JP5368063B2 - Oily substance combustion apparatus and oily substance combustion method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、油水混合液中の油性物質又は油性物質そのものを安定して持続的に且つ効率よく燃焼させることのできる油性物質燃焼装置及び油性物質の燃焼方法に関する。より詳しくは、油水混合液又は油性物質を高い圧力を要することなく燃焼バーナーに送液でき、油性物質の不完全燃焼を防止して、油性物質を安定して持続的に完全燃焼させることのできる油性物質燃焼装置及び油性物質の燃焼方法に関する。 The present invention relates to an oily substance combustion apparatus and an oily substance combustion method that can stably and efficiently burn an oily substance or an oily substance itself in an oil / water mixture. More specifically, the oil / water mixture or the oily substance can be sent to the combustion burner without requiring high pressure, and the oily substance can be prevented from incomplete combustion and the oily substance can be burned stably and completely. The present invention relates to an oily substance combustion apparatus and an oily substance combustion method.
従来、環境の保全及び資源の有効利用等の観点から、油水混合液(油水分散液、油水乳化液、油水エマルジョン液)を用いて、効率的な燃焼を得る試みが行われている。 2. Description of the Related Art Conventionally, attempts have been made to obtain efficient combustion using an oil / water mixture (oil / water dispersion, oil / water emulsion, oil / water emulsion) from the viewpoint of environmental conservation and effective use of resources.
油水混合液を用いた燃焼装置では、安定した燃焼を持続させるために、乳化剤の使用の有無にかかわらず、燃焼系に油水混合液を供給する際に高い圧力が必要であった。これは、油水混合液を油水の分離を防止しつつ燃焼ノズルに送液するとともに、燃焼ノズルでの油水混合液の噴霧を良好にして安定した燃焼を得るためである。しかし、このような従来の油水混合液を用いた燃焼装置では、高圧を取り扱うことにより、コストの増大、安全性の低下、装置の大型化等の問題があった。 In a combustion apparatus using an oil / water mixture, high pressure is required when supplying the oil / water mixture to the combustion system, regardless of the use of an emulsifier, in order to maintain stable combustion. This is because the oil / water mixture is fed to the combustion nozzle while preventing separation of the oil / water, and spraying of the oil / water mixture at the combustion nozzle is improved to obtain stable combustion. However, in such a conventional combustion apparatus using an oil / water mixture, there are problems such as an increase in cost, a reduction in safety, and an increase in the size of the apparatus by handling high pressure.
例えば、特許第3928969号公報には、円筒形の撹拌槽と、その撹拌槽内に油と水とをそれぞれ給送する定量ポンプと、その撹拌槽内に回転可能に設けられた油と水とを撹拌して混合燃料を生成する撹拌手段と、その撹拌手段で生成された混合燃料を送出する高圧ポンプと、ノズルと空気導入筒とを一端部に有する燃焼室と、一端が前記高圧ポンプに他端が前記ノズルにそれぞれ接続され前記燃焼室周壁に巻回された中間加熱部を有する燃料供給管と、一端がブロワーに他端が前記空気導入筒にそれぞれ接続された給気管とを備えた油水混合液の燃焼装置が開示されている。この燃焼装置では、物理的な撹拌のみで油と水の撹拌を行い、油水分離を防ぎつつ安定してノズルから噴射燃焼することができ、界面活性剤等の乳化剤を要することもなく比較的低燃費で油水混合燃料を燃焼できるという利点がある。しかし、この燃焼装置では、物理的な撹拌のみで油水混合液を調製しているので、油水分離の防止と、良好な噴霧を行い安定した燃焼を得るためには10MPaを超える高圧が必要である。このため、コスト、安全性、設備等の点で不利である。また、この燃焼装置は、油の燃焼効率の点でも必ずしも充分満足できるものではなく、煤塵やすすが発生することもあった。 For example, in Japanese Patent No. 3929969, a cylindrical stirring tank, a metering pump that feeds oil and water into the stirring tank, and oil and water provided rotatably in the stirring tank, respectively. Agitating means for producing a mixed fuel by agitating the fuel, a high-pressure pump for sending the mixed fuel produced by the agitating means, a combustion chamber having a nozzle and an air introduction cylinder at one end, and one end to the high-pressure pump. A fuel supply pipe having an intermediate heating portion having the other end connected to the nozzle and wound around the peripheral wall of the combustion chamber, and an air supply pipe having one end connected to the blower and the other end connected to the air introduction tube An oil-water mixture combustion apparatus is disclosed. In this combustion apparatus, oil and water can be stirred only by physical stirring, and can be stably injected and burned from the nozzle while preventing separation of oil and water, and it is relatively low without requiring an emulsifier such as a surfactant. There is an advantage that the oil-water mixed fuel can be burned with fuel efficiency. However, in this combustion apparatus, since the oil / water mixture is prepared by only physical stirring, a high pressure exceeding 10 MPa is required to prevent oil / water separation and to obtain stable combustion by performing good spraying. . For this reason, it is disadvantageous in terms of cost, safety, equipment, and the like. Further, this combustion apparatus is not always satisfactory in terms of oil combustion efficiency, and dust and soot may be generated.
また、特開昭52−25807号公報には、水と重油を混合し、粘度を下げるために空気を添加し比重を軽くすることによって泡状化し、噴射を良好にしながら燃料重油を20〜30%節約して熱効率を高めることを特徴とした熱効率を高めうる重油節約装置が開示されている。この文献には、この装置を用いると、約20〜30%加水乳化した燃料油の噴霧された油粒子が熱せられ蒸発、ガス化する過程において、中心部に水粒子を含んだ油粒子が加熱されて蒸発する瞬間、水が蒸発するときに小爆発を起こし、水の周囲を取り囲んだ油粒子が数十乃至数百の微粒子に分散され、0.05mmの油粒子になって噴射爆発され、噴射された粒子は0.001mm以下の分子群の状態に分離され、ガス化を早めて空気との混合燃焼が行われるので、過剰空気量が少ない場合にも完全燃焼されて、煙突から排出される未燃焼分は著しく減少し、良好な熱効率が得られると記載されている。しかし、この装置においても、油水の分離防止と油水混合液の良好な噴霧を確保するため、また送液ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止するため、空気と水と重油を高圧の圧縮混合機内で混合分散する必要がある。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 52-25807 discloses that water and heavy oil are mixed, and air is added to lower the viscosity to reduce the specific gravity so that the foam becomes foamed. A heavy oil saving device capable of increasing the thermal efficiency characterized by saving% and increasing the thermal efficiency is disclosed. In this document, when this apparatus is used, the oil particles sprayed with about 20-30% hydroemulsified fuel oil are heated and evaporated, and the oil particles containing water particles in the center are heated. The moment the water evaporates, a small explosion occurs when the water evaporates, and the oil particles surrounding the water are dispersed into tens to hundreds of fine particles, which are sprayed and explode into 0.05 mm oil particles, The injected particles are separated into a molecular group of 0.001 mm or less, and gasification is accelerated and mixed combustion with air is performed. Therefore, even when the excess air amount is small, it is completely burned and discharged from the chimney. It is stated that the unburned fraction is significantly reduced and good thermal efficiency is obtained. However, also in this device, air, water and heavy oil are used to prevent separation of oil and water and to ensure good spraying of the oil / water mixture, and to prevent the liquid pump from becoming unable to feed liquid due to accumulation of bubbles. It is necessary to mix and disperse in a high-pressure compression mixer.
一方、液体燃料にガス気泡を混合、分散させることを特徴とする燃料の改質方法が開示されている(特許文献3)。しかし、この方法では加熱効率が必ずしも十分高いとはいえず、さらに効率よい油性燃料の燃焼方法が求められている。 On the other hand, a fuel reforming method characterized in that gas bubbles are mixed and dispersed in a liquid fuel (Patent Document 3). However, this method does not necessarily have a sufficiently high heating efficiency, and there is a demand for a more efficient method for burning oily fuel.
