JP6940338B2 - 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体 - Google Patents

水素ガスバーナー装置用のノズル構造体 Download PDF

Info

Publication number
JP6940338B2
JP6940338B2 JP2017169474A JP2017169474A JP6940338B2 JP 6940338 B2 JP6940338 B2 JP 6940338B2 JP 2017169474 A JP2017169474 A JP 2017169474A JP 2017169474 A JP2017169474 A JP 2017169474A JP 6940338 B2 JP6940338 B2 JP 6940338B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen gas
inner pipe
nozzle structure
ratio
opening hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017169474A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2019045081A (ja
Inventor
望 米谷
望 米谷
大祐 佐久間
大祐 佐久間
平田 耕一
耕一 平田
紀幸 上野
紀幸 上野
脩平 田口
脩平 田口
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chugai Ro Co Ltd
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Chugai Ro Co Ltd
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chugai Ro Co Ltd, Toyota Motor Corp filed Critical Chugai Ro Co Ltd
Priority to JP2017169474A priority Critical patent/JP6940338B2/ja
Priority to EP18185345.8A priority patent/EP3450844B1/en
Priority to US16/059,163 priority patent/US10648662B2/en
Priority to CN201811020099.6A priority patent/CN109424957B/zh
Publication of JP2019045081A publication Critical patent/JP2019045081A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6940338B2 publication Critical patent/JP6940338B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48Nozzles
    • F23D14/58Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration
    • F23D14/583Nozzles characterised by the shape or arrangement of the outlet or outlets from the nozzle, e.g. of annular configuration of elongated shape, e.g. slits
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/002Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber having an elongated tubular form, e.g. for a radiant tube
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12Radiant burners
    • F23D14/126Radiant burners cooperating with refractory wall surfaces
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/20Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone
    • F23D14/22Non-premix gas burners, i.e. in which gaseous fuel is mixed with combustion air on arrival at the combustion zone with separate air and gas feed ducts, e.g. with ducts running parallel or crossing each other
