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技術 低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法および燃焼装置用の燃料提供システム

出願人 株式会社タクマ
発明者 森光信介松本暁洋松田由美
出願日 2007年6月12日 (13年5ヶ月経過) 出願番号 2007-155455
公開日 2008年12月25日 (11年10ヶ月経過) 公開番号 2008-309359
状態 特許登録済
技術分野 燃料の供給及び制御
主要キーワード アルコール濃度計 廃熱回収設備 搬送圧力 エア供給室 霧状燃料 燃焼装置用 燃焼力 燃焼用エア
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2008年12月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (3)

課題

通常状態において着火燃焼しない低濃度燃焼性有機物を含有する液体超音波振動させて霧化し、この霧化した霧化体を燃焼装置燃料に用いることができる、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法を提供することを目的とする。

解決手段

低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法は、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を超音波霧化装置2を用いて霧化し、霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体5を、燃焼装置3の燃料に用いることを特徴とする。

概要

背景

従来から、液体燃料超音波振動によって霧化して燃焼させる技術が知られている。このように液体燃料を霧化した場合、着火性の向上が期待され、更に燃焼量の制御が容易になると考えられる。特許文献1の構成の場合、装置本体の燃料収容部の底部に超音波振動子を設置し、超音波振動によって液体燃料を超微粒化しつつ燃料液面から噴出させ、さらに、液面上の空間部によりエア供給室燃料霧化室を形成し、エア案内板を設けて燃焼用エアを液面に沿って燃料霧化室に送り込むように構成されている。

また、特許文献2の場合、メインバーナ気化器予熱するための予熱バーナ超音波発生器によって生成された霧状燃料を供給し、この予熱バーナヘッドで霧状燃料を燃焼させる構成が記載されている。

また、特許文献3は、動植物油、例えば廃食用油を燃料として使用する場合に、先ず、都市ガス等の燃料でガスバーナー着火、燃焼し、これによって燃焼室内が、廃食用油を燃焼できる反応領域(50℃)に達したら、廃食用油を燃料として燃焼させ、都市ガス等の燃料のガスバーナーを停止するように構成されている。廃食用油には、水が混入されていてもよいが、それは40重量%以内が好ましいと記載され、より詳細な説明としては、廃天ぷら油中に10重量%の水が含まれていると記載されている。また、水を含む動植物油を用いる場合、ミキサーにより水と動植物油とのエマルジョンを確実に形成し(微細化し)、その後さらに、超音波により、エマルジョンを形成する(微細化する)ことが記載されている。

上記特許文献1および2の場合は、いずれも、液体燃料を超音波振動によって直接霧化する方法である。また、特許文献3の場合は、水を含む廃食用油を超音波振動によって微細化(エマルジョン形成)させるものであり、霧化する方法ではない。

そして、液体燃料は、可燃性物質の濃度が高く、任意の着火手段を用いることで、容易に着火し燃焼する。また、水を含む廃食用油のエマルジョン化したものは、可燃反応温度に達した場合に、容易に着火し燃焼する。

特開平10−38220号公報(請求項1)
特開平10−246408号公報(請求項1)
特開2003−294221号公報(段落0008、0012、0017、0032)

概要

通常状態において着火・燃焼しない低濃度燃焼性有機物を含有する液体を超音波振動させて霧化し、この霧化した霧化体を燃焼装置の燃料に用いることができる、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法を提供することを目的とする。低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法は、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を超音波霧化装置2を用いて霧化し、霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体5を、燃焼装置3の燃料に用いることを特徴とする。

目的

そこで、本発明は、上記従来技術の現状に鑑みてなされたものであって、液体燃料を直接霧化して燃料に用いることなく、また、水を含む油をエマルジョン化して燃料に用いることなく、通常状態において着火・燃焼しない低濃度の燃焼性有機物を含有する液体を超音波振動させて霧化し、この霧化した霧化体を燃焼装置の燃料に用いることができる、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法を提供することを目的とする。また、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体を燃焼装置の燃料としても用いることができる燃焼装置用燃料提供システムを提供することを目的とする。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
2件

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請求項1

低濃度燃焼性有機物含有液体超音波霧化装置を用いて霧化し、前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、燃焼装置燃料に用いることを特徴とする低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法

請求項2

前記霧化体を形成する際に、前記超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給するように構成することを特徴とする請求項1に記載の低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法。

請求項3

低濃度の燃焼性有機物含有の液体を霧化する超音波霧化装置を備え、前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、燃焼装置の燃料として用いることを特徴とする燃焼装置用燃料提供システム

請求項4

前記霧化体を形成する際に、前記超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給する供給手段をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の燃焼装置用の燃料提供システム。