従って、本発明の目的は、油性物質、水及び気泡、又は油性物質及び気泡を撹拌混合して得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油を供給ポンプにより燃焼バーナーに導いて燃焼させる際、送液ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できるとともに、低圧力であっても、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の油性物質を安定して持続的に且つ高い熱効率で燃焼させることのできる油性物質燃焼装置、及びそれを用いた油性物質の燃焼方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to send oil-containing substances, water and bubbles, or a bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil obtained by stirring and mixing oil-based substances and bubbles to a combustion burner by a supply pump for combustion. The liquid pump can be prevented from being unable to send liquid due to the accumulation of bubbles, and even at low pressures, the oil-containing dispersion containing bubbles or the oily substance in the oil containing bubbles can be stably and continuously burned with high thermal efficiency. It is an object of the present invention to provide an oily substance combustion apparatus that can be used, and a method for burning oily substance using the apparatus.
本発明者らは、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、特定の気泡発生装置を用いて得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油は、発生する気泡が極めて微細であるため、気泡及び油水の分散安定性が高く、低圧力であっても安定して気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃焼バーナーに供給できるとともに、低圧力であっても良好な噴霧が可能であり、従って、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の油性物質を安定して持続的に且つ高い熱効率で完全燃焼させることができること、また気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できることを見出し、本発明を完成した。 As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that the bubble-containing oil-water dispersion or the bubble-containing oil obtained by using a specific bubble generator is extremely fine because the generated bubbles are extremely fine. In addition, the oil-water dispersion stability is high, and even when the pressure is low, the bubble-containing oil-water dispersion or the bubble-containing oil can be stably supplied to the combustion burner, and good spraying is possible even at a low pressure. In addition, the oily substance in the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil can be burned stably and continuously with high thermal efficiency, and the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil supply pump is fed by the accumulation of bubbles. The present inventors have found that it is possible to prevent the liquid from becoming inoperable and thus completed the present invention.
すなわち、本発明は、油性物質を燃焼させる燃焼装置であって、油性物質、水及び気泡、又は油性物質及び気泡の撹拌混合により気泡含有油水分散液又は気泡含有油が調製される混合タンクと、燃焼バーナーと、前記気泡含有油水分散液又は気泡含有油を混合タンクから燃焼バーナーに供給する供給ポンプを備えているとともに、前記混合タンク内に、気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットを備える微細気泡発生装置が設けられている油性物質燃焼装置であり、
前記微細気泡発生装置は、前記混合タンク内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に置かれた本体部と、モーター部とで構成されており、前記本体部には、混合タンク内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油を該本体部内に流入させる液流入口と、気泡形成ガスを該本体部内に流入させる気泡形成ガス流入口と、流入した液及び気泡形成ガスを撹拌、混合すると共に、得られた気泡含有油水分散液又は気泡含有油に吐出流を発生させる撹拌翼を備えた回転体と、前記気泡含有油水分散液又は気泡含有油を混合タンク内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に噴出させる環状スリットとを備えていることを特徴とする油性物質燃焼装置を提供する。
That is, the present invention is a combustion apparatus for burning an oily substance, in which a bubble-containing oil-water dispersion or a bubble-containing oil is prepared by stirring and mixing oily substances, water and bubbles, or oily substances and bubbles; A combustion burner and a supply pump for supplying the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil from the mixing tank to the combustion burner are provided, and the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil is passed through the mixing tank. It is an oily substance combustion apparatus provided with a fine bubble generator provided with an annular slit for generating fine bubbles in a bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil by jetting ,
The fine bubble generating device includes a main body part placed in a bubble-containing oil / water dispersion or bubble-containing oil in the mixing tank, and a motor part. The main body part includes bubbles in the mixing tank. While stirring and mixing the liquid inflow port into which the oil-in-water dispersion liquid or bubble-containing oil flows into the main body, the bubble forming gas inflow into which the bubble forming gas flows into the main body, and the inflowing liquid and the bubble forming gas A rotating body provided with a stirring blade for generating a discharge flow in the obtained bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil, and the bubble-containing oil-water dispersion or bubbles in the mixing tank of the bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil. Provided is an oily substance combustion apparatus comprising an annular slit to be ejected into contained oil .
前記微細気泡発生装置は、本体部が、略円盤状のステータと、ステータ内部に設けられ、周方向に回転する回転体と、ステータにそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス流入口と、上部ステータと下部ステータの対向面周縁部に周方向に設けられ、ステータ内部で形成された気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットからなる微細気泡分散撹拌機であり、The fine bubble generator includes a main body having a substantially disk-shaped stator, a rotating body provided in the stator and rotating in a circumferential direction, a liquid inlet and a bubble forming gas inlet provided in the stator, In the bubble-containing oil-water dispersion or the bubble-containing oil, the bubble-containing oil-water dispersion or the bubble-containing oil formed in the stator is circumferentially provided on the peripheral surfaces of the opposed surfaces of the upper stator and the lower stator. It is a fine bubble dispersion stirrer consisting of an annular slit that generates fine bubbles in the
前記回転体は円盤と複数の遠心翼により構成されており、該回転体の高速回転により、液流入口から油水混合液又は油性物質がステータ内部に吸い込まれ、吸い込まれた油水混合液又は油性物質と気泡形成ガス流入口から供給される気泡形成ガスとが混合されて気泡含有油水分散液又は気泡含有油が形成され、該気泡含有油水分散液又は気泡含有油が環状スリットを通過して噴出されることが好ましい。 The rotating body is composed of a disk and a plurality of centrifugal blades, and by rotating the rotating body at a high speed, an oil / water mixture or an oily substance is sucked into the stator from a liquid inlet, and the sucked oil / water mixture or oily substance is sucked into the stator. And the bubble-forming gas supplied from the bubble-forming gas inlet are mixed to form a bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil, and the bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil is ejected through the annular slit. It is preferable.
また、前記微細気泡発生装置は、本体部が、周方向に回転する略円盤状の回転体を備え、該回転体の下部にそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス流入口と、該回転体を形成する互いに対向する円盤周縁部に周方向に設けられ、該回転体の対向する円盤内部で形成された気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットからなる微細気泡分散撹拌機であってもよい。In the fine bubble generating device, the main body includes a substantially disk-shaped rotating body that rotates in the circumferential direction, and a liquid inlet and a bubble-forming gas inlet that are respectively provided at a lower portion of the rotating body, and the rotation A bubble-containing oil-water solution is provided in the circumferential direction at the circumferential edges of the opposing disks that form the body, and the bubble-containing oil-water dispersion or the bubble-containing oil formed inside the opposed disks of the rotating body is allowed to pass through and ejected. The fine bubble dispersion | distribution stirrer which consists of an annular slit which generates a fine bubble in a dispersion liquid or bubble containing oil may be sufficient.
前記油性物質燃焼装置において、微細気泡発生装置における環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているのが好ましい。In the oily substance combustion apparatus, it is preferable that the annular slit in the fine bubble generating apparatus includes a flow path expanding portion provided so as to expand from the minimum gap portion from the inner diameter side toward the outer diameter side.
前記油性物質燃焼装置においては、さらに、供給ポンプから燃焼バーナーへ供給される気泡含有油水分散液又は気泡含有油の一部を混合タンクに戻す循環ラインを備えていてもよい。 The oily substance combustion apparatus may further include a circulation line for returning a part of the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil supplied from the supply pump to the combustion burner to the mixing tank.
