(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの本体（２）と、
前記本体（２）の下部上に位置し、リッチ燃料空気混合物が燃焼される、少なくとも１つの表面タイプバーナー（３）と、
前記燃料空気混合物を点火する、少なくとも１つの電極（４）と、
前記表面タイプバーナー（３）に要する天然ガスを与える、少なくとも１つの燃料弁（５）と、
前記表面タイプバーナー（３）に要する空気を提供する、少なくとも１つのコンプレッサ（またはファン）（６）と、
前記コンプレッサ（６）の下流に位置する、少なくとも１つの空気弁（７）と、を本質的に備える燃焼システム（１）であって、
前記表面タイプバーナー（３）で起こる燃焼の結果生じる排ガスが入り、加熱水が通過する、少なくとも１つの一次熱交換器（８）と、
前記一次熱交換器（８）を通過する水を加圧する、少なくとも１つのポンプ（９）と、
水流を測定する少なくとも１つの流量計（ロータメーター等）（１１）、および、前記一次熱交換器（８）の前に位置する、少なくとも１つの熱交換器弁（１０）と、
前記一次熱交換器（８）の上部上に位置する少なくとも１つのチュ-ブ状二次熱交換器（１２）であって、前記チュ-ブ状二次熱交換器のジャケット部分を通過させることで、前記チュ-ブ状二次熱交換器（１２）を通して燃焼のために注入された二次空気が加熱される、少なくとも１つのチュ-ブ状二次熱交換器（１２）と、
前記二次熱交換器（１２）を通過する空気を制御する、少なくとも１つの二次熱交換器空気弁（１３）と、
前記二次熱交換器（１２）の上部上に位置し、排ガスと前記二次熱交換器（１２）を出た空気とを混合することによってプアガス混合物を生成する、少なくとも１つのガス分配器プレート（１４）と、
前記ガス分配器プレート（１４）を出たプアガス混合物が入る、少なくとも１つの水分トラップ（１５）と、
前記水分トラップ（１５）の上部上に位置し、無炎燃焼が起こる、少なくとも１つの触媒バーナー（１６）と、
前記触媒バーナー（１６）を出たガスがジャケット部分を通過することによって大気中に放出され、前記一次熱交換器（８）を出た水が通過してシステムを出る前に最後に加熱される、少なくとも１つの三次熱交換器（１７）と、
ガスが前記本体（２）を出る、少なくとも１つのガス出口排気パイプ（１８）と、を特徴とする、燃焼システム（１）。
【請求項２】
前記表面タイプバーナー（３）における火炎の存在を連続的に制御する、少なくとも１つのイオン化電極（１９）を特徴とする、請求項１に記載の燃焼システム（１）。
【請求項３】
前記表面タイプバーナー（３）上の火炎温度を測定する、少なくとも１つの熱電対（２０）を特徴とする、請求項１または２に記載の燃焼システム（１）。
【請求項４】
前記表面タイプバーナー（３）においてリッチ燃料・空気混合物を点火するために点火用電極（４）を作動する、少なくとも１つの制御ユニット（２１）を特徴とする、請求項２に記載の燃焼システム（１）。
【請求項５】
リッチ天然ガス・空気混合物が前記燃料弁（５）と前記空気弁（７）とによって生成され、点火用電極（４）によって点火される、バーナー（３）を特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の燃焼システム（１）。
【請求項６】
前記一次熱交換器（８）と前記三次熱交換器（１７）との間に水を送るために設けられる、パイプライン（２２）を特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の燃焼システム（１）。
【請求項７】
前記本体（２）内部の端から端まで完全に伸長せずに、ガス混合物が前記本体（２）を通過できる開口を形成する、ガス分配器プレート（１４）を特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の燃焼システム（１）。
【請求項８】
中空構造を有するガス分配器プレート（１４）を特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の燃焼システム（１）。
