JP2010048543A - Hydrogen-dissolved fuel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、重油、灯油等の化石燃料を基にし、それに水素ガスを溶解した燃料をバーナにより連続燃焼する水素溶解燃料に関する。本水素溶解燃料は、旅館、ホテル、スーパー銭湯、温水プール施設、病院、クリーニング工場等の湯沸し用ボイラ、又は船舶、火力発電所等の蒸気タービン用若しくは食品工業等の産業用の蒸気発生源としてのボイラ等のあらゆるボイラに用いられる。 The present invention relates to a hydrogen-dissolved fuel that is based on fossil fuels such as heavy oil and kerosene, and in which a fuel in which hydrogen gas is dissolved is continuously burned by a burner. This hydrogen-dissolved fuel is used as a steam source for water boilers in inns, hotels, super public baths, heated pool facilities, hospitals, cleaning factories, etc., or for steam turbines in ships, thermal power plants, etc. It is used for all boilers such as boilers.
従来、化石燃料と水素ガスとを併用したボイラは、本出願人等らにより提案されている(特許文献1参照)。該ボイラは、重油バーナと水素バーナとを備え、重油バーナにより重油を燃焼させて噴射させた火炎に対して、水素バーナにより燃焼させた水素燃料の燃焼ガスを噴射させることにより、重油バーナにより燃焼させた化石燃料を完全燃焼して、燃焼効率を向上すると共に、煤の発生を減少することができる。 Conventionally, a boiler using both fossil fuel and hydrogen gas has been proposed by the present applicants and others (see Patent Document 1). The boiler is equipped with a heavy oil burner and a hydrogen burner, and burns with a heavy oil burner by injecting a combustion gas of hydrogen fuel burned with a hydrogen burner against a flame injected with the heavy oil burned by the heavy oil burner. The generated fossil fuel can be completely burned to improve the combustion efficiency and reduce the generation of soot.
また、液体燃料(ガソリン)と水素ガスとを燃料として使用可能な水素利用内燃機関も提案されている(特許文献2参照)。このものは、水素生成手段によって生成された水素ガスをマイクロバブル発生装置により微細気泡として液体燃料に混合し、該水素ガスを混合した液体燃料を、筒内インジェクタによりエンジン内に噴射して爆発燃焼する。 A hydrogen-based internal combustion engine that can use liquid fuel (gasoline) and hydrogen gas as fuel has also been proposed (see Patent Document 2). In this type, hydrogen gas generated by the hydrogen generating means is mixed with the liquid fuel as fine bubbles by the microbubble generator, and the liquid fuel mixed with the hydrogen gas is injected into the engine by the in-cylinder injector to explode and burn. To do.
上記特許文献1のものは、ボイラに用いる連続燃焼に係るものであるが、水素ガスは、重油バーナの周囲からその火炎に向けて噴射されるものであり、重油バーナ火炎の噴き出し部分に接触して共に燃焼する。このため、水の電気分解等による水素生成装置をボイラに近接して設置する必要があり、ボイラ設備が高価となると共に、重油バーナの周囲から水素ガス燃焼の影響を与えるために水素ガスを大量に消費することになる。
Although the thing of the said
一方、特許文献2のものは、水素を混合した液体燃料が用いられるが、限られた僅かな時間で燃焼を完結させる必要のある内燃機関の爆発燃焼に係るものであって、バーナ用の連続燃焼とは燃焼の形態が相違している。またそのため、比較的大量の水素を液体燃料に混合する必要があり、水素ガスを生成する水素生成手段を必要とし、かつマイクロバブル発生装置により液体燃料中に水素ガスをマイクロバブル化にすることにより混合している。このものは、水素ガスが液体燃料中にある程度溶解することがあるとしても、マイクロバブルの状態で液体燃料中に均一に存在するものであって、燃焼に際してインジェクション又はバーナから噴霧される際、水素バブルの径が霧滴の微細化への規制となると共に、良好な燃焼を妨げる虞がある。
On the other hand, in
そこで、本発明は、化石燃料に水素ガスを溶解した燃料をバーナで連続燃焼することにより、水素の燃焼により化石燃料を完全燃焼し、煤の発生を減少するものでありながら、水素ガスの消費量を抑えて、省エネルギを図ることができる燃料を提供することを目的とするものである。 Therefore, the present invention continuously burns a fuel in which hydrogen gas is dissolved in fossil fuel with a burner, thereby completely burning the fossil fuel by the combustion of hydrogen and reducing the generation of soot. An object of the present invention is to provide a fuel capable of reducing the amount and saving energy.
本発明に係る水素溶解燃料は、化石燃料と、該化石燃料中に供給されて溶解された水素と、を備え、
バーナでの連続燃料に用いられ、前記化石燃料に溶解された前記水素の燃焼に基づく火炎温度の上昇が、後続する燃料の燃焼にサイクリックに連続して影響する、ことを特徴とする。
The hydrogen-dissolved fuel according to the present invention comprises a fossil fuel and hydrogen supplied and dissolved in the fossil fuel,
A rise in flame temperature based on the combustion of the hydrogen used in a continuous fuel in a burner and dissolved in the fossil fuel has a cyclic effect on the subsequent combustion of the fuel.
