(57)【要約】【課題】  複雑な手段が不用で安定的な燃焼ができ、エマルジョン燃料が本来有する優れた低ＮＯｘ燃焼や燃焼安定化の特徴を発揮できるエマルジョン燃料燃焼装置を得る。【解決手段】  一端が開放された管状の燃焼室３を有し、この燃焼室３の他端部に酸素含有ガスを吹き込むノズル９がその内壁面の接線方向に向けて設けられ、このノズル９が配置されている同一の周面にエマルジョン燃料の噴射弁１１が設けられた管状火炎バーナー１と、噴射弁１１にエマルジョン燃料を供給するエマルジョン燃料供給手段２とを備えた。【選択図】  図１
2006112664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端が開放された管状の燃焼室を有し、この燃焼室の他端部に酸素含有ガスを吹き込むノズルがその内壁面の接線方向に向けて設けられ、このノズルが配置されている同一の周面にエマルジョン燃料の噴射弁が設けられた管状火炎バーナーと、前記噴射弁にエマルジョン燃料を供給するエマルジョン燃料供給手段とを備えたことを特徴とするエマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項２】
燃焼室と、該燃焼室から排出される排ガスを排出するテールパイプと、前記燃焼室にエマルジョン燃料と酸素含有ガスを噴射する噴射装置とを備え、前記噴射装置からエマルジョン燃料と酸素含有ガスを前記燃焼室内に噴射して該燃焼室内で間欠的に燃焼させることを特徴とするエマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項３】
燃焼室は、その有効長さが燃焼されるエマルジョン燃料の含水率に基づいて設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
【請求項４】
燃焼室に供給するエマルジョン燃料の水分添加率を調整する水分添加率調整手段を有し、該水分添加率調整手段は、燃焼室有効長さに基づいて予め設定した水分添加率になるように水分添加率を調整することを特徴とする請求項１または２に記載のエマルジョン燃料燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エマルジョン燃料を燃焼するのに最適なエマルジョン燃料燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料油に乳化剤と水を添加して攪拌し、燃料油中に水を分散させたエマルジョン燃料が知られている。
エマルジョン燃料は、高温場に噴霧されたとき、燃料液滴中の水は瞬時に沸騰して、燃料液滴はさらに微粒化される（ミクロ爆発）。これによって高速で高効率の燃焼を実現し、ＣＯやすすの生成を抑制できる。また、水の蒸発によって火炎温度が低下するので、排ガス中のＮＯｘの低減効果もある。
【０００３】
このようにエマルジョン燃料は優れた性質を有しているものの、一般にエマルジョン燃料は均一性が十分でない場合があり、着火性や燃焼性にばらつきが生じるため、上記優れた性質を十分発揮できない場合が多い。
そこで、エマルジョン燃料を安定して燃焼させてエマルジョン燃料の有する優れた性質を発揮させる技術として、以下のものが提案されている。
乳化剤と石油系液体燃料と水とを主成分とするエマルジョン燃料を燃焼させてその熱を回収するようにしたエマルジョン燃焼装置において、上記エマルジョン燃料を供給する燃料タンクと、加熱手段を備えた蓄熱性の耐火材からなる燃焼部と、上記燃料タンクから供給されるエマルジョン燃料を上記燃焼部内に噴き出して燃焼させるバーナー部と、上記燃焼部で発生した燃焼熱を回収する熱交換器とからなる（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１６９９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１においては、燃焼部の加熱手段として、電熱線による加熱または石油系液体燃料をバーナーで燃焼して加熱する等が例示され、該加熱手段によって燃焼部を予め８００℃以上に加熱しておき、燃焼部にエマルション燃料を噴射して燃焼させるとしている。
