JP3177513U

JP3177513U - 化石燃料の燃焼効率改善装置

Info

Publication number: JP3177513U
Application number: JP2012002406U
Authority: JP
Inventors: 恭胤高藤; 泉清水; 安幸増田
Original assignee: 恭胤高藤; エコ清水環境株式会社; 有限会社増田工業
Priority date: 2012-04-04
Filing date: 2012-04-04
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2022-04-04

Abstract

【課題】ボイラー等における化石燃料の燃焼効率を顕著に向上させてエネルギー効率の向上を図り、地球環境保護にも貢献できる化石燃料の燃焼効率改善装置を提供する。
【解決手段】ボイラー配管２との接続口１ｂを両端に有する筐体１ａの少なくとも一端側且つ内周面に沿って異極同士が対向するように一対の磁石３ａ、３ｂを固着する。さらに、筐体１ａ内に、トルマリン鉱石の粉砕物に粘土を加えて所定の形状に形成して焼成した第一セラミックと、トルマン鉱石及び希土類鉱石の粉砕物に粘土を加えて所定の形状に形成して焼成した第二セラミックとを、所定の割合で混ぜ合わせて充墳する。
【選択図】図１

Description

本考案は、ガソリン、灯油等の化石燃料を熱源として使用したボイラー等に付設され、その燃焼効率を向上させ得る燃焼効率改善装置に関する。

今日、ガソリンや軽油、ＬＮＧ（ＬｉｑｕｅｆｉｅｄＮａｔｕｒａｌＧａｓ）などの化石燃料は、主に車両や鉄道などの内燃機関のエネルギー源あるいは給湯用ボイラーの熱源として用いられている。そして、化石燃料自体を良質化して燃焼効率を向上する技術も種々提案されている。

例えば、上端に排油口を有した筒状ケーシング中に、一端をケース内底部近傍に開口し他端を筒状ケーシングの外部に突出した送油管を収納すると共に、送油管と筒状ケーシングとの間の空間に永久磁石よりなる球体を多数介在収納して燃費を向上させ、エンジンのパワーアップ、燃料コストの削減となるよう燃料油を微粒子化する装置において、同装置をコンパクトな形状にしたまま燃料油の流路を長く確保し、燃料油をより効果的に微粒子化するもの（特許文献１参照。）。ディーゼルエンジンの排気ガス通路に排ガス反応室を介装し、この排ガス反応室に流入する排気ガス中にアンモニア及び水蒸気を注入するアンモニア注入装置を設け、排気ガスに含まれる窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素、微小粉塵粒子等の有害物質を効率よく低減できる排気ガス浄化装置（特許文献２参照。）。排気浄化触媒と、当該触媒の温度を上昇させる触媒昇温手段とを備える構成おいて、触媒昇温手段は、新気を供給する空気供給手段と、燃料供給手段と、空気供給手段にて供給された新気と燃料供給手段にて供給された燃料とが混合し混合気が形成される予混合空間と、当該予混合空間にて形成された混合気に点火する点火手段と、燃焼用触媒を備える。燃焼用触媒は、メタルハニカムと呼ばれるＦｅ−Ｃｒ−Ａｌステンレス構造体の上にウォッシュコートを施して、貴金属微粒子を分散担持させたものであり、空気供給手段、燃料供給手段、予混合空間および点火手段と排気浄化触媒との間に設け、排気浄化触媒の温度を好適に上昇させるとともに、それに伴う燃料消費を抑制する技術がある（特許文献３参照。）。

また、燃料の燃焼効率を顕著に向上させてエネルギーの効率化を図り、地球環境に悪影響を及ぼさないようにする内燃機関用の燃焼促進装置が提案している（特許文献４参照。）。この装置は、燃料が流れる配管に介挿される燃焼効率改善装置において、上記配管との接続口を両端に有する筺体と、上記筺体の内周面に沿って両端側からそれぞれ挿入した金属板と、上記金属板にそれぞれ異極同士が対向するように固着した一対の磁石と、上記筺体に充墳した複数の円筒形状セラミックとからなり、このセラミックは、トルマリンパウダー及び／または希土類元素を含んでいることを特徴とし、燃料を、磁石による磁界の作用、セラミックに含有するトルマリン及び／希土類元素の作用の他に、その双方の相乗作用により、燃料を細分化して微細化するので、燃料を完全燃焼させることができる。また、このとき、一対の磁石は金属板により磁気回路を形成でき、強力な磁界を生じさせることができ、一つ一つの磁石で得られる磁力よりも大きな磁力を得ることができ、燃料の燃焼を促進することができる。また、燃料が細分化された場合には、セラミックに含有するトルマリン及び／希土類元素の作用により、その細分化を再結合させることなく、再び燃焼室に送り込むことで、燃焼を促進することができ、その結果、燃料を燃焼させても排気ガスの排出を制御でき、省エネルギーで地球環境にやさしいといった効果を奏するものである。

