発熱量および排気ガスの測定装置
【課題】高精度に効率よくエマルジョン燃料の燃焼時の発熱量を計測し、かつ、同時に排気ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を計測できる発熱量および排気ガスの測定装置を提供する。
【解決手段】燃料供給部４に接続されたバーナー１が装着された燃焼筒１０を、燃焼生成排気系統２０と測定系統３０とに対して移動自在に設ける。
【解決手段】燃料供給部４に接続されたバーナー１が装着された燃焼筒１０を、燃焼生成排気系統２０と測定系統３０とに対して移動自在に設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、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等の燃料を燃焼筒で燃焼した際の、発熱量および排気ガスの測定装置に関する。
【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、排気ガスのＮＯｘ（窒素酸化物）濃度やＳＯｘ（イオウ酸化物）濃度や煤塵濃度を減少させることへの要請が強まっている。
【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。すなわち、エマルジョン燃料は、高温の燃焼筒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】
エマルジョン燃料を製造する場合は、インライン型の混合装置である、スタティックミキサーや高圧ホモジナイザ等を用いて燃料を混合して製造している。
【０００５】
製造されたエマルジョン燃料としては、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】
また、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も知られている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、エマルジョン燃料は様々な種類が存在するためその評価が必要になる。つまり、ボイラー等の各種燃焼装置で使用する燃料として、様々な種類のエマルジョン燃料を評価するためには、燃料の燃焼時の発熱量や排気ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度等を適切に計測する必要がある。
【００１０】
しかしながら、現状では、効率よくエマルジョン燃料の燃焼時の発熱量を高精度で計測し、かつ、同時に排気ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度等を計測できる発熱量および排気ガスの測定装置は見当たらない。
【００１１】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、高精度に効率よくエマルジョン燃料の燃焼時の発熱量を計測し、かつ、同時に排気ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を計測できる発熱量および排気ガスの測定装置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】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る発熱量および排気ガスの測定装置は、燃料供給部に接続されたバーナーが装着され、所定方向に移動自在な燃焼筒と、この燃焼筒に着脱自在に結合して、前記燃焼筒とともに一体の燃焼室を形成する燃焼室及びその周囲に形成された貯水室を有する測定容器と、この測定容器が前記燃焼筒から分離された状態において、一端に設けられた開口部が前記燃焼筒の排出口に対向する位置に配置され、前記燃焼筒が前記測定容器に結合した状態において、前記燃焼筒の排出口に対向する位置から前記燃焼筒の移動を妨げない位置に退避するように設けられた回動排気管と、前記測定容器に設けられた発熱量測定部と、前記燃焼室の排出部に接続された排気管路と、この排気管路に設けられた排気ガス測定部と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の上記発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼筒の入り口側には、回動排気管からの排熱流あるいは前記測定容器の燃焼室からの排熱流が戻り排熱管により還流されて供給されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃料供給部から前記バーナーには定量ポンプにより定量の燃料が送り込まれることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼筒は中央部の直径が最大で、かつ、前記排出口の直径が最小であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼筒は、該燃焼筒に対するバーナーの位置が調整可能であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記測定容器には、この測定容器に前記燃焼筒が装着されたことを検知するセンサが設けられ、このセンサの出力信号により、前記発熱量測定部と前記排気ガス測定部とが作動することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記測定容器からの排熱流は、分岐管路により前記排気ガス測定部と前記燃焼筒とに分岐して導かれることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記測定容器には圧力制御弁が設けられ、該圧力制御弁に連動したリミットスイッチによって前記測定容器に貯水されている水の沸騰時間を検出することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記排気ガス測定部は、排気ガスのＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度を計測することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記バーナーは燃料の旋回流を発生する渦流式噴射ノズルを備え、この燃料噴射ノズルからの燃料の噴射により、前記燃焼筒の内部に火炎旋回流が形成されることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記戻り排熱管により還流される排熱流は、前記燃焼筒の入り口側の対称位置に形成されている一対の取り込み口から前記燃焼筒内に導入されることにより、前記バーナーとともに前記燃焼筒内に火炎の旋回流を形成することを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼筒は中央部の直径が最大で、かつ、前記排出口の直径が最小であることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記測定容器からの排熱流は、分岐管路により前記排気ガス測定部と前記燃焼筒とに分岐して導かれることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼室の排出部に接続された排気管路は、前記燃焼室の排出部に接続された分岐管と、この分岐管の一方に第１の流量調整バルブを介して一端が接続された主排気管とからなり、前記主排気管の他端は前記排気