(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料供給と強制送風空気を効果的に制御することにより、粘性の異なる種類の廃油に対応した高燃焼効率で、安全性、耐久性、公害性に優れた円筒型廃油ストーブを提供する。【解決手段】燃料供給は、廃油供給パイプの途中にロータリー式油圧ポンプを設けることで廃油の供給速度と供給最大量の調整を可能にする。また、気化ガスに旋回流を生じさせる一次燃焼用補助空気ポートと、燃焼室中間部に設けた一次・二次燃焼兼用補助空気ポートと、リーン燃焼を効率よく促進させる二次燃焼用補助空気ポートを、主軸空気ポートに多段階に取付けた空気制御装置を燃焼室の中心に配置することで、安定した強い旋回流が供給されるため、燃焼効率が向上してCO、NOｘ等も低減することができる。【選択図】  図１
2008070083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃油を燃焼室に供給し、燃焼室内で供給された廃油を気化し燃焼させる円筒型廃油ストーブであって、前記燃焼室の中心に多数の孔を有する主軸空気ポートとこれに接続する複数の補助空気ポートからなる強制空気送風装置を備えたことを特徴とする円筒型廃油ストーブ。
【請求項２】
前記主軸空気ポートの断面形状は正多角形または円形のいずれかであり、補助空気ポートの断面形状は円形とし、補助空気ポートの端は閉ざされているが燃焼室底部側の主軸空気ポートの端には複数の孔を設けたことを特徴とする請求項１記載の円筒型廃油ストーブ。
【請求項３】
前記廃油供給手段は、廃油を貯留する廃油タンクと燃焼室とを連結して廃油を供給する廃油供給パイプの途中に設けるロータリー式油圧ポンプにより廃油供給速度と供給最大量の調整を可能にする廃油供給機構を構成して供給することを特徴とする請求項1記載の円筒型廃油ストーブ。
【請求項４】
前記補助空気ポートは、リッチ燃焼を促進させ気化ガスに旋回流を生じさせる一次燃焼用補助空気ポートとリッチ燃焼およびリーン燃焼を効率よく促進させ一次および二次燃焼火炎に旋回流を与える一次・二次燃焼兼用補助空気ポートとリーン燃焼を効率よく促進させて二次燃焼火炎に旋回流を与える二次燃焼用補助空気ポートで構成され、主軸空気ポートに多段階に取付けたことを特徴とする請求項１記載の円筒型廃油ストーブ。
【請求項５】
請求項４に記載の各補助空気ポートは、複数の空気噴射孔が横一列に配置され、燃焼室内において同一方向に旋回流が生じる向きに主軸空気ポートと連結し、一次燃焼用補助空気ポートの孔からの空気は斜下方に噴射し、一次・二次燃焼兼用補助空気ポートと二次燃焼用補助空気ポートの孔からの空気は上昇火炎に対し水平または斜上方に噴射するように構成したことを特徴とする請求項１記載の円筒型廃油ストーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンオイルや食用油などの廃油を燃料とする高効率低公害型廃油ストーブに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の廃油ストーブは、強制的に空気を送り込むことで完全燃焼させ、黒煙やススを発生させないとしている。そのために、空気管に多数の空気噴射孔を設け、また、空気噴射孔の位置や燃焼室底部に発生する火炎に回転を与える補助空気ポートを設けるなどの工夫により、略完全燃焼させ燃焼効率化を図っている。
例えば、特開2003−161412号記載の廃油ストーブのように一方の回転方向に噴射孔を設けて、ストーブの底部で発した炎を螺旋状に上昇させ、この炎に対し管からエアーを噴出させることで効率よく空気を供給して廃油を完全燃焼させるという構造的特徴を有するものがある。さらに、特開2000−257834号記載の廃油ストーブのように送風器から送風管を通過し、空気噴射管に空気が送られ四面からそれぞれ中心を外れて噴射されるため燃焼は回転する。なお、空気噴射管の下部に一次燃焼空気管と底部に空気噴射管を設け、着火直後の燃焼を助け消火の際も無煙となる。着火し燃焼温度の上昇で燃焼は空気噴射管に移り回転燃焼の二次燃焼で完全燃焼を図っている。
