JP2930907B2

JP2930907B2 - エマルジョン燃料燃焼装置

Info

Publication number: JP2930907B2
Application number: JP15123896A
Authority: JP
Inventors: 五郎石田; 東四郎田中; 俊夫北田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1996-06-12
Filing date: 1996-06-12
Publication date: 1999-08-09
Anticipated expiration: 2016-06-12
Also published as: JPH102514A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はエマルジョン燃料燃
焼装置に係り、特に、石油系燃料と水とを混合して得ら
れた水中油滴型または油中水滴型エマルジョン燃料を燃
焼させるエマルジョン燃料燃焼装置に関する。本発明の
エマルジョン燃料燃焼装置は、ボイラー、ガスタービ
ン、家庭用の暖房器具、農業用ハウスのボイラー等に利
用することができる。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来よ
り、灯油や軽油等の石油系燃料の使用量を減少させると
共に、ＮＯｘや煤煙スラッグ等を減少させるために、石
油系燃料に水と少量の界面活性剤を添加混合してエマル
ジョン化したエマルジョン燃料（水乳化燃料）を燃焼さ
せる種々の方法が提案されている。なお、従来では、水
に潜熱をとられてかえって燃料消費量が増加するため、
燃焼可能なエマルジョン燃料の水の混合割り合いは１〜
１０重量％程度が実用上の限度と考えられている。

【０００３】また、特開昭５５−２３８１２号公報に
は、空気を２００°Ｃ〜４００°Ｃに加熱する空気加熱
室を設け、気化したエマルジョン燃料と加熱された空気
とを混合して燃焼させる液体燃料燃焼装置が開示されて
いる。

【０００４】しかしながら、上記従来の技術では、空気
加熱室や気化部が必要であるため、燃焼装置の構造が複
雑になる、という問題がある。

【０００５】また、特開平７−３１３８５９号公報に
は、油粒子の径が０．５μｍ程度のエマルジョン燃料製
造方法について記載があるが、燃焼装置については何ら
開示されていない。

【０００６】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、簡単な構造でエマルジョン燃料を燃焼させ
ることができるエマルジョン燃料燃焼装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、エマルジョン燃料が噴射される部位の温
度をエマルジョン燃料の発火点以上の温度に保持する温
度保持手段と、エマルジョン燃料の発火点以上の温度に
保持された部位にエマルジョン燃料を噴射する燃料噴射
手段と、を含んで構成したものである。

【０００８】本発明によれば、温度保持手段によってエ
マルジョン燃料が噴射される部位の温度がエマルジョン
燃料の発火点以上の温度に保持されるため、この部位に
燃料噴射手段からエマルジョン燃料を噴射することによ
り、エマルジョン燃料が燃焼する。

【０００９】この温度保持手段は、エマルジョン燃料が
噴射される部位に燃焼ガスを噴射するガス噴射手段を設
け、ガス噴射手段から噴射された燃焼ガスを燃焼させて
エマルジョン燃料が噴射される部位の温度をエマルジョ
ン燃料の発火点以上の温度に保持するように構成するこ
とができる。この場合、ガス噴射手段は、複数の燃焼ガ
ス噴射口を円周上に配置し、エマルジョン燃料が噴射さ
れる部位に複数の燃焼ガス噴射口から噴射された燃焼ガ
スが収束するように構成することができる。

【００１０】このエマルジョン燃料は、重量比が１：１
〜０．５：０．００４〜０．００８の石油系燃料、水、
界面活性剤を混合して生成することができる。界面活性
剤としてはＣ₁₂Ｈ₂₅（ＣＨ₂ＣＨ₂Ｏ）₆Ｈを使用する
ことができる。エマルジョン燃料の液体微粒子の平均粒
径は０．０５〜３μｍ程度にすると効果的である。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。

【００１２】図１に示すように、本実施の形態のエマル
ジョン燃料燃焼装置は、水、石油系燃料である灯油、及
び界面活性剤を混合・攪拌してエマルジョン燃料を生成
するエマルジョン化装置１０と、エマルジョン燃料を燃
焼させるエマルジョン燃料燃焼装置４０とを備えてい
る。

