特許 7045213 燃料の燃焼装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-03-23

(45)【発行日】2022-03-31

(54)【発明の名称】燃料の燃焼装置

(51)【国際特許分類】

   F23C 1/00 20060101AFI20220324BHJP

   F23D 17/00 20060101ALI20220324BHJP

   F23K 5/00 20060101ALI20220324BHJP

【ＦＩ】

F23C1/00 301

F23D17/00 A

F23K5/00 303

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2018022676

(22)【出願日】2018-02-13

(65)【公開番号】P2019138565

(43)【公開日】2019-08-22

【審査請求日】2020-11-24

(73)【特許権者】

【識別番号】519048584

【氏名又は名称】株式会社セイブ・ザ・プラネット

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】泉 光宏

【審査官】河野 俊二

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１３０６１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２１０５０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０６０９９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－０７１７０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－２７２５１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－２３３６５５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２３Ｃ １／００

Ｆ２３Ｄ １７／００

Ｆ２３Ｋ ５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼筒と、この燃焼筒の中に第一燃料を含む混合気体を旋回気流として送り込む燃料投入器と、この燃焼筒内で上記混合気体が滞留する場所にその点火をさせる部分が位置する点火器とを備え、
上記燃焼筒が、胴部と前蓋部とを備えており、
上記前蓋部に、上記混合気体が送り込まれる環状の投入口が設けられており、
複数の上記点火器が、上記投入口に囲まれた上記前蓋部の領域に配置されている燃料の燃焼装置。

【請求項2】

上記投入口に囲まれた領域が円形を呈しており、
上記複数の点火器が、上記領域の同心円上に配置されている請求項１に記載の燃焼装置。

【請求項3】

上記投入口に囲まれた領域が円形を呈しており、
上記複数の点火器が、上記領域内で渦巻き状に配置されている請求項１に記載の燃焼装置。

【請求項4】

燃焼筒と、この燃焼筒の中に第一燃料を含む混合気体を旋回気流として送り込む燃料投入器と、この燃焼筒内で上記混合気体が滞留する場所にその点火をさせる部分が位置する点火器とを備え、
上記燃焼筒が胴部と前蓋部とを備えており、
上記前蓋部に、上記混合気体が送り込まれる投入口が設けられており、
複数の上記点火器が、上記前蓋部において投入口の周囲を囲むように配置されている燃料の燃焼装置。

【請求項5】

上記投入口が円形を呈しており、上記複数の点火器がこの投入口の同心円上に配置されている請求項４に記載の燃焼装置。

【請求項6】

上記第一燃料がアンモニアである請求項１から５のいずれかに記載の燃焼装置。

【請求項7】

上記複数の点火器が、同時に駆動される請求項１から６のいずれかに記載の燃焼装置

【請求項8】

上記混合気体を作る混合器をさらに備え、
この混合器が、上記第一燃料より燃焼性の高い第二燃料を混合する機能を備える請求項１から７のいずれかに記載の燃焼装置。

【請求項9】

上記混合器が、燃焼開始からの時間によって上記第一燃料及び第二燃料の混合量を制御しうる請求項８に記載の燃焼装置。

【請求項10】

上記燃焼筒内の温度を計測する温度センサをさらに備え、上記混合器が、この温度の計測結果から上記第一燃料及び第二燃料の混合量を制御しうる請求項８又は９に記載の燃焼装置。

【請求項11】

上記第二燃料がメタンである請求項８から１０のいずれかに記載の燃焼装置。

【請求項12】

燃焼筒と、この燃焼筒の中にアンモニアを含む混合気体を旋回気流として送り込む燃料投入器と、この燃焼筒内で上記混合気体が滞留する場所にその点火をさせる部分が位置する点火器と、上記混合気体を作る混合器と、上記燃焼筒内の温度を計測する温度センサとを備え、
上記混合器が、メタンを混合する機能を備え、
上記混合器が、上記温度の計測結果から上記アンモニア及びメタンの混合量を制御しうる燃焼装置。

