JP2008190845A - 油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】火炎温度の低下が少なく、ダイオキシン等の有害物質の発生が少なく、水の混合割合が小さくても効率的な燃焼を可能とするだけでなく、添加剤の付加も不要とする。
【解決手段】油と水が混合された混合燃料が加圧されて燃焼部に送り込まれて燃焼する燃焼装置であり、前記混合燃料が燃焼されて高温度になった空気が通過する燃焼筒状部７３と、筒状部７３の外周部に沿って配設され、加圧された混合燃料を一端側から取り入れ他端側から噴射するスパイラルパイプ７４から噴射された混合燃料を初期燃焼させるためのバーナー６１とノズル７１とを備え、スパイラルパイプ７４から噴射された混合燃料を燃焼させてパイプ７４内に存在する混合燃料を加熱してパイプの他端側７４Ａから噴射させて燃焼させる。燃焼筒状部７３内の検出温度に基づいて混合燃料の供給量態様、供給量、混合燃料の水の量または前記混合燃料の油の量を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法に関し、特に廃油等の油と水を混合して燃焼させる燃焼装置及び燃焼方法に関する。

従来、てんぷら油等の廃油に水を混合して燃焼させて熱源として用いる廃油のリサイクル、有効活用を図るための燃焼装置が実用化されている。

例えば、いわゆるエマルジョン燃焼システムでは、石油５に対し水５の割合で加え、添加剤「ＡＳＴ−１」を少量添加して、混合攪拌したエマルジョン燃料を使用する燃焼装置が実用化されている。

しかしながら、従来の燃焼装置は廃油のリサイクルという面では有効なものであるが、燃焼に際しての水の加熱により気化熱が発生して燃焼温度が低下してしまい、火炎温度が低下し、効率的な燃焼を行うことができないという問題だけでなく、ダイオキシン等の有害物質が発生するという問題が生ずる。

また、従来の燃焼装置では、水と廃油の混合比率は１：１が通常で、水をこれ以上の比率で混合させて効率的な燃焼を行うことができない。

更に、従来の燃焼装置では、燃焼効率を上げるために添加剤を使用することが原則である。燃料油添加剤は一般に液体燃料，特に重油などを対象にボイラ，加熱炉や，焼却炉などでの燃料に起因する障害を抑制するために用いられている。

例えば、重油中のスラッジ成分（残留炭素）が増加すると，噴霧燃焼時にセノスファと呼ばれる未燃カーボンが生じることに起因する排ガス中のばいじん量の増加を防止し、重油の熱分解促進作用および燃焼の触媒作用によって未燃カーボンを抑制するために添加剤が用いられる。

また、灰分改質剤と腐食防止剤として、重油に含まれる灰分（V，Na，Ni，Ca，Feなど）が，炉内の高温伝熱面に厚く付着して伝熱障害による熱効率の低下を防止するためにも添加剤が用いられる。

更には、ボイラの低温部（ガス/エアーヒーター，煙道，煙突）が燃料油中の硫黄化合物燃焼の結果生じた硫酸により腐食を生じる問題を解消するためにも、添加剤が用いられる。

近年、燃料価格の高騰や良質原油の入手難による重油の低質化、更にはリサイクル促進の要望が高まり、添加剤を不要とするだけでなく、油と混合する水の割合が高くても確実な燃焼を可能として燃料を節約したいとする要望も高まっているが、未だその実用化は果たされていないし提案もない。

そこで、本発明の目的は、火炎温度の低下が少ない油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法を提供することにある。

そこで、本発明の他の目的は、燃焼温度の制御を可能とする油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、ダイオキシン等の有害物質の発生が少ない油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、水の混合割合が小さくても効率的な燃焼を可能とする油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法を提供することにある。

本発明の更に他の目的は、添加剤の付加が不要な油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法を提供することにある。

前述の課題を解決するため、本発明による油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法は、次のような特徴的な構成を採用している。

