エマルジョン燃料およびその製造方法
【課題】エマルジョン燃料を燃焼させる燃焼装置に、専用の排ガス対応の処理装置を付加しなくても、燃焼させた際の排ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を減少させることのできるエマルジョン燃料を提供すること。
【解決手段】液体化石燃料である燃料油と水に物理的処理が施された機能水とに、消石灰と尿素とを加えて一体として乳化し、超微粒子状態に混合して形成する。
【解決手段】液体化石燃料である燃料油と水に物理的処理が施された機能水とに、消石灰と尿素とを加えて一体として乳化し、超微粒子状態に混合して形成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ（窒素酸化物）やＳＯｘ（硫黄酸化物）の排出を抑制した低公害燃料として用いる安定性の高いエマルジョン燃料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラー等の各種燃焼装置では、燃焼効率の向上と同時に大気汚染を防止するために、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度や煤塵濃度を減少させることが要求されている。
【０００３】
純燃料油に水を混合してエマルジョン化（乳化）したエマルジョン燃料は、石油系燃料の使用量を減少させると共に、ＮＯｘや煤煙スラッグ等を減少させることができる燃料として従来から知られている。すなわち、エマルジョン燃料は、高温の燃焼室内に噴霧されたとき、燃料液滴中の水は瞬時に沸騰して、燃料液滴を微粒化（ミクロ爆発）する。これによって高速で高効率の燃焼を実現し、ＣＯや煤の生成を抑制できる。また、水の蒸発によって火炎温度が低下するので、排気ガス中のＮＯｘの低減効果もあるので低公害燃料として用いることができる。
【０００４】
従来、エマルジョン燃料は、スタティックミキサーや高圧ホモジナイザ等のインライン型の混合装置を用いて燃料を混合して製造していた。
【０００５】
このようにして製造された従来のエマルジョン燃料としては、種々のものが知られている。例えば、有機物を熱分解させて生成した炭素素材を粉化処理し、所定割合の水を混合させた液状炭素燃料が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、燃料１に対し水２〜５を加えてエマルジョン化した加水燃料も知られている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
さらに、有機性物質の熱分解により生成した炭化物と液体状可燃成分とを混合したエマルジョン燃料（例えば、特許文献３）も知られている。
【０００８】
次に、従来、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を、尿素の加水分解水を利用して分解、除去する方法が開示されている（例えば、特許文献４）。
【０００９】
また、排ガスを、消石灰スラリーと接触させて、ＳＯｘを除去する技術が開示されている（例えば、特許文献５）。
【００１０】
なお、エマルジョン燃料を評価するために、エマルジョン燃料の燃焼の際の、発熱量、ＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度や煤塵濃度等を高精度に測定する測定装置についても技術開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−１３０６６３号公報
【特許文献２】特開２００２−８９８３２号公報
【特許文献３】特開２００５−２７２６３６号公報
【特許文献４】特開２００４−３１３９１７号公報
【特許文献５】特開平８−３２３１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、エマルジョン燃料はガス化燃焼による完全燃焼が可能であり、その結果、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度やＳＯｘ（イオウ酸化物）濃度を減少させることができるため、大気汚染の防止に有効な燃料として期待されている。
【００１３】
しかしながら、ＮＯｘを除去するために尿素を用いる方法、ＳＯｘを除去するために消石灰スラリーを用いる方法のいずれも、燃焼装置に専用の排ガス対応の処理装置を付加する必要があり、装置全体が大型化するとともに装置のコストアップが避けがたい。
【００１４】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、エマルジョン燃料を燃焼させる燃焼装置に、専用の排ガス対応の処理装置を付加しなくても、燃焼させた際の排ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を減少させることのできるエマルジョン燃料を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施例に係るエマルジョン燃料は、液体化石燃料である燃料油と物理的処理が施された水に消石灰と尿素とを加えた機能水とを混合して乳化することにより、超微粒子状態のエマルジョン燃料としたものである。
【００１６】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料においては、前記燃料油はＣ重油であり、また、前記機能水は７，５００乃至８，５００Ｇの遠心力が付与された加圧水であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料においては、前記燃料油と前記機能水との混合比は、重量比で６０％対４０％であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料においては、前記燃料油と前記機能水の構成粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍの範囲であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料の製造方法は、７５００Ｇ〜８５００Ｇの加速度を付与した遠心分離機により水を分離して得られる機能水を生成する工程と、この機能水に液体化石燃料である燃料油とともに消石灰および尿素を加えて攪拌する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料の製造方法においては、前記燃料油と前記機能水との混合比は、重量比で６０％対４０％であることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料の製造方法においては、前記燃料油と前記機能水の構成粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍの範囲であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃焼装置に専用の排ガス対応の処理装置を付加しなくても、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度あるいはＳＯｘ濃度を減少させることのできるエマルジョン燃料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のエマルジョン燃料製造装置の概略構成図。
【図２】本発明のエマルジョン燃料と、石炭、石油、天然ガスについての、環境負荷とコスト負荷に関する数値を、測定・算出した結果の比較表。
【図３】本発明のエマルジョン燃料を評価するための発熱量および排気ガス測定装置の実施例を示す概略構成図。
【図４】本発明のエマルジョン燃料を評価するための発熱量および排気ガス測定装置の燃焼系統の動作を説明する模式説明図。
【図５】本発明のエマルジョン燃料を評価するための発熱量および排気ガスの測定装置の測定系統の動作を説明する模式説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明のエマルジョン燃料についての実施するための最良の形態を説明する。
【００２５】
本発明の実施例に係るエマルジョン燃料は、液体化石燃料である燃料油と消石灰および尿素を加えた機能水とを、超微粒子状態（ナノレベル）で混合することにより製造される。このようにして製造されたエマルジョン燃料においては、機能水又は燃料油からなる構成粒子の平均粒径が１μｍ〜５０μｍである。