ガス測定部に接続されていることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記主排気管の途中には、前記測定容器の上方に配置された固定排気管の一端が燃焼・測定切替バルブを介して接続されており、また、前記固定排気管の他端には管継ぎ手が設けられており、この管継ぎ手により前記回動排気管が、この管継ぎ手の周囲に回動可能に接続されていることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記戻り排熱管はその長さが伸縮可能に形成されており、前記燃焼筒の移動機構は、ラック及びピニオン機構により構成されていることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記戻り排熱管は、前記燃焼室の排出部側の分岐管の他方に第２の流量調整バルブを介して接続されていることを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記戻り排熱管は、第３の流量調整バルブを介して戻し用分岐管の一端に接続され、この戻し用分岐管の他端は第４の流量調整バルブを介して送風機に接続されるとともに、前記戻り排熱管の第３の端部は前記第２の流量調整バルブを介して前記燃焼室排出部側の分岐管に接続されていることを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃料供給部は、純燃料油に水を混合してエマルジョン化したエマルジョン燃料を前記バーナーに供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、高精度に効率よくエマルジョン燃料の燃焼時の発熱量を計測でき、かつ、同時に排気ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の発熱量および排気ガスの測定装置の実施形態の一例を示す模式構成図。
【図２】本発明の発熱量および排気ガスの測定装置の燃焼生成系統の動作を説明する模式説明図。
【図３】本発明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。
【図４】本発明の発熱量および排気ガスの測定装置に燃料を供給する燃料供給部の模式構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置についての実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
【００３４】
図１は、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【００３５】
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燃焼させる燃焼筒１０と、この燃焼筒１０が選択的に結合する排気系統２０および測定系統３０から構成されている。
【００３６】
燃焼筒１０は、管軸に沿ってその直径が変化する水平に配置された筒状体であり、入り口にはバーナー１が、燃焼筒１０の内側に向けて炎を噴射するように、装着されている。燃焼筒１０の出口は開放され、燃焼排気ガスの排出口１１を形成している。燃焼筒１０は、バーナー１が装着されている入口から排出口１１に向って、徐々に直径が増加し中央部１２で最大になる。その後、直径は徐々に縮小し、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で示すように水平方向に往復移動が可能となっている。すなわち、燃焼筒１０の下部には、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。
【００３７】
燃焼筒１０に装着されたバーナー１には、図示しないが、燃料噴射ノズル２とその両側に空気供給ノズルおよび予熱用点火ノズルが列設されている。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、ノズル筒内に接線方向から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の内部に燃焼時の火炎による旋回流が形成される。
【００３８】
また、バーナー１の燃焼筒１０に対する装着位置や、バーナー１に対する燃料噴射ノズル２の突出長についてはそれぞれ調整可能な構造になっている。
【００３９】
また、燃焼筒１０には、燃焼筒１０の入り口近傍の対称位置に形成されている２個の排熱流取り込み口１０ａ、１０ｂが設けられている。この排熱流取り込み口１０ａ、１０ｂには、後述する測定容器３１から排出した排熱流が還流して送り込むための戻り排熱管３２が接続されている。この戻り排熱管３２は、例えばダイヤフラムのように、その長さが伸縮自在に形成されており、その端部は燃焼筒１０の排熱流取り込み口１０ａ、１０ｂのそれぞれに接続するために分岐されている。
【００４０】
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の対称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、図示しないが、燃焼筒１０の取り込み口１０ａ、１０ｂに設けられたガイド板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。
【００４１】
バーナー１には、燃焼筒１０の外部に設けられた燃料供給管路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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、燃焼生成排気系統２０について説明する。燃焼生成排気系統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、互いに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に接続された管継ぎ手２２の周囲に回動可能に設けられている。
【００４４】
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。
【００４５】
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プーリ２７に巻回されている。プーリ２７はモータＭの回転軸によって回転され、これによってロープ２６を巻き取り、あるいは巻戻す。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を中心として回動する。回動排気管２１の開口部２４は、燃焼筒１０の排気口に対向する位置から上方に移動する。この結果、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。
【００４６】
燃焼・測定切替バルブＶ２は、燃焼筒１０の燃焼動作の間は開放し、後述する測定動作の際は閉止するように作動する。
【００４７】
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。
【００４８】
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、その中央部に貯水室３３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。
【００４９】
測定容器３１の嵌合部３５の外側の対向した位置には、光電変換素子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。
