(57)【要約】【課題】  燃焼効率の良好な燃焼を比較的簡単な構成で実現することができる酸素付加燃料供給装置を提供する。【解決手段】  装置本体（１２）と、燃料と酸素とを混合するためのスタティックミキサー（１４）とを備え、スタティックミキサーにおいて混合された酸素付加燃料を装置本体に供給し、装置本体に供給された酸素付加燃料をポンプ（２０）によってスタティックミキサーに圧送することにより、酸素付加燃料を装置本体とスタティックミキサーとの間で所望の回数循環させるように構成されていることを特徴とする酸素付加燃料供給装置（１０）が提供される。【選択図】  図１
2013083375.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置本体と、
燃料と酸素とを混合するためのスタティックミキサーとを備え、
前記スタティックミキサーにおいて混合された酸素付加燃料を前記装置本体に供給し、前記装置本体に供給された前記酸素付加燃料をポンプによって前記スタティックミキサーに圧送することにより、前記酸素付加燃料を前記装置本体と前記スタティックミキサーとの間で所望の回数循環させるように構成されていることを特徴とする酸素付加燃料供給装置。
【請求項２】
前記装置本体内に配置され、上端と下端が開放した管状部材をさらに備え、前記スタティックミキサーの流出部から延びた配管が、その下端が前記管状部材の前記下端の上方に位置するように、前記管状部材内に位置決めされていることを特徴とする請求項１に記載された酸素付加燃料供給装置。
【請求項３】
前記配管の下端に配置された漏斗管と前記配管の途中から分岐した分岐管の両方又はいずれか一方をさらに備え、前記漏斗管及び前記分岐管が前記ポンプに連結されていることを特徴とする請求項２に記載された酸素付加燃料供給装置。
【請求項４】
前記ポンプが渦流ポンプであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された酸素付加燃料供給装置。
【請求項５】
前記スタティックミキサーが、外側部材と、前記外側部材の内部に配置される内側部材とによって形成されており、
前記外側部材が、一端が端壁によって閉鎖し、他端が開放した、全体として円筒形の形状を有し、前記外側部材の前記端壁のほぼ中央に、燃料流入口が設けられ、前記端壁の内面に、前記燃料流入口から徐々に拡径するテーパ部が形作られ、前記外側部材の周壁のほぼ中央に、酸素流入口が設けられており、
前記内側部材が、両端が開放し、前記外側部材の内径よりも小さな外径をもつ、全体として円筒形の形状を有し、前記内側部材の内部に、両端が内部に向かって徐々に縮径する第１及び第２テーパ部と第１及び第２テーパ部を連結する通路部とが設けられ、前記内側部材の外部に、前記内側部材を前記外側部材の内部に適所に位置決めするための第１突起と、前記外側部材の内径と前記内側部材の外径と間に微小幅の隙間が形成されるように、前記外側部材の内径と前記内側部材の外径と間の隙間よりも小さい厚さをもつ第２突起とが設けられていることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された酸素付加燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、重油、軽油、灯油等の液体燃料に酸素を付加して燃焼効率を向上させる酸素付加燃料供給装置に関する。なお、本明細書において「酸素付加燃料」とは、多量の酸素の微小気泡が混入した燃料を意味する。
【背景技術】
【０００２】
重油等の液体燃料を完全燃焼させるのは容易ではなく、完全燃焼を実現すべく、種々の開発研究が行われている。そのような試みの１つとして、空気中の酸素濃度よりも酸素を増加させて燃料を燃焼させる酸素富化燃焼が知られている（たとえば、特許文献１、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１０９１７２号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８１１３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、従来の酸素富化燃焼を改良発展させたものであって、燃焼効率の良好な燃焼を比較的簡単な構成で実現することができる酸素付加燃料供給装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願請求項１に記載の酸素付加燃料供給装置は、装置本体と、燃料と酸素とを混合するためのスタティックミキサーとを備え、前記スタティックミキサーにおいて混合された酸素付加燃料を前記装置本体に供給し、前記装置本体に供給された前記酸素付加燃料をポンプによって前記スタティックミキサーに圧送することにより、前記酸素付加燃料を前記装置本体と前記スタティックミキサーとの間で所望の回数循環させるように構成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
