(57)【要約】【課題】  ガス類に水を均質に分散混合せしめて、高い燃焼性と安定した燃焼、及び大幅な燃費の低減化と排出炭酸ガスの削減を可能とする、ガス類と水とのエマルジョン燃料の燃焼方法及び燃焼装置の提供。【解決手段】  水を加圧し微粒化水形成具若しくは超音波噴霧により形成した微粒化水を、高電場区画内でレイリー分裂させて、その粒径が０．１乃至２０ｎｍの極微粒化水となしたうえ、該極微粒化水をバーナー燃焼部のバーナー管体の適宜位置よりガスに分散混合させエマルジョン燃料化させたうえ燃焼する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を加圧のうえ多数の微細噴霧ノズルで形成される微粒化水形成具より噴霧された微粒化水を、その電圧が４０００乃至１２０００Ｖの高電圧が付加された高電場区画内でレイリー分裂を促進させてその粒径が０．１乃至２０ｎｍの極微粒化水となしたうえ、都市ガスやＬＰＧ若しくはＬＮＧからなるガス類が移送燃焼されるバーナー燃焼部の適宜位置より、ガス類に対し極微粒化水を所要容量割合で分散混合しエマルジョン燃料化して燃焼することを特徴とする、ガス類と水とのエマルジョン燃料の燃焼方法。
【請求項２】
微粒化水が水を超音波振動子により超音波噴霧され形成される請求項１記載のガス類と水とのエマルジョン燃料の燃焼方法。
【請求項３】
水を加圧ポンプにより加圧したうえ、多数の微細噴霧ノズルにより形成される微粒化水形成具と、該微粒化水形成具で形成された微粒化水に、その電圧が４０００乃至１２０００Ｖの高電圧を付加してレイリー分裂を促進させて、その粒径が０．１乃至２０ｎｍの極微粒化水を生成する高電場区画と、バーナー燃焼部のバーナー管がベンチュリータイプに形成され、且このスロート部に形成された微細孔隙より、極微粒化水を給入しガス類と分散混合させる構成からなる、ガス類と水とのエマルジョン燃料の燃焼装置。
【請求項４】
バーナー燃焼部のバーナー管がインジェクタータイプに形成され、且その補助部より極微粒化水を給入し、ガス類と分散混合させる構成からなる、請求項３記載のガス類と水とのエマルジョン燃料の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は都市ガスを初めＬＰＧやＬＮＧ等のガス類に、水を分散混合させたエマルジョン燃料を、高い燃焼性と安定して燃焼させ、以って大幅な燃費の低減化と排気ガスの削減化を可能となすエマルジョン燃料の燃焼方法及び燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  産業活動や生活活動におけるエネルギー源としてのガソリンを初めとする灯油、軽油或いは重油等の石油類や、都市ガスを初めとするＬＰＧやＬＮＧ等のガス類は、エネルギー効率に優れるとともに扱いも至便であること等により、広範囲に且膨大量の消費がなされて来ており、既に石油類においては資源の枯渇化に直面しており、これがため代替エネルギーとしてＬＮＧ等ガスへの転換が積極的になされている。【０００３】  しかしながら今日に至るまで膨大量の石油類やガス類の消費に伴って排出炭酸ガスを初めとする温暖化ガスの排出重積により地球環境が著しく汚染破壊され、健康被害の頻発ばかりか生物類の生存不能事態も惹起され、更には異常気象に伴う低温高温化や旱魃による農作物の育成や収穫不能はもとより、集中豪雨による河川の氾濫や決壊等による家屋や施設の水没や破壊等の莫大な被害も発生しつつある。
