(57)【要約】【課題】燃焼機器の燃焼室への供給に適した方法でアルコール系燃料を供給する。【解決手段】主燃料１を燃焼させる燃焼室２と、サーマルＮＯｘ抑制用の水３にアルコール系燃料４を混合させる混合手段５と、アルコール系燃料４を混合させた水３を主燃料１と一緒に又は単独で燃焼室２に噴射させる噴射手段６を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃料の燃焼ガスにサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気を供給する燃焼機器の燃料供給方法において、前記サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させて前記主燃料と一緒に又は単独で燃焼室に噴射させることを特徴とする燃焼機器の燃料供給方法。
【請求項２】
前記アルコール系燃料を混合させた水又は水蒸気中のアルコール濃度は６０重量％未満であることを特徴とする請求項１記載の燃焼機器の燃料供給方法。
【請求項３】
アルコール濃度６０重量％未満のアルコール水溶液を前記水又は水蒸気に混合させることを特徴とする請求項２記載の燃焼機器の燃料供給方法。
【請求項４】
前記アルコール系燃料は植物由来のものであることを特徴とする請求項１記載の燃焼機器の燃料供給方法。
【請求項５】
前記アルコール系燃料はバイオエタノールであることを特徴とする請求項１記載の燃焼機器の燃料供給方法。
【請求項６】
主燃料を燃焼させる燃焼室と、サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させる混合手段と、前記アルコール系燃料を混合させた水又は水蒸気を前記主燃料と一緒に又は単独で前記燃焼室に噴射させる噴射手段を備えることを特徴とする燃焼機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼機器の燃料供給方法および燃焼機器に関する。更に詳しくは、本発明は、主燃料の燃焼ガスに水又は水蒸気を供給して燃焼ガスの温度を下げ、サーマルＮＯｘの発生を抑制する燃焼機器におけるアルコール系燃料の供給方法およびこれを使用する燃焼機器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
温暖化ガスである二酸化炭素の排出量を低減するため、ガスタービン，ディーゼルエンジン，ボイラ等の燃焼機器において、例えばバイオエタノールを代表とするアルコール系燃料の使用が検討されている。例えば、特許文献１では、軽油にアルコール系燃料を混合したディーゼル燃料が提案されている。このディーゼル燃料は、ディーゼル機関用の軽油を主成分とし、イソプロピルアルコール、ノルマルプロピルアルコール、イソブチルアルコール、センカダリーブチルアルコールを混合したものである。また、特許文献２では、軽油の代替燃料として、トリアシルグリセロールとモノアシルグリセロールとアルコールを混合し、トリアシルグリセロール（連続相）中にアルコール（分散相）を分散させたマイクロエマルションの粘性をモノアシルグリセロール（界面活性剤）によって低減させた天然油脂燃料が提案されている。
【０００３】
このようなディーゼル燃料や代替燃料を通常の軽油と同様にディーゼルエンジンで使用することで、ディーゼルエンジンの燃焼室にアルコール系燃料を供給して使用することが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３７０６４号公報
【特許文献２】特開平１１−２７９５７２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、上記軽油にアルコールを混合したディーゼル燃料は、軽油とアルコールが親和性に劣ることから分離しやすく、均一に混合した状態を維持するのが難しい。そのため、実際の使用は困難である。また、上記代替燃料は、上記ディーゼル燃料に比べるとアルコールの分散状態を維持できるものの、長時間の放置によってアルコールが分離する虞があり、やはり実際の使用は困難である。即ち、上記のいずれの燃料も実際の使用には問題があり、このようなかたちでアルコール系燃料をエンジンに供給することは困難である。
【０００６】
本発明は、実際の使用に適したアルコール系燃料の燃料供給方法およびこれを使用した燃焼機器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】