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/48Nozzles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/46Details, e.g. noise reduction means
    • F23D14/72Safety devices, e.g. operative in case of failure of gas supply
    • F23D14/74Preventing flame lift-off
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C2900/00Special features of, or arrangements for combustion apparatus using fluid fuels or solid fuels suspended in air; Combustion processes therefor
    • F23C2900/9901Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2203/00Gaseous fuel burners
    • F23D2203/10Flame diffusing means
    • F23D2203/101Flame diffusing means characterised by surface shape
    • F23D2203/1012Flame diffusing means characterised by surface shape tubular
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D2212/00Burner material specifications
    • F23D2212/10Burner material specifications ceramic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Description

本発明は、水素ガスバーナー装置用のノズル構造体に関する。
特許文献1には、燃焼ガスと空気とを予混合し、NOxの発生を抑制するバーナー用のノズル構造体が開示されている。このようなバーナー用のノズル構造体では、燃焼ガスとして炭化水素系ガス等が利用されることが多い。
特開平11−201417号公報
ところで、燃料ガスとして水素ガスを用いる場合が有る。このような場合、水素ガスは、炭化水素系ガスと比較して高い反応性を有するため、燃焼炎の温度が局所的に高くなることが有る。そのため、NOxが多く発生することがあった。
本発明は、水素ガスバーナー装置でのNOxの発生量を抑制するものとする。
本発明に係る水素ガスバーナー装置用のノズル構造体は、
外管と、当該外管と同心に配置された内管と、当該外管と当該内管との間を絞るスタビライザーとを備え、
当該内管は、当該内管の軸方向に貫通する軸開口孔と、当該内管の径方向に貫通する周開口孔とを有する内管端部を備え、
当該内管は、水素ガスが流通し、
当該周開口孔は、水素ガスを当該内管の径方向に流出させ、
当該軸開口孔は、水素ガスを当該内管の軸方向に流出させ、
当該外管と当該スタビライザーとの間には、酸素含有ガスが流通する水素ガスバーナー装置用のノズル構造体であって、
前記軸開口孔の断面積S1と、前記周開口孔の断面積S2との比S2/S1は、50%以下であり、
前記内管と前記外管との間の断面積S4と、前記スタビライザーの外縁と前記外管との間の断面積S3との比S3/S4は、45%以下である。
このような構成によれば、比S2/S1の上限を定めることによって、水素ガスの直進性を確保する。また、比S3/S4の上限を定めることによって、水素ガスと酸素含有ガスとの混合の進行を抑制する。これらによって、燃焼炎の温度が局所的に高くなることを抑えるため、NOxの発生量を低減することができる。
また、前記比S2/S1と、前記比S3/S4とが、
(S3/S4)≦0.0179×(S2/S1)−1.7193×(S2/S1)+45
を満たすことを特徴としてもよい。
このような構成によれば、さらに、比S2/S1と、比S3/S4との範囲を限定するため、水素ガスと酸素含有ガスとの混合の進行をさらに抑制する。よって、燃焼炎の温度が局所的に高くなることをさらに抑えるため、NOxの発生量をさらに低減することができる。
本発明は、水素ガスバーナー装置でのNOxの発生量を抑制することができる。
実施の形態1に係るノズル構造体を示す斜視図である。 実施の形態1に係るノズル構造体の要部の断面図である。 実施の形態1に係るノズル構造体の断面図である。 実施の形態1に係るノズル構造体の要部の斜視図である。 水素ガスノズル孔面積比S2/S1に対するNOx濃度 O 11%換算を示すグラフである。 水素ガスノズル孔面積比S2/S1と空気通過面積比S3/S4とに対するNOx濃度 11%換算を示す等高線図である。 実施の形態1に係るノズル構造体の一利用例を示す模式断面図である。 実施の形態1に係るノズル構造体の一利用例を示す模式断面図である。