【請求項13】

胴部と前蓋部とを備え、この前蓋部に混合気体が送り込まれる環状の投入口が設けられており、複数の点火器が、上記投入口に囲まれた上記前蓋部の領域に配置されている燃焼筒を用い、この燃焼筒の中に第一燃料を含む混合気体を旋回気流として送り込みつつ、この燃焼筒内で上記混合気体が滞留する場所において、上記点火器でこの混合気体に点火をする燃料の燃焼方法。

【請求項14】

胴部と前蓋部とを備え、この前蓋部に混合気体が送り込まれる投入口が設けられており、複数の点火器が、上記前蓋部において投入口の周囲を囲むように配置されている燃焼筒を用い、この燃焼筒の中に第一燃料を含む混合気体を旋回気流として送り込みつつ、この燃焼筒内で上記混合気体が滞留する場所において、上記点火器でこの混合気体に点火をする燃料の燃焼方法。

【請求項15】

第一燃料と、この第一燃料より燃焼性の高い第二燃料とを含む混合気体が送り込まれる初期燃焼ステップ
及び
上記初期燃焼ステップよりも上記第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる定常燃焼ステップ
を含む請求項１３又は１４に記載の燃焼方法。

【請求項16】

上記初期燃焼ステップでは、時間の経過とともに上記混合気体における上記第二燃料の混合量を減らす請求項１５に記載の燃焼方法。

【請求項17】

上記初期燃焼ステップでは、燃焼筒内の温度の上昇とともに上記混合気体における上記第二燃料の混合量を減らす請求項１５に記載の燃焼方法。

【請求項18】

上記定常燃焼ステップでは、第二燃料の混合量が０である請求項１５から１７のいずれかに記載の燃焼方法。

【請求項19】

燃焼筒の中にアンモニアを含む混合気体を旋回気流として送り込みつつ、この燃焼筒内で上記混合気体が滞留する場所において、点火器でこの混合気体に点火をする燃料の燃焼方法であって、
アンモニアとメタンとを含む混合気体が送り込まれる初期燃焼ステップ
及び
上記初期燃焼ステップよりも上記メタンの混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる定常燃焼ステップ
を含み、
上記初期燃焼ステップでは、燃焼筒内の温度の上昇とともに上記混合気体における上記メタンの混合量を減らす燃料の燃焼方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料の燃焼装置に関する。詳細には、アンモニア等の難燃性の燃料の燃焼装置に関する。

【背景技術】

【0002】

長年、種々の燃焼装置の主な燃料として、石油や天然ガス等の化石燃料が使用されてきた。しかし、化石燃料は炭素を含むため、これらを燃やすと二酸化炭素が発生する。二酸化炭素は、地球温暖化の要因として、近年その排出量を減らすことが求められている。これらの炭素系の燃料の代わりとなる、二酸化炭素を排出しない燃料が求められている。

【0003】

炭素系の燃料に代わる燃料として、アンモニアへの期待が高まっている。アンモニアは炭素を含まないため、燃焼しても二酸化炭素を排出しない。アンモニアは既に肥料として多く使用されており、安価でありかつ安定供給も可能である。アンモニアは液化圧力がＬＰＧと同等で、室温で液体貯蔵が可能である。アンモニアは、炭素系の燃料の代替燃料として、多くの利点を有している。

【0004】

一方で、アンモニアは難燃性である。炭素系の燃料の点火エネルギーが８０ｍＪから１２０ｍＪ程度であるのに対して、アンモニアには、４００ｍＪから６００ｍＪ程度の点火エネルギーが必要となる。また、アンモニアの層流燃焼速度は、炭素系の燃料の層流燃焼速度に対して７倍程度遅い。この難燃性のアンモニアを燃料とした内燃機関についての検討が、特開２０１０－１５９７０５公報で報告されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１０－１５９７０５公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、アンモニア燃料といった難燃性燃料を燃焼させる場合には、現在普及している燃焼装置と比較して、燃料の初期着火が非常に困難である上、着火状態の安定化といった面でも多くのディスアドバンテージを伴う。従って、アンモニア燃料を用いた燃焼装置では、これを各種の分野で実用化させるにあたり、着火燃焼を適正かつ容易に実現させるための検討事項が今なお山積されている。

