(57)【要約】【課題】  油の微粒子に水の微粒子を付加して、燃焼効率を向上させたる水油用燃焼炉、及び、それを用いた暖房システムを提供する【解決手段】  空気と油とを混合して噴霧する油ノズルと、空気と水とを混合する水ノズルとを設けた燃焼炉であって、油ノズルから油の微粒子に着火装置により着火して炉内が６００℃以上に上昇してから、水ノズルから水の微粒子を付加して燃焼させて炉内を６００℃から１００５℃以上に維持する水油用燃焼炉。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と油とを混合して噴霧する油ノズルと、空気と水とを混合する水ノズルとを設けた燃焼炉であって、油ノズルから油の微粒子に着火装置により着火して炉内が６００℃以上に上昇してから、水ノズルから水の微粒子を付加して燃焼させて炉内を６００℃から１００５℃に維持することを特徴とする水油用燃焼炉。 
【請求項２】
前記水の微粒子の直径は、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の水油用燃焼炉。
【請求項３】
前記油の微粒子の直径は、５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の水油用燃焼炉。
【請求項４】
請求項１又は２又は３に記載の水油用燃焼炉の周囲に戸外からの外気又は室内からの還気を接触させて熱交換し、該熱交換した暖気を室内に給気することを特徴とする暖房システム。
【請求項５】
請求項４に記載の暖房システムにおいて、水油用燃焼炉内からの排気ダクトに排気成分を検知する検知装置を設け、該検知装置において排気が人体に無害な成分である場合には、ダクト内に設けたダンパ作用により、室内に給気するようにしたことを特徴とする暖房システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油の微粒子に水の微粒子を付加して、燃焼効率を向上させる水油用燃焼炉、及び、それを用いた暖房システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、原料に水と油とを用い、これら原料水と原料油とを所定の割合で混合した水油混合燃料を燃焼させる水油燃焼装置が提案されているが、一般に、油を燃料として用いて燃焼を行わせる場合、油に水を添加した上で混合燃料を乳化することにより、効率的な燃焼結果が得られることが知られており、特許文献１に開示されているように、特に重質油の燃焼に関しては、大気汚染物質（窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素等）の発生が懸念されるが、水添加燃料であればこれらの物質の発生も抑制されることも知られている。
【０００３】
この際、水油混合燃料を使用するには、混合燃料の水・油混合比、混合燃料の中に含まれる油の細分化状態、混合燃料の温度、混合燃料の噴射後の拡散等といった複数の要素が良好な状態を保たねばならなない。
この水・油の混合状態を保つために、特許文献２に開示されているように、界面活性剤等の乳化剤を添加することにより水・油の混合燃料を乳化して使用する例が一般的であるが、この乳化剤を添加して混合燃料を得るには、乳化剤を定量供給しながら撹拌混合しなければならず、製造のための設備が必要となり、設備費や乳化剤の原料費が燃料単価へと反映され、その分燃料費が高くなるといた問題があった。