本発明者らは、水素ガスと酸素含有ガスとの混合の具合が、NOx(窒素酸化物)の発生量に影響を与える現象に着目した。さらに、NOxの発生量を低減させるために、水素ガスと酸素含有ガスとの流れを検討して、水素ガスと酸素含有ガスとの混合を抑制することを想起した。そして、本発明者らは、ノズル構造体の形状、サイズ等について鋭意研究を重ね、本発明を想到するに至った。
以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。図1〜4では、三次元xyz座標を規定した。
(実施の形態1)
図1〜図4を参照して実施の形態1に係るノズル構造体について説明する。
図1及び図2に示すように、ノズル構造体10は、外管1と、内管2と、スタビライザー3とを備える。ノズル構造体10は、水素ガスバーナー装置内のノズルとして利用される。
外管1は、仮想軸Y1を有する円筒状体1aを備え、円筒状体1aの一端1bは、開口している。外管1は、酸素含有ガスが供給され、酸素含有ガスは、外管1と内管2との間に流通している。図1に示す一例では、酸素含有ガスとして空気を用いたが、空気に限定されず、酸素を含むガスを用いればよい。また、酸素含有ガスは、水素を実質的に含まないと好ましい。酸素含有ガスは、公知の方法を用いて水素を除去する工程を含む製造方法を用いて生成されてもよい。
図2及び図4に示すように、内管2は、円筒状体2aを備え、円筒状体2aの一端である内管端部2bは、開口している。内管2は、外管1の内側、かつ、外管1の同心に配置されている。すなわち、内管2は、外管1と同じの軸Y1を備える。内管端部2bは、内管2の軸Y1に沿って貫通する軸開口孔2cと、内管2の径方向に貫通する周開口孔2dとを有する。
図4に示す周開口孔2dの一例は、内管2の内管端部2bにおける外周面2f上に周方向に並んで複数設けられている。図4に示す周開口孔2dの一例の複数は、軸Y1から放射状に内管端部2bを貫通する。図4に示す周開口孔2dの一例は、略円形状を備えるが、周開口孔2dは、略円形状に限定されることなく、スリット状等の多種多様な形状を備えてもよい。
内管2は、水素ガスを供給され、水素ガスは、内管2の内側を流通する。軸開口孔2cは、水素ガスを内管2の軸Y1に沿って流出させ、周開口孔2dは、水素ガスを内管2の径方向に流出させる。なお、内管2の径方向は、内管2の軸Y1に実質的に垂直に交差する断面に沿って、軸Y1から外管1へ向かう方向である。
なお、図1に示すノズル構造体10の一例は、エアタンク8と、水素ガスタンク9とをさらに備える。図1及び図2に示すように、空気をエアタンク8から外管1の内周面1eと内管2の外周面2fとの間に供給し、水素ガスを水素ガスタンク9から内管2の内側へ供給する。ここで、図1に示すノズル構造体10の一例は、エアタンク8を備えたが、ブロワを備えてもよい。また、ノズル構造体10は、水素ガス及び酸素含有ガスの供給量や流量を調節するための装置を備えてもよい。
スタビライザー3は、環状体であり、酸素含有ガスを遮断する材料からなる。スタビライザー3は、略一枚の板状素材を用いて形成されると好ましい。また、スタビライザー3は、酸素含有ガスを通過させることを意図した通気孔を備えていてもよいが、当該通気口を備えていないと好ましい。なお、スタビライザー3は、点火プラグや検知装置用の窓等、設置するための孔を備えてもよい。スタビライザー3は、内管2の外周面2fに設けられている。スタビライザー3は、内管2の外周面2fから外管1の内周面1e側に延びて、外管1と内管2との間を絞るため、酸素含有ガスが通過可能な空間が縮小する。なお、スタビライザー3は、円筒状体であってもよく、内管2の外周面2fのうち、内管2の内管端部2b側から根元側端部(ここでは、Y軸プラス側)における略全領域を覆ってもよい。
(ノズル構造体の詳細)
続いて、ノズル構造体10の詳細について説明する。図3及び図4に示すように、軸開口孔2cの断面積S1と、周開口孔2dの断面積S2と、スタビライザー3の外縁3fと外管1との間の断面積S3と、内管2と外管1との間の断面積S4がある。具体的には、図4に示すように、断面積S1は、ノズル構造体10の断面において軸開口孔2cの開口端に囲まれる領域の面積である。断面積S2は、複数の周開口孔2dの総断面積である。断面積S3は、ノズル構造体10の断面においてスタビライザー3の外縁3fと外管1の内周面1eとに囲まれる領域の面積である。断面積S4は、ノズル構造体10の断面において内管2の外周面2fと外管1の内周面1eとに囲まれる領域の面積である。
軸開口孔2cの断面積S1と、周開口孔2dの断面積S2との比S2/S1[%](水素ガスノズル孔面積比S2/S1とも称する。)は、下記の関係式1を満たす。
S2/S1≦50 …(関係式1)
なお、S2は0(ゼロ)%よりも大きければよく、これは燃焼火炎を安定化するためである。また、比S2/S1が、4.0%もあれば、燃焼火炎を十分に安定化することができることが実験的に確認されている。
スタビライザー3の外縁3fと外管1との間の断面積S3と、内管2と外管1との間の断面積S4の比S3/S4[%](空気通過面積比S3/S4とも称する。)は、下記の関係式2を満たす。
S3/S4≦45 …(関係式2)
なお、S3は0(ゼロ)%よりも大きければよい。これは、燃焼を急激に生じさせないためであり、圧損が過大になることを抑制するためである。また、比S3/S4が、10,0%もあれば、圧損が水素ガスバーナー装置用のノズル構造体に実用上問題となるような悪影響を与えないことが実験的に確認されている。
