JP3141750U - 水混合エマルジョン燃焼装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 通常のバーナ装置を用いて水と燃料油とを混合した混合燃料油をエマルジョン化して燃焼させることができる水混合エマルジョン燃焼装置を提供すること。
【解決手段】 燃料油を燃焼するための燃焼室８に燃料油を噴射するためのバーナ装置４と、燃料油を供給するための燃料油供給ライン２８と、燃料油供給ライン２８に水を供給するための水供給ライン３４と、燃料油供給ライン２８からの燃料油と水供給ライン３４からの水とを混合してバーナ装置４に送給するための混合燃料油送給ライン３８と、を備えた水混合エマルジョン燃焼装置。混合燃料油送給ライン３８に加熱手段４２及びミキサー手段４４がこの順に配設され、加熱手段４２は混合燃料油を８０〜１００℃に加熱し、ミキサー手段４４は加熱された混合燃料油をエマルジョン化し、エマルジョン化された混合燃料油がバーナ装置４に送給される。
【選択図】 図１

Description

本考案は、燃料油と水とを混合してエマルジョン化した混合燃料油を燃焼させる水混合エマルジョン燃焼装置に関する。

従来から、燃料油に水を混合した混合燃料油を燃料として用いて燃焼させる水混合エマルジョン燃焼装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この水混合エマルジョン燃焼装置では、燃料油と水の混合比が一定の混合燃料油を用いるために、水エマルジョン専用のバーナ装置を用いて燃焼させている。

特開平１０−１３０６６４号公報

しかしながら、従来の水エマルジョン燃焼装置では、専用のバーナ装置を用いなければ燃焼させることができず、それ故に、燃料油を燃焼させる既設のバーナ装置を水エマルジョン燃焼用に適用することができず、適用しようとする場合、水混合エマルジョン燃料油のための貯蔵タンクを設置するとともに、バーナ装置を水エマルジョン燃料油を燃焼させるための専用バーナに交換しなければならないという問題がある。

このようなことから、小型・中型のバーナ装置を使用している中小企業において、上述した貯蔵タンクの設置、また専用バーナ装置への交換などを行って水エマルジョン燃焼装置にしても、燃料油の使用量が少ないために事業として採算が取れないのが実情である。

本考案の目的は、通常のバーナ装置を用いて水と燃料油とを混合した混合燃料油をエマルジョン化して燃焼させることができる水混合エマルジョン燃焼装置を提供することである。

本考案の請求項１に記載の水混合エマルジョン燃焼装置は、燃料油を燃焼するための燃焼室に燃料油を噴射するためのバーナ装置と、燃料油を供給するための燃料油供給ラインと、前記燃料油供給ラインに水を供給するための水供給ラインと、前記燃料油供給ラインからの燃料油と前記水供給ラインからの水とを混合して前記バーナ装置に送給するための混合燃料油送給ラインと、を備え、
前記混合燃料油送給ラインに加熱手段及びミキサー手段がこの順に配設され、前記加熱手段は混合燃料油を８０〜１００℃に加熱し、前記ミキサー手段は加熱された混合燃料油をエマルジョン化し、エマルジョン化された混合燃料油が前記バーナ装置に送給されて噴霧燃焼されることを特徴とする。

また、本考案の請求項２に記載の水混合エマルジョン燃焼装置では、前記バーナ装置は、混合燃料油を前記燃焼室に向けて噴霧するための噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルに混合燃料油を送給するためのバーナポンプとを備え、前記ミキサー手段の送出部から前記バーナポンプまでの距離が１．５ｍ以下であることを特徴とする。

また、本考案の請求項３に記載の水混合エマルジョン燃焼装置では、前記バーナ装置と前記燃焼室との間には燃焼筒が設けられ、前記燃焼筒の内面に蓄熱材が配設されていることを特徴とする。

