JP2021028544A - 気液燃料の燃焼装置及び燃焼方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、小型の装置で窒素酸化物等の有害排ガスを低減し、かつ、多段階で高効率の高温燃焼ガス化を実現する燃焼装置と、燃焼方法を提供することにある。【解決手段】本発明に係る燃焼装置は、根元側の円筒部材と先端側のテーパ部材からなり、先端側に、気液を混合した燃料が噴霧投入される燃料投入部を、根元側に吐炎部を備える燃焼装置であって、筒状体の軸が先端側から根元側に向かうように、所望の距離をおいて並列配置した上述した複数の熱交換器と、複数の熱交換器の前後に形成される複数の燃焼室と、外気を任意の燃焼室に導入する空気配管と、複数の燃焼室のうち、燃焼によって生じた二酸化炭素を少なくとも一の下流の燃焼室から上流の燃焼室に戻す戻り配管と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、気液燃料の高温燃焼ガス化を実現する燃焼装置と、その燃焼方法に関する。

従来、燃焼装置は、空気中の酸素を燃焼に利用してきたが、酸化燃焼による窒素酸化物の発生は不可避である。そこで、燃焼温度を下げて窒素酸化物の発生を抑えたり、生成された窒素酸化物を触媒等で除去したりしてきたが、低減抑制措置をとればエネルギ効率が悪くなるため、十分な効果は上がらなかった。

窒素酸化物を低減しながら、エネルギ効率を高める発明は、種々提案されている。
特許文献１には、中央部に燃料噴射ノズル、燃焼噴射ノズルの周囲に空気ノズルを配置し、中央から噴射する燃料と周囲から噴射する空気を混合させて燃焼を行う構成のバーナであって、燃料噴射ノズル及び空気ノズルの設置位置より下流側には、上流側及び下流側の両端を開口しており、上流側開口径よりも下流側開口径の方が小さくなるように先細りの構造とした燃焼装置を設け、燃料噴射ノズルから噴射した燃料と空気ノズルから噴射した空気を燃焼装置内で混合し、燃料空気混合ガスを燃焼装置下流側開口部から燃焼室へ噴射しながら燃焼を行う自己再循環バーナを提案している。この自己再循環バーナは、燃焼装置を先細りとしているため、燃焼装置下流側開口部から噴射する燃料空気混合ガスの流速を高めることができ、火炎の揺れを防いで火炎の安定化を図ることができる。そして火炎は燃焼装置下流側で保炎されるため、火炎のリフト化により局部高温領域を大幅に削減でき、ＮＯｘ発生量はより一層低減できる。
特許文献２には、流動層ガス化炉に装入される流動粒子よりも嵩密度が小さい浮遊触媒体をガス化室に投入しガス化室の流動層の上面に浮遊触媒体によるタール捕捉改質層を形成したガス化装置を提案し、ガス化室で生成する生成ガス中のタールが、流動層の上面に形成されたタール捕捉改質層の浮遊触媒体の外部を流動する間に浮遊触媒体に捕捉され、捕捉されたタールは浮遊触媒体の触媒の作用により効果的に改質されるとする。

特開２００４−１２５１８４号公報 特開２０１３−１０３９８７号公報

しかしながら、特許文献１の自己再循環バーナでは、燃焼装置先細り部の外側に他の部分より圧力の低い負圧域が発生する。そして、全ての燃焼装置に共通することであるが、燃料に対して空気量が不足した部分があると、燃焼は緩慢となり未燃成分が発生する。未燃分は、後からでも空気が供給されれば完全燃焼することができるが、その前にバーナ表面等に付着すると、未燃分が煤として固形化することになる。燃焼装置外側の負圧域は、燃焼ガス流内に含まれている未燃分を取り込み、未燃分は負圧域内で滞留することになるため、燃焼装置外側表面は煤の付着が多くなりやすい。時間の経過による累積によって煤が堆積していった場合、着火時あるいは燃焼移行時の衝撃によって煤の一部が剥離すると、煤が燃焼排ガスとともに煙突から外気中へ飛散する問題が発生する。また、特許文献２のガス化装置では、ガス化室で生成する生成ガス中のタールが、流動層の上面に形成されたタール捕捉改質層の浮遊触媒体の外部を流動する間に浮遊触媒体に捕捉され、捕捉されたタールは浮遊触媒体の触媒の作用により効果的に改質されるものの、大がかりな設備が必要で小型の装置では実現が難しいうえ、捕捉されたタールの除去等メンテナンスを頻繁に行う必要がある。

