特表 2024-523393 水素燃焼室システム、方法および設備

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-06-28

(54)【発明の名称】水素燃焼室システム、方法および設備

(51)【国際特許分類】

   F23L 7/00 20060101AFI20240621BHJP

   F23C 99/00 20060101ALI20240621BHJP

   F22B 3/00 20060101ALI20240621BHJP

【ＦＩ】

F23L7/00 C

F23C99/00 301

F22B3/00

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023577857

(86)(22)【出願日】2022-06-02

(85)【翻訳文提出日】2024-01-24

(86)【国際出願番号】 EP2022065112

(87)【国際公開番号】W WO2023274661

(87)【国際公開日】2023-01-05

(31)【優先権主張番号】21183260.5

(32)【優先日】2021-07-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521001582

【氏名又は名称】シーメンス エナジー グローバル ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＳＩＥＭＥＮＳ ＥＮＥＲＧＹ ＧＬＯＢＡＬ ＧＭＢＨ ＆ ＣＯ． ＫＧ

(74)【代理人】

【識別番号】110003317

【氏名又は名称】弁理士法人山口・竹本知的財産事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(74)【代理人】

【識別番号】100169627

【弁理士】

【氏名又は名称】竹本 美奈

(72)【発明者】

【氏名】テルティルト，マルク

(72)【発明者】

【氏名】ランゲ，フリーデリーケ

(72)【発明者】

【氏名】シュタッパー，マルティン

(72)【発明者】

【氏名】グヴェンナー，マルクス

(72)【発明者】

【氏名】コルトシク，クリストフ

(72)【発明者】

【氏名】スルケン，ノルベルト

(72)【発明者】

【氏名】ムケ，レオナルド

【テーマコード（参考）】

3K023

3K065

【Ｆターム（参考）】

3K023JA01

3K023JB06

3K023JC07

3K065TA01

3K065TA05

3K065TC10

3K065TD05

(57)【要約】

本発明は水素（Ｈ_２）および酸素（Ｏ_２）が水（Ｈ_２Ｏ）または水蒸気（Ｈ_２Ｏ）の存在下で燃焼される燃焼システムに関する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素（Ｈ_２）および好ましくは酸素（Ｏ_２）を、水（Ｈ_２Ｏ）および／または水蒸気（２８、Ｈ_２Ｏ）の存在下で燃焼室（３０）内で燃焼させ、蒸気（２８）が前記燃焼室（３０）の外側の中間室（４１）で環流され、特に炎管（２２）の前記中間室（４１）で前記燃焼室（３０）の全長にわたって環流される、
燃料室システム（１）。

【請求項2】

前記中間室（４１）が前記燃焼室（３０）の端部で、特に前記炎管（２２）の出口開口部（３２）の領域で閉鎖されるように形成され、特に前記中間室（４１）は密閉空間である、
請求項１に記載の燃焼室システム（１）。

【請求項3】

前記燃焼室（３０）または前記炎管（２２）の長さが前記燃焼室（３０）または前記炎管（２２）の水力直径の少なくとも３倍、特に３倍から５倍の長さである、
請求項１または２に記載の燃料室システム。

【請求項4】

前記燃焼室（３０）がその長さにわたって、特に全長にわたって、燃焼室軸（３１）に対する横断方向に同一の断面積を有する、
請求項１、２または３に記載の燃焼室システム。

【請求項5】

前記燃焼室（３０）が前記炎管（２２）によって形成され、前記炎管（２２）は横断面が環状または管状であり、特に横断面が円形または楕円形である、
請求項１、２、３または４に記載の燃焼室システム。

【請求項6】

前記燃焼室（３０）が前記炎管（２２）によって形成され、前記炎管（２２）はモジュール式に構成され、特に環状または管状に形成され、特に横断面が円形または楕円形に形成された複数のモジュール（４６’、４６’’、・・・）を有する、
請求項１、２、３、４または５に記載の燃焼室システム。

【請求項7】

前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）が互いに上下に、特に同軸上で上下に配置される、
請求項６に記載の燃焼室システム。

【請求項8】

前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）または前記炎管（２２）がセラミックにより形成され、特に酸化セラミックをベースとする、さらに特に酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム／スピネルをベースとする、
請求項１、２、３、４、５、６または７に記載の燃焼室システム。

【請求項9】

個々の前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）が、特に溝（１０２）および舌状部（１０１）によって互いに固定される手段（１０１、１０２）を有する、
請求項６、７または８に記載の燃焼室システム。

【請求項10】

水素（Ｈ_２）および好ましくは酸素（Ｏ_２）および／または水蒸気がベースプレート（４）を介して、特に同一平面で前記燃焼室（３０）に流入する、
請求項１から９のいずれか１項に記載の燃焼室システム。

【請求項11】

水素（Ｈ_２）および好ましくは酸素（Ｏ_２）および／または水蒸気が、ベースプレート（４）において混合され、特にミキサ（５５）で混合され、およびベースプレート（４）を介して、特に同一平面で前記燃焼室（３０）に流入する、
請求項１から１０のいずれか１項に記載の燃料室システム。

