JP2007050393A - 水蒸気反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】雷等の自然現象の中によく見られ、暖かい水蒸気と冷たい水蒸気は、接触・混合・干渉することにより、水分子の解離がプラズマエネルギーを生成する。この水分子の解離を大気圧下の比較的低温の環境下で、熱分解法に統合して実現すれば、水分子本来のポテンシャルを最大限に引き出し、“プラズマ状”エネルギーを生成する技術に関する。
【解決手段】比較的低温下で、高温水蒸気ガスを低温水蒸気と衝突・混合・干渉させることにより、水分子解離を加速化させ、以って、水分子解離“プラズマ状エネルギー”を生成させる水蒸気反応装置を提供する。
【選択図】なし

Description

この発明は、上空の、暖かい水蒸気と冷たい水蒸気との接触・混合・干渉により水分子解離プラズマエネルギーを基に雷などが形成される原理を応用し、比較的低温の大気圧条件下において、水分子解離を熱分解技術に統合することにより、“プラズマ状エネルギー”を生成する方法及び装置に関するものである。

水分子解離を促進する技術と言えば、例えば、３００℃の過熱水蒸気を生成し物質に墳射、その物性に影響を与える技術がある。

また水を電気分解して作る水素２酸素１の混合ガスの燃焼炎に水蒸気を噴霧又は金属触媒を混入して火炎を高温化する技術もある。

或いは高温水蒸気をアークプラズマ熔融炉等において、燃焼対象物（炭化水素系の生ごみ等有機物）に混合しＣＯ２を除去したり一酸化炭素及び水素を取り出す技術、更には高温水蒸気を用いて重油を改質したり熱分解ガス中のタール等を一酸化炭素及び水素へと改質したりダイオキシンも除去する技術は存在する。

又、水を予め触媒、磁気、超音波、電流パルス、金属分解酵素、ナノバブル等を用い、水のクラスターを１分子に近い構造に活性化したり、臨界水を用いたりして、燃焼油と混合してエマルジョン燃焼効率を上げる燃焼技術などが有る。

他に２００℃・２０気圧の過熱水蒸気を用いダイオキシン等の廃棄物を攪拌処理する技術、或いは１２０℃の水蒸気とオガクズをトランス油に混合し燃焼させてダイオキシンを減少せしめる技術等々、水分子解離を用いる技術はある。一般には、水分子も高温下、例えば４０００℃に加熱すれば、解離する。しかし、その水分子解離エネルギーを連続化安定化させることは未だ難しい。

上記諸技術は、高温水蒸気ガスと低温水蒸気とを混合し高温エネルギーを生成する技術でない。

そこで本発明は、熱分解法を使って高温水蒸気ガスと低温水蒸気とを急激に混合させるが、同一方向の両水蒸気火炎先端の角度を絞り、回転を付け混合する装置なので、水分子は衝突・混合・干渉して解離が加速され、もって“プラズマ状”エネルギーが連続的安定的に生成される、水蒸気反応装置の提供を目的とする。

そして、本発明は、高温水蒸気ガス火炎を発射する一次バーナーと、その高温水蒸気ガス火炎を高温域で安定化させ二次バーナーへ送るバーナー室と、それを受け放射する二次バーナーと、高温水蒸気ガス火炎の先端部に低温水蒸気で囲み、絞り、捻る放射器を二次バーナー火炎出口に配設するとともに、高温水蒸気ガス火炎を安定的連続的に高反応させる反応器室とを設けることを以って、水蒸気解離による“プラズマ状エネルギー”を生成する構造としたことにある。

なお、一次バーナーと二次バーナーを管路で直結する方式も可能であるので、其の場合はバーナー室及び反応器室の両機能を各バーナーで吸収内臓すれば、省略して構わない。

以下、本発明の水蒸気反応装置を図１から図３に基づいて、その実施の形態を以下に示す実施例に基づいて詳細に説明する。
図１は、水蒸気反応装置の概略図で、本実施例では、バーナー室１は、反応器室２に直結する円錐形の円筒３とから成る。バーナー室１の前部の扉に一次バーナー４を設け後部には反応器室２の前面同心円上に配設される二次バーナー４挿入口へ繋がる。バーナー室前面部の扉全体をハッチのように開閉できるようにする。バーナー室１と反応器室２をそれぞれ配設することにより、一次バーナー４と二次バーナー５が管路を挟んで直結する方式の水蒸気反応装置に比較し、水蒸気反応をより一層連続化、安定化させる構成となる。