油性物質としては、重油、灯油、植物油及び廃油から選択される少なくとも1種の油性物質を用いることができる。 As the oily substance, at least one oily substance selected from heavy oil, kerosene, vegetable oil and waste oil can be used.
気泡含有油水分散液又は気泡含有油における油性物質と水との混合割合は、油性物質:水(重量比)=60:40〜100:0の範囲であるのが好ましい。 The mixing ratio of the oily substance and water in the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil is preferably in the range of oily substance: water (weight ratio) = 60: 40 to 100: 0.
本発明は、また、油性物質と水と気泡、又は油性物質と気泡とを混合撹拌して得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃焼バーナーに供給して油性物質を燃焼させる方法であって、前記の油性物質燃焼装置を用いることを特徴とする油性物質の燃焼方法を提供する。 The present invention is also a method for burning an oily substance by supplying a bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil obtained by mixing and stirring an oily substance and water and bubbles or an oily substance and bubbles to a combustion burner. The oily substance combustion apparatus is used, and a method for burning the oily substance is provided.
本発明によれば、特定構造を有する微細気泡発生装置を用いるため、油水分散液又は油性物質中に気泡径の極めて小さい微細気泡(超微細気泡)が発生する。このため、得られる気泡含有油水分散液又は気泡含有油における気泡の分散安定性及び油水の分散安定性が著しく高く、低圧力であっても安定して気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃焼バーナーに供給できるとともに、低圧力であっても油水混合液又は油性物質の良好な噴霧状態を可能とする。従って、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の油性物質を安定して持続的にしかも高い熱効率で完全燃焼させることができる。また、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の気泡の径が極めて小さいので、供給ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できる。 According to the present invention, since the microbubble generator having a specific structure is used, microbubbles (ultrafine bubbles) having a very small bubble diameter are generated in the oil-water dispersion or the oily substance. For this reason, the dispersion stability of the bubbles and the dispersion stability of the oil-water in the resulting bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil are remarkably high, and the bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil is stably burned even at low pressure. While being able to supply to a burner, the good spray state of an oil-water mixture or an oily substance is enabled even at low pressure. Therefore, the oily substance in the bubble-containing oil-water dispersion or the bubble-containing oil can be burnt completely and stably with high thermal efficiency. In addition, since the diameter of the bubbles in the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil is extremely small, it is possible to prevent the supply pump from becoming unable to feed liquid due to the accumulation of bubbles.
以下、本発明を、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1は、本発明の油性物質燃焼装置の一例を示す概略図である。この例では、水供給タンク1から水が、油供給タンク2から油性物質が、それぞれポンプ17a及び17bにより、所定の割合で混合タンク5に定量給送される。18a及び18bは、それぞれ、水供給タンク1及び油供給タンク2の開閉弁であり、3a及び3bは、それぞれ、水及び油性物質の流量を測定する流量計である。混合タンク5には、水供給タンク1から供給された水、油供給タンク2から供給された油性物質、及び気泡を混合撹拌するための撹拌機(ミキサー)4が備え付けられている。なお、撹拌機(ミキサー)4は必ずしも備え付ける必要はない。また、混合タンク5の底部には、微細気泡発生装置(エアレーター)6が設置されている。なお、微細気泡発生装置6の設置部位は、必ずしも混合タンク5の底部でなくてもよく、混合タンク5の側部であってもよい。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing an example of an oily substance combustion apparatus of the present invention. In this example, water from the water supply tank 1 and oily substances from the oil supply tank 2 are metered into the
油性物質としては、液状又は半固体の比較的極性の低い物質、例えば、重油、灯油、ガソリン、軽油、ナフサ、流動パラフィン、イソパラフィン、ミネラルスピリット、キシレン、トルエン、ワセリン等の鉱物油;ひまし油、アボガド油、オリーブ油、マカデミアンナッツ油、サフラワ油、胡麻油、大豆油、つばき油、綿実油、菜種油、アーモンド油等の植物油;黄卵油、トータ油、馬油、魚油等の動物油類;アラキドン酸、イソステアリン酸、ウンデシル酸、オレイン酸、軟質ラノリン酸、リノール酸、リノレン酸等の高級脂肪酸類;イソステアリルアルコール、オレイルアルコール、オクチルドデシルアルコール、ヘキシルデシルアルコール等の高級アルコール類;イソステアリン酸イソセチル、オクタン酸セチル、オクタン酸セトステアリル、オレイン酸デシル、ステアリン酸イソセチル、ミリスチン酸イソプロビル、ミリスチン酸オクチルドデシル、ラウリン酸ヘキシル等の高級エステル類;ジメチルポリシロキサン、メチルフェニルポリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン、ポリオキシエチレン・メチルポリシロキサン等のシリコーンオイル類;ポリアルキレングリコール、液状エポキシ樹脂、液状ブタジエン樹脂等の液状樹脂類などが挙げられる。油性物質として廃油も使用できる。油性物質は、一成分のみで構成されていてもよいし、二以上の成分で構成されていてもよい。油性物質としては、特に、重油、灯油、植物油、廃油(例えば、廃植物油、廃鉱物油等)が好ましい。 Oily substances include liquid or semi-solid substances with relatively low polarity, such as heavy oil, kerosene, gasoline, light oil, naphtha, liquid paraffin, isoparaffin, mineral spirits, xylene, toluene, petroleum jelly and other mineral oils; castor oil, avocado Vegetable oils such as oil, olive oil, macadamian nut oil, safflower oil, sesame oil, soybean oil, camellia oil, cottonseed oil, rapeseed oil, almond oil; animal oils such as egg egg oil, tota oil, horse oil, fish oil; arachidonic acid, isostearin Higher fatty acids such as acid, undecyl acid, oleic acid, soft lanolinic acid, linoleic acid, linolenic acid; higher alcohols such as isostearyl alcohol, oleyl alcohol, octyldodecyl alcohol, hexyldecyl alcohol; isocetyl isostearate, cetyl octanoate Cetate, octanoate Higher esters such as ril, decyl oleate, isocetyl stearate, isopropyl chloride myristate, octyldodecyl myristate, hexyl laurate; dimethylpolysiloxane, methylphenylpolysiloxane, octamethylcyclotetrasiloxane, decamethylcyclopentasiloxane, Examples thereof include silicone oils such as polyoxyethylene / methylpolysiloxane; liquid resins such as polyalkylene glycol, liquid epoxy resin, and liquid butadiene resin. Waste oil can also be used as an oily substance. The oily substance may be composed of only one component or may be composed of two or more components. As the oily substance, heavy oil, kerosene, vegetable oil, waste oil (for example, waste vegetable oil, waste mineral oil, etc.) is particularly preferable.