【0007】

本発明の目的は、難燃性燃料の着火及びその安定化に資する難燃性燃料の燃焼装置を提供する点にある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る燃料の燃焼装置は、燃焼筒と、この燃焼筒の中に第一燃料を含む混合気体を旋回気流として送り込む燃料投入器と、この燃焼筒内で混合気体が滞留する場所にその点火させる部分が位置する点火器とを備える。

【0009】

好ましくは、上記第一燃料はアンモニアである。

【0010】

好ましくは、上記燃焼筒が胴部と前蓋部とを備えており、上記前蓋部に上記混合気体が送り込まれる環状の投入口が設けられており、複数の上記点火器が上記投入口に囲まれた上記前蓋部の領域に配置されている。このとき、好ましくは、投入口に囲まれた領域は円形を呈しており、上記複数の点火器は上記領域の同心円上に配置されている。上記複数の点火器が、上記領域内で渦巻き状に配置されていてもよい。

【0011】

上記燃焼筒が胴部と前蓋部とを備えており、上記前蓋部に上記混合気体が送り込まれる投入口が設けられており、複数の上記点火器が上記前蓋部において上記投入口の周囲を囲むように配置されていてもよい。このとき、好ましくは、投入口は円形を呈しており、上記複数の点火器はこの投入口の同心円上に配置されている。

【0012】

好ましくは、複数の点火器は、同時に駆動される。

【0013】

好ましくは、この燃焼装置は上記混合気体を作る混合器をさらに備えており、この混合器は、上記第一燃料より燃焼性の高い第二燃料を混合する機能を備える。

【0014】

好ましくは、上記混合器は、燃焼開始からの時間によって上記第一燃料及び第二燃料の混合量を制御しうる。

【0015】

好ましくは、この燃焼装置は燃焼筒内の温度を計測する温度センサをさらに備え、上記混合器は、この温度の計測結果から上記第一燃料及び第二燃料の混合量を制御しうる。

【0016】

好ましくは、上記第二燃料はメタンである。

【0017】

本発明に係る燃料の燃焼方法では、燃焼筒の中に第一燃料を含む混合気体を旋回気流として送り込みつつ、この燃焼筒内で混合気体が滞留する場所において、点火器でこの混合気体に点火をする。

【0018】

好ましくは、この燃焼方法は、第一燃料とこの第一燃料より燃焼性の高い第二燃料とを含む混合気体が送り込まれる初期燃焼ステップ及び上記初期燃焼ステップよりも上記第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる定常燃焼ステップを含む。

【0019】

好ましくは、上記初期燃焼ステップでは、時間の経過とともに上記混合気体における上記第二燃料の混合量を減らす。

【0020】

上記初期燃焼ステップでは、燃焼筒内の温度の上昇とともに上記混合気体における上記第二燃料の混合量を減らしてもよい。

【0021】

好ましくは、上記定常燃焼ステップでは、第二燃料の混合量が０である。

【発明の効果】

【0022】

本発明に係る燃料の燃焼装置では、燃料を含む混合気体が旋回気流として燃焼筒に送り込まれる。燃焼筒内において、旋回気流の本流よりも流れが遅く渦状となった「混合気体が滞留する場所」が発生する。この燃焼装置では、点火器の点火させる部分（点火部）がこの混合気体が滞留する場所に位置しているため、点火エネルギーが高い燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを与えることができる。混合気体が滞留する場所では、混合気体は渦巻き状となりながら、全体として旋回気流の主流より遅い速度で、前方から後方に流れる。この燃焼装置では、層流燃焼速度が遅い燃料に対しても、安定した燃焼が継続できる。この燃焼装置では、難燃性の燃料に対しても、大きな熱量を安定して取り出すことができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】図１は、本発明の一実施形態に係る燃焼装置が示された概念図である。

【図2】図２は、図１の燃焼装置の一部を後方から見た図である。

【図3】図３は、図２の燃焼装置において点火器の位置が異なる実施形態が示された図である。

【図4】図４は、本発明の一実施形態に係る燃焼方法における、第一燃料及び第二燃料の混合量の時間変化が示された図である。

【図5】図５は、本発明の他の実施形態に係る燃焼方法における、第一燃料及び第二燃料の混合量の時間変化が示された図である。

【図6】図６は、本発明の他の実施形態に係る燃焼装置の一部を後方から見た図である。

【図7】図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る燃焼装置の一部が示された断面図である。

【図8】図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る燃焼装置の一部が示された断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。

