(57)【要約】  【課題】液体燃料と酸素の混ざり合わせを改善することにより、燃焼効率を上げて、燃費の向上に寄与することができる燃焼装置を提供する。  【解決手段】液体燃料に酸素を加えて生成される混合燃料を燃焼部１５で燃焼させて稼働する燃焼装置であって、液体燃料を貯留する液体燃料貯留タンク１７と、酸素を所定の圧力に調整して供給する酸素供給部１２と、液体燃料と酸素の供給を下端側より受けて液体燃料と酸素が混合された混合燃料を生成するとともに、該混合燃料に超音波振動を付与して液体燃料と酸素とを更に融合させ、該融合済みの混合燃料を上端側より燃焼部１５側に排出するようにして、垂直姿勢で配置された燃料混合ユニット１３と、装置全体を決められた手順で制御する制御部１６と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料に酸素を混ぜ込んで生成される混合燃料を燃焼部で燃焼させて稼働する燃焼装置であって、
前記液体燃料を貯留する液体燃料貯留タンクと、
前記酸素を所定の圧力に調整して供給する酸素供給手段と、
前記液体燃料と前記酸素の供給を下端側より受けて該液体燃料と該酸素が混合された混合燃料を生成するとともに、該混合燃料に超音波振動を付与して該液体燃料と該酸素とを更に融合させ、該融合済みの混合燃料を上端側より前記燃焼部側に排出するようにして、垂直姿勢で配置された燃料混合ユニットと、
装置全体を決められた手順で制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする燃焼装置。
【請求項２】
前記酸素供給手段は、前記燃料混合ユニットに供給される酸素供給量を検出して該酸素供給量を調整可能な酸素流量計と、開閉可能なストップバルブを有し、かつ該ストップバルブの開操作により前記酸素を前記燃料混合ユニット側に前記酸素流量計を通さずに流すバイパス路と、を備える酸素流量調整手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
【請求項３】
前記酸素供給手段と前記酸素流量調整手段の間に酸素の供給・停止を制御する電磁弁を設けるとともに、前記燃料混合ユニットと前記酸素流量調整手段の間に逆止弁を設け、かつ前記制御手段は装置の起動・停止時に前記液体燃料貯留タンクから前記燃料混合ユニットに供給される燃料の供給・停止の動作に対して前記電磁弁の開閉動作が所定の時間遅れて動作するように制御することを特徴とする請求項２記載の燃焼装置。
【請求項４】
前記燃料混合ユニットと前記逆止弁の間に滞留している前記酸素を、起動時に外部に放出するための酸素抜き弁を設けたことを特徴とする請求項３記載の燃焼装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記燃料混合ユニットの故障を検出した際に、前記電磁弁を閉じて、前記酸素供給手段から前記燃料混合ユニット側に供給する酸素を停止するように制御することを特徴とする請求項３または４記載の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼装置に関し、特に、灯油、重油等の液体燃料に酸素を混ぜ込んで生成される混合燃料を燃焼させて稼働する燃焼装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、灯油、重油等の液体燃料を使用するボイラー等の燃焼装置にあっては、液体燃料を燃焼させる際に、ポンプで強圧にした燃料をバーナーで噴射し、燃焼効率を増大させるようにしている。
【０００３】
また、近年では、灯油、重油等の液体燃料に酸素を混ぜ込み、つまり液体燃料に酸素を加えた混合燃料をバーナーで噴射しながら燃焼するようにして、燃焼効率を増大させるようにした燃焼装置が提案されている。
【０００４】