気泡含有油水分散液又は気泡含有油における油性物質と水との混合割合は、通常、油性物質:水(重量比)=60:40〜100:0の範囲であり、好ましくは油性物質:水(重量比)=60:40〜99.99:0.01(例えば、60:40〜99.9:0.1)、より好ましくは油性物質:水(重量比)=70:30〜98.5:1.5、さらに好ましくは油性物質:水(重量比)=75:25〜98.5:1.5、特に好ましくは油性物質:水(重量比)=80:20〜98:2の範囲である。油性物質:水の値が低すぎると、水の温度上昇及び蒸発に多くの熱が使われるので熱効率が低下しやすくなり、また燃焼の際の火炎の状態が不安定になりやすい。また、油性物質の混合割合が高すぎると、液の粘度が高くなり、ライン等に詰まりが生じやすくなる。気泡含有油水分散液又は気泡含有油としては、環境保護の観点からは、気泡含有油水分散液がより好ましい。気泡含有油水分散液を用いる場合には、排気中におけるスス(煤)や、窒素酸化物、二酸化硫黄の量を低減できるというメリットがある。 The mixing ratio of the oily substance and water in the bubble-containing oil-water dispersion or the bubble-containing oil is usually in the range of oily substance: water (weight ratio) = 60: 40 to 100: 0, preferably oily substance: water ( (Weight ratio) = 60: 40 to 99.99: 0.01 (for example, 60:40 to 99.9: 0.1), more preferably oily substance: water (weight ratio) = 70: 30 to 98.5 : 1.5, more preferably oily substance: water (weight ratio) = 75: 25 to 98.5: 1.5, particularly preferably oily substance: water (weight ratio) = 80: 20 to 98: 2 It is. Oily substance: If the value of water is too low, a lot of heat is used for the temperature rise and evaporation of the water, so that the thermal efficiency tends to decrease, and the state of the flame during combustion tends to become unstable. On the other hand, when the mixing ratio of the oily substance is too high, the viscosity of the liquid becomes high and the line or the like is likely to be clogged. The bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil is more preferably a bubble-containing oil / water dispersion from the viewpoint of environmental protection. When the bubble-containing oil-water dispersion is used, there is an advantage that the amount of soot (soot), nitrogen oxides, and sulfur dioxide in the exhaust gas can be reduced.
撹拌機4としては、特に限定されず、液撹拌に通常用いられるものを使用できる。 The stirrer 4 is not particularly limited, and those usually used for liquid stirring can be used.
微細気泡発生装置6は本体部61とモーター部62とで構成されており、本体部61は混合タンク5内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に置かれている。微細気泡発生装置6の本体部61には、混合タンク5内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油を該本体部61内に流入させる液流入口と、コンプレッサー7から供給される気泡形成ガス(空気)を該本体部61内に流入させる気泡形成ガス(空気)流入口と、流入した液及び気泡形成ガスを撹拌、混合すると共に、得られた気液混合液(気泡含有油水分散液又は気泡含有油)に吐出流を発生させる回転体(撹拌翼)と、気液混合液を混合タンク5内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に噴出させる環状スリットとを備えている。本体部61内で形成された気液混合液をして環状スリットを高速で通過、噴出させることにより、気泡径が極めて小さい超微細気泡が多数生成し、混合タンク5内に微細気泡を多数含む気泡含有油水分散液又は気泡含有油が調製される。この気泡含有油水分散液又は気泡含有油は本発明において燃料として使用される。
The fine bubble generating device 6 includes a main body 61 and a
微細気泡発生装置6では、例えば環状スリットの構造、気泡混合液の環状スリットにおける通過速度、本体部61への気泡形成ガスと液の供給割合等を調整することにより、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の微細気泡の気泡径、気泡径分布、及び気泡の個数を制御することができる。気泡の個数、気泡径、気泡径の分布等は、パーティクルカウンタを用いて測定することができる。 In the fine bubble generating device 6, for example, by adjusting the structure of the annular slit, the passage speed of the bubble mixed liquid in the annular slit, the supply ratio of the bubble forming gas and liquid to the main body 61, the bubble-containing oil-water dispersion or the bubbles It is possible to control the bubble diameter, the bubble diameter distribution, and the number of the bubbles in the contained oil. The number of bubbles, bubble diameter, bubble diameter distribution, and the like can be measured using a particle counter.
微細気泡発生装置6によれば、気泡径5μm以下(あるいは5μm未満)の気泡を多数発生させることができる。例えば、水中で微細気泡を発生させた場合、気泡径2〜5μmの気泡の個数が、20〜30℃において、例えば100個/mL以上、好ましくは300個/mL以上、さらに好ましくは1000個/mL以上、特に2000個/mL以上の微細気泡含有水を得ることができる。本発明では、このような微細気泡(超微細気泡)を含む気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃料として用いるため、低圧力であっても安定して気泡含有油水分散液又は気泡含有油を燃焼バーナーに供給でき、低圧力であっても油水混合液又は油性物質を微細な粒子として噴霧でき、しかも気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できる。 According to the fine bubble generator 6, a large number of bubbles having a bubble diameter of 5 μm or less (or less than 5 μm) can be generated. For example, when fine bubbles are generated in water, the number of bubbles having a bubble diameter of 2 to 5 μm is, for example, 100 / mL or more, preferably 300 / mL or more, more preferably 1000 / mL at 20 to 30 ° C. More than mL, especially 2000 / mL or more fine bubble-containing water can be obtained. In the present invention, since the bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil containing such fine bubbles (ultrafine bubbles) is used as a fuel, the bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil is stably obtained even at a low pressure. It can be supplied to the combustion burner, and the oil / water mixture or oily substance can be sprayed as fine particles even at low pressure, and the bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil supply pump cannot be fed due to the accumulation of bubbles. Can be prevented.
なお、上記微細気泡発生装置6では、通常、気泡径が5μmを超える気泡(例えば、気泡径5〜50μmの気泡)も発生する。例えば、水中で微細気泡を発生させた場合、上記微細気泡発生装置6により得られる微細気泡含有水中に含まれる気泡径2〜50μmの気泡の個数は、20〜30℃において、一般に100個/mL以上、好ましくは300個/mL以上、より好ましくは1000個/mL以上、さらに好ましくは2000個/mL以上である。 In addition, in the said fine bubble generator 6, the bubble diameter (for example, bubbles with a bubble diameter of 5-50 micrometers) which a bubble diameter exceeds 5 micrometers normally also generate | occur | produces. For example, when fine bubbles are generated in water, the number of bubbles having a bubble diameter of 2 to 50 μm contained in the fine bubble-containing water obtained by the fine bubble generator 6 is generally 100 / mL at 20 to 30 ° C. As mentioned above, Preferably it is 300 pieces / mL or more, More preferably, it is 1000 pieces / mL or more, More preferably, it is 2000 pieces / mL or more.
前記環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えているのが好ましい。環状スリットがこのような構造を有すると、気泡混合液が高速で通過して噴出することにより、気泡混合液中に気泡径の極めて小さい微細気泡が発生する。これは、気泡混合液が、内径側から外径側に向かって間隙最小部から連続的に拡大する流路(流路拡大部)を通過する際に、(i)流路の広がりに気泡の膨張速度が追いつかず、気泡が破壊される現象、(ii)溶存した気泡形成ガスが、間隙最小部から流路拡大部に通過する際に生じる減圧作用によりガス化する現象、又は(iii)前記(i)と(ii)が同時に生じる現象が生じているためと推測される。 It is preferable that the annular slit includes a flow path expanding portion provided so as to expand from the minimum gap portion from the inner diameter side toward the outer diameter side. When the annular slit has such a structure, the bubble mixed solution passes through and ejects at a high speed, thereby generating fine bubbles having a very small bubble diameter in the bubble mixed solution. This is because (i) when the bubble mixture liquid passes through the flow passage (flow passage enlargement portion) that continuously expands from the smallest gap portion from the inner diameter side to the outer diameter side, A phenomenon in which the expansion speed cannot catch up and bubbles are destroyed, (ii) a phenomenon in which dissolved bubble-forming gas is gasified by a pressure reducing action that occurs when the gap passes from the smallest gap portion to the flow path expanding portion, or (iii) It is presumed that the phenomenon in which (i) and (ii) occur simultaneously occurs.