このように、エマルジョン燃料を燃焼させるために予め燃焼部を加熱するには、上記例に挙げられているような電熱線や石油系液体燃料の供給手段等の設備が必要であり設備コストがかかるし、また運転費が嵩むという問題がある。
さらに、燃焼温度の制御が不十分な場合があり、局所高温域が生じて排ガス中のＮＯｘ発生の抑制には限界があるという問題もある。
【０００５】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、複雑な手段が不用で安定的な燃焼ができ、エマルジョン燃料が本来有する優れた性質を発揮できるエマルジョン燃料燃焼装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、発明者は鋭意検討した結果、エマルジョン燃料を安定的に燃焼させるには、エマルジョン燃料の燃焼の特徴であるミクロ爆発を生じやすい環境を作ることが効果的であるとの着想を得た。ミクロ爆発とは、エマルジョン燃料が高温場に噴霧されたときに燃料液滴中の水が瞬時に沸騰して、燃料液滴をさらに微粒化することで燃焼反応性を高めることをいう。
ミクロ爆発を生じさせるには、エマルジョン燃料中の水を沸騰させることが必要であり、そのためにはエマルジョン燃料を微粒液滴にしてこの微粒液滴に熱を効果的に伝える必要がある。
そこで、発明者はエマルジョン燃料に効果的に熱を伝える燃焼器として、まず、管状火炎バーナーが優れているとの知見を得た。
【０００７】
請求項１に記載の発明はかかる知見に基づいてなされたものであり、一端が開放された管状の燃焼室を有し、この燃焼室の他端部に酸素含有ガスを吹き込むノズルがその内壁面の接線方向に向けて設けられ、このノズルが配置されている同一の周面にエマルジョン燃料の噴射弁が設けられた管状火炎バーナーと、前記噴射弁にエマルジョン燃料を供給するエマルジョン燃料供給手段とを備えたことを特徴とするものである。
【０００８】
管状火炎バーナーは、管状の燃焼室にエマルジョン燃料と酸素含有ガスを噴射して旋回流を生じさせて燃焼させるものである。このような管状火炎バーナーにおいては、酸素含有ガスを吹き込んで旋回流を形成させると共に、エマルジョン燃料を噴射して点火すると、燃焼室に管状の火炎が形成される。そして、燃料液滴は加熱され、液滴中の水が瞬時に沸騰して（ミクロ爆発）、燃料液滴はさらに微粒化されて急速に燃焼する。
【０００９】
このように、管状火炎バーナーによれば、バーナー火炎からの直接伝熱により燃料液滴を急速加熱できるため、エマルジョン燃料にミクロ爆発を効果的に生じさせることができ、着火性、燃焼性にばらつきのあるエマルジョン燃料を安定して燃焼させることができる。その結果、本来のエマルジョン燃料の特徴である、燃焼効率の向上と、低ＣＯ、低すす、低ＮＯｘ燃焼とを同時に実現できる。
【００１０】
また、発明者はエマルジョン燃料に効果的に熱を伝える他の燃焼器として、いわゆるパルスバーナーに着目した。
請求項２に係る発明は、燃焼室と、該燃焼室から排出される排ガスを排出するテールパイプと、前記燃焼室にエマルジョン燃料と酸素含有ガスを噴射する噴射装置とを備え、前記エマルジョン燃料を前記燃焼室で間欠的に燃焼（パルス燃焼）させることを特徴とするものである。
【００１１】
パルスバーナーにおいては、燃焼室とテールパイプとがヘルムホルツ型共鳴器としての特性を有しており、燃焼室に噴射されたエマルジョン燃料が間欠的に燃焼され、脈動流が発生する。この脈動により燃焼室と燃料液滴表層には温度境界層ができず、熱伝達が効果的に行われ、エマルジョン燃料にミクロ爆発を効果的に生じさせる。また、燃焼室壁面に液滴が付着しても、脈動流によって液滴が剥ぎ取られ、燃焼される。また、燃焼室内の温度分布が均一化されるので、不均一な燃焼が防止され、局所高温領域の発生に起因するＮＯｘの発生が防止される。
【００１２】
また、発明者は、エマルジョン燃料に水分が添加されているため燃焼速度が遅くなる点に着目し、水分添加率（含水率）と燃焼速度との関係を考察した。水分が添加されて燃焼速度が遅くなると、燃焼反応終了までの時間が長くなり、その結果、エマルジョン燃料を完全に燃焼させるには燃焼時間が長くなった分だけ燃料が燃焼室に滞留するため、より大きな容積の燃焼室が必要となる。逆に言えば、燃焼室の大きさに適した水分添加率とすることで、最も効果的な燃焼が実現できるとの知見を得た。
