(57)【要約】  【課題】  微細水滴を均一に分散したエマルジョン燃料を、その品質を低下させることなく、連続的かつ安定的に燃焼装置に供給する。【解決手段】  スタティックミキサー１４においては、燃料油と乳化剤および水が分断されて1次混合されてエマルジョン燃料が得られ、このエマルジョン燃料はスタティックミキサー１４からマグネットカスケードポンプ１５に送られ、せん断によってエマルジョン燃料は2次混合されるが、この際、ポンプ１５の上流と下流を結ぶ戻し配管１６からエマルジョン燃料の一部がポンプ１５の上流側に戻され、ポンプ１５を流れるエマルジョン燃料の流量が調節されることにより、ポンプにおける2次混合が促され、微細水滴が均一に分散したエマルジョン燃料が製造され、このエマルジョン燃料は、燃焼装置２１に送られる。  【選択図】  図１
2006329438.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水と燃料油と乳化剤を混合するスタティックミキサーと、スタティックミキサーからの混合液をさらに混合して分散液（エマルジョン燃料）を燃焼装置に供給するマグネットカスケードポンプと、マグネットカスケードポンプの下流側から上流側に分散液の一部を還流させるフィードバック部とから構成されたことを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水と乳化剤を燃料油に混合させてエマルジョン燃料を製造してボイラなどの燃焼装置に供給する装置に関するものであり、燃料油、水および乳化剤を、ミキサーとポンプを組み合わせた装置に供給することにより、燃料油中に直径２０μm以下の微細な液滴が均一に分散したエマルジョン燃料を連続かつ安定的に製造する手段に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料油に水と乳化剤を加え、燃料油中に水滴が分散したエマルジョン燃料を燃焼装置の炉内に噴霧して燃焼させることは広く行われている。噴霧されたエマルジョン燃料滴の中には、微細な水滴が多数存在しており、この水滴が炉内において急速加熱されて爆発(ミクロ爆発)することにより、エマルジョン燃料滴は微粒化する。このミクロ爆発により、燃焼効率が向上するとともに、ＮＯxやすすの生成が抑制される。エマルジョン燃料を燃焼させて良好な燃焼特性を得るためには、燃料油中に微細な水滴を均一に分散させることが重要である。特開平５−１５７２２１号公報および特開平１０−１８５１８３号公報には、乳化剤を用いずに燃料油と水を１つのミキサーに供給して混合し、得られたエマルジョン燃料をただちにポンプを用いて燃焼装置に供給する方法について記載がある。
【特許文献１】特開平５−１５７２２１号公報
【特許文献２】特開平１０−１８５１８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来では、１つのミキサーにて燃料油と水を混合するため、微細化した水が燃料油中に均一に分散したエマルジョン燃料を製造するのは困難であり、たとえ微細水滴を均一に分散したエマルジョン燃料が得られたとしても、乳化剤を用いていないため、水滴同士が凝集して水滴径の分散が不均一となり、燃焼装置に供給して燃焼させると、燃焼効率が悪化してすすや黒煙が発生してしまう。
【０００４】
本発明は、所定量の燃料油と水および乳化剤を供給し、スタティックミキサーにて1次混合を行い、さらに燃焼装置にエマルジョン燃料を供給するマグネットカスケードポンプにより2次混合を行うことにより、微細水滴を均一に分散したエマルジョン燃料を、その品質を低下させることなく、連続的かつ安定的に燃焼装置に供給することを可能とする、エマルジョン燃料の製造装置を得ることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記課題を達成するために、水と燃料油と乳化剤を混合するスタティックミキサーと、スタティックミキサーからの混合液をさらに混合して分散液（エマルジョン燃料）を燃焼装置に供給するマグネットカスケードポンプと、マグネットカスケードポンプの下流側から上流側に分散液の一部を還流させるフィードバック部とから構成された。
【発明の効果】
【０００６】
この発明によると、水と燃料油と乳化剤はまずスタティックミキサーにより１次混合され、スタティックミキサーにより１次混合された混合液はマグネットカスケードポンプに送られてさらに２次混合され、直径２０μm以下の微細水滴が均一に分散した分散液（エマルジョン燃料）となり、エマルジョン燃料に含まれる水分量が、燃料油と水の体積比率で最大６：４まで調整されたエマルジョン燃料を連続的かつ安定的に製造し、燃料装置に供給することが可能となり、燃料消費量の低減およびＮＯxやすす排出量の低減を実現することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。図1には、エマルジョン燃料製造装置が示されている。なお、本発明の実施において、乳化剤にはコンコル−Ｓ(商品名)、燃料にはA重油を用いた。
【０００８】
乳化剤タンク1に溜められている乳化剤は、乳化剤供給配管２、体積計量式ポンプ３、逆止弁4を通じて燃料供給配管１２に供給させる。インバータ５によりポンプ３の回転数を制御することにより、所定量の乳化剤が送られる。乳化剤の供給量は、燃料との体積比率で１：２５０〜１：５００とする。
【０００９】