【００２６】
機能水とは、一般的には、水に加速度、圧力、電場、磁場、遠赤外線、超音波等の物理的処理を施して何らかの機能をもたせた水をいう。本発明の実施例においては、井戸水を７５００Ｇ〜８５００Ｇの加速度を付与した遠心分離機により分離して得られる加圧水（以下ではＺ液という）を用いている。なお、上記エマルジョン製造装置を用いて加圧水を生成する方法については、本出願人の出願に係る特願２００７−１６３６９に詳細に説明されている。
【００２７】
燃料油としては、Ｃ重油を用いている。Ｃ重油は発熱量が大きく、ガス化燃焼した際にＡ重油よりも発熱量が大きくなる。なお、発熱量を多少犠牲にすれば、他にも燃料油として、石油、灯油、軽質油等の石油系燃料油を単独または混合して用いることができる。
【００２８】
なお、燃料油（Ｃ重油）とＺ液との割合は、例えば、重量比で、燃料油６０％に対してＺ液４０％である。
【００２９】
消石灰は、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸収する吸収剤として機能し、吸収した硫黄酸化物を石膏にして処理する。
【００３０】
尿素は、尿素が加水分解されることで生成されるアンモニアを用いて、ＮＯｘを還元する。
【００３１】
本発明の実施例に係るエマルジョン燃料は、長時間保存しても安定性は高い。すなわち、従来のエマルジョン燃料では、時間と共に燃料油と水とが分離する傾向が強く、また、分離しなくても時間と共に粘度が高くなる性質があり、燃焼装置へ輸送する際のパイプやノズルを詰まらせる現象が発生していた。これに対して、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料では、長時間放置しても燃料油と水とが分離しにくく上記のような現象は生じない。
【００３２】
次に、上述のエマルジョン燃料の製造方法について説明する。図１は、燃料にＣ重油と水に、消石灰と尿素とを加えたエマルジョン燃料を製造するエマルジョン燃料製造装置の概略構成図である。
【００３３】
エマルジョン燃料製造装置４は、約８，０００Ｇ程度が付与された加圧水（機能水）を収納する機能水用タンクＴ１とＣ重油を収納する重油用タンクＴ２とが設けられている。これらのタンクＴ１とタンクＴ２の下部出口は、それぞれバルブＶａ、Ｖｂおよび管路５ａ、５ｂを介して混合・攪拌機６に供給される。
【００３４】
混合・攪拌機６としては、例えば、ラインミキサ、矢羽タービン翼、フルマージン型翼、高せん断型タービンミキサ、ホモジライザ等の高せん断速度の撹拌装置を有している。
【００３５】
また、両タンクＴ１、Ｔ２にはそれぞれ、加熱用のヒータＨ１、Ｈ２と温度計７が設置され、重油用タンクＴ２には攪拌用のプロペラ８が設けられている。
【００３６】
混合・攪拌機６の下部出口は、管路６ａを介してヒータＨ３を有する保温用の保温タンクＴ３に接続されている。
【００３７】
このような構成のエマルジョン燃料製造装置では、機能水用タンクＴ１に、予め、遠心分離機（不図示）で、汲み上げた井戸水を７，５００Ｇ〜８，５００Ｇの加速度を付与して遠心分離して生成した加圧水を注入する。さらに、機能水用タンクＴ１に消石灰と尿素とを加える。
【００３８】
一方、重油用タンクＴ２には、Ｃ重油を注入する。Ｃ重油は所定の流動性を維持するために所定の温度でプロペラ８により攪拌している。
【００３９】
機能水用タンクＴ１に接続されているバルブＶａと、重油用タンクＴ２に接続されているバルブＶｂを開いて、重量比で燃料油６０％に対して消石灰と尿素とが加えられたＺ液４０％の割合で、混合・攪拌機６に注入する。
【００４０】
混合・攪拌機６では、注入された燃料油に対して消石灰と尿素とが加えられたＺ液が攪拌翼等で所定時間攪拌され、十分に分散されて微細化される。この結果、平均粒径が１μｍ〜５０μｍのエマルジョン燃料が生成される。
【００４１】
生成されたエマルジョン燃料は、管路６ａを介して保温タンクＴ３に注入されて、保温タンクＴ３の内部に貯留される。
【００４２】
このように生成されたエマルジョン燃料は、燃焼装置で燃焼させる際に、従来のエマルジョン燃料のように、燃焼装置に専用の処理装置を付加しなくても、下記のように燃焼させた際の排ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を減少させることができる。
【００４３】
次に、上述のエマルジョン燃料と、石炭、石油、天然ガスとの燃焼特性の比較について説明する。図２は、生成されたエマルジョン燃料と、石炭、石油、天然ガスについての、環境負荷とコスト負荷に関する数値を後述する燃焼装置を用いて測定した結果を示す比較表である。
【００４４】
すなわち、各燃料に対する環境負荷の項目として、炭酸ガス（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および煤塵（ＰＭ）を、そして、コスト負荷として発熱量当たりの単価について、それぞれ石炭を１００として比較した。この測定結果から次のような結論が得られる。
【００４５】
炭酸ガス（ＣＯ２）・・・・エマルジョン燃料が最小である。
硫黄酸化物（ＳＯｘ）・・・エマルジョン燃料は、天然ガスについで少ない。
窒素酸化物（ＮＯｘ）・・・エマルジョン燃料は、天然ガスよりも少なく最小である。
煤塵（ＰＭ）・・・・・・・エマルジョン燃料は、天然ガスについで少ない。
発熱量当たりの単価・・・エマルジョン燃料が最も安価である。
【００４６】
以上の比較結果から、上述した本発明の実施例に係るエマルジョン燃料は、価格面も含めて総合的に判断すると、各種ボイラー等の産業用の燃料として、最も良好な燃料ということもできる。
【００４７】
また、上述のエマルジョン燃料は、燃焼効率も高く、エンジン用、燃焼炉用、焼却炉用、ボイラー用、発電用等の全てに使用できる。省エネ効果として、例えば３０〜４０％程度を増大できるという結果を得ている。
【００４８】
また、上述のエマルジョン燃料は、長期に亘って保存しておいても、常温ではもちろんのこと、温度変化によっても燃料油と機能水とが分離することがなかった。このため、寒冷地、熱帯地を問わず、長期に有効利用することが可能で、従来の燃料と比べて実用的効果が非常に高い。
【００４９】
次に、上述のエマルジョン燃料等の燃料を適切に評価するために、燃料の発熱量および排気ガス中の環境負荷物質成分の測定をおこなうための測定装置について図面を参照して説明する。
【００５０】
図３は、エマルジョン燃料の発熱量および排気ガスの測定装置の一例を示す概略構成図である。
【００５１】
図３に示したように、燃料の発熱量および排気ガスの測定装置６０は、測定対象のエマルジョン燃料等の燃料を十分に燃焼させた状態の燃焼筒１０が、燃焼系統２０および測定系統３０のいずれか一方に選択的に接続されるように構成されている。
【００５２】
燃焼筒１０は、直径が管軸方向で変化する筒状体であり、入り口側にはバーナー１が装着され、出口側は開放され燃焼排気ガスの排出口１１になっている。筒状の燃焼筒１０は、バーナー１が装着されている部位から徐々に直径が増加し中央部１２で最大になり、排出口１１に向かって徐々に縮小し、排出口１１で最小になる。燃焼筒１０はバーナー１を装着した状態で全体が矢印Ａ方向に往復移動が可能なように、燃焼筒１０の下部に、例えば、ラック１３ａとピニオン１３ｂとの組み合わせによる往復移動機構１３が設けられている。
【００５３】
燃焼筒１０に装着されているバーナー１には燃焼筒１０の側に開口を向けて、燃料噴射ノズル２と空気供給ノズル（不図示）と予熱用点火ノズル（不図示）とが列設されている。燃料噴射ノズル２は渦流式噴射ノズルを用いている。渦流式噴射ノズルは、例えば、ノズル筒の直径方向の対向位置において、それぞれ接線方向に高圧ガスを流入させることによりノズル筒内で旋回流（または、回転流）が形成される。この渦流式噴射ノズルを用いた燃料噴射ノズル２からの燃料の噴射により、燃焼筒１０の内部に燃焼時に燃料の火炎による旋回流（例えば、反時計回り方向）が形成される。
【００５４】
また、バーナー１の燃焼筒１０に対しての装着位置や、バーナー１に対する燃料噴射ノズル２の突出量についてはそれぞれ調整可能な構造になっている。
【００５５】