【００１３】
請求項３、４に記載の発明はかかる知見に基づくものであり、請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載のものにおいて、燃焼室は、その有効長さがエマルジョン燃料の含水率に基づいて設定されていることを特徴とするものである。ここで燃焼室の有効長さとは、燃焼室内の燃焼の進行する方向の実質的に有効な長さをいう。火炎長に対して燃焼室の有効長さが短すぎると、燃え切り点が燃焼室の外へ出てしまい、火炎が不安定となり保炎できなくなるため、バーナー排ガス中の未燃分が増加してしまう。また、燃焼室の有効長さが長すぎると、火炎の下流端付近に局所高温領域が発生し、燃焼室内壁の焼損トラブルやＮＯｘ発生量の増大を引き起こすことになる。
【００１４】
また、請求項４に記載の発明は、上記請求項１または２に記載のものにおいて、燃焼室に供給するエマルジョン燃料の水分添加率を調整する水分添加率調整手段を有し、該水分添加率調整手段は、燃焼室有効長さに基づいて予め設定した水分添加率になるように水分添加率を調整することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明においては、管状火炎バーナー、パルスバーナーを用いたことにより、エマルジョン燃料にミクロ爆発を効果的に生じさせることができ、エマルジョン燃料の着火性を高め安定的な燃焼を実現でき、低ＮＯｘ等エマルジョン燃料が本来有する優れた燃焼特性を発揮できる燃焼を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１は本発明の一実施の形態であるエマルジョン燃料燃焼装置の一部を断面で示す説明図である。図２は図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。
本実施の形態に係るエマルジョン燃料燃焼装置は、管状火炎バーナー１と、該管状火炎バーナー１にエマルジョン燃料を供給するエマルジョン燃料供給系２と、エマルジョン燃料の水分濃度を調整する水分濃度調整手段と、を備えている。
以下、図１〜図２に基づいて本実施形態の構成を詳細に説明する。
【００１７】
＜管状火炎バーナー＞
管状火炎バーナー１は、一端が開放された管状の燃焼室３を有しており、この開放端側が燃焼排ガスの排出口５になっている。
開放端の反対側の他端部には管軸方向に沿って長いスリット状の開口部７が形成されており、この開口部７に酸素含有ガスを吹き込むノズル９が連通して設けられている。ノズル９は燃焼室３の内壁面の接線方向に向けて設けられており、酸素含有ガスの吹き込みによって、燃焼室３内に旋回流が形成されるようになっている。
また、ノズル９は先端部の形状が偏平で、かつその開口面積が縮小されており、酸素含有ガスが高速で吹き込まれるようになっている。酸素含有ガスとしては、空気、酸素富化空気、酸素のいずれかを用いる。空気は予熱されて供給されるのが望ましい。
【００１８】
ノズル９が配置されている燃焼室３の同一の周面にはエマルジョン燃料の噴射弁１１が設けられており、酸素含有ガスの旋回流中にエマルジョン燃料が噴射されるようになっている。この実施の形態における噴射弁１１はエマルジョン燃料を空気の気流と共に噴射して微粒化するもの（二流体噴射弁）であり、噴射弁１１には後述するエマルジョン燃料供給系のエマルジョン燃料供給配管２７及び空気配管２８が接続されている。
【００１９】
燃焼室３におけるノズル９が配置されている位置の上流側の周面には開口部７と同様のスリット状の開口部１２が形成されている。そして、開口部１２には気体燃料と空気を燃焼室３に吹き込む気体燃料ノズル１４が設けられている。この気体燃料ノズル１４は燃焼室３の内壁面の接線方向に向けて設けられており、その吹き込みによって、燃焼室３内に旋回流が形成されるようになっている。気体燃料ノズル１４の吹込み口の近傍には点火プラグ１５が設置されており、点火プラグ１５による気体燃料への着火により管状のパイロット火炎が形成されるようになっている。
なお、気体燃料としてはメタン等の他、液体燃料を蒸発気化して供給してもよい。
【００２０】