【００５０】
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水管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、図示しないが、圧力制御弁４２に連動するリミットスイッチが作動してその出力信号を発熱量検出部３９に印加する。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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
＜燃焼生成系統の動作＞
図２は、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置の燃焼生成系統の動作を説明する概略構成図である。なお、図２において、図１と同一個所には同一符号を付して、重複を避けるため詳細な説明は省略する。
【００５６】
燃焼生成系統の動作においては、バーナー１が装着された燃焼筒１０の排出口１１が、燃焼生成排気系統２０の回動排気管２１の開口部２４に挿入されている。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。
【００５７】
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る。予熱ガスの燃焼により、燃焼筒１０の内部が予熱される。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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
燃焼の際の排気ガスは、燃焼筒１０の排出口１１から、それが挿入されている回動排気管２１の開口部２４を介して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。
【００６１】
主排気管４６の端部に接続された第１流量調整バルブＶ２３および燃焼室３４の排出部３６側の分岐管４５に接続された第２流量調整バルブＶ２４は開かれている。また、分岐管４５の他端に接続された調整バルブＶ２４、戻し用分岐管４７に接続された流量調整バルブＶ２５、Ｖ２６も開かれており、これらの調整バルブＶ２４〜Ｖ２６を介してブロワーＢからの風が送り込まれる。したがって、主排気管４６に導かれた燃焼室３４からの排気流の一部は図２で示すように上方に向かい上端部４８から外部に排気される。燃焼室３４からの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を経由して燃焼室３４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、燃焼室３４に取り込まれると、取り込み口１０ａ、１０ｂ近傍に設けられたガイド板（図示せず）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。
【００６２】
＜測定系統の動作＞
図３は、本発明の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３において、図１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。
【００６３】
上述の燃焼生成系統の動作において、燃焼筒１０の温度センサが、燃焼筒１０の内部が所定温度に到達したと検知する。この所定温度においては、燃焼筒１０の内部は、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っている。
【００６４】
この状態において、燃焼筒１０内の燃料の燃焼による発熱量および排気ガスの測定は次のように行われる。まず、燃焼筒１０の往復移動機構１３であるピニオン１３ｂを回転させてラック１３ａを図の左方向に移動させ、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。その後に、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る。回動排気管２１は燃焼筒１０の排出口１１との対向位置から上方に移動し、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。
【００６５】
次に、燃焼筒１０の往復移動機構を動作させて、燃焼筒１０を図の右方向、すなわち、測定容器３１に向かって移動させる。燃焼筒１０はその排気口が測定容器３１の嵌合部３５に嵌合される。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。
【００６６】
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。なお、このタイマは、燃焼筒１０の排気口が測定容器３１の嵌合部３５に嵌合され、全体で一体の燃焼筒を形成した時点において計測動作を開始するものとする。
【００６７】
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。
【００６８】
ところで、上記燃焼筒での加熱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。
【００６９】
この場合、燃焼筒１０と貯水室３３が予め一体に形成された固定型のボイラーの場合は、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
すなわち、排気ガス検出部５１は、主排気管４６の上端部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。
【００７３】
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パ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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
次に、上述の測定装置６０に測定対象の燃料を供給する燃料供給部４について説明する。上述の説明で、バーナー１には、燃料供給管路３が接続されており、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。それにより、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に供給されことを説明した。
【００８０】
つまり、燃料供給部４は、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としての機能を有している。
【００８１】
図４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である燃料供給部４の概略構成図である。
【００８２】
燃料供給部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、それぞれバルブＶａ、Ｖｂを介して管路５ａ、５ｂで混合・攪拌機６に入力できるように接続されている。
【００８３】
混合・攪拌機６としては、公知のものを使用することができる。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、ホモジナイザ等の高せん断速度の撹拌装置を有効に用いることができる。
【００８４】