さらに、液体燃料に酸素を加えた混合燃料をイオン化し、そのイオン化された燃料をバーナーで噴射しながら燃焼するようにして、更に燃焼効率を増大させるようにした燃焼装置、及び、その装置で使用するイオン化装置も提案されている(例えば、特許文献１,特許文献２参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１９５８８５号公報
【特許文献２】特開２０００−８４５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来の燃焼装置では、燃焼効率が十分に満足できるものではなく、更なる改善が要求されていた。特に、液体燃料に酸素を加えた混合燃料を使用する燃焼装置において燃焼効率を改善すべき点は、灯油、重油等の液体燃料に酸素を混ぜ込んで混合燃料とする際、その液体燃料と酸素の混合が十分になされず、その不十分な混合燃料を燃焼部側に流している点にある、と言うことを本出願人は日々研究している中で見出した。
【０００７】
そこで、本発明は上記点に鑑みなされたものであって、液体燃料と酸素の混ざり合わせを改善することにより、燃焼効率を上げて、燃費の向上に寄与することができる燃焼装置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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明である燃焼装置は、液体燃料に酸素を加えて生成される混合燃料を燃焼部で燃焼させて稼働する燃焼装置であって、前記液体燃料を貯留する液体燃料貯留タンクと、前記酸素を所定の圧力に調整して供給する酸素供給手段と、前記液体燃料と前記酸素の供給を下端側より受けて該液体燃料と該酸素を混合された混合燃料を生成するとともに、該混合燃料に超音波振動を付与して該液体燃料と該酸素を更に融合させ、該融合済みの混合燃料を上端側より前記燃焼部側に排出するようにして、垂直姿勢で配置された燃料混合ユニットと、装置全体を決められた手順で制御する制御手段と、を備えてなる。
【０００９】
この構成によれば、燃料混合ユニットは、垂直姿勢で配置され、液体燃料と酸素の供給を下端側から受ける。この供給された液体燃料と酸素は互いに混ざり合いながら混合燃料となり、同時に酸素の圧力で上端側に向けて噴き上げられる。また、その噴き上げられる途中で、その混合燃料に超音波振動が付与される。混合燃料に超音波振動が付与されると、液体燃料と酸素が更に細かく混ざり合って融合し、混合能力が高まる。そして、この混合燃料が燃料混合ユニットの上側から排出されて燃焼部側に送り込まれることで、燃焼部での燃焼効率が上がり、燃費の向上に寄与することになる。因みに、燃料混合ユニットを横に寝かせて水平に配置した状態で使用した場合では、燃料混合ユニット内における混合燃料の流れが速くなり過ぎ、結果として超音波振動による融合性が低下して満足する混合が得られない。
【００１０】
また、前記酸素供給手段は、前記燃料混合ユニットに供給される酸素供給量を検出して該酸素供給量を調整可能な酸素流量計と、開閉可能なストップバルブを有し、かつ該ストップバルブの開操作により前記酸素を前記燃料混合ユニット側に前記酸素流量計を通さずに流すバイパス路と、を備える酸素流量調整手段を設けた、構成が好ましい。
【００１１】
この構成によれば、燃料混合ユニット側に供給する酸素の要求が、酸素流量計で調整しながら供給可能な量を超える、大量の要求があったようなとき、バイパス路のストップバルブを開放させて、該バイパス路を通して不足する酸素を燃料混合ユニット側に流すことができる。これにより、要求に対する不足分を補い、全体として最適の酸素量を燃料混合ユニット側に供給することができる。一方、バイパス路を必要としないときには、ストップバルブを閉じておけば、酸素はバイパス路を通しては流れず、酸素流量計の調整下で適正量の酸素を流すことができる。
