(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧燃焼器と、同高圧燃焼器内に燃料油を噴霧媒体により噴霧する二流体噴霧器と、上記高圧燃焼器で発生した燃焼排ガスの一部と上記燃焼排ガスにより酸化剤を加熱して発生させる酸素ガスとを混合して上記高圧燃焼器内へ供給する混合ガス供給管路と、上記燃焼排ガスを冷却して同燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮させるＨ２Ｏ凝縮器と、上記燃焼排ガスをさらに冷却して同燃焼排ガス中の二酸化炭素を凝縮させるＣＯ２凝縮器と、上記Ｈ２Ｏ凝縮器で凝縮した水の一部を上記燃焼排ガスで加熱して気化させる水蒸気発生装置と、同水蒸気発生装置で発生した水蒸気を上記二流体噴霧器へ噴霧媒体として供給する噴霧媒体供給管路と、水の顕熱により酸化剤を加熱して酸素ガスを発生させる起動用酸素ガス発生装置と、同起動用酸素ガス発生装置で発生した酸素ガスを上記混合ガス供給管路及び上記噴霧媒体供給管路へ供給する酸素ガス供給手段とを具えた高圧噴霧燃焼装置において、ＣＯ２凝縮液の一部を液体状態のままで酸化剤と混合させるＣＯ２凝縮液供給管路と、前記混合液を加熱して気化させる混合ガス発生装置と、前記ＣＯ２凝縮器内の不凝縮ガスを酸化剤タンク内へ導入する導入管路と、同酸化剤タンク内の残留ガス成分を放出する放出管路とを具えていることを特徴とした高圧噴霧燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、海中動力源用スターリングエンジン等の加熱源に適用される高圧噴霧燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の高圧噴霧燃焼装置を図２により説明すると、１が高圧燃焼器、２が燃料タンク、３が燃料供給ポンプ、４が燃料油、５が二流体噴霧器、７が燃焼排ガス、１１が酸化剤タンク、１２が酸化剤供給ポンプ、１３が酸化剤、１４が酸素ガス発生装置、１５が酸素ガス、１６が混合ガス、１７が混合ガス供給管路である。
【０００３】
２１が海水、２２が冷却水クーラ、２３がスターリングエンジン、２４が発電機である。
３１が水蒸気発生装置、３２が噴霧媒体用水蒸気、３３が混合ガス加熱器、３４がＨ2 Ｏ凝縮器、３５がＨ2 Ｏ循環ポンプ、３６がＣＧＲファン、３７がＣＯ2 凝縮器、３８がＣＯ2 凝縮液、３９が排液ポンプである。
【０００４】
４１が起動用酸素ガス発生装置、４２が酸化剤管路、４３が分岐管路、４４が液量調節弁、４５がバイパス弁、４６、４７が弁である。
５１がＣＯ2 ボンベ、５２〜５４が開閉弁、５５が大気放出管路、５６が開閉弁である。
【０００５】
上記高圧噴霧燃焼装置では、燃料タンク２内の軽油、灯油等の燃料油４を燃料供給ポンプ３により昇圧して、高圧燃焼器１の上部に設けた二流体噴霧器５へ供給するするとともに、高圧の水蒸気３２を同二流体噴霧器５へ供給して、燃料油４を高圧燃焼器１へ噴霧する。
一方、液体酸素等の酸化剤１３を酸化剤タンク１１→酸化剤供給ポンプ１２を経て酸素ガス発生装置１４へ供給し、ここで燃焼排ガス７により加熱して、酸素ガス１５にし、この酸素ガス１５と酸素ガス発生装置１４を出た燃焼排ガスの一部７ａとを混合させた後、この混合ガスを混合ガス供給管路１７を経て二流体噴霧器５の周りの高圧燃焼器１の上部から高圧燃焼器１へ供給して、同高圧燃焼器１内へ噴霧した上記燃料油４を燃焼させる。
【０００６】
この燃料油４の燃焼により、例えば燃焼圧７０気圧で理論燃焼温度が約２０００℃の多量の熱エネルギを有する燃焼ガスを得る。この燃焼ガスの成分は、殆どが二酸化炭素と水分であり、その外に極く微量の酸素ガス、一酸化炭素ガスを含んでる。
上記熱エネルギは、上記高圧燃焼器１と海水２１を用いた冷却水クーラ２２とを有するスターリングエンジン２３を介して発電機２４を駆動する。
【０００７】