しかし、乳化剤は時間が経過すると、水と油の微粒子での混合状態が変質して、水と油の微粒子が分離する等で、燃焼効率が低下するといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５７９２１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１８０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、従来の原料に水と油とを用い、水油混合燃料を燃焼させる水油燃焼装置において、燃焼効率が向上して省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、原料に複雑な加工がなく供給操作が簡単な水油用燃焼炉、及びそれを用いた暖房システムを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、請求項１の発明は、空気と油とを混合して噴霧する油ノズルと、空気と水とを混合する水ノズルとを設けた燃焼炉であって、油ノズルから油の微粒子に着火装置により着火して炉内が６００℃以上に上昇してから、水ノズルから水の微粒子を付加して燃焼させて炉内を６００℃以上に維持することを特徴とする水油用燃焼炉である。 
請求項２の発明は、請求項１に記載の水油用燃焼炉において、前記油の微粒子の直径は、５μｍ以下であることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１に記載の水油用燃焼炉において、前記水の微粒子の直径は、５μｍ以下であることを特徴とする。
【０００７】
請求項４の発明は、請求項１又は２又は３に記載の水油用燃焼炉の周囲に戸外から外気又は室内からの還気を接触させて熱交換し、該熱交換した暖気を室内に給気することを特徴とする暖房システムである。
請求項５の発明は、請求項４に記載の暖房システムにおいて、水油用燃焼炉内からの排気ダクトに排気成分を検知する検知装置を設け、該検知装置において排気が人体に無害な成分である場合には、ダクト内に設けたダンパ作用により、室内に給気するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１から３の水油用燃焼炉の発明は、原料に水と油とを用い、水油混合燃料を燃焼させる水油用燃焼炉において、直接燃焼炉内に空気と油の微粒子、及び、空気の水の微粒子を噴霧するので、燃焼効率が向上して、稼働制御が簡単で省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、構造な供給操作が簡単になる。
また、請求項４から５の暖房システムの発明は、請求項１から３の水油用燃焼炉を用いたものであるので、燃焼効率が向上して、稼働制御が簡単で省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、構造な供給操作が簡単になる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に水油用燃焼炉及びその暖房システムの全体説明図、
【図２】は図１の２−２線での断面図、
【図３】図１の燃料ノズルの拡大断面図、
【図４】図３の正面図、
【図５】灯油だけの場合と灯油に水を加えた場合の燃焼炉の温度を時間経過とともに計測したグラフの図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施例に係る水油用燃焼炉及びその暖房システムの全体説明図、図２は図１の２−２線での断面図である。
図１において、水油用燃焼炉１の内部の前面部１１には、空気と油とを混合して噴霧する燃料ノズル２である油ノズル２Ａと、空気と水とを混合する水ノズル２Ｂが設けられ、油ノズル２Ａと水ノズル２Ｂには、灯油を原料油Ｏとして貯留する油タンク２Ａ１と、水道水(真水)Ｗを原料水として貯留する水タンク２Ｂ１とが、各タンク２Ａ１，２Ｂ１から各配管２Ａ２，２Ｂ１を経由して原料油Ａと原料水Ｂとが供給される。
【００１１】
油ノズル２Ａと水ノズル２Ｂの詳細は、後述する図３，４で説明するが、図１に示すように、これらの油ノズル２Ａと水ノズル２Ｂには、油タンク２Ａ１と水タンク２Ｂ１の各燃料が各配管２Ａ２，２Ｂ２をから、コンプレサー３とバルブ３１Ａ,
３１Ｂにより所定の圧力のエアー(空気)Ａとともに供給される。