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。
【００８５】
混合・攪拌機６の出力側は、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。
【００８６】
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】
【００８７】
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…注水管、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…上端部、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、例えば、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等の燃料を燃焼筒で燃焼した際の、発熱量および排気ガスの測定装置に関する。
【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、排気ガスのＮＯｘ（窒素酸化物）濃度やＳＯｘ（イオウ酸化物）濃度や煤塵濃度を減少させることへの要請が強まっている。
【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。すなわち、エマルジョン燃料は、高温の燃焼筒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】
エマルジョン燃料を製造する場合は、インライン型の混合装置である、スタティックミキサーや高圧ホモジナイザ等を用いて燃料を混合して製造している。
【０００５】
製造されたエマルジョン燃料としては、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】
また、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も知られている（例えば、特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【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
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、エマルジョン燃料は様々な種類が存在するためその評価が必要になる。つまり、ボイラー等の各種燃焼装置で使用する燃料として、様々な種類のエマルジョン燃料を評価するためには、燃料の燃焼時の発熱量や排気ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度等を適切に計測する必要がある。
【００１０】
しかしながら、現状では、効率よくエマルジョン燃料の燃焼時の発熱量を高精度で計測し、かつ、同時に排気ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度等を計測できる発熱量および排気ガスの測定装置は見当たらない。
【００１１】
本発明はこれらの事情に基づいてなされたもので、高精度に効率よくエマルジョン燃料の燃焼時の発熱量を計測し、かつ、同時に排気ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を計測できる発熱量および排気ガスの測定装置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】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る発熱量および排気ガスの測定装置は、燃料供給部に接続されたバーナーが装着され、所定方向に移動自在な燃焼筒と、この燃焼筒に着脱自在に結合して、前記燃焼筒とともに一体の燃焼室を形成する燃焼室及びその周囲に形成された貯水室を有する測定容器と、この測定容器が前記燃焼筒から分離された状態において、一端に設けられた開口部が前記燃焼筒の排出口に対向する位置に配置され、前記燃焼筒が前記測定容器に結合した状態において、前記燃焼筒の排出口に対向する位置から前記燃焼筒の移動を妨げない位置に退避するように設けられた回動排気管と、前記測定容器に設けられた発熱量測定部と、前記燃焼室の排出部に接続された排気管路と、この排気管路に設けられた排気ガス測定部と、を有することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の上記発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼筒の入り口側には、回動排気管からの排熱流あるいは前記測定容器の燃焼室からの排熱流が戻り排熱管により還流されて供給されることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃料供給部から前記バーナーには定量ポンプにより定量の燃料が送り込まれることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼筒は中央部の直径が最大で、かつ、前記排出口の直径が最小であることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼筒は、該燃焼筒に対するバーナーの位置が調整可能であることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記測定容器には、この測定容器に前記燃焼筒が装着されたことを検知するセンサが設けられ、このセンサの出力信号により、前記発熱量測定部と前記排気ガス測定部とが作動することを特徴とするものである。
【００１８】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記測定容器からの排熱流は、分岐管路により前記排気ガス測定部と前記燃焼筒とに分岐して導かれることを特徴とするものである。
【００１９】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記測定容器には圧力制御弁が設けられ、該圧力制御弁に連動したリミットスイッチによって前記測定容器に貯水されている水の沸騰時間を検出することを特徴とするものである。
【００２０】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記排気ガス測定部は、排気ガスのＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度を計測することを特徴とするものである。
【００２１】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記バーナーは燃料の旋回流を発生する渦流式噴射ノズルを備え、この燃料噴射ノズルからの燃料の噴射により、前記燃焼筒の内部に火炎旋回流が形成されることを特徴とするものである。
【００２２】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記戻り排熱管により還流される排熱流は、前記燃焼筒の入り口側の対称位置に形成されている一対の取り込み口から前記燃焼筒内に導入されることにより、前記バーナーとともに前記燃焼筒内に火炎の旋回流を形成することを特徴とするものである。