かかる目的を達成するために請求項１記載の発明は、主燃料の燃焼ガスにサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気を供給する燃焼機器の燃料供給方法において、サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させて主燃料と一緒に又は単独で燃焼室に噴射させるものである。
【０００８】
したがって、アルコール系燃料はアルコール水溶液又はその蒸気として燃焼室内に供給され、燃焼される。主燃料の燃焼ガスは、主燃料と一緒に噴射された、又は単独で即ち主燃料及び燃焼用空気とは別に噴射されたアルコール水溶液又はその蒸気中の水分によって冷却され、サーマルＮＯｘの発生が抑制される。アルコール系燃料は水に溶けやすいので、サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気を噴射させるのと同じようにアルコール水溶液又はその蒸気として噴射させることができる。また、アルコール系燃料を水又は水蒸気に混合させることで、噴射させるアルコール水溶液又はその蒸気のアルコール濃度は低くなる。
【０００９】
また、請求項２記載の燃焼機器の燃料供給方法は、アルコール系燃料を混合させた水又は水蒸気中のアルコール濃度を６０重量％未満にしている。したがって、調製したアルコール水溶液を消防法の規制のないアルコール濃度の低い状態で燃焼室内に噴射させることができる。
【００１０】
また、請求項３記載の燃焼機器の燃料供給方法は、アルコール濃度６０重量％未満のアルコール水溶液を水又は水蒸気に混合させるものである。したがって、取り扱うアルコール水溶液を全て消防法の規制のないアルコール濃度の低いものにすることができる。
【００１１】
また、請求項４記載の燃焼機器の燃料供給方法のように、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料は植物由来のものであることが好ましい。植物由来のアルコール系燃料としては、例えば、エタノール，メタノール，ブタノール，プロパノール，イソプロピルアルコール，エチレングリコール，グリセリンなど低級アルコール等がある。
【００１２】
また、請求項５記載の燃焼機器の燃料供給方法のように、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料はバイオエタノールであることが好ましい。
【００１３】
さらに、請求項６記載の燃焼機器は、主燃料を燃焼させる燃焼室と、サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させる混合手段と、アルコール系燃料を混合させた水又は水蒸気を主燃料と一緒に又は単独で燃焼室に噴射させる噴射手段を備えるものである。
【００１４】
したがって、アルコール系燃料は混合手段によってサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気と混合され、アルコール水溶液又はその蒸気として噴射手段から燃焼室内に供給されて燃焼される。主燃料の燃焼ガスは、主燃料と一緒に噴射された、又は単独で即ち主燃料及び燃焼用空気とは別に噴射されたアルコール水溶液又はその蒸気中の水分によって冷却され、サーマルＮＯｘの発生が抑制される。アルコール系燃料は水に溶けやすいので、サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気を噴射させるのと同じようにアルコール水溶液又はその蒸気として噴射手段から噴射させることができ、燃焼室内へのアルコール系燃料の供給が容易である。アルコール系燃料を水又は水蒸気に混合させることで、噴射手段から噴射させるアルコール水溶液又はその蒸気のアルコール濃度を下げることができる。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１記載の燃焼機器の燃料供給方法および請求項６記載の燃焼器では、アルコール系燃料をサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気に混合させてアルコール水溶液又はその蒸気として燃焼室に供給するので、燃焼室内でアルコール系燃料を確実に燃焼させることができ、主燃料を補う副燃料としてアルコール系燃料を使用することができる。即ち、燃焼機器でアルコール系燃料を使用する場合、例えば主燃料にアルコール系燃料を混合させた燃料を予め調製しておき、これを使用することが考えられる。しかしながら、この場合には主燃料とアルコール系燃料との相性を考慮する必要があり、特にアルコール系燃料が溶けにくい主燃料を使用する燃焼機器には適用が困難である。これに対し、本発明ではサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させて燃焼室内に噴射させるので、アルコール系燃料と混合し難い燃料を主燃料として使用する燃焼機器についてもアルコール系燃料を使用することができる。
