JPH0246849B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、燃焼改善のための蒸気触媒発生器に
関し、特に、ガスを気泡として液体内を通して上
昇させることにより触媒蒸気を発生させる蒸気発
生器に関する。

少量の水の存在が燃焼に触媒作用を及ぼすこと
は、例えばバン・ノストランド編の「科学百科事
典」第４版第1501頁に記載されているように周知
であり、起泡型蒸気発生器が古くから内燃エンジ
ンに使用されている。ここ十年間の間に内燃エン
ジンならびに加熱装置に使用するための起泡型蒸
気発生器に大きな改良がもたらされた（例えば本
出願人の米国特許第3862819号および4016837号参
照）。水が燃焼を改善する仕組は、今もつて完全
には解明されていない。燃焼は、極めて複雑な化
学反応であるが、蒸気発生の起泡プロセスが、な
ぜ他の方法より良好な結果をもたらすのかは知ら
れていない。

この燃焼改善の仕組を解明するために、本発明
者は、いろいろな調査研究を実施した。その結
果、水の触媒作用の仕組については完全な解答は
得られなかつたが、起泡型蒸気発生器は、陰イオ
ンを発生することが見出された。また、それらの
陰イオンは燃焼改善の度合と相関関係を有するこ
とが見出された。そこで問題は、蒸気発生器内に
おいていかにして陰イオンの発生を最大限にし、
かつ安定化させるかということである。本発明
は、イオン豊富蒸気を発生させるための装置およ
び該装置を操作する方法にある。

略述すれば、本発明の正味陰イオン包含蒸気発
生器は、水を包含した誘電性液体で部分的に満た
された容器と、該容器内の液体表面より下方にお
いて該液体内に連通する第１ガス導入接続管と、
容器内の液体表面より上方の位置においてガスを
排出するためのガス排出接続管と、前記導入接続
管からのガスを気泡の形で該液体内を通して上昇
させ前記排出接続管を通して排出させるように該
導入接続管と排出接続管との間に圧力差を創生す
るために接続された圧力創生手段と、前記排出接
続管を通してのガス流量を変更させることなく前
記液体内を通してのガス流量を調節自在に減少さ
せることを可能にするために該液体表面より先の
ガス流径路内に接続された第２ガス導入接続管と
から成る。

このイオン蒸気発生器を操作するに当つては、
燃焼器の、イオン蒸気発生器との接続点における
通常状態での空気吸入量を測定し、次いでその測
定量に適合するようにイオン蒸気発生装置の出力
（ガス排出量）を、空気流入量および再循環量を
調節することによつて調節する。その調節に当つ
て、気泡発生速度を同時に調節し、１時間当りの
燃料消費量100000BTUにつき毎時5000cm³±20％
の空気を通すようにする。更に最大限の負電圧が
設定されるようにするために発生器の排出管に接
続した電位計を用いて調節することができる。

本発明の蒸気発生器は、ガス（通常は周囲空
気）を容器１０内の液体１１内を通して気泡とし
て浮上、放出させる。容器１０は、ポリ塩化ビニ
ルのようなプラスチツク材から成形することがで
きる。容器１０内には、水を包含した誘電性液で
ある液体１１を部分的に満たす。液体１１は、例
えは脱イオン水または蒸留水であつてよい。液体
の凍結温度を低くするために、あるいは触媒作用
を向上させるために従来からいろいろな添加剤が
使用されている。また、水の乱流飛散を防止し、
水が容器１０から枯渇する速度を制御するため
に、低い、または無視しうる程度の蒸発速度を有
する誘電性液体が不混和性上層液として使用され
ている。この目的のための上層液としては、泡立
ちを最少限にする種類のものが選択されるが、あ
る種の市販の合成油が好適であることが判明して
いる。上層液も、またその特定の組成も、本発明
にとつては臨界的な重要性をもつものではなく、
上層液は図には示されていない。液体１１内に
塩、アルカリまたは酸が存在すると、移動性電荷
の存在が多くなるのでイオンの発生を減少させる
ことになる。

容器１０の寸法も、液体１１の深さも、臨界的
な重要性を有するものではない。容器１０は、少
くとも１つのガス入口１２と少くとも１つのガス
出口１４を有している。ガス入口１２は、液体表
面１５より上方または下方において容器１０に接
続することができる。入口１２が図に示されるよ
うに液体表面１５より上方で容器１０に配設され
ている場合は、容器１０内で導管１６を入口１２
に接続して液体表面１５より下方にまで延長さ
せ、気泡を液体内から上昇させるようにする。容
器１０の外側では入口１２を適当なガス源、好ま
しくは周囲空気源に接続する。