また、燃焼筒１０には、後述する測定容器３１から排出した排熱流が循環して送り込まれてくる伸縮自在な戻り排熱管３２が接続されている。なお、戻り排熱管３２から還流されてくる戻りの排熱流は、燃焼筒１０の対象位置に形成されている取り込み口１０ａ、１０ｂから取り込まれると、燃焼筒１０の取り込み口１０ａ、１０ｂに設けられているガイド板（不図示）に導かれて旋回流が形成される。この形成された旋回流と燃料噴射ノズル２によって形成される火炎の旋回流とは、旋回方向が一致しているので燃焼時の燃焼筒１０の内部の火炎は合流した強力な旋回流となる。
【００５６】
バーナー１には、燃料供給管路３が接続されている。この燃料供給管路３には定量ポンプＰと燃料供給バルブＶ４とを介して燃料供給部４が接続されている。したがって、燃料供給管路３から供給される燃料は、定量ポンプＰにより定量ずつバーナー１に供給される。
【００５７】
なお、燃焼筒１０には特に図示はしないが、室内の温度を測定する温度センサが設けられており、温度センサによって燃焼筒１０の燃焼状態が検知でき、燃焼がガス化燃焼状態になったか否かも判断することができる。
【００５８】
次に、燃焼系統２０について説明する。燃焼系統２０は、回動排気管２１と、一端がこの回動排気管２１と管継ぎ手２２を介して接続され、他端に燃焼・測定切替バルブＶ２が接続された固定排気管２３とにより構成されている。回動排気管２１は、平行な両端部とこれらの両端部に直交する中央部からなる、全体としてＺ字型に曲折された管体である。この回動排気管２１の一端には、燃焼筒１０の排出口１１に対向配置される径大な開口部２４が設けられている。回動排気管２１の他端は、固定排気管２３の一端に回転可能に嵌合されている。これにより、回動排気管２１は、その中央部と開口部２４が固定排気管２３の周囲に回動可能に設けられている。
【００５９】
回動排気管２１の径大な開口部２４は、燃焼筒１０が回動排気管２１方向に移動した場合、その排出口１１が開口部２４内に挿入可能に形成されている。
【００６０】
また、回動排気管２１の開口部２４の外側にはロープ係止部２５が設けられ、このロープ係止部２５にロープ２６の一端が係止されている。ロープ２６の他端側は、固定排気管２３の近傍に固定された巻き取りプーリ２７に係止されており、巻き取りプーリ２７はモータＭの回転によってロープ２６を巻き取り、あるいは巻戻しする。ロープ２６の巻き取り動作によって、回動排気管２１は固定排気管２３に接続された管継ぎ手２２を支点として回動し、燃焼筒１０の排気口との対向位置から上方に移動して、燃焼筒１０が測定容器３１に結合される位置まで往復移動する際の妨げにならない位置に退避する。
【００６１】
燃焼・測定切替バルブＶ２は、燃焼筒１０が燃焼生成の動作の際は開放し、燃焼筒１０が測定動作の際は閉止するように作動する。
【００６２】
次に、測定系統３０について説明する。測定系統３０は、測定容器３１とこの測定容器３１に接続されている各種管路と、各種測定手段により形成されている。
【００６３】
測定容器３１は内部に２００Ｌの水を貯水する密閉された貯水室３３と、その中央部に貫通して設けられた燃焼室３４により構成されている。燃焼室３４は、入り口側の嵌合部３５および出口側の排出部３６の直径よりも中央部の直径が拡大された筒状に形成されている。燃焼室３４の入り口側の嵌合部３５には、燃焼筒１０の排出口１１が着脱自在に嵌合し、嵌合した状態で、燃焼筒１０と合体して、全体で一体化した燃焼筒を形成する。
【００６４】
測定容器３１の嵌合部３５の外側の対向した位置には、光電素子３７と光源３８が検知センサとして配置されている。この検知センサは、燃焼筒１０の測定容器３１への嵌合及び離脱状態が検知される。検知された信号は、後述する発熱量検出部３９と排気ガス検出部５１に入力される。
【００６５】
また、測定容器３１の上部には注入バルブＶ２１を介して接続された注入管４１と、圧力制御弁４２が設けられている。圧力制御弁４２は貯水室３３の水が加熱されて蒸気を発生した際に作動し、貯水室３３の内部の圧力を制御すると共に、連動するリミットスイッチ（不図示）が作動して発熱量検出部３９に蒸気が発生した信号を印加する。測定容器３１の下部には排水バルブＶ２２を介して排水管４３が接続されている。また、貯水室３３の各部には温度センサ４４が設けられている。なお、特に図示はしないが貯水室３３には水位を測定する水位計が設置されている。
【００６６】
燃焼室３４の排出部３６には分岐管４５が接続されている。分岐管４５の一方は第１流量調整バルブＶ２３を介して主排気管４６に接続されている。また、分岐管４５の他方は第２流量調整バルブＶ２４を介して戻し用分岐管５３に接続されている。
【００６７】
主排気管４６は、また、管路の途中で燃焼・測定切替バルブＶ２を介して排気ガス測定部４７に接続されている。主排気管４６は、高温の排気流を排気ガス測定部４７の上端部４８に導き、ここから大気中に排気する。上端部４８には排気ガス検出部５１が設置されている。なお、排気ガス中に粒子状浮遊物質等が混在している場合は落下して、排気ガス測定部４７の下端に設けられた集塵部４９に収納される。
【００６８】
戻し用分岐管５３の一方は第３流量調整バルブＶ２５を介してブロアーＢに接続されている。また、他方は第４流量調整バルブＶ２６を介して戻り排熱管３２に接続されている。
【００６９】
次に、上述の構成の発熱量および排気ガスの測定装置の動作について、燃焼生成系統の動作と測定系統の動作に分けて説明する。
【００７０】
＜燃焼系統の動作＞
図4は、発熱量および排気ガスの測定装置の燃焼系統の動作を説明する概略構成図である。なお、図4において、図3と同一個所には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。
【００７１】
すなわち、燃焼系統の動作は、バーナー１が装着された燃焼筒１０の排出口１１が、燃焼系統２０の回動排気管２１の開口部２４に挿入された状態で動作する。この場合、燃焼・測定切替バルブＶ２は開の状態になっている。
【００７２】
まず、バーナー１の空気供給ノズルから空気が送り込まれた状態で、予熱用点火ノズルから供給されるプロパンガス等の予熱ガスに点火され、燃焼筒１０内で燃焼し、燃焼筒１０の内部を予熱する。この予熱により、燃焼筒１０の内部が所定温度まで加熱されると、燃焼筒１０に設けられている温度センサが所定温度を検知する。この検知結果により、燃料供給バルブＶ４が開かれると共に、燃料供給部４に接続された定量ポンプＰが作動し、定量ずつの燃料がバーナー１に送り込まれる。同時に燃料噴射ノズル２が作動して送り込まれてきた燃料を旋回流として燃焼筒１０の内部に送り込み燃焼筒１０の内部で着火して火炎の旋回流を形成する。この着火により予熱ノズルは噴射を停止し、燃焼筒１０の内部では燃料の燃焼により火炎の旋回流が形成されてガス化燃焼状態になる。
【００７３】
例えば、エマルジョン燃料の場合は、高温の燃焼筒１０の内部に噴霧されたとき、燃料液滴中の水は瞬時に沸騰して、燃料液滴を微粒化（ミクロ爆発）する。これによって高速で高効率の燃焼を実現し、ＣＯや煤の生成を抑制できる。
【００７４】
しかも、燃焼筒１０は中央部１２の直径が拡大されているので、燃料噴射ノズル２から噴射された火炎の旋回流は、中央部１２で拡大された火炎の旋回流を形成する。この火炎の旋回流は、直進流に比べて燃焼筒１０の内部に長時間滞留して高効率に燃焼する。それにより、ほぼ完全燃焼の状態になる。
【００７５】
燃焼の際の排気ガスは、燃焼筒１０の排出口１１が挿入されている回動排気管２１の開口部２４からその内部に導かれる。この排気ガスは、さらに、回動排気管２１に連通している固定排気管２３と燃焼・測定切替バルブＶ２を経由して主排気管４６に導かれる。
【００７６】
主排気管４６では、各調整バルブＶ２３〜Ｖ２６がそれぞれ燃料に応じた開度に調整されると共にブロワーＢが動作している。したがって、主排気管４６に導かれた排気流の一部は図５で示す上方に向かい先端部４８から外部に排気される。残りの排気流は下方に向かいブロワーＢにより戻り排熱管３２を経由してバーナー１に２００℃程度の戻り排熱流として還流される。還流された戻り排熱流は、バーナー１に取り込まれると、バーナー１の取り込み口のガイド板に導かれて旋回流が形成される。したがって、この旋回流は、燃焼筒１０の内部で燃料噴射ノズル２から噴射された燃料の火炎の旋回流と合流して、強力な火炎の旋回流を形成し、燃焼筒１０の内部での燃料の滞留時間を長くしてより燃焼効率を高めている。
【００７７】
＜測定系統の動作＞
