(57)【要約】【課題】  油性物質、水及び気泡を撹拌混合して得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油を供給ポンプにより燃焼バーナーに導いて燃焼させる際、低圧力であっても、油性物質を安定して持続的に且つ高い熱効率で燃焼させることのできる油性物質燃焼装置を提供する。【解決手段】本発明の油性物質燃焼装置は、油性物質を燃焼させる燃焼装置であって、油性物質、水及び気泡、又は油性物質及び気泡の撹拌混合により気泡含有油水分散液又は気泡含有油が調製される混合タンクと、燃焼バーナーと、前記気泡含有油水分散液又は気泡含有油を混合タンクから燃焼バーナーに供給する供給ポンプを備えているとともに、前記混合タンク内に、気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットを備える微細気泡発生装置が設けられていることを特徴とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
油性物質を燃焼させる燃焼装置であって、油性物質、水及び気泡、又は油性物質及び気泡の撹拌混合により気泡含有油水分散液又は気泡含有油が調製される混合タンクと、燃焼バーナーと、前記気泡含有油水分散液又は気泡含有油を混合タンクから燃焼バーナーに供給する供給ポンプを備えているとともに、前記混合タンク内に、気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットを備える微細気泡発生装置が設けられていることを特徴とする油性物質燃焼装置。
【請求項２】
微細気泡発生装置における環状スリットが、内径側から外径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えている請求項１記載の油性物質燃焼装置。
【請求項３】
微細気泡発生装置が、略円盤状のステータと、ステータ内部に設けられ、周方向に回転する回転体と、ステータにそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス流入口と、上部ステータと下部ステータの対向面周縁部に周方向に設けられ、ステータ内部で形成された気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットからなる微細気泡分散撹拌機である請求項１又は２記載の油性物質燃焼装置。
【請求項４】
微細気泡発生装置が、周方向に回転する略円盤状の回転体を備え、該回転体の下部にそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス流入口と、該回転体を形成する互いに対向する円盤周縁部に周方向に設けられ、該回転体の対向する円盤内部で形成された気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットからなる微細気泡分散撹拌機である請求項１又は２記載の油性物質燃焼装置。
【請求項５】
さらに、供給ポンプから燃焼バーナーへ供給される気泡含有油水分散液又は気泡含有油の一部を混合タンクに戻す循環ラインを備えている請求項１〜４の何れかの項に記載の油性物質燃焼装置。
【請求項６】
油性物質が、重油、灯油、植物油及び廃油から選択される少なくとも１種の油性物質である請求項１〜５の何れかの項に記載の油性物質燃焼装置。
【請求項７】
気泡含有油水分散液又は気泡含有油における油性物質と水との混合割合が、油性物質：水（重量比）＝６０：４０〜１００：０の範囲である請求項１〜６の何れかの項に記載の油性物質燃焼装置。
【請求項８】
油性物質と水と気泡、又は油性物質と気泡とを混合撹拌して得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃焼バーナーに供給して油性物質を燃焼させる方法であって、請求項１〜７の何れかの項に記載の油性物質燃焼装置を用いることを特徴とする油性物質の燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油水混合液中の油性物質又は油性物質そのものを安定して持続的に且つ効率よく燃焼させることのできる油性物質燃焼装置及び油性物質の燃焼方法に関する。より詳しくは、油水混合液又は油性物質を高い圧力を要することなく燃焼バーナーに送液でき、油性物質の不完全燃焼を防止して、油性物質を安定して持続的に完全燃焼させることのできる油性物質燃焼装置及び油性物質の燃焼方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、環境の保全及び資源の有効利用等の観点から、油水混合液（油水分散液、油水乳化液、油水エマルジョン液）を用いて、効率的な燃焼を得る試みが行われている。
【０００３】
油水混合液を用いた燃焼装置では、安定した燃焼を持続させるために、乳化剤の使用の有無にかかわらず、燃焼系に油水混合液を供給する際に高い圧力が必要であった。これは、油水混合液を油水の分離を防止しつつ燃焼ノズルに送液するとともに、燃焼ノズルでの油水混合液の噴霧を良好にして安定した燃焼を得るためである。しかし、このような従来の油水混合液を用いた燃焼装置では、高圧を取り扱うことにより、コストの増大、安全性の低下、装置の大型化等の問題があった。
【０００４】