また、本考案の請求項４に記載の水混合エマルジョン燃焼装置では、前記加熱手段及び前記ミキサー手段と並列的に混合燃料油戻しラインが設けられ、前記混合燃料戻しラインの一端側が前記ミキサー手段の下流側にて前記混合燃料油送給ラインに接続され、その他端側が前記加熱手段の上流側にて前記混合燃料油送給ラインに接続されていることを特徴とする。

また、本考案の請求項５に記載の水混合エマルジョン燃焼装置では、燃料油と水との分離を抑制するための乳化剤を供給するための乳化剤供給ラインが前記加熱手段の上流側にて前記混合燃料油送給ラインに接続され、混合燃料油に対する体積比が０．１％以下となるように乳化剤が混合燃料油に注入されることを特徴とする。

更に、本考案の請求項６に記載の水混合エマルジョン燃焼装置では、前記水供給ラインには水を供給するための水供給ポンプが設けられ、前記バーナ装置の連続燃焼時間に基づいて前記水供給ポンプによる水供給量が調整されることを特徴とする。

本考案の請求項１に記載の水混合エマルジョン燃焼装置によれば、燃料油供給ラインから燃料油（例えば、重油）が供給され、また水供給ラインから水が供給され、燃料油に水が混合された混合燃料油が混合燃料油送給ラインを通してバーナ装置に送給される。この混合燃料油送給ラインに加熱手段及びミキサー手段が設けられ、加熱手段は混合燃料油を８０〜１００℃に加熱するので、その後のミキサー手段による混合燃料油のミキシングによって、この混合燃料油を所望の通りにエマルジョン化し、エマルジョン化した混合燃料油をバーナ装置に送給して燃焼させることができ、かくして、燃料油を完全燃焼に近い状態で燃焼させることができ、燃焼時のＣＯ_２，ＮＯ_ｘの発生を抑えることができる。

また、本考案の請求項２に記載の水混合エマルジョン燃焼装置によれば、ミキサー手段の送出部からバーナ装置のバーナポンプまでの距離が１．５ｍ以下と短いので、エマルジョン状態の混合燃料油がバーナ装置の噴霧ノズルに送給され、乳化剤を用いることなく混合燃料油を燃焼させることができる。

また、本考案の請求項３に記載の水混合エマルジョン燃焼装置によれば、バーナ装置と燃焼室との間に設けられた燃焼筒の内面に蓄熱材が配設されているので、バーナ装置の燃焼熱が蓄熱材に蓄熱され、蓄熱された熱によってエマルジョン化された混合燃料油中の水分が微爆発し、この微爆発によって周囲の燃料油が微細化され、燃料油と燃焼用空気との接触面積が拡大して完全燃焼により近い状態で燃焼させることができる。

また、本考案の請求項４に記載の水混合エマルジョン燃焼装置によれば、加熱手段及びミキサー手段と並列的に混合燃料油戻しラインが設けられているので、バーナ装置に送給された混合燃料油の一部が加熱手段の上流側に戻され、混合燃料油送給ラインを流れる混合燃料油に混合される。

また、本考案の請求項５に記載の水混合エマルジョン燃焼装置によれば、乳化剤供給ラインが加熱手段の上流側にて混合燃料油送給ラインに接続され、混合燃料油に対する体積比が０．１％以下となるように乳化剤が混合燃料油に注入されるので、エマルジョン化した混合燃料油における水と燃料油との分離を抑えながら乳化剤によるバーナ装置への影響を最小限に抑えることができ、乳化剤を使用するにもかかわらず通常のバーナ装置を用いることができる。

更に、本考案の請求項６に記載の水混合エマルジョン燃焼装置によれば、バーナ装置の連続燃焼時間に基づいて水供給ポンプによる水供給量が調整されるので、燃焼状態に応じて燃料油に混合される水の量を調整することができ、安定した燃焼状態と保つことができる。例えば、燃焼開始時は水の混合がなく、燃焼開始から第１所定時間経過後に例えば体積比で１５％程度の水を混合し、燃焼開始から第２所定時間経過後に例えば体積比で３０％の水を混合するようにすることができる。