【００２３】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼筒は中央部の直径が最大で、かつ、前記排出口の直径が最小であることを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記測定容器からの排熱流は、分岐管路により前記排気ガス測定部と前記燃焼筒とに分岐して導かれることを特徴とするものである。
【００２５】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃焼室の排出部に接続された排気管路は、前記燃焼室の排出部に接続された分岐管と、この分岐管の一方に第１の流量調整バルブを介して一端が接続された主排気管とからなり、前記主排気管の他端は前記排気ガス測定部に接続されていることを特徴とするものである。
【００２６】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記主排気管の途中には、前記測定容器の上方に配置された固定排気管の一端が燃焼・測定切替バルブを介して接続されており、また、前記固定排気管の他端には管継ぎ手が設けられており、この管継ぎ手により前記回動排気管が、この管継ぎ手の周囲に回動可能に接続されていることを特徴とするものである。
【００２７】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記戻り排熱管はその長さが伸縮可能に形成されており、前記燃焼筒の移動機構は、ラック及びピニオン機構により構成されていることを特徴とするものである。
【００２８】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記戻り排熱管は、前記燃焼室の排出部側の分岐管の他方に第２の流量調整バルブを介して接続されていることを特徴とするものである。
【００２９】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記戻り排熱管は、第３の流量調整バルブを介して戻し用分岐管の一端に接続され、この戻し用分岐管の他端は第４の流量調整バルブを介して送風機に接続されるとともに、前記戻り排熱管の第３の端部は前記第２の流量調整バルブを介して前記燃焼室排出部側の分岐管に接続されていることを特徴とするものである。
【００３０】
また、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置においては、前記燃料供給部は、純燃料油に水を混合してエマルジョン化したエマルジョン燃料を前記バーナーに供給することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００３１】
本発明によれば、高精度に効率よくエマルジョン燃料の燃焼時の発熱量を計測でき、かつ、同時に排気ガスのＮＯｘ濃度やＳＯｘ濃度を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の発熱量および排気ガスの測定装置の実施形態の一例を示す模式構成図。
【図２】本発明の発熱量および排気ガスの測定装置の燃焼生成系統の動作を説明する模式説明図。
【図３】本発明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。
【図４】本発明の発熱量および排気ガスの測定装置に燃料を供給する燃料供給部の模式構成図。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
以下、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置についての実施するための最良の形態を、図面を参照して説明する。
【００３４】
図１は、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置の実施形態の一例を示す概略構成図である。
【００３５】
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燃焼させる燃焼筒１０と、この燃焼筒１０が選択的に結合する排気系統２０および測定系統３０から構成されている。
【００３６】
燃焼筒１０は、管軸に沿ってその直径が変化する水平に配置された筒状体であり、入り口にはバーナー１が、燃焼筒１０の内側に向けて炎を噴射するように、装着されている。燃焼筒１０の出口は開放され、燃焼排気ガスの排出口１１を形成している。燃焼筒１０は、バーナー１が装着されている入口から排出口１１に向って、徐々に直径が増加し中央部１２で最大になる。その後、直径は徐々に縮小し、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で示すように水平方向に往復移動が可能となっている。すなわち、燃焼筒１０の下部には、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。
【００３７】
燃焼筒１０に装着されたバーナー１には、図示しないが、燃料噴射ノズル２とその両側に空気供給ノズルおよび予熱用点火ノズルが列設されている。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、ノズル筒内に接線方向から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の内部に燃焼時の火炎による旋回流が形成される。
【００３８】
また、バーナー１の燃焼筒１０に対する装着位置や、バーナー１に対する燃料噴射ノズル２の突出長についてはそれぞれ調整可能な構造になっている。
【００３９】
また、燃焼筒１０には、燃焼筒１０の入り口近傍の対称位置に形成されている２個の排熱流取り込み口１０ａ、１０ｂが設けられている。この排熱流取り込み口１０ａ、１０ｂには、後述する測定容器３１から排出した排熱流が還流して送り込むための戻り排熱管３２が接続されている。この戻り排熱管３２は、例えばダイヤフラムのように、その長さが伸縮自在に形成されており、その端部は燃焼筒１０の排熱流取り込み口１０ａ、１０ｂのそれぞれに接続するために分岐されている。
【００４０】
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の対称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、図示しないが、燃焼筒１０の取り込み口１０ａ、１０ｂに設けられたガイド板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。
【００４１】
バーナー１には、燃焼筒１０の外部に設けられた燃料供給管路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。
【００４２】
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。
【００４３】
次に、燃焼生成排気系統２０について説明する。燃焼生成排気系統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、互いに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に接続された管継ぎ手２２の周囲に回動可能に設けられている。
【００４４】
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。
【００４５】
