(57)【要約】【課題】  ガスボイラーや燃焼機器の大幅な燃費低減化と排気ガスの削減化方法の提供。【解決手段】  ボイラーやタービン或いは家庭用ガス燃焼機器において、その中央にガス流通路とその外周囲に空気流通路が設けられたガスバーナーと、このガス流通路の入口部にその供給口から供給される都市ガス若しくはＬＰＧと静電霧化による気体状極微粒化水を均等に分散混合させる分散混合モジュールが配位され、この分散混合モジュールに静電霧化による交差指状電極からなる気体状極微粒化水生成器で生成した粒径が１０乃至２０ｎｍ以下の気体状極微粒化水を、都市ガス若しくはＬＰＧに対し２０乃至５０容量％割合で混合し燃焼させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスボイラーやガス燃焼機器において、その中央にはガス流通路とその外周囲に空気流通路が設けられたガスバーナーと、該バーナーのガス流通路の入口部に、その供給口から供給される都市ガスやＬＰＧ若しくは天然ガス等のガス類と、静電霧化による気体状極微粒化水とを均質に分散混合させる分配混合モジュールが配位され、且この気体状微粒化水が静電霧化による交差指状電極からなる気体状極微粒化水生成器で粒径１０乃至２０ｎｍ以下に生成され、而もこの気体状極微粒化水をガス類に対して２０乃至５０容量％割合で分散混合させて燃焼させることを特徴とする、ガス燃焼機器の燃費低減化及び排気ガス削減化方法。
【請求項２】
ガスバーナーのガス流通路出口部に保炎板若しくはスワラが設けられてなる、請求項１記載のガス燃焼機器の燃費低減化及び排気ガス削減化方法。
【請求項３】
気体状極微粒化水生成区画が断面多角形状からなる、請求項１若しくは請求項２記載のガス燃焼機器の燃費低減化及び排気ガス削減化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は都市ガス、天然ガス、ＬＰＧ等のガス類を燃焼使用するボイラーや家庭用風呂釜、給湯器、暖房機具等の燃焼機器において、燃費の大幅な低減化及び排気ガスの削減化を可能とするガス燃焼機器の燃費低減化及び排気ガス削減化方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  経済発展の背景には膨大なエネルギーの消費が付帯するもので、今日までの先進諸国の経済発展には主にその消費エネルギー源として石油類が消費されて来たものであって、この膨大量の石油類の消費に伴い一方においては資源の枯渇化が進み且他方においてはその燃焼消費に伴い排出された排気ガス等により環境汚染も極限にまで至っており、健康被害の多発はもとより地球規模での温暖化の促進とこれに伴う異常気象による農作物の育成不良ばかりか、集中豪雨の頻発と河川の氾濫や道路や家屋の冠水も多発しこれによる損害は莫大なものに至っている。【０００３】  そして一方におけるこれら資源の枯渇化や、その燃焼消費により排出された膨大量の排気ガスを初めとする温暖化ガス等による環境汚染は、いわば先進諸国の経済発展におけるエネルギー消費の痕跡に過ぎず、寧ろ今後においては更なる経済規模の大きな新興国の経済発展に伴って莫大な消費により招来される資源の枯渇化への対処や、その燃焼使用により排出される排気ガス等による環境汚染の拡大防止対策が緊急且最大の課題として提起されている。【０００４】  かくしてなる課題に対処する手段としては、資源の枯渇化に対しては燃焼源を石油類から天然ガス類に積極的に転換させることと共に、エネルギーの獲得手段を燃焼方式から電力方式に転換することも推進されつつある。
しかしながら石油類を天然ガス類に転換させても、先進国や新興国の莫大な消費に際しては依然として天然資源の枯渇化を抱える結果となる。更に電力方式においても膨大数に亘る電力供給施設の形成はもとより、実用使用に際しては未だに熱変換効率やエネルギー変換効率が悪いばかりか、車輌等の移動体においては長時の充電時間と且充電設備の整備も莫大な投資が要請される。【０００５】  これがため発明者等は石油類に対して水を、望ましくは２０乃至５０容量％割合で分散混合せしめて水の水蒸気改質反応や水性ガス反応を促進活用せしめて、燃焼エネルギーを高めつつ石油類の消費低減と排気ガスの削減を実現することを究明し、その内容については先願として特願２０１０−１９６１５４号か、特願２０１０−２４６８３４号或いは特願２０１０−２６４３１２号等で開示している。
