JP7045213B2 - Fuel combustion device - Google Patents
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Description
本発明は、燃料の燃焼装置に関する。詳細には、アンモニア等の難燃性の燃料の燃焼装置に関する。 The present invention relates to a fuel combustion device. More specifically, the present invention relates to a combustion device for a flame-retardant fuel such as ammonia.
長年、種々の燃焼装置の主な燃料として、石油や天然ガス等の化石燃料が使用されてきた。しかし、化石燃料は炭素を含むため、これらを燃やすと二酸化炭素が発生する。二酸化炭素は、地球温暖化の要因として、近年その排出量を減らすことが求められている。これらの炭素系の燃料の代わりとなる、二酸化炭素を排出しない燃料が求められている。 For many years, fossil fuels such as petroleum and natural gas have been used as the main fuel for various combustion devices. However, fossil fuels contain carbon, so burning them produces carbon dioxide. Carbon dioxide has been required to reduce its emission in recent years as a factor of global warming. There is a demand for a fuel that does not emit carbon dioxide as an alternative to these carbon-based fuels.
炭素系の燃料に代わる燃料として、アンモニアへの期待が高まっている。アンモニアは炭素を含まないため、燃焼しても二酸化炭素を排出しない。アンモニアは既に肥料として多く使用されており、安価でありかつ安定供給も可能である。アンモニアは液化圧力がLPGと同等で、室温で液体貯蔵が可能である。アンモニアは、炭素系の燃料の代替燃料として、多くの利点を有している。 Expectations are rising for ammonia as an alternative fuel to carbon-based fuels. Ammonia does not contain carbon, so it does not emit carbon dioxide when burned. Ammonia is already widely used as a fertilizer, and it is inexpensive and can be stably supplied. Ammonia has a liquefaction pressure equivalent to that of LPG and can be stored as a liquid at room temperature. Ammonia has many advantages as an alternative fuel to carbon-based fuels.
一方で、アンモニアは難燃性である。炭素系の燃料の点火エネルギーが80mJから120mJ程度であるのに対して、アンモニアには、400mJから600mJ程度の点火エネルギーが必要となる。また、アンモニアの層流燃焼速度は、炭素系の燃料の層流燃焼速度に対して7倍程度遅い。この難燃性のアンモニアを燃料とした内燃機関についての検討が、特開2010-159705公報で報告されている。 On the other hand, ammonia is flame-retardant. While the ignition energy of carbon-based fuel is about 80 mJ to 120 mJ, ammonia requires ignition energy of about 400 mJ to 600 mJ. The laminar combustion rate of ammonia is about 7 times slower than the laminar combustion rate of carbon-based fuels. A study on an internal combustion engine using this flame-retardant ammonia as a fuel is reported in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2010-159705.
しかしながら、アンモニア燃料といった難燃性燃料を燃焼させる場合には、現在普及している燃焼装置と比較して、燃料の初期着火が非常に困難である上、着火状態の安定化といった面でも多くのディスアドバンテージを伴う。従って、アンモニア燃料を用いた燃焼装置では、これを各種の分野で実用化させるにあたり、着火燃焼を適正かつ容易に実現させるための検討事項が今なお山積されている。 However, when combusting a flame-retardant fuel such as ammonia fuel, the initial ignition of the fuel is extremely difficult compared to the combustion equipment currently in widespread use, and there are many aspects such as stabilization of the ignition state. With disadvantage. Therefore, in the case of a combustion device using ammonia fuel, there are still a lot of considerations for realizing ignition combustion properly and easily in order to put it into practical use in various fields.
本発明の目的は、難燃性燃料の着火及びその安定化に資する難燃性燃料の燃焼装置を提供する点にある。 An object of the present invention is to provide a combustion device for a flame-retardant fuel that contributes to ignition and stabilization of the flame-retardant fuel.
本発明に係る燃料の燃焼装置は、燃焼筒と、この燃焼筒の中に第一燃料を含む混合気体を旋回気流として送り込む燃料投入器と、この燃焼筒内で混合気体が滞留する場所にその点火させる部分が位置する点火器とを備える。 The fuel combustion device according to the present invention includes a combustion cylinder, a fuel input device that sends a mixed gas containing the first fuel into the combustion cylinder as a swirling airflow, and a place where the mixed gas stays in the combustion cylinder. It is equipped with an igniter in which the part to be ignited is located.
好ましくは、上記第一燃料はアンモニアである。 Preferably, the first fuel is ammonia.
