JPH059686B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は流体燃料を水等の２次流体によつて乳
化及び霧化する方法及び装置に関する。

〔従来の技術〕

燃料の経済性を改善し経済的なエネルギ特性を
得るため燃料油、ナフサその他の重燃料（heavy
fuel）といつた種類の流体燃料等種々の流体を乳
化する乳化器が従来より用いられている。従来の
乳化器の作用原理は様々であり、例えば機械的な
システム、機械的・化学的原理で作用するシステ
ム、超音波又は触媒を用いたものが知られてい
る。作用原理の如何にかかわらずこれら従来の乳
化器は高比出力（high specific power）を提供
できず、有効性のレベルは種々様々であるがいず
れも充分なレベルの有効性を提供できなかつた。
又、1982年２月15日出願の欧州特許出願第
82101101.2号により公知である超音波を利用した
乳化器では、周期的波動の発生器により励起され
るピエゾ電気変換器が燃料と水とから成る処理さ
れる流体の流過ラインに接続した基ブロツクを成
し、該基ブロツクが複数のピエゾ電気パツドに接
続し、該パツドには前記発生器に電気接続されカ
ウンタブロツクにより基ブロツクにクランプされ
た相異なる極性を有する電気接点がはさみ込まれ
る。

この公知装置ではこのような構造的特徴によつ
て従のシステムよりもかなり高い比例出力が得ら
れるので乳化すべき流体をより有効に処理でき
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記に鑑みて本発明の課題は上記した公知装置
よりも更に良い結果を得ることのできる流体燃料
を水等の２次流体で乳化及び霧化する方法及び装
置を提供することにある。

この課題の範囲内で、本発明の目的は効率を少
なくとも同一レベルに保ちながら使用燃料の割合
を減らすことにより燃料の経済性を高めることの
できる前記した種類の方法及び装置を提供するこ
とにある。

本発明の別の目的は著しく安定且つ均質な成品
を供給できる前記した種類の方法及び装置を提供
することにある。

本発明の更に又別の目的は成品（燃料と２次流
体との混合流体）全体の60％まで水を混ぜること
ができ、硬度にかかわりなくPH４〜12のを使用で
きる前記した種類の方法及び装置を提供すること
にある。

本発明の更に又別の重要な目的は従来技術より
もはるかに高い比出力を生じることのできる前記
した種の方法及び装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の上記及びその他の目的は、下記で明ら
かなように、共に乳化すべき流体燃料と２次流体
のためのそれぞれ別個の入口と複数の機械的作用
空洞室とを備えた流体燃料を水等の２次流体で乳
化及び霧化する装置において、流体燃料と２次流
体と混合流体が流過せしめられる中央回廊が機械
的・電磁的複合作用空洞室に生ずるよう構成した
少なくとも１つの機械的・電磁的複合作用空洞室
を設けたことを特徴とする、流体燃料を水等の２
次流体で乳化及び霧化する方法及び装置によつて
達成される。

本発明のその他の特徴及び利点は添付図面に関
し非限定的な例示として示した以下の好適実施例
に関する記述から更に明らかとなるであろう。

〔実施例〕

第１図に関し、本発による流体燃料を水等の２
次流体で乳化及び無化する装置は箱状体１から成
り、その内部に第１の機械的作用空洞（キヤビテ
ーシヨン）室２、機械的・電磁的複合作用空洞室
３及び第２の機械的作用空洞室４を収容してい
る。参照番号５は流体燃料の入口導管、６は水等
の２次流体の入口導管をす。流体燃料入口導管５
は高圧、高温に耐えるようになつてる弾性継手を
含み、同様の特性を有する弾性・機械的接続部７
がこれに続きインジエクタ８に通じる。インジエ
クタ８は共振体（resornant bcdy）であつて、
このインジエクタ８を、圧縮室９を成す第１の大
断面部分と射出路１０を成す第２の小断面部分と
から成る通路部が貫通する。２次流体入口導管６
は３粗（スリーピース）継手１１に連結され、こ
の３粗継手１１の内部には高圧、高温に耐えるよ
うになつている円錐座部（図示せず）が備えられ
ている。継手１１の下流側は弾性継手１２であ
り、これが２次流体を前処理する共振体の中空体
１４に通じる。中空体１４は２次流体に予備的な
電磁作用を加えるのに備えた高圧逆止弁を含む。
参照番号１３は弾性体を備えた逆止弁の機構、４
０は弁止め構造を示す。