【００１６】
また、アルコール系燃料をサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気に混合して燃焼室内に供給するので、燃焼室内へのアルコール系燃料の供給が容易であると共に、燃焼させるのに適したかたちでアルコール系燃料を供給することができる。
【００１７】
また、アルコール系燃料を含むサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気は主燃料と一緒に又は単独で燃焼室内に供給され、燃焼用空気とは別に供給されるので、燃焼用空気の供給量を減少させることがなく、燃焼させることが可能な燃料量の減少を防止することができる。
【００１８】
また、アルコール系燃料の火炎温度は比較的低いので、サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気によるＮＯｘの発生抑制効果をさほど害することもない。
【００１９】
また、サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気を燃焼室内に噴射させる設備を利用してアルコール系燃料を供給することができるので、低コストでの実現が可能である。
【００２０】
また、請求項２記載の燃焼機器の供給方法では、主燃料の燃焼ガスに供給するアルコール水溶液のアルコール濃度を６０重量％未満としているので、アルコール水溶液が消防法の規制対象から外れ、アルコール系燃料を使用することで必要になる防爆設備が簡易なもので足りる。即ち、燃焼室周辺についてはアルコール系燃料を使用しない通常の防爆仕様での運用が可能となる。
【００２１】
また、請求項３記載の燃焼機器の燃料供給方法では、アルコール濃度６０重量％未満のアルコール水溶液をサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気に混合させるようにしているので、混合前のアルコール水溶液も消防法の規制対象から外れることになり、混合前のアルコール水溶液についての防爆への配慮も軽減することができる。また、製造時にアルコール濃度の低いアルコール水溶液をそのまま使用することができる。
【００２２】
ここで、請求項４記載の燃焼機器の燃料供給方法のように、二酸化炭素排出量削減のためには、植物由来のアルコール系燃料を使用することが好ましい。植物由来のアルコール系燃料は製造時に精製によりアルコール濃度を高めるのが一般的であるが、本発明ではアルコール系燃料を水で薄めて使用するため、植物由来のアルコール系燃料のアルコール濃度を製造時にわざわざ高める必要がなくなる。そのため、アルコール系燃料の製造を簡略化することができ、安価なアルコール系燃料の使用が可能になる。また、カーボンニュートラルな植物由来のアルコール系燃料を使用することで、燃焼機器での燃焼による新たな二酸化炭素の排出を防止することができる。
【００２３】
また、請求項５記載の燃焼機器の燃料供給方法のように、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料としてバイオエタノールを使用することが好ましい。カーボンニュートラルなバイオエタノールを使用することで燃焼機器での燃焼による新たな二酸化炭素の排出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の燃焼機器の第１の実施形態を示す概略構成図である。
【図２】調製アルコール水溶液を噴射させるノズルの先端部分の断面図である。
【図３】本発明の燃焼機器の第２の実施形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明の燃焼機器の第３の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明の燃焼機器の第４の実施形態を示す概略構成図である。
