JP2012531572A - プラズマを利用したバーナー - Google Patents

Abstract

本発明はプラズマを利用したバーナーに関し、水と産業廃油を適正比率で混合した混合燃料を使用するプラズマを利用したバーナーに関し、燃焼筒を陽極部（＋）にし、その一側に設置した棒体を陰極部（−）にして、直流電気供給部から直流電気が供給され、またスチーム発生器のスチーム供給管を一緒に設置してスチーム供給管から高温スチームを一緒に噴出するようにするプラズマトーチ部を燃焼筒に結合構成して、高温スチームプラズマトーチの火炎生成で燃焼室には８００℃以上の高温プラズマ火炎が燃焼筒の内壁を加熱するようにし、燃焼筒に外部内にコイル状に巻いて設置した混合燃料供給パイプを高熱で予熱するように結合構成するので、混合燃料供給パイプ内の混合燃料は高圧ポンプで５０気圧以上で高圧供給する。そして、混合燃料の中の水は水素と酸素に分解され、廃油は炭素成分に分解されて、ノズルを通す時は高熱噴射、噴霧されて、混合燃料燃焼を効果的に完全燃焼することができ、また必要によって直流電気供給部の直流電気供給でプラズマトーチ部を稼動させて燃焼筒の燃焼室の温度を調節するようにして円滑なバーナー使用を可能にした発明である。
【選択図】図１

Description

本発明はプラズマを利用したバーナーに関し、さらに詳しくは、水と産業廃油を適正比率で混合してなる混合燃料を燃焼燃料にしてボイラーなどを低価で加熱利用することができるようにするためのものである。

本発明は上記の混合燃料をノズルで噴射燃焼するようにした燃焼筒を陽極部（＋）にし、その一側に設置した棒体を陰極部（−）にして直流電気（電流）供給部の直流電気（電流）が供給され、スチーム供給管を一緒に設置してスチーム供給管から高温スチームプラズマトーチ（ｐｌａｓｍａ ｔｏｒｃｈ）の火炎生成で燃焼室には８００℃以上の高温プラズマ火炎が燃焼筒の内壁を加熱して燃焼筒にコイル状に巻いて設置した混合燃料供給パイプを予熱または加熱するようにし、混合燃料供給パイプのノズルが点火して高圧ポンプで５０気圧以上の高圧で燃料を供給するようにすることで高気圧と温度８００℃以上の高温によって燃焼筒の燃焼室でノズルを通じて噴射燃焼をより効果的に完全燃焼することができ、必要によってはプラズマトーチ部を混用するようにすることで継続的な安全燃焼することができ、低価で利用することができるプラズマを利用したバーナーを提供する。

一般に、ボイラーなどに燃焼使用されるオイルバーナーは高価な燃料油を使ってノズルで燃料噴霧、噴射燃焼するようにするため、ボイラーの高価利用をもたらし、経済的負担が非常に大きい欠陥があった。

従って、産業廃油を燃料として使おうとしているが、その産業廃油の量が制限されて使用量に限界があり、また、廃油には各種汚染物質が含有されていることから、高熱燃焼でないと不完全燃焼で有害毒ガスの発生によって大気を汚染させるので、その有害ガスを処理するために、高温熱分解処理段階が別途に必要となり、ここに酸素（Ｏ_２）水素（Ｈ）とＯＨ基に分解する混合室に注入して、廃油中の悪性汚染物質をフッ化水素（ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｆｌｕｏｒｉｄｅ）、塩化水素二酸化炭素（ＣＯ_２）などで安定化処理することもできるが、このような悪性汚染物質の分解処理装置は追加的施設費用及び運転費用などの高価費用が必要となるため使用が困難であるという問題点がある。

その他にも、水と廃油を適正比率で混合して水と廃油の混合燃料をノズルで、燃焼室で燃料噴霧、噴射燃焼するようにし、混合燃料がノズルで噴射燃焼の燃焼效率を高めるための手段として混合燃料供給管をコイル状に長く別の予熱室内に設置させてノズルで燃料噴霧、噴射と燃焼効率を高めるようにしたのも既に公知された技術構成である。これは別途の予熱室の温度を高める加熱装置のみではコイル状の混合燃料供給管を適正温度まで（８００℃以上）高めることができないのでノズルによる混合燃料の噴射燃焼状態が円滑でなくて、言わば不完全燃焼でボイラー効率を高めることができないという問題点があった。

