JP2010112609A

JP2010112609A - 燃焼補助装置及び燃焼補助方法、並びにそれらを用いた加熱装置及び加熱方法

Info

Publication number: JP2010112609A
Application number: JP2008284550A
Authority: JP
Inventors: Hirokatsu Shimada; 宏勝嶋田; Yoshihiro Sugiyama; 良広杉山
Original assignee: AABAN KK
Current assignee: AABAN KK
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】本発明の目的は、燃焼の主たる化石燃料の噴霧と、水もしくは水溶性液体の噴霧とを炉内で行い、かつそれらの噴霧により高温の空間で混合させることにより、より簡易な構成で、効率的で汚染物質を軽減した燃焼的を行わせる技術を提供することである。
【解決手段】炉２８０に設けられた燃料用ノズル２５０から安定した流量で液体燃料を炉内に噴射して燃焼させているところに、水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を、補助用液体の時間当たりの流量が前記液体燃料よりも少ない安定した流量で、前記炉に設けられた液体用ノズル１５０から、炉内に先に噴射されている液体燃料と混合する領域に向けて、霧状に噴射することにより、炉内で空間的に霧状に混合させることで、小爆発を生じさせる構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、対象物（例えば、水）を加熱するために、化石燃料を効果的に燃焼させる燃焼補助装置、加熱装置並びにそれらの方法に関する。特に、油類等の液体燃料の効率的燃焼、及び燃焼に伴う汚染物質の削減できる燃焼技術に関する。なお、液体燃料には、化石燃料と言われる地質的な変成を受けた有機物を基にした燃料、或いは植物から生成される燃料等が含まれる。

今日、地球に優しい燃焼の要求されており、これに応えるべくボイラー等における燃焼において特許文献１に記載の技術による燃焼が提案されている。

特許文献１の技術は、化石燃料（例えば重油）に水及び乳化剤（例えばナフサ）を混合することによりエマルジョン燃料を生成する工程と、そのエマルジョン燃料と種火用化石燃料（例えば、重油）とをボイラー内で噴射燃焼させる工程とによる燃焼させることにより、効率化、及び汚染物質の削減化が、図れるという技術である。

一方で、特許文献２に示すようにエンジン等の燃料を永久磁石等で磁化処理して噴射し、燃焼させることで、燃焼後の汚染ガス等の発生を抑制する技術がある（特許文献２を参照）。

特開２００７−７８３０１号公報特公平４−７７１４５号公報

上記特許文献１の技術は、ボイラー内で噴霧されている重油（種火用化石燃料）に加えて、さらに重油（化石燃料）と水と乳化剤とを混合して（混合したものをエマルジョン燃料と言っている。）噴霧して、燃焼させる技術である。そして、その実施例によれば、種火用化石燃料の２ガロンに対して、エマルジョン燃料の化石燃料は８ガロンであるから、燃焼の主たる燃料は、エマルジョン燃料の化石燃料と認められる。

そして、エマルジョン燃料は、燃焼させる前に、重油と水を混合させる工程が不可欠である。その混合の工程では、もともと液体状態では混合しにくい重油と水を乳化剤を使用し、攪拌している。混合状態は、攪拌の仕方や温度等の周囲環境の影響も受けやすい。しかも、上記のように大量に使用する燃料の主たる重油を混合させることから、その工程管理は、大きな規模である。例えば、既に稼働している既存ボイラーに特許文献１の技術を付け加えて改善しようとすることは困難である。