【0025】

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料の燃焼装置２が示された概念図である。この図では、装置２の一部は断面で表されている。この燃焼装置２は、燃焼筒４、燃料投入器６、温度センサ８、混合器１０、燃料タンク１２及び点火器１４を備えている。この明細書では、図１の矢印Ｘが示す方向がこの燃焼装置２の前方とされ、この逆の方向が後方とされる。燃料投入器６が位置する方向が、前方である。

【0026】

燃焼筒４は、筒状を呈している。この実施形態では、燃焼筒４は円筒状である。図１では、燃焼筒４は、その断面が示されている。燃焼筒４は、胴部１６、前蓋部１８及び後蓋部２０を備える。胴部１６は燃焼筒４の側面を形成する。胴部１６は前後方向に延びている。前蓋部１８は、胴部１６の前端に被せられている。前蓋部１８に、投入口２２が設けられている。燃料を含む混合気体がこの投入口２２から送り込まれる。図２は、前蓋部１８を後方から前方に向けて見た図である。図で示されるように、この実施形態では、投入口２２は円環状を呈している。後蓋部２０は胴部１６の後端に被せられている。後蓋部２０の中央に、炎が噴出する出力口２４が設けられている。燃焼筒４の材料は、典型的にはスチールである。

【0027】

図１に示されるように、燃料投入器６は燃焼筒４の前蓋部１８の前側に位置する。燃料投入器６は、筐体２１及び旋回羽根２６を備える。筐体２１は前方から見たとき、環状を呈する。筐体２１の内部は空洞となっている。旋回羽根２６は、筐体２１の内部に位置する。旋回羽根２６は、投入口２２の前方に位置する。図２では、投入口２２を通して、その前側に位置する旋回羽根２６が見えている。筐体２１内に送り込まれた混合気体は、旋回羽根２６を通過することで、旋回気流となる。混合気体が旋回気流として、燃焼筒４に送り込まれる。旋回羽根２６の材料は、典型的にはスチールである。

【0028】

図示されないが、燃料投入器６が、旋回羽根２６を回転させる駆動部をさらに備えていてもよい。旋回羽根２６が回転することで、混合気体を旋回気流として、燃焼筒４に送り込んでもよい。

【0029】

温度センサ８は、燃焼筒４に取り付けられている。図１の実施形態では、温度センサ８は、燃焼筒４の胴部１６に取り付けられている。温度センサ８は、燃焼筒４内の温度を計測して、混合器１０に送る。

【0030】

混合器１０は、燃料投入器６及び燃料タンク１２と接続している。この実施形態では、混合器１０は二つの燃料タンク１２と接続している。混合器１０はこれらの燃料タンク１２からの燃料と、空気とを混合して、混合気体を作る。混合器１０は混合気体を燃料投入器６に送る。図１では、混合器１０は、燃料投入器６の筐体２１に、２カ所で接続している。混合器１０が、１カ所で筐体２１と接続していてもよく、３カ所以上で筐体２１と接続していてもよい。混合気体は、混合器１０から筐体２１の内部に送られる。混合器１０は、燃料及び空気の混合量を変化させうる。例えば混合器１０は、温度センサ８から送られた燃焼筒４内の温度により、燃料の混合量を増減させる。

【0031】

燃料タンク１２には、燃料が格納されている。この実施形態では、第一燃料タンク１２ａ及び第二燃料タンク１２ｂが使用される。第一燃料タンク１２ａには、この燃焼装置２の主燃料となる難燃性の第一燃料が格納される。第二燃料タンク１２ｂには、第一燃料よりも燃焼性の高い第二燃料が格納される。すなわち、第二燃料の点火エネルギーは第一燃料の点火エネルギーより小さく、第二燃料の層流燃焼速度は第一燃料の層流燃焼速度より大きい。この実施形態では、第一燃料はアンモニアであり、第二燃料はメタンである。

