(57)【要約】【課題】  高濃度燃焼性有機物質の霧化体の凝結による流路の閉塞を防止し、逆火あるいは爆発の危険性を回避することができる、安全性の高い低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法を提供すること。【解決手段】  低濃度の燃焼性有機物含有の液体を霧化する超音波霧化装置１を備え、得られた霧化体を、搬送ガスを用いて燃焼装置２の燃料として供給するとともに、燃焼装置２からの排ガスを搬送ガスとして超音波霧化装置１に供給する送気ファンＦと、排ガス中の酸素濃度を測定する酸素測定部Ｓ２と、を設け、酸素測定部Ｓ２の測定値が所定値を超えた場合、超音波霧化装置１の超音波の停止や超音波振動力の制御または／および搬送ガスの供給停止や供給量の制御を行う制御部３を有す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】
低濃度の燃焼性有機物含有の液体を、超音波霧化装置を用いて霧化し、
前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、搬送ガスを用いて燃焼装置の燃料として供給するとともに、霧化処理された後の処理液を排出液として処分する前記液体の利用方法において、
前記搬送ガスとして、前記燃焼装置からの排ガスを用いるとともに、
該排ガス中の酸素濃度を測定し、その測定値が所定値を超えた場合の、前記超音波霧化装置の超音波の停止や超音波振動力の制御または／および前記搬送ガスの供給停止や供給量の制御を行うことを特徴とする低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法。
【請求項２】
前記超音波霧化装置から燃焼装置への燃料供給流路の火炎を監視し、火炎を検知した場合の、該燃料供給流路を遮断することを特徴とする請求項１記載の低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法。
【請求項３】
前記燃焼装置に対して第２の燃料と燃焼用空気を供給し、該燃焼装置に必要な燃焼量を確保するとともに、
前記超音波霧化装置へ搬送する排ガスの流量や温度が安定した状態において、前記超音波霧化装置の超音波を供給し、
前記燃焼装置の燃焼量に応じて、供給される超音波振動力または／および前記超音波霧化装置へ搬送する排ガス流量を制御することを特徴とする請求項１または２記載の低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法。
【請求項４】
前記超音波霧化装置において霧化処理された後の処理液中に含有する燃焼性有機物質の濃度を検出し、所定濃度以下の場合は排出液として回収し、所定濃度以下の場合は前記超音波霧化装置に供給し再循環させることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法。
【請求項５】
低濃度の燃焼性有機物含有の液体を霧化する超音波霧化装置を備え、該霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、搬送ガスを用いて燃焼装置の燃料として供給する燃焼システムであって、
前記燃焼装置の燃焼排ガス排出部と超音波霧化装置を繋ぐ搬送ガス用流路と、該搬送ガス用流路を介して前記燃焼装置からの排ガスを前記搬送ガスとして超音波霧化装置に供給する搬送手段と、該排ガス中の酸素濃度を測定する酸素測定部と、を設け、
該酸素測定部の測定値が所定値を超えた場合、前記超音波霧化装置の超音波の停止や超音波振動力の制御または／および前記搬送ガスの供給停止や供給量の制御を行う制御部を有することを特徴とする低濃度の燃焼性有機物含有の液体燃料を利用した燃焼システム。
【請求項６】
前記超音波霧化装置から霧化体を燃焼装置へ供給する燃料供給流路に、該燃料供給流路での火炎の発生または火炎の逸走を監視する火炎検知部と、該燃料供給流路を遮断する開閉弁と、を設け、