例えば、特許第３９２８９６９号公報には、円筒形の撹拌槽と、その撹拌槽内に油と水とをそれぞれ給送する定量ポンプと、その撹拌槽内に回転可能に設けられた油と水とを撹拌して混合燃料を生成する撹拌手段と、その撹拌手段で生成された混合燃料を送出する高圧ポンプと、ノズルと空気導入筒とを一端部に有する燃焼室と、一端が前記高圧ポンプに他端が前記ノズルにそれぞれ接続され前記燃焼室周壁に巻回された中間加熱部を有する燃料供給管と、一端がブロワーに他端が前記空気導入筒にそれぞれ接続された給気管とを備えた油水混合液の燃焼装置が開示されている。この燃焼装置では、物理的な撹拌のみで油と水の撹拌を行い、油水分離を防ぎつつ安定してノズルから噴射燃焼することができ、界面活性剤等の乳化剤を要することもなく比較的低燃費で油水混合燃料を燃焼できるという利点がある。しかし、この燃焼装置では、物理的な撹拌のみで油水混合液を調製しているので、油水分離の防止と、良好な噴霧を行い安定した燃焼を得るためには１０ＭＰａを超える高圧が必要である。このため、コスト、安全性、設備等の点で不利である。また、この燃焼装置は、油の燃焼効率の点でも必ずしも充分満足できるものではなく、煤塵やすすが発生することもあった。
【０００５】
また、特開昭５２−２５８０７号公報には、水と重油を混合し、粘度を下げるために空気を添加し比重を軽くすることによって泡状化し、噴射を良好にしながら燃料重油を２０〜３０％節約して熱効率を高めることを特徴とした熱効率を高めうる重油節約装置が開示されている。この文献には、この装置を用いると、約２０〜３０％加水乳化した燃料油の噴霧された油粒子が熱せられ蒸発、ガス化する過程において、中心部に水粒子を含んだ油粒子が加熱されて蒸発する瞬間、水が蒸発するときに小爆発を起こし、水の周囲を取り囲んだ油粒子が数十乃至数百の微粒子に分散され、０．０５ｍｍの油粒子になって噴射爆発され、噴射された粒子は０．００１ｍｍ以下の分子群の状態に分離され、ガス化を早めて空気との混合燃焼が行われるので、過剰空気量が少ない場合にも完全燃焼されて、煙突から排出される未燃焼分は著しく減少し、良好な熱効率が得られると記載されている。しかし、この装置においても、油水の分離防止と油水混合液の良好な噴霧を確保するため、また送液ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止するため、空気と水と重油を高圧の圧縮混合機内で混合分散する必要がある。
【０００６】
一方、液体燃料にガス気泡を混合、分散させることを特徴とする燃料の改質方法が開示されている（特許文献３）。しかし、この方法では加熱効率が必ずしも十分高いとはいえず、さらに効率よい油性燃料の燃焼方法が求められている。
【０００７】
【特許文献１】特許第３９２８９６９号公報
【特許文献２】特開昭５２−２５８０７号公報
【特許文献３】特開２００２−１８１３２６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、本発明の目的は、油性物質、水及び気泡、又は油性物質及び気泡を撹拌混合して得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油を供給ポンプにより燃焼バーナーに導いて燃焼させる際、送液ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できるとともに、低圧力であっても、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の油性物質を安定して持続的に且つ高い熱効率で燃焼させることのできる油性物質燃焼装置、及びそれを用いた油性物質の燃焼方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、特定の気泡発生装置を用いて得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油は、発生する気泡が極めて微細であるため、気泡及び油水の分散安定性が高く、低圧力であっても安定して気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃焼バーナーに供給できるとともに、低圧力であっても良好な噴霧が可能であり、従って、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の油性物質を安定して持続的に且つ高い熱効率で完全燃焼させることができること、また気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できることを見出し、本発明を完成した。
【００１０】
すなわち、本発明は、油性物質を燃焼させる燃焼装置であって、油性物質、水及び気泡、又は油性物質及び気泡の撹拌混合により気泡含有油水分散液又は気泡含有油が調製される混合タンクと、燃焼バーナーと、前記気泡含有油水分散液又は気泡含有油を混合タンクから燃焼バーナーに供給する供給ポンプを備えているとともに、前記混合タンク内に、気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットを備える微細気泡発生装置が設けられていることを特徴とする油性物質燃焼装置を提供する。
【００１１】
前記油性物質燃焼装置において、微細気泡発生装置における環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているのが好ましい。
【００１２】
前記微細気泡発生装置は、略円盤状のステータと、ステータ内部に設けられ、周方向に回転する回転体と、ステータにそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス流入口と、上部ステータと下部ステータの対向面周縁部に周方向に設けられ、ステータ内部で形成された気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットからなる微細気泡分散撹拌機でであるのが好ましい。
【００１３】
また、前記微細気泡発生装置は、周方向に回転する略円盤状の回転体を備え、該回転体の下部にそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス流入口と、該回転体を形成する互いに対向する円盤周縁部に周方向に設けられ、該回転体の対向する円盤内部で形成された気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットからなる微細気泡分散撹拌機であるのも好ましい。