特開２００４−１０７４４６号公報特開２００６−１６１７２８号公報特開２００７−３２３９８号公報特開２００５−３４４７００号公報

本考案もまた上記従来技術の課題に鑑み、ボイラー等における化石燃料の燃焼効率を顕著に向上させてエネルギー効率の向上を図り、地球環境保護にも貢献できる化石燃料の燃焼効率改善装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本考案は、ボイラーの燃料が流れる配管に介挿される燃焼効率改善装置であって、前記配管との接続口を両端に有する筺体と、該筺体の少なくとも一端側且つ内周面に沿って配置された一対の磁石と、上記筺体に充墳した複数のセラミックとからなり、該セラミックは、トルマリンパウダー及び／または希土類元素を含んでいることを第１の特徴とする。また、前記筐体が銅製であることを第２の特徴とする。さらに、前記複数のセラミックは、トルマリン鉱石の粉砕物であるトルマリンパウダーに粘土を加えて筒状に形成して燃焼した第一セラミックと、トルマリン鉱石の粉砕物である上記トルマリンパウダーと希土類鉱石の粉砕物に粘土を加えて筒状に形成して燃焼した第二セラミックとを、所定の割合で混ぜ合わせてなることを第３の特徴とする。

本考案により、燃料を、磁石による磁界の作用、セラミックに含有するトルマリン及び／希土類元素の作用の他に、その双方の相乗作用により、燃料を細分化して微細化するので、燃料をほぼ完全燃焼させることができる。このとき、一対の磁石は金属製（銅製）の筐体との協働作用により磁気回路を形成し、強力な磁界を生じさせることで燃料の燃焼を促進することができる。

本考案に係る燃焼効率改善装置を示す概略図で、介挿される配管の軸方向の断面図である。図１の磁石を示す斜視図である。本考案に係る燃焼効率改善装置に充墳されるセラミックを示す斜視図である。

図１は、本考案の燃焼効率改善装置の概略図で、介挿されるボイラーの配管２の軸方向の断面図である。燃焼効率改善装置１は円筒の筺体１ａを備える。

筺体１ａの少なくとも一端側且つ内周面に沿って一対の磁石柱３ａ、３ｂが対向して固着されている。すなわち、磁石柱３ａと磁石柱３ｂとが互いに平行となるように固着する。磁石柱３ａ、３ｂは、長手方向の両極にＮ極、Ｓ極が存在するいわゆる単なる棒磁石と異なり、図２に示すように、略直方体である棒状の長手方向に平行な一方の側面にＮ極、他方の側面にＳ極が存在する。磁石柱３ａの燃焼効率改善装置１の軸側、すなわち、配管２の中心側の磁極と、磁石柱３ｂのそれとは、互いに異種同士の関係になるように、磁石柱３ａ、３ｂを夫々配置する。

ここで、筐体１ａは金属製、好ましくは銅製で、磁石柱３ａ、３ｂと協働して磁気回路を形成し、筺体１ａ外部に磁界を漏らさずに筺体１ａの内部に強力な磁界を形成する。磁界の強度は、数千Ｇａｕｓｓ、例えば４５００〜６０００Ｇａｕｓｓである。

筺体１ａの内部、すなわち、筺体１ａの内周面で囲まれた空間には、所定の形状のセラミック４が充墳されている。セラミック４の形状は、図３に示すように、例えば内直径約３〜５ｍｍ、外直径約１０ｍｍで高さ約１０ｍｍの円筒が好ましい。尚、筺体１ａの両端には接続口１ｂを備えており、接続口１ｂにボイラー配管２が接続可能になっている。