上記関係式1及び2を満たすと、所定の条件下において、NOx濃度を20ppm以下に抑えることができて好ましいからである。NOx濃度が20ppm以下ならば、多種多様な環境やガスバーナー装置のNOx濃度の規制値を下回る。そのため、ノズル構造体10を多種多様な環境やガスバーナー装置に利用しても、NOx濃度の規制値を下回ることができる。
さらに、比S2/S1と比S3/S4とは、下記の関係式3を満たすとよい。
(S3/S4)≦0.0179×(S2/S1)−1.7193×(S2/S1)+45 …(関係式3)
上記関係式3を満たすと、所定の条件下において、NOx濃度を20ppm以下により確実に抑えることができる。そのため、ノズル構造体10を多種多様な環境やガスバーナー装置に利用しても、NOx濃度の規制値をより確実に下回ることができて好ましい。
(燃焼火炎発生方法)
次に、酸素含有ガスとして空気を用いて、ノズル構造体10により燃焼火炎を発生させる方法について説明する。
図2に示すように、水素ガスを周開口孔2dから内管2の径方向に流出させつつ、軸開口孔2cから内管2の軸Y1に沿った方向に流出させる。また、空気を外管1の他端1cを介して一端1bへ流出させる。尚、燃焼条件として、酸素含有ガスの酸素濃度は、質量%で、例えば、10%以上21%以下である。酸素含有ガスが空気を用いた場合、空気比は、例えば、1.0〜1.5であるとよく、さらに好ましくは1.0〜1.1である。他の燃焼条件は、原則、炭化水素ガスを用いた公知のガスバーナー装置用のノズル構造体と同様の条件である。
周開口孔2dから流出した水素ガスは、スタビライザー3に沿って、外管1の内周面1e又はその近傍に到達する。一方、空気は、スタビライザー3を超えた後、外管1の内周面1eを伝うように流れて、周開口孔2dから流出した水素ガスと接触する。空気と水素ガスは、外管1の一端1bに向かって流れた後、さらに一端1bを通過して外管1の外方へ放出される。スタビライザー3から外管1の一端1bまでにおいて、水素ガスと空気中の酸素とのごく一部は、反応する。この水素ガスと酸素との反応物は、後述する燃焼火炎に合流する。
一方、軸開口孔2cから流出した水素ガスは、外管1の一端1bに流れ、外管1の外方へ放出される。外管1の一端1bの近傍に配置された点火プラグ(図示略)等の着火装置を用いて、スパーク等を発生させて、水素ガスを燃焼させる。これによって、ノズル構造体10の外管1の一端1bから、燃焼火炎を発生することができる。上記した水素ガスと空気中の酸素との反応物が、燃焼火炎に合流し、燃焼火炎の安定化を図ることができる。そのため、S2は0(ゼロ)%よりも大きければよい。
次に、図5及び図6を参照して、ノズル構造体10に係る実施例と、その比較例について、NOx発生量を計測した実験について説明する。
実験では、燃焼量20%とした場合、ノズル構造体10に係る実施例と、その比較例とのNOx濃度を計測した。実験条件として、空気比は、1.1〜1.2とした。酸素含有ガスとして、空気を用いた。酸素濃度は21%とした。他の実験条件は、原則、炭化水素ガスを用いた公知のノズル構造体と同様の条件とした。比較例では、比S2/S1が50%超過であること、及び比S3/S4が45%超過であることの少なくとも一方に該当することを除いて、ノズル構造体10と同じ構成を有するノズル構造体を用いた。なお、比較例に係るノズル構造体は、比S3/S4が100%である場合、スタビライザー3に相当する構成を備えない。実施例1、2、4、及び5に係るノズル構造体のスタビライザーは、空気が流通可能な通気孔を有しない。実施例3に係るノズル構造体のスタビライザーは、空気が流通可能な通気孔を有する。
ノズル構造体10に係る実施例と、その比較例について、NOx濃度を計測した結果を以下に表1に記載した。
Figure 0006940338
比S2/S1に対するNOx濃度を図5に示した。図5に示すように、比S2/S1が低いと、NOx濃度は低い傾向にある。この一因として、比S2/S1が低い場合、内管2の軸方向において水素ガスの流れの直進性が高まり、水素ガスが空気と混合し難いためと考えられる。具体的には、比S2/S1が低い場合、軸開口孔2cの断面積S1に対する周開口孔2dの断面積S2の比が低い。そのため、軸開口孔2cから内管2の軸方向に流れる水素ガスの量が、周開口孔2dから内管2の径方向に流れる水素ガスの量と比較して多くなる傾向にある。そのため、水素ガスは、内管2の軸方向、つまり、ノズル構造体10の軸方向に沿って直進するように流れる。
図5に示すように、比S2/S1が50%以下であると、NOx濃度が80ppm以下であった。NOx濃度が80ppm以下であるならば、一般的な環境、装置におけるNOx濃度の規制値を下回るため、好ましい。そのため、軸開口孔2cの断面積S1と、周開口孔2dの断面積S2との比S2/S1[%]は、関係式1を満たすと決定した。
S2/S1≦50 …(関係式1)
続いて、比S2/S1が、0%超過50%以下の範囲内において、比S3/S4を所定の範囲内において変更した場合のNOx濃度を測定し、その結果を図6に示した。図6に示すように、比S3/S4を低減すると、NOxの発生量は低減する傾向にある。比S3/S4が45%以下であると、所定の条件においてNOx濃度が20ppm以下であり得る。NOx濃度が20ppm以下であるならば、一般的な環境、装置におけるNOx発生量の規制値を下回るため、好ましい。