燃焼室３は、使用するエマルジョン燃料の水分添加率に応じて、その有効長さが所定長さに設定されている。ここで燃焼室３の有効長さとは、図３に示すように、エマルジョン燃料噴射位置（噴射弁１１）から燃焼室の下流端までの長さＬをいう。図３に示すようにエマルジョン燃料の噴射弁１１が２箇所ある場合にはその中心位置を基準とする。
エマルジョン燃料は、その水分添加率に応じて燃焼速度が異なる。水分添加率が多くなると、燃焼速度が遅くなる。そのため、燃焼室は燃焼が完了までの時間を確保するために、燃焼室の長さをエマルジョン燃料の水分添加率との関係で設定することが望ましい。
【００２１】
エマルジョン燃料の水分添加率（含水率）と燃焼室の有効長さとの関係を、燃焼量が３０万kcal／hで燃焼室内径が０．１ｍの場合を一例として図４に示す。図４においては、横軸がエマルジョン燃料の水分添加率（含水率）（Ｗｔ％）、縦軸が燃焼室の有効長さ（ｍ）を示している。
図４に示されるように、予熱空気温度が同じ場合には、水分添加率が多くなるほど燃焼室有効長さを長くする必要がある。このグラフをもとに、使用するエマルジョン燃料の水分添加率に基づいて燃焼室の設計をするのが好ましい。例えば、水分添加率が５０Ｗｔ％のエマルジョン燃料を予熱温度５００Ｋで燃焼するための燃焼室有効長さは１．０ｍである。
なお、図４に示されるように、燃焼室有効長さはエマルジョン燃料の燃焼のために供給する予熱空気温度によっても異なる。また、このことから燃焼器に供給する空気の予熱温度を高くすることで、燃焼室の有効長さを短くすることができる。
【００２２】
エマルジョン燃料の水分添加率と燃焼室有効長さの関係は燃焼室の設計のみではなくて、使用する管状火炎バーナーで燃焼するエマルジョン燃料の水分添加率の指針として利用することも有効である。すなわち、使用する管状火炎バーナーに合わせてエマルジョン燃料の水分添加率を適宜調整するようにすれば、当該管状火炎バーナーでの燃焼に最適な含水率のエマルジョン燃料となる。
【００２３】
＜エマルジョン燃料供給系＞
エマルジョン燃料供給系２は、図１に示されるように、添加水と燃料油と乳化剤の供給を受けてこれらを攪拌混合してエマルジョン燃料を製造する攪拌装置１７と、攪拌装置１７で製造されたエマルジョン燃料を噴射弁１１に供給する噴射ポンプ１９と、を備えている。
また、攪拌装置１７には攪拌装置１７に燃料油を供給する燃料油供給管２１、添加水を供給する添加水供給管２３、乳化剤を供給する乳化剤供給管２５がそれぞれ接続されており、さらに攪拌装置１７で攪拌混合されたエマルジョン燃料を噴射ポンプ１９を介して噴射弁１１に供給する前述のエマルジョン燃料供給管２７が接続されている。
【００２４】
燃料油供給管２１の基端側に燃料油を貯留する燃料油貯蔵タンク２９が設けられており、燃料油供給管２１には燃料油貯蔵タンク内の燃料油を移送する燃料油移送ポンプ３１と、燃料油の流量を計測する流量計３３が設けられている。
添加水供給管２３の基端側は添加水供給源に連結されており、また添加水供給管２３の途中には添加水供給管２３を流れる添加水の流量を検出する流量計３５、添加水を移送する移送ポンプ３７、添加水供給管２３を流れる添加水の流量を調整する流量調整弁３９が設けられている。この流量調整弁３９が本発明の水分添加率調整手段として機能する。
なお、添加水供給管２３には添加水を加熱して８０℃〜１２０℃に調整できる添加水加熱手段（図示なし）を設けることにより、粘度の高い重質油を燃料油として利用することが可能となる。
乳化剤供給管２５の基端側には乳化剤を貯留する乳化剤貯留槽４１が設けられ、乳化剤供給管２５の途中には乳化剤貯留槽４１の乳化剤を移送する移送ポンプ４３と、乳化剤の流量を計測する流量計４５が設けられている。
【００２５】
＜攪拌装置＞
攪拌装置１７としては、種々のものを適用可能である。もっとも、エマルジョン燃料を連続的に燃焼するのであれば、エマルジョン燃料を連続的に製造できるものが好ましい。
エマルジョン燃料を連続的に製造可能な攪拌装置１７としては、例えば図５に示すように、燃料油、添加水、乳化剤の混液を混液供給管３６を介して攪拌容器７１に供給して第１の旋回流７３を形成する噴射ノズル７５と、第１の旋回流７３の旋回径よりも小径の第２の旋回流７７を第１の旋回流７３の下方に形成する攪拌翼７９と、を備えてなるものが好ましい。
【００２６】