好ましくは、上記燃焼筒が胴部と前蓋部とを備えており、上記前蓋部に上記混合気体が送り込まれる環状の投入口が設けられており、複数の上記点火器が上記投入口に囲まれた上記前蓋部の領域に配置されている。このとき、好ましくは、投入口に囲まれた領域は円形を呈しており、上記複数の点火器は上記領域の同心円上に配置されている。上記複数の点火器が、上記領域内で渦巻き状に配置されていてもよい。 Preferably, the combustion cylinder is provided with a body portion and a front lid portion, the front lid portion is provided with an annular inlet for feeding the mixed gas, and a plurality of the igniters are provided in the inlet. It is located in the enclosed area of the anterior lid. At this time, preferably, the region surrounded by the inlet is circular, and the plurality of igniters are arranged on concentric circles in the region. The plurality of igniters may be arranged in a spiral shape in the region.
上記燃焼筒が胴部と前蓋部とを備えており、上記前蓋部に上記混合気体が送り込まれる投入口が設けられており、複数の上記点火器が上記前蓋部において上記投入口の周囲を囲むように配置されていてもよい。このとき、好ましくは、投入口は円形を呈しており、上記複数の点火器はこの投入口の同心円上に配置されている。 The combustion cylinder is provided with a body portion and a front lid portion, the front lid portion is provided with an inlet for feeding the mixed gas, and a plurality of the igniters are provided in the front lid portion of the inlet. It may be arranged so as to surround the periphery. At this time, preferably, the inlet has a circular shape, and the plurality of igniters are arranged on concentric circles of the inlet.
好ましくは、複数の点火器は、同時に駆動される。 Preferably, the plurality of igniters are driven at the same time.
好ましくは、この燃焼装置は上記混合気体を作る混合器をさらに備えており、この混合器は、上記第一燃料より燃焼性の高い第二燃料を混合する機能を備える。 Preferably, the combustion apparatus further includes a mixer for producing the mixed gas, and the mixer has a function of mixing a second fuel having a higher combustibility than the first fuel.
好ましくは、上記混合器は、燃焼開始からの時間によって上記第一燃料及び第二燃料の混合量を制御しうる。 Preferably, the mixer can control the mixing amount of the first fuel and the second fuel by the time from the start of combustion.
好ましくは、この燃焼装置は燃焼筒内の温度を計測する温度センサをさらに備え、上記混合器は、この温度の計測結果から上記第一燃料及び第二燃料の混合量を制御しうる。 Preferably, the combustion device further includes a temperature sensor that measures the temperature inside the combustion cylinder, and the mixer can control the mixing amount of the first fuel and the second fuel from the measurement result of this temperature.
好ましくは、上記第二燃料はメタンである。 Preferably, the second fuel is methane.
本発明に係る燃料の燃焼方法では、燃焼筒の中に第一燃料を含む混合気体を旋回気流として送り込みつつ、この燃焼筒内で混合気体が滞留する場所において、点火器でこの混合気体に点火をする。 In the fuel combustion method according to the present invention, the mixed gas containing the first fuel is sent into the combustion cylinder as a swirling air flow, and the mixed gas is ignited by an igniter at a place where the mixed gas stays in the combustion cylinder. do.
好ましくは、この燃焼方法は、第一燃料とこの第一燃料より燃焼性の高い第二燃料とを含む混合気体が送り込まれる初期燃焼ステップ及び上記初期燃焼ステップよりも上記第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる定常燃焼ステップを含む。 Preferably, in this combustion method, the mixing amount of the second fuel is larger than that of the initial combustion step in which the mixed gas containing the first fuel and the second fuel having higher combustibility than the first fuel is sent and the initial combustion step. Includes a steady combustion step in which a mixed gas, which is small and has a constant mixing amount, is fed.
好ましくは、上記初期燃焼ステップでは、時間の経過とともに上記混合気体における上記第二燃料の混合量を減らす。 Preferably, in the initial combustion step, the mixing amount of the second fuel in the mixed gas is reduced over time.
上記初期燃焼ステップでは、燃焼筒内の温度の上昇とともに上記混合気体における上記第二燃料の混合量を減らしてもよい。 In the initial combustion step, the mixing amount of the second fuel in the mixed gas may be reduced as the temperature in the combustion cylinder rises.
好ましくは、上記定常燃焼ステップでは、第二燃料の混合量が0である。 Preferably, in the steady combustion step, the mixing amount of the second fuel is 0.