【００１３】エマルジョン化装置１０は、水を供給する
水供給パイプ１４及びエマルジョン原料である灯油を供
給する灯油供給パイプ１６が上面に設けられた攪拌タン
ク１２を備えている。

【００１４】攪拌タンク１２内には、攪拌タンク１２の
上面を貫通して、攪拌装置１８が取り付けられている。
攪拌装置１８は、攪拌タンク１２の上面を貫通して設け
られたシャフト２１と、シャフト２１の攪拌タンク内側
の一端に固定された攪拌ファン２０と、シャフト２１の
攪拌タンク外側の他端に固定されかつ攪拌ファン２０を
回転させるモータ２２とから構成されている。

【００１５】攪拌タンク１２の底面側の側面には、ダイ
ヤフラムバルブ２３が取り付けられ、このダイヤフラム
バルブ２３にはエマルジョン燃料を供給する燃料供給パ
イプ２４の一端が取り付けられている。この燃料供給パ
イプ２４の他端は、エマルジョン燃料を圧送する圧送ポ
ンプ２６に接続されている。そして、圧送ポンプ２６は
燃料供給パイプ２５を介してエマルジョン燃料燃焼装置
４０に接続されている。

【００１６】エマルジョン燃料燃焼装置４０には、燃焼
ガスの原料であるＬＰＧが貯留されたＬＰＧボンベ２８
がＬＰＧ供給パイプ３０を介して接続されている。

【００１７】エマルジョン燃料燃焼装置４０は、図２に
示すように、セラミックスや金属で形成された円筒状の
フレームホルダ４２を備えている。フレームホルダ４２
は、外径６０ｍｍ、長さ１３５ｍｍ程度の大きさであ
る。このフレームホルダ４２の外周には、ガードホルダ
４１（図１）が取り付けられている。

【００１８】フレームホルダ４２の基端側の内部には、
ＬＰＧと空気とを混合した燃焼ガスをフレームホルダ４
２の内部の中心付近の点Ｏに向けて噴射するガス噴射装
置４４が、フィン４６を介して取り付けられている。こ
のガス噴射装置４４は、鋳物等によって、外径５０ｍ
ｍ、中心孔の径１５ｍｍ、高さ２０ｍｍ程度の大きさの
略円環状に形成されている。ガス噴射装置４４の底面４
４ＡにはＬＰＧ供給パイプ３４の一端が貫通しており、
このガス噴射装置４４は、底面４４Ａがフレームホルダ
４２の基端から１５ｍｍ程度の位置に位置するようにフ
レームホルダ４２に取り付けられている。底面４４Ａか
ら貫通したＬＰＧ供給パイプ３４の他端は、空気取入口
を備え、かつ供給されたＬＰＧと空気取入口から取り入
れた空気とを混合する空気取入部３２を介して、ＬＰＧ
ボンベ２８に接続されたＬＰＧ供給パイプ３０と連通さ
れている。

【００１９】ガス噴射装置４４の上面４４Ｂは、ガス噴
射装置４４の中心に向かって下るように傾斜しており、
この上面４４Ｂには、ガス噴射方向が上面４４Ｂと略垂
直な複数個（本実施の形態では８個）のガス噴射口４４
Ｃが形成されている。従って、各ガス噴射口４４Ｃから
噴射された燃焼ガスは、フレームホルダ４２の内部中心
付近の点Ｏに収束する。フレームホルダ４２の軸線Ｃと
噴射された燃焼ガスの成す角θは、２０度〜２３度程度
が適当である。

【００２０】このガス噴射口４４Ｃは、図３に示すよう
に、ガス噴射装置４４の上面から突出した円錐台状に形
成されており、内部にはガス噴射側に位置する大径の円
筒状孔４４Ｄとガス噴射装置４４の内部側に位置する小
径の円筒状孔４４Ｅとが連通するように穿設されてい
る。このガス噴射口４４Ｃの円錐台状部分の高さは２〜
３ｍｍ、上面の外径は４〜５ｍｍ、大径の円筒状孔４４
Ｄの内径は２．５ｍｍ、小径の円筒状孔４４Ｅの内径は
１ｍｍ程度の大きさである。