本発明は、小型の装置で窒素酸化物等の有害排ガスを低減し、かつ、多段階で高効率の高温燃焼ガス化を実現する燃焼装置と燃焼方法を提供することにある。

上記問題を解決するために、本発明に係る熱交換器は、根元側の円筒部材と先端側のテーパ部材からなり、先端側に、気液を混合した燃料が噴霧投入される燃料投入部を、根元側に吐炎部を備える燃焼装置であって、複数の熱交換器と、複数の熱交換器の前後に形成される複数の燃焼室と、外気を任意の燃焼室に導入する空気配管と、複数の燃焼室のうち、燃焼によって生じた二酸化炭素を少なくとも一の下流の燃焼室から上流の燃焼室に戻す戻り配管と、を備え、熱交換器は、互いに共通の軸に沿って端と端を接して積み重ねられた円筒体又は多角形体の複数の筒状体を備え、該複数の筒状体は、少なくとも内面が多孔質体又は多孔質膜を有し、該複数の筒状体の内部空間がガス流の流れ用通路となり、かつ、筒状体の軸が先端側から根元側に向かうように、所望の距離をおいて並列配置されていることを特徴とする。

なお、積み重ねられた複数の筒状体は、それらの外壁を覆う筒状のケースを備えるとよい。また、多孔質体又は多孔質膜は、多孔質からなる窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素、窒化ホウ素等の非酸化物セラミックス及び多孔質からなるジルコニア、アルミナ、ムライトの単一材料、又は、窒化ホウ素と窒化ケイ素等の非酸化物セラミックス同士の複合材料、或いは、窒化ホウ素等の非酸化物セラミックスとジルコニア、アルミナ、ムライト等の酸化物セラミックスとの複合材料から構成されると好適である。

戻り配管は、複数の熱交換器のうち、最下流の熱交換器のガス流の流路出口側で略底部近傍に、燃焼によって生じた二酸化炭素を前記上流の燃焼室に戻すように配置されるとよい。形成されたガスのうち、比較的重量の重い一酸化炭素又は二酸化炭素を戻り配管により、再利用するためである。

さらに、本発明は、上述した燃焼装置において、ガスを還元燃焼と酸化燃焼を多段階で繰り返しながら再循環させて燃焼させることを特徴とする燃焼方法である。

本発明のガス化燃焼装置を利用すれば、完全燃焼が大幅に進むため、煤などの不完全燃焼排気分の燃焼が可能となり、燃焼効率が上昇して、燃費の抑制と排気ガスが大幅に削減できる。また、完全燃焼による高温ガス化が期待できるので、従来の液体燃料が実現できなかった利用範囲が広がる。

本発明に係る燃焼装置の内部を示す概略図である。 本発明に係る燃焼装置に内蔵された熱交換器を示す。 図３は、熱交換器が配置された状態の燃焼装置の正面図である。 本発明に係る燃焼装置の根元側の燃焼室に配置される戻り配管の取り付け位置を示す図である。 本発明に係る燃焼装置内において、燃料がガス化される様子を示す図である。 本発明に係る燃焼装置内において、燃料がガス化される様子を示す図である。 本発明に係る燃焼装置内において、燃料がガス化される様子を示す図である。 本発明に係る燃焼装置における熱効率を示すグラフである。 本発明の変形形態である実施例２に係る燃焼装置の内部を示す概略図である。 実施例２に係る燃焼装置内において、燃料がガス化される様子を示す図である。 実施例２に係る燃焼装置内において、燃料がガス化される様子を示す図である。 実施例２に係る燃焼装置内において、燃料がガス化される様子を示す図である。 実施例２に係る燃焼装置内において、燃料がガス化される様子を示す図である。

以下、本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。各図において、同一部分には同一番号を付し、重複する説明は省略する。また、図面は、本発明を理解するために誇張して表現している場合もあり、必ずしも縮尺どおり精緻に表したものではないことに留意されたい。なお、本発明は下記に示される実施例に限られるものではない。