【請求項12】

前記炎管（２２）または前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）が、蒸気通路（５０）を有する、および／または、前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）が蒸気出口（１５０）を有し、これを通って蒸気が前記燃焼室（３０）に流入する、
請求項１から１１のいずれか１項に記載の燃料室システム。

【請求項13】

前記蒸気通路（５０）が、前記炎管（２２）の壁への高温炎の印加を防止するように構成される、
請求項１２に記載の燃焼室システム。

【請求項14】

前記蒸気通路（５０）および／または蒸気出口（１５０）は、前記炎管（２２）またはそのモジュール（４６’、４６’’、・・・）の全長および／または全周に亘って延在する、
請求項１２または１３に記載の燃焼室システム。

【請求項15】

前記燃焼室（３０）を囲み、従って前記中間室（４１）を形成する外側圧力ジャケット（４０）を有し、特に前記中間室（４１）は前記圧力ジャケット（４０）および前記炎管（２２）によって直接的に境界が形成される、
請求項１から１４のいずれか１項に記載の燃焼室システム。

【請求項16】

前記燃焼室（３０）の他端には、前記中間室（４１）を形成するように前記圧力ジャケット（４０）に当接する上部プレート（４４）が設けられている、
請求項１から１５のいずれか１項に記載の燃焼室システム。

【請求項17】

蒸気がベースプレートから出口開口部（３２）の方向に流れることができるように、蒸気（２８）を前記燃焼室（３０）および前記中間室（４１）内に、特に前記ベースプレート（４）の高さに導くことができる蒸気供給管（９）を有する、
請求項１から１６のいずれか１項に記載の燃焼室システム。

【請求項18】

点火装置（４０５）を有し、特に前記点火装置（４０５）が前記燃焼室（３０）に出し入れ可能である、
請求項１から１７のいずれか１項に記載の燃焼室システム。

【請求項19】

排水管（３３）および／または、
過圧制御弁または過圧保護部材（３６）および／または、
蒸気バイパス（３９）および／または、
Ｈ_２Ｏ噴霧器（４２）、
好ましくは燃焼筒（７）の端部、および／または特に窒素を用いて供給管を洗浄できる洗浄システム（３）、を少なくとも有する、
請求項１から１８のいずれか１項に記載の燃焼室システム。

【請求項20】

フランジ（７００）を有し、前記フランジ（７００）が、特に前記ベースプレート（４）と、蒸気入口開口部（７０３、・・・）と、凝縮物を除去するための排水管（３３）のための排水開口部と、特に前記バーナ（５８）のための開口部とを有する、
請求項１から１９のいずれか１項に記載の燃焼室システム。

【請求項21】

燃焼室（３０）を有する請求項１から２０のいずれか１項に記載の燃焼室システム（１）が使用される、
蒸気、特にプロセス蒸気を発生させるための方法。

【請求項22】

水素（Ｈ_２）と好ましくは酸素（Ｏ_２）が水（Ｈ_２Ｏ）または水蒸気（２８、Ｈ_２Ｏ）の存在下で前記燃焼室（３０）内で燃焼され、特に水素（Ｈ_２）および好ましくは酸素（Ｏ_２）が燃焼され、および／または、水素（Ｈ_２）および好ましくは酸素（Ｏ_２）並びに水蒸気だけが前記燃焼室（３０）に導入される、
請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

前記燃焼室（３０）が、中間室（４１）の外側で、特に前記燃焼室（３０）の周りを閉じた中間室（４１）内を蒸気により環流され、特に蒸気が前記出口開口部（３２）の方向に流れ、その結果前記炎管（２２）が冷却され、特に他の冷却なしに冷却される、
請求項２１または２２に記載の方法。

【請求項24】

蒸気、特に全ての蒸気が前記中間室（４１）から前記燃焼室（３０）に流入する、
請求項２１、２２または２３に記載の方法。

【請求項25】

水素（Ｈ_２）および好ましくは酸素（Ｏ_２）並びに水蒸気が、ベースプレート（４）を介して、特に同一平面で前記燃焼室（３０）に流入する、
請求項２１から２４のいずれか１項に記載の方法。

【請求項26】

水素（Ｈ_２）および好ましくは酸素（Ｏ_２）および／または水蒸気が、ベースプレート（４）内で混合され、特にミキサ（５５）で混合され、ベースプレート（４）を介して、特に同一平面で前記燃焼室（３０）に流入する、
請求項２１から２５のいずれか１項に記載の手法。

【請求項27】

前記炎管（２２）を非動作時に保温または加熱するために、蒸気が前記中間室（４１）に流入する、
請求項２１から２６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項28】