なお、上記水素溶解燃料は、水素が化石燃料に溶解されていることを基本とするものであるが、一部水素ガスが溶けきらずに、マイクロバブル又はナノバブルで混在することもあり、このものも、バーナの形態等にあっては、支障なく燃焼することができ、上記水素溶解燃料は、このものをも含むものである。 The hydrogen-dissolved fuel is based on the fact that hydrogen is dissolved in the fossil fuel, but some hydrogen gas may not be completely dissolved and may be mixed with microbubbles or nanobubbles. In the form of the burner, etc., it can be burned without any trouble, and the hydrogen-dissolved fuel includes this one.
前記化石燃料に対して容積比1/10〜1/5で前記水素ガスが溶解されてなる。即ち、化石燃料1[l]に対して水素ガスが0.1〜0.2[l]の量で使用される。 The hydrogen gas is dissolved in a volume ratio of 1/10 to 1/5 with respect to the fossil fuel. That is, hydrogen gas is used in an amount of 0.1 to 0.2 [l] with respect to 1 [l] of fossil fuel.
本発明に係る水素溶解燃料は、例えば図1又は2を参照すると、連続して化石燃料に水素ガスを混合して溶解する水素溶解装置(3)により、化石燃料に水素を過飽和状態で溶解して生成される。 For example, referring to FIG. 1 or 2, the hydrogen-dissolved fuel according to the present invention dissolves hydrogen in a fossil fuel in a supersaturated state by a hydrogen-dissolving device (3) that continuously mixes and dissolves hydrogen gas into fossil fuel. Generated.
好ましくは、燃料タンク(1)(11)からの燃料を流出し再び流入する循環管路(10)に、水素ガス供給装置(2)からの水素ガスを導入する水素導入管(11)及び前記水素溶解装置(3)を介在し、前記循環管路(10)に前記燃料タンク(1)内の燃料を循環することにより、化石燃料に水素を過飽和状態で溶解した燃料を、フレッシュな状態で前記燃料タンクから前記バーナに供給してなる。 Preferably, a hydrogen introduction pipe (11) for introducing hydrogen gas from the hydrogen gas supply device (2) into a circulation line (10) through which the fuel from the fuel tanks (1) (1 1 ) flows out and flows again. A fuel in which hydrogen is dissolved in a supersaturated state in a fossil fuel in a fresh state by circulating the fuel in the fuel tank (1) to the circulation line (10) through the hydrogen dissolving device (3). The fuel tank supplies the burner.
前記化石燃料に前記水素を溶解した燃料を、内圧が2.5〜4.5[kg/cm2]に保たれた燃料タンク内に入れ、燃料消費50[l/h]の能力のバーナに対して0.1〜0.4[l/min]の割合で水素ガスを供給してなる。 The fuel in which the hydrogen is dissolved in the fossil fuel is put into a fuel tank whose internal pressure is maintained at 2.5 to 4.5 [kg / cm 2 ], and the fuel is burned with a capacity of 50 [l / h]. On the other hand, hydrogen gas is supplied at a rate of 0.1 to 0.4 [l / min].
なお、上記カッコ内の符号は、図面と対照するためのものであるが、これにより、請求項記載の構成に何等影響を及ぼすものではない。 In addition, although the code | symbol in the said parenthesis is for contrast with drawing, it does not have any influence on the structure of a claim by this.
請求項1に係る本発明によると、化石燃料に溶解されている水素が、化石燃料と共に蒸発・燃焼し、化石燃料の燃焼による火炎温度を僅かに上昇し、この僅かな上昇による影響が後続燃料の燃焼に伝播され、それが更に後続燃料の蒸発・燃焼状態を変化させ、この影響が更に続いて連続燃焼場に供給される燃料の燃焼をサイクリックに影響を及ぼす。これにより、化石燃料に溶解されている水素ガスの量は僅かであっても、上記サイクリックな現象が連続して定常状態として、連続燃焼を良好に保持できる。上記サイクリックな現象は、限られた時間内で燃焼を完結させなければならない内燃機関とは異なり、充分な時間を確保できる連続燃焼において可能となる。 According to the first aspect of the present invention, the hydrogen dissolved in the fossil fuel evaporates and burns together with the fossil fuel, and slightly raises the flame temperature due to the combustion of the fossil fuel. This further changes the evaporation / combustion state of the subsequent fuel, and this influence further cyclically affects the combustion of the fuel supplied to the continuous combustion field. Thereby, even if the amount of hydrogen gas dissolved in the fossil fuel is small, the cyclic phenomenon can be continuously maintained in a steady state, and continuous combustion can be satisfactorily maintained. Unlike the internal combustion engine that must complete combustion within a limited time, the cyclic phenomenon is possible in continuous combustion where sufficient time can be secured.