技術分野

背景技術

0002

従来から、液体燃料超音波振動によって霧化して燃焼させる技術が知られている。このように液体燃料を霧化した場合、着火性の向上が期待され、更に燃焼量の制御が容易になると考えられる。特許文献1の構成の場合、装置本体の燃料収容部の底部に超音波振動子を設置し、超音波振動によって液体燃料を超微粒化しつつ燃料液面から噴出させ、さらに、液面上の空間部によりエア供給室燃料霧化室を形成し、エア案内板を設けて燃焼用エアを液面に沿って燃料霧化室に送り込むように構成されている。

0003

また、特許文献2の場合、メインバーナ気化器予熱するための予熱バーナ超音波発生器によって生成された霧状燃料を供給し、この予熱バーナヘッドで霧状燃料を燃焼させる構成が記載されている。

0004

また、特許文献3は、動植物油、例えば廃食用油を燃料として使用する場合に、先ず、都市ガス等の燃料でガスバーナー着火、燃焼し、これによって燃焼室内が、廃食用油を燃焼できる反応領域(50℃)に達したら、廃食用油を燃料として燃焼させ、都市ガス等の燃料のガスバーナーを停止するように構成されている。廃食用油には、水が混入されていてもよいが、それは40重量%以内が好ましいと記載され、より詳細な説明としては、廃天ぷら油中に10重量%の水が含まれていると記載されている。また、水を含む動植物油を用いる場合、ミキサーにより水と動植物油とのエマルジョンを確実に形成し(微細化し)、その後さらに、超音波により、エマルジョンを形成する(微細化する)ことが記載されている。

0005

上記特許文献1および2の場合は、いずれも、液体燃料を超音波振動によって直接霧化する方法である。また、特許文献3の場合は、水を含む廃食用油を超音波振動によって微細化(エマルジョン形成)させるものであり、霧化する方法ではない。

0006

そして、液体燃料は、可燃性物質の濃度が高く、任意の着火手段を用いることで、容易に着火し燃焼する。また、水を含む廃食用油のエマルジョン化したものは、可燃反応温度に達した場合に、容易に着火し燃焼する。

0007

特開平10−38220号公報(請求項1)
特開平10−246408号公報(請求項1)
特開2003−294221号公報(段落0008、0012、0017、0032)

発明が解決しようとする課題

0008

そこで、本発明は、上記従来技術の現状に鑑みてなされたものであって、液体燃料を直接霧化して燃料に用いることなく、また、水を含む油をエマルジョン化して燃料に用いることなく、通常状態において着火・燃焼しない低濃度の燃焼性有機物を含有する液体を超音波振動させて霧化し、この霧化した霧化体を燃焼装置の燃料に用いることができる、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法を提供することを目的とする。また、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体を燃焼装置の燃料としても用いることができる燃焼装置用の燃料提供システムを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記課題は、各請求項記載の発明により達成される。すなわち、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法は、
低濃度の燃焼性有機物含有の液体を超音波霧化装置を用いて霧化し、
前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、燃焼装置の燃料に用いることを特徴とする。

0010

この構成によれば、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を超音波霧化装置を用いて霧化し、その得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を燃焼装置の燃料に用いることができる。「燃焼性有機物」は、例えば、アルコール類であり、メタノールエタノールブタノール等が例示される。「低濃度」は、燃焼性有機物含有の液体が、室温(例えば、平均温度6〜28℃)において自然発火、着火手段による着火・燃焼しない範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、燃焼性有機物が、アルコール類であれば、20%以下である。「高濃度」は、燃焼性有機物含有の霧化体が、室温において着火手段による着火・燃焼可能な範囲の濃度であって、燃焼性有機物によって異なるが、燃焼性有機物が、アルコール類であれば、60%以上である。超音波霧化装置は、燃焼性有機物含有の液体、運転条件等に応じて、60〜99%の範囲の濃度の霧化体を形成することができる。「燃焼装置」は、例えば、バーナ等である。この燃焼装置は、例えば、廃熱回収設備(例えば、ボイラ)、原動機(例えば、ガスエンジンガスタービン等)に備えられる。

0011

また、上記構成の好適な実施形態の一例として、霧化体を形成する際に、前記超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給するように構成することを特徴とする。

0012

この構成によれば、気体燃料または燃焼用空気を供給し、霧化体の形成条件を制御することができる。さらに、気体燃料または燃焼用空気と霧化体が自然的に混合されて、燃焼装置に提供されるため、燃焼力を制御することが可能になる。つまり、霧化体による燃焼が弱い場合(温度センサー等で検出可能)、気体燃料を供給し、また、霧化体による燃焼が安定した場合、燃焼用空気を供給するように構成できる。また、気体燃料を供給する場合、霧化体を補助燃料とするように構成でき、逆に気体燃料を補助燃料として用いるように構成できる。

