(57)【要約】【課題】通常状態において着火・燃焼しない低濃度の燃焼性有機物を含有する液体を超音波振動させて霧化し、この霧化した霧化体を燃焼装置の燃料に用いることができる、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法を提供することを目的とする。【解決手段】低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法は、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を超音波霧化装置２を用いて霧化し、霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体５を、燃焼装置３の燃料に用いることを特徴とする。【選択図】図１
2008309359.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
低濃度の燃焼性有機物含有の液体を超音波霧化装置を用いて霧化し、
前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、燃焼装置の燃料に用いることを特徴とする低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法。
【請求項２】
前記霧化体を形成する際に、前記超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給するように構成することを特徴とする請求項１に記載の低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法。
【請求項３】
低濃度の燃焼性有機物含有の液体を霧化する超音波霧化装置を備え、
前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、燃焼装置の燃料として用いることを特徴とする燃焼装置用の燃料提供システム。
【請求項４】
前記霧化体を形成する際に、前記超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給する供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の燃焼装置用の燃料提供システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法、および、燃焼装置用の燃料提供システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体燃料を超音波振動によって霧化して燃焼させる技術が知られている。このように液体燃料を霧化した場合、着火性の向上が期待され、更に燃焼量の制御が容易になると考えられる。特許文献１の構成の場合、装置本体の燃料収容部の底部に超音波振動子を設置し、超音波振動によって液体燃料を超微粒化しつつ燃料液面から噴出させ、さらに、液面上の空間部によりエア供給室と燃料霧化室を形成し、エア案内板を設けて燃焼用エアを液面に沿って燃料霧化室に送り込むように構成されている。
【０００３】
また、特許文献２の場合、メインバーナの気化器を予熱するための予熱バーナに超音波発生器によって生成された霧状燃料を供給し、この予熱バーナヘッドで霧状燃料を燃焼させる構成が記載されている。
【０００４】
また、特許文献３は、動植物油、例えば廃食用油を燃料として使用する場合に、先ず、都市ガス等の燃料でガスバーナーを着火、燃焼し、これによって燃焼室内が、廃食用油を燃焼できる反応領域（５０℃）に達したら、廃食用油を燃料として燃焼させ、都市ガス等の燃料のガスバーナーを停止するように構成されている。廃食用油には、水が混入されていてもよいが、それは４０重量％以内が好ましいと記載され、より詳細な説明としては、廃天ぷら油中に１０重量％の水が含まれていると記載されている。また、水を含む動植物油を用いる場合、ミキサーにより水と動植物油とのエマルジョンを確実に形成し（微細化し）、その後さらに、超音波により、エマルジョンを形成する（微細化する）ことが記載されている。
【０００５】
上記特許文献１および２の場合は、いずれも、液体燃料を超音波振動によって直接霧化する方法である。また、特許文献３の場合は、水を含む廃食用油を超音波振動によって微細化（エマルジョン形成）させるものであり、霧化する方法ではない。
【０００６】
そして、液体燃料は、可燃性物質の濃度が高く、任意の着火手段を用いることで、容易に着火し燃焼する。また、水を含む廃食用油のエマルジョン化したものは、可燃反応温度に達した場合に、容易に着火し燃焼する。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−３８２２０号公報（請求項１）