【００１２】
また、前記酸素供給手段と前記酸素流量調整手段の間に酸素の供給・停止を制御する電磁弁を設けるとともに、前記燃料混合ユニットと前記酸素流量調整手段の間に逆止弁を設け、かつ前記制御手段は装置の起動・停止時に前記液体燃料貯留タンクから前記燃料混合ユニットに供給される燃料の供給・停止の動作に対して前記電磁弁の開閉動作が所定の時間遅れて動作するように制御する、構成が好ましい。
【００１３】
この構成によれば、装置の起動・停止時、燃料混合ユニットに対する液体燃料と酸素の供給あるいは停止を同時に行わせると、酸素側の電磁弁の開閉が細かく断続して繰り返す現象、すなわちチャタリングを起こす。そこで、液体燃料と酸素の供給あるいは停止を同時に行わせずに、酸素供給側の電磁弁の動作を、液体燃料の供給あるいは停止動作に対して所定の時間遅らせると、チャタリングを無くすことができる。
【００１４】
また、前記燃料混合ユニットと前記逆止弁の間に滞留している前記酸素を、起動時に外部に放出するための酸素抜き弁を設けた、構成が好ましい。
【００１５】
この構成によれば、一旦停止させて再び稼働をさせると、前回の停止時に燃料混合ユニットと逆止弁の間に溜まっていた残留気体(酸素)が燃焼部側に一気に流れ、混合燃料の混合比を大きく変えて着火動作の妨げとなる。したがって、起動毎に酸素抜き弁を操作し、燃料混合ユニットと逆止弁の間に溜まっている酸素を抜くことにより、常に混合比を一定に保ってスムーズな着火動作を確保する。
【００１６】
また、前記制御手段は、前記燃料混合ユニットの故障を検出した際に、前記電磁弁を閉じて、前記酸素供給手段から前記燃料混合ユニット側に供給する酸素を停止するように制御する、構成が好ましい。
【００１７】
この構成によれば、超音波振動を付与する機器等、燃料混合ユニットが故障をしたようなとき、それを検知して燃料混合ユニットへの酸素供給を停止し、燃焼部に液体燃料だけを供給して稼働する状態での使用を可能にする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、燃料混合ユニットが垂直姿勢で配置され、液体燃料と酸素の供給を下端側から受けるとともに、この酸素と液体燃料を、この酸素の圧力で上端側に噴き上げて混合燃料とするとともに、その噴き上げられる途中で、混合燃料に超音波振動を付与して液体燃料と酸素を更に混ざり合わせて細かく融合させ、この融合で混合能力を高めた混合燃料を燃料混合ユニットの上端側から排出して燃焼部側に送り込むので、燃焼効率が上がり、燃費の向上に寄与する効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態として示す燃焼装置の全体構成ブロック図である。
【図２】同上燃焼装置における燃料混合ユニットの拡大斜視図である。
【図３】図２に示す同上燃焼装置における燃料混合ユニットの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、添付図面を参照して、本発明を実施するための形態(以下、「実施形態」という)について詳細に説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施形態として示す燃焼装置の全体構成ブロック図である。同図において、燃焼装置１０は、液体燃料供給部１１と、酸素供給手段としての酸素供給部１２と、燃料混合ユニット１３と、バーナー等の燃焼部１５と、制御手段としての制御部１６等により構成されている。
【００２２】