特に、バーナによる液体燃料の噴霧の燃焼では、上記蒸発過程は強い輻射加熱により燃焼が促進され、下流側に形成される燃焼領域が高温であれば蒸発に要する時間が短くなり、その結果火炎長を短くすることができる。 In particular, in the combustion of liquid fuel spray by a burner, the above evaporation process is accelerated by strong radiant heating, and if the combustion region formed downstream is high, the time required for evaporation is shortened, resulting in a flame length. Can be shortened.
また、水素は、化石燃料内に溶解されているので、マイクロバブル等の水素ガスの微細気泡(例えば30〜60μm)が、液体燃料の噴霧液滴の微粒化の制限となることがなく、かつ溶解された水素が化石燃料の噴霧液滴中に均一に混在し、バーナから噴射する全域範囲に亘って均等に上述したサイクリックな現象による良好な連続燃焼を現出する。 In addition, since hydrogen is dissolved in the fossil fuel, hydrogen gas fine bubbles (for example, 30 to 60 μm) such as microbubbles do not limit atomization of spray droplets of liquid fuel, and Dissolved hydrogen is uniformly mixed in the spray droplets of fossil fuel, and a good continuous combustion due to the above-described cyclic phenomenon appears evenly over the entire range injected from the burner.
バーナによる連続燃焼は、一般に、化石燃料として重油や灯油等の高沸点材料が用いられるが、これら揮発性のあまりよくない粘性の大きい材料にあっても、上述した水素溶解燃料による良好な燃焼が顕著に発揮される。 Generally, high-boiling point materials such as heavy oil and kerosene are used as fossil fuels for continuous combustion using a burner. Prominently demonstrated.
以上各効果が相俟って、本水素溶解燃料を連続燃焼として用いることにより、高温による短い火炎長による良好な火炎が得られると共に、通常の化石燃料用ボイラをそのまま用いることができ、かつ完全燃焼により煤の発生を防止して、ボイラメンテナンスを減少できることが相俟って、ボイラ用燃料として有効な燃料を提供することができる。また、消費する水素の量は僅かであり、かつ大掛かりな水素生成装置を必要とせず、ボイラ設備等の初期投資及びランニングコストも抑えた効率の良い燃料を提供することができる。そして、上述した高い効率による化石燃料に、水素ガスによる燃料が相俟ってCO2の排出も減少して、地球環境の改善にも貢献することができる。 Combined with the above effects, by using this hydrogen-dissolved fuel as continuous combustion, a good flame with a short flame length due to high temperature can be obtained, and a normal fossil fuel boiler can be used as it is. Combining that combustion can prevent generation of soot and reduce boiler maintenance, it is possible to provide an effective fuel as boiler fuel. Further, the amount of hydrogen to be consumed is small, and a large-scale hydrogen generator is not required, and it is possible to provide an efficient fuel with reduced initial investment and running costs for boiler facilities and the like. In addition, the fossil fuel with high efficiency described above and the fuel by hydrogen gas reduce CO 2 emission, which can contribute to the improvement of the global environment.
請求項2に係る本発明によると、化石燃料に対して容積比1/10〜1/5の水素ガスで足り、水素ガスの消費が少なく、大幅なコストダウンを図ることができ、かつこの程度の水素量であれば、化石燃料中において例えバブル化されても、その径は小さく(マイクロバブル、ナノバブル)、上記燃焼に支障を来すことはない。 According to the second aspect of the present invention, hydrogen gas having a volume ratio of 1/10 to 1/5 is sufficient with respect to fossil fuel, consumption of hydrogen gas is small, and a significant cost reduction can be achieved. Even if it is bubbled in the fossil fuel, its diameter is small (microbubble, nanobubble) and does not hinder the combustion.
請求項3に係る本発明によると、水素溶解装置により化石燃料に水素を過飽和状態に溶解した燃料を、比較的簡単な装置で連続して容易に製造することができる。 According to the third aspect of the present invention, a fuel in which hydrogen is dissolved in a supersaturated state in a fossil fuel by a hydrogen dissolving device can be easily and continuously produced with a relatively simple device.
請求項4に係る本発明によると、燃料タンクに燃料を循環する循環管路を設け、該循環管路に水素ガスを導入すると共に水素溶解装置を介在し、燃料タンク内の燃料を循環することにより、燃料タンク内の燃料に、必要とする量の水素を過飽和状態で溶解して、該燃料をフレッシュな状態で燃料タンクからバーナに供給して、燃焼することができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the circulation line for circulating the fuel is provided in the fuel tank, the hydrogen gas is introduced into the circulation line and the hydrogen dissolving device is interposed to circulate the fuel in the fuel tank. Thus, a required amount of hydrogen can be dissolved in the fuel in the fuel tank in a supersaturated state, and the fuel can be supplied from the fuel tank to the burner in a fresh state to be burned.
