(57)【要約】  燃料改質装置は、液体燃料を貯留するサービスタンク（１）と、少なくとも表面が二酸化チタンからなる触媒片が充填されている触媒充填筒（２）を有している。触媒充填筒（２）の一端は、配管（８）を介してサービスタンク（１）の下端付近に接続され、触媒充填筒（２）の他端は、配管（９）を介してサービスタンク（１）の天井部に接続されている。配管（８）には循環用ポンプ（４）が接続されており、サービスタンク（１）内の液体燃料は、触媒充填筒（２）の内部を通るように循環させられる。触媒充填筒（２）内の触媒片は、循環する液体燃料中に浸漬されるようになっている。
2007061111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を改質する燃料改質装置であって、
前記液体燃料を貯留するサービスタンクと、
前記サービスタンク内の前記液体燃料を取り出し前記サービスタンクに戻す循環流路を形成する循環用配管と、
前記循環用配管に接続され、前記循環流路内を、前記液体燃料を循環させる循環用ポンプと、
少なくとも表面が二酸化チタンからなる触媒片が充填されている触媒充填筒であって、前記循環流路を循環する前記液体燃料が前記触媒充填筒の内部を流れ、内部を流れる該液体燃料中に前記触媒片が浸漬されるように前記循環用配管に接続された触媒充填筒と、
を有する燃料改質装置。
【請求項２】
前記循環用配管に接続され、該循環用配管内を通る前記液体燃料を加温する加温機をさらに有する、請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記サービスタンク内にも前記触媒片が配置されている、請求項１または２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記触媒充填筒は、前記サービスタンク内に配置されており、前記触媒充填筒の下端は前記循環用配管に接続され、前記触媒充填筒の上端には、前記液体燃料を前記サービスタンク内で空中に噴射する開口が形成されたキャップ部材が取り付けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記触媒充填筒内には、その内部に充填された前記触媒片が移動可能なスペースが確保されている、請求項４に記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記触媒充填筒は、前記液体燃料の循環方向の上流側でレジューサを介して前記循環用配管に接続されており、前記レジューサ内には、繊維状部材が充填されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記触媒充填筒内には、らせん状部材が配置され、該らせん状部材内に、その軸線に沿って球形の複数の前記触媒片が配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項８】
前記らせん状部材内には、互いに径の異なる前記触媒片が配置されている、請求項７に記載の燃料改質装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料改質装置と、
前記燃料改質装置によって改質された前記液体燃料を燃焼させるバーナーと、
前記バーナーに燃焼空気を送る機構と、
を有し、
前記バーナーからの前記液体燃料の噴射流量と前記バーナーへ送る前記燃焼空気の流量が、改質されていない前記液体燃料を燃焼させる場合よりも小さく設定されている燃焼装置システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重油、軽油、灯油などの液体燃料を、その燃焼を完全燃焼に近づけるように改質する燃料改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用などの各種ボイラー、熱発生機などの燃料には、気体燃料（ガス）、液体燃料（オイル）、固体燃料（石炭など）があるが、これらのうち、特に、液体燃料であるＡ重油が、高い発熱量を比較的安価で得られるため、多く利用されている。このような液体燃料の燃焼装置に対しては、技術向上が進められてきてはいるが、液体燃料を完全燃焼させることは不可能と考えられている。燃料が完全に燃焼しないと、その分、燃費が低下することになり、また、燃料の不完全な燃焼は、燃焼ガス中に、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯＸ）、煤塵（ＰＭ：Particulate Matter）などの有害物質が発生し、または発生が増大する要因となる。【０００３】
そこで、液体燃料の燃焼をより良好なものとするために、液体燃料に助燃剤などの添加剤を加えることが知られている。また、種々の燃料改質装置も提案されている。このような燃料改質装置として、特開２００２−１３００６２号公報および特開平１０−１７６６１５号公報には、燃料をそれに磁力や超音波を作用させて改質する装置が開示されている。特開２００２−３３９２３号公報には、酸化金属の皮膜の触媒作用を利用した燃料改質装置が開示されている。これらの燃料改質装置は、液体燃料の構成粒子を微細化または微粒化することによって、燃焼しやすくする作用があると考えられている。【０００４】