そして仮令エネルギー源がＬＮＧ等のガスに転換がなされても、先進諸国よりも遥かに経済規模の大きな新興国の積極的消費が拡大化しており短期の枯渇化が招来されるばかりか、環境汚染についても何等有効な対処もなされぬ危険を孕んでいる。【０００４】  加えて留意すべきは先進諸国においては、かかる石油類やガス類等の資源枯渇化や環境汚染拡大への対処策も無く、専ら新規代替エネルギーとして太陽光や風力等による発電エネルギーへの開発に邁進しているものの、これら代替電気エネルギーでは依然としてエネルギー効率が悪く、且使用用途も著しく制約される等によって、石油類やガス類への代替要件も具備せず、とりわけ石油類やガス類の資源枯渇化や環境汚染防止等の直接的解決には寄与しない。【０００５】  発明者等はかかる問題に鑑み鋭意研究を重ねた結果、石油類においては所要容量割合の水を乳化剤を使用せずに相互の均質分散と且水の液滴の微粒化によるエマルジョン燃料となすことにより、水の水蒸気改質反応及び水性ガス反応を作用せしめて、高い燃焼性と燃焼安定性を保持し併せて燃費の低減化及び排気ガス削減化を実現することに成功し、既に先願でその内容を開示している。
而しながら前述の如く産業用や家庭用燃料エネルギー源としての石油類も、近年に至っては逐次都市ガスやＬＰＧ或いはＬＮＧへと転換されつつあり、該ガス類についてもエマルジョン燃料化により燃焼消費することが資源枯渇化防止や環境汚染防止に寄与することとなる。【０００６】  ところで、石油類と水とのエマルジョン化燃料は混合される相互が液状であって、高い燃焼性と安定した燃焼を保持せしめるためには、混合される相互が均質に分散混合され且混合される水の液滴を可能な限り微粒化させる必要から、所要の容量割合で混合した石油類と水とを、短時且急激に衝突、撹乱、破砕及び混合させるために分散混合モジュールを流通させることでなしえる。
然るにガス類と水とのエマルジョン化燃料では、混合されるガス類が気体なうえその分子結合状態により多少の変動はあるものの、一般的にはその粒径としては略１０−８ｃｍ即ち１０ｍｍ程度とされており、反面水では分散混合モジュールや高圧噴霧等による微粒化手段でもその粒径はせいぜい３乃至１０μｍ以上とされるため、相互の混合によっても粒径差が極めて大きく且水の比重差等により均質な混合がなされず、且ガス分子粒径に対して大粒径の液滴のため、ガスの燃焼を増長する微爆作用が有効に発揮されぬばかりか、燃焼に際しての気化熱の剥奪も大きく却ってガスの燃焼性を阻害する結果ともなる。【０００７】  そこで発明者等は分散混合に係る技術思想を本質的に変えて、ガス類に混合させる水の液滴については生産性の改善はあるものの、水を蒸散のうえ高電場の付加によりレイリー分裂を創出せしめて実質的にその液滴粒径が０．１乃至２０ｎｍ程度まで極微粒化が可能な技術が解明されたこと、及びガスの燃焼使用量の高い家庭用ガス燃焼機器では、ガスの燃焼圧力もせいぜい２乃至３ｋｇ／ｃｍ２程度以下であるから、燃焼バーナー部分において負圧が少なく極微粒子化水を容易にガス類と分散混合させることにより、ガス類と水とのエマルジョン化燃料の生成と且燃焼が可能となり、以って燃費の大幅な低減化と排出炭酸ガスの削減化が実現しえることに想到し本発明に至った。
【発明の開示】
【発明者が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明は都市ガスやＬＰＧ若しくはＬＮＧ等のガス類に所要容量割合で水を均質に分散混合せしめて、高い燃焼性と安定した燃焼のなしえるエマルジョン燃料となしたるうえ燃焼させ、燃費の大幅な低減化と排出炭酸ガスの低減化を可能とする、ガス類と水とのエマルジョン燃料の燃焼方法及び燃焼装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  上述の課題を解決するために本発明が採用した技術的手段は、都市ガスを初めＬＰＧやＬＮＧ等のガス類を燃焼源とするボイラーやガス風呂釜、ガス湯沸器或いはストーブ等のガス燃焼機器のガスバーナー前部において、所要容量の水を微細噴霧ノズルが多数形成された微粒化水形成具より、所要の圧力を以って且その内部が４０００乃至１２０００Ｖの高電場に保持された、高電場区画内に、その液滴粒径が２０μｍ以下の微粒化水として噴霧し、而して高電場区画内の高電場の付加によりレイリー分裂作用で、その粒径が０．