JP5403552B2 - 燃料油に水を加えたボイラー燃料の供給装置 - Google Patents

Description

この発明は、重油及び軽油に普通水を加えて混合し、またさらにテンプラ油や、廃テンプラ油の再生油及び廃油の再生油等を加え、エマルジョン化した燃料を生成する生成器と、水と油の配合調整器及び燃料をノズルへ安定供給する供給タンク兼用リターン装置を使用した、燃料油に水を加えたボイラー燃料の供給装置に関するものである。

従来、ビニールハウスや温泉、クリーニング等に設置されている温風ボイラーや温水ボイラーの燃料は、重油や軽油またはＬＰガスなどが多く使用されている。

従来、重油等を燃料とするボイラーには、燃焼ノズルに水分が混入しないように、水分を遮断するフイルターが設置されている。これは水分が燃焼を阻害するという前提で考えられた技術である。つまり、ボイラーの燃料タンク内の空気の水分が、燃料タンクの外気温度の変化などの影響により水滴となり、燃料タンクの底に溜まり、この溜った水分が重油と共にノズルへ吸引され、または重油に何らかの作用で混入した水分がノズルへ吸引されて行く過程で、フイルターで遮断し、油のみをノズルへ送り、燃焼させる構造になっている。

また、従来のボイラーを使用している、果物や花、野菜などをビニールハウスで育てている農家では、重油等を燃料としているが煙が地域環境へ与えることや、ビニールハウス内で育てる野菜、花・果物などへ化石燃料独特の臭いが移る事などがある。また、病院や温泉、畜産農家などのボイラー施設では煙や臭いに過敏な注意を払っている。

特に、ハウス農家では、ボイラーを冬場しか使用しないため、ボイラーの中やノズルに煤が付着するが、通常そのまま放置しているので、放置する時間が長期となり、前記煤の付着部分から錆びてくるなど、メンテナンス上の管理経費もかかり、また機械の耐用年数にも影響を与えている現状である。

また近年、石油の価格が不安定であり、平成２０年には、世界的な石油高騰の嵐が吹き荒れ、石油資源のない我が国は前記影響を受け、漁業関係者が全国で一斉休業する事態となり、石油燃料に頼っている者は勿論、農家や企業なども直接負担を背負うことになった。

そこで、ボイラーなどの燃料に水を混入し、経費節減や排ガスが与える影響を抑える試みが行われている。

例えば、特許文献１には、エマルジョン燃料の生成方法が記載されており、重油・軽油・廃油など液体燃料に、酸化還元電位１００ｍＶ〜２５００ｍＶに低下された還元水を、容積比で５％〜２０％混合し、且つ、これを減圧沸騰してエマルジョン化してから燃焼させるとの記述がある。さらにエマルジョン化する為に、減圧沸騰させる減圧装置が必要とされている。しかし、この生成方法では、酸化還元水を製造する装置と、燃料を減圧沸騰させる減圧装置を設備として設置しなければエマルジョン化した燃料にはならない問題点がある。

また、特許文献１には、燃焼効率とダイオキシンについて述べられていて、研究の結果、還元水が５％未満では効果が少なく、２０％を越えると効果が低減し、１５％のとき効果があったと記述されている。

また、非特許文献１にはエマルジョン燃料供給システム「 ＭＡＲＶＥＬ」について記載されており、エマルジョン機器は、直径１０ｃｍ、高さ１２ｃｍ程度の円筒形をしており、該円筒形の中に、肉厚１ｍｍ程度の鉄板を円錐の形にし、この表面に直径２ｍｍ程度の穴を数十箇所あけてある構造となっている。この穴あきの円錐形をした鉄板は、円筒形の中間部に設置固定し蓋を施してある。さらに、両端の蓋部分に直径２０ｍｍ程度のパイプを施してある構造になっており、燃料の油と水は、前記円錐形をした山の方より入り、円錐の下方へと穴を通り抜けて行くようになっている。

また、前記供給システムの装置には、サービスタンクに油と水とを投入するパイプがあり、いずれも電磁弁で投入量の調整が施されている。さらに、サービスタンクの半分より上部、６合目位にエマルジョン機器より繋がるパイプが設置されており、半分より下３合目位にバーナーへ供給するパイプが設置され、下方、２合目位のところにポンプへ繋がるパイプが設置されている。さらに下方、底の部分に水抜き用のパイプが設置されている。つまり、サービスタンクに投入された油と水はサービスタンクに入り、下方の２合目の位置のパイプよりポンプを経てエマルジョン機器へ入り、また再度サービスタンク内に入る構造である。そこで、油と水が混合され溜まっているサービスタンクの３合目の位置から、ボイラーノズルへ供給されて行く仕組みになっている。

前記装置をビニールハウスの温風ボイラーで設置し、使用した結果、最初の着火ができず、１５分ぐらいポンプを回した状態でのエマルジョン化との記載があり、１５分ぐらいポンプを回してできた液体燃料を、重油で着火後燃料を給油したところ燃焼することができた。また、前記施設でのエマルジョン化した燃料を試験管に取り出し、観察したところ数分で分離した。