図5は、発熱量および排気ガスの測定装置における測定系統の動作を説明する概略構成図である。なお、図5において、図3と同一個所には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。
【００７８】
上述の燃焼系統の動作により、燃焼筒１０の温度センサが所定温度に燃焼筒１０の内部が到達したと検知すると、燃焼筒１０の内部ではガス化燃焼によるほぼ完全燃焼が行われている状態となる。
【００７９】
この状態に対しての発熱量および排気ガスの測定をおこなうには、まず、この状態で、燃焼筒１０の往復移動機構１３であるピニオン１３ｂを動作させてラック１３ａを移動させ、燃焼筒１０の排出口１１を回動排気管２１の開口部２４から離脱させる。離脱後に、モータＭを回転させて巻き取りプーリ２７を回転させ、ロープ２６を巻き取って回動排気管２１を、管継ぎ手２２を支点として回動させ、燃焼筒１０の排出口１１との対向位置から上方に移動する。それにより、燃焼筒１０が測定容器３１に対して往復移動する際の妨げにならない位置に退避する。その際、燃焼・測定切替バルブＶ２は閉止する。
【００８０】
次に、燃焼筒１０の往復移動機構を動作させて、燃焼筒１０を測定容器３１に向かって移動させる。燃焼筒１０の排気口を測定容器３１の嵌合部３５に嵌合させることにより、測定容器３１の燃焼室３４は、燃焼筒１０の排気口が嵌合部３５に嵌合された状態で、燃焼筒１０と合体して一体になり、全体で一体の燃焼筒を形成する。
【００８１】
この場合、測定容器３１の燃焼室３４は、中央部でその直径が拡大された構造であるので、燃焼室３４でも火炎の旋回流が長時間滞留する。それにより、貯水室３３の内部に満たされている水は沸騰するまで効率よく加熱される。加熱により貯水室３３内の水が沸騰すると貯水室３３の内部の圧力が高まり圧力制御弁４２が上昇する。この上昇動作に連動してリミットスイッチ（不図示）が動作して発熱量検出部３９のタイマ（不図示）を停止させる。
【００８２】
したがって、貯水室３３内の水２００リットルの水を初期温度から沸騰温度（１００℃）まで上昇させるために要した熱量（＝燃焼による発熱量）を得るための時間を測定することができる。また、その結果から、燃料ごとの燃焼筒での燃焼による単位時間当たりの発熱量も算出することができる。
【００８３】
加熱時間により水が得た熱量Ｑは、
Ｑ（ｃａｌ）＝ｍ（ｇ）×Ｔ（℃）
ｍ；加熱される水の質量、Ｔ；上昇温度
式で算出される。この熱量Ｑはすなわち、［水が得た熱量］＝[燃焼筒での発熱量]である。
【００８４】
この場合、燃焼筒１０と貯水室３３が予め一体に形成されている固定型のボイラの場合は、貯水室に貯水されている水は、燃焼筒の予熱の際の影響で加熱部に近いところが高温になる。そのため、貯水室に貯水されている水の初期状態は、温度勾配が生じていて温度が均一ではない。したがって、水の初期状態の温度を正確に特定しにくい。これに対して、本実施例の場合は、燃焼筒１０の予熱は貯水室３３と離間した位置でおこなわれる。そのため、燃焼筒１０の予熱による影響を排除することができる。したがって、測定開始時の貯水室３３の内部の水の温度は均一であり、それに対する沸騰温度との温度差を高精度に算出することが可能である。
【００８５】
もちろん、異なる燃料についての発熱量の比較は、それぞれの燃料について、沸騰するまでの時間を測定することにより比較することができる。
【００８６】
一方、排気ガスの測定は、主たる対象がＮＯｘ（窒素酸化物）濃度とＳＯｘ（イオウ酸化物）濃度である。測定は、燃焼筒１０が測定容器３１と一体になって燃焼している状態で、測定容器３１の排出部３６から排出されて主排気管４６を上昇した排気ガスを対象に排気ガス検出部５１で測定する。
【００８７】
すなわち、排気ガス検出部５１は、主排気管４６の末端である先端部４８の近傍にサンプリングプローブ５２を配置し、サンプリングプローブ５２の端部にＮＯｘセンサ（不図示）とＳＯｘセンサ（不図示）とを接続して、ＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度とを計測している。
【００８８】
サンプリングプローブ５２は、主排気管４６の排気ガス流に対して平行な方向に向くように直角に曲げられた中空バイプ型の吸引ノズルで、例えば硬質ガラス、石英、ステンレス鋼などの耐食性、耐熱性に優れた材料で作製されている。
【００８９】
ＮＯｘセンサは、特に限定はされないが公知のものを用いる。例えば、化学発光式ガス分析計であっても、ジルコニア式のものであってもよい。
【００９０】
また、ＳＯｘセンサも、公知の化学発光式ガス分析計を用いて計測することができる。
【００９１】
例えば、測定ガス中の窒素酸化物を化学発光方式で測定するには、ＮＯｘを含んだ試料ガスとオゾン（Ｏ3）とを反応槽に導き、一酸化窒素（ＮＯ）とＯ3との反応により発生する発光を光電子増倍管で検出することにより測定する。
【００９２】
また、試料ガス中のＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度とを同時に測定し、精度よく定量するためには、赤外線吸収法や紫外線吸収法を使用するか、あるいは、ＮＯｘとＳＯｘとで測定原理の異なる検出器を用いて別個に検出することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
上述の動作により、燃焼中の燃料の発熱量の算出とＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度との測定を併せておこなうことができる。
【００９４】
なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１…バーナー、２…燃料噴射ノズル、３…燃料供給管路、４…燃料供給部、５ａ、５ｂ…管路、６…混合・攪拌機、７…温度計、８…プロペラ、１０…燃焼筒、１１…排出口、１２…中央部、１３…往復移動機構、１３ａ…ラック、１３ｂ…ピニオン、２０…燃焼生成排気系統、２１…回動排気管、２２…管継ぎ手、２３…固定排気管、２４…開口部、２５…ロープ係止部、２６…ロープ、２７…巻き取りプーリ、３０…測定系統、３１…測定容器、３２…戻り排熱管、３３…貯水室、３４…燃焼室、３５…嵌合部、３６…排出部、３７…光電素子、３８…光源、３９…発熱量検出部、４１…注入管、４２…圧力制御弁、４３…配水管、４４…温度センサ、４５…分岐管、４６…主排気管、４７…戻し用分岐管、４８…先端部、５１…排気ガス検出部、５２…サンプリングプローブ、６０…発熱量および排気ガスの測定装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＮＯｘ（窒素酸化物）やＳＯｘ（硫黄酸化物）の排出を抑制した低公害燃料として用いる安定性の高いエマルジョン燃料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ボイラー等の各種燃焼装置では、燃焼効率の向上と同時に大気汚染を防止するために、排気ガスに含まれるＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度や煤塵濃度を減少させることが要求されている。
【０００３】
純燃料油に水を混合してエマルジョン化（乳化）したエマルジョン燃料は、石油系燃料の使用量を減少させると共に、ＮＯｘや煤煙スラッグ等を減少させることができる燃料として従来から知られている。すなわち、エマルジョン燃料は、高温の燃焼室内に噴霧されたとき、燃料液滴中の水は瞬時に沸騰して、燃料液滴を微粒化（ミクロ爆発）する。これによって高速で高効率の燃焼を実現し、ＣＯや煤の生成を抑制できる。また、水の蒸発によって火炎温度が低下するので、排気ガス中のＮＯｘの低減効果もあるので低公害燃料として用いることができる。
【０００４】
従来、エマルジョン燃料は、スタティックミキサーや高圧ホモジナイザ等のインライン型の混合装置を用いて燃料を混合して製造していた。
【０００５】
このようにして製造された従来のエマルジョン燃料としては、種々のものが知られている。例えば、有機物を熱分解させて生成した炭素素材を粉化処理し、所定割合の水を混合させた液状炭素燃料が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００６】
また、燃料１に対し水２〜５を加えてエマルジョン化した加水燃料も知られている（例えば、特許文献２）。
