(57)【要約】【課題】液体化石燃料と水との混合燃料を確実に良好に燃焼させ、液体化石燃料の消費の節減及び二酸化炭素発生の抑制に寄与する。【解決手段】  液体化石燃料と水との混合燃料の燃焼室への噴射直前に両者を充分に混合攪拌した後燃焼室に噴霧、噴射して燃焼させる液体化石燃料と水との混合燃料の燃焼方法であり、それを実施するための液体化石燃料と水との混合燃料の燃焼室への噴霧、噴射装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法において、水及び液体燃料を混合装置において充分に混合し、次いで混合された混合燃料を噴射誘導パイプに供給し、噴射誘導パイプの開口から加圧エア−と共に加圧エア−の噴射によるベンチュリ−作用によって混合燃料を燃焼室に噴射し燃焼させることを特徴とする液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項２】
混合燃料の燃焼室への噴射を拡散手段を介して行なう請求項１の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項３】
水又は水蒸気及び液体燃料を受けてそれらを混合する混合手段、
該混合手段に連設され燃焼室の燃料噴射開口部分に開口を有する、混合手段と燃焼室の開口との間に設けられた噴射誘導パイプ、
噴射誘導パイプ内に引き込まれ、先端が噴射誘導パイプの開口に近接した位置に開口するエア−パイプ、
よりなる液体燃料及び水又は水蒸気との混合燃料噴射装置。
【請求項４】
噴射誘導パイプの先端開口部に拡散手段を設けた請求項３の液体燃料及び水又は水蒸気との混合燃料噴射装置。
【請求項５】
液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法において、加圧エアにより水及び液体燃料を別々に単一の混合器内に噴射してに細粒の霧状態にし、その混合器内において霧状態の液体燃料と水とを充分に混合して混合燃料とし、次いでその充分に混合された混合燃料を混合器から直ちに直接燃焼室に噴射する液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項６】
液体燃料と水の混合器への噴射をいずれも直接混合器内に噴射するのではなく混合器に連接された噴霧誘導パイプ内に噴射して霧状態としついでその噴霧誘導パイプから混合器内にそれぞれ噴射して混合する請求項５の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項７】
水が水蒸気である請求項５または請求項６の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項８】
混合器から燃焼室への混合燃料の噴射を混合器から燃焼室へ直接行なうのではなく混合器と燃焼室の噴射開口の間に設けた攪拌装置を通過させた後その攪拌装置から燃焼室に噴射する請求項５又は請求項６の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項９】
攪拌装置が内壁部にスクリュ−グル−プを設けた噴霧誘導用パイプである請求項８の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項１０】
混合器から燃焼室への混合燃料の噴射を混合器と燃焼室の噴射口の間に設けた拡散装置を介して行なう請求項５乃至請求項９の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項１１】
水又は水蒸気をエア−により噴霧噴射する水又は水蒸気噴霧装置、
液体燃料をエア−により噴霧噴射する液体燃料噴霧装置、
噴霧噴射された水又は水蒸気及び液体燃料を別々に受取り水又は水蒸気と液体燃料を混合する混合装置、混合装置は混合された水及び液体燃料を燃焼室の噴射開口を介して噴射するための噴射口を有する、
よりなる液体燃料及び水又は水蒸気との混合燃料噴射装置。
【請求項１２】
水又は水蒸気をエア−により噴霧噴射する水又は水蒸気の噴霧装置、
水又は水蒸気の噴霧装置に連結され噴霧噴射された水又は水蒸気を受け取って先端に接続されている混合器に送る水又は水蒸気誘導供給パイプ、
液体燃料をエア−により噴霧噴射する液体燃料噴霧装置、
液体燃料噴霧装置に連結され噴霧噴射された液体燃料を受け取って先端に接続されている混合器に送る液体燃料誘導供給パイプ、
水又は水蒸気誘導供給パイプ及び液体燃料誘導供給パイプに連結されそれらパイプから供給された噴霧状の水又は水蒸気及び液体燃料を混合する、燃焼装置の燃焼室に向けて開口する噴射口を有する混合装置、
よりなる液体燃料及び水又は水蒸気との混合燃料噴射装置。
【請求項１３】
混合装置の燃焼室への噴射口と燃焼室の噴射開口の間に攪拌パイプを設けた請求項１１又は請求項１２の液体燃料及び水又は水蒸気との混合燃料噴射装置。
【請求項１４】
攪拌パイプの内壁に攪拌用スクリュ−グル−プを設けた請求項１３の液体燃料及び水との混合燃料噴射装置
【請求項１５】
液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法において、中心部に液体燃料供給用チャンバ−を有し、そのチャンバ−の外周部に水供給用チャンバ−を有し、更にその外周部にエア−供給チャンバ−を有する複層構造のノズルを用いて、液体燃料供給用チャンバ−に加圧された液体燃料を供給し、水供給用チャンバ−に加圧された水を供給し、同時にエア−供給チャンバ−に加圧されたエア−を供給することにより液体燃料及び水がノズルの噴射口から噴射されると同時にそれらの噴射は最外周部のエア−の噴出と合わさってのベンチュリ−作用によって霧状になり混合状態で燃焼装置の燃焼室に噴射、供給されて燃焼させられることを特徴とする液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項１６】
