(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
端部が燃焼炉内に臨むように取り付けられるマイクロ波放射主管内に内管を同軸上に設置すると共にこの内管内に水蒸気噴出ノズルを備えた燃焼ノズル部と、この燃焼ノズル部内にマイクロ波を送り込むマイクロ波発生部と、この燃焼ノズル部にオゾンを供給するオゾン発生部と、水を主成分とする水燃料を上記水蒸気噴出ノズルに供給する燃料供給部とを備え、かつ、上記水蒸気ノズルの送水管及びこの送水管端部のノズル部材をそれぞれパラジウム（Ｐｄ）及びプラチナ（Ｐｔ）で形成すると共に、上記ノズル部材先端部を鉄（Ｆｅ）で形成したことを特徴とするマイクロ波を用いた水燃焼装置。
【請求項２】
上記水蒸気噴出ノズルのノズル部材と内管先端部とを接触金具で電気的に接続すると共に、この内管を水蒸気噴出ノズルと共に上記マイクロ波放射主管先端部から炉内へスライド自在に突出させたことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ波を用いた水燃焼装置。
【請求項３】
上記燃焼炉の炉壁内面に、アルミナ、酸化チタニウムＮ型、酸化ストロンチウムの混合物からなる光触媒層を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載のマイクロ波を用いた水燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マイクロ波及び特殊な金属材料を用いて水と空気（オゾン）を燃焼させることができる新規な燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
現在、我が国のエネルギー事情は、その殆どがウランやプルトニウム等の原子力、又は石油、石炭、天然ガス等の化石燃料に依存しているのが現状である。
【０００３】
しかしながら、原子力エネルギーは、人体や環境に対して有害な放射性物質を発生することから、取り扱いに際して高度な安全性が要求されると共に多大なコストを費やすといった欠点がある。また、原子力発電所などの原子力設備を新規に建設するためには、政治的、技術的に解決しなければならない問題が山積しており、我が国エネルギーの主流になるには長い年月が必要となる。
【０００４】
一方、石油、石炭、天然ガス等の化石燃料は周知の通り、燃焼に際して多量の二酸化炭素、煤塵、窒素酸化物、硫黄酸化物等の大気汚染物質やダイオキシン等の有害物質を発生するため、地球温暖化や環境破壊を招くおそれがあり、その対策には多くの時間とコストを費やしている。
【０００５】
さらに、我が国はこれらのエネルギー資源に乏しく、何れも外国に依存しなければならないが、これら資源は将来に亘って安定して供給される保証は何もない。
【０００６】
そこで、本発明はこのような課題を有効に解決するために案出されたものであり、その目的はこのような種々の問題点を有する原子力資源や化石燃料に代わり、地球上に無尽蔵に存在する水と空気（オゾン）を燃料として用いることができる新規で有用な水燃焼装置を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために第一の発明は、端部が燃焼炉内に臨むように取り付けられるマイクロ波放射主管内に内管を同軸上に設置すると共に、この内管内に水蒸気噴出ノズルを備えた燃焼ノズル部と、この燃焼ノズル部内にマイクロ波を送り込むマイクロ波発生部と、この燃焼ノズル部にオゾンを供給するオゾン発生部と、水を主成分とする水燃料を上記水蒸気噴出ノズルに供給する燃料供給部とを備え、かつ、上記水蒸気ノズルの送水管及びこの送水管端部のノズル部材をそれぞれ電位の高いパラジウム及びプラチナで形成すると共に、ノズル部材先端を電位の低い鉄（Ｆｅ）で形成したものである。
【０００８】
すなわち、本発明者らは地球上に無尽蔵に存在する水と空気を燃料として用いるべく長年に亘って研究した結果、マイクロ波とオゾン及び特殊な金属材料を組み合わせることで水と空気（オゾン）を燃料として用いることができることを見出し、本発明に至ったものである。
【０００９】
この原理については、現在鋭意研究中であるが、本発明者らが推測するところによると、パラジウム及びプラチナからなる水蒸気噴出ノズルの触媒作用及びマイクロ波エネルギーにより、燃焼ノズル部内に供給されるオゾンが加熱破壊されて活性酸素（１重項酸素）に還元して炉内に噴出された後、この活性酸素が同じく水蒸気噴出ノズルから炉内に噴き出される高温高圧の水蒸気中の水素と化学結合する際に発生するエネルギーを利用した、いわゆる共有還元波動燃焼であるものと推定される。ここで、水蒸気中の水素は貴金属中に吸蔵された水素の一部が炉内へ放出されるからであるが、その理由は以下の通りである。