本発明に係る燃料の燃焼装置では、燃料を含む混合気体が旋回気流として燃焼筒に送り込まれる。燃焼筒内において、旋回気流の本流よりも流れが遅く渦状となった「混合気体が滞留する場所」が発生する。この燃焼装置では、点火器の点火させる部分(点火部)がこの混合気体が滞留する場所に位置しているため、点火エネルギーが高い燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを与えることができる。混合気体が滞留する場所では、混合気体は渦巻き状となりながら、全体として旋回気流の主流より遅い速度で、前方から後方に流れる。この燃焼装置では、層流燃焼速度が遅い燃料に対しても、安定した燃焼が継続できる。この燃焼装置では、難燃性の燃料に対しても、大きな熱量を安定して取り出すことができる。 In the fuel combustion device according to the present invention, the mixed gas containing the fuel is sent into the combustion cylinder as a swirling airflow. In the combustion cylinder, a "place where the mixed gas stays" is generated, which is slower than the main flow of the swirling airflow and has a vortex shape. In this combustion device, since the ignition part (ignition part) of the igniter is located at the place where this mixed gas stays, sufficient energy can be given to the ignition even for the fuel having high ignition energy. .. In the place where the mixed gas stays, the mixed gas flows from the front to the rear at a speed slower than the mainstream of the swirling airflow as a whole while forming a spiral shape. With this combustion device, stable combustion can be continued even for fuel with a slow laminar combustion speed. With this combustion device, a large amount of heat can be stably taken out even for flame-retardant fuel.
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment with reference to the drawings as appropriate.
図1は、本発明の一実施形態に係る燃料の燃焼装置2が示された概念図である。この図では、装置2の一部は断面で表されている。この燃焼装置2は、燃焼筒4、燃料投入器6、温度センサ8、混合器10、燃料タンク12及び点火器14を備えている。この明細書では、図1の矢印Xが示す方向がこの燃焼装置2の前方とされ、この逆の方向が後方とされる。燃料投入器6が位置する方向が、前方である。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a
燃焼筒4は、筒状を呈している。この実施形態では、燃焼筒4は円筒状である。図1では、燃焼筒4は、その断面が示されている。燃焼筒4は、胴部16、前蓋部18及び後蓋部20を備える。胴部16は燃焼筒4の側面を形成する。胴部16は前後方向に延びている。前蓋部18は、胴部16の前端に被せられている。前蓋部18に、投入口22が設けられている。燃料を含む混合気体がこの投入口22から送り込まれる。図2は、前蓋部18を後方から前方に向けて見た図である。図で示されるように、この実施形態では、投入口22は円環状を呈している。後蓋部20は胴部16の後端に被せられている。後蓋部20の中央に、炎が噴出する出力口24が設けられている。燃焼筒4の材料は、典型的にはスチールである。
The combustion cylinder 4 has a tubular shape. In this embodiment, the combustion cylinder 4 has a cylindrical shape. In FIG. 1, the cross section of the combustion cylinder 4 is shown. The combustion cylinder 4 includes a
図1に示されるように、燃料投入器6は燃焼筒4の前蓋部18の前側に位置する。燃料投入器6は、筐体21及び旋回羽根26を備える。筐体21は前方から見たとき、環状を呈する。筐体21の内部は空洞となっている。旋回羽根26は、筐体21の内部に位置する。旋回羽根26は、投入口22の前方に位置する。図2では、投入口22を通して、その前側に位置する旋回羽根26が見えている。筐体21内に送り込まれた混合気体は、旋回羽根26を通過することで、旋回気流となる。混合気体が旋回気流として、燃焼筒4に送り込まれる。旋回羽根26の材料は、典型的にはスチールである。
As shown in FIG. 1, the
図示されないが、燃料投入器6が、旋回羽根26を回転させる駆動部をさらに備えていてもよい。旋回羽根26が回転することで、混合気体を旋回気流として、燃焼筒4に送り込んでもよい。
Although not shown, the
温度センサ8は、燃焼筒4に取り付けられている。図1の実施形態では、温度センサ8は、燃焼筒4の胴部16に取り付けられている。温度センサ8は、燃焼筒4内の温度を計測して、混合器10に送る。
The
混合器10は、燃料投入器6及び燃料タンク12と接続している。この実施形態では、混合器10は二つの燃料タンク12と接続している。混合器10はこれらの燃料タンク12からの燃料と、空気とを混合して、混合気体を作る。混合器10は混合気体を燃料投入器6に送る。図1では、混合器10は、燃料投入器6の筐体21に、2カ所で接続している。混合器10が、1カ所で筐体21と接続していてもよく、3カ所以上で筐体21と接続していてもよい。混合気体は、混合器10から筐体21の内部に送られる。混合器10は、燃料及び空気の混合量を変化させうる。例えば混合器10は、温度センサ8から送られた燃焼筒4内の温度により、燃料の混合量を増減させる。
The
燃料タンク12には、燃料が格納されている。この実施形態では、第一燃料タンク12a及び第二燃料タンク12bが使用される。第一燃料タンク12aには、この燃焼装置2の主燃料となる難燃性の第一燃料が格納される。第二燃料タンク12bには、第一燃料よりも燃焼性の高い第二燃料が格納される。すなわち、第二燃料の点火エネルギーは第一燃料の点火エネルギーより小さく、第二燃料の層流燃焼速度は第一燃料の層流燃焼速度より大きい。この実施形態では、第一燃料はアンモニアであり、第二燃料はメタンである。