液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法において、中心部に液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−を有し、そのチャンバ−の外周部にエア−供給チャンバ−を有する複層構造のノズルを用いて液体燃料及び水の供給用チャンバ−に加圧された液体燃料及び水を供給すると同時に液体燃料及び水を混合し、同時にエア−供給チャンバ−に加圧されたエア−を供給することにより混合された液体燃料及び水がノズルの噴射口から噴射されると同時にそれらの噴射は最外周部のエア−の噴出によるベンチュリ−作用と合さって霧状に噴霧、噴射されて燃焼室に供給されて燃焼させられることを特徴とする液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項１７】
液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−内での混合手段がチャンバ−内壁部に設けたスクリュ−グル−プである請求項１６の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項１８】
液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−への供給がそのチャンバ−に連結した内壁部に混合用スクリュ−グル−プを有する液体燃料供給用パイプと水供給用パイプを介して供給される請求項１６または請求項１７の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項１９】
液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−内での液体燃料と水との混合が水の供給をチャンバ−内に設けたフィルタ−手段を介してチャンバ−内に供給されることにより行われる請求項１６または請求項１７の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項２０】
液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−内での液体燃料と水との混合がチャンバ−内に設けたスクリュウ手段により行われる請求項１６または請求項１７の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項２１】
液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−内での液体燃料と水との混合が液体燃料と水のチャンバ−への供給を高速切替形の弁を介して液体燃料及び水が交互に供給されることにより行われる請求項１６または請求項１７の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法。
【請求項２２】
中心部に液体燃料供給用チャンバ−を有し、そのチャンバ−の外周部に水又は水蒸気供給用チャンバ−を有し、更にその外周部にエア−供給チャンバ−を有する混合燃料の燃焼噴射ノズルであって各チャンバ−は先端部のほぼ同一位置に開口を有する液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の燃焼噴射ノズル。
【請求項２３】
中心部に液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−を有し、そのチャンバ−の外周部にエア−供給チャンバ−を有する混合燃料の燃焼噴射ノズルであって各チャンバ−は先端のほぼ同一位置に開口を有する液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズル。
【請求項２４】
中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−の内壁部に混合用スクリュ−グル−プを設けた請求項２３の液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズル。
【請求項２５】
中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−にそれぞれ液体燃料及び水又は水蒸気を供給するための内壁部に攪拌用スクリュ−グル−プを設けた供給パイプを連結した請求項２４の液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズル。
【請求項２６】
中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−内に供給された液体燃料及び水又は水蒸気を攪拌するためのプロペラ手段を設けた請求項２４の液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズル。
【請求項２７】
中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−内にフィルタ−手段を設け、そのフィルタ−手段に液体燃料及び／又は水の供給手段を連結した請求項２３の液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズル。