ところで環境汚染防止のための排気ガス削減は、国内的にも炭酸ガス排出税の創設気運を初め、２２年４月から東京都において温暖化ガス排出規制が実施され、且２３年度からは他県でも規制の実施が予定されている。加えて炭酸ガス総排出量の略３０％が家庭生活から排出されるものであることから、京都市に次いで広島市でも排出削減に対しクレジット制を実施するに至っている。【０００６】  而して家庭生活から排出される炭酸ガス等の主たる排出は風呂釜や給湯器或いは暖房機等であって、これらは今日では都市ガスやＬＰＧガスを専ら燃焼源としている。
してみればこれら家庭生活に付帯する風呂釜や給湯器或いは暖房機の燃費の低減化と排気ガスの低減にも前記先願で開示の如く、その主たる燃焼源たる都市ガスやＬＰＧガス等に水を略２０乃至５０％容量％割合で混合させ燃焼させることで実現が可能となる。そしてこの実現のためには主たる燃焼源の都市ガスやＬＰＧと水とが均質に分散混合されていること並びに水の微爆作用を積極的に発揮させるためには可能な限りその液滴を微粒化させること、及び燃焼に際しての気化熱の剥奪を極力防止することにある。【０００７】  これがため発明者等は更なる研究を重ねた結果、都市ガスやＬＰＧ等は気体であり、その具体的粒径も数ｎｍ以下の極微粒のオーダーである反面、分散混合される水は高圧噴霧等による微粒化手段によっても、その粒径はせいぜい１０乃至３０μｍ以上とされており、従って都市ガスやＬＰＧとかかる粒径の水との直接的混合では粒径差が極めて大きく相互の均質な分散混合がなされず、且都市ガスやＬＰＧの極微粒に伴う優れた燃焼性に対し、大粒径の水では燃焼に際して微爆作用も瞬時且有効に働かず、更には燃焼に際しての気化熱の剥奪も大きく安定した燃焼にも支障が生ずることを確認した。【０００８】  そこで発明者等は静電霧化技術における水を蒸散させたうえレイリー分裂作用を加重させてｎｍオーダーの気体状極微粒化水が生成しえることに着目するとともに、このｎｍオーダーの気体状極微粒化水の生成を交差指状電極で連続的且多量に生成させたうえ、都市ガスやＬＰＧ等のガス類に混合させることにより、都市ガスやＬＰＧと均質な分散混合がなされ、而も微爆作用も積極的に且気化熱の剥奪も抑制されて、燃費の大幅な低減化と排気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】
【０００９】  本発明は都市ガスやＬＰＧ等のガス類を使用する家庭用風呂釜や給湯器、暖房機若しくはボイラー等のガス燃焼機器の大幅な燃費低減化と排気ガス削減化を可能とする、ガス燃焼機器の燃費低減化と排気ガス削減化方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】  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、ボイラーやガス燃焼機器等において、その中央に都市ガスやＬＰＧ等のガス流通路とこのガス流通路の外周囲には空気流通路が設けられてなるガスバーナーと、このガス流通路の入口部にはその供給口より供給される都市ガス若しくはＬＰＧ等のガスと、緻密な交差指状電極を用いた静電霧化による気体状極微粒化水生成器で生成される多量の気体状極微粒化水とを均質に分散混合させる分散混合させる分散混合モジュールが配位され、且この分散混合モジュールの供給部には都市ガス若しくはＬＰＧ等ガス類の供給管と、静電霧化による気体状極微粒化水生成器によりその実質粒径が１０乃至２０ｎｍ以下の気体状極微粒化水を多量に供給する気体状極微粒化水供給管とが連結されてなり、都市ガス若しくはＬＰＧ等のガス類の供給量に対して気体状微粒化水を２０乃至５０容量％割合で供給させつつ分散混合モジュールで相互を均質に分散混合させたうえ燃焼させることを技術要旨とするものであり、更には安定した燃焼火炎を保持するためガスバーナーのガス流通路の出口部に保炎板若しくはスワラが配設されて燃焼させることも技術要旨とするものである。