前記火炎検知部が火炎を検知した場合、前記制御部による開閉弁の制動によって前記燃料供給流路を遮断することを特徴とする請求項５記載の低濃度の燃焼性有機物含有の液体燃料を利用した燃焼システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法および該液体燃料を利用した燃焼システムに関し、例えば、低濃度アルコール溶液を超音波霧化装置により霧化し，得られた高濃度アルコールの霧化体を燃焼装置の燃料に用いる燃焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体燃料を超音波振動によって霧化して燃焼させる技術が知られている。このように液体燃料を霧化した場合、着火性の向上が期待され、更に燃焼量の制御が容易になると考えられる。具体的には、図３に例示するように、装置本体Ａの燃料収容部１１７の底部に超音波振動子１１３を設置し、超音波振動によって液体燃料を超微粒化しつつ燃料液面から噴出させ、さらに、液面上の空間部によりエア供給室１１８と燃料霧化室１１９を形成し、エア案内板１２２を設けて燃焼用エアを液面に沿って燃料霧化室１１９に送り込むように構成された液体燃料燃焼装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、噴霧出口部１２１から燃焼筒１３２までの経路に逆止め弁１４１が配置されたことによって消火時の臭い防止および逆火防止を図ることができる。
【０００３】
また、メインバーナの気化器を予熱するための予熱バーナに超音波発生器によって生成された霧状燃料を供給し、この予熱バーナヘッドで霧状燃料を燃焼させる構成を有する液体燃料気化燃焼装置が提案されている（例えば特許文献２参照）。これらは、いずれも、液体燃料を超音波振動によって直接霧化する方法であり、液体燃料は、可燃性物質の濃度が高く、任意の着火手段を用いることで、容易に着火し燃焼する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−３８２２０号公報
【特許文献２】特開平１０−２４６４０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような霧化した液体燃料を用いた燃焼装置においては、以下のような課題が生じることがあった。
（ｉ）超音波霧化装置から燃焼装置への搬送途中で霧化燃料が凝縮され配管に滞留し，霧化燃料が充分に搬送できなくなるという問題があった。また、こうした凝縮された霧化燃料は、搬送用エアとの反応によって異常発熱を生じたり、引火する可能性があった。
（ii）発生した霧化燃料を燃焼用空気で搬送し、燃焼装置（たとえばバーナ）で燃焼した場合、搬送流路からの逆火の恐れがあった。上記図３のような構成においては、逆止め弁１４１を設けられた装置が開示されているが、具体的な逆火防止機能は明確でなく、現実に、こうした逆止め弁１４１を有する装置が実用化されていない。例えば、焼結金属等細孔を有する逆火防止材を流路に配設する方法が可能であるが、霧化燃料の凝縮を招くおそれもあり、こうした燃焼装置には不適である。
（iii）安全性から燃焼用空気で搬送できない場合には、搬送用ガスは、酸素（Ｏ２）を含まない不活性ガス（Ｎ２など）などに限定され、別途搬送用ガスを準備し、相当供給用設備が必要となる。
【０００６】
そこで、本発明は、上記従来技術の現状に鑑みてなされたものであって、燃焼性有機物質を含む溶液を超音波霧化装置により霧化し、得られた高濃度燃焼性有機物質の霧化体を燃料として燃焼装置に供給するに際して、供給流路の途中での霧化体の凝結による流路の閉塞を防止し、高濃度燃焼性有機物質の霧化体を空気で搬送した場合に生じる逆火あるいは爆発の危険性を回避することができる、安全性の高い低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法を提供することを目的とする。また、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体を燃焼装置の燃料としても利用するとともに、燃焼装置の排ガスの有効利用を図ることによって、エネルギー効率の高い燃焼システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下に示す低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法および該液体燃料を利用した燃焼システムによって上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
本発明は、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を、超音波霧化装置を用いて霧化し、前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、搬送ガスを用いて燃焼装置の燃料として供給するとともに、霧化処理された後の処理液を排出液として処分する前記液体の利用方法において、
