(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高い耐熱性の燃焼チヤンバと、燃焼チヤンバ内に形成される燃料・空気混合気用の点火装置とを備え、燃焼チヤンバには燃料供給装置と空気供給装置と加熱チヤンバ内に高速で放出されるガス用の少なくとも一のノズル状の出口部とが設けられ、空気が常に作用する燃焼チヤンバを貫通して延びる燃料供給装置が設けられ、燃料供給装置は２の動作状態間に切り替え可能にされ、燃料ノズル装置が燃焼チヤンバの出口部に対し３次元的に異なる位置に配置され、第１の動作状態時に燃料が燃焼チヤンバ内に導入されて燃料・空気混合気が形成され、燃料・空気混合気は燃焼チヤンバ内で安定した炎で少なくとも一部燃焼し、第２の動作状態時に燃料・空気混合気の点火温度以上の加熱チヤンバ温度で燃料と燃焼チヤンバの出口部から高速で放出される燃焼空気との反応が燃焼チヤンバの内側で実質的に抑制されて加熱チヤンバ内に移動され、且つ少なくとも第２の動作状態時に燃焼チヤンバが高い空気放出を行う空気供給装置の作用を受け、燃焼チヤンバの出口部から放出される燃焼空気により加熱チヤンバからの燃焼排気ガスが噴射作用によつて移動され燃焼空気と混合されるよう構成されてなる、特に産業用炉の炉チヤンバを加熱するＮＯｘ放出の低い産業用バーナ。
【請求項２】
燃焼チヤンバは空気供給装置により燃焼空気の全てに対し作用可能に設けられてなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項３】
燃料供給装置は第１および第２の、２つの燃料ノズル装置を有し、第１の燃料ノズル装置は出口部から所定の距離を置いた位置において燃焼チヤンバ内に放出し、第２の燃料ノズル装置は出口部の近傍において燃焼チヤンバの内側並びに外側の一方で放出し、弁装置が２つの燃料ノズル装置の夫々に対し配設されてなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項４】
燃料ノズル装置が２つの同心の燃料ランス上に配設されてなる請求項３の産業用バーナ。
【請求項５】
燃料供給装置は燃焼チヤンバの出口部に対し軸方向に調整可能な少なくとも一の燃料ノズルを有してなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項６】
２個の燃料ノズル装置が異なる燃料の作用を受けるように構成されてなる請求項３の産業用バーナ。
【請求項７】
燃料供給装置が半径方向に向けられた少なくとも一の燃料ノズルを有してなる請求項３の産業用バーナ。
【請求項８】
燃料供給装置は軸方向に向けられた少なくとも一の燃料ノズルを有してなる請求項３の産業用バーナ。
【請求項９】
燃焼チヤンバの出口部が燃料供給装置と同心の一のみのノズル開口部を有してなる請求項８の産業用バーナ。
【請求項１０】
燃焼チヤンバの出口部が燃料供給装置を環状に外囲する複数のノズル開口部を有してなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項１１】
燃焼チヤンバは内部に燃料供給装置が配置され、断面形が実質的にクローバの葉状をなす出口部を有してなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項１２】
燃料ノズル装置の寸法は第２の動作状態時に燃料ノズル装置から出る燃料がノズルの出口開口部の周囲を流れる燃焼空気と少なくとも実質的に同一流速となるように構成されてなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項１３】
燃料供給装置の２つの動作状態時に連係される弁装置が連続的および段階的のいずれか一の態様で切り替え可能に構成されてなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項１４】
産業用バーナが燃焼チヤンバと連係する一体リカベレータを備えるリカベレータ式バーナとして設けられ、リカベレータを介して燃焼空気および燃焼排気ガスが対向して流通可能に構成されてなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項１５】
産業用バーナが燃焼チヤンバと連係する一体リカベレータを備えるリカベレータ式バーナとして設けられ、リカベレータを介して燃焼空気および燃焼排気ガスが対向して流れ、リカベレータ式バーナは少なくとも１の別の産業用バーナと共に使用して加熱チヤンバを加熱し、２個の産業用バーナが加熱モードと再生モードとの交互に作動可能に構成されてなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項１６】
燃焼チヤンバの出口側に遠い端部が閉鎖された流れ加熱管が具備されてなる請求項１の産業用バーナ。
【請求項１７】