しかしながら、上述したような従来の種々の燃料改質技術は、ある程度の改質効果が期待できるものの、実用的なレベルの改質が可能であるとは言いがたい。特に、Ａ重油には、鉱物質、炭素粒子、有機金属塩などの成分がアスファルテンによって包まれたものと考えられるスラッジが多少含まれる。このようなスラッジは、燃えにくく、不完全燃焼することによって、燃費を低下させることになり、また、前述のような有害物質の発生の要因となりやすい。このようなスラッジを有効に燃焼させることができれば、燃費の向上、有害物質の発生低減に大きく寄与すると考えられる。しかし、スラッジに含まれる可燃成分を、微細化によって有効に燃焼させるには、高レベルの微細化作用が必要であり、これを達成するのは、従来技術では困難である。また、特に、単位時間当たりの燃焼量が多量となる場合、十分に改質された燃料を供給するのは、従来技術では困難である。
【発明の開示】
【０００５】
そこで、本発明の目的は、液体燃料の燃焼性を有効に改善することができる燃料改質装置を提供することにある。
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明の燃料改質装置は、液体燃料を改質する燃料改質装置であって、液体燃料を貯留するサービスタンクと、サービスタンク内の液体燃料を取り出しサービスタンクに戻す循環流路を形成する循環用配管と、循環用配管に接続され、循環流路内を、液体燃料を循環させる循環用ポンプと、少なくとも表面が二酸化チタンからなる触媒片が充填されている触媒充填筒であって、循環流路を循環する液体燃料が触媒充填筒の内部を流れ、内部を流れる液体燃料中に触媒片が浸漬されるように循環用配管に接続された触媒充填筒と、を有することを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、液体燃料を循環させることによって、液体燃料を触媒片に繰り返し接触させることができる。触媒充填筒内では、触媒片が液体燃料中に浸漬されるので、触媒片の表面の全体が液体燃料に接触する。液体燃料は、複数の触媒片の間に形成される小さな隙間を通って流れるので、触媒片に接触することなく通過する液体燃料量を小さく抑えることができる。これらのことによって、液体燃料を触媒片の表面と、高い接触効率で接触させることができ、したがって、液体燃料に対して高い効率で触媒片による触媒作用（有機物の分解、酸化還元作用）を及ぼすことがでる。
【０００８】
循環用配管には、循環用配管内を通る液体燃料を加温する加温機を接続するのが好ましい。液体燃料を加温することによって、触媒片による液体燃料への触媒作用を促進することができる。また、液体燃料の流動性を高めて、スムースに循環させることができる。
【０００９】
サービスタンク内にも触媒片を配置してもよい。それによって、液体燃料が触媒作用を受ける頻度をさらに高めることができる。
【００１０】
特に好ましい実施態様では、触媒充填筒は、サービスタンク内に配置されており、触媒充填筒の下端は循環用配管に接続され、触媒充填筒の上端には、液体燃料をサービスタンク内で空中に噴射する開口が形成されたキャップ部材が取り付けられている。この構成では、液体燃料を、空中に噴射することによって、液体燃料中に効率的に酸素を取り込ませることができる。液体燃料が、触媒片の触媒作用によって微細化されていることによって、液体燃料への酸素の取り込みが促進される。液体燃料中に取り込まれた酸素は、液体燃料を燃焼させる際に、燃焼に有効に寄与し、それによって、液体燃料の燃焼性の改善作用が促進される。
【００１１】
上記のように触媒充填筒を立ち上がるように配置した構成の場合、触媒充填筒内には、その内部に充填された触媒片が移動可能なスペースを確保するのが好ましい。すると、触媒充填筒内の触媒片は、液体燃料の上方への流れによる作用と重力の作用とによって、液体燃料の循環中に運動する。それによって、触媒充填筒に液体燃料の流れが滞る部分が生じるのを抑制することができる。
【００１２】
触媒充填筒は、液体燃料の循環方向の上流側でレジューサを介して循環用配管に接続され、レジューサ内には、繊維状部材が充填されている構成とするのが好ましい。このような繊維状部材によって、触媒充填筒に流入する液体燃料を分散させることができ、それによって、触媒充填筒の内部全体に液体燃料が流れるようにして、液体燃料と触媒片との接触効率を高めることができる。
【００１３】
触媒充填筒内には、らせん状部材を配置し、らせん状部材内に、その軸線に沿って球形の複数の触媒片を配置してもよい。このような構成とすれば、らせん状部材によって触媒片の位置を規制し、複数の触媒片の間に所望の隙間を確保して、触媒充填筒内での液体燃料の流れをスムースにすることができる。
【００１４】
