JP2017223113A - 廃水混合燃料生成・供給システム - Google Patents

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Abstract

【課題】構築コストの削減が可能な廃水混合燃料生成・供給システムを提供すること。
【解決手段】燃焼装置の排気口から排出された排気の一部を、吸気と一緒に燃焼装置の吸気口から吸入させて再循環させる排気再循環手段と、排気再循環手段内を流動する排気と処理水とを気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水となして排出する湿式排気浄化手段と、燃料油に湿式排気浄化手段から排出された廃水を添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給する廃水混合燃料生成手段と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料油に廃水を混入して、乳化剤を用いることなく廃水混合燃料を生成するとともに、生成した廃水混合燃料を燃焼装置に供給する廃水混合燃料生成・供給システムに関する。
従来、特許文献１に開示されているように、船舶用内燃機関（ディーゼル機関）に設けた排気口に排気再循環流路の基端部を接続する一方、船舶用内燃機関に設けた吸気口に吸気流路の先端部を接続して、吸気流路の中途部に排気再循環流路の先端部を接続し、排気再循環流路の中途部には湿式排気浄化手段を設けたシステムがある。そして、湿式排気浄化手段は、排気再循環流路内を流動する排気を処理水に気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成して、浄化処理済ガスと吸気とを混合し、混合気体を吸気流路の下流側部を通して船舶用内燃機関の吸気口に送気するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水となして、廃水は廃水処理装置により廃棄処理するようにしている。
特開２０１３−１７０５３９
しかしながら、廃棄処理装置により廃水を廃棄処理する前記システムでは、廃棄処理装置を設けている分だけシステムの構築がコスト高になっていた。そのため、構築コストの削減が可能なシステムの開発が望まれていた。
そこで、本発明は、構築コストの削減が可能な廃水混合燃料生成・供給システムを提供することを目的とする。
請求項１記載の発明は、
燃焼装置の排気口から排出された排気の一部を、吸気と一緒に燃焼装置の吸気口から吸入させて再循環させる排気再循環手段と、
排気再循環手段内を流動する排気と処理水とを気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水となして排出する湿式排気浄化手段と、
燃料油に湿式排気浄化手段から排出された廃水を添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給する廃水混合燃料生成手段と、
を備えていることを特徴とする。
請求項１記載の発明では、燃料油に湿式排気浄化手段から排出された廃水を添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給するようにしているため、廃水を廃水混合燃料の一部として有効利用することができる。そのため、廃水を廃棄処理する廃棄処理装置を不要として、その分、システムの構築コストを低減させることができる。
請求項２記載の発明は、請求項1記載の発明であって、
廃水混合燃料生成手段は、
粘度の比較的小さい主燃料油を供給する主燃料供給部と、
粘度の比較的大きい副燃料油を供給する副燃料供給部と、
主燃料油と副燃料油を一定の割合で混合して混合燃料油となす第１流体混合部と、
混合燃料油と廃水を一定の割合で混合して廃水混合燃料となす第２流体混合部と、
を具備していることを特徴とする。