以下、添付図面を参照して、本考案に従う水混合エマルジョン燃焼装置の一実施形態について説明する。図１は、本考案に従う水混合エマルジョン燃焼装置を示す概略図であり、図２は、図１の水エマルジョン燃焼装置の燃焼筒を示す断面図であり、図３は、図１の水エマルジョン燃焼装置の稼働を説明するための図である。

図１において、図示の水混合エマルジョン燃焼装置は、燃焼装置本体２及びバーナ装置４を備え、バーナ装置４と燃焼装置本体２との間に燃焼筒６が設けられている。燃焼室本体２は燃焼室８を規定し、後述する混合燃料油がこの燃焼室８で燃焼される。

図示のバーナ装置４は、一対の噴霧ノズル１０と、バーナポンプ１２とを備え、バーナポンプ１２からの混合燃料油（後述する）が送給ライン１４及び分岐ライン１６を通して一対の噴霧ノズル１０に送給される。各分岐ライン１６には電磁弁１８が設けられ、電磁弁１８は噴霧ノズル１０への混合燃料油の送給を制御する。電磁弁１８が開状態になると、噴霧ノズル１０から混合燃料油が燃焼室８に向けて噴霧され、噴霧された混合燃料油が燃焼される。

図２をも参照して、この実施形態では、燃焼筒６は円筒状であり、その一端部には取付フランジ２０が設けられ、この取付フランジ２０がバーナ装置４に取り付けられ、その他端部には取付フランジ２２が設けられ、かかる取付フランジ２２は燃焼装置本体２に取り付けられる。この燃焼筒６の内周面には蓄熱材２４が設けられ、この蓄熱材２４として例えば耐火セメントを用いることができ、混合燃料油の燃焼による熱がこの蓄熱材２４に蓄熱される。

バーナ装置４には、燃料油（例えば、重油）に水を混合した混合燃料油が供給される。図１を参照して更に説明すると、燃料タンクの如き燃料供給源２６には燃料油（重油）が収容されており、この燃料供給源２６の燃料油が燃料油供給ライン２８を通して供給される。燃料油供給ライン２８には燃料油供給バルブ３０が配設され、この燃料油供給バルブ３０を開状態にすることによって燃料油の供給が行われる。

また、水を供給するための水供給源を構成する水タンク３２には、燃料油に混合する水が収容されており、この水タンク３２の水が水供給ライン３４を通して燃料油供給ライン２８に供給される。この実施形態では、水タンク３２から二つの水供給ライン３４が延び、これら水供給ライン３４が燃料油供給ライン２８に接続され、各水供給ライン３４には水供給ポンプ３６が配設されている。水供給ポンプ３６が作動すると、水タンク３２内の水が水供給ライン３４を通して燃料油供給ライン２８に供給され、燃料油供給ライン２８を流れる燃料油に水が混合される。

燃料油（重油）に混合する水の混入量は、燃料油の体積に対して０〜３０％程度（例えば、燃料油１０リットルに対して水０〜３リットル）にするのが望ましく、このような範囲にすることによって、水エマルジョン専用のバーナ装置を用いることなく、通常のバーナ装置を用いても安定して燃焼させることができる。

燃料油供給ライン２８及び水供給ライン３４は混合油送給ライン３８に接続され、燃料油供給ライン２８からの燃料油及び水供給ライン３４からの水が混合されて混合燃料油送給ライン３８を通してバーナ装置４に送給される。混合燃料油送給ライン３８には、混合燃料油送給ポンプ４０、加熱手段４２及びミキサー手段４４が配設されている。混合燃料油送給ポンプ４０は例えばギアポンプから構成され、混合燃料油を混合燃料油送給ライン３８を通してバーナ装置４に送給する。また、加熱手段４２は例えばラインヒータから構成され、混合燃料送給ライン３８を通して送給される混合燃料油を加熱する。この加熱手段４２は、混合燃料油を８０〜１００℃に、好ましくは９０〜１００℃に加熱するのが好ましく、このような温度範囲に加熱することによって、後のミキサー手段４４によるエマルジョン化が促進される。また、ミキサー手段４４は直列的に配設された一対のラインミキサー４６から構成され、加熱された混合燃料油がミキサー手段４４によってエマルジョン化（即ち、燃料油と水とが混合された乳濁液化）され、エマルジョン化された混合燃料油がバーナ装置４に送給される。尚、ミキサー手段４４の下流側には、バーナ装置４への混合燃料油（エマルジョン化されたもの）の供給、供給停止を行うための混合燃料油供給バルブ４８が配設されている。