【図６】本発明の燃焼機器の第５の実施形態を示す概略構成図である。
【図７】本発明の燃焼機器の第６の実施形態を示す概略構成図である。
【図８】エタノール水溶液と主燃料の比率とＮＯｘ低減率との関係を示し、エタノール濃度を変化させて行った実験結果を示すグラフである。
【図９】図８のグラフを水／主燃料比率とＮＯｘ低減率との関係に変換した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。
【００２６】
図１に、本発明の燃焼機器の第１の実施形態を示す。本発明は、サーマルＮＯｘの発生抑制のための水あるいは水蒸気にアルコール系燃料を混ぜて供給し、これまでアルコール系燃料を適用することが困難であった燃焼機器において、アルコール系燃料の使用を可能とするものである。燃焼機器は、主燃料１を燃焼させる燃焼室２と、サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気（以下、水３という）にアルコール系燃料４を混合させる混合手段５と、アルコール系燃料４を混合させた水３を主燃料１と一緒に又は単独で燃焼室２に噴射させる噴射手段６を備えている。即ち、燃焼機器は、主燃料１の燃焼ガスに水３を供給し燃焼ガスの温度を下げてサーマルＮＯｘの発生を抑制する手段を有しており、水３にアルコール系燃料４を混合し、調製したアルコール水溶液を燃焼ガスに供給することでアルコール系燃料４を燃焼させるようにしている。本実施形態では、調製したアルコール水溶液を単独で、即ち主燃料１及び燃焼用空気８とは別に燃焼室２に噴射させるようにしており、噴射手段６は水・アルコール供給系９が接続された噴射ノズルである。
【００２７】
燃焼室２には主燃料１と燃焼用空気８が供給され燃焼される。主燃料１は、１つのノズル又は複数のノズルから１度に全量を燃焼室２内に供給して燃焼させても良いし（１段燃焼）、燃焼ガスの流れる方向に沿って複数段に分けて供給し徐々に燃焼させるようにしても良い（多段燃焼）。また、燃焼用空気８も同様に、１つのノズル又は複数のノズルから１度に全量を燃焼室２内に供給して燃焼させても良いし、燃焼ガスの流れる方向に沿って複数段に分けて供給し徐々に燃焼させるようにしても良い。
【００２８】
適用できる燃焼機器は、主燃料１の種類による制限を受けない。つまり、主燃料１として液体燃料，気体燃料のいずれを使用する燃焼機器にも適用可能であり、また、固体燃料を使用する燃焼機器にも適用可能である。ここで、液体燃料としては、例えばナフサ，軽油，灯油，Ａ重油，Ｃ重油，原油等の化石燃料，菜種油，綿実油，パーム油等のバイオ由来の植物原油，魚油，乳脂，牛脂等の動物性原油，植物性原油や動物性原油をメチルエステル化した油等がある。気体燃料としては、例えば天然ガス，ＬＰガス，ブタンガス，一酸化炭素，水素ガス，高炉ガス，石炭，バイオマス，蒸留残渣油などガス化したガス等がある。固体燃料としては、例えば微粉炭，木炭，木質ペレット等がある。また、アルコール系燃料４が溶け易い主燃料１を使用する燃焼機器への適用は勿論のこと、アルコール系燃料４が溶けにくい又は溶かさない主燃料１を使用する燃焼機器への適用も可能である。
【００２９】
水・アルコール供給系９は、水３に液体又は気体のアルコール系燃料４を混合してアルコール水溶液又はその蒸気を調製し噴射手段６に供給するもので、本実施形態では、水３に液体のアルコール系燃料４を混合してアルコール水溶液を調製し、そのアルコール水溶液（以下、調製アルコール水溶液という）を噴射手段６に供給するようにしている。
【００３０】
水・アルコール供給系９は、水３とアルコール系燃料４を混合する混合手段５と、水３を貯える水タンク１０と、水タンク１０内の水３を混合手段５に供給する水ポンプ１１と、水ポンプ１１から混合手段５に供給される水量を調節する水量調節手段１２と、アルコール系燃料４を貯える燃料タンク１３と、燃料タンク１３内のアルコール系燃料４を混合手段５に供給する燃料ポンプ１４と、燃料ポンプ１４から混合手段５に供給されるアルコール系燃料４の流量を調節する燃料量調節手段１５を備えている。本実施形態では、アルコール系燃料４をアルコール濃度を低くしたアルコール水溶液７の状態にして燃料タンク１３内に貯蔵している。ただし、必ずしもアルコール系燃料４をアルコール水溶液７の状態にする必要はなく、防爆設備を整えることでアルコール系燃料４を貯蔵し使用することも可能である。
【００３１】