【請求項９】
システムの作動および通常運転の両方においてガス混合物が通過する、水分トラップ（１５）を特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の燃焼システム（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リッチ均質燃焼とプア触媒燃焼とを連続して行って、ＮＯｘ排出をゼロとし、家庭用温水を得るために用いられるハイブリッド燃焼システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス燃料温水器で発生した廃ガス排出においてＮＯｘ排出を削減することは、環境や人々の健康にとって極めて重要である。燃焼システムにおいて、窒素酸化物は、液体または固体燃料分において与えられる窒素源からなるＮＯｘの形成、瞬時に火炎において生成されるが少量であるＮＯｘの形成、および、高温での熱ＮＯｘの形成という、３つの異なるやり方で形成される。
【０００３】
燃料ベースのＮＯｘ排出は、燃料分に含まれる窒素と燃焼空気において与えられる酸素との反応の結果、発生する。このような問題は、ガス燃料では見られない。しかし、固体や液体燃料における全ＮＯｘ排出の約半分が、燃料分において与えられる窒素から生じ得る。
【０００４】
プロンプトＮＯｘの形成は、空気中に存在する窒素と炭化水素基との間で起こる高速反応の結果である。全ＮＯｘ排出におけるこのような種類のＮＯｘ排出の割合は、かなり低い。
【０００５】
熱ＮＯｘ形成は、特に１２００℃を超える火炎温度での燃焼空気における酸素と窒素との反応の結果、起こる。熱ＮＯｘ排出は、火炎温度が上がるにつれて、非常に早く増加する。ガス燃料の燃焼の結果生じるＮＯｘ排出の大部分は、このようにして発生する。
【０００６】
商用天然ガス温水システムでは、均質燃焼プロセスが、燃焼技術として利用される。天然ガスの均質燃焼中、化学量論的条件下で、高火炎温度に到達する。熱ＮＯｘ形成は、これら条件下で高温に応じて起こる。ガス燃料を伴う燃焼システムにおけるＮＯｘ排出削減のための最も効率的な方法は、火炎ピーク温度、および、当該ピーク温度での滞留時間を低減することである。したがって、使用されるシステムは、主に、過剰空気によって運転される。加えて、火炎ピーク温度を下げるために、二次空気供給を、燃焼室に与えることができる。あるいは、適した吸収率で適切な装置によって火炎から熱エネルギーを吸収して火炎温度を下げることで、ＮＯｘの形成を防ぐこともできる。
【０００７】
ＮＯｘ排出削減のために用いられる他の方法は、リッチ燃料混合物によって均質燃焼プロセスを開始し、その後漸次にプア燃料混合物によって燃焼プロセスを完了する。燃焼プロセスは、少なくとも２つの領域におけるリッチ混合物からプア混合物への連続領域で、連続して行われる。漸次燃焼は、連続燃焼領域に燃料または燃焼空気を投入することによって実現される。米国特許文献第ＵＳ５１９５８８４号、第ＵＳ５２７５５５２号、第ＵＳ７１９８４８２号、第ＵＳ６６９５６０９号、および、国際特許文献第ＷＯ２０１００９２１５０号が、この事項に関する例として引用される。これら特許文献において、均質燃焼システムでは、漸次燃焼を実現するために、燃料供給ノズルが燃焼室上の異なる位置に配置される。
【０００８】
拡散火炎とも呼ばれる均質燃焼技術において、燃料と酸化剤とが拡散によって混合され、燃焼室で燃焼反応が起こる。ここで、同時に、システムから熱が抽出される。ＮＯｘ排出を削減した拡散火炎タイプバーナーは、特許文献第ＵＳ４９０４１７９号および第ＥＰ１３１０７３７号に記載されている。
【０００９】
燃焼反応でのＮＯｘ排出を削減する他の方法は、燃焼温度を下げることである。低温での燃焼プロセスは、触媒燃焼によってのみ実現することができる。無炎燃焼としても知られる触媒燃焼は、触媒表面上で、均質燃焼よりもずっと低い活性化エネルギーで起こる。一般に、パラジウムや白金等の貴金属触媒が使用される。クロム、マンガン、鉄、カルシウム、ニッケル、銅、亜鉛、およびスズ酸化物も、酸化能を持つ金属であり、触媒燃焼の目的で使用可能である。天然ガスの中間化合物であるメタンが高対称性分子であることから、触媒的に燃焼させるためには、約２５０〜４００℃の温度に予熱する必要がある。この予熱プロセスが、燃焼システムのエネルギーバランスに悪影響を及ぼす。一般に、パラジウム系燃焼触媒の魅力は、これら触媒のＰｄＯ活性部位が８００℃を超えると不活性金属相へと変換されることから、失われる。