実施例1のNOx濃度は、実施例3のNOx濃度と比較して低かった。この一因として、以下の事項が考えられる。実施例3に係るノズル構造体のスタビライザーが通気孔を有する一方、実施例1に係るノズル構造体のスタビライザーは通気孔を有しないことである。これによって、実施例1において空気及び水素ガスが、実施例3における空気及び水素ガスと比較して、混合し難くなるためである。
次に、比S2/S1及び比S3/S4に対するNOx濃度を示す等高線図を、図5に示した。比S3/S4が低減するほど、NOxの発生量が低減する傾向にある。この一因として比S3/S4が低減した場合、空気の流量が小さくなり、水素ガスと混合する空気の量が少なくなることが考えられる。また、他の一因として、比S3/S4が低減した場合、空気が、水素ガスからさらに離れた位置に流れ、水素ガスが空気と混合し難いことが考えられる。
続いて、統計的品質管理方法を用いて、NOx濃度が20ppmである応答曲面の式1(関係式3)を求めた。具体的には、以下に記載した表2に示す測定結果について統計的品質管理方法の実験計画法の応答曲面法を用いて、複数の特性の最適化を行ない、NOx濃度20ppmにおける応答曲面の式を求めた。ここでは、統計解析ソフトウェアとして「StatWorks」(登録商標)を用いた。また、特性値を「NOx濃度」とした。「NOx濃度」以外の因子、すなわち、「S2/S1」、「S3/S4」、「NOx濃度」、「炉温」、「空気比」、「炉内O空気比」、及び「燃焼量」を変数とした。
Figure 0006940338
同様に、NOx濃度が70、60.4、50.8、41.2、31.6、22、12.4ppmである場合の、応答曲面の式を求めた。求めた応答曲面の式による曲線を、図6に示した。なお、表2に示す実施例6〜29と、比較例6〜20とは、実験によって求められており、そのNOx濃度の測定値は、バラツキを有し、図6に示す等高線図と必ずしも合致しないことに留意する。
NOxの発生量が20ppmである応答曲面の式(関係式3)を以下に示す。
(S3/S4)≦0.0179×(S2/S1)−1.7193×(S2/S1)+45 …(関係式3)
上記関係式を満たすと、NOx濃度の計算結果が20ppm以下により確実に抑え得ることができて好ましい。
関係式3から、比S3/S4が45%以下であると、NOx濃度が20ppm以下の値をとり得る。そのため、スタビライザー3と外管1の内周面1eとの間の断面積S3と、内管2の外周面2fと外管1の内周面1eとの間の断面積S4との比S3/S4[%]は、関係式2を満たすと決定した。
S3/S4≦45 …(関係式2)
(応用例)
次に、図7及び図8を参照して、水素ガスバーナー装置用のノズル構造体10の応用例について説明する。
図7に示すように、水素ガスバーナー装置用のノズル構造体10は、バーナー装置付き炉20の一構成要素として利用することができる。バーナー装置付き炉20は、炉体4と、ノズル構造体10とを備える。炉体4は、本体4aと、排気筒4bとを備える。本体4aは、ワークW1を保持する箱状体である。排気筒4bは、本体4aの上部に設けられており、本体4aの内側で発生した排ガスG1を本体4aの外に案内する。ノズル構造体10によって発生した燃焼火炎F1が、本体4aの内側に向かうように、ノズル構造体10は、本体4aに設けられている。ノズル構造体10は、排気筒4bから所定の間隔を空けた位置に設けられているとよい。
ここで、ノズル構造体10は、燃焼火炎F1を発生させると、主に対流や熱伝導によって、ワークW1を加熱することができる。バーナー装置付き炉20は、炭化水素系ガスを燃料ガスとして用いた公知のバーナー装置付き炉と同様に、多種多様な熱処理方法を用いて、多種多様な材料からなるワークW1を熱処理することができる。例えば、ワークW1は、アルミニウム合金や鉄鋼などの金属材料や、セラミックス材料であってよい。なお、燃焼火炎F1によって発生した排ガスG1は、排気筒4bを通過して、本体4aの外に排出される。
図8に示すように、水素ガスバーナー装置用のノズル構造体10は、ラジアントチューブバーナー装置付き炉30の一構成要素として利用することができる。ラジアントチューブバーナー装置付き炉30は、炉体5と、ラジアントチューブ6と、ノズル構造体10とを備える。炉体5は、本体5aと、排気筒5bとを備える。本体5aは、ワークW1を保持する箱状体である。排気筒5bは、本体5aの上部に設けられており、ラジアントチューブ6の内側で発生した排ガスG2を本体5aの外に案内する。ノズル構造体10によって発生した燃焼火炎F1が、本体5aの内側に向かうように、ノズル構造体10は、本体5aに設けられている。ラジアントチューブ6は、ノズル構造体10から排気筒5bを繋ぐように設けられている。ノズル構造体10によって発生した燃焼火炎F1は、ラジアントチューブ6の内側に位置する。ノズル構造体10は、排気筒5bから所定の間隔を空けた位置に設けられているとよい。