産業用バーナが夫々の燃焼チヤンバのド流に配置され実質的にＯ形の管を介して別の産業用バーナと連結されてなる請求項１の産業用バーナ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は高い耐熱性の燃焼チヤンバを有した産業用炉の炉チヤンバを加熱する低ＮＯｘ放出の産業用のバーナに関する。この燃焼チヤンバには燃料供給装置、空気供給装置、高速で放出されるガスを加熱チヤンバ内へ送るための少なくとも一のノズル状の出口部、および燃焼チヤンバ内で形成される燃料・空気混合体の点火装置とが包有される。
【０００２】
【従来の技術】
燃料エネルギを熱に変換するため、いわゆるインパルスあるいは高速バーナの使用が増加している。燃料および燃焼空気は互いに混合され、通常セラミック材料で作られた高い耐熱性の燃焼チヤンバ内で点火される。この結果として得られる高温燃焼ガスは高速でノズル状の出口部を経て加熱チヤンバ内へ導入される。この場合加熱チヤンバは炉チヤンバ自体あるいはスチーム加熱管の内部に形成される。燃焼チヤンバの出口部はノズル状に形成される、あるいはノズルリングが付設され、ノズル開口部の軸は互いに平行あるいは次第に開離するように配設できる。燃焼チヤンバから出るガススチームの機械的エネルギ（大半が燃料から得られる）は加熱チヤンバ内のガスを混合し循環させるように働き、これにより温度平衡が所望に応じて促進される。頑強な燃焼チヤンバのセラミツク材料の開発が進むに伴い、インパルス式バーナは８００℃以上の処理温度でも採用され、一般に燃焼空気は燃焼効率を上げるため前もつて加熱される。これは例えば管状のリブ付きリブの形態の前段のリカペレータ内で行われ得る。
【０００３】
このような燃焼チヤンバの基本的な構成の低汚染産業用バーナはドイツ国特願第３４  ２２  ２２９号を優先権主張した米国特許第４，５８６，８９４号により周知である。比較的低温の炉ガスとフレームガスとを強力に混合する（いわゆる内部再循環）ことにより熱窒素酸化物の生成が低下され、この効果はこの特許に詳しく開示されているように空気を次第に増加させて供給可能になる。６００℃で空気を予め加熱する、この種のバーナの場合、上述した構成をとつてもＮＯｘ放出は２００ｐｐｍ以上になり、このレベルは法律上の限度近傍に達することになる。
ＮＯｘの放出を更に低下させることは、時期的により至近のパルス式バーナ（欧州特許第０  ４６３  ５９９号を優先権主張とする米国特許第５，１５４，５９９号）構成により可能にされ、この場合一度加熱チヤンバ内の点火温度に達すると、燃焼空気は完全に外部ノズルリングに切り替えられ、従つてそれ以上の燃焼は燃焼チヤンバ内において生じない。特定のノズル構成をとる場合、極めて低いＮＯｘ値が得られる（１０ｐｐｍ以下）。このとき外部で空気を予め加熱する場合、２つの高温空気弁がこのバーナ構成に必要になり、一方リカペレータ・再生バーナとした別の実施態様では加熱モードで燃焼空気が熱交換器を流れない。
また燃料供給を切り替え、バーナを低温スタートモードから通常動作モードへ切り替えるＮＯｘ放出の低いバーナ構成が欧州特許第０  ３４３  ７４６号に開示されている。このバーナには燃焼チヤンバが採用されておらず、代わりに炉の内壁から巾方向に所定の距離、放出する空気・燃料供給装置が与えられる。点火温度に達成するまで、換言すればスタートモードでは、燃料が空気供給ライン内にその口部からある距離導入され、炉チヤンバ内の動作温度が所定の温度に達成すると、燃料ノズル側に切り替えられる。燃料ノズルは炉の内壁内の空気供給ラインの口部から巾方向の所定の距離の位置に配置されている。このバーナではパルス式バーナの前提条件、即ち大きな流れの主要成分を構成する燃焼空気のノズル出口部構成を実現するには至つていない。スタートモード中、即ち点火温度まで加熱するとき、燃焼は既に炉チヤンバ内で実質的に生じている。且つまたこのバーナでは一体リカペレータあるいは再生器と共に動作可能にする構成がとられていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかして本発明の目的は熱によるＮＯｘ放出が大幅に抑えられ、必要ならば本発明による独特の構成が一体リカペレータあるいは再生器を有したバーナに適用可能な、パルス式バーナを持つ低廉な産業用バーナを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、高い耐熱性の燃焼チヤンバと、燃焼チヤンバ内に形成される燃料・空気混合気用の点火装置とを備え、燃焼チヤンバには燃料供給装置と空気供給装置と加熱チヤンバ内に高速で放出されるガス用の少なくとも一のノズル状の出口部とが設けられ、空気が常に作用する燃焼チヤンバを貫通して延びる燃料供給装置が設けられ、燃料供給装置は２の動作状態間に切り替え可能にされ、燃料ノズル装置が燃焼チヤンバの出口部に対し３次元的に異なる位置に配置され、第１の動作状態時に燃料が燃焼チヤンバ内に導入されて燃料・空気混合気が形成され、燃料・空気混合気は燃焼チヤンバ内で安定した炎で少なくとも一部燃焼し、第２の動作状態時に燃料・空気混合気の点火温度以上の加熱チヤンバ温度で燃料と燃焼チヤンバの出口部から高速で放出される燃焼空気との反応が燃焼チヤンバの内側で実質的に抑制されて加熱チヤンバ内に移動され、且つ少なくとも第２の動作状態時に燃焼チヤンバが高い空気放出を行う空気供給装置の作用を受け、燃焼チヤンバの出口部から放出される燃焼空気により加熱チヤンバからの燃焼排気ガスが噴射作用によつて移動され燃焼空気と混合されるよう構成されてなる、特に産業用炉の炉チヤンバを加熱するＮＯｘ放出の低い産業用バーナにより上記目的が達成される。
