JP2002098310A - Liquid fuel burner mat - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、液体燃料と空気と
の混合気を面状に燃焼させる液体燃料用バーナマット
（以下「バーナマット」という）において、特に、逆火
を防止する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a burner mat for liquid fuel (hereinafter, referred to as "burner mat") for burning a mixture of liquid fuel and air in a plane, and particularly to a technique for preventing flashback.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来から、気体燃料と空気との混合気を
面状に燃焼させるバーナマットがよく知られている。バ
ーナマットの裏面に供給された混合気は、表裏連通した
細孔を通過してその表面に供給され、表面近傍で燃焼す
る。このため、混合気は、バーナマットの表面全体で面
状に燃焼することとなり、燃焼用空気の供給が十分行わ
れることから、ＮＯｘ低減効果が発揮される。2. Description of the Related Art Conventionally, burner mats for burning a mixture of gaseous fuel and air in a planar manner are well known. The air-fuel mixture supplied to the back surface of the burner mat is supplied to the surface through pores communicating between the front and back surfaces, and burns near the surface. For this reason, the air-fuel mixture burns in a planar manner on the entire surface of the burner mat, and the combustion air is sufficiently supplied, so that the NOx reduction effect is exhibited.
【０００３】バーナマットは、通常、金属繊維やセラミ
ック繊維を素材とした不織布又は織布から形成される。
これまで、バーナマットについては、その素材や形状，
作製方法などについて、様々な工夫がなされてきた。例
えば、特開昭６０−２１３７１７号公報では、バーナマ
ットに耐熱性を付与するため、その素材を改良した技術
が提案されており、また、特開平２−２７９９０８号公
報では、高負荷燃焼を可能にするため、バーナマットの
空隙率，マット厚さ，繊維径及び繊維長さを見直した技
術が提案されている。[0003] The burner mat is usually formed from a nonwoven fabric or a woven fabric made of metal fibers or ceramic fibers.
Up to now, burner mats have been
Various methods have been devised for the manufacturing method and the like. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-21717 proposes a technique in which the material is improved in order to impart heat resistance to the burner mat, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-279908 discloses that high load combustion is possible. In order to achieve this, a technique has been proposed in which the porosity, mat thickness, fiber diameter and fiber length of the burner mat are reviewed.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
のバーナマットは気体燃料を使用することを前提として
いるため、燃料として液体燃料たる灯油を使用すると、
次のような不具合が発生するおそれがある。即ち、バー
ナマットに気化灯油と空気との混合気を供給すると、バ
ーナマット裏面で灯油が再液化し、燃焼面の熱により再
液化した灯油が着火して逆火が発生してしまう。一方、
逆火を防止するために、灯油の再液化を防止すべく空気
温度を高める方法も考えられるが、空気温度を高くしす
ぎると、灯油の自然発火温度に達し、同様に逆火が発生
してしまう。また、このような方法で安定燃焼ができた
としても、燃焼を継続するうちに、バーナマットが油
滴，コークスなどにより目詰まりを起こし、失火又は逆
火が発生してしまう。However, since these burner mats are based on the use of gaseous fuel, if kerosene as a liquid fuel is used as fuel,
The following problems may occur. That is, when a gaseous mixture of vaporized kerosene and air is supplied to the burner mat, the kerosene is reliquefied on the back surface of the burner mat, and the reliquefied kerosene is ignited by the heat of the combustion surface to cause flashback. on the other hand,
To prevent flashback, a method of raising the air temperature to prevent re-liquefaction of kerosene is also conceivable.However, if the air temperature is too high, the spontaneous ignition temperature of kerosene will be reached, and flashback will also occur. I will. Even if stable combustion can be achieved by such a method, the burner mat will be clogged by oil droplets, coke, etc., while continuing the combustion, causing misfire or flashback.