【0032】

この燃焼装置２が、第二燃料タンク１２ｂを備えなくてもよい。この燃焼装置２が、三つ以上の燃料タンク１２を備えていてもよい。

【0033】

点火器１４は、混合気体に点火する。図１には、二つの点火器１４が示されている。それぞれの点火器１４は、前蓋部１８に位置している。この実施形態では、それぞれの点火器１４は正電極２５及び負電極２７を備えている。正電極２５及び負電極２７は、前蓋部１８から内部に突出している。正電極２５は、筐体２１の中央の領域を貫通している。負電極２７は、接地された前蓋部１８と接続されることで、接地されている。正電極２５には、外部から電圧がかけられる。正電極２５に電圧をかけることで、正電極２５の先端と負電極２７の先端との間に火花が発生する。この点火器１４は、点火プラグである。点火器１４の混合気体に点火をさせる部分（この実施形態では、火花を飛ばす部分）は、点火部２９と称される。点火部２９は、燃焼筒４の内部に位置している。点火器は、点火プラグに限られない。点火器が、プラズマジェット点火栓であってもよい。

【0034】

図２に示されるように、この実施形態では、複数の点火器１４が、環状の投入口２２に囲まれた前蓋部１８の領域２３に配置されている。図１には混合気体の旋回気流の流れが矢印で示されている。投入口２２から流れ込んだ旋回気流の主流（図２の太い点線）は、旋回しながら燃焼筒４の内周面に沿うように広がりつつ後方に進む。この主流が流れる部分は気圧が低くなるため、燃焼筒４の中央部分の混合気体は、この流れにより引っ張られる。中央部分では、渦巻き状の流れ（図２の細い点線）が生じる。この渦巻き状の流れが生じる場所が、「混合気体が滞留する場所」である。この場所では、旋回気流の主流より速度が遅い気流が連続的に流れ込む。この部分では、混合気体は渦巻き状となりながら、全体として旋回気流の主流より遅い速度で、前方から後方に流れる。

【0035】

典型的な混合気体が滞留する場所として、投入口２２に囲まれた領域２３の後方が挙げられる。同様に、投入口２２の外側の後方も、気体が滞留する場所である。燃焼筒４の前後方向の中央において、主流の内側にも気体が滞留する場所が存在する。これらの気体の滞留する場所は、例えば色のついた煙を、混合気体と同じ速度で燃焼筒内に投入することで、調べることができる。気体の滞留する場所は、シミュレーションで調べることも可能である。

【0036】

図２に示されるように、この実施形態では、投入口２２に囲まれた領域２３は、円形である。複数の点火器１４が、この領域の同心円上に配置されている。これらの点火器１４は、投入口２２に囲まれた領域２３の同心円上に、一つの円を形成するように配置されている。点火器１４が、投入口２２に囲まれた領域２３の同心円上に、多重の円を形成するように配置されていてもよい。

【0037】

点火器１４を並べる位置は、投入口２２に囲まれた領域２３の同心円上に限られない。図３には、図２とは異なった点火器１４の並べ方が示されている。図３に示されるように、複数の点火器１４が、投入口２２に囲まれた領域２３において渦巻き状に配置されていてもよい。

【0038】

上記の実施形態では、点火器１４は複数存在した。点火器の数は一つでもよい。

【0039】

この点火器１４が位置する前蓋部１８は、混合気体の流れの上流側に位置する。この燃焼装置２では、燃料を十分に燃焼させるため、点火器１４の点火部２９は混合気体の流れの上流側に位置している。点火部２９と投入口２２との前後方向の距離は、胴部１６の前後方向の長さの５０％以下、さらには２５％以下が好ましい。

【0040】

この燃焼装置２による燃料の燃焼方法では、燃焼の開始時に、二つの燃料タンク１２から第一燃料及び第二燃料が混合器１０に送られる。混合器１０は、これらの燃料と空気とを混合させて混合気体を作り、これを燃料投入器６に送る。混合気体は、燃料投入器６の旋回羽根２６を通過し、旋回気流として燃焼筒４内に送られる。点火器１４が駆動され、混合気体に点火される。このとき、複数の点火器１４が同時に駆動される。混合気体が燃焼して、炎が出力口２４から噴出する。混合気体が連続的に燃焼筒４に送られつつ、点火器１４が一定時間間隔で駆動される。これにより、混合気体が連続して燃焼する。