【０００３】
これら燃焼器において、火炎の安定性や燃焼の良否を支配するのは燃焼器内の一次燃焼と二次燃焼の空気量や空気の旋回流の強さである。従って空気導入方法の構造が重要な役割を持つ。ところが一次燃焼側で油面に対してスポット的空気噴射方式では旋回流の強さが不十分となる。特に高出力時においては完全燃焼の作用許容範囲を広くすることができない。
【０００４】
このため、従来の廃油ストーブにおいては、高出力時の燃料増加に伴い二次燃焼火炎が排気口や煙突にまで至るといった安全性に欠点があった。更に排ガス中のCO濃度の増加といった実用上解決すべき問題点があった。また燃焼効率向上に伴い高温時に発生するNOｘについて従来の廃油ストーブは十分に検討されていないといった問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の廃油ストーブは、強制的に空気を送り込むことで完全燃焼させ、黒煙やススを発生させないとしているが、常に完全燃焼させることは難しく特に高出力時における安全性や低公害性を解決する必要がある。すなわち、作用許容範囲が広く安定的に略完全燃焼し続ける廃油ストーブが求められている。更に燃焼効率向上に伴い高温時に発生するNOｘも同時に低減化を図らなければならない。
【０００６】
ところで、燃焼の制御には、燃焼温度、滞留時間、空気との混合状態が重要でありこれらの条件を整えることで良好な燃焼となる。本発明のような乾留ガス化燃焼法の場合、液体に十分な空気を与えて１段で完全燃焼させるより燃焼過程を２段に分け、一次燃焼側では空気不足状態で加熱して燃焼物を乾留し可燃ガス化させるリッチ燃焼方式を、二次燃焼側では十分な空気を与え燃焼させるリーン燃焼方式とするいわゆる２段燃焼方式とすることによりススや未燃焼物の発生を抑制し燃焼効率を向上させることができる。
【０００７】
すなわち、２段燃焼法廃油ストーブにおいては、燃焼室底部の一次燃焼側では燃料に対する理論空気混合比の空気量より少ない空気を効率よく混合し旋回流を持ったリッチ燃焼を、また、燃焼室上部の二次燃焼側では理論空気混合比の空気量より多い空気状態で燃焼させるリーン燃焼を効果的に構成する工夫が必要である。
【０００８】
つまり、強制送風式で完全燃焼させようとした場合、燃焼室内でリッチ燃焼からリーン燃焼へ円滑に変化する空気制御機能と同時に高い燃焼効率を得るための強い旋回流を生じさせる構造を持った空気ポートが必要である。
【０００９】
さて、燃料を空気中の酸素（O２）と効率よく燃焼させると供給した燃料が完全に酸素と反応し、二酸化炭素（CO2）と水（H2O）になり一酸化炭素（CO）や未燃炭化水素（HC）、ススなどの有害成分は排出されない。しかし、燃焼温度が高くなるため空気中の窒素（N2）が空気中の酸素（O２）と反応し、窒素酸化物（NOｘ）が生成させる。
【００１０】
NOｘの生成は、O２が無ければ当然生成されないが、十分なO２があるリーン燃焼では燃焼過程の温度とその温度に曝される滞留時間に大きく依存する。また、O２が欠乏するリッチ燃焼ではCO、HCやススといった有害成分が多く発生するため、O２が多量に存在するリーン燃焼の効率を向上させて、NOｘ、CO、HC、ススといった有害成分の排出が少ない低公害な廃油ストーブを提供する必要がある。
【００１１】