【０００５】そこで、本発明は以上のような従来の問題
点に鑑み、灯油などの液体燃料を使用しても、逆火が起
こり難く、安定した表面燃焼を可能とした液体燃料用バ
ーナマットを提供することを目的とする。In view of the above-mentioned problems, the present invention provides a burner mat for liquid fuel which is less likely to cause a flashback even when using a liquid fuel such as kerosene and which enables stable surface combustion. The purpose is to provide.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の発明では、金属繊維又はセラミック繊維の不織布又は
織布から形成され、その裏面に供給された液体燃料が表
面に通過して、該表面で面状に燃焼する液体燃料用バー
ナマットにおいて、前記バーナマットの平均空隙率を、
２．５×板厚＋８１以上にしたことを特徴とする。According to the present invention, the liquid fuel is formed from a non-woven fabric or a woven fabric of metal fibers or ceramic fibers, and the liquid fuel supplied to the back surface passes through the front surface. In the burner mat for liquid fuel burning in a plane on the surface, the average porosity of the burner mat,
It is characterized in that it is set to 2.5 × plate thickness + 81 or more.
【０００７】請求項２記載の発明では、前記バーナマッ
トには、その厚さ方向に、直径０．５〜２ｍｍの直線状
の貫通孔が、平均して１ｃｍ2あたり２個以上形成され
ていることを特徴とする。ここで、本発明の気体燃料用
バーナマットの作用について説明する。液体燃料として
の灯油を気化すべく、灯油を自然発火温度より低い温度
で加熱すると、その大部分が気化するが、灯油中にわず
かに含有される高沸点留分は気化されないまま、油滴又
はコークスの微粒子として残留してしまう。また、気化
された気化灯油の一部は、低温部を通過する際に再液化
することがある。このような油滴、微粒子又は再液化し
た灯油がバーナマットに供給されると、バーナマットの
裏面に付着し、燃焼熱により着火して逆火が発生するお
それがある。According to the second aspect of the present invention, the burner mat has, on average, two or more linear through holes having a diameter of 0.5 to 2 mm per 1 cm 2 in its thickness direction. It is characterized by the following. Here, the operation of the gas fuel burner mat of the present invention will be described. When kerosene is heated at a temperature lower than the auto-ignition temperature in order to vaporize kerosene as a liquid fuel, most of it is vaporized, but the high-boiling fraction slightly contained in kerosene is not vaporized, and oil droplets or It remains as fine particles of coke. In addition, a part of the vaporized kerosene may be reliquefied when passing through the low temperature part. When such oil droplets, fine particles, or reliquefied kerosene are supplied to the burner mat, they may adhere to the back surface of the burner mat, ignite by combustion heat, and cause flashback.
【０００８】しかし、請求項１に係るバーナマットで
は、その平均空隙率が、２．５×板厚＋８１以上になる
ように形成されているので、裏面に付着した油滴等はバ
ーナマットを通過し、その表面に供給される。このた
め、バーナマット裏面に付着した油滴等により逆火が発
生することが防止され、安定した表面燃焼が行なわれる
ようになる。However, in the burner mat according to the first aspect, the average porosity is formed so as to be 2.5 × plate thickness + 81 or more, so that oil droplets and the like adhering to the back surface pass through the burner mat. And supplied to its surface. Therefore, the occurrence of flashback due to oil droplets or the like adhering to the back surface of the burner mat is prevented, and stable surface combustion is performed.
【０００９】また、請求項２に係るバーナマットでは、
その厚さ方向に、直径０．５〜２ｍｍの直線状の貫通孔
が、平均して１ｃｍ2あたり２個以上形成されているの
で、裏面に付着した油滴等の通過性能がさらに向上し、
逆火の発生がより効果的に防止される。また、多孔化の
副次的な効果として、ＮＯｘ，ＣＯ，未燃炭化水素が低
減され、排気性状も向上する。In the burner mat according to claim 2,
In the thickness direction, two or more linear through holes having a diameter of 0.5 to 2 mm are formed on average at least two per 1 cm 2, so that the passing performance of oil droplets and the like attached to the back surface is further improved,
The occurrence of flashback is more effectively prevented. Further, as a secondary effect of the porous structure, NOx, CO, and unburned hydrocarbons are reduced, and the exhaust properties are also improved.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】以下、添付された図面を参照して
本発明を詳述する。図１は、本発明に係るバーナマット
を適用した液体燃料用面状バーナの全体構成を示す。な
お、液体燃料用面状バーナでは、液体燃料として、例え
ば、灯油が使用される。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings. FIG. 1 shows an entire configuration of a planar burner for liquid fuel to which a burner mat according to the present invention is applied. In the planar burner for liquid fuel, for example, kerosene is used as the liquid fuel.