前記燃焼室（３０）が１バールから１４０バール、特に１バールから８０バールの蒸気雰囲気で運転される、
請求項２１から２７のいずれか１項に記載の方法。

【請求項29】

前記燃焼室（３０）が少なくとも２バール、特に少なくとも６バールの蒸気雰囲気で運転される、
請求項２１から２８のいずれか１項に記載の方法。

【請求項30】

前記燃焼室（３０）が１００ｍバールから３０００ｍバールの圧力損失で運転される、
請求項２１から２９のいずれか１項に記載の方法。

【請求項31】

燃焼中にバーナー（５８）の周りを蒸気が流れる、
請求項２１から３０のいずれか１項に記載の方法。

【請求項32】

請求項１から２０の１つに記載された燃焼室システム（１）を有する設備。

【請求項33】

蒸気タービン設備である請求項３２に記載の設備。

【請求項34】

ガス・蒸気タービン設備である請求項３２に記載の設備。

【請求項35】

プロセス蒸気のための蒸気発生設備である、請求項３２、３３または３４に記載の設備。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、蒸気流の加熱もしくは蒸気状態の増加を目的として水素を燃焼させるための燃焼室システム（「蒸気ブースタ」）、および方法および設備を対象とする。

【背景技術】

【0002】

しばしば、蒸気回路の内部燃焼は行われず、発電所内のボイラは、一般的に、例えば石炭、核廃棄物熱で外部で燃焼されるか、またはガスまたは石油で燃焼されるガスタービンの排気ガスを介して供給される。

【0003】

このような蒸気発電プラントは、先行特許文献１に記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】欧州特許出願公開第１３７５８２７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の課題は水素を使用することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この課題は、請求項１に記載の燃焼室システムおよび請求項２１に記載の方法、ならびに請求項３２に記載の設備によって解決される。

【0007】

従属請求項には他の有利な手段がリストアップされており、これらは互いに任意に組み合わせて更なる利点を得ることができる。

【0008】

水素燃焼による燃焼室システム、そのための方法および設備が提案される。

【0009】

この利点は、純粋な水素（Ｈ_２）と、好ましくは酸素（Ｏ_２）を水蒸気と一緒に燃焼生成物品として燃焼することである。

【0010】

最終目的は、汚染物質がなく、燃焼生成物として水または水蒸気（ＣＯ_２フリー、ＮＯ_ｘフリー）を用いて、もしくはプロセス蒸気を生成するために運転されるタービンである。

【0011】

燃焼室システムは、特に、既存の蒸気発電プラントまたは蒸気ガスタービン設備（ＧｕＤ）に組み込むこともできる。

【0012】

さらに燃焼室システムは、特にＣＯ_２フリーの燃焼が必要とされる蒸気回路または蒸気抽出を伴う産業用途に統合することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】燃焼室システムの概略原理図を示す。

【図2】燃焼筒の平面図を示す。

【図3】外側ジャケットのない燃焼筒を示す。

【図4】図２の断面を示す。

【図5】燃焼室底面の詳細図を示す。

【図6】燃焼室底面の詳細図を示す。

【図7】燃焼室底面の詳細図を示す。

【図8】混合システムを示す。

【図9】炎管モジュールを示す。

【図10】モジュールの積み重ねと配置を示す。

【図11】点火装置を示す。

【図12】フランジの平面図を示す。

【図13】燃焼室の出口領域を示す。

【図14】炎管モジュールを示す。

【図15】モジュールの積み重ねと配置を示す。

【図16】モジュールの平面図を示す。

【図17】モジュールの平面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１は、本発明による燃焼室システム１を示す。

【0015】

燃焼室システム１は、重要なパーツとして、燃焼室３０を備えた燃焼筒７を有する。

【0016】

燃焼室３０はベースプレート４を有し、このベースプレートには、燃焼室３０と燃焼室３０の端部にある出口開口部３２とを備えた炎管２２が好ましくは直接続されている。

【0017】

炎管２２は、好ましくはセラミック、特に完全にセラミック製である。

【0018】

燃焼室３０の長さもしくは炎管２２の長さは、燃焼室３０の水力直径の少なくとも３倍、特に３倍から５倍であることが好ましい。

【0019】

燃焼室３０の横断面は、燃焼室方向３１に見て円形または楕円形とすることができる。

【0020】

好ましくはベースプレート４には、燃料である水素および好ましくは酸素並びに蒸気、特に水蒸気を供給する複数の管（図６および図７も参照）が設けられる。

【0021】

しかしながら、好ましくは酸素（Ｏ_２）の代わりに空気を使用することもできる。

【0022】

これらの管は、特に少なくとも酸素（Ｏ_２）用の第１の供給管１０と、水素（Ｈ_２）用の第２の供給管１３と、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）用の第３の供給管１６で構成されている。これらの供給管１０、１３、１６のみが存在することが好ましい。しかしながら他のより少ないまたはより多い供給管も可能である。

【0023】

水蒸気は、好ましくは中央の蒸気管１９を介して燃焼室システム１に導入されるが、この蒸気管は燃焼室３０の蒸気のための第３の供給管１６と、好ましくは蒸気のための蒸気管２５とに分割され、蒸気は炎管２２の周りの中間室４１に流れ、次いで部分的に炎管２２を通って燃焼室３０の中に蒸気通路５０または蒸気出口１５０（図１０および図１５）を介して流れるのが好ましい。