請求項5に係る本発明によると、内圧が2.5〜4.5[kg/cm2]の燃料タンクに水素溶解燃料を入れて、該圧力状態に保持された水素溶解燃料は、上記効果的な燃焼に十分な量の水素ガスを溶解することができる。上記内圧は、2.5〜4.5[kg/cm2]であるので、燃料タンクは、低圧力容器で足り、設備投資は比較的安価となり、かつ水素ガスの供給量は、0.1〜0.4[l/min]なので、比較的少なく、ランニングコストも低く抑えることができる。そして、上記内圧が2.5[kg/cm2]以下では、上記効果的な燃焼のための水素ガスの溶解量が十分でなく、4.5[kg/cm2]以上としても、水素ガスの溶解量が増加することはなく、圧力容器等のためにコストアップの原因となってしまう。水素供給量は、0.1[l/min]以下では、上記効果的な燃焼には十分ではなく、0.4[l/min]以上では、水素ガスがバブル化、しかも大きな気泡(マイクロバブル、ナノバブルでない)となることがあり、効果的な燃焼を妨げることとなり、かつ、水素消費量が多くなり、コストアップの原因となる。 According to the present invention according to claim 5, pressure is put hydrogen dissolved fuel to the fuel tank of 2.5~4.5 [kg / cm 2], the pressure state hydrogen dissolved fuel held in the above-described effects An amount of hydrogen gas sufficient for efficient combustion can be dissolved. Since the internal pressure is 2.5 to 4.5 [kg / cm 2 ], a low-pressure vessel is sufficient for the fuel tank, the capital investment is relatively low, and the supply amount of hydrogen gas is 0.1 Since it is ˜0.4 [l / min], it is relatively small and the running cost can be kept low. When the internal pressure is 2.5 [kg / cm 2 ] or less, the amount of hydrogen gas dissolved for effective combustion is not sufficient, and even when the internal pressure is 4.5 [kg / cm 2 ] or more, hydrogen gas The amount of dissolution of the solution does not increase, which increases the cost due to the pressure vessel and the like. If the hydrogen supply amount is 0.1 [l / min] or less, it is not sufficient for the above-mentioned effective combustion, and if it is 0.4 [l / min] or more, the hydrogen gas is bubbled and large bubbles (microbubbles) , Not nanobubbles), which prevents effective combustion and increases the amount of hydrogen consumed, leading to an increase in cost.
以下、図面に沿って、本発明の実施の形態を説明する。本発明に係る水素溶解燃料を生成する製造装置は、ボイラ、例えば従前の湯沸し用ボイラBに付設される。水素溶解燃料の製造装置U1は、図1に示すように、燃料タンク1、水素ガス供給装置を構成する水素ガスボンベ2及び水素溶解装置3を有している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The production apparatus for producing hydrogen-dissolved fuel according to the present invention is attached to a boiler, for example, a conventional boiler B for water heating. As shown in FIG. 1, the hydrogen-dissolved fuel manufacturing apparatus U1 includes a
燃料タンク1には、該タンク内の燃料を流出し、再び流入する循環管路10が連接されており、該循環管路には、その流出側10aから順次仕切り弁20、水素ガスボンベ2からの導入管11、燃料冷却装置12、水素溶解装置3が介在しており、該水素溶解装置3の吐出側口3bがタンク1への流入口10bに連通している。水素ガスボンベ2の水素ガスH2は、流量調整弁21により適宜流量を調整して、導入管11から循環管路10を流れる燃料に供給・混合される。なお、水素ガス供給装置2は、上記水素ガスボンベがその水素ガス消費量、施設費用及びメンテナンス等で望ましいが、これに限らず、有機ハイドロイド、炭素系材料素材料、水素吸蔵合金、多孔性金属有機構造体、アミド系、ボロハイドライド系、アラネート系等の他の固体水素吸蔵材料による水素貯蔵手段でもよく、更には電気分解による水素生成装置でもよい。
The
燃料タンク1は、上方が大気に開放されているオープンタイプの容器であり、所定量の化石燃料、例えばA重油、灯油が貯留される。該燃料タンク1への化石燃料は、作業者が該タンク内の燃料レベルを見て適宜ドラム缶等から供給してもよく、また図1に示すように、別の化石燃料タンク6を設置しておき、フロートバルブ等により燃料タンク1内の燃料レベルが一定になるように、上記化石燃料タンク6からポンプ22により供給してもよい。
The
前記水素溶解装置3は、螺旋流形成部、気液反応部及び超音波照射部を有しており、水素ガスH2を混合した化石燃料がその流入口3aから供給されて、螺旋流形成部及び気液反応部により剪断、撹拌、混合されると共に、超音波による振動・圧力変化作用が併用されて、連続的に水素ガスが化石燃料中に過飽和状態で溶解される。なお、本水素溶解装置3は、特開2007−185576号公報に示される装置を基本としており、効率よく水素ガスを化石燃料中に溶解できるが、これに限らず、水素ガスの化石燃料中への噴射、キャビテーションによる方法、それらの組合せ等の他の方法による装置でもよい。
The
前記燃料タンク1から、ボイラBのバーナ25に向けて供給管路26が連通されている。該供給管路26は、ポンプ27、仕切り弁29、流量計30等を介在してバーナ25の噴出口に導かれている。バーナ25は、上記燃料以外に、エアーが導入され、上記燃料を燃焼する。