【００１０】
すなわち、パラジウム及びプラチナ等の電位の高い貴金属と、鉄（Ｆｅ）等の卑金属を組み合わせることにより、電位の高い貴金属と電位の低い卑金属との接点による接触電位の差が生ずる。そして、この電位差により貴金属中に吸蔵された−の電位を持つ水素がノズル先端に引き抜かれて水蒸気と共に炉内へ放出されるためであると思われる。
【００１１】
また、この共有還元波動燃焼と共に、以下に示すようないわゆる誘導放出オーハー燃焼も起こっているものと推定される。
【００１２】
先ず、この燃焼に必要とする酸素の比類及びそのエネルギー（ｋｏａｌ／ｍｏｌ）として、基底状態酸素（シグマジー３  3 Σg →０）、一重項酸素（デルタジーワン  1 Δg →２２．５→基底酸素より２２．５ｋｏａｌ／ｍｏｌだけ高いエネルギーを有する。特に正孔体において光化学反応が高く寿命がもっとも長い。）、一重項酸素（シグマジーワン  1 Σg →３７．５→これは光化学反応と共に、デルタジーワンに変身する。最も短命）、スーパーオキシド（Ｏ2 - →−９．９）の４つがある。
【００１３】
そして、空気に電磁波（マイクロ波）を当てると酸素だけが活性酸素になり、その活性酸素を水蒸気に吹き込むと水蒸気と活性酸素が化学反応をしてヒドロキシラジカル（ＯＨ）ができる。このヒドロキシ．ラジカルが水蒸気の水素（Ｈ）を奪って、ＨＯＨ→Ｈ2 Ｏといったまさしくオーハー燃焼が起こる。このＨＯＨがＨ2 Ｏに結合するときに、膨大なエネルギーが放出される。これが要するに活性酸素のマイクロ波を利用した誘導放出オーハー燃焼である。
【００１４】
従って、この燃焼によって発生するものとしては高温の熱と水蒸気及び極僅かな二酸化炭素のみであるため、化石燃料を燃焼したときのような黒煙や煤塵は勿論、窒素酸化物や硫黄酸化物等の有害物質を殆ど含まないクリーンな排ガスを発生することとなる。
【００１５】
次に、第二の発明は上記水蒸気噴出ノズルのノズル部材と内管先端部とを接触金具で電気的に接続すると共に、この内管を水蒸気噴出ノズルと共に上記マイクロ波放射主管先端部から炉内へスライド自在に突出させたものであり、これによってマイクロ波の出力を手動でも自在に制御することが可能となる。
【００１６】
すなわち、これは原子炉の運転制御の一種である制御棒のようなものであり、運転中に突然出力が同調臨界をオーバーもしくは何らかの事故が発生したときに出力を吸収もしくは消滅させるアイソレーターの働きを成すものである。例えば、これを炉内方向へスライドさせると出力が増大し、反対方向へ引き込むと出力が減少することになる。言い換えれば、マイクロ波放射主管などから炉内へ放出されるマイクロ波の波長レベルを最高の同調臨界速度に入るときに重要な働きをなすものである。尚、アイソレーターとは、二つの開口をもつ非可逆伝送回路の素子の１種であり、一方向の電送損失は小さいが逆方向の損失が大きい素子である。そして、二つの電送素子を接続して使用する際、各素子の反射による相互干渉が存在する場合に両者の間に挿入して干渉を除くために用いるものである。
【００１７】
また、第三の発明は、この燃焼ノズル部を取り付ける燃焼炉の炉壁内面に、アルミナ、酸化チタニウムＮ型、酸化ストロンチウムの混合物からなる光触媒層を形成すれば、水燃焼装置から放射されるマイクロ波がこの光触媒層の光触媒作用によって様々な波長成分に分解されるため、本発明に必要とされるオゾンは勿論、万一排ガス中にダイオキシンなどの有害物質が発生しても、この複合波長によって無害な成分に分解されてから大気放出されることになる。
【００１８】
このような現象としては、鋭意研究中であるが、炉内温度が４００℃以上の雰囲気の状態となっている時に、この光触媒層にマイクロ波が照射されると、この光触媒層が光化学反応を起こして電子の正孔対が生成し、電子は光触媒層内部に、正孔は表面に移動した後、この正孔が表面の微粒子及び微量の水分と光反応し、強い酸化力を持つヒドロキシラジカルを生成することにより、様々な波長に分解（中波，短波，超短波，極超短波，マイクロ波，ミリ波）され、これらの複合波長によって炉内に強烈な酸化力が発生して、オゾンを一重項酸素に、また有害な物質を無害な物質に分解するものと推定される。
【００１９】
この現象をさらに詳しく説明すると、以下の通りである。
【００２０】
炉内温度を４００℃の雰囲気の状態にすると、酸化チタンＮ型，酸化ストロンチウムは加熱されて、その表面は７万℃〜１０万℃に表面を熱せられたときと同じ起酸化力を発生する。一般に、酸化チタンＮ型は紫外線もしくは熱を加えると表面は３万℃以上に熱せられたと同じ酸化力を示し、水や空気中の環境汚染物質を酸化分解する。例えば、有機物はＣＯ2 とＨ2 Ｏに分解されることになる。すなわち、酸化チタンはＮ型半導体（バンドギャップ＝アナターゼ３．２ｅＶ，ルチル３．０ｅＶ）以上のエネルギーを持つ光（アナターゼは３８７ｎｍ以下、ルチルは４１３ｎｍ以下の紫外線）を照射すると、光化学反応を起こす。