１乃至２０ｎｍの極微粒化水となしたうえ、移送ポンプにより燃焼バーナー部に移送させる極微粒化水生成部と、該極微粒化水生成部で生成された極微粒化水を、ベンチュリー機能やインジェクター機能を保持したバーナー燃焼管を流通するガス類に、所要容量割合で均質に混合分散せしめて燃焼させる、ガス類と水とのエマルジョン燃料の燃焼方法に存する。
【００１０】  更には水を所要圧力に加圧する加圧ポンプと、該加圧ポンプで加圧された水を微粒化水に噴霧する微細噴霧ノズルが多数形成された微粒化水形成器具と、該微粒化水形成具で形成された微粒化水に、その付加電圧が４０００乃至１２０００Ｖの電圧による高電場を付加させてレイリー分裂を促進せしめて実質的にその粒径が０．１乃至２０ｎｍの極微粒化水となす所要容積の高電場付加電圧区画とからなり、若しくは水を微粒化水となすために、適宜容積の貯水槽の内部に超音波振動子が設けられた超音波噴霧具と、この超音波噴霧具で形成された微粒化水に、その付加電圧が４０００乃至１２０００Ｖの電圧による高電場を付加させてレイリー分裂を促進せしめて実質的にその粒径が０．１乃至２０ｎｍの極微粒化水を生成させるための、所要容積の高電場付加区画とにより極微粒化水生成部が構成されてなり、この極微粒化水をガス類と均等に分散混合せしめるため、ガス類を燃焼させるバーナー燃焼管をガス供給部及びガス供出部の口径が同じで、且供給部からは急に絞径化されてスロート部が形成されたうえ、該スロート部から供出部には穏やかに開径させて、スロート部に微細給入孔を形成させ、該微細給入孔より極微細粒化水を混合分散させる燃焼装置の構成に存する。
【００１１】  更にはバーナー燃焼管のガス流通を供給口より供出口を絞縮させて高速噴霧させるとともに、その供出口近傍に吸入間隙を有し且開口された噴霧促進フードが形成されており、該吸入間隙より極微粒化水を混合分散せして燃焼させる燃焼装置の構成に存する。
【発明の効果】
【００１２】  本発明は上述の如き構成からなるものであって、ボイラーやガス燃焼機器等のガスバーナーの前部において、所要容量の水を微細噴霧ノズルが多数形成された微粒化水形成具で且その内部が４０００乃至１２０００Ｖの高電圧に保持された高電場区画内に、その液滴粒径が２０μｍ以下の微粒化水を噴霧させることにより、該微粒化水は高電場によるレイリー作用によりその粒径が０．１乃至２０ｎｍの極微粒化水として生成されるとともに、分散混合される都市ガスやＬＰＧ若しくはＬＮＧと粒径差はもとより比重差も同等に近く、従って相互の分散混合性が極めて良好となる。
【００１３】  加えて本発明においては、分散混合される極微粒化水の粒径が略０．１乃至２０ｎｍと極めて微細であって、燃焼に際しては瞬時に微爆作用が発揮されてガスの燃焼とともに高い燃焼性が保持されるばかりか、気化熱の剥奪も無く安定した燃焼も保持されることから、該極微粒化水はガスに対して略５０乃至５５容量％割合まで可能となるため、燃費の著しい低減化はもとより排出炭酸ガスも略５０％程度削減される。
