JP2017032151A - Combustion furnace for water-oil and heating system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油の微粒子に水の微粒子を付加して、燃焼効率を向上させる水油用燃焼炉、及び、それを用いた暖房システムに関する。 The present invention relates to a water-oil combustion furnace for improving combustion efficiency by adding water fine particles to oil fine particles, and a heating system using the same.
従来から、原料に水と油とを用い、これら原料水と原料油とを所定の割合で混合した水油混合燃料を燃焼させる水油燃焼装置が提案されているが、一般に、油を燃料として用いて燃焼を行わせる場合、油に水を添加した上で混合燃料を乳化することにより、効率的な燃焼結果が得られることが知られており、特許文献1に開示されているように、特に重質油の燃焼に関しては、大気汚染物質(窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素、二酸化炭素等)の発生が懸念されるが、水添加燃料であればこれらの物質の発生も抑制されることも知られている。
Conventionally, a water-oil combustion apparatus that uses water and oil as raw materials and burns a water-oil mixed fuel in which these raw water and raw oil are mixed at a predetermined ratio has been proposed. Generally, oil is used as fuel. It is known that an efficient combustion result can be obtained by emulsifying the mixed fuel after adding water to the oil when it is used for combustion, as disclosed in
この際、水油混合燃料を使用するには、混合燃料の水・油混合比、混合燃料の中に含まれる油の細分化状態、混合燃料の温度、混合燃料の噴射後の拡散等といった複数の要素が良好な状態を保たねばならなない。
この水・油の混合状態を保つために、特許文献2に開示されているように、界面活性剤等の乳化剤を添加することにより水・油の混合燃料を乳化して使用する例が一般的であるが、この乳化剤を添加して混合燃料を得るには、乳化剤を定量供給しながら撹拌混合しなければならず、製造のための設備が必要となり、設備費や乳化剤の原料費が燃料単価へと反映され、その分燃料費が高くなるといた問題があった。
しかし、乳化剤は時間が経過すると、水と油の微粒子での混合状態が変質して、水と油の微粒子が分離する等で、燃焼効率が低下するといった問題があった。
At this time, in order to use the water / oil mixed fuel, the water / oil mixing ratio of the mixed fuel, the subdivision state of the oil contained in the mixed fuel, the temperature of the mixed fuel, the diffusion after injection of the mixed fuel, etc. The elements must be in good condition.
In order to maintain this mixed state of water and oil, an example of emulsifying and using a mixed fuel of water and oil by adding an emulsifier such as a surfactant is common as disclosed in
However, with time, the emulsifier has a problem that the mixing state of the water and oil fine particles changes, and the combustion efficiency is lowered due to separation of the water and oil fine particles.
本発明は、従来の原料に水と油とを用い、水油混合燃料を燃焼させる水油燃焼装置において、燃焼効率が向上して省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、原料に複雑な加工がなく供給操作が簡単な水油用燃焼炉、及びそれを用いた暖房システムを提供しようとするものである。 The present invention is a water-oil combustion apparatus that uses water and oil as conventional raw materials and burns a water-oil mixed fuel to improve the combustion efficiency and save energy, and to turbidize the raw water and oil in advance. It is an object of the present invention to provide a water-oil combustion furnace that does not require an emulsifier, that does not require complicated processing of raw materials, and that can be easily supplied, and a heating system using the same.
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、空気と油とを混合して噴霧する油ノズルと、空気と水とを混合する水ノズルとを設けた燃焼炉であって、油ノズルから油の微粒子に着火装置により着火して炉内が600℃以上に上昇してから、水ノズルから水の微粒子を付加して燃焼させて炉内を600℃以上に維持することを特徴とする水油用燃焼炉である。
請求項2の発明は、請求項1に記載の水油用燃焼炉において、前記油の微粒子の直径は、5μm以下であることを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項1に記載の水油用燃焼炉において、前記水の微粒子の直径は、5μm以下であることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
According to a second aspect of the present invention, in the water-oil combustion furnace according to the first aspect, the diameter of the oil fine particles is 5 μm or less.