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プーリ２７に巻回されている。プーリ２７はモータＭの回転軸によって回転され、これによってロープ２６を巻き取り、あるいは巻戻す。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を中心として回動する。回動排気管２１の開口部２４は、燃焼筒１０の排気口に対向する位置から上方に移動する。この結果、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。
【００４６】
燃焼・測定切替バルブＶ２は、燃焼筒１０の燃焼動作の間は開放し、後述する測定動作の際は閉止するように作動する。
【００４７】
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。
【００４８】
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、その中央部に貯水室３３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。
【００４９】
測定容器３１の嵌合部３５の外側の対向した位置には、光電変換素子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。
【００５０】
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水管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、図示しないが、圧力制御弁４２に連動するリミットスイッチが作動してその出力信号を発熱量検出部３９に印加する。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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
＜燃焼生成系統の動作＞
図２は、本発明の発熱量および排気ガスの測定装置の燃焼生成系統の動作を説明する概略構成図である。なお、図２において、図１と同一個所には同一符号を付して、重複を避けるため詳細な説明は省略する。
【００５６】
燃焼生成系統の動作においては、バーナー１が装着された燃焼筒１０の排出口１１が、燃焼生成排気系統２０の回動排気管２１の開口部２４に挿入されている。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。
【００５７】
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る。予熱ガスの燃焼により、燃焼筒１０の内部が予熱される。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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
燃焼の際の排気ガスは、燃焼筒１０の排出口１１から、それが挿入されている回動排気管２１の開口部２４を介して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。
【００６１】
主排気管４６の端部に接続された第１流量調整バルブＶ２３および燃焼室３４の排出部３６側の分岐管４５に接続された第２流量調整バルブＶ２４は開かれている。また、分岐管４５の他端に接続された調整バルブＶ２４、戻し用分岐管４７に接続された流量調整バルブＶ２５、Ｖ２６も開かれており、これらの調整バルブＶ２４〜Ｖ２６を介してブロワーＢからの風が送り込まれる。したがって、主排気管４６に導かれた燃焼室３４からの排気流の一部は図２で示すように上方に向かい上端部４８から外部に排気される。燃焼室３４からの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を経由して燃焼室３４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、燃焼室３４に取り込まれると、取り込み口１０ａ、１０ｂ近傍に設けられたガイド板（図示せず）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。
【００６２】
＜測定系統の動作＞
図３は、本発明の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３において、図１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。
【００６３】
上述の燃焼生成系統の動作において、燃焼筒１０の温度センサが、燃焼筒１０の内部が所定温度に到達したと検知する。この所定温度においては、燃焼筒１０の内部は、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っている。
【００６４】
この状態において、燃焼筒１０内の燃料の燃焼による発熱量および排気ガスの測定は次のように行われる。まず、燃焼筒１０の往復移動機構１３であるピニオン１３ｂを回転させてラック１３ａを図の左方向に移動させ、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。その後に、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る。回動排気管２１は燃焼筒１０の排出口１１との対向位置から上方に移動し、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。
【００６５】
次に、燃焼筒１０の往復移動機構を動作させて、燃焼筒１０を図の右方向、すなわち、測定容器３１に向かって移動させる。燃焼筒１０はその排気口が測定容器３１の嵌合部３５に嵌合される。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。
【００６６】
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。なお、このタイマは、燃焼筒１０の排気口が測定容器３１の嵌合部３５に嵌合され、全体で一体の燃焼筒を形成した時点において計測動作を開始するものとする。
【００６７】
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。
【００６８】
ところで、上記燃焼筒での加熱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。
【００６９】
この場合、燃焼筒１０と貯水室３３が予め一体に形成された固定型のボイラーの場合は、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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
すなわち、排気ガス検出部５１は、主排気管４６の上端部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。
【００７３】
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パ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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
次に、上述の測定装置６０に測定対象の燃料を供給する燃料供給部４について説明する。上述の説明で、バーナー１には、燃料供給管路３が接続されており、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。それにより、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に供給されことを説明した。