請求項２記載の発明では、粘度の比較的小さい主燃料油と、粘度の比較的大きい副燃料油とを、一定の割合で第１流体混合部により混合して混合燃料油となすことで、主燃料油よりも粘度が増大した混合燃料油となすことができる。そして、この混合燃料油と、それに混合する廃水との粘度差を増大させることができる。そのため、混合燃料油と廃水を一定の割合で第２流体混合部により混合した際には、混合燃料油が廃水に作用するせん断応力が増加されて、廃水の微細化が促進される。その結果、第２流体混合部により混合燃料油と廃水を混合することで、油水分離を防ぐことができる。また、ナノレベル化（水粒径が１μｍ以下）された水粒を含む廃水混合燃料を堅実に生成することができて、生成した廃水混合燃料を燃焼装置に供給することができる。さらに、混合する主・副燃料油が含有する硫黄分の合計が０.１％以下となるように設定することで、混合燃料油中の硫黄分濃度が０.１％以下規制に適応する廃水混合燃料を生成することもできて、生成した廃水混合燃料を燃焼装置に供給することができる。
請求項３記載の発明は、請求項２記載の発明であって、
主燃料油としては、軽油やＡ重油を使用する一方、副燃料油としては、Ｃ重油や石炭油を使用することを特徴とする。
請求項３記載の発明では、主燃料油として軽油やＡ重油を使用する一方、副燃料油としてＣ重油や石炭油を使用することで、廃水との粘度差が堅実に確保された混合燃料油となすことができて、このような混合燃料油と廃水を第２流体混合部により混合することで、ナノレベルに微細化された水粒を含む廃水混合燃料を堅実に生成することができて、生成した廃水混合燃料を燃焼装置に供給することができる。
請求項４記載の発明は、請求項２記載の発明であって、
第２流体混合部は、廃水の積算体積の８０％の水粒径が１μｍ以下となるように微細化することを特徴とする。
請求項４記載の発明では、廃水の積算体積の８０％の水粒径が１μｍ以下となるように微細化することで、ＮＯｘ濃度が低減されるとともに、燃費が改善される。
請求項５記載の発明は、請求項４記載の発明であって、
第２流体混合部は、平均水粒径が５００ｎｍ〜１μｍとなるように微細化することを特徴とする。
請求項５記載の発明では、平均水粒径が５００ｎｍ〜１μｍとなるように微細化することで、ＮＯｘ濃度の低減率と燃費の改善を良好に実現することができる。ここで、平均水粒径が１μｍ以下においては、ＮＯｘ濃度の低減率が悪化する一方、燃費は向上する。つまり、ＮＯｘ濃度の低減率と燃費は、トレードオフの関係にあると言えるが、平均水粒径が５００ｎｍ以上においては、ＮＯｘ濃度の適度な低減率と燃費の改善を実現することができる。
請求項６記載の発明は、請求項１〜５のいずれか１項記載の発明であって、
燃料油と廃水の重量比は、７０：３０となしたことを特徴とする。ここでの燃料油には、混合燃料油も含まれる。
請求項６記載の発明では、燃料油と廃水の重量比を、７０：３０となすことで、燃費を大幅に改善することができる。
本発明によれば、燃焼装置から排出される排気を湿式排気浄化手段により浄化するとともに、湿式排気浄化手段から排出される廃水を燃料油に添加して廃水混合燃料を生成し、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給するようにして、廃水の有効利用を図るとともに、構築コストの削減が可能な廃水混合燃料生成・供給システムを提供することができる。
本実施形態としての廃水混合燃料生成・供給システムの概念図。 制御ブロック図。 エンジンの諸元一覧表。 燃料油の性状についての一覧表。 Ａ重油の実験結果を示す棒グラフ。 排気再循環の性能を示すグラフ。 廃水混合燃料の実験結果を示す棒グラフ。 廃水混合燃料と排気再循環を組み合せた実験結果を示す棒グラフ。
以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。図１に示すＳは、廃水混合燃料生成・供給システム（以下、「生成・供給システム」と略称することもある。）である。
［生成・供給システムの構成についての説明］
生成・供給システムＳは、燃焼装置としての内燃機関（本実施形態ではエンジンＥ）の排気口から排出された排気（排ガス）の一部を、吸気と一緒に内燃機関（エンジンＥ）の吸気口から吸入させて再循環させる排気再循環手段Ａ１と、排気再循環手段Ａ１内を流動する排気と処理水とを気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水Ｗｗとなして排出する湿式排気浄化手段としてのスクラバ装置（洗浄集塵装置）Ｓｋと、燃料油に、スクラバ装置Ｓｋから排出された廃水Ｗｗを添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を内燃機関（エンジンＥ）の燃焼室に供給する廃水混合燃料生成手段Ａ２と、を備えている。ここでの燃焼装置には、上記した内燃機関はもとより、ボイラ等の機器も含むものである。