【0024】

中間室４１は、炎管２２と圧力ジャケット４０とによって直接的に境界が形成されることが好ましい。

【0025】

蒸気通路５０および／または蒸気出口１５０は、好ましくは炎管２２の全長にわたって、また好ましくは炎管２２の周囲に分布している。

【0026】

炎管２２は、好ましくはその全長にわたって蒸気により貫流れる。

【0027】

蒸気管２５は、特に中間室４１のために２つの蒸気管２５’、２５’’に分割することができる。

【0028】

中間室４１は、端部が特に出口開口部３２の領域で閉じられている。特に中間室４１は密閉された空間であり、即ち特に蒸気用の供給管と、蒸気通路５０および蒸気出口１５０を除いて密閉されている。このように蒸気の全ては供給管から、好ましくは中間室４１から完全に燃焼室３０に流入する。

【0029】

更に燃焼室システム１は、排水管３３、過圧または過圧保護部材３６、および蒸気バイパス管３９を有することが好ましい。

【0030】

同様にＨ_２Ｏ噴霧器４２が燃焼筒７の端部に存在することが好ましい。

【0031】

さらに、供給管を介してフラッシングできる洗浄システム３があることが好ましく、特にここでは窒素が使用される。

【0032】

また炎管２２は、運転中に周囲を流れる蒸気２８によって冷却することができ、および／または好ましくは、スタンバイモード状態で水蒸気によって予熱できるようにすることも有利である。

【0033】

本発明の燃焼室システム１は、図２に示すように燃焼室軸３１を有するのが好ましい。またこの軸は、炎管２２および／または燃焼室３０の対称軸であるのが好ましい。

【0034】

燃焼筒７は、対応する支持体（任意選択的には図３の板ばね６０）と共に水平に配置することもできる。

【0035】

燃焼室３０は、その長さにわたって、好ましくは全長にわたって、燃焼室軸３１に対して同じ横断面を有することが好ましい。

【0036】

本発明の燃焼室システム１の使用方法とバリエーションの選択肢は一般に知られている。

【0037】

燃焼室システム１は、好ましくは１バールから１４０バール、特に１バールから８０バールの蒸気雰囲気で作動する。燃焼室３０は、好ましくは少なくとも２バール、特に少なくとも６バールの蒸気雰囲気で運転される。

【0038】

圧力損失の設定は１００ｍバール～３０００ｍバールが望ましい。

【0039】

図２は、炎管２２の周囲に外側圧力ジャケット４０を備えた燃焼筒７（したがって見えない）を示し、これにより中間室４１（図４）が形成される。

【0040】

図３によれば、個々のまたは複数のモジュール４６’、４６’’、・・・が炎管２２を形成している。

【0041】

この場合モジュール４６’、４６’’、・・・はセラミックであることが好ましい。

【0042】

しかしセラミックまたは金属から作られたモノリシック炎管２２も使用することができる。

【0043】

有利なのは、酸化セラミック、特に酸化アルミニウムまたは酸化アルミニウム／スピネルの使用である。好ましくはＣＭＣは使用されない。

【0044】

同様に好ましくはＳｉＣを使用しないか、またはシリコンベースのセラミックを使用しないことである。

【0045】

モジュール４６’、４６’’、・・・はセラミックであることが好ましいが、ガスタービンブレードのコーティングシステムまたはガスタービンの金属製熱シールド要素から知られているように、例えばインコネルのようなＮｉベース合金の金属製チューブで形成することもできる。

【0046】

燃焼室システム１の炎管２２の形成のために、モジュール４６’、４６’’、・・・は、特に互いに上下に、そして特に互いに同軸に配置される。

【0047】

炎管２２またはモジュール４６’、４６’’、・・・は特に横断面が環状、好ましくは円形または長円形で形成される。

【0048】

個々のモジュール４６’、４６’’、・・・（図３、４、５、１０および１１）または炎管２２を案内し一緒に保持する複数の好ましくはロッド４３、特にねじ切りされたロッドは、図２および３に見ることができる。

【0049】

同様に、機械的組立体または機械的保持のための他のオプションも考えられる。

【0050】

例えばここには５つのモジュール４６’、４６’’、・・・があり、これらはロッド４３によっておよび上部プレート４４およびベースプレート４によって一緒に保持される。

【0051】

このように、中間室４１は、外側圧力ジャケット４０によって炎管２２の周囲に形成することができる。

【0052】

特に上部プレート４４に当接しているロッド４３の周りのばね要素およびねじから成る締結要素４７によりモジュール４６’、４６’’、・・・およびベースプレート４が互いに保持されている。