前記液体燃料供給部１１は、灯油、Ａ重油等の液体燃料を貯留しておく燃料貯留タンク１７を有している。燃料貯留タンク１７はパイプ１８を介して燃料混合ユニット１３に連結されており、該燃料貯留タンク１７から燃料混合ユニット１３に向けて液体燃料を供給可能になっている。その燃料貯留タンク１７は、設置台１９上に取り付けられており、燃料混合ユニット１３が設置されている位置よりも１０００ｍｍ〜１５００ｍｍ高い位置に設置されている。
【００２３】
そして、液体燃料貯留タンク１７と燃料混合ユニット１３の高低差により、液体燃料貯留タンク１７内の液体燃料が燃料混合ユニット１３側へ自動的に流出して供給されるようになっている。なお、パイプ１８の途中には、燃料貯留タンク１７から燃料混合部１３側に流れる液体燃料の量を調整する全閉可能な流量調整弁２０と、燃料混合ユニット１３側から液体燃料貯留タンク１７側に液体燃料が戻るのを防止する逆止弁２１と、パイプ１８中を流れる液体燃料に混入された塵等の不純物を取り除くフィルタ２２が設けられている。
【００２４】
前記酸素供給部１２は、酸素を貯留しておく酸素ボンベ２３を有している。酸素ボンベ２３は、パイプ２４を介して燃料混合ユニット１３と連結されており、酸素ボンベ２３内の酸素は該燃料混合ユニット１３内に供給される。パイプ２４の途中には、酸素ボンベ２３内の酸素を約１５０気圧から１気圧に減圧させるレギュレータ２５と、酸素ボンベ２３から燃料混合ユニット１３に供給される酸素を遮断する常閉形の電磁弁２６と、酸素ボンベ２３から燃料混合ユニット１３に供給される酸素の流量、すなわち酸素供給量を検出し、その酸素供給量を調整可能な流量調整形の酸素流量計２７ａと、途中にストップバルブ２７ｂを設けたバイパス路２７ｃと、燃料混合ユニット１３側から酸素ボンベ２３側に燃料及び酸素が戻るのを防止する逆止弁２８とが配設されている。また、パイプ２４には、燃料混合ユニット１３と電磁弁２６の間に滞留している気体(酸素)を外部に放出にするための常閉形の酸素抜き弁２９が、燃料混合ユニット１３と逆止弁２８との間に設けられている。
【００２５】
なお、前記酸素流量計２７ａとストップバルブ２７ｂとバイパス路２７ｃは、酸素流量調整手段２７を構成しているものである。その酸素流量調整手段２７は、燃料混合ユニット１３側に流す酸素量の要求が、酸素流量計２７ａの弁を全開にして供給する限度を超えるような大量の要求があったとき、一時的にストップバルブ２７ｂを開放させて不足する酸素を、バイパス路２７ｃを通して燃料混合ユニット１３側へ流すことにより不足分を補い、燃料混合ユニット１３に全体として最適の酸素量を供給できるようにしたものである。また、バイパス路２７ｃを必要としないときには、ストップバルブ２７ｂを閉じるとバイパス路２７ｃを酸素が流れない設定になっている。
【００２６】
前記燃料混合部ユニット１３は、液体燃料供給部１１の液体燃料貯留タンク１７から排出されて来る液体燃料に、酸素供給部１２の酸素ボンベ２３からレギユレータ２５、電磁弁２６、酸素流量調整手段２７、逆止弁２８を順に通って送られて来る酸素を混ざり合わせて混合燃料とし、その混合燃料に超音波振動を付与して液体燃料と酸素を更に混ざり合わせて細かく融合させ、その融合により混合能力を高めた状態にし、その混合燃料を燃焼部１５にパイプ３０を介して供給するようになっている。
【００２７】
図２及び図３は前記燃料混合ユニット１３を拡大図示したものであり、図２はその拡大斜視図で、図３はその側面図である。図１、図２、図３に示すように、燃料混合ユニット１３は、燃料混合部１３ａと、下部超音波振動付与部１３ｂ、上部超音波振動付与部１３ｃを順に積み重ねて垂直に立てた状態、すなわち垂直姿勢で配置されている。
【００２８】
前記燃料混合部１３ａには、図２、図３に示すように、下面側に酸素を供給するパイプ２４が接続され、側面側に液体燃料を供給するパイプ１８が接続されている。さらに、燃料混合部１３ａの上部には、液体燃料と酸素を混ざり合わせて生成された混合燃料を、その酸素の圧力で前記下部超音波振動付与部１３ｂと前記上部超音波振動付与部１３ｃ内に霧状にして噴出させる燃料噴射ノズル３１が設けられている。