廃水混合燃料生成手段Ａ２は、粘度の比較的小さい主燃料油を供給する主燃料供給部としての主燃料油タンクＴ１と、粘度の比較的大きい副燃料油を供給する副燃料供給部としての副燃料油タンクＴ２と、主燃料油と副燃料油を一定の割合で混合して混合燃料油となす第１流体混合部としての第１流体混合器Ｍ１と、混合燃料油と廃水Ｗｗを一定の割合で混合して廃水混合燃料となす第２流体混合部としての第２流体混合器Ｍ２と、を具備している。主燃料油としては、例えば、軽油やＡ重油やバイオ燃料を使用する一方、副燃料油としては、例えば、Ｃ重油や石炭油（具体的には、クレオソート油等）を使用することができる。
主燃料油と副燃料油の重量比は、例えば、５０〜９８：５０〜２に設定し、望ましくは、８０：２０に設定ことができる。つまり、主燃料油と副燃料油の重量比は、相互の粘度差を考慮したそれらの種類の組み合わせにより、適宜、５０：５０〜９８：２の範囲で設定することができる。好ましくは、副燃料油は、主燃料油の重量の３０％以下の重量割合をとなすことができる。混合燃料油と廃水Ｗｗの重量比は、例えば、６０〜８０：４０〜２０に設定し、望ましくは、７０：３０に設定ことができる。
これらの混合する重量割合をより具体的に例示すると、主燃料油としての軽油５５％（硫黄分０％）と、副燃料油としての石炭油１５％（硫黄分０.５％）と、廃水Ｗｗ３０％の組み合わせに設定することができる。また、主燃料油としてのローサルファＡ重油６５％（硫黄分０.０７％）と、副燃料油としての石炭油５％（硫黄分０.５％）と、廃水Ｗｗ３０％の組み合わせに設定することができる。このような組み合わせに設定することで、硫黄分が０.１％以下の廃水混合燃料を生成することができる。
ここでの主・副燃料油の混合割合としては、副燃料油の重量が、主燃料油の重量の３０％以下となるようにしているため、粘度が高い副燃料油は硫黄分濃度が高い傾向があるが、主燃料油を硫黄分濃度が低い燃料と組み合わせることで硫黄分濃度を抑制することができる。そのため、混合する主・副燃料油が含有する硫黄分の合計が０.１％以下となるように容易に設定することができて、混合燃料油中の硫黄分濃度が０.１％以下となるようにする規制に適応する廃水混合燃料を生成することができる。さらに、粘度の比較的低い燃料を主とする内燃機関および外燃機関において加温なしで使用できる。
そして、主燃料油としては、軽油やＡ重油を使用する一方、副燃料油としては、Ｃ重油や石炭油を使用することで、水との粘度差が堅実に確保された混合燃料油となすことができて、このような混合燃料油と水を第２流体混合器Ｍ２により混合・撹拌することで、油水分離を防ぐことができる。また、ナノレベルに微細化された水粒を含む廃水混合燃料を堅実に生成することができる。
第２流体混合器Ｍ２は、廃水Ｗｗの積算体積の８０％の水粒径が１０μｍ以下、望ましくは、１μｍ以下となるように微細化することができ、より望ましくは、平均水粒径が５００ｎｍ〜１μｍとなるように微細化する。
このように構成した生成・供給システムＳでは、燃料油にスクラバ装置Ｓｋから排出された廃水Ｗｗを添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を内燃機関（エンジンＥ）に供給するようにしているため、廃水Ｗｗを廃水混合燃料の一部として有効利用することができる。そのため、廃水Ｗｗを廃棄処理する廃棄処理装置を不要として、その分、システムの構築コストを低減させることができる。
そして、粘度の比較的小さい主燃料油と、粘度の比較的大きい副燃料油とを、一定の割合で第１流体混合器Ｍ１により混合して混合燃料油となすことで、主燃料油よりも粘度が増大した混合燃料油となすことができる。そして、この混合燃料油と、それに混合する廃水Ｗｗとの粘度差を増大させることができる。そのため、混合燃料油と廃水Ｗｗを一定の割合で第２流体混合器Ｍ２により混合した際には、混合燃料油が廃水Ｗｗに作用するせん断応力が増加されて、廃水Ｗｗの微細化が促進される。その結果、第２流体混合器Ｍ２により混合燃料油と廃水Ｗｗを混合することで、油水分離が防止されるとともに、ナノレベル化（水粒径が１μｍ以下）された水粒を含む廃水混合燃料を堅実に生成することができて、油水分離が生じないように生成された廃水混合燃料を内燃機関（エンジンＥ）の燃焼室に供給することができる。