According to a third aspect of the present invention, in the water-oil combustion furnace according to the first aspect, the diameter of the water fine particles is 5 μm or less.
請求項4の発明は、請求項1又は2又は3に記載の水油用燃焼炉の周囲に戸外から外気又は室内からの還気を接触させて熱交換し、該熱交換した暖気を室内に給気することを特徴とする暖房システムである。
請求項5の発明は、請求項4に記載の暖房システムにおいて、水油用燃焼炉内からの排気ダクトに排気成分を検知する検知装置を設け、該検知装置において排気が人体に無害な成分である場合には、ダクト内に設けたダンパ作用により、室内に給気するようにしたことを特徴とする。
The invention of
According to a fifth aspect of the present invention, in the heating system according to the fourth aspect, a detection device for detecting an exhaust component is provided in an exhaust duct from the water-oil combustion furnace, and the exhaust is a component that is harmless to a human body. In some cases, air is supplied to the room by a damper action provided in the duct.
請求項1から3の水油用燃焼炉の発明は、原料に水と油とを用い、水油混合燃料を燃焼させる水油用燃焼炉において、直接燃焼炉内に空気と油の微粒子、及び、空気の水の微粒子を噴霧するので、燃焼効率が向上して、稼働制御が簡単で省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、構造な供給操作が簡単になる。
また、請求項4から5の暖房システムの発明は、請求項1から3の水油用燃焼炉を用いたものであるので、燃焼効率が向上して、稼働制御が簡単で省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、構造な供給操作が簡単になる。
The invention for a water-oil combustion furnace according to
Moreover, since the invention of the heating system of
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る水油用燃焼炉及びその暖房システムの全体説明図、図2は図1の2−2線での断面図である。
図1において、水油用燃焼炉1の内部の前面部11には、空気と油とを混合して噴霧する燃料ノズル2である油ノズル2Aと、空気と水とを混合する水ノズル2Bが設けられ、油ノズル2Aと水ノズル2Bには、灯油を原料油Oとして貯留する油タンク2A1と、水道水(真水)Wを原料水として貯留する水タンク2B1とが、各タンク2A1,2B1から各配管2A2,2B1を経由して原料油Aと原料水Bとが供給される。
Next, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall explanatory view of a water-oil combustion furnace and its heating system according to one embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line 2-2 of FIG.
In FIG. 1, an
油ノズル2Aと水ノズル2Bの詳細は、後述する図3,4で説明するが、図1に示すように、これらの油ノズル2Aと水ノズル2Bには、油タンク2A1と水タンク2B1の各燃料が各配管2A2,2B2をから、コンプレサー3とバルブ31A,
31Bにより所定の圧力のエアー(空気)Aとともに供給される。
本実施例では、前記コンプレッサー3より0.3Mpa〜0.5Mpaの圧力でエアーを油ノズル2Aと水ノズル2Bに送給している。なお、本実施例では、コンプレッサー3を用いたがギアポンプを用いてもよい。
The details of the
It is supplied together with air (air) A at a predetermined pressure by 31B.