【0053】

他の締結方法および要素も可能である。

【0054】

また外側圧力ジャケット４０（図示せず）に対してモジュール４６’、４６’’、・・・を支持する板ばね要素６０が、図３に示されている。

【0055】

図３の切断面は、燃焼室３０および蒸気通路５０を備えた炎管２２またはモジュール４６’、４６’’を示す図４に示されている。

【0056】

蒸気通路５０は、モジュール４６または炎管２２の貫通孔である。

【0057】

蒸気通路５０は、炎管２２またはモジュール４６’、４６’’、・・・に均等に分布されるか、または熱負荷に応じて特に非対称に分布させることもできる。

【0058】

炎管２２の長さに沿って、モジュール４６’’、４６’’、・・・またはモノリシック炎管２２は、技術的要件に対応して様々に構成することができ、より多くのまたはより少ない蒸気通路５０または蒸気出口１５０（図９および１０）を有し得る。

【0059】

出口開口部３２は、好ましくは、モジュール４６’、４６’’、・・・または炎管２２の相互の中心合わせを確実にし、特に同時に炎管２２の放射熱による後続の構成部材の過熱を防止するために輪郭を形成する上部プレート４４に実現される。

【0060】

図１３は、燃焼筒７の端部の変形例を示す。

【0061】

外側圧力ジャケット４０はフランジ６８’を有し、その上にカバープレート６４が載置され、そのフランジ６８’’によって外側圧力ジャケット４０のフランジ６８’に、締結要素６５、特にねじおよびナットによってねじ込まれる。

【0062】

モジュール４６’、・・・または炎管２２は、カバープレート６４と上部プレート４４との間に存在することが好ましいばね要素６７によって一緒に保持されるか、または一緒に押圧される。カバープレート６４は出口開口部６９を有し、この出口開口部６９は出口開口部３２の反対側に位置するか、または延在する。

【0063】

ベースプレート４（または炎管ベース）（図５）は、バーナおよび点火ユニット（図示せず）を備え、モジュール４６’、４６’’、・・・または炎管２２の位置合わせ手段として機能する。

【0064】

モジュール式の設計の場合、燃焼室３０は、特にモジュール４６’、４６’’、・・・の積み重ねによって形成され、これらは特に溝およびばねの幾何学的形状によって、接触面上に位置合わせされ、密封および支持される。

【0065】

締結手段、特に舌状部１０１および溝１０２の構造、ここでは特に半球形であるが、特にセラミックモジュール４６’、４６’’、・・・は、ベースプレート４の膨張を妨げないし、さらに加熱および冷却の間においても、ベースプレート４の膨張を妨げない。これにより熱的に誘起される応力が回避される。

【0066】

舌状部１０１および溝１０２の構造は、好ましくは、モジュール４６’、４６’’、・・・との間、および／またはモジュール４６’とベースプレート４の間、および／またはモジュール４６と上部プレート４４の間に形成することもできる。

【0067】

燃焼室３０は、異なる数のモジュール４６’、４６’’の積み重ねによって、必要に応じて長さを変えることができる。

【0068】

特に、長さが異なるモジュール４６’、４６’’、・・・を使用することができる。

【0069】

また、燃焼室３０は、モジュール４６’、４６’’、・・・の直径を変えることによってその直径を変えることができる。円錐形のモジュール４６’、４６’’も可能である。

【0070】

個々のモジュール４６’、４６’’、・・・は１つの管の中で、またはレール上に案内されるか、またはロッド４３によってプレストレスがかけられていることが好ましい。

【0071】

プレストレスは、セラミックに適した接触圧力を有するロッド４３およびバネ要素を介して行われる。セラミックは、専ら圧縮応力を受ける。

【0072】

水素（Ｈ_２）および好ましくは酸素（Ｏ_２）の最適燃焼を確実にし、必要なまたは所望の高温を設定するために、各々のモジュール４６’、４６’’、・・・または炎管２２は、燃焼の混合帯域と周囲の蒸気とが段階的に混合できるように規定された蒸気通路５０を含むことが好ましい。

【0073】

蒸気通路５０は、円形および／または楕円形および／または角形であり、またそれらの流れ方向で断面が一定または可変であり、特に炎管２２の壁への高温炎の適用を防止するために、および／または燃焼媒体中に乱流を導入するために、流れ方向で特に８０°以上９０°未満の間の浅い角度で配置される。

【0074】

また必要に応じて、炎の中に直接開き、激しい混合を誘発するように向けることもできる。

【0075】

原則として蒸気通路５０は、モジュール４６の長さにわたって、または炎管２２の長さにわたって、様々なサイズで分配することができ、またはモジュール４６の端面１３３上の蒸気出口１５０として設計することができる。２つの原理の組合せも可能である。

【0076】

この構成は、種々の産業用途、発電用途、または蒸気を通す燃焼プロセスにおける水素（Ｈ_２）および好ましくは酸素（Ｏ_２）を使用するためのアプリケーションのために、特に選択可能である。

