(57)【要約】【課題】  液体燃料と水の混合燃料の燃焼において従来と異なり安定的に円滑且つ充分な効果を持って燃焼を継続して行わせることが出来、さらにはその燃焼を水の混合割合を多くしても同じように行なうことが出来るようにすることである。【解決手段】  混合燃料の噴射ノズルから混合燃料を噴射して燃焼させるとともに別の噴射ノズルから液体燃料のみを噴射して液体燃料の燃焼を混合燃料の燃焼と併せて行う混合燃料の燃焼方法及びその装置である。【選択図】図１
2013250043.tif 000002
【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、混合燃料の噴射ノズルから混合燃料を噴射して燃焼させるとともに混合燃料の噴射ノズルとは別の噴射ノズルから液体燃料のみを噴射し液体燃料の燃焼を混合燃料の燃焼と併せて行う混合燃料の燃焼方法。
【請求項２】
別の噴射ノズルによる液体燃料のみの燃焼を断続的に行う請求項１の混合燃料の燃焼方法。
【請求項３】
両方の噴射ノズルによる液体燃料の噴射を燃焼火炎が燃焼装置の内壁に向かう方向に行うことにより燃焼火炎が内壁に沿って這い進み、より強く燃焼装置の内壁を加熱し、熱循環燃焼現象を生起して燃焼を維持促進する請求項１の混合燃料の燃焼方法。
【請求項４】
液体燃料と水との混合を噴射ノズルから燃焼装置に噴射する直前に行う請求項１の混合燃料の燃焼方法。
【請求項５】
液体燃料と水の混合を液体燃料および水それぞれが液体状で行う請求項４の混合燃料の燃焼方法。
【請求項６】
液体燃料と水の混合を液体燃料および水それぞれを単独で霧状にした後行う請求項４の混合燃料の燃焼方法。
【請求項７】
液体燃料と水との混合燃料の燃焼方法において、液体燃料と水との混合を噴射ノズルから噴射する直前に行う混合燃料の燃焼方法。
【請求項８】
液体燃料と水の混合を液体燃料および水それぞれが液体状で行う請求項７の混合燃料の燃焼方法。
【請求項９】
液体燃料と水の混合を液体燃料および水それぞれを霧状にした後行う請求項７の混合燃料の燃焼方法。
【請求項１０】
混合燃料の噴射ノズルと液体燃料のみの噴射ノズルを併設した液体燃料と水との混合燃料の燃焼装置。
【請求項１１】
燃焼域において液体燃料のみの噴射ノズル乃噴射口が混合燃料の噴射ノズルの噴射口よりもより燃焼装置の内壁寄りに位置するように設けた請求項１０の混合燃料の燃焼装置。
【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その燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  エネルギー源としての液体化石燃料については、液体燃料の残存量の枯渇、二酸化炭素排出制限などにより他のエネルギー源の開発、改良が積極的に進められてきているが、それでも現時点ではなおエネルギー源の主役であるとに変わりは無い。【０００３】  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。
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。例えば液体化石燃料である重油、軽油、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装置に供給して燃焼させることが提案されてきている。【０００４】  しかしながら、そのような提案が非常に多くなされているにも拘わらず現在実社会で実際に液体燃料と水とを混合して燃焼させる方法なり装置が産業レベルで実行され、燃焼エネルギーを得ることは普及していない。