【００１４】
前記油性物質燃焼装置においては、さらに、供給ポンプから燃焼バーナーへ供給される気泡含有油水分散液又は気泡含有油の一部を混合タンクに戻す循環ラインを備えていてもよい。
【００１５】
油性物質としては、重油、灯油、植物油及び廃油から選択される少なくとも１種の油性物質を用いることができる。
【００１６】
気泡含有油水分散液又は気泡含有油における油性物質と水との混合割合は、油性物質：水（重量比）＝６０：４０〜１００：０の範囲であるのが好ましい。
【００１７】
本発明は、また、油性物質と水と気泡、又は油性物質と気泡とを混合撹拌して得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃焼バーナーに供給して油性物質を燃焼させる方法であって、前記の油性物質燃焼装置を用いることを特徴とする油性物質の燃焼方法を提供する。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、特定構造を有する微細気泡発生装置を用いるため、油水分散液又は油性物質中に気泡径の極めて小さい微細気泡（超微細気泡）が発生する。このため、得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油における気泡の分散安定性及び油水の分散安定性が著しく高く、低圧力であっても安定して気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃焼バーナーに供給できるとともに、低圧力であっても油水混合液又は油性物質の良好な噴霧状態を可能とする。従って、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の油性物質を安定して持続的にしかも高い熱効率で完全燃焼させることができる。また、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の気泡の径が極めて小さいので、供給ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の油性物質燃焼装置の一例を示す概略図である。この例では、水供給タンク１から水が、油供給タンク２から油性物質が、それぞれポンプ１７ａ及び１７ｂにより、所定の割合で混合タンク５に定量給送される。１８ａ及び１８ｂは、それぞれ、水供給タンク１及び油供給タンク２の開閉弁であり、３ａ及び３ｂは、それぞれ、水及び油性物質の流量を測定する流量計である。混合タンク５には、水供給タンク１から供給された水、油供給タンク２から供給された油性物質、及び気泡を混合撹拌するための撹拌機（ミキサー）４が備え付けられている。なお、撹拌機（ミキサー）４は必ずしも備え付ける必要はない。また、混合タンク５の底部には、微細気泡発生装置（エアレーター）６が設置されている。なお、微細気泡発生装置６の設置部位は、必ずしも混合タンク５の底部でなくてもよく、混合タンク５の側部であってもよい。
【００２０】
油性物質としては、液状又は半固体の比較的極性の低い物質、例えば、重油、灯油、ガソリン、軽油、ナフサ、流動パラフィン、イソパラフィン、ミネラルスピリット、キシレン、トルエン、ワセリン等の鉱物油；ひまし油、アボガド油、オリーブ油、マカデミアンナッツ油、サフラワ油、胡麻油、大豆油、つばき油、綿実油、菜種油、アーモンド油等の植物油；黄卵油、トータ油、馬油、魚油等の動物油類；アラキドン酸、イソステアリン酸、ウンデシル酸、オレイン酸、軟質ラノリン酸、リノール酸、リノレン酸等の高級脂肪酸類；イソステアリルアルコール、オレイルアルコール、オクチルドデシルアルコール、ヘキシルデシルアルコール等の高級アルコール類；イソステアリン酸イソセチル、オクタン酸セチル、オクタン酸セトステアリル、オレイン酸デシル、ステアリン酸イソセチル、ミリスチン酸イソプロビル、ミリスチン酸オクチルドデシル、ラウリン酸ヘキシル等の高級エステル類；ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ポリオキシエチレン・メチルポリシロキサン等のシリコーンオイル類；ポリアルキレングリコール、液状エポキシ樹脂、液状ブタジエン樹脂等の液状樹脂類などが挙げられる。油性物質として廃油も使用できる。油性物質は、一成分のみで構成されていてもよいし、二以上の成分で構成されていてもよい。油性物質としては、特に、重油、灯油、植物油、廃油（例えば、廃植物油、廃鉱物油等）が好ましい。
【００２１】
気泡含有油水分散液又は気泡含有油における油性物質と水との混合割合は、通常、油性物質：水（重量比）＝６０：４０〜１００：０の範囲であり、好ましくは油性物質：水（重量比）＝６０：４０〜９９．９９：０．０１（例えば、６０：４０〜９９．９：０．１）、より好ましくは油性物質：水（重量比）＝７０：３０〜９８．５：１．５、さらに好ましくは油性物質：水（重量比）＝７５：２５〜９８．５：１．５、特に好ましくは油性物質：水（重量比）＝８０：２０〜９８：２の範囲である。油性物質：水の値が低すぎると、水の温度上昇及び蒸発に多くの熱が使われるので熱効率が低下しやすくなり、また燃焼の際の火炎の状態が不安定になりやすい。また、油性物質の混合割合が高すぎると、液の粘度が高くなり、ライン等に詰まりが生じやすくなる。気泡含有油水分散液又は気泡含有油としては、環境保護の観点からは、気泡含有油水分散液がより好ましい。気泡含有油水分散液を用いる場合には、排気中におけるスス（煤）や、窒素酸化物、二酸化硫黄の量を低減できるというメリットがある。
【００２２】