混合手段５は、例えば水３の流路１６にアルコール系燃料４（アルコール水溶液７）の流路１７を合流させる集合管である。ただし、集合管に限るものではなく、水３にアルコール水溶液７を混合させることができるものであれば使用可能である。
【００３２】
水量調節手段１２は、例えば流路１６内の流量を調節する流量調節弁１２ａと、流路１６内の流量を計測する流量計１２ｂを備え、流量調節弁１２ａは流量計１２ｂによって計測された流量が予め決められた目標値になるように流量を調節する。また、燃料量調節手段１５は、例えば流路１７内の流量を調節する流量調節弁１５ａと、流路１７内の流量を計測する流量計１５ｂを備え、流量調節弁１５ａは流量計１５ｂによって計測された流量が予め決められた目標値になるように流量を調節する。このように流量調節された水３とアルコール水溶液７とが混合手段５によって混合され、噴射手段６へと流れながら予め設定されたのアルコール濃度の調製アルコール水溶液となる。即ち、調製アルコール水溶液の流量とアルコール濃度がそれぞれ所定値になるように水３の流量とアルコール水溶液７の流量とアルコール濃度が決定されている。調製アルコール水溶液は水ポンプ１１及び燃料ポンプ１４による圧力によって噴射手段６へと圧送され燃焼室２内へと噴射される。
【００３３】
調製アルコール水溶液は主燃料１の燃焼ガスの温度が最も高くなる領域（以下、高温領域という）に向けて噴射されることが好ましい。このようにすることで、燃焼ガスの最高温度が低くなり、最も効果的にサーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。ただし、調製アルコール水溶液の供給位置はこれに限るものではなく、高温領域から外れても燃焼ガスの温度を下げるという効果を得ることができる位置であれば良い。
【００３４】
噴射手段６としての噴射ノズルは、主燃料１を燃焼室２内に噴射させる燃料ノズルと一体化させたものでも良いし、別体のものでも良い。また、燃料ノズルと噴射ノズルを別体にする場合には、噴射ノズルを燃焼用空気８を燃焼室２内に供給するノズルと一体化させたものでも良いし、別体のものでも良い。
【００３５】
図２に、燃料ノズルと一体化された噴射ノズルを示す。このノズルの先端中央には主燃料１を噴射させる噴射口２２が設けられており、調製アルコール水溶液２４を噴射させる噴射口２３は噴射口２２を中心とした円周上に所定間隔をあけて複数設けられている。調製アルコール水溶液２４は噴射口２２から噴射された主燃料１の燃焼ガス２５に向けて噴射される。
【００３６】
アルコール系燃料４としては水３に溶けるものであれば使用可能である。例えば、エタノール，メタノール，ブタノール，プロパノール，イソプロピルアルコール，エチレングリコール，グリセリンなど低級アルコール等の使用が可能である。ここで、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料４は植物由来のものであることが好ましい。植物由来のアルコール系燃料４は製造時に精製によりアルコール濃度を高めているが、本発明ではアルコール系燃料４を水で薄めて使用するため、アルコール系燃料４のアルコール濃度を製造時にわざわざ高める必要がなくなり、アルコール系燃料４の製造を簡略化することができる。また、二酸化炭素排出量削減のためには、アルコール系燃料４はバイオエタノールであることが好ましい。カーボンニュートラルなバイオエタノールを使用することで燃焼による新たな二酸化炭素の排出を防止することができる。ただし、植物由来のアルコール系燃料４やバイオエタノール以外のアルコール系燃料４を使用しても良い。
【００３７】
本実施形態では、噴射手段６から噴射させる調製アルコール水溶液のアルコール濃度を６０重量％未満としている。アルコール濃度を６０重量％未満にすることで調製アルコール水溶液が消防法の規制の対象外となり、燃焼室２周辺の防爆設備を簡略化することができる。ただし、必ずしも調製アルコール水溶液のアルコール濃度を６０重量％未満にする必要はなく、防爆設備が必要になるがアルコール濃度を６０重量％以上にしても良い。
【００３８】