上記のようならせん状部材を用いる場合、らせん状部材には、互いに径の異なる触媒片を配置してもよい。それによって、比較的小さな触媒片が比較的大きく運動できるようにして、触媒充填筒に液体燃料の流れが滞る部分が生じるのを抑制する作用を高めることができる。
【００１５】
本発明の燃料改質装置を、発電用などの各種ボイラーや熱発生機などの燃焼装置システムに組み込めば、液体燃料の改質作用によって、燃費を向上させることができる。この際、液体燃料の燃焼効率が、改質作用によって高まるので、特に、バーナーからの、液体燃料の噴射流量とバーナーへ送る燃焼空気の流量を、改質されていない液体燃料を用いる場合よりも小さく設定しても、性能が損なわれることがない。このような設定をすることによって、性能を損なうことなく、より効果的に燃費を向上させることができる。
【００１６】
このように、本発明の燃料改質装置によれば、サービスタンク内の液体燃料に対して高い効率で繰り返し触媒作用に基づく微細化作用を及ぼすことができる。その結果、サービスタンク内の液体燃料の全体を、高度に微細化された状態にし、その状態を維持することができる。このように高度に微細化された状態になった液体燃料を燃焼に供することによって、液体燃料の燃焼性を効果的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施形態の燃料改質装置を模式的に示す斜視図。
【図２】図１の燃料改質装置のサービスタンクおよび第２の触媒充填筒の部分を、一部を破断して示す斜視図。
【図３】図１の燃料改質装置の第１の触媒充填筒を、一部を破断して示す斜視図。
【図４】本発明の第２の実施形態の燃料改質装置を模式的に示す構成図。
【図５Ａ】図４の触媒充填筒の内部にらせん状部材を配置した構成の、触媒充填筒の内部を示す斜視図。
【図５Ｂ】図４の触媒充填筒の内部にらせん状部材を配置した構成の、触媒充填筒の内部を示す平面図。
【図６Ａ】図５Ａおよび図５Ｂの変形例の、触媒充填筒の内部を示す斜視図。
【図６Ｂ】図５Ａおよび図５Ｂの変形例の、触媒充填筒の内部を示す平面図。
【図７Ａ】図５Ａおよび図５Ｂの他の変形例を示す平面図。
【図７Ｂ】図５Ａおよび図５Ｂのさらに他の変形例を示す平面図。
【図８Ａ】図５Ａおよび図５Ｂのさらに他の変形例を示す平面図。
【図８Ｂ】図５Ａおよび図５Ｂのさらに他の変形例を示す平面図。
【図８Ｃ】図５Ａおよび図５Ｂのさらに他の変形例を示す平面図。
【図９】本発明の燃料改質装置を組み込む一例の燃焼装置システムとしてのボイラーを模式的に示す構成図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
まず、本発明に至った経緯について説明する。【００１９】
本願発明者は、従来技術において十分な燃料改質効果が得られないのは、液体燃料の供給部や、燃料貯留槽の一部などにおいてしか、液体燃料に微細化作用を及ぼしていないためではないかと考えた。すなわち、従来技術においては、微細化作用は、液体燃料に対して、部分的、および／または一時的にしか及ぼされない。液体燃料の一部が微細化されても、微細化されていない成分と混じり合って燃焼器に供給されたのでは、十分な燃焼性の改善は望めない。また、液体燃料が一旦微細化されても、時間経過と共に再結合が進行し、改質効果は損なわれてしまう。【００２０】
本願発明者らは、このような観点から、供給される液体燃料の全体に対して反復的に微細化作用を及ぼすことを可能とした、二酸化チタンの光触媒作用を利用した燃料改質装置を実用新案登録第３０８６０８２号公報において提案している。このように液体燃料に反復的に微細化作用を及ぼすことによって、液体燃料の微細化を促進し、また微細化された状態の維持を図り、液体燃料の燃焼性の改善作用の有効性を高めることができる。【００２１】
一方、近年、二酸化チタンの触媒作用は、紫外線照射によって効果的に促進されるものの、紫外線に限らず、その他の電磁波によっても誘起されるものであることが分かってきた。特に、紫外線が照射されない暗所でも、通常の環境中に存在している電磁波に応答して比較的高い触媒作用が得られる触媒として、特開２００４−５２６０１号公報などからＰＩＰ(Powder Impact Plating)チタンが知られている。【００２２】
このような二酸化チタンの電磁波応答による触媒作用に基づく液体燃料の微細化作用を利用すれば、光触媒作用を利用する場合に必要となる、紫外線を照射するランプが不要となる。それによって、装置の小型化やコストの低減を図ることができ、使用電力も少なくて済む。また、触媒を、ランプからの紫外線が作用するように配置する必要がなくなり、触媒の配置の自由度が高まる。本発明者は、このような電磁波応答による触媒作用を利用することによって、液体燃料と触媒との接触効率をさらに向上させることができ、その結果、後述するように、実用的な高レベルの燃料改質作用が得られる構成を見出し、本発明に至ったものである。【００２３】
以下、図面を参照して、このような本発明の実施形態について説明する。【００２４】
（第１の実施形態）
図１〜３に、本発明の第１の実施形態の燃料改質装置を示す。図１は、全体の斜視図、図２は、サービスタンク１および第２の触媒充填筒１０を、一部を破断して示す斜視図、図３は、第１の触媒充填筒２を、一部を破断して示す斜視図である。【００２５】