本実施例では、前記コンプレッサー３より０.３Mpa〜０.５Mpaの圧力でエアーを油ノズル２Ａと水ノズル２Ｂに送給している。なお、本実施例では、コンプレッサー３を用いたがギアポンプを用いてもよい。
【００１２】
次に、燃焼炉１内の構成を説明するが、油ノズル２Ａの近傍には外部からの指令により稼働する着火装置１５が配備され、燃焼炉１内の適所には温度センサー１４が設けられ、燃焼炉１内の油ノズル２Ａと水ノズル２Ｂノズルの反対側の後端部１２には排気ダクト１２１が設けてあり、燃焼炉１内の排気ＥＡは戸外に排気する。
この排気ダクト１２１からの排気ＥＡは、通常は戸外に排気するが、本発明の燃焼炉１の排気は、後述するように、人体に有害なＣＯガスやＮＯガス、ＮＯｘガスが極めて少ないことも特徴であるので、暖房システムとして、排気ダクト１２１中にＣＯ2やＣＯセンサー１２１１を設けて、このに排気成分を検知する検知装置であるＣＯ2やＣＯセンサー１２１１で排気が人体に無害な場合には、排気ダクト１２１内に設けたダンパ１２１２を切り替えて、室内４に給気ＳＡするようにしてもよい。
【００１３】
ここで、上述した水油用燃焼炉１を用いた農業用の暖房装置及び暖房システム(農業ハウス)を説明すると、図１、及び、特に図２において、農業ハウスの温室等の室４内の適所に水油用燃焼炉１を設置し、水油用燃焼炉１の胴部１３を覆うように外枠５を設け、この外枠５の底部５１は解放されるとともにファン５２を設け、外枠５の上部５３は複数のダクト５４が接続され、水油用燃焼炉１の胴部１３によって暖められた空気は、ダクト５４によって必要な箇所に暖房用の空気を供給する。
外枠５の内部の上部５３の適所には、温度センサー５５が設けられるが、燃焼炉１内の適所にも温度センサー１４が設けられおり、これらの検知値は制御盤１６に送られ、前述した着火装置１５、コンプレサー３の運転、バルブ３１Ａ，３１Ｂを制御する。
【００１４】
次に、油ノズル２Ａと水ノズル２Ｂの構成を図３、及び図４に沿って説明するが、本実施例の燃料ノズル２である油ノズル２Ａと水ノズル２Ｂとは、燃料が油か水の違だけで、他はほぼ同じ構造でなので、油ノズル２Ａ（２）で説明する。
ノズル２(２Ａ)の本体は円筒状で、その円筒枠部２１の円周上に燃料供給部２２が設けられ、この燃料供給部２２は燃料ノズル先端細孔２３に連なる中空部２４に接続され、ノズル２の先端のノズル噴射口２５から噴霧される。燃料を噴霧する為に０.３Mpa〜０.５Mpaの圧力で加圧された空気が燃料と一緒に噴霧される。この空気は燃料ノズル２の後端の空気供給部２６から供給され、中間部材２７の環状に配置された連通孔２７１を介して、環状中空部２８に導入され、前記燃料ノズル先端細孔２３の外周の環状隙間２８１から前記ノズル噴射口２５に供給され、油Ｏ或いは水Ｗ等の燃料と一緒に噴霧される。
【００１５】
前述した環状に配置された連通孔２７１は、図４に示すように、本実施例では中心約４５度の範囲(Ｘ)には設けていないが、これは、ノズル噴射口２５からの空気の噴射方向を偏心させて、回転（トルネード）或いは渦巻くようにしたものであるが、噴射空気がある程度渦巻くものであれば、ノズルの吹き出し方向の形状を変化させてもよく、要は、燃料が炉内に広域に混在するように、空気とともに旋回すように噴射すようにすればよい。
また、油及び水の微粒子の直径が５μ(ミクロン)ｍ以下になる様に、空気圧を０.３Mpa〜０.５Mpaとするとともに、ノズル噴射口２５の直径が０.３mm〜０.５mmにしてある。したがって、噴射された各燃料はガス化された状態に近いものとなる。
【００１６】
[作動]
本実施例の構成は以上であるが、水油用燃焼炉１の構成での作動を説明する。
まず、油ノズル２Ａから油Ｏの５μｍ以下の微粒子を噴霧し、着火装置１５を稼働して燃焼を開始する。次に、炉内温度が５００℃以上、好ましくは６００℃程度まで上昇した時点で、水Ｗの５μｍ以下の微粒子を水ノズル２Ｂから噴霧する。もっとも、水は着火後すぐに投入してもよいが、通常は1分後、炉内温度が６００℃程度まで上昇するので、この時点で投入する。