Fuel is stored in the
この燃焼装置2が、第二燃料タンク12bを備えなくてもよい。この燃焼装置2が、三つ以上の燃料タンク12を備えていてもよい。
The
点火器14は、混合気体に点火する。図1には、二つの点火器14が示されている。それぞれの点火器14は、前蓋部18に位置している。この実施形態では、それぞれの点火器14は正電極25及び負電極27を備えている。正電極25及び負電極27は、前蓋部18から内部に突出している。正電極25は、筐体21の中央の領域を貫通している。負電極27は、接地された前蓋部18と接続されることで、接地されている。正電極25には、外部から電圧がかけられる。正電極25に電圧をかけることで、正電極25の先端と負電極27の先端との間に火花が発生する。この点火器14は、点火プラグである。点火器14の混合気体に点火をさせる部分(この実施形態では、火花を飛ばす部分)は、点火部29と称される。点火部29は、燃焼筒4の内部に位置している。点火器は、点火プラグに限られない。点火器が、プラズマジェット点火栓であってもよい。
The
図2に示されるように、この実施形態では、複数の点火器14が、環状の投入口22に囲まれた前蓋部18の領域23に配置されている。図1には混合気体の旋回気流の流れが矢印で示されている。投入口22から流れ込んだ旋回気流の主流(図2の太い点線)は、旋回しながら燃焼筒4の内周面に沿うように広がりつつ後方に進む。この主流が流れる部分は気圧が低くなるため、燃焼筒4の中央部分の混合気体は、この流れにより引っ張られる。中央部分では、渦巻き状の流れ(図2の細い点線)が生じる。この渦巻き状の流れが生じる場所が、「混合気体が滞留する場所」である。この場所では、旋回気流の主流より速度が遅い気流が連続的に流れ込む。この部分では、混合気体は渦巻き状となりながら、全体として旋回気流の主流より遅い速度で、前方から後方に流れる。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, a plurality of
典型的な混合気体が滞留する場所として、投入口22に囲まれた領域23の後方が挙げられる。同様に、投入口22の外側の後方も、気体が滞留する場所である。燃焼筒4の前後方向の中央において、主流の内側にも気体が滞留する場所が存在する。これらの気体の滞留する場所は、例えば色のついた煙を、混合気体と同じ速度で燃焼筒内に投入することで、調べることができる。気体の滞留する場所は、シミュレーションで調べることも可能である。
A typical place where the mixed gas stays is the rear of the
図2に示されるように、この実施形態では、投入口22に囲まれた領域23は、円形である。複数の点火器14が、この領域の同心円上に配置されている。これらの点火器14は、投入口22に囲まれた領域23の同心円上に、一つの円を形成するように配置されている。点火器14が、投入口22に囲まれた領域23の同心円上に、多重の円を形成するように配置されていてもよい。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, the
点火器14を並べる位置は、投入口22に囲まれた領域23の同心円上に限られない。図3には、図2とは異なった点火器14の並べ方が示されている。図3に示されるように、複数の点火器14が、投入口22に囲まれた領域23において渦巻き状に配置されていてもよい。
The position where the
上記の実施形態では、点火器14は複数存在した。点火器の数は一つでもよい。
In the above embodiment, there are a plurality of
この点火器14が位置する前蓋部18は、混合気体の流れの上流側に位置する。この燃焼装置2では、燃料を十分に燃焼させるため、点火器14の点火部29は混合気体の流れの上流側に位置している。点火部29と投入口22との前後方向の距離は、胴部16の前後方向の長さの50%以下、さらには25%以下が好ましい。
The
この燃焼装置2による燃料の燃焼方法では、燃焼の開始時に、二つの燃料タンク12から第一燃料及び第二燃料が混合器10に送られる。混合器10は、これらの燃料と空気とを混合させて混合気体を作り、これを燃料投入器6に送る。混合気体は、燃料投入器6の旋回羽根26を通過し、旋回気流として燃焼筒4内に送られる。点火器14が駆動され、混合気体に点火される。このとき、複数の点火器14が同時に駆動される。混合気体が燃焼して、炎が出力口24から噴出する。混合気体が連続的に燃焼筒4に送られつつ、点火器14が一定時間間隔で駆動される。これにより、混合気体が連続して燃焼する。
In the method of burning fuel by the
図4に、この実施形態において、混合器10により作られた混合気体に含まれる、第一燃料及び第二燃料の混合量の時間的な変化が示されている。図で示されるように、この燃焼方法は、初期燃焼ステップI及び定常燃焼ステップSを備えている。
FIG. 4 shows the temporal change of the mixing amount of the first fuel and the second fuel contained in the mixed gas produced by the
初期燃焼ステップIでは、混合器10は第一燃料及び第二燃料を含む混合気体を、燃料投入器6に送る。この実施形態では、混合器10は、燃焼の開始時には、第二燃料の混合量を第一燃料の混合量より多くする。初期燃焼ステップIでは、混合器10は、時間の経過とともに第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らす。所定の時間経過後に、次の定常燃焼ステップSに移行する。この実施形態では、第二燃料の混合量は0となるまで減らされる。
In the initial combustion step I, the
定常燃焼ステップSでは、初期燃焼ステップIよりも第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる。図4の実施形態では、第二燃料の混合量は0で一定となる。この状態で燃焼が継続される。 In the steady combustion step S, a mixed gas having a smaller mixing amount of the second fuel and a constant mixing amount is sent as compared with the initial combustion step I. In the embodiment of FIG. 4, the mixing amount of the second fuel is constant at 0. Combustion continues in this state.