【0077】

蒸気通路５０の配置の例は、図３、図４および図５に示されている。

【0078】

図４はまた、全長にわたって燃焼室３０が、燃焼室軸３１に対して横方向に同じ断面を有することが好ましいことを開示している。

【0079】

図６によれば、ベースプレート４は複数の機能、すなわち
・特に舌状部および溝の原理による炎管２２またはモジュール４６’、４６’’の機械的クランプ、
・燃焼媒体の供給管１０、１３、
・燃焼室３０内への水蒸気の供給管１６、
・特殊な変形例においては、水素（Ｈ_２）と好ましくは酸素（Ｏ_２）を混合し、バーナ５８（図７）の上流に水または水蒸気を注入すること、
・並びに周囲の外側圧力ジャケット４０を有する中間室４１への注入された水または水蒸気の蒸気管２５による供給、
を有し、これにより炎管２２は冷却され、好ましくはそれ以上の冷却は必要ない。

【0080】

ベースプレート４を、特にＳＬＭによって、好ましくは３Ｄ製造することによって、これらの機能を互いに理想的に組み合わせることができる。

【0081】

燃料の混合は、ここでは燃焼室３０内で初めて行われることが好ましい。

【0082】

図６はまた、蒸気が炎管２２と外側圧力ジャケット４０との間の領域に流入することを示す。

【0083】

蒸気は、好ましくは、出口開口部３２の方向に流れる。

【0084】

蒸気はまた、バーナ５８に、および／またはバーナ５８の周りに供給される。

【0085】

図７はベースプレート４の変形例を示しており、ベースプレート４ではミキサ５で内部予混合が行われており、蒸気貫通路の注入平面の配置を個別に構成することができる。

【0086】

このような貫通路の繰り返しも容易に可能である。

【0087】

図７は、ベースプレート４の断面において、燃焼室システム１のベースプレート４内における水素（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）の混合（ＨＨＯ）と、場合によっては水または水蒸気（Ｈ_２Ｏ）の混合を示している。

【0088】

この変形例では、水素（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）がミキサ５５内で混合され、その後に初めて燃焼室３０に供給される。

【0089】

図８は、好ましくはベースプレート４のようなプレート１１０において、種々の媒体を互いにどのように混合できるかを概略的に示す。

【0090】

この場合混合は水素１１１、酸素１１２および蒸気１１３であり、それぞれチャネル１１４内に横方向に流れ、そこで混合される。

【0091】

次いで混合物は、チャネル１１４から１１５の方向に出て、例えば図６または７に示す燃焼室３０に流入する。

【0092】

図９は、個々のモジュール４６を示す。

【0093】

好ましくは、モジュール４６の上端面１３３から始まって複数の窪み１３０が存在するようにされる。

【0094】

窪み１３０の形状は多様であってよく、例えば窪み１３０のベース面１３４の平面内に狭くなった楔形の輪郭を有することもできる。

【0095】

窪み１３０のベース面１３４は平坦であることが好ましく、すなわち燃焼室軸３１（またはそれに平行）は、ベース面１３４に直角である（図９および図１４）か、または図１０，１５のモジュール４６の断面における多数の蒸気出口１５０について見られるように、ベース面１３４は上昇または下降するプロファイルを有する。すなわち、燃焼室軸３１（またはそれに平行なもの）はベース面１３４に垂直ではない。

【0096】

蒸気出口１５０の幾何学的形状および配置は、個々のモジュール４６について異なっていてもよいし、各モジュール４６’、４６’’、・・・について同一であってもよい。

【0097】

蒸気出口１５０の幾何学的形状および配置は、特に個々のモジュール４６について異なっていてもよい。

【0098】

図１６は、図９（または図１４）によるモジュール４６’の平面図を示す。

【0099】

各窪み１３０’、１３０’’、１３０’’’、・・・は中心線１３１’、１３１’’、１３１’’’を有する。中心線１３１’、・・・はベース面１３４を半分に分割する。

【0100】

くぼみ１３０’、１３０’’、・・・の中心線１３１’、１３１’’、・・・は、モジュール４６の中心、すなわち燃焼室軸３１の点において合致することが好ましい。

【0101】

ベース面１３４の縁部は半径方向であるので、ここではベース面１３４は楔形（切頭球面）であることが好ましい。

【0102】

同様に中心線１３１を有する窪み１３０は、窪み１３０について図１７に一例として示されるように、ベース面１３４の中心線１３１が燃焼室の軸３１を貫通しないように構成することができる。これは、ここでは蒸気である流体が蒸気出口を通って流れるときに、接線方向の乱流を許容する。

【0103】

したがってベース面１３４は、ここでは楔形でないことが好ましい。

【0104】

またベース面１３４は、好ましくは正方形または長方形とすることができる。

【0105】

またモジュール４６は、複数の要素４８’、４８’’、・・・で構成することもできる。

【0106】

モジュール４６のこのような要素４８’、４８’’、・・・は、図１４において、線４９’、・・・を分離する破線によって示されている。

【0107】

各モジュール４６（図９）または図９、図１４、図１６、図１７によるモジュール４６のための要素４８’、・・・（図１４）は、それ自体が既に貫通孔である蒸気通路５０を有することができる。

【0108】

蒸気通路５０と同じ目的を有する蒸気出口１５０は、個々のモジュール４６’、・・・を積み重ねることによってのみ製造される。

【0109】

窪み１３０の意味は、図１０で明らかになる。なぜなら炎管２２、すなわち蒸気出口１５０のための貫通孔が、複数のモジュール４６’から４６’’の積層によって窪み１３０から生成されるからである。