【００１０】
米国特許文献第ＵＳ５４６４００６号および第ＵＳ５８１０５７７号は、段階的触媒燃焼システムを開示する。米国特許文献第ＵＳ５４６４００６号で、ガス燃料・空気混合物が電気予熱領域を通過した後、燃焼は、２つの異なる触媒燃焼段階で起こる。燃料の約７０〜９０％が、第１触媒領域（触媒隙間バーナーチューブ）で燃焼される一方、残りの燃焼は、第２触媒領域において、モノリスタイプ触媒上で発生する。同様の適用が、米国特許文献第ＵＳ５８１０５７７号にも見られる。
【００１１】
欧州特許文献第ＥＰ０２５６３２２号および第ＥＰ０３５６７０９号は、触媒床内に浸漬される熱交換システムを開示する。天然ガス・空気混合物が、最初の均質燃焼を可能にする電熱器または電気点火装置によって触媒燃焼が開始される温度（３２０〜３９０℃）に加熱される。触媒燃焼の開始後、燃焼温度は４００〜７００℃に到達し、当該予熱システムは停止される。温度が４００℃未満に下がると、触媒燃焼反応は終わる。再開のために、予熱システムは一時的に再作動される。銅クロマイトが、触媒として使用される。
【００１２】
ドイツ特許文献第ＤＥ３３３２５７２号で、複合表面および触媒タイプバーナーは、２つの連続燃焼段階において利用される。第１段階において、一次燃焼が、第２段階バーナーと平行位置にある複合（表面・触媒）バーナー上で起こる。燃焼システムは、第１領域を出た燃焼ガスへの補足二次空気供給を伴い、同じ反応器の下部に位置する同一の第２表面・触媒複合バーナーシステムによって、完了する。直列接続されたバーナー対の出口に位置する熱交換器ユニットに供給される水は、燃焼ガスの熱によって加熱される。
【００１３】
ドイツ特許文献第ＤＥ４３０８０１７号、第ＤＥ４２２７１１号、第ＤＥ４４１２７１４号、および欧州特許文献第ＥＰ０６７１５８６号は、３つの燃焼領域を有するシステムを開示する。ここで、表面タイプバーナーと触媒バーナーとが共に用いられる。燃焼は、ガス燃料・空気混合物の一部を表面タイプバーナー内に供給することによって、均質的に行われる。一方、触媒バーナー内に供給されたガス燃料・空気混合物は、表面タイプバーナーで生じた熱によって、加熱ジャケットの上で、温度３００〜３５０℃に予熱される。こうして、隙間タイプ触媒バーナーを作動させる。最後に、両バーナー（表面タイプバーナー、隙間タイプ触媒バーナー）からの複合排ガスがモノリスタイプ触媒バーナーに入り、燃焼プロセスが完了する。約１３ｋＷの熱エネルギーを有する燃料を、均質表面タイプバーナー上で燃焼させる一方、残りの燃料・空気混合物を、熱エネルギー範囲６〜１２ｋＷで、変調により触媒的に燃焼させる。３つのバーナー全てを囲む室に水循環を与えることで、温水が得られる。
【００１４】
ドイツ特許文献第ＤＥ１９７３９７０４号では、２つの触媒バーナーが連続して使用される。第１触媒バーナーユニットは、セラミックブロックであり、同時に表面バーナーとしても用いられる。表面および触媒バーナーの入口および出口には、２つの熱交換器ユニットが直列配置される。バーナー入口に位置する熱交換器は、放射によって生じた熱を受けて火炎の逆火を防止するように設計される。加えて、熱量は、燃焼ブロックの外側を包む冷却水循環によって、燃焼室から取り出される。
【００１５】