実施例１を図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る燃焼装置の内部を示す概略図である。図２（ａ）は、本発明に係る燃焼装置に内蔵された熱交換器の正面図である。図２（ｂ）は、図２に示すＡ−Ａ線断面図である。図３は、熱交換器が配置された状態の燃焼装置の正面図である。図４は、本発明に係る燃焼装置の根元側の燃焼室に配置される戻り配管の取り付け位置を示す図である。

図１を参照する。本発明に係る燃焼装置１は、根元側の円筒部と先端側のテーパ部からなり、先端側に、気液を混合した燃料Ｎが噴霧投入される燃料投入部１２を、根元側に吐炎部１９を備え熱交換器１０Ａ、１０Ｂと、複数の熱交換器の前後に形成される燃焼室１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃと、外気Ａを任意の燃焼室に導入する空気配管１４と、複数の燃焼室１１Ａ、１１Ｂ、１１Ｃのうち、燃焼によって生じた二酸化炭素を下流の燃焼室１１Ｃから上流の燃焼室１１Ｂに戻す戻り配管１３と、を備える。

図２を参照する。図２（ａ）は、本発明に係る燃焼装置に内蔵された熱交換器の正面図である。図２（ｂ）は、図２に示すＡ−Ａ線断面図である。図２（ｂ）に示すとおり、本発明に係る熱交換器１０は、互いに共通の軸に沿って端と端を接して積み重ねられた円筒体又は多角形筒体の複数の筒状体１０１〜１０７を備え、複数の筒状体１０１〜１０７は、少なくとも内面が多孔質体又は多孔質膜を有し、複数の筒状体の内部空間がガス流の流れ用通路１０１０〜１０７０を備える。なお、積み重ねられた複数の筒状体１０１〜１０７は、それらの外壁を覆う筒状のケース１００を備えるとよい。また、実施例１において７個の同一径の７本の円筒体で構成しているが、数量は限定されない。それぞれ異なる径の円筒体を複数本で構成してもよいし、多角形筒体の組み合わせで構成してもよい。そして、これらの組み合わせに合わせたケースを外装することができる。

熱交換器１０Ａ、１０Ｂは多管式であり、後述するとおり、多数並置された筒状体１０１〜１０７の内部または外部にガスを通過させ、管の逆側、外部または内部に、空気等の受熱側ガスを流し、筒状体の内外部を通して、熱交換を行う。
熱交換器１０Ａ、１０Ｂの筒状体１０１〜１０７は、高温耐久のセラミック材によって、より継続的なガス化燃料の製造が可能となる。本発明においては、連続着火が重要であり、利用材料は、多孔質からなる窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素、窒化ホウ素等の非酸化物セラミックス及び多孔質からなるジルコニア、アルミナ、ムライトの単一材料、又は、窒化ホウ素と窒化ケイ素等の非酸化物セラミックス同士の複合材料、或いは、窒化ホウ素等の非酸化物セラミックスとジルコニア、アルミナ、ムライト等の酸化物セラミックスとの複合材料から構成されると好適である。これらのセラミックスは、特に高温下における耐熱性、耐食性、耐熱衝撃性に優れている。

筒状体１０１〜１０７について、ガス流の流れ用通路１０１０〜１０７０を通過するガスとの接触面積を大きくするため、筒状体の内面の多孔質の密度に細かくしたり、又は粗く構成したりして適正に調節するとよい。図２に示す実施例１については、熱交換器１０では、筒状体１０１〜１０７をパイプ状に形成し、ガス流の流れ用通路１０１０〜１０７０を形成している。このように、内面が金属多孔質である筒状体のガス流路を、加熱されたガスが通過することにより、輻射熱が発生し、気液燃料に含まれるＣＨ_４をＣＯとＨ_２に改質し、さらにＣＯ_２を捕捉してガスの改質を行うことができる。なお、気体が金属多孔質に接触する面積が大きいほど、熱交換率を大幅に増加させる。

図１を再度参照する。上述した熱交換器１０Ａ、１０Ｂは、燃焼装置１内に、筒状体１０１〜１０７の軸が先端側から根元側に向かうように、所望の距離をおいて並列配置され、その前後に燃焼室１１Ａ、１２Ａ、１３Ａが形成されている。