A
ボイラBは、湯沸し用のボイラを示しており、バーナ25による燃焼室33での高熱を効率よく螺旋管35の水に熱交換して、貯湯タンク36に溜める。なお、上記ボイラBは、湯沸し用を示してあるが、蒸気発生用ボイラでもよいことは勿論である。
Boiler B is a boiler for boiling water, and heat of the
ついで、上述した装置の作用について説明する。水素溶解燃料の製造装置U1は、燃料タンク1内に所定量の化石燃料(例えばA重油)が貯留されている。そして、ポンプ9を駆動して、循環管路10に燃料を循環した状態で、流量調整弁21を開いて所定流量で管路10内に水素ガスH2を供給すると共に、冷却装置12及び水素溶解装置3を作動する。これにより、循環管路10内の燃料は、冷却装置12により冷却されて、水素ガスが溶込み易い状態になり、そして水素溶解装置3により、水素ガスH2を混合した化石燃料は、剪断、撹拌されると共に超音波振動が与えられ、化石燃料中に水素ガスH2が飽和状態に溶解される。なお、一部の水素ガスH2は、マイクロバブル、ナノバブルとなって液相中に漂うこともある。
Next, the operation of the above-described apparatus will be described. The hydrogen-dissolved fuel manufacturing apparatus U1 stores a predetermined amount of fossil fuel (for example, A heavy oil) in the
上記循環管路10による水素ガスの溶解作業は、複数回行われ、燃料タンク1内の化石燃料中に所定量[例えば10〜20%]の水素ガスH2が溶解される。燃料タンク1内の化石燃料に略々均一に水素ガスH2が溶解され、かつできるだけフレッシュ(水素ガスが大気中に放散されない状態)のうちに、ポンプ27を駆動すると共に仕切り弁29を開いて、燃料タンク1内の水素溶解燃料をバーナ25に供給して燃焼する。
The operation of dissolving the hydrogen gas through the
該水素溶解燃料の燃焼に際して、まず水素ガスが燃焼して、その熱により化石燃料の蒸発を促進する。水素ガスの熱量は大きくなくとも、化石燃料内に均一に溶解しており、外部からの水素ガスの供給に比して、化石燃料をその全域範囲に亘って蒸発を促進し、化石燃料の燃焼を早めると共に火炎温度を僅かに上昇する。この僅かな燃焼の早期化及び火炎温度の上昇による影響が後続燃料の燃焼に伝播され、それが更に後続燃料の蒸発・燃焼状態を変化させ、この影響が更に続いて連続燃焼場に供給される燃料の燃焼をサイクリックに影響を及ぼす。これにより、化石燃料に溶解されている水素ガスの量は僅かであっても、上記サイクリックな現象が連続して定常状態として、燃焼を良好に保持する。即ち、高い温度での燃焼を短い火炎長で行うことができ、かつ完全燃焼により煤の発生を防止できる。 When the hydrogen-dissolved fuel is combusted, hydrogen gas is combusted first, and fossil fuel evaporation is accelerated by the heat. Even if the amount of heat of hydrogen gas is not large, it is uniformly dissolved in the fossil fuel, and compared with the supply of hydrogen gas from the outside, the evaporation of fossil fuel is promoted over its entire range, and the combustion of fossil fuel Raise the flame temperature slightly as you speed up. The effect of this slight combustion acceleration and the increase in flame temperature is propagated to the combustion of the subsequent fuel, which further changes the evaporation and combustion state of the subsequent fuel, and this effect is further supplied to the continuous combustion field. Cyclic influence on fuel combustion. As a result, even if the amount of hydrogen gas dissolved in the fossil fuel is small, the cyclic phenomenon is continuously maintained in a steady state, and combustion is maintained well. That is, combustion at a high temperature can be performed with a short flame length, and generation of soot can be prevented by complete combustion.
図1に示す装置にあっては、燃料タンク1の上方が開放されているため、化石燃料に溶解された水素ガスは、時間経過と共に大気に放散される。従って、できるだけフレッシュのうち、例えば循環管路10で水素の溶解作業を行いつつ、供給管路26から燃料をバーナ25に供給して燃焼することが好ましいが、それでも、水素ガスH2は、燃料タンク1の上方から放散される。そこで、図1に鎖線で示すように、燃料タンク1の上方を覆うように、水素ガス集積部材37を配置し、該集積部材37で集められた水素ガスH2を管路39を介してバーナ25に送って、水素溶解燃料と共に該集積水素ガスH2を燃焼する。
In the apparatus shown in FIG. 1, since the upper part of the
これにより、放散する水素ガスを有効に利用できると共に、安全性を向上することができる。なお、水素ガスの集積供給経路に、水素ガスを溜める水素ガス貯留手段及び供給を遮断し得るバルブを介在することが望ましい。 Thereby, the hydrogen gas to be diffused can be used effectively, and safety can be improved. It is desirable that a hydrogen gas storage means for storing hydrogen gas and a valve capable of shutting off the supply be interposed in the hydrogen gas integrated supply path.