共振体１４の周りには共振体１４内に電磁界を
発生させることのできる巻線１５が設けられる。
共振体１４の下流には弾性継手１６を間にはさん
でインジエクタ１７が設けられる。インジエクタ
１７は共振体であつて、これを圧縮室１８を成す
第１の大断面部分と射出路１９を成す第２の小断
面部分とから成る通路部が貫通している。インジ
エクタ１７は２次流体の射出ノズ２０を含む。第
１空洞室２は第２図から明らかなようにほぼＴ字
形であるが、その一側には、燃料と２次流体が混
合しその混合流体が第１の機械的空洞処理を受け
た後に通る出口が設られている。この出口は、共
振体２１に、通路２２を成す第１の小断面部分と
膨脹室２３を成す第２の大断面部分とから成る出
口通路部が貫通して構成される。共振体２１の下
流側は高耐圧・耐温性を有する弾性継手２４であ
り、これが複合作用空洞室３の入口へと通じる。
この入は、インジエクタ１７を成す共振体と同様
な共振体２５から成る。即ち、圧縮室２６、射出
路２７及び射出ノズル２８を有する。複合作用空
洞室３の外部には、複合作用空洞室３内に電磁界
を発生させることのできる巻線４５が設けられ、
又、ピエゾ電気変換器４１が備えられている。変
換器４１は供給系４２から動力供給されて射出ノ
ズル２８の射出点にほぼ集中した空洞作用が発生
させるようになつている。これには特定の形状を
選択することによりグロー放電点（点効果）を利
用しており、高圧電弧（high tension arc）する
用いている。このピエゾ電気変換器４１は処理さ
れる流体の乳状化及び霧化に貢献するが、本発明
に必須のものではない。複合作用空洞室３からの
出口は共振体２１と同様の共振体３２から成り、
高真空度の入口路３３と膨脹室３４とを有する。
膨脹室３４は弾性継手３５を経て入口共振体３６
を介し第２の機械的作用空洞室４に通じる。入口
共振体３６は共振体５と全く同様であつて、圧縮
室５０、射出路５１及び射出ノズル５２を含む。
空洞室４からの出口は、前記した共振体と同様
で、吸込路５３と膨脹室５５とを有す共振体３７
から成り、膨脹室５５が導管３８に通じる。

第１図に余した装置の作動は以下の如くであ
る。燃料油、ナフサ等の重燃料である１次流体が
導管５を介して装置内に導入され、他方、水等の
２次流体は導管６を介して導入される。１次流体
としてはデイーゼル油よりも粘性の低い燃料や燃
料油の平均粘性よりも粘性の高い、即ち50℃で
60゜E（エングラー度）以上の粘性を持つ燃料でさ
えも使用できる。前記流体は燃焼システム内に設
られた押上ポンプから約0.2〜0.5バール（bar）
の圧力範囲で出される。操作圧力の選択は燃料押
上システムの特性に応じて調整される。２次流体
は電気計量排出ポンプにより例えば水源から吸い
上げられた後に導管６へと導かれる。２次流体に
対する１次流体の比は装置の適用状態に応じて選
択される。即ち、一般にシステムが（第２図に示
す如き）直接接続型の構成である場合には、水に
対する燃料の比は、排出ポンプの理論流量と理論
圧力との正比例関係及びバーナ押圧アセンブリに
対する実際の流量を考慮に入れて、バーナによつ
て供給される燃料の押圧力及びバーナ霧化器の寸
法によつて決定される。又、システムが（第３図
に示す如き）間接接続型の場合、水に対する燃料
の比は燃料に応じて決定される。いずれの場合
も、流量可変排出ポンプによつて調節される流量
は装置の据付け後は変えないで保持する。一旦排
出ポンプで吸い上げられると２次流体は共振体１
４に形成された予空洞室に到達してそこで電磁回
路により予処理及び変換される。この電磁回路は
予空洞室内に中央回廊（centered corridor）を
発生させる。共振体１４は、所望の効果を達成す
るため高圧に耐えられる適宜寸法及び厚みを有す
る磁化可能な材料で造られる。場合によつては、
共振体１４には水分子の解離効の回路を備えるこ
ともできる。次に、予処理された２次流体は高圧
（平均て20〜30バール程度）で第１の機械的作用
空洞室と導かれて１次流体と合流して均質化され
る。この第１機械的作用空洞室は室の特定寸法と
入口構成により中心部に旋回流が生じ、機械的作
用により回廊が発生してこれが霧化流体を膨脹室
２３へと次第に向かわせる。次いで流体は圧縮室
２５を経て複合作用空洞室３へと送られる。空洞
室３は一連の操業の始めに形成され得る気泡を除
去するよう適当な厚み及び寸法の磁化可能な材料
で造られる。流体は、機械的・電磁的複合作用に
より空洞室３内に生じた中央回廊（中央部に形成
される施回流による道筋）に入る瞬間及び出る瞬
間に高真空状態から高圧力状態へ又高圧力状態か
ら高真空状態へという圧力変化を繰返し受ける。
実際、空洞室へ入る流体は今までの圧力（20〜30
バール）と、巻線４５によつて生じる電磁界の作
用とによつて非常な高圧に保持される。電磁界は
インジエクタ２８と入口部３３との間に形成され
る回廊に集中する。