本実施形態の燃料改質装置は、ボイラーなどの燃焼装置のオイルバーナーに液体燃料を供給するように構成されており、供給する液体燃料を貯留するサービスタンク１を有している。サービスタンク１には、その中に液体燃料を補給するための給油配管６と、不図示の燃焼装置に液体燃料を供給するための接続配管１１が接続されている。さらに、サービスタンク１には、エアー抜き口１３やドレン抜き口１２が設けられており、また、サービスタンク１内の液体燃料の油面が、貯留に適した所定の高さになっているのを検出するレベルスイッチ７が取り付けられている。レベルスイッチ７は、表示装置や給油装置に接続して、液体燃料を補給する際、適量の補給を行うのに利用可能である。【００２６】
サービスタンク１には、第１の触媒充填筒２が、その前後の配管８，９を介して接続されている。第１の触媒充填筒２は円筒状の形状を有し、軸線方向の両端が蓋フランジ１４によって塞がれており、配管８，９は、軸線方向の、互いに反対側の各端部付近にそれぞれ接続されている。第１の触媒充填筒２内には、図３に示すように、球状の複数の触媒片１６が満杯に充填されている。触媒片１６は、少なくともその表面が二酸化チタン（TiO２）からなり、環境中に通常存在している電磁波に応答して、触媒片１６の表面に接触する有機物に対して、それを分解する触媒作用を生じる。【００２７】
第１の触媒充填筒２に接続された一方の配管８は、サービスタンク１の下端付近に接続されており、途中に加温機３と循環用ポンプ４が接続されている。第１の触媒充填筒２に接続された他方の配管９は、サービスタンク１の天井部に接続されている。【００２８】
加温機３には、液体燃料の温度が所定の温度になるように加温機３を制御する温度調節器が接続されている。加温機３としては、プラグヒータを用いた市販品を用いることができ、サービスタンク１の容量や液体燃料の種類などに応じて、液体燃料を所定の温度に加温できる適切な性能のものを用いる。循環用ポンプ４としては、市販のオイルポンプを用いることができ、所望の循環容量などに応じて適切な性能のものを用いる。【００２９】
図２に示すように、サービスタンク１内にも、触媒片１６がトレイ１５によって保持されて配置されている。トレイ１５は、触媒片１６が通り抜けない適切な大きさの網目を有する網状部材から構成されている。また、燃焼装置への接続配管１１にも、触媒片１６が充填された円筒状の第２の触媒充填筒１０が接続されている。【００３０】
本実施形態の燃料改質装置では、液体燃料の供給中や供給開始の前段階において、循環用ポンプ４によって、液体燃料が循環させられる。液体燃料を、供給前に、数回循環させるようにするのが好ましい。すなわち、供給開始前や、液体燃料の補給後には、サービスタンク１中の全液体燃料を数回循環させる。その後、液体燃料の供給中などにも、液体燃料を連続的に循環させるのも好ましく、少なくとも、時間経過によって微細化作用が損なわれない程度に、所定の間隔で循環用ポンプ４を運転するのが好ましい。【００３１】
このようにして、液体燃料は、第１の触媒充填筒２およびサービスタンク１内の触媒片１６に繰り返し接触させられ、微細化作用を受ける。その結果、液体燃料の微細化が促進され、また、液体燃料が微細化された状態が維持される。したがって、サービスタンク１内の全液体燃料を、高度に微細化し、微細化された状態に維持することができ、それを、接続配管１１を介して燃焼装置に供給することによって、有効な燃焼性の改善効果を得ることができる。【００３２】
また、循環される液体燃料を、サービスタンク１の天井部に接続された配管９を介してサービスタンク１内に戻すことによって、液体燃料に酸素が効率的に取り込まれるようにすることができる。すなわち、液体燃料が天井部から飛翔し、また、サービスタンク１中で液体燃料が泡立つことにより、液体燃料中に効率的に酸素が取り込まれる。この際、液体燃料が微細化されていることによって、酸素と液体燃料との結合性が高まり、また、酸素の取り込み量が増大する。このように液体燃料と酸素の結合性を高め、液体燃料中に取り込まれる酸素量を増大させることによって、液体燃料を燃焼させる際、液体燃料中に取り込まれた酸素によって燃焼が促進され、液体燃料の燃焼を、完全燃焼に近づけ、燃焼性の改善効果を促進することができる。【００３３】
また、接続配管１１に第２の触媒充填筒１０を設けておくことによって、供給の直前に液体燃料に微細化作用を及ぼすことができ、それによって、燃焼性の改善の信頼性を高めることができる。【００３４】
加温機３による液体燃料の温度設定は、３０〜５０℃とすることができる。液体燃料を３０℃以上に加温することによって、触媒作用を促進することができ、また、液体燃料に適度の流動性を持たせることができる。液体燃料の加温を５０℃以下とすることによって、液体燃料中の油脂の気化による悪影響を抑制することができる。【００３５】