本発明の目的は、燃焼の主たる化石燃料の噴霧と、水もしくは水溶性液体を含む補助用液体の噴霧とを炉内で行い、かつそれらの噴霧により高温の空間で混合させることにより、より簡易な構成で、効率的で汚染物質を軽減した燃焼的を行わせる技術を提供することである。例えば、既存の化石燃料によるボイラーに「水もしくは水溶性の液体の噴霧」を補助的に追加構成するだけで、効率化が図れる技術でもある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、炉に設けられた燃料用ノズルから液体燃料を前記炉内に噴射して燃焼させているときに、水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を、前記補助用液体の時間当たりの流量が前記液体燃料よりも少ない、かつ安定した流量で、前記炉に設けられた液体用ノズルから、前記炉内に先に噴射されている霧状の液体燃料と混合する領域に向けて、霧状に噴射することにより、前記炉内で空間的に混合させ小爆発を生じさせる構成とした。
請求項２に記載の発明は、炉に設けられた燃料用ノズルから液体燃料を時間当たり所定流量で噴射させて燃焼させる燃焼装置とともに用いられ、その燃焼を強化させる燃焼補助装置であって、水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を蓄える液体タンクと、前記補助用液体を、前記炉内で噴射されている前記液体燃料と混合する領域に向けて霧状に噴射するための液体用ノズルと、前記液体燃料の前記所定流量を示す情報、及び前記液体燃料を噴射するタイミング情報を受けて、前記液体燃料が噴射開始した後から続いて噴射が続いている期間に亘り、かつ前記液体燃料の前記所定流量より少ない、かつ安定した流量に調整して前記液体タンクの補助用液体を前記液体用ノズルへ送って前記炉内で霧状に噴射させる液体制御手段と、を備えた。
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記タイミング情報としては、前記燃焼装置が、前記燃料用ノズルを開に又は閉にすることにより、液体燃料を噴射し、又はその噴射を停止する情報が含まれており、前記液体制御手段は、前記液体燃料の噴射開始直後から所定時間遅れて、前記補助用液体の噴射を開始させ、前記前記液体燃料の噴射停止になる同時に、前記補助用液体の噴射停止を行わせる構成とした。
請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、内部空間に永久磁石を配列したケースを有し、前記液体タンクから前記液体用ノズルまでの経路のいずれかに配置され、前記内部空間に前記補助用液体を受け入れて、前記補助用液体を磁化処理して前記液体ノズル側へ送る液体用磁化処理手段を備えた。
請求項５に記載の発明は、炉に設けられた燃料用ノズルから液体燃料を時間当たり所定流量で噴射させて燃焼させる燃焼装置とともに用いられ、その燃焼を強化させる燃焼補助方法であって、予め、液体タンクに水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を蓄え、かつ前記炉内で噴射された前記液体燃料と混合する領域に向けて霧状に噴射するための液体用ノズルを設ける準備段階と、前記燃焼装置から前記液体燃料が噴射開始するタイミングを受けて、前記噴射開始より遅延したタイミングで、前記補助用液体を前記液体用ノズルへ送るのを開始するとともに、前記補助用液体を前記液体燃料の所定流量より少ない流量で、かつ安定した流量に調整して前記液体用ノズルへ送り噴射させる液体制御段階と、を備えた。
請求項６に記載の発明は、液体燃料を蓄える燃料タンクと、開又は閉にすることにより前記液体燃料の供給又は供給停止を行う燃料用弁と、前記燃料用弁からの液体燃料を、対象物に熱を与える炉に噴射する燃料用ノズルと、前記対象物の温度又は前記炉内の温度のいずれかを検出する温度センサーと、前記温度センサーが検知した温度が所望温度に達したときに前記燃料用弁を供給停止状態にし、前記所望温度より所定温度下がったときに前記燃料用弁を供給状態に制御するとともに、前記供給状態の前記液体燃料の前記燃料用ノズルへの流量を制御する燃焼制御手段と、を有する燃焼装置と、水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を蓄える液体タンクと、開又は閉にすることにより前記補助用液体の供給又は供給停止を行う液体用弁と、前記液体用弁からの前記補助用液体を、前記炉内に噴射されている前記液体燃料と混合する領域に向けて霧状に噴射するための液体用ノズルと、前記燃料用弁が供給状態になった直後から所定時間遅れて前記液体用弁を開にさせ前記燃料用弁が供給状態に維持されている期間に亘って供給状態を維持し、かつ前記液体燃料の前記燃料用ノズルへの流量より少ない、かつ安定した流量で、前記液体タンクの補助用液体を前記液体用ノズルへ送って前記炉内で霧状に噴射させ、前記燃料用弁が供給停止状態になると同時に前記液体用弁を閉にさせる液体制御手段と、を有する燃焼補助装置、とを備えた。
請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の発明において、前記補助用液体が前記液体用ノズルへ送られるときの時間当たりの流量を検知する液体流量センサーを備え、前記液体制御手段は、前記液体流量センサーが検知した流量と、前記燃焼ノズルへ送られる前記液体燃料の流量とを比較して、前記液体燃料の前記燃料用ノズルへの流量より少ない流量の補助用液体を前記液体用ノズルへ送る構成とした。
請求項８に記載の発明は、請求項６又は７に記載の発明において、内部空間に永久磁石を配列したケースを有し、前記液体タンクから前記液体用ノズルまでの経路のいずれかに配置され、前記内部空間に前記補助用液体を受け入れて、前記補助用液体を磁化処理して前記液体用ノズル側へ送る液体用磁化処理手段を備えた。
請求項９に記載の発明は、請求項６、７又は８に記載の発明において、内部空間に永久磁石を配列したケースを有し、前記燃料タンクから前記燃料用ノズルまでの経路のいずれかに配置され、前記内部空間に前記液体燃料を受け入れて、前記液体燃料を磁化処理して前記液体用ノズル側へ送る燃料用磁化処理手段を備えた。
請求項１０に記載の発明は、予め、燃料タンクに液体燃料を蓄えて前記液体燃料を燃料用弁を介して燃料用ノズルにより、液体タンクに水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を蓄えて前記補助用液体を液体用弁を介して液体用ノズルにより、それぞれ対象物を加熱するための炉内の互いに混合する領域へ霧状に噴射可能に用意される準備段階と、温度センサーが前記対象物の温度又は前記炉内の温度のいずれかを検知した温度が所定温度に比べ低いことを受けて、前記燃料用弁を開にするとともに前記液体燃料を所定流量に調整して前記燃料ノズルへ送り、前記液体燃料による燃焼を開始させる燃焼段階と、前記燃料用弁を開にしたタイミングを受けて、前記タイミングより所定期間遅れたタイミングで前記液体用弁を開にするとともに、前記補助用液体を前記液体燃料の所定流量より少ない流量に調整して前記液体用ノズルへ送り、霧状に噴射させる液体噴射段階と、前記液体噴射段階において前記温度センサーが検知した温度が予め設定されていた所望温度に達したことを受けて、前記燃料用弁及び前記液体用弁を閉にする燃焼停止段階と、を備えた。
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記燃焼段階で前記液体燃料を前記燃料用ノズルへ送る前に前記液体燃料、又は、前記液体噴射段階で前記補助用液体を前記液体用ノズルへ送る前に前記補助用液体、のいずれか一方もしくはそれらの双方を永久磁石アレイによる磁界を通すことにより磁化処理する構成とした。

請求項１〜３、５、６、７又は１０に記載の発明によれば、炉内において、主たる燃料の液体燃料と、水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体とを、空間的に混合し燃焼させることにより、燃焼の効率化、汚染物質の軽減が図れる。また、液体燃料で燃焼する既存の加熱装置に、水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を炉内で液体燃料と混合する領域へ噴射させる構成を追加すれば、効率化が図れる構成なので、容易な改良で済む。
請求項４、８、９、７又は１１に記載の発明によれば、エンジン等に用いられていた磁化処理装置を、例えば、ボイラー等の加熱装置の液体燃料、さらに補助用液体を磁化処理をするのに採用することによって、効率化、環境汚染物質の軽減を図れる。

