特表 2024-544802 ダークラジエータ

(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】2024-12-05

(54)【発明の名称】ダークラジエータ

(51)【国際特許分類】

   F23C 3/00 20060101AFI20241128BHJP

   F23D 14/04 20060101ALI20241128BHJP

   F23D 14/12 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

F23C3/00 301

F23D14/04 Z

F23D14/12 A

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023549109

(86)(22)【出願日】2022-12-06

(85)【翻訳文提出日】2023-08-15

(86)【国際出願番号】 EP2022084659

(87)【国際公開番号】W WO2023104828

(87)【国際公開日】2023-06-15

(31)【優先権主張番号】21213804.4

(32)【優先日】2021-12-10

(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】508210756

【氏名又は名称】シュヴァンク ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】Ｓｃｈｗａｎｋ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｂｒｅｍｅｒｈａｖｅｎｅｒ Ｓｔｒ． ４３， ５０７３５ Ｋｏｅｌｎ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】100114890

【弁理士】

【氏名又は名称】アインゼル・フェリックス＝ラインハルト

(74)【代理人】

【識別番号】100098501

【弁理士】

【氏名又は名称】森田 拓

(74)【代理人】

【識別番号】100116403

【弁理士】

【氏名又は名称】前川 純一

(74)【代理人】

【識別番号】100134315

【弁理士】

【氏名又は名称】永島 秀郎

(74)【代理人】

【識別番号】100162880

【弁理士】

【氏名又は名称】上島 類

(72)【発明者】

【氏名】エトガー クライス

(72)【発明者】

【氏名】アレクサンダー ゲンツェル

(72)【発明者】

【氏名】トアステン シュトーラー

(72)【発明者】

【氏名】トーマス レナー

【テーマコード（参考）】

3K017

3K091

【Ｆターム（参考）】

3K017AA06

3K017AB02

3K017AE03

3K017BA06

3K017BB02

3K017BB07

3K017BF03

3K091AA01

3K091BB08

3K091BB26

3K091CC06

3K091CC22

3K091EA08

3K091EA14

3K091EA24

(57)【要約】

本発明は、第１バーナーと、ブロア（２）と、放射チューブ（３）とを備えたダークラジエータに関し、第１バーナーは、燃焼ガス供給部に接続されており、ブロア（２）は、第１バーナーに燃焼空気を供給するように構成されており、第１バーナーは、放射チューブ（３）に火炎を放出するように構成されている。燃焼ガス供給部が、燃焼ガス供給源としての水素供給源に接続されており、１次バーナー（１）として使用される第１バーナーに対して火炎方向に離隔されて２次バーナー（４）が放射チューブ（３）に後置接続されており、その燃焼ガス供給部は、燃焼ガス供給源としての水素供給源に接続されており、前置接続された１次バーナー（１）の排気ガス流が、燃焼空気として２次バーナー（４）に供給される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１バーナーと、ブロア（２）と、放射チューブ（３）とを備えたダークラジエータであって、前記第１バーナーは、燃焼ガス供給部に接続されており、前記ブロア（２）は、前記第１バーナーに燃焼空気を供給するように構成されており、前記第１バーナーは、前記放射チューブ（３）に火炎を放出するように構成されている、ダークラジエータにおいて、
前記燃焼ガス供給部は、燃焼ガス供給源としての水素供給源に接続されており、前記放射チューブ（３）では、１次バーナー（１）として使用される前記第１バーナーに対して火炎方向に離隔されている２次バーナー（４）が後置接続されており、前記２次バーナー（４）の燃焼ガス供給部は、燃焼ガス供給源としての水素供給源に接続されており、前置接続された前記１次バーナー（１）の排気ガス流が、燃焼空気として前記２次バーナー（４）に供給される、ことを特徴とする、ダークラジエータ。

