JP2014114367A

JP2014114367A - 超希薄気体燃焼燃料の製造技術と燃焼方法（ウルトラリーンバーンオイル）

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Publication number: JP2014114367A
Application number: JP2012268894A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Uno; 薫宇野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-12-09
Filing date: 2012-12-09
Publication date: 2014-06-26

Abstract

【課題】本発明の課題は、既存設備機器での石油燃料の消費削減と排ガスによる環境汚染を改善する事である。
【解決手段】石油燃料消費の削減方法として、燃焼に必要な空燃比を低減すれば熱効率が向上する事で燃費削減の手段としている。
石油燃料以外の熱源を、水を利用して水性ガス反応の新たな熱源創出をする事で、石油燃料消費の削減手段としている。
環境に安全な熱量発掘と無公害ガス排出を、水性ガス反応を増幅連鎖シフトさせる手段で可能にしている。
環境汚染となる石油廃棄ガスの低減を、燃焼必要吸気ガスを抑制することで廃棄ガス削減を手段としている。
【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関や外燃機関で使用する石油系燃料を、超希薄気体条件で燃焼爆発をさせる事で、従来の石油燃料消費を20%以上削減効果と環境汚染の廃棄ガスのNOX.SOX.CO2を削減させる、省エネルギーと環境改善を併せ持つ新燃料とその燃焼技術方法である。

従来の石油燃料の内燃機関及び外燃機関での燃焼に必要な気体量は、内燃機関の場合は空燃比と外燃機関で空気比としてその機器設備能力に応じて設定して石油燃焼消費を行ってきた。
その爆発燃焼時には石油燃料対空気の比率係数の設備機器による違いはあるが、物理的石油燃料が燃焼に必要な空気は燃料1に対して必要空気は1の関係で燃焼爆発をさせてエネルギー効率が引き出している。当然空気比及び空燃比がその1を下回ると、酸素不足状態となり不完全燃焼なり燃焼爆発のエネルギー効率が引き出せない限界値とされてきた原則があった。その原則の上で、設備機器内での燃焼爆発はその空気比が1以上になればエネルギーロスとして燃料消費が多くなり、排ガス量も増えることとなり環境問題にも悪化を与える事となっているのが、常識になっている。現在の燃焼技術では、その空気比1に可能な限り近づけれる前提条件で、省エネルギーと排ガスロスの環境改善に設備機器ともに石油燃料を利用してきている事実背景がある。
本発明は、その空気比を半減させる事で必要消費石油燃料を20%以上の削減と有害排ガスも半減を同時に達成できる事を目的とした発明技術である。

希薄気体燃焼(リーンバーン)は、自動車エンジンでの吸気と排気の濃淡を区別して濃い方に燃焼点火でエネルギー効率を高めていたものである。その効果は部分的で、尚且つ設備機器の根本的変更が必要であった。また外燃機器やボイラー炉のような特に業務用の大小の燃焼施設炉には全く存在がない。よって本発明に先行する技術比較するものはない。

ターボチャージャーとしての熱効率向上技術は、排気管から廃棄されていた排気ガスの内部エネルギーを利用してタービンを高速回転させ、その回転力で遠心式圧縮機を駆動することにより圧縮した空気をエンジン内に送り込む。これにより廃棄エネルギーを回収しつつ内燃機関本来の排気量を超える混合気を吸入・燃焼させる。結果、機関としての熱効率が高まり燃料消費率が低減されるほか、排気ガスの有害成分を減少させることが可能である。燃焼効率もより回転速度増で非効率になる時もある。このようにエンジンのような限られた小さな燃焼室での空気比を調整したもので、設備機器に複雑な空気供給システムでコントロールする事で可能で限定的である。

本発明の課題は、如何にして空気比を減らすことで燃焼効率が向上する事が最大の決めてである。しかし空気比を50%下げると熱効率は必ず上昇するが、それは全て燃焼出来た場合に限定される。空気比が1を切れば、酸素不足による不完全燃焼による熱効率の低下問題が浮上する。課題の主題は、完全燃焼には絶対必要な酸素量の供給を燃料に含ませて空気量を減少されるか、又は新たな酸素を投入せずに熱量を発生抽出が可能ならば、空気比は下げることが出来る。

