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公開番号2025028448
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-03
出願番号2023133263
出願日2023-08-18
発明の名称蓄熱式水素燃焼設備
出願人中外炉工業株式会社
代理人個人
主分類F23L 15/02 20060101AFI20250221BHJP(燃焼装置;燃焼方法)
要約【課題】燃焼動作と蓄熱動作を交互に行う対になった蓄熱式燃焼バーナーを備えた蓄熱式燃焼設備において、燃料の不完全燃焼によって煤が発生するなどの問題を解消する。
【解決手段】水素H₂を炉R1内に噴出させる燃料噴射ノズル10の両側に給排気口20a,20bを設け、蓄熱体34a,34bが収容された蓄熱部33a,33bにおいて加熱された空気Airを一方の給排気口から炉内に噴射させて、燃料噴射ノズルから炉内に噴射された水素を燃焼させる燃焼動作を行う一方、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを他方の給排気口を通して蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作を交互に行うようにした。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
水素を炉内に噴出させる燃料噴射ノズルの両側に給排気口を設け、蓄熱体が収容された蓄熱部において加熱された空気を一方の給排気口から炉内に噴射させて、燃料噴射ノズルから炉内に噴射された水素を燃焼させる燃焼動作を行う一方、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを他方の給排気口を通して蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作を交互に行うことを特徴とする蓄熱式水素燃焼設備。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の蓄熱式水素燃焼設備において、蓄熱体が収容された蓄熱部において加熱された空気を一方の給排気口から炉内に噴射させる動作と、他方の給排気口を通して蓄熱部に導く動作とを同時に切り換えて行うことを特徴とする蓄熱式水素燃焼設備。
【請求項３】
水素を炉内に噴出させる燃料噴射ノズルと、蓄熱体が収容された蓄熱部において加熱された空気を炉内に噴射させる動作と、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる動作とを行う給排気口とを有する蓄熱式燃焼バーナーを対になって設け、一方の蓄熱式燃焼バーナーにおいては、燃料噴出ノズルから水素を炉内に噴出させると共に、蓄熱体が収容された蓄熱部を通して加熱された空気を給排気口から炉内に噴出させて、水素を空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼動作を行う一方、他方の蓄熱式燃焼バーナーにおいては、燃料噴出ノズルから水素を炉内に噴出させるのを停止させ、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作を行い、対になった蓄熱式燃焼バーナーにおいて燃焼動作と蓄熱動作とを交互に行うことを特徴とする蓄熱式水素燃焼設備。
【請求項４】
請求項３に記載の蓄熱式水素燃焼設備において、前記の対になった蓄熱式燃焼バーナーにおける燃焼動作と蓄熱動作とを切り換えるにあたり、蓄熱体が収容された蓄熱部において加熱された空気を一方の給排気口から炉内に噴射させる動作と、他方の給排気口を通して蓄熱部に導く動作とを同時に切り換えて行うことを特徴とする蓄熱式水素燃焼設備。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載の蓄熱式水素燃焼設備において、前記の燃料噴射ノズルへの水素の供給と停止とを切り換える燃料切換弁を設けると共に、前記の燃料噴射ノズルに不活性ガスを供給する不活性ガス供給管を設け、前記の燃料切換弁により水素の供給が停止された燃料噴射ノズルに、前記の不活性ガス供給管から不活性ガスを供給することを特徴とする蓄熱式水素燃焼設備。
【請求項６】
請求項３又は請求項４に記載の蓄熱式水素燃焼設備において、前記の燃料噴射ノズルへの水素の供給と停止とを切り換える燃料切換弁を、前記の燃料噴射ノズルにおける噴出口の近くに設けたことを特徴とする蓄熱式水素燃焼設備。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料噴出ノズルから燃料を炉内に噴出させると共に、蓄熱体が収容された蓄熱部を通して加熱された空気を給排気口から炉内に噴出させて、燃料を空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼動作と、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを給排気口から蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作とを行うようにした蓄熱式燃焼設備において、燃料に水素を用いた蓄熱式水素燃焼設備に関するものである。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、鋼材などの各種の被処理物を加熱処理する工業炉などにおいては、炉内において燃料を燃焼させた燃焼排ガスの熱を有効に利用するため、燃料噴出ノズルから燃料を炉内に噴出させると共に、蓄熱体が収容された蓄熱部を通して加熱された空気を給排気口から炉内に噴出させて、燃料を空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼動作と、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを給排気口から蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作とを行うようにした蓄熱式燃焼設備が知られている。
