特表 2024-544804 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

   F23C 9/08 20060101ALI20241128BHJP

   F23D 14/12 20060101ALI20241128BHJP

【ＦＩ】

F23C3/00 301

F23C9/08

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 2023562586

(86)(22)【出願日】2022-12-06

(85)【翻訳文提出日】2023-10-11

(86)【国際出願番号】 EP2022084654

(87)【国際公開番号】W WO2023104823

(87)【国際公開日】2023-06-15

(31)【優先権主張番号】21213778.0

(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）】

3K017BA06

3K017BB02

3K017BF03

3K091AA01

3K091AA07

3K091BB08

3K091BB26

3K091CC06

3K091CC22

3K091EA08

3K091EA14

3K091EA23

3K091EA24

3K091GA30

(57)【要約】

本発明は、バーナー（１，５，６，７）と、ブロア（２）と、排気ガス排出管路に接続された放射チューブ（３）とを備えたダークラジエータに関し、バーナー（１）は、燃焼ガス供給部に接続されており、ブロア（２）は、バーナー（１）に燃焼空気を供給するように構成されており、バーナー（１）は、放射チューブ（３，３）に火炎を放出するように構成されており、燃焼ガス供給部は、水素供給源に接続されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナー（１，５，６，７）と、ブロア（２）と、排気ガス排出管路に接続された放射チューブ（３）とを備えたダークラジエータであって、前記バーナー（１）は、燃焼ガス供給部に接続されており、前記ブロア（２）は、前記バーナー（１）に燃焼空気を供給するように構成されており、前記バーナー（１）は、前記放射チューブ（３，３’）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が、水素供給源に接続されている、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（２１）に接続されており、前記エジェクター（２１）の吸入接続部は、水素供給部（２３）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】

前記バーナー（４）にはガスノズル（４１）と、前記ガスノズル（４１）によって水素が供給される混合チューブ（４３）とが含まれており、前記混合チューブ（４３）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（４１）は、前記混合チューブ（４３）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、前記ガスノズルによって導入される水素であり、前記混合チューブ（４３）に吸引される媒体は、前記放射チューブ（３，３’）に存在する燃焼空気であり、前記混合チューブ（４３）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が後置接続されている、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4】

前記バーナー（７）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（７１）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記載のダークラジエータ。

【請求項5】

前記バーナー（１，５，６）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前記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３または４記載のダークラジエータ。

【請求項6】

前記ブロア（２）は、火炎方向に前記バーナー（１）に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５記載のダークラジエータ。

【請求項7】

前記排気ガス排出管路（６２）と前記燃焼空気混合室との間の接続部に分岐装置（６４）が含まれており、前記分岐装置（６４）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５または６記載のダークラジエータ。

【請求項8】

前記分岐装置（６４）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７記載のダークラジエータ。

【請求項9】

前記バーナーは１次バーナー（７）として使用され、前記１次バーナー（７）には、前記放射チューブ（３）において火炎方向に離隔されて２次バーナー（８）が後置接続されており、前記２次バーナー（８）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、前記２次バーナー（８）には前置接続された前記１次バーナー（７）の排気ガス流が、燃焼空気として供給される、ことを特徴とする、請求項１から８までのいずれか１項記載のダークラジエータ。

【請求項10】

前記１次バーナー（７）と前記２次バーナー（８）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９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、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、バーナーは、燃焼ガス供給部に接続されており、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、同時に火炎を維持するという役割を有する。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ており、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、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／またはガスのタイプ、特に別のタイプのガスとの混合について、ガスのタイプを検出し、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。燃焼ガス供給部が好適には水素供給源だけと接続されていることにより、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、一酸化炭素、二酸化炭素または炭化水素等が含まれていない。

【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】

本発明の別の１つの実施形態では、バーナーにはガスノズルと、ガスノズルによって水素が供給される混合チューブとが含まれており、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。これにより、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危険性は生じ得ないため、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ている。これにより、混合チューブへの火炎逆流が防止される。

【0008】

本発明の別の１つの実施形態では、バーナーにガスノズルが含まれており、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ている。ここでは、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。さらに示されているのは、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】

本発明の発展形態では、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、燃焼空気供給源と、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。

【0010】

本発明の発展形態では、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。

【0011】

本発明の実施形態では、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。

【0012】

本発明の発展形態では、バーナーは１次バーナーとして使用され、この１次バーナーには、放射チューブにおい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る。これにより、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幅に最小化される。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。

【0013】

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。

【0014】

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】

【0015】

【図1】ダークラジエータの概略図である。

【図2】別の１つの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。

【図4】１次バーナーおよび２次バーナーを備えた第４実施形態のダークラジエータの概略図である。

【図5】１次バーナーおよび２次バーナーを備えた別の１つの実施形態のダークラジエータの概略図である。

【0016】

実施例として選択された、図１に示したダークラジエータには、バーナー１が含まれており、このバーナー１はブロア２に接続されておりかつこのバーナー１には放射チューブ３が連結されている。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。

【0017】

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、ブロア２に接続されている。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１２が配置されている。ブロア２は、その吸引側がエジェクター２１に接続されており、その作動接続部は、燃焼空気供給部２２に、またその吸引接続部は、水素供給部２３に接続されている。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、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１２によって点火され、これによって放射チューブ３を通して延在する火炎が生成される。