本発明は、燃焼設備機器での実際必要燃焼空気量を半減させた超希薄気体燃焼を実現させる技術と石油燃料燃焼に於ける新たなる熱効率を創造向上させる方法技術とその用途に応じた超希薄気体燃焼燃料の製造技術によって従来の燃焼設備の熱効率を大幅に熱量増幅可能にしたものである。超希薄気体燃焼燃料の製造は、石油燃料に必要な酸素ガスや水素ガス及び燃焼ガスを燃焼空燃比の必要数量注入を加える事で希薄気体燃焼をさせる事が可能になる。その手段は、基油燃料に20%以上の上記の希薄気体燃焼の為にガス混合した特殊水を融合混合することで可能になる。
希薄気体燃焼燃料の製造手段は、図7でフロー図の符号1.2で水と基油の石油燃料に符号3で酸素ガスと水素ガスや燃焼ガスを水や基油に気液混合ポンプで注入をする。その混合液体を動力ポンプによってラインスタッテックミキサーに高圧高速で押し流すと、液体分子の衝突が繰り返されて事でスーパーキャビテーション現象が起こり液体同士に共鳴振動が起こる結果、液体内に高周波振動が発生する。結局超音波振動による効果によって気液混合のマイクロバブルサイズが圧壊によってナノバブルサイズとなり液体に半永久持続的に抱合された状態になる。その他のガスの大半は、強圧力化によって大半は液中に溶存された状態を実現する。この特殊気液混合水と目的の基油燃料を図7の符号8で融合剤を附して符号9の超高圧力ポンプで混合攪拌すれば、燃焼目的に応じた空燃比を保有した酸ガス・燃焼ガス抱合の超希薄気体燃焼燃料が出来る。基油の石油燃料と特殊水の融合には、油水添加剤によって油水混合をする。それは燃料内部に特殊ナノ水を抱合できる融合材添加剤を使用して油水分離を阻止する事ができる。
その超希薄気体燃焼燃料の燃焼手段であるが、従来の燃焼設備機器は外部空気の利用に留まる。その必要酸素量は燃焼吸入空気の20.9%のみしか利用できない為に、80%近くの無必要な空気量が多く残余の窒素によるNOXの発生にもなっている。最も懸念は、外気の80%近い空気量が燃焼炉に入る事になり、燃焼室温度が低下要因最大原因であった。本発明の超希薄気体燃焼燃料によって高濃度の酸素ガスや水素ガス・燃焼ガスを抱合している為に、外部からの必要空気量を特殊水に応じて異なるが、大幅に空気比削減で燃焼が出来る。この燃焼手段によって外部空気供給ではない自己爆発燃焼の連続が可能となる。従来の燃焼設備機器や基油単独の空気比からすれば、特殊水比率の量によって空燃比率0.6から0.4まで削減による燃焼が出来る。この発明技術手段によって、外気吸気による燃焼室温度を引き下げる運動が無くなる事で、燃焼室熱量効率が飛躍的に向上する事が出来る。それは吸入空気が少なくなれば、排出ガスも少なくなる事で排熱利用が容易に出来るようになる。排熱利用が増える現象が起きる事は、燃焼室が一種の半密閉されたサウナ状態を引き起こす結果となり、高濃度熱量ガスを作り燃焼室の熱効率が引き出す事が容易に出来る。図2はこれによって、燃焼室の温度は上昇するが、酸素ガスと水素ガス・燃焼ガスを抱合させた、特殊水の吸熱反応による潜熱減少が起きる。その為に熱量効果を上昇させた分を又自身で効果下げる要因がある。この特殊ナノ水を含んだ超希薄気体燃焼燃料の熱効率と基油燃料の発熱効率には差がなんなる事になる。この時点では、廃棄ガス量は大幅に削減できる手段は確率できる。
更なる熱効率の手段として超希薄気体燃焼燃料の中の特殊ナノ水は、空燃比を抑制することで爆発燃焼部分が従来の技術より高温燃焼条件が揃う為に超高温水蒸気状態になる。
更に水素ガスや燃焼ガスでの爆発燃焼誘引によって、水性ガス反応を発生させる条件が出来る。図5の化学式は水性ガス反応であるが、炭素Cと水性ガスH2Oが約850℃から1400℃のあいだではラジカルに起きる事は、既に国内外の大学研究では常識になっているが、ガス反応現象誘引には高温条件が必要である。それは熱量の運動エネルギー法則の経済的観点からみれば、熱量引き出すために熱量が同等に必要である為に実用化出来ないのも事実である。本発明技術によって、既存の機器設備において超希薄気体燃焼燃料の燃焼方法の改善技術によって新たな手段技術で可能にした。図5はその水性ガス反応によって新たな熱量発生反応現象が起きる。本発明によって純粋なる新たな熱量が発生する手段は下記の方法による。
本発明は水性ガス反応を連鎖的なシフト反応が可能である事を証明している。その手段として、この水性ガス反応の無限的な熱量の引き出し方法として、特殊セラミックの熱交換器を図9の符号10に設置して水性ガス反応を実現させる事が出来る。水性ガスシフト反応は、図5の化学式反応の新たな熱量と更なる水素ガス熱源が生まれる。図6・8の化学式反応のように水性ガス反応によって生まれた水素ガスや他のガスの再結合が、更に新たな熱量が出ることとなる。但し水性ガス反応は1400℃をピークに無発生になる為に、図9の符号10は触媒セラミックを一定の幅を置き、熱源が1400℃近くなればその熱量を燃焼室で熱量利用引き出して900程度まで下がれば再度触媒セラミックの熱交換器に熱源を通過させることが出来る。この触媒配置は、符号10の3箇所であるが、目的に合わせて点数を増減してシフト反応を可能に出来る手段である。
この水性ガス反応は外部空気の注入としないで燃焼室内で反応する為に非常な効率の良い熱源となる。更に上記の水性ガス反応の化学式のように、常に水素ガス一定に抽出される事となり、その水素ガスが同燃焼室高温下で燃焼爆発を引き起こし新たな熱量効果になることになり、この方法技術を利用すれば半無限的に熱源発生と熱量の利用を繰り返すことが出来る発明技術手段である。