そして本発明において特徴的なことは、ガス類を均質な分散混合を図るうえから、その粒径が０．１乃至２０ｎｍの極微粒化水を使用するにあたっては膨大量の生成が不可避であるが、水を加圧のうえ微細噴霧ノズルが多数形成された微粒化水形成具を用いることで、その加圧力と且微細噴霧ノズル数の選択で対処できることにある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】  加圧ポンプで加圧した水を微細噴霧ノズルが多数形成された微粒化水形成器具で、その粒径を１０μｍ以下の微粒化水としたうえ、略１０，０００Ｖの高電圧が付加された所要容積の高電場規区画内に噴霧させて、レイリー作用によりその粒径が２０ｎｍの極微粒化水となしたるうえ、ガス類の燃焼バーナーの中央にスロート部が設けられ且該スロート部の燃焼バーナー管壁周面には微細孔隙の極微粒化水給入孔が設けられ、このスロート部を包被して所要容積の極微粒化水貯留部が設けられてなり、該極微粒化水貯留部の極微粒化水をスロート部の給入孔よりガスに混入分散させて燃焼する。
【実施例】
【００１５】  以下に本発明実施例を燃焼装置の図に基づき詳細に説明すれば、図１は本発明燃焼方法のフロー図であり図２は微粒化水生成装置の説明図である。
そしてこの図２のＡには、水１を加圧ポンプ１Ａにより所要の噴霧圧力に対応した圧力に加圧のうえ、微細噴霧ノズル１Ｂが多数形成されてなる微粒化水形成具１Ｃを介して、その液滴の粒径が最大でも２０μｍ以下望ましくは６乃至１０μｍ程度の粒径からなる微粒化水２を噴霧生成させる。
かかる場合において噴霧され生成される微粒化水２の粒径は噴霧圧力や噴霧ノズル径、噴霧素材の粘度等により具体的に決定される。【００１６】  かくして所要の粒径に噴霧形成された微粒化水２は、高電圧望ましくは４０００乃至１１２０００Ｖの高電圧を付加させることにより、微粒化水２を更に膨大数に且極微細粒径に分裂させる、所謂レイリー分裂作用を付与せしめて燃焼源としての都市ガスやＬＰＧ若しくはＬＮＧガス類４と、粒径はもとより見掛比重も近似させ、以って相互の分裂混合性を高める極微粒化水２Ａとなすうえから、所要容積の高電場区画３内に移送される。
かかる場合において、高電場区画３に付加される高電圧は噴霧形成される微粒化水２の噴霧量やその粒径或いは高圧付加させる高電場区画３の容積や付加時間等によっても異るが、一般的にガス類４と分散混合させるに好適な粒径が０．１乃至２０ｎｍの極微粒化水２Ａの生成においては略４０００Ｖから最高で１２０００Ｖ程度が目安となる。【００１７】  極微粒化水２Ａの生成には、前述する微細噴霧ノズル１Ｂが多数形成された微粒化水形成具１Ｃを使用する以外に、超音波噴霧１０による手段も可能であって、該超音波噴霧１０による場合では、図２のＢに示す如く所要容量の水１を貯留しえる貯水槽１１の底部には超音波振動子１１Ａが配位されてなるものであって、貯留された水１に超音波振動が付加されて超音波振動が強力となると、音の放射圧が高まり而も周波数が高いと音圧は指合性をもって集中する。これが水１を押し上げ液柱を発生させる。一方水１の表面では表面波が発生し、液柱の周辺を反射の境界として表面に干渉波が起る。表面での液体の衝突、引きちぎり合うエネルギーは水１の表面張力に打ち勝って水１を微粒子化し空中に飛散させることにより、微粒化水１２が形成されるものである。【００１８】  かかる如くして形成された微粒化水１２は、移送ファン１３により所要の容積で且高電圧を付加させることにより、更に膨大数で且極微粒状にレイリー分裂作用を付与させるための高電場区画３内に移送させて、極微粒化水２２が生成される。