この実施形態では、ミキサー手段４４として一対のラインミキサー４６を用いているが、充分にエマルジョン化できる場合には、一つのラインミキサー４６を用いるのみでもよく、また他の形態のミキサーを用いるようにしてもよい。

この実施形態では、燃料油送給ポンプ４０、加熱手段４２及びミキサー手段４４と並列的に混合燃料油戻しライン５０が配設され、この混合燃料油戻しライン５０の一端側がミキサー手段４４の下流側（具体的には、ミキサー手段４４と混合燃料油供給バルブ４８との間）にて混合燃料油送給ライン３８に接続され、その他端側が加熱手段４２の上流側（具体的には、加熱手段４２より上流側に配設された混合燃料油送給ポンプ４０より上流側）にて混合燃料油送給ライン３８に接続されている。

例えば、混合燃料油送給ポンプ４０として、その吐出量がバーナ装置４における混合燃料油の燃焼量の８〜１３倍のものを用い、このような吐出量の大きい混合燃料油送給ポンプ４０を用いて混合燃料油送給ライン３８を通して混合燃料油を送給し、このように送給した混合燃料油の大部分を混合燃料油戻しライン５０を通して混合燃料油送給ポンプ４０の上流側に戻し、混合燃料油送給ライン３８（加熱手段４２、ミキサー手段４４）及び混合燃料油戻しライン５０を通して混合燃料油を強制的に循環することによって、燃料油及び水の混合エマルジョン化の促進、またその安定化を図ることができる。

この形態では、更に、バーナ装置４のバーナポンプ１２と混合燃料油戻しライン５０との間に余剰燃料油戻しライン５２が配設され、バーナ装置４に送給された余剰燃料油（余剰混合燃料油）はバーナポンプ１２から余剰燃料油戻しライン５２及び混合燃料油戻しライン５０を通して混合燃料油送給ポンプ４０の上流側に戻される。

このような水混合エマルジョン燃焼装置では、ミキサー手段４４にてエマルジョン化された混合燃料油がエマルジョン状態でもってバーナ装置４まで送給されるように、ミキサー手段４４の送出部（この実施形態では、下流側ラインミキサー４６の送出部）からバーナ装置４のバーナポンプ１２までの距離Ｌが１．５ｍ以下、好ましくは１．０ｍ以下に設定するのが望ましく、この距離Ｌが１．５ｍを超えるようになるとエマルジョン化した混合燃料油の燃料油と水の分離するおそれが生じる。

ミキサー手段４４の送出部からバーナポンプ１２までの距離Ｌが１．５ｍを超える、例えば３〜４ｍ程度になる場合、燃料油と水の分離を抑制するために、混合燃料油に乳化剤を注入するのが望ましい。この場合、乳化剤供給源としての乳化剤タンク５４には、燃料油と水との分離を抑制する乳化剤が収容されており、この乳化剤タンク５４内の乳化剤が乳化剤供給ライン５６を通して混合燃料油送給ライン３８に供給される。この形態では、乳化剤供給ライン５６は加熱手段４４の上流側（より具体的には、混合燃料油送給ポンプ４０の上流側）にて混合燃料油送給ライン３８に接続され、この乳化剤供給ライン５６には乳化剤供給ポンプ５８が配設され、乳化剤供給ポンプ５８によって、乳化剤タンク５４からの乳化剤が乳化剤供給ライン５６を通して混合燃料油に注入される。