この際、内燃機関（エンジンＥ）の燃焼室に供給される廃水混合燃料は、混合する主・副燃料油が含有する硫黄分の合計が０.１％以下となるように設定することで、混合燃料油中の硫黄分濃度が０.１％以下規制に適応する廃水混合燃料となすことができる。
ここでの主・副燃料油の混合割合としては、副燃料油の重量が、主燃料油の重量の３０％以下となるように設定することで、粘度が高い副燃料油は硫黄分濃度が高い傾向にあるが、主燃料油を硫黄分濃度が低い燃料と組み合わせることで硫黄分濃度を抑制することができる。そのため、混合する主・副燃料油が含有する硫黄分の合計が０.１％以下となるように容易に設定することができて、混合燃料油中の硫黄分濃度が０.１％以下となるようにする規制に適応する廃水混合燃料を生成することができる。さらに、このような廃水混合燃料は、粘度の比較的低い燃料を主とする内燃機関および外燃機関において加温なしで使用できる。
さらには、廃水Ｗｗの積算体積の８０％の水粒径が１μｍ以下となるように微細化することで、ＮＯｘ濃度が低減されるとともに、燃費が改善される。
また、平均水粒径が５００ｎｍ〜１μｍとなるように微細化することで、ＮＯｘ濃度の低減率と燃費の改善を良好に実現することができる。ここで、平均水粒径が１μｍ以下においては、ＮＯｘ濃度の低減率が悪化する一方、燃費は向上する。つまり、ＮＯｘ濃度の低減率と燃費は、トレードオフの関係にあると言えるが、平均水粒径が５００ｎｍ以上においては、ＮＯｘ濃度の適度な低減率と燃費の改善を実現することができる。そして、燃料油と廃水Ｗｗの重量比は、７０：３０となすことで、燃費を大幅に改善することができる。
上記のように構成した生成・供給システムＳでは、スクラバ装置Ｓｋによりスクラバ処理（洗浄集塵処理）されることで、スクラバ処理後に生成される廃水Ｗｗを廃棄処理することなく、混合燃料油と混合・撹拌することで、廃水混合燃料を生成（有効利用）することができる。その結果、廃水Ｗｗを廃棄処理する手間や費用を削減することができるとともに、廃水Ｗｗを有効利用することができる。この際、スクラバ装置Ｓｋの処理水（溶媒）として水道水を使用した場合、スクラバ処理後に生成される廃水Ｗｗには、排気中に含まれる有機物及び無機物が混入される。そのため、生成された廃水混合燃料を燃焼させると、さらに硫酸が発生することや、廃水混合燃料の硫黄分濃度が高くなることが予測される。その場合には、廃水Ｗｗと燃料油との混合・撹拌時に硫酸を発生（脱硫）させることで、廃水混合燃料中の硫黄分濃度を低減することができる。また、スクラバ装置Ｓｋの溶媒として水酸化ナトリウム水を使用することで、廃水ＷｗのｐＨ値を上昇させることが可能であり、また、スクラバ装置Ｓｋの溶媒として石灰水を使用することで、窒素酸化物や硫黄酸化物が混入した石膏として捕集することが可能である。これらより、混合燃料油中の硫黄分濃度を０.１％以下となるように設定することで、廃水混合燃料硫酸の発生もしくは硫黄分濃度を大幅に削減することができる。
［生成・供給システムの構成についての具体的な説明］
次に、生成・供給システムＳの構成を、より具体的に説明する。すなわち、生成・供給システムＳは、図１に示すように、内燃機関であるエンジンＥに設けた排気口に、排気流路９の基端部を接続し、排気流路９の中途部に、電動三方調整弁Ｖｃ１を介して排気再循環流路Ｊｒの基端部を接続して、エンジンＥから排気流路９を通して排出された排気の一部を電動三方調整弁Ｖｃ１により排気再循環流路Ｊｒに流入量を調整して流入させている。一方、エンジンＥに設けた吸気口には、吸気流路１０の先端部を接続して、吸気流路１０の中途部に排気再循環流路Ｊｒの先端部を接続している。
排気再循環手段Ａ１は、排気再循環流路Ｊｒと、排気再循環流路Ｊｒの中途部に設けた排気再循環ポンプＰａとを具備しており、排気再循環ポンプＰａを駆動させることにより排気再循環流路Ｊｒを通してエンジンＥの排気口から排出された排気の一部を、エンジンＥの吸気口に吸入させて再循環させるようにしている。
このように構成した、排気再循環手段Ａ１は、排気再循環システム（Exhaust Gas Recirculation：ＥＧＲ）を形成しており、排気の一部を吸気に戻すことで、エンジンＥの燃焼室内部の酸素濃度を低減させている。これにより燃焼温度を下げることができるため、ＮＯＸ（窒素酸化物）の生成量を抑制（低減）することができる。