【００８０】
つまり、燃料供給部４は、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としての機能を有している。
【００８１】
図４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である燃料供給部４の概略構成図である。
【００８２】
燃料供給部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、それぞれバルブＶａ、Ｖｂを介して管路５ａ、５ｂで混合・攪拌機６に入力できるように接続されている。
【００８３】
混合・攪拌機６としては、公知のものを使用することができる。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、ホモジナイザ等の高せん断速度の撹拌装置を有効に用いることができる。
【００８４】
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。
【００８５】
混合・攪拌機６の出力側は、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。
【００８６】
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】
【００８７】
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…注水管、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…上端部、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】
燃料供給部に接続されたバーナーが装着され、所定方向に移動自在な燃焼筒と、
この燃焼筒に着脱自在に結合して、前記燃焼筒とともに一体の燃焼室を形成する燃焼室及びその周囲に形成された貯水室を有する測定容器と、
この測定容器が前記燃焼筒から分離された状態において、一端に設けられた開口部が前記燃焼筒の排出口に対向する位置に配置され、前記燃焼筒が前記測定容器に結合した状態において、前記燃焼筒の排出口に対向する位置から前記燃焼筒の移動を妨げない位置に退避するように設けられた回動排気管と、
前記測定容器に設けられた発熱量測定部と、前記燃焼室の排出部に接続された排気管路と、
この排気管路に設けられた排気ガス測定部と、
を有することを特徴とする発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項２】
前記燃焼筒の入り口側には、回動排気管からの排熱流あるいは前記測定容器の燃焼室からの排熱流が戻り排熱管により還流されて供給されることを特徴とする請求項１記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項３】
前記燃料供給部から前記バーナーには定量ポンプにより定量の燃料が送り込まれることを特徴とする請求項２記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項４】
前記燃焼筒は中央部の直径が最大で、かつ、前記排出口の直径が最小であることを特徴とする請求項３記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項５】
前記燃焼筒は、該燃焼筒に対するバーナーの位置が調整可能であることを特徴とする請求項４記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項６】
前記測定容器には、この測定容器に前記燃焼筒が装着されたことを検知するセンサが設けられ、このセンサの出力信号により、前記発熱量測定部と前記排気ガス測定部とが作動することを特徴とする請求項５記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項７】
前記測定容器からの排熱流は、分岐管路により前記排気ガス測定部と前記燃焼筒とに分岐して導かれることを特徴とする請求項６記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項８】
前記測定容器には圧力制御弁が設けられ、該圧力制御弁に連動したリミットスイッチによって前記測定容器に貯水されている水の沸騰時間を検出することを特徴とする請求項７記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項９】
前記排気ガス測定部は、排気ガスのＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度を計測することを特徴とする請求項８記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１０】
前記バーナーは燃料の旋回流を発生する渦流式噴射ノズルを備え、この燃料噴射ノズルからの燃料の噴射により、前記燃焼筒の内部に火炎旋回流が形成されることを特徴とする請求項２記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１１】
前記戻り排熱管により還流される排熱流は、前記燃焼筒の入り口側の対称位置に形成されている一対の取り込み口から前記燃焼筒内に導入されることにより、前記バーナーとともに前記燃焼筒内に火炎の旋回流を形成することを特徴とする請求項１０記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１２】
前記燃焼筒は中央部の直径が最大で、かつ、前記排出口の直径が最小であることを特徴とする請求項１１記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１３】
前記測定容器からの排熱流は、分岐管路により前記排気ガス測定部と前記燃焼筒とに分岐して導かれることを特徴とする請求項６記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１４】
前記燃焼室の排出部に接続された排気管路は、前記燃焼室の排出部に接続された分岐管と、この分岐管の一方に第１の流量調整バルブを介して一端が接続された主排気管とからなり、前記主排気管の他端は前記排気ガス測定部に接続されていることを特徴とする請求項１３記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１５】
前記主排気管の途中には、前記測定容器の上方に配置された固定排気管の一端が燃焼・測定切替バルブを介して接続されており、また、前記固定排気管の他端には管継ぎ手が設けられており、この管継ぎ手により前記回動排気管が、この管継ぎ手の周囲に回動可能に接続されていることを特徴とする請求項１４記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１６】
前記戻り排熱管はその長さが伸縮可能に形成されており、前記燃焼筒の移動機構は、ラック及びピニオン機構により構成されていることを特徴とする請求項１５記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１７】
前記戻り排熱管は、前記燃焼室の排出部側の分岐管の他方に第２の流量調整バルブを介して接続されていることを特徴とする請求項１６記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１８】