乳化剤供給ポンプ５８による乳化剤の注入量は、混合燃料油の対する体積比で０．１％以下（混合燃料油１０リットルに対して乳化剤１０ｃｃ以下）であるのが望ましく、このように微量の乳化剤を注入することによって、燃料油と水の分離する時間を延ばすことができ、これによって、上記距離Ｌが長くなってもエマルジョン状態の混合燃料油をバーナ装置４に送給することができる。この乳化剤の注入量が０．１％を超えると、乳化剤によるバーナ装置４、特に噴霧ノズル１０に影響が生じ、通常のバーナ装置４の使用が難しくなる。

この水混合エマルジョン燃焼装置による燃焼は、例えば次のようにして行われる。図１とともに、図３（図３において、斜線部分は水の割合を示し、白い部分は燃料油の割合を示している）を参照して、燃焼開始（ＯＮ）時においては、燃焼を安定させるために、水の混合は行われず、燃料油による燃焼が行われ、第１燃焼状態となる。即ち、水供給ポンプ３６は非作動状態に保たれ、燃料油供給源２６からの燃料油が燃料油供給ライン２８及び混合燃料油送給ライン３８を通してバーナ装置４に送給され、このバーナ装置４の一対の噴霧ノズル１０から燃焼室８に向けて噴霧され、噴霧された燃料油が燃焼室で燃焼される。

燃焼開始から第１所定時間Ｔ１（例えば、１０〜２０分程度に設定される）経過すると、燃焼がある程度安定するので、第１所定量の水の混合が行われた第１燃焼状態に移る。この実施形態では、一方の水供給ポンプ３６が作動され、一方の水供給ライン３４を通して燃料供給ライン２８を流れる燃料油に水の混合が行われる。この水供給ポンプ３６による水の混入は、燃料油（重油）の体積に対して例えば１５％（燃料油１０リットルに対して水１．５リットル）程度行われる。

このときには、燃料油供給源２６からの燃料油と水タンク３２からの水が混合燃料油送給ライン３８に供給され、この混合燃料油送給ライン３８を通して流れる間に、加熱手段４２におて９０℃程度に加熱され、更に加熱された混合燃料油がミキサー手段４４によってミキシングされて混合燃料油がエマルジョン化され、エマルジョン状態の混合燃料油がバーナ装置４に送給され、このバーナ装置４の一対の噴霧ノズル１０から燃焼室８に向けて噴霧される。このようにエマルジョン化した混合燃料油を高温の燃焼筒６内を通して燃焼状態の燃焼室８に向けて噴霧すると、エマルジョン状態の混合燃料油中の水分が微爆発を起こして周囲の燃料油がより微細化され、これによって、燃焼用空気と燃料油との接触面積が増大し、燃料油の燃焼がより完全燃焼に近い状態で行われ、地球温暖化の原因となるＣＯ_２、大気汚染の原因となるＮＯ_ｘ などの排出量を抑えることができる。また、燃料油の水を混合するので、燃料油自体の消費量も少なくなり、省エネ効果の達成することができる。

第１燃焼状態の開始から第２所定時間Ｔ２（例えば、１０〜２０分程度に設定される）経過すると、燃焼が安定するので、第２所定量の水の混合が行われた第２燃焼状態に移行する。この実施形態では、双方の水供給ポンプ３６が作動され、二つの水供給ライン３４を通して燃料供給ライン２８を流れる燃料油に水の混合が行われる。双方の水供給ポンプ３６による水の合計混入量は、燃料油（重油）の体積に対して例えば３０％（燃料油１０リットルに対して水３リットル）程度行われる。