NOｘの排出傾向は図６に示すように燃料リッチ側と燃料リーン側で低くなる傾向を示す。しかし、未燃燃料排出傾向は図５に示すようにリーン側可燃限界近くでは高くなる。したがってリーン燃焼側ではNOｘと未燃燃料の排出が同時に低くなる範囲で燃焼をさせる工夫が必要である。つまり、リーン燃焼可燃限界点より手前でリーン燃焼を効率よく完了させることが重要となる。更にリッチ燃焼側では、二次燃焼側の作用許容を超え未燃燃料がそのまま排出されることのないような燃料供給の制御が必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明の円筒型廃油ストーブは、燃料供給手段として廃油を貯留する廃油タンクと燃焼室とを連結して廃油を供給する廃油供給パイプの途中にロータリー式油圧式ポンプを設け、廃油供給速度と供給最大量の調整を可能にする廃油供給機構で構成する。
【００１３】
また、燃焼室底部に位置する主軸空気ポートの底面に複数の孔を設けることで点火時や消火時における空気流速に起因する失火を防止する。
【００１４】
さらに、空気制御装置は、リッチ燃焼を促進させ気化ガスに対して旋回流を生じさせる一次燃焼用補助空気ポートと、リッチ燃焼およびリーン燃焼を効率よく促進させ、一次および二次燃焼火炎に旋回流を与える一次・二次燃焼兼用補助空気ポートと、リーン燃焼を効率よく促進させて二次燃焼火炎に旋回流を与える二次燃焼用補助空気ポートで形成された複数の補助空気ポートを主軸空気ポートに多段階に接続する構成である。この空気制御装置を燃焼室の中心に配置することで作用範囲が広く安定的な燃焼火炎を生成する空気制御装置を提供することができる。
【００１５】
上記構成からなる本発明の円筒型ストーブは、廃油供給用パイプに接続されたロータリー式油圧ポンプが粘性の異なる種類の廃油や、外気温により粘性が変化する廃油に対し、少なくとも一定量の燃料を安定的に供給することができる。また、ロータリー式油圧ポンプの最大燃料供給能力を制御することで、二次燃焼側の作用許容を超えるような燃料を供給することはない。従って高出力時に火炎が排気口や煙突に至ることはなく、燃焼室において安定した燃焼を提供することができる。
【００１６】
また、主軸空気ポートの底面に設けた複数の空気噴射孔は、点火時の小量の灯油及び消火時の廃油残量に対して種火を良好にキープする。これにより空気流速に起因する失火の恐れを少なくすることができる。更に、温度の上昇に伴い噴射される空気は廃油の気化に必要な熱量を持った空気となりリッチ燃焼を良好に保持するこができるといった実用的効果を奏する。
【００１７】
また、各補助空気ポートには、複数の空気噴射孔が横一列に配置され、燃焼室内において同一方向に旋回流が生じる向きに主軸空気ポートと接続している。一次燃焼用補助空気ポートの孔からの空気は斜下方に噴射するように設けられているため一次燃焼用空気補助ポートからの噴射は少なくとも油面に対し燃焼室中心部の内側面から外側面の広い範囲へ空気を供給することができる。このことにより燃料の供給量変化に対応したリッチ燃焼を形成する。さらに、この噴射空気は円筒型丸底の面に当たり旋回し、気化ガスに強い旋回流を与えることにより効率で安定的なリッチ燃焼火炎を生成することができる。
【００１８】
また、一次燃焼側と二次燃焼側の中間に配置された複数の一次・二次燃焼兼用補助空気ポートは、低出力時には２次燃焼用空気補助ポートとして、高出力時には１次燃焼用空気補助ポートとして作用する。すなわち、一次・二次燃焼兼用補助空気ポートは、リッチ・リーン燃焼兼用の空気補助ポートとして作用する。これによりリッチ燃焼からリーン燃焼への円滑な燃焼状態を保持することができる。
【００１９】
また、一次・二次燃焼兼用補助空気ポートの孔からの空気は上昇火炎に対し水平または斜上方に噴射するように設けられている。このことにより燃焼室の中心より外側から噴射される空気は、円筒型燃焼室壁を旋回して主軸空気ポートの孔から噴射する空気にも強い旋回力を与える。これにより燃焼時の火炎は内周と外周を速い速度で回転することとなり作用範囲の広い円筒型廃油ストーブを提供することができる。
【００２０】
