JP3653266B2

JP3653266B2 - 動植物油燃焼装置

Info

Publication number: JP3653266B2
Application number: JP2002368297A
Authority: JP
Inventors: 繁大賀; 博光岩崎; 俊和大賀; 誠大賀
Original assignee: Yamaichi Metal Co Ltd; Yamaichi New Technology Co Ltd
Current assignee: Yamaichi Metal Co Ltd; Yamaichi New Technology Co Ltd
Priority date: 2002-12-19
Filing date: 2002-12-19
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2022-12-19
Also published as: CA2508950A1; JP2004198050A; US7585170B2; CN100362277C; CN1714257A; EP1574783B1; US20060063118A1; WO2004057235A1; EP1574783A1; KR20050083859A; AU2003221033A8; KR100883166B1; EP1574783A4; AU2003221033A1; HK1082026A1; CA2508950C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は油燃焼装置に係り、より詳細には動植物油や廃動植物油（以下、「動植物油」と記載）の燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、動植物油を燃焼させる際にも、重油・灯油等の燃焼装置を使用するしかなかった。
従来の重油・灯油等の燃焼装置は、火炎が安定せず、息づき燃焼や吹き消えを生じ易い。そのため、低速空気流領域や循環空気流領域を、燃料が噴出されるノズル付近に形成することで火炎の生成及び空気の混合を行って着火炎を作り、その着火炎に二次空気（拡散燃焼空気）を加えることで燃焼（酸化）させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
動植物油はグリセリンと脂肪酸が結合したトリグリセリドを主成分とした複雑な多重結合物で、完全に精製分離された液状炭化水素を主成分とした鉱物油とは化学的に全く違うものであると共に、物理的にもガソリンや重油のように引火点(−４０℃から８０℃)が低くなく、３７０℃と高温で引火するため、従来の重油・灯油等の燃焼装置を使用して、無理やり燃焼させると、熱分解の遅れが生じて完全燃焼が困難となる。不完全燃焼では、煤塵・煤・一酸化炭素・未燃焼液滴等が生じて、公害問題となる。また、熱分解に遅れが生じると長炎になるので、炉体の長い燃焼装置しか使用できない。
完全燃焼させるために燃焼空気を炉内に多量に供給して、燃焼雰囲気全体を乱流拡散させると、燃焼速度が遅くリフトし易くなるので、保炎器を設けても、火炎が非常に不安定なものとなる。
【０００４】
従来の重油・灯油等の燃焼装置の噴霧分散度では、一部の液滴燃料がバーナータイルの内壁やバーナータイルに接続されたボイラー等の内壁にも衝突し付着してしまう。付着した液滴中揮発分は可燃性気体として蒸発するが、チャーは酸素と拡散反応できずに堆積してしまう。チャーの堆積が進行すると、点火不能・火炎不安定性・煤塵発生・振動発生等の不都合が生じ、燃焼装置自体の操業が不可能となる。
また、低速空気流領域や循環空気流領域にある保炎器や噴霧燃料ノズル等にも一部の液滴燃料が付着してしまい、同様の不都合が生じる。
【０００５】
最近では、二酸化炭素の削減のため、新エネルギーとしてカーボンフリーのバイオマスの利用が求められているが、動植物油を燃料として利用するための燃焼装置は無いのが現状である。