このときには、第１燃焼状態のときと同様に、燃料油供給源２６からの燃料油と水タンク３２からの水が混合燃料油送給ライン３８に供給され、この混合燃料油送給ライン３８を通して流れる間に、加熱手段４２におて９０℃程度に加熱され、更に加熱された混合燃料油がミキサー手段４４によってミキシングされる。そして、エマルジョン状態の混合燃料油がバーナ装置４の一対の噴霧ノズル１０から燃焼室８に向けて噴霧されて燃焼され、その燃焼は上述したと同様に行われ、ＣＯ_２、ＮＯ_ｘの排出を抑えるとともに、省エネも達成するものとなる。尚、この第３燃焼状態の燃焼は、バーナ装置４の燃焼が終了（ＯＦＦ）するまで行われる。

以上、本考案に従う水混合エマルジョン燃焼装置の一実施形態について説明したが、本考案はかかる実施形態に限定されるものではなく、本考案の範囲を逸脱することなく種々の変形乃至修正が可能である。

例えば、上述した実施形態では、水供給ポンプ３６として定容量型のものを二つ用い、これら水供給ポンプ３６の作動、非作動によって燃料油に混入される水の供給量を制御しているが、このような構成に代えて、可変容量型のものを用い、水供給ポンプ３６の吐出量を変えることによって燃料油に混入される水の供給量を制御するようにしてもよい。

本考案に従う水混合エマルジョン燃焼装置を示す概略図。 図１の水エマルジョン燃焼装置の燃焼筒を示す断面図。 図１の水エマルジョン燃焼装置の稼働を説明するための図。

符号の説明

２ 燃焼装置本体
４ バーナ装置
６ 燃焼筒
８ 燃焼室
１０ 噴霧ノズル
１２ バーナポンプ
２６ 燃料供給源
２８ 燃料油供給ライン
３２ 水タンク
３４ 水供給ライン
３８ 混合燃料油送給ライン
４２ 加熱手段
４４ ミキサー手段
５０ 混合燃料油戻しライン
５２ 余剰燃料油戻しライン
５４ 乳化剤タンク
５６ 乳化剤供給ライン

Claims (6)

1. 燃料油を燃焼するための燃焼室に燃料油を噴射するためのバーナ装置と、燃料油を供給するための燃料油供給ラインと、前記燃料油供給ラインに水を供給するための水供給ラインと、前記燃料油供給ラインからの燃料油と前記水供給ラインからの水とを混合して前記バーナ装置に送給するための混合燃料油送給ラインと、を備え、
   前記混合燃料油送給ラインに加熱手段及びミキサー手段がこの順に配設され、前記加熱手段は混合燃料油を８０〜１００℃に加熱し、前記ミキサー手段は加熱された混合燃料油をエマルジョン化し、エマルジョン化された混合燃料油が前記バーナ装置に送給されて噴霧燃焼されることを特徴とする水混合エマルジョン燃焼装置。
2. 前記バーナ装置は、混合燃料油を前記燃焼室に向けて噴霧するための噴霧ノズルと、前記噴霧ノズルに混合燃料油を送給するためのバーナポンプとを備え、前記ミキサー手段の送出部から前記バーナポンプまでの距離が１．５ｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の水混合エマルジョン燃焼装置。
3. 前記バーナ装置と前記燃焼室との間には燃焼筒が設けられ、前記燃焼筒の内面に蓄熱材が配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水混合エマルジョン燃焼装置。
4. 前記加熱手段及び前記ミキサー手段と並列的に混合燃料油戻しラインが設けられ、前記混合燃料戻しラインの一端側が前記ミキサー手段の下流側にて前記混合燃料油送給ラインに接続され、その他端側が前記加熱手段の上流側にて前記混合燃料油送給ラインに接続されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水混合エマルジョン燃焼装置。
5. 燃料油と水との分離を抑制するための乳化剤を供給するための乳化剤供給ラインが前記加熱手段の上流側にて前記混合燃料油送給ラインに接続され、混合燃料油に対する体積比が０．１％以下となるように乳化剤が混合燃料油に注入されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の水混合エマルジョン燃焼装置。
6. 前記水供給ラインには水を供給するための水供給ポンプが設けられ、前記バーナ装置の連続燃焼時間に基づいて前記水供給ポンプによる水供給量が調整されることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の水混合エマルジョン燃焼装置。

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