また、ある温泉施設での実施においては、該温泉施設のボイラー装置が、一定温度で燃焼が自動で停止する仕組みとなっており、この停止時間もエマルジョン化する生成器へ送油するポンプは回っているが、給油は止まっている状態であった。そこで温水の温度が下がり、温度を上げる数分後、つまり追い焚きの時着火しなかったので、この原因を追究したところ、ノズルへ給油するパイプの中の混合が数分の間で、水と油に分離していることが判明した。

また数十分燃焼すると、サービスタンクの中の燃料が少なくなり、燃料の残量が一定の量になると、次の油と水が一定量投入される。しかし、サービスタンク内の量が一定になった時点で、再度鎮火してしまった。この原因は水と油がエマルジョン化せず、比重の重い水が先に吸入され、ノズルへ水が送られていたことが判明した。

また、燃料をサービスタンクに数回投入すると、そのたびに水分の多いエマルジョン化されない部分がタンクの下方に溜まり、これをノズルに吸入していることも判明した。つまり、前述したサービスタンクの３合目の位置に設置されたボイラーのノズルへ給油するパイプの高さに、溜まった部分の燃料に水分が多く混入しており、全体がエマルジョン化されない不都合が発生していた。さらに鎮火問題となった混合油をサービスタンクより試験管に取り出して観察したところ、数分で水と油に分離することが判明した。前記文献にも、水比率５％〜２０％とうたわれ、現場での説明では１４．５％を最適としていた。

非特許文献２には、エマルジョンについての記述、乳化技術がいくつか記載されている。その中に、微粒子・粉体の最先端技術、変則乳化重合・液滴からの粒子形成・医薬品製剤・コーテング剤に至るまでの色々なエマルジョン技術が記載されているが殆ど乳化剤によるものであった。

非特許文献３によると、九州油設工業株式会社では、重油Ａの使用量の１０％削減と、カタログの説明と同機器の実用試験を観察した結果、同機器は円形の筒に水と油を比率で投入し、高速回転させて混合攪拌する方法が記載されている。つまりカタログに掲載されたとおりの攪拌であった。前記のように高速回転攪拌で乳濁はするが、カタログには油と水を均一にナノレベルまで微粒化することに成功したとあるが完全な燃料としてのエマルジョンとしては疑問がある。

また、水を１０％混入するとあるが、設備費の負担を考えれば、年間使用量の少ない個人農家では１０％ではあまり経済効果が望めない。また、燃焼効率に関し、水滴が水蒸気爆発を起こし、油が更に微細化され燃焼効率が向上する、などの説明があるが、その効果には疑問がある。

特許文献２、３にはエマルジョン燃料生成方法について記載されており、いずれも油と水の繋ぎとして界面活性剤を使用する旨記載されている。つまり界面活性剤などの乳化剤を使用しないと、エマルジョン燃料が出来ないということである。

特開２０００−３２９３０８号公報 特開平１０−４７６２５号公報 特開平１０−３０６９１６号公報

茨城県牛久市中央５丁目１５番５号有限会社環境技研発行パンフレットのエマルジョン燃料供給システム「 ＭＡＲＶＥＬ」 「微粒子・粉体の作製と応用」、２０００年１１月１日、株式会社シーエムシー出版 熊本県内企業向けの機関誌「経済」

前記先行技術文献に開示されている幾つかの実例や実験機、また、記述を総合的に解読・実験したところ、次のような課題があった。
（１）完全エマルジョン化した燃料として使用できなければならない。また、燃焼理論からすれば、燃料タンクからノズルへ直接給油すべき構造であること。
（２）ボイラーの着火から使用できるものであること。
（３）油と水の配合比が均一安定しなければならないこと。
（４）水混合比率を８％〜２６％にし、重油の熱量と同等の熱量がなければならない（２０％前後を理想とする）ことと経費削減を目的とすること。
（５）混合する水に関し、水道水や地下水など身近な水でも良いこと。
（６）燃料として使用し、臭いや煙を抑え地域に与える影響を、重油だけを使用した場合に比べ軽減すること（窒素酸化物、二酸化炭素、硫黄酸化物の排出を抑える。
（７）エマルジョン化した燃料を連続使用する場合や、時間を置いての追い焚き燃焼時においても、重油と同等の着火燃焼状態でなければならないこと。
（８）経済性を考慮して、高価な添加物（乳化剤）を使用しないでエマルジョン化し、さらに燃料費削減と設備の価格も考慮しなければならないこと。
（９）また、廃テンプラ油等の再生油を使用すれば、経済性や環境的な見地から望ましいこと。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、本発明の実施の結果、重油や軽油の液体燃料に、身近な水道水を加えて混合し、更にテンプラ油及び廃テンプラ油の再生油や廃油の再生油を加え、これを生成器により加圧衝突させてエマルジョン化し、燃焼用燃料として供給することを目的としたボイラーの燃料供給装置である。