（１）油と水の量を調節して混合装置に送出し、前記混合装置で混合、攪拌された混合燃料が加圧されて燃焼部に供給されて燃焼される油と水の混合燃料の燃焼装置において、
前記混合燃料が燃焼されて高温度になった空気が通過する燃焼筒状部と、
前記燃焼筒状部の外周部に沿って配設され、加圧された前記混合燃料を一端側から取り入れ他端側から噴射するスパイラルパイプと、
前記スパイラルパイプから噴射された混合燃料を初期燃焼させるためのバーナーとノズルと、
前記燃焼筒状部内または前記燃焼筒状部を通過する空気温度を検出する温度検出部と、
前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の供給態様又は混合比率を制御する制御部と、
を備え、
前記スパイラルパイプから噴射された混合燃料を燃焼させて前記スパイラルパイプ内に存在する混合燃料を加熱して前記スパイラルパイプから噴射させて燃焼させる油と水の混合燃料の燃焼装置。
（２）前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度が一定になるように前記混合燃料の供給態様を制御する上記（１）の油と水の混合燃料の燃焼装置。
（３）前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の供給量を制御する上記（１）又は（２）の油と水の混合燃料の燃焼装置。
（４）前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の水の量を制御する上記（１）又は（２）の油と水の混合燃料の燃焼装置。
（５）前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の油の量を制御する上記（１）又は（２）の油と水の混合燃料の燃焼装置。
（６）前記油と水は、廃油と廃液である上記（１）乃至（５）のいずれかの油と水の混合燃料の燃焼装置。
（７）前記スパイラルパイプ内に存在する混合燃料の加熱温度は２５０℃以上で、２２５気圧以上で加圧されている上記（１）乃至（６）のいずれかの油と水の混合燃料の燃焼装置。
（８）前記スパイラルパイプは前記燃焼筒状部の外周に巻き付けられている上記（１）乃至（７）のいずれかの油と水の混合燃料の燃焼装置。
（９）前記スパイラルパイプの混合燃料の取り入れ及び出口部は、前記燃焼筒状部の一端側に位置する上記（１）乃至（８）のいずれかの油と水の混合燃料の燃焼装置。
（１０）加熱された前記燃焼筒状部内の空気は、送風機により外部に送風される上記（１）乃至（９）のいずれかの油と水の混合燃料の燃焼装置。
（１１）前記スパイラルパイプから前記燃焼部に送出される混合燃料の一部は前記混合装置に戻されて再利用される上記（１）乃至（１０）のいずれかの油と水の混合燃料の燃焼装置。
（１２）前記燃焼部は、コンクリート壁で囲繞されている上記（１）乃至（１１）のいずれかの油と水の混合燃料の燃焼装置。
（１３）前記燃焼室における初期燃焼時には、混合燃料の油と水の混合比は１：１、加圧圧力５０気圧である上記（１）乃至（１２）のいずれかの油と水の混合燃料の燃焼装置。
（１４）前記燃焼部における通常燃焼時には、混合燃料の油と水の混合比は２：８乃至１：９、加圧圧力２２５気圧以上である上記（１）乃至（１３）のいずれかの油と水の混合燃料の燃焼装置。
（１５）油と水の量を調節して混合装置に送出し、前記混合装置で混合、攪拌された混合燃料を加圧して燃焼部に送り込んで燃焼する油と水の混合燃料の燃焼方法において、
前記混合燃料が燃焼されて高温度になった空気が通過する燃焼筒状部の外周部に沿ってスパイラルパイプを配設し、このスパイラルパイプに加圧された前記混合燃料を一端側から取り入れ他端側から噴射して前記混合燃料を燃焼させて前記スパイラルパイプ内に存在する混合燃料を加熱し、加熱された混合燃料を前記スパイラルパイプから噴射させて燃焼させるとともに、
前記燃焼筒状部内または前記燃焼筒状部を通過する空気温度を検出し、検出された温度に基づいて前記混合燃料の供給態様又は混合比率を制御する油と水の混合燃料の燃焼方法。
（１６）前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度が一定になるように前記混合燃料の供給態様を制御する上記（１５）の油と水の混合燃料の燃焼方法。
（１７）前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の供給量、前記混合燃料の水の量または前記混合燃料の油の量を制御する上記（１５）の油と水の混合燃料の燃焼方法。

本発明の油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法によれば、火炎温度の低下が少なく、ダイオキシン等の有害物質の発生が少なく、水の混合割合が小さくても効率的な燃焼を可能とするだけでなく、添加剤の付加が不要で、燃焼で得られる温度に基づいて最適、効率的な混合燃料の供給を可能とする。

以下、本発明による油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法の好適実施例の構成および動作を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明による燃焼装置の好適実施例の全体構成を示す簡略化された系統図である。