【特許文献２】特開平１０−２４６４０８号公報（請求項１）
【特許文献３】特開２００３−２９４２２１号公報（段落０００８、００１２、００１７、００３２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明は、上記従来技術の現状に鑑みてなされたものであって、液体燃料を直接霧化して燃料に用いることなく、また、水を含む油をエマルジョン化して燃料に用いることなく、通常状態において着火・燃焼しない低濃度の燃焼性有機物を含有する液体を超音波振動させて霧化し、この霧化した霧化体を燃焼装置の燃料に用いることができる、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法を提供することを目的とする。また、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体を燃焼装置の燃料としても用いることができる燃焼装置用の燃料提供システム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】
【０００９】
上記課題は、各請求項記載の発明により達成される。すなわち、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法は、
低濃度の燃焼性有機物含有の液体を超音波霧化装置を用いて霧化し、
前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、燃焼装置の燃料に用いることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を超音波霧化装置を用いて霧化し、その得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を燃焼装置の燃料に用いることができる。「燃焼性有機物」は、例えば、アルコール類であり、メタノール、エタノール、ブタノール等が例示される。「低濃度」は、燃焼性有機物含有の液体が、室温（例えば、平均温度６〜２８℃）において自然発火、着火手段による着火・燃焼しない範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、燃焼性有機物が、アルコール類であれば、２０％以下である。「高濃度」は、燃焼性有機物含有の霧化体が、室温において着火手段による着火・燃焼可能な範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、燃焼性有機物が、アルコール類であれば、６０％以上である。超音波霧化装置は、燃焼性有機物含有の液体、運転条件等に応じて、６０〜９９％の範囲の濃度の霧化体を形成することができる。「燃焼装置」は、例えば、バーナ等である。この燃焼装置は、例えば、廃熱回収設備（例えば、ボイラ）、原動機（例えば、ガスエンジン、ガスタービン等）に備えられる。
【００１１】
また、上記構成の好適な実施形態の一例として、霧化体を形成する際に、前記超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給するように構成することを特徴とする。
【００１２】
この構成によれば、気体燃料または燃焼用空気を供給し、霧化体の形成条件を制御することができる。さらに、気体燃料または燃焼用空気と霧化体が自然的に混合されて、燃焼装置に提供されるため、燃焼力を制御することが可能になる。つまり、霧化体による燃焼が弱い場合（温度センサー等で検出可能）、気体燃料を供給し、また、霧化体による燃焼が安定した場合、燃焼用空気を供給するように構成できる。また、気体燃料を供給する場合、霧化体を補助燃料とするように構成でき、逆に気体燃料を補助燃料として用いるように構成できる。
【００１３】
また、他の本発明の燃焼装置用の燃料提供システムは、
低濃度の燃焼性有機物含有の液体を霧化する超音波霧化装置を備え、
前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、燃焼装置の燃料として用いることを特徴とする。
【００１４】
この構成によれば、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を霧化する超音波霧化装置を備え、これによって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を燃焼装置の燃料として用いることができる。超音波霧化装置の具体的構成は、後述する。
【００１５】