本発明の効果は、内燃機では空燃比を下げる事となりエンジンルームの高温化が実現するし、高濃度酸素により燃焼爆発力が高まり高温下によって新たな熱源爆発が起こるために、トルクが必ず増す事になる。必要トルクと抑えるためには、本発明燃料の噴射量を減らすことで、目的運動量の燃費を極端に下げる効果となる。又本発明は、燃焼の性質上高温部分とやや低温部分が出来る為に、低音部分を吐き出して高温部分を残してターボ・チャージャーのように利用すれば、気体圧力が更なる倍加して、一層のトルクの引き出しを可能にする。発明効果は、エンジン排気量と燃費を同時に抑制できる発明である。
外燃機関での本発明の効果は、燃焼炉やボイラーでの間接的熱量も含めて燃焼室での高温を容易に継続発生を可能になる為に、熱量が必要な工場や施設では基油の消費利用が20%以上省くことが可能となる。又発明は、希薄気体燃焼を実現しているために排気ガス量自体も40%以上も同時に減少させる事が出来る。酸素ガスによる空気比抑制においては、大気中の窒素ガスを巻き込みを抑制しているので、NOXの発生を同量で削減効果がある。そして水性ガス反応での水素ガス燃焼では、CO2の発生をなくす効果がある。
通常の新燃料開発では、エネルギー運動効率利用は効率効果の為に何かのリスクと犠牲によって新たな効率エネルギーを引き出すことが常識であった。
総体的に本発明の効果分野では、既存エネルギーを損なわずに出来る限り既存の施設を有効利用して、石油燃料の抑制効果と環境汚染抑制効果を同時に達成出来るものでありながら、既存施設を大きく変更することなく効果が出せる発明である。
本発明はエネルギー運動法則について、発想と改良と改革技術によって省エネルギーと環境改善双方の効果を同時実現したものである。

本図は、通常の必要空気比1.0の限界値での燃焼室を描いものである。本発明は、燃焼効率を目的の為に、物理化学式は無視し設定値は理論空燃比も実際混合気は用いず、燃焼室の空気比計算値を求めるための設定とする。又、その熱量利用は本発明外なので計算値から省いた現実の燃焼室の仕組みを描いものである。この図は新燃料を想定した場合で、基油と特殊ナノ水の比率を70:30で混合した場合のシュミレーション図である。図1の条件値と同じ基油の発熱量とした場合、理論空燃比から実際混合燃焼空気比を0.5にした計算値観点のみで描いものである。この図表は、空気比と排ガス熱損失率を示したものである。現在までの空気は1.0を下回るものが開発発明されていないので、1.0で止まっているが、この1.0を下回れば、熱量損失はより軽減される証明図である。本図はボイラー燃焼に絶対必要な基準理論空気比である。本図は水性ガス反応の発熱化学式である。本図は水と反応する発熱化学式の一例である。本図は超希薄気体燃焼燃料を製造システムフロー図である。本図水性ガス反応により発生したガスよりシフト反応熱を想定した化学式である。本図は、水性ガス反応を誘引する触媒の配置技術方法である。