図２において、二次バーナー５の出口部分は円錐形円筒６になっており、反応器室内に入っていて、図３における二次バーナー出口部分６に見られるが、渦流化円錐化放射器（図示省略）が内臓される。６は外筒６内筒７の二重の円筒構造となっている。一次バーナーから入射する高温水蒸気ガスが内筒７により反応器室内へ噴射され、そこへ蒸気ボイラー９から送られて入射する低温水蒸気が、外筒６と内筒７の間を通って、発散角を抑え絞り渦を巻くように噴射されて、高温水蒸気ガス火炎をその壁で囲み、混合、干渉するので、高温水蒸気ガス火炎が一層焦点化、水分子の解離による高温化が連続的に生じる構造としてある。

一次バーナーは、実施例では高圧水蒸気噴射式バーナーを使用し、一次蒸気圧とオイル流量を調節する。バーナー室は、反応器室による吸引と高温高圧を安定的に吸収するため、堅牢かつ一定の容量を必要とするので、内壁の材質は実施例では、ジルコ二ア入り耐火レンガ等の耐火材を使用する。バーナー室は地面と足つきベースで固定してある。反応器室内壁の材質も、バーナー室と同様の耐火レンガ等の耐火材が好ましい。また二次バーナーの材質もステンレス等の耐火材質が好ましい。

ダンパー１０、１１を、実施例では、バーナー室及び反応器室の前面部に同心円状に付ける。ダンパーの開閉は、実施例で、一次バーナーの燃焼制御装置に連動して半自動で行う。空気調節弁、空気供給孔も適宜設ける（図示省略）。

バーナー室及び反応器室へ供給する低温水蒸気は、実施例では駆動用蒸気ボイラー９により供給され、スチームヘッダーを通して、バーナー室の天井外部から一次バーナー４と二次バーナー５に供給する。

この水分子解離の反応装置は、空気、圧力、水分量、熱源流量・流速等に量的に依存するよりも、水蒸気解離反応の加速化を装置化する方が、一層焦点化、高温化、連続化に効果があるとした構造に特徴がある。

実施例で、反応器室内には計測機器〔熱電対、炉圧計、流量計、レーザー等による光学的火炎検出センサー（生成ガスの組成、分布、光種等）、微圧振動分析装置、ラジカル発光分布計測、赤外線サーモグラフィー等〕（図示省略）を配設するのが望ましく、バーナー室には、計測器（温度、圧力、流量の計測器）（図示省略）を置き、スチーム計測機器（図示省略）には、圧力計、流量計等の配設が好ましい。また反応器室側面に観測窓（図示省略）を配置することも有効である。

以下、上記水蒸気反応装置の動作を説明する。
図１の水蒸気反応装置の水蒸気ボイラー９の噴射スイッチを入れ、例えば、３気圧になったら低温水蒸気ヘッダーのバルブを徐々に開栓していく。低温水蒸気を、一次バーナー水蒸気噴射式バーナーへ、一定の気圧を維持しながら供給し、並びに反応器室の二次バーナーに内臓の円錐化渦流化放射器にも供給していく。空気調節弁、空気供給孔及び全てのダンパーを全開とする。

次いで、一次バーナー着火用パイロットバーナー（図示省略）に点火し、一次バーナー４にオイルを供給すると、一次バーナーから高温水蒸気ガス火炎がバーナー室に放射される。一次蒸気圧とオイル流量を供給増量しながら、加熱していき、高温水蒸気ガス火炎の先端を二次バーナー方向に次第に伸ばしていく。バーナー室の出口付近で、十分高温に余熱された高温水蒸気ガスを反応器室内に入射すると、この濃密な高水蒸気ガスに低温水蒸気がいきなり加熱されるので、水分子の速度が急激に加速、粒子密度は下がり、低温水蒸気が絞られ捻られて混合されるので、ピンチ効果の如く、火炎が一点に集約され、反応器室内の先端火炎は青色に変化し、燃焼音は大きくなり、空気の出入り、火炎と水蒸気との接面が激しく作用する。高温燃焼が進むに連れ灼熱状態になったら、ダンパーを閉じ、空気調節弁等を徐々に小さくしていく。空気比、ステーム圧、オイル流量・流速等が、一定となるよう操作していくと、水分子解離が熱分解反応の中で生成される。更に反応器室内に放射されるガス火焔が青味を帯びてくる。全体の音は殆ど水蒸気だけとなり、燃焼音は徐々に小さく、水分子解離は連続化していく。反応が重合し繰返されると、火炎焦点部分が最高状態の白色に輝いて、これが超高反応点となる。