特に、処理される流体は空洞室３内でタービン
効果を受ける。即ち、処理される流体は、空洞室
３の入口から出口へと延びる経に沿つた100バー
ル以上もの背圧の効果により得られる高瞬時圧力
に続けて膨脹室に入る時に高瞬時真空を受ける。
膨脹室３は霧化される流体に応じた可変長さを有
してよい。空洞室３の流体入口点に集中される波
連（wave train）を有し25kHzの周波数で作動す
るピエゾ電気変換器４１を備えてもよい。最後
に、このようにして処理された流体が第２の機械
的作用空洞室４へと送られ、この空洞室４が流体
の霧化と均質効果を完成させる。

本願出願人の装置において、空洞室３及び水注
入室１４内に、電磁場を発生させるために、少な
くとも２つの巻線４５，１５を設けた理由は、機
械的な共振に加えて、電磁場によつて空洞室３及
び水注入室１４に電磁的な共振現象を発生させる
ためであり、電磁的な共振現象により流体に分子
間振動を起こさせて、水を硬水化している塩や、
処理水に含まれる水に不溶性の塩基化剤及び他の
化学的な生成物質が、導管６及び空洞室３におい
て凝集し、硬質沈殿物と成ることを妨げるためで
ある。又、電磁的な共振現象により、燃料を構成
する炭化水素の分子間摩擦を減少させて、２次流
体である水分子への均質な混合を促進させるため
である。

第２図及び第３図に示したのは、第１図に示し
た型の装置６０を各々直接型及び間接型に配した
ものである。第２図において、燃料はライン７０
で供給されて加熱装置７６で加熱され、装置６０
へと供給される。装置６０には容器７２からの水
も送られる。次いで、霧化した流体がライン７８
で送られてバーナへと直接供給される。この場
合、１次流体を含むタンク内で霧化流体の戻りが
生じないのは１次流体ラインに設けられる在来手
段と本装置の手段のためである。

第３図ではライン７０からの燃料が貯蔵タンク
７２からの水と共に装置６０内で乳化及び霧化
し、次いで貯蔵タンク７２に送られる。バーナ７
４は予処理された流体をタンク７２から吸い上
げ、装置７６内で加熱するよう構成されている。

第４図乃至第６図においては、本発明の装置の
操業に関するいくつかのパラメータを示してい
る。特に、第４図は35％の水と普通の燃料（50℃
で15〜20゜Eであるタイプ）とから成る霧化流体で
のボイラ自浄作用を示す。テストの開始時にはボ
イラが２mmの汚れレベル（これを100％で示す）
で汚れているものが、テストの終了時、即ち50時
間の操業後には第４図で示す如く、霧化流体がボ
イラを清浄し、流出固体粒子が400mg／Ｎm³（流
体を霧化しない場合の燃料）から30mg／Ｎm³以下
の値に低下した。

第５図は燃焼開始時における炎煙放出の平均的
な作用の分析を示し、曲線２は35％の水で霧化し
た成品の場合であつて余剰空気が98％以上減少
し、霧化した成品でない場合（曲線１）は良好に
導かれた炎であつても65％以上の余剰空気であ
る。

第６図は本発明の装置の作用（曲線１）と流体
霧化のないシステム（曲線２）の作用に関する
種々のパラメータを示す概括的なグラフであつ
て、煙温度（℃）、余剰空気（％）、二酸化炭素の
放出（％）、効率（％）、及び煙等級のバツハラツ
ハ（Bacharach）指数を各々示す。

上記の記述から明らかなように、本発明はその
目的を充分達成する。実際、本発明の装置は燃料
経済性を向上させ、水分パーセントを60％にもす
ることができる。この驚くべき結果は水が個々の
成分に解離する効果から発するものと考えられ、
それは燃焼中に非常に低いパーセントテージの余
剰空気が消費されることから明らかである。

本発明の方法及び装置は非常に高度の均質性と
永続的な高安定性をもたすので均質流体を使用前
長期間に亘つて貯蔵することができ使用前に更に
均質化処理を施す必要がない。特に燃料の場合は
数年間も安定性が維持されることが明らかとなつ
ており、デイーゼル燃料油の場合には瞬時に本来
の安定性を再構成するため簡単な機械的活性化作
用を要し得る。