本発明の実施例による燃焼装置は、油タンク１、水タンク２、油タンク１と水タンク２からの油と水を攪拌、混合して燃料を生成する混合装置３、混合された混合燃料を燃焼させる燃焼装置７、燃料が燃焼されて高温となっている空気を外部に送り出す送風機（ブロア）８を含んで構成される。

油タンク１には基本的な燃料となる油、例えば、エンジンオイル、ギヤオイル、てんぷら等で使用済みの油等の廃油が貯蔵されている。また、水タンク２には給水装置からの給水により水が貯蔵されている。この水としては、勿論使用済みの廃液を用いることができる。油タンク１と水タンク２からの油と水は、定量ポンプ３１Ａと３１Ｂにより流量計３２Ａと３２Ｂで測定された流量に基づいてそれぞれ適量がストレーナ３３Ａと３３Ｂに流入される。

電磁弁３４Ａと３４Ｂにより出力量が制御された所定割合の油と水の混合燃料が混合装置３に送出され、貯蔵される。この混合装置３における貯蔵量は、その内部に設けられた液面計３５による計測値に基づいて定量ポンプ３１Ａと３１Ｂを制御することにより一定値に維持される。定量ポンプ３１Ａ、流量計３２Ａ、ストレーナ３３Ａ、電磁弁３４Ａは油量を調整する油量調整部３０Ａを構成し、定量ポンプ３１Ｂ、流量計３２Ｂ、ストレーナ３３Ｂ、電磁弁３４Ｂは水量を調整する水量調整部３０Ｂを構成する。

以下に説明するように、本発明では、混合燃料は油と水の比率が２：８乃１：９であっても充分な燃焼効率が得られるので、そのような比率になるように定量ポンプ３１Ａと３１Ｂが制御される。従来の燃焼装置では混合燃料は油と水の比率が５：５程度に設定せざるを得ないことと対比すると本発明が非常に効率的であることを示すものである。

さて、図１において、混合装置３内での油と水の混じり合わせを充分に行うため、攪拌モータ３６により回転される攪拌プロペラ３７により攪拌される。

混合装置３で油と水が充分に攪拌、混合されて得られた混合燃料は、フィルタ（図示せず）でフィルタリングされ、送りパイプ４１を通って、調整弁４３でその量が調整されてプランジャーポンプ４４で圧力を加えられて送りパイプ４６に出力される。この送りパイプ４６は燃焼装置７内にまで延出している。

燃焼装置７には、太筒部７３Ａと細筒部７３Ｂから成る燃焼筒部であるケーシング７０が設置されている。太筒部７３Ａは、燃焼装置７内に設置されており。その外周部にはスパイラル状（コイル状）に巻き付けられて構成された送りパイプ４６の延出部としてのスパイラルパイプ７４が設けられている。図中、送りパイプ４６の左側から圧力を加えられて混合燃料が送り込まれ、スパイラルパイプ７４に流入する。スパイラルパイプ７４には、プランジャーポンプ４４から送出される混合燃料がスパイラルパイプ７４の左側から入力され、太筒部７３Ａの周囲を回って終端出口となる図示左下部の出口７４Ａから噴射される。

ケーシング７０内またはその出力側には温度検出部９が設けられ、測定された温度は制御部１０に送出される。

送りパイプ４６に送出される混合燃料の量は、電磁弁４５で調整されるが、必要量以上の余剰混合燃料は、戻りパイプ４２を通って混合装置３に戻され、再利用される。

図２には、ケーシング７０のより詳細な構造の略式化された断面図で示されている。ケーシング７０内の太筒部７４Ａの外周部にスパイラルパイプ７４が、図２の巻き始め部７４Ｘから巻き始められ、巻き終わり部７４Ｙで巻き終わるように構成される。スパイラルパイプ７４の巻き始め部７４Ｘはプランジャーポンプ４４で加圧された混合燃料が送り込まれる。太筒部７３Ａの外周部に巻きつけられたスパイラルパイプ７４内を流れる混合燃料は、巻き終わり部７４Ｙに至る途中で高温まで加熱され、送りパイプ４７（図１には図示せず）を通って出口７４Ａ（ノズル構造）から噴出される。噴出された（加圧、加熱された）混合燃料は、パイロットバーナー６１に結合されたノズル７１からの火炎（点火）により燃焼される。