【０００３】
そして、このような蓄熱式燃焼設備としては、特許文献１に示されるように、燃料噴射ノズルの両側に給排気口を設け、蓄熱体が収容された蓄熱部において加熱された空気を一方の給排気口から炉内に噴射させて、燃料噴射ノズルから炉内に噴射された燃料を燃焼させる燃焼動作を行う一方、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを他方の給排気口を通して蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作を交互に行うようにしたものが知られている。
【０００４】
また、特許文献２に示されるように、燃料を炉内に噴出させる燃料噴射ノズルと、蓄熱体が収容された蓄熱部において加熱された空気を炉内に噴射させる動作と、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる動作とを行う給排気口とを有する蓄熱式燃焼バーナーを対になって設け、一方の蓄熱式燃焼バーナーにおいては、燃料噴出ノズルから燃料を炉内に噴出させると共に、蓄熱体が収容された蓄熱部を通して加熱された空気を給排気口から炉内に噴出させて、燃料を空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼動作を行う一方、他方の蓄熱式燃焼バーナーにおいては、燃料噴出ノズルから燃料を炉内に噴出させるのを停止させ、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作を行い、対になった蓄熱式燃焼バーナーにおいて燃焼動作と蓄熱動作とを交互に切り換えて行うようにしたものが知られている。
【０００５】
ここで、従来の蓄熱式燃焼設備における前記のような各蓄熱式燃焼バーナーにおいては、燃料として、一般に炭化水素ガス等の化石燃料が使用されている。
【０００６】
ここで、前記の特許文献１に示されるように、燃料噴射ノズルから炭化水素ガス等の化石燃料を噴出させると共に、蓄熱体が収容された蓄熱部において加熱された空気を一方の給排気口から炉内に噴射させて、燃料噴射ノズルから炉内に噴射された燃料を燃焼させる燃焼動作と、炉内において燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを他方の給排気口を通して蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作とを交互に切り換えるようにした場合、この切り換え時に空気が一時的に不足して、燃料噴射ノズルから炉内に噴出された化石燃料が完全に燃焼されずに煤が発生して、被処理物が汚損されるという問題があった。
【０００７】
また、前記の特許文献２に示されるように、一方の蓄熱式燃焼バーナーにおいて、燃料噴出ノズルから化石燃料を炉内に噴出させると共に、蓄熱体が収容された蓄熱部を通して加熱された空気を給排気口から炉内に噴出させて、化石燃料を空気と混合させて炉内で燃焼させる燃焼動作を行う一方、他方の蓄熱式燃焼バーナーにおいて、燃料噴出ノズルから燃料を炉内に噴出させるのを停止させ、炉内において化石燃料が燃焼された後の燃焼排ガスを蓄熱部に導いて蓄熱部に収容された蓄熱体に燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作を行い、対になった蓄熱式燃焼バーナーにおいて燃焼動作と蓄熱動作とを交互に切り換えて行うようにした場合にも、空気が一時的に不足して、燃焼動作と蓄熱動作との切り換え時に、燃料噴射ノズルから炉内に噴出された化石燃料が完全に燃焼されずに煤が発生して、被処理物が汚損されるという問題があった。
【０００８】
そして、前記の特許文献２に示されるものにおいては、図１に示すように、一方の蓄熱式燃焼バーナー１Ａにおいて、燃料噴出ノズル２ａから炭化水素ガス等の化石燃料Ｇを炉Ｒ内に噴出させると共に、蓄熱体３ａが収容された蓄熱部４ａを通して加熱された空気Ａｉｒを給排気口５ａから炉Ｒ内に噴出させて、化石燃料Ｇを空気Ａｉｒと混合させて炉Ｒ内で燃焼させる燃焼動作と、他方の蓄熱式燃焼バーナー１Ｂにおいて、燃料噴出ノズル２ｂから化石燃料Ｇを炉Ｒ内に噴出させるのを停止させ、炉Ｒ内において化石燃料Ｇが燃焼された後の燃焼排ガスを給排気口５ｂから蓄熱部４ｂに導いて蓄熱部４ｂに収容された蓄熱体３ｂに燃焼排ガスの熱を蓄熱させる蓄熱動作とを交互に切り換えるにあたり、図２に示すように、何れの蓄熱式燃焼バーナー１Ａ、１Ｂにおいても、燃焼動作を開始する時点においては、先に蓄熱体３ａ，３ｂが収容された蓄熱部４ａ，４ｂを通して加熱された空気Ａｉｒを給排気口５ａ，５ｂから炉Ｒ内に噴出させた後、燃料噴出ノズル２ａ，２ｂから化石燃料Ｇを炉Ｒ内に噴出させて燃焼を開始させる一方、蓄熱動作を開始する時点においては、先に燃料噴出ノズル２ａ，２ｂから炉Ｒ内への化石燃料Ｇの噴出を停止させた後、蓄熱体３ａ，３ｂが収容された蓄熱部４ａ，４ｂを通して加熱された空気Ａｉｒを給排気口５ａ，５ｂから炉Ｒ内に噴出させる動作を停止させるようにして、燃料噴出ノズル２ａ，２ｂから炉Ｒ内に化石燃料Ｇが噴出されるときには、必ず蓄熱体３ａ，３ｂが収容された蓄熱部４ａ，４ｂを通して加熱されて給排気口５ａ，５ｂから炉Ｒ内に噴出された空気Ａｉｒが不足しないようにして、燃焼時に煤の発生を抑制することが示されている。
【０００９】
しかし、このようにすると、何れの蓄熱式燃焼バーナー１Ａ、１Ｂにおいても燃焼が行われない時間が生じ、図２に示すように、この時点においては、炉Ｒ内の温度が低下して、炉Ｒ内の温度が変動し、被処理物を適切な温度で加熱処理することができなくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特許第４６０２８５８号公報
特許第３１５９６０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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