In the present embodiment, air is supplied from the
次に、燃焼炉1内の構成を説明するが、油ノズル2Aの近傍には外部からの指令により稼働する着火装置15が配備され、燃焼炉1内の適所には温度センサー14が設けられ、燃焼炉1内の油ノズル2Aと水ノズル2Bノズルの反対側の後端部12には排気ダクト121が設けてあり、燃焼炉1内の排気EAは戸外に排気する。
この排気ダクト121からの排気EAは、通常は戸外に排気するが、本発明の燃焼炉1の排気は、後述するように、人体に有害なCOガスやNOガス、NOxガスが極めて少ないことも特徴であるので、暖房システムとして、排気ダクト121中にCO2やCOセンサー1211を設けて、このに排気成分を検知する検知装置であるCO2やCOセンサー1211で排気が人体に無害な場合には、排気ダクト121内に設けたダンパ1212を切り替えて、室内4に給気SAするようにしてもよい。
Next, the configuration in the
The exhaust EA from the
ここで、上述した水油用燃焼炉1を用いた農業用の暖房装置及び暖房システム(農業ハウス)を説明すると、図1、及び、特に図2において、農業ハウスの温室等の室4内の適所に水油用燃焼炉1を設置し、水油用燃焼炉1の胴部13を覆うように外枠5を設け、この外枠5の底部51は解放されるとともにファン52を設け、外枠5の上部53は複数のダクト54が接続され、水油用燃焼炉1の胴部13によって暖められた空気は、ダクト54によって必要な箇所に暖房用の空気を供給する。
外枠5の内部の上部53の適所には、温度センサー55が設けられるが、燃焼炉1内の適所にも温度センサー14が設けられおり、これらの検知値は制御盤16に送られ、前述した着火装置15、コンプレサー3の運転、バルブ31A,31Bを制御する。
Here, an agricultural heating apparatus and heating system (agricultural house) using the above-described water-
A
次に、油ノズル2Aと水ノズル2Bの構成を図3、及び図4に沿って説明するが、本実施例の燃料ノズル2である油ノズル2Aと水ノズル2Bとは、燃料が油か水の違だけで、他はほぼ同じ構造でなので、油ノズル2A(2)で説明する。
ノズル2(2A)の本体は円筒状で、その円筒枠部21の円周上に燃料供給部22が設けられ、この燃料供給部22は燃料ノズル先端細孔23に連なる中空部24に接続され、ノズル2の先端のノズル噴射口25から噴霧される。燃料を噴霧する為に0.3Mpa〜0.5Mpaの圧力で加圧された空気が燃料と一緒に噴霧される。この空気は燃料ノズル2の後端の空気供給部26から供給され、中間部材27の環状に配置された連通孔271を介して、環状中空部28に導入され、前記燃料ノズル先端細孔23の外周の環状隙間281から前記ノズル噴射口25に供給され、油O或いは水W等の燃料と一緒に噴霧される。
Next, the configuration of the
The main body of the nozzle 2 (2A) is cylindrical, and a
前述した環状に配置された連通孔271は、図4に示すように、本実施例では中心約45度の範囲(X)には設けていないが、これは、ノズル噴射口25からの空気の噴射方向を偏心させて、回転(トルネード)或いは渦巻くようにしたものであるが、噴射空気がある程度渦巻くものであれば、ノズルの吹き出し方向の形状を変化させてもよく、要は、燃料が炉内に広域に混在するように、空気とともに旋回すように噴射すようにすればよい。
また、油及び水の微粒子の直径が5μ(ミクロン)m以下になる様に、空気圧を0.3Mpa〜0.5Mpaとするとともに、ノズル噴射口25の直径が0.3mm〜0.5mmにしてある。したがって、噴射された各燃料はガス化された状態に近いものとなる。
As shown in FIG. 4, the
In addition, the air pressure is set to 0.3 Mpa to 0.5 Mpa and the diameter of the
[作動]
本実施例の構成は以上であるが、水油用燃焼炉1の構成での作動を説明する。
まず、油ノズル2Aから油Oの5μm以下の微粒子を噴霧し、着火装置15を稼働して燃焼を開始する。次に、炉内温度が500℃以上、好ましくは600℃程度まで上昇した時点で、水Wの5μm以下の微粒子を水ノズル2Bから噴霧する。もっとも、水は着火後すぐに投入してもよいが、通常は1分後、炉内温度が600℃程度まで上昇するので、この時点で投入する。
このように、各燃料が5μm以下の微粒子と噴霧され、ガスのような状態にしているので、油の燃焼効率も高く早く燃焼炉1内の温度が直ちに上昇し、水を投入してから温度を下げることなく900℃程度まで上昇する。ここで燃料の粒子を5μm以下の微粒子としたのは、より微細な方が燃焼効率が高まるが、燃料が5μm以上の大粒だと燃焼効率があまり向上しなかったことによる。