【請求項2】

前記ブロア（２）は、エジェクターに接続されており、前記エジェクターの吸引接続部は、水素供給部に接続されており、前記ブロア（２）によって吸引した前記燃焼空気が、作動媒体として使用され、これにより、前記ブロア（２）によって水素・燃焼空気混合物が前記１次バーナー（１）に供給される、ことを特徴とする、請求項１記載のダークラジエータ。

【請求項3】

前記１次バーナー（１）と前記２次バーナー（４）との間に、前記放射チューブ（３）内の、温度に起因する長さ変化を補償するための補償エレメント（３１）が中間接続されている、ことを特徴とする、請求項１または２記載のダークラジエータ。

【請求項4】

前記１次バーナー（１）にはガスノズルが含まれており、前記ブロア（２）は、前記ガスノズル（１１）の周りに燃焼空気を流すように構成されており、燃焼ガスと燃焼空気とを事前混合するための燃焼ガス混合室は配置されておらず、前記ガスノズルには燃焼ガスだけが供給される、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のダークラジエータ。

【請求項5】

前記１次バーナー（１）にはガスノズル（１１）と、前記ガスノズル（１１）によって水素が供給される混合チューブ（１４）とが含まれており、前記混合チューブ（１４）の周りには、前記ブロア（２）によって燃焼空気が流され、前記ガスノズル（１１）は前記混合チューブ（１４）と共にエジェクターを構成し、前記エジェクターの作動媒体は、前記ガスノズル（１１）によって導入される水素であり、前記混合チューブ（１４）に吸引される媒体は、前記放射チューブ（３）に存在する燃焼空気であり、前記混合チューブ（１４）に対して火炎方向に離隔されて、前記水素・燃焼空気混合物を点火するための点火装置（１３）が後置接続されている、ことを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載のダークラジエータ。

【請求項6】

前記１次バーナー（１）には火炎方向に前置接続されて燃焼空気混合室が配置されており、前記燃焼空気混合室は、燃焼空気供給源および排気ガス排出管路に接続されている、ことを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載のダークラジエータ。

【請求項7】

前記１次バーナー（１）には火炎方向に前記ブロア（２）が前置接続されて配置されており、前記燃焼空気混合室は、前記ブロア（２）内に配置されている、ことを特徴とする、請求項６記載のダークラジエータ。

【請求項8】

前記排気ガス排出管路と前記燃焼空気混合室との間の接続部に分岐装置（５）が含まれており、前記分岐装置（５）により、分岐した排気ガス体積流と燃焼空気体積流との比が決定される、ことを特徴とする、請求項６または７記載のダークラジエータ。

【請求項9】

前記分岐装置（５）に調節装置が含まれており、前記調節装置により、前記排気ガス体積流と前記燃焼空気体積流との比が設定可能である、ことを特徴とする、請求項８記載のダークラジエータ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、第１バーナーと、ブロアと、放射チューブとを備えたダークラジエータに関し、第１バーナーは、燃焼ガス供給部に接続されており、第１ブロアは、バーナーに燃焼空気を供給するように構成されており、バーナーは、放射チューブに火炎を放出するように構成されている。

【0002】

産業および工業分野では、製造現場および保管現場を暖房するため、ダークラジエータが頻繁に使用される。ダークラジエータは、放射エレメントとして、少なくとも１つのバーナーが対応付けられている１つまたは複数の放射チューブを有する。バーナー内で燃焼ガスおよび空気から成る混合物を燃焼させることにより、火炎が生成され、ブロアにより、放射チューブの全長にわたってこの火炎を分散させることができる。燃焼ガスとして天然ガスまたは液体ガスが使用され、天然ガスまたは液体ガスは、混合室において、あらかじめ設定された比で混合され、その後、ノズルを介して燃焼室に導入されて点火される。逆流防止バリアとして、燃料・空気混合物は、格子または網を通して案内され、この格子または網は、火炎を維持するという役割を同時に有する。放射チューブは通例、その後、直線的またはＵ字形にバーナーに一続きに連結され、チューブ経路全体にわたり、火炎によって生成される熱を均一に放射しようとする。放射チューブは、火炎によって均一に加熱されて熱放射を生成し、この熱放射が、加熱対象の領域に放射される。効率を向上させるため、ここでは反射器が頻繁に使用される。燃焼によって発生した排気ガスは、ブロアによって放射チューブから除去され、例えば、排気ガスチューブを介して外気に排出される。