図5に、本発明の他の実施形態に係る燃焼方法での、第一燃料及び第二燃料の混合量の時間的な変化が示されている。この実施形態の初期燃焼ステップIでは、燃焼開始直後は第一燃料及び第二燃料の混合量は一定である。初期燃焼ステップIでは、その後混合器10は、時間の経過とともに第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らす。
FIG. 5 shows a temporal change in the mixing amount of the first fuel and the second fuel in the combustion method according to another embodiment of the present invention. In the initial combustion step I of this embodiment, the mixing amount of the first fuel and the second fuel is constant immediately after the start of combustion. In the initial combustion step I, the
定常燃焼ステップSでは、初期燃焼ステップIよりも第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる。図5の実施形態では、第二燃料の混合量はV1で一定となっている。 In the steady combustion step S, a mixed gas having a smaller mixing amount of the second fuel and a constant mixing amount is sent as compared with the initial combustion step I. In the embodiment of FIG. 5, the mixing amount of the second fuel is constant at V1.
図5のとおり、初期燃焼ステップIでは、第一燃料及び第二燃料の混合量が一定となる時間帯があってもよい。図示されないが、第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らしている途中で第一燃料及び第二燃料の混合量が一定となる時間帯があってもよい。全体として、第一燃料の混合量が増え、第二燃料の混合量が減っていればよい。 As shown in FIG. 5, in the initial combustion step I, there may be a time zone in which the mixed amounts of the first fuel and the second fuel are constant. Although not shown, there may be a time period in which the mixing amount of the first fuel and the second fuel becomes constant while the mixing amount of the first fuel is increased and the mixing amount of the second fuel is decreased. As a whole, it suffices if the mixing amount of the first fuel increases and the mixing amount of the second fuel decreases.
上記の燃焼方法の実施形態では、混合器10は、時間の経過により、第一燃料及び第二燃料の混合量を変化させた。混合器10が、温度センサ8が測定した燃焼筒4内の温度により第一燃料及び第二燃料の混合量を変化させてもよい。この場合においても、この燃焼方法は、初期燃焼ステップI及び定常燃焼ステップSを備えている。
In the embodiment of the above combustion method, the
初期燃焼ステップIでは、混合器10は第一燃料及び第二燃料を含む混合気体を、燃料投入器6に送る。初期燃焼ステップIでは、混合器10は、燃焼筒4内の温度の上昇とともに第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らす。所定の温度に達すると、次の定常燃焼ステップSに移行する。
In the initial combustion step I, the
定常燃焼ステップSでは、初期燃焼ステップIよりも第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる。この状態で燃焼が継続される。 In the steady combustion step S, a mixed gas having a smaller mixing amount of the second fuel and a constant mixing amount is sent as compared with the initial combustion step I. Combustion continues in this state.
初期燃焼ステップIでは、第一燃料及び第二燃料の混合量が一定となる温度帯があってもよい。温度上昇とともに、全体として第一燃料の混合量が増え、第二燃料の混合量が減っていればよい。定常燃焼ステップSでは、第二燃料の混合量が0であってもよく、一定量の第二燃料が混合されていてもよい。 In the initial combustion step I, there may be a temperature range in which the mixed amounts of the first fuel and the second fuel are constant. As the temperature rises, the mixing amount of the first fuel may increase as a whole, and the mixing amount of the second fuel may decrease. In the steady combustion step S, the mixing amount of the second fuel may be 0, or a certain amount of the second fuel may be mixed.
上記の実施形態では、混合器10は燃焼開始からの時間又は燃焼筒内の温度により、第一燃料及び第二燃料の混合量を調整した。混合器10がこれら両方の値から第一燃料及び第二燃料の混合量を調整してもよい。
In the above embodiment, the
以下では、本発明の作用効果が説明される。 Hereinafter, the effects of the present invention will be described.