【請求項２８】
中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−と液体燃料及び水又は水蒸気の供給手段との間に液体燃料及び水又は水蒸気を交互に中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−内に供給するための切替弁手段を設けた請求項２３の液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の燃焼のための噴射ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は液体燃料と水とを混合した混合燃料の燃焼方法及び混合燃料の燃焼装置のための混合燃料噴射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  エネルギ−源としての液体化石燃料については、残存量の枯渇、二酸化炭素排出制限などにより他のエネルギ−源の開発、改良が積極的に進められてきているが、それでもなおエネルギ−源の主役であるとに変わりは無い。
そのため、液体化石燃料の使用の効率化、二酸化炭素排出のより少ない使用、等が眼前の不可避の課題となっている。【０００３】  この問題についての有効な対応策として、これまで種々提案されてきた液体化石燃料である重油、経由、灯油（以下本明細書中において単に液体燃料という。）に水を混合した混合燃料（以下本明細書において単に混合燃料という。）の使用、或いは液体燃料と水を同時に燃焼室に供給して燃焼させることが提案されてきている。【０００４】  従来の混合燃料は、単に水と液体燃料を混合する或いは単独に燃焼室に導入して燃焼させる方法のほか乳化剤を用いて所謂混合燃料としてそれを燃焼させることが提案されてきている。
しかしそれらの提案は長い間且つ多く提案されてきているにも拘わらず有効裡に実用化されている例が見られない。【０００５】  実施化を妨げている要因の一つは、乳化剤を使用することにあると思われる。乳化剤を使用することによりコストがかさむこと、乳化されていることにより、混合燃料を良好な状態で長時間維持、保存できないことなどが考えられる。
その問題を解決するには乳化剤などを使用せず単純に水と液体燃料のみを混ぜるなりあるいは混ぜなくても別々にそれらを燃焼室に供給して燃焼させればよいのであるが、本来的に水は一般的な燃焼はしないし、所謂水の燃焼現象を生起させることも可能ではあるとしても、その場合には燃焼させるための条件が非常に複雑高度であり、微妙であるので、その好適な条件を適確に且つ長い時間維持して良好な燃焼を達成、継続することが非常に難しいことがあると考えられる。【０００６】  さらに、良好な燃焼を得るためにノズルからの良好な噴霧が行われなければならないが混合燃料では良好な噴霧状態を得るためには噴霧、噴射装置即ちノズルにそのために好適な機能を奏することができる構成が必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】  特開昭５０−１４１６０４号公報
【特許文献２】  特開平１０−９５１４号公報
【特許文献３】  特開平８−２６１４１１号公報
【特許文献４】  特公昭５８−１９０６１２号公報
【特許文献５】  特開平１１−２０１４１２号公報
【特許文献３】  特公昭５８−１９０６１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明者はこのような問題点に取り組み、問題解決のために鋭意研究を重ねた結果本発明を得るに至り、問題点を解決することができた。
本発明の要旨は下記のようである。即ち、液体燃料及び水（場合によっては水蒸気）の十分な攪拌混合状態が得られること、充分に混合された混合燃料は適量のエア−を用いて燃焼室に噴射されるが噴射される混合燃料は特に液体燃料の粒度が小さいこと、噴射された混合燃料は燃焼室内に向けて上下左右に出来るだけ広範囲に拡散された状態で噴霧されること、である。【０００９】  噴霧された混合燃料の燃焼に先立って液体燃料のみを燃焼室で燃焼させて燃焼室を一定の温度以上に上昇させておくことが不可欠な条件となるが本発明においてはこの条件は常套手段の範囲内のことである。
これらの要件は連続性及び相関性、また組合せが重要であり、個々の手段が単独では公知の手段であっても本発明の新規性、進歩性がそれにより否定されるものではない。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  請求項１の発明は、水及び液体燃料を混合装置において充分に混合し、次いで混合された混合燃料を噴射誘導パイプに供給し、噴射誘導パイプの開口から加圧エア−と共に加圧エア−の噴射によるセンチュリ−作用によって混合燃料を燃焼室に噴射し燃焼させることを特徴とする液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。
混合燃料の噴射は混合状態が充分に維持されている状態で行なわれることが必要である。従って噴射誘導パイプでは混合を維持促進することが好ましい。【００１１】  請求項２の発明は請求項１の方法において混合燃料の燃焼室への噴射を拡散手段を介して行なう液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。拡散は出来るだけ広範囲に均一にされることが好ましい。【００１２】  請求項３の発明は、水又は水蒸気及び液体燃料を受けてそれらを混合する混合手段、