撹拌機４としては、特に限定されず、液撹拌に通常用いられるものを使用できる。
【００２３】
微細気泡発生装置６は本体部６１とモーター部６２とで構成されており、本体部６１は混合タンク５内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に置かれている。微細気泡発生装置６の本体部６１には、混合タンク５内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油を該本体部６１内に流入させる液流入口と、コンプレッサー７から供給される気泡形成ガス（空気）を該本体部６１内に流入させる気泡形成ガス（空気）流入口と、流入した液及び気泡形成ガスを撹拌、混合すると共に、得られた気液混合液（気泡含有油水分散液又は気泡含有油）に吐出流を発生させる回転体（撹拌翼）と、気液混合液を混合タンク５内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に噴出させる環状スリットとを備えている。本体部６１内で形成された気液混合液をして環状スリットを高速で通過、噴出させることにより、気泡径が極めて小さい超微細気泡が多数生成し、混合タンク５内に微細気泡を多数含む気泡含有油水分散液又は気泡含有油が調製される。この気泡含有油水分散液又は気泡含有油は本発明において燃料として使用される。
【００２４】
微細気泡発生装置６では、例えば環状スリットの構造、気泡混合液の環状スリットにおける通過速度、本体部６１への気泡形成ガスと液の供給割合等を調整することにより、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の微細気泡の気泡径、気泡径分布、及び気泡の個数を制御することができる。気泡の個数、気泡径、気泡径の分布等は、パーティクルカウンタを用いて測定することができる。
【００２５】
微細気泡発生装置６によれば、気泡径５μｍ以下（あるいは５μｍ未満）の気泡を多数発生させることができる。例えば、水中で微細気泡を発生させた場合、気泡径２〜５μｍの気泡の個数が、２０〜３０℃において、例えば１００個／ｍＬ以上、好ましくは３００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは１０００個／ｍＬ以上、特に２０００個／ｍＬ以上の微細気泡含有水を得ることができる。本発明では、このような微細気泡（超微細気泡）を含む気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃料として用いるため、低圧力であっても安定して気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃焼バーナーに供給でき、低圧力であっても油水混合液又は油性物質を微細な粒子として噴霧でき、しかも気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できる。
【００２６】
なお、上記微細気泡発生装置６では、通常、気泡径が５μｍを超える気泡（例えば、気泡径５〜５０μｍの気泡）も発生する。例えば、水中で微細気泡を発生させた場合、上記微細気泡発生装置６により得られる微細気泡含有水中に含まれる気泡径２〜５０μｍの気泡の個数は、２０〜３０℃において、一般に１００個／ｍＬ以上、好ましくは３００個／ｍＬ以上、より好ましくは１０００個／ｍＬ以上、さらに好ましくは２０００個／ｍＬ以上である。
【００２７】
前記環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているのが好ましい。環状スリットがこのような構造を有すると、気泡混合液が高速で通過して噴出することにより、気泡混合液中に気泡径の極めて小さい微細気泡が発生する。これは、気泡混合液が、内径側から外径側に向かって間隙最小部から連続的に拡大する流路（流路拡大部）を通過する際に、(i)流路の広がりに気泡の膨張速度が追いつかず、気泡が破壊される現象、(ii)溶存した気泡形成ガスが、間隙最小部から流路拡大部に通過する際に生じる減圧作用によりガス化する現象、又は(iii)前記(i)と(ii)が同時に生じる現象が生じているためと推測される。
【００２８】
上記好ましい環状スリットの構造においては、少なくとも内径側から外径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えている限り特に制限されず、例えば、間隙最小部の内径側に、間隙最小部に向かって連続的に流路が縮小する流路縮小部を有していてもよい。また、環状スリットは、内径側から外径側に向かって段階的に流路断面積が増える構造、内径側から外径側に向かって段階的に流路断面積が減少する構造、内径側から外径側に向かって連続的に流路断面積が増える構造、内径側から外径側に向かって連続的に流路断面積が減少する構造を有していてもよい。
【００２９】
本発明では、超微細気泡を効率よく発生させる観点から、環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から連続的に流路断面積が増える流路拡大部を備えることが好ましい。
【００３０】
本発明では、通常、環状スリットは、本体部６１及びモーター部６２から構成される微細気泡発生装置６（モーター付きエアレーター）の本体部６１に設けられている。モーター部６２としては、キャンドモーターが好適に用いられる。
【００３１】
微細気泡発生装置６の本体部６１は、例えば、略円盤状のステータ（対向する上部ステータと下部ステータとで構成されている）と、ステータ内部に設けられ、周方向に回転する回転体と、ステータの任意の部位（例えば、下底部）にそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス流入口（気泡供給管）と、上部ステータと下部ステータの対向面周縁部に周方向に設けられ、ステータ内部で形成された気泡混合液を通過させて噴出させることにより気泡混合液中に微細気泡を発生させる環状スリットとで構成することができる。