従って、上記課題を解決するために、本発明は、動植物油の燃焼に適した新規な構成の燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、バーナータイルと、バーナーノズルと、前記バーナーノズルを通って前記バーナータイル内に動植物油を霧粒化した霧化燃料として供給する動植物油供給手段と、ブロアの作動により前記バーナーノズルの周囲から開口方向に向かって直進する気流を前記バーナータイル内に導入する直進気流導入手段と、直進気流用とは別のブロアの作動により前記バーナータイルの側壁の内面に対してほぼ接線方向に接続された開口端から前記バーナータイル内に導入された旋回気流の作用により前記直進気流の周囲に遠心力の作用領域を形成する遠心力作用領域形成手段とを備え、前記バーナータイル内で前記霧化燃料の燃料液滴を遠心力の作用下で旋回気流中に質量の大きさに応じた軌道に分離させて燃焼させ、燃焼ガスを前記直進気流によって前記バーナータイルの外方向に向かって噴出させることを特徴とする動植物油燃焼装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載した動植物油燃焼装置において、動植物油供給手段は、旋回気流の軸方向中心に向かって霧粒化した霧化燃料を噴出するよう構成されていることを特徴とする動植物油燃焼装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載した動植物油燃焼装置において、更に、供給され遠心力の作用により分離された霧化燃料が前記バーナータイルの内面に接触しないように、噴出される霧化燃料の液滴の質量を調整する質量調整手段を備えることを特徴とする動植物油燃焼装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した動植物油燃焼装置において、バーナータイルの形状を円筒にしたことを特徴とする動植物油燃焼装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載した動植物油燃焼装置において、更に、燃焼火炎の位置をバーナータイルの中心部に形成する火炎位置調整手段を備えることを特徴とする動植物油燃焼装置である。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１から５のいずれかに記載した動植物油燃焼装置において、更に、旋回気流に対する直進気流の相対的な風量及び風圧を調整する気流調整手段を備えることを特徴とする動植物油燃焼装置である。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１から６のいずれかに記載した動植物油燃焼装置において、更に、動植物油の連続した燃焼伝播を可能にする熱エネルギーを提供できる点火バーナを備えることを特徴とする動植物油燃焼装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図１から図４に従って説明する。
以下に、実施の形態に係る動植物油用燃焼装置の構成を説明する。
１は動植物油燃焼装置を示し、この動植物油燃焼装置１は円筒状のバーナータイル３を備える。
バーナータイル３の先端開口部はボイラー４に接続され、後端部には風箱５が取り付けられている。
【００１５】
７は一次空気供給路を示し、この一次空気供給路７はバーナータイル３の後壁９を貫通して形成されている。一次空気供給路７はバーナータイル３の軸線方向中心部に位置している。一次空気供給路７は風箱５と接続されている。
１１は一次空気供給管を示し、この一次空気供給管１１の先端は風箱５と接続され、後端はブロア１３と接続されている。
一次空気供給路７と、風箱５と、一次空気供給管１１と、ブロア１３とによって直進気流導入手段が構成されている。
なお、「一次空気」とは着火用空気を意味する。
【００１６】
１５は燃料配管を示し、この燃料配管１５の先端には霧化燃料ノズル１７が設けられている。燃料配管１５は、燃料（Ｆ）、即ち廃動植物油の供給源および加圧空気（Ａ）の供給源とそれぞれ接続されている。燃料は、加圧空気の高速気流によってせん断された上で霧化燃料ノズル１７から霧粒化した霧化燃料（Ｓ）として噴出される。
燃料配管１５の一部及び霧化燃料ノズル１７は一次空気供給路７の軸線上に設けられている。従って、霧化燃料（Ｓ）は一次空気中に取り込まれた状態でバーナータイル３内に噴出される。
この実施の形態では、燃料配管１５と霧化燃料ノズル１７によって、動植物油供給手段が構成されている。
【００１７】
１９は二次空気供給路を示し、この二次空気供給路１９はバーナータイル３の側壁２１を貫通して形成されている。二次空気供給路１９はバーナータイル３の軸線方向に対して垂直に延び、二次空気供給路１９の先端に位置する開口端２６はバーナータイル３の側壁２１の内面２３に対してほぼ接線方向に接続されている。二次空気供給路１９の後端は二次空気供給管２５を介してブロア２７に接続されている。