筺体１ａには、少なくとも二種類のセラミックを所定の割合で充填する。以下、説明上、一方を第一セラミック、他方を第二セラミックとして区別する。
第一セラミックはトルマリンを材料として還元焼成した多孔質セラミックである。その製法は次の通りである。先ず、トルマリン鉱石を粉砕して、所定以下の粒径のパウダーとする。ここで、パウダーのサイズとしては、例えば２００〜３２５メッシュ以下とする。次に、このパウダーに所定量の粘土を混ぜて円筒に成型する。そして、数日間７５０℃〜１，３００℃の無酸素状態雰囲気下で還元焼成する。一方第二セラミックは、トルマリンと希土類を材料として還元焼成した多孔質セラミックである。製法は次の通りである。先ず、トルマリン鉱石と、希土類元素を含む鉱石、例えばモナザイト（モナズ石）とをそれぞれ粉砕して、所定以下の粒径のパウダーとする。粒径については、第一セラミックの場合と同様でよい。次に、これらのパウダーを所定の割合で配合して、所定量の粘土を混ぜて円筒に成型する。そして、数日間７５０℃〜１，３００℃の無酸素状態雰囲気下で還元焼成する。

ここで、トルマリン鉱石には、リチュームＬｉやアルミニュウムＡｌを含むリチアトルマリン、鉄ＦｅやマンガンＭｎを含むショールトルマリン、マグネシュウムＭｇを含むドラバイトトルマリンなどがあるが、試行錯誤した結果、トラバイトトルマリンを用いるのが最も好ましい。一方、希土類元素を含む鉱石にも色々あるが、試行錯誤した結果、セリウムＣｅ、ランタンＬａ、ナオジムＮｄを主成分として含む燐酸塩であるモナザイト（モナズ石）を用いるのが最も好ましい。

第一セラミックを成型する際のトルマリンと粘土との重量比は、例えば、１〜２：１、最適な比は３：２である。また、第二セラミックを成型する際のトルマリンとモナザイトと粘土との重量比は、例えば、１：１〜２：２：３、最適な比は３：３：４である。何れも、成型や焼成などの製造過程や使用に耐えられる強度が必要であり、かつ、後述する燃焼促進作用が生じる必要がある。
第一セラミックと第二セラミックを、所定の割合、例えば７：１で混ぜて筺体１ａ内に充墳する。

本考案の燃焼効率改善装置１による燃焼促進作用が生じる理由は、次のように考えられる。配管２から燃焼効率改善装置１に流入する燃料は、燃料を構成する分子間の結合力によりクラスターとなっている。従来はこのクラスターのまま、例えばインジェクターなどにより霧状にされてエンジンなどの燃焼室に注入され、燃焼していた。このクラスター中の炭化水素は酸素と結合し難く不完全燃焼となっていた。

ところが、配管２に燃焼効率改善装置１を介挿したので、燃料が、順次燃焼効率改善装置１内において、トルマリン鉱石や希土鉱石を粉砕して得たパウダーなどを配合してなるセラミック４と磁石柱３ａ、３ｂ個々の作用のみならず、それらの重畳作用により、燃料の分子間結合が切断されてクラスターが細分化された状態となる。

付言すると、筺体１ａ内に充墳したセラミック４は、トルマリンを含有している。このトルマリンは電気石の一種であり、微弱電流を発生したり、通常約４〜１４μの遠赤外線などの電磁波を発生する。微弱電流や電磁波は、燃料の分子をイオン化など活性化させる。また、トルマリンから発生した電磁波のうち、燃料の分子の吸収波長に合った遠赤外線は分子に吸収され、分子が共振共鳴運動して回転運動してクラスターが細分化する。この細分化で酸素と結合し易くなる。また、セラミック４のうち第二セラミックは希土類元素を含んでおり、この元素は微弱な放射線を放射するので、この放射線は、炭素−炭素間結合や炭素−水素間結合を切断する。これにより、燃料の分子の直鎖を切断し、酸素と結合し易くなる。以上のように、セラミック１が一種の触媒として作用する。

さらに、金属製の筐体１ａと磁石柱３ａと磁石柱３ｂとの間で磁気回路が形成されて筺体１ａ内に強い磁界を生成することが可能となる。このような数千、例えば４０００〜６０００Ｇａｕｓｓの強力な磁界が存在すると、燃料の電子エネルギー状態の縮退がとけて分裂して、分子状態が活性化し、燃料の分子間結合を切断し易くなる。