【００３２】
このような本体部６１を有する微細気泡発生装置では、例えばモーター部６２を用いること等で動力を発生させることにより、本体部６１にコンプレッサー７から供給される気泡形成ガス（空気）と本体部６１に吸い込まれた液とが混合され気泡混合液となり、さらに該気泡混合液が高速で環状スリットを通過するので気泡混合液中に気泡径の極めて小さい微細気泡が発生する。
【００３３】
図３は、微細気泡発生装置６の本体部６１の一例を示す概略断面図である。図３において、２０１は回転軸、２０２は気泡形成ガス経路、２０３はボルト、２０４は孔部、２０５は液流入口（液取り入れ口）、２０６は回転体、２０６ａは回転体２０６の円盤、２０６ｂは回転体２０６の遠心翼、２０７は上部ステータ部、２０８は下部ステータ部、２０９は環状スリット、２０９ａは環状スリット２０９の流路縮小部、２０９ｂは環状スリット２０９の間隙最小部、２０９ｃは環状スリット２０９の流路拡大部、２１０は流路を示す。
【００３４】
回転軸２０１は、モーター部６２とつながっており、モーター部６２によって高速回転（例えば３６００〜４０００ｒｐｍ）可能である。また回転軸２０１には、回転体２０６が設けられており、回転体２０６は円盤２０６ａと複数の遠心翼２０６ｂにより構成されている。このため、回転軸の高速回転により、本体部６１内部に液流入口２０５から油水混合液又は油性物質が吸い込まれ、さらに本体部６１内部で吸い込まれた油水混合液又は油性物質と気泡形成ガス経路２０２を通じて供給される気泡形成ガスとが混合され、気泡混合液となり、さらにまた該気泡混合液は、環状スリット２０９を本体部６１の内部側から外部側に向かって高速で通過して噴出する。該気泡混合液が環状スリット２０９を高速で通過して噴出する際に気泡混合液中に微細気泡が発生して微細気泡混合液となる。なお、気泡は回転体２０６の高速回転作用によって細かく裁断されていると推測される。
【００３５】
また、本体部６１には、孔部２０４を備えている。このため、液を溜める初期のときに内部に残留する気体を排出できる。従って、可動時にステータ内に気体が残留することによって回転体２０６が機能しないことを防止することができる。また、気体供給量が過剰であれば、この孔から出てくるので、目視にて、ガス供給量を調整できる。
【００３６】
図４は、微細気泡発生装置６の本体部６１の他の例を示す概略断面図である。この本体部は、周方向に回転する略円盤状の回転体（対向する円盤上部３０７と円盤下部３０８とで構成されている）を備え、該回転体の下部にそれぞれ設けられた液流入口３０５及び気泡形成ガス流入口３０２と、該回転体を形成する互いに対向する円盤周縁部に周方向に設けられ、該回転体の対向する円盤内部で形成された気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットとで構成されている。図４において、３０１は回転軸、３０２は気泡形成ガス経路、３０３はボルト、３０５は液流入口（液吸い込み口）、３０６ｂは回転体の遠心翼、３０７は円盤上部、３０８は円盤下部、３０９は環状スリット、３０９ａは環状スリット３０９の流路縮小部、３０９ｂは環状スリット３０９の間隙最小部、３０９ｃは環状スリット３０９の流路拡大部、３１０は流路、３１１は撹拌翼を示す。
【００３７】
このような本体部６１を有する微細気泡発生装置においても、例えばモーター部６２を用いること等で動力を発生させることにより、本体部６１にコンプレッサー７から供給される気泡形成ガス（空気）と本体部６１に吸い込まれた液とが混合され気泡混合液となり、さらに該気泡混合液が高速で環状スリットを通過するので気泡混合液中に気泡径の極めて小さい微細気泡が発生する。
【００３８】
回転軸３０１は、モーター部６２とつながっており、モーター部６２によって高速回転（例えば３６００〜４０００ｒｐｍ）可能である。また回転軸３０１には、回転体が設けられており、回転体は円盤上部３０７と円盤下部３０８と複数の遠心翼３０６ｂと複数の撹拌翼３１１により構成されている。このため、回転軸の高速回転により、本体部６１内部に液流入口３０５から油水混合液又は油性物質が吸い込まれ、さらに本体部６１内部で吸い込まれた油水混合液又は油性物質と気泡形成ガス経路３０２を通じて供給される気泡形成ガスとが混合され、気泡混合液となり、さらにまた該気泡混合液は、環状スリット３０９を本体部６１の内部側から外部側に向かって高速で通過して噴出する。該気泡混合液が環状スリット３０９を高速で通過して噴出する際に気泡混合液中に微細気泡が発生して微細気泡混合液となる。回転体に設けられた遠心翼３０６ｂにより、別途ポンプを要することなく液体をより一層確実に流すことができる。また、回転体の外面に撹拌翼３１１を設置することにより、タンク内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油の撹拌がより効率よく行われる。なお、気泡は回転体の高速回転作用によって細かく裁断されていると推測される。前記、遠心翼３０６ｂ、撹拌翼３１１は、それぞれ、設けられていなくてもよいが、設けられているのがより好ましい。
【００３９】
気泡形成ガス（空気）の供給量としては、特に制限されないが、例えば、微細気泡発生装置６において超微細気泡を、油水混合液又は油性物質１ｍｌ中に１００個以上発生させる場合、０．０１Ｌ／ｍｉｎ以上であるのが好ましい。
【００４０】
混合タンク５で気泡含有油水分散液を調製する際、必要に応じて乳化剤を添加することができる。
【００４１】