前記搬送ガスとして、前記燃焼装置からの排ガスを用いるとともに、該排ガス中の酸素濃度を測定し、その測定値が所定値を超えた場合の、前記超音波霧化装置の超音波の停止や超音波振動力の制御または／および前記搬送ガスの供給停止や供給量の制御を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を霧化する超音波霧化装置を備え、該霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、搬送ガスを用いて燃焼装置の燃料として供給する燃焼システムであって、
前記燃焼装置の排ガス排出部と超音波霧化装置を繋ぐ搬送ガス用流路と、該搬送ガス用流路を介して前記燃焼装置からの排ガスを前記搬送ガスとして超音波霧化装置に供給する搬送手段と、該排ガス中の酸素濃度を測定する酸素測定部と、を設け、該酸素測定部の測定値が所定値を超えた場合、前記超音波霧化装置の超音波の停止や超音波振動力の制御または／および前記搬送ガスの供給停止や供給量の制御を行う制御部を有することを特徴とする。
【００１０】
低濃度の燃焼性有機物質を含む霧化燃料を利用した燃焼システムにおいては、霧化体の搬送流路での凝縮防止と燃料装置あるいは搬送流路からの逆火の防止を重要な課題としている。本発明は、通常、燃焼装置の排ガス中の酸素濃度が３〜５％であること、ガス温度が２００〜数１００℃であり、該有機物質の凝縮温度を超える８０〜１００℃程度に維持することが可能であることに注視し、該排ガスを霧化体の搬送ガスとして有効に活かすことを図った。つまり、排ガスの潜熱を利用した燃焼性有機物質の気化の促進およびを流路での凝結の抑制を図るとともに、低酸素含有ガスとして逆火の危険性を回避することが可能となった。また、セイフティネットとして、排ガス中の酸素濃度を測定し、霧化体の供給量あるいは供給停止を制御することによって、安全性の高い、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法および該液体燃料を利用した燃焼システムを提供することが可能となった。さらに、低濃度の燃焼性有機物含有の液体のエネルギー利用とともに、排ガスが有する熱量の有効利用を図ることによって、システム全体として高いエネルギー効率を確保することが可能となった。
【００１１】
ここで、「低濃度」とは、燃焼性有機物含有の液体が、室温（例えば、平均温度６〜２８℃）において自然発火、着火手段による着火・燃焼しない範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、燃焼性有機物が、例えばアルコール類であれば、２０％以下である。「高濃度」とは、燃焼性有機物含有の霧化体が、室温において着火手段による着火・燃焼可能な範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、燃焼性有機物が、例えばアルコール類であれば、６０％以上である。
【００１２】
本発明は、上記低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法であって、前記超音波霧化装置から燃焼装置への燃料供給流路の火炎を監視し、火炎を検知した場合の、該燃料供給流路を遮断することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、上記低濃度の燃焼性有機物含有の液体燃料を利用した燃焼システムであって、前記超音波霧化装置から霧化体を燃焼装置へ供給する燃料供給流路に、該燃料供給流路での火炎の発生または火炎の逸走を監視する火炎検知部と、該燃料供給流路を遮断する開閉弁と、を設け、前記火炎検知部が火炎を検知した場合、前記制御部による開閉弁の制動によって前記燃料供給流路を遮断することを特徴とする。
【００１４】
上記構成においては、排ガスの潜熱と低酸素含有ガスとしての特性を利用する一方、排ガス中の酸素濃度のモニタによる霧化体の供給制御を行うことによる超音波霧化装置への供給側のセイフティネットを設けている。本発明は、さらに、燃焼装置から超音波霧化装置への燃料供給流路での火炎を検知し、該流路での逆火を遮断する制御を行うことによって、超音波霧化装置の供出側のセイフティネットを構成する。これによって、所定量の液体燃料が貯留する超音波霧化装置の供給側および供出側の両方に対する安全機構を構成することができ、より高度な安全性を確保している。
【００１５】
本発明は、上記低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法であって、前記燃焼装置に対して第２の燃料と燃焼用空気を供給し、該燃焼装置に必要な燃焼量を確保するとともに、前記超音波霧化装置へ搬送する排ガスの流量や温度が安定した状態において、前記超音波霧化装置の超音波を供給し、前記燃焼装置の燃焼量に応じて、超音波振動力または／および前記超音波霧化装置へ搬送する排ガス流量を制御することを特徴とする。
