(57)【要約】【課題】各種石油燃料の削減および大気混入によるナノバブル生成、生成効率を維持し安定供給更に生成した燃料の送出が可能な燃料削減装置並びにこのものを具えた燃料削減装置を提供する。【解決手段】各種タンクや燃料タンクに大気および水・添加剤等を自吸または圧縮機などで供給し、押込ノズル内部で攪拌することにより、該ノズル内部でナノバブル気泡を発生させ混入混合することにより水・重油の水質向上や燃料削減を図れる押込ノズルを活用する構造にした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各種タンクや燃料タンクに大気および水・添加剤等を自吸または圧縮機などで供給し、押込ノズル内部で攪拌することにより、該ノズル内部でナノバブル気泡を発生させ混入混合することにより水・重油の水質向上や燃料削減を図れる押込ノズルを活用することを特徴とする燃料削減装置。
【請求項２】
前記各種タンクから排出される混入・混合の液体は送出ポンプにより、対象機器に送出されその送出量を任意に可変できる押込ノズルを有していることを特徴とする請求項１に記載の燃料削減装置。
【請求項３】
前記押込ノズルは各種タンクと取り付けたノズル間で対象液体を循環ポンプにより通過させることによりノズルの出口に背圧を掛け、大気及び水・添加剤の自吸量を可変することが可能であり、循環量と背圧の変化により、気泡の生成量と粒子の大きさを可変生成出来ることを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の燃料削減装置。
【請求項４】
前記押込ノズルは流体の通過量によっても大気自吸・押し込み量が可変でき、通過流量を任意の値で設定できることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３に記載の燃料削減装置。
【請求項５】
前記ノズルはタンクやその他の貯留装置を設けなくとも、配管に直接接続できインラインにてもナノバブルの生成が出来ることを特徴とする請求項１に記載の燃料削減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  二流体スプレーノズルを活用して、燃料油（重油や灯油・軽油・廃油等）等の液体燃料にナノサイズ空気を混入させる燃料削減装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  一般的に、燃料燃焼装置において、バーナーで燃料を噴霧させた場合、同時に燃焼用の空気を送り込むが、その空気は燃焼に必要な量以上を、送り込んでいる場合が多い。このため発生した熱量は必要以上に送り込まれた余分な空気によって、冷やされることになっていることは周知の事実である。【０００３】  そこで、燃料を微粒化することで燃焼効率を高めようとした燃料削減装置として、微粒化させたに水を添加するエマルジョン燃料で燃焼効率を高める方法が普及しつつある。【０００４】  しかし、このエマルジョン燃料の燃焼は炉内で水の突沸力によって燃料をより細かくさせるものである。すなわち、ノズル噴霧以上に微粒化することによって、燃料と空気の接触面積を大きくすることになるので、燃焼効率のプラス面があるが、水の潜熱によって、燃焼熱量は奪われるというマイナス面もある。
したがって、最善の燃焼効率を得られるものであるとは、言えない。【０００５】  また、エマルジョン装置は水粒子の大きさの不安定性や界面活性剤等のコストアップなどの問題点がある。このため、まだ普及が足踏み状態である。【０００６】  さらに、ボイラー等のバーナーに燃料供給して燃焼を行う際に、従来のエマルジョン化技術は界面活性剤を用いて大量の水を石油燃料に混合する方式であるためにその燃焼には燃焼工学の面からも炉内の腐蝕などの面で実際の燃焼機器に使用することには疑問点もあった。【０００７】  すなわち、従来のエマルジョン燃料の欠点は、時間の経過とともに油水分離が始まることであった。そこで、長期間分離せず粘性が低く良好な燃焼をするエマルジョン燃料を得るためには、基本的に良質のエマルジョン燃料製造用添加剤（界面活性剤）が必要となっている。【０００８】  重油等の液体燃料を完全燃焼させるのは容易ではなく、完全燃焼を実現すべく、水を使用するエマルジョン装置に代わるものとして、燃焼効率の良好な燃焼を比較的簡単な構成で実現することができる「酸素付加燃料供給装置」を提供するものがあるが、酸素を必要とすることが、設備面・コスト面での新たな問題点を有している。（特許文献３参照）【０００９】  この「酸素付加燃料供給装置」は、装置本体と、燃料と酸素とを混合するためのスタティックミキサーとを備え、スタティックミキサーにおいて混合された酸素付加燃料を装置本体に供給し、装置本体に供給された酸素付加燃料をポンプによってスタティックミキサーに圧送することにより、酸素付加燃料を装置本体とスタティックミキサーとの間で所望の回数循環させるように構成されている。【００１０】  すなわち、前記スタティックミキサーとの間で所望の回数循環させるようにしたものであり、燃料に酸素をポンプで数回混合するものであり、上述の問題点のほか、燃焼効率の向上効果も少なく費用対効果の低いものであると言える。【００１１】  二流体スプレーノズルとして「ループ流式バブル発生ノズル」の技術が公開されているが、「平均直径が１００μｍ未満のバブル、特に、平均直径が２０μｍ前後のマイクロバブルを発生させることができる。」と記載されおり、ナノバブルを得られる技術ものではない。（特許文献４参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２００２−２５７３３５号公報「請求項５」