混合タンク５で調製された気泡含有油水分散液又は気泡含有油は、供給ポンプ８により、切り替え弁９ａ、９ｂを通って、円筒状の燃焼バーナー１１の一方の端部の略中央部に設けられたノズル１２に送液され、ノズル１２により燃焼バーナー１１内に噴射（噴霧）される。１０は気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ラインである。なお、気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ポンプ８で送液される気泡含有油水分散液又は気泡含有油の一部は、必要に応じて、外部循環ライン１５を通じて再び混合タンク５に送液される。循環される気泡含有油水分散液又は気泡含有油は、良好な分散状態を保持するとともに、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の気泡をさらに裁断するため、スタティックミキサー１６によって撹拌混合した後、混合タンク５に戻されるのが好ましい。なお、気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ライン１０の適宜な箇所に、同様な理由でスタティックミキサーを設けてもよい。１８ｃ、１８ｄ、１８ｅはそれぞれ開閉弁である。燃焼バーナー１１には、燃料としての気泡含有油水分散液又は気泡含有油を噴射するノズル１２のほか、点火用の着火バーナー１４が設けられている。そして、燃焼バーナー１１内では、ノズル１２から噴射され霧状となった気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の油性物質が、送風機（ブロアー）１３より導入される空気により燃焼する。
【００４２】
供給ポンプ８としては、気泡含有油水分散液又は気泡含有油を送液可能なものであれば特に限定されないが、例えば、容積式定量ポンプ等が好ましく用いられる。このようなポンプを用いれば、ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できる。
【００４３】
気泡含有油水分散液又は気泡含有油を供給ポンプ８で送液する際の液温は、通常、１０〜６０℃、好ましくは２０〜４０℃である。また、送液の際の圧力（供給ポンプ８の吐出側の圧力）は、通常、０．５〜１０ＭＰａ（ゲージ圧）、好ましくは１〜５ＭＰａ（ゲージ圧）である。本発明では、油性物質の粘度が高くても水と微細な気泡により微分散しているので、送液圧力を低圧にすることができる。このため、コストや安全性に優れているとともに、装置をコンパクト化できるという大きな利益が得られる。
【００４４】
本発明では、前記特定の構造を有する微細気泡発生装置を用いるので、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の気泡の気泡径は著しく小さい。この微小気泡により油水分散液は乳化され、空気が溶解飽和された状態となる。気泡含有油水分散液は、噴霧により、油性物質粒子が水を内部に含有している形態の油水粒子となり、油性物質粒子が加熱により気化する際、内部の水が瞬間的に水蒸気爆発を生じ、油性物質粒子は飛散・分散するとともに、油水粒子中に存在している空気が急激に膨張するため、さらに微細な油性物質微粒子となる。そして、本発明の油性物質燃焼装置では、油性物質がこのような非常に微細な油性物質微粒子の状態からガス化して燃焼するので、完全燃焼し（ススの生成が極めて少なく）、燃焼効率が著しく高い。また、窒素酸化物や二酸化硫黄の生成も非常に少ない。一方、気泡含有油は、噴霧により、ノズル出口で油中に存在する微細気泡の急激な膨張によって微細な油性物質微粒子になるとともに、微細気泡に含まれる酸素によって燃焼が進行し、さらに周囲の空気も混合して燃焼が進行する。そのため、燃焼効率が著しく高い。
【００４５】
このように、本発明の油性物質燃焼装置及び油性物質の燃焼方法によれば、油性物質を熱効率よく燃焼させることができ、また環境面でも優れている。
【００４６】
図２は、本発明の油性物質燃焼装置によって得られる熱の利用形態の一例を示す概略図である。この例では、燃焼バーナー１１のノズル１２とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器１０１が付設されている。熱交換器１０１には、下部に水供給ライン１０３からの水を流入させる水流入口（図示せず）、上部に熱交換された水を排出する水排出ライン１０４と接続する水排出口（図示せず）、及び燃焼バーナー１１側の端部の上部に燃焼後のガスを排気する排気口（排気筒）１０２が設けられている。熱交換器１０１において、燃焼バーナー１１の延長上（長さ方向）には、燃焼バーナー１１の径と同程度の径を有する空洞が設けられており、該空洞は熱交換器１０１のほぼ端部まで達している。この空洞に、燃焼バーナー１１内で生成した火炎が噴射される。前記空洞の回りには、多数の伝熱管が長さ方向に配設されており、水供給ライン１０３から流入した水はこの伝熱管の中を通り、そこで熱を受け取った後、水排出ライン１０４から排出される。
【００４７】
本発明の油性物質燃焼装置によって得られる熱を利用する熱負荷としては、例えばボイラなどが挙げられる。
【実施例】
【００４８】
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
【００４９】
なお、実施例で用いた微細気泡発生装置６は、エアレーター（本体部）［（株）帝国電機製作所で開発中のマイクロバブルエアレーター］及びモータ部で構成されている。エアレーター（本体部）は、図２で示されるように、略円盤状のステータと、ステータ内部に設けられ、周方向に回転する回転体と、ステータの下底部にそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス（空気）流入口と、上部ステータと下部ステータの対向面周縁部に周方向に設けられ、ステータ内部で形成された気液混合物を通過させて噴出させることにより気液混合物中に微細気泡を発生させる環状スリットとで構成されている。前記環状スリットは、間隙最小部、及び流路拡大部から構成され、内径側から外径側に向かって間隙最小部から連続的に流路断面積が増える流路拡大部を備えている。