前記戻り排熱管は、第３の流量調整バルブを介して戻し用分岐管の一端に接続され、この戻し用分岐管の他端は第４の流量調整バルブを介して送風機に接続されるとともに、前記戻り排熱管の第３の端部は前記第２の流量調整バルブを介して前記燃焼室排出部側の分岐管に接続されていることを特徴とする請求項１７記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１９】
前記燃料供給部は、純燃料油に水を混合してエマルジョン化したエマルジョン燃料を前記バーナーに供給することを特徴とする請求項１８記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１】
燃料供給部に接続されたバーナーが装着され、所定方向に移動自在な燃焼筒と、
この燃焼筒に着脱自在に結合して、前記燃焼筒とともに一体の燃焼室を形成する燃焼室及びその周囲に形成された貯水室を有する測定容器と、
この測定容器が前記燃焼筒から分離された状態において、一端に設けられた開口部が前記燃焼筒の排出口に対向する位置に配置され、前記燃焼筒が前記測定容器に結合した状態において、前記燃焼筒の排出口に対向する位置から前記燃焼筒の移動を妨げない位置に退避するように設けられた回動排気管と、
前記測定容器に設けられた発熱量測定部と、前記燃焼室の排出部に接続された排気管路と、
この排気管路に設けられた排気ガス測定部と、
を有することを特徴とする発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項２】
前記燃焼筒の入り口側には、回動排気管からの排熱流あるいは前記測定容器の燃焼室からの排熱流が戻り排熱管により還流されて供給されることを特徴とする請求項１記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項３】
前記燃料供給部から前記バーナーには定量ポンプにより定量の燃料が送り込まれることを特徴とする請求項２記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項４】
前記燃焼筒は中央部の直径が最大で、かつ、前記排出口の直径が最小であることを特徴とする請求項３記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項５】
前記燃焼筒は、該燃焼筒に対するバーナーの位置が調整可能であることを特徴とする請求項４記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項６】
前記測定容器には、この測定容器に前記燃焼筒が装着されたことを検知するセンサが設けられ、このセンサの出力信号により、前記発熱量測定部と前記排気ガス測定部とが作動することを特徴とする請求項５記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項７】
前記測定容器からの排熱流は、分岐管路により前記排気ガス測定部と前記燃焼筒とに分岐して導かれることを特徴とする請求項６記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項８】
前記測定容器には圧力制御弁が設けられ、該圧力制御弁に連動したリミットスイッチによって前記測定容器に貯水されている水の沸騰時間を検出することを特徴とする請求項７記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項９】
前記排気ガス測定部は、排気ガスのＮＯｘ濃度とＳＯｘ濃度を計測することを特徴とする請求項８記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１０】
前記バーナーは燃料の旋回流を発生する渦流式噴射ノズルを備え、この燃料噴射ノズルからの燃料の噴射により、前記燃焼筒の内部に火炎旋回流が形成されることを特徴とする請求項２記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１１】
前記戻り排熱管により還流される排熱流は、前記燃焼筒の入り口側の対称位置に形成されている一対の取り込み口から前記燃焼筒内に導入されることにより、前記バーナーとともに前記燃焼筒内に火炎の旋回流を形成することを特徴とする請求項１０記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１２】
前記燃焼筒は中央部の直径が最大で、かつ、前記排出口の直径が最小であることを特徴とする請求項１１記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１３】
前記測定容器からの排熱流は、分岐管路により前記排気ガス測定部と前記燃焼筒とに分岐して導かれることを特徴とする請求項６記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１４】
前記燃焼室の排出部に接続された排気管路は、前記燃焼室の排出部に接続された分岐管と、この分岐管の一方に第１の流量調整バルブを介して一端が接続された主排気管とからなり、前記主排気管の他端は前記排気ガス測定部に接続されていることを特徴とする請求項１３記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１５】
前記主排気管の途中には、前記測定容器の上方に配置された固定排気管の一端が燃焼・測定切替バルブを介して接続されており、また、前記固定排気管の他端には管継ぎ手が設けられており、この管継ぎ手により前記回動排気管が、この管継ぎ手の周囲に回動可能に接続されていることを特徴とする請求項１４記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１６】
前記戻り排熱管はその長さが伸縮可能に形成されており、前記燃焼筒の移動機構は、ラック及びピニオン機構により構成されていることを特徴とする請求項１５記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１７】
前記戻り排熱管は、前記燃焼室の排出部側の分岐管の他方に第２の流量調整バルブを介して接続されていることを特徴とする請求項１６記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１８】
前記戻り排熱管は、第３の流量調整バルブを介して戻し用分岐管の一端に接続され、この戻し用分岐管の他端は第４の流量調整バルブを介して送風機に接続されるとともに、前記戻り排熱管の第３の端部は前記第２の流量調整バルブを介して前記燃焼室排出部側の分岐管に接続されていることを特徴とする請求項１７記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【請求項１９】
前記燃料供給部は、純燃料油に水を混合してエマルジョン化したエマルジョン燃料を前記バーナーに供給することを特徴とする請求項１８記載の発熱量および排気ガスの測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−７８５９４（Ｐ２０１０−７８５９４Ａ）
【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２００９−１９５９１３（Ｐ２００９−１９５９１３）
【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）】
[ Back to top ]