【００２１】
そして、上記のような現象により、炉内に様々な波長が飛び回って臨界状態になったときにマイクロ波及びオゾンが注入されると、炉内の高温度及び強烈な酸化力によってオゾンが一重項酸素（活性酸素）に分解される。このとき、水燃料中に触媒として化石燃料を添加しておけば、この化石燃料中の炭素が結合して微量の炭酸ガス（ＣＯ2）が生成される。これを図示すると図６に示すような一比類及び二比類の現象が起こることになる。
【００２２】
尚、本発明で使用する水燃料の成分としては原則として水（Ｈ2 Ｏ）１００％であるが、例えば、以下に示すように割合で化石燃料等を適宜添加しても良い。
【００２３】
▲１▼水９０％に対して化石燃料５％及びサッカロール５％
▲２▼水８０％に対して化石燃料１０％及びサッカロール１０％
▲３▼水８０％に対してアルコール１０％及びサッカロール１０％
▲４▼水７５％に対してアルコール、アセトン、サッカロールの混合物２５％
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１は本発明に係るマイクロ波を用いた水燃焼装置の実施の一形態を示したものである。
【００２６】
図示するように、この水燃焼装置は、筒状をした燃焼ノズル部１と、この燃焼ノズル部１内にマイクロ波を供給するマイクロ波発生部２と、同じくこの燃焼ノズル部１内にオゾン（Ｏ3 ）を供給すべくマイクロ波電源，アイソレータ，パワーモニター，走換器等を収容したオゾン供給部３と、同じくこの燃焼ノズル部１内に水を主成分とする水燃料を供給する水燃料供給部４とから主に構成されている。
【００２７】
この燃焼ノズル部１は、図１及び図２に示すように、外管を構成するマイクロ波放射主管１１と、このマイクロ波放射主管１１内にスペーサ１６を介して同軸上に挿入される内管１２と、さらに、この内管１２内に挿入される水蒸気噴出ノズル１３とから構成されており、マイクロ波放射主管１１の外側に設けられた取付フランジ１４及び取付板２９を介して炉壁１５の取付孔１７内に挿入され、その先端部が炉内に臨むように取り付けられるようになっている。
【００２８】
このマイクロ波放射主管１１及び内管１２にはそれぞれオゾン供給ライン１８，１８が接続されており、オゾン供給部３から供給されるオゾンガスをそれぞれに内管１２内及びこの内管１２とマイクロ波放射主管１１との間に分岐して供給するようになっている。尚、このマイクロ波放射主管１１及び内管１２は耐食性及び耐熱性に優れた卑金属、例えば、ステンレス等で形成されている。
【００２９】
さらに、この内管１２には、マイクロ波オゾン供給管１９が接続されており、上述したマイクロ波発生部２で発生した波長１ｍ以下の極超短波であるマイクロ波が供給されるようになっている。
【００３０】
また、水蒸気噴出ノズル１３は、炉内側に臨むノズル部材２０と、このノズル部材２０に接続される送水管２１とから構成されており、送水管２１に接続された水燃料供給ライン２２を介して水燃料供給部４から供給される水燃料を加熱蒸気化して水蒸気噴出ノズル１３から炉内に噴出するようになっている。さらに、この水蒸気噴出ノズル１３を構成する送水管２１は、４００〜５００℃以上の条件で自己の容積の約９００倍の水素ガスを吸蔵する水素吸蔵金属であるパラジウム（Ｐｄ）で形成されると共に、ノズル部材２０は、約１００℃で自己の容積の約１００倍の酸素ガスを吸蔵する酸素吸蔵金属であるプラチナ（Ｐｔ）で形成されている。なお、このプラチナ（白金）は３００〜４００℃において、再びこれを放出したり、酸素ガスと共に１００〜２００倍の水素ガスを吸収する性質を有している。また、図３に示すように、ノズル部材２０の先端部３１は鉄（Ｆｅ）等の卑金属で形成されていると共に、リング状の金属スペーサー３０によって内管１２の軸芯部に支持されている。さらに、この内管１２及び水蒸気噴出ノズル１３は、図１に示すように、マイクロ波放射主管１１の端部より炉２４内方向にスライド自在になっており、その突出量を調節することでマイクロ波の出力を自在に調節できるようになっている。
【００３１】
また、図５に示すように、この燃焼ノズル部１が取り付けられる燃焼炉２４は耐火煉瓦等からなる炉本体２５の内壁に、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）、酸化チタニウム（Ｔｉ2 Ｏ3 ）Ｎ型、酸化ストロンチウム（Ｓｒ2 Ｏ3 ）の混合物からなる光触媒層２６が形成されており、この光触媒作用により、燃焼ノズル部１から炉２４内に照射されたマイクロ波を複数の波長成分に分波するようになっている。尚、図中２７は燃焼排ガスを排気する排気管、２８はじゃま板である。