【０００６】
【作用】
この産業用バーナでは、燃料供給装置が空気の作用を永久的に受けるよう燃焼チヤンバを貫通して延び、燃焼チヤンバのノズル状の出口部に対し燃料ノズル装置の３次元位置の異なる２つの動作状態間において切替可能にされる。このとき第１の動作状態では燃料は燃焼チヤンバ内に導入されて燃料・空気混合体が作られ、この混合体の少なくとも一部は安定した炎で燃焼チヤンバ内において燃焼される。且つ第２の動作状態において燃料・空気混合体の点火温度以上に加熱チヤンバの温度がなり、燃料と燃焼チヤンバとの出口部から高速で放出される燃焼空気との間の反応が燃焼チヤンバ内では実質的に抑えられ、加熱チヤンバ内へ向かつて移動される。この少なくとも第２の動作状態では、燃焼チヤンバが燃焼チヤンバのノズル状出口部から流出する燃焼空気により加熱チヤンバからの燃焼による排気ガスが、噴出作用により導入され燃焼空気と混合されるような高い空気スルーアウトの空気供給装置と連係動作される。
【０００７】
この新規なパルス式バーナはそれ自体に燃焼チヤンバを備え、燃焼チヤンバには点火装置と、燃焼ガスを加熱チヤンバ内へ送る狭隘なノズル出口部とが具備される。加熱チヤンバ内の点火温度（約６００〜８００℃）を一度越えると、パルス式バーナは燃料供給の切り替えにより通常動作モードにされ、この場合特に燃焼チヤンバから燃焼空気の高速放出が維持される反面、燃焼チヤンバにおけるノズル状の出口部の上流領域の燃料および空気の反応は大巾に抑えられて加熱チヤンバ内に移動される。
【０００８】
燃焼チヤンバが空気供給装置からの燃焼空気の全てと作用される極めて簡潔に構造が得られる。一方使用目的に応じて燃焼空気の一部（少量）を第１および・あるいは第２の動作状態で燃焼チヤンバをバイパスするような実施態様も採用され得る。
【０００９】
構成の簡単化のための好適な構成として、燃料供給装置が２つの燃料ノズル装置を有し、第１の燃料ノズル装置はその出口部から離間された燃焼チヤンバの内側で放出可能に、一方第２の燃料ノズル装置は出口部の近傍の燃焼チヤンバの内側あるいは外側で放出可能な態様がとられ得る。弁装置は２つの燃料ノズル装置の各々に対し割り当てられる。これにより２つの燃料ノズル装置は２つの同心の燃料ランス上に配設可能になる。例えば外側の燃料ランスは半径方向に向けられた燃料ノズルに連通されており、燃焼チヤンバ内で安定な炎燃焼が発生されることになる。内側の燃料ランスは好ましくは軸方向に配向された出口開口部を有する燃料ノズルで放出する。従つて第２の動作状態での燃焼は、燃焼チヤンバから出口部の後段まで実質的には生じない。放出流の燃料および空気の混合と共に、燃焼による排気ガスが同時に加熱チヤンバから空気・燃料流内に導入され、これにより反応温度が下げられ得る。
【００１０】
このとき実際の経験から熱によるＮＯｘ発生が実質的に全体的に抑えられ、且つ燃料および空気が加熱チヤンバに導入されるに伴い、燃料供給と空気供給との間が巾方向に離れることを有効に防ぎ得る。
【００１１】
基本構成として燃料供給装置が燃焼チヤンバの出口部に対し軸方向に調整可能な少なくとも１個の燃料ノズルを有し、この燃料ノズルがオプシヨンとして出口部の実質的に半径方向から出口部の実質的に軸方向へ燃料の方向変換が可能にする構成も採用される。両方の動作状態で放出流を発生する燃焼チヤンバの出口部は例えば好ましくは同心のノズルとして構成され、出口部は一のみのノズル開口部を有する。必要ならばこのノズル開口部も燃料供給装置に対し偏心して配置せしめる。燃焼チヤンバの出口部により燃料供給装置を円周状に外囲する複数のノズル開口部を有した実施態様も採用される。
【００１２】
ある状況下では、燃焼チヤンバはその断面が実質的にクローバの葉状に設けられ、燃料供給装置が内部に配置される少なくとも一つの出口開口部を有することが望ましい。この実施態様における出口開口部は上述した２個の変更例間の中間物であることが特に望ましい。この結果、流れの断面積が燃焼による排気ガスを導入するに十分大になる。一方この種の出口部の一あるいは複数がセラミツク材料で容易に形成可能である。例えば２つの同心の燃料ランスとしての燃料供給装置は一般に出口開口部の中心に配置されるが、偏心して配置する構成の態様も例えばクローバの葉状の少なくとも一の形態にして可能である。
【００１３】