該混合手段に連設され燃焼室の燃料噴射開口部分に開口を有する、混合手段と燃焼室の開口との間に設けられた噴射誘導パイプ、  噴射誘導パイプ内に引き込まれ、先端が噴射誘導パイプの開口に近接した位置に開口するエア−パイプ、よりなる液体燃料及び水又は水蒸気との混合燃料噴射装置である。
水又は水蒸気及び液体燃料を混合手段に供給する手段、混合手段は常套手段であってよい。また拡散のための手段も常套的なものであってよい。
噴射誘導パイプには、混合状態がより充分に行われるため又噴射までに混合状態が維持されるために内壁にスクリュ−グル−プなど適当な混合手段を設けることが好ましい。【００１３】  請求項４の発明は、請求項３の装置において噴射誘導パイプの先端開口部に拡散手段を設けたものである。拡散手段自体は常套的なものでよく、たとえば如雨露の蓮口方のものであってよい。【００１３】  請求項５の発明は、加圧エア−により水及び液体燃料を別々に単一の混合器内に噴射してに細粒の霧状態にし、その混合器内において霧状態の液体燃料と水とを充分に混合して混合燃料とし、次いでその充分に混合された混合燃料を混合器から直ちに直接燃焼室に噴射する液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法であり、請求項１１の発明は請求項５の方法を実施するための一態様の液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射装置であり、水又は水蒸気をエア−により噴霧噴射する水又は水蒸気噴霧装置、液体燃料をエア−により噴霧噴射する液体燃料噴霧装置、噴霧噴射された水又は水蒸気及び液体燃料を別々に受取り水又は水蒸気と液体燃料を混合する混合装置、混合装置は混合された水及び液体燃料を燃焼室の噴射開口を介して噴射するための噴射口を有する、よりなる。【００１４】  請求項６の発明は、請求項５の方法において液体燃料と水の混合器への噴射をいずれも直接混合器内に噴射するのではなく混合器に連接された噴霧誘導パイプ内に噴射して霧状態としついでその噴霧誘導パイプから混合器内にそれぞれ噴射して混合する液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法であり、請求項１２の発明は請求項６の方法を実施するするための液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射装置であり、水又は水蒸気をエア−により噴霧噴射する水又は水蒸気の噴霧装置、水又は水蒸気の噴霧装置に連結され噴霧噴射された水又は水蒸気を受け取って先端に接続されている混合器に送る水又は水蒸気誘導供給パイプ、液体燃料をエア−により噴霧噴射する液体燃料噴霧装置、液体燃料噴霧装置に連結され噴霧噴射された液体燃料を受け取って先端に接続されている混合器に送る液体燃料誘導供給パイプ、水又は水蒸気誘導供給パイプ及び液体燃料誘導供給パイプに連結されそれらパイプから供給された噴霧状の水又は水蒸気及び液体燃料を混合する、燃焼装置の燃焼室に向けて開口する噴射口を有する混合装置、よりなる。【００１５】  請求項７の発明は、請求項５あるいは請求項６の発明において水に代えて水蒸気を用いる液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００１６】  請求項８の発明は、請求項５または請求項６の発明において、混合器から燃焼室への混合燃料の噴射を混合器から燃焼室へ直接行なうのではなく混合器と燃焼室の噴射口の間に設けた攪拌装置を通過させその攪拌装置から燃焼室へ噴射する液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法であり、請求項９の発明はその噴霧誘導用パイプ内壁部にスクリュ−グル−プを設けた噴霧誘導用パイプを通過させて燃焼室に混合燃料を噴射する液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００１７】  請求項１０の発明は、上記の液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法において、混合燃料  の噴射を混合器から燃焼室へ直接行なうのではなくて燃焼室の噴射開口に近���した位置に設けた拡散装置を介して行なう液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００１８】  請求項１３の発明は、請求項１１の発明の装置において、混合装置の燃焼室への噴射口と燃焼室の噴射開口の間に攪拌パイプを設けた液体燃料及び水又は水蒸気との混合燃料噴射装置であり、請求項１４の発明はその攪拌パイプの内壁に攪拌用スクリュ−グル−プを設けた液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の燃焼噴射装置である。