入口１２を周囲空気源に接続した場合は、特に
汚染のひどい大気中の場合、入口１２を空気フイ
ルタ１７に接続することが好ましい。フイルタと
しては、90μ以上の粒子を別するフイルタが好
適であることが判明している。汚染された大気中
の場合、フイルタの目を過度に荒くすると、液体
１１が、究極的に、その所要の誘電特性を喪失し
てしまうので交換しなければならなくなる。反対
に、フイルタの目を過度に細かくすると、陰イオ
ンの発生が減少される。これはフイルタの何らか
の特性に基因するものであるか、あるいは通常の
周囲空気内の何らかの微小粒子が有益な作用を有
しているからであるのか、今のところ不明であ
る。

気泡発生速度制御の１つとして調節自在の流れ
制限手段を提供するために、ガス入口１２への外
部導管にフイルタ１７の上流または下流において
弁１３を接続する。

気泡の発生を促進するための圧力源を入口１２
のところに接続してもよいが、以下に述べる理由
から出口１４のところに圧力（負圧）源を接続す
ることが好ましい。

出口１４は、液体表面１５より上方において導
管２０，２１を介して燃焼器１８に接続する。好
ましい実施例では、図に示されるように、ポンプ
２２のような圧力源を導管２０，２１に接続す
る。即ち、出口１４を導管２０によつてポンプ２
２の吸入側に接続し、燃焼器１８を導管２１によ
つてポンプ２２の吐出側に接続する。

導管２１を通つて燃焼器１８へ流れるガス流の
量を制御するために第２のガス入口２３を液体表
面１５より上方において容器１０に配設する。入
口２３は、導管２４および弁２５により周囲空気
のようなガス源取入口２６に接続する。空気取入
口２６には空気フイルタ１７と同様の空気フイル
タ２７を設けることができる。入口２３から導入
されるガスは、液体１１をバイパスして出口１４
を経て再び排出されるので、入口１２から液体１
１内を通つて上昇するガスの量を減少させ、それ
によつて気泡発生速度に影響を及ぼす。

導管２１を通して燃焼器１８へ送られるガスの
量は、導管２１をＴ字形接続管３０、弁２５およ
び導管２４を介して入口２３に接続する帰還また
は再循環導管２８によつて制御するのが好まし
い。Ｔ字形接続管３０は、弁２５、取入口２６お
よび導管２８を接続する。この構成では、取入口
２６とＴ字形接続管３０との間に弁３１を介設す
る。弁３１は、調節自在の弁としてもよいが、吸
入だけを可能にする一方弁即ち逆止弁とすること
が好ましい。弁３１は、ポンプ２２の高圧側即ち
吐出側から取入口２６を通つてのガスの流出を制
限するためのものである。取入口２６における空
気吸入量は、常態では変らないが、作動条件の変
動に伴つて変化することがあるので、一方弁３１
によりそのような変動を補償する。

燃焼器１８への導管２１の接続は、いろいろな
態様で行うことができる。燃焼器１８が燃焼用空
気を取入れるためのブロアまたは圧縮機を備えて
いる場合は、導管２１は、そのようなブロアまた
は圧縮機の吸入口に接続することができる。ある
いは、導管２１は、燃焼器１８の燃焼帯域に隣接
した低圧部にチユーブを介して接続することがで
きる。そのような低圧部は、大気圧の空気が引入
れられる、燃焼火炎に近接した部位である。

時に応じて切換えられる燃焼率（稼働率）の変
動幅が大きい燃焼器の場合は、導管２１を緩衝器
３５を介して燃焼器１８に接続することが好まし
い。緩衝器３５は、導管２１のための接続口と、
周囲大気からの入口と、燃焼器１８への出口を有
する室を画定する型式のものが好ましい。緩衝器
３５の目的は、燃焼器１８からの吸引力によりイ
オン蒸気発生器内に乱流が生じるのを防止するこ
とである。