このように、各燃料が５μｍ以下の微粒子と噴霧され、ガスのような状態にしているので、油の燃焼効率も高く早く燃焼炉１内の温度が直ちに上昇し、水を投入してから温度を下げることなく９００℃程度まで上昇する。ここで燃料の粒子を５μｍ以下の微粒子としたのは、より微細な方が燃焼効率が高まるが、燃料が５μｍ以上の大粒だと燃焼効率があまり向上しなかったことによる。
燃料である油Ｏ及び水Ｗは、コンプレサー３及び流量を制御するバルブ３１Ａ,３１Ｂ等により流量が制御される。本実施例での通常運転は、油４Ｌ/ｈ、水４Ｌ/ｈであるが、水Ｗは最高１２Ｌ/ｈまで投入する事が可能であるが、余り水の比率を多くすると燃料炉内の温度を下げない範囲で、また、ＣＯを発生させない範囲に制限する必要がある。なお、燃料炉内の温度が１００５℃位までは水を３倍程度まで投入しても上昇する。
そして、微粒子を噴霧することのない一般のバナー型のボイラーと比べ、高い水と油の比率により、４００Kcal〜６０００Kcal/Lとが得られる。
【００１７】
図５のグラフは、本実施例の燃焼炉において、燃料が灯油だけの場合と、灯油に水を加えた場合の炉内の温度を時間経過とともに計測したものであり、表１はその時の燃焼炉内の温度数値である。
【表１】
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【００１８】
図５と表１を説明するが、まず、燃料を灯油Ｏのみを油ノズル２Ａから投入した場合は、灯油量は投入開始(０秒)から２０秒までは、細い点線で示すように噴霧量４Ｌ(量)／ｈ(時間)になるよう徐々に増やし、以後は一定に噴霧している。この場合の炉温は図５の太い点線と表１に示すように、約８０秒で０℃(或いは室温)から７００℃にまで上昇し、約１２０秒で９８０℃程度に達し、以後は約９８０℃前後で推移する。
【００１９】
次に、燃料として、灯油Ｏに水Ｗを加えた場合を説明するが、灯油量は油ノズル２Ａからの投入開始(０秒)から２０秒までは、細い点線で示すように、噴霧量が約４Ｌ／ｈになるよう徐々に増やし、以後は一定時間(４０秒間)に噴霧し、１２０秒経過後の噴霧量を約２.５Ｌ／ｈまで徐々に減少させる。
水Ｗは、炉温は図５の太い実線と表１に示すように、６００℃した時点(６０秒後)で水ノズル２Ｂから噴霧を開始し、噴霧する水量は二点鎖線に示すように、２０秒(油投入から８０秒後)経過までに約４Ｌ／ｈになるよう増加させ、４０秒間(開始から１２０秒後)一定に噴霧し、その後、燃焼を安定させて、再び５０秒間(油投入から１９０秒後)経過までに８.５Ｌ／ｈになるよう増加させ、以後は８.５から８Ｌ／ｈに維持する。
この間の炉温は、図５の太い実線と表１に示すように、油投入開始(０秒)から６０秒までは６００℃まで徐々に上昇し、水の噴射が開始すると２０秒間(油投入から８０秒後)で急激に９６８℃(表１)上昇し、以後は１０００℃前後で推移する。
【００２０】
この図５と表１から判ることは、炉温が油だけの場合が約９８０℃前後で推移するのに対して、灯油Ｏに水Ｗを加えた場合には、炉温が１０００℃前後で推移することに加えて、燃焼開始後１２０秒経過後は灯油Ｏの噴霧量が４Ｌ／ｈが約２.５Ｌ／ｈまで徐々に減少する。すなわち、同じ炉温を得るに、水を加えて灯油の消費量を減らすことができ、熱効率が向上し、省エネルギーが達成されることが判る。
【００２１】
以上を操作工程を纏めると、本実施例は次のようになる。
（１）空気と油とを混合して油ノズルから炉内へ油粒子を噴霧させる工程と、
（２）噴霧される前記油粒子を着火装置により着火させる工程と、
（３）発火後に炉内を６００℃以上に上昇させる工程と、
（４）空気と水とを混合して水ノズルから炉内へ水粒子を噴霧して油粒子と共に燃焼させる工程と、
（５）炉内を９００℃以上に維持させる工程と、
からなる工程を順次行う水油用燃焼方法或いはシステムである。
【００２２】
本実施例の油水燃焼炉１(本発明品)の灯油と水とを燃焼した場合(実施例)と、油だけの燃焼した場合(比較例１)、及び、市販の微粒子を噴霧することのない一般のバナー型の灯油燃焼炉(比較例２)の場合の排気の組成を比較する。