また、本発明はエマルジョン化した燃料を燃焼させると、窒素酸化物、二酸化炭素、硫黄酸化物等の排出が、重油の燃焼時に比べ大幅に削減できるという知見に基づくものである。つまり、焼却技術の発展により、ロータリーキルンなどが開発され、また焼却炉の排気ガス（煙）などに水を噴霧し、急速冷却することで飛灰は煙突の中で固まり石灰処理され、外に飛散せず、煙突からは急速冷却された水が水蒸気となる。これは一般的周知の事実である。このことから、油と水のエマルジョン燃料が、燃焼する際水滴が水蒸気爆発して、完全燃焼する事と、排気ガスに水分が与える影響で黒煙が発生しないという知見となる。

前記は、これら燃料の燃焼に基づくもので、本発明は重油や軽油等の液体燃料に、水を容積比率で８％〜２６％加えて混合し、更にテンプラ油及び廃テンプラ油の再生油や廃油の再生油を、容積比率で３％〜３０％を加え、且つこれをエマルジョン生成器においてエマルジョン化し、液体燃料として完全燃焼させるものである。

また、燃料に混合する水比率は、実用実験の結果２０％程度が重油Ａに近い数字の温風ボイラーの炉内最高温度であった（表１）。また、この比率で燃焼した際、煙突からでる煙は重油だけの時と比べ、無色に近い状態であった。

さらに、本発明では、混合の廃テンプラ油の再生油の使用について、実施例で後述するが、重油Ａ７２％、廃テンプラ油の再生油１４％、水１４％を加え燃料をエマルジョン生成器に通したところ、数秒で素早い反応を示し、エマルジョン化された燃料とすることができた。前記燃料をボイラーで燃焼したところ、重油のみの場合は１５分で炉内最高温度４２４℃に到達したが、本発明のエマルジョン化燃料の場合は５分で炉内温度４２８℃に到達した。つまり重油Ａのみの燃焼時の炉内最高温度到達時間に比べ、１０分も早く炉内温度を超し、さらに１５分後では５５５℃の炉内最高温度となる結果を得た（表３）。

なお、炉内温度測定箇所は、炉の大きさが直径７５ｃｍ、長さ１．４ｍの円形温風ボイラーで、中心の位置にあるノズル部分から、左へ２０ｃｍ、上へ１５ｃｍにある、通称のぞき穴の位置である。前記のぞき穴に、長さ４６ｃｍの温度センサーを差し込んで、測定したものである。前記文中における温度測定の位置はこの一点である。

本発明で用いる水は、身近にある水道水や地下水、浄化された池の水、さらに河川の水、雨水、又は浄化された汚水や焼酎廃液などを分離した水分の再利用したものを使用することができる。

本発明で用いる液体燃料は、重油や軽油、テンプラ油及び廃テンプラ油などの再生油、又廃油の再生油等のいずれでもよく、また各油を組み合わせる混合比率には制約がなく任意である。また、法律で使用禁止とされている廃油もデーター上は使用可能である。

本発明のエマルジョン燃料は、温泉施設での実施実験で、着火時から連続燃焼において実施された。温水タンクの温水温度が、予め設定した温度になれば燃焼が止まり、設定温度が下がれば再度燃焼する方式のボイラーを使用したものである。このように時間を置いて燃焼を繰り返すことで、追い焚きの燃焼も問題なくスムーズに行われた。

本発明におけるエマルジョン燃料の配合は、重油と水および廃テンプラ油再生油を均一にするため、いずれも電磁弁で投入量を調整し、一定量をそれぞれのサブタンクへ一時溜めるようにしてある。従って、前記調整した油を貯蔵タンクに送り、さらに次のサブタンクに一時溜められた量分を貯蔵タンクへ送る。これを繰り返し、貯蔵タンク内を一定量にする。貯蔵タンクでは、底の調整器で水と油を吸引する方法で、配合比を均一にするものである。つまり水と重油及び、廃テンプラ油再生油などをサブタンクに一回分の一定量を溜め、一回分を貯蔵タンクへ送った後、サブタンクへ次の一回分の量が溜まり貯蔵タンクへ送られる。このようなことを繰り返し、エマルジョン燃料を次々タンクへ貯蔵するものである。

また、貯蔵タンクに一定量貯溜した場合、サブタンクの一定量貯溜するが、貯蔵タンクへの送油は停止し、燃焼により貯蔵タンクの量が一定量減った時、貯蔵タンクへの送油、サブタンクへの貯溜作業が動き出す方法を持つ構造である。前記における均一性を確かなものにするため、配合調整を二回繰り返して行う方法であり、これをエマルジョン生成器へ送り、該エマルジョン生成器内で加圧衝突させて完全にエマルジョン化された燃料が完成する。

本発明がもたらす経済性や、排気ガスの削減はもとより、燃料費を節約した経費と設備を導入した経費を比べ、２、３年くらいで原価償却できなければ、燃料使用量の少ない個人農家での導入は無理がある。この課題を解決する為、本発明によって２０％前後の削減、又廃テンプラ油の再生油を混入することで、さらなる高燃焼効率を得ることができる。さらに排気ガスのＣＯ _２ などの削減、および燃料経費削減により本発明の目的を達成することができる。