水タンク6に溜められている水は、水供給配管７、体積計量式ポンプ８、逆止弁９を通じ、燃料供給配管１２に供給される。インバータ１０によりポンプ8の回転数を制御することにより、所定量の水が送られる。供給する水は燃料との体積比率で１０：０〜６：４まで調整可能とする。
【００１０】
燃料油タンク１１に溜められている燃料油は、燃料供給配管１２、逆止弁１３を通じ、水と合流した後に、スタティックミキサー１４に送られる。
【００１１】
スタティックミキサー１４においては、図２に示すように、円管２５内には多数のエレメント２６が設置されており、エレメントを通過するごとに燃料油と乳化剤および水が分断されて1次混合されることにより、エマルジョン燃料を得る。スタティックミキサーから流出したエマルジョン燃料はマグネットカスケードポンプ１５に送られる。
【００１２】
ポンプ１５においては、図３に示すように、モータ２７によって外側の磁石２８が回転し、その回転に伴い内側の磁石２９および軸３１が回転する。軸３１の回転によりインペラ３０が回転し、インペラ３０の回転によってエマルジョン燃料がケーシング３２の内部に吸引され、インペラ３１とケーシング３２の隙間においてエマルジョン燃料がせん断されることによって、エマルジョン燃料は2次混合される。2次混合されたエマルジョン燃料はポンプ１５からと出される。
【００１３】
ポンプ１５の上流と下流を結ぶ戻し配管１６を設けることによりポンプ１５から吐出されるエマルジョン燃料の一部をポンプ１５の上流側に戻す。戻し配管１６の途中に設けたニードル弁１７の開度を調節しポンプ１５の回転数を３０００回転程度に維持し、ポンプ１５を流れるエマルジョン燃料の流量を調節することにより、ポンプにおける2次混合を促し、微細水滴が均一に分散したエマルジョン燃料を製造する。
【００１４】
エマルジョン燃料は、ポンプ１５の下流に設けた圧力ゲージ１８、流量計１９、ニードル弁２０を通過して、燃焼装置２１に送られる。エマルジョン燃料の流量は、流量計１９における流量が所定量となるよう、流量制御装置２２およびインバータ２３を調節する。ニードル弁１９の開度を調節することにより、燃焼装置２０に送られるエマルジョン燃料の吐出圧を一定に保持することが可能である。
【００１５】
本実施形態では、スタティックミキサーにより1次混合を行い、さらにマグネットカスケードポンプに戻し配管を設けてポンプ内において2次混合を行うことにより、直径１０〜２０μmの微細な水滴が均一に分散したエマルジョン燃料を簡便に製造することが可能である。水および乳化剤の供給量も、インバータを介して水および乳化剤用ポンプの回転数を制御することにより調節する。
【００１６】
さらに、燃焼装置の運転状態を示す信号を制御装置２４に入力し、水および乳化剤用のポンプの回転数を制御して、水および乳化剤流量を設定することにより、運転状態に応じてエマルジョンに含まれる水分量を変更することができる。たとえば、燃焼装置の始動時には、燃料だけを燃焼装置を送ることによって着火性を向上させ、ある程度燃焼装置が安定に運転している状態に達した後に、水および乳化剤を供給してエマルジョン燃料を燃焼させる。
【００１７】
上記実施形態では、水とA重油を混合させているが、水の替わりに各種工業プロセスにおける廃液を浄水処理した排水を、A重油の替わりに機械装置用潤滑油、自動車用エンジンオイル、食料油などの中で５0°Ｃにおける動粘度が２０ｃｓｔ以下の範囲にある廃油を用いることが可能である。
【実施例】
【００１８】
本発明のエマルジョン燃料製造装置を、横型円筒燃焼炉（直径Φ３００mm、長さ１，０００mm）に適用して燃焼試験を行った。本燃焼炉において、エマルジョン燃料は6穴の二流体ノズルにより噴霧され、燃焼用空気はノズル周りのスワラーを通して燃焼炉内に供給される。エマルジョン燃料の供給量は０．１５L／minとし、燃料にはA重油を用いた。エマルジョン燃料に含まれる水分量は０、１０、２０、３０％変化させ、各水分量における燃焼炉排ガス温度およびガス組成を測定した。乳化剤にはコンコル−Ｓを用い、乳化剤と燃料の比率を１：３５０とした。
【００１９】
エマルジョン燃料を燃焼した場合はA重油を燃焼した場合に比べて、ＮＯx、ＳＯ2およびＣＯ濃度は低下し、エマルジョン燃料に含まれる水分量を増加するに従いこれらのガス成分の濃度はさらに低下する結果が得られた。一方、排ガス温度は水分量の増加に伴い９５１°Ｃから８４０°Ｃまで低下する結果が得られた。これは、水分量の増加にともないエマルジョン燃料の単位質量あたりに含まれるA重油の量が減少するため、エマルジョン燃料の発熱量が低下したためである。しかし、水分量を増加させた場合の方がＣＯ濃度は低下していることから、水分量が３０％までの範囲では、水分量の増加にともないエマルジョン燃料のミクロ爆発により燃焼特性が向上していることがわかる。したがって、水分量の増加に伴いＮＯxやＳＯ2濃度も低下することから、エマルジョン燃料を使用することにより低ＮＯx・低ＳＯx燃焼が可能となり、本発明のエマルジョン燃料製造装置の有効性が示された。
【００２０】
表  排ガス温度およびガス分析の測定結果
燃料                Ａ重油    エマルジョン  エマルジョン  エマルジョン
（水１０％）  （水２０％）  （水３０％）
排ガス温度［°C］   ９５１．０  ８８４．５    ８５２．０    ８２９．５
ＮＯx［ｐｐｍ］         １１５        ９９          ８８          ７１