触媒充填筒２，１０内には、その中に充填された複数の触媒片１６間に隙間が生じており、この隙間中を、液体燃料が通過する。したがって、触媒片１６は、通過する液体燃料内に浸漬された状態となり、その表面全体が液体燃料に接触する。また、液体燃料は、ぎっしりと充填された複数の触媒片１６の間に生じた、小さな隙間中を通過するので、触媒片１６の表面に接触せずに流れる液体燃料量を小さく抑えることができる。このように、本実施形態の触媒充填筒２，１０によれば、液体燃料を触媒片１６の表面に効率的に接触させることができ、その結果、液体燃料に効率的に微細化作用を及ぼすことができる。このような高度の接触効率は、光触媒作用を利用する場合には、触媒片を液体燃料内に浸漬させることができないので、達成し得ないものである。【００３６】
触媒充填筒２，１０の径は、液体燃料が、触媒充填筒２，１０の全体に広がって流れるように、また、所望の流速が得られるように、大きすぎない適切な大きさに設定するのが好ましい。それによって、充填された触媒片１６を有効に機能させることができる。また、第１の触媒充填筒２中に、液体燃料を、部分的な滞りを生じたりすることなく流すことによって、液体燃料の全体が確実に触媒片１６の表面に繰り返し接触させられるようにし、全体に反復的に微細化作用が及ぼされるのを保障することができる。触媒充填筒２，１０の径のこのような選定は、循環用ポンプ４や燃焼装置への供給ポンプ（不図示）による加圧力や液体燃料の粘性などに応じて行うことができる。【００３７】
触媒充填筒２は、円筒形に限られるものではないが、円筒形とすれば、液体燃料が、部分的な滞りを生じたりすることなく全体に流れやすくなり、好ましい。触媒片１６も、球形に限られるものではないが、球形とすれば、体積に対する表面積の比率が最も大きくなるので、触媒片１６の設置スペースを小さく抑えながら、表面での触媒作用を効率的に得られる。触媒充填筒２内に充填する触媒片１６の量は、実用的な時間内、または、少なくとも、微細化作用が時間経過によって損なわれない時間内に、サービスタンク１内に貯留される全液体燃料に対して微細化作用を及ぼすことができるように設定する。具体的には、サービスタンク１内に貯留される液体燃料の量１リットルに対して、球形の触媒片１６が１Ｋｇ程度以上の量となるようにするのが好ましい。【００３８】
サービスタンク１内に触媒片１６を保持するトレイ１５は、触媒片１６を保持可能であり、かつ液体燃料がスムースに通過できるものであればよく、図示するような網状部材の他、パンチング板などを用いて形成されていてもよい。トレイ１５を、３〜４段程度に分けて触媒片１６を保持する構成としてもよく、それによって、トレイ１５の必要強度を低く抑えながら、多数の触媒片１６を保持可能となる。【００３９】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態の燃料改質装置を模式的に示す構成図である。同図において、第１の実施形態と同様の部分には、同一の符号を付しており、詳細な説明は省略する。【００４０】
本実施形態では、触媒片１６が充填された触媒充填筒３０が、サービスタンク１内に直立するように配置されている。触媒充填筒３０は、１つのみであってもよいが、図に示す例では、複数の触媒充填筒３０が、水平方向に離れて所定のピッチで配置されている。図示していないが、触媒充填筒３０は、図の紙面に垂直な方向にも複数配列されていてもよい。【００４１】
触媒充填筒３０の下端は、レジューサ３１を介して配管２０に接続されている。配管２０は、触媒充填筒３０に接続された部分から、サービスタンク１の外部に延びており、外部に延びた側の端部がサービスタンク１の下端付近に接続されている。配管２０の外部に延びた部分には、循環用ポンプ４と加温器３が接続されている。【００４２】
触媒充填筒３０の上端は、サービスタンク１内の液体燃料の油面２５より上方に位置しており、キャップ部材３２によって覆われている。キャップ部材３２には、複数の開口３３が形成されている。開口３３は、液体燃料がスムースに通過できるが、触媒片１６が通過することはできない適切な大きさを有しており、それによって、触媒片１６が触媒充填筒３０から脱落するのが防止されている。【００４３】
サービスタンク１の内壁面には、触媒保持ポケット２２が配置されており、この中にも、触媒片１６が保持され、サービスタンク１内の液体燃料中に浸漬されている。触媒保持ポケット２２は、第１の実施形態におけるトレイ１５と同様に、網状部材やパンチング板などによって構成することができる。【００４４】
また、本実施形態では、サービスタンク１にもタンクヒータ２１が設けられている。これによって、液体燃料の温度をより良好に制御することができる。【００４５】
本実施形態の構成でも、配管２０と触媒充填筒３０を通して液体燃料を循環させることによって、サービスタンク１内の液体燃料の全体に反復的に触媒片１６による微細化作用を及ぼし、有効な燃料改質効果を得ることができる。また、本実施形態の構成では、触媒充填筒３０の上端に取り付けられたキャップ部材３２の複数の開口３３から液体燃料を噴射することによって、液体燃料中への酸素の取り込みを促進することができる。このような液体燃料中への酸素の取り込みの促進作用を高めるため、キャップ部材３２は、油面２５から十分に高い位置にくるようにするのが好ましい。【００４６】