本発明によれば、燃焼効率が向上して容易かつ迅速に設定温度に達する効果がある。また、経済性が著しく向上し、燃料費を削減できると共に、運転経費の削減が見込まれるので、この発明の実施に必要な設備の整理に要する費用を短期間（２〜３年）に償却できる効果がある。然して、運転は全自動であって、温度を設定すれば、自動的に設定温度を保つことができる効果がある。

（ａ）この発明の実施例のエマルジョン生成器の拡大斜視図、（ｂ）同じく拡大断面図。 （ａ）同じくエマルジョン生成器本体の拡大正面図、（ｂ）同じく拡大中央断面図、（ｃ）同じく拡大平面図、（ｄ）同じくＡ部の一部拡大図。 （ａ）同じく燃料配合調整器の拡大斜視図、（ｂ）同じく拡大正面図、（ｃ）同じく拡大平面図、（ｄ）同じく拡大底面図、（ｅ）同じく拡大断面図。 （ａ）同じくノズル安定供給タンク兼用リターン装置の拡大斜視図、（ｂ）同じく拡大正面図、（ｃ）同じく拡大平面図、（ｄ）同じく拡大底面図、（ｅ）同じく燃料貯蔵タンクの一部拡大断面図。 この発明の実施例の一部を省略した配管図。

燃焼するエマルジョン化した燃料を生成するため、エマルジョン生成器７は、円筒形ケース１０の筒の両端を蓋で覆ってあり、該蓋にはパイプが連結してある。該パイプの片方が吸入パイプ１１、他の片方が排出パイプ１２である。また、円筒形ケース１０の内径より１ｍｍ程度小さめの鉄製の棒を砲弾型に加工し、その先端を潰し台形を形成する。前記台形の裾は、前記砲弾型の鉄製の棒の外径より６〜７ｍｍ程度小さめに加工されている。さらに、前記台形の砲弾型の肩から十字の方向に、幅２ｍｍ、深さ２ｍｍの溝を二条台形で掘ってある。該溝は四方より鉄の棒の側面に、それぞれのピッチ１０ｍｍの幅で、螺旋状の溝として鉄の棒の下方まで掘ってある。前記螺旋状の溝は、肩から四方の４箇所より４本が右回りに、さらに該４箇所の位置より中心角４５度ずらした位置より４本は左回りに掘られるように形成されている。なお、該螺旋状の溝の始まる位置や角度及び方向は逆でもよく、これらに制約はない。また形の寸法やピッチなども任意でよい。また、前記台形は、円形の角を削った形の台形でもよい。

円筒形ケース１０の中では、吸入パイプ１１より入った油と水が加圧され螺旋状の溝を通過し、溝が交わる点で衝突することになる。この衝突を繰り返すことで、水と油に圧力を加え、擦り込みながら混合するので、前記水と油は微細粒子の状態、つまりエマルジョン化した燃料が生成されることになる。これらは、後述する連続燃焼また、間欠燃焼での燃焼結果から明らかとなっている（表１、２）。

また、燃料配合調整器５は以下の構造と調整機能を発揮する。エマルジョン生成器７に重油と廃テンプラ油の再生油及び水を送り込む前に、該油等と水を混入するための燃料貯蔵タンク１があり、この燃料貯蔵タンク１に貯蔵する。この場合、燃料貯蔵タンク１に投入する油等と水を電磁弁で配合を調整して投入するが、燃料貯蔵タンク１に投入した時点では比重の大きい水が下方に溜まり、油は上方に溜まることになる。そのままの状態でエマルジョン生成器７に送り込むと、水が最初に吸入され、後から油が吸入されることになる。

そして、連続燃焼で燃料貯蔵タンク１に重油等と水を次々投入して燃料を生成することになるが、これを繰り返すことで、水分が下に多く溜まることになる。その状況では、燃焼時に、鎮火トラブルを誘引するおそれがある。

そこで、油等と水を均一にするため、重油、水および廃テンプラ油の再生油は電磁弁で調整した一定量をそれぞれのサブタンクへ投入し、貯溜する。水と油等を同時に燃料貯蔵タンク１に送り、さらに次の一定量分をサブタンクに一時溜め、一定量分の水と油等を燃料貯蔵タンク１へ送り貯蔵する。つまり、一回分の少量時にそれぞれをサブタンクで溜め、燃料貯蔵タンク１に投入することを繰り返す方法で、大量に貯溜することに比べ、比重の大きい水が下方に多く溜まることが少なくなるのである。

また、前記投入方法において、水と油等を上方より投入しても良いが、さらに本発明では、油等を燃料貯蔵タンク１の下方より投入し、水を上方より投入する構造とすることも可能である。油を投入した場合、油等は比重が水より小さいため上へ上がり、上から投入した水は比重が油等より大きいため、下方へ沈んでいく過程で、下から上がってくる油などと衝突する。この衝突で水を分離し、水の塊ではなく、水球を多く形成することになる。これを織り成すことで、水と油等との混合状態を良好に形成することになる。