本発明に係る燃焼補助装置及び燃焼補助装置を用いた加熱装置の実施形態を、図を用いて説明する。図１は、燃焼補助装置を用いた加熱装置の機能構成を示す図である。図２は、他の実施形態であって、磁化処理装置を含む加熱装置の機能構成を示す図である。図３は、燃焼のタイミングを説明するための図である。図４は、燃焼補助装置及び加熱装置の一連の動作の流れを示す図である。図５は、図１における実施形態の燃焼データを示す図である。図６は、磁化処理手段の試験データを示す図である。

本発明は、対象物体（例えば、水）を液体燃料で燃焼加熱するための加熱装置に、その燃焼、加熱を補助するのに用いられる。液体燃料を用いた加熱装置としては、多くの種類がある。例えば、風呂の湯や給湯等の湯沸かし用、乾燥用、温室用、火力発電用、その他、各種固形物の溶融用に用いられる。ここでは、一例として、図１により風呂の水を沸かす加熱装置として説明する。またこの発明における液体燃料としては化石燃料で液体状ものを言う。重油、軽油、灯油等が考えられるが、以下の説明では、重油を用いているとして説明する

図１は、大きく分けて、既存のボイラー等の構成に近い燃焼装置２００と、本発明の主体的な構成である燃焼補助装置１００とで構成される。図１において、燃焼補助装置１００は、液体タンク１１０、液量センサー１１１、報知器１１２、液体制御手段１２０、液体用弁１４０、及び液体用ノズル１５０で構成される。さらにその液体制御手段１２０は、液体用ポンプ１２１、液体流量制御手段１２２、弁制御手段１２３及び液体流量センサー１３０で構成される。燃焼装置２００は、燃料タンク２１０、燃料制御手段２２０、燃料用弁２４０、燃料用ノズル２５０、温度センサー２６０、炉２８０、点火手段２８０ａ、及び水タンク２９０を備える。その燃料制御手段２２０は、燃料用ポンプ２２１、燃料流量制御手段２２２、温度制御手段２２３、及び燃料流量センサー２３０で構成される。

以下の説明では、既存の設備に近い燃焼装置２００と、本発明における燃焼補助装置１００とに分けて説明するとともに、全体的な構成動作については燃焼補助装置１００で説明する。

[燃焼装置]
燃料タンク２１０の燃料（重油）は、燃料用ポンプ２２１で所定流量で燃料流量センサー２３０及び燃料用弁２４０を介して燃料用ノズル２５０から炉２８０内に所定流量で噴霧される。そのとき燃料制御手段２２０は、燃料タンク２１０の燃料を所望の流量でかつ安定な流量で燃料用ノズル２５０へ送るとともに、水タンク２９０の内の温度に応じて燃料用弁２４０を開閉制御して所望の温度にする。具体的には、燃料流量制御手段２２２は、燃料流量センサー２３０が検出した流量を受けて、その流量が予め設定されている所望の流量になるように燃料ポンプ２２１のモータを回転させる。その燃料の所望の流量とは、所望の温度にするために必要な火力を得るための流量であって、燃料用ノズル２５０から燃料が所望の細かさの霧状に噴霧できる流量である。なお、ここでは「流量」と言うが、これは単位時間当たりに供給できる量を示す。ここでは燃料の配管の径が一定であるから、流量は圧力で表現しても、流速で表現しても同一意味合いである。ボイラーの水タンク２９０には、その中の水の温度をセンシングする温度センサー２６０が備えられている。温度制御手段２２３は、予め或いは外部から設定された水の所望温度とその下限温度を記憶しておいて、温度センサー２６０が検出した水の温度を受けて、水の温度が下限温度以下になったときは燃料用弁２４０を開にして燃料用ノズル２５０から燃料を噴射させるとともに点火手段２８０ａで点火させて燃焼させ、水の温度が所望温度になるまで続けて燃焼させ、所望の温度になったときに燃料用弁２４０を閉にして燃焼を停止させる（図３参照）。その温度制御手段２２３が燃料用弁２４０を開、閉にするタイミングを燃料流量制御手段２２２に知らせ、特に、燃料用弁２４０が開の状態の燃料の流量を適正に制御させる。

上記の燃料ポンプ２２１は燃料タンク２１０から流れる燃料を受けて制御しているが、燃料ポンプ２２１の代わりに、燃料タンク２１０内の圧力を制御する加圧装置であっても良い。

また、上記の中で、燃料流量制御手段２２２と燃料流量センサー２３０と燃料ポンプ２２１とで構成されるループ動作は、安定に適正な流量の燃料を燃料用ノズル２５０へ送るためのものであり、安定さの程度によっては必ずしも必要なものではない。少なくとも流量を安定に設定でできる技術があれば良い。

［燃焼補助装置］
燃焼補助装置１００は、燃料用ノズル２５０から霧状に噴射し燃焼している燃料（例えば重油）に、液体用ノズル１５０から液体タンク１１０に蓄えた水又は水溶性液体を含む補助用液体（以下、纏めて「水溶性液体」と言うことがある。）を霧状に噴射して、小爆発を起こさせて、燃焼の効率化を図る。また、汚染物質の軽減を図る。