また、本実施形態の構成では、触媒充填筒３０内への触媒片１６の充填量を、触媒充填筒３０内にある程度スペースが残るように設定し、触媒片１６が、液体燃料の流れと重力との作用によって、触媒充填筒３０内で移動できるようにするのが好ましい。それによって、触媒片１６の充填状態のばらつきや、液体燃料の、粘性の高い成分の滞りなどのために、流抵抗が比較的低い領域に集中的に流れが生じ、他の領域で流れが滞る状態となるのを抑制し、また、そのような状態を解消する作用を得ることができる。すなわち、触媒片１６が移動することによって、触媒充填筒３０内の各部分領域での流抵抗が変化するので、液体燃料の流れが種々の部分領域に導かれ、各部分領域を通る流量の平均値が均等化される。また、流れが滞った部分に、触媒片１６の移動に伴って液体燃料に生じる圧力波を作用させ、それによって、粘性の高い成分を分散させて滞りを解消する作用が得られる。その結果、触媒充填筒３０内の全体でスムースに液体燃料を流して、全ての触媒片１６を有効に機能させ、また、液体燃料の全体に反復的に微細化作用が及ぼされるのを保障することができる。なお、第１の実施形態における触媒充填筒２，１０についても、同様に、軸線方向が鉛直方向に向くようにし、触媒片１６の充填率を、触媒片１６が移動できるように調整してもよい。【００４７】
レジューサ３１は、触媒充填筒３０を取り外し可能に保持する構成となっているのが好ましい。それによって、触媒片１６の径時劣化や、液体燃料の成分の、触媒充填筒３０内への固着などによって、燃料改質効果が損なわれないように、触媒充填筒３０を適宜交換することが可能となる。【００４８】
第１の実施形態の触媒充填筒２，１０と同様に、触媒充填筒３０は円筒状であるのが好ましく、また、その径は、触媒充填筒３０内の全体に液体燃料が流れるように、大き過ぎないように適切に設定するのが好ましい。さらに、レジューサ３１は、配管２０側から流れてくる液体燃料を、触媒充填筒３０の径方向の全体に分散させる構造を有するものとするのが好ましい。このように、液体燃料を分散させる構造としては、レジューサ３１の内部に繊維状部材を充填した構造を採用することができる。すなわち、この場合、充填された繊維状部材間に、複雑な微細経路が形成され、それによって、供給された液体燃料は、微細経路に沿って、種々の方向に分散される。その結果、液体燃料の流れを、触媒充填筒３０の径方向の全体にわたって均等化することができ、また、上述したように液体燃料の流れが一部に集中するのを抑制する作用も高められる。このような繊維状部材としては、液体燃料によって腐食などの悪影響を受けにくい金属から構成されたものを用いるのが好ましい。【００４９】
触媒充填筒３０内には、触媒片１６の位置を規制する部材を配置してもよい。図５Ａおよび図５Ｂは、このような好適な位置規制部材として、複数のらせん状部材４０を配置した例を示している。図５Ａは、触媒充填筒３０の内部を示す斜視図、図５Ｂは平面図である。【００５０】
各らせん状部材４０は、球状の触媒片１６ａの周囲を取り囲むように配置されている。また、触媒充填筒３０の内面とらせん状部材４０の周囲の間に残される平面領域には、触媒片１６ａよりも径の小さい球形の触媒片１６ｂを配置して、触媒片の充填効率を高めている。このようならせん状部材４０を配置することによって、触媒片１６ａ，１６ｂの間に、所望の間隔を確保し、液体燃料が触媒充填筒３０内をスムースに流れるようにすることができる。位置規制部材は、らせん状の構造に限られることはないが、らせん状の構造とするのが、位置規制部材によって占められる体積を小さく抑えながら、触媒片１６ａ，１６ｂの間に所望の間隔を有効に確保することができるので好ましい。【００５１】
らせん状部材４０は、液体燃料によって悪影響を受けにくい金属からなる針金から構成するのが好ましい。らせん状部材４０の径や、巻きの径を調節することによって、触媒片１６ａ，１６ｂ間の間隔を調整することができる。らせん状部材４０の巻きの内径は、触媒片１６ａよりも少し大きめとするのが好ましく、そうすれば、触媒片１６ａがある程度移動可能となり、それによって、前述のように、流れが一部に集中するのを抑制し、流れを均等化する作用を確保できる。らせん状部材４０の巻きの間隔は、触媒片１６ａがらせん状部材から抜け出ないように、触媒片１６ａの径よりも小さくするのが好ましい。【００５２】
変形例として、図６Ａおよび図６Ｂに示すように、らせん状部材４０中の触媒片１６の幾つかを、小さめの触媒片１６ｃとしてもよい。このような触媒片１６ｃは、触媒片１６ａに比べて移動可能量が増える結果、液体燃料の流れに伴って比較的大きく振動するように運動することができる。それによって、前述のように、流れが一部に集中するのを抑制し、流れを均等化する作用を高めることができる。このように比較的大きく移動可能な触媒片１６ｃを配置する構成は、特に、液体燃料の粘性が高めであったり、粘性の高い成分が多めであったりする場合に、そのような液体燃料の流れが滞るのを抑制して、スムースな流れを確保できるので好ましい。【００５３】