欧州特許文献第ＥＰ０７８９１８８号では、２つの触媒バーナーが、同様に連続して配置される。２つの触媒バーナーの間の室には、１つの点火用電極がある。燃焼プロセスは、最初に点火用電極によって第１触媒表面上で起こる均質燃焼により開始される。触媒の過熱を防止するために、ＩＲ放射吸収層を有する冷却プレートを、点火用電極が位置する室の両側に配置する。燃焼は、第１触媒バーナーで燃焼されなかった燃料留分をモノリス形状の第２触媒バーナーで燃焼させることによって、完了する。当該特許文献で第１点火に使用されると記載されている点火用電極は、２つの触媒バーナーの間に残る領域に配置することができ、ガス供給側に置かれた冷却・分配プレートと第１触媒燃焼プレートとの間に残る領域に配置することもできる。あるいは、当該特許文献では、２つの触媒バーナーの間の領域に位置する点火用電極と触媒バーナーとから構成されるシステムの２つのユニットを互いに平行に配置することができると記載されている。
【００１６】
ドイツ特許文献第ＤＥ４３２４０１２号では、均質燃焼と触媒燃焼とが連続して行われる。均質燃焼の結果生じる排ガスおよび未燃炭化水素は、触媒タイプバーナープレート上を通ることで、排出削減された排ガスが、ユニットから排気パイプへ取り出される。実際の燃焼は、均質バーナーにおいて起こる。揮発性有機化合物を酸化させて排ガス排出を改善するために、触媒バーナーが用いられる。提案されている当該システムでは、温水生成用の熱交換器はない。
【００１７】
米国特許文献第ＵＳ５８５１４８９号は、拡散タイプ触媒燃焼システムを開示する。内部から、触媒が含浸されている支持構造物内に、燃料を拡散する一方、同じ構造物上の外表面から、空気を拡散する。触媒燃焼は、触媒支持構造物上で発生し、温度は、４００〜７５０℃に到達する。液体（例：水）は、表面の間に残る部分に配置された熱ジャケットによって加熱され得る。
【００１８】
米国特許文献第ＵＳ６４３１８５６号では、燃料・空気予混合物が、燃焼室内に供給される。均質燃焼は、燃焼室の入口に位置する点火用電極によって開始され、触媒ブロックは、所望の温度に予熱される。触媒燃焼が始まる温度まで触媒ブロックが加熱された後、燃料・空気混合物は遮断され、確実に消火する。点火用電極が停止している間、燃料・空気混合物を次々に再供給することによって、触媒燃焼が高温触媒表面上で始まる。一方、触媒バーナーの後ろおよび排気ライン内に位置する熱交換器から循環される水は、排ガスによって加熱される。
【００１９】
米国特許文献第ＵＳ７４４４８２０号は、ガスタービン用の２段階触媒燃焼プロセスを開示する。触媒燃焼は、第１触媒燃焼ユニットからのリッチ混合物によって行われる。コンプレッサを出た熱気の温度は、リッチ混合物によって触媒燃焼が始まる温度に到達するのに十分な温度である。リッチ混合物によって第１触媒バーナーで起こる燃焼の結果、可燃性炭化水素成分を含む高温ガス燃料（Ｈ２、ＣＯ分を含む）は、完全な燃焼が起こらないことから、発生する。リッチ燃焼の結果発生する熱の一部は、熱交換器を通じて燃焼空気に伝達され、二次燃焼空気が、プア燃焼のために加熱される。部分酸化炭化水素は、プア混合物が形成されるように二次燃焼空気と混合され、完全燃焼が、二次触媒燃焼ユニットにおいて行われる。
【００２０】
米国特許文献第ＵＳ５０５２９１９号では、２段階均質燃焼が行われる。石炭ガス化プロセス中、アンモニア含有量の高いガスが、石炭ガス化プロセスにおいて発生する。化学量論的条件下でこのアンモニア含有ガスを燃焼させた結果、多量のＮＯｘ排出が起こる。当該特許では、ＮＯｘ排出を削減するために、２段階均質燃焼が記載されている。燃料の重要な部分は、リッチ燃焼条件下で、ラムダ値０．６〜０．９で、燃焼される。
【発明の概要】
【００２１】
本発明の目的は、第１領域に位置するリッチ均質燃焼ユニットでのリッチ燃焼と第２領域に位置するプア触媒燃焼ユニットでのプア燃焼とが連続して行われて、ゼロＮＯｘ排出を確実にする、燃焼システムを実現することである。
【００２２】
本発明の他の目的は、リッチ均質燃焼ユニットおよびプア触媒燃焼ユニットの出口に直列に相互接続された熱交換器ユニットが位置し、燃焼反応で生じた熱が家庭用ラジエータ加熱水および／または水道水へと伝達される、燃焼システムを実現することである。
【００２３】
本発明の他の目的は、触媒燃焼が起こる温度にプア混合物の二次空気供給を予熱するためにもう１つの熱交換器ユニットを設けた、燃焼システムを実現することである。
【００２４】