また上記燃焼排ガス７は、高圧燃焼器１から排出された水蒸気発生装置３１へ送られ、ここで放熱して、水蒸気を発生させる。そして水蒸気発生装置３１を出た燃焼排ガス７は、混合ガス加熱器３３へ送られ、ここで混合ガス１６を加熱し、次いでＨ2 Ｏ凝縮器３４へ送られ、ここで海水２１により冷却され、燃焼排ガス７中の水蒸気が凝縮されて、水分が分離され、分離された水の一部がＨ2 Ｏ循環ポンプ３５により上記水蒸気発生装置３１へ送られ、燃焼排ガス７により加熱されて、高圧の水蒸気になり、この水蒸気が上記二流体噴霧器５へ噴霧媒体として供給される。
【０００８】
そして上記Ｈ2 Ｏ凝縮器３４で水分が除去された残りの燃焼排ガス７が上記酸素ガス発生装置１４へ送られ、ここで酸化剤１３を加熱して、酸素ガス１５を発生させた後、一部の燃焼排ガス７ａがＣＧＲファン３６により循環し、酸素ガス１５と混合して、上記のように高圧燃焼器１へ戻される。また残りの燃焼排ガスがＣＯ2 凝縮器３７へ送られ、ここで海水２１により冷却されて、凝縮液３８になり、前記凝縮水の残り及び冷却用海水とともに排液ポンプ３９を経て系外へ排出される。
【０００９】
起動時には、流量調節弁４４とバイパス弁４５とにより酸化剤１３を酸化剤管路４２の分岐管路４３→起動用酸素ガス発生装置４１へバイパスさせて、海水２１の顕熱の利用により酸素ガスを発生させる。
そして酸素の一部を噴霧用水蒸気３２の代わりに弁４６を介して二流体噴霧器５→高圧燃焼器１へ噴霧して、燃料油４を燃焼させる。また残りの酸素を弁４７→混合ガス供給管路１７→高圧燃焼器１へ噴霧して、燃料油４を燃焼させる。
【００１０】
その後、燃焼が安定して噴霧媒体用水蒸気３２に、必要な凝縮水の流量と、酸化剤１３から酸素ガス１５を発生させるのに必要な燃焼排ガス熱量とが確保できたら、バイパス弁４５を閉じて、通常の運転に移行する。
また組立・開放点検時には、開閉弁５２〜５４、５６を開き、ＣＯ2 ボンベ５１内の高圧二酸化炭素を酸化剤・酸素ガス系と、燃焼排ガス系とに供給して、残留している空気を大気放出管路５５を経て大気へ放出する。その後、開閉弁（放出弁）５６を閉じて、運転開始までの間、二酸化炭素を封入して、空気の侵入を防ぐ。こうして、不凝縮成分である空気中の窒素分によるＨ2 Ｏ凝縮器３４やＣＯ2 凝縮器３７の性能劣化を防止する。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
前記図２示す従来の高圧噴霧燃焼装置では、排ガス処理の最終段であるＣＯ2 凝縮器３７に脱気機構が設けられていないので、運転時間の経過とともにＣＯ2 凝縮器３７内へ流入した燃焼排ガスに含まれている酸素ガス及び一酸化炭素等の不凝縮ガス成分の濃度が高くなり、その結果、凝縮特性が劣化するとともに、効率が低下する。
【００１２】
またＣＯ2 凝縮器３７に残留する酸素ガスは、燃焼用酸素ガスとして回収できないので、必要な燃焼用酸素量以上に余分な酸化剤を搭載する必要があり、この点からも効率低下を来す上に、コスト高になる。
また燃焼排ガスを再循環させる必要上、ＣＧＲファン３６を使用しているが、排ガス圧力は、通常運転時、７０気圧以上になるので、このＣＧＲファン３６を高圧用特殊ファンにする必要があって、この点からもコスト高になるという問題があった。
【００１３】
本発明は前記の問題点に鑑み提案するものであり、その目的とする処は、従来の高圧噴霧燃焼装置に比べると、低コストにも係わらず高効率の運転を行うことができる高圧噴霧燃焼装置を提供しようとする点にある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、高圧燃焼器と、同高圧燃焼器内に燃料油を噴霧媒体により噴霧する二流体噴霧器と、上記高圧燃焼器で発生した燃焼排ガスの一部と上記燃焼排ガスにより酸化剤を加熱して発生させる酸素ガスとを混合して上記高圧燃焼器内へ供給する混合ガス供給管路と、上記燃焼排ガスを冷却して同燃焼排ガス中の水蒸気を凝縮させるＨ２Ｏ凝縮器と、上記燃焼排ガスをさらに冷却して同燃焼排ガス中の二酸化炭素を凝縮させるＣＯ２凝縮器と、上記Ｈ２Ｏ凝縮器で凝縮した水の一部を上記