本燃焼装置の動作開始時には、スパイラルパイプ７４の出口（ノズル）７４Ａからは加圧された混合燃料が噴出され、ノズル７１から出る火炎によって燃焼される。ノズル７１は、ＬＰＧポンプ６４から供給されるガスがパイロットバーナー６１により発火される火炎がパイロットブロワー６２により燃焼室７に送り込まれている。この初期燃焼時においては、油と水の混合比が１：１、５０気圧で加圧した混合燃料を用いることができる。この条件は、通常燃焼時よりも緩やかで済む。

こうしてスパイラルパイプ７４の出口７４Ａから噴出された混合燃料は、初期時の点火によるノズル７１からの火炎によって燃焼（プラグ点火）されるので、太筒部７３Ａは加熱される。この加熱によりスプライラルパイプ７４が加熱され、その内部を通っている混合燃料も加熱により高熱（２５０℃）になり、噴射される。その結果、混合燃料の燃焼は非常に高効率になり、ノズルからの火炎がなくともその燃焼動作は維持される。

すなわち、このような初期燃焼の開始後５〜１０分程度でケーシング７０の燃焼筒部（太筒部７３Ａ）の温度は６００℃以上になり、その余熱で燃焼筒の外周のスパイラルパイプ７４が加熱され、その中の混合燃料も加熱される。その後、プランジャーポンプ４４により送りパイプ４６内の圧力を２２５気圧（臨界圧）以上になるようにし加圧し、通常運転に至る。通常運転では、混合燃料の水成分が蒸気の状態で噴射し、油は加熱のため粒子が微細化されて燃焼効率が向上するとともに、気化熱による温度低下が少なくなる。その結果、燃焼温度は１２００℃以上にもなり、ダイオキシン等の有害物質の発生もない。

送風機８からは風量調整ダンパー８１により調整された空気、風が燃焼装置７内に送り込まれ、ケーシング７０の燃焼筒部を構成する太筒部７３Ａ内で非常に高温度まで加熱されて外部に送出され、ボイラ、加熱炉等の熱源として利用される。

このように燃焼装置７において高効率で燃焼されているので、混合燃料はノズルからの火炎がなくとも継続的に高温度に加熱され、送りパイプ４６から新たに流入される混合燃料も高温になり高い燃焼効率が維持されるだけでなく、従来と比較して水の割合が油と比較して大きくとも燃焼が維持できる。本発明では、油と水の比率を油１：水９であっても正常な燃焼を確認できた。また、ダイオキシン等の有害物質の発生もないことも確認された。

本実施例では、温度検出部９によりケーシング７０内の温度やそこを通過して外部に熱風として送風される空気の温度を測定して制御部１０に送出している。

制御部１０は、温度検出部９で検出された温度に基づいて混合燃料の供給態様を制御する。この制御は、例えば、温度検出部９で検出された温度が一定になるように混合燃料の供給態様を制御するもので、（１）混合燃料の供給量や混合比率を制御する、供給量はプランジャ４４の調整を自動制御する。例えば、燃焼温度を下げたいときは圧力を下げ、上げたいときには圧力を上げることにより常時最適な温度（設定温度）を効率良く維持することができる。（２）温度検出部９で検出された温度に基づいて水量制御信号により混合燃料の水の量を制御する、例えば、温度を下げたいときには水の量を増やし、逆に温度を上げたいときには水の量を減らす（３）温度検出部９で検出された温度に基づいて油量制御信号により混合燃料の油の量を制御するような制御、例えば、温度を下げたいときには油の量を減らし、逆に温度を上げたいときには油の量を増やす。また、これら制御を同時に行なうことができる。こうすることによって、常に最適な混合燃料を供給でき、最適、効率的な混合燃料の消費を可能とする

以上、本発明による油と水の混合燃料の燃焼装置及び燃焼方法の好適実施例の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる実施例は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明を限定するものではないことに留意されたい。本発明の要旨を逸脱することなく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であること、当業者には容易に理解できよう。