燃料配合調整器５は、円筒パイプの片方端にネジ１７を切り込み、ネジ１７の両側面に、縦方向に水吸入溝１８を設けた構造をなしている。またネジ１７の反対側に中間部より上部に油吸入溝１６を設けてある。また、燃料配合調整器５のパイプを燃料貯蔵タンク１の底板にねじ込み固定する（図４（ｅ））。燃料貯蔵タンク１の低板上に溜まっている水は、水吸入溝１８より吸入され、油は燃料配合調整器５のパイプの上部油吸入口１５及び油吸入溝１６より吸入される。

つまり、燃料配合調整器５のネジ１７のねじ込む高さで、水吸入溝１８の吸水隙間が決まり、同時に水吸入溝１８より吸入される水の量が決まる。油吸入口１５および油吸入溝１６を通過して吸入される油の量は変わらないため、水と油の配合が安定した比率で確保できる。これを、先のエマルジョン生成器７に送ることで均一な安定した燃料が完成する。

本発明を具体化するため以下添付図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。

本発明のエマルジョン生成器７は、円筒形ケース１０の筒の両端を蓋で覆ってあり、該蓋にはパイプが設置してある。該パイプの片方が吸入パイプ１１で、矢示２７のように燃料を吸入し、もう片方の排出パイプ１２から矢示２８のように排出する。また、円筒形ケース１０の内径より１ｍｍ程度小さめの鉄製の棒２５を砲弾型に加工し、棒２５の先端を潰し台形を形成する。前記台形の裾は、鉄製の棒２５の砲弾型の外径より６〜７ｍｍ程度小さめに加工されている。さらに、前記台形の砲弾型の肩から十字の位置に、幅２ｍｍ、深さ２ｍｍの溝１３、１４を二条台形に掘ってある。溝１３、１４は四方より鉄の棒２５の側面に、それぞれのピッチ１０ｍｍの幅で、螺旋状の溝として上方より鉄の棒２５の下方まで掘ってある。前記螺旋状の溝１３、１４は、肩から四方の４箇所より４本が右回りに、さらに前記４箇所の位置より中心角４５度ずらした位置より４本が左回りに掘られるように形成されている。なお、前記螺旋状の溝１３、１４の始まる左右方向、及び位置や角度は任意でもよく、方向は逆でもよい。

ポンプ６で送られてくる油と水が、エマルジョン生成器７の吸入口より圧が加えられ、台形の肩より側面の螺旋状の溝１３、１４を通過する。螺旋状の溝１３、１４が交差するところで加圧衝突し、この衝突を棒２５の下方まで数回繰り返すことで、擦り込む状態になりエマルジョンを生成するものである。エマルジョン生成器７は鉄製の棒であるが、ステンレス、真鋳、セラミック、ウレタンでもよく、材質や溝、また形状・組み合わせなどを問うものではない。

燃料配合調整器５は上述したとおりであるが、円筒パイプ５ａの片方端に一定の高さのネジ１７を切り込み、その部分の両側に水吸入溝１８を入れる。また、ネジ１７の反対側の中間部より外側に向かい、縦長の油吸入溝１６を掘ってある。そして、円筒パイプ５ａを燃料貯蔵タンク１の底筒１ａにねじ込み設置する（図４（ｅ））。水は水吸入溝１８より矢示３２のように吸入され、油は油吸入口１５と油吸入溝１６より矢示３３、３４のように吸入されるものである。また、水吸入溝１８は一本でも良く、溝の代わりに、穴を数箇所開けてもよい。つまり、円筒パイプ５ａのネジ込む高さで、円筒パイプ５ａの溝より吸入される水量が決まり、円筒パイプ５ａの中を通過、吸入される油の量は変わらないため、安定した均一な比率配合が完成する。また、燃料配合調整器５の材質や形状は問わない。

燃料をノズルへ安定供給する供給タンク８については、供給タンク８の上下両側にパイプ１９、２０付の蓋２１、２２が施されている。また、供給タンク８の側面にリターンパイプ２６が設置されている。前記蓋に取り付けられた一方のパイプ１９は吸入側で、他方のパイプ２０は排出側になり、側面に取り付けられたリターンパイプ２６はリターン用で、コック付きである。前記において、矢示２９のように燃料を吸入し、矢示３０のように燃料を排出し、矢示３１のように燃料を燃料貯蔵タンク１に戻す。

供給タンク８の機能を説明すると、ポンプ６による液体を送る過程で、何らかの作用によるものか判明しないが、液体中に空気が混入し燃焼効率に影響を与えている。この空気は、ノズルのポンプ部に空気抜きが施された既設の構造で対応されている。また、従来のボイラーは、燃料を送る場合、重油タンクより自然流動した送油方法をとり、ノズルに付いているポンプで燃やせる能力だけ吸引し、該ポンプ圧でノズルの先端より噴射して燃焼するものである。