0013

また、他の本発明の燃焼装置用の燃料提供システムは、
低濃度の燃焼性有機物含有の液体を霧化する超音波霧化装置を備え、
前記霧化によって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を、燃焼装置の燃料として用いることを特徴とする。

0014

この構成によれば、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を霧化する超音波霧化装置を備え、これによって得られた高濃度の燃焼性有機物含有の霧化体を燃焼装置の燃料として用いることができる。超音波霧化装置の具体的構成は、後述する。

0015

また、超音波霧化装置には、霧化体の濃度または単位時間あたりの生成量を検出する検出手段(霧化体濃度検出手段、霧化体生成量検出手段)と、当該検出された結果に応じて、低濃度の燃焼性有機物含有の液体の温度を制御する液体温度制御部を備えることが好ましい。液体の温度に比例して濃度の高い霧化体を生成できる。また、液体の温度に比例して霧化体の生成量が増加する。

0016

また、超音波霧化装置には、低濃度の燃焼性有機物含有の液体の液面高さ(超音波振動子から液面までの距離)を検出する液面高さ検出手段と、液面高さ検出手段によって得られた液面高さ(値)を一定に保つように当該液体を供給するように制御する液面高さ制御手段(または制御機構)を備えることが好ましい。液面高さを一定に保つことで、霧化体の発生を良好に行なうことができる。液面高さに応じて、超音波振動力を制御することも可能であるが、液面高さを一定に保ちつつ、超音波振動力を一定にする方が霧化条件が安定するため好ましい。

0017

また、上記発明の好適な実施形態の一例として、霧化体を形成する際に、超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給する供給手段をさらに備えることを特徴とする。供給手段は、例えば、コンプレッサー等が例示され、流量制御機構温度調節機構等が備わっている。

0018

この構成によれば、供給手段が、超音波霧化装置に気体燃料または燃焼用空気を供給することができ、霧化体の形成を良好に行える。

0019

また、霧化体の濃度または単位時間あたりの生成量を検出する検出手段(霧化体濃度検出手段、霧化体生成量検出手段)と、当該検出された結果に応じて、搬送気体(例えば、気体燃料または燃焼用空気)の流量を制御する搬送気体流量制御部を備えることが好ましい。搬送気体の流量に比例して濃度の高い霧化体を生成できる。また、搬送気体の流量に比例して霧化体の生成量が増加する。

0020

また、霧化体の濃度または単位時間あたりの生成量を検出する検出手段(霧化体濃度検出手段、霧化体生成量検出手段)と、当該検出された結果に応じて、搬送気体(例えば、気体燃料または燃焼用空気)の温度を制御する搬送気体温度制御部を備えることが好ましい。搬送気体の温度に比例して濃度の高い霧化体を生成できる。また、搬送気体の温度に比例して霧化体の生成量が増加する。

発明を実施するための最良の形態

0021

本発明に係る実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。図1は、燃焼装置用の燃料提供システムの全体構成を説明するための図である。図2は、超音波霧化装置の構成を説明するための図である。

0022

図1、2において、超音波霧化装置2は、超音波振動子201、液体容器202とを備えている。超音波振動子201は、公知の超音波振動子を用いることができる。また、超音波振動子201は、液体容器202の底部に設置されるが、底部と平行に設置してもよく、図2に示すように斜めに設置してもよい。斜めに設置したほうが、霧化体5を良好に生成できる。超音波振動子201は、複数設置してもよい。超音波振動力は、不図示の制御部によって制御されている。超音波振動子201を斜めに複数設置する場合、お互いの液柱干渉しないように設置するほうが好ましい。

0023

液体容器202は、低濃度の燃焼性有機物含有の液体を供給するための供給口を設けている。この供給口は、図2に示すように、液面より下方側に設置した方が、液体の流動を少なくでき好ましい。また、液体容器202は、搬送気体としての燃焼用空気または気体燃料をその内部に導入するための供給口を設けている。また、生成された霧化体5を燃焼装置3側に提供するための出口を設けている。図2においては、搬送気体用供給口の位置と霧化体出口の位置は、容器中心位置を介して対向するように設けられている。別実施形態として、搬送気体用供給口の位置と霧化体出口の位置とを容器中心位置を介して対向するように構成しなくともよい。また、搬送気体の流れ方向を変化させるための板材を設けてもよい。液体容器202のサイズ、材質は、特に制限されず、下流側の燃焼装置3の仕様、液体の仕様に応じて、設定できる。

0024

また、超音波霧化装置2は、霧化体5の濃度(燃焼性有機物含有濃度)を検出する霧化体濃度検出手段21を、液体容器内部、霧化体出口部または霧化体出口配管内部等に設置している。霧化体濃度検出手段21は、特に制限されず公知の濃度検出装置を適用でき、例えば、燃焼性有機物としてアルコール類が含有されている場合、アルコール濃度検出器を用いることができる。