【特許文献２】特開２００２−１５９８３２号公報「請求項５」
【特許文献３】特開２０１１−２２１７７９号公報「請求項１」「０００５」「図１」「図２」および「図５」
【特許文献４】特開２００９−１８９９８４号公報「００１２」「図１」および「図５」〜「図１４」
【００１３】  上記の「特許文献１」および「特許文献２」の先行技術は、いずれも、界面活性剤を添加剤として、活用している。「請求項５」添加剤は界面活性剤であり、この界面活性剤の比率は、燃料の容量１００に対して３〜７容量パーセントであることを特徴とするエマルジョン燃料供給システム。（特許文献１）【００１４】  「請求項５」複数の液体と界面活性剤とを略均一に混ぜ合わせることを特徴とするエマルジョン製造装置。（特許文献２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】  本発明はこのような背景からなされたものであって、各種石油燃料の削減および大気混入によるナノバブル生成、生成効率を維持し安定供給更に生成した燃料の送出が可能な燃料削減装置並びにこのものを具えた燃料削減装置の開発を技術課題としたものである。【００１６】  本発明が解決しようとする課題は、そのため、界面活性剤を用いることなく，独創的なナノバブル生成ノズルにより，新燃料の生成技術の確立である。
本発明の装置で生成した燃料では、黒煙や一酸化炭素の発生を抑えると共に燃焼炎の安定化を図ることを可能にすることである。【００１７】  なお、ナノバブルとは、ナノ（ｎａｎｏ）ｎ十億分の一／一塵０．００００００００１であり、マイクロバブル、即ち、マイクロ（ｍｉｃｒｏ）μ百万分の一／一微０．０００００１より、千分の一の単位のバブル（気泡）である。
【課題を解決するための手段】
【００１８】  課題を解決するための手段である「燃料削減装置」は、５項目で構成されている。【００１９】  第一の手段として、各種タンクや燃料タンクに大気および水・添加剤等を自吸または圧縮機などで供給し、押込ノズル内部で攪拌することにより、該ノズル内部でナノバブル気泡を発生させ混入混合することにより水・重油の水質向上や燃料削減を図れる押込ノズルを活用することを特徴としている。【００２０】  第二の手段として、前記各種タンクから排出される混入・混合の液体は送出ポンプにより、対象機器に送出されその送出量を任意に可変できる押込ノズルを有していることを特徴としている。【００２１】  第三の手段として、前記押込ノズルは各種タンクと取り付けたノズル間で対象液体を循環ポンプにより通過させることによりノズルの出口に背圧を掛け、大気及び水・添加剤の自吸量を可変することが可能であり、循環量と背圧の変化により、気泡の生成量と粒子の大きさを可変生成出来ることを特徴としている。【００２２】  第四の手段として、前記押込ノズルは流体の通過量によっても大気自吸・押し込み量が可変でき、通過流量を任意の値で設定できることを特徴としている。【００２３】  第五の手段として、前記ノズルはタンクやその他の貯留装置を設けなくとも、配管に直接接続できインラインにてもナノバブルの生成が出来ることを特徴としている。【００２４】  また、この第五の手段は、前記ノズルは燃焼装置のバーナー等にも直接接続でき、その状態でナノバブルと化石燃料を混合させることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２５】  本発明の燃料削減装置によれば、燃料中に空気を効率的にナノバブルにして混合させることができるので、燃焼効率の良好な燃焼を実現することができる。【００２６】  この装置で得た燃料は、燃焼効率が高まり、燃料削減が期待される。
この押込ノズルで空気を燃料に入れると重油で重量（比重）が７〜９％軽くなり、燃料中の空気粒子は図６および図７の通り安定している。粒径分布も図６および図７のとおりである。【００２７】  この燃料は、従来のバーナーで噴霧させる場合、燃料中のナノサイズ空気が燃焼時に瞬時に燃焼（酸化）に使われるためバーナーからの空気量をより絞って、少なくしても完全燃焼する。【００２８】  つまり、この燃料は、理論空気比に近づけて燃焼が出来るので、炉内の熱損失が少なくなる。よって、燃料の削減が期待できる。最大１２％程度の燃料削減効果を示していることは評価に値する。【００２９】  具体的には、下記のような経済効果が得られる。
（１）焼却炉やボイラー（バーナー）と燃料タンクの間に設置するだけで燃費効率の向上が図れる。
（２）ナノレベルの微粒気泡で対象燃料と大気混合するので通常の加水エマルジョン燃料や添加剤の混入燃料とは異なり、燃焼装置の酸化の心配や耐火材等に負荷を軽減できる。
（３）大気を対象燃料に混入することにより、燃焼効率が上がるため、余剰空気を減らし排気ガスが持ち去られる熱量を減少させることができる。その結果、燃費の改善ができ、燃料供給量を削減できるので、バーナーやボイラーに負荷を軽減できる。
（４）装置を導入することにより、燃焼温度の上昇が図れる。その結果、今まで燃焼に費やしていた時間の削減や１工程終了時間の短縮を行うことが可能となり設備稼働率の向上等の効果が現れる。【００３０】  さらに、環境・省エネ面では、下記のような効果が得られる。
（１）燃料の消費量を約８〜１２％削減できる。
（２）ＣＯ２排出を削減できる。
（３）燃焼効率の大幅改善、燃焼温度が２００℃〜２５０℃上昇させられる。