また、燃料の粒子がイオン化していると、磁石柱３ａ、３ｂ及び金属製筐体１ａで形成される磁気回路により、磁界を直角方向に電気伝導度を有する燃料が一定速度で横切るので、磁気流体力学的作用により、構造的に類似している炭素と水素の連鎖は細かくなり、燃料分子が細分化される。ここでは、セラミック４で燃料のイオン化が進んでいるので、この磁界の影響により、更に燃料のクラスターの細分化や、炭素−炭素間結合や炭素−水素間結合を切断が促進される。即ち、磁界による作用とトルマリンから希土類からの電流、電磁波、微弱放射線などの作用のみならず、それらの作用が重畳することで、酸素と結合し易いように細分化されるものと考えられる。

すなわち、筐体１ａに流入した燃料は、先ず、トルマリン鉱石や希土鉱石を粉砕して得たパウダーなどを配合してなるセラミック４の作用により、燃料の分子間結合が切断される。

さらに、セラミック４の作用により切断後のイオン化された分子に対して、磁石柱３ａ、１３ｂの作用により、燃焼効率改善装置１から排出されてボイラーの燃焼室に注入される燃料を構成する粒子イオン配列が整えられる。

これにより、燃焼室に注入されるときには、個々の燃料が細分化されて配列が整えられるので、酸素と結合され易く、完全燃焼するものと考えられる。また、セラミック４の作用を受けた燃料は、セラミック４のマイナスイオン効果で、酸素に触れるとヒドロキシルイオンを発生するので、完全燃焼する効果がある。

次に、燃焼効率改善装置１を介挿するボイラーを採り上げて説明する。

実験によって得られた結果は、燃料系にセラミックスを挿入することにより（燃料中に侵漬）セラミックスが放出する微弱な放射線が燃料（軽油）を活性化（電離現象、イオン化）させ燃焼状態を良くしたものと考えられる。燃焼現象の前駆現象として燃焼物（可燃物、支燃物）がイオン化し燃焼（酸化反応）へと進行することがらも、この実験結果から推察・考察できる。

［実験例］
実験に使用するボラーとしては、下記の市販品を使用し、ノーマルボイラーを［比較例］、ノーマルボイラーに本考案の燃焼効率改善装置１を付設したものを［実施例］として以下に説明する。
・対象ボイラー型番長府小型貫流蒸気ボイラーＫＢ−５００Ｅ
メーカーカタログ値：２６９５００ｋｃａｌ／ｈ
燃料消費率：３８．５１／ｈ
これによると７０００ｋｃａｌ／ｈの能力がある。

熱効率算出「省エネ法施行規則別表第一（第４条関係）」より
・灯油熱量基本値８，８００ｃａｌ／Ｌ
長府蒸気ボイラーＫＢ−５００Ｅメーカーカタログ値の燃焼効率算出
７，０００ｋｃａｌ／ｈ÷８，８００ｃａｌ／Ｌ＝１００≒７９．５％
［算出方法］
１ａ時間当たりの灯油消費量＝灯油消費量（Ｌ）÷ボイラーの燃焼時間（時）
２．水消費量から算出した熱量（ｋａｌ）＝（１００℃−水温℃）×水消費量（Ｌ）＋５３９ｋｃａｌ（水の蒸発潜熱）×水消費量（Ｌ）
３．灯油１Ｌ熱量（ｋｃａｌ）＝水消費量から算出した熱量（ｋｃａｌ）÷灯油消費量（Ｌ）

ボイラーを間欠稼動させてその熱量を算出した。
１．ノーマルボイラー［比較例］
熱量＝（１００℃−１１．３℃）×１０７Ｌ＋５３９ｋｃａｌ×１０７Ｌ＝９４９０．９ｋｃａｌ＋５７６７３ｋｃａｌ＝６７１６３．９ｋｃａｌ
６７１６３．９ｋｃａｌ÷１１．０７８Ｌ＝６０６２．８ｋｃａｌ
燃焼効率＝６０６２．８ｋｃａｌ／Ｌ÷８８０８ｋｃａｌ／Ｌ×１００＝６８．８％
２．［実施例］
熱量＝（１００℃−１１．５℃）×６１Ｌ＋５３９ｋｃａｌ×６１Ｌ＝５３９８．５ｋｃａｌ＋３２８７９ｋｃａｌ＝３８２７７．５ｋｃａｌ
３８２７７．５ｋｃａｌ÷４．９６６Ｌ＝７７０７．９ｋｃａｌ
燃焼効率＝７７０７．９ｋｃａｌ／Ｌ÷８８０８ｋｃａｌ／Ｌ×１００＝８７．５％
３．比較結果
実測値での比較結果
７７０７．９ｋｃａｌ÷６０６２．８ｋｃａｌ×１００＝１２７．１−１００＝２７．１％
燃焼効率での比較結果
８７．５％−６８．８％＝１８．７％の向上