【００２９】
一方、前記下部超音波振動付与部１３ｂと上部超音波振動付与部１３ｃは断面角形の管体、すなわち角パイプで形成されている。また、下部超音波振動付与部１３ｂの側面と上部超音波振動付与部１３ｃに側面にはそれぞれ、管内部に向かって超音波振動を付与する超音波振動器３２が配設されている。なお、超音波振動器３２を設けた超音波振動付与部は、一つ以上であればよく、その個数は必要に応じて増減されるものである。
【００３０】
そして、前記燃料混合部１３ａと下部超音波振動付与部１３ｂと上部超音波振動付与部１３ｃとパイプ３０はそれぞれ、間にパッキン３３を挟んでフランジ３４とフランジ３５同士を互いに当接させ、更にこれらの間をボルト・ナット３５で固定することにより一体化されている。
【００３１】
このように構成された燃料混合ユニット１３の内部は、燃料混合部１３ａと下部超音波振動付与部１３ｂと上部超音波振動付与部１３ｃの内部が互いに連通されていて、また燃料混合部１３ａの燃料噴射ノズル３１から霧状に噴出された混合液体燃料は、下部超音波振動付与部１３ｂと上部超音波振動付与部１３ｃの内部を順に流れて、さらにパイプ３０を通して燃焼部１５側に送られるようになっている。また、下部超音波振動付与部１３ｂと上部超音波振動付与部１３ｃの内部を上記霧状の混合燃料が通過する際、超音波振動付与部１３ｂと１３ｃでそれぞれ、超音波振動器３２から超音波振動を混合燃料に付与する。
【００３２】
さらに、前記燃料混合ユニット１３と燃焼部１５の間を連結しているパイプ３０の途中には、該燃料混合ユニット１３から燃焼部１５に向かって流れる燃料の量を検出する供給流量検出手段としての流量計４２と、逆止弁４３と、該燃料混合ユニット１３から燃焼部１５に燃料を供給するギヤポンプ４４と、が設けられている。なお、ギヤポンプ４４は電動モータ４５で駆動され、また該電動モータ４５の駆動によりギヤポンプ４４による燃焼部１５への燃料供給量も調整できるようになっている。
【００３３】
前記制御部１６は、燃焼装置１０の全体を予め決められた手順に従って制御する装置であり、例えばマイクロコンピュータ(通称「マイコン」)等で構成されている。
【００３４】
このように構成された燃焼装置１０の動作を次に説明する。まず、起動を開始する際、制御部１６は、酸素抜き弁２９を一定の時間開放して、燃料混合ユニット１３と電磁弁２６の間に滞留している気体(酸素)を外部に放出させる。これは、装置を一旦停止させて再び稼働をさせると、前回の停止時に燃料混合ユニット１３と逆止弁２８の間に溜まっていた残留気体(酸素)が燃焼部１５側に一気に流れ、混合燃料の混合比を大きく変えて燃焼に悪い影響を与える。しかしながら、本実施例の装置のように、起動毎に酸素抜き弁２９を操作し、燃料混合ユニット１３と逆止弁２８の間に溜まっている気体を毎回抜くと、起動時における燃焼の安定化を図ることができる。
【００３５】
続いて、制御部１６は、燃焼部１５の燃焼の開始と電動モータ４５及びギヤポンプ４４の駆動を開始させる。電動モータ４５及びギヤポンプ４４の駆動が開始されると燃料混合ユニット１３内で生成された混合燃料が燃焼部１５に向かってパイプ３０内を流れる。このパイプ３０内を流れる混合燃料の量は、流量計４２により常時検出され、その信号が制御部１６に送られる。
【００３６】
制御部１６では、流量計４２からの信号に基づいて、燃焼部１５での燃料消費量を検出し、この燃料消費量から流量調整弁２０を制御し、燃料貯留タンク１７から燃料混合ユニット１３に供給される液体燃料の量、及び、レギュレータ２５、電磁弁２６、酸素流量調整手段２７を制御して、酸素供給部１２の酸素ボンベ２３から燃料混合ユニット１３に供給する酸素の量を、各々調整する。
【００３７】