図７Ａおよび図７Ｂに示すように、複数のらせん状部材４０を部分的に重なり合うように配置してもよい。このようにすれば、触媒片１６ａ同士が近接して位置することがなくなり、触媒片１６ａ間に常に所望の間隔以上の間隔を確保することができる。この場合にも、図７Ａに示すように、各らせん状部材４０内には同じ大きさの触媒片１６ａを配置してもよいが、より大きく移動可能な触媒片１６を配置した方が好ましい場合には、図７Ｂに示すように、小さめの触媒片１６ｃを配置してもよい。【００５４】
また、らせん状部材４０の、軸線方向に見た形状は、円形に限られることはなく、図８Ａに示す四角形、図８Ｂに示す三角形、図８Ｃに示す八角形などとしてもよい。このように、種々の形状のらせん状部材４０を用い、あるいは、互いに異なる形状のらせん状部材４０を組み合わせて用いることによって、触媒片１６の間のスペースの形状を種々に変化させ、また、触媒片１６が種々の運動をするようにできる。それによって、流れが一部に集中するのを抑制し、流れを均等化する作用を高めることができる。【００５５】
なお、上記のようならせん状部材４０は、第１の実施形態における触媒充填筒２，１０にも適用可能である。また、上述の各実施形態において、液体燃料としては、重油、軽油、灯油などの種々の燃料を用いることができる。本発明は、液体燃料に対して、高度の微細化作用を及ぼすことができるので、特に、スラッジのような比較的大きな粒子を含むＡ重油を改質するのに好適である。また、本発明では、液体燃料を予め改質した後、燃焼装置に供給するので、供給中の液体燃料に対して改質を行う場合とは異なり、液体燃料の単位時間当たりの供給量が多い場合でも、十分に改質された液体燃料を供給することができる。このため、本発明は、特に、Ａ重油を１時間に５リットル以上供給する装置として好適である。【００５６】
（燃焼試験結果）
次に、特に、図４に示すのと同等の構造の燃料改質装置を用いてＡ重油を改質し、改質前後のＡ重油の燃焼試験をした結果について説明する。表１に試験結果を示す。なお、表１の結果において、各値は、複数回の試験結果の平均値である。【００５７】
【表１】
2007061111.tif 000003
表１から、改質後のＡ重油では、改質前よりも燃焼温度が高くなっているのが分かり、このことから、改質後のＡ重油では、改質前よりも発生熱量が大きくなっているものと考えることができる。また、改質後のＡ重油では、改質前よりも、燃焼ガス中の一酸化炭素濃度および窒素酸化物濃度が減少しており、有害物質の発生の抑制効果があることが分かる。これらのことは、液体燃料の改質によって、燃焼が、完全燃焼に近づいたためと考えられる。ここで、通常、燃焼温度の上昇は、燃焼ガス中の窒素酸化物濃度の増大につながると考えられているのに対して、このように、燃焼温度が上昇しているにもかかわらず、窒素酸化物の濃度が減少するというのは、本発明の燃料改質に特有の効果であると考えられる。また、吸熱反応である窒素の酸化反応の減少は、吸熱によるエネルギ損失の低下の抑制作用にもつながるものと考えられる。【００５８】
また、他の燃焼試験結果でも、本発明に基づく燃料改質によって、排ガス中の窒素酸化物濃度が８〜１３％程度減少するのが確認された。燃費が２〜５％程度向上し、排ガス中のＰＭ量が１２〜１６％程度減少するのも確認された。燃費の向上は、二酸化炭素（ＣＯ２）や硫黄酸化物（ＳＯＸ）の低減にもつながる。【００５９】
さらに、ＪＩＳ  Ｋ  ２２６５（ベンスキーマルテンス密閉式）に基づく引火点の検査を行った結果、改質前には引火点が７４．０℃であったＡ重油に対して、本発明に基づく改質を行った後には、引火点が６６．０℃となることが確認された。すなわち、本発明に基づく燃料改質によれば着火性も改善されると考えられる。このように、燃料の改質によって引火点が下がるという効果は、従来確認されておらず、本発明に基づく燃料改質は、従来技術では得られない画期的なものであると考えられる。【００６０】
（燃焼装置システムへの適用）
次に、本発明の燃料改質装置を組み込んだ一例の燃焼装置システムとして、燃料改質装置をボイラーのバーナーの供給系に組み込む例について説明する。図９に、ボイラーの模式的な構成図を示す。【００６１】
ボイラーは熱交換部５０を有し、熱交換部５０には、給水系５１と燃料供給系６０が接続されている。燃料供給系６０には、供給ポンプ６１とパイロット弁６２，主弁６３などが設けられ、熱交換部５０に配置されたバーナー６５に接続されている。また、熱交換部５０には、燃焼空気をおくるファン７０が設けられている。【００６２】
このボイラーでは、給水系５１から熱交換部５０に供給された水が、バーナー６３での液体燃料の燃焼によって加熱されて蒸気となり、蒸気取り出し弁５４を介して取り出される。蒸気取り出し弁５４は、必要な蒸気量に応じて開閉される。【００６３】