本発明によつて構成したイオン蒸気発生器は、
いろいろな条件に対して敏感である。例えば、周
囲空気が付近の電気モータによるイオン化によつ
て正味正の電荷を帯びている場合は、付近の空気
ではなく、遠くの空気を吸引するようにするか、
あるいは付近の空気をまず中和しなければならな
い。イオン蒸気発生器自体の導電性の部品は、発
生する陰イオンが中和されるのを防止するため
に、通常、地面から絶縁しなければならない。ま
た、乱流に〓伴する高速流などの要因も、負イオ
ンの発生にとつて有害であることが判明してい
る。従つて、出口１４から燃焼器１８への径路に
は弁や、それに類する流れ制限器を設けないのが
好ましく、長さは２ｍ以下とするのが好ましい。
ポンプ２２は、回転羽根型よりも、ベロー型ポン
プの方が好ましい。なぜなら、回転羽根は、羽根
の縁に望ましくない乱流を生じるからである。

導管およびオリフイスの寸法は、特定の装置の
イオン蒸気流必要部署において低い（ゆつくりし
た）気泡発生速度が得られるように選定される。
また、本発明の発生器は、発生器の異る部分間に
生じる電界にも敏感である。従つて、このような
電界の発生を回避するために、発生器の導管には
電気インピーダンスの低い素材のものを使用し、
導管の各区間を分離する絶縁性の部品が存在する
部分ではそれらの絶縁性部品をバイパスして導管
の各区間を電気的に接続するようにすることが好
ましい。導管の素材として好ましいのは、炭素条
片を埋入して成形したプラスチツクチユーブであ
る。そのようなプラスチツクチユーブは、導管２
０，２１，２４，２８に使用するのに特に好まし
いことが判明している。図に示されるように、導
管２０，２１および２４を連結しているワイヤ３
６は、炭素埋入プラスチツク製導電線であり、炭
素条片にまで食い込むステンレス鋼製のホースク
ランプなどによつて導管２０，２１，２４に接続
することができる。更に、プラスチツク製のＴ字
形接続管や、連結器や、弁などによつて低インピ
ーダンスの径路が中断される個所に導電性ワイヤ
を架け渡すことができる。

以下に、商業炉に実際に使用される本発明のイ
オン蒸気発生例の一例を示す。

例 燃焼器１８としてNo.２燃料油を114／時の割
合で燃焼させる蒸気炉を使用した。

容器１０は、５mm厚のポリ塩化ビニルで形成し
た、15の容積を有するものとした。

液体１１は、11.5の蒸留水を使用した。導管
２０，２１，２４は、「タイゴン」という商標名
で販売されている全長に亘つて導電性炭素条片を
埋入したプラスチツク製チユーブとし、内径10
mm、外径13mmとした。

空気フイルタ１７は、90μのフイルタを使用し
た。

ポンプ２２は、プラスチツクとゴムで形成され
たゴム製ベロ型ポンプであり、28300cm³／時の流
れ容積を有するものとした。

入口２３への接続は図示のような態様である
が、弁３１は調節自在の二方弁とした。

ワイヤ３６は、銅線であり、ホースクランプに
より導管２０と２１にだけ接続した。

燃焼器１８への接続は、導管２１を燃焼器のブ
ロアの吸入口に接続することによつて施した。

操 作 上記ブロアへの接続点における空気流を、導管
２１と同じ素材の短いチユーブを用いて測定した
ところ、142dm³／時であつた。そこで、このイ
オン蒸気発生器を、燃焼器に接続しない状態で導
管２１の出力ガス流量がほぼ142dm³／時となる
ように調節した。

また、空気をほぼ燃料100000BTUにつき5dm³
の割合で液体１１内を通すように弁１３を調節し
た。燃焼率を114／時とした場合、この空気流
は150dm³／時に達した。この空気流量を導管２
１における総出力より低い値に維持するために実
際には約140dm³／時の流量に調節した。これは、
20％の許容差の範囲内に十分入る値である。弁１
３と２５とは、その相互作用により正しい流量が
得られるように調節しなければならない。次に、
上述した短いチユーブに接続したＴ字形接続管に
より導管２１を燃焼器のブロアに接続した。この
Ｔ字形接続管は、アダプタであり、それにキース
レー社製の610C型電位計の探針を装着した。炉
およびイオン蒸気発生器の両方を作動させた状態
で、電位計に最大限の負電圧が表示されるように
弁１３と２５を微調整した。その結果として、平
均13％の燃料節約が達成され、かつ、燃焼排ガス
中の有毒成分を減少させることができた。