本発明に係る燃料の燃焼装置2では、燃料を含む混合気体が旋回気流として燃焼筒4に送り込まれる。本燃焼装置2の点火器14の点火部29は、燃焼筒4内で混合気体が滞留する場所に位置している。この場所では、混合気体の流れは、渦状となる。この場所には、旋回気流の本流よりも遅い速度の混合気体が、連続的に流れ込む。このため、点火エネルギーが高い燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを与えることができる。混合気体が滞留する場所では、混合気体は渦巻き状となりながら、全体として旋回気流の主流より遅い速度で、前方から後方に流れる。この燃焼装置2では、層流燃焼速度が遅い燃料に対しても、安定した燃焼が継続できる。この燃焼装置2では、難燃性の燃料に対しても、大きな熱量を安定して取り出すことができる。
In the
前述のとおり、点火器14は、気体が滞留する場所において、複数配置されているのが好ましい。渦状となった混合気体に対して、複数の位置において、点火のためのエネルギーが与えられる。これにより、難燃性の燃料においても、効率的に火炎核が形成できる。この装置2では、難燃性の燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを効率的に与えることができる。
As described above, it is preferable that a plurality of
前述のとおり、点火器14は、前蓋部18の、環状の投入口22に囲まれた領域23に配置されているのが好ましい。環状の投入口22の内側は、流れが滞留している。この領域に点火器14の点火部29を配置することで、難燃性の燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを与えることができる。しかも、これらの点火器14は、混合気体の流れの上流に位置している。これらにより、難燃性の燃料に対しても、安定した点火及び燃焼が実現される。
As described above, the
前述のとおり、点火器14は、投入口22に囲まれた領域23が円形であるとき、この領域23の同心円上に配置されているのが好ましい。このようにすることで、投入口22の周囲で均一に混合燃料に点火することができる。これにより、安定して混合燃料に点火ができる。
As described above, when the
前述のとおり、本発明に係る燃焼方法は、第一燃料と、この第一燃料より燃焼性の高い第二燃料とを含む混合気体が送り込まれる初期燃焼ステップIを備える。難燃性の燃料では、点火された直後は燃焼状態が安定しない場合がある。初期燃焼ステップIにおいて、混合気体に燃焼性の高い第二燃料を含ませることで、混合気体は、点火直後にも安定して燃焼できる。 As described above, the combustion method according to the present invention includes an initial combustion step I in which a mixed gas containing a first fuel and a second fuel having higher flammability than the first fuel is delivered. With flame-retardant fuels, the combustion state may not be stable immediately after ignition. By including the second fuel having high flammability in the mixed gas in the initial combustion step I, the mixed gas can be stably burned immediately after ignition.
前述のとおり、この燃焼方法では、初期燃焼ステップIよりも第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる定常燃焼ステップSを備える。燃焼状態が安定した後においては、燃焼性が高い第二燃料を少なくしても、安定して混合気体が燃焼しうる。この燃焼方法では、難燃性の第一燃料を主とする混合気体を、安定して燃焼させることができる。 As described above, this combustion method includes a steady combustion step S in which a mixed gas having a smaller mixing amount of the second fuel than the initial combustion step I and having a constant mixing amount is sent. After the combustion state is stable, the mixed gas can be stably burned even if the amount of the second fuel having high combustibility is reduced. In this combustion method, a mixed gas mainly composed of a flame-retardant first fuel can be stably burned.
前述のとおり、初期燃焼ステップIでは、混合器10は、時間の経過とともに第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らすのが好ましい。混合気体の燃焼は、時間の経過とともに安定する。このように混合量を変化させることで、安定な燃焼を維持しつつ、効率的に第一燃料を燃焼させることができる。
As described above, in the initial combustion step I, it is preferable that the
前述のとおり、初期燃焼ステップIでは、混合器10は、燃焼筒4内の温度の上昇とともに、第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らしてもよい。混合気体の燃焼は、温度の上昇とともに安定する。このように混合量を変化させることで、安定な燃焼を維持しつつ、効率的に第一燃料を燃焼させることができる。
As described above, in the initial combustion step I, the
第一燃料にアンモニアに代表される炭素を含まない燃料を使用し、第二燃料にメタン等の炭素系の燃料を使用したとき、定常燃焼ステップSにおける第二燃料の混合量は、0が好ましい。第二燃料の混合量を0とすることで、燃焼による二酸化炭素の排出量を0にできる。 When a carbon-free fuel typified by ammonia is used as the first fuel and a carbon-based fuel such as methane is used as the second fuel, the mixing amount of the second fuel in the steady combustion step S is preferably 0. .. By setting the mixing amount of the second fuel to 0, the amount of carbon dioxide emitted by combustion can be set to 0.