0025

また、超音波霧化装置2は、霧化体5の単位時間あたりの生成量を検出する霧化体生成量検出手段22を、液体容器内部、は霧化体出口部または霧化体出口配管内部等に設置している。霧化体生成量検出手段22は、特に制限されず公知の生成量検出装置を適用でき、例えば、燃焼性有機物としてアルコール類が含有されている場合、半導体センサアルコール濃度計を用いることができる。

0026

上記で検出された濃度値および/または生成量に応じて、液体温度制御部23は、液体の温度を制御することができる。液体の温度は、液体容器202の壁面に電熱ジャケット(不図示)を設け、これを制御することで調整できる。また、液体供給装置6から供給される液体の温度も同様に制御される。液体温度は、5〜50℃の範囲に制御することで、霧化体5を安定的にかつ良好に生成できる。例えば、濃度値が約60mol%以下の場合、液体温度を5〜50℃の範囲に制御する。

0027

また、超音波霧化装置2は、液体の液面高さh(超音波振動子201から液面までの距離)を検出する液面高さ検出手段24を備えている。液面高さ検出手段24は、特に制限されず公知の液面高さ検出装置を適用でき、例えば、超音波式レベルセンサ、浮き式の検出器等を用いることができる。

0028

上記で検出された液面高さhを一定に保つように、液面高さ制御手段25は、液体供給装置6に命令を送信する。この命令に応じて、液体供給装置6は、液体の供給量増減しながら供給することができる。液面高さhは、30mm以下、好ましくは20mm以下であることが望ましい。

0029

搬送気体の供給手段1は、搬送気体を貯留するボンベ搬送圧力源のコンプレッサー、搬送気体の流量制御機構(オリフィス流量制御弁等)、温度調節機構(熱交換器等)等を備えている。搬送気体としては、例えば燃焼用空気、液体燃料、酸素等が例示できる。

0030

また、搬送気体流量制御部26は、上記で検出された濃度値および/または生成量に応じて、搬送気体の流量を制御するために、供給手段1(流量制御機構)に命令する。

0031

また、搬送気体温度制御部27は、上記で検出された濃度値および/または生成量に応じて、搬送気体の温度を制御するために、供給手段1(温度調節機構)に命令する。超音波霧化装置2内の温度より、搬送気体の温度を10〜20℃以上高くすることが好ましい。

0032

また、搬送気体流量制御部26および搬送気体温度制御部27は、超音波霧化装置2に備えられた構成であるが、搬送気体供給手段1側に備える構成もできる。この場合、霧化体濃度検出手段21、霧化体生成量検出手段22によるそれぞれの検出値が供給手段1に送信される。

0033

制御部(不図示)、液体温度制御部23、液面高さ制御手段25、搬送気体流量制御部26および搬送気体温度制御部27は、UPUとメモリ等のハードウエア資源と、それら機能を実現するためのソフトウエアプログラムとの協働作用で構成でき、また、専用回路ファームウエア等で構成することもできる。

0034

燃焼装置3は、例えば、バーナである。燃焼装置3で、必要な燃焼量を得るために、霧化体5および搬送気体(液体燃料、燃焼用空気)の供給量が設定される。また、廃熱回収装置4は、例えば、ボイラである。蒸発量2000kg/hのボイラの場合、熱量の90%を従来の燃料とし、残り10%を本装置にて補完するとした場合、エタノール濃度60V%の霧化体約35kg/hを供給する必要がある。超音波霧化装置の搬送空気として必要な空気量は、1〜2.5m3N/kg−ミストである。燃焼空気は、3.0〜3.5m3N/kg−ミストであるため、燃焼空気の一部にて搬送空気を賄うことが可能である。

0035

以上の実施形態によれば、通常状態において着火・燃焼しない低濃度の燃焼性有機物を含有する液体を超音波振動させて霧化し、この霧化した霧化体を燃焼装置の燃料に用いることができる、低濃度の燃焼性有機物質含有の液体の利用方法、および燃焼装置用の燃料提供システムを良好に構築することができた。

図面の簡単な説明

0036

燃焼装置用の燃料提供システムの全体構成を説明するための図
超音波霧化装置の構成を説明するための図

符号の説明

0037

1 供給手段
2超音波霧化装置
21霧化体濃度検出手段
22 霧化体生成量検出手段
23液体温度制御部
24液面高さ検出手段
25 液面高さ制御手段
26搬送気体流量制御部
27 搬送気体温度制御部
3燃焼装置
4廃熱回収装置
5 霧化体
6 液体供給装置

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