本発明のイオン蒸気発生器においては電位計の
読取値を最大限にすることによつて空気流量の変
動を好ましい流量の±20％以内に抑えることがで
きる。燃焼器への接続管の寸法および配置は、イ
オン蒸気発生器に接続しない状態で吸引される空
気流が１時間当りに燃焼される燃料100000BTU
につき少くとも5dm³となるようにしなければな
らない。

【図面の簡単な説明】

添付図は本発明のイオン蒸気発生装置の概略図
である。 １０：容器、１１：液体、１２：ガス導入口、
１４：ガス出口、１６：導入接続管、１８：燃焼
器、２０：排出接続管、２１：接続導管、２２：
ポンプ（圧力創生手段）、２３：第２ガス入口、
２４：第２ガス導入接続管、２６：取入口、２
８：再循環導管、３１：一方弁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 正味陰イオンを包含する蒸気を発生するため
   のイオン蒸気発生器において、 水を包含した誘電性液体で部分的に満たされた
   容器と、 該容器内の液体表面より下方において該液体内
   に連通する第１ガス導入接続管と、 容器内の液体表面より上方の位置においてガス
   を排出するためのガス排出接続管と、 前記導入接続管からのガスを気泡の形で該液体
   内を通して上昇させ前記排出接続管を通して排出
   させるように該導入接続管と排出接続管との間に
   圧力差を創生するために接続された圧力創生手段
   と、 前記排出接続管を通してのガス流量を変更させ
   ることなく前記液体内を通してのガス流量を調節
   自在に減少させることを可能にするために該液体
   表面より先のガス流径路内に接続された第２ガス
   導入接続管とから成るイオン蒸気発生器。 ２ 少くとも前記排出接続管とそれを接続するた
   めの手段とは、相対的電荷の蓄積を防止するため
   に低インピーダンス電路によつて相互に連結され
   ている特許請求の範囲第１項記載のイオン蒸気発
   生器。 ３ 前記第２ガス導入接続管は、前記液体表面よ
   り上方において前記容器に接続されており、前記
   圧力創生手段は前記排出接続管に接続されたポン
   プである特許請求の範囲第１項記載のイオン蒸気
   発生器。 ４ 前記圧力創生手段は、吸入口と吐出口を有す
   るポンプであり、該吸入口は前記排出接続管に接
   続され、該吐出口は、前記接続手段に接続されて
   おり、該接続手段を、該イオン蒸気発生器を通し
   てのガス流径路内の前記ポンプの上流で液体表面
   の下流の部位に接続する再循環導管を備えている
   特許請求の範囲第１項記載のイオン蒸気発生器。 ５ 前記部位は、前記第２ガス導入接続管であ
   り、該第２ガス導入接続管は、更に、吸引用一方
   弁を介して周囲空気に接続されている特許請求の
   範囲第４項記載のイオン蒸気発生器。 ６ 前記再循環導管は、周囲空気吸引用の前記一
   方弁を含む導入接続管を有しており、該導入接続
   管と前記部位との間に調節自在の弁を備えている
   特許請求の範囲第４項記載のイオン蒸気発生器。 ７ イオン化触媒蒸気を燃焼帯域へ供給する方法
   において、 少くとも１つの導入接続管と少くとも１つの排
   出接続管とを有する密閉容器内の一部分に水を包
   含した誘電性液体を満たし、 周囲空気を、前記燃焼帯域内での燃料燃焼量
   100000BTU当り5000cm³±20％の流量で前記導入
   接続管から前記液体内を通して気泡として上昇さ
   せて排出接続管へ通し、 前記燃焼帯域に空気導入管を接続し、該導入管
   が前記排出接続管に接続されない状態において該
   燃焼帯域内へ該導入管を通して吸入される空気の
   流量が少くとも前記流量と等しくなるように該導
   入管の、前記排出接続管との接続点を定め、 次いで、該空気導入管に前記排出接続管を接続
   することから成る方法。 ８ 周囲空気を気泡として液体内を通して上昇さ
   せる手段としてポンプを使用し、該液体内を通さ
   ずに空気を前記ポンプの吸入側へ通流させる調節
   自在の空気路を設けることによつて該気泡の発生
   速度を制御する操作を含む特許請求の範囲第７項
   記載の方法。 ９ 前記触媒蒸気の電位を電位計によつて測定
   し、最大限の負電圧が得られるように前記空気路
   を調節する操作を含む特許請求の範囲第８項記載
   の方法。 １０ 前記導入接続管へ流入する空気を過し、
   90μ以上の粒子を除去する操作を含む特許請求の
   範囲第９項記載の方法。