その理由は、液体燃料と水との混合燃料が実際に燃焼することは理論的には肯定されているとしてもこれまでに考えられ実行された燃焼方法また燃焼装置においては期待される程度に有効に行うことが出来ず、混合燃料の燃焼にはなお未解決の重要な問題点があるということである。【０００５】  本発明者はその問題点を突き止めるべく多くの燃焼方法を試み、それに合わせての多くの燃焼装置の試行を繰り返してきたがその結果一応の解決を見出した。
当該技術分野においてもそのことについては恐らく当然想到されていた筈であるが、これまで混合燃料の燃焼が実用に耐えるだけのものに至らなかったのは水を混合することによる水を原因とする燃焼の阻害の問題である。【０００６】  即ち混合される水の割合が多くなることにより燃焼の３要素の一つである燃焼温度が保持されなくなること、言い換えれば水  混合することにより燃焼の熱エネルギーが消費されてしまい必要な燃焼温度が低下させられることが原因であり、その解決がこれまでなされてこなかったものである。
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  本発明はそのような問題を克服して液体燃料と水の混合燃料の燃焼において従来のような充分な的確な効果が得られないような手段を講じなくてもより安定的に円滑且つ充分な効果を持って燃焼を継続して行わせることが出来るようにし、さらにはその燃焼を広い水の混合割合において即ち水の混合割合を多くしても同じようにより安定的に円滑且つ充分な効果を持って行なうことが出来るようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  請求項１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、混合燃料の噴射ノズルから混合燃料を噴射して燃焼させるとともに混合燃料の噴射ノズルとは別の噴射ノズルから液体燃料のみを噴射し液体燃料の燃焼を混合燃料の燃焼と併せて行う混合燃料の燃焼方法である。
液体燃料のみの燃焼は混合燃料の燃焼と常に同時に併せて行う必要はない。混合燃料の燃焼状態に照らして必要なときに行えばよい。即ち液体燃料のみの燃焼は混合燃料の燃焼における燃焼火炎の温度の低下の防止を目的とするものであるので混合燃料の燃焼火炎の温度の状況に対応して行えばよい。【００１０】  液体燃料のみの噴射ノズルは混合燃料の噴射ノズルの近傍に設けることが好ましいが必ずしもそれに拘束されることはない。しかし、液体燃料のみの噴射ノズルによる燃焼が混合燃料の燃焼にほとんど影響しない程度に離れた位置に設置されるのであれば液体燃料のみの噴射ノズルによる燃焼の意味がなくなるので通常は混合燃料の噴射ノズルと液体燃料の噴射ノズルは近傍に設け、燃料の噴射方向もほぼ同じ方向であることが好ましいといえる。
両方の噴射ノズルによる液体燃料の噴射を燃焼火炎が燃焼装置の内壁に向かう方向に行うことにより燃焼火炎が内壁に沿って這い進み、より強く燃焼装置の内壁を加熱し、熱循環燃焼現象を生起して燃焼を維持促進する請求項１の混合燃料の燃焼方法。【００１１】  両方の噴射ノズルによる液体燃料の噴射を燃焼火炎が燃焼装置の内壁に向かう方向に行うことにより燃焼火炎が内壁に沿って這い進み、より強く燃焼装置の内壁を加熱し、一種の熱循環燃焼現象を生起することになる。これにより燃焼火炎の温度低下を防止し、燃焼火炎の温度維持の機能を奏することによって燃焼を維持促進することになる。さらには燃焼火炎の作用、影響が噴射ノズル近傍にまで達して燃焼の開始ゾーンを加熱することになるという作用も生むことになる。これらにより燃焼火炎温度が低下することなく燃焼が進み水の混合割合が増加しても燃焼火炎は希釈、膨張して燃焼域全体に燃焼範囲が拡大する。【００１２】  混合燃料の燃焼においては混合燃料の水の割合が増加するにつれて燃焼火炎の温度が低下する。例えば、Ａ重油の燃焼による発熱量は３９．