図３を参照する。図３は、熱交換器が配置された状態の燃焼装置の正面図である。図３に示すとおり、熱交換器１０は、燃焼装置内の略中央にグラスウール又はロックウール等断熱材Ｒを被覆して、前後に配置する燃焼室の隔壁として形成し、燃焼室１１Ａ、１１Ｂにおいて発生するガスＧ１、Ｇ２が、ガス流の流れ用通路１０１０〜１０７０のみを通過するように配置される。なお、熱交換器１０において、ケース１００に収納された複数の並置された筒状体１０１〜１０７の内部または外部にガスを通過させ、管の逆側、外部または内部に、空気等の受熱側ガスを流し、筒状体の内外部を通して、熱交換を行うが、外部にグラスウール又はロックウール等断熱材Ｒを詰めて、複数の筒状体が隣接してできる隙間を閉鎖してもよい。

図４を参照する。図４は、本発明に係る燃焼装置の根元側の燃焼室に配置される戻り配管の取り付け位置を示す図である。図４に示すとおり、燃焼装置１は、戻り配管１３を３本配置している。戻り配管１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃは、それぞれ燃焼室１１Ｃと燃焼室１１Ｂをつないでいる。なお、燃焼室１１Ｃ内の戻り配管１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃの開口部は、熱交換器１０Ｂのガス流の流路出口側で略底部近傍に配置されるとよい。熱交換器１０Ｂを介して、流出されるガスＧ３のうち、一酸化炭素又は二酸化炭素を含む排ガスを燃焼室１１Ｂに戻すためである。

図５〜７は、本発明に係る燃焼装置内において、燃料がガス化される様子を示す図である。なお、本発明に係る燃焼装置において使用する気液燃料は、本願発明者の発明（特許第５７１９０９３号）によるもの、すなわち、石油の分子を分断する石油の微細化工程と、水の分子を分断する水の微細化工程と、これら工程において分断された分子同士を結合させる異分子結合工程と、を備えた炭素系燃料の製造方法であって、石油の微細化工程では、第１のキャビテーション発生リングを、石油が流通するパイプの一部に設置し、該第１のキャビテーション発生リング内に、石油を高圧で通過させることで、該第１のキャビテーション発生リング内にキャビテーションを生じさせて、石油の分子を分断し、水の微細化工程では、第２のキャビテーション発生リングを、水が流通するパイプの一部に設置し、該第２のキャビテーション発生リング内に、水を高圧で通過させることで、該第２のキャビテーション発生リング内にキャビテーションを生じさせて、水の分子を分断し、異分子結合工程では、水の微細化工程において分断された水の分子と石油の微細化工程において分断された石油の分子との混合物が流通するパイプの一部に、第３のキャビテーション発生リングを設置し、該第３のキャビテーション発生リング内に、混合物を高圧で通過させることで、該第３のキャビテーション発生リング内にキャビテーションを生じさせて、分断された石油の分子と分断された水の分子とを結合して製造される炭素系燃料をいう。
また、気液燃料は、本願発明者の発明（ＷＯ２０１６／０５９７１７）によるもの、すなわち、重油にキャビテーションを生じさてナノバブルを含んだ第１の流体とし、水にキャビテーションを生じさせてナノバブルを含んだ第２の流体とし、これらの第１、第２の流体を混合させた混合流体にキャビテーションを生じさせることによって生成された、重油分解性組成物を含んだ炭化水素系燃料を使用してもよい。
このように、上述の気液燃料の分子構造に応じた可燃幅の気液燃料が注入できれば、燃焼室１１Ａ内で該燃料が引火し、後述する連続ガス化燃焼が可能となる。

図５（ｂ）を参照する。図５（ｂ）に示すとおり、燃料投入口１２から噴霧された気液燃料を着火させることにより、燃焼室１１Ａ内において、第一次燃焼が開始され、ガスＧ１１が形成される。なお、燃焼室１１Ａにおいて、燃料を投入しながら燃焼温度の上昇を８００〜１０００℃に抑制する。結果として、還元燃焼が起こる。
図５（ｃ）を参照する。燃焼室１１Ａにおいて生成された燃焼ガスＧ１は、熱交換器１０Ａのガス流の流れ用通路１０１０〜１０７０に流入する。ガス流の流れ用通路１０１０〜１０７０内で燃焼ガスＧ１１の乱流燃焼が多面的に起こる。すなわち、熱交換器１０Ａの、内面が金属多孔質である筒状体１０１〜１０７０内を加熱されたガスが通過することにより、輻射熱が発生しながら緩慢燃焼を続ける。