本発明の他の目的は、燃焼システムの初期段階で冷触媒表面上の水蒸気凝縮を捕らえる保湿ユニットを有し、蒸気凝縮による触媒構造の損傷を防止する、燃焼システムを実現することである。
【００２５】
本発明の他の目的は、家庭用温水システムの代替となる燃焼システムを実現することである。
【００２６】
本発明の他の目的は、マイクロコジェネレーションシステムにおいて要求される付加的な加熱負荷を満たし、マイクロコジェネレーションシステムで発生する可燃性廃ガスを燃焼させることによって熱回収を提供する、燃焼システムを実現することである。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の目的を達成するために実現される「ハイブリッド均質触媒燃焼システム」を、添付図面に図示する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】発明のハイブリッド均質触媒燃焼システムの概略図である。  図面に示される構成要素は、個々に以下の参照番号が付される。
【００２９】
１：燃焼システム
２：本体
３：表面タイプバーナー
４：電極
５：燃料弁
６：コンプレッサ
７：空気弁
８：一次熱交換器
９：ポンプ
１０：熱交換器弁
１１：流量計
１２：二次熱交換器
１３：二次熱交換器空気弁
１４：ガス分配器プレート
１５：水分トラップ
１６：触媒バーナー
１７：三次熱交換器
１８：排気パイプ  
１９：イオン化電極
２０：熱電対
２１：制御ユニット
２２：パイプライン
【００３０】
発明のハイブリッド均質触媒燃焼システム（１）は、少なくとも１つの本体（２）と、前記本体（２）の下部上に位置し、リッチ燃料空気混合物が燃焼される、少なくとも１つの表面タイプバーナー（３）と、前記燃料空気混合物を点火する、少なくとも１つの電極（４）と、前記表面タイプバーナー（３）に要する天然ガスを与える、少なくとも１つの燃料弁（５）と、前記表面タイプバーナー（３）に要する空気を提供する、少なくとも１つのコンプレッサ（またはファン）（６）と、前記コンプレッサ（６）の上流に位置する、少なくとも１つの空気弁（７）と、前記表面タイプバーナー（３）で起こる燃焼の結果生じる排ガスが入り、加熱水が通過する、少なくとも１つのチュ-ブ状一次熱交換器（８）と、前記一次熱交換器（８）を通過する水を加圧する、少なくとも１つのポンプ（９）と、水流を測定する少なくとも１つの流量計（ロータメーター等）（１１）、および、前記一次熱交換器（８）の前に位置する、少なくとも１つの熱交換器弁（１０）と、前記一次熱交換器（８）の上部上に位置し、前記一次熱交換器（８）を出た排ガスが加熱ジャケットから通過し、燃焼のために注入された空気が加熱されることによって通過する、少なくとも１つのチュ-ブ状二次熱交換器（１２）と、前記二次熱交換器（１２）を通過する空気を制御する、少なくとも１つの二次熱交換器空気弁（１３）と、前記二次熱交換器（１２）の上部上に位置し、排ガスと前記二次熱交換器（１２）を出た空気とを混合することによってプアガス混合物を生成する、少なくとも１つのガス分配器プレート（１４）と、前記ガス分配器プレート（１４）を出たプアガス混合物が入る、少なくとも１つの水分トラップ（１５）と、前記水分トラップ（１５）の上部上に位置し、無炎燃焼が起こる、少なくとも１つの触媒バーナー（１６）と、前記触媒バーナー（１６）を出たガスがジャケット部分を通過することによって大気中に放出され、前記一次熱交換器（８）を出た水がシステムを出る前に最後に通過する、少なくとも１つの三次熱交換器（１７）と、ガスが前記本体（２）を出る、少なくとも１つのガス出口排気パイプ（１８）と、を本質的に備える。  
【００３１】
発明の燃焼システム（１）はさらに、前記表面タイプバーナー（３）における火炎の存在を連続的に制御する、少なくとも１つのイオン化電極（１９）を備える。これとは別に、燃焼システム（１）は、前記表面タイプバーナー（３）上の火炎温度を測定する、少なくとも１つの熱電対（２０）を備える。システム（１）はさらに、前記表面タイプバーナー（３）においてリッチ燃料・空気混合物を点火するために点火用電極（４）を作動する、少なくとも１つの制御ユニット（２１）を備える。