このように、都市ガスを初めＬＰＧやＬＮＧ等のガス類４と均質に分散混合でき、且燃焼に際して微爆作用を効果的に発揮し、而も気化熱の剥奪も防止し、高い燃焼性及び安定した燃焼を実現するための極微粒化水２Ａ若しくは２２が生成されるものである。【００１９】  前述の如く本発明の技術的特徴は、都市ガスを初めＬＰＧやＬＮＧ等のガス類４を燃焼源とするボイラーや家庭用燃焼機器において、その燃焼源の資源枯渇化の防止はもとより実用上からは燃費の大幅な低減と排出炭酸ガスの削減化を実現するために、ガス類４と水１とのエマルジョン燃料化とその燃焼方法及び燃焼装置の提供にある。
そして本発明ではガス類４に対して望ましくは水１を５０容量％割合まで均等に分散混合させ、更には高い燃焼性及び安定した燃焼を可能ならしめるエマルジョン燃料６形成のための極微粒化水２Ａ若しくは２２の形成を確立した。【００２０】  而してかかる極微粒化水２Ａ若しくは２２をガス類４と均質に分散混合させて高い燃焼性や安定した燃焼を図るうえからは、燃焼バーナー部５において燃焼源たる都市ガスやＬＰＧ若しくはＬＮＧ等のガス類４に対して、均質に分散混合させたうえ燃焼させることが要請される。
ところでガス類４の燃焼、とりわけ家庭用燃焼機器においては、狭少な生活空間内で且素人に使用されることから、安全性特には点火装置には特段の配慮がなされ、図３に例示するように主バーナーに確実に点火するために適正な熱エネルギーを発生するものであることや、主バーナーへの火移りに適切な位置で取付けられていること、或いは安定した燃焼性能を備えること等の多様な手段が施されている。【００２１】  そしてガス類４はその移送圧力も通常は２乃至３ｋｇ／ｃｍ２程度の低圧力で取扱われるものであるから、かかるガス類４の供給移送及び燃焼に際して使用される圧力において、ガス類４に対しての極微粒化水２Ａ若しくは２２の均質な分散混合手段が要請される。
かかる課題の解決手段としては図４に示すベンチュリータイプバーナー５０による方法が提案されるもので、該ベンチュリータイプバーナー５０はバーナー管体５０Ａを、その供給側５１Ａの口径が大きく且その中央部位即ちスロート部５１Ｂを狭ばめたうえ供出部５１Ｃを穏かに口径を大きくした形状となし、而もこのスロート部５１Ｂの外周面には、極微粒化水２Ａ若しくは２２を移送されるガス類４にその微細孔隙５２より給入させて分散混合させる微細孔隙５２が多数穿孔されている。
即ち該ベンチュリータイプバーナー５０においては、その供給側５１Ａよりガス類４が所要の圧力を以ってスロート部５１Ｂより穏かに口径が大きく形成された供出側５１Ｃへと移送する際に、スロート部５１Ｂに大きな吸引力が働き、極微粒化水２Ａがガス類４に分散混合される。かかる場合に、該微細孔隙５２には常時極微粒化水２Ａ又は２２が供給されている必要があることから、該微細孔隙５２部分を包被するように極微粒化水貯留部５３が形成されている。無論かかる微細孔隙５２に働く吸引力による分散混合に加えて、該極微粒化水貯留部５３に、別途圧力を付加させて微細孔隙５２より強制的にガス類４に分散混合させることも可能である。【００２２】  更に別の手段としては図５に示す如くインジェクタータイプバーナー５４による方法も提案される。即ち図５においては供給側主管５４Ａから供給され移送されるガス類４は混合部５４Ｂに狭小化されたゲート５４Ｃより混合部５４Ｂを高速化されて、対合して配位され且口径が拡大化されてなる分散部５４Ｄを経て燃焼がなされるものであるが、かかる場合に混合部５４Ｂに連接されてなる補助部５４Ｅには、該混合部５２Ｂへの引き込む力が作用する。