図６（ａ）を参照する。図６（ａ）に示すとおり、熱交換器１０Ａの筒状体１０１〜１０７内を通過したガスが燃焼室１１Ｂに流入し、第二次燃焼が開始され、ガスＧ１２が形成される。なお、燃焼室１１Ｂにおいて、空気を投入しながら燃焼温度を上昇する。結果として、酸化燃焼が起こる。

図６（ｂ）を参照する。燃焼室１１Ｂにおいて生成された燃焼ガスＧ２は、熱交換器１０Ｂのガス流の流れ用通路１０１０〜１０７０に流入する。ガス流の流れ用通路１０１０〜１０７０内で燃焼ガスＧ１２の乱流燃焼が多面的に起こる。すなわち、熱交換器１０Ｂの、内面が金属多孔質である筒状体１０１〜１０７内を加熱されたガスが通過することにより、輻射熱が発生しながら緩慢燃焼を続ける。

図７（ａ）を参照する。図７（ａ）に示すとおり、熱交換器１０Ｂの筒状体１０１〜１０７０内を通過したガスが燃焼室１１Ｃに流入し、第三次燃焼が開始され、ガスＧ１３が形成される。

図７（ｂ）を参照する。図７（ｂ）に示すとおり、燃焼室１１Ｃ内で形成されたガスＧ１３のうち、一酸化炭素又は二酸化炭素は戻り配管１３を介して、燃焼室１１Ｂに再投入する。そして、燃焼室１１Ｂ内において、一酸化炭素又は二酸化炭素に加えて、再度、空気を投入しながら酸化燃焼させる。

このように、気液燃料の継続供給と、熱交換器内のガスの緩慢燃焼を介することにより、継続的な燃焼が可能となり容易に１５００℃以上の高温燃焼ガスを生成することができる。

現在の燃焼力学は、一つの燃焼ルームで熱効率を求めているが、より小さな燃焼ルームが複数あり、内面が金属多孔質である筒状体のガス流路を、加熱されたガスが通過することにより、輻射熱が発生し保温による燃焼効率を改善し、さらには気液燃料に含まれるＣＨ_４をＣＯとＨ_２に改質し、ＣＯ_２を捕捉してガスの改質を行うことができる。
なお、気液燃料のガス化は通常高圧力で製造するが、圧縮室を設けて一定の燃焼時間を経過することにより、燃焼室の温度上昇によって自重の圧力がさらなるガス化を進め、ガスの改質を向上できる。

実施例１においては、燃焼装置１の根元の吐炎部１９において、炎のブルーフレームを確認している。

図８を参照する。図８は、実施例１に係る燃焼装置Ａと、本発明に係る熱交換器を備えない燃焼装置Ｂとの熱効率の違いを示すグラフである。以下、比較試験の測定結果を説明する。測定は下記条件の下、株式会社エコプラナ 三木工場（兵庫県三木市別所町興治７２４−３６１）において実施された。ここで、試験には、実施例１に係る構造の燃焼装置Ａと、本発明に係る熱交換器を備えない燃焼装置Ｂを用意した。なお、燃焼装置Ｂは、市販されているドラム缶に下記オイルバーナを取り付けたものである。温度測定は、燃焼装置Ａ及びＢともに、炎の吐炎部で測定した。また、気液燃料は、本願発明者の発明（ＷＯ２０１６／０５９７１７）によるもの、すなわち、重油にキャビテーションを生じさてナノバブルを含んだ第１の流体とし、水にキャビテーションを生じさせてナノバブルを含んだ第２の流体とし、これらの第１、第２の流体を混合させた混合流体にキャビテーションを生じさせることによって生成された、重油分解性組成物を含んだ炭化水素系燃料を使用している。

測定年月日：平成２９年１１月１３日月曜日 午前１１時〜１２時
測定場所：株式会社エコプラナ 三木工場（兵庫県三木市別所町興治７２４−３６１）
外気温：摂氏１８度
利用機器：オイルバーナ（オリンピア工業株式会社製）
測定方法：ガンタイプ周波数温度計測定方式

以上の結果、着火後１８分程度までは、燃焼装置Ａよりも燃焼装置Ｂの方が燃焼温度は上がるものの、その後は逆転し、燃焼装置Ａの炎噴出口の温度は着火後３０分を過ぎる頃から１０００℃を超え、２５分後には１２８０℃に到達した。他方、燃焼装置Ｂの炎噴出口の温度は着火後５０分を経過しても、１０００℃を超えることはなかった。