また、燃焼室上部の二次燃焼側でリーン燃焼を生じさせる複数の二次燃焼用空気補助ポートの孔からの空気は、上昇火炎に対して水平または斜上方に噴射するように設けられている。燃焼室の中心より外側から噴射される空気は、円筒型燃焼室壁を旋回してリッチ燃焼火炎に対して十分な空気を供給しリーン組成にするとともに強い旋回流を与えることができる。これにより速い速度で旋回するリーン燃焼火炎を生成することができる。
【００２１】
このような速い速度で旋回するリーン燃焼火炎により燃焼室の局部的温度上昇を防止することができ、耐久性の向上といった実用的効果を奏する。
【００２２】
本発明のような一次燃焼用空気補助ポートと一次・二次燃焼兼用補助空気ポートと二次燃焼用空気補助ポートを主軸空気ポートに多段階に接続した空気制御装置を持つ燃焼におけるリーン燃焼では、二次燃焼用空気補助ポートの複数の孔からリーン燃焼に必要な空気が燃焼室の広い範囲に短時間に供給されることでリーン燃焼効率が高められ、未燃燃料排出傾向が高まるリーン可燃限界点より低い所でのリーン燃焼を保持することができる。従ってNOｘ、CO、 CH、スス、などの有害成分の排出を低下させることができる。
【００２３】
また、リッチ燃焼側とリーン燃焼側の中間位置に一次・二次燃焼兼用補助空気ポートを配置することで燃焼温度が高くなる理論燃空比状態での燃焼時間を短縮することができる。従ってNOｘ排出傾向の低いリッチ燃焼側とリーン燃焼側での連続的燃焼状態を保持することが可能となりNOｘ排出を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２４】
以上のようにこの発明によれば、粘性の異なる種類の廃油や外気温により変化する廃油の粘性に対応し安定した燃料供給が可能となり安全な廃油ストーブを供給することができる。また、燃焼室に配置された主軸空気ポートと複数の補助空気ポートで構成する簡易な空気制御装置により着火時から消火時に至る火炎の安定性と高い燃焼効率を確保すると同時に作動範囲の広い廃油ストーブを供給することができる。表１から明らかなようにエンジン用廃油において燃焼時の排ガスクリーン度を示すCO／CO2比は、本発明者らが知り得る従来の廃油ストーブの値より一桁少ない値であった。さらに、NOｘも62ppmと少ない値であった。したがって、本発明は高燃焼効率と低公害性を備えた信頼性の高い円筒型廃油ストーブを提供することができる。
【実施例】
【００２５】
実施例について図面を参考にして説明する。図１は本発明の廃油ストーブの側面図で、図２は平面図である。基台１上に燃焼室２廃油供給用ポン４灯油タンク５燃料供給パイプ６送風機７送風管８主軸空気ポート９一次燃焼用補助空気ポート１０一次・二次燃焼兼用補助空気ポート１１二次燃焼用補助空気ポート１２が装着されている。３は、廃油タンク、１３は燃焼室の上部を覆う蓋である。蓋には点検用窓１４を設けている。１５は排気口、１６は燃焼室底部である。燃焼室１の中央に一次燃焼用補助空気ポートと一次・二次燃焼兼用補助空気ポートと二次燃焼用補助空気ポートを主軸空気ポートに多段階に取付けた空気制御装置は、燃焼室底に対して着脱自在に設けている。
【００２６】
図３は、空気ポートの側面図である。空気噴射ポートは、主軸空気ポート９、一次燃焼用空気補助ポート１０、一次・二次燃焼兼用補助空気ポート１１、二次燃焼用補助空気ポート１２で構成され、送風機７から送風管８を通過し主軸空気ポート９に空気が送られ、それぞれの空気ポートの孔から空気が噴射される。
【００２７】
図４は、主軸空気ポート９の底部の斜視図である。主軸空気ポート９の底部に設けた孔は着火時および消火時の燃焼を助ける火種用空気噴射口として失火を防止するとともに、燃焼時には気化ガス発生用空気噴射孔として作用する。
【００２８】
一次燃焼用補助空気ポート１０の孔は、斜下方に空気が噴射するように設けられてあり、噴射した空気は燃焼室の円形丸底により旋回流が生じ気化ガスに回転を与える。