本発明の実施形態は、図7の希薄気体燃焼燃料製造システムフロー図から説明する。先ず水道水を発明機器のパイプライン引き入れ気液混合ポンプにつなぐ、気体側に酸素発生ゼネレーターより発生させた酸素ガスを混入させる。混入時には同ポンプでマイクロバブルとなるが、パイプのインラインでスタッテックミキサーを通過させ、動力ポンプで同水を高圧下で押すことで、スーパーキャビテーション効果が発生する。高圧負荷によって超音波が発生するために、瞬時にガスを抱合したマイクロバブルはナノバブル化となり安定化する。同方法で、基油側には上記の水道水クッションタンクを設けて電極分解や電気通電によるにより発生した水素ガスを、上記と同じ方法の気液混合ポンプで基油パイプラインに混入させる。気液混合時には、基油内に水素ガスのマイクロバブルが抱合されていく。そのパイプライン高圧の動力ポンプでパイプラインに装着したスタッテックミキサーに圧送すると上記同様に高圧負荷による超音波が発生し、マイクロバブルは圧壊によりナノバブルとして基油に安定抱合をさせる。その両者の二系統パイプラインを一系統のパイプラインに接続して、動力二液混合ポンプで結合する、その時点に添加剤を投与して、希薄気体燃焼燃料が製造する。

本発明の実施例は、本発明は既に国内の石灰工場内の燃焼大型炉で実施しており方法は下記の通りである。
本発明方法で、製造した希薄気体燃焼燃料を既存基油パイプラインにバルブ切り替えで、燃焼炉に送油する。
図3示すように新燃料自身に必要燃焼酸素を保持供給によって、実際空燃比が0.5に下がる事ができる。この空気比の低減は、排ガスロスをなくす結果になる。排出ガスが少なくなれば、燃焼室の温度帯は濃度をます事となり、熱効率がます素因となる。
よって燃焼室空気温度に濃淡が生じる。全ての設備機器が同じく熱量を利用した低熱部分より排出される為に、発明の希薄気体燃焼燃料が燃焼室後ろから押し出すように熱量を加算する為に、燃焼効率が計算値以上の良くなる。
この証明には、現在の理論空気比の排ガス熱損失率を理論値から表記したものである。理論空気比が1.0以下になれば、排出熱が下がれば、燃焼室内の熱量温存される事となり、熱効率は向上されることを証明するもである。実際に基油燃料を減らして新燃料にして、吸気理論空気量を減らして、基油の少量燃焼であるが排気も減るために熱損失が低減しており、実際熱利用された後の排気ガス温度は以前と一定である。
図4は理論空気比がボイラー等の限界比率としいるものである。これは空気比が下がればより一層の燃焼室の熱量効果が出せる基本である。

図2のように計算値のみでは、希薄期待燃焼燃料の水分潜熱による吸熱反応による熱量効果問題がある。
図1は仮定設定値で1000ccの燃料を投入して、1ccの燃料で1000℃のcalまで熱量が出せる同一の条件に仮定した場合、総発熱量が1,000,000calになる。燃焼室の体積量と必要空気値の量を一緒にした場合とすれば、排出排気ガス量と吸気空気量も同じとなり、その量的比率は1000ccの燃焼室に1,000,000calが連続燃焼の度に必要比率を示したものである。これを理想空燃比状態と仮定すれば、常に空気比1.0の連続運転で燃料消費する事で、燃焼室に必要な熱量を100%供給体制となる。
図2は、描いた基油の熱量は当然700,000calとなる。水分潜熱の吸熱反応を最大の30%を仮定すると、基油発熱量の30%を計算値とし場合には、同等のマイナス300,000calが奪われることになる。アップダウンを差し引くと、総発熱量は400,000calの発熱量になる。
図2で必要空気比が0.5燃焼しているので、希薄気体燃焼燃料に含まれている特殊ナノ水が水性ガス反応で上記の熱量ダウン分をカバーする。水性ガス反応は、図5で示しているが実際国内外大学研究所で実証は周知の事実であるが、そのガス反応為の運動エネルギーが同等近い熱量必要なために実用化が出来ていない。本発明の希薄気体燃焼炉では、図2のように熱量分布濃度が高くなる為に、自発的に条件環境が整う結果となり、新たな熱量源となる。既に図2で吸熱減少を計算値とすれば、図5の発熱量は増幅熱量となる。さらに実施例として、水性ガス反応による水素ガスH2の化学反応が生じる為に、連鎖シフト反応が起こり熱量が増幅を繰り返す。
図6は重油に含まれる、濃水素系とH2Oが化学反応を起こして、熱量を増幅する。
これらは適切な実施は、燃焼室全体の体積量の0.5に仮定した空気供給を減らす事で可能になる。