【００１９】  請求項１５の発明は、中心部に液体燃料供給用チャンバ−を有し、そのチャンバ−の外周部に水供給用チャンバ−を有し、更にその外周部にエア−供給チャンバ−を有する複層構造のノズルを用いて、液体燃料供給用チャンバ−に加圧された液体燃料を供給し、水供給用チャンバ−に加圧された水を供給し、同時にエア−供給チャンバ−に加圧されたエア−を供給することにより液体燃料及び水がノズルの噴射口から噴射されると同時にそれらの噴射は最外周部のエア−の噴出と合さってのベンチュリ−作用によって霧状になり混合状態で燃焼装置の燃焼室に噴射、供給されて燃焼させられる液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００１８】  請求項１６の発明は、液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法において、中心部に液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−を有し、そのチャンバ−の外周部にエア−供給チャンバ−を有す２０層構造のノズルを用いて液体燃料及び水の供給用チャンバ−に加圧された液体燃料及び水を供給すると同時に液体燃料及び水を混合し、同時にエア−供給チャンバ−に加圧されたエア−を供給することにより混合された液体燃料及び水がノズルの噴射口から噴射されると同時にそれらの噴射は最外周部のエア−の噴出によるベンチュリ−作用と合さって霧状に噴霧、噴射されて燃焼室に供給されて燃焼させられることを液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００２１】  請求項１７の発明は、請求項１６の方法において液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−内での混合手段がチャンバ−内壁部に設けたスクリュ−グル−プである液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００２２】  請求項１８の発明は、請求項１６または請求項１７の方法において液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−への供給をチャンバ−に連結した内壁部に混合用スクリュ−グル−プを有する液体燃料供給用パイプと水供給用パイプを介して行なう液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００２３】  請求項１９の発明は、請求項１６または請求項１７の方法において液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−内での液体燃料と水との混合を水の供給をチャンバ−内に設けたフィルタ−手段を介してチャンバ−内に供給されることにより行う液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００２４】  請求項２０の発明は、請求項１６または請求項１７の方法において液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−内での液体燃料と水との混合をチャンバ−内に設けたスクリュウ手段により行う液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００２５】  請求項２１の発明は、請求項１６または請求項１７の方法において液体燃料及び水の混合供給用チャンバ−内での液体燃料と水との混合が液体燃料と水のチャンバ−への供給を高速切替形の弁を介して液体燃料及び水が交互に供給されることにより行われる液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法である。【００２６】  請求項２２の発明は、請求項１５の方法を実施することのできる、中心部に液体燃料供給用チャンバ−を有し、そのチャンバ−の外周部に水又は水蒸気供給用チャンバ−を有し、更にその外周部にエア−供給チャンバ−を有する混合燃料の燃焼噴射ノズルであって各チャンバ−は先端部のほぼ同一位置に開口を有する液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の燃焼噴射ノズルである。
各チャンバ−には夫々液体燃料、水又は水蒸気またはエア−の供給を受けるための夫々のパイプ手段が連接されていることは当然である。【００２７】  請求項２３の発明は、請求項１６の方法を実施することのできる、中心部に液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−を有し、そのチャンバ−の外周部にエア−供給チャンバ−を有する混合燃料の燃焼噴射ノズルであり、各チャンバ−は先端部のほぼ同一位置に開口を有する液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズルであり、請求項２４の発明は、請求項２３のノズルにおいて中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−の内壁部に混合用スクリュ−グル−プを設けた液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズルである。【００２８】  請求項２５の発明は、請求項２３の発明において、中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−にそれぞれ液体燃料及び水又は水蒸気を供給するための供給パイプの内壁部に攪拌用スクリュ−グル−プを設けた液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズルである。【００２９】  請求項２６の発明は、請求項２３の発明において、中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−内に供給された液体燃料及び水又は水蒸気を攪拌するためのプロペラ手段を設けた液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズルである。【００３０】  請求項２７の発明は、請求項２３の発明において、中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−内にフィルタ−手段を設け、そのフィルタ−手段に液体燃料及び／又は水の供給手段を連結した液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズルである。【００３１】  請求項２８の発明は、請求項２３の発明において、中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−と液体燃料及び水又は水蒸気の供給手段との間に液体燃料及び水又は水蒸気を交互に中心部の液体燃料及び水又は水蒸気供給用チャンバ−内に供給するための切替弁手段を設けた液体燃料と水又は水蒸気との混合燃料の噴射ノズルである。【００３２】  請求項２３乃至請求項２８の発明においてはエア−供給チャンバ−にエア−の供給を受けるためのパイプ手段が連接されていることは当然である。
また何れの装置においても液体燃料、水または水蒸気、あるいはエア−の供給のための機構は常套的なものを用いればよい。
【発明の効果】
【００３３】  本発明の混合燃料の燃焼方法及び燃焼装置によれば単純に水と液体燃料を燃焼させ、水は燃焼を妨害せず自身も燃焼して燃焼エネルギ−発生に寄与するので必要な燃焼エネルギ−を得るために消費される液体燃料の量は少なくて済み、ひいては発生する炭酸ガスの料も少なく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】  本発明の混合燃料噴射装置の模式的概念図である。
【図２】  本発明の混合燃料噴射装置の模式的概念図である。
【図３】  本発明の混合燃料噴射装置の模式的断面図である。
【図４】  本発明の混合燃料噴射装置の模式的断面図である。
【図５】  本発明の混合燃料噴射ノズルの模式的断面図である。
【図６】  本発明の混合燃料噴射ノズルの模式的断面図である。
【図７】  本発明の混合燃料噴射ノズルの模式的断面図である。
【図８】  本発明の混合燃料噴射ノズルの模式的断面図である。
【図９】  本発明の混合燃料噴射ノズルの模式的断面図である。
【図１０】  本発明の混合燃料噴射ノズルの模式的断面図である。
【図１１】  燃焼実験結果のグラフである。
【図１２】  燃焼実験結果のグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３５】  液体燃料と水との混合を燃焼のための噴射の直前に特別な加工処理などを行わず単に両者を強制的に攪拌混合して燃焼室に噴射することにより混合燃料の燃焼を可能とした。
【実施例１】
【００３６】  図１は本発明の混合燃料噴射ノズルの模式的断面図である。
図において１は混合燃料噴射ノズル全体、２は燃焼室、３は噴霧誘導パイプ、４は混合装置、５はエア−パイプ、６は液体燃料供給パイプ、７は水供給パイプ、８は拡散装置、９は噴霧誘導パイプの噴射開口である。【００３７】  拡散装置８は、噴射された混合燃料は前方向に直線状に燃焼室に噴射されるので良好な燃焼を確保するために噴射された混合燃料が左右上下方向に拡散状に拡がって燃焼室に供給されるようにするためのものである。【００３８】  この図１においては液体燃料、水、エア−の供給にかかわる装置及びそれらの加圧手段は常套手段でよいので図示していない。
噴射ノズルの噴射開口９は径約２ｍｍである。  また、エア−パイプは径が約５ｍｍ、噴霧誘導パイプ３の径約１５ｃｍ、液体燃料供給パイプ６及び水供給パイプ７は何れも径約１０ｍｍである。ただし、図においては寸法比率は実施例には対応していない。【００３９】  この混合燃料噴射ノズルの作動について説明する。
液体燃料及び水は夫々の密封貯蔵タンクにエア−コンプレッサにより加圧して混合燃料噴射装置に液体燃料供給パイプ６，水供給パイプ７を介して送る。
この混合燃料噴射ノズルにおいては混合燃料、水およびエア−は何れも加圧状態で供給する。
液体燃料の供給量、加圧は良好な燃焼状態を維持するため、また良好な燃焼を維持するため等により別々に適時コントロ−ルする。【００４０】  またエア−の供給量も燃焼が良好に行われるために液体燃料の供給量と合わせて加減する。
これら流量のコントロ−ルを行なう手段は常套的なものである。
この混合燃料噴射ノズルにおいては液体燃料、水、エア−を個別に供給することが出来るので、例えば燃焼の初期において液体燃料のみをエア−によって単独に噴射し燃焼させることが出来る。この液体燃料のみの単独の噴射は水との混合燃料の燃焼においては不可欠の要件である。
【実施例２】
【００４１】  実施例１の混合燃料噴射ノズルを用い、一般的なボイラ−を利用して液体燃料と水の混合燃料の燃焼試験を行った。
液体燃料は重油、水は水道水を用いた。
先ず重油のみを噴射して着火燃焼させ、燃焼火炎の温度が約１，２００℃まで上昇したところで水の供給を開始し、混合燃料の噴射を開始した。
水の供給量を順次多くして混合燃料の燃焼を続けた。【００４２】  水の混合割合は０重量％から７３．０重量％まで増量した。７３．０重量％以上になると燃焼状態が極端に悪くなった。
試験的に重油の供給を止めた、即ち水のみを供給したところ燃焼は直ちに止まった。
この試験では水の供給を急速に増加することなく徐々に多くしていき水の混合割合が６０重量％から７３．０重量％までの試験ノズル全行程を約３０分かけて行なった。【００４３】  この燃焼実験において燃焼室に設けた小窓から燃焼火炎の温度と燃焼室の上部内壁の温度を赤外線温度計測スコ−プで計測した。火炎は揺らぐため計測温度が一定ではないので最低計測値と最高計測値を採り、その平均値を燃焼温度とした。【００４４】  水の供給割合が４０重量％あたりまで燃焼室の温度は徐々に低下したが水の供給割合が４０重量％あたりから燃焼室の温度は徐々に上昇し水の供給割合が６０重量％を超えたあたりで最も温度が高くなった。