これを踏まえ、このパイプ付の円筒形供給タンク８を、ボイラーのノズルの手前に設置し、エマルジョン生成器７よりポンプ６の圧力で送られてくるエマルジョン化された液体燃料は、このパイプ付の円筒形供給タンク８に一時貯溜する。燃焼作動中においてエマルジョン化した燃料は、供給タンク８を充満する。

また、燃焼および燃焼中断時も燃料は送り続けられ、ノズルやパイプへの影響を回避するため、燃料貯蔵タンク１へ返し圧力等の影響を下げる機能を有する。

さらに、供給タンク８を充満することで、自然流動の状態を再現し、既存ボイラーの吸引噴射という機能が発揮されるものである。そして、既存の燃焼される量と、燃料貯蔵タンク１へ返される量をコックで調整することができる構造を兼ね備えている。

当初エマルジョン燃料を生成する際、ポンプ６の電源を入れポンプを回転させ燃料貯蔵タンク１の油と水を吸入し、エマルジョン生成器７を通過させる。この生成されたエマルジョン燃料は、ボイラーのノズルへ送られて燃焼し、余分の燃料はリターンパイプ２６で燃料貯蔵タンク１へ戻される。

一段階で、タンク内の温度が２５℃の時、直径５〜１０ｍｍぐらいの油球が大小無数に製造される。前記油球は乳濁しており、油球の周りは油が捲いている状態となっている。また、温度３０℃ぐらいでは、短径３ｍｍ、長径１０ｍｍぐらいの楕円形をなした油球が製造され、規則的に積み重なっている。いずれも油球は乳濁し周りは油で巻かれている。該油球は乳濁しているが、油球の中の下方に透明な球が発見される。これは分解されてない水分と思料される。

しかし、二段階では、乳濁の油球が１ｍｍ程度となり、全体が乳濁する。さらに三段階では全体が乳濁し、油球は発生しない状態となった。この間の時間は、２〜１５秒程度であり、ここでエマルジョン化された燃料はボイラーのノズルへ送られ着火、燃焼へと進む。当初は、油球が発生するが時間は１０秒程度で、その後はエマルジョン化された燃料が燃料貯蔵タンク１へ戻され、エマルジョン化されてない燃料に触れ、エマルジョン生成器７を通過した後は、油球は発生しないことが判明した。

本発明における廃テンプラ油の再生油を追加混入したエマルジョン燃料について説明する。重油Ａ７２％、廃テンプラ油の再生油１４％、水１４％を混合して、これをエマルジョン生成器７を通過させた結果、一回数秒の通過でクリーム状の乳濁を呈した。前記燃料を試験管で調べた結果、油球は発見されず、全体が乳濁であり、燃焼の実験を実施したところ、着火もスムーズに行われ、燃焼も問題なくおこなわれた。また燃焼効率について調査したところ、重油Ａのみの場合、炉内最高燃焼温度は１５分で４３４℃であったが、廃テンプラ油の再生油１４％と水１４％を混合した場合、４分で４２８℃に達し、１５分では５５５℃の炉内最高燃焼温度に到達し、最高燃焼温度は、重油の同時間に１００℃以上の結果を得た。また、重油Ａ８７％と水１３％の混合の場合、重油のみの炉内最高温度到達時間より３分早く到達し、最高温度は同時間で３℃高い結果を得た（表３）。さらに、エマルジョン化は油と水、また貯蔵するタンク内の温度や、外気温度の関係で、早くエマルジョン化することが判明した。前記温度調整については実施例で後述する。

一次的に水と重油および、廃テンプラ油の再生油などを貯溜するサブタンクがそれぞれ設置され、投入量調整の電磁弁の作用で一定量貯溜する。これを燃料貯蔵タンク１に、前述の作業を数回繰り返し一定量投入した後、サブタンクからの投入を停止する。燃料貯蔵タンク１に貯溜された重油等と水は、燃料貯蔵タンク１の底に設置した燃料配合調整器５を通過し、ポンプ６で水と重油等を吸引しエマルジョン生成器７へ送られる。エマルジョン生成器７で生成された燃料は、パイプを通じてボイラーのノズルの供給タンク８へと送られ、既設ノズルポンプの作用で燃焼する（図５）。

一定時間燃焼し、燃料貯蔵タンク１の量が一定量減った場合、水・重油・廃テンプラ油の再生油などを、それぞれのサブタンクへ順次溜める作業から、燃料貯蔵タンク１へ投入する作業が動き出す。このような作業を繰り返して燃料が生成され、燃焼することとなる。これが基本であるが、応用構造で一次貯溜するサブタンクを、重油と廃テンプラ油の再生油用の併用サブタンク、または水と廃テンプラ油の再生油用のサブタンクを併用した構造でもよく、組み合わせは現場に応じて変えることは可能である。