本願請求項２に記載の酸素付加燃料供給装置は、前記請求項１の装置において、前記装置本体内に配置され、上端と下端が開放した管状部材をさらに備え、前記スタティックミキサーの流出部から延びた配管が、その下端が前記管状部材の前記下端の上方に位置するように、前記管状部材内に位置決めされていることを特徴とするものである。
【０００７】
本願請求項３に記載の酸素付加燃料供給装置は、前記請求項２の装置において、前記配管の下端に配置された漏斗管と前記配管の途中から分岐した分岐管の両方又はいずれか一方をさらに備え、前記漏斗管及び前記分岐管が前記ポンプに連結されていることを特徴とするものである。
【０００８】
本願請求項４に記載の酸素付加燃料供給装置は、前記請求項１から請求項３までのいずれか１項の装置において、前記ポンプが渦流ポンプであることを特徴とするものである。
【０００９】
本願請求項５に記載の酸素付加燃料供給装置は、前記請求項１から請求項４までのいずれか１項の装置において、前記スタティックミキサーが、外側部材と、前記外側部材の内部に配置される内側部材とによって形成されており、前記外側部材が、一端が端壁によって閉鎖し、他端が開放した、全体として円筒形の形状を有し、前記外側部材の前記端壁のほぼ中央に、燃料流入口が設けられ、前記端壁の内面に、前記燃料流入口から徐々に拡径するテーパ部が形作られ、前記外側部材の周壁のほぼ中央に、酸素流入口が設けられており、前記内側部材が、両端が開放し、前記外側部材の内径よりも小さな外径をもつ、全体として円筒形の形状を有し、前記内側部材の内部に、両端が内部に向かって徐々に縮径する第１及び第２テーパ部と第１及び第２テーパ部を連結する通路部とが設けられ、前記内側部材の外部に、前記内側部材を前記外側部材の内部に適所に位置決めするための第１突起と、前記外側部材の内径と前記内側部材の外径と間に微小幅の隙間が形成されるように、前記外側部材の内径と前記内側部材の外径と間の隙間よりも小さい厚さをもつ第２突起とが設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の酸素付加燃料供給装置によれば、燃料中に酸素を効率的に混合させることができるので、燃焼効率の良好な燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の好ましい実施の形態に係る酸素付加燃料供給装置を示した全体概略図である。
【図２】図２（ａ）は、図１の酸素付加燃料供給装置に設置されるスタティックミキサーを示した断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の線２ｂ−２ｂに沿った断面図、図２（ｃ）は、図２（ａ）の線２ｃ−２ｃに沿った断面図である。
【図３】図１の酸素付加燃料供給装置に設置される渦流ポンプを示した図である。
【図４】本発明の酸素付加燃料供給装置の有効性を検証するために実施された実験の結果を示した表である。
【図５】本発明の変形形態に係る酸素付加燃料供給装置を示した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態に係る酸素付加燃料供給装置について説明する。図１において全体として参照符号１０で示される本発明の好ましい実施の形態に係る酸素付加燃料供給装置は、密閉された容器によって形成される装置本体１２を備えている。なお、図１に示される装置本体１２は、側壁１２ａと底壁１２ｂによって形成される円筒形容器の頂部を上蓋１２ｃによって閉鎖された形態を有するものとして図示されているが、装置本体１２は、このような形態に限定されるものではない。
【００１３】
酸素付加燃料供給装置１０はまた、スタティックミキサー１４を備えている。スタティックミキサー１４は、スタティックミキサー１４内に流入した流体を、スタティックミキサー１４内に設けられたエレメント（図示せず）によって分割・転換・反転させることにより流体を混合する静止型混合器である。
【００１４】