本発明による油と水混合燃料の燃焼装置についての好適実施例の構成を示す簡略化された装置構成図である。 図１のケーシング７０構造を示す略式化された断面図である。

符号の説明

１ 油タンク
２ 水タンク
３ 混合装置
７ 燃焼装置
８ 送風機（ブロア）
９ 温度検出部
１０ 制御部
３０Ａ 油量調整部
３０Ｂ 水量調整部
３１Ａ、３２Ｂ 定量ポンプ
３２Ａ、３２Ｂ 流量計
３４Ａ、３４Ｂ 電磁弁
３６ 攪拌モータ
３７ 攪拌プロペラ
４１ 送りパイプ
４２ 戻りパイプ
４３ 調整弁
４４ プランジャーポンプ
４５ 電磁弁
４６ 送りパイプ
６１ パイロットバーナー
６２ パイロットブロワー
６３ 災感知センサー
６４ ＬＰＧガスボンベ
７１ ノズル
７２ コンクリート
７３Ａ 太筒部
７３Ｂ 細筒部
７４ スパイラルパイプ
７４Ａ スパイラルパイプ出口
８１ ダンパー
７０ ケーシング
７４Ｘ 巻き始め部
７４Ｙ 巻き終わり部

Claims (17)

1. 油と水の量を調節して混合装置に送出し、前記混合装置で混合、攪拌された混合燃料が加圧されて燃焼部に供給されて燃焼される油と水の混合燃料の燃焼装置において、
   前記混合燃料が燃焼されて高温度になった空気が通過する燃焼筒状部と、
   前記燃焼筒状部の外周部に沿って配設され、加圧された前記混合燃料を一端側から取り入れ他端側から噴射するスパイラルパイプと、
   前記スパイラルパイプから噴射された混合燃料を初期燃焼させるためのバーナーとノズルと、
   前記燃焼筒状部内または前記燃焼筒状部を通過する空気温度を検出する温度検出部と、
   前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の供給態様又は混合比率を制御する制御部と、
   を備え、
   前記スパイラルパイプから噴射された混合燃料を燃焼させて前記スパイラルパイプ内に存在する混合燃料を加熱して前記スパイラルパイプから噴射させて燃焼させることを特徴とする油と水の混合燃料の燃焼装置。
2. 前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度が一定になるように前記混合燃料の供給態様を制御することを特徴とする請求項１に記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
3. 前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の供給量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
4. 前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の水の量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
5. 前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の油の量を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
6. 前記油と水は、廃油と廃液であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
7. 前記スパイラルパイプ内に存在する混合燃料の加熱温度は２５０℃以上で、２２５気圧以上で加圧されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
8. 前記スパイラルパイプは前記燃焼筒状部の外周に巻き付けられていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
9. 前記スパイラルパイプの混合燃料の取り入れ及び出口部は、前記燃焼筒状部の一端側に位置することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
10. 加熱された前記燃焼筒状部内の空気は、送風機により外部に送風されることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
11. 前記スパイラルパイプから前記燃焼部に送出される混合燃料の一部は前記混合装置に戻されて再利用されることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
12. 前記燃焼部は、コンクリート壁で囲繞されていることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
13. 前記燃焼室における初期燃焼時には、混合燃料の油と水の混合比は１：１、加圧圧力５０気圧であることを特徴とする請求項１乃至１２のいずれかに記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
14. 前記燃焼部における通常燃焼時には、混合燃料の油と水の混合比は２：８乃至１：９、加圧圧力２２５気圧以上であることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載の油と水の混合燃料の燃焼装置。
15. 油と水の量を調節して混合装置に送出し、前記混合装置で混合、攪拌された混合燃料を加圧して燃焼部に送り込んで燃焼する油と水の混合燃料の燃焼方法において、
    前記混合燃料が燃焼されて高温度になった空気が通過する燃焼筒状部の外周部に沿ってスパイラルパイプを配設し、このスパイラルパイプに加圧された前記混合燃料を一端側から取り入れ他端側から噴射して前記混合燃料を燃焼させて前記スパイラルパイプ内に存在する混合燃料を加熱し、加熱された混合燃料を前記スパイラルパイプから噴射させて燃焼させるとともに、
    前記燃焼筒状部内または前記燃焼筒状部を通過する空気温度を検出し、検出された温度に基づいて前記混合燃料の供給態様又は混合比率を制御することを特徴とする油と水の混合燃料の燃焼方法。
16. 前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度が一定になるように前記混合燃料の供給態様を制御することを特徴とする請求項１５に記載の油と水の混合燃料の燃焼方法。
17. 前記制御部は、前記温度検出部で検出された温度に基づいて前記混合燃料の供給量、前記混合燃料の水の量または前記混合燃料の油の量を制御することを特徴とする請求項１５に記載の油と水の混合燃料の燃焼方法。

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