しかも、排気再循環流路Ｊｒの中途部には、排気再循環ポンプＰａの下流側に位置させてスクラバ装置Ｓｋを設けている。スクラバ装置Ｓｋは、水等の液体を洗浄液（処理水）として、排気中の粒子（ＳＯｘや煤塵等）を洗浄液の液滴や液膜中で捕集して分離する装置であり、排気再循環流路Ｊｒ内を流動する排気を処理水に気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成して、浄化処理済ガスと吸気とを混合し、混合気体を吸気流路の下流側部を通してエンジンＥの吸気口に送気するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水Ｗｗとなしている。
そして、スクラバ装置Ｓｋは、廃水混合燃料生成手段Ａ２に接続しており、廃水混合燃料生成手段Ａ２は、図１に示すように、主燃料油を収容した主燃料油タンクＴ１に主燃料油流出パイプ１の基端部を接続し、主燃料油流出パイプ１の中途部には第１電動流量調整弁Ｖ１と第１流量計Ｒ１をこの順番で直列的に配設している。また、副燃料油を収容した副燃料油タンクＴ２に副燃料油流出パイプ２の基端部を接続し、副燃料油流出パイプ２の中途部には第２電動流量調整弁Ｖ２と第２流量計Ｒ２をこの順番で直列的に配設している。そして、主燃料油流出パイプ１の先端部と副燃料油流出パイプ２の先端部を接続して、この接続部に混合燃料導入パイプ３の基端部を接続するとともに、混合燃料導入パイプ３の先端部を第１流体混合器Ｍ１の導入口に接続している。
また、スクラバ装置Ｓｋには、廃水供給流路としての廃水流出パイプ４の基端部を接続している。廃水流出パイプ４の中途部には第３電動流量調整弁Ｖ３と第３流量計Ｒ３をこの順番で直列的に配設している。そして、廃水流出パイプ４の先端部と、第１流体混合器Ｍ１の導出口に基端部を接続した混合燃料流出パイプ５の先端部とを接続して、この接続部に廃水混合燃料導入パイプ６の基端部を接続するとともに、廃水混合燃料導入パイプ６の先端部を第２流体混合器Ｍ２の導入口に接続し、廃水混合燃料導入パイプ６の中途部には電動ポンプＰを配設している。混合燃料流出パイプ５の中途部には第４電動流量調整弁Ｖ４を配設している。ここで、第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２の開口量（開度）により、主・副燃料油の混合割合が調整される。また、第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４の開口量（開度）により、廃水Ｗｗと混合燃料油との混合割合が調整される。
電動ポンプＰは、廃水混合燃料導入パイプ６中の混合燃料油と廃水Ｗｗの合流流体を吸入するとともに、第２流体混合器Ｍ２に向けて吐出（圧送）して、第２流体混合器Ｍ２に合流流体を導入するようにしている。第２流体混合器Ｍ２の導出口には廃水混合燃料導出パイプ７の基端部を接続し、廃水混合燃料導出パイプ７の先端部はエンジンＥの給入口に接続している。
廃水混合燃料導出パイプ７における第２流体混合器Ｍ２の導出口近傍に位置する部分には、廃水混合燃料循環パイプ８の基端部を接続する一方、廃水混合燃料導入パイプ６における電動ポンプＰの上流側に位置する部分には、電動三方弁Ｖｃを介して廃水混合燃料循環パイプ８の先端部を接続して、循環流路Ｊを形成している。電動三方弁Ｖｃが流路切替動作されると、循環流路Ｊが第２流体混合器Ｍ２と連通される。この場合、廃水混合燃料は、循環流路Ｊ内で循環されて、複数回にわたって第２流体混合器Ｍ２で混合・撹拌されて、分散質である水滴の一層の微細化が図られる。
廃水混合燃料導出パイプ７の分岐部分の下流側には、第５電動流量調整弁Ｖ５を配設し、廃水混合燃料循環パイプ８の中途部には圧力調整弁Ｖ６を配設している。Ｒ５は、第５電動流量調整弁Ｖ５の下流側に位置する廃水混合燃料導出パイプ７の部分に配設した第５流量計である。
第１流体混合器Ｍ１は、主燃料油と副燃料油を均一に混合・撹拌することができるものであればよい。例えば、特許第３６２３０４４（図１〜図６）に開示されている「撹拌装置」を採用することができる。この「撹拌装置」は、撹拌槽内の液中に、回転駆動源としての電動モータＭｏに連結した回転軸に取り付けられる混合回転体を配設するものであって、混合回転体は、上下２枚の円板を一組みとして重ね合わせ、上方の円板の中央には流入口を形成するとともに、互いに対向する前面には、前方開口する筒状の小室を多数配列させて形成し、上方の円板の小室と、下方の円板の小室とは互いの小室が対向する他の小室に連通する様に位置を違えて配列させて、複数の異なる流体を混合・撹拌することができる装置である。本実施形態では、複数の異なる流体として、主・副燃料油タンクＴ１,Ｔ２から供給された主・副燃料油を採用している。