そのため、液体用ノズル１５０は、水溶性液体を、燃料用ノズル２５０から燃料が霧状に噴射されている領域と同じ領域へ噴射させることにより、水溶性液体と燃料と空間領域で霧状に混合させる。しかも、燃焼している高温の空間領域で混合させる。そのため、液体用ノズル１５０と燃料用ノズル２５０とは、同一の空間領域へ噴射する方向及び位置に設定される。図１では短い距離を置いて並列に配置しているが、互いに対極する位置であっても、噴射方向が同一の空間領域で在ればよい。また、ノズルの直前で燃料と水溶性液体とを同一配管に結合させた上での一つのノズルから噴射させても良い。なぜなら、水溶性液体と燃料（油）とは、同一配管で輸送しても混合されることは少なく、実質的には空間で霧状に噴射されたところで混合されるからである。また、同一ノズルであれば位置及び方向の設定は当然に同一であるから便利である。

液体タンク１１０に蓄える水又は水溶性液体を含む液体としては、水（Ｈ_２Ｏ）でも良いし、重水素を含む水溶性の液体でも良い。好ましくは、ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（Ｃ２Ｈ６Ｏ２）水溶液がある。

次に原理的な説明をする。燃料用ノズル２５０から霧状に噴射し燃焼させて略７００度ぐらいの温度で燃焼している燃料（重油）に、液体用ノズル１５０から噴霧された水（ここでは、補助用液体、つまり水溶性液体を水として説明）の細かい霧状の粒子が略７００度の高温に触れて、瞬時的に水性ガス反応により気化し、体積が５００から１０００倍ぐらいまで膨張する微少爆発（燃焼反応及び発熱反応）を起こす。さらに、微少爆発反応により噴霧されている燃料液滴が一層細分化されて周囲の酸素や水素との接触面積が拡大し、燃焼反応を促進させる。つまり、炉２８０内の高温雰囲気の中で著しく細分化される、微粒子化される、ことにより、重油と水が気化した酸素Ｏや水素Ｈとの混合が良くなり、爆発的燃焼が起き、炎の付近の温度が略８００〜８５０度以上に上昇する。上記説明の中で気化した酸素は、燃焼用に寄与し、気化した水素Ｈは小爆発に寄与する。炭素成分が可燃性ＣＯになりさらに可燃性ＣＯ２ガスになるが高温の中で燃焼反応により燃焼され、排出されるガスとしてのＣＯ２は少なくなる。

このように特許文献１のエマルジョン燃料は液体状態で水と重油を攪拌、混合していたが、本発明では、そのような処置をすることなく、空間的に噴射混合することで、小爆発を起こさせている。

なお、ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（Ｃ２Ｈ６Ｏ２）は、水溶性であり、融点―１２．６度、沸点１９７．８５度で、通常、エンジン冷却用不凍液として用いられることが多い。このように、ＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（Ｃ２Ｈ６Ｏ２）は、燃料用ではないが、酸素、炭素、水素等の成分が多いので、気化時に多くの可燃性の炭酸ガスＣＯ_２や、酸素Ｏ_２や水素Ｈ_２成分が発生、これらが高温の中でさらに連鎖的な爆発に寄与するのにより適している。またＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（Ｃ２Ｈ６Ｏ２）は、既存の市販の液体であり、改めて製品化する施設も不要なので、便利である。

以下、爆発、水蒸気爆発と言うことがあるが、これは、上記原理の如何に関わらず、噴射され燃焼している燃料に霧状の水溶性液体を噴射したときに、これらの混合に起因して燃焼している炎の温度が上昇することを言うものとする。

次に、図１で、具体的構成を説明する。液量センサー１１１は、液体タンク１１０内の水溶性液体の液量をセンシングし、予め定めた適正な液量を下回った場合に、その旨を示すアラームを報知器１１２を介して作業者に報知する。報知器１１２はスピーカであっても良いし、作業者の携帯電話へ通知する手段であっても良い。

液体制御手段１２０は、液体タンク１１０の水溶性液体を燃料より少ない所望の流量でかつ安定な流量で液体用ノズル１５０へ送るとともに、燃料制御手段２２０から燃料用弁２４０を開、閉にするタイミングを受けて液体用弁１４０を開閉制御する。液体制御手段１２０の弁制御手段１２３は、液量センサー１１１が適正な液量を検出している間であって、燃料制御手段２２０が燃料用弁２４０を開にしている間、液体用弁１４０を開にする。液量センサー１１１が適正な液量を下回ったことを検出した場合は、燃料制御手段２２０が燃料用弁２４０を開にしている間であっても、液体用弁１４０を閉にする。弁制御手段１２３は、燃料制御手段２２０が燃料用弁２４０を制御するときの開、閉を示すタイミング情報を受けており、燃料制御手段２２０が燃料用弁２４０を閉にしている間は必ず、液体用弁１４０を閉にする。このときは液量センサー１１１が適正な液量を検出しているかどうかに関係無く閉にする。燃料用弁２４０が閉のときは、燃料が炉２８０内で燃焼していない期間であるから、水溶性液体も噴射しない。

なお、燃料制御手段２２０が、燃料用弁２４０を閉から開にしたとき、つまり、燃料の噴射停止状態から噴射開始状態にしたときは、そのタイミングを受けた弁制御手段１２３は、開始のタイミングを所定時間遅らせた後に液体用弁１４０を開にする。つまり、炉２８０内において、液体燃料が噴射され燃焼開始してから所定時間だけ遅延して、水溶性液体を噴射する。噴射停止状態から燃料より先に、或いは同時に、水溶性液体を噴射して、点火に失敗する恐れがあるので、それを防止するためである。この遅延の所定時間は１秒から３０秒位の間であって、効率的には早いほうが良い。なお、燃料用弁２４０を開から閉にしたときは時間時間遅れをできるだけ少なくしてほぼ同時に液体用弁１４０を閉にする。