図1に示す燃料タンク1では、循環管路10により水素の溶解量を高めると共にフレッシュのうちに使用して、所定の水素溶解量を得ているが、更に多くの水素ガスを溶解することが望ましい場合もある。
In the
図2はそのための実施の形態であり、燃料タンクを圧力容器11とすることにより、水素溶解量を高めている。圧力容器からなる燃料タンク11は、調圧リリーフ弁39により所定圧力(例えば2.5〜4.5kg/cm2)に保持されている。該圧力状態に保持された燃料タンク1内の化石燃料は、より多くの水素ガスH2を溶解して保持することが可能となる。
Figure 2 is a form of embodiment for the, by the fuel tank and the
水素溶解燃料製造装置U2は、1列状の管路40に配置することも可能である。該管路40の一端には、化石燃料を貯留するタンク6が流量調整弁41を介して接続されており、かつ該管路40に水素ボンベ2からの導入管111が連通している。更に、該管路40の後流側には、順次、逆止弁43、燃料冷却装置12及び水素溶解装置3が介在して、その他端が燃料タンク11に接続している。
The hydrogen-dissolved fuel production apparatus U2 can also be arranged in a
従って、ポンプ42の駆動により、タンク6の化石燃料とボンベ2の水素ガスとは、それぞれ流量調整弁41,21で適宜調節されて管路40に供給され、逆止弁43及び冷却装置12を介して水素溶解装置3に導かれる。そして、水素溶解装置3は、その吐出側に連通される燃料タンク11の内圧により加圧された状態で、剪断、撹拌、混合されると共に超音波により加振されて、より多くの水素が溶解される。そして、該水素を溶解した化石燃料は、高圧状態の燃料タンク11内にて高い水素溶解状態のまま保持される。なお、ポンプ42が停止して管路40からの化石燃料及び水素ガスの供給が停止されても、逆止弁43が介在することにより、燃料タンク11は、所定圧力に保持される。
Therefore, by driving the
該圧力容器からなる燃料タンク11内の燃料は、ポンプ27及び仕切り弁29の連通により、供給管路26を介してバーナ25に供給されて燃焼される。燃料タンク11の燃料の使用等により、該タンク内の燃料のレベルは変化するが、該レベル変化によってもタンク内の圧力を所定高圧に維持するため、本実施の形態では、該タンク11に、アキュムレータ42及びエアポンプ43が連通している。これにより、燃料タンク11内は、使用により燃料レベルが低下しても、アキュムレータ42により所定内圧に保持される。なお、燃料レベルを一定に保持するように、化石燃料タンク6からの供給量が調整することにより、上記アキュムレータ42及びエアポンプ43等は不要とすることもできる。
Fuel in the
また、本製造装置U2は、一列状の管路40を用いて説明したが、図1に示すものと同様に、循環管路10を用いてもよい。
Moreover, although this manufacturing apparatus U2 demonstrated using the line-shaped
本実施の形態では、燃料タンク11に循環管路10’を設け、該循環管路10’は、仕切り弁20、ポンプ9を介在して、前記冷却装置12と逆止弁43との間で前記管路40に合流する。また、水素ガスボンベ2からの管路に方向切換え弁41を介在して、該切換え弁41により、一列状管路40に直接連通する導入管111と、循環管路10’に導く導入管112に切換える。
In this embodiment, the fuel tank 1 1 'provided, the circulation line 10'
循環管路10’を用いる場合、ポンプ9を駆動して、圧力容器からなる燃料タンク11の燃料を循環して、導入管112から水素ガスを混入し、更に冷却装置12で冷却して水素溶解装置3により水素を溶解する。これにより、燃料タンク11の燃料は、所定回数循環されて、更に多くの水素ガスを化石燃料に溶解することができる。なおこの際、循環管路10’の圧力液体が、逆止弁43により管路40を通って化石燃料タンク6側に流れることはない。図1に示す装置と同様に燃料タンク11内の燃料が、循環管路10’により所定回数繰返して、水素溶解装置3により水素ガスが溶解され、より多くの水素ガスH2を化石燃料に溶解することができる。
When using a circulation line 10 ', to drive the
図1及び図2に示す製造装置U1,U2であっても、循環管路26の流量計30で使用量を計量することにより、水素溶解燃料自体を販売することは可能であるが、水素溶解燃料製造装置U1,U2をボイラの近くに施設する必要がある。図3は、水素溶解燃料を図1又は図2に示す製造装置で製造し、該燃料を運搬して他のボイラに用いる燃料タンクを示す。
Even in the manufacturing apparatuses U1 and U2 shown in FIG. 1 and FIG. 2, it is possible to sell the hydrogen-dissolved fuel itself by measuring the amount used by the
図3に示す燃料タンク13は、圧力容器からなり、上壁に可変リリーフ弁39、圧力計45、圧力注入用バルブ46及び燃料残量ケージ47が設けられている。一方、該タンク13の下部には、コック付の導入管連結部49及び同じくコック付の導出管連結部50が設けられている。
本燃料タンク13は、水素溶解製造装置U1,U2により製造された水素溶解燃料が、供給管路26から又は水素溶解装置3の吐出口から直接供給される。この際、圧力注入用バルブ46は開放されており、タンク上方空間の空気は逃される。燃料タンク13に水素溶解燃料が満たされた後、導入連結部49のコックが閉じられた状態で、燃料から放散した水素又は圧力注入用バルブ46を介して圧入される水素又は空気により、該燃料タンク13は、所定圧に保持される。
The
そして、この状態で、本燃料タンク13は、所定のボイラ施設まで運搬され、そこに設置された後、燃料タンク13の導出管連結部50にボイラの供給管路が連結されて、そのコックが開かれる。これにより、燃料タンク13内の水素溶解燃料はボイラのバーナに供給されて燃焼される。
In this state, the
使用によりタンク13内の燃料レベルが低下するが、燃料からの放散水素ガス又は圧力注入用バルブ46からの水素又は空気の圧入により、タンク13内は所定圧力に維持される。また、可変リリーフ弁39が、タンク13内が負圧になる場合は空気圧を吸入するような逆止弁機能を有するものを用いて、使用による燃料レベルの低下によっても、燃料の供給をスムーズにできるようにしてもよい。