このことから水の供給割合が４０重量％あたりから水の燃焼が始まり、水の混合割合が５０重量％を超えたあたりで燃焼は安定な状態になり完全な水の燃焼状態に移行したことが観察された。水の混合割合が５０重量％を超えたあたりでの火炎温度は約８６０℃、燃焼室の内壁の温度は約７６０℃、燃焼室の上部空間の温度は約６０５℃であった。【００４５】  水の混入割合が６７％あたりで燃焼状態は最も安定した状態であると観察された。このときの火炎温度は約６６０℃、燃焼室の内壁の温度は約７９０℃、燃焼室の上部空間の温度は約６３５℃であった。
水の混入割合が７２％としても燃焼は継続されたが、全体温度が下降を始めたのでこの割合の時点で試験は終了した。このときの火炎温度は約６３０℃、燃焼室の内壁の温度は約７３０℃、燃焼室の上部空間の温度は約６１０℃であった。
この燃焼試験の結果を表１に示す。また表１をグラフとして図１１に示す。【００４６】
【表１】
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【実施例３】
【００４７】  図２は本発明の混合燃料噴射装置ノズル別の態様を模式的に示す図である。
図において１１は混合燃料の混合装置、１２は液体燃料噴霧ノズル、１３は水噴霧ノズル、１４は燃焼室、１５は燃焼室の混合燃料噴射開口である。
この混合燃料噴射装置においては液体燃料噴霧ノズル及び水の噴霧ノズルから直接燃焼室に混合燃料を噴射するのではなく、液体燃料及び水は夫々のノズルからエア−によって混合装置に噴霧され、噴霧された液体燃料と水は混合装置において充分に混ぜ合わされた後燃焼室の噴射開口から燃焼室に噴射して混合燃料を燃焼させる。
混合装置においては必要により常套の混合手段を採ることが出来る。
また燃焼室の噴射開口には混合燃料が燃焼室内に拡がって噴射されるように適宜拡散装置を設けることが出来る。
【実施例４】
【００４８】  図３は本発明の別の混合燃料噴射装置を模式的に示す図である。
この実施例の混合燃料噴射装置は図２の混合燃料噴射装置と異なり混合燃料噴霧ノズル１２及び水噴霧ノズル１３から混合装置１１に液体燃料及び水を夫々直接混合装置内に噴霧するのではなく、混合装置１１と各噴霧ノズル１２，１３の間に夫々別体の噴霧された液体燃料あるいは水を受けて混合装置まで誘導する噴霧誘導パイプ１６、１７を設けたものである。
燃焼室１４の噴射開口１５に拡散装置を設けることが出来、それが好ましいことは勿論である。
【実施例５】
【００４９】  図４は図２の混合燃料噴射装置を一部変形した混合燃料噴射装置であり、混合装置１１と燃焼室１４の噴射開口１５の間に混合燃料の攪拌のための攪拌パイプ１８を設けたものである。
この装置においては混合燃料は混合装置１１から直接燃焼室１４に噴射されるのではなく混合装置１１と燃焼室１４の間に介在させた攪拌パイプ１８を経由して燃焼室１４に噴射される。【００５０】  噴霧状の混合燃料は攪拌パイプ１８を通過する際に攪拌されより充分に混合されて燃焼室１４に噴射される。
攪拌パイプ１８には攪拌手段を設けるがこの実施例においては攪拌パイプ１８の内壁にスクリュ−グル−プ１９を設けてある。
他の攪拌手段を単独に或いは併設することが可能である。
【実施例６】
【００５１】  実施例５の混合燃料噴射装置を用い、一般的なボイラ−を利用して液体燃料と水の混合燃料の燃焼試験を行った。
液体燃料は重油、水は水道水を用いた。
先ず重油のみを噴射して着火燃焼させ、燃焼火炎の温度が約１，２１２℃まで上昇したところで水の供給を開始し、混合燃料の噴射を開始した。【００５２】  水の供給量を順次多くして混合燃料の燃焼を続けた。
液体燃料と水の供給料は順次変えつつ混合燃料全体に対する水の混合割合を０から０．６９０重量％まで変化させて燃焼を続けた。
液体燃料と水の混合量並びに全体に対する水の混合割合とそのときの炎の温度及び燃焼室の壁面の温度を表２に示す。
またこの関係を示すグラフを図１２に示す。【００５３】
【表２】
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【００５４】  水の割合が３０重量％に近づいたところで燃焼温度が下がりはじめ３５重量％を超えたところで温度の低下は止まりそれ以上の割合でほぼ一定の燃焼温度が得られた。
また燃焼温度が下がり始めたところで炎の色、燃焼音、燃焼臭などから観察して明らかに燃焼形態が変化していることが認められた。
これは水の燃焼が始まりそれが継続されたことを示すものと考えられる。
【実施例７】
【００５５】  図５は本発明の混合燃料噴射ノズルの上記実施例とは異なる別の態様を模式的に示した図である。
この混合燃料噴射ノズルは液体燃料供給チャンバ−２１、その外周に水供給チャンバ−２２、更にその外周にエア−供給チャンバ−２３が同軸状に多重構造的に配設されており、各チャンバ−には夫々液体燃料供給パイプ２４、水供給パイプ２５、エア−供給パイプ２６から夫々加圧された液体燃料、水、エア−が供給される。【００５６】  液体燃料供給チャンバ−２１、水供給チャンバ−２２及びエア−供給チャンバ−２３の先端はほぼ同じ位置で開口３６している。
加圧状態で供給された液体燃料及び水は最外周のエア−供給チャンバ−２３に供給されたエア−が先端開口３６から燃焼室に噴射される時に自己の加圧状態による噴射と共にエア−の噴出によるベンチュリ−作用によって噴射開口３６から噴霧状に混合状態で燃焼室の開口１５から燃焼室１４に噴射されることになる。