液体流量制御手段１２２は、弁制御手段１２３が液体用弁１４０を開にして、水溶性液体を噴射している間は、少なくとも液体流量センサー１３０から水溶性液体の流量を検出した結果を受けて、その流量が予め設定された流量に一定になるように（安定になるように）液体用ポンプ１２１を制御して、液体タンク１１０から液体用弁１４０へ流れる水溶性液体の流量を調整する。このときの、「予め設定された流量」とは、燃料流量制御手段２２２が制御して燃料タンク２１０から燃料用弁２４０に送られる燃料の流量より少ない流量である。燃料流量制御手段２２２に設定される燃料の流量、液体流量制御手段１２２に設定される水溶性液体の流量ともに、手動で設定されていても良いし、液体流量制御手段１２２に設定される水溶性液体の流量は、燃料流量制御手段２２２に設定される燃料の流量を受けて、自動的に其れより少ない値に設定するようにしても良い。燃料の流量に対する水溶性液体の流量は、ほぼ１０％から３０％の間が望ましい。

このように、流体流量制御手段１２２で流量が制御された水溶性液体が液体用ノズル１５０から噴射されるときの定量的なデータとしては、流量は、圧力で換算して０．１Ｍパスカルから１Ｍパスカル、液体用ノズル１５０から噴射される水溶性液体の霧状の粒子の大きさは、１ミクロン〜１００ミクロンである。絶対的な流量は、圧力のみでなく配管の径にもよるが、基本的には水溶性液体の霧状の粒子の大きさが１００ミクロン以下になるような時間当たりの流量で、かつ上記のように燃料の流量に対して１０〜３０％にすることが好ましい。水溶性液体の霧状の粒子の大きさが１００ミクロン以下というのは、上記したように、燃料用ノズル２５０から出力される液体燃料と空間的に適切に混合するうえで好ましい大きさである。

次に、図３を用いて、図１の実施形態（図２の実施形態でも同じ）における加熱制御に絞って説明する。図３の所望温度、下限温度は、温度制御手段２２３に設定されているものとする。加熱開始の時刻ｔ０で温度制御手段２２３は温度センサー２６０が検出した水タンク２９０内の温度が下限温度より低いので燃料用弁２４０を開にして、燃料を燃料用ノズル２５０から噴射して点火、燃焼させる（時刻ｔ０）。燃料用弁２４０を開にした信号を受けた弁制御手段１２３は時刻ｔ０から時間τだけ経過した時刻ｔ１に液体用弁１４０を開き水溶性液体を液体用ノズル１５０から噴射さて、炉２８０内で小曝発を起こさせ燃焼を促進させる。このことにより、燃料だけの燃焼では、図３の点線で示す傾斜（時刻ｔ０からｔ１までの傾斜の延長）で加熱されていくが、時刻ｔ１における水溶性液体による燃焼促進により図３の実線のような傾斜で加熱される。つまり、時刻ｔ１前後における燃料の流量は同じで図３における実線と点線の温度上昇カーブの差が出ることは、それだけ効率があがることを意味する。

加熱が進んで温度センサー２６０が所望温度を検出した時刻ｔ２に温度制御手段２２３は燃料用弁２４０を閉にし、それを受けて、ほぼ同時に弁制御手段１２３は液体用弁１４０を閉にし、燃焼を停止する。時間が経過し温度センサー２６０が検出する水タンク２９０内の温度が下がり、温度センサー２６０が下限温度に達した時刻ｔ３において、時刻ｔ０と同様に、再び温度制御手段２２３が燃料用弁２４０を開にして燃料を噴射させ点火、燃焼させる。それから時間τだけ経過した時刻ｔ４に、弁制御手段１２３は、液体用弁１４０を開き水溶性液体を液体溶ノズルから噴射さて、炉２８０内で小曝発を起こさせ燃焼を促進させる。以降は、時刻ｔ５には時刻ｔ２のときと同じ動作を、時刻ｔ６には時刻ｔ３のときと同じ動作を、時刻ｔ７には時刻ｔ４のときと同じ動作を、繰り返すことにより、水タンク２９０内の温度範囲をほぼ下限温度からほぼ所望温度の範囲になるように制御する。

図５に、水溶性液体としてＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（Ｃ２Ｈ６Ｏ２）水溶液を用い、図１のような構成で試験した試験結果を示す。図５（Ａ）は、ホテルの風呂についてその利用者が少ない時間帯（つまり利用者の出入りによる温度変化の少ない安定な時間帯）に日を変えて、燃焼補助装置１００を用いて燃焼した場合と、用いないで燃料のみによる燃焼の試験をした。燃焼モードが１，２とあるが燃料の単位時間当たりの供給量（上記説明の流量に相当）を切替可能にされている。ただし。各モードで供給量は安定に一定にし、風呂の水の温度が所望の温度に達するまでの燃焼時間、つまり燃料を供給した時間を調べた。燃焼補助装置１００を用いて燃焼した試験日の気温（１９度）が、用いないで燃焼したときの気温（２２度）より低いにも拘わらず、燃料の供給量が少なくて済む結果が得られた。それを図５（Ｂ）に示す。図５（Ｂ）は、図５（Ａ）の試験結果のうち項番ａ，ｄ（ｄは、試験結果の中の項番ｂ、ｃの平均値）の結果を基に、１ｓ（単位時間）時間当たりの燃料使用量を計算したものである。その結果は、燃焼補助装置１００を用いた場合が、用いない場合に比べ略２３％少ない。つまり効率的である。

図５（ｃ）には、第三者の分析センターで、燃焼補助装置１００を用いた燃焼の場合と、用いない燃焼の場合でのガス等の発生成分を調べてもらった結果である。これも、所望の温度に達するまでの燃焼で調べた結果である。それによると燃焼補助装置１００を用いた燃焼の場合が、用いない燃焼の場合に比べ、汚染物質であるＮＯｘ成分、ＣＯ_２成分が少なく、有用成分のＯ_２成分が多くなった結果がでた。