【００１１】液体燃料用面状バーナは、バーナマット１
０と、灯油供給ポンプ１２と、気化器１４と、ブロア１
６と、ケーシング１８と、分散板２０と、着火装置２２
と、を含んで構成される。ケーシング１８の一面には、
燃焼用空気を供給するブロア１６の吐出口が接続され
る。ブロア１６の吐出口下流には、図示しない燃料タン
クに貯留される灯油が、灯油供給ポンプ１２及び気化器
１４を介して、気化された状態で供給される。灯油供給
部下流にあたるケーシング１８内部には、燃焼用空気と
気化灯油との混合を促進すべく、隔壁により混合気通路
が延長された混合部１８ａが形成される。混合部１８ａ
の出口下流には、混合気をケーシング１８内部に略均一
に分散させるべく、例えば、パンチ板により形成される
分散板２０が配設される。分散板２０の下流にあたるケ
ーシング１８の他面は、外部に開口し、ここにバーナマ
ット１０が固定される。また、バーナマット１０の下流
には、供給された混合気を着火すべく、着火装置２２が
配設される。The planar burner for liquid fuel is a burner mat 1
0, kerosene supply pump 12, vaporizer 14, blower 1
6, the casing 18, the distribution plate 20, and the ignition device 22
And is comprised. On one side of the casing 18,
The discharge port of the blower 16 for supplying combustion air is connected. Kerosene stored in a fuel tank (not shown) is supplied to the downstream of the discharge port of the blower 16 in a vaporized state via a kerosene supply pump 12 and a vaporizer 14. A mixing section 18a is formed in the casing 18 downstream of the kerosene supply section, in which a mixture path is extended by a partition wall in order to promote mixing of the combustion air and the vaporized kerosene. Mixing section 18a
A dispersion plate 20 formed by, for example, a punch plate is disposed downstream of the outlet of the casing 18 in order to disperse the air-fuel mixture substantially uniformly inside the casing 18. The other surface of the casing 18 downstream of the dispersion plate 20 is open to the outside, where the burner mat 10 is fixed. An ignition device 22 is provided downstream of the burner mat 10 to ignite the supplied air-fuel mixture.
【００１２】バーナマット１０としては、金属繊維の不
織布又は織布を焼結して成型したものや、コージェライ
ト，チタニア，ムライト，アルミナ，シリカ，アルミナ
−シリカなどのセラミック繊維の不織布又は織布が用い
られる。金属繊維は、引抜き法，溶融紡糸法，ワイヤ切
削法，コイル材切削法，びびり振動切削法，コーティン
グ法，ウイスカー法などの加工法により製造される。金
属繊維の平均直径は、５〜２００μｍが好ましく、特
に、１０〜１００μｍがより好ましい。即ち、平均直径
が５μｍ以下の金属繊維は、製造が困難であり、平均直
径が２００μｍ以上の金属繊維は、バーナマット１０で
灯油を燃焼させた際に、温度分布ができてしまうからで
ある。The burner mat 10 is formed by sintering and molding a non-woven fabric or woven fabric of metal fibers, or a non-woven fabric or woven fabric of ceramic fibers such as cordierite, titania, mullite, alumina, silica, and alumina-silica. Used. Metal fibers are manufactured by a processing method such as a drawing method, a melt spinning method, a wire cutting method, a coil material cutting method, a chatter vibration cutting method, a coating method, and a whisker method. The average diameter of the metal fibers is preferably from 5 to 200 μm, and more preferably from 10 to 100 μm. That is, it is difficult to produce a metal fiber having an average diameter of 5 μm or less, and a metal fiber having an average diameter of 200 μm or more has a temperature distribution when kerosene is burned by the burner mat 10.