二次空気供給路１９を通って旋回気流がバーナータイル３内に導入される。
なお、「二次空気」とは拡散燃焼空気を意味する。
二次空気供給路１９と、ブロア２７によって旋回気流導入手段が構成されている。二次空気、即ち旋回気流の導入により、バーナータイル３内が中心軸から側壁２１に向かう遠心力の作用領域となる。
【００１８】
一次空気導入手段と二次空気導入手段のいずれか又は両方を調整することで旋回気流に対する直進気流の相対的な風量及び風圧を調整する。例えば、ブロア１３とブロア２７のいずれか又は両方の作動条件や、一次空気供給路７に対する二次空気供給路１９の断面積を調整する。
【００１９】
２９は点火バーナを示し、この点火バーナ２９には図示しない燃料ガス供給源と空気供給源がそれぞれ接続されている。点火バーナ２９は、廃動植物油の連続した燃焼伝播を可能にする程度の熱エネルギーを提供できるものである。
【００２０】
３１は超音波発振器を示し、燃料（Ｆ）はこの超音波発振器３１により加えられる超音波振動によりクラスタ微細化が行われた上で供給される。廃動植物油は通常、水を含んでいるので、廃動植物油を使用した場合にはエマルジョン化も同時に行われる。
超音波発振器３１は、本出願人の特開２００２−１９５５３６号公報に示されたものである。この超音波発振器３１によりクラスタ微細化（及び場合によりエマルジョン化）が行われた燃料（Ｆ）が霧化燃料ノズル１７から噴出されるので、噴出後の個々の液滴燃料（Ｄ）の質量（即ち、粒度）は超音波処理をしないものに比べて格段に小さくなっている。
超音波発振器３１と霧化燃料ノズル１７によって質量調整手段が構成されている。
【００２１】
以下に、本発明の原理を説明する。
図３はバーナータイル３内の気流の状態を示す。
二次空気供給路１９から導入された旋回気流と、一次空気供給路７から導入された直進気流が存在している。
図４は、旋回気流中での個々の噴霧された霧化燃料（Ｓ）の状態を示す。
霧粒化した霧化燃料（Ｓ）は、霧化燃料ノズル１７の配置位置と旋回気流の形成位置との関係で、旋回気流の軸方向中心に向かって噴出されることになる。
また、霧化燃料ノズル１７と点火バーナ２９の先端のノズルの配置位置との関係で燃焼火炎（K）はバーナータイル３の中心部に形成される。
【００２２】
霧化燃料ノズル１７から噴出された液滴燃料（Ｄ）は質量を有するので、遠心力の作用によって、旋回気流中にそれぞれの質量に応じた軌道に分離する。質量の重いものは外側に軽いものは内側の旋回軌道をとる。バーナータイル３の側壁２１に垂直な断面からみると、バーナータイル３内に、液滴燃料（Ｄ）が分散している。従って、個々の液滴燃料（Ｄ）が空気と接触して、燃焼し易くなる。
質量の重いものはバーナータイル３の側壁２１の内面２３側に最も近い、即ち最外の軌道をとるが、超音波発振器３１の超音波処理により、噴出される液滴燃料（Ｄ）の質量(粒度)が調整されているので、質量の重いチャー分も内面２３に接触することはない。
【００２３】
液滴燃料（Ｄ）が空気によって完全燃焼(酸化)されると、遠心力を受けない燃焼ガスに変わり、中央部に集まり、続いて一次空気供給路７から導入された直進気流によって、ボイラー4の方向に向かって噴出される。
液滴燃料（Ｄ）は質量が無くなりガス化するまで旋回気流の中で滞留を続けるので、チャー分が多く熱分解が遅れても、必ず完全燃焼する。また、旋回気流の中で滞留を続けるため、長炎にはならないので、炉体の短いボイラー等にも利用できる。
動植物油燃焼装置１の動作中に見える燃焼火炎（Ｋ）は、その周囲を取り巻く旋回気流の保炎作用により、バーナータイル３の内面２３に接触しないで、浮遊状態で安定して存続することになる。
【００２４】
次に、動植物油燃焼装置１の使用方法を説明する。
先ず、バーナータイル３内に一次空気と二次空気を導入して直進気流と旋回気流を形成する。そして、点火バーナ２９を作動して着火炎を形成する。
次に、霧化燃料ノズル１７から調整された液滴燃料（Ｄ）を噴出すると、上記の原理により、安定した燃焼が進行する。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の具体的構成がこの実施の形態に限定されるものでは無く、本発明の要旨から外れない範囲での設計変更等があっても本発明に含まれる。