【0003】

燃料が燃焼する際に発生する有害物質を最小化するために絶え間なく努力がなされるのは、燃焼ガスと空気との間の最適な化学量論比を達成し、これにより、有害物質放出が最小化される完全燃焼を可能な限り実現することである。これについては例えば、独国特許出願公開第１０２０１４０１９７６５号明細書において提案されているのは、燃焼ガスおよび空気から成る混合物の完全燃焼を保証するために、ブロアおよびガスバルブを閉ループ制御装置によって制御することである。欧州特許出願公開第２７０８８１４号明細書ではさらに、混合器と少なくとも１つの２次空気チャネルとをバーナーに設けることが提案されており、バーナーは、ブロアによって供給される空気の一部が混合器に供給され、空気の別の一部が２次空気チャネルに供給され、これにより、供給される燃焼空気の一部が、燃料なしに火炎に供給されるように構成されている。独国特許出願公開第１０２０１４０１９７６６号明細書においてさらに提案されているのは、センサを介して、実際の混合比および／または特に別のタイプのガスとの混合について、ガスの種類を検出し、必要な混合比が形成されるまで、測定した混合比と、必要な混合比との比較結果に依存して、バーナーにガスおよび／または空気を供給することである。

【0004】

前述の解決手段は、実践的に有効であることが証明されており、これにより、ダークラジエータは今日、高い効率を有しながらも同時に比較的に有害物質放出が少ない。本発明の根底にある課題は、少なくとも同じ効率でありながら、有害物質放出がさらに低減されるダークラジエータを提供することである。この課題は、本発明により、請求項１の特徴的部分の特徴的構成によって解決される。

【0005】

本発明により、従来技術と比較して少なくとも同じままの効率を有しかつ有害物質放出が低減されるダークラジエータが提供される。燃焼ガス供給部が、燃焼ガス供給源としての水素供給源に接続されていることと、放射チューブでは、１次バーナーとして使用される第１バーナーに対して火炎方向に離隔されて２次バーナーが後置接続されており、その燃焼ガス供給部は、燃焼ガス供給源としての水素供給源に接続されており、前置接続された１次バーナーの排気ガス流が、燃焼空気として２次バーナーに供給され、水素には炭素が含有されていないため、排気ガスには理論的に、炭素を含有する有害物質、例えば、一酸化酸素、二酸化炭素または炭化水素等が含まれていない。１次バーナーに後置接続された２次バーナーにより、１次バーナーの排気ガスの後処理が行われ、これにより、窒素酸化物の放出が大きく最小化される。水素の高い反応性に起因して、１次バーナーの排気ガスに残存している酸素含有量が、２次バーナーの水素の燃焼に十二分に間に合うことが示されている。さらに、２次バーナーにおける燃焼過程は、１次バーナーの排気ガス流の温度によって促進される。

【0006】

本発明の発展形態では、ブロアがエジェクターに接続されており、その吸引接続部は、水素供給部に接続されており、ブロアによって吸引した燃焼空気が、作動媒体として使用され、これにより、ブロアによって水素・燃焼空気混合物がバーナーに供給される。これにより、定められた混合比で水素・燃焼空気混合物の供給が可能になり、これにより、火炎温度の設定が行われる。高い空気比を設定することにより、すなわち、空気を大きく過剰にすることにより、火炎温度を低下させることができる。水素の高い反応性に起因して、２．５～３の高い空気比が可能である。このようにして、例えば、火炎温度を窒素酸化物形成の限界温度未満にすることができ、また放射チューブの材料の限界温度未満にすることができる。