１Ｍｊ／１リットルであるが、水の蒸発熱量は２．２５Ｍｊ／１リットルである。仮に液体燃料と水が１対１の割合で混合されているとすると、燃焼火炎の中ではＡ重油の燃焼発熱量の焼く５．７％の熱量が水の気化により奪われることになる。燃焼火炎の中心部の温度は燃焼による発熱量と外部への放熱量とのバランスで決まる。混合燃料の燃焼では液体燃料の燃焼の発熱を水の気化熱が奪うため中心部の温度が低下する。これが繰り返されると時間の経過と友に燃焼火炎の温度の低下が引き起こされてしまう。そして最終的には燃焼の維持、継続が困難になりついには鎮火してしまうことになる。【００１３】  本発明においては、上記のように液体燃料のみの噴射、燃焼を同時に併せて行う方法を採ることによりこの燃焼から熱が本来の混合燃料の燃焼火炎に供給されるされることになり、本来の混合燃料の燃焼火炎の温度が長く維持されることによりこの燃焼火炎が拡散延長されることになる。要するに熱の循環を利用することにより燃焼火炎を燃焼装置の内壁に沿って大きく這い回させることによってこの問題が克服されたものである。【００１４】  請求項４の発明は混合燃料の燃焼において、液体燃料と水との混合を混合燃料の燃焼域への噴射の直前に行う燃焼方法である。
混合燃料の燃焼においては液体燃料と水の混合割合は燃焼の進行に従って変えることが好ましいというよりは好適な燃焼にとっては必要不可欠であり、燃料の噴射直前に混合を行う方法であれば混合割合の調節が容易にしかも自由に行えるという利点がある。【００１５】  混合が噴射ノズルからの噴射の直前であればよく、混合が液体燃料及び水がどのような状態で混合されてもよい。即ち混合が液体燃料及び水がともに液体状において行われてもよく、また混合燃料及び水を夫々単独で霧状にした後に両者を混合してもよい。いずれの場合においても勿論両者は混合された状態で霧状に燃焼装置に噴射される。両者を霧状にした後混合する場合、液体燃料及び水を別々に噴射させたものを合わせて混合し、それを燃焼装置に噴射することが好適である。【００１６】  請求項７の発明は請求項１の混合燃料の燃焼方法において、液体燃料と水との混合を噴射ノズルから噴射する直前に行う方法である。混合については上記と同様混合が噴射ノズルからの噴射の直前であればよく、混合が液体燃料及び水がどのような状態で混合されてもよい。即ち混合が液体燃料及び水がともに液体状において行われてもよく、また混合燃料及び水を夫々単独で霧状にした後に両者を混合してもよい。いずれの場合においても勿論両者は混合された状態で霧状に噴射されることに変わりはない。【００１７】  請求項１０の発明は請求項１の発明を実施するための混合燃料の燃焼装置であり、混合燃料の噴射ノズルと液体燃料のみの噴射ノズルを燃焼域内に併設したものである。
液体燃料のみの噴射ノズルは燃焼域（燃焼室）において、内壁に対して、少なくとも上下方向に同じ位置であり、水平方向には混合燃料の噴射ノズルよりも外側、即ち燃焼装置の内壁寄りに位置するように設けることが好ましい。これは液体燃料のみの噴射ノズルによる液体燃料の燃焼が熱循環燃焼的現象を生起して混合燃料の燃焼火炎の温度の低下を防止して必要な温度維持をすることを目的とするものであるので、液体燃料のみの噴射ノズルに燃焼による熱の供給が燃焼域（燃焼室）の内壁にも作用して内壁の温度維持に作用することが望ましいからである。【００１８】  本発明の混合燃料の燃焼においては、熱交換効率、即ち燃焼装置全体における燃焼による熱の取り出し、具体的には水の蒸気化の向上が認められた。これは、水の混合割合が３０％以上の時には混合燃料の実質的な燃焼が燃焼域（燃焼室）全体において行われる、言い換えれば燃焼域（燃焼室）全体に燃焼火炎が回っていることによるものと考えられる。これにより熱交換媒体と発熱域との接触面積が増大し、熱交換が効率よく行われることによると考えられる。