図6は、本発明の他の実施形態に係る燃料の燃焼装置30の前蓋部32を、後方から前方に向けて見た図である。この燃焼装置30は、前蓋部32、燃料投入器34及び点火器36を除いて、図1及び図2の燃焼装置2と同じである。
FIG. 6 is a view of the
図6で示されるように、この燃焼装置30の前蓋部32には、投入口38が設けられている。燃料を含む混合気体がこの投入口38から送り込まれる。この実施形態では、投入口38は円形を呈している。
As shown in FIG. 6, the
燃料投入器34は、燃焼筒の前蓋部32の前側に位置する。燃料投入器34は、旋回羽根40を備える。図6では、投入口38を通して、その前側に位置する旋回羽根40が見えている。混合気体は、旋回羽根40を通過することで、旋回気流となる。混合気体は、旋回気流として燃焼筒に送り込まれる。旋回羽根40の材料は、典型的にはスチールである。
The
図6に示されるように、複数の点火器36が、前蓋部32において、円形の投入口38の周囲を囲むように配置されている。投入口38の周囲は、混合気体が滞留している。この領域では、混合気体の流れは、渦状となる。この領域には、旋回気流の本流よりも遅い速度の混合気体が、連続的に流れ込む。この領域に点火器36の点火部を配置することで、難燃性の燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを与えることができる。
As shown in FIG. 6, a plurality of
図6に示されるように、この実施形態では、複数の点火器36が、円形の投入口38の同心円上に配置されている。これらの点火器36は、投入口38の同心円上に、一つの円を形成するように配置されている。このようにすることで、投入口38の周囲で均一に混合燃料に点火することができる。これにより、安定して混合燃料に点火ができる。
As shown in FIG. 6, in this embodiment, a plurality of
図示されないが、これらの点火器36が、投入口38の同心円上に、多重の円を形成するように配置されてもよい。これらの点火器36が、投入口38の周囲を囲むように、渦巻き状に配置されてもよい。このようにすることで、投入口38の周囲で均一に混合燃料に点火することができる。これにより、安定して混合燃料に点火ができる。
Although not shown, these
図7は、本発明のさらに他の実施形態に係る燃料の燃焼装置40の前蓋部42の近辺が示された断面図である。この燃焼装置40は、点火器46の形状を除いて、図1の燃焼装置2と同じである。複数の点火器46が、投入口に囲まれた領域44に位置している。それぞれの点火器46は、正電極48と負電極50とを備えている。この図では、それぞれの点火器46の前蓋部42からの突出量が分かり易いように、点火器46は一列に並べられている。
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the vicinity of the
図7で示されるように、この実施形態では、点火器46の前蓋部42からの突出高さが高い点火器46と、低い点火器46とが交互に並んでいる。このようにすることで、気体が滞留する場所において、前後方向にも均一に近い状態で混合燃料に点火することができる。この点火装置40では、効果的に混合気体に点火することができる。
As shown in FIG. 7, in this embodiment, the
図8は、本発明のさらに他の実施形態に係る燃料の燃焼装置60の前蓋部62の近辺が示された断面図である。この燃焼装置62は、点火器66の形状を除いて、図1の燃焼装置2と同じである。複数の点火器66が、投入口に囲まれた領域64に位置している。これらの点火器66は、正電極68と負電極70とを備えている。図8で示されるように、この実施形態では、点火器66の前蓋部62からの突出高さは、これらの点火器66で異なっている。このようにすることで、気体が滞留する場所において、前後方向にもより均一に近い状態で、混合燃料に点火することができる。この燃焼装置60では、効果的に混合気体に点火することができる。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing the vicinity of the
以上の実施形態で示された燃焼装置では、燃料が連続して燃焼装置に送られた。この燃焼装置は、自動車等の内燃機関に適用することもできる。この場合、燃焼筒内への燃料の送り込み及びこの燃料への点火を一つのサイクルとして、これが繰り返される。 In the combustion device shown in the above embodiment, fuel is continuously sent to the combustion device. This combustion device can also be applied to an internal combustion engine such as an automobile. In this case, the fuel is sent into the combustion cylinder and the fuel is ignited as one cycle, and this is repeated.
以上説明されたとおり、本発明によれば、この燃焼装置では、難燃性の燃料に対しても、大きな熱量を安定して取り出すことができる。このことから、本発明の優位性は明らかである。 As described above, according to the present invention, this combustion device can stably take out a large amount of heat even for a flame-retardant fuel. From this, the superiority of the present invention is clear.
以上説明された燃料の燃焼装置は、種々の機器に使用される。 The fuel combustion device described above is used in various devices.