燃料ノズル装置、あるいは特にそのノズル開口部の断面が好適な寸法に形成され、第２の動作状態においての燃料放出速度がノズル出口部の開口部を囲んで流れる燃焼空気と少なくとも実質的に同じであり、この結果燃料と燃焼空気との混合が有効に遅らされる。
【００１４】
第２の動作状態において、燃料ノズルは概して燃焼チヤンバの出口部の領域内に配置される。一方特に天然ガスのような不活発に反応する燃料の場合、燃焼チヤンバ内に幾分戻され、これにより燃焼チヤンバ内での炎の発生が抑止される。燃料ノズルが燃焼チヤンバから突出し、炉内で燃焼空気と燃焼ガスとが前以て混合され、その後燃料が混合物に加えられる態様も採用できる。
【００１５】
第１及び第２の動作状態における燃料ノズル装置の切換弁は段階的にあるいは連続的に作動可能にできる。概して簡略のため単一の燃料のみが２つの動作状態を生じるように採用されるが、２つの動作状態に対し異なる燃料も使用できる。
【００１６】
産業用バーナは対流状態で内部を燃焼空気と燃焼排気ガスを通過する一体リカペレータが燃焼チヤンバと連係動作されるリカペレータ式バーナとしても構成できる。必要ならば外部リカペレータを備える、あるいは外部空気で予熱する構成のバーナを動作させることも可能になる。
【００１７】
別の実施態様では、バーナが内部に燃焼空気および燃焼排気ガスが交互に流れ燃焼チヤンバに連係動作される再生器を備えた再生式バーナ、あるいは少なくとも１個の別の再生式バーナを付加し加熱チヤンバを加熱し２つのバーナが加熱モードおよび再生モードで交互に動作するよう構成し得る。
【００１８】
この場合新規な産業用バーナは直接炉チヤンバを加熱するに採用されるか、あるいは出口部側で下流端部で閉鎖される流れ加熱管がその下流に設けることができる。再生式バーナを用いるとき、このバーナは夫々の燃焼チヤンバの下流の管を介し別の産業用バーナに連通しており、管は実質的にＯの形に成形されることが望ましい。燃料はガス態様（例えば天然ガス、プロパン等）であることが好ましいが、液体状（例えば揮発性あるいは噴霧状のオイル）、あるいは固形状（例えば石炭ダスト）であることも採用可能である。
【００１９】
【実施例】
図１および図２を参照するに産業用バーナにはパルス式バーナが用いられる。このバーナの円筒状のジヤケット管１はスチールあるいはセラミックで作製され、炉壁３内に形成される円筒状開口部２内に挿入される。図１には炉壁３の一部のみが示されているが、炉壁３により加熱チヤンバをなす炉チャンバ４が区画される。ジヤケツト管１の外側の環形フランジ５により、ジヤケツト管１が炉壁３に対し密封される。ジヤケツト管１の外側端部はエンドフランジ７に対し、例えば螺着部８で密封連結されるキャップ６により閉鎖される。ジヤケツト管１は炉チヤンバ４の側では高い耐熱性の材料、特にセラミックで作られたカツプ状の燃焼チヤンバ９と隣接され、燃焼チヤンバ９は連通部１００を介し対応するフランジ連結部を経てジヤケツト管１と密封されて連通している。
【００２０】
断面形が円筒状でジヤケツト管１と同軸の燃焼チヤンバ９には出口部が具備されており、出口部は出口開口部１０として炉チヤンバ４と連通している。出口開口部１０は燃焼チヤンバの壁の端部のくびれ体１１により区画され、出口開口部１０の断面は図２に示される如く実質的にクローバの葉の形状である。図示の一例としての実施例の場合、出口開口部１０は４個の“葉”を有し、この葉の軸１２は互いに直交する。これらの“葉”はポケツトくぼみ部１３として形成され、仮想同軸円１４から外側へ向かつて延びている。このとき４つの“葉”の数は例えば５若しくは６あるいはそれより少ない２で構成できる。またポケツトくぼみ部１３は図２に示すような実質的に円の一部をなすような外形を持たせる必要はなく、代わりに三角形若しくは他の形状にすることができる。
【００２１】
巾方向に延びる空気供給スタプ１５は炉壁３の外側においてジヤケツト管１と連結され、燃焼空気弁１６が空気供給スタブ１５に設けられ、オプシヨンとして予め加熱された燃焼空気は空気供給スタブ１５を経て供給される。燃焼空気供給スタブ１５は、ジヤケツト管１および燃焼空気弁１６と共に空気供給装置を構成する。図示の空気供給装置は供給されたすべての燃焼空気が燃焼チヤンバ９に作用する、その出口開口部１０から出るように構成されている。
【００２２】
互いに同軸の２個の燃料ネンス１７、１８を有する燃焼チヤンバ９は燃料供給装置に対し配設され、外側の燃料ネンス１７はキヤツプ６内に密封されて保持され、一方内側の燃料ネンス１８は密封部１９で径の大きな外側の燃料ネンス１７に対し密封されて連結されている。２つの燃料供給スタブ２０、２１は炉壁３の外側で２つの燃料ネンス１７、１８に連結され、夫々の燃料供給スタブに各々燃料弁２２、２３が具備されており、図１には詳示してはいないが符号Ｉ，ＩＩで示される燃料供給源に連通されている。２種の異なる燃料が２つの燃料供給源１、ＩＩにより交互に（通常の場合）供給され得る。一方２つの燃料供給源Ｉ、ＩＩを一つの燃料供給源としても構成でき、この場合は燃料供給源から単一の種類の液体あるいはガス状の燃料のみが供給可能にされる。