本発明の方法及び装置によれば、第５図のテス
ト結果から明らかなように高い自浄作用を提供す
る。

更に又、本発明の方法及び装置により霧化され
る流体が著しい均質性を有するので、煙道ガスの
温度や露点は常に制御可能であり、従つて硫酸や
一酸窒素の発生を排することができる。ちなみ
に、第１の機械的作用空洞室２はAISI系の鋼で
できたＴ字形体から成り、蓋と基部の箱状体は自
己旋錠ねじによつて堅固に連結され、接合した部
分は構成部品と回路が充分な高安定性と高信頼性
特性を有するよう鉛でシールされる。回路システ
ム５２は50〜60Hzで220V単相、又は50〜60Hzで
115V単相、又は６−12−24−48Vの直流電圧で
操作されるパネルから成る。供給回路は適宜に連
結されたトランジスタ化アンプと電流逓昇回路と
から成る。箱状体は30×230×110mmの平均奥行を
有する不燃性の防音吸熱材から成る。空洞室は、
アラルダイト（Araldite）材又は剛性又は可塑性
型の自己固化性セメント（水性のものであつても
よい）内に埋め込まれた前記箱状体内に収納され
る。勿論、埋め込み面からは回路端子が突き出て
これらが箱状体の蓋に配した動力供給回路に連結
される。

本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、本発の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を
加え得ることは勿論である。