【0007】

本発明の実施形態では、１次バーナーと２次バーナーとの間に、放射チューブ内の、温度に起因する長さ変化を補償するための補償器の形態の補償エレメントが中間接続されている。好適には軸線方向補償器として構成されたこの補償器は軸線方向に沿って放射チューブの移動を吸収し、これにより放射チューブの損傷が回避される。

【0008】

本発明の別の実施形態では、１次バーナーおよび／または２次バーナーにガスノズルが含まれ、ブロアは、ガスノズルの周りに燃焼空気を流すように構成されており、燃焼ガスと燃焼空気とを事前混合するための燃焼ガス混合室は配置されておらず、ガスノズルには燃焼ガスだけが供給される。これにより、簡単かつコスト的に有利なバーナーの構造が実現される。意外なことに、水素の高い反応性に起因して、燃焼空気と事前混合することなく、水素の完全燃焼が行われることが示された。水素と、ブロアの周囲を流れる燃焼空気との必要な混合までに、ガスノズルに対して大きな火炎間隔が得られ、これにより、ガスノズルの熱損傷が生じない。さらに示されたのは、火炎の逆流の危険性も生じないことであり、そのために、従来技術において必要な、穴あきプレートまたはワイヤメッシュの形態の火炎ホルダは不要である。

【0009】

本発明の別の実施形態では、１次バーナーには、放射チューブに配置された混合チューブに水素を供給するガスノズルが含まれ、混合チューブの周りには、ブロアによって燃焼空気が流され、ガスノズルは混合チューブと共にエジェクターを構成し、エジェクターの作動媒体は、ガスノズルによって導入される水素であり、混合チューブに吸引される媒体は、放射チューブに存在する燃焼空気であり、混合チューブに対して火炎方向に離隔されて、水素・燃焼空気混合物を点火するための点火装置が後置接続されている。これによって、定められた比で水素・燃焼空気混合物の供給がほぼ可能である。水素と燃焼空気との混合が、ブロアの外部で混合チューブにおいて最初に行われることにより、ここではブロアに火炎が逆流してしまうリスクは生じ得ないため、ブロア材料に対する要求が少なくなる。好ましくは、混合チューブには、その火炎方向を向いた端部に逆流防止バリアが配置される。これにより、混合チューブへの火炎逆流が防止される。

【0010】

本発明の発展形態では、１次バーナーには火炎方向に燃焼空気混合室が前置接続されて配置されており、この燃焼空気混合室は、空気供給源と、放射チューブに接続されている排気ガス排出管路とに接続されている。燃焼空気に排気ガスを供給することにより、酸素が減少し、これにより、火炎温度を下げることができる。さらに、排気ガスを再循環することにより、窒素酸化物が減少される。

【0011】

本発明の実施形態では、１次バーナーには火炎方向にブロアが前置接続されて配置されており、燃焼空気混合室がブロア内に配置されている。これにより、ブロア内での燃焼空気と排気ガスとの良好な混合が行われる。

【0012】

本発明の別の実施形態では、排気ガス排出管路と燃焼空気混合室との間の接続部に分岐装置が含まれており、この分岐装置により、分岐して燃焼空気混合室に導かれる排気ガス体積流と、全体排気ガス体積流との比が特定される。これにより、燃焼空気・排気ガス混合物の酸素含有量の設定が可能になる。好ましくは、分岐装置に調節装置が含まれており、この調節装置により、分岐した排気ガス体積流と燃焼空気体積流との比が設定可能である。

【0013】

本発明の別の発展形態および実施形態は、残りの従属請求項に示されている。本発明の実施例を図面に示し、以下で詳しく説明する。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】ダークラジエータの概略図である。