本発明の実施に当っての燃料、水、及びエアの供給、それらの調節の手段、温度計測の手段などは公知、常套の手段を用いればよい。
【発明の効果】
【００１９】  本発明の混合燃料の燃焼方法及び燃焼装置によれば、液体燃料のみの噴射、燃焼を混合燃料の噴射、燃焼と併せて同時に行うことにより、混合燃料の燃焼に当たって燃焼火炎の温度が低下する弊害を排除して実用レベルで安定且つ継続的な燃焼を円滑に行なうことを可能とするものである。【００２０】  また液体燃料と水との混合を噴射ノズルからの噴射の直前に行うことにより、混合燃料の噴射中においても液体燃料と水との混合割合を自由に変えることが出来、混合燃料の燃焼に伴う状況の変化に随時、自由に対応することが出来て、安定した燃焼を継続することが出来るものである。
さらには、燃焼の本来的な目的である熱の取り出し即ち熱交換の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】  本発明の混合燃料の燃焼装置の模式的横断面図である。
【図２】  本発明の混合燃料の噴射ノズルの模式的中央縦断面図である。
【図３】  本発明の別の混合燃料の噴射ノズルの模式的中央縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００２２】  図１は混合燃料の燃焼装置の模式的横断面図である。
１は燃焼装置、２は燃焼装置の外壁、３は燃焼装置の内壁、４は混合燃料の噴射ノズル、５は液体燃料の噴射ノズル、６は混合燃料の燃焼火炎、７は液体燃料の燃焼火炎、８は混合燃料及びエアの供給パイプ、９は液体燃料及びエアの供給パイプ、である。【００２３】  この燃焼装置は外壁２を鋼板で径約９００ｍｍ、高さ役１５００ｍｍの円筒に形成し、同じ鋼板により底板を張り、外壁の内側に厚さ約５０ｍｍの耐火レンガをほぼ全面的に張設したものである。燃焼装置の上部はほぼ開放状態である。
混合燃料の噴射ノズルは図２に示す構成の噴射ノズルを、液体燃料の噴射ノズルは常套の噴射ノズルをいずれも鋼板外壁２、耐火レンガの内壁３を貫通する状態に底部より約６００ｍｍの高さの位置に設置した。噴射ノズルはいずれも燃料が燃焼装置の中心方向に向かって噴射されるのではなく、燃焼装置の内壁寄りに噴射されるように水平方向に内壁に向けて傾斜して設置してある。【００２４】  混合燃料の噴射ノズル４は図２に模式的に示す構成であり、液体燃料の噴射ノズル５は常套の噴射ノズルである。
図２に示す混合燃料の噴射ノズル４はノズルのチャンバー１３内に液体燃料をパイプ１１により、水をパイプ１２により夫々別々に送り込み、チャンバー１３内において両者を混合し、混合された燃料をパイプ１４によりエアを供給することによって混合された燃料を燃焼装置１５内に噴射する所謂エア誘導型のものである。【００２５】  この噴射ノズルによれば、液体燃料と水の混合は噴射の直前に行はれ、それによって液体燃料と水の混合割合は夫々の供給量を随時調節することにより自由にその割合を調整できるものである。
この燃焼装置を用いて混合燃料の燃焼実験を行った。
液体燃料はＡ重油、水は水道水を用いた。液体燃料及び水の供給はいずれもポンプにより送り挿入混合直後に噴射する常套の方法であり、それらの量の調節も常套の手段を使った。【００２６】  実験結果を表１に示す。液体燃料の量は混合燃料噴射ノズルによる液体燃料の噴射量と液体燃料のみの液体燃料のみの噴射ノズルによる量の合計である。
水の割合を増加させながら燃焼させて燃焼火炎の温度を計測した。
同一条件での燃焼を１５分間継続した状態を安定性の確認に使った。