また、本実施形態では、水・アルコール供給系９において、水３に混合するアルコール系燃料４としてアルコール濃度６０重量％未満のアルコール水溶液７を使用している。即ち、アルコール濃度６０重量％未満のアルコール水溶液７を燃料タンク１３に貯えている。例えば、植物由来のアルコール系燃料４、例えばエタノールの製造では原料を糖化させて発酵させただけではアルコール濃度が低く、蒸留を繰り返し行うことでアルコール濃度を高めている。この蒸留工程には多大なエネルギーが必要であり、製造コストの増加や二酸化炭素排出量増加の原因となる。本実施形態では低濃度のアルコール系燃料４を使用するので、蒸留を行っていない又は蒸留回数を減らしたアルコール系燃料４を使用することができ、コストの低減と二酸化炭素排出量の低減を行うことができる。
【００３９】
次に、本発明の燃焼機器の燃料供給方法について説明する。燃焼機器の燃料供給方法（以下、単に燃料供給方法という）は、主燃料１の燃焼ガスにサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気（水３）を供給するものであって、水３にアルコール系燃料４を混合させて単独で燃焼室２に噴射させるものである。
【００４０】
水・アルコール供給系９の水ポンプ１１及び燃料ポンプ１４を作動させると、水量調節手段１２によって流量調節された水３と燃料量調節手段１５によって流量調節されたアルコール水溶液７が混合手段５に供給され、混合されてアルコール水溶液（調製アルコール水溶液）が調製される。この調製アルコール水溶液は水ポンプ１１及び燃料ポンプ１４の加圧力によって噴射手段６に供給され、燃焼室２内に噴射されて燃焼される。アルコール系燃料４は水３に溶けやすく、サーマルＮＯｘ抑制用の水と同じように調製アルコール水溶液を扱うことができるので、燃焼室２内へのアルコール系燃料４の供給が容易である。
【００４１】
噴射手段６は主燃料１の燃焼ガスの高温領域に向けて設けられており、噴射された調製アルコール水溶液は燃焼ガスの高温領域に供給される。調製アルコール水溶液中の水３によって燃焼ガスの高温領域が冷却され、サーマルＮＯｘの発生が抑制される。
【００４２】
また、調製アルコール水溶液中のアルコール系燃料４は燃焼ガスによって燃焼される。アルコール系燃料４の火炎温度は比較的低い。そのため、アルコール系燃料４の燃焼による燃焼ガスの温度上昇量は少なく、アルコール系燃料４と一緒に噴射された水３によるサーマルＮＯｘの発生抑制効果をさほど害さない。即ち、アルコール系燃料４による温度上昇と水３による温度低下とを比較すると、水３による温度低下の影響の方が大きく、サーマルＮＯｘの発生を効果的に抑制することができる。
【００４３】
本実施形態では、主燃料１とは別にアルコール系燃料４を供給するので、たとえ主燃料１がアルコール系燃料４を溶かし難いものであったとしても、アルコール系燃料４を燃焼室２内に供給して良好に燃焼させることができる。
【００４４】
また、例えば燃料を自己着火させるディーゼルエンジンでは自己着火性の低いアルコール系燃料４の主燃料１としての使用は困難であるが、本発明では自己着火させたディーゼル燃料（主燃料１）の燃焼ガスに調製アルコール水溶液を噴射することでアルコール系燃料４を燃焼させることができる。そのため、ディーゼルエンジンについてもアルコール系燃料４の使用を可能にできる。
【００４５】
また、本発明では、アルコール系燃料４を使用するので、その分だけ主燃料１の使用量を減らすことができる。
【００４６】
また、本発明は調製アルコール水溶液を単独で燃焼室２内に供給するようにしており、燃焼用空気８とは別に供給するようにしているので、燃焼室２内への燃焼用空気８の供給量を減少させることがなく、燃焼させることが可能な燃料量の減少を防止することができる。
【００４７】
本発明は、主燃料１の燃焼ガスに向けて水３を噴射させる手段を有する燃焼機器であれば適用可能である。例えば、ガスタービン，ディーゼルエンジン，ボイラ，ガスエンジン，熱風炉バーナなどの加熱用バーナ等の燃焼機器に適用できるが、これらに限るものではない。
【００４８】
例えば、ガスタービン，ボイラに適用する場合には、例えば図２に示す一体型のノズルを使用して調製アルコール水溶液及び主燃料１を燃焼室内に噴射させると共に、別の位置に設けたポートから燃焼用空気８を供給する。
【００４９】
例えば、ディーゼルエンジンに適用する場合には、主燃料１を噴射する燃料ノズルの近傍に噴射手段６としての開閉ポートを設け、主燃料１が自己着火したタイミングで開閉ポートを開いて調製アルコール水溶液を供給する。
【００５０】
燃焼室２内へのアルコール系燃料４の供給量は、得たいアルコール系燃料４による発熱量に応じて決定される。また、燃焼室２内への水３の供給量は、燃焼ガスの温度を何度下げるかに応じて決定される。そして、アルコール系燃料４の供給量と水３の供給量が目標値になるように、調製アルコール水溶液の流量とアルコール濃度が決定される。