【００５０】
各部位の寸法は以下の通りである。ステータ部２０７、２０８の直径ａ：２００ｍｍφ、回転体２０６の直径ｂ：１３０ｍｍφ、遠心翼２０６ｂの幅（高さ）：８ｍｍ、環状スリット２０９の間隙最小部２０９ｂのギャップｃ：０．２ｍｍ、遠心翼２０６ｂと下部ステータ部との距離（ギャップ）ｄ：４ｍｍ、液流入口２０５の直径：１０ｍｍφ、環状スリット２０９の流路拡大部２０９ｃにおける拡がり角度（断面での拡がり角度）θ：５°、回転体２０６の回転数：３６００ｒｐｍ、気泡形成ガス経路２０２からの空気供給量（コンプレッサーにて供給）：０．１〜０．２Ｌ／ｍｉｎである。なお、この微細気泡発生装置（回転体２０６の直径ｂ：１３０ｍｍφ）を用いた場合の微細気泡の発生個数（水道水２６Ｌ使用；２０〜３０℃）をパーティクルカウンタ［パーティクルセンサの仕様：型式「Liquilaz-E20P」、測定粒径範囲２〜１２５μｍ、試料流量２０ｍＬ／ｍｉｎ、最大可測濃度１００００個／ｍＬ、周辺装置（シリンジサンプラ、データ処理専用ソフト「Sampleersight」）］で測定したところ、気泡径２〜５μｍの気泡の個数は約３８００個／ｍＬ、気泡径２〜５０μｍの気泡の個数は約５７００個／ｍＬであった。上記エアレーターを用いた場合、パーティクルカウンタで測定した粒径分布から、気泡径２μｍ未満の気泡、あるいは気泡径数百ナノメーター以下のナノバブルも多数発生しているものと推測される。
【００５１】
また、実施例で用いた円筒状の燃焼バーナー１１及び円筒状の熱交換器１０１の仕様は以下の通りである。燃焼バーナー１１の本体部の外径：３５５．６ｍｍφ、燃焼バーナー１１の本体部の長さ：５００ｍｍ、熱交換器１０１の外径：１１８０ｍｍφ、熱交換器１０１内に配設された伝熱管の数：３６本、該伝熱管の外径：６０．５ｍｍφ、該伝熱管の長さ：１８００ｍｍ、熱交換器１０１の保有水量：１５０３リットル。
【００５２】
（実施例１）
図１で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置６を作動させ、重油（油性物質；エクソンモービル社製、商品名「ＦＯＡ  ０１」）と水と気泡（空気）とから得られる気泡含有油水分散液［重油と水の割合：重油／水（重量比）＝７０／３０］を、供給ポンプ８により、０．２７ｋｇ／ｍｉｎの供給速度で燃焼バーナー１１へ送液し、ノズル１２から噴射して、気泡含有油水分散液中の重油を燃焼させた。なお、図２で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー１１のノズル１２とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器１０１を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器１０１への水の流量を２００ｋｇ／ｍｉｎとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油１ｋｇ当たりの水の温度上昇は、３．３９Ｋ（ケルビン）／ｋｇであり、燃焼加熱効率（水の顕熱／理論燃焼熱量）は、０．５６６（比較例１の１．０１倍）であった。供給ポンプ８の吐出側の圧力は、３ＭＰａ（ゲージ圧）であった。
【００５３】
（実施例２）
図１で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置６を作動させ、重油（油性物質；エクソンモービル社製、商品名「ＦＯＡ  ０１」）と水と気泡（空気）とから得られる気泡含有油水分散液［重油と水の割合：重油／水（重量比）＝８０／２０］を、供給ポンプ８により、０．２７ｋｇ／ｍｉｎの供給速度で燃焼バーナー１１へ送液し、ノズル１２から噴射して、気泡含有油水分散液中の重油を燃焼させた。なお、図２で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー１１のノズル１２とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器１０１を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器１０１への水の流量を２００ｋｇ／ｍｉｎとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油１ｋｇ当たりの水の温度上昇は、３．５４Ｋ（ケルビン）／ｋｇであり、燃焼加熱効率（水の顕熱／理論燃焼熱量）は、０．５８９（比較例１の１．０５倍）であった。供給ポンプ８の吐出側の圧力は、３ＭＰａ（ゲージ圧）であった。
【００５４】
（実施例３）
図１で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置６を作動させ、重油（油性物質；エクソンモービル社製、商品名「ＦＯＡ  ０１」）と水と気泡（空気）とから得られる気泡含有油水分散液［重油と水の割合：重油／水（重量比）＝９０／１０］を、供給ポンプ８により、０．３２ｋｇ／ｍｉｎの供給速度で燃焼バーナー１１へ送液し、ノズル１２から噴射して、気泡含有油水分散液中の重油を燃焼させた。なお、図２で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー１１のノズル１２とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器１０１を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器１０１への水の流量を２００ｋｇ／ｍｉｎとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油１ｋｇ当たりの水の温度上昇は、３．６７Ｋ（ケルビン）／ｋｇであり、燃焼加熱効率（水の顕熱／理論燃焼熱量）は、０．６１０（比較例１の１．０８倍）であった。供給ポンプ８の吐出側の圧力は、３ＭＰａ（ゲージ圧）であった。