例えば、本発明の動植物油燃焼装置は、動植物油と鉱物油の混合物・重質油・廃油・微粉炭・ＣＯＭ・ＣＷＭ等の燃焼にも利用できることは言うまでもない。また、液滴燃料の最外軌道をバーナータイル３の内面２３に接触しないように調整するために、霧化燃料ノズル１７から噴出させる際に、加圧空気で液滴燃料（Ｄ）を細かくせん断することで液滴燃料（Ｄ）の粒度を細かくしたり、燃料を加熱して噴霧液滴の粒度を小さくしたり、バーナータイル３の直径や長さを燃焼量に対応して調整してもよい。
【００２６】
【実施例】
本発明の実施の形態に係る動植物油燃焼装置１を用いて、テスト1の条件で２４時間の連続運転をした。バカラックスモークテスタ（ホダカ株式会社製）を用いて、煙道のスモーク濃度を1回／時間ごとに検査したところ、常に結果が、スモーク濃度1（優秀である。煤煙がほとんど発生しない）を示すとともに、安定して燃焼を続けた。また、２４時間経過後にバーナータイル３内を観察したところ、チャーの堆積もなかった。
（テスト１）
▲１▼ 使用廃食用油成分
廃植物油（菜種油）約７５％
水分約１５％
１ｍｍ以上の大きさの雑居物（動物油脂・食物滓・炭化物等）約１０％
▲２▼ 使用廃食用油温度を４０℃〜５０℃
▲３▼ 超音波と機械攪拌を利用してクラスタ微細化及びエマルジョン化
▲４▼
【表１】

▲５▼ バーナータイル３直径２８０ｍｍ長さ３５０mm
▲６▼ 点火バーナ２９ブタンガス１００，０００キロカロリー
【００２７】
【発明の効果】
本発明の動植物油燃焼装置は、以下の効果を奏する
（１）完全燃焼する。
（２）長炎を作らない。
（３）燃焼火炎を安定させる。
（４）チャーをバーナータイル等の内壁やバーナータイル内に配設された噴霧燃料ノズル等に堆積させない。
従って、本発明の動植物油燃焼装置は、動植物油（その廃油を含む）を燃料として活用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る動植物油燃焼装置である。
【図２】図１の動植物油燃焼装置の模式的断面図である。
【図３】図１の動植物油燃焼装置のバーナータイル内の気流の状態を説明する図である。
【図４】図１の動植物油燃焼装置のバーナータイル内の燃焼状態を説明する図である。
【符号の説明】
１‥‥動植物油燃焼装置３‥‥バーナータイル
４‥‥ボイラー５‥‥風箱
７‥‥一次空気供給路９‥‥後壁
１１‥‥一次空気供給管１３‥‥ブロア
１５‥‥燃料配管１７‥‥霧化燃料ノズル
１９‥‥二次空気供給路２１‥‥側壁
２３‥‥内面２５‥‥二次空気供給管
２６‥‥開口端２７‥‥ブロア
２９‥‥点火バーナ３１‥‥超音波発振器
Ｄ‥‥液滴燃料Ｋ‥‥燃焼火炎

Claims

バーナータイルと、バーナーノズルと、前記バーナーノズルを通って前記バーナータイル内に動植物油を霧粒化した霧化燃料として供給する動植物油供給手段と、ブロアの作動により前記バーナーノズルの周囲から開口方向に向かって直進する気流を前記バーナータイル内に導入する直進気流導入手段と、直進気流用とは別のブロアの作動により前記バーナータイルの側壁の内面に対してほぼ接線方向に接続された開口端から前記バーナータイル内に導入された旋回気流の作用により前記直進気流の周囲に遠心力の作用領域を形成する遠心力作用領域形成手段とを備え、前記バーナータイル内で前記霧化燃料の燃料液滴を遠心力の作用下で旋回気流中に質量の大きさに応じた軌道に分離させて燃焼させ、燃焼ガスを前記直進気流によって前記バーナータイルの外方向に向かって噴出させることを特徴とする動植物油燃焼装置。
請求項１に記載した動植物油燃焼装置において、動植物油供給手段は、旋回気流の軸方向中心に向かって霧粒化した霧化燃料を噴出するよう構成されていることを特徴とする動植物油燃焼装置。
請求項１または２に記載した動植物油燃焼装置において、更に、供給され遠心力の作用により分離された霧化燃料がバーナータイルの内面に接触しないように、噴出される霧化燃料の液滴の質量を調整する質量調整手段を備えることを特徴とする動植物油燃焼装置。
請求項１から３のいずれかに記載した動植物油燃焼装置において、バーナータイルの形状を円筒にしたことを特徴とする動植物油燃焼装置。
請求項１から４のいずれかに記載した動植物油燃焼装置において、更に、燃焼火炎の位置をバーナータイルの中心部に形成する火炎位置調整手段を備えることを特徴とする動植物油燃焼装置。
請求項１から５のいずれかに記載した動植物油燃焼装置において、更に、旋回気流に対する直進気流の相対的な風量及び風圧を調整する気流調整手段を備えることを特徴とする動植物油燃焼装置。
請求項１から６のいずれかに記載した動植物油燃焼装置において、更に、動植物油の連続した燃焼伝播を可能にする熱エネルギーを提供できる点火バーナを備えることを特徴とする動植物油燃焼装置。