ＣＯ［ｐｐｍ］            ２５          ６            ３            ０
ＣＯ2［％］         １２．０６  １１．９３    １１．６４    １０．４７  
Ｏ2［％］               ４９７    ５．１５      ５．５２      ７．０８  
ＳＯ2 ［ｐｐｍ］        １２６      １０３          ９８          ８７
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係るエマルジョン燃料製造装置を燃焼装置に適用した場合に一実施形態を示す概念図
【図２】本発明のエマルジョン燃料製造装置において１次混合が行われる形態を表した模式図
【図３】本発明のエマルジョン燃料製造装置において２次混合が行われるマグネットカスケードポンプの概略図
【符号の説明】
【００２２】
１…乳化剤タンク
２…乳化剤供給配管
３…体積計量式ポンプ
４…逆止弁
５…インバータ装置
６…水タンク
７…水供給配管
８…体積計量式ポンプ
９…逆止弁
１０…インバータ装置
１１…燃料油タンク
１２…燃料供給配管
１３…逆止弁
１４…スタティックミキサー
１５…マグネットカスケードポンプ
１６…戻し配管
１７…ニードル弁
１８…圧力ゲージ
１９…流量計
２０…ニードル弁
２１…燃焼装置
２２…流量制御装置
２３…インバータ
２４…制御装置
２５…エレメント
２６…円管
２７…モータ
２８…外側の磁石
２９…内側の磁石
３０…軸
３１…インペラ
３２…ケーシング
【図１】
2006329438.tif 000003
【図２】
2006329438.tif 000004
【図３】
2006329438.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月5日(2006.7.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
水と燃料油と乳化剤を混合するスタティックミキサーと、スタティックミキサーからの混合液をさらに混合して分散液（エマルジョン燃料）を燃焼装置に供給するマグネットカスケードポンプと、マグネットカスケードポンプの下流側から上流側に分散液を常時還流させるフィードバック部とから構成したことを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、水と燃料油と乳化剤を混合するスタティックミキサーと、スタティックミキサーからの混合液をさらに混合して分散液（エマルジョン燃料）を燃焼装置に供給するマグネットカスケードポンプと、マグネットカスケードポンプの下流側から上流側に分散液を常時還流させるフィードバック部とから構成された。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
ポンプ１５の上流と下流を結ぶ戻し配管１６を設けることによりポンプ１５から吐出されるエマルジョン燃料の一部、６０％〜９０％程度をポンプ１５の上流側に戻す。上流側に戻す混合液の量は分散液の乳化状態に応じて任意に調節する。戻し配管１６の途中に設けたニードル弁１７の開度を調節しポンプ１５の回転数を３０００回転程度に維持し、ポンプ１５を流れるエマルジョン燃料の流量を調節することにより、ポンプにおける２次混合を促し、微細水滴が均一に分散したエマルジョン燃料を製造する。
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月25日(2006.9.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
水と燃料油と乳化剤を混合するスタティックミキサーと、スタティックミキサーからの混合液をさらに混合して分散液（エマルジョン燃料）を燃焼装置に供給するマグネットカスケードポンプと、マグネットカスケードポンプの下流側から上流側に分散液を常時還流させてマグネットカスケードポンプによる混合を促進させるフィードバック部とから構成したことを特徴とするエマルジョン燃料製造装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するために、水と燃料油と乳化剤を混合するスタティックミキサーと、スタティックミキサーからの混合液をさらに混合して分散液（エマルジョン燃料）を燃焼装置に供給するマグネットカスケードポンプと、マグネットカスケードポンプの下流側から上流側に分散液を常時還流させてマグネットカスケードポンプによる混合を促進させるフィードバック部とから構成された。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
この発明によると、水と燃料油と乳化剤はまずスタティックミキサーにより１次混合され、スタティックミキサーにより１次混合された混合液はマグネットカスケードポンプに送られてさらに２次混合され、さらに、混合液をフィードバック部によりマグネットカスケードポンプの下流側から上流側に常時還流させてマグネットカスケードポンプによる混合を促進させ、直径２０μm以下の微細水滴が均一に分散した分散液（エマルジョン燃料）となり、エマルジョン燃料に含まれる水分量が、燃料油と水の体積比率で最大６：４まで調整されたエマルジョン燃料を連続的かつ安定的に製造し、燃料装置に供給することが可能となり、燃料消費量の低減およびＮＯxやすす排出量の低減を実現することができるという効果がある。