【００１６】
上記の構成によって、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体を燃焼装置の燃料として有効に利用することが可能となったが、該液体燃料の供給量以上の燃焼量を必要とする場合や燃焼システムの立ち上り時あるいは該液体燃料の供給量に変動がある場合には、燃焼装置単独で燃焼量を確保する必要がある。本発明は、こうした場合には対応すべく、燃焼装置に第２の燃料と燃焼用空気を供給し、安定した条件で超音波霧化装置を稼動させることによって、安全性の高い低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法を提供することが可能となる。
【００１７】
本発明は、上記低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法であって、前記超音波霧化装置において霧化処理された後の処理液中に含有する燃焼性有機物質の濃度を検出し、所定濃度以下の場合は排出液として回収し、所定濃度以下の場合は前記超音波霧化装置に供給し再循環させることを特徴とする。
【００１８】
上記のように、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体について、超音波によって霧化されたその有機物質を燃料として利用する一方、有機物質が十分に除去されない場合には、処理液中の燃焼性有機物質は、依然として燃料として利用する価値があるとともに、そのまま排出することができないことがある。本発明は、処理液中の燃焼性有機物質の濃度を検出し、清浄液に近い排出液としての回収と再利用のための循環を選択することによって、燃焼性有機物質含有の液体を最大限に有効利用することを可能とした。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る燃焼装置用の燃料提供システムの全体構成を例示する説明図。
【図２】本発明に係る超音波霧化装置の構成を例示する説明図。
【図３】従来技術に係る液体燃料燃焼装置の構成を例示する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明に係る実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。本発明に係る燃焼システム（以下「本燃焼システム」ということがある）は、低濃度の燃焼性有機物含有の液体（以下「液体燃料」ということがある）を霧化する超音波霧化装置を備え、該霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、搬送ガスを用いて燃焼装置の燃料として供給するとともに、前記燃焼装置の燃焼排ガス排出部と超音波霧化装置を繋ぐ搬送ガス用流路と、該搬送ガス用流路を介して前記燃焼装置からの排ガスを前記搬送ガスとして超音波霧化装置に供給する搬送手段と、該排ガス中の酸素濃度を測定する酸素測定部と、を設け、該酸素測定部の測定値が所定値を超えた場合、前記超音波霧化装置の超音波の停止や超音波振動力の制御または／および前記搬送ガスの供給停止や供給量の制御を行う制御部を有することを特徴とする。
【００２１】
具体的には、図１に例示するように、本燃焼システムは、超音波霧化装置１、燃焼装置２およびこれらの機能を制御する制御部３を主体として構成される。超音波霧化装置１には、液体燃料が液体燃料導入部１ａから連続的あるいはバッチ的に導入され、超音波霧化装置１の内部で霧化される。霧化された霧化体は、搬送ガス導入部１ｂから供給された搬送ガスによって搬送され、霧化体供出部１ｃから燃料供給流路Ｌ１に供出される。燃料供給流路Ｌ１を経由し霧化体供給部２ａを介して燃焼装置２に供給された霧化体は、燃焼装置２の内部で燃焼され、排ガスとして排ガス排出部２ｂから排ガス用流路Ｌ２に排出される。排ガスの一部は、排ガス用流路Ｌ２を分岐して設けられた搬送ガス用流路Ｌ３を経由し搬送ガスとして超音波霧化装置１に供給されるとともに、残りの排ガスは、廃熱回収装置４（例えばボイラ等）に供給され、熱エネルギーを回収されて排気される。超音波霧化装置１において霧化処理された液体（排液）は、液排出部１ｄから連続的あるいはバッチ的に排液流路Ｌ４に排出される。
【００２２】