2、30、40、60・・・燃焼装置
4・・・燃焼筒
6、34・・・燃料投入器
8・・・温度センサ
10・・・混合器
12・・・燃料タンク
12a・・・第一燃料タンク
12b・・・第二燃料タンク
14、36、46、66・・・点火器
16・・・胴部
18、32、42、62・・・前蓋部
20・・・底部
21・・・筐体
22、38・・・投入口
23、44、64・・・投入口に囲まれた領域
24・・・出力口
25、48、68・・・正電極
26、40・・・旋回羽根
27、50、70・・・負電極
29・・・点火部
2, 30, 40, 60 ... Combustion device 4 ...
Claims (19)
上記燃焼筒が、胴部と前蓋部とを備えており、
上記前蓋部に、上記混合気体が送り込まれる環状の投入口が設けられており、
複数の上記点火器が、上記投入口に囲まれた上記前蓋部の領域に配置されている燃料の燃焼装置。 A combustion cylinder, a fuel input device that sends a mixed gas containing the first fuel into the combustion cylinder as a swirling airflow, and an igniter in which a portion for igniting the mixed gas is located in a place where the mixed gas stays in the combustion cylinder. And with
The combustion cylinder is provided with a body portion and a front lid portion.
The front lid portion is provided with an annular inlet for feeding the mixed gas.
A fuel combustion device in which a plurality of the above-mentioned igniters are arranged in the area of the above-mentioned front lid portion surrounded by the above-mentioned inlet.
上記複数の点火器が、上記領域の同心円上に配置されている請求項1に記載の燃焼装置。 The area surrounded by the above slot has a circular shape.
The combustion device according to claim 1, wherein the plurality of igniters are arranged on concentric circles in the above region.
上記複数の点火器が、上記領域内で渦巻き状に配置されている請求項1に記載の燃焼装置。 The area surrounded by the above slot has a circular shape.
The combustion device according to claim 1, wherein the plurality of igniters are arranged in a spiral shape in the region.
上記燃焼筒が胴部と前蓋部とを備えており、
上記前蓋部に、上記混合気体が送り込まれる投入口が設けられており、
複数の上記点火器が、上記前蓋部において投入口の周囲を囲むように配置されている燃料の燃焼装置。 A combustion cylinder, a fuel input device that sends a mixed gas containing the first fuel into the combustion cylinder as a swirling airflow, and an igniter in which a portion for igniting the mixed gas is located in a place where the mixed gas stays in the combustion cylinder. And with
The above combustion cylinder is provided with a body portion and a front lid portion.
The front lid portion is provided with an inlet for feeding the mixed gas.
A fuel combustion device in which a plurality of the above-mentioned igniters are arranged so as to surround the vicinity of an inlet in the above-mentioned front lid portion.
この混合器が、上記第一燃料より燃焼性の高い第二燃料を混合する機能を備える請求項1から7のいずれかに記載の燃焼装置。 Further equipped with a mixer that produces the above mixed gas,
The combustion apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein the mixer has a function of mixing a second fuel having a higher combustibility than the first fuel.
上記混合器が、メタンを混合する機能を備え、
上記混合器が、上記温度の計測結果から上記アンモニア及びメタンの混合量を制御しうる燃焼装置。 A combustion cylinder, a fuel input device that sends a mixed gas containing ammonia into the combustion cylinder as a swirling airflow, and an igniter in which a portion for igniting the mixed gas is located in a place where the mixed gas stays in the combustion cylinder. It is equipped with a mixer that creates the mixed gas and a temperature sensor that measures the temperature inside the combustion cylinder.
The above mixer has the function of mixing methane,
A combustion device in which the mixer can control the mixing amount of ammonia and methane from the measurement result of the temperature.
及び
上記初期燃焼ステップよりも上記第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる定常燃焼ステップ
を含む請求項13又は14に記載の燃焼方法。 The mixing amount of the second fuel is smaller than that of the initial combustion step in which the mixed gas containing the first fuel and the second fuel having higher combustibility than the first fuel is sent and the initial combustion step, and the mixing amount is constant. The combustion method according to claim 13 or 14, comprising a steady combustion step in which the mixed gas is fed.
アンモニアとメタンとを含む混合気体が送り込まれる初期燃焼ステップ
及び
上記初期燃焼ステップよりも上記メタンの混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる定常燃焼ステップ
を含み、
上記初期燃焼ステップでは、燃焼筒内の温度の上昇とともに上記混合気体における上記メタンの混合量を減らす燃料の燃焼方法。
A method of burning fuel in which a mixed gas containing ammonia is sent into a combustion cylinder as a swirling air flow, and the mixed gas is ignited by an igniter at a place where the mixed gas stays in the combustion cylinder.
It includes an initial combustion step in which a mixed gas containing ammonia and methane is sent, and a steady combustion step in which a mixed gas in which the mixed amount of methane is smaller and the mixed amount is constant is sent as compared with the initial combustion step.
In the initial combustion step, a method of burning a fuel that reduces the amount of methane mixed in the mixed gas as the temperature inside the combustion cylinder rises.
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