（４）黒煙（煤煙）が出にくくなる。
（５）石油系燃料の有害物質が少なくなる。
（６）完全燃焼することで、熱効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】  本発明の好ましい実施の形態に係る押込ノズルの外観を示す図である。
【図２】  押込ノズルの内部構造を示す図である。
【図３】  押込ノズルと燃料削減装置の関係を示すブロック図である。
【図４】  押込ノズルのノズル部の形状を示す詳細図である。
【図５】  押込ノズルのガイド部の形状を示す詳細図である。
【図６】  純水をビーカーに入れての気泡発生実験における「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データの線図である。
【図７】  Ａ重油をビーカーに入れての気泡発生実験における「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データの線図である。
【図８】  軽油をビーカーに入れての気泡発生実験における「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データの線図である。
【図９】  灯油をビーカーに入れての気泡発生実験における「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データの線図である。
【図１０】  Ｃ重油をビーカーに入れての気泡発生確認「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データと生成状態の確認線図である。
【図１１】  燃料削減装置のバーナー分流インラインの配管図である。
【図１２】  燃料削減装置のバーナー分流インラインの外観図である。
【図１３】  燃料削減装置の外観図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】  次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る燃料削減装置について説明する。図１のようなナノバブル生成ノズルとして、押込ノズルを採用した結果、最大１２％程度の燃料削減効果を示していることは評価に値する。
その根拠はバーナーから送り込む空気量を３％絞って（減らして）も従来と同じか、または、それ以下の排ガス中の一酸化炭素濃度８０ＰＰＭで燃焼している。これは理論空気に近づいても完全燃焼をしていることを意味する。
【００３３】  図１は、押込ノズルの外観を示しており、図２は、押込ノズルの内部構造を示している。全体として、略ロケット形状をなしている。このノズルには入口と出口がある。これを、押込ノズルと燃料削減装置の関係を示すブロック図（図３）のように接続している。
【００３４】  重油等の燃料入口に、ある一定以上の圧力（０．０４ｍｐａ以上）で流体を流入させた場合、内部では流体が密度差により中心部に集められることになる。
図４は、この押込ノズルのノズル部の形状を示す詳細図であり、図５は、押込ノズルのガイド部の形状を示す詳細図である。ノズル部のカサにより旋回流を発生させることが出来る構造にしている。
【００３５】  この旋回流によって、バブル発生ノズルの内部には外周と中心部の間で圧力差が生じことになる。この時、ノズルの中心部は、ほぼ真空状態となっている。
一方では、加圧された空気体が図１に示すノズル本体に設けた穴から流入し、噴出しようとする流体と、真空状態（超負圧の状態）の中心部へと流入しようとする気体が衝突し、また旋回しながら気体と流体が出口を通り抜ける時に、気体はせん断され微細化してナノバブルとなるわけである。
【００３６】  また、上述の加圧された空気体が流入し噴出しようとする流体と、真空状態（超負圧の状態）の中心部へと流入しようとする気体が衝突する時に、この衝突する圧力を任意に可変できるのが本ノズルの最大の特徴である。
【００３７】  その先に素子分断装置を取り付けることにより一流体ノズルの加圧粉砕と同じ状態を作り出し、再度、微粒化する装置としている。
【００３８】  このように、本発明の押込みノズルは循環回数の制限を設けていない。したがって、連続して微小気泡が混入した燃料を生成し続けタンク内に充満させて、その燃料をバーナーに供給する方式である。
【００３９】  その生成条件として、タンク方式の場合とインライン方式の場合について述べる。まず、タンク方式の場合は、タンクレベル低下を検知して、燃料をタンクに供給することにしている。タンクレベル低下が回復しない時以外は、微小気泡が混入した燃料を生成し続けながらバーナーや各対象に供給し続ける。
【００４０】  インライン方式の場合は、バーナー停止または圧力低下以外は微小気泡が混入した燃料を生成し続けながらバーナーや各対象に供給し続ける。
【００４１】  図１３に示す各種タンクや燃料タンクにおいて、一定の液面レベルに達したときに流入を一次停止させ、水位の量の減少をレベルスイッチにより検知させ、一定の減少レベルに至った時に、再度流入を行うことを自動的に繰り返すができるようにしている。このＯＮ−ＯＦＦ間でも、連続してナノバブルを生成することを電気回路にしている。
【００４２】  さらに、図１３に示す各種タンクと送出ポンプ・循環ポンプが収容される筐体は、接地面に対して、電気的に絶縁されていることによって、安全性・機能の安定性を確保している。
【実施例】