【発明の効果】
【００１１】  本発明は上述の如き構成からなるものであって、本発明は現状のボイラーやガス燃焼機器等においても極めて小型且安価な気体状極微粒化水生成器と分散混合モジュールを付加させるのみであるから装置や機器のコストも僅かであり、而も実用使用に際しても特段の捜査も講ずることなく従来の操作で使用できる。
そして本発明においては都市ガスやＬＰＧ等ガス類と容積割合で２０乃至５０容量％割合で混合される気体状極微粒化水は、静電霧化手段を用い且緻密な交差指状電極を用いた気体状極微粒化水生成器で生成させるため、水が交差指状電極に触れることにより、該交差指状電極に付加されてなる電位と交差指状電極間の無電位とにより水に弾性表面波が付加されて積極的に蒸散し、且高電場によるレイリー分裂により実質粒径が１０乃至２０ｎｍ以下の気体状極微粒化水が多量に生成される。
【００１２】  そしてかかる如く生成された気体状極微粒化水は都市ガス若しくはＬＰＧに対して２０乃至５０容量％割合で混合された場合にも、粒径ばかりか比重も略近似するため分散性に優れ、而も相互はガスバーナーのガス流通路の入口部でその内部に膨大数の撹乱分散間隙を有する分散混合モジュール内を流通することにより、多方向に撹乱分散されて相互が均質に分散混合されることとなる。
加えて気体状極微粒化水は都市ガスやＬＰＧに比較的近い極小な粒径であるから燃焼に際しても都市ガスやＬＰＧの燃焼に伴って微爆燃焼が積極的になされ、且極小な粒径であるから多量の容量割合で水が混合されても、気化熱の剥奪も僅かで安定した燃焼がなされる。そして本発明においても、ガスバーナー出口部には保炎板やスワラも配位されるものであるから、火炎が安定して燃焼できる。
そして当然の事ながら都市ガス若しくはＬＰＧに対して２０乃至５０容量％割合で気体状極微粒化水が分散混合され燃焼されるものであるから、消費燃費は略２０乃至５０％低減され、且排出ガスとりわけ炭酸ガスも２０乃至５０％削減されることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】  ガスバーナーの中央にはガス流通路が設けられ、このガス流通路の外周囲には空気流通路が設けられてなり、且ガス流通路の入口部にはその内部に膨大数の撹乱分散間隙を有する分散混合のための分散混合モジュールを配位させ、その供給口より都市ガス若しくはＬＰＧとこれら都市ガス若しくはＬＰＧに対して２０乃至５０容量％割合で、且静電霧化と緻密な交差指状電極を用いて、その粒径が１０乃至２０ｎｍ以下の気体状極微粒化水を供給し分散混合のうえ燃焼させる構成。
【実施例１】
【００１４】  以下に本発明実施例を図とともに詳細に説明すれば、図１は本発明の使用に際して一般的に用いられるガスバーナー１の部分説明図であって、該ガスバーナー１の中央には都市ガスやＬＰＧ１０を流通させるガス流通路１Ａが設けられてなるとともに、このガス流通路１Ａの外周囲には該ガス流通路１Ａを流通され都市ガスやＬＰＧを効率良く燃焼させるのに必要な空気量を流通させるための空気流通路１Ｂが形成されている。
そしてガスバーナー１の如く連続燃焼装置では、都市ガスやＬＰＧ等の燃料１０と空気１１は連続的に流れて燃焼が定時的に行われるものであるから火炎の安定化は基本的で且重要な課題である。【００１５】  この着火位置を安定させる保炎方法としては保炎板によるものとスワラ１Ｄを用いる手段がある。即保炎板１Ｃによる場合は、非流線型物体の下流側には再循環域ができることから、保炎板１Ｃを都市ガスやＬＰＧ１０と空気１１の混合域におくと、その後部に循環渦粒１１Ａが生じ高温の燃焼ガスがこの渦流内に巻き込まれて着火源となり火炎の着火位置が安定する。
保炎板１Ｃはバーナーの仕様に合せて種々の形状のものが提案されている。先混合式バーナーでは混合を急ぐ必要から再循環域の面積を大きく取った図示する板状の保炎板１Ｃが都市ガスやＬＰＧ１０と空気１１の噴出部に配位される。【００１６】  他方スワラ（旋回器）１Ｄは、該スワラ１Ｄで旋回流を発生させ、その時に生ずる負圧によって出来る循環流で火炎を安定させる。更にスワラ１Ｄは都市ガスやＬＰＧ１０と空気１１の混合度合いの調整や火炎形状を適合させる役目も果たすもので、具体的形状としては図１のＢに示すものである。
