流路内壁との間で、当該流路内を流れる流体を押しつぶすことにより、石臼効果により、流体中の固形成分を粉砕する機能を備えたことを特徴とする粉砕機。
【請求項５】
前記回転子は、前記回転軸の半径方向に放射状に突出した複数の凸部を備え、
前記凸部の回転方向の先端部に、Ｒ形状の面取り、若しくは鋭角の面取りを形成したことを特徴とする請求項４に記載の粉砕機。
【請求項６】
前記複数の凸部が、前記回転軸の軸方向に、スパイラル構造を備えたことを特徴とする請求項４または５に記載の粉砕機。
【請求項７】
前記流路内壁及び前記凸部の硬度が、「Ｈｖ≧５００」の表面硬度を備えたことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一項に記載の粉砕機。
【請求項８】
前記流路内壁及び前記凸部間に形成される空間に複数の球体を配置し、複数の球体を遠心力により前記流路内壁に押し付けて、固形成分を粉砕することを特徴とする請求項４ないし７のいずれか一項に記載の粉砕機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１０−１２１８０９（Ｐ２０１０−１２１８０９Ａ）
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９４０６７（Ｐ２００８−２９４０６７）
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（３９１０４３５０５）アイスマン株式会社 (13)
【出願人】（５９１１６０３３８）株式会社技術開発総合研究所 (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月３日（２０１０．６．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１８日（２００８．１１．１８）
【出願人】（３９１０４３５０５）アイスマン株式会社 (13)
【出願人】（５９１１６０３３８）株式会社技術開発総合研究所 (12)
【Ｆターム（参考）】
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