【0018】

図２に示した実施例では、バーナー４が配置されており、このバーナー４それ自体は、ブロア２に接続されておりかつこのバーナー４には放射チューブ３が連結されている。バーナー４には、水素ノズル４１が含まれており、この水素ノズル４１は、水素供給部４２に接続されており、この水素ノズル４１それ自体は、放射チューブ３の長手方向中央軸線に整列されている。この実施例では水素ノズルとは、水素だけが供給されるガスノズルのことをいう。水素ノズルは、放射チューブ３と同軸に延びる混合チューブ４３内に突き出ており、混合チューブ４３と水素ノズル４１との間には、水素ノズル４１と混合チューブ４３とよって形成されるエジェクターの半径方向の吸引間隙が形成されている。混合チューブ４３は、これを緊締しかつ流れ開口部を備える分離フレーム４５を介して、バーナー４に保持される。水素ノズル４１とは反対側のその端部には、混合チューブ４３内に逆流防止バリア４３１が配置されている。さらに、混合チューブ４３には、発生し得る火炎の逆流を検出するための温度センサ４３２が配置されている。

【0019】

ブロア２は、このブロア２により、水素ノズル４１および混合チューブ４３の周りに燃焼空気２５が流されるように配向されている。水素ノズル４１を介して混合チューブ４３に導入される水素流により、吸引間隙４４を介して燃焼空気２５が吸引され、これが水素と混ざり合う。混合チューブ４３から流れ出る水素・燃焼空気混合物は、混合チューブ４３に対して離隔されて配置された点火電極４６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が形成される。ブロア２によってバーナー１に吹き込まれた燃焼空気２５の一部は、分離壁４５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。水素ノズル４１および混合チューブ４３によって形成されるエジェクターは、混合チューブにおいて、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ており、これにより、約９００℃の火炎温度が達成される。

【0020】

図３に示した実施例では、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が連結されているバーナー５が含まれている。放射チューブ３は、吸引チューブ２４を介してブロア２に接続されている分岐チューブ６が連結されているＵ字状の経過を有する。バーナー５にはここでも、水素供給部５２に接続されている水素ノズル５１が含まれている。水素ノズル５１は、放射チューブ３の長手方向中央軸線の方向に配向されている。水素ノズル５１から離隔されて、水素を点火するための点火電極５３が配置されている。

【0021】

エジェクターチューブ６には、主チューブ部分６１が含まれており、この主チューブ部分６１を介して、放射チューブ３と吸引チューブ２４とが接続されている。主チューブ部分６１からは、排気ガス排出チューブ６２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６３が分岐している。排気ガス供給チューブ６２と、燃焼空気供給チューブ６３との間では、再循環フレーム６４が主チューブ部分６１に配置されている。ブロア２によって吸引チューブ２４を介して吸引される燃焼空気流６３１は、エジェクターチューブ６の作動媒体として使用され、このエジェクターチューブ６を介し、再循環フレーム６４を通して排気ガス流６２１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によってバーナー５に導入され、ここではこの排気ガス・燃焼空気混合物が、水素ノズル５１の周りを流れる。再循環フレーム６４により、燃焼空気流における排気ガス流の割合が設定可能であり、これにより、ここでも水素ノズル５１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６２を介して排出される。

【0022】

バーナー５と、放射チューブ３と、エジェクターチューブ６と、吸引チューブ２４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。

【0023】

図４に示した実施例では、放射チューブ３に２つのバーナー、すなわち１次バーナー７と、火炎方向にこれに後置接続された２次バーナー８とが配置されている。１次バーナー７および２次バーナー８は、前に記載した実施例において説明したバーナー５に対応する。これらにはここでも、水素供給部７２，８２に接続されている水素ノズル７１，８１が含まれており、水素ノズル７１，８１から離隔されて点火電極７３，８３が配置されている。１次バーナー７は、ブロア２に接続されており、その吸引接続部は、燃焼空気供給部２２に接続されている。１次バーナー７には、Ｕ字形に構成された放射チューブ３が連結されており、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８に接続されている。２次バーナー８には、ここでも別の放射チューブ３’が連結されており、この放射チューブ３’は、この実施例ではここでもＵ字形に構成されている。

【0024】

１次バーナー７の水素ノズル７１の周りには、ブロア２によって燃焼空気が流される。水素ノズル７１の前で形成される水素・燃焼空気混合物は、点火電極７３によって点火され、これにより、水素ノズル７１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８の水素ノズル８１の周りを流れる。水素ノズル８１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８３によって点火可能であり、これにより、第２放射チューブ３’に沿って延在する第２火炎が形成される。この第２火炎の排気ガス流は、第２放射チューブ３’から排出される。２次バーナー８によって大きな温度勾配に曝される、放射チューブ３の部分に配置さ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。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。

【0025】

この実施例では、ブロア２を介して１次バーナー７に燃焼空気が供給され、この燃焼空気が１次バーナー７の水素ノズル７１の周りを流れる。１つの変形実施形態では、１次バーナー７に前置接続されたブロア２はまた、第１実施例に対応して、エジェクターに接続可能であり、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、燃焼空気が、第２放射チューブ３’から吸引される。別の１つの変形実施形態では、第２放射チューブ３’は、第３実施例において説明したように、エジェクターチューブを介してブロア２の吸引管路に接続可能である。これにより、１次バーナー７の第１火炎の火炎温度も設定可能である。さらに、これにより、排出される排気ガスの窒素酸化物含有量をさらに減少させることができる。

【0026】

図５に示した実施例では、１次バーナー７’は、図２に示した実施例のバーナーに対応して構成されており、水素ノズル７１はここでも混合チューブ７４に突き出ており、これにより、水素ノズル７１と混合チューブ７４との間に吸引間隙７５が形成されている。水素ノズル７１とは反対側のその端部には、ここでも混合チューブ７４内に逆流防止バリア７４１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４に示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、第２放射チューブ３’の排気ガス流の一部を混入する、そこで説明した実施形態が可能である。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】