【００１３】金属繊維の素材の材質としては、Ｆｅ−Ｃ
ｒ−Ｓｉ，Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌなどを用いる。この場合、
素材を焼結処理後、酸化雰囲気中で熱処理し、表面にア
ルミナ層またはシリカ層を形成することで、高温耐熱性
を向上させることができる。他の材質を用いる場合に
は、アルミナなどで表面をコーティングすることで、耐
酸化性を向上させることができる。The material of the metal fiber material is Fe-C
r-Si, Fe-Cr-Al or the like is used. in this case,
After sintering the material, the material is heat-treated in an oxidizing atmosphere to form an alumina layer or a silica layer on the surface, whereby the high-temperature heat resistance can be improved. When another material is used, oxidation resistance can be improved by coating the surface with alumina or the like.
【００１４】そして、このようにして製造された金属繊
維は、マット状に成型され、真空又は非酸化性雰囲気中
で８００〜１２００℃の温度条件下、１０分〜１０時間
焼結され、バーナマット１０が形成される。このとき、
最終的に形成されるバーナマット１０の平均空隙率が、
２．５×板厚＋８１以上になるように、焼結時にマット
全体に荷重を作用させる。なお、バーナマット１０は、
ケーシング１８の形状に合わせて、円筒形や平板形など
任意の形状に形成される。The metal fiber thus produced is molded into a mat, sintered in a vacuum or a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 800 to 1200 ° C. for 10 minutes to 10 hours, and burned. 10 are formed. At this time,
The average porosity of the finally formed burner mat 10 is
A load is applied to the entire mat at the time of sintering so that the thickness becomes 2.5 × sheet thickness + 81 or more. In addition, the burner mat 10
According to the shape of the casing 18, it is formed in an arbitrary shape such as a cylindrical shape or a flat shape.
【００１５】また、バーナマット１０には、その厚さ方
向に、直径０．５〜２ｍｍの直線状の貫通孔を形成して
もよい。この場合、バーナマット１ｃｍ2あたり、平均
して２個以上の貫通孔を形成することが好ましい。貫通
孔は、金属繊維の焼結後、ニードルパンチなどを用いて
形成することが好ましいが、レーザ加工などの他の方法
を用いて形成してもよい。The burner mat 10 may be formed with a straight through hole having a diameter of 0.5 to 2 mm in the thickness direction. In this case, it is preferable to form two or more through holes on average per 1 cm 2 of the burner mat. The through hole is preferably formed using a needle punch or the like after sintering the metal fiber, but may be formed using another method such as laser processing.
【００１６】次に、かかる構成からなる液体燃料用面状
バーナの作用について説明する。図示しない燃料タンク
に貯蓄される灯油は、灯油供給ポンプ１２により所定圧
力に加圧され、気化器１４に供給される。気化器１４に
供給された灯油は、金属製又はセラミック製の電気ヒー
タ等により加熱され気化灯油となり、ブロア１６下流側
に供給される。ブロア１６下流側に供給された気化灯油
は、ケーシング１８内部に形成された混合部１８ａにお
いて、ブロア１６から供給される燃焼用空気と混合して
混合気となる。混合気は、分散板２０により分散され、
ケーシング１８に固定されたバーナマット１０裏面に略
均一に供給される。そして、混合気は、バーナマット１
０を通過して表面に供給され、着火装置２２により着火
されて、面状に燃焼する。Next, the operation of the liquid fuel planar burner having such a configuration will be described. Kerosene stored in a fuel tank (not shown) is pressurized to a predetermined pressure by a kerosene supply pump 12 and supplied to a vaporizer 14. The kerosene supplied to the vaporizer 14 is heated by a metal or ceramic electric heater or the like to become vaporized kerosene and supplied to the downstream side of the blower 16. The vaporized kerosene supplied to the downstream side of the blower 16 is mixed with the combustion air supplied from the blower 16 to form an air-fuel mixture in a mixing section 18 a formed inside the casing 18. The mixture is dispersed by the dispersion plate 20,
The burner mat 10 fixed to the casing 18 is supplied substantially uniformly to the back surface. And the mixture is burner mat 1
0, is supplied to the surface, is ignited by the ignition device 22, and burns in a plane.