「他の実施形態」
図２は、図１に対する他の実施形態で、図１の実施形態に対して、液体用弁１４０の前に磁化処理手段１６０を追加して水溶性液体を磁化処理した上で液体用弁１４０を介して液体用ノズル１５０から噴射させ、かつ燃料用弁２４０の前に磁化処理手段２７０を追加して燃料を磁化処理した上で燃料用弁２４０を介して燃料用ノズル２５０から噴射させている。また、図２では、図１の液体流量センサー１３０に代えて圧力センサ１３０ａを、燃料流量センサー２３０に代えて圧力センサ２３０ａを用いている。

図２における磁化処理手段１６０及び磁化処理手段２７０は同じものが使用でき、技術的には特許文献２：公平４−７７１４５号公報のものと同じ技術が採用できる。つまり、複数の永久磁石をＮ極・Ｓ極、Ｓ極・Ｎ極、Ｎ極・Ｓ極と言うように同一極が対抗するように並列に配列（永久磁石のアレイ）した空間を燃料（水溶性液体）を通過させることで磁化処理する技術である。製品として、株式会社三ツ葉から「ＭＡＧＭ２１」（登録商標）で販売されているエンジン用の燃料改質装置が使用できる。なお、公平４−７７１４５号公報によれば、油類の燃費改善、排気黒鉛の軽減、排気刺激臭の軽減に寄与することが説明されており、これは、燃料側に設けた磁化処理手段２７０の効果に貢献する。

また、水の粒子１つの大きさが２２から２５クラスターであったものが、水をＭＡＧＭ２１により磁界（６０００ガウス以上）を通過させることにより、１５から２０クラスターにより細粒化できる。これは霧状の噴霧時の水の粒径の細分化に寄与する。水だけでは粒子の大きさを安定に維持すること困難であるが炭素成分を加えるとより、安定化する。そこで、炭素成分としてＨＯＣＨ２ＣＨ２ＯＨ（Ｃ２Ｈ６Ｏ２）を水に含ませておくと効果的である。

一方で、この「ＭＡＧＭ２１」により磁化処理した場合における水における溶存酸素について、第三者の分析センターで分析して得られた結果を図６に示す。図６で、磁化エアーによる曝気は、ＭＡＧＭ２１によるものではなく、他の方法で水を磁界（磁化エアー）に曝したものである。この図６からすると、磁化エアーによる曝気の効果とＭＡＧＭ２１による曝気の効果は同じであって溶存酸素がほぼ１１ｍｇ／Ｌなのに対して、水を磁界に曝気していない場合は、６．９〜８．９ｍｇ／Ｌである。つまり、ＭＡＧＭ２１の使用により、約１６〜１２％程度、酸素成分が増えている。したがって、磁化処理手段１６０を設け、水溶性液体にＭＡＧＭ２１により磁化処理して噴射させることにより、酸素の多い水溶性液体を霧状に噴射することになるので、その酸素により，より燃焼効率を上げることができる。

磁化処理手段１６０、２７０は、図２のように液体用弁１４０、燃料用弁２４０の直前に配置してあるが、それぞれ、液体タンク１１０から液体用弁１４０の間に、燃料タンク２１０から燃料用弁２４０の間に、あればよい。磁化処理手段１６０、２７０で流量が不安定になる恐れがある場合は、それぞれ液体流量センサー１３０、燃料流量センサー２３０の位置より、液体タンク１１０側、燃料タンク２１０側の位置に配置することが好ましい。

図１，図２で、液体流量制御手段１２２、弁制御手段１２３、燃料流量制御手段２２２、温度制御手段２２３は、上記説明した機能を記載したプログラムを実行する１又は複数のＣＰＵで構成することができる。

次に図５を基に図１又は図２の実施形態の全体の一連の動作を説明する。一部上記説明と重なることがある。図５の中で、ステップＳ０１からＳ０６までは、いわば準備段階であり、ステップＳ１から以降が実際的な動作である。

ステップＳ０１：予め化石燃料である重油を液体燃料として燃料タンク２１０に蓄える。ステップＳ０２：予め燃料流量制御手段２２２に単位時間当たりの流量を設定する。
複数の流量をスイッチで選択することで設定できるようにしておくと便利である。
ステップＳ０３、０４、０５：予め液体タンク１１０に水溶性液体を蓄えておく（ステップＳ０３）。或いは液量センサー１１１が液量が適切であるか判断して（ステップＳ０４）不適切であるとして、報知器１１２でアラームが報知（ステップＳ０５）されているかを操作者が確認して、アラームが報知されていれば、水溶性液体の液量を補う。液量センサー１１１が、液量が不適切であると判断したときに弁制御手段１２３は液体用弁１４０を閉にしている。液量が適切であると判断したときに弁制御手段１２３は液体用弁１４０を開にする（但し、まだ加熱開始の指示が出ていないので温度制御手段２２３から開にする指示がでないので、閉になっている。）。

なお、液量センサー１１１及び報知器１１２は、以下の各ステップとは関係なく独自に常に動作している。また弁制御手段１２３は、液量センサー１１１が水溶性液体の液量が不適切と判定したときは、下記各ステップの動作に関係なく液体用弁１４０を閉にする。この場合は、燃料だけで加熱されることになる。つまり、燃料だけによる通常の燃焼、加熱の状態である。

ステップＳ０６：予め液体流量制御手段１２２に液体燃料の時間当たりの流量を燃料の流量より小さい値に設定しておく。ステップＳ０２で温度制御手段２２３に設定された燃料の流量の設定を受けて自動的に少ない値に設定しても良い。