本発明は、上記のような従来の問題点を解消し、水と廃油の混合燃料をより効果的に点火燃焼及び完全燃焼させることができるようにすることを目的とする。

本発明は上記の混合燃料が燃焼筒の燃焼室でノズルを通じて噴霧、噴射燃焼する前に燃焼筒にコイル状態に巻いて設置した混合燃料供給パイプを加熱させるようにする構成にして、高圧ポンプで５０気圧以上の高圧で供給することで燃焼室で高熱燃焼が行われ、燃焼室内の燃焼熱が燃焼筒の内壁で受熱されるので、混合燃料供給パイプを継続的に加熱させて、燃焼室での混合燃料が完全燃焼することができるようにし、また燃焼筒には直流電気供給部の陽極（＋）を通電する陽極部に構成し、その一側には陰極（−）を通電する棒体を陰極部に設置構成して、直流電気供給部から直流電気が供給されるようにし、またその間にはスチーム発生器から高温スチームが供給されるようにしたスチーム供給管を結合設置して、燃焼筒内の燃焼室に高温スチームプラズマトーチの火炎生成が行われて、混合燃料の適正燃焼温度である８００℃以上の高熱で燃焼室内部を予熱及び加熱することができるように構成するので、水と廃油の混合燃料をさらに効果的に燃焼することができるようにすることを目的とする。

また、本発明はバーナーの構成が簡単であり、且つ水と産業廃油の混合燃料が完全燃焼することができるプラズマを利用したバーナーを提供し、ボイラーなどの燃焼使用に経済的負担が非常に少ないようにすることを他の目的とする。

このような目的を達成するために、本発明は両側が開口された円筒状の燃焼筒の外部面に混合燃料供給パイプをコイル状に巻いて設置させた燃焼筒を陽極部にし、その一側外部に設置した棒体を陰極部に設置して、直流電気供給部から直流電気が供給されるようにし、燃焼筒と陰極部との間にスチーム発生器のスチームが供給されるようにスチーム供給管を結合設置して、プラズマトーチ部を構成させて燃焼室で高温スチームプラズマ火炎が生成されるように結合構成することで、混合燃料が燃焼するのに適当な温度８００℃以上の高熱である高温スチームプラズマトーチ火炎で燃焼筒の燃焼室内の火炎は旋回加熱とともに燃焼筒の内壁を短時間に加熱させて予熱するので、高圧ポンプから５０気圧以上の高圧で供給された混合燃料をノズルでの高圧と８００℃以上の高熱によって噴霧、噴射燃焼がさらによく行われると同時に、完全燃焼を図ることができる。

上述したように、本発明のプラズマを利用したバーナーは、燃焼筒１の外部面に混合燃料供給パイプ３をコイル状に巻いて設置させた燃焼筒１を陽極部７にし、その一側外部に棒体を結合構成させて陰極部８として構成して、直流電気供給部６から直流電気が供給作動するようにし、燃焼筒１と陰極部８との間にはスチーム発生器１２のスチームが供給されるように連結構成したスチーム供給管１３の結合設置でプラズマトーチ部９を構成させて、燃焼筒１の内部燃焼室１１で高温スチームプラズマトーチの火炎が生成されるようにした構成で、稼動の時は８００℃以上の高温が発生することから高温スチームプラズマの火炎が生成され、また燃焼筒の内壁を予熱及び加熱することから、混合燃料を高圧ポンプで５０気圧以上の高圧で供給して、混合燃料供給パイプ３で水は水素と酸素に分解され、廃油は非常に小さい炭素成分に分解されてノズル４を通す時高熱を発生させて完全燃焼することができるという効果を奏する。

また、燃焼筒１での混合燃料燃焼は予熱燃焼だけではなく、必要な時、プラズマトーチ部９の稼動で燃焼状態を調節することもできるので、常に完全燃焼を期待することができ、また混合燃料の中の水は水素と酸素に分解され、廃油は非常に小さな炭素成分に分解燃焼するようにした構成であるので廃油の大気汚染物質が相当部分精製される効果と経済的利用価値が高いという利点もある。

本発明のプラズマを利用したバーナーの全体構成を示す断面図である。 本発明における燃焼筒の断面図である。 本発明におけるアルゴンガス排出管と陰極部部分の側面図である。 本発明におけるスチーム供給管部分の側面図である。

１ 燃焼筒
３ 混合燃料供給パイプ
６ 直流電気供給部
７ 陽極部
８ 陰極部
１１ 燃焼室
１２ スチーム発生器
１３ スチーム供給管

以下、本発明に添付された図面を参照して本発明の好ましい一実施形態を詳しく説明する。

まず、図面において、同じ構成要素または部品は同じ参照符号で示していることに留意すべきである。本発明を説明するにあたって、係わる公知機能若しくは構成に対する具体的な説明は本発明の要旨を明確にするために省略する。

図１は本発明のプラズマを利用したバーナーの全体構成を示す断面図で、図２は本発明における燃焼筒の断面図であり、図３は本発明におけるアルゴンガス排出管と陰極部部分の側面図であり、図４は本発明におけるスチーム供給管部分の側面図である。

本発明は両側が開口された円筒状の燃焼筒１の外部面に予め水と廃油をミキサーでよく混合させた混合燃料を高圧ポンプ１０で供給する混合燃料供給パイプ３を燃焼筒１の外部面にコイル状に巻いて設置して燃焼筒１を通じて受熱するようにし、混合燃料供給パイプ３の内部端部は燃焼室１１内に設置したノズル４に連結して、ノズル４を通じて混合燃料は高圧ポンプ１０で５０気圧以上の高圧で混合燃料供給パイプ３に供給されるようにするので、ノズル４の噴射孔を通じて燃焼室１１に噴霧、噴射させて高熱燃焼をするように構成した。