【００１７】ここで、バーナマット１０の平均空隙率
を、２．５×板厚＋８１以上にすることで、逆火が防止
できることを実証する実験データについて説明する。な
お、以下の実験データは、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉを主成分と
した平均直径４０μｍの金属繊維を積層した不織布を焼
結して形成したバーナマット１０を使用したものであ
る。Here, experimental data will be described which demonstrates that flashback can be prevented by setting the average porosity of the burner mat 10 to 2.5 × sheet thickness + 81 or more. The following experimental data was obtained by using a burner mat 10 formed by sintering a nonwoven fabric in which metal fibers mainly composed of Fe—Cr—Si and having an average diameter of 40 μm were laminated.
【００１８】実験は、図１に示す液体燃料用面状燃焼バ
ーナにおいて、空気比１．１，表面積１ｍ2あたりの燃
焼量６００ｋＷとして、板厚を１〜４ｍｍ，平均空隙率
を８５〜９５％に変化させて行なった。そして、各実験
条件において、逆火が発生したか否かを確認した。その
結果、表１に示すような実験データが得られた。なお、
表中の「○」は逆火が発生せず、「×」は逆火が発生し
たことを示す。[0018] Experiments in planar combustion burner for liquid fuels shown in FIG. 1, an air ratio of 1.1, as a combustion amount 600kW per surface area 1 m 2, 1 to 4 mm plate thickness and the average porosity of 85% to 95% Was carried out. Then, under each experimental condition, it was confirmed whether or not flashback occurred. As a result, experimental data as shown in Table 1 was obtained. In addition,
In the table, “○” indicates that flashback did not occur, and “x” indicates that flashback occurred.
【００１９】[0019]
【表１】 [Table 1]
【００２０】この表を見ると、板厚が１ｍｍの場合に
は、実験した平均空隙率の範囲では逆火が発生していな
いが、板厚が厚くなるに従って、平均空隙率が小さい範
囲で逆火が発生するようになる現象が把握できる。この
現象を数値化すると、バーナマット１０の平均空隙率が
２．５×板厚＋８１以上のときには、逆火が発生せず、
平均空隙率がそれ未満のときには、逆火が発生すること
がわかった。According to this table, when the plate thickness is 1 mm, flashback does not occur in the range of the average porosity tested, but as the plate thickness increases, the reverse flash occurs in the range where the average porosity is small. It is possible to understand the phenomenon in which fire occurs. When this phenomenon is quantified, flashback does not occur when the average porosity of the burner mat 10 is 2.5 × plate thickness + 81 or more.
It was found that when the average porosity was less than that, flashback occurred.
【００２１】この現象は、次のようにして説明すること
ができる。即ち、バーナマット１０の平均空隙率を２．
５×板厚＋８１以上にすると、コークスなどの微粒子又
は再液化した灯油は、バーナマット１０を通過して表面
に供給されるようになる。このため、灯油などの液体燃
料を使用しても、逆火が起こり難くなり、安定した表面
燃焼を行なうことができるようなる。また、表面におけ
る火炎の長さが短くなるため、被加熱物との距離を短く
することができ、ボイラなどの燃焼機器全体をコンパク
トにすることができる。さらに、ボイラなどの水管を加
熱する場合には、水管の近くにバーナマット１０を設置
することができ、輻射エネルギーと排気熱エネルギーと
を効率よく利用することができる。この他には、輻射エ
ネルギーが通常の火炎燃料よりも多く発生するため、輻
射型暖房機としても使用することができる。This phenomenon can be explained as follows. That is, the average porosity of the burner mat 10 is set to 2.