攪拌容器７１は、略円筒形の容器本体部８１と、その上方に形成された上方に向って縮径する縮径ノズル部８３と、容器本体部８１の下方に形成された縮径部８５から構成される。
縮径ノズル部８３は、上方に向って延びる内側に凸の滑らかな曲面で構成され、その上端部が液体（エマルジョン燃料又はエマルジョン化される前の混液等）の出口になっている。
縮径ノズル部８３の出口側には制御弁８７が設けられ、縮径ノズル部８３から排出される液体をエマルジョン燃料供給管２７または噴射ノズル７５側に戻す戻り配管９１に適宜振り分ける。
【００２７】
噴射ノズル７５は、図５のＤ−Ｄ断面図である図６に示すように、容器本体部８１の上部周壁に、該噴射ノズル７５から噴射される液体によって容器本体内の液体に旋回流が形成できるように設置されている。具体的には、噴射ノズル７５は、噴射ノズル７５から噴射される液体の噴射方向が、攪拌容器内径Ｄの０．７〜０．９倍の径ｄ１の同心円９３の接線方向に向くように設置されている。このように設置された噴射ノズル７５から混液が噴射されると、攪拌容器内に液体が満たされた状態では、噴射ノズル７５からの噴射流によって攪拌容器内に第１の旋回流７３が発生する。
噴射ノズル７５から噴射される液体の噴射方向が、攪拌容器内径Ｄの０．７〜０．９倍の径ｄ１の同心円９３の接線方向に向くように設置すると、第１の旋回流７３の旋回平均径が攪拌容器内径の０．７〜０．９倍となる。
【００２８】
噴射ノズル７５に連結される混液供給管３６には制御弁９７が設置され、戻り配管９１から戻された混液、または、新たに供給される燃料油、添加水、乳化剤を含む混液が選択的に供給される。制御弁９７は図示しない制御手段によって制御される。
【００２９】
攪拌翼７９は、容器本体底部に設置され、容器本体底部の外側に設置されたモータ９５によって回転可能に設置されている。攪拌翼７９を回転させることによって容器本体下部に第２旋回流７７が発生するが、この第２旋回流７７の平均旋回径ｄ２は攪拌容器内径Ｄの０．１〜０．３倍であることが望ましい。
ここで、攪拌翼７９の直径ｄｆと平均旋回径ｄ２の間には、図７に示すように、ｄ２＝ｄｆ／２の関係がある。したがって、第２旋回流７７の平均旋回径を攪拌容器内径Ｄの０．１〜０．３倍にするには、攪拌翼７９の直径ｄｆを攪拌容器内径の０．２〜０．６倍にすればよい。
攪拌翼７９の直径ｄｆをこのような径にすることで、攪拌翼７９の負荷を軽減して消費電力を軽減でき、また、攪拌翼７９の損耗を抑制でき、メンテナンスコストを低減できる。
【００３０】
上記のように構成された攪拌装置１７の動作を説明する。
制御弁８７によって縮径ノズル８３の出口と戻り配管９１を連通させ、制御弁９７によって燃料油と、添加水と、乳化剤とが所定の割合で混合された混液の供給管３６と噴射ノズル７５とを連通させる。
この状態で、燃料油と、添加水と、乳化剤とが所定の割合で混合された混液を噴射ノズル７５に供給し、噴射ノズル７５から攪拌容器内に混液を噴射する。噴射ノズル７５から供給された混液が攪拌容器７１の攪拌翼７９よりも上位置にくると、モータ９５を稼動して攪拌翼７９を回転させる。このとき、攪拌翼７９の回転数は図示しない制御手段によって適宜最適値に調整する。攪拌容器内が混液で満たされた状態になると、制御弁９７を操作して混液供給経路を閉止し、戻り配管９１と噴射ノズル７５を連通させ、噴射ノズル７５、攪拌容器７１、戻り配管９１、噴射ノズル７５という循環経路を形成する。そして、混液を、循環経路内に循環させながら攪拌容器７１内で攪拌してエマルジョン化する。
【００３１】
ここで、攪拌容器７１内におけるエマルジョン化のメカニズムを図５に基づいて説明する。
噴射ノズル７５から混液が攪拌容器内に噴射されることによって、攪拌容器内の混液に第１の旋回流７３が形成される。また、攪拌翼７９を回転することによって、第１の旋回流の平均旋回径よりも小径の第２の旋回流７７が第１の旋回流の下方に形成される。
このように、第１の旋回流７３と第２の旋回流７７からなる二重旋回流が形成されることで、図５に示すように、第１の旋回流７３の外周側から攪拌容器底部へ向かうと共に、第２の旋回流７７の内側を通過して上方に向う二次流れ１０１が形成される。
【００３２】