【００３２】
発明の好適な実施形態において、燃焼は、化学量論的条件下で、ラムダ値で、表面タイプバーナー（３）において起こる。当該バーナー（３）で、リッチ天然ガス・空気混合物が、燃料弁（５）および空気弁（７）によって生成されて、点火用電極（４）によって点火される。表面タイプバーナー（３）で、ラムダが１である化学量論的燃焼の範囲でリッチ燃焼が実現され、ラムダが０．６であるリッチ燃焼が実現される。最小体積含有率４％の一酸化炭素と４％の水素とを有するガス混合物が、表面タイプバーナー（３）で起こる均質リッチ燃焼（部分酸化）の結果得られる。
【００３３】
発明の燃焼システム（１）において、パイプライン（２２）が、一次熱交換器（８）と三次熱交換器（１７）との間に水を送るために設けられる。こうして、一次熱交換器（８）において表面タイプバーナー（３）で加熱された水が、三次熱交換器（１７）に送られて、触媒バーナー（１６）によるさらなる加熱を実現する。好適な実施形態において、水が一次および三次熱交換器（８、１７）のパイプを通過する一方、プアガス混合物を生成する空気が、排ガスと混合されることで、二次熱交換器（１２）から触媒バーナー（１６）に供給される。
【００３４】
発明において、一次および三次熱交換器（８、１７）で燃焼ガスにより加熱された水流が、家庭用加熱水として使用される。熱負荷５ｋＷｔ〜２０ｋＷｔが、一次熱交換器（８）において当該水に伝わる。
【００３５】
発明の好適な実施形態において、ガス分配器プレート（１４）は、本体（２）内部の端から端まで完全に伸長せず、ガス混合物が通過できる開口を形成する（２）。加えて、当該プレート（１４）は、中空構造を有する。こうして、ガス混合物は、穴および開口部の両方から簡単に水分トラップ（１５）に到達し、そこを通って触媒バーナー（１６）へと進む。触媒バーナー（１６）に到達したガス混合物は、表面タイプバーナー（３）でのリッチ燃焼の結果生じた水素および一酸化炭素（Ｈ２−ＣＯ）を含有する。触媒バーナーの排ガスは、触媒バーナー（１６）で起こる無炎燃焼の結果二酸化炭素、酸素、および窒素からなる。ガス分配器プレート（１４）を介したプア燃料分を有するガスの達成温度は、触媒反応の開始に要する最低温度である。
【００３６】
発明の好適な実施形態において、ガス混合物は、システム（１）の作動および通常運転の両方において、水分トラップ（１５）を通過する。水分トラップ（１５）は、システム（１）の作動中に凝縮する水を捕らえる。一方、連続運転中は、周囲温度によって保たれた水分は、蒸発して再生する。
【００３７】
触媒バーナー（１６）で無炎燃焼により燃焼するガス混合物は、発明の燃焼システム（１）に熱エネルギー５ｋＷｔ〜１５ｋＷｔを与える。直列に相互接続された一次および三次熱交換器ユニット（８、１７）により、水流は、熱エネルギー１０ｋＷｔ〜３０ｋＷｔを抽出することによって、ハイブリッド燃焼システム（１）を出る。発明の好適な実施形態において、一次、二次、および三次熱交換器（８、１７）の熱エネルギーは、燃焼システム（１）に供給される燃料、空気、および水の量に応じて変動する。発明の燃焼システム（１）は、変調範囲１０ｋＷｔ〜３０ｋＷｔを提供する。燃焼システム（１）の使用場所および目的に応じて、変調範囲および抽出される最小／最大熱負荷は変動し、この点も本発明の範囲に含まれる。
【００３８】
発明の燃焼システム（１）において、最初に、天然ガスが、燃料弁（５）によってシステム（１）に供給される。一方、燃焼に要する空気は、コンプレッサ（６）とコンプレッサ（６）の上流に位置する空気弁（７）とによって表面タイプバーナー（３）に送られる。燃料弁（５）と空気弁（７）とを用いて、リッチ天然ガス・燃料混合物が、バーナー（３）の入口で生成される。この混合物は、表面タイプバーナー（３）で燃焼され、Ｈ２と、ＣＯと、少量の未燃ＣＨ４とを含む部分酸化ガスが生成される。燃焼は、点火用電極（４）によって確実に開始される。連続火炎の存在は、発明におけるイオン化電極（１９）によって制御される一方、火炎温度は、熱電対（２０）によって測定される。