【００５１】
次に、図３に基づいて本発明の燃焼器の第２の実施形態について説明する。なお、図１に示す機器類と同一の機器類については同一の符号を付してそれらについての説明は省略する（図４〜図７についても同様）。
【００５２】
図１の燃焼機器では、調製アルコール水溶液を単独で燃焼室２に噴射させるようにしていたが、本実施形態では調製アルコール水溶液を主燃料１と一緒に燃焼室２に噴射させるようにしている。即ち、本実施形態では、主燃料１と調製アルコール水溶液とを一緒に噴射させる燃料ノズルが噴射手段６である。
【００５３】
なお、調製アルコール水溶液を主燃料１と一緒に噴射させる場合、主燃料１が液体のときには液体のアルコール系燃料４（調製アルコール水溶液）を一緒に噴射させるようにし、主燃料１が気体のときには気体のアルコール系燃料４（調製アルコール水溶液の蒸気）を一緒に噴射させることが好ましい。これらの組み合わせにすることで主燃料１とアルコール系燃料４とをより良好に混合させることができ、主燃料１の燃焼ガスの高温域全体をより均一に冷却することが可能になる。ただし、主燃料１が液体のときに調製アルコール水溶液の蒸気を一緒に噴射させることも可能であり、主燃料１が気体のときに調製アルコール水溶液を一緒に噴射させることも可能である。これらの組み合わせでも主燃料１及びアルコール系燃料４を主燃料１の燃焼ガスにスムーズに供給することができる。また、主燃料１が固体のときにはアルコール系燃料４は液体と気体のいずれでも良い。いずれの組み合わせであっても主燃料１及びアルコール系燃料４を主燃料１の燃焼ガスにスムーズに供給することができる。
【００５４】
混合手段５によって混合され調製された調製アルコール水溶液は、主燃料１の供給ライン１９の途中に設けられた燃料混合手段１８に供給され、主燃料１に混合される。調製アルコール水溶液は主燃料１と混ざり合いながら又は混ざり合わないまでも主燃料１の流れに乗って一緒に流れ、噴射手段６である燃料ノズルから燃焼室２内に噴射されて燃焼される。ここで、燃料混合手段１８は、例えば主燃料１の供給ライン１９に調製アルコール水溶液の流路２０を合流させる集合管である。ただし、集合管に限るものではなく、主燃料１の流れに調製アルコール水溶液の流れを合流させることができるものであれば使用可能である。
【００５５】
本実施形態でも、調製アルコール水溶液を主燃料１の燃焼ガスに供給することができ、アルコール系燃料４の使用が可能になる点、サーマルＮＯｘの発生を抑えることができる点、燃焼用空気８の供給量を減少させない点等の効果は同様である。
【００５６】
また、調製アルコール水溶液を主燃料１と一緒に噴射させているので、噴射させた水３のほぼ全量を燃焼ガスに確実に届かせることができ、より効率よくサーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００５７】
また、本発明では、調製アルコール水溶液を主燃料１と一緒に噴射させるので、調製アルコール水溶液専用の噴射ノズルを設ける必要がなく、設備を簡略化することが
【００５８】
また、アルコール系燃料４を主燃料１に溶かす又は十分に混合させる必要はないので、たとえ主燃料１がアルコール系燃料４を溶かし難いもの又は混合し難いものであったとしても、アルコール系燃料４を燃焼室２内に供給して良好に燃焼させることができる。
【００５９】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
【００６０】
例えば、上述の説明では、水・アルコール供給系９は混合手段５によって混合し調製した調製アルコール水溶液を液体のまま噴射手段６に供給するようにしていたが、必ずしもこの構成に限るものではなく、例えば図４に示すように混合手段５で混合し調製した調製アルコール水溶液を蒸気発生器２１によって蒸発させ、蒸気（気体）として噴射手段６に供給するようにしても良い。あるいは、例えば図５に示すように混合手段５で混合し調製した調製アルコール水溶液を蒸気発生器２１によって蒸発させ、燃料混合手段１８によって主燃料１に混合させるようにしても良い。これらの場合にも、アルコール系燃料４を燃焼室２内に供給することができると共に、主燃料１の燃焼ガスの温度を下げてサーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。なお、図４の燃焼機器は特に主燃料１として液体燃料を使用する場合等に適しており、図５の燃焼機器は特に主燃料１としてガス燃料を使用する場合等に適している。また、蒸気発生器２１としては、例えばボイラの使用が可能である。