【０００７】
さらに、有機性物質の熱分解により生成した炭化物と液体状可燃成分とを混合したエマルジョン燃料（例えば、特許文献３）も知られている。
【０００８】
次に、従来、排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を、尿素の加水分解水を利用して分解、除去する方法が開示されている（例えば、特許文献４）。
【０００９】
また、排ガスを、消石灰スラリーと接触させて、ＳＯｘを除去する技術が開示されている（例えば、特許文献５）。
【００１０】
なお、エマルジョン燃料を評価するために、エマルジョン燃料の燃焼の際の、発熱量、ＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度や煤塵濃度等を高精度に測定する測定装置についても技術開発が進められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１０−１３０６６３号公報
【特許文献２】特開２００２−８９８３２号公報
【特許文献３】特開２００５−２７２６３６号公報
【特許文献４】特開２００４−３１３９１７号公報
【特許文献５】特開平８−３２３１５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述のように、エマルジョン燃料はガス化燃焼による完全燃焼が可能であり、その結果、排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）濃度やＳＯｘ（イオウ酸化物）濃度を減少させることができるため、大気汚染の防止に有効な燃料として期待されている。
【００１３】
しかしながら、ＮＯｘを除去するために尿素を用いる方法、ＳＯｘを除去するために消石灰スラリーを用いる方法のいずれも、燃焼装置に専用の排ガス対応の処理装置を付加する必要があり、装置全体が大型化するとともに装置のコストアップが避けがたい。
【００１４】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、エマルジョン燃料を燃焼させる燃焼装置に、専用の排ガス対応の処理装置を付加しなくても、燃焼させた際の排ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を減少させることのできるエマルジョン燃料を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施例に係るエマルジョン燃料は、液体化石燃料である燃料油と物理的処理が施された水に消石灰と尿素とを加えた機能水とを混合して乳化することにより、超微粒子状態のエマルジョン燃料としたものである。
【００１６】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料においては、前記燃料油はＣ重油であり、また、前記機能水は７，５００乃至８，５００Ｇの遠心力が付与された加圧水であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料においては、前記燃料油と前記機能水との混合比は、重量比で６０％対４０％であることを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料においては、前記燃料油と前記機能水の構成粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍの範囲であることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料の製造方法は、７５００Ｇ〜８５００Ｇの加速度を付与した遠心分離機により水を分離して得られる機能水を生成する工程と、この機能水に液体化石燃料である燃料油とともに消石灰および尿素を加えて攪拌する工程と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料の製造方法においては、前記燃料油と前記機能水との混合比は、重量比で６０％対４０％であることを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料の製造方法においては、前記燃料油と前記機能水の構成粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍの範囲であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、燃焼装置に専用の排ガス対応の処理装置を付加しなくても、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度あるいはＳＯｘ濃度を減少させることのできるエマルジョン燃料が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のエマルジョン燃料製造装置の概略構成図。
【図２】本発明のエマルジョン燃料と、石炭、石油、天然ガスについての、環境負荷とコスト負荷に関する数値を、測定・算出した結果の比較表。
【図３】本発明のエマルジョン燃料を評価するための発熱量および排気ガス測定装置の実施例を示す概略構成図。
【図４】本発明のエマルジョン燃料を評価するための発熱量および排気ガス測定装置の燃焼系統の動作を説明する模式説明図。
【図５】本発明のエマルジョン燃料を評価するための発熱量および排気ガスの測定装置の測定系統の動作を説明する模式説明図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明のエマルジョン燃料についての実施するための最良の形態を説明する。
【００２５】
本発明の実施例に係るエマルジョン燃料は、液体化石燃料である燃料油と消石灰および尿素を加えた機能水とを、超微粒子状態（ナノレベル）で混合することにより製造される。このようにして製造されたエマルジョン燃料においては、機能水又は燃料油からなる構成粒子の平均粒径が１μｍ〜５０μｍである。
【００２６】
機能水とは、一般的には、水に加速度、圧力、電場、磁場、遠赤外線、超音波等の物理的処理を施して何らかの機能をもたせた水をいう。本発明の実施例においては、井戸水を７５００Ｇ〜８５００Ｇの加速度を付与した遠心分離機により分離して得られる加圧水（以下ではＺ液という）を用いている。なお、上記エマルジョン製造装置を用いて加圧水を生成する方法については、本出願人の出願に係る特願２００７−１６３６９に詳細に説明されている。
【００２７】
燃料油としては、Ｃ重油を用いている。Ｃ重油は発熱量が大きく、ガス化燃焼した際にＡ重油よりも発熱量が大きくなる。なお、発熱量を多少犠牲にすれば、他にも燃料油として、石油、灯油、軽質油等の石油系燃料油を単独または混合して用いることができる。
【００２８】
なお、燃料油（Ｃ重油）とＺ液との割合は、例えば、重量比で、燃料油６０％に対してＺ液４０％である。
【００２９】
消石灰は、排ガス中の硫黄酸化物（ＳＯｘ）を吸収する吸収剤として機能し、吸収した硫黄酸化物を石膏にして処理する。
【００３０】
尿素は、尿素が加水分解されることで生成されるアンモニアを用いて、ＮＯｘを還元する。
【００３１】
本発明の実施例に係るエマルジョン燃料は、長時間保存しても安定性は高い。すなわち、従来のエマルジョン燃料では、時間と共に燃料油と水とが分離する傾向が強く、また、分離しなくても時間と共に粘度が高くなる性質があり、燃焼装置へ輸送する際のパイプやノズルを詰まらせる現象が発生していた。これに対して、本発明の実施例に係るエマルジョン燃料では、長時間放置しても燃料油と水とが分離しにくく上記のような現象は生じない。
【００３２】
次に、上述のエマルジョン燃料の製造方法について説明する。図１は、燃料にＣ重油と水に、消石灰と尿素とを加えたエマルジョン燃料を製造するエマルジョン燃料製造装置の概略構成図である。
【００３３】
エマルジョン燃料製造装置４は、約８，０００Ｇ程度が付与された加圧水（機能水）を収納する機能水用タンクＴ１とＣ重油を収納する重油用タンクＴ２とが設けられている。これらのタンクＴ１とタンクＴ２の下部出口は、それぞれバルブＶａ、Ｖｂおよび管路５ａ、５ｂを介して混合・攪拌機６に供給される。
【００３４】
混合・攪拌機６としては、例えば、ラインミキサ、矢羽タービン翼、フルマージン型翼、高せん断型タービンミキサ、ホモジライザ等の高せん断速度の撹拌装置を有している。