本発明品は、既に開発実用化が終わり現実の既存施設で利用している。外燃機関では既存施設を何ら変更することなく、空気吸入調整のダンパー(エアー注入機器)を排気ガス数値を計測しながら完全燃焼値を基準に、空気比の絞込みをすれば実現できる。
内燃機関での燃焼利用は、燃料噴射ノズルの空気燃焼混合比率を減少する措置を取るだけで、利用と効果がでる。

1.2.酸素・水素ガス注入箇所
3.3'酸素ガス発生装置、水素ガス発生装置
4.気液混合ポンプ
5.6.圧送ポンプ
7.スタテックラインミキサー
8.油と特殊水融合添加剤混入
9.動力二液混合ポンプ
10.水性ガス反応の触媒セラミック

Claims

本発明は、内燃機関及び外燃機関での石油燃料を燃焼方法において、従来の燃焼技術では燃焼空燃比率1.0以下に低減出来ない石油燃料や燃焼設備で空燃比1.0以下でも燃焼可能に出来る超希薄気体燃焼燃料の製造方法とその燃焼方法及び従来の設備機器で燃焼空気比低減技術方法並びに廃棄ガスを削減出来る技術の範囲である。
従来技術は、内燃機関及び外燃機関共に限界空気比効率が石油の必要理論燃焼空気量が絶対値として存在している。この燃焼空気量が低下と比例して、燃焼効率が上昇する技術と吸気と抑制する事で廃棄ガスの抑制と排ガス汚染も低減出来る技術である。
本発明の技術方法の特徴は超希薄気体燃焼燃料の製造技術には、2種類の製造方法技術がある。
1つは、基油の石油燃料に直接酸素ガスや水素ガス・燃焼ガスを注入して、直ちに高圧負荷によるスーパーキャビテーション効果で超音波を起こす技術で石油燃料内に燃焼爆発に必要なガスを長期保存させる方法である。これによって、図8の化学反応式の新たな発熱反応の熱量が希薄気体燃焼方法によって増幅される方法技術である。これによって現在の基油より図8の熱量と吸入空燃量を絞り込む事で排ガス熱損失ロスを合わせた、石油燃料消費の削減効果が生まれる。
1つは、基油の石油燃料に燃焼必要な酸素ガスや水素ガス・燃焼ガスを特殊水に抱合させて、基油と融合混合安定させる技術と超希薄気体燃焼燃料を製造する技術である。この技術は、必要空燃比率を大幅削減効果が出来る方法技術である。この技術を利用することで、石油燃料の消費は20%以上削減が出来る。そして前項と合わせて、廃棄ガスと排ガス汚染量を削減する技術である。本発明は、従来の燃焼爆発による排気ガス汚染を30%以上削減が可能になる環境改善方法技術である。
1つは、前項の希薄気体燃焼燃料に製造に利用する水分による水性ガス発熱反応の効率利用する方法技術である。従来の水性ガス反応の利用は、高熱炉での冷却程度水分を利用して、水素ガス等の抽出に利用されていただけである。従来の水性ガスの発熱反応利用には、同等の運動エネルギーが必要となり発熱反応に対して吸熱反応の潜熱効果で経済的に利用が限定されていた。本発明技術によって、希薄気体燃焼燃料としてその方法技術を利用することで広く一般設備機器で利用できる応用技術と水性ガスシフト反応の半無限的に連鎖発熱反応を繰り返す事が可能にする方法技術である。