第２流体混合器Ｍ２は、導入した分散質としての廃水Ｗｗを微細化するとともに、導入した分散媒としての混合燃料油に均一化させることができるものであればよい。望ましくは、本実施形態の第２流体混合器Ｍ２のように、導入した分散質としての廃水Ｗｗの８０％以上を１μｍ以下の粒径まで微細化して微小な水粒となすとともに、導入した分散媒としての混合燃料油に均一化させることができるもの、例えば、特許第３８８４０９５号（図１５〜図２３）に開示されている「流体混合装置」を採用することができる。この「流体混合装置」は、駆動部を持たない静止型流体混合装置で、ユニット内部にハニカム構造のエレメントを直列的に配置して、複数の異なる流体（本実施形態では廃水Ｗｗと混合燃料油）を加圧通過させてせん断力を作用させることにより、超微粒化かつ均一化混合を短時間で実現する装置である。
上記のように構成した廃水混合燃料生成手段Ａ２には、図２に示すようなコントローラＣを設けており、コントローラＣは、内部バスにより相互に接続されたＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたコンピュータ装置である。ＣＰＵは、タイマを内蔵しており、ＲＯＭに格納された制御プログラムをＲＡＭに読み込み、この制御プログラムにしたがって、廃水Ｗｗの添加割合等の演算を実行する。
コントローラＣには、図２に示すように、操作部Ｏｐと第１〜第５流量計Ｒ１〜Ｒ５からの各出力情報が入力インターフェースを介して入力される。一方、コントローラＣは、これらの出力情報に基づいて制御情報を生成し、第１〜第５電動流量調整弁Ｖ１〜Ｖ５と、圧力調整弁Ｖ６と、第１流体混合器Ｍ１を駆動する電動モータＭｏと、電動ポンプＰと、電動三方弁Ｖｃと、電動三方調整弁Ｖｃ１に出力インターフェースを介して制御情報を出力する。
上記のように構成した廃水混合燃料生成手段Ａ２では、操作部Ｏｐを手動操作して、主燃料油と副燃料油との所望の混合割合を設定することで、所望の主・副燃料油量［ｋｇ］がそれぞれ算出されて、それに適応した第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２の各開口量が決定されるとともに、決定された各開口量に第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２が開口動作する。そして、第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２をそれぞれ通して流動する各主・副燃料油の各流量が第１・第２流量計Ｒ１,Ｒ２によりそれぞれ検出されて、各検出情報がコントローラＣに入力される。設定された主・副燃料油の所望の混合割合が得られるまで第１・第２電動流量調整弁Ｖ１,Ｖ２の各開口量がフィードバック制御される。つまり、主・副燃料油の各流量が設定量となるまで制御される。そして、第１流体混合器Ｍ１により主・副燃料油が混合・撹拌されて混合燃料油が生成される。
続いて、操作部Ｏｐを手動操作して、廃水Ｗｗと、第１流体混合器Ｍ１により生成された混合燃料油との所望の混合割合を設定することで、所望の廃水Ｗｗの添加量［ｋｇ］と混合燃料油量［ｋｇ］が算出されて、それに適応した第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４の各開口量が決定されるとともに、決定された各開口量に第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４が開口動作する。そして、第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４をそれぞれ通して流動する各流体（廃水Ｗｗと混合燃料油）の各流量が第３・第４流量計Ｒ３,Ｒ４によりそれぞれ検出されて、各検出情報がコントローラＣに入力される。設定された所望の廃水Ｗｗと混合燃料油との混合割合が得られるまで第３・第４電動流量調整弁Ｖ３,Ｖ４の各開口量がフィードバック制御される。つまり、廃水Ｗｗと混合燃料油の各流量が設定量となるまで制御される。