The fuel level in the
本燃料タンク13を用いることにより、水素溶解燃料製造装置の設備のないボイラにも、容易に水素溶解燃料を使用することができ、かつタンクは圧力容器からなり、所定圧を付与しているので、常に所定の水素溶解量を維持することができる。本実施の形態は、燃料を満たした燃料タンク13自体を運搬して、使用後回収して再充填するように説明したが、本燃料タンク13をボイラ施設に設置したままにして、タンクローリ等の運搬専用のタンクを用いて、現場で本燃料タンク13に水素溶解燃料を充填するようにしてもよい。
By using this
なお、前述した水素溶解燃料の製造装置U1,U2において、冷却装置12はなくてもよく、また蒸気発生用ボイラ等の他のボイラに適用してもよいことは勿論である。
In the hydrogen-dissolved fuel production apparatuses U1 and U2 described above, the
図4は、前述した水素溶解燃料を、ボイラに適用して燃焼した実験結果を示す。貯湯タンクの水量を同じとし、該タンク内の水が、50[℃]から65[℃]になるまでの時間を測ったものである。化石燃料は、A重油を用い、水素ガスは水素ボンベから燃料タンクに供給し、水素を溶解した燃料は、能力50[l/h]のバーナに供給すると共に、空気を6.0[l/min]で供給して燃焼した。 FIG. 4 shows the experimental results of burning the above-described hydrogen-dissolved fuel by applying it to a boiler. The amount of water in the hot water storage tank is the same, and the time until the water in the tank reaches 50 [° C.] from 50 [° C.] is measured. Fossil fuel uses heavy oil A, hydrogen gas is supplied from a hydrogen cylinder to a fuel tank, and fuel in which hydrogen is dissolved is supplied to a burner having a capacity of 50 [l / h] and air is supplied to 6.0 [l / h]. min] and combusted.
A重油に水素ガスを投入せず、従来の方法で燃焼した場合、昇温時間は、約10:23[min]である。水素ガスを0.4[l/min]供給した場合、燃料タンク内の圧力が0(大気圧)の場合、約10.20[min]であり、あまり効果がなく、水素溶解量が不充分で、バーナまで水素ガスが届かなかったと思われる。燃料タンク内圧を2.0[kg/cm2]として、水素ガス供給量を0.1[l/min]、0.2[l/min]、0.4[l/min]、0.6[l/min]と増加したが、昇温時間にあまり変化がなく、タンク内圧が2.0[kg/cm2]では、水素ガス供給量を増やしても、その溶解量に限界があるものと推測される。 When hydrogen gas is not injected into A heavy oil and burned by a conventional method, the temperature rise time is about 10:23 [min]. When hydrogen gas is supplied at 0.4 [l / min], when the pressure in the fuel tank is 0 (atmospheric pressure), it is about 10.20 [min], which is not very effective and the amount of dissolved hydrogen is insufficient. It seems that hydrogen gas did not reach the burner. The fuel tank internal pressure as 2.0 [kg / cm 2], the hydrogen gas supply amount 0.1 [l / min], 0.2 [l / min], 0.4 [l / min], 0.6 Although it increased to [l / min], the temperature rise time did not change much, and when the tank internal pressure was 2.0 [kg / cm 2 ], even if the hydrogen gas supply amount was increased, the amount of dissolution was limited. It is guessed.
タンク内圧を3.0[kg/cm2]として、水素ガス供給量を0.1[l/min]、0.2[l/min]、0.4[l/min]と増すと、0.2[l/min]で最も昇温時間が短縮され、0.4[l/min]ではむしろ昇温時間が長くなった。また、タンク内圧を4.0[kg/cm2]として、水素ガス供給量を0.2[l/min]とした場合、上記タンク内圧3.0[kg/cm2]での最もよい時間と略々同じ結果となった。 When the tank internal pressure is 3.0 [kg / cm 2 ] and the hydrogen gas supply amount is increased to 0.1 [l / min], 0.2 [l / min], 0.4 [l / min], 0 The heating time was shortened most at 0.2 [l / min], and the heating time was rather long at 0.4 [l / min]. When the tank internal pressure is 4.0 [kg / cm 2 ] and the hydrogen gas supply amount is 0.2 [l / min], the best time at the tank internal pressure of 3.0 [kg / cm 2 ] is obtained. And almost the same result.