混合燃料供給パイプ３の外部には保温カバー２を被せて混合燃料供給パイプ３が燃焼室１１の燃焼熱及び高温スチームプラズマ火炎を充分に受熱するように保護構成し、またノズル４の外周囲にはポンプ１０’から外部空気を吸い込むようにする燃焼空気筒５をノズル４の外部全体を囲んで設置してノズル４を空気冷却させると同時に、燃焼空気が燃焼室１１の内部を旋回注入させて燃焼室１１での燃焼に十分な空気注入と燃焼火炎が旋回排出されるようにした。

また、本発明は燃焼筒１自体をプラズマトーチ（ｐｌａｓｍａ ｔｏｒｃｈ）部に構成するために、直流電気供給部６から陽極（＋）を通電する燃焼筒１を陽極部７にし、その燃焼筒１の一側外部には中間部に直流電気供給部６から陰極（−）を通電する棒体を陰極部８にして周りをプラズマトーチ部９に構成した。

また、燃焼筒１の側壁とプラズマトーチ部９との間にはスチーム発生器１２から高温スチームが供給されるスチーム供給管１３を結合設置して直流電気を供給するので、作動する時、プラズマトーチ部９には燃焼室１１に至るまでスチーム噴霧とスチームプラズマ火炎が生成されるので８００℃以上の高熱のプラズマ火炎が生成されるようにした。

また棒体からなる陰極部８には陰極部８の棒体の腐食及び変形を防止するために、アルゴンガス供給部１４からアルゴンガスが供給されることができるようにアルゴンガス排出管１５を連結設置して、作動の時、アルゴンガスが出るようにした。図面における未説明符号１６は点火器である。

このような本発明の作動は、まず直流電気供給部６で直流電気を燃焼筒１の陽極部７と棒体の陰極部８に供給すると同時にスチーム発生器１２の高温スチームをスチーム供給管１３を通じてスチーム噴霧させて供給するのでプラズマトーチ部９には高温のスチームプラズマ火炎が生成される。この時、８００℃以上のプラスマ火炎が混合燃料供給パイプ３が巻かれた燃焼筒１の内壁を加熱するのでノズル４が噴射燃焼の予熱をするようになる。

また、燃焼筒１の外部面に巻かれた混合燃料供給パイプ３で受けた予熱によって混合燃料の中の水は水素と酸素に分解され、油（廃油）は非常に小さな炭素成分に分解されて、ノズル４を通す時は高熱を発生し、同時に混合燃料供給パイプ３の混合燃料を高圧ポンプ１０で５０気圧以上の高圧で供給することで燃焼室１１には５０気圧以上の高圧と温度８００℃以上の高温によって混合燃料を完全燃焼することができる。

また、本発明は燃焼筒１内に上記プラズマ火炎生成による十分な予熱が行われ、ノズル４の噴射孔を通じて混合燃料が噴霧、噴射燃焼が行われる時には、上記直流電気供給部６の直流電気供給を中断させて、プラズマ火炎発生を中止し、ノズル４による燃焼室１１に混合燃料を高圧ポンプ１０で５０気圧以上の高圧供給で継続的な高熱燃焼するようにする。

また、本発明において、燃焼中にはポンプ１０’によって外部燃焼空気をノズル４の外部に設置した燃焼空気筒５を通じて旋回供給されると同時にノズル４をずっと空気冷却させるので、ノズル４が安全燃焼され、ポンプ１０’によって燃焼室１１内に注入される外部燃焼空気は燃焼空気筒５の通路がスクリュー形態に形成されていることから燃焼室１１には燃焼火炎とともに旋回されて燃焼筒１の内壁を連続的に接触加熱作用もするので、ノズル４によって燃焼の時にも混合燃料供給パイプ３の混合燃料は予熱とともに燃焼室１１で高熱燃焼が継続的に行われる。また、本発明は必要によって燃焼筒１の燃焼室１１の温度が低下されて燃焼状態が低い場合には、直流電気供給部９の直流電気を供給調節して、ノズル４による混合燃料噴射燃焼と高温スチームプラズマ火炎生成による高熱で増加調節使用することができて、プラズマを利用したバーナーの安全使用が可能で、使用実施に便利である。

ここで、上記で示した図面と同じ参照符号は同じ機能をする同じ部材を示す。

以上で説明した本発明は前述した実施形態及び添付図面によって限定されるのではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で各種置換、変形及び変更が可能であることは本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって自明である。

Claims (1)

1. 両側が開口された円筒状の燃焼筒の外部面に混合燃料供給パイプをコイル状に巻いて設置させた燃焼筒を陽極部にし、その一側外部に設置した棒体を陰極部として設置して直流電気供給部から直流電気が供給され、燃焼筒と陰極部との間にスチーム発生器のスチームが供給されるようにスチーム供給管を結合設置してプラズマトーチ部を構成させて燃焼室で高温スチームプラズマ火炎が生成されるように結合構成することを特徴とするプラズマを利用したバーナー。

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