燃料である油O及び水Wは、コンプレサー3及び流量を制御するバルブ31A,31B等により流量が制御される。本実施例での通常運転は、油4L/h、水4L/hであるが、水Wは最高12L/hまで投入する事が可能であるが、余り水の比率を多くすると燃料炉内の温度を下げない範囲で、また、COを発生させない範囲に制限する必要がある。なお、燃料炉内の温度が1005℃位までは水を3倍程度まで投入しても上昇する。
そして、微粒子を噴霧することのない一般のバナー型のボイラーと比べ、高い水と油の比率により、400Kcal〜6000Kcal/Lとが得られる。
[Activation]
Although the configuration of the present embodiment is as described above, the operation of the configuration of the water-
First, fine particles of oil O of 5 μm or less are sprayed from the
In this way, since each fuel is sprayed with fine particles of 5 μm or less and is in a gas-like state, the combustion efficiency of the oil is high and the temperature in the
The flow rates of the oil O and the water W, which are fuels, are controlled by the
And compared with the general banner type boiler which does not spray fine particles, 400 Kcal-6000 Kcal / L is obtained by the high ratio of water and oil.
図5のグラフは、本実施例の燃焼炉において、燃料が灯油だけの場合と、灯油に水を加えた場合の炉内の温度を時間経過とともに計測したものであり、表1はその時の燃焼炉内の温度数値である。
図5と表1を説明するが、まず、燃料を灯油Oのみを油ノズル2Aから投入した場合は、灯油量は投入開始(0秒)から20秒までは、細い点線で示すように噴霧量4L(量)/h(時間)になるよう徐々に増やし、以後は一定に噴霧している。この場合の炉温は図5の太い点線と表1に示すように、約80秒で0℃(或いは室温)から700℃にまで上昇し、約120秒で980℃程度に達し、以後は約980℃前後で推移する。
FIG. 5 and Table 1 will be explained. First, when only kerosene O is fed from the
次に、燃料として、灯油Oに水Wを加えた場合を説明するが、灯油量は油ノズル2Aからの投入開始(0秒)から20秒までは、細い点線で示すように、噴霧量が約4L/hになるよう徐々に増やし、以後は一定時間(40秒間)に噴霧し、120秒経過後の噴霧量を約2.5L/hまで徐々に減少させる。
水Wは、炉温は図5の太い実線と表1に示すように、600℃した時点(60秒後)で水ノズル2Bから噴霧を開始し、噴霧する水量は二点鎖線に示すように、20秒(油投入から80秒後)経過までに約4L/hになるよう増加させ、40秒間(開始から120秒後)一定に噴霧し、その後、燃焼を安定させて、再び50秒間(油投入から190秒後)経過までに8.5L/hになるよう増加させ、以後は8.5から8L/hに維持する。
この間の炉温は、図5の太い実線と表1に示すように、油投入開始(0秒)から60秒までは600℃まで徐々に上昇し、水の噴射が開始すると20秒間(油投入から80秒後)で急激に968℃(表1)上昇し、以後は1000℃前後で推移する。
Next, a case where water W is added to kerosene O as fuel will be described. The amount of kerosene is from 20 seconds after the start of charging from the
Water W starts spraying from the
During this period, as shown in the thick solid line of FIG. 5 and Table 1, the furnace temperature gradually increases to 600 ° C. from the start of oil injection (0 seconds) to 60 ° C., and for 20 seconds when oil injection starts (oil supply) 80 seconds later), the temperature rises rapidly to 968 ° C. (Table 1), and thereafter changes to around 1000 ° C.