【００３５】
また、両タンクＴ１、Ｔ２にはそれぞれ、加熱用のヒータＨ１、Ｈ２と温度計７が設置され、重油用タンクＴ２には攪拌用のプロペラ８が設けられている。
【００３６】
混合・攪拌機６の下部出口は、管路６ａを介してヒータＨ３を有する保温用の保温タンクＴ３に接続されている。
【００３７】
このような構成のエマルジョン燃料製造装置では、機能水用タンクＴ１に、予め、遠心分離機（不図示）で、汲み上げた井戸水を７，５００Ｇ〜８，５００Ｇの加速度を付与して遠心分離して生成した加圧水を注入する。さらに、機能水用タンクＴ１に消石灰と尿素とを加える。
【００３８】
一方、重油用タンクＴ２には、Ｃ重油を注入する。Ｃ重油は所定の流動性を維持するために所定の温度でプロペラ８により攪拌している。
【００３９】
機能水用タンクＴ１に接続されているバルブＶａと、重油用タンクＴ２に接続されているバルブＶｂを開いて、重量比で燃料油６０％に対して消石灰と尿素とが加えられたＺ液４０％の割合で、混合・攪拌機６に注入する。
【００４０】
混合・攪拌機６では、注入された燃料油に対して消石灰と尿素とが加えられたＺ液が攪拌翼等で所定時間攪拌され、十分に分散されて微細化される。この結果、平均粒径が１μｍ〜５０μｍのエマルジョン燃料が生成される。
【００４１】
生成されたエマルジョン燃料は、管路６ａを介して保温タンクＴ３に注入されて、保温タンクＴ３の内部に貯留される。
【００４２】
このように生成されたエマルジョン燃料は、燃焼装置で燃焼させる際に、従来のエマルジョン燃料のように、燃焼装置に専用の処理装置を付加しなくても、下記のように燃焼させた際の排ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を減少させることができる。
【００４３】
次に、上述のエマルジョン燃料と、石炭、石油、天然ガスとの燃焼特性の比較について説明する。図２は、生成されたエマルジョン燃料と、石炭、石油、天然ガスについての、環境負荷とコスト負荷に関する数値を後述する燃焼装置を用いて測定した結果を示す比較表である。
【００４４】
すなわち、各燃料に対する環境負荷の項目として、炭酸ガス（ＣＯ２）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）および煤塵（ＰＭ）を、そして、コスト負荷として発熱量当たりの単価について、それぞれ石炭を１００として比較した。この測定結果から次のような結論が得られる。
【００４５】
炭酸ガス（ＣＯ２）・・・・エマルジョン燃料が最小である。
硫黄酸化物（ＳＯｘ）・・・エマルジョン燃料は、天然ガスについで少ない。
窒素酸化物（ＮＯｘ）・・・エマルジョン燃料は、天然ガスよりも少なく最小である。
煤塵（ＰＭ）・・・・・・・エマルジョン燃料は、天然ガスについで少ない。
発熱量当たりの単価・・・エマルジョン燃料が最も安価である。
【００４６】
以上の比較結果から、上述した本発明の実施例に係るエマルジョン燃料は、価格面も含めて総合的に判断すると、各種ボイラー等の産業用の燃料として、最も良好な燃料ということもできる。
【００４７】
また、上述のエマルジョン燃料は、燃焼効率も高く、エンジン用、燃焼炉用、焼却炉用、ボイラー用、発電用等の全てに使用できる。省エネ効果として、例えば３０〜４０％程度を増大できるという結果を得ている。
【００４８】
また、上述のエマルジョン燃料は、長期に亘って保存しておいても、常温ではもちろんのこと、温度変化によっても燃料油と機能水とが分離することがなかった。このため、寒冷地、熱帯地を問わず、長期に有効利用することが可能で、従来の燃料と比べて実用的効果が非常に高い。
【００４９】
次に、上述のエマルジョン燃料等の燃料を適切に評価するために、燃料の発熱量および排気ガス中の環境負荷物質成分の測定をおこなうための測定装置について図面を参照して説明する。
【００５０】
図３は、エマルジョン燃料の発熱量および排気ガスの測定装置の一例を示す概略構成図である。
【００５１】
図３に示したように、燃料の発熱量および排気ガスの測定装置６０は、測定対象のエマルジョン燃料等の燃料を十分に燃焼させた状態の燃焼筒１０が、燃焼系統２０および測定系統３０のいずれか一方に選択的に接続されるように構成されている。
【００５２】
燃焼筒１０は、直径が管軸方向で変化する筒状体であり、入り口側にはバーナー１が装着され、出口側は開放され燃焼排気ガスの排出口１１になっている。筒状の燃焼筒１０は、バーナー１が装着されている部位から徐々に直径が増加し中央部１２で最大になり、排出口１１に向かって徐々に縮小し、排出口１１で最小になる。燃焼筒１０はバーナー１を装着した状態で全体が矢印Ａ方向に往復移動が可能なように、燃焼筒１０の下部に、例えば、ラック１３ａとピニオン１３ｂとの組み合わせによる往復移動機構１３が設けられている。
【００５３】
燃焼筒１０に装着されているバーナー１には燃焼筒１０の側に開口を向けて、燃料噴射ノズル２と空気供給ノズル（不図示）と予熱用点火ノズル（不図示）とが列設されている。燃料噴射ノズル２は渦流式噴射ノズルを用いている。渦流式噴射ノズルは、例えば、ノズル筒の直径方向の対向位置において、それぞれ接線方向に高圧ガスを流入させることによりノズル筒内で旋回流（または、回転流）が形成される。この渦流式噴射ノズルを用いた燃料噴射ノズル２からの燃料の噴射により、燃焼筒１０の内部に燃焼時に燃料の火炎による旋回流（例えば、反時計回り方向）が形成される。
【００５４】
また、バーナー１の燃焼筒１０に対しての装着位置や、バーナー１に対する燃料噴射ノズル２の突出量についてはそれぞれ調整可能な構造になっている。
【００５５】
また、燃焼筒１０には、後述する測定容器３１から排出した排熱流が循環して送り込まれてくる伸縮自在な戻り排熱管３２が接続されている。なお、戻り排熱管３２から還流されてくる戻りの排熱流は、燃焼筒１０の対象位置に形成されている取り込み口１０ａ、１０ｂから取り込まれると、燃焼筒１０の取り込み口１０ａ、１０ｂに設けられているガイド板（不図示）に導かれて旋回流が形成される。この形成された旋回流と燃料噴射ノズル２によって形成される火炎の旋回流とは、旋回方向が一致しているので燃焼時の燃焼筒１０の内部の火炎は合流した強力な旋回流となる。
【００５６】
バーナー１には、燃料供給管路３が接続されている。この燃料供給管路３には定量ポンプＰと燃料供給バルブＶ４とを介して燃料供給部４が接続されている。したがって、燃料供給管路３から供給される燃料は、定量ポンプＰにより定量ずつバーナー１に供給される。
【００５７】
なお、燃焼筒１０には特に図示はしないが、室内の温度を測定する温度センサが設けられており、温度センサによって燃焼筒１０の燃焼状態が検知でき、燃焼がガス化燃焼状態になったか否かも判断することができる。
【００５８】
次に、燃焼系統２０について説明する。燃焼系統２０は、回動排気管２１と、一端がこの回動排気管２１と管継ぎ手２２を介して接続され、他端に燃焼・測定切替バルブＶ２が接続された固定排気管２３とにより構成されている。回動排気管２１は、平行な両端部とこれらの両端部に直交する中央部からなる、全体としてＺ字型に曲折された管体である。この回動排気管２１の一端には、燃焼筒１０の排出口１１に対向配置される径大な開口部２４が設けられている。回動排気管２１の他端は、固定排気管２３の一端に回転可能に嵌合されている。これにより、回動排気管２１は、その中央部と開口部２４が固定排気管２３の周囲に回動可能に設けられている。
【００５９】
回動排気管２１の径大な開口部２４は、燃焼筒１０が回動排気管２１方向に移動した場合、その排出口１１が開口部２４内に挿入可能に形成されている。
【００６０】
また、回動排気管２１の開口部２４の外側にはロープ係止部２５が設けられ、このロープ係止部２５にロープ２６の一端が係止されている。ロープ２６の他端側は、固定排気管２３の近傍に固定された巻き取りプーリ２７に係止されており、巻き取りプーリ２７はモータＭの回転によってロープ２６を巻き取り、あるいは巻戻しする。ロープ２６の巻き取り動作によって、回動排気管２１は固定排気管２３に接続された管継ぎ手２２を支点として回動し、燃焼筒１０の排気口との対向位置から上方に移動して、燃焼筒１０が測定容器３１に結合される位置まで往復移動する際の妨げにならない位置に退避する。
【００６１】
燃焼・測定切替バルブＶ２は、燃焼筒１０が燃焼生成の動作の際は開放し、燃焼筒１０が測定動作の際は閉止するように作動する。