【0041】

図４に、この実施形態において、混合器１０により作られた混合気体に含まれる、第一燃料及び第二燃料の混合量の時間的な変化が示されている。図で示されるように、この燃焼方法は、初期燃焼ステップＩ及び定常燃焼ステップＳを備えている。

【0042】

初期燃焼ステップＩでは、混合器１０は第一燃料及び第二燃料を含む混合気体を、燃料投入器６に送る。この実施形態では、混合器１０は、燃焼の開始時には、第二燃料の混合量を第一燃料の混合量より多くする。初期燃焼ステップＩでは、混合器１０は、時間の経過とともに第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らす。所定の時間経過後に、次の定常燃焼ステップＳに移行する。この実施形態では、第二燃料の混合量は０となるまで減らされる。

【0043】

定常燃焼ステップＳでは、初期燃焼ステップＩよりも第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる。図４の実施形態では、第二燃料の混合量は０で一定となる。この状態で燃焼が継続される。

【0044】

図５に、本発明の他の実施形態に係る燃焼方法での、第一燃料及び第二燃料の混合量の時間的な変化が示されている。この実施形態の初期燃焼ステップＩでは、燃焼開始直後は第一燃料及び第二燃料の混合量は一定である。初期燃焼ステップＩでは、その後混合器１０は、時間の経過とともに第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らす。

【0045】

定常燃焼ステップＳでは、初期燃焼ステップＩよりも第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる。図５の実施形態では、第二燃料の混合量はＶ１で一定となっている。

【0046】

図５のとおり、初期燃焼ステップＩでは、第一燃料及び第二燃料の混合量が一定となる時間帯があってもよい。図示されないが、第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らしている途中で第一燃料及び第二燃料の混合量が一定となる時間帯があってもよい。全体として、第一燃料の混合量が増え、第二燃料の混合量が減っていればよい。

【0047】

上記の燃焼方法の実施形態では、混合器１０は、時間の経過により、第一燃料及び第二燃料の混合量を変化させた。混合器１０が、温度センサ８が測定した燃焼筒４内の温度により第一燃料及び第二燃料の混合量を変化させてもよい。この場合においても、この燃焼方法は、初期燃焼ステップＩ及び定常燃焼ステップＳを備えている。

【0048】

初期燃焼ステップＩでは、混合器１０は第一燃料及び第二燃料を含む混合気体を、燃料投入器６に送る。初期燃焼ステップＩでは、混合器１０は、燃焼筒４内の温度の上昇とともに第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らす。所定の温度に達すると、次の定常燃焼ステップＳに移行する。

【0049】

定常燃焼ステップＳでは、初期燃焼ステップＩよりも第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる。この状態で燃焼が継続される。

【0050】

初期燃焼ステップＩでは、第一燃料及び第二燃料の混合量が一定となる温度帯があってもよい。温度上昇とともに、全体として第一燃料の混合量が増え、第二燃料の混合量が減っていればよい。定常燃焼ステップＳでは、第二燃料の混合量が０であってもよく、一定量の第二燃料が混合されていてもよい。

【0051】

上記の実施形態では、混合器１０は燃焼開始からの時間又は燃焼筒内の温度により、第一燃料及び第二燃料の混合量を調整した。混合器１０がこれら両方の値から第一燃料及び第二燃料の混合量を調整してもよい。

【0052】

以下では、本発明の作用効果が説明される。

【0053】

本発明に係る燃料の燃焼装置２では、燃料を含む混合気体が旋回気流として燃焼筒４に送り込まれる。本燃焼装置２の点火器１４の点火部２９は、燃焼筒４内で混合気体が滞留する場所に位置している。この場所では、混合気体の流れは、渦状となる。この場所には、旋回気流の本流よりも遅い速度の混合気体が、連続的に流れ込む。このため、点火エネルギーが高い燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを与えることができる。混合気体が滞留する場所では、混合気体は渦巻き状となりながら、全体として旋回気流の主流より遅い速度で、前方から後方に流れる。この燃焼装置２では、層流燃焼速度が遅い燃料に対しても、安定した燃焼が継続できる。この燃焼装置２では、難燃性の燃料に対しても、大きな熱量を安定して取り出すことができる。