燃焼が一次停止した場合、つまり温水器や温風ボイラー等では、一定温度で燃焼が停止する装置構造になっており、この時点でエマルジョン燃料の供給油送は動いており、既設のノズルの手前に設置された、燃料安定供給タンク８内の余分な燃料はリターン装置のリターンパイプ２６を通じて燃料貯蔵タンク１に返される。また、燃焼が停止した時点で、ポンプ６も停止する構造で、ポンプ６の消耗や電気料、さらに燃料貯蔵タンク１やエマルジョン生成器７の温度を下げる構造も可能である。この同時停止が前記構造においても、連続燃焼ボイラーにおいても問題なく実施できた。

本発明の燃料供給装置については、既設の重油供給パイプ３より枝分けし、重油供給パイプ３は一次貯溜タンク４への投入配管となる。燃料貯蔵タンク１からエマルジョン生成器７を通じ、ノズル直前の供給タンク８への配管を接続する。

一次投入に際し、水および廃油再生油などは、それぞれのタンクへ溜まるが、重油と水・重油と廃テンプラ再生油・廃テンプラ油再生油と水を同じタンクへ溜めておくか、または組み合わせが出来る構造である。

既設の重油供給パイプ３は、枝分けした部分より供給タンク８の排出パイプとノズルとの間に接続した構造である。なお添付図面は廃テンプラ油再生油と重油を同一の一次貯留タンク４へ送油した構造である。

また、重油供給パイプ３の枝分けした箇所に、エマルジョン生成器７の方と、既設のノズルの方へ流れるようにする切り替えコックを設け、さらにノズル手前の重油供給パイプ３にもコックが取り付けられてある。つまり、エマルジョン生成器７へ送油している場合、重油は既設のボイラーのノズルへの給油がコックで停止され、同時にノズル手前のコックも閉められていることになる。

また、既設のボイラー燃料供給配管の途中に接続するだけの装置であり、ボイラーなどには手を加えないものである。またメンテナンス等のために既設重油配管とボイラーノズルへの接続は残しておいてもよい。

本発明は、配置例図にあるとおりで、単純な構造と装置であって、経済的、燃焼効率的、環境的良好な燃料供給装置を提供できるものである。

本発明における燃焼実験の結果は、表１、表２、表３のとおりである。

本発明の温度調整の実施例について説明する。エマルジョン生成器７の材質としてステンレスの丸棒を使用し、さらに外側の円筒形ケース１０もステンレス材を使用する場合、油と水の加圧衝突時に熱が発生する。そのため、エマルジョン化した燃料も熱を浴びるので、燃料貯蔵タンク１に返されると燃料貯蔵タンク１内の温度が４５℃ぐらいになった。このときの外気温度が３０℃であり、外気と燃料貯蔵タンク１との温度差が１５℃であるので、次のとおり、燃料貯蔵タンク１内の温度を１５℃前後に下げる工夫がなされた。

まず燃料貯蔵タンク１に羽を数枚取り付け、風による冷却方法、または燃料貯蔵タンク１の中央部に穴を数本開け、この穴に筒を数本取り付け、穴に風を送る方法が用いられた。また、燃料貯蔵タンク１の大きさより５ｃｍほど大きいタンクを接続し、外のタンクに水を還流する方法も実施した。いずれも温度を１０℃ぐらい下げることに成功し、エマルジョン燃料の生成温度を確保することができた。

本発明のボイラーの始動に関する実施例について説明する。本発明のボイラーの燃焼は、送風排気ファンのスイッチが入り、ファンが回り始め、１０〜３０秒経過した後、重油がノズルへ送られて着火し、燃焼するものであった。エマルジョン化が完全でない、他の器機では常にポンプを回しておかなければならない。

しかし本発明のボイラーでは、必要とする温度が保たれ、燃焼を一次停止する場合、ポンプ６の回転を止め、温度が下がり再度追焚き燃焼すると同時にポンプ６が回転し燃料を供給する方式をとることに成功した。ハウス農家のボイラーでは、１日３００回位の回数で燃焼スイッチの切り入れを繰り返している。これらのことから、一日中ポンプを回転させてはポンプのシーリングに影響を与える事になり、また、電気代などの経費面を考慮すれば、こまめにスイッチは切ったほうが経済的である。しかしスイッチの切り入れが多い場合、電気料がかさむことも考慮し、作動したままでもよい構造である。

次に、燃料の配合に関する実施例について説明する。本発明において混合する燃料は基本的には重油と水であるが、本発明ではさらに廃テンプラ油の再生油を使用し、水は水道水を混入して実施した。つまり、重油６５〜７８％、廃テンプラ油再生油２〜１５％、水１０〜２０％の混入でエマルジョン生成器により生成実験したところ、全てすこぶる早くエマルジョン化した。また、色は肌色を呈した乳濁であり、燃焼の結果重油と変わらない熱量を得ることができた。

これを基に考査実験したところ、廃テンプラ油の再生油の比重が重油より大きいことが分かり、試験管の中で下方は水、中央に廃テンプラ油の再生油、残りの上部に重油となっていた。従って、廃テンプラ油の再生油の比重が重油より大きく、水より小さいことが判明した。エマルジョンが早く進む原因は、水に近い比重の廃テンプラ油の再生油が水と混ざりやすく、さらに比重が重油に近い廃テンプラ油の再生油は重油と混ざりやすい事が判明し、その相乗関係でエマルジョン化が容易に達成したものと考えられる。