また、超音波霧化装置には、霧化体の濃度または単位時間あたりの生成量を検出する検出手段（霧化体濃度検出手段、霧化体生成量検出手段）と、当該検出された結果に応じて、低濃度の燃焼性有機物含有の液体の温度を制御する液体温度制御部を備えることが好ましい。液体の温度に比例して濃度の高い霧化体を生成できる。また、液体の温度に比例して霧化体の生成量が増加する。
【００１６】
また、超音波霧化装置には、低濃度の燃焼性有機物含有の液体の液面高さ（超音波振動子から液面までの距離）を検出する液面高さ検出手段と、液面高さ検出手段によって得られた液面高さ（値）を一定に保つように当該液体を供給するように制御する液面高さ制御手段（または制御機構）を備えることが好ましい。液面高さを一定に保つことで、霧化体の発生を良好に行なうことができる。液面高さに応じて、超音波振動力を制御することも可能であるが、液面高さを一定に保ちつつ、超音波振動力を一定にする方が霧化条件が安定するため好ましい。
【００１７】
また、上記発明の好適な実施形態の一例として、霧化体を形成する際に、超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給する供給手段をさらに備えることを特徴とする。供給手段は、例えば、コンプレッサー等が例示され、流量制御機構、温度調節機構等が備わっている。
【００１８】
この構成によれば、供給手段が、超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給することができ、霧化体の形成を良好に行える。
【００１９】
また、霧化体の濃度または単位時間あたりの生成量を検出する検出手段（霧化体濃度検出手段、霧化体生成量検出手段）と、当該検出された結果に応じて、搬送気体（例えば、気体燃料または燃焼用空気）の流量を制御する搬送気体流量制御部を備えることが好ましい。搬送気体の流量に比例して濃度の高い霧化体を生成できる。また、搬送気体の流量に比例して霧化体の生成量が増加する。
【００２０】
また、霧化体の濃度または単位時間あたりの生成量を検出する検出手段（霧化体濃度検出手段、霧化体生成量検出手段）と、当該検出された結果に応じて、搬送気体（例えば、気体燃料または燃焼用空気）の温度を制御する搬送気体温度制御部を備えることが好ましい。搬送気体の温度に比例して濃度の高い霧化体を生成できる。また、搬送気体の温度に比例して霧化体の生成量が増加する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図１は、燃焼装置用の燃料提供システムの全体構成を説明するための図である。図２は、超音波霧化装置の構成を説明するための図である。
【００２２】
図１、２において、超音波霧化装置２は、超音波振動子２０１、液体容器２０２とを備えている。超音波振動子２０１は、公知の超音波振動子を用いることができる。また、超音波振動子２０１は、液体容器２０２の底部に設置されるが、底部と平行に設置してもよく、図２に示すように斜めに設置してもよい。斜めに設置したほうが、霧化体５を良好に生成できる。超音波振動子２０１は、複数設置してもよい。超音波振動力は、不図示の制御部によって制御されている。超音波振動子２０１を斜めに複数設置する場合、お互いの液柱が干渉しないように設置するほうが好ましい。
【００２３】
液体容器２０２は、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を供給するための供給口を設けている。この供給口は、図２に示すように、液面より下方側に設置した方が、液体の流動を少なくでき好ましい。また、液体容器２０２は、搬送気体としての燃焼用空気または気体燃料をその内部に導入するための供給口を設けている。また、生成された霧化体５を燃焼装置３側に提供するための出口を設けている。図２においては、搬送気体用供給口の位置と霧化体出口の位置は、容器中心位置を介して対向するように設けられている。別実施形態として、搬送気体用供給口の位置と霧化体出口の位置とを容器中心位置を介して対向するように構成しなくともよい。また、搬送気体の流れ方向を変化させるための板材を設けてもよい。液体容器２０２のサイズ、材質は、特に制限されず、下流側の燃焼装置３の仕様、液体の仕様に応じて、設定できる。
【００２４】
また、超音波霧化装置２は、霧化体５の濃度（燃焼性有機物含有濃度）を検出する霧化体濃度検出手段２１を、液体容器内部、霧化体出口部または霧化体出口配管内部等に設置している。霧化体濃度検出手段２１は、特に制限されず公知の濃度検出装置を適用でき、例えば、燃焼性有機物としてアルコール類が含有されている場合、アルコール濃度検出器を用いることができる。
【００２５】