上記好ましい環状スリットの構造においては、少なくとも内径側から外径側に向かって間隙最小部から拡大するように設けられた流路拡大部を備えている限り特に制限されず、例えば、間隙最小部の内径側に、間隙最小部に向かって連続的に流路が縮小する流路縮小部を有していてもよい。また、環状スリットは、内径側から外径側に向かって段階的に流路断面積が増える構造、内径側から外径側に向かって段階的に流路断面積が減少する構造、内径側から外径側に向かって連続的に流路断面積が増える構造、内径側から外径側に向かって連続的に流路断面積が減少する構造を有していてもよい。 The preferred annular slit structure is not particularly limited as long as it has a flow path expanding portion provided so as to expand from the minimum gap portion from at least the inner diameter side toward the outer diameter side. On the inner diameter side, there may be provided a flow path reducing portion in which the flow path is continuously reduced toward the smallest gap portion. In addition, the annular slit has a structure in which the channel cross-sectional area increases stepwise from the inner diameter side to the outer diameter side, a structure in which the channel cross-sectional area decreases stepwise from the inner diameter side to the outer diameter side, You may have the structure where a flow-path cross-sectional area increases continuously toward an outer diameter side, and the structure where a flow-path cross-sectional area decreases continuously from an inner diameter side toward an outer diameter side.
本発明では、超微細気泡を効率よく発生させる観点から、環状スリットは、内径側から外径側に向かって間隙最小部から連続的に流路断面積が増える流路拡大部を備えることが好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of efficiently generating ultrafine bubbles, it is preferable that the annular slit includes a flow channel expanding portion in which the flow channel cross-sectional area continuously increases from the smallest gap portion from the inner diameter side toward the outer diameter side. .
本発明では、通常、環状スリットは、本体部61及びモーター部62から構成される微細気泡発生装置6(モーター付きエアレーター)の本体部61に設けられている。モーター部62としては、キャンドモーターが好適に用いられる。
In the present invention, the annular slit is usually provided in the main body 61 of the fine bubble generating device 6 (motor-equipped aerator) including the main body 61 and the
微細気泡発生装置6の本体部61は、例えば、略円盤状のステータ(対向する上部ステータと下部ステータとで構成されている)と、ステータ内部に設けられ、周方向に回転する回転体と、ステータの任意の部位(例えば、下底部)にそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス流入口(気泡供給管)と、上部ステータと下部ステータの対向面周縁部に周方向に設けられ、ステータ内部で形成された気泡混合液を通過させて噴出させることにより気泡混合液中に微細気泡を発生させる環状スリットとで構成することができる。 The main body 61 of the microbubble generator 6 includes, for example, a substantially disk-shaped stator (consisting of an opposing upper stator and lower stator), a rotating body that is provided inside the stator and rotates in the circumferential direction, A liquid inlet and a bubble-forming gas inlet (bubble supply pipe) provided at arbitrary portions (for example, the lower bottom portion) of the stator, and circumferential edges of opposing surfaces of the upper stator and the lower stator are provided in the circumferential direction. It can be constituted by an annular slit that generates fine bubbles in the bubble mixed solution by allowing the bubble mixed solution formed inside to pass through and ejecting.
このような本体部61を有する微細気泡発生装置では、例えばモーター部62を用いること等で動力を発生させることにより、本体部61にコンプレッサー7から供給される気泡形成ガス(空気)と本体部61に吸い込まれた液とが混合され気泡混合液となり、さらに該気泡混合液が高速で環状スリットを通過するので気泡混合液中に気泡径の極めて小さい微細気泡が発生する。
In such a fine bubble generating apparatus having the main body 61, for example, by using the
図3は、微細気泡発生装置6の本体部61の一例を示す概略断面図である。図3において、201は回転軸、202は気泡形成ガス経路、203はボルト、204は孔部、205は液流入口(液取り入れ口)、206は回転体、206aは回転体206の円盤、206bは回転体206の遠心翼、207は上部ステータ部、208は下部ステータ部、209は環状スリット、209aは環状スリット209の流路縮小部、209bは環状スリット209の間隙最小部、209cは環状スリット209の流路拡大部、210は流路を示す。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of the main body 61 of the microbubble generator 6. In FIG. 3, 201 is a rotating shaft, 202 is a bubble forming gas path, 203 is a bolt, 204 is a hole, 205 is a liquid inlet (liquid intake), 206 is a rotating body, 206a is a disk of the
回転軸201は、モーター部62とつながっており、モーター部62によって高速回転(例えば3600〜4000rpm)可能である。また回転軸201には、回転体206が設けられており、回転体206は円盤206aと複数の遠心翼206bにより構成されている。このため、回転軸の高速回転により、本体部61内部に液流入口205から油水混合液又は油性物質が吸い込まれ、さらに本体部61内部で吸い込まれた油水混合液又は油性物質と気泡形成ガス経路202を通じて供給される気泡形成ガスとが混合され、気泡混合液となり、さらにまた該気泡混合液は、環状スリット209を本体部61の内部側から外部側に向かって高速で通過して噴出する。該気泡混合液が環状スリット209を高速で通過して噴出する際に気泡混合液中に微細気泡が発生して微細気泡混合液となる。なお、気泡は回転体206の高速回転作用によって細かく裁断されていると推測される。
The
また、本体部61には、孔部204を備えている。このため、液を溜める初期のときに内部に残留する気体を排出できる。従って、可動時にステータ内に気体が残留することによって回転体206が機能しないことを防止することができる。また、気体供給量が過剰であれば、この孔から出てくるので、目視にて、ガス供給量を調整できる。
The main body 61 is provided with a
図4は、微細気泡発生装置6の本体部61の他の例を示す概略断面図である。この本体部は、周方向に回転する略円盤状の回転体(対向する円盤上部307と円盤下部308とで構成されている)を備え、該回転体の下部にそれぞれ設けられた液流入口305及び気泡形成ガス流入口302と、該回転体を形成する互いに対向する円盤周縁部に周方向に設けられ、該回転体の対向する円盤内部で形成された気泡含有油水分散液又は気泡含有油を通過させて噴出させることにより、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に微細気泡を発生させる環状スリットとで構成されている。図4において、301は回転軸、302は気泡形成ガス経路、303はボルト、305は液流入口(液吸い込み口)、306bは回転体の遠心翼、307は円盤上部、308は円盤下部、309は環状スリット、309aは環状スリット309の流路縮小部、309bは環状スリット309の間隙最小部、309cは環状スリット309の流路拡大部、310は流路、311は撹拌翼を示す。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing another example of the main body 61 of the microbubble generator 6. The main body includes a substantially disk-shaped rotating body (consisting of a disk
このような本体部61を有する微細気泡発生装置においても、例えばモーター部62を用いること等で動力を発生させることにより、本体部61にコンプレッサー7から供給される気泡形成ガス(空気)と本体部61に吸い込まれた液とが混合され気泡混合液となり、さらに該気泡混合液が高速で環状スリットを通過するので気泡混合液中に気泡径の極めて小さい微細気泡が発生する。
Even in such a fine bubble generating apparatus having the main body 61, for example, by generating power by using the
回転軸301は、モーター部62とつながっており、モーター部62によって高速回転(例えば3600〜4000rpm)可能である。また回転軸301には、回転体が設けられており、回転体は円盤上部307と円盤下部308と複数の遠心翼306bと複数の撹拌翼311により構成されている。このため、回転軸の高速回転により、本体部61内部に液流入口305から油水混合液又は油性物質が吸い込まれ、さらに本体部61内部で吸い込まれた油水混合液又は油性物質と気泡形成ガス経路302を通じて供給される気泡形成ガスとが混合され、気泡混合液となり、さらにまた該気泡混合液は、環状スリット309を本体部61の内部側から外部側に向かって高速で通過して噴出する。該気泡混合液が環状スリット309を高速で通過して噴出する際に気泡混合液中に微細気泡が発生して微細気泡混合液となる。回転体に設けられた遠心翼306bにより、別途ポンプを要することなく液体をより一層確実に流すことができる。また、回転体の外面に撹拌翼311を設置することにより、タンク内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油の撹拌がより効率よく行われる。なお、気泡は回転体の高速回転作用によって細かく裁断されていると推測される。前記、遠心翼306b、撹拌翼311は、それぞれ、設けられていなくてもよいが、設けられているのがより好ましい。
The
気泡形成ガス(空気)の供給量としては、特に制限されないが、例えば、微細気泡発生装置6において超微細気泡を、油水混合液又は油性物質1ml中に100個以上発生させる場合、0.01L/min以上であるのが好ましい。 The supply amount of the bubble forming gas (air) is not particularly limited. For example, when 100 or more ultrafine bubbles are generated in 1 ml of the oil / water mixture or the oily substance in the fine bubble generating device 6, 0.01 L / It is preferable that it is more than min.