かくしてなるガスバーナー１のガス流通路１Ａの入口部１Ｅには図２に示す如くその供給口２Ａより供給される都市ガス若しくはＬＰＧ１０と気体状極微粒化水１２とを均質に分散混合させるために、その内部に膨大数の撹乱分散間隙２Ｃを有する撹乱分散材２Ｄが充填された分散混合モジュール２が配位され、且該分散混合モジュール２の供出口２Ｅと連結されている。【００１７】  かかる分散混合モジュール２内に充填される撹乱分散材２Ｄはその供給口２Ａより供出口２Ｅに都市ガスやＬＰＧ１０と気体状極微粒化水１２が流通する際に、膨大数の撹乱分散間隙２Ｃにより多方向に撹乱され相互が均質に分散混合されるものであれば使用可能で、図２には金属円板２０の所定半径の円周上に所定間隙を以って三角形状の切欠凸起２０Ａがその一側面に、且更に該三角形状の切欠凸起２０Ａ相互の間には他側面に三角形状の切欠凹起２０Ｂが形成されたものが示されてなるが、かかる構成に限定されるものでなく、金属線条による織物や編物の円形切断板や金属線条を用いた不織布を円形切断した物等も使用可能である。【００１８】  かくしてなる分散混合モジュール２の供給口２Ａには都市ガス若しくはＬＰＧ１０の供給管２１Ａと気体状極微粒化水１２の供給管２１Ｂとが連結されている。
そしてこの気体状極微粒化水１２の供給管１２Ａの適宜位置には、気体状極微粒化水生成器が配位されている。
この気体状極微粒化水１２は、本発明においては都市ガスやＬＰＧ１０に対して水を２０乃至５０容量％割合で分散混合させて燃焼せしめることにより、都市ガスやＬＰＧ１０の大幅な燃費低減と且燃焼により排出される排気ガスの削減を実現することにある。【００１９】  ところで現状の静電霧化による気体状極微粒化水１２の生成手段は、水中に浸漬させた吸水蒸散極により水分を吸水蒸散させたうえ、この蒸散された水蒸気を高電場空間で再分裂（レイリー分裂）させるもので、かかる技術手段では水分の吸水蒸散量が極めて僅かであるから、都市ガス若しくはＬＰＧ１０と混合させ燃焼させるに足る生成量には到底至らず、而も生成される気体状極微粒化水１２の粒径も最少でも略５乃至２０ｎｍとされるため混合される都市ガスやＬＰＧ１０の粒径と比べても依然として大きく、とりわけ分散混合性や微爆性においても問題を抱える。【００２０】  そこで本発明で用いる静電霧化による気体状極微粒化水１２の生成手段としては、略二つの手段が提案されるもので、その一つは図３のＡに示す如く蒸散放電線条極方式であって、気体状極微粒化水生成区画３０内には吸水基材３０Ａが配設されてなるとともに、該吸水基材３０Ａに連接して適宜の吸水材３０Ｂが撚合され若しくは包着された放電線条３０Ｃが緻密に植設された蒸散放電線条極３０Ｄが配位され、該蒸散放電線条極３０Ｄには高電圧望ましくは５，０００乃至１０，０００Ｖ程度の直流電圧３０Ｅが付加され、気体状極微粒化水生成区画３０内に高電場の雰囲気を形成している。そしてかかる高電場に維持された気体状極微粒化水生成区画３０内を、同図３Ｂに示す如くその一方側３４より他方側３５へと送気させることにより、吸水基材３０Ａの水分が蒸散放電線条極３０Ｄの吸水材３０Ｂにより吸水揚水且蒸散３０Ｇされたうえ、高電場３０Ｆ中において更にレイリー分裂３３されて、実質的にその粒径が１０乃至２０ｎｍ以下の気体状極微粒化水１２が積極的且多量に生成される。かかる積極的且多量に生成しえる理由は蒸散放電線条極３０Ｄが緻密に植設されることにより、放電線条極３０Ｄ相互間は付加電圧が０に近く、高電圧付加部との間に弾性表面波作用が働き蒸散を促進させるものと考えられている。【００２１】  かかる場合の吸水基材３０Ａとしては吸水吸湿性素材が好適であって、具体的にはポリアミド系やポリウレタン系樹脂による連続気泡シートやポリアミド、ポリビニルアルコール或いはレーヨン等の細繊度繊維を用いた不織布等が挙げられる。更に放電線条３０Ｃに撚合若しくは包着される吸水材３０Ｂも吸水基材３０Ａの水分を放電線条３０Ｃの先端にまで揚水しえる吸水性や吸湿性が要請されることから、ポリビニルアルコール系やレーヨン系の細繊度繊維が好適である。【００２２】  更に他の手段としては、図３のＢに示す如く放電線条極方式で、この放電線条極方式は気体状極微粒化水生成区画３０内に絶縁性素材からなる基材２１Ａ上に、その相互の間隔が実質的に水を毛細管現象に準じて揚水しえるような間隔、即ち望ましくは１０乃至３０μｍ以下の間隔を以って高密度に放電線条３０Ｃを植設させた放電線条極３１を使用するものである。