【００５５】
（実施例４）
図１で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置６を作動させ、重油（油性物質；エクソンモービル社製、商品名「ＦＯＡ  ０１」）と水と気泡（空気）とから得られる気泡含有油水分散液［重油と水の割合：重油／水（重量比）＝９７．５／２．５］を、供給ポンプ８により、０．３８ｋｇ／ｍｉｎの供給速度で燃焼バーナー１１へ送液し、ノズル１２から噴射して、気泡含有油水分散液中の重油を燃焼させた。なお、図２で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー１１のノズル１２とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器１０１を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器１０１への水の流量を２００ｋｇ／ｍｉｎとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油１ｋｇ当たりの水の温度上昇は、３．６７Ｋ（ケルビン）／ｋｇであり、燃焼加熱効率（水の顕熱／理論燃焼熱量）は、０．６１０（比較例１の１．０８倍）であった。供給ポンプ８の吐出側の圧力は、３ＭＰａ（ゲージ圧）であった。
【００５６】
（実施例５）
図１で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置６を作動させ、重油（油性物質；エクソンモービル社製、商品名「ＦＯＡ  ０１」）と気泡（空気）とから得られる気泡含有油［重油のみ（水を含まず）］を、供給ポンプ８により、０．３７ｋｇ／ｍｉｎの供給速度で燃焼バーナー１１へ送液し、ノズル１２から噴射して、気泡含有油中の重油を燃焼させた。なお、図２で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー１１のノズル１２とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器１０１を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器１０１への水の流量を２００ｋｇ／ｍｉｎとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油１ｋｇ当たりの水の温度上昇は、３．７３Ｋ（ケルビン）／ｋｇであり、燃焼加熱効率（水の顕熱／理論燃焼熱量）は、０．６２２（比較例１の１．１０倍）であった。供給ポンプ８の吐出側の圧力は、３ＭＰａ（ゲージ圧）であった。
【００５７】
（比較例１）
微細気泡発生装置６を作動させることなく、重油（油性物質）と水とから得られる油水分散液を燃料として用いたこと以外は実施例１と同様の操作を行った。その結果、重油１ｋｇ当たりの水の温度上昇は、３．３７Ｋ／ｋｇであり、燃焼加熱効率（水の顕熱／理論燃焼熱量）は、０．５６３であった。供給ポンプ８の吐出側の圧力は、３ＭＰａ（ゲージ圧）であった。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】図１は本発明の油性物質燃焼装置の一例を示す概略図である。
【図２】図２は本発明の油性物質燃焼装置によって得られる熱の利用形態の一例を示す概略図である。
【図３】図３は微細気泡発生装置の本体部の一例を示す概略断面図である。
【図４】図４は微細気泡発生装置の本体部の他の例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  水供給タンク
２  油供給タンク
３ａ，３ｂ  流量計
４  撹拌機（ミキサー）
５  混合タンク
６  微細気泡発生装置
６１  本体部
６２  モーター部
７  コンプレッサー
８  気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ポンプ
９ａ，９ｂ  切り替え弁
１０  気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ライン
１１  燃焼バーナー
１２  ノズル
１３  送風機
１４  着火バーナー
１５  外部循環ライン
１６  スタティックミキサー
１７ａ，１７ｂ  ポンプ
１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ  開閉弁
１０１  熱交換器
１０２  排気口
１０３  水供給ライン
１０４  水排出ライン
２０１，３０１  回転軸
２０２，３０２  気泡形成ガス（空気）経路
２０３，３０３  ボルト
２０４  孔部
２０５，３０５  液流入口
２０６  回転体
２０６ａ  円盤
２０６ｂ，３０６ｂ  遠心翼
２０７  ステータ部（上部ステータ部）
２０８  ステータ部（下部ステータ部）
２０９，３０９  環状スリット
２０９ａ，３０９ａ  流路縮小部
２０９ｂ，３０９ｂ  間隙最小部
２０９ｃ，３０９ｃ  流路拡大部
２１０，３１０  流路
３０７  円盤上部
３０８  円盤下部
３１１  撹拌翼
【図１】
2010117116.tif 000003
【図２】
2010117116.tif 000004
【図３】
2010117116.tif 000005
【図４】
2010117116.tif 000006