混合タンク5で気泡含有油水分散液を調製する際、必要に応じて乳化剤を添加することができる。
When preparing the bubble-containing oil-water dispersion in the
混合タンク5で調製された気泡含有油水分散液又は気泡含有油は、供給ポンプ8により、切り替え弁9a、9bを通って、円筒状の燃焼バーナー11の一方の端部の略中央部に設けられたノズル12に送液され、ノズル12により燃焼バーナー11内に噴射(噴霧)される。10は気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ラインである。なお、気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ポンプ8で送液される気泡含有油水分散液又は気泡含有油の一部は、必要に応じて、外部循環ライン15を通じて再び混合タンク5に送液される。循環される気泡含有油水分散液又は気泡含有油は、良好な分散状態を保持するとともに、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の気泡をさらに裁断するため、スタティックミキサー16によって撹拌混合した後、混合タンク5に戻されるのが好ましい。なお、気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ライン10の適宜な箇所に、同様な理由でスタティックミキサーを設けてもよい。18c、18d、18eはそれぞれ開閉弁である。燃焼バーナー11には、燃料としての気泡含有油水分散液又は気泡含有油を噴射するノズル12のほか、点火用の着火バーナー14が設けられている。そして、燃焼バーナー11内では、ノズル12から噴射され霧状となった気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の油性物質が、送風機(ブロアー)13より導入される空気により燃焼する。
The bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil prepared in the
供給ポンプ8としては、気泡含有油水分散液又は気泡含有油を送液可能なものであれば特に限定されないが、例えば、容積式定量ポンプ等が好ましく用いられる。このようなポンプを用いれば、ポンプが気泡の蓄積により送液不能となるのを防止できる。 The supply pump 8 is not particularly limited as long as it can send the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil, but for example, a positive displacement metering pump or the like is preferably used. If such a pump is used, it can be prevented that the pump becomes unable to feed liquid due to accumulation of bubbles.
気泡含有油水分散液又は気泡含有油を供給ポンプ8で送液する際の液温は、通常、10〜60℃、好ましくは20〜40℃である。また、送液の際の圧力(供給ポンプ8の吐出側の圧力)は、通常、0.5〜10MPa(ゲージ圧)、好ましくは1〜5MPa(ゲージ圧)である。本発明では、油性物質の粘度が高くても水と微細な気泡により微分散しているので、送液圧力を低圧にすることができる。このため、コストや安全性に優れているとともに、装置をコンパクト化できるという大きな利益が得られる。 The liquid temperature when the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil is fed by the supply pump 8 is usually 10 to 60 ° C., preferably 20 to 40 ° C. Moreover, the pressure at the time of liquid feeding (pressure on the discharge side of the supply pump 8) is usually 0.5 to 10 MPa (gauge pressure), preferably 1 to 5 MPa (gauge pressure). In the present invention, even if the viscosity of the oily substance is high, it is finely dispersed by water and fine bubbles, so that the liquid feeding pressure can be lowered. For this reason, while being excellent in cost and safety, the big profit that an apparatus can be made compact is acquired.
本発明では、前記特定の構造を有する微細気泡発生装置を用いるので、気泡含有油水分散液又は気泡含有油中の気泡の気泡径は著しく小さい。この微小気泡により油水分散液は乳化され、空気が溶解飽和された状態となる。気泡含有油水分散液は、噴霧により、油性物質粒子が水を内部に含有している形態の油水粒子となり、油性物質粒子が加熱により気化する際、内部の水が瞬間的に水蒸気爆発を生じ、油性物質粒子は飛散・分散するとともに、油水粒子中に存在している空気が急激に膨張するため、さらに微細な油性物質微粒子となる。そして、本発明の油性物質燃焼装置では、油性物質がこのような非常に微細な油性物質微粒子の状態からガス化して燃焼するので、完全燃焼し(ススの生成が極めて少なく)、燃焼効率が著しく高い。また、窒素酸化物や二酸化硫黄の生成も非常に少ない。一方、気泡含有油は、噴霧により、ノズル出口で油中に存在する微細気泡の急激な膨張によって微細な油性物質微粒子になるとともに、微細気泡に含まれる酸素によって燃焼が進行し、さらに周囲の空気も混合して燃焼が進行する。そのため、燃焼効率が著しく高い。 In the present invention, since the fine bubble generating device having the specific structure is used, the bubble diameter of the bubbles in the bubble-containing oil / water dispersion or the bubble-containing oil is remarkably small. The oil-water dispersion is emulsified by these microbubbles, and the air is dissolved and saturated. The bubble-containing oil-water dispersion becomes oil-water particles in a form in which oily substance particles contain water inside by spraying, and when the oily substance particles are vaporized by heating, the water inside instantaneously causes a steam explosion, The oily substance particles are scattered and dispersed, and the air present in the oil-water particles is rapidly expanded, so that the oily substance particles become finer. In the oily substance combustion apparatus of the present invention, the oily substance is gasified and burned from the state of such very fine oily substance fine particles, so that it completely burns (very little soot is produced) and the combustion efficiency is remarkably high. high. Also, the production of nitrogen oxides and sulfur dioxide is very small. On the other hand, the bubble-containing oil is atomized into fine oily substance particles due to the rapid expansion of the fine bubbles present in the oil at the nozzle outlet, and the combustion proceeds by oxygen contained in the fine bubbles, and the surrounding air Combustion proceeds with mixing. Therefore, the combustion efficiency is extremely high.
このように、本発明の油性物質燃焼装置及び油性物質の燃焼方法によれば、油性物質を熱効率よく燃焼させることができ、また環境面でも優れている。 As described above, according to the oily substance combustion apparatus and the oily substance combustion method of the present invention, the oily substance can be combusted with high thermal efficiency and is excellent in terms of environment.
図2は、本発明の油性物質燃焼装置によって得られる熱の利用形態の一例を示す概略図である。この例では、燃焼バーナー11のノズル12とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器101が付設されている。熱交換器101には、下部に水供給ライン103からの水を流入させる水流入口(図示せず)、上部に熱交換された水を排出する水排出ライン104と接続する水排出口(図示せず)、及び燃焼バーナー11側の端部の上部に燃焼後のガスを排気する排気口(排気筒)102が設けられている。熱交換器101において、燃焼バーナー11の延長上(長さ方向)には、燃焼バーナー11の径と同程度の径を有する空洞が設けられており、該空洞は熱交換器101のほぼ端部まで達している。この空洞に、燃焼バーナー11内で生成した火炎が噴射される。前記空洞の回りには、多数の伝熱管が長さ方向に配設されており、水供給ライン103から流入した水はこの伝熱管の中を通り、そこで熱を受け取った後、水排出ライン104から排出される。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a utilization form of heat obtained by the oily substance combustion apparatus of the present invention. In this example, a
本発明の油性物質燃焼装置によって得られる熱を利用する熱負荷としては、例えばボイラなどが挙げられる。 As a heat load using the heat obtained by the oily substance combustion apparatus of the present invention, for example, a boiler and the like can be mentioned.
以下に、実施例に基づいて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in detail below based on examples, but the present invention is not limited to these examples.