このとき、燃料供給流路Ｌ１には、逆火を防止するために、火炎の発生または火炎の逸走を監視する火炎検知部Ｓ１および燃料供給流路Ｌ１を遮断可能な開閉弁Ｖ１が設けられている。また、搬送ガス用流路Ｌ３には、排ガス温度による過熱を防止するための熱交換器５、排ガスを搬送ガスとして超音波霧化装置１に供給する送気ファンＦ（「搬送手段」に相当）、および搬送ガス（排ガス）中の酸素濃度を測定する酸素測定部Ｓ２が設けられている。なお、後述するように、超音波霧化装置１に供給される排ガス温度が比較的低温（８０〜１００℃程度）となる場合には、熱交換器５は必要とされない。排液流路Ｌ４には、排液用ポンプＰ、処理済の液体（排液）中に含有する燃焼性有機物質の濃度を測定する有機物質測定部Ｓ３、および切換弁Ｖ２が設けられ、有機物質が所定濃度以下の場合は排出液として回収し、所定濃度以下の場合は循環流路Ｌ５を経由して再度超音波霧化装置１に供給させている。開閉弁Ｖ１，切換弁Ｖ２の制動（ＯＮ−ＯＦＦ）および送気ファンＦ，排液用ポンプＰの制動（ＯＮ−ＯＦＦまたは流量制御）は、超音波霧化装置１における超音波振動力（後述）とともに、火炎検知部Ｓ１の検知信号あるいは酸素測定部Ｓ２や有機物質測定部Ｓ３の濃度信号を指標として、制御部３によって制御される。
【００２３】
ここで、「燃焼性有機物」とは、水溶性の炭化水素系化合物、例えば、アルコール類やアセトン類などであり、メタノール、エタノールやブタノール、あるいはジメチルケトンやメチルエチルケトン等が例示される。「低濃度」は、燃焼性有機物含有の液体が、室温（例えば、平均温度６〜２８℃）において自然発火、着火手段による着火・燃焼しない範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、例えばアルコール類であれば、２０％以下である。「高濃度」は、燃焼性有機物含有の霧化体が、室温において着火手段による着火・燃焼可能な範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、例えばアルコール類であれば、６０％以上である。超音波霧化装置１は、燃焼性有機物含有の液体、運転条件等に応じて、６０〜９９％の範囲の濃度の霧化体を形成することができる。「燃焼装置」は、例えば、バーナ等である。この燃焼装置２は、例えば、廃熱回収設備（例えば、ボイラ）、原動機（例えば、ガスエンジン、ガスタービン等）に備えられる。
【００２４】
本燃焼システムにおいては、燃焼装置２からの排ガスを搬送ガスとして用いることを特徴の１つとしている。搬送ガスとして、空気や酸素等を別途用いることも可能であるが、
（ｉ）霧化あるいは蒸散された可燃性有機物質を高濃度酸素条件下で燃焼装置２に搬送する場合の発火や逆火の危険性を回避するための低酸素含有ガスによる搬送が好ましい。燃焼装置２の排ガス中の酸素濃度が３〜５％であることから、こうした条件を見たしていること
（ii）霧化あるいは蒸散された可燃性有機物質が、燃焼装置２への燃料供給流路Ｌ１での凝縮を回避し、かつ所定の濃度を確保するためには、搬送ガスが可燃性有機物質の凝縮温度以上を維持することが必要となる。燃焼装置２からの排ガス温度が２００〜数１００℃であり、該有機物質の凝縮温度を超える８０〜１００℃程度に維持することが可能であることから、こうした条件を見たしていること、
つまり、低酸素含有ガスとして逆火の危険性を回避するとともに、排ガスの潜熱を利用した燃焼性有機物質の気化の促進およびを流路での凝結の抑制を図ることが可能となった。
【００２５】
〔超音波霧化装置について〕
超音波霧化装置１は、図２に示すように、超音波振動子１１と液体容器１２を備えている。超音波霧化の原理あるいは作動条件（振動周波数等）については、既述の先行技術文献に詳述されていることから、本明細書では、省略する。超音波振動子１１は、公知の超音波振動子を用いることができる。また、超音波振動子１１は、液体容器１２の底部に設置されるが、底部と平行に設置してもよく、斜めに設置してもよい。斜めに設置したほうが、霧化体を良好に生成できる。超音波振動子１１は、複数設置してもよい。超音波振動子１１を斜めに複数設置する場合、お互いの液柱が干渉しないように設置するほうが好ましい。また、超音波振動力は、制御部３によって制御され、搬送ガス中の酸素濃度が所定値を超えた場合や燃料供給流路Ｌ１において逆火を検知した場合などにおいては、完全停止をすることがある。
【００２６】
液体容器１２には、液体燃料を供給するための液体燃料導入部１ａが設けられている。この液体燃料導入部１ａは、液面より下方側に設置した方が、液体の流動を少なくでき好ましい。また、液体容器１２には、液面より上方側に、搬送ガスをその内部に導入するための搬送ガス導入部１ｂ、および生成された霧化体を燃焼装置２に提供するための霧化体供出部１ｃが設けられている。液体容器１２のサイズや材質等は、排ガス温度に耐えうるものであれば特に制限されず、液体燃料や燃焼装置２の仕様に応じて設定できる。
【００２７】