燃焼排ガスで加熱して気化させる水蒸気発生装置と、同水蒸気発生装置で発生した水蒸気を上記二流体噴霧器へ噴霧媒体として供給する噴霧媒体供給管路と、水の顕熱により酸化剤を加熱して酸素ガスを発生させる起動用酸素ガス発生装置と、同起動用酸素ガス発生装置で発生した酸素ガスを上記混合ガス供給管路及び上記噴霧媒体供給管路へ供給する酸素ガス供給手段とを具えた高圧噴霧燃焼装置において、ＣＯ２凝縮液の一部を液体状態のままで酸化剤と混合させるＣＯ２凝縮液供給管路と、前記混合液を加熱して気化させる混合ガス発生装置と、前記ＣＯ２凝縮器内の不凝縮ガスを酸化剤タンク内へ導入する導入管路と、同酸化剤タンク内の残留ガス成分を放出する放出管路とを具えている。
【００１５】
【作用】
本発明の高圧噴霧燃焼装置は前記のように構成されており、燃料タンク内燃料油を燃料供給ポンプにより昇圧して、高圧燃焼器の上部に設けた二流体噴霧器へ供給するとともに、高圧の水蒸気を同二流体噴霧器へ供給して、燃料油を高圧燃焼器へ噴霧する。一方、液体酸素等の酸化剤を酸化剤タンク→酸化剤供給ポンプを経て送出するとともに、ＣＯ２凝縮器を出たＣＯ２凝縮液の一部のＣＧＲ用ＣＯ２凝縮液をＣＯ２凝縮器出口側の分岐管→ＣＧＲ用ＣＯ２凝縮液ポンプを経て上記酸化剤供給系へ燃焼排ガス再循環用ガスとして送出して、互いを合流、混合させた後、混合ガス発生装置（Ｏ２／ＣＧＲ混合ガス発生装置）へＯ２／ＣＧＲ混合液として供給する。このＯ２／ＣＧＲ混合液は、混合ガス発生装置内で蒸発して、Ｏ２／ＣＧＲ混合ガスになり、その後、高圧燃焼器へ供給される。またＣＯ２凝縮器で不凝縮成分になった大部分の酸素ガスと微量の一酸素ガスとは、ＣＯ２凝縮器→不凝縮ガス排出管路→開閉弁→酸化剤タンクへ排気される。運転終了後は、酸化剤タンクに残留している気体が大気放出管路→開閉弁を経て大気へ放出される。
【００１６】
【実施例】
次に本発明の高圧噴霧燃焼装置を図１に示す一実施例により説明すると、１が高圧燃焼器、２が燃料タンク、３が燃料供給ポンプ、４が燃料油、５が二流体噴霧器、７が燃焼排ガス、１１が酸化剤タンク、１２が酸化剤供給ポンプ、１３が酸化剤、１３ａがＯ2 ／ＣＧＲ混合液、１４ａが混合ガス発生装置（Ｏ2 ／ＣＧＲ混合ガス発生装置）、１６が混合ガス、１７が混合ガス供給管路である。
【００１７】
２１が海水、２２が冷却水クーラ、２３がスターリングエンジン、２４が発電機である。
３１が水蒸気発生装置、３２が水蒸気、３４がＨ2 Ｏ凝縮器、３５がＨ2 Ｏ循環ポンプ、３７がＣＯ2 凝縮器、３８がＣＯ2 凝縮液、３８ａがＣＧＲ用ＣＯ2 凝縮液、３９が排液ポンプ、３９ａがＣＧＲ用ＣＯ2 凝縮液ポンプである。
【００１８】
４１が起動用酸素ガス発生装置、４２が酸化剤管路、４３が分岐管路、４４が液量調節弁、４５がバイパス弁、４６、４７が弁である。
５１がＣＯ2 ボンベ、５２〜５４が開閉弁、５５、６２が大気放出管路、５６、６１、６３が開閉弁（放出弁）、６０がＣＯ2 凝縮器３７の不凝縮ガス排出管路である。
【００１９】
次に前記図１に示す高圧噴霧燃焼装置の作用を具体的に説明する。燃料タンク２内の軽油、灯油等の燃料油４を燃料供給ポンプ３により昇圧して、高圧燃焼器１の上部に設けた二流体噴霧器５へ供給するするとともに、高圧の水蒸気３２を同二流体噴霧器５へ供給して、燃料油４を高圧燃焼器１へ噴霧する。
一方、液体酸素等の酸化剤１３を酸化剤タンク１１→酸化剤供給ポンプ１２を経て送出するとともに、ＣＯ2 凝縮器３７を出たＣＯ2 凝縮液３８の一部のＣＧＲ用ＣＯ2 凝縮液３８ａをＣＯ2 凝縮器３７出口側の分岐管→ＣＧＲ用ＣＯ2 凝縮液ポンプ３９ａを経て上記酸化剤供給系へ燃焼排ガス再循環用ガスとして送出して、互いを合流、混合させた後、混合ガス発生装置（Ｏ2 ／ＣＧＲ混合ガス発生装置）１４ａへＯ2 ／ＣＧＲ混合液１３ａとして供給する。
【００２０】
このＯ2 ／ＣＧＲ混合液１３ａは、混合ガス発生装置１４ａ内で蒸発して、Ｏ2 ／ＣＧＲ混合ガス１６になり、その後、高圧燃焼器１へ供給される。