なお、実施例で用いた微細気泡発生装置6は、エアレーター(本体部)[(株)帝国電機製作所で開発中のマイクロバブルエアレーター]及びモータ部で構成されている。エアレーター(本体部)は、図2で示されるように、略円盤状のステータと、ステータ内部に設けられ、周方向に回転する回転体と、ステータの下底部にそれぞれ設けられた液流入口及び気泡形成ガス(空気)流入口と、上部ステータと下部ステータの対向面周縁部に周方向に設けられ、ステータ内部で形成された気液混合物を通過させて噴出させることにより気液混合物中に微細気泡を発生させる環状スリットとで構成されている。前記環状スリットは、間隙最小部、及び流路拡大部から構成され、内径側から外径側に向かって間隙最小部から連続的に流路断面積が増える流路拡大部を備えている。 The fine bubble generator 6 used in the examples is composed of an aerator (main body part) [a micro bubble aerator currently under development at Teikoku Electric Co., Ltd.] and a motor part. As shown in FIG. 2, the aerator (main body portion) includes a substantially disk-shaped stator, a rotating body provided in the stator and rotating in the circumferential direction, and a liquid inlet provided in the lower bottom portion of the stator. And a bubble-forming gas (air) inlet, and circumferentially provided on the peripheral surfaces of the opposed surfaces of the upper and lower stators. The gas-liquid mixture formed inside the stator is allowed to pass through and ejected into the gas-liquid mixture. It is comprised with the annular slit which generate | occur | produces a fine bubble. The annular slit includes a minimum gap portion and a flow path enlargement portion, and includes a flow path enlargement portion in which the cross-sectional area of the flow path continuously increases from the minimum gap portion from the inner diameter side toward the outer diameter side.
各部位の寸法は以下の通りである。ステータ部207、208の直径a:200mmφ、回転体206の直径b:130mmφ、遠心翼206bの幅(高さ):8mm、環状スリット209の間隙最小部209bのギャップc:0.2mm、遠心翼206bと下部ステータ部との距離(ギャップ)d:4mm、液流入口205の直径:10mmφ、環状スリット209の流路拡大部209cにおける拡がり角度(断面での拡がり角度)θ:5°、回転体206の回転数:3600rpm、気泡形成ガス経路202からの空気供給量(コンプレッサーにて供給):0.1〜0.2L/minである。なお、この微細気泡発生装置(回転体206の直径b:130mmφ)を用いた場合の微細気泡の発生個数(水道水26L使用;20〜30℃)をパーティクルカウンタ[パーティクルセンサの仕様:型式「Liquilaz-E20P」、測定粒径範囲2〜125μm、試料流量20mL/min、最大可測濃度10000個/mL、周辺装置(シリンジサンプラ、データ処理専用ソフト「Sampleersight」)]で測定したところ、気泡径2〜5μmの気泡の個数は約3800個/mL、気泡径2〜50μmの気泡の個数は約5700個/mLであった。上記エアレーターを用いた場合、パーティクルカウンタで測定した粒径分布から、気泡径2μm未満の気泡、あるいは気泡径数百ナノメーター以下のナノバブルも多数発生しているものと推測される。
The dimensions of each part are as follows. The diameter a of the
また、実施例で用いた円筒状の燃焼バーナー11及び円筒状の熱交換器101の仕様は以下の通りである。燃焼バーナー11の本体部の外径:355.6mmφ、燃焼バーナー11の本体部の長さ:500mm、熱交換器101の外径:1180mmφ、熱交換器101内に配設された伝熱管の数:36本、該伝熱管の外径:60.5mmφ、該伝熱管の長さ:1800mm、熱交換器101の保有水量:1503リットル。
The specifications of the
(実施例1)
図1で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置6を作動させ、重油(油性物質;エクソンモービル社製、商品名「FOA 01」)と水と気泡(空気)とから得られる気泡含有油水分散液[重油と水の割合:重油/水(重量比)=70/30]を、供給ポンプ8により、0.27kg/minの供給速度で燃焼バーナー11へ送液し、ノズル12から噴射して、気泡含有油水分散液中の重油を燃焼させた。なお、図2で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー11のノズル12とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器101を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器101への水の流量を200kg/minとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油1kg当たりの水の温度上昇は、3.39K(ケルビン)/kgであり、燃焼加熱効率(水の顕熱/理論燃焼熱量)は、0.566(比較例1の1.01倍)であった。供給ポンプ8の吐出側の圧力は、3MPa(ゲージ圧)であった。
Example 1
Using the oil-based substance combustion apparatus shown in FIG. 1, the fine bubble generator 6 is operated, and bubbles obtained from heavy oil (oil-based substance; product name “FOA 01” manufactured by ExxonMobil Co., Ltd.), water, and bubbles (air). The oil-in-water dispersion [ratio of heavy oil to water: heavy oil / water (weight ratio) = 70/30] is fed from the
The flow rate of water to the
(実施例2)
図1で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置6を作動させ、重油(油性物質;エクソンモービル社製、商品名「FOA 01」)と水と気泡(空気)とから得られる気泡含有油水分散液[重油と水の割合:重油/水(重量比)=80/20]を、供給ポンプ8により、0.27kg/minの供給速度で燃焼バーナー11へ送液し、ノズル12から噴射して、気泡含有油水分散液中の重油を燃焼させた。なお、図2で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー11のノズル12とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器101を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器101への水の流量を200kg/minとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油1kg当たりの水の温度上昇は、3.54K(ケルビン)/kgであり、燃焼加熱効率(水の顕熱/理論燃焼熱量)は、0.589(比較例1の1.05倍)であった。供給ポンプ8の吐出側の圧力は、3MPa(ゲージ圧)であった。
(Example 2)
Using the oil-based substance combustion apparatus shown in FIG. 1, the fine bubble generator 6 is operated, and bubbles obtained from heavy oil (oil-based substance; product name “FOA 01” manufactured by ExxonMobil Co., Ltd.), water, and bubbles (air). The oil-in-water dispersion [ratio of heavy oil to water: heavy oil / water (weight ratio) = 80/20] is fed to the
The flow rate of water to the
(実施例3)
図1で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置6を作動させ、重油(油性物質;エクソンモービル社製、商品名「FOA 01」)と水と気泡(空気)とから得られる気泡含有油水分散液[重油と水の割合:重油/水(重量比)=90/10]を、供給ポンプ8により、0.32kg/minの供給速度で燃焼バーナー11へ送液し、ノズル12から噴射して、気泡含有油水分散液中の重油を燃焼させた。なお、図2で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー11のノズル12とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器101を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器101への水の流量を200kg/minとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油1kg当たりの水の温度上昇は、3.67K(ケルビン)/kgであり、燃焼加熱効率(水の顕熱/理論燃焼熱量)は、0.610(比較例1の1.08倍)であった。供給ポンプ8の吐出側の圧力は、3MPa(ゲージ圧)であった。
(Example 3)
Using the oil-based substance combustion apparatus shown in FIG. 1, the fine bubble generator 6 is operated, and bubbles obtained from heavy oil (oil-based substance; product name “FOA 01” manufactured by ExxonMobil Co., Ltd.), water, and bubbles (air). The oil-in-water dispersion [ratio of heavy oil and water: heavy oil / water (weight ratio) = 90/10] is fed to the
The flow rate of water to the
(実施例4)
図1で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置6を作動させ、重油(油性物質;エクソンモービル社製、商品名「FOA 01」)と水と気泡(空気)とから得られる気泡含有油水分散液[重油と水の割合:重油/水(重量比)=97.5/2.5]を、供給ポンプ8により、0.38kg/minの供給速度で燃焼バーナー11へ送液し、ノズル12から噴射して、気泡含有油水分散液中の重油を燃焼させた。なお、図2で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー11のノズル12とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器101を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器101への水の流量を200kg/minとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油1kg当たりの水の温度上昇は、3.67K(ケルビン)/kgであり、燃焼加熱効率(水の顕熱/理論燃焼熱量)は、0.610(比較例1の1.08倍)であった。供給ポンプ8の吐出側の圧力は、3MPa(ゲージ圧)であった。
Example 4