【００２１】ガス噴射装置４４の中心孔には、ガス噴射
装置４４の軸心方向に移動可能に、円筒状のエマルジョ
ン燃料噴射ノズル５０の先端部分が挿入されている。エ
マルジョン燃料噴射ノズル５０の側面にはラック５０Ａ
が形成され、このラック５０Ａには図示しないモータに
よって回転されるピニオン５０Ｂが齒合されている。従
って、このピニオン５０Ｂを回転させることにより、エ
マルジョン燃料噴射ノズル５０がガス噴射装置４４の軸
心方向に移動される。

【００２２】フレームホルダ４２の先端側内周面には、
燃焼しているエマルジョン燃料の炎の温度を検出する温
度センサ５４が取付けられ、フレームホルダ４２の内部
のガス噴射装置４４の前方部分には、ＬＰＧを燃焼させ
ることによって形成された火種の温度を検出する温度セ
ンサ５６が取付けられている。

【００２３】次に本実施の形態の作用を説明する。攪拌
タンク１２に、水、灯油、及び界面活性剤を重量比で
１：１〜０．５：０．００４〜０．００８の割合で供給
した後、攪拌装置１８で攪拌してエマルジョン燃料を生
成する。これによって平均粒径が０．０５〜３μｍ程度
のエマルジョンが生成される。

【００２４】本実施の形態では、水に対する灯油の重量
割合が１〜０．５、すなわち５０重量％〜３３重量％で
あるため、灯油の消費量を大幅に低減することができ
る。

【００２５】上記界面活性剤としてはＣ₁₂Ｈ₂₅（ＣＨ₂
ＣＨ₂Ｏ）₆Ｈを使用することができる。また、エマル
ジョンの原料としては灯油の他、重油（Ａ重油、Ｂ重
油、Ｃ重油）やガソリン等の石油系燃料を用いることが
できる。

【００２６】ＬＰＧボンベ２８からＬＰＧを供給する
と、空気取入部３２でＬＰＧと空気とが混合されて燃焼
ガスが生成され、ガス噴射装置４４のガス噴射口４４Ｃ
からフレームホルダ４２の内部中心付近の点Ｏに収束す
るように燃焼ガスが噴射される。この燃焼ガスを点火す
ると、火種が生成される。温度センサ５６でこの火種の
温度を検出し、火種の温度がエマルジョン燃料の発火点
以上の温度、例えば、４００°Ｃ以上の温度に保持され
るように、ＬＰＧの供給量及び吸入空気量の少なくとも
一方を調整する。火種の温度を４００°Ｃ程度に保持す
る場合、ＬＰＧの使用量は１２〜１５ｇ／時間程度であ
る。

【００２７】この状態で攪拌タンク１２に設けられてい
るダイヤフラムバルブ２３を開いて圧送ポンプ２６を駆
動してエマルジョン燃料噴射ノズル５０からエマルジョ
ン燃料を噴射させる。これにより噴射されたエマルジョ
ン燃料が火種によって点火され、燃焼される。そして、
温度センサ５４により、燃焼しているエマルジョン燃料
の火炎の温度を検出し、エマルジョン燃料噴射ノズル５
０の出し入れ量を調整し、火炎の温度が目的の温度にな
るように調整する。

【００２８】エマルジョン燃料は、加圧噴射すると液体
微粒子であるエマルジョン粒子が凝集して粒径が大きく
なる虞れがある。このため、図５に示すように、紡錘状
のゴムチューブ６０と周上に先端が球または円柱状の複
数の突起を備えた回転体６２とから構成され、回転体を
回転させることによりゴムチューブ６０を周期的に変形
させてエマルジョン燃料を供給するエマルジョン燃料フ
ィーダを、上記圧送ポンプに代えて使用するのが好まし
い。