スタティックミキサー１４としては、種々の型式のものが知られているが、例えば、図２に示すようなスタティックミキサー１４が好ましい。図２に示されるスタティックミキサー１４は、外側部材１４ａと、外側部材１４ａの内部に配置される内側部材１４ｂとによって形成されている。外側部材１４ａは、一端が端壁１４ａ１によって閉鎖し、他端が開放した、全体として円筒形の形状を有している。外側部材１４ａの端壁１４ａ１のほぼ中央には、燃料流入口１４ａ２が設けられており、端壁１４ａ１の内面には、燃料流入口１４ａ２から徐々に拡径するテーパ部１４ａ３が形作られている。また、外側部材１４ａの周壁のほぼ中央には、酸素流入口１４ａ４が設けられている。内側部材１４ｂは、両端が開放し、外側部材１４ａの内径よりも小さな外径をもつ、全体として円筒形の形状を有している。内側部材１４ｂの内部には、両端が内部に向かって徐々に縮径する第１テーパ部１４ｂ１、第２テーパ部１４ｂ３及び両方のテーパ部を連結する通路部１４ｂ２が設けられている。内側部材１４ｂの外部には、内側部材１４ｂを外側部材１４ａの内部に適所に位置決めするための第１突起１４ｂ４が設けられている（換言すると、外側部材１４ａの内径と内側部材１４ｂの外径と間の隙間分の厚さをもつ第１突起１４ｂ４によって、内側部材１４ｂが外側部材１４ａの内部に適所に位置決めされている）。また、内側部材１４ｂの外部には、外側部材１４ａの内径と内側部材１４ｂの外径と間の隙間よりも小さい厚さをもつ第２突起１４ｂ５が設けられている（これにより、外側部材１４ａの内径と内側部材１４ｂの外径と間に微小幅の隙間１４ｂ６が形成されることとなる）。
【００１５】
図２に示されるスタティックミキサー１４では、燃料流入口１４ａ２から流入した燃料の一部がテーパ部１４ｂ１に当たって戻され、外側部材１４ａの側壁、テーパ部１４ａ３及びテーパ部１４ｂ１によって形作られる空間内で循環流が形成される。一方、酸素流入口１４ａ４から流入した酸素は、隙間１４ｂ６近傍で発生する乱流により細分化された後、隙間１４ｂ６を経て、外側部材１４ａの側壁、テーパ部１４ａ３及びテーパ部１４ｂ１によって形作られる空間内に入り、燃料の循環流に合流する際に更に細分化され、これにより燃料に酸素の微小粒が効率的に混合された状態になる。このようにして得られた酸素付加燃料が装置本体１２に供給される。
【００１６】
なお、スタティックミキサー１４は、燃料に酸素を効率的に混合することができるものであれば、図２に示される型式のスタティックミキサー以外のものを使用してもよい。
【００１７】
酸素付加燃料供給装置１０はまた、燃料タンク１６とスタティックミキサー１４の燃料供給口とを連結する第１管路１８と、第１管路１８に配置され、燃料にスタティックミキサー１４に圧送するためのポンプ２０と、スタティックミキサー１４の流出口と装置本体１２の上蓋１２ｃを貫通して装置本体１２内とを連結する第２管路２２と、酸素供給源２４とスタティックミキサー１４の酸素供給口とを連結する第３管路２６とを備えている。なお、ポンプ２０は、渦流ポンプを使用するのが好ましい。図３は、渦流ポンプの一例を示した図である。本装置１０において渦流ポンプが好ましいのは、詳細には後述するように、大きな気泡を含んだ燃料を吸引する際に、渦流ポンプ中で発生する渦により大きな気泡を砕いて微小な粒子にし、燃料中に含まれる酸素の微小気泡の量を増大させるためである。
【００１８】
酸素付加燃料供給装置１０はさらに、装置本体１２と第１管路１８とを連結する第４管路２８と、装置本体１２とボイラ３０とを連結する第５管路３２とを備えている。
【００１９】
好ましくは、装置本体１２にミストセパレータ３６が設置されている。ミストセパレータ３６を設置したことにより、装置本体１２内の大きな気泡を捕集して、燃料への一層効率的な酸素付加が可能になる。より詳細に説明すると、ミストセパレータ３６には、金網製のフィルタ（図示せず）が取り付けられており、装置本体１２内の大きな気泡がフィルタに接触することにより気泡が破裂し、大きな気泡に付着していた燃料が装置本体１２内に落下する。このようにして落下した燃料を微小気泡（マイクロバブル）に付着させることにより、全体として燃料に付着する酸素量を増大させることができる。
【００２０】
図１において、参照符号１８ａ、２６ａ、３２ａは、それぞれの管路に配置された弁を示している。また、参照符号３４、３４ａは、第１管路１８とボイラ３０とを連結する第６管路、第６管路に配置される弁をそれぞれ示しており、第６管路３４は、装置本体１２を経ずに、燃料タンク１６からボイラ３０に直接燃料を供給しようとする場合に使用される。さらに、参照符号３８は、流量計を示している。
【００２１】