【００６２】
次に、測定系統３０について説明する。測定系統３０は、測定容器３１とこの測定容器３１に接続されている各種管路と、各種測定手段により形成されている。
【００６３】
測定容器３１は内部に２００Ｌの水を貯水する密閉された貯水室３３と、その中央部に貫通して設けられた燃焼室３４により構成されている。燃焼室３４は、入り口側の嵌合部３５および出口側の排出部３６の直径よりも中央部の直径が拡大された筒状に形成されている。燃焼室３４の入り口側の嵌合部３５には、燃焼筒１０の排出口１１が着脱自在に嵌合し、嵌合した状態で、燃焼筒１０と合体して、全体で一体化した燃焼筒を形成する。
【００６４】
測定容器３１の嵌合部３５の外側の対向した位置には、光電素子３７と光源３８が検知センサとして配置されている。この検知センサは、燃焼筒１０の測定容器３１への嵌合及び離脱状態が検知される。検知された信号は、後述する発熱量検出部３９と排気ガス検出部５１に入力される。
【００６５】
また、測定容器３１の上部には注入バルブＶ２１を介して接続された注入管４１と、圧力制御弁４２が設けられている。圧力制御弁４２は貯水室３３の水が加熱されて蒸気を発生した際に作動し、貯水室３３の内部の圧力を制御すると共に、連動するリミットスイッチ（不図示）が作動して発熱量検出部３９に蒸気が発生した信号を印加する。測定容器３１の下部には排水バルブＶ２２を介して排水管４３が接続されている。また、貯水室３３の各部には温度センサ４４が設けられている。なお、特に図示はしないが貯水室３３には水位を測定する水位計が設置されている。
【００６６】
燃焼室３４の排出部３６には分岐管４５が接続されている。分岐管４５の一方は第１流量調整バルブＶ２３を介して主排気管４６に接続されている。また、分岐管４５の他方は第２流量調整バルブＶ２４を介して戻し用分岐管５３に接続されている。
【００６７】
主排気管４６は、また、管路の途中で燃焼・測定切替バルブＶ２を介して排気ガス測定部４７に接続されている。主排気管４６は、高温の排気流を排気ガス測定部４７の上端部４８に導き、ここから大気中に排気する。上端部４８には排気ガス検出部５１が設置されている。なお、排気ガス中に粒子状浮遊物質等が混在している場合は落下して、排気ガス測定部４７の下端に設けられた集塵部４９に収納される。
【００６８】
戻し用分岐管５３の一方は第３流量調整バルブＶ２５を介してブロアーＢに接続されている。また、他方は第４流量調整バルブＶ２６を介して戻り排熱管３２に接続されている。
【００６９】
次に、上述の構成の発熱量および排気ガスの測定装置の動作について、燃焼生成系統の動作と測定系統の動作に分けて説明する。
【００７０】
＜燃焼系統の動作＞
図4は、発熱量および排気ガスの測定装置の燃焼系統の動作を説明する概略構成図である。なお、図4において、図3と同一個所には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。
【００７１】
すなわち、燃焼系統の動作は、バーナー１が装着された燃焼筒１０の排出口１１が、燃焼系統２０の回動排気管２１の開口部２４に挿入された状態で動作する。この場合、燃焼・測定切替バルブＶ２は開の状態になっている。
【００７２】
まず、バーナー１の空気供給ノズルから空気が送り込まれた状態で、予熱用点火ノズルから供給されるプロパンガス等の予熱ガスに点火され、燃焼筒１０内で燃焼し、燃焼筒１０の内部を予熱する。この予熱により、燃焼筒１０の内部が所定温度まで加熱されると、燃焼筒１０に設けられている温度センサが所定温度を検知する。この検知結果により、燃料供給バルブＶ４が開かれると共に、燃料供給部４に接続された定量ポンプＰが作動し、定量ずつの燃料がバーナー１に送り込まれる。同時に燃料噴射ノズル２が作動して送り込まれてきた燃料を旋回流として燃焼筒１０の内部に送り込み燃焼筒１０の内部で着火して火炎の旋回流を形成する。この着火により予熱ノズルは噴射を停止し、燃焼筒１０の内部では燃料の燃焼により火炎の旋回流が形成されてガス化燃焼状態になる。
【００７３】
例えば、エマルジョン燃料の場合は、高温の燃焼筒１０の内部に噴霧されたとき、燃料液滴中の水は瞬時に沸騰して、燃料液滴を微粒化（ミクロ爆発）する。これによって高速で高効率の燃焼を実現し、ＣＯや煤の生成を抑制できる。
【００７４】
しかも、燃焼筒１０は中央部１２の直径が拡大されているので、燃料噴射ノズル２から噴射された火炎の旋回流は、中央部１２で拡大された火炎の旋回流を形成する。この火炎の旋回流は、直進流に比べて燃焼筒１０の内部に長時間滞留して高効率に燃焼する。それにより、ほぼ完全燃焼の状態になる。
【００７５】
燃焼の際の排気ガスは、燃焼筒１０の排出口１１が挿入されている回動排気管２１の開口部２４からその内部に導かれる。この排気ガスは、さらに、回動排気管２１に連通している固定排気管２３と燃焼・測定切替バルブＶ２を経由して主排気管４６に導かれる。
【００７６】
主排気管４６では、各調整バルブＶ２３〜Ｖ２６がそれぞれ燃料に応じた開度に調整されると共にブロワーＢが動作している。したがって、主排気管４６に導かれた排気流の一部は図５で示す上方に向かい先端部４８から外部に排気される。残りの排気流は下方に向かいブロワーＢにより戻り排熱管３２を経由してバーナー１に２００℃程度の戻り排熱流として還流される。還流された戻り排熱流は、バーナー１に取り込まれると、バーナー１の取り込み口のガイド板に導かれて旋回流が形成される。したがって、この旋回流は、燃焼筒１０の内部で燃料噴射ノズル２から噴射された燃料の火炎の旋回流と合流して、強力な火炎の旋回流を形成し、燃焼筒１０の内部での燃料の滞留時間を長くしてより燃焼効率を高めている。
【００７７】
＜測定系統の動作＞
図5は、発熱量および排気ガスの測定装置における測定系統の動作を説明する概略構成図である。なお、図5において、図3と同一個所には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。
【００７８】
上述の燃焼系統の動作により、燃焼筒１０の温度センサが所定温度に燃焼筒１０の内部が到達したと検知すると、燃焼筒１０の内部ではガス化燃焼によるほぼ完全燃焼が行われている状態となる。
【００７９】
この状態に対しての発熱量および排気ガスの測定をおこなうには、まず、この状態で、燃焼筒１０の往復移動機構１３であるピニオン１３ｂを動作させてラック１３ａを移動させ、燃焼筒１０の排出口１１を回動排気管２１の開口部２４から離脱させる。離脱後に、モータＭを回転させて巻き取りプーリ２７を回転させ、ロープ２６を巻き取って回動排気管２１を、管継ぎ手２２を支点として回動させ、燃焼筒１０の排出口１１との対向位置から上方に移動する。それにより、燃焼筒１０が測定容器３１に対して往復移動する際の妨げにならない位置に退避する。その際、燃焼・測定切替バルブＶ２は閉止する。
【００８０】
次に、燃焼筒１０の往復移動機構を動作させて、燃焼筒１０を測定容器３１に向かって移動させる。燃焼筒１０の排気口を測定容器３１の嵌合部３５に嵌合させることにより、測定容器３１の燃焼室３４は、燃焼筒１０の排気口が嵌合部３５に嵌合された状態で、燃焼筒１０と合体して一体になり、全体で一体の燃焼筒を形成する。
【００８１】
この場合、測定容器３１の燃焼室３４は、中央部でその直径が拡大された構造であるので、燃焼室３４でも火炎の旋回流が長時間滞留する。それにより、貯水室３３の内部に満たされている水は沸騰するまで効率よく加熱される。加熱により貯水室３３内の水が沸騰すると貯水室３３の内部の圧力が高まり圧力制御弁４２が上昇する。この上昇動作に連動してリミットスイッチ（不図示）が動作して発熱量検出部３９のタイマ（不図示）を停止させる。
【００８２】
したがって、貯水室３３内の水２００リットルの水を初期温度から沸騰温度（１００℃）まで上昇させるために要した熱量（＝燃焼による発熱量）を得るための時間を測定することができる。また、その結果から、燃料ごとの燃焼筒での燃焼による単位時間当たりの発熱量も算出することができる。
【００８３】
加熱時間により水が得た熱量Ｑは、
Ｑ（ｃａｌ）＝ｍ（ｇ）×Ｔ（℃）
ｍ；加熱される水の質量、Ｔ；上昇温度
式で算出される。この熱量Ｑはすなわち、［水が得た熱量］＝[燃焼筒での発熱量]である。
【００８４】