【００２９】なお、上記では、ガスを燃焼させて生成し
た種火にエマルジョン燃料を噴射する例について説明し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、エマル
ジョン燃料の発火点以上の温度に加熱させたヒータ等の
ターゲットにエマルジョン燃料を噴射して、または内周
面にコイル状のヒータを配置した円筒部材に噴射したエ
マルジョン燃料を貫通させて燃焼させるようにしてもよ
い。また、上記ではＬＰＧを使用して火種を生成する例
について説明したが、都市ガス等のガスを使用するよう
にしてもよい。さらに、ガス噴射口を円周上に８個設け
る例について説明したが、各々対称に２〜７個、または
９個以上設けるようにしてもよく、ガス噴射口をノズル
によって構成してもよい。また、上記では横型のエマル
ジョン燃料燃焼装置を例に説明したが、縦型のエマルジ
ョン燃料燃焼装置にも本発明を適用することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、エ
マルジョン燃料が噴射される部位の温度をエマルジョン
燃料の発火点以上の温度に保持してエマルジョン燃料を
燃焼するようにしたので、構造が簡単なエマルジョン燃
料燃焼装置を提供することができる、という効果が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の斜視図である。

【図２】本発明の実施の形態のエマルジョン燃料燃焼装
置の断面図である。

【図３】本発明の実施の形態のエマルジョン燃料燃焼装
置の側面図である。

【図４】本発明の実施の形態のエマルジョン燃料燃焼装
置のガス噴射口の断面図である。

【図５】圧送ポンプの他の例を示す側面図である。

【符号の説明】

１０エマルジョン化装置１２攪拌タンク２６圧送ポンプ４０エマルジョン燃料燃焼装置４４ガス噴射装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者北田俊夫東京都中野区中野２丁目24番５−520 (56)参考文献特開昭58−203305（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−54873（ＪＰ，Ａ) 特開昭49−121234（ＪＰ，Ａ) 特開平７−313859（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F23C 11/00 301 F23D 11/16

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】エマルジョン燃料が噴射される部位の温度
をエマルジョン燃料の発火点以上の温度に保持する温度
保持手段と、エマルジョン燃料の発火点以上の温度に保持された部位
にエマルジョン燃料を噴射する燃料噴射手段と、を含むエマルジョン燃料燃焼装置であって、前記温度保持手段は、エマルジョン燃料が噴射される部
位に燃焼ガスが収束するように、燃焼ガスを噴射する複
数の燃焼ガス噴射口を円周上に配置したガス噴射手段を
含み、該ガス噴射手段により噴射された燃焼ガスを燃焼
させてエマルジョン燃料が噴射される部位の温度をエマ
ルジョン燃料の発火点以上の温度に保持する、エマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項２】エマルジョン燃料が噴射される部位に燃焼
ガスを噴射するガス噴射手段を含み、該ガス噴射手段に
より噴射された燃焼ガスを燃焼させてエマルジョン燃料
が噴射される部位の温度をエマルジョン燃料の発火点以
上の温度に保持する温度保持手段と、エマルジョン燃料の発火点以上の温度に保持された部位
にエマルジョン燃料を噴射する燃料噴射手段と、燃焼しているエマルジョン燃料の火炎の温度を検出する
温度センサと、を含むエマルジョン燃料燃焼装置であって、前記ガス噴射手段は、エマルジョン燃料が噴射される部
位の方向に先端部分が移動可能なエマルジョン燃料噴射
ノズルを含み、温度センサにより、燃焼しているエマルジョン燃料の火
炎の温度を検出し、燃焼しているエマルジョン燃料の火
炎の温度が目的の温度となるように、エマルジョン燃料
噴射ノズルの出し入れ量を調整する、エマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項３】前記エマルジョン燃料を、重量比が１：１
〜０．５：０．００４〜０．００８の石油系燃料、水、
界面活性剤を混合して生成した請求項１または請求項２
記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項４】前記エマルジョン燃料の液体微粒子の平均
粒系が０．０５〜３μｍである請求項１〜３のいずれか
１項記載のエマルジョン燃料燃焼装置。