給水系５１は、熱交換部５０に設けられた水位調節器５２によって、熱交換部５０における水位を所定の範囲に保つように制御される。バーナー６５は、熱交換部５０に設けられた蒸気圧力スイッチ５３によってＯＮ／ＯＦＦ制御される。バーナー６５のＯＮ／ＯＦＦは、供給ポンプ６１、パイロット弁６２、主弁６３、ファン７０、および不図示の、ファン７０のダンパやバーナー６５の点火器などの所定の制御によって実行される。【００６４】
このようなボイラーの燃料供給系６０の供給ポンプ６１の前に、本発明の燃料改質装置を組み込んだ。その結果、バーナー６５のＯＮ時間が短縮され、燃費が向上するのが確認された。【００６５】
さらに検討の結果、燃料改質装置を組み込んだ場合、組み込まない場合に比べて、熱交換部５０からの排気ガス量が増大し、排気ガス温度が高くなるのが確認された。これは、液体燃料の燃焼によって発生する熱を、無駄に排出していることを意味している。そこで、バーナー６５のノズルを、噴射流量がより少ないものに交換すると共に、ファン７０のダンパの開度を調整して、燃焼空気量を少なくした。その結果、さらに燃費が向上するのが確認された。【００６６】
また、図示していないが、熱交換部５０での発生蒸気は、蒸気取り出し弁５４から取り出された後、さらに圧力を下げて蒸気使用機器に供給される。そこで、熱交換部５０での発生蒸気の設定圧力を下げる調整を行った。このような調整を行っても、燃料の改質によって蒸気発生能力が高くなっているため、蒸気使用機器に供給する際の蒸気の２次圧力には影響が生じないことが確認された。そして、このように、熱交換部５０での発生蒸気の設定圧力を下げることによって、さらに燃費が向上するのが確認された。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年4月30日(2008.4.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を改質する燃料改質装置であって、
前記液体燃料を貯留するサービスタンクと、
前記サービスタンク内の前記液体燃料を取り出し前記サービスタンクに戻す循環流路を形成する循環用配管と、
前記循環用配管に接続され、前記循環流路内を、前記液体燃料を循環させる循環用ポンプと、
触媒片が充填されている触媒充填筒であって、前記循環流路を循環する前記液体燃料が前記触媒充填筒の内部を流れ、内部を流れる該液体燃料中に前記触媒片が浸漬されるように前記循環用配管に接続された触媒充填筒と、
を有する燃料改質装置。
【請求項２】
前記循環用配管に接続され、該循環用配管内を通る前記液体燃料を加温する加温機をさらに有する、請求項１に記載の燃料改質装置。
【請求項３】
前記サービスタンク内にも前記触媒片が配置されている、請求項１または２に記載の燃料改質装置。
【請求項４】
前記触媒充填筒は、前記サービスタンク内に配置されており、前記触媒充填筒の下端は前記循環用配管に接続され、前記触媒充填筒の上端には、前記液体燃料を前記サービスタンク内で空中に噴射する開口が形成されたキャップ部材が取り付けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項５】
前記触媒充填筒内には、その内部に充填された前記触媒片が移動可能なスペースが確保されている、請求項４に記載の燃料改質装置。
【請求項６】
前記触媒充填筒は、前記液体燃料の循環方向の上流側でレジューサを介して前記循環用配管に接続されており、前記レジューサ内には、繊維状部材が充填されている、請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項７】
前記触媒充填筒内には、らせん状部材が配置され、該らせん状部材内に、その軸線に沿って球形の複数の前記触媒片が配置されている、請求項１から６のいずれか１項に記載の燃料改質装置。
【請求項８】
前記らせん状部材内には、互いに径の異なる前記触媒片が配置されている、請求項７に記載の燃料改質装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の燃料改質装置と、
前記燃料改質装置によって改質された前記液体燃料を燃焼させるバーナーと、
前記バーナーに燃焼空気を送る機構と、
を有し、
前記バーナーからの前記液体燃料の噴射流量と前記バーナーへ送る前記燃焼空気の流量が、改質されていない前記液体燃料を燃焼させる場合よりも小さく設定されている燃焼装置システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
上述の目的を達成するため、本発明の燃料改質装置は、液体燃料を改質する燃料改質装置であって、液体燃料を貯留するサービスタンクと、サービスタンク内の液体燃料を取り出しサービスタンクに戻す循環流路を形成する循環用配管と、循環用配管に接続され、循環流路内を、液体燃料を循環させる循環用ポンプと、触媒片が充填されている触媒充填筒であって、循環流路を循環する液体燃料が触媒充填筒の内部を流れ、内部を流れる液体燃料中に触媒片が浸漬されるように循環用配管に接続された触媒充填筒と、を有することを特徴とする。
【国際調査報告】
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