【００２３】
外側の燃料ネンス１７はその両方の一端が閉鎖され、その端部２４は炉チヤンバへ向かい燃焼チヤンバ９内へ延長されている。また端部２４の円周部には第１の燃料ノズル２５が具備され、第１の燃料ノズル２５は実質的に半径方向に配向されて出口開口部１０の口部から比較的長手の距離、離間される。
【００２４】
内側の燃料ネンス１８は外側の燃料ネンス１７の閉鎖された端部２４を経て密封されて延び、内側の燃料ネンス１８の端部には狭隘な第２の燃料ノズル２６が設けられており、第２の燃料ノズル２６の口部は略出口開口部１０と口部に同位に配設される。第２の燃料ノズル２６は実質的に軸方向に放出し、ほぼ出口開口部１０の口部と同位に放出する。使用する燃料の種類により、第２の燃料ノズル２６を有した内側の燃料ネンス１８も燃焼チヤンバ９の出口開口部１０の口部を僅かに越えて炉チヤンバ４内へ向かつて軸方向に延びる、あるいは燃焼チヤンバ９内へこの口部に対し所定量だけ近付けて配設される。これらの構成において特に使用条件の関数として先ず出口開口部１０から出る燃焼空気と炉チヤンバ４内の炉の排気ガスとを予め混合し、次に第２の燃料ノズル２６からの燃料を排気ガスと空気との混合気に加えることが重要なときに選択され、一方第２の構成は特に内側の燃料ネンス１８を経て供給される燃料が例えば天然ガスの場合のように、反応が比較的不活発なときに採用される。
【００２５】
別の態様として内側の燃料ネンス１８および外側の燃料ネンス１７の少なくとも一は特に軸方向に調整可能にされ、図１を参照すれば明らかなように、これと連係する調整器２７が具備される。この場合、内側の燃料ネンス１８は密封部１９で密封されると共に変位可能に支承され、密封部１９はキヤツプ６を貫通し外側の燃料ネンス１７の延長体として付設され得る。
【００２６】
外側の燃料ネンス１７の巾方向に隣接し、キヤツプ６を介して電気的に絶縁された点火電極２８が延長され、点火パルスを与えて燃焼チヤンバ９内の空気・燃料混合気を点火する電気点火電玄２９と連結される。点火電極２８は周知の方法で燃料ネンス１７の外側において燃焼チヤンバ９内に配置される点火フランジ３００と協働し得、この点火フランジ３００と共に点火装置の一部を構成する。
【００２７】
点火電源２９、燃焼空気弁１６および２個の燃料弁２２、２３は制御装置により作動され、バーナがオン・オフされて２つの動作状態に切り替えられる。以下この点を詳述する。
【００２８】
図２に明らかなように第２の燃料ノズル２６は出口開口部１０と同軸に配設される。この場合出口開口部１０に対し偏心して配置し得、ある用途では第２の燃料ノズル２６を複数の並列接続された燃料ノズルと交換され、この複数の燃料ノズルは好ましくはクローバ葉状の出口開口部１０の“葉”部１３に配置されることも可能である。
【００２９】
バーナを低温状態から開始するため、バーナは先ず制御装置３０により第１の動作状態に切り替えられる。この動作状態では外側の燃料ネンス１７の燃焼空気弁１６および燃料弁２２は開放され、一方内側の燃料ネンス１８の燃料弁２３が閉鎖される。従つて燃焼チヤンバ９は環形流３１で示されるように出口開口部１０から炉チヤンバ４内に高速で放出される全ての燃焼空気と作用される。
【００３０】
第１の燃料ノズル２５を経て燃焼チヤンバ９内に導入された燃料は燃焼チヤンバ９内で燃焼空気と混合され、燃料・空気混合気は点火電極２８により点火される。燃料・空気混合気は燃焼チヤンバ９内で安定した炎で燃焼し、出口開口部１０を経て出る炎ガスにより炉チヤンバ４が加熱される。出口開口部１０から出る気体の噴出作用により、炉チヤンバ内の排気ガスは図１に矢印３２で示されるように移動される。
【００３１】
炉チヤンバ４が外側の燃料ネンス１７に対し配置され、炉チヤンバ４内に突出する温度センサ３３により確かめられる燃料点火温度まで加熱されたときは直ちに制御装置３０によりバーナが第２の動作状態に切り替えられ、第２の燃料弁２３が閉鎖され、第１の燃料弁２２が開放される。この切り替えは段階的にあるいは連続的に行われる。
【００３２】
この第２の動作状態では、燃料が第１の燃料ノズル２５を経て更に燃焼チヤンバ内に導入されないため、燃焼チヤンバ９内の燃焼工程は実質的に完全に抑制される。同時に燃料は出口開口部１０の口部近傍で軸方向の第２の燃料ノズル２６のみを経、炉チヤンバ内に供給される。出口開口部１０から減速されずに放出される燃焼空気流の噴射作用により、炉チヤンバ４内の出口開口部１０の口部近傍で燃焼排気ガスと空気の混合気に燃料が導入される。炉チヤンバ４が燃料の点火温度まで加熱されるので、燃料と燃焼空気とが反応し炉チヤンバ４内の、燃焼チヤンバ９の外側において反応領域が生じる。
【００３３】
この反応領域ではここで得られる反応条件により、燃料と燃焼空気との反応は炎を発生して生じるが、実質的に炎および変動のない反応も得られる。
【００３４】