従って該補助部５４Ｅに極微粒化水２Ａ若しくは２２を供給させておくことにより、ガス類４への吸引と分散混合が図られることとなる。かかる場合におけるガス類４に対する極微粒化水２Ａ若しくは２２の混合割合については、補助部５４Ｅに付帯する調整バルブ５４Ｆにより調整がなされる。【００２３】  本発明においてバーナー燃焼部５における極微粒化水２Ａ若しくは２２のガス類４への分散混合手段は、かかるベンチュリータイプやインジェクタータイプに限定されるものでは無く、極微粒化水２Ａ若しくは２２を十分に加圧のうえ、ボイラー管体の周面に多数形成される微細孔隙５２より給入させる方法も採用できる。【００２４】  当然に本発明においては、上述の如き燃焼装置を使用することが好都合であるが、燃焼方法においてはこれら燃焼装置に制約されることなく、図１において示される如くガス類４と水１とによりエマルジョン燃料７を生成し、而して燃焼を図り、以って高い燃焼性と安定した燃焼とともに、大幅な燃費の低減化並びに排出炭酸ガスの削減化を実現する燃焼方法として、ボイラーや家庭用燃焼機器等のガス類４を燃焼源とするガスバーナー前部において、水１を加圧のうえ微細噴霧ノズルが多数形成された微粒化水形成具、若しくは水１を超音波振動子を用いて超音波噴霧により、その液滴粒径が２０μｍ以下の微粒化水２若しくは１２を形成のうえ、この微粒化水２若しくは１２をその電圧が４０００Ｖ乃至１２，０００Ｖの高電圧に保持された高電圧区画でレイリー分裂を促進させ、以ってその粒径が０．１乃至１０ｎｍの極微粒化水２Ａ若しくは２２Ａを生成する。【００２５】  かくしてなる極微粒化水２Ａ若しくは２２Ａは、バーナー燃焼部５において、バーナー管体５０Ａをベンチュリータイプに形成し且その中央部位のスロート部外周面に多数穿孔させた微細孔隙より給入させ分散混合させ、若しくはバーナー管体５０Ａをインジェクタータイプに形成し、供給側主管から狭少化されたゲートより混合部を高速化させたガス類を対向配位された分散部に流通させることにより、混合部に連接される補助部より分散混合させて燃焼させる燃焼方法に存するものである。
【産業上の利用可能性】
【００２６】  都市ガスやＬＰＧ若しくはＬＮＧ等のガス類を燃焼源とするボイラーや家庭用燃焼機器のバーナー燃焼部前部に配設させることにより、高い燃焼性と安定した燃焼とともに燃費の大幅な低減化と排気ガスの削減化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】  本発明燃焼方法のフロー図である。
【図２】  微粒化水生成装置の説明図である。
【図３】  ガス燃焼機器の点火装置のフロー図である。
【図４】  ベンチュリータイプバーナーの説明図である。
【図５】  インジェクタータイプバーナーの説明図である。
【符号の説明】
【００２８】１      水
１Ａ    加圧ポンプ
１Ｂ    微細噴霧ノズル
１Ｃ    微粒化水形成具
２      微粒化水
２Ａ    極微粒化水
３      高電場区画
４      ガス類
５      バーナー燃焼部
６      エマルジョン燃料
１０    超音波噴霧
１１    貯水槽
１１Ａ  超音波振動子
２２    超音波噴霧による極微粒化水
５０    ベンチュリータイプバーナー
５０Ａ  バーナー管体
５１Ａ  供給側
５１Ｂ  スロート部
５１Ｃ  供出側
５２    微細孔隙
５３    極微粒化水貯留部
５４    インジェクタータイプバーナー
５４Ａ  供給側主管
５４Ｂ  混合部
５４Ｃ  ゲート
５４Ｄ  分散部
５４Ｅ  補助部
５４Ｆ  調整バルブ
【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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