また、超音波霧化装置１は、霧化体の濃度（燃焼性有機物含有濃度）を検出する霧化体濃度検出手段（図示せず）を、液体容器１２の内部、霧化体供出部１ｃまたは燃料供給流路Ｌ１等に設置することが好ましい。燃料装置２への霧化体供給量を監視し、燃料装置２の発熱量等のトランジェントな制御を適正に行うことができる。検出手段としては、例えば、燃焼性有機物としてアルコール類が含有されている場合、アルコール濃度検出器を用いることができる。
【００２８】
さらに、上記で検出された濃度値に応じて、液体容器１２の液体温度を制御することが好ましい。液体温度は、液体容器１２の壁面に電熱ジャケット（図示せず）を設け、これを制御することで調整できる。また、液体燃料供給装置６および供給流路Ｌ５の液体の温度も同様に制御することが好ましい。液体温度は、例えば、濃度値が約６０ｍｏｌ％以下の場合、５〜５０℃の範囲に制御することによって、安定した濃度でかつ安定した性状の霧化体を生成することができる。
【００２９】
また、超音波霧化装置１は、液体の液面高さｈ（超音波振動子１１から液面までの距離）を検出する液面高さ検出手段（図示せず）を備えることが好ましい。予め任意の有機物質を含有する液体燃料について、その液面高さ，超音波振動力（および液体温度）と霧化体の濃度との相関を求めておき、実際の液面高さにおける所望の霧化体の濃度を確保するための超音波振動力の制御、あるいは所定の超音波振動力における霧化体の濃度から、燃料装置２に供給する搬送ガス流量を制御することによって、燃焼装置の仕様に合致した最適条件の霧化体の供給が可能となる。液面高さ検出手段は、特に制限されず公知の液面高さ検出装置を適用でき、例えば、超音波式レベルセンサ、浮き式の検出器等を用いることができる。また、上記で検出された液面高さを一定に保つように、液体供給装置６からの液体燃焼の供給量を制御することも可能である。例えば既述の超音波振動子を用いた場合、液面高さは４０ｍｍ以下好ましくは２０ｍｍ以下であることが好ましい。
【００３０】
〔燃焼装置について〕
図１において、燃焼装置２は、例えば、バーナである。燃焼装置２での必要な燃焼量を得るために、霧化体を含む搬送ガスの供給量が設定される。このとき、燃焼装置２は、燃料供給部２ｃから燃料Ａ（第２の燃料に相当）、空気供給部２ｄから燃焼空気が供給され、安定した燃焼状態を維持していることが好ましい。霧化体の供給の有無に関係なく、燃焼装置２において所定量の燃焼量を確保することによって、液体燃料の供給量以上の燃焼量を必要とする場合や燃焼システムの立ち上り時あるいは該液体燃料の供給量に変動がある場合においても、燃焼装置２単独で燃焼量を確保することができる。この場合、排ガス中には、こうした燃料Ａと燃焼空気との反応によって生成した二酸化炭素や水あるいは窒素および過剰の酸素が含まれることから、霧化体の供給なしの条件において、過剰酸素濃度を超音波霧化装置１の安全な濃度範囲内となるような燃焼装置の燃焼条件を設定することによって、燃焼システム全体の安全性を確保することが可能となる。つまり、霧化体が供給されると、過剰酸素の一部は、その燃焼に消費され、排ガス中の酸素濃度は、上記設定値よりも低くなり、より安全側に移行する。
【００３１】
具体的には、廃熱回収装置４が蒸発量２０００ｋｇ／ｈのボイラの場合、熱量の９０％を燃料Ａとし、残り１０％を燃焼性有機物質（例えば、エタノールとする）にて補完するとした場合、エタノール濃度６０Ｖｏｌ％の霧化体約３５ｋｇ／ｈを供給する必要がある。超音波霧化装置１の搬送ガスとして必要な空気換算量は、１〜２．５ｍ３Ｎ／ｋｇ−霧化体である。燃焼空気は、３．０〜３．５ｍ３Ｎ／ｋｇ−霧化体であるため、燃焼空気の一部にて搬送空気を賄うことが可能である。
【００３２】
〔火炎検知部について〕
火炎検知部Ｓ１は、霧化体を含むガスに対して耐性を有し、当該ガスに対して影響を及ぼすことのない部材であれば、特に限定されず、例えば、予め火炎に対する応答性が確認された温度センサ、火炎中のイオンを検出する電極式火炎検知器、火炎から発せられる紫外線や赤外線を検知する光検出式火炎検知器、あるいはこれの応用で複数の光ファイバによって火炎の発光強度のちらつきを検出する火炎検知器などを用いることができる。特に火炎からの発光を検知する方法は、被検ガスと非接触で検出することができるため、安全性および耐性に優れている。
【００３３】
〔酸素測定部について〕
酸素測定部Ｓ２は、霧化体を含むガスに対して耐性を有し、当該ガスに対して影響を及ぼすことのない部材であれば、特に限定されず、例えば、磁気式酸素計やジルコニア式酸素計などを用いることができる。特に安全性を確保するために、連続測定式の酸素計が好ましい。
【００３４】