第１の動作状態即ちスタート状態でのＮＯｘ放出は既に相対的に少なく、いずれにせよＮＯｘ放出度は規制度の範囲内である。第２の動作状態、即ち通常の動作状態では、ＮＯｘ放出は第１の動作状態に比べ１桁あるいは２桁更に低下される。加熱チヤンバの温度によりＮＯｘ放出は１ｐｐｍ以下の範囲まで更に低下できる。
【００３５】
図１および図２に沿つて説明したパルス式バーナは低廉なリカベレータ式バーナとして構成され動作され得る。この場合が図３に占められる。図３において、図１および図２の素子と同一のものには同一の符号を付し、ここではその説明を割愛する。
【００３６】
図３のリカベレータ式バーナは一体リブを具備したリカベレータ３４を備え、リカベレータ３４を介して炉チヤンバ４から出る排気ガスと流入する燃焼空気が対向して流れる。これによりキヤツプ６と密封されて連通する同軸の空気案内シリンダ３５がジヤケツト管１内に挿入され、空気案内シリンダ３５はジヤケツト管１と共に環形チヤンバ３６を区画し、環形チヤンバ３６内には空気供給スタブ１５からの空気が放出される。炉壁内の円筒状の開口部２の内壁３６および炉壁３の外側に密封されて装着される排気ガスフード３７と共に、あるいは排気ガスフード３７と連通する外側の円筒壁と共に、ジヤケツト管１は第２の環形チヤンバ３８を区画する。第２の環形チヤンバ３８は炉チヤンバ４と連通し、第２の環形チヤンバ３８に対し排気ガススタブ３９が連結され、排気ガススタブ３９からの排気ガスは排気ガスフード３７に放出され、排気ガススタブ３９内には排気ガス弁４０が設けられる。ジヤケツト管１の連続する熱交換リブ４１は環形チヤンバ３６、３８内に突出し、ジヤケツト管１の干渉部と共に２つの環形チヤンバ３６、３８を流れる媒体間に対し良好な熱交換を与える。
【００３７】
空気案内シリンダ３５および内壁３６と共に、あるいは上述した円筒壁と共に、ジヤケツト管１は一体のリブを有するリカベレータ３４を形成し、リカベレータ３４内では有効熱が環形チヤンバ３６を経て対向して流れる燃焼空気により炉チヤンバ４から導入され、排気ガススタブ３９から放出される矢印４２で示される排気ガスから取り出される。
【００３８】
本実施例の場合でも、燃焼チヤンバ９は図２に示されるように形成された出口開口部１０を経て炉チヤンバ４内に放出される燃焼空気の全ての作用を受ける。
【００３９】
また同様にこのバーナは図１および図２に沿つて上述した２つの動作状態で作動する。第１の動作状態においては、燃焼チヤンバ９内で安定した炎で燃焼し、第２の動作状態では燃料と燃焼空気との反応が矢印４２内の燃焼チヤンバ９の外側で生じる。図１の制御装置３０は図３には簡略のため図示していない。
【００４０】
図４には図１のパルス式バーナの別の実施態様としての再生式式バーナが示される。同様に図４では、図１および図２と同一の素子には同一符号を付して示されており、説明は省略する。セラミツクデイスクの再生器４５は頂部で燃焼チヤンバ９を閉鎖する。再生器４５は燃焼チヤンバ９上でジヤケツト管１および外側の燃料ネンス１７により外囲される円筒状の環チヤンバ内に挿入される。再生器４５は上下関係で重ねられ、ガス媒体用の細い軸流導管４７を有する複数の同軸のセラミツクデイスク４６で構成される。
【００４１】
再生式バーナは例えば一般に再生式バーナとして知られる場合のように２動作サイクルでバツチ式に動作される。第１の動作サイクル中、高温炉の排気ガスが再生器４５を流れ、燃料と燃焼空気の供給は遮断され、炉チヤンバ４から到来するこれら排気ガスはジヤケツト管１から巾方向に突出し、弁４８を有する排気ガススタブ４７を通り放出される。この動作中排気ガスの有する有効熱はセラミツクデイスク４６へ与えられ、従つて再生器４５が加熱される。
【００４２】
再生器４５が加熱されると、排気ガス弁４８を閉鎖し燃焼空気弁６０を開放することにより、第２の動作サイクルが開始され、このサイクルでは燃焼空気は反対方向にセラミツクデイスク４６を流れ、燃焼空気が予め加熱されて燃焼チヤンバ９内に導入される。予め加熱された燃焼空気は矢印３２で示されるように、ノズルのように狭められた出口開口部１０から高速で炉チヤンバ４内へと放出され、炉の排気ガスと混合される。燃料は再び内側の燃料ネンス１８の第２の燃料ノズル２６を介し燃焼空気と排気ガスとの混合気内に導入され、この燃料は炉チヤンバ４内で燃焼チヤンバ９の外側で既に説明したバーナの第２の動作状態と同様に燃焼空気と反応する。
【００４３】
バーナは再生器に蓄積された熱量が消費され再生器が再び加熱する必要があるときまでこの第２の動作状態を維持する。一度この状態になつたときは、再生器が燃焼空気弁１６を閉鎖し、排気ガス弁４８を開放し燃料供給を同時に遮断することにより再び加熱サイクルに移される。
【００４４】
上述のサイクル動作を可能にするため、炉チヤンバ４を加熱する再生式バーナは少なくとも１の別のバーナと協働し、１個のバーナの再生器４５の加熱サイクル中、炉チヤンバ４の加熱が少なく１の他方のバーナ（一般には再生式バーナとして同様に構成される）により行われる。
【００４５】