【図2】第２実施形態のダークラジエータの概略図である。

【図3】第３実施形態のダークラジエータの概略図である。

【0015】

実施例として選択された、図１によるダークラジエータには、ブロア２に接続されておりかつ放射チューブ３が連結されている１次バーナー１が含まれている。放射チューブ３は、図１において単に略示されており、放射チューブ３は十分に数メートルの長さにわたって延在していてよく、複数の放射チューブエレメントから形成されていてよい。この実施例では、放射チューブ３は、耐高熱性のステンレスチューブとして構成されている。択一的には、酸化アルミニウム層が熱的に被着された特殊鋼も使用可能である。放射チューブ３は、この実施例では、（図示しない）反射器によって囲まれていてよく、この反射器は、この実施例において、表面が構造化されたアルミニウム薄板から構成されており、対流損失を低減するための隔壁を両面に有する。

【0016】

１次バーナー１には、ガス空気混合ノズルとして使用されるガスノズル１１が含まれており、このガスノズル１１には、この実施例では、逆流防止バリアが備え付けられており、またこのガスノズル１１は、水素供給部１２に接続されている。１次バーナー１には、ガスノズル１１に対して離隔されて点火電極１３が配置されている。ブロア２は、吸引側が燃焼空気供給部２１に接続されており、またこのブロア２により、ガスノズル１１の周りに燃焼空気が流されるように１次バーナー１に置かれている。ガスノズル１１を通って流れ出す水素ガスは、ブロア２によって供給される燃焼空気と混合された後、点火電極１３によって点火され、これにより、放射チューブ３を通って延在する火炎が生成される。

【0017】

択一的には、ガスノズルをブロア２と接続することも可能であり、この際にはブロア２は、その吸引側がエジェクターに接続され、その作動接続部が燃焼空気供給部に、またその吸引接続部が水素供給部に接続される。ブロア２によって吸引される燃焼空気は、この実施例では作動媒体として使用され、この作動媒体により、水素の吸引が行われる。これにより、この場合には、圧力側においてブロア２によってガスノズル１１に水素・燃焼空気混合物が供給され、この水素・燃焼空気混合物が、ガスノズル１１を通って流れ出た後、点火電極１３によって点火される。

【0018】

１次バーナー１には、Ｕ字形に構成された放射チューブ３が火炎方向に連結されており、この放射チューブ３は、補償エレメント３１を介して２次バーナー４に接続されている。補償エレメントは、この実施例では、軸線方向補償器として構成されており、この軸線方向補償器により、軸線方向に沿ったチューブ管路の移動が吸収される。２次バーナー４には、ここでも放射チューブ３の第２部分が連結されており、この第２部分は、この実施例ではここでもＵ字形に構成されている。

【0019】

２次バーナーにはここでも、水素供給部４２に接続されているガスノズル４１が含まれており、ガスノズル４１に対して離隔されて点火電極４３が位置付けられている。

【0020】

１次バーナー１のガスノズル１１の周りには、ガスブロア２によって燃焼空気が流される。ガスノズル１１の前で形成される水素・燃焼空気混合物は、点火電極１３によって点火され、これにより、水素ノズル１１の前で離隔されて第１火炎が形成される。この第１火炎の排気ガス流は、補償エレメント３１を通って流れ、２次バーナー４のガスノズル４１の周りを流れる。ガスノズル４１の前で形成される排気ガス流・水素混合物は、十分に高い酸素含有量を有するため、この排気ガス流・水素混合物は、点火電極４３によって点火可能であり、これにより、放射チューブ３の第２部分に沿って延在する第２火炎が形成される。この第２火炎の排気ガス流３２は、放射チューブ３の第２部分から排出される。２次バーナー４によって大きな温度勾配に曝される、放射チューブ３の部分に位置付けられる補償エレメント３１は、放射チューブ内の、温度に起因する長さ変化を補償するために使用される。

【0021】

この実施例では、ブロア２を介して１次バーナー１に燃焼空気が供給され、この燃焼空気が１次バーナー１のガスノズル１１の周りを流れる。変形実施形態では、１次バーナー１に前置接続されたブロア２をエジェクターに接続することも可能であり、吸引された燃焼空気は、作動媒体として使用され、この作動媒体を介して、排気ガス流が、放射チューブ３の第２部分から吸引される。これにより、１次バーナー１の第１火炎の火炎温度が設定可能である。さらに、これにより、排出される排気ガスの窒素酸化物をさらに減少させることができる。