〔有機物質測定部について〕
有機物質測定部Ｓ３は、本燃焼システムにおいては、例えばアルコールなど特定の有機物質を対象とすることが多いことから、クロマトグラフを用い種々の成分を選択的に個々に測定する必要は少ない。従って、霧化体を含むガスに対して耐性を有し、当該ガスに対して影響を及ぼすことのない部材であれば、特に限定されず、例えば、赤外線式炭化水素分析計や導電率測定器あるいは燃焼式炭化水素計などを用いることができる。特に、安全性を確保するために、非接触で連続測定が可能な赤外線式分析計が好ましい。
【００３５】
〔本燃焼システムにおける構成要素について〕
搬送ガスの供給には、搬送手段として上記のような送気ファンＦや搬送圧力源のコンプレッサーなどを用いることができる。また、搬送ガスの流量制御機構（オリフィス、流量制御弁等）、温度調節機構（熱交換器５等）等を備えるとともに、本燃焼システムにおいては、酸素測定部Ｓ２が設けられ、含有される燃焼性有機物質による発火や逆火の危険性を回避している。ただし、後述するように、超音波霧化装置１に供給される排ガス温度が比較的低温（８０〜１００℃程度）となる場合には、熱交換器５は必要とされない。温度調節機構として、搬送ガスの温度を制御するために、搬送ガス用流路Ｌ３に温度測定手段（図示せず）を設けることが好ましく、搬送ガス用流路Ｌ３での搬送ガス温度を超音波霧化装置１内の温度よりも約１０〜２０℃以上高くすることが好ましい。
【００３６】
こうした搬送ガスの流量制御機構および温度制御機構は、制御部３によって制御される。制御部３は、ＣＰＵとメモリ等のハードウエア資源と、それら機能を実現するためのソフトウエアプログラムとの協働作用で構成でき、また、専用回路、ファームウエア等で構成することもできる。
【００３７】
＜本燃焼システムを用いた液体燃料の利用方法＞
次に、本燃焼システムを用いた液体燃料の利用方法について述べる。本燃焼システムを用いた液体燃料の利用方法においては、上述のように逆火の危険性の少ない低酸素含有ガスである燃焼装置２からの排ガスを搬送ガスとして用いることに加え、以下の機能を有することを特徴とする。
【００３８】
（ｉ）搬送ガス中の酸素濃度を指標とする燃料装置への霧化体供給の制御
低酸素含有ガスの搬送ガスとしての使用に対する超音波霧化装置１への供給側のセイフティネットとして、酸素測定部Ｓ２によって搬送ガス中の酸素濃度を測定し、超音波霧化装置１の超音波の停止や超音波振動力の制御あるいは搬送ガスの供給停止や供給量の制御を行う。つまり、その測定値が液体燃料中の可燃性有機物質の例えば爆発下限界を超えた場合、燃料供給流路Ｌ１での超音波霧化装置１からの霧化体の発火あるいは逆火の可能性があることから、具体的には、急激な酸素濃度の変化に伴う安全性欠如の可能性がある場合には、超音波と搬送ガスを同時に停止し、酸素濃度の限界値内であっても急激な変化が伴う場合には、搬送ガスの供給量あるいは超音波振動力を低下させて燃焼装置２の燃焼条件の安定性を確保し、排ガス中の酸素濃度の安定を図ることによって、本燃焼システムの安全性を確保することができる。例えば、エチルアルコールを含有する液体燃料の場合には、搬送ガス中の酸素濃度０〜８％を超音波と搬送ガスの制御範囲とし、１０％を超えると霧化体の供給停止を行う、などの制御によって安全性を確保する。
【００３９】
（ii）超音波霧化装置から燃焼装置への燃料供給流路の火炎の監視と供給制御
高濃度有機物質を含有するガスを供出する超音波霧化装置１の供出側のセイフティネットとして、超音波霧化装置１から燃焼装置２への燃料供給流路Ｌ１での火炎を検知し、流路での逆火を遮断する制御を行う。つまり、燃焼装置２からの火炎の逆火、または燃料供給流路Ｌ１における霧化体の凝縮あるいは液滴の付着による火炎の発生は、所定量の液体燃料が貯留する超音波霧化装置１での２次燃焼を引き起こすおそれがあり、供出側のセイフティネットによって、こうした危険性を事前に回避することができる。特に、（ｉ）の制御機能との組み合わせによって、超音波霧化装置１の供給側および供出側の両方に対する安全機構を構成することができ、より高度な安全性を確保することができる。
【００４０】
（iii）霧化処理後の排出液の回収と再使用の制御