所望の廃水Ｗｗの添加割合が得られるようになった混合流体は、電動ポンプＰにより廃水混合燃料導入パイプ６を通して第２流体混合器Ｍ２内に導入されて、第２流体混合器Ｍ２内で分散質の廃水Ｗｗの平均水粒径が５００ｎｍ〜１μｍに微細化された微小な水粒となるとともに、分散媒としての混合燃料油中に均一化されて廃水混合燃料が生成される。生成された廃水混合燃料は、第５電動流量調整弁Ｖ５が適度に開口されることで、エンジンＥに供給される。また、第５電動流量調整弁Ｖ５が閉口され、かつ、圧力調整弁Ｖ６が開口されるとともに、電動三方弁Ｖｃが流路切替動作されると、循環流路Ｊが第２流体混合器Ｍ２と連通される。この場合、廃水混合燃料は、循環流路Ｊ内で循環されて、複数回にわたって第２流体混合器Ｍ２で混合・撹拌されて、分散質である水滴の一層の微細化が図られる。
水混合燃料は，式（１）に示すように，水性ガス反応と呼ばれる吸熱反応を伴い、水のミクロ爆発から燃焼温度を低下できる。さらに、燃料と空気の接触面積が飛躍的に増加することから、式（２）および式（３）に示すように、燃焼性が改善され全体の熱量が増加し、水添加による燃焼性が改善されるものである。これらは、拡散燃焼もしくは蒸発燃焼の燃焼形態が水の効果を左右させるものと推測される。
Figure 2017223113
次に、本実施形態に係る生成・供給システムＳにより廃水混合燃料を生成する実験を行った結果と、その実験結果の考察を述べる。
排気再循環システム（以下、「排気再循環」ともいう。）は、排気ガスの一部を再度使用し、酸素濃度を低減させることで燃焼温度を低下させると同時に、一酸化炭素や二酸化炭素や窒素酸化物などを再燃焼させることで、排ガス低減を行う装置である。
［実験装置］
（１）第１流体混合器Ｍ１
第１流体混合器Ｍ１としては、特許第３６２３０４４（図１〜図６）に開示されている「撹拌装置」である（株）ＭＧグローアップ製の「ラモンドスターラー」（商品名）を採用した。
（２）第２流体混合器Ｍ２
第２流体混合器Ｍ２としては、特許第３８８４０９５号（図１５〜図２３）に開示されている「流体混合装置」である（株ＭＧグローアップ製の「ラモンドナノミキサー」（商品名）を採用した。この「ラモンドナノミキサー」は、均一混合が難しいとされる高粘度液・異相分散系でより力を発揮できるものである。
（３）排ガス分析器
排ガスの分析は、テスト製testo 350を用いた。計測は、ＮＯ、ＮＯ２、ＳＯ２、ＣＯ(ｐｐｍｖ)、ＣＯ２、Ｏ２（％）である。排ガスの一部（約０.９L/min）を吸引させた。
（４）ディーゼルエンジン
ディーゼルエンジンの諸元を図３に一覧表にして示す。（株）クボタ製のEA14-NB（商品名）を用いた。EA14-NBは、直接噴射式1気筒４サイクルディーゼルエンジンであり、ボアが９４ｍｍ、ストローク９０ｍｍ、すなわち、６２４ｃｃ、定格出力が２６００ｒｐｍ時に１１.５ＰＳである。
（５）排気再循環
排気再循環には、スクラバ装置Ｓｋを組み合わせ、スクラバの溶媒には石灰水を用いた。
［実験方法］
界面活性剤（乳化剤）を用いない生成・供給システムＳによる生成手法は、Ａ重油とＣ重油を第１流体混合器Ｍ１により混合して混合燃料となし、その後に、混合燃料にスクラバ処理後の廃水を第２流体混合器Ｍ２により混合して生成した。エンジン負荷は２５％、５０％、７５％の３パターンで，回転数は２６００回転で固定とした。
［燃料油の性状］
燃料油の性状について、図４に一覧表にして示す。動粘度は、Ａ重油が約２.５８７mm2/sに対し、Ｃ重油は約１５４mm2/sと非常に高いことが分かる。Ａ重油７１.２５％に対し、Ｃ重油を３.７５％すなわち燃料部（混合燃料油）が７５％とし、水もしくは廃水を２５％混合した。
［エンジンの実験結果］
実験結果を図５に示す。Ａ重油を用い、回転数２６００ｒｐｍの実験結果である。ＮＯｘ濃度は，出力が増大するにつれて上昇する傾向があった。また，不完全燃焼を把握するうえで重要なＣＯ濃度は高負荷になるにつれて低減されていることから、高負荷時の燃焼性が良好であり、ＮＯｘ濃度が上昇したものと言える。
［排気再循環の実験結果］
図６に排気再循環の性能を示す。ここでは、吸入空気における空気と排気との比率をＥＧＲ率とする。ＥＧＲ率が増加することでＮＯｘは低減され、線形の傾向が見られた。ＥＧＲ率３０％で約６２％低減することが分かった。燃費はＥＧＲ率２０％までほぼ変化がなかったが、以降は悪化する現象が見られた。これらから、ＥＧＲ率２０％を実験値とした。
［廃水混合燃料の実験結果］