ステップＳ０：加熱開始指示が燃料制御手段２２０の温度制御手段２２３に設定される。ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３：温度制御手段２２３は、温度センサー２６０の検出結果を受けて、検出結果が予め設定されている温度の下限温度であるかどうか判定し、越えていれば燃料用弁２４０を閉にしたまま燃焼させない（ステップＳ１）。検出結果が予め設定されている温度の下限温度以下であれば、燃料用弁２４０を開にし（ステップＳ２）、燃料タンク２１０からの燃料を噴射させる（ステップＳ３）。その後、点火手段２８０ａに点火させて、燃焼を開始させる。

ステップＳ４、Ｓ５：燃料流量制御手段２２２は、燃料流量センサー２３０が検出した流量とステップＳ０２で予め設定されている流量とを比較して（ステップＳ４）、一致していればそのまま燃料の流量を調整することなく噴射させるが、一致していない（不適切な）場合は、一致するように燃料用ポンプ２２１を制御して調整させて（ステップＳ５）、安定な流量で燃料を燃料用弁２４０を介して噴射させる。
ステップＳ６：磁化処理手段２７０を備えているときは、燃料を磁化処理した上で燃料用弁２４０を介して噴射させる。

ステップＳ７、８、９：弁制御手段１２３は、液量センサー１１１が液量を適正と判断しているときに、温度制御手段２２３から燃料用弁を開にする指示を受けて、そのときから所定時間τだけ遅らせて（ステップＳ７）、液体用弁１４０を開にし（ステップＳ８）、液体タンク１１０からの水溶性液体を液体用ノズル１５０を介して炉２８０内の燃料がされている空間領域に噴射させる（ステップＳ９）。

ステップＳ１０、Ｓ１１：液体流量制御手段１２２は、液体流量センサー１３０が検出した流量とステップＳ０６で予め設定されている流量とを比較して（ステップＳ１０）、一致していればそのまま水溶性液体の流量を調整することなく噴射させるが、一致していない場合は、一致するように液体用ポンプ１２１を制御して調整させて（ステップＳ１１）、安定な流量の水溶性液体を液体用弁１４０を介して噴射させる。

ステップＳ１２：磁化処理手段１６０を備えているときは、水溶性液体を磁化処理した上で液体用弁１４０を介して噴射させる。
ステップＳ１３、１４：安定な流量で霧状に噴射されている燃料と水溶性液体は炉２８０内のほぼ同じ空間領域で混合され（ステップＳ１３）、小爆発的に燃焼されて水タンク２９０内の水を加熱する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１５：温度制御手段２２３は、温度センサー２６０が検出した水タンク内の水の温度が、予め設定されている所望の温度（上限の温度）か否かを判定し（ステップＳ１５）、以下であれば、そのままの燃焼の状態を維持して加熱を続けさせる。

ステップＳ１６：温度制御手段２２３は、温度センサー２６０が検出した水タンク内の水の温度が、予め設定されている所望の温度（上限の温度）に達した場合は、燃料用弁２４０を閉にして、燃焼を停止させる。同時に、弁制御手段１２３は、液体用弁１４０を閉にして、水溶性液体の噴射を停止させる。そして、温度制御手段２２３は、再びステップＳ１の状態で待ち受け、温度センサー２６０が検出した温度が下限温度に達したときに上記各ステップの動作を開始させる。以下、加熱停止指示があるまで繰り返す。

燃焼補助装置を用いた加熱装置の機能構成を示す図である。他の実施形態であって、磁化処理装置を含む加熱装置の機能構成を示す図である。燃焼のタイミングを説明するための図である。燃焼補助装置及び加熱装置の一連の動作の流れを示す図である。図１における実施形態の燃焼データを示す図である。磁化処理手段の試験データを示す図である。

符号の説明

１００燃焼補助装置、１１０液体タンク、１１１液量センサー、
１１２報知器、１２０液体制御手段、１２１液体用ポンプ、
１２２液体流量制御手段、１２３弁制御手段、１３０液体流量センサー、
１４０液体用弁、１５０液体用ノズル、１６０磁化処理手段、
２００燃焼装置、２１０燃料タンク、２２０燃料制御手段、
２２１燃料用ポンプ、２２２燃料流量制御手段、２２３温度制御手段、
２３０燃料流量センサー、２４０燃料用弁、２５０燃料用ノズル、
２６０温度センサー、２７０磁化処理手段、２８０炉、２８０ａ点火手段、
２９０水タンク