超音波霧化装置１において霧化処理された後の排液の処理において、有機物質測定部Ｓ３によって排液中に含有する燃焼性有機物質の濃度を検出し、所定濃度以下の場合は、安全性の高い排出液として回収し、所定濃度以下の場合は超音波霧化装置１に供給し再循環させるように制御する。例えば、ベンゼンやフェノール類などの有機物質を含む液体燃料を対象とする場合において、排水中の該有機物質の濃度が、排水の排出基準濃度（例えばベンゼン：０．１ｍｇ／Ｌ、フェノール類：５ｍｇ／Ｌ）以下の場合は、霧化処理によって清浄化された排出液として廃棄することができる。一方、該有機物質の濃度が、排出基準濃度を超える場合には、さらに浄化処理が必要とされる反面、含有する有機物質は依然として燃料としての価値があることから、これを超音波霧化装置１に再循環して再度（繰り返し）霧化処理することによって、燃料として有効に利用することができる。このように、燃焼性有機物質含有の液体を最大限に有効利用することを可能とした。
【００４１】
〔本燃焼システムの操作方法について〕
本燃焼システムにおいては、上記の構成や機能を有効に活かしたシステムの立ち上げ操作、定常運転、立ち下げ操作を行うことができる。つまり、各操作は以下のように行うことが好ましい。
【００４２】
（ｉ）燃焼システムの立ち上げ操作
超音波霧化装置１において、超音波のＯＦＦ状態からＯＮ状態にした場合、液体燃料からの霧化体の生成量が安定するまでには所定時間を必要とする。また、燃焼装置２が立ち上がっていない状態で、搬送ガス流路Ｌ３から超音波霧化装置１に搬送ガスを供給した場合、所望の有機物質濃度が得られない不十分な霧化処理や低温の搬送ガスによる燃料供給流路Ｌ１での霧化体の凝縮や液滴の発生などを招来する可能性がある。本燃焼システムにおいては、
（ｉ−１）燃焼装置２に燃料Ａと燃焼空気を供給し、廃熱回収装置４への排ガス供給を含む燃焼装置２−排ガス用流路Ｌ２−廃熱回収装置４からなる系の温度および流量の安定を図る。
（ｉ−２）当該系が安定した条件において、送気ファンＦをＯＮ状態とし、燃焼装置１からの排ガスの一部を搬送ガスとして超音波霧化装置１に供給し、超音波霧化装置１−燃料供給流路Ｌ１−燃焼装置２−排ガス用流路Ｌ２−搬送ガス用流路Ｌ３からなる系の温度および流量の安定を図る。
（ｉ−３）上記２つの系が安定した段階で、超音波霧化装置１の超音波をＯＮ状態にすることによって、比較的短時間に有機物質濃度の安定した霧化体を燃焼装置２に搬送することができる。
このとき、搬送ガス中の酸素濃度の測定と火炎の監視は、特に超音波をＯＮ状態にする場合において、霧化体の異常発生など初動時における過渡現象への対応として重要な役割を果す場合がある。
【００４３】
（ii）燃焼システムの定常運転
上記の安定した条件の下において、燃焼装置２の燃焼量および廃熱回収装置４の要求発熱量に応じて、供給される超音波振動力または／および超音波霧化装置１に搬送される排ガス流量を制御することが好ましい。また、超音波霧化装置１において霧化処理された液体に対して、排水中の有機物質濃度を指標として、排出液としての回収操作と再霧化処理のための再循環操作を切換えて制御することが好ましい。
【００４４】
（iii）燃焼システムの立ち下げ操作
本燃焼システムの立ち下げにおいては、安全性および次の立ち上げ操作の円滑化を考慮する必要がある。安全性の観点からは、上記（ｉ）立ち上げ操作と逆順に操作する方法がある。
（iii−１）最初に、液体燃料の供給を停止し、超音波霧化装置１内部の液体が排出液として排出可能な状態となるまで再循環系を稼動する。
（iii−２）排出液として排出可能な状態になった時点で、超音波を停止して霧化体の発生および供給を停止する。
（iii−３）燃焼装置２の燃料Ａの供給を停止し、超音波霧化装置１−燃料供給流路Ｌ１−燃焼装置２−排ガス用流路Ｌ２−搬送ガス用流路Ｌ３からなる系の温度を低下させる。
（iii−４）燃焼装置２の燃焼空気の供給を停止し、超音波霧化装置１内部の液体が排出液として排出する。
（iii−５）燃焼装置２の燃焼空気を供給し、超音波霧化装置１−燃料供給流路Ｌ１−燃焼装置２−排ガス用流路Ｌ２−搬送ガス用流路Ｌ３からなる系を清浄化する。
（iii−６）燃焼装置２の燃焼空気の供給を停止し、液体燃料導入部１ａから液体燃料に代えて清浄液を供給し超音波霧化装置１内部清浄化する。
【符号の説明】
【００４５】
１    超音波霧化装置
１ａ  液体燃料導入部
１ｂ  搬送ガス導入部
１ｃ  霧化体供出部
１ｄ  液排出部
２    燃焼装置
２ａ  霧化体供給部
２ｂ  排ガス排出部
２ｃ  燃料供給部
２ｄ  空気供給部
３    制御部
４    廃熱回収装置
５    熱交換器
Ｆ    送気ファン（搬送手段）
Ｌ１  燃料供給流路
Ｌ２  排ガス用流路
Ｌ３  搬送ガス用流路
Ｌ４  排液流路
Ｌ５  循環流路
Ｐ    排液用ポンプ
Ｓ１  火炎検知部
Ｓ２  酸素測定部
Ｓ３  有機物質測定部
Ｖ１  開閉弁
Ｖ２  切換弁
【図１】
2010175193.tif 000003
【図２】
2010175193.tif 000004
【図３】
2010175193.tif 000005