【0022】

図２による実施例では、１次バーナー１’に混合チューブ１４が配置されており、この混合チューブ１４は、放射チューブ３と同軸に延びており、この混合チューブ１４内にガスノズル１１が突出しており、混合チューブ１４とガスノズル１１との間には、ガスノズル１１と混合チューブ１４とによって形成されるエジェクターの半径方向の吸引間隙１５が形成されている。混合チューブ１４は、これを緊締しかつ流れ開口部を備える分離フレーム１６を介して、１次バーナー１’に保持される。ガスノズル１１とは反対側のその端部には、混合チューブ１４内に逆流防止バリア１４１が配置されている。その他の点では、この実施例のダークラジエータの構造は、図１にしたがって前に説明した実施例のダークラジエータに対応し、この実施例においても、ブロア２によって吸引した燃焼空気に、放射チューブ３の第２部分の排気ガス流の一部を混入する、そこで挙げた実施例が可能である。

【0023】

ブロア２は、このブロア２により、ガスノズル１１および混合チューブ１４の周りに燃焼空気が流されるように構成されている。ガスノズル１１を介して混合チューブ１４に導入される水素流により、吸引間隙１５を介して燃焼空気が吸引され、これが水素と混ざり合う。混合チューブ１４から流れ出す水素・燃焼空気混合物は、混合チューブ１４に対して離隔されて配置された点火電極１３によって点火され、これにより、放射チューブ３の長さにわたってこれに延在する火炎を形成する。ブロア２によって１次バーナー１に吹き込まれた燃焼空気の一部は、分離フレーム１６の流れ開口部を通って流れ、放射チューブ３に延在する火炎の周りを流れ、この火炎は、これによって冷却される。ガスノズル１１および混合チューブ１４によって形成されるエジェクターは、混合チューブ１４において、空気比２．５を有する燃焼空気が水素に供給されるように構成され、これにより、約９００℃の火炎温度が達成される。

【0024】

図３による実施例では、火炎方向において２次バーナーに後置接続されて、放射チューブ３の第２部分にエジェクターチューブ５が連結されており、このエジェクターチューブ５は、吸引チューブ２２を介してブロア２に接続されている。

【0025】

エジェクターチューブ５には、主チューブ部分５１が含まれており、この主チューブ部分５１を介して、放射チューブ３と吸引チューブ２２とが接続されている。主チューブ部分５１からは、排気ガス排出チューブ５２が分岐しており、またこれに対して離隔されて燃焼空気供給チューブ５３が分岐している。排気ガス供給チューブ５２と、燃焼空気供給チューブ５３との間では、再循環フレーム５４が主チューブ部分５１に配置されている。ブロア２によって吸引チューブ２２を介して吸引される燃焼空気流５３１は、エジェクターチューブ５の作動媒体として使用され、このエジェクターチューブ５を介し、再循環フレーム５４を通して排気ガス流５２１の一部が吸引される。このようにして生成される排気ガス・燃焼空気混合物は、ブロア２によって１次バーナー１に導入され、ここではこの排気ガス・燃焼空気混合物が、ガスノズル１１の周りを流れる。再循環フレーム５４により、燃焼空気流における排気ガス流の割合を設定可能であり、これにより、ここでも水素ノズル１１の周りを流れる排気ガス・燃焼空気流混合物の酸素含有量が決定される。主排気ガス流は、排気ガス排出チューブ５２を介して排出される。

【0026】

１次バーナー１と、放射チューブ３の複数の部分と、２次バーナー４と、エジェクターチューブ５と、吸引チューブ２２に接続されているブロア２とはそれぞれ、フランジ接続を介して互いに接続されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】