実施例２を図面を参照して詳細に説明する。図９は、本発明に係る実施例１とは別の燃焼装置の内部を示す概略図である。

図９を参照する。本発明に係る燃焼装置２は、根元側の円筒部と先端側のテーパ部からなり、先端側に、気液を混合した燃料Ｎが噴霧投入される燃料投入部２２を、根元側に吐炎部２９を備え熱交換器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃと、複数の熱交換器の前後に形成される燃焼室２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄと、外気Ａを任意の燃焼室に導入する空気配管２４と、複数の燃焼室２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ、２１Ｄのうち、燃焼によって生じた二酸化炭素を下流の燃焼室２１Ｄから上流の燃焼室２１Ｂに戻す戻り配管２３と、を備える。

なお、熱交換器２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの構造、熱交換器の燃焼装置２内の配置、戻り配管２３の配置は、実施例１と同様であるので、説明は省略する。

図１０〜１３は、実施例２に係る燃焼装置２内において、燃料がガス化される様子を示す図である。図１０〜１３を参照しながら、実施例２に係る燃焼装置２内において燃料の燃焼方法を説明する。

まず、図１０（ａ）に示すとおり、燃料投入口２２から、気液燃料を噴霧する。なお、気液燃料は、可燃空気幅の設定を所定の基準に基づいて、液体流量と空気流量の予混合したものを使用する。気液燃料についても、実施例１と同様であるので、説明は省略する。

図１０（ｂ）を参照する。図１０（ｂ）に示すとおり、燃料投入口２２から噴霧された気液燃料を着火させることにより、燃焼室２１Ａ内において、第一次燃焼が開始され、ガスＧ２１が形成される。なお、燃焼室２１Ａにおいて、燃料を投入しながら燃焼温度の上昇を８００〜１０００℃に抑制する。結果として、還元燃焼が起こる。

図１０（ｃ）を参照する。燃焼室２１Ａにおいて生成された燃焼ガスＧ２１は、熱交換器２０Ａのガス流の流れ用通路２０１０〜２０７０に流入する。ガス流の流れ用通路２０１０〜２０７０内で燃焼ガスＧ２１の乱流燃焼が多面的に起こる。すなわち、熱交換器２０Ａの、内面が金属多孔質である筒状体２０１〜２０７内を加熱されたガスが通過することにより、輻射熱が発生しながら緩慢燃焼を続ける。

図１１（ａ）を参照する。図１１（ａ）に示すとおり、熱交換器２０Ａの筒状体２０１〜２０７内を通過したガスが燃焼室２１Ｂに流入し、第二次燃焼が開始され、ガスＧ２２が形成される。なお、燃焼室２１Ｂにおいて、空気Ａを投入しながら燃焼温度を上昇する。結果として、酸化燃焼が起こる。

図１１（ｂ）を参照する。燃焼室２１Ｂにおいて生成された燃焼ガスＧ２２は、熱交換器２０Ｂのガス流の流れ用通路２０１０〜２０７０に流入する。ガス流の流れ用通路２０１０〜２０７０内で燃焼ガスＧ２２の乱流燃焼が多面的に起こる。すなわち、熱交換器２０Ｂの、内面が金属多孔質である筒状体２０１〜２０７内を加熱されたガスが通過することにより、輻射熱が発生しながら緩慢燃焼を続ける。

図１２（ａ）を参照する。図１２（ａ）に示すとおり、熱交換器２０Ｂの筒状体２０１〜２０７内を通過したガスが燃焼室２１Ｃに流入し、第三次燃焼が開始され、ガスＧ２３が形成される。ここでは空気Ａの投入はない。

図１２（ｂ）を参照する。燃焼室２１Ｃにおいて生成された燃焼ガスＧ２３は、熱交換器２０Ｃのガス流の流れ用通路２０１０〜２０７０に流入する。ガス流の流れ用通路２０１０〜２０７０内で燃焼ガスの乱流燃焼が多面的に起こる。すなわち、熱交換器２０Ｃの、内面が金属多孔質である筒状体２０１〜２０７内を加熱されたガスが通過することにより、輻射熱が発生しながら緩慢燃焼を続ける。