【0054】

前述のとおり、点火器１４は、気体が滞留する場所において、複数配置されているのが好ましい。渦状となった混合気体に対して、複数の位置において、点火のためのエネルギーが与えられる。これにより、難燃性の燃料においても、効率的に火炎核が形成できる。この装置２では、難燃性の燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを効率的に与えることができる。

【0055】

前述のとおり、点火器１４は、前蓋部１８の、環状の投入口２２に囲まれた領域２３に配置されているのが好ましい。環状の投入口２２の内側は、流れが滞留している。この領域に点火器１４の点火部２９を配置することで、難燃性の燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを与えることができる。しかも、これらの点火器１４は、混合気体の流れの上流に位置している。これらにより、難燃性の燃料に対しても、安定した点火及び燃焼が実現される。

【0056】

前述のとおり、点火器１４は、投入口２２に囲まれた領域２３が円形であるとき、この領域２３の同心円上に配置されているのが好ましい。このようにすることで、投入口２２の周囲で均一に混合燃料に点火することができる。これにより、安定して混合燃料に点火ができる。

【0057】

前述のとおり、本発明に係る燃焼方法は、第一燃料と、この第一燃料より燃焼性の高い第二燃料とを含む混合気体が送り込まれる初期燃焼ステップＩを備える。難燃性の燃料では、点火された直後は燃焼状態が安定しない場合がある。初期燃焼ステップＩにおいて、混合気体に燃焼性の高い第二燃料を含ませることで、混合気体は、点火直後にも安定して燃焼できる。

【0058】

前述のとおり、この燃焼方法では、初期燃焼ステップＩよりも第二燃料の混合量が少なく、その混合量が一定である混合気体が送り込まれる定常燃焼ステップＳを備える。燃焼状態が安定した後においては、燃焼性が高い第二燃料を少なくしても、安定して混合気体が燃焼しうる。この燃焼方法では、難燃性の第一燃料を主とする混合気体を、安定して燃焼させることができる。

【0059】

前述のとおり、初期燃焼ステップＩでは、混合器１０は、時間の経過とともに第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らすのが好ましい。混合気体の燃焼は、時間の経過とともに安定する。このように混合量を変化させることで、安定な燃焼を維持しつつ、効率的に第一燃料を燃焼させることができる。

【0060】

前述のとおり、初期燃焼ステップＩでは、混合器１０は、燃焼筒４内の温度の上昇とともに、第一燃料の混合量を増やし、第二燃料の混合量を減らしてもよい。混合気体の燃焼は、温度の上昇とともに安定する。このように混合量を変化させることで、安定な燃焼を維持しつつ、効率的に第一燃料を燃焼させることができる。

【0061】

第一燃料にアンモニアに代表される炭素を含まない燃料を使用し、第二燃料にメタン等の炭素系の燃料を使用したとき、定常燃焼ステップＳにおける第二燃料の混合量は、０が好ましい。第二燃料の混合量を０とすることで、燃焼による二酸化炭素の排出量を０にできる。

【0062】

図６は、本発明の他の実施形態に係る燃料の燃焼装置３０の前蓋部３２を、後方から前方に向けて見た図である。この燃焼装置３０は、前蓋部３２、燃料投入器３４及び点火器３６を除いて、図１及び図２の燃焼装置２と同じである。

【0063】

図６で示されるように、この燃焼装置３０の前蓋部３２には、投入口３８が設けられている。燃料を含む混合気体がこの投入口３８から送り込まれる。この実施形態では、投入口３８は円形を呈している。

【0064】

燃料投入器３４は、燃焼筒の前蓋部３２の前側に位置する。燃料投入器３４は、旋回羽根４０を備える。図６では、投入口３８を通して、その前側に位置する旋回羽根４０が見えている。混合気体は、旋回羽根４０を通過することで、旋回気流となる。混合気体は、旋回気流として燃焼筒に送り込まれる。旋回羽根４０の材料は、典型的にはスチールである。