【００４３】実施例として、下記の図表１に示す諸元で実証した。【００４４】
2015117355.tif 000003
【００３８】  本ノズル介して得られる成果の実験結果を「図６」から「図１０」に示した。
先ず、「図１」は、透明で見易いことと、比熱が１であること、比重が１であることなどから、純水をビーカーに入れて気泡発生の実験を動的光散乱光度計によって測定したデータを線図に記載した。この線図によれば、ナノバブル粒子径が２８０ｎｍにおける濃度が９７と最も高い値を示している。【００４５】  「図７」には、Ａ重油に関して、「図８」には、軽油に関して、「図９」には、灯油に関して意のテータを示した。Ａ重油は、粒子径２８０ｎｍで濃度が９２、軽油は、粒子径２２０で濃度が１０４、灯油は、粒子径２００ｎｍで濃度が１０２を示している。これらは、それぞれの油の粘度や比重が影響していると考えられる。【００４０】  「図１０」には、Ｃ重油をビーカーに入れて気泡発生の実験を動的光散乱光度計によって測定したデータを線図に記載し、さらに「図７」に記載したＡ重油のデータを併記して、その比較結果として示した。この「図１０」によれば、Ｃ重油の生成バブルは９〜１９８μｍの間で状態が安定しており、Ａ重油と比較すると粒子径は大きいが、良好な生成であると判断出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４６】  産業上の利用可能性としては、下記のようなものがある。
（１）ホテル、温泉、ビル、レストランの温水のボイラー
（２）農産物用ビニールハウス（（ボイラー暖房・ヒーター熱源・温水ボイラー））
（３）病院、学校、寮などの暖房・給湯用温水・蒸気ボイラー
（４）食品工場の加熱用
（５）焼鈍工業などの火炎加工製造用
（６）クリーニング工場の温水・蒸気ボイラー
（７）焼却設備・糞尿リサイクル処理用の熱源  など  である。
【符号の説明】
【００４７】１  押込ノズル
２  燃料削減装置
３  押込ノズルのノズル部
４  押込ノズルのガイド部
【図１】
2015117355.tif 000004
【図２】
2015117355.tif 000005
【図３】
2015117355.tif 000006
【図４】
2015117355.tif 000007
【図５】
2015117355.tif 000008
【図６】
2015117355.tif 000009
【図７】
2015117355.tif 000010
【図８】
2015117355.tif 000011
【図９】
2015117355.tif 000012
【図１１】
2015117355.tif 000013
【図１２】
2015117355.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成26年3月10日(2014.3.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
【図１】  本発明の好ましい実施の形態に係る押込ノズルの外観を示す図である。
【図２】  押込ノズルの内部構造を示す図である。
【図３】  押込ノズルと燃料削減装置の関係を示すブロック図である。
【図４】  押込ノズルのノズル部の形状を示す詳細図である。
【図５】  押込ノズルのガイド部の形状を示す詳細図である。
【図６】  純水をビーカーに入れての気泡発生実験における「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データの線図である。
【図７】  Ａ重油をビーカーに入れての気泡発生実験における「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データの線図である。
【図８】  軽油をビーカーに入れての気泡発生実験における「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データの線図である。
【図９】  灯油をビーカーに入れての気泡発生実験における「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データの線図である。
【図１０】  Ｃ重油をビーカーに入れての気泡発生確認「動的光散乱光度計によるナノバブル測定データと生成状態の確認線図である。
【図１１】  燃料削減装置のバーナー分流インラインの配管図である。
【図１２】  燃料削減装置のバーナー分流インラインの外観図である。
【図１３】  燃料削減装置の外観図である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2015117355.tif 000015
【図２】
2015117355.tif 000016
【図３】
2015117355.tif 000017
【図４】
2015117355.tif 000018
【図５】
2015117355.tif 000019
【図６】
2015117355.tif 000020
【図７】
2015117355.tif 000021
【図８】
2015117355.tif 000022
【図９】
2015117355.tif 000023
【図１０】
2015117355.tif 000024
【図１１】
2015117355.tif 000025
【図１２】
2015117355.tif 000026
【図１３】
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