【0110】

またこれらの蒸気出口１５０は、好ましくはその幾何学的形状を自由に選択して構成することができる。

【0111】

このような蒸気出口１５０は、特に端面１３３が各々半円状の凹みを有し、これを互いに上下に積み重ねて円形断面を生じる場合には、互いに直接横たわる２つのモジュール４６’、４６’’、・・・の積み重ねのみによって完全に作り出すこともできる。

【0112】

同様にくぼみ１３０による蒸気出口１５０と蒸気通路５０も同時に存在することができる（図１５）。

【0113】

燃焼室３０の基部にはバーナ５８が配置されている（図１１）。

【0114】

このバーナ５８は、好ましくは多孔質バーナである。

【0115】

点火装置４０５については、点火装置４０５が燃焼室３０に横方向に導入される設計が可能である（図１１）。

【0116】

図１１は、点火装置４０５およびバーナ５８の配置がどのように構成されるかを概略的に示す。

【0117】

蒸気通路５０または別の態様により、点火装置４０５はバーナ５８の上方で長手方向に対して横方向に導入されるかまたはそこに存在する。

【0118】

点火装置４０５は、好ましくは燃焼室に導入することができ、それにより運転中、最初の点火の後、ただ一度だけ、点火装置４０５を非常に腐食性の高い領域から除去することができる。

【0119】

点火装置４０５は燃焼室３０の長手方向に見られるようにバーナから対応する距離４００にある。点火は、バーナ５８と点火装置４０５との間で行われる。

【0120】

点火後、すなわちブースターモードの後、点火装置４０５は燃焼室３０から取り外すことができる。

【0121】

図１２はベースプレート４を備えたフランジ７００の平面図を示し、蒸気入口開口部、ブースタから凝縮物を除去するための排水管３３のための排水開口部、およびバーナ５８のための開口部が設けられている。

【0122】

蒸気は、既存のプラントの蒸気から開口部７０３’、７０３’’を通して燃焼室システム１に供給される。これらは特に円周に均一に分布する複数の開口部であることが好ましい。

【0123】

また円周に均等に分布することが好ましいロッド４３は、開口部７０３’、・・・の間に概略的に配置される。

【0124】

したがって蒸気は、ここでは外側圧力ジャケット４０と炎管２２との間の中間室４１に流入する。

【0125】

排水管３３の排水開口部も見ることができる。

【0126】

バーナ５８が中央に配置され、その周りに蒸気管２５’、２５’’、・・・が配置されている。

【0127】

モジュール４６の配置状態も図示されている。

【0128】

蒸気配管に噴霧するための弁も設けられることが好ましい。

【0129】

燃焼室システム１は、既存のプラントの蒸気管と直列に接続され、フランジによってそこに直列に接続されているのが好ましい。

【0130】

セラミックセグメントの製造のために、セラミック物質が周囲に配置される、三部分の鋳型コンセプトが提供される。ここでの目的は、最終輪郭に近い２つの支持面を製造し、仕上げ作業をできるだけ完全に避けることである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【手続補正書】

【提出日】2024-02-15

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素（Ｈ _２ ）を、水（Ｈ_２Ｏ）および／または水蒸気（２８、Ｈ_２Ｏ）の存在下で燃焼室（３０）内で燃焼させ、蒸気（２８）が前記燃焼室（３０）の外側の中間室（４１）で環流され、炎管（２２）の前記中間室（４１）で前記燃焼室（３０）の全長にわたって還流される、
燃料室システム（１）。

【請求項2】

前記中間室（４１）が前記燃焼室（３０）の端部で、前記炎管（２２）の出口開口部（３２）の領域で閉鎖されるように形成される、
請求項１に記載の燃焼室システム（１）。

【請求項3】

前記燃焼室（３０）または前記炎管（２２）の長さが前記燃焼室（３０）または前記炎管（２２）の水力直径の少なくとも３倍の長さである、
請求項１または２に記載の燃料室システム。

【請求項4】

前記燃焼室（３０）がその長さにわたって、燃焼室軸（３１）に対する横断方向に同一の断面積を有する、
請求項１または２に記載の燃焼室システム。

【請求項5】

前記燃焼室（３０）が前記炎管（２２）によって形成され、前記炎管（２２）は横断面が環状または管状である、
請求項１または２に記載の燃焼室システム。

【請求項6】

前記燃焼室（３０）が前記炎管（２２）によって形成され、前記炎管（２２）はモジュール式に構成され、環状または管状に形成された複数のモジュール（４６’、４６’’、・・・）を有する、
請求項１または２に記載の燃焼室システム。

【請求項7】

前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）が互いに上下に配置される、
請求項６に記載の燃焼室システム。

【請求項8】

前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）または前記炎管（２２）がセラミックにより形成される、
請求項６に記載の燃焼室システム。