この場合、燃焼筒１０と貯水室３３が予め一体に形成されている固定型のボイラの場合は、貯水室に貯水されている水は、燃焼筒の予熱の際の影響で加熱部に近いところが高温になる。そのため、貯水室に貯水されている水の初期状態は、温度勾配が生じていて温度が均一ではない。したがって、水の初期状態の温度を正確に特定しにくい。これに対して、本実施例の場合は、燃焼筒１０の予熱は貯水室３３と離間した位置でおこなわれる。そのため、燃焼筒１０の予熱による影響を排除することができる。したがって、測定開始時の貯水室３３の内部の水の温度は均一であり、それに対する沸騰温度との温度差を高精度に算出することが可能である。
【００８５】
もちろん、異なる燃料についての発熱量の比較は、それぞれの燃料について、沸騰するまでの時間を測定することにより比較することができる。
【００８６】
一方、排気ガスの測定は、主たる対象がＮＯｘ（窒素酸化物）濃度とＳＯｘ（イオウ酸化物）濃度である。測定は、燃焼筒１０が測定容器３１と一体になって燃焼している状態で、測定容器３１の排出部３６から排出されて主排気管４６を上昇した排気ガスを対象に排気ガス検出部５１で測定する。
【００８７】
すなわち、排気ガス検出部５１は、主排気管４６の末端である先端部４８の近傍にサンプリングプローブ５２を配置し、サンプリングプローブ５２の端部にＮＯｘセンサ（不図示）とＳＯｘセンサ（不図示）とを接続して、ＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度とを計測している。
【００８８】
サンプリングプローブ５２は、主排気管４６の排気ガス流に対して平行な方向に向くように直角に曲げられた中空バイプ型の吸引ノズルで、例えば硬質ガラス、石英、ステンレス鋼などの耐食性、耐熱性に優れた材料で作製されている。
【００８９】
ＮＯｘセンサは、特に限定はされないが公知のものを用いる。例えば、化学発光式ガス分析計であっても、ジルコニア式のものであってもよい。
【００９０】
また、ＳＯｘセンサも、公知の化学発光式ガス分析計を用いて計測することができる。
【００９１】
例えば、測定ガス中の窒素酸化物を化学発光方式で測定するには、ＮＯｘを含んだ試料ガスとオゾン（Ｏ3）とを反応槽に導き、一酸化窒素（ＮＯ）とＯ3との反応により発生する発光を光電子増倍管で検出することにより測定する。
【００９２】
また、試料ガス中のＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度とを同時に測定し、精度よく定量するためには、赤外線吸収法や紫外線吸収法を使用するか、あるいは、ＮＯｘとＳＯｘとで測定原理の異なる検出器を用いて別個に検出することもできる。
【産業上の利用可能性】
【００９３】
上述の動作により、燃焼中の燃料の発熱量の算出とＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度との測定を併せておこなうことができる。
【００９４】
なお、本発明は上記の実施形態のそのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記の実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【００９５】
１…バーナー、２…燃料噴射ノズル、３…燃料供給管路、４…燃料供給部、５ａ、５ｂ…管路、６…混合・攪拌機、７…温度計、８…プロペラ、１０…燃焼筒、１１…排出口、１２…中央部、１３…往復移動機構、１３ａ…ラック、１３ｂ…ピニオン、２０…燃焼生成排気系統、２１…回動排気管、２２…管継ぎ手、２３…固定排気管、２４…開口部、２５…ロープ係止部、２６…ロープ、２７…巻き取りプーリ、３０…測定系統、３１…測定容器、３２…戻り排熱管、３３…貯水室、３４…燃焼室、３５…嵌合部、３６…排出部、３７…光電素子、３８…光源、３９…発熱量検出部、４１…注入管、４２…圧力制御弁、４３…配水管、４４…温度センサ、４５…分岐管、４６…主排気管、４７…戻し用分岐管、４８…先端部、５１…排気ガス検出部、５２…サンプリングプローブ、６０…発熱量および排気ガスの測定装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体化石燃料である燃料油と水に物理的処理が施された機能水とに消石灰と尿素とを加え、一体に乳化されて超微粒子状態に生成されたエマルジョン燃料。
【請求項２】
前記燃料油はＣ重油であり、また、前記機能水は７，５００乃至８，５００Ｇの遠心力が付与された加圧水であることを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料。
【請求項３】
前記燃料油と前記機能水との混合比は、重量比で６０％対４０％であることを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料。
【請求項４】
前記燃料油と前記機能水の構成粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料。
【請求項５】
７５００Ｇ〜８５００Ｇの加速度を付与した遠心分離機により水を分離して得られる機能水を生成する工程と、この機能水に液体化石燃料である燃料油とともに消石灰および尿素を加えて攪拌する工程と、を備えたことを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項６】
前記燃料油と前記機能水との混合比は、重量比で６０％対４０％であることを特徴とする請求項５記載のエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項７】
前記燃料油と前記機能水の構成粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項６記載のエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項１】
液体化石燃料である燃料油と水に物理的処理が施された機能水とに消石灰と尿素とを加え、一体に乳化されて超微粒子状態に生成されたエマルジョン燃料。
【請求項２】
前記燃料油はＣ重油であり、また、前記機能水は７，５００乃至８，５００Ｇの遠心力が付与された加圧水であることを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料。
【請求項３】
前記燃料油と前記機能水との混合比は、重量比で６０％対４０％であることを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料。
【請求項４】
前記燃料油と前記機能水の構成粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１記載のエマルジョン燃料。
【請求項５】
７５００Ｇ〜８５００Ｇの加速度を付与した遠心分離機により水を分離して得られる機能水を生成する工程と、この機能水に液体化石燃料である燃料油とともに消石灰および尿素を加えて攪拌する工程と、を備えたことを特徴とするエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項６】
前記燃料油と前記機能水との混合比は、重量比で６０％対４０％であることを特徴とする請求項５記載のエマルジョン燃料の製造方法。
【請求項７】
前記燃料油と前記機能水の構成粒子の平均粒径は１μｍ〜５０μｍの範囲であることを特徴とする請求項６記載のエマルジョン燃料の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−７７４１８（Ｐ２０１０−７７４１８Ａ）
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９５９１５（Ｐ２００９−１９５９１５）
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（５０３４６５４８７）株式会社ブイエスディー (7)
【出願人】（５０７０２８９４１）株式会社フジミプラント (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２６日（２００９．８．２６）
【出願人】（５０３４６５４８７）株式会社ブイエスディー (7)
【出願人】（５０７０２８９４１）株式会社フジミプラント (5)
【Ｆターム（参考）】
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