かかる放電線条極方式では、放電線条３０Ｃの植設が高密度に植生されてなるから、接触する水に対して極めて高密度且強度に弾性表面波作用が働き、水分蒸散が著しく促進されるとともに、この蒸散された水分は高電場３０Ｆの雰囲気下でレイリー分裂３３  がなされることとなる。そして気体状極微粒化水生成区画３０は、円形や角形に限定されず多角形も採用できる。【００２３】  ところで公知されてなる静電霧化の如く、適宜に形成した多孔質電極に高電圧を付加させて蒸散３０Ｇさせ且レイリー分裂３３を図っても、せいぜい８０乃至１００ｃｃ／日程度と極めて僅かな生成量であるが本発明においては蒸散放電線条極３０Ｄが緻密に形成され、或いは放電線条３０Ｃが高密度に植生されてなるから、生成される気体状極微粒化水１２は膨大量を以って生成される。
そして本発明ではボイラーやガス燃焼機器等において使用するものであるから、これら使用途には更なる多量の気体状極微粒化水１２の生成が要望される。
かかる問題への対処としては、蒸散放電線条極３０Ｄ若しくは放電線条極３１の形成面積を大きく形成させることで解決される。【００２４】  即ち図４は放電線条極３１の広面積形成の例示図であって、かかる広面積形成に際しての好適な気体状極微粒化水生成区画３０としては、水を移送させ且静電霧化とレイリー分裂作用をなさしめて気体状極微粒化水１２を膨大量に生成せしめるうえからは、気体状極微粒化水１２の所要容量に合わせてその口径や長さの管材４が用いられる。
そしてかかる管材４の内面には吸水基材３０Ａが配設されたうえ、その中央に向って相互が等密度に膨大数の放電線条３０Ｃが、それぞれ中央に向って植生させて放電線条極３１が形成されたうえ放電線条極３１と対向する中心に対極３０Ｈを設け、高電場を付加させる構成のものである。
【産業上の利用可能性】
【００２５】  都市ガスやＬＰＧを燃焼源とするボイラーや家庭用燃焼機器においては、気体状極微粒化水を４０容量％割合まで分散混合させて燃焼使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】  ガスバーナーの部分説明図である。
【図２】  分散混合モジュールの説明図である。
【図３】  気体状極微粒化水の生成手段の説明図である。
【図４】  放電線条極の広面積形成の説明図である。
【符号の説明】
【００２７】  １        ガスバーナー
１Ａ      ガス流通路
１Ｂ      空気流通路
１Ｃ      保炎板
１Ｄ      スワラ
１Ｅ      ガス流通路の入口部
１０      都市ガスやＬＰＧ
１１      空気
１１Ａ    循環渦流
１２      気体状極微粒化水
２        分散混合モジュール
２Ａ      供給口
２Ｃ      撹乱分散間隙
２Ｄ      撹乱分散材
２Ｅ      供出口
２０      金属円板
２０Ａ    切欠凸起
２０Ｂ    切欠凹起
２１Ａ    都市ガスやＬＰＧの供給管
２１Ｂ    気体状極微粒化水の供給管
３        気体状極微粒化水生成器
３０      気体状極微粒化水生成区画
３０Ａ    吸水基材
３０Ｂ    吸水材
３０Ｃ    放電線条
３０Ｄ    蒸散放電線条
３０Ｅ    直流電圧
３０Ｆ    高電場
３０Ｇ    蒸散
３０Ｈ    対極
３１      放電線条極
３１Ａ    基材
３３      レイリー分裂
４        管材
【図１】
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【図２】
2013190194.tif 000004
【図３】
2013190194.tif 000005
【図４】
2013190194.tif 000006