燃焼室の開口１５には混合燃料が上下左右に広く拡散されるために常套的な拡散装置を設けることが好ましい。
【実施例８】
【００５７】  図６は本発明の混合燃料噴射ノズルの更に別の態様を示す。
図において３１は混合燃料貯留チャンバ−であり、外部より液体燃料を供給するための液体燃料供給パイプ３３及び水を供給するための水供給パイプ３４が連通状に接続されている。
混合燃料貯留チャンバ−３１の外周には同軸状にエア−供給チャンバ−３２が設けてある。
このエア−供給チャンバ−３２には外部から加圧されたエア−が送られるエア−供給パイプ３７が連接されている。【００５８】  混合燃料貯留チャンバ−３１の内壁全体には加圧状態で供給される液体燃料及び水を充分に攪拌、混合するためノズル手段であるスクリュ−グル−プ３５が設けてある。
加圧されて混合燃料貯留チャンバ−３１に供給された液体燃料と水は、混合燃料貯留チャンバ−３１内でスクリュ−グル−プ３５の作用を受けて充分に攪拌、混合されて開口部３６から噴射されるが同じ位置で開口しているエア−供給チャンバ−３２の開口部３６から高速で噴射されるエア−によるベンチュリ−作用によって細かい霧状になって燃焼室１４の開口１５から燃焼室１４内に噴霧、噴射される。
燃焼室の開口１５には混合燃料が上下左右に広く拡散されるために常套的な拡散装置を設けることが好ましい。
【実施例９】
【００５９】  図７は図６に示す混合燃料噴射ノズルにおいて、混合燃料貯留チャンバ−３１に連接されている液体燃料供給パイプ３３及び水供給パイプ３４の液体燃料貯留チャンバ−３１に近い箇所の内壁にスクリュ−グル−プ３８を設けたものである。これにより、液体燃料及び水が液体燃料貯留チャンバ−３１に供給されるに直前において夫々単独の状態においても充分に攪拌されることになり、混合燃料貯留チャンバ−３１内での混合、攪拌が促進されることになる。
この混合燃料噴射ノズルにおいても燃焼室の開口１５には混合燃料が上下左右に広く拡散されるために常套的な拡散装置を設けることが好ましい。
【実施例１０】
【００６０】  図８は基本的に図６に示す混合燃料噴射ノズルと同じ構成であるが、図６の混合燃料噴射ノズルの混合燃料貯留チャンバ−３１の内壁に設けたスクリュ−グル−プに代えて液体燃料貯留チャンバ−３１内にフィルタ−手段３９を設けてそのフィルタ−手段３９に水供給パイプ３４を連接してフィルタ−手段３９を介して水を混合燃料貯留チャンバ−３１内に供給するようにした混合燃料噴射ノズルを図式的に示したものである。【００６１】  この図においては液体燃料貯留チャンバ−３１の内壁のスクリュ−グル−プは図示していない。
水がフィルタ−手段３９を介して液体燃料貯留チャンバ−３１に供給されることにより液体燃料と水の攪拌、混合が行なわれるが、液体燃料貯留チャンバ−の内壁にスクリュ−グル−プを併設してもよいことは勿論である。
【実施例１１】
【００６２】  図９は図６の混合燃料噴射ノズルと基本的に同じ構成の混合燃料噴射ノズルであるが、図６の混合燃料噴射ノズルの混合燃料貯留チャンバ−３１の内壁に設けたスクリュ−グル−プに代えて混合燃料貯留チャンバ−３１内に混合燃料を攪拌、混合する手段としてプロペラ手段４０を設けた混合燃料噴射ノズルを示すものである。
プロペラ手段４０により液体燃料貯留チャンバ−３１に供給された液体燃料と水の攪拌、混合が行なわれるが、液体燃料貯留チャンバ−の内壁にスクリュ−グル−プを併設してもよいことは勿論である。
【実施例１２】
【００６３】  図１０は図６の混合燃料噴射ノズルと基本的に同じ構成の混合燃料噴射ノズルであるが、液体燃料及び水の混合燃料貯留チャンバ−３１内への供給を高速切替弁手段４１を設けこの高速切替手段４１によって液体燃料及び水を分断状態で交互に混合燃料貯留チャンバ−３１内に供給する態様の混合燃料噴射ノズルを示すものである。
液体燃料及び水が交互に細粒となって供給されることで混合燃料が攪拌、混合されることになる。
この実施例においても液体燃料貯留チャンバ−３１の内壁にスクリュ−グル−プを併設してもよいことは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００６４】  所定の燃焼を得るためにより少ない液体燃料を使うだけで済み、有限の液体化石燃料の節減に大いに貢献できると共に待ったなしの一酸化炭素排出の削減の問題に貢献し得る。
【符号の説明】
【００６５】  １  混合燃料噴射ノズル
２  燃焼室
３  噴霧誘導パイプ
４  混合装置
５  エア−パイプ
６  液体燃料供給パイプ
７  水供給パイプ
８  拡散装置
９  噴霧誘導パイプの噴射開口
１１  混合装置
１２  混合燃料噴霧ノズル
１３  水噴霧ノズル
１４  燃焼室
１５  燃焼室の混合燃料噴射開口
１６  噴霧誘導パイプ
１７  噴霧誘導パイプ
１８  攪拌パイプ
１９  スクリュ−グル−プ
２１  液体燃料供給チャンバ−
２２  水供給チャンバ−
２３  エア−供給チャンバ−
２４  液体燃料供給パイプ
２５  水供給パイプ
２６  エア−供給パイプ
３１  混合燃料貯留チャンバ−
３２  エア−供給チャンバ−
３３  混合燃料供給パイプ
３４  水供給パイプ
３５  スクリュ−グル−プ
３６  開口部
３７  エア−供給パイプ
３８  スクリュ−グル−プ
３９  フィルタ−
４０  プロペラ
４１  高速切替弁手段
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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