スタートモードでは、即ち炉チヤンバ４が最初依然低温であるとき、再生式バーナは当初図１および図２に沿つて上述した第１の動作状態で空気を予め加熱することなく動作し、この場合外側の燃料ネンス１７および半径方向の燃料ノズル２５を介し供給される燃料は燃焼チヤンバ９の内側で燃焼チヤンバに作用する燃焼空気と共に安定した炎を発生して燃焼する。燃料の点火温度に炉チヤンバ４内で達すると、少なくとも一のバーナが第２の動作状態へ切り替えられ、燃料と燃焼空気との反応は炉チヤンバ４内で燃焼チヤンバ９の外側で生じる。スタートモード中でも、別のバーナの再生器が加熱される。このバーナの再生器４５が加熱されると炉空間が加熱され、一方当初のバーナの再生器４５は加熱サイクルへと移動される。
【００４６】
上述した図１〜図４の実施例の場合燃焼チヤンバ９の出口開口部１０は炉チヤンバ４内へ直接開口し、第２の動作状態では燃料と燃焼空気との反応も炉チヤンバ内で燃焼チヤンバ９の上流の所定距離の位置で生じるが、この新規なバーナの原理は炉チヤンバ４が流れ加熱管を介し直接加熱される種類のバーナにも容易に適用可能である。このような場合、実際の加熱チヤンバは閉鎖された流れ加熱管の内側に配置される。
【００４７】
この種のバーナの２例が図３および図４の別の実施態様として図５および図６に示される。図５および図６において、図３および図４と同一の素子は同一の符号を付して図示してあり、説明は省略する。
【００４８】
図５に示されるリカベレータ式バーナは、端部５０で閉鎖された円筒状のジヤケツト流管５１が排気ガスフード３７と密封された状態で連通し、ジヤケツト管１と共にリカベレータ３４の第２の環形チヤンバ３８を区画することの点でのみ図３のバーナと異なる。加熱チヤンバ４００はジヤケツト流管５１の内部により区画され、ジヤケツト流管５１内には一般に同軸状のセラミツク炎管が周知な方法で配置される。加熱チヤンバ４００は簡略図で示される。
【００４９】
一方バーナは図３のリカベレータ式バーナと同様に２状態に動作する。従つてこの点につていは図３に沿つた説明を参照することにより明らかとなろう。
【００５０】
図６には図４の再生式バーナ２つを備え、夫々のジヤケツト管１が管５４を介し互いに連通し、管５４は実質的に加熱チヤンバ４００を内側に含むように形成されるヒータ構成が示されている。
【００５１】
参照記号Ａ、Ｂとして区別される２つの再生式バーナは加熱サイクルあるいはび空気予熱サイクルで交互に機能する。例えば加熱された再生器４５を有する再生式バーナＡが図１および図２に沿つて上述した第２の動作状態で動作している間、外側で運ばれる排気ガスの量はＯ形管５２を介して第２の再生式バーナＢへ送られ、従つて再生式バーナＢの再生器が加熱される。第２の再生式バーナＢの再生器４５の加熱が終了すると、両方の再生式バーナＡ，Ｂは夫々別のサイクルへ切り替えられ、再生式バーナＢは加熱チヤンバ４００の加熱を行い、一方再生式バーナＡの再生器４５はその熱タンクを蓄える。
【００５２】
図１および図２に沿つて上述した第１および第２の動作状態間の切替の場合、２動作状態の切換え時に２つの再生式バーナＡ，Ｂの切替が、図６から明らかなように夫々グループで共通燃料ライン５３、共通燃焼空気ライン５４および共通排気ガスライン５５と連結される燃料弁２２、燃料弁２３、燃焼空気弁１６、排気ガス弁４８を好適に切り替えることにより実現される。２つの再生式バーナを備える図６の加熱装置は構成上特に経済的であり、従つて約５０〜１００ｋｗ台の少ない熱出力に対しても好適である。
【００５３】
最終的に図７には図３の実際に設計したリカベレータ式バーナでの熱によるＮＯｘ発生に対し得られた測定値が示される。
【００５４】
リカベレータ式バーナの一例として以下の構成が使用され得る。
ガス燃料：天然ガス
空気比：λ≒１．１
定格電力：３０ｋｗ
空気予熱：加熱チヤンバの温度（℃）の０．７倍
燃焼チヤンバノズル（出口開口部１０）の断面積：３ｃｍ２
内側の燃料ネンス（１８）の燃料ノズル（２６）の断面積：０．３ｃｍ２
【００５５】
図７において熱によるＮＯｘ発生は温度センサ３３（図１）により測定される加熱チヤンバの温度の関数として炉排気ガスのＮＯｘのｐｐｍ単位で示される。図７における線は以下の意味を持つ。
▲１▼  第１の動作状態から第２の動作状態への切替温度８００℃
▲２▼  第１の動作状態（燃焼チヤンバ９内で安定した炎の燃焼）でのｐｐｍ単位でのＮＯｘ
▲３▼  第２の動作状態（大きな炉チヤンバあるいは炉チヤンバ４内での燃料と燃焼空気との反応）でのｐｐｍ単位でのＮＯｘ
▲４▼  第２の動作状態（排気ガスが制限されて再循環される図４の場合のように（直径１５０ｍｍ）の流れ管の加熱チヤンバ内における燃料と燃焼空気との反応）でのｐｐｍ単位でのＮＯｘ
【００５６】
図には第１、即ちスタート動作状態では燃焼チヤンバ９内で燃料が燃焼すると、ＮＯｘが法律上許される規制レベル範囲内で発生する。加熱チヤンバ内の燃料の点火温度に一度達すると第２の動作状態に切り替えられ、熱によるＮＯｘ発生が第１の動作状態の場合より少なくとも１桁だけ減少される。