【００３２】
以上において、本発明装置による燃焼方法の実施の一形態を説明する。
【００３３】
先ず、図示しない電気ヒータ又は予熱バーナ等を用いて燃焼炉２４内を４００℃以上に予熱した後、図１に示すように、水燃焼装置の燃焼ノズル部１を燃焼炉２４の炉壁１５に取り付け、その直後、水燃料供給部４から燃焼ノズル部１の水蒸気噴出ノズル１３に水燃料を高圧（数〜十数ｋｇ／ｃｍ2 ）で供給すると共に、プラズマ放電等によって得られた高濃度のオゾン（Ｏ3 ）をオゾン供給部３から内管１２及びマイクロ波放射主管１１内に供給する。すると、水蒸気噴出ノズル１３内を流れる水燃料が炉２４内の熱によって加熱されると同時に、触媒作用によりその一部が酸素と水素に分解して白金、パラジウムに一旦吸収された後、水素ガス及び酸素ガスとなってノズル先端側へ引き出され、燃料中の炭素と共に不安定なガス状態で水蒸気と共に炉２４内へ放出される。
【００３４】
次に、このような状態になったなら、この内管１２内にマイクロ波発生部２から波長１ｍ以下の極超短波（電磁波）を供給すると、図４及び図５に示すように、このマイクロ波がマイクロ波放射主管１１内を反射しながらその先端部へ流れ、炉２４内に放射された後、光触媒層２６によって様々な波長に分解されて複合波長となった後、炉２４内の水蒸気及びオゾンに衝突する。これによって、図３，図４及び図６に示すように、オゾンがこの複合波長によって一重項酸素（活性酸素）に破壊された後、炉２４内の熱によって水蒸気中の水素及び微量炭素と共有還元波動燃焼及び誘導放出オーハー燃焼現象を起こし、高エネルギーと高熱を伴って燃焼することになる。その後、この燃焼に伴って発生した燃焼排ガスを熱交換器等に流すことにより、発生した高熱を取り出すことで有効に利用することができる。尚、この燃焼量は、オゾン及び水燃料の供給量を調節するほかに、上述したように、内管１２及び水蒸気噴出ノズル１３の突出量を制御することによって容易に調節することができる。
【００３５】
そして、この燃焼によって発生した燃焼排ガスは、水と空気（オゾン）を燃料として発生したものであるため、黒煙や煤塵は勿論、窒素酸化物や硫黄酸化物が殆ど含まれていないクリーンな排ガスとなり、排煙処理設備を用いなくとも周囲の環境の悪化を招くことがない。
【００３６】
また、図５に示すように、炉２４内壁の光触媒層２６によって発生した複合波長は、この燃焼に際して万一ダイオキシンなどの有害物質が発生しても強力な酸化力によって無害な成分、例えば、炭酸ガス，水蒸気等に分解してしまうため、これがそのまま大気中に放出されてしまうことはない。
【００３７】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、以下の如く優れた効果を発揮することができる。
【００３８】
（１）地球上に無尽蔵に存在する水と空気（オゾン）を燃料として用いることができるため、画期的なエネルギー革命を起こすことができる。
【００３９】
（２）水を主成分とする燃料を用いるため、黒煙や、煤塵、窒素酸化物、硫黄酸化物などの有害物質や、ダイオキシンなどの有毒物質を発生することがない。
【００４０】
（３）運転に際して必要なものは、マイクロ波やオゾンを発生するだけの僅かな電力で済むため、運転経費が大幅に低減される。
【００４１】
（４）構造が比較的簡単であるため、既存の燃焼炉などを僅かな改良を施すだけでそのまま設置することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の実施の一形態を示す構成図である。
【図２】本発明装置に係る燃焼ノズル部の要部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明装置の作用を示す概念図である。
【図４】本発明装置の作用を示す概念図である。
【図５】本発明装置を取り付ける炉内構造を示す概略図である。
【図６】本発明に係るオーハー燃焼作用を示す概念図である。
【符号の説明】
１  燃焼ノズル部
２  マイクロ波発生部
３  オゾン供給部
４  水燃料供給部
11  マイクロ波放射主管
12  内管
13  水蒸気噴出ノズル
20  ノズル部材
21  送水管
26  光触媒層
【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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