更に又、本発明の細部は全て他の技術的同等物
に置き換え得ることも勿論である。

〔発明の効果〕

以上から明らかなように、本発明による流体燃
料を水等の２次流体で乳化及び霧化する方法及び
装置によれば、２次流体の入口に共振体を設け、
該共振体の外周に巻線を設け、該巻線により発生
される磁界によつて入口内部に中央高圧回廊を発
生させ、該中央高圧回廊に２次流体を通すことに
よつて２次流体に機械的・電磁的な予処理を施
し、入口における２次流体中の含有物による硬質
沈殿物の発生を妨げることができ、又、効率を低
めることなく使用燃料の割合を減らすことができ
て燃料の経済性を高めることができ、著しく安定
且つ均質な成品を供給でき、燃焼中に供給される
べき過剰空気を減らすことができ、成品（燃料と
２次流体との混合流体）の60％まで水を混ぜるこ
とができ、従来技術よりもはるかに高い比率出力
が得られるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による装置の断面図、第２図は
本発明による装置の直接型レイアウトを示す図、
第３図は本発明による装置の間接的レイアウトを
示す図、第４図〜第６図は従来装置との比較にお
ける本発明の操業に関係するいくつかの変数の作
用を示すグラフである。 １……箱状体、２……第１の機械的作用空洞
室、３……機械的・電磁的複合作用空洞室、４…
…第２の機械的作用空洞室、５……流体燃料の入
口導管、６……２次流体の入口導管、８……イン
ジエクタ、９……圧縮室、１５……巻線、１７…
…インジエクタ、１８……圧縮室、２１……共振
体、２２……通路、２３……膨脹室、２５……共
振体、２６……圧縮室、２８……射出ノズル、３
２……共振体、３３……通路、３４……膨脹室、
３６……入口共振体、３７……共振体、４１……
ピエゾ電気変換器、４５……圧縮室、５０……圧
縮室、５５……膨脹室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ ２次流体を磁界の作用で入口に発生された中
   央高圧回廊に通すことにより前記２次流体に機械
   的・電磁的な予処理を施して入口における２次流
   体中の含有物による硬質沈殿物の発生を妨げ；該
   予処理した２次流体を流体燃料と混合して膨脹及
   び圧縮により機械的空洞作用を施し、予処理され
   た混合流体を得；該予処理された混合流体に、機
   械的・電磁的作用により得られる中央回廊での連
   続的且つ瞬時的な高真空・高圧による機械的・電
   磁的複合作用を施すことによつて前記予処理され
   た混合流体を霧化することにより処理された流体
   を得；該処理された流体に膨脹及び圧縮による機
   械的処理作用を更に施して完全に乳化及び霧化し
   た流体を得ることを特徴とする流体燃料を水等の
   ２次流体で乳化及び霧化する方法。 ２ 共に乳化すべき流体燃料と２次流体のための
   それぞれ別個の入口と複数の機械的作用空洞室と
   を備え、流体燃料と２次流体との混合流体が流過
   せしめられる中央回廊が機械的・電磁的複合作用
   空洞室に生ずるよう構成した少なくとも１つの機
   械的・電磁的複合作用空洞室を設け、また２次流
   体の入口が磁化可能な材料でできた共振体から成
   り、該共振体は外部にある巻線によつて発生する
   磁界内に置かれ、中央回廊を発生するよう構成さ
   れたことを特徴とする、流体燃料を水等の２次流
   体で乳化及び霧化する装置。 ３ 機械的作用空洞室の少なくとも第１のものが
   機械的・電磁的複合作用空洞室の上流側に、少な
   くとも第２のものが機械的・電磁的複合作用空洞
   室の下流側に位置した、特許請求の範囲第２項記
   載の流体燃料を水等の２次流体で乳化及び霧化す
   る装置。 ４ 第１の機械的作用空洞室がＴ字形断面形状の
   中空体から成り、該Ｔ字形断面中空体の相直交し
   た二側に各々流体燃料と２次流体用のインジエク
   タを備えた、特許請求の範囲第２項又は第３項記
   載の流体燃料を水等の２次流体で乳化及び霧化す
   る装置。 ５ ２次流体入口の上流に、２次流体に対する流
   体燃料の所定比に応じて流量が設定される計量排
   出ポンプを設けた、特許請求の範囲第２項乃至第
   ４項のいずれかに記載の流体燃料を水等の２次流
   体で乳化及び霧化する装置。 ６ 流体燃料インジエクタと２次流体インジエク
   タの各々が各流体用の圧縮室を有するブロツクか
   ら成る、特許請求の範囲第２項乃至第５項のいず
   れかに記載の流体燃料を水等の２次流体で乳化及
   び霧化する装置。 ７ 第１の機械的作用空洞室内での空洞作用によ
   る１次乳化という予処理を受けた流体の出口を前
   記Ｔ字形中空体の反流体燃料インジエクタ側に設
   けた、特許請求の範囲第２項乃至第６項のいずれ
   かに記載の流体燃料を水等の２次流体で乳化及び
   霧化する装置。 ８ 前記出口が、所要の第１断面を有する第１域
   と該第１断面よりも大きい第２断面を有して予処
   理された流体の膨脹室を形成する第２域とで構成
   された通路部により貫通された本体から成る、特
   許請求の範囲第２項乃至第７項のいずれかに記載
   の流体燃料を水等の２次流体で乳化及び霧化する
   装置。 ９ 前記複合作用空洞室が前記第１の機械的作用
   空洞室から流入する予処理流体の共振入口体を有
   し、該共振入口体はその入口に前記予処理流体の
   圧縮室を有し更には圧縮された流体の射出ノズル
   を有し、前記複合作用空洞室は該室の内に磁界を
   発生するよう構成した巻線によつて取り巻かれ、
   前記複合作用空洞室は更には処理された流体の出
   口を備え、該出口は所要の第１断面を有する第１
   域と該第１断面よりも大きい第２断面を有して前
   記処理された流体の膨脹室を形成する第２域とに
   よつて形成される通路部によつて貫通される共振
   体から成る、特許請求の範囲第２項乃至第８項の
   いずれかに記載の流体燃料を水等の２次流体で乳
   化及び霧化する装置。 １０ 前記機械的作用が圧縮室及び膨脹室によ
   り、更には又流体燃料と２次流体の供給圧により
   生じる空洞室内の高圧によつて達成される、特許
   請求の範囲第２項乃至第９項のいずれかに記載の
   流体燃料を水等の２次流体で乳化及び霧化する装
   置。 １１ 前記機械的・電磁的複合作用と共働して、
   前記複合作用室の前記共振入口体の予処理流体射
   出域にほぼ集中して作用する高比出力ピエゾ電気
   変換器を前記機械的・電磁的複合作用空洞室の外
   側に設けた、特許請求の範囲第２項乃至第１０項
   のいずれかに記載の流体燃料を水等の２次流体で
   乳化及び霧化する装置。 １２ 前記第１の機械的作用空洞室及び前記機械
   的・電磁的複合作用空洞室が箱状体の中に封入さ
   れ、且つ絶縁性、反共振性及び密閉性を有する材
   料の中に完全に埋め込まれる、特許請求の範囲第
   ２項乃至第１１項のいずれかに記載の流体燃料を
   水等の２次流体で乳化及び霧化する装置。 １３ 前記複合作用空洞室の下流に位置した前記
   第２の機械的作用空洞室が、圧縮室を備えた共振
   体から成る処理された流体の入口と、膨脹室を備
   えた共振体から成る前記第２の機械的作用空洞室
   で更に処理された流体の出口とを有する、特許請
   求の範囲第２項乃至第１２項のいずれかに記載の
   流体燃料を水等の２次流体で乳化及び霧化する装
   置。