【請求項9】

個々の前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）が、溝（１０２）および舌状部（１０１）によって互いに固定される手段（１０１、１０２）を有する、
請求項６に記載の燃焼室システム。

【請求項10】

水素（Ｈ _２ ）および／または水蒸気がベースプレート（４）を介して、前記燃焼室（３０）に流入することができる、
請求項１または２に記載の燃焼室システム。

【請求項11】

水素（Ｈ _２ ）および／または水蒸気が、ベースプレート（４）において混合され、およびベースプレート（４）を介して、前記燃焼室（３０）に流入することができる、
請求項１または２に記載の燃料室システム。

【請求項12】

前記炎管（２２）または前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）が、蒸気通路（５０）を有する、および／または、前記モジュール（４６’、４６’’、・・・）が蒸気出口（１５０）を有し、これを通って蒸気が前記燃焼室（３０）に流入することができる、
請求項６に記載の燃料室システム。

【請求項13】

前記蒸気通路（５０）が、前記炎管（２２）の壁への高温炎の印加を防止するように構成される、
請求項１２に記載の燃焼室システム。

【請求項14】

前記蒸気通路（５０）および／または前記蒸気出口（１５０）は、前記炎管（２２）またはそのモジュール（４６’、４６’’、・・・）の全長および／または全周に亘って延在する、
請求項１２に記載の燃焼室システム。

【請求項15】

前記燃焼室（３０）を囲み、従って前記中間室（４１）を形成する外側圧力ジャケット（４０）を有する、
請求項１または２に記載の燃焼室システム。

【請求項16】

前記燃焼室（３０）の他端には、前記中間室（４１）を形成するように前記外部圧力ジャケット（４０）に当接する上部プレート（４４）が設けられている、
請求項１５に記載の燃焼室システム。

【請求項17】

前記蒸気が前記ベースプレートから前記出口開口部（３２）の方向に流れることができるように、蒸気（２８）を前記燃焼室（３０）および前記中間室（４１）内に、導くことができる蒸気供給管（９）を有する、
請求項２に記載の燃焼室システム。

【請求項18】

点火装置（４０５）を有する、
請求項１または２に記載の燃焼室システム。

【請求項19】

排水管（３３）および／または
過圧制御弁または過圧保護部材（３６）および／または
蒸気バイパス（３９）および／または
Ｈ_２Ｏ噴霧器（４２）および／または
供給管を洗浄できる洗浄システム（３）、を少なくとも有する、
請求項１または２に記載の燃焼室システム。

【請求項20】

フランジ（７００）を有し、前記フランジ（７００）が、蒸気入口開口部（７０３、・・・）と、凝縮物を除去するための排水管（３３）のための排水開口部と、を有する、
請求項１または２に記載の燃焼室システム。

【請求項21】

燃焼室（３０）を有する請求項１または２に記載の燃焼室システム（１）が使用される、
蒸気を発生させるための方法。

【請求項22】

水素（Ｈ _２ ）が水（Ｈ_２Ｏ）または水蒸気（２８、Ｈ_２Ｏ）の存在下で前記燃焼室（３０）内で燃焼され、および／または、水素（Ｈ _２ ）並びに水蒸気だけが前記燃焼室（３０）に導入される、
請求項２１に記載の方法。

【請求項23】

中間室（４１）の外側で、前記燃焼室（３０）の周りを蒸気（２８）により環流され、その結果前記炎管（２２）が冷却される、
請求項２１に記載の方法。

【請求項24】

蒸気が前記中間室（４１）から前記燃焼室（３０）に流入する、
請求項２３に記載の方法。

【請求項25】

水素（Ｈ _２ ）並びに水蒸気が、ベースプレート（４）を介して、前記燃焼室（３０）に流入する、
請求項２１に記載の方法。

【請求項26】

水素（Ｈ _２ ）および／または水蒸気が、ベースプレート（４）内で混合され、ベースプレート（４）を介して、前記燃焼室（３０）に流入する、
請求項２１に記載の手法。

【請求項27】

前記炎管（２２）を非動作時に保温または加熱するために、蒸気が前記中間室（４１）に流入する、
請求項２１に記載の方法。

【請求項28】

前記燃焼室（３０）が１バールから１４０バールの蒸気雰囲気で運転される、
請求項２１に記載の方法。

【請求項29】

前記燃焼室（３０）が少なくとも２バールの蒸気雰囲気で運転される、
請求項２１に記載の方法。

【請求項30】

前記燃焼室（３０）が１００ｍバールから３０００ｍバールの圧力損失で運転される、
請求項２１に記載の方法。

【請求項31】

燃焼中にバーナー（５８）の周りを蒸気が流れる、
請求項２１に記載の方法。

【請求項32】

請求項１または２に記載された燃焼室システム（１）を有する設備。

【請求項33】

蒸気タービン設備である請求項３２に記載の設備。

【請求項34】

ガス・蒸気タービン設備である請求項３２に記載の設備。

【請求項35】

プロセス蒸気のための蒸気発生設備である、請求項３２に記載の設備。

【国際調査報告】