なお、この装置の起動時、制御部１６は、液体燃料供給側の流量調整弁２０の開動作と酸素供給側の電磁弁２６の開動作を同時に行わせず、電磁弁２６の開動作の開始時間が流量調整弁２０の開動作の開始時間よりも約２秒程度遅れて動作するように制御する。これにより、流量調整弁２０の開動作と電磁弁２６の開動作を同時に行わせた際に、酸素側の電磁弁２６が機械的振動を断続に繰り返すような現象、すなわちチャタリングを起こすのを防止する。
【００３８】
その後、制御部１６は、燃焼部１５で燃料消費される量とほぼ対応した量の混合燃料が燃料混合ユニット１３から燃焼部１５側に流れるように制御し、燃焼部１５と燃料混合ユニット１３の間、すなわちパイプ３０内に貯留される燃料をほぼ一定に保つ。
【００３９】
また、燃焼部１５での燃焼が停止すると、制御部１６では、流量調整弁２０を制御し、液体燃料供給部１１の燃料貯留タンク１７から燃料混合部１３に供給する液体燃料を停止するとともに、電磁弁２６を制御して酸素供給部１２の酸素ボンベ２２から燃料混合ユニット１３に供給する酸素を停止させる。なお、この停止時、起動時の場合と同様に、制御部１６は液体燃料供給側の流量調整弁２０の閉動作と酸素供給側の電磁弁２６の閉動作を同時には行わせず、電磁弁２６の閉動作の開始時間が流量調整弁２０の閉動作の開始時間よりも約２秒程度遅れて動作するように制御する。これにより、流量調整弁２０の閉動作と電磁弁２６の閉動作を同時に行わせた際に、酸素側の電磁弁２６が機械的振動を断続に繰り返す現象、すなわちチャタリングを起こすのを防止する。
【００４０】
したがって、この実施形態による燃焼装置１０では、燃料混合ユニット１３が垂直姿勢で配置され、燃料混合部１３ａの下端側から液体燃料と酸素の供給を受け、この液体燃料と酸素が混ざり合って生成される混合燃料を酸素の圧力で上端側に噴き上げるとともに、その噴き上げる途中でその混合燃料に超音波振動を付与し、液体燃料と酸素を更に細かく混ざり合わせて融合させ、この融合で混合能力を高め、この混合燃料を燃料混合ユニット１３の上側から排出して燃焼部１５側に送り込むので、燃焼効率が上がり、燃費の向上に寄与することになる。因みに、本件出願人の実験では、燃料混合ユニットを横に寝かせて水平に配置した状態で動作させた場合では、燃料混合ユニット内における混合燃料の流れが速くなり過ぎ、結果として超音波振動による融合が低下し、満足する混合が得られないことがわかった。
【００４１】
なお、本実施の形態では、燃料混合ユニット１３で生成した混合燃料を、燃焼部１５に供給するようにした構成例を開示したが、燃料混合ユニット１３と燃焼部１５との間にイオン化装置を設け、燃料混合ユニット１３で生成した混合燃料を更にイオン化し、その後、燃焼部１５に送る構造にしてもよいものである。また、本発明は、これ以外にも本発明の精神を逸脱しない限り種々の改変を為すことが可能であり、そして、本発明が該改変されたものに及ぶことは当然である。
【符号の説明】
【００４２】
１０      燃焼装置
１１      液体燃料供給部
１２      酸素供給部(酸素供給手段)
１３      燃料混合ユニット
１５      燃焼部(バーナー)
１６      制御部(制御手段)
１７      燃料貯留タンク
２０      流量調整弁
２１      逆止弁
２３      酸素ボンベ
２６      電磁弁
２７      酸素流量調整手段
２７ａ    酸素流量計
２７ｂ    ストップバルブ
２７ｃ    バイパス路
２８      逆止弁
２９      酸素抜き弁
３０      パイプ
３１      燃料噴射ノズル
３２      超音波振動器
【図１】
2013231572.tif 000003
【図２】
2013231572.tif 000004
【図３】
2013231572.tif 000005