この図5と表1から判ることは、炉温が油だけの場合が約980℃前後で推移するのに対して、灯油Oに水Wを加えた場合には、炉温が1000℃前後で推移することに加えて、燃焼開始後120秒経過後は灯油Oの噴霧量が4L/hが約2.5L/hまで徐々に減少する。すなわち、同じ炉温を得るに、水を加えて灯油の消費量を減らすことができ、熱効率が向上し、省エネルギーが達成されることが判る。 From FIG. 5 and Table 1, it can be seen that when the furnace temperature is oil only, the temperature changes around 980 ° C., whereas when water W is added to kerosene O, the furnace temperature is around 1000 ° C. In addition to the transition, after 120 seconds from the start of combustion, the spray amount of kerosene O gradually decreases from 4 L / h to about 2.5 L / h. That is, it can be seen that, in order to obtain the same furnace temperature, the consumption of kerosene can be reduced by adding water, the thermal efficiency is improved, and energy saving is achieved.
以上を操作工程を纏めると、本実施例は次のようになる。
(1)空気と油とを混合して油ノズルから炉内へ油粒子を噴霧させる工程と、
(2)噴霧される前記油粒子を着火装置により着火させる工程と、
(3)発火後に炉内を600℃以上に上昇させる工程と、
(4)空気と水とを混合して水ノズルから炉内へ水粒子を噴霧して油粒子と共に燃焼させる工程と、
(5)炉内を900℃以上に維持させる工程と、
からなる工程を順次行う水油用燃焼方法或いはシステムである。
When the operation process is summarized as above, the present embodiment is as follows.
(1) mixing air and oil and spraying oil particles from the oil nozzle into the furnace;
(2) igniting the sprayed oil particles with an ignition device;
(3) a step of raising the interior of the furnace to 600 ° C. or higher after ignition;
(4) mixing air and water, spraying water particles from the water nozzle into the furnace and combusting with oil particles;
(5) maintaining the interior of the furnace at 900 ° C. or higher;
The combustion method or system for water oil which performs the process which consists of these one by one.
本実施例の油水燃焼炉1(本発明品)の灯油と水とを燃焼した場合(実施例)と、油だけの燃焼した場合(比較例1)、及び、市販の微粒子を噴霧することのない一般のバナー型の灯油燃焼炉(比較例2)の場合の排気の組成を比較する。
この表2の排気の成分比較の表から判ることは、実施例、比較例1,2で炉内が定常状態になった時点、例えば、着火から40後の時点では、実施例では炉内温度1005℃、比較例1では982℃で、比較例2では778℃であるが、O2は14.5%、14.8%、14.1%とさほど変わりがないが、CO2は2.1%、3.5%、4.2%と少なく、有害なCOは1%、9%、32.1%と極めて少なく、同様に、NOも2%、8%、44%、NOxも2%、7%、43%と極めて少ない。
したがって、CO2、特に、CO、NO、NOxが従来の燃焼炉に比べて極めて少ないことから、前述したように、暖房システムとして、排気ダクト121中にCO2やCOセンサー1211を設けて、このに排気成分を検知する検知装置であるCO2やCOセンサー1211で排気が人体に無害な場合には、排気ダクト121内に設けたダンパ1212を切り替えて、室内4に給気SAすることも可能である。
It can be understood from the exhaust gas component comparison table in Table 2 that the furnace temperature in the example is approximately 40 at the time when the furnace is in a steady state in the examples and comparative examples 1 and 2; 1005 ° C., 982 ° C. in Comparative Example 1 and 778 ° C. in Comparative Example 2, but O 2 is not much different from 14.5%, 14.8% and 14.1%, but CO 2 is 2. 1%, 3.5%, and 4.2% are low, harmful CO is extremely low, 1%, 9%, and 32.1%. Similarly, NO is 2%, 8%, 44%, and NOx is 2 %, 7% and 43% are extremely small.