以上のように構成された酸素付加燃料供給装置１０の作動について説明する。燃料タンク１６から第１管路１８を介して燃料がスタティックミキサー１４に供給される。一方、酸素供給源２４から第３管路２６を介して酸素がスタティックミキサー１４に供給される。スタティックミキサー１４において混合された酸素付加燃料が、第２管路２２を介して装置本体１２に供給される。装置本体１２に供給された酸素付加燃料には、微小気泡と大きな気泡が混在しているが、大きな気泡は、燃料中に留まることができず、装置本体１２の上方に移行する。このような大きな気泡の一部をポンプ２０により吸引して、再びスタティックミキサー１４に供給することにより、大きな気泡を砕いて微小気泡にし、燃料中の微小気泡（従って、酸素）の含有量を増大させることができる。酸素付加燃料を装置本体１２からポンプ２０を介してスタティックミキサー１４に繰り返し循環させることにより、所望程度まで酸素含有量を増大させることが可能になる。なお、渦流ポンプ２０を使用することにより、渦流ポンプ２０中で発生する渦により大きな気泡を砕いて微小気泡にすることができるので、一層効率的に酸素含有量を増大させることができる。
【００２２】
本発明の酸素付加燃料供給装置の有効性を検証するために実験を実施した。実験に使用したボイラは、株式会社日本サーモエナー製のＨＫＦＬ−４００ＢＨ（最高使用水頭力０．５Ｍａｐ、伝熱面積９．９平方メートル、燃料消費量４９．９リットル／時）である。実験では、燃料タンクとボイラの配管に流量計を、バーナー側電磁弁にタイマーカウンターをそれぞれ設置し、従来装置と本装置における燃料消費量を比較した。燃料としては、Ａ重油を使用した。
【００２３】
図４は、実験結果を示した表である。図４（ａ）は、５日にわたって実施した本装置ににおける燃料使用量の実験結果である（燃料使用量は、平均３５１．３リットル／日）。図４（ｂ１）は、３日にわたって実施した従来装置（１）における燃料使用量の実験結果（燃料使用量は、平均４１３リットル／日）、図４（ｂ２）は、同様に３日にわたって実施した従来装置（２）における燃料使用量の実験結果（燃料使用量は、平均３９６．８リットル／日）である。図４（ｃ１）及び図４（ｃ２）は、本装置と従来装置（１）、（２）との燃料使用量を比較した表である。本実験の結果、図４（ｃ１）及び図４（ｃ２）に示されるように、本装置を使用した場合には、従来装置（１）に対しては１５％、従来装置（２）に対しては１１％の燃料を削減することができた。これにより、本装置の有効性を確認することができた。
【００２４】
本発明は、以上の発明の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００２５】
たとえば、図５（ａ）に示されるように、装置本体１２内に、上端と下端が開放した管状部材１３を配置し、スタティックミキサー１４から延びた第２管路２２が管状部材１３内に位置決めされ、第２管路２２の下端が管状部材１３の下端の上方に位置するように構成してもよい。これにより、管状部材１３内に酸素付加燃料が放出されるので、ボイラ３０に通ずる第５管路３２の入口周辺に気泡が侵入するのが防止されるとともに、微小気泡を長時間燃料中に浮遊させることができる。
【００２６】
さらに、図５（ｂ）に示されるように、スタティックミキサー１４から延びた第２管路２２の下端に、第２管路２２から供給される酸素付加燃料を受け入れる漏斗管１５を配置し、漏斗管１５を第４管路２８に接続するとともに、第２管路２２の途中から分岐して第４管路２８に至る分岐管１５ａを配置してもよい。これにより、図５（ａ）に示される形態によって得られる効果に加えて、漏斗管１５及び分岐管１５ａを介して大きな気泡が第４管路２８を介して吸引されるため、装置本体１２内の大きな気泡の量を減少させることができ、燃料中の微小気泡の量を増大させることが可能になる。漏斗管１５は、図５（ｂ）に示されるように、第２管路２２の下端の径よりも大きな径を有するように形成されている。なお、漏斗管１５と分岐管１５ａは、いずれか一方のみを設けてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１０  酸素付加燃料供給装置
１２  装置本体
１３  管状部材
１４  スタティックミキサー
１４ａ  外側部材
１４ｂ  内側部材
１５  漏斗管
１５ａ  分岐管
１６  燃料タンク
１８  第１管路
２０  ポンプ（渦流ポンプ）
２２  第２管路
２４  酸素供給源
２６  第３管路
２８  第４管路
３０  ボイラ
３２  第５管路
３４  第６管路
３６  ミストセパレータ
３８  流量計
【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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