【００５７】
従つて図７には、第２の動作状態での熱によるＮＯｘ発生が加熱チヤンバあるいは反応チヤンバの寸法に左右されることが示されている。大きな加熱チヤンバ（１０ｄｍ３／ｋｗより大きい）内で自由に再循環ができるときは、線▲３▼により示されるようにＮＯｘ測定値は１ｐｐｍより小さい。即ち第１の動作状態（線▲２▼）での状態に比べ２桁だけＮＯｘ発生が低下される。
【００５８】
図４に示されるように間接加熱用の流れ加熱管の場合によく生じるが、空間が狭い場合（１ｄｍ３／ｋｗ以上）には、ＮＯｘ発生は８００℃の加熱チヤンバの温度で約１０ｐｐｍまで上昇する（線▲４▼）。これは第１の動作状態に適用される線▲２▼の場合より１桁依然低い。
【００５９】
一般に１５００℃以上の加熱チヤンバ温度では、燃焼反応が生じなくても窒素は空気中の酸素と盛んに反応するので、ＮＯｘ値は急激に上昇する。
【００６０】
【発明の効果】
上述のように本発明による産業用バーナによれば加熱チヤンバ内の燃焼温度を低温化し、効果的にＮＯｘの放出量を顕著に低温化できる等々の効果を達成する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明の一実施例による産業用バーナの軸方向の側部断面図である。
【図２】図２は図１の産業用バーナの燃焼チヤンバの出口部側の平面図である。
【図３】図３は本発明の再生式バーナとしての実施例の産業用バーナの断面図である。
【図４】図４は本発明の再生式バーナとしての実施例の産業用バーナの軸方向の側部断面図である。
【図５】図５は本発明の他の実施態様の端部が閉鎖された流れ加熱管を備えた図３の産業用バーナの軸方向の側部断面図である。
【図６】図６は本発明の他の実施態様のＯの形状の流れ加熱管を備えた図４の２つの産業用バーナの軸方向の側部断面図である。
【図７】図７は本発明における加熱チヤンバの温度の関数としての図１の産業用バーナのＮＯｘ放出の図である。
【符号の説明】
１              ジヤケツト管
２              円筒状開口部
３              炉壁
４              炉チヤンバ
５              環形フランジ
６              キヤツプ
７              エンドフランジ
８              螺着部
９              燃焼チヤンバ
１０              出口開口部
１１              くびれ体
１２              軸
１３              ポケツトくぼみ部
１４              仮想同軸円
１５              空気供給スタブ
１６              燃焼空気弁
１７              外側の燃料ネンス
１８              内側の燃料ネンス
１９              密封部
２０              燃料供給スタブ
２１              燃料供給スタブ
２２              燃料弁
２３              燃料弁
２４              端部
２５              第１の燃料ノズル
２６              第２の燃料ノズル
２７              調整器
２８              点火電極
２９              点火電源
３０              制御装置
３１              環状流
３２              矢印
３３              温度センサ
３４              リカベレータ
３５              空気案内シリンダ
３６              環形チヤンバ
３７              排気ガスフード
３８              第２の環形チヤンバ
３９              排気ガススタブ
４０              排気ガス弁
４１              熱交換リブ
４２              矢印
４５              再生器
４６              セラミツクデイスク
４７              軸流導管
４８              排気ガス弁
５０              端部
５１              ジヤケツト流管
５２              Ｏ形管
５３              共通燃料ライン
５４              共通燃焼空気ライン
５５              共通排気ガスライン
６０              燃焼空気弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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