When the thickness is set to 5 × sheet thickness + 81 or more, fine particles such as coke or reliquefied kerosene passes through the burner mat 10 and is supplied to the surface. Therefore, even if a liquid fuel such as kerosene is used, flashback is unlikely to occur, and stable surface combustion can be performed. Further, since the length of the flame on the surface is shortened, the distance to the object to be heated can be shortened, and the entire combustion equipment such as a boiler can be made compact. Furthermore, when heating a water pipe such as a boiler, the burner mat 10 can be installed near the water pipe, and radiant energy and exhaust heat energy can be used efficiently. In addition, since radiant energy is generated more than normal flame fuel, it can be used as a radiant heater.
【００２２】また、以上説明したバーナマット１０に、
１ｃｍ2あたり２．６個の割合で直径１．２ｍｍの貫通
孔を形成したところ、長時間連続しても逆火が発生する
ことがなく、安定燃焼が行なわれることを確認した。こ
れは、貫通孔を形成することで、再液化した灯油の通過
性能がさらに向上したことによる。そして、多孔化の副
次的な効果として、ＮＯｘ，ＣＯ，未燃炭化水素の低減
も認められ、排気性状も向上することができる。In the burner mat 10 described above,
When through holes having a diameter of 1.2 mm were formed at a rate of 2.6 per 1 cm 2, it was confirmed that flashback did not occur even if continuous for a long time and stable combustion was performed. This is because the passage performance of the reliquefied kerosene was further improved by forming the through holes. As a secondary effect of the formation of the pores, reduction of NOx, CO, and unburned hydrocarbons is also recognized, and the exhaust properties can be improved.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明によれば、バーナマットに付着した油滴等により逆火
が発生することが防止され、安定した表面燃焼を行なう
ことができる。請求項２記載の発明によれば、逆火の発
生をより効果的に防止することができる。また、多孔化
の副次的な効果として、ＮＯｘ，ＣＯ，未燃炭化水素も
低減され、排気性状も向上することができる。As described above, according to the first aspect of the present invention, it is possible to prevent the occurrence of flashback due to oil droplets or the like adhering to the burner mat and to perform stable surface combustion. According to the second aspect of the present invention, the occurrence of flashback can be more effectively prevented. In addition, as a secondary effect of the porosity, NOx, CO, and unburned hydrocarbons are reduced, and the exhaust properties can be improved.
【図１】本発明に係る液体燃料用バーナマットを適用し
た液体燃料用面状バーナの構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a liquid fuel planar burner to which a liquid fuel burner mat according to the present invention is applied.
１０ バーナマット 10 Burner mat
Claims (2)
織布から形成され、その裏面に供給された液体燃料が表
面に通過して、該表面で面状に燃焼する液体燃料用バー
ナマットにおいて、 前記バーナマットの平均空隙率を、２．５×板厚＋８１
以上にしたことを特徴とする液体燃料用バーナマット。1. A liquid fuel burner mat formed of a nonwoven fabric or a woven fabric of a metal fiber or a ceramic fiber, wherein a liquid fuel supplied to the back surface passes through the surface and burns in a plane on the surface. The average porosity of the burner mat is calculated as 2.5 × plate thickness + 81
A burner mat for liquid fuel characterized by the above.
直径０．５〜２ｍｍの直線状の貫通孔が、平均して１ｃ
ｍ2あたり２個以上形成されていることを特徴とする請
求項１記載の液体燃料用バーナマット。2. The burner mat has, in its thickness direction,
A linear through hole having a diameter of 0.5 to 2 mm has an average of 1c
2. The burner mat for a liquid fuel according to claim 1, wherein two or more burners are formed per m <2>.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000293016A JP4040831B2 (en) | 2000-09-26 | 2000-09-26 | Burner mat for liquid fuel |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010110147A1 (en) * | 2009-03-27 | 2010-09-30 | 新日本石油株式会社 | Kerosene carburetor |
-
2000
- 2000-09-26 JP JP2000293016A patent/JP4040831B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010110147A1 (en) * | 2009-03-27 | 2010-09-30 | 新日本石油株式会社 | Kerosene carburetor |
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