次に、軽油ボイラーでの実施例について説明する。使用されているボイラーの中で、重油と軽油を燃料とした設備が多いが、軽油と重油の価格は相当な差がある。燃料代が重油より高い軽油ボイラーがあるのは色々な関係で論議しないが、個人農家では安い重油を使いたがっており、野菜ハウス農家で本発明を実施したところ、既設の設備的には、ノズルを軽油用から重油用に替えるだけであった。重油用のノズルを取り替えるだけで、本発明のエマルジョン燃料が使えるので、燃料費の削減と完全燃焼することなどで、経済的、排出する黒煙がなくなり、地域環境に与える影響も効果的である。また、野菜に与える臭いも、該農家に訪ねたところ気にならないとの評価を得た。

次に、エマルジョン生成時の温度について説明する。エマルジョン生成にあたり、エマルジョン生成器７を通過する際に、加圧衝突時に熱が発生する。この熱が燃料貯蔵タンク１にも戻り、燃料貯蔵タンク１内の温度も上昇する。また、エマルジョン生成器７や装置の周囲の外気温度との相関関係もあることが判明した。さらに実験の結果、外の温度が２５℃ぐらいの時、エマルジョン化がスムーズに完成し、３０℃ぐらいでは油球が大きく発生し、エマルジョン化が遅い事が判明した。しかし連続燃焼においては、次々に投入される油と水が常温であるため、燃料貯蔵タンク１内の温度を下げる効果があり、冷却装置による冷却作用が少なくてもよいことが判明した。

また、使用した燃料の重油Ａについて説明すると次のとおりである。地域で購入した重油Ａを燃焼した結果。国内にある石油販売メーカーの重油Ａの色の違いが目視で分かり、燃焼したところ最高温度の差が１４０℃あった。これは、エマルジョン燃料の燃焼実験で、早く温度が上がる時と、最高温度の差を、水の配合量や外気温度ではないかと疑問を感じていたが、購入した石油店を代えて購入したところ、重油の色違いを発見し、さらに燃焼実験の結果、燃焼温度の最高温度に差があることが判明した。前記重油Ａの最高温度は実験の結果、５００℃から６４０℃まであり、その差は１４０℃であった。メーカーの違いにより熱量が変わることは問題ではあるが、実施例の熱量は、熱量の低い重油をエマルジョン燃料にした場合との差は少なくなり、重油のみの熱量を超す事が出来ることで、いずれにも対応出来るエマルジョン燃料生成器である（表２及び３の最高温度がその例であり、実験時の重油購入先を変えてみたところ、重油のみの温度差が判明した）。

本発明は、ビニールハウス農家のボイラー、温泉施設、お茶乾燥、タバコ乾燥、病院・ホテルなどで使用するボイラー、または海苔などの乾燥、クリーニング乾燥、畜産施設など、ありとあらゆる小型から中型ボイラー施設、または焼却場などの大型施設のボイラーに対応できるものである。前記装置での燃料経費の削減は２０％可能である。また経済効果や地域へ与える環境も改善できる優れた効果を有する。また、配置図例は廃テンプラ再生油の使用時の、サブタンクを設置してあり、重油タンクと同一タンクにした、シンプル且つ単純な構造と装置において、経済的、燃焼効率的、環境的良好な燃料供給装置を提供することができる。

１ 燃料貯蔵タンク
２ 水供給サブタンク
３ 重油供給パイプ
４ 一次貯留タンク
５ 燃料配合調整器
６ ポンプ
７ エマルジョン生成器
８ 供給タンク
９ ボイラー
１０ 円筒形ケース
１１ 吸入パイプ
１２ 排出パイプ
１５ 油吸入口
１６ 油吸入溝
１７ ネジ
１８ 水吸入溝
２４ 廃テンプラ油・廃油の再生油及び重油供給パイプ
２６ リターンパイプ

Claims (2)

1. 水と油の配合調整器を備えた燃料貯蔵タンクへ、水供給サブタンクと廃油及び重油供給サブタンクとを接続すると共に、前記燃料貯蔵タンク下部内側へ前記配合調整器を立設し、下部外側へ、燃料供給管の基部を接続し、該燃料供給管に送油ポンプ、エマルジョン生成器、ノズル安定供給タンク及びボイラーの燃焼器を順次連結したボイラーの燃料供給装置であって、
   前記配合調整器は、パイプ状であって、下部外側に、燃料貯蔵タンクの下部口と螺合する螺合部を有すると共に、水の吸入溝を設け、上部外側に燃料油の吸入溝を設けたものであることを特徴とするボイラーの燃料供給装置。
2. ノズル安定供給タンクと燃料貯蔵タンクとをリターンパイプで連結したことを特徴とする請求項１記載のボイラーの燃料供給装置。

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