発明の効果

以上述べたように、本発明の水蒸気反応装置によれば以下のような効果を奏することができる。
請求項１において、高温水蒸気ガスの外周に、低温水蒸気を円錐環状の壁を作るように、捻り絞って噴射・混合・干渉させるので、水分子解離が特段に進み、超高反応を生成することができる。

この反応熱は、物質の単なる燃焼酸化炎と異なるので瞬時に高温化する。反応が始まると同時に熱が発生するくらいである。対流が起きるより先に容器の内部外部が同時に沸騰する傾向がある。水蒸気反応装置のバーナー室、反応器室の壁の内外の物質加熱速度が異常に早いので、例えば、水を沸騰させるには同じ熱量比で半分以下の時間で十分となる。

比較的低温の熱分解が可能になり、空気を入れないので窒素酸化物や熱損失も少なく、廃棄される煙も減量する。したがって、有害物質の無害化、煙や大気中の汚染源を減らすことで人類に貢献する。これは廃棄物のリサイクル、資源の有効利用等に応用できる。

比較的低温度で完全燃焼が得られるので、設計は簡便で済み、装置建設コストは下がる。建設スペースは小さくて済む。熱分解法に統合して設計される水蒸気反応装置であるので、各分野で使用中の既存の設備機器、例えば焼却炉等はそのまま利用できる。
又一つの水蒸気反応装置が実験・実証。実用のための各装置ともなり、多目的に使える。実験装置とした場合、熱力学的、物理的、化学的に反応を確認及び応用ができ、格好の実験炉となる。

炭化系可燃ごみ等の廃棄物を高温焼却した場合、ガスやオイル等の化石燃料が生成され、電力にもリサイクルされる。又土砂や岩石等から鉱物資源が回収できるので、ごみは所詮資源と同等の価値を持つことになる。将来ごみ処理にエネルギー（燃料、電気等）は、ごみそのもので賄うことができる。
また特殊な熱で、燃焼の溶融時間が短いため、燃焼対象物に応じて、圧力、水量を一定に調整するだけで、物質に分解、合成・変性等改質を行うことが可能となり、更に将来あらゆる物質からの資源回収にも貢献する。

請求項２において、高温水蒸気ガス等を発射する一次バーナーと、それを受け反応器室へ放射する二次バーナーと、高温水蒸気ガス高温安定化するバーナー室と、二次バーナー出口から水蒸気解離超高反応を安定的に連続化する反応器室と、低温水蒸気で円錐環状の壁を作り、高温水蒸気ガスを捻り絞るため、二次バーナー出口に設ける放射器とを配設するので、水分子解離の超高反応燃焼を得ることができる

本発明の実施形態を示す水蒸気反応装置の前方斜めから見た外観図 同水蒸気反応装置の断面図 同水蒸気反応装置における二次バーナー出口に内臓される円錐化渦流化装置の立面図

符号の説明

１ バーナー室
２ 反応器室
３ バーナー室後部の円錐形円筒
４ 一次バーナー
５ 二次バーナー
６ 二次バーナー先端の円錐形外筒
７ 二次バーナー先端の内筒
８ 低温水蒸気入射管
９ 蒸気ボイラー
１０ バーナー室前部のダンパー
１１ 反応器室前部のダンパー

Claims (2)

1. 高温水蒸気ガス火炎の先端部の外周を、軸方向の低温水蒸気を用いて、囲み、絞り、捻ることを以って、同火炎は安定化、焦点化、超高反応することを特徴とする水蒸気反応装置。
2. 高温水蒸気ガス火炎を発射する一次バーナーと、その高温水蒸気ガス火炎を高温域で安定化させ二次バーナーへ送るバーナー室と、それを受け放射する二次バーナーと、高温水蒸気ガス火炎の先端部に低温水蒸気で囲み、絞り、捻る放射器を二次バーナー火炎出口に配設するとともに、高温水蒸気ガス火炎を安定的連続的に高反応させる反応器室とを設けることを特徴とする請求項１記載の水蒸気反応装置。

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