Therefore, since CO 2 , especially CO, NO, NOx is extremely small as compared with the conventional combustion furnace, as described above, a CO 2 or
このように、600℃程度から水を投入すると、燃料ノズル2での旋回流が発生し、微粒子としたガス状態で噴霧するので、その近辺に陰圧が発生し、全体として排気ダクト121方向へ燃焼しながら移動することとなり、前日の[表2]の実験結果にも開示されているように、通常に発生するCO2,COなども同時に燃焼して、有毒ガスが極めて少なくなると考えられる。
なお、微粒子として噴霧する疑似ガス化と、炉内の高温と炉内圧力が23Mpa程 度になるので、この時、炉内温度600℃以上、圧力23Mpa以上で水Wの燃焼効率が向上するので、水の超臨界状態が発生しているものとも考えられる。
In this way, when water is introduced from about 600 ° C., a swirling flow is generated at the
In addition, since the pseudo-gasification sprayed as fine particles, the high temperature in the furnace and the pressure in the furnace are about 23 Mpa, the combustion efficiency of water W is improved at the furnace temperature of 600 ° C. and the pressure of 23 Mpa or more. It is also considered that a supercritical state of water has occurred.
以上のように、本実施例によれば、水油用燃焼炉は原料に水と油とを用い、水油混合燃料を燃焼させる水油用燃焼炉において、直接燃焼炉内に空気と油の微粒子、及び、空気の水の微粒子を噴霧するので、燃焼効率が向上して、稼働制御が簡単で省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、構造な供給操作が簡単になる。
また、実施例の油水用燃焼炉を用いた暖房システムも、燃焼効率が向上して、稼働制御が簡単で省エネとなるとともに、原料となる水と油を予め混濁して乳化剤とする必要がなく、構造な供給操作が簡単になる。
なお、本発明の特徴を損なうものでなければ、上述した実施例に限定されるものではない。
As described above, according to the present embodiment, the water-oil combustion furnace uses water and oil as raw materials, and in the water-oil combustion furnace that burns the water-oil mixed fuel, the air and oil are directly contained in the combustion furnace. Since fine particles and fine particles of water in the air are sprayed, the combustion efficiency is improved, the operation control is simple and energy saving, and it is not necessary to turbidize the raw material water and oil in advance and use it as an emulsifier. Supply operation is simplified.
In addition, the heating system using the oil-water combustion furnace of the embodiment also improves combustion efficiency, simplifies operation control and saves energy, and it is not necessary to turbidize the raw water and oil in advance as an emulsifier. , Structural feeding operation becomes simple.
The present invention is not limited to the above-described embodiment as long as the features of the present invention are not impaired.
O・・油、W・・水、A・・エアー(空気)、
OA・・外気、RA・・還気、SA・・給気、EA・・排気、
1・・水油用燃焼炉、11・・前面部、12・・後端部、
121・・排気ダクト、1211・・CO2.COセンサー(検知装置)、
1212・・ダンパ、13・・胴部、14・・温度センサー
15・・着火装置、16・・制御盤
2・・燃料ノズル、2A・・油ノズル、2B・・水ノズル、
21・・円筒枠部、22・・燃料供給部、
23・・燃料ノズル先端細孔、24・・中空部、
25・・ノズル噴射口、26・・空気供給部、27・・中間部材、
271・・連通孔、28・・環状中空部、281・・環状隙間
2A1・・油タンク、2A2・・配管
2B1・・水タンク、2B2・・配管
3・・コンプレサー、31A,31B・・バルブ
4・・室(農業用ハウス)、
5・・外枠、51・・底部、52・・ファン、53・・上部、54・・ダクト
55・・温度センサー
O ... Oil, W ... Water, A ... Air (Air),
OA ... Outside air, RA ... Return air, SA ... Air supply, EA ... Exhaust,
1 .... combustion furnace for water oil, 11 .... front part, 12 .... rear end,
121 ... exhaust duct, 1211 ... CO 2 .CO sensor (detecting device),
1212 ·· Damper, 13 · · Body, · · ·
21 .. Cylindrical frame part, 22 .. Fuel supply part,
23 .. Fuel nozzle tip pore, 24 .. Hollow part,
25 .. Nozzle injection port, 26 .. Air supply part, 27 .. Intermediate member,
271 ..
5 ·· Outer frame, 51 ·· Bottom, 52 · · Fan, 53 · · Top, 54 · ·
Claims (5)
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