【００６１】
また、上述の説明では、混合手段５は単に水３の流れにアルコール水溶液７の流れを合流させる集合管であったが、必ずしもこれに限るものではなく、例えば両者の流れを合流させながら加熱して蒸発させる蒸気発生器としても良い。即ち、図４の燃焼機器と図５の燃焼機器における混合手段５と蒸気発生器２１とを一体化させたものでも良い。これらの場合にも、アルコール系燃料４を燃焼室２内に供給することができると共に、主燃料１の燃焼ガスの温度を下げてサーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。
【００６２】
また、例えば図６に示すように、水３とアルコール水溶液７を蒸気発生器２１に供給して蒸発させた後、水蒸気とアルコール系燃料蒸気とを混合手段５に供給して混合させ噴射手段６に供給するようにしても良く、あるいは、例えば図７に示すように混合手段５によって混合させた混合蒸気を燃料混合手段１８によって主燃料１に混合させるようにしても良い。これらの場合にも、アルコール系燃料４を燃焼室２内に供給することができると共に、主燃料１の燃焼ガスの温度を下げてサーマルＮＯｘの発生を抑制することができる。なお、水３を蒸発させる蒸気発生器２１とアルコール水溶液７を蒸発させる蒸気発生器２１を別々のものにしても良いし、図６又は図７に示すように共通の蒸気発生器２１を使用しても良い。
【実施例１】
【００６３】
サーマルＮＯｘ抑制用の水にアルコール系燃料を混合することによるサーマルＮＯｘ抑制効果への影響を確認するための試算を行った。サーマルＮＯｘ抑制用の水へのアルコール系燃料の添加率が、０重量％，５重量％，１０重量％，２０重量％，３０重量％である場合について計算を行った。アルコール系燃料としてエタノール、主燃料として軽油を想定して、燃焼器部圧力２．０ＭＰａ、空気温度４００℃のガスタービンでの試算である。これは、火炎温度の低減に基づいた試算で実際の運転とは異なる可能性がある。
【００６４】
その結果を図８に示す。横軸はアルコール水溶液（アルコール系燃料を混合させた水）と主燃料の比率（ｋｇ／ｋｇ）、縦軸はＮＯｘ低減率である。ここで、ＮＯｘ低減率は、主燃料の燃焼ガスにサーマルＮＯｘ抑制用の水を供給した場合の排ガスのＮＯｘ濃度をＮ、サーマルＮＯｘ抑制用の水を供給しない場合の排ガスのＮＯｘ濃度をＮ０とした場合、Ｎ／Ｎ０であらわされる。
【００６５】
図８からも明らかなように、アルコール系燃料（エタノール）の添加率が小さい場合ほどＮＯｘ低減率も小さくなっている。ただし、アルコール系燃料添加率が最も大きい３０重量％の場合でも、水(エタノールを含む)と主燃料の比率を２．４まで増やすことで、ＮＯｘ低減率を同比率が０のときの１／６以下に低減することが可能であることが判った。
【００６６】
次に、図８を単純に水と主燃料の割合で示した（図９）。横軸は水と主燃料の比率（ｋｇ／ｋｇ）、縦軸はＮＯｘ低減率である。図９からも明らかなように、アルコール系燃料の添加率を変化させても水／主燃料比率とＮＯｘ低減率との関係は殆ど変わらなかった。これはエタノールの火炎温度が低いため、エタノールの添加率を大きくしても燃焼ガス温度は殆ど変化しないからであると考えられる。即ち、主として水／主燃料比率がＮＯｘ低減率を支配しており、サーマルＮＯｘ抑制用の水にアルコール系燃料を混合してもサーマルＮＯｘ発生量にはあまり影響しないことが確認できた。つまり、本発明のようにサーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気にアルコール系燃料を混合させて燃焼室内に噴射させても、サーマルＮＯｘ発生量にはあまり影響を与えず、むしろアルコール系燃料を使用できるという利点だけが際立つことになることが確認できた。なお、主燃料の供給量は、アルコール系燃料の発熱量に相当する分だけ少なくすることができる。
【符号の説明】
【００６７】
１  主燃料
２  燃焼室
３  サーマルＮＯｘ抑制用の水又は水蒸気
４  アルコール系燃料
５  混合手段
６  噴射手段
【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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