一次・二次燃焼兼用補助空気ポート１１は低出力時には二次燃焼用とし作用し、高出力時には一次燃焼火炎に強い旋回流を与える。
二次燃焼用補助空気ポート１２の空気噴射噴射口からの空気は燃焼室の内周部から外周部の燃焼火炎に旋回流を与えるとともに短時間にリーン組成にして二次燃焼させる。
【００２９】
次に、この実施形態の廃油ストーブの操作方法について説明する。まず点火操作について説明する。最初に灯油タンク5のバブルを開け燃焼室に灯油の供給を行う。このとき廃油タンク3の廃油は燃焼室に供給しない。灯油タンク5内の灯油は燃料供給部の燃料供給パイプ６を通って燃焼室１に入り底部１６に溜まる。底部１６上に一定の灯油が溜まると操作者は、上部蓋１３の点検用窓１４から点火し、着火を確認したら送風機７のファンのスイッチを操作しファンの運転を開始する。
【００３０】
灯油の燃焼によって燃焼室2の温度が上昇し、所定の温度を超えると気化した灯油と空気ポートから噴射された空気が適当に混合され青色火炎が旋回し燃焼が効率よく行われる。この後廃油タンク３のバルブを開け廃油供給用ポンプ４のスイッチを操作して廃油の供給を開始するとともに、灯油タンク５のバルブを閉めて燃焼室１への灯油の供給を停止する。
【００３１】
燃焼室１に供給される廃油は、上記した灯油の場合と同様に燃料供給パイプを通過して流れ、燃焼室底部で気化する。温度上昇に伴い一次燃焼用補助空気ポートと主軸空気ポート底部の孔から噴射される空気により気化ガス発生が促進されると、一次燃焼側では青色火炎が消え、旋回するリッチ燃焼火炎となる。燃焼室１内の二次燃焼側では主軸空気ポートと一次・二次兼用補助空気ポートに設けられた孔から噴射される空気により渦巻状青色火炎のリーン燃焼火炎となる。廃油供給ポンプ４のボリュームを上げ廃油供給量を増加させると火炎は上昇し、二次燃焼用補助空気ポートと主軸空気ポートの孔からの噴射空気により、強い旋回流を持った青色火炎のリーン燃焼状態の略完全燃焼が得られた。廃油の最大供給量は廃油供給ポンプ４のボリュームで制御されており最大出力時において火炎が排気口１５へ達することはなかった。
【００３２】
次に消火時について説明する。消火は廃油供給用ポンプ４のボリュームを絞った後、スイッチを切り燃料供給を停止させることにより行う。この時送風機７のファンの運転は停止させない。操作者は、燃焼室２内の燃焼が終わったことを点検用窓１４から確認した後に送風機７のファンスッチを操作し、ファンの運転を停止させる。
【００３３】
なお、上記した実施形態の廃油ストーブで実際にエンジン用廃油、廃食油、エンジン用廃油50％とA重油50％の混合油を燃焼させ排ガス測定をおこなった。その結果を表1に示す。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の代表的な実施例を示す一部切り欠き側面図
【図２】平面図
【図３】空気ポート側面図
【図４】主軸空気ポート底面を示す斜視図
【図５】未燃燃料の排出傾向を示す線図
【図６】NOｘ排出傾向を示す線図
【００３５】
実施例で得られた廃油ストーブの排ガス測定結果を示す表である。
【表１】
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【符号の説明】
【００３６】
１  円筒型廃油ストーブ基台
２  燃焼室
３  廃油タンク
４  廃油供給用ポンプ
５  灯油タンク
６  燃料供給パイプ
７  送風機
８  送風管
９  主軸空気ポート
１０  一次燃焼用補助空気ポート
１１  一次・二次燃焼兼用補助空気ポート
１２  二次燃焼用補助空気ポート
１３  蓋
１４  点検用窓
１５  排気口
１６  燃焼室底部
【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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