図１３（ａ）を参照する。図１３（ａ）に示すとおり、熱交換器２Ｃの筒状体２０１〜２０７内を通過したガスが燃焼室２１Ｄに流入し、第四次燃焼が開始され、ガスＧ２４が形成される。

図１３（ｂ）を参照する。図１３（ｂ）に示すとおり、燃焼室２１Ｄ内で形成されたガスＧ２４のうち、一酸化炭素又は二酸化炭素を含む排ガスは戻り配管２３を介して、燃焼室２１Ｂに流れる。そして、燃焼室２１Ｂ内において、一酸化炭素又は二酸化炭素に加えて、再度、空気Ａを投入しながら酸化燃焼させる。

このように、気液燃料の継続供給と、熱交換器内のガスの緩慢燃焼を介することにより、継続的な燃焼が可能となり容易に１５００℃以上の高温燃焼ガスを生成することができる。

以上、本発明に係る気液燃料のガス化に用いる燃焼装置と燃焼方法における好ましい実施形態を図示して説明してきたが、本発明の技術的範囲を逸脱することなく種々の変更が可能であることは理解されるであろう。

本発明に係る気液燃料のガス化に用いる燃焼装置及び燃焼方法は、発電タービンや蒸気タービン等に広く利用することができる。

１ ２ 燃焼装置
１０ １０Ａ １０Ｂ 熱交換器
１００ ２００ ケース
１０１〜１０７ 筒状体
２０１〜２０７ 筒状体
１０１０〜１０７０ ガス流路
２０１０〜２０７０ ガス流路
２０ ２０Ａ ２０Ｂ ２０Ｃ 熱交換器
１１Ａ １１Ｂ １１Ｃ 燃焼室
２１Ａ ２１Ｂ ２１Ｃ ２１Ｄ 燃焼室
１２ ２２ 燃料投入部
１３ ２３ 戻り配管
１４ ２４ 空気配管
１８ ２８ コーンカバー
１９ ２９ 吐炎部
Ｇ１１ Ｇ１２ Ｇ１３ ガス
Ｇ２１ Ｇ２２ Ｇ２３ Ｇ２４ ガス
Ｆ 炎
Ａ 空気

Claims (5)

1. 根元側の円筒部材と先端側のテーパ部材からなり、先端側に、気液を混合した燃料が噴霧投入される燃料投入部を、根元側に吐炎部を備える燃焼装置であって、
   複数の熱交換器と、
   前記複数の熱交換器の前後に形成される複数の燃焼室と、
   外気を任意の前記燃焼室に導入する空気配管と、
   前記複数の燃焼室のうち、燃焼によって生じた二酸化炭素を少なくとも一の下流の燃焼室から上流の燃焼室に戻す戻り配管と、を備え、
   前記熱交換器は、互いに共通の軸に沿って端と端を接して積み重ねられた円筒体又は多角形体の複数の筒状体を備え、該複数の筒状体は、少なくとも内面が多孔質体又は多孔質膜を有し、該複数の筒状体の内部空間がガス流の流れ用通路となり、かつ、前記筒状体の前記軸が前記先端側から前記根元側に向かうように、所望の距離をおいて並列配置されていることを特徴とする燃焼装置。
2. 前記熱交換器は、積み重ねられた前記複数の筒状体の外壁を覆う筒状のケースを備えることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置。
3. 前記多孔質体又は前記多孔質膜は、多孔質からなる窒化ケイ素、サイアロン、炭化ケイ素、窒化ホウ素等の非酸化物セラミックス及び多孔質からなるジルコニア、アルミナ、ムライトの単一材料、又は、窒化ホウ素と窒化ケイ素等の非酸化物セラミックス同士の複合材料、或いは、窒化ホウ素等の非酸化物セラミックスとジルコニア、アルミナ、ムライト等の酸化物セラミックスとの複合材料から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼装置。
4. 前記戻り配管は、前記複数の熱交換器のうち、最下流の前記熱交換器の前記ガス流の流路出口側で略底部近傍から前記燃焼によって生じた二酸化炭素を前記上流の燃焼室に戻すように配置されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の燃焼装置。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載の燃焼装置において、前記ガスを還元燃焼と酸化燃焼を多段階で繰り返しながら再循環させて燃焼させることを特徴とする燃焼方法。

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