条件的セットを行った後１分後に燃焼火炎及び内壁の温度計測を開始した。【００２７】  この燃焼実験においては、水の混合割合が３３％以上になると炎の輝    温度計測は、燃焼火炎の計測は上部開口からの赤外線計温装置により、また内壁の温度計測はデジタル温度プローブを用いて燃焼装置の側壁を開口して耐火レンガの内側表面から７ｍｍの位置にその先端をセットして行った。
きがなくなった、即ち輝炎が認められなくなったので燃焼火炎の温度計測は中止した。【００２８】  この試験の結果から、水の混合割合が一定以上になると燃焼火炎の輝きはなくなりそのことだけからは燃焼が低下し鎮火に向かうように思われるが、本発明においては燃焼火炎の輝きがなくなっても燃焼装置の内壁の温度は燃焼火炎が輝いているときの温度が維持されており単に燃焼火炎に輝きが見られる時に熱せられた温度が維持されているのではないことを示し、燃焼が燃焼装置の燃焼域全体に渡って希釈、拡大されて燃焼が継続されていることを示すものであり、本発明の実態を示すものであるといえる。
といえる。【００２９】
【表１】
2013250043.tif 000003
【実施例２】
【００３０】  また、同じ燃焼装置を用いて燃焼状態での熱交換効率を知るための試験を行った。
燃焼装置内に水を入れたペール缶を置いた。予め燃焼前の底部からの水位を水面検出センサーで計っておき、燃焼終了後に蒸発により水位が下がったペール缶に水面検出センサーが作動するまで水を補給する。水の補給量が蒸発量となる。
実験は１０分間行った。
その計測結果を表２に示す。【００３１】
【表２】
2013250043.tif 000004
【００３２】  上記実施例の結果から、本発明の燃焼方法及び燃焼方法によれば混合燃料の燃焼は水の混合量を増加させても十分な安定性をもって継続され、同時に燃焼の本来的な目的である熱交換効率、即ち熱の取出しが十分に得られることが判る。
【実施例３】
【００３３】  混合燃料の噴射ノズルは上記実施例に用いた図２に示す構成のものではなく図３に示す構成の噴射ノズル４１を使用してもよい。
この図３に示す噴射ノズル４１は、液体燃料の噴射ノズル１６、水の噴射ノズル１７、それらで噴霧された液体燃料と水を合わせて受ける噴霧誘導パイプ１８、及び噴霧誘導パイプ１８と燃焼装置１５との中間に夫々に連接されていて噴霧誘導パイプ１８から受ける噴霧された霧状の液体燃料と水をより十分に混合して燃焼装置１５に再噴射して供給する噴霧混合器１９から構成されている。２０はエアを供給するパイプ、２１及び２２は夫々液体燃料とエア、水とエアを供給するパイプである。【００３４】  この噴射ノズルにおいては噴射ノズル１６及び１７により噴射された液体燃料と水を噴霧誘導パイプ１８に受けて連接された噴霧混合器１９まで移動させ、噴霧混合器１９から供給されるエアにより燃焼装置１５内に混合燃料として再噴射する構成になっている。
この噴射ノズルを使用する場合においても、燃料、水、及びエアの供給、それらの調節の手段、温度計測の手段などは公知、常套の手段を用いればよい。
この噴射ノズルにおいても液体燃料と水の割合は随時自由に変えることが出来、その点において上記実施例において使用した噴射ノズルと同じ機能を持つものである。
【符号の説明】
【００３５】  １  燃焼装置
２  燃焼装置の外壁
３  燃焼装置の内壁
４  噴射ノズル
５  噴射ノズル
６  燃焼火炎
７  燃焼火炎
８  パイプ
９  パイプ
１１  パイプ
１２  パイプ
１３  チャンバー
１４  パイプ
１５  燃焼装置
１６  噴射ノズル
１７  噴射ノズル
１８  噴霧誘導パイプ
１９  噴霧混合器
２０  パイプ
２１  パイプ
２２  パイプ
４１  噴射ノズル
【図１】
2013250043.tif 000005
【図２】
2013250043.tif 000006
【図３】
2013250043.tif 000007