従って、上述した本水素ガス溶解燃料による燃焼は、水素ガス供給量が0.2[l/min]付近で最良効率となり、該水素溶解量が0.2[l/min]となるためには、タンク内圧が3.0[kg/cm2]程度必要であることが考察される。 Therefore, the combustion with the hydrogen gas-dissolved fuel described above is the best efficiency when the hydrogen gas supply amount is around 0.2 [l / min], and the hydrogen dissolution amount is 0.2 [l / min]. it is considered the tank internal pressure is required extent 3.0 [kg / cm 2].
図4からみて、タンク内圧が2.5[kg/cm2]より大きければ、一応の実用上効果がある水素溶解量が得られ、水素量0.2[l/min]にあっては、内圧3[kg/cm2]も4[kg/cm2]も略々同じなので、タンク内圧が4.5[kg/cm2]より大きくても、水素溶解量がそれほど変わらず、むしろ耐圧容器を必要とする等のマイナス面がでるため、タンク内圧が2.5〜4.5[kg/cm2]であればよい。水素ガス供給量は、上記タンク内圧に依存するが、図4のM線部分での効果は実用上認められ、0.1〜0.4[l/min]であればよく、特に0.1〜0.3[l/min]、0.15〜0.3[l/min]が好ましい。 As can be seen from FIG. 4, if the tank internal pressure is larger than 2.5 [kg / cm 2 ], a practically effective hydrogen dissolution amount can be obtained. If the hydrogen amount is 0.2 [l / min], Since the internal pressures 3 [kg / cm 2 ] and 4 [kg / cm 2 ] are substantially the same, even if the tank internal pressure is larger than 4.5 [kg / cm 2 ], the hydrogen dissolution amount does not change so much, rather the pressure vessel Therefore, the tank internal pressure may be 2.5 to 4.5 [kg / cm 2 ]. The hydrogen gas supply amount depends on the tank internal pressure, but the effect at the M line portion in FIG. 4 is practically recognized and may be 0.1 to 0.4 [l / min], particularly 0.1. -0.3 [l / min] and 0.15-0.3 [l / min] are preferable.
1,11,13 燃料タンク
2 水素ガス供給装置(水素ボンベ)
3 水素溶解装置
10,10’ 循環管路
11 水素導入管
12 燃料冷却装置
25 バーナ
1, 1 1 , 1 3
3
Claims (5)
バーナでの連続燃料に用いられ、前記化石燃料に溶解された前記水素の燃焼に基づく火炎温度の上昇が、後続する燃料の燃焼にサイクリックに連続して影響する、
ことを特徴とする水素溶解燃料。 Comprising fossil fuel and hydrogen dissolved in the fossil fuel,
A rise in flame temperature based on the combustion of the hydrogen dissolved in the fossil fuel, which is used for continuous fuel in the burner, cyclically affects the subsequent combustion of the fuel;
A hydrogen-dissolved fuel characterized by that.
請求項1記載の水素溶解燃料。 The hydrogen gas is dissolved in a volume ratio of 1/10 to 1/5 with respect to the fossil fuel.
The hydrogen-dissolved fuel according to claim 1.
請求項1又は2記載の水素溶解燃料。 Hydrogen was dissolved in a supersaturated state in a fossil fuel by a hydrogen dissolving device that continuously mixes and dissolves hydrogen gas into fossil fuel.
The hydrogen-dissolved fuel according to claim 1 or 2.
前記循環管路に前記燃料タンク内の燃料を循環することにより、化石燃料に水素を過飽和状態で溶解した燃料を、フレッシュな状態で前記燃料タンクから前記バーナに供給してなる、
請求項3記載の水素溶解燃料。 A hydrogen introduction pipe for introducing hydrogen gas from a hydrogen gas supply device and the hydrogen dissolution apparatus are interposed in a circulation line through which the fuel from the fuel tank flows out and flows in again;
By circulating the fuel in the fuel tank to the circulation line, a fuel in which hydrogen is dissolved in a supersaturated state in a fossil fuel is supplied from the fuel tank to the burner in a fresh state.
The hydrogen-dissolved fuel according to claim 3.
請求項1ないし4のいずれか記載の水素溶解燃料。 The fuel in which the hydrogen is dissolved in the fossil fuel is put into a fuel tank whose internal pressure is maintained at 2.5 to 4.5 [kg / cm 2 ], and the fuel is burned with a capacity of 50 [l / h]. In contrast, hydrogen gas is supplied at a rate of 0.1 to 0.4 [l / min].
The hydrogen-dissolved fuel according to any one of claims 1 to 4.
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