水混合燃料および廃水混合燃料の実験結果を、図７に示す。Ａ重油７１.２５％、Ｃ重油３.７５％、水もしくはスクラバ処理後の廃水を２５％混合させた。これは、スクラバ装置Ｓｋの廃水であり，スクラバ溶媒に１％の石灰水５Ｌとし、ＥＧＲ率２０％、３０分間処理したものである。負荷７５％、回転数２５００ｒｐｍの実験結果である。水混合燃料は、Ａ重油と比べてＮＯｘ濃度が２６.５％低減できた。ＳＯ２濃度の上昇は、Ｃ重油が混合されたことが要因である。廃水混合燃料は、Ａ重油と比べＮＯｘ濃度が４６.９％低減できた。これらから、廃水混合燃料の方が排ガス低減において効率が高かった。
［廃水混合燃料と排気再循環を組み合せた実験結果］
ＥＧＲと廃水混合燃料による実験結果を、図８に示す。図７の実験条件と同様で、ＥＧＲ率は２０％である。ＮＯｘ濃度は、Ａ重油の場合が約４０％、水混合燃料の場合が約５５％、廃水混合燃料の場合が約７０％それぞれ低減できた。これらから、ＥＧＲと廃水混合燃料を組み合わせることで、排ガス処理と同時に廃水処理を成功できた。
［結言］
本実験は、以下の実験成果を得た。
１．ＥＧＲと廃水混合燃料を組み合わせることで、排ガス処理と同時に廃水処理を成功できた。
２．ＥＧＲ率２０％、ＥＧＲ処理後の廃水２５％の混合燃料を組み合わせることで、ＮＯｘ濃度が約７０％低減できた。
３．廃水混合燃料は、水混合燃料よりもＮＯｘ低減効率が非常に高く廃水中の成分が影響したと言える。
Ａ 生成装置
Ｍ１ 第１流体混合器
Ｍ２ 第２流体混合器
Ｗｗ 廃水
１ 主燃料油流出パイプ
２ 副燃料油流出パイプ
３ 混合燃料導入パイプ
４ 廃水流出パイプ
５ 混合燃料流出パイプ
６ 廃水混合燃料導入パイプ
７ 廃水混合燃料導出パイプ
８ 廃水混合燃料循環パイプ

Claims (6)

  1. 燃焼装置の排気口から排出された排気の一部を、吸気と一緒に燃焼装置の吸気口から吸入させて再循環させる排気再循環手段と、
    排気再循環手段内を流動する排気と処理水とを気液接触させることで、浄化処理した浄化処理済ガスを生成するとともに、排気中のダストを捕捉した処理済液を廃水となして排出する湿式排気浄化手段と、
    燃料油に湿式排気浄化手段から排出された廃水を添加するとともに、これらを混合することで廃水混合燃料を生成して、生成した廃水混合燃料を燃焼装置の燃焼室に供給する廃水混合燃料生成手段と、
    を備えていることを特徴とする廃水混合燃料生成・供給システム。
  2. 廃水混合燃料生成手段は、
    粘度の比較的小さい主燃料油を供給する主燃料供給部と、
    粘度の比較的大きい副燃料油を供給する副燃料供給部と、
    主燃料油と副燃料油を一定の割合で混合して混合燃料油となす第１流体混合部と、
    混合燃料油と廃水を一定の割合で混合して廃水混合燃料となす第２流体混合部と、
    を具備していることを特徴とする請求項1記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
  3. 主燃料油としては、軽油やＡ重油を使用する一方、副燃料油としては、Ｃ重油や石炭油を使用することを特徴とする請求項２記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
  4. 第２流体混合部は、廃水の積算体積の８０％の水粒径が１μｍ以下となるように微細化することを特徴とする請求項２記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
  5. 第２流体混合部は、平均水粒径が５００ｎｍ〜１μｍとなるように微細化することを特徴とする請求項４記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
  6. 燃料油と廃水の重量比は、７０：３０となすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の廃水混合燃料生成・供給システム。
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JP2001324120A (ja) * 2000-05-15 2001-11-22 Kamihata Yoshitaka 廃液燃焼処理方法とその装置
JP2008081740A (ja) * 2006-09-01 2008-04-10 Sg Engineering Kk 水と可燃性油を微粒子状態で混合してエマルジョン燃料を製造する方法及び同エマルジョン燃料の製造装置並びにエマルジョン燃料
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