【0065】

図６に示されるように、複数の点火器３６が、前蓋部３２において、円形の投入口３８の周囲を囲むように配置されている。投入口３８の周囲は、混合気体が滞留している。この領域では、混合気体の流れは、渦状となる。この領域には、旋回気流の本流よりも遅い速度の混合気体が、連続的に流れ込む。この領域に点火器３６の点火部を配置することで、難燃性の燃料に対しても、点火に十分なエネルギーを与えることができる。

【0066】

図６に示されるように、この実施形態では、複数の点火器３６が、円形の投入口３８の同心円上に配置されている。これらの点火器３６は、投入口３８の同心円上に、一つの円を形成するように配置されている。このようにすることで、投入口３８の周囲で均一に混合燃料に点火することができる。これにより、安定して混合燃料に点火ができる。

【0067】

図示されないが、これらの点火器３６が、投入口３８の同心円上に、多重の円を形成するように配置されてもよい。これらの点火器３６が、投入口３８の周囲を囲むように、渦巻き状に配置されてもよい。このようにすることで、投入口３８の周囲で均一に混合燃料に点火することができる。これにより、安定して混合燃料に点火ができる。

【0068】

図７は、本発明のさらに他の実施形態に係る燃料の燃焼装置４０の前蓋部４２の近辺が示された断面図である。この燃焼装置４０は、点火器４６の形状を除いて、図１の燃焼装置２と同じである。複数の点火器４６が、投入口に囲まれた領域４４に位置している。それぞれの点火器４６は、正電極４８と負電極５０とを備えている。この図では、それぞれの点火器４６の前蓋部４２からの突出量が分かり易いように、点火器４６は一列に並べられている。

【0069】

図７で示されるように、この実施形態では、点火器４６の前蓋部４２からの突出高さが高い点火器４６と、低い点火器４６とが交互に並んでいる。このようにすることで、気体が滞留する場所において、前後方向にも均一に近い状態で混合燃料に点火することができる。この点火装置４０では、効果的に混合気体に点火することができる。

【0070】

図８は、本発明のさらに他の実施形態に係る燃料の燃焼装置６０の前蓋部６２の近辺が示された断面図である。この燃焼装置６２は、点火器６６の形状を除いて、図１の燃焼装置２と同じである。複数の点火器６６が、投入口に囲まれた領域６４に位置している。これらの点火器６６は、正電極６８と負電極７０とを備えている。図８で示されるように、この実施形態では、点火器６６の前蓋部６２からの突出高さは、これらの点火器６６で異なっている。このようにすることで、気体が滞留する場所において、前後方向にもより均一に近い状態で、混合燃料に点火することができる。この燃焼装置６０では、効果的に混合気体に点火することができる。

【0071】

以上の実施形態で示された燃焼装置では、燃料が連続して燃焼装置に送られた。この燃焼装置は、自動車等の内燃機関に適用することもできる。この場合、燃焼筒内への燃料の送り込み及びこの燃料への点火を一つのサイクルとして、これが繰り返される。

【0072】

以上説明されたとおり、本発明によれば、この燃焼装置では、難燃性の燃料に対しても、大きな熱量を安定して取り出すことができる。このことから、本発明の優位性は明らかである。

【産業上の利用可能性】

【0073】

以上説明された燃料の燃焼装置は、種々の機器に使用される。

【符号の説明】

【0074】

２、３０、４０、６０・・・燃焼装置
４・・・燃焼筒
６、３４・・・燃料投入器
８・・・温度センサ
１０・・・混合器
１２・・・燃料タンク
１２ａ・・・第一燃料タンク
１２ｂ・・・第二燃料タンク
１４、３６、４６、６６・・・点火器
１６・・・胴部
１８、３２、４２、６２・・・前蓋部
２０・・・底部
２１・・・筐体
２２、３８・・・投入口
２３、４４、６４・・・投入口に囲まれた領域
２４・・・出力口
２５、４８、６８・・・正電極
２６、４０・・・旋回羽根
２７、５０、７０・・・負電極
２９・・・点火部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】