Claims

炉に設けられた燃料用ノズルから液体燃料を前記炉内に噴射して燃焼させているときに、水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を、前記補助用液体の時間当たりの流量が前記液体燃料よりも少ない、かつ安定した流量で、前記炉に設けられた液体用ノズルから、前記炉内に先に噴射されている霧状の液体燃料と混合する領域に向けて、霧状に噴射することにより、前記炉内で空間的に混合させ小爆発を生じさせる燃焼補助装置。
炉に設けられた燃料用ノズルから液体燃料を時間当たり所定流量で噴射させて燃焼させる燃焼装置とともに用いられ、その燃焼を強化させる燃焼補助装置であって、
水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を蓄える液体タンクと、前記補助用液体を、前記炉内で噴射されている前記液体燃料と混合する領域に向けて霧状に噴射するための液体用ノズルと、前記液体燃料の前記所定流量を示す情報、及び前記液体燃料を噴射するタイミング情報を受けて、前記液体燃料が噴射開始した後から続いて噴射が続いている期間に亘り、かつ前記液体燃料の前記所定流量より少ない、かつ安定した流量に調整して前記液体タンクの補助用液体を前記液体用ノズルへ送って前記炉内で霧状に噴射させる液体制御手段と、を備えたことを特徴とする燃焼補助装置。
前記タイミング情報としては、前記燃焼装置が、前記燃料用ノズルを開に又は閉にすることにより、液体燃料を噴射し、又はその噴射を停止する情報が含まれており、
前記液体制御手段は、前記液体燃料の噴射開始直後から所定時間遅れて、前記補助用液体の噴射を開始させ、前記前記液体燃料の噴射停止になる同時に、前記補助用液体の噴射停止を行わせることを特徴とする請求項２に記載の燃焼補助装置。
内部空間に永久磁石を配列したケースを有し、前記液体タンクから前記液体用ノズルまでの経路のいずれかに配置され、前記内部空間に前記補助用液体を受け入れて、前記補助用液体を磁化処理して前記液体ノズル側へ送る液体用磁化処理手段を備えた、請求項２又は３に記載の燃焼補助装置。
炉に設けられた燃料用ノズルから液体燃料を時間当たり所定流量で噴射させて燃焼させる燃焼装置とともに用いられ、その燃焼を強化させる燃焼補助方法であって、
予め、液体タンクに水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を蓄え、かつ前記炉内で噴射された前記液体燃料と混合する領域に向けて霧状に噴射するための液体用ノズルを設ける準備段階と、
前記燃焼装置から前記液体燃料が噴射開始するタイミングを受けて、前記噴射開始より遅延したタイミングで、前記補助用液体を前記液体用ノズルへ送るのを開始するとともに、前記補助用液体を前記液体燃料の所定流量より少ない流量で、かつ安定した流量に調整して前記液体用ノズルへ送り噴射させる液体制御段階と、を備えた燃焼補助方法。
液体燃料を蓄える燃料タンクと、開又は閉にすることにより前記液体燃料の供給又は供給停止を行う燃料用弁と、前記燃料用弁からの液体燃料を、対象物に熱を与える炉に噴射する燃料用ノズルと、前記対象物の温度又は前記炉内の温度のいずれかを検出する温度センサーと、前記温度センサーが検知した温度が所望温度に達したときに前記燃料用弁を供給停止状態にし、前記所望温度より所定温度下がったときに前記燃料用弁を供給状態に制御するとともに、前記供給状態の前記液体燃料の前記燃料用ノズルへの流量を制御する燃焼制御手段と、を有する燃焼装置と、
水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を蓄える液体タンクと、開又は閉にすることにより前記補助用液体の供給又は供給停止を行う液体用弁と、前記液体用弁からの前記補助用液体を、前記炉内に噴射されている前記液体燃料と混合する領域に向けて霧状に噴射するための液体用ノズルと、前記燃料用弁が供給状態になった直後から所定時間遅れて前記液体用弁を開にさせ前記燃料用弁が供給状態に維持されている期間に亘って供給状態を維持し、かつ前記液体燃料の前記燃料用ノズルへの流量より少ない、かつ安定した流量で、前記液体タンクの補助用液体を前記液体用ノズルへ送って前記炉内で霧状に噴射させ、前記燃料用弁が供給停止状態になると同時に前記液体用弁を閉にさせる液体制御手段と、を有する燃焼補助装置、とを備えたことを特徴とする加熱装置。
前記補助用液体が前記液体用ノズルへ送られるときの時間当たりの流量を検知する液体流量センサーを備え、前記液体制御手段は、前記液体流量センサーが検知した流量と、前記燃焼ノズルへ送られる前記液体燃料の流量とを比較して、
前記液体燃料の前記燃料用ノズルへの流量より少ない流量の補助用液体を前記液体用ノズルへ送ることを特徴とする請求項６に記載の加熱装置。
内部空間に永久磁石を配列したケースを有し、前記液体タンクから前記液体用ノズルまでの経路のいずれかに配置され、前記内部空間に前記補助用液体を受け入れて、前記補助用液体を磁化処理して前記液体用ノズル側へ送る液体用磁化処理手段を備えた請求項６又は７に記載の加熱装置。
内部空間に永久磁石を配列したケースを有し、前記燃料タンクから前記燃料用ノズルまでの経路のいずれかに配置され、前記内部空間に前記液体燃料を受け入れて、前記液体燃料を磁化処理して前記液体用ノズル側へ送る燃料用磁化処理手段を備えた請求項６、７又は８に記載の加熱装置。
予め、燃料タンクに液体燃料を蓄えて前記液体燃料を燃料用弁を介して燃料用ノズルにより、液体タンクに水もしくは水溶性の液体を含む補助用液体を蓄えて前記補助用液体を液体用弁を介して液体用ノズルにより、それぞれ対象物を加熱するための炉内の互いに混合する領域へ霧状に噴射可能に用意される準備段階と、
温度センサーが前記対象物の温度又は前記炉内の温度のいずれかを検知した温度が所定温度に比べ低いことを受けて、前記燃料用弁を開にするとともに前記液体燃料を所定流量に調整して前記燃料ノズルへ送り、前記液体燃料による燃焼を開始させる燃焼段階と、
前記燃料用弁を開にしたタイミングを受けて、前記タイミングより所定期間遅れたタイミングで前記液体用弁を開にするとともに、前記補助用液体を前記液体燃料の所定流量より少ない流量に調整して前記液体用ノズルへ送り、霧状に噴射させる液体噴射段階と、
前記液体噴射段階において前記温度センサーが検知した温度が予め設定されていた所望温度に達したことを受けて、前記燃料用弁及び前記液体用弁を閉にする燃焼停止段階と、を備えたことを特徴とする加熱方法。
前記燃焼段階で前記液体燃料を前記燃料用ノズルへ送る前に前記液体燃料、又は、前記液体噴射段階で前記補助用液体を前記液体用ノズルへ送る前に前記補助用液体、のいずれか一方もしくはそれらの双方を永久磁石アレイによる磁界を通すことにより磁化処理することを特徴とする請求項１０に記載の加熱方法。