【表２】
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【００２３】
この表２の排気の成分比較の表から判ることは、実施例、比較例１，２で炉内が定常状態になった時点、例えば、着火から４０後の時点では、実施例では炉内温度１００５℃、比較例１では９８２℃で、比較例２では７７８℃であるが、Ｏ2は１４.５％、１４．８％、１４．１％とさほど変わりがないが、ＣＯ2は２.１％、３.５％、４.２％と少なく、有害なＣＯは１％、９％、３２.１％と極めて少なく、同様に、ＮＯも２％、８％、４４％、ＮＯｘも２％、７％、４３％と極めて少ない。
したがって、ＣＯ2、特に、ＣＯ、ＮＯ、ＮＯｘが従来の燃焼炉に比べて極めて少ないことから、前述したように、暖房システムとして、排気ダクト１２１中にＣＯ2やＣＯセンサー１２１１を設けて、このに排気成分を検知する検知装置であるＣＯ2やＣＯセンサー１２１１で排気が人体に無害な場合には、排気ダクト１２１内に設けたダンパ１２１２を切り替えて、室内４に給気ＳＡすることも可能である。
【００２４】
このように、６００℃程度から水を投入すると、燃料ノズル２での旋回流が発生し、微粒子としたガス状態で噴霧するので、その近辺に陰圧が発生し、全体として排気ダクト１２１方向へ燃焼しながら移動することとなり、前日の[表２]の実験結果にも開示されているように、通常に発生するＣＯ2，ＣＯなども同時に燃焼して、有毒ガスが極めて少なくなると考えられる。
なお、微粒子として噴霧する疑似ガス化と、炉内の高温と炉内圧力が２３Mpa程  度になるので、この時、炉内温度６００℃以上、圧力２３Mpa以上で水Ｗの燃焼効率が向上するので、水の超臨界状態が発生しているものとも考えられる。
【００２５】
以上のように、本実施例によれば、水油用燃焼炉は原料に水と油とを用い、水油混合燃料を燃焼させる水油用燃焼炉において、直接燃焼炉内に空気と油の微粒子、及び、空気の水の微粒子を噴霧するので、燃焼効率が向上して、稼働制御が簡単で省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、構造な供給操作が簡単になる。
また、実施例の油水用燃焼炉を用いた暖房システムも、燃焼効率が向上して、稼働制御が簡単で省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、構造な供給操作が簡単になる。
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上述した実施例に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００２６】
Ｏ・・油、Ｗ・・水、Ａ・・エアー(空気)、
ＯＡ・・外気、ＲＡ・・還気、ＳＡ・・給気、ＥＡ・・排気、
１・・水油用燃焼炉、１１・・前面部、１２・・後端部、
１２１・・排気ダクト、１２１１・・ＣＯ2.ＣＯセンサー（検知装置）、
１２１２・・ダンパ、１３・・胴部、１４・・温度センサー
１５・・着火装置、１６・・制御盤
２・・燃料ノズル、２Ａ・・油ノズル、２Ｂ・・水ノズル、
２１・・円筒枠部、２２・・燃料供給部、
２３・・燃料ノズル先端細孔、２４・・中空部、
２５・・ノズル噴射口、２６・・空気供給部、２７・・中間部材、
２７１・・連通孔、２８・・環状中空部、２８１・・環状隙間
２Ａ１・・油タンク、２Ａ２・・配管
２Ｂ１・・水タンク、２Ｂ２・・配管
３・・コンプレサー、３１Ａ,３１Ｂ・・バルブ
４・・室(農業用ハウス)、
５・・外枠、５１・・底部、５２・・ファン、５３・・上部、５４・・ダクト
５５・・温度センサー
【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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