表面タイプバーナー（３）で生じた排ガスは、一次熱交換器（８）のジャケット部分を通過しながら、パイプを通過する水流を加熱する。一次熱交換器（８）への水は、ポンプ（９）によって注入され、流れは、弁（１０）によって制御される。熱交換器（８）に与えられるべき水流は、流量計（１１）によって調整され、加熱された水が、パイプライン（２２）を通じて三次熱交換器（１７）に伝達される。一次熱交換器（８）を出た排ガスは、二次熱交換器（１２）のジャケット部分を通過する。排ガスは、コンプレッサ（６）によって、二次熱交換器（１２）に供給される空気を加熱し、供給量は、二次熱交換器空気弁（１３）によって調整される。加熱された空気は、二次熱交換器（１２）を通過する可燃性排ガスと混合され、こうして、プア燃料分を有するガス混合物は、ガス分配器プレート（１４）の下で残る領域において構成される。ガス混合物は、分配器プレート（１４）の穴および開口部を通過することにより、水分トラップ（１５）に到達する。水分トラップ（１５）を通過するＨ２およびＣＯ分を有するガス混合物は、無炎燃焼によって燃焼し、生じた排ガスは、三次熱交換器（１７）のジャケット部分を通過して、排気パイプにより大気中へ放出される。
【００３９】
発明のシステム（１）において、大気中へ放出された排ガス中で表面タイプバーナー（３）において起こる均質タイプ燃焼反応のＮＯｘ排出は、化学量論的燃焼（ラムダ値１）からリッチ燃焼（ラムダ値０．６）へと進むにつれて、微量へと削減される。一方、一次熱交換器（８）を出た水流は、三次熱交換器（１７）でさらに加熱されると、システム（１）を出る。
【００４０】
発明の燃焼システム（１）によるリッチ燃焼の結果放出された熱の一部は、熱交換器（８、１７）を用いて温水を得るために、即ち、５０℃の家庭用ラジエータおよび／または水道水を得るために、用いられる。表面タイプバーナー（３）出口および触媒バーナー（１６）出口の両方で、熱交換器（８、１７）が直列に相互接続される。家庭用加熱のためにラジエータへと送られるべき水流は、一次および三次熱交換器（８、１７）から平均２０ｋＷｔの熱を抽出する。この熱負荷の約半分が、リッチ燃焼の結果の部分酸化生成物のガスの熱から与えられ、当該熱は、一次熱交換器（８）を通じて水へと伝わる。一方、燃焼システム（１）において得られた熱負荷の半分は、触媒バーナー（１６）で得られ、得られた熱は、一次熱交換器（８）と直列接続された三次熱交換器（１７）を通じて、ラジエータ側へと伝わる。発明の燃焼システム（１）において、水加熱のために一次熱交換器（８）と三次熱交換器（１７）とが使用される一方、ガスと二次空気との間の熱交換のために二次熱交換器（１２）が使用される。二次熱交換器（１２）を通過した燃焼空気は、リッチ燃焼領域を出た部分酸化生成物の熱によって、チュ-ブタイプ熱交換器で加熱される。
【００４１】
発明の燃焼システム（１）によってリッチ燃焼の結果放出されたＨ２−ＣＯ分を有するガスは、二次熱交換器（１２）の出口でコンプレッサ（６）によって注入される燃焼空気と混合され、プア燃料燃焼混合物が得られる。水加熱のために用いられる一次熱交換器（８）の抽熱能力を調整することにより、空気加熱のために用いられる二次熱交換器（１２）の熱負荷を調整して、触媒燃焼の開始が可能な、触媒バーナー（１６）に伝わる空気・燃料混合物の最低温度が達成できる。
【００４２】
その上、要求に従って、入口／出口温度３０〜５０℃／６０〜８０℃で動作するラジエータ家庭用加熱システムに要する温水が、燃焼システム（１）によって提供可能である。家庭用温水の生成に加えて、本発明は、触媒改質法により天然ガスから水素を生成するシステムにおいて、初期バーナーまたはいくつかの初期バーナー・最終バーナーとして用いることもできる。
【００４３】
発明のハイブリッド均質触媒燃焼システム（１）のさまざまな実施形態を展開することが可能であることから、当該システムは、本明細書に開示される例に限定されず、基本的に、請求項に記載される通りである。
【図１】
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