Using the oil-based substance combustion apparatus shown in FIG. 1, the fine bubble generator 6 is operated, and bubbles obtained from heavy oil (oil-based substance; product name “FOA 01” manufactured by ExxonMobil Co., Ltd.), water, and bubbles (air). The oil-in-water dispersion [ratio of heavy oil to water: heavy oil / water (weight ratio) = 97.5 / 2.5] is sent to the
The flow rate of water to the
(実施例5)
図1で示される油性物質燃焼装置を用い、微細気泡発生装置6を作動させ、重油(油性物質;エクソンモービル社製、商品名「FOA 01」)と気泡(空気)とから得られる気泡含有油[重油のみ(水を含まず)]を、供給ポンプ8により、0.37kg/minの供給速度で燃焼バーナー11へ送液し、ノズル12から噴射して、気泡含有油中の重油を燃焼させた。なお、図2で示されるように、油性物質燃焼装置の燃焼バーナー11のノズル12とは反対側の端部の先に円筒状の熱交換器101を設置し、重油の燃焼により得られた熱を熱交換器内の伝熱管を通過する水の温度上昇に用いた。
熱交換器101への水の流量を200kg/minとし、安定運転時における熱収支をとった。その結果、重油1kg当たりの水の温度上昇は、3.73K(ケルビン)/kgであり、燃焼加熱効率(水の顕熱/理論燃焼熱量)は、0.622(比較例1の1.10倍)であった。供給ポンプ8の吐出側の圧力は、3MPa(ゲージ圧)であった。
(Example 5)
Using the oil-based substance combustion apparatus shown in FIG. 1, the fine bubble generating apparatus 6 is operated, and the bubble-containing oil obtained from heavy oil (oil-based substance; product name “FOA 01” manufactured by ExxonMobil Corporation) and bubbles (air) [Heavy oil only (not including water)] is supplied to the
The flow rate of water to the
(比較例1)
微細気泡発生装置6を作動させることなく、重油(油性物質)と水とから得られる油水分散液を燃料として用いたこと以外は実施例1と同様の操作を行った。その結果、重油1kg当たりの水の温度上昇は、3.37K/kgであり、燃焼加熱効率(水の顕熱/理論燃焼熱量)は、0.563であった。供給ポンプ8の吐出側の圧力は、3MPa(ゲージ圧)であった。
(Comparative Example 1)
The same operation as in Example 1 was performed, except that the oil-water dispersion obtained from heavy oil (oil-based substance) and water was used as the fuel without operating the microbubble generator 6. As a result, the temperature rise of water per 1 kg of heavy oil was 3.37 K / kg, and the combustion heating efficiency (sensible heat of water / theoretical combustion heat amount) was 0.563. The pressure on the discharge side of the supply pump 8 was 3 MPa (gauge pressure).
1 水供給タンク
2 油供給タンク
3a,3b 流量計
4 撹拌機(ミキサー)
5 混合タンク
6 微細気泡発生装置
61 本体部
62 モーター部
7 コンプレッサー
8 気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ポンプ
9a,9b 切り替え弁
10 気泡含有油水分散液又は気泡含有油供給ライン
11 燃焼バーナー
12 ノズル
13 送風機
14 着火バーナー
15 外部循環ライン
16 スタティックミキサー
17a,17b ポンプ
18a,18b,18c,18d,18e 開閉弁
101 熱交換器
102 排気口
103 水供給ライン
104 水排出ライン
201,301 回転軸
202,302 気泡形成ガス(空気)経路
203,303 ボルト
204 孔部
205,305 液流入口
206 回転体
206a 円盤
206b,306b 遠心翼
207 ステータ部(上部ステータ部)
208 ステータ部(下部ステータ部)
209,309 環状スリット
209a,309a 流路縮小部
209b,309b 間隙最小部
209c,309c 流路拡大部
210,310 流路
307 円盤上部
308 円盤下部
311 撹拌翼
1 Water supply tank 2
DESCRIPTION OF
208 Stator (lower stator)
209, 309
Claims (8)
前記微細気泡発生装置は、前記混合タンク内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に置かれた本体部と、モーター部とで構成されており、前記本体部には、混合タンク内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油を該本体部内に流入させる液流入口と、気泡形成ガスを該本体部内に流入させる気泡形成ガス流入口と、流入した液及び気泡形成ガスを撹拌、混合すると共に、得られた気泡含有油水分散液又は気泡含有油に吐出流を発生させる撹拌翼を備えた回転体と、前記気泡含有油水分散液又は気泡含有油を混合タンク内の気泡含有油水分散液又は気泡含有油中に噴出させる環状スリットとを備えていることを特徴とする油性物質燃焼装置。 A combustion apparatus for burning an oily substance, wherein a mixing tank in which a bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil is prepared by stirring and mixing an oily substance, water and bubbles, or an oily substance and bubbles, a combustion burner, and the bubbles It is equipped with a supply pump that supplies the oil-containing oil dispersion or the oil containing bubbles from the mixing tank to the combustion burner, and contains air bubbles by allowing the oil-containing oil-water dispersion or oil containing bubbles to pass through the mixing tank. It is an oily substance combustion device provided with a fine bubble generating device provided with an annular slit for generating fine bubbles in oil-water dispersion or bubble-containing oil ,
The fine bubble generating device includes a main body part placed in a bubble-containing oil / water dispersion or bubble-containing oil in the mixing tank, and a motor part. The main body part includes bubbles in the mixing tank. While stirring and mixing the liquid inflow port into which the oil-in-water dispersion liquid or bubble-containing oil flows into the main body, the bubble forming gas inflow into which the bubble forming gas flows into the main body, and the inflowing liquid and the bubble forming gas A rotating body provided with a stirring blade for generating a discharge flow in the obtained bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil, and the bubble-containing oil-water dispersion or bubbles in the mixing tank of the bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil. An oily substance combustion apparatus comprising: an annular slit that is ejected into the contained oil .
前記回転体は円盤と複数の遠心翼により構成されており、該回転体の高速回転により、液流入口から油水混合液又は油性物質がステータ内部に吸い込まれ、吸い込まれた油水混合液又は油性物質と気泡形成ガス流入口から供給される気泡形成ガスとが混合されて気泡含有油水分散液又は気泡含有油が形成され、該気泡含有油水分散液又は気泡含有油が環状スリットを通過して噴出される請求項1記載の油性物質燃焼装置。 The fine bubble generator includes a main body having a substantially disk-shaped stator, a rotating body provided in the stator and rotating in a circumferential direction, a liquid inlet and a bubble forming gas inlet provided in the stator, In the bubble-containing oil-water dispersion or the bubble-containing oil, the bubble-containing oil-water dispersion or the bubble-containing oil formed in the stator is circumferentially provided on the peripheral surfaces of the opposed surfaces of the upper stator and the lower stator. fine bubbles dispersed stirrer der consisting annular slit for generating fine bubbles is,
The rotating body is composed of a disk and a plurality of centrifugal blades, and by rotating the rotating body at a high speed, an oil / water mixture or an oily substance is sucked into the stator from a liquid inlet, and the sucked oil / water mixture or oily substance is sucked into the stator. And the bubble-forming gas supplied from the bubble-forming gas inlet are mixed to form a bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil, and the bubble-containing oil-water dispersion or bubble-containing oil is ejected through the annular slit. The oily substance combustion apparatus according to claim 1.
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