ボイラーを連続稼動させてその熱量を算出した。
１．ノーマルボイラー［比較例］
熱量＝（１００℃−１１．３℃）×１０７Ｌ＋５３９ｋｃａｌ×１０７Ｌ＝９４９０．９ｋｃａｌ＋５７６７３ｋｃａｌ＝６７１６３．９ｋｃａｌ
６７１６３．９ｋｃａｌ÷１１．０７８Ｌ＝６０６２．８ｋｃａｌ
燃焼効率＝６０６２．８ｋｃａｌ／Ｌ÷８８０８ｋｃａｌ／Ｌ×１００＝６８．８％
２．［実施例］
熱量＝（１００℃−１１．５℃）×２５０Ｌ＋５３９ｋｃａｌ×２５０Ｌ＝２２１２５ｋｃａｌ＋１３４７５０ｋｃａｌ＝１５６８７５ｋｃａｌ
１５６８７５ｋｃａｌ÷２１．０１０Ｌ＝７４６６．７ｋｃａｌ
燃焼効率＝７４６６．７ｋｃａｌ／Ｌ÷８８０８ｋｃａｌ／Ｌ×１００＝８４．８％
３．比較結果
実測値での比較
７４６６．７ｋｃａｌ÷６０６２．８ｋｃａｌ×１００＝１２３．２−１００＝２３．２％の向上
燃焼効率での比較
８４．８％−６８．８％＝１６．０％の向上

以上の実験結果より、本実施例ではノーマルなボイラーと比較してボイラー能力が２３．２％〜２７．１％、燃焼効率が１６．０％〜１８．７％向上した。
較結果を表１に示す。

表１から分かるように、本実施例は比較例よりも「ボイラー燃焼時間」が２分５秒短くなっている。「１時間当たりの灯油消費量」が０．５７３Ｌ減っている。「水の流量」が７．５Ｌ多くなっている。「灯油１Ｌの熱量」が１６４５．０ｋａｌ／Ｌ多くなっている。通常、水の流量が増えて灯油１Ｌの熱量がアップすると、灯油使用量は増えるが、本実験結果では、ボイラー燃焼時間が短くなり灯油使用量が減っている。したがって、本装置の付設によりボイラーの燃焼効率が向上したものと考えられる。

本考案は、燃料のクラスターを分解して酸素と有効的に結合できるようにしたので、燃焼効率が増大し、ボイラー発電機などの燃焼機関の燃費を向上さ得る。したがって、これらの機械を用いる各種産業に有用である。

１燃焼効率改善装置
１ａ筐体
１ｂ接続口
２ボイラー配管
３ａ磁石柱
３ｂ磁石柱
４セラミック

Claims

ボイラーの燃料が流れる配管に介挿される燃焼効率改善装置であって、前記配管との接続口を両端に有する筺体と、該筺体の少なくとも一端側且つ内周面に沿って配置された一対の磁石と、上記筺体に充墳した複数のセラミックとからなり、該セラミックは、トルマリンパウダー及び／または希土類元素を含んでいることを特徴とする化石燃料の燃焼効率改善装置。
前記筐体が銅製であることを特徴とする請求項１記載の燃焼効率改善装置。
前記複数のセラミックは、トルマリン鉱石の粉砕物であるトルマリンパウダーに粘土を加えて筒状に形成して燃焼した第一セラミックと、トルマリン鉱石の粉砕物である上記トルマリンパウダーと希土類鉱石の粉砕物に粘土を加えて筒状に形成して燃焼した第二セラミックとを、所定の割合で混ぜ合わせてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の燃焼効率改善装置。