またＣＯ2 凝縮器３７で不凝縮成分になった大部分の酸素ガスと微量の一酸素ガスとは、ＣＯ2 凝縮器３７→不凝縮ガス排出管路６０→開閉弁６１→酸化剤タンク１１へ排気される。
【００２１】
運転終了後は、酸化剤タンク１１に残留している気体が大気放出管路６２→開閉弁６３を経て大気へ放出される。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の高圧噴霧燃焼装置は前記のようにＣＯ2 凝縮器を出たＣＯ2 凝縮液をポンプにより昇圧した後、再循環させるので、特殊なＣＧＲファンを使用しなくても、ＣＧＲ用Ｃ０2 ガスの圧力を高く設定できる。またこれと同時に酸化剤の圧力も高く設定でき、その結果、高圧燃焼器へ供給する０2 ／ＣＧＲ混合ガスのモーメンタムも大きくできて、高圧燃焼器内での燃焼ガスへの酸素の拡散を良好にできる。またそれと同時に燃焼に必要な酸素ガス量を少なくできて、燃焼排ガス中の酸素（過剰酸素）濃度を低くしても、燃焼の劣化を招くことがなくて、搭載する酸化剤量を極力少なくできる。しかもＣＯ2 凝縮器内の不凝縮ガス分圧も極力抑えることができて、不凝縮ガスによるＣＯ2 凝縮器の凝縮性能の劣化を防止できる。またＣＯ2 凝縮器と酸化剤タンクとを連結させており、ＣＯ2 凝縮器に残留している不凝縮ガスを酸化剤タンクへ放出して、ＣＯ2 凝縮器内の不凝縮ガス分圧を極力抑えることができるので、不凝縮ガスによるＣＯ2 凝縮器の性能劣化を防止できる。
【００２３】
以上の理由により、従来の高圧噴霧燃焼装置に比べると、低コストにも係わらず高効率の運転を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧噴霧燃焼装置の一実施例を示す系統図である。
【図２】従来の高圧噴霧燃焼装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１                高圧燃焼器
２                燃料タンク
３                燃料供給ポンプ
４                燃料油
５                二流体噴霧器
７                燃焼排ガス
１１              酸化剤タンク
１２              酸化剤供給ポンプ
１３              酸化剤
１３ａ            Ｏ2 ／ＣＧＲ混合液
１４ａ            混合ガス発生装置
（０2 ／ＣＧＲ混合ガス発生装置）
１６              混合ガス
１７              混合ガス供給管路
２１              海水
２２              冷却水クーラ
２３              スターリングエンジン
２４              発電機
３１              水蒸気発生装置
３２              水蒸気
３４              Ｈ2 Ｏ凝縮器
３５              Ｈ2 Ｏ循環ポンプ
３７              ＣＯ2 凝縮器
３８              ＣＯ2 凝縮液
３８ａ            ＣＧＲ用ＣＯ2 凝縮液
３９              排液ポンプ
３９ａ            ＣＧＲ用ＣＯ2 凝縮液ポンプ
４１              起動用酸素ガス発生装置
４２              酸化剤管路
４３              分岐管路
４４              流量調節弁
４５              バイパス弁
４６、４７        弁
５１              ＣＯ2 ポンプ
５２〜５４        開閉弁
５５、６２        大気放出管路
５６、６１、６３  開閉弁（放出弁）
６０              不凝縮ガス排出管路
【図１】
0003686104.tif 000002
【図２】
0003686104.tif 000003