第１の旋回流７３によって混液の攪拌がなされるが、このとき大きな液滴あるいは水を多く含む液滴のように質量の大きいものが遠心力によって外周側に移動し、これが二次流れ１０１によって下方に移動し、攪拌翼７９によって攪拌される。このとき、攪拌翼７９のせん断作用によって液滴がさらに微粒化されて再び上方に移動し、第１の旋回流７３によって攪拌される。このような攪拌容器７１内での循環により、混液は燃料油中に水滴のあるいわゆるＷ／Ｏ型エマルジョンになる。このＷ／Ｏ型エマルジョンのうち、微粒径のものは質量が小さいので、第１の旋回流７３の遠心力で周方向に移動することなく、上方の縮径ノズル側に流れる上向流に乗って排出口へと移動する。このとき、縮径ノズル８３は下流側、すなわち上方に行くに従って縮径していることから、下流側に進行するに従って液体は旋回速度を増し、せん断力が作用して微粒化が促進され乳化分散される。
【００３３】
一定時間上記のような循環を行なった後、Ｗ／Ｏ型エマルジョンが形成されたら、縮径ノズル８３の先端部の制御弁８７を噴射ポンプ１９側に開放する。これによって、エマルジョン化された液体が縮径ノズル８３から排出され、エマルジョン燃料として供給される。
噴射ノズル７５からは新たな混液が供給され、第１の旋回流７３と二次流れ１０１の作用によって、微粒化されるまで攪拌容器内を循環する。そして、微粒化がされたものは、上向流に乗って縮径ノズル８３側に移動し、縮径ノズル８３によってさらに微粒化されてエマルジョン燃料供給管２７に供給される。
【００３４】
以上のように、攪拌容器内において噴射ノズル７５による第１の旋回流７３と攪拌翼７９による第２の旋回流７７からなる二重旋回流を発生させ、さらに二次流れを発生させて燃料油、添加水、乳化剤の攪拌を行なうようにしたので、攪拌翼のみによって攪拌する場合に比較して、液滴の微粒化が促進されて乳化分散されるので、攪拌翼を小型化できトルクを小さくできることからその電力消費量を低減できる。また、トルク軽減により、攪拌翼の損耗を抑制でき、メンテナンスのコストを低減できる。
【００３５】
＜動作説明＞
上記のように構成されたエマルジョン燃料燃焼装置において、気体燃料ノズル１４から気体燃料と空気を燃焼室３の内壁面の接線方向に吹込んで旋回流を形成すると共に、点火プラグ１５により点火して管状のパイロット火炎を形成する。
この状態でノズル９から酸素含有ガスを吹込むと共に、噴射弁１１からエマルジョン燃料を噴射すると、微粒化されて噴射されたエマルジョン燃料はパイロット火炎からの輻射により加熱されエマルジョン燃料油中の水滴が沸騰してミクロ爆発が発生し、これにより燃料液滴はさらに微粒化されて急速に加熱され、安定な管状火炎１０５が形成される。
【００３６】
燃焼室３内部の状態をより詳細に説明すると、燃焼室３内においては、流体が密度差によって層別され、火炎外周側と内側の両側に密度の異なるものの層ができる。すなわち、遠心力の小さい内側には高温の燃焼ガスが存在し、遠心力の大きい燃焼室３の内壁側には未燃焼のガスあるいは未蒸発の液滴を含むガスが存在するようになる。又、内壁の近傍では、旋回速度が火炎伝播速度を上回っているため、火炎が形成されることはない。このため、燃焼室３内では管状の火炎が形成される。
【００３７】
そして、燃焼室３内のガスは旋回しながら下流側へ流れ、その間、内壁側の燃料液滴が、管状火炎の輻射熱及び該輻射熱によって加熱された燃焼室内壁から熱伝達を受けてミクロ爆発によってさらに微粒化されて効率的に順次燃焼して軸心側へ移動し、開放端部から燃焼排ガスとして排出される。
このとき、燃焼室３の有効長さＬがエマルジョン燃料の水分添加率に応じて最適値に設定されている、あるいはエマルジョン燃料の水分添加率が燃焼室３の有効長さＬに応じた値に調整されているので、燃焼室３内でエマルジョン燃料が完全に燃焼できる。
燃焼室３から排出される排ガスの熱は乾燥、加熱器などで有効に利用される。
【００３８】
以上のように、本実施の形態においては、エマルジョン燃料の燃焼装置として管状火炎バーナーを用いたことにより、管状火炎の高伝熱性によりエマルジョン燃料を急速加熱でき、ミクロ爆発を効果的に生じさせ、均一かつ安定した燃焼を実現でき、エマルジョン燃料の本来有する高燃焼効率と低ＮＯｘ燃焼が同時に実現される。