また、超音波霧化装置２は、霧化体５の単位時間あたりの生成量を検出する霧化体生成量検出手段２２を、液体容器内部、は霧化体出口部または霧化体出口配管内部等に設置している。霧化体生成量検出手段２２は、特に制限されず公知の生成量検出装置を適用でき、例えば、燃焼性有機物としてアルコール類が含有されている場合、半導体センサ式アルコール濃度計を用いることができる。
【００２６】
上記で検出された濃度値および／または生成量に応じて、液体温度制御部２３は、液体の温度を制御することができる。液体の温度は、液体容器２０２の壁面に電熱ジャケット（不図示）を設け、これを制御することで調整できる。また、液体供給装置６から供給される液体の温度も同様に制御される。液体温度は、５〜５０℃の範囲に制御することで、霧化体５を安定的にかつ良好に生成できる。例えば、濃度値が約６０ｍｏｌ％以下の場合、液体温度を５〜５０℃の範囲に制御する。
【００２７】
また、超音波霧化装置２は、液体の液面高さｈ（超音波振動子２０１から液面までの距離）を検出する液面高さ検出手段２４を備えている。液面高さ検出手段２４は、特に制限されず公知の液面高さ検出装置を適用でき、例えば、超音波式レベルセンサ、浮き式の検出器等を用いることができる。
【００２８】
上記で検出された液面高さｈを一定に保つように、液面高さ制御手段２５は、液体供給装置６に命令を送信する。この命令に応じて、液体供給装置６は、液体の供給量を増減しながら供給することができる。液面高さｈは、３０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下であることが望ましい。
【００２９】
搬送気体の供給手段１は、搬送気体を貯留するボンベ、搬送圧力源のコンプレッサー、搬送気体の流量制御機構（オリフィス、流量制御弁等）、温度調節機構（熱交換器等）等を備えている。搬送気体としては、例えば燃焼用空気、液体燃料、酸素等が例示できる。
【００３０】
また、搬送気体流量制御部２６は、上記で検出された濃度値および／または生成量に応じて、搬送気体の流量を制御するために、供給手段１（流量制御機構）に命令する。
【００３１】
また、搬送気体温度制御部２７は、上記で検出された濃度値および／または生成量に応じて、搬送気体の温度を制御するために、供給手段１（温度調節機構）に命令する。超音波霧化装置２内の温度より、搬送気体の温度を１０〜２０℃以上高くすることが好ましい。
【００３２】
また、搬送気体流量制御部２６および搬送気体温度制御部２７は、超音波霧化装置２に備えられた構成であるが、搬送気体供給手段１側に備える構成もできる。この場合、霧化体濃度検出手段２１、霧化体生成量検出手段２２によるそれぞれの検出値が供給手段１に送信される。
【００３３】
制御部（不図示）、液体温度制御部２３、液面高さ制御手段２５、搬送気体流量制御部２６および搬送気体温度制御部２７は、ＵＰＵとメモリ等のハードウエア資源と、それら機能を実現するためのソフトウエアプログラムとの協働作用で構成でき、また、専用回路、ファームウエア等で構成することもできる。
【００３４】
燃焼装置３は、例えば、バーナである。燃焼装置３で、必要な燃焼量を得るために、霧化体５および搬送気体（液体燃料、燃焼用空気）の供給量が設定される。また、廃熱回収装置４は、例えば、ボイラである。蒸発量２０００ｋｇ／ｈのボイラの場合、熱量の９０％を従来の燃料とし、残り１０％を本装置にて補完するとした場合、エタノール濃度６０Ｖ％の霧化体約３５ｋｇ／ｈを供給する必要がある。超音波霧化装置の搬送空気として必要な空気量は、１〜２．５ｍ３Ｎ／ｋｇ−ミストである。燃焼空気は、３．０〜３．５ｍ３Ｎ／ｋｇ−ミストであるため、燃焼空気の一部にて搬送空気を賄うことが可能である。
【００３５】
以上の実施形態によれば、通常状態において着火・燃焼しない低濃度の燃焼性有機物を含有する液体を超音波振動させて霧化し、この霧化した霧化体を燃焼装置の燃料に用いることができる、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法、および燃焼装置用の燃料提供システムを良好に構築することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】燃焼装置用の燃料提供システムの全体構成を説明するための図
【図２】超音波霧化装置の構成を説明するための図
【符号の説明】
【００３７】
１      供給手段
２      超音波霧化装置
２１    霧化体濃度検出手段
２２    霧化体生成量検出手段
２３    液体温度制御部
２４    液面高さ検出手段
２５    液面高さ制御手段
２６    搬送気体流量制御部
２７    搬送気体温度制御部
３      燃焼装置
４      廃熱回収装置
５      霧化体
６      液体供給装置
【図１】
2008309359.tif 000003
【図２】
2008309359.tif 000004