また、燃焼室の有効長をエマルジョン燃料の水分添加率との関係で最適長さに設定したので、エマルジョン燃料を安定して、かつ燃焼室の内壁の焼損を引き起こすことなく燃焼できる。
また、水分添加率の調整をするための流量調整弁３９を設け、エマルジョン燃料の水分添加率を燃焼室の有効長さに最適の値に調整できるようにしたので、エマルジョン燃料を低ＮＯｘ、低ＣＯ、低すすで燃焼することができる。
【００３９】
なお、上記の実施の形態においては、攪拌装置として噴射ノズルと攪拌翼を備えたものの例を示したが、静止型ミキサ、ホモジナイザ等他の方式の攪拌装置を用いてもよい。
また、上記の実施の形態においては、エマルジョン燃料供給系として、添加水と燃料油と乳化剤と供給して、エマルジョン燃料を製造する例を示したが、エマルジョン燃料を製造して直ちに燃焼させるような場合等乳化分散を維持する必要がない場合には乳化剤の供給を省いてもよい。
【００４０】
［実施の形態２］
図８は本発明の他の実施の形態の説明図である。本実施の形態においては、エマルジョン燃料の燃焼装置として、間欠的な燃焼により脈動流を伴うパルス燃焼器を用いたものである。
本実施の形態に係る燃焼装置１２０は、図８に示すように、燃焼室１２１と、燃焼室１２１から排出される排ガスを排出するテールパイプ１２３と、燃焼室１２１にエマルジョン燃料と酸素含有ガスを噴射する噴射ノズル１２５と、点火装置１２７を備えたものである。
また、図８には図示していないが、本実施の形態においても実施の形態１において説明したエマルジョン燃料供給系２と同様のエマルジョン燃料供給系が設けられている。
【００４１】
また、燃焼室１２１は、図９に示すように、その噴射位置から燃焼室の前端までの長さ（燃焼室有効長さＬ）が、実施の形態と同様に、図４に示したグラフの関係に基づいて、エマルジョン燃料の水分添加率との関係で最適長さになるように設定されている。
【００４２】
上記のように構成された本実施の形態の燃焼装置においては、エマルジョン燃料と酸素含有ガス（空気）が噴射ノズル１２５から燃焼室１２１の内壁の接線方向に導入されることによって燃焼室内に旋回流が形成され、燃焼室内で均一拡散される。この旋回流に点火装置１２７によって点火されることにより、燃焼室内で均一で安定的な燃焼が実現される。
また、本実施の形態に係る燃焼装置は、燃焼室とテールパイプとがヘルムホルツ型共鳴器としての特性を有しており、燃焼反応が間欠的に行われ、いわゆるパルス燃焼が行われる。
【００４３】
パルス燃焼では、脈動流が発生し、この脈動流により燃焼室と燃料液滴表層には境界層ができず、噴射ノズル１２５から噴射された液滴に熱伝達が効果的に行われ、エマルジョン燃料にミクロ爆発が効果的に発生する。また、燃焼室壁面に液滴が付着しても、脈動流によって液滴が剥ぎ取られて燃焼される。また、燃焼室内の温度分布が均一化されるので、不均一な燃焼が防止され、局所高温領域の発生に起因するＮＯｘの発生や内壁の焼損トラブルが抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るエマルジョン燃料燃焼装置の説明図である。
【図２】図１の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図３】図１の一部を拡大して示す拡大図である。
【図４】エマルジョン燃料の含水率と燃焼室有効長さとの関係を示したグラフである。
【図５】本発明の一実施の形態に係る攪拌装置の説明図である。
【図６】図５の矢視Ｄ−Ｄ断面図である。
【図７】図５に示した攪拌翼と旋回流径の関係の説明図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係るエマルジョン燃料燃焼装置の説明図である。
【図９】図８の一部を拡大して示す拡大図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  管状火炎バーナー
３、１２１  燃焼室
９  ノズル
１１  噴射弁
１７  攪拌装置
３９  流量調整弁
１２０  燃焼装置（パルス燃焼器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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