ここで、ノズル構造体10が、燃焼火炎F1を発生させると、ラジアントチューブ6がまず熱せられることにより、輻射熱を発生する。主にこの輻射熱によって、ワークW1を加熱することができる。ラジアントチューブバーナー装置付き炉30は、炭化水素系ガスを燃料ガスとして用いた公知のラジアントチューブバーナー装置付き炉と同様に、多種多様な熱処理方法を用いて、多種多様な材料からなるワークW1を熱処理することができる。例えば、ワークW1は、アルミニウム合金や鉄鋼などの金属材料や、セラミックス材料であってよい。燃焼火炎F1によって発生した排ガスG2は、ラジアントチューブ6及び排気筒5bを通過して、本体5aの外に排出される。
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、ノズル構造体10は、スタビライザー3を備えたが、制御バルブを備えてもよい。
10 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体
1 外管
2 内管
2c 軸開口孔 2d 周開口孔
2f 外周面
3 スタビライザー
S1、S2、S3、S4 断面積 S2/S1、S3/S4 比

Claims (1)

  1. 外管と、当該外管と同心に配置された内管と、当該外管と当該内管との間を絞るスタビライザーとを備え、
    当該内管は、当該内管の軸方向に貫通する軸開口孔と、当該内管の径方向に貫通する周開口孔とを有する内管端部を備え、
    当該内管は、水素ガスが流通し、
    当該周開口孔は、水素ガスを当該内管の径方向に流出させ、
    当該軸開口孔は、水素ガスを当該内管の軸方向に流出させ、
    当該外管と当該スタビライザーとの間には、空気が流通する水素ガスバーナー装置用のノズル構造体であって、
    前記軸開口孔の断面積S1と、前記周開口孔の断面積S2との比S2/S1は、50%以下であり、
    前記内管と前記外管との間の断面積S4と、前記スタビライザーの外縁と前記外管との間の断面積S3との比S3/S4は、45%以下であり、
    前記比S2/S1と、前記比S3/S4とが、
    (S3/S4)≦0.0179×(S2/S1)−1.7193×(S2/S1)+45
    を満た
    燃焼条件として、前記流通する空気の空気比は、1.0〜1.5であり、
    前記流通する空気と、前記周開口孔及び前記軸開口孔から流出させた水素ガスとを混合して燃焼することによって、燃焼火炎を発生させ、
    前記燃焼火炎によるNOxの発生量を抑制して、NOx濃度が20ppm以下である水素ガスバーナー装置用のノズル構造体。
JP2017169474A 2017-09-04 2017-09-04 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体 Active JP6940338B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017169474A JP6940338B2 (ja) 2017-09-04 2017-09-04 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体
EP18185345.8A EP3450844B1 (en) 2017-09-04 2018-07-24 Nozzle structure for hydrogen gas burner apparatus
US16/059,163 US10648662B2 (en) 2017-09-04 2018-08-09 Nozzle structure for hydrogen gas burner apparatus
CN201811020099.6A CN109424957B (zh) 2017-09-04 2018-09-03 用于氢气燃烧器装置的喷嘴结构

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017169474A JP6940338B2 (ja) 2017-09-04 2017-09-04 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019045081A JP2019045081A (ja) 2019-03-22
JP6940338B2 true JP6940338B2 (ja) 2021-09-29

Family

ID=63041931

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017169474A Active JP6940338B2 (ja) 2017-09-04 2017-09-04 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10648662B2 (ja)
EP (1) EP3450844B1 (ja)
JP (1) JP6940338B2 (ja)
CN (1) CN109424957B (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6863189B2 (ja) * 2017-09-05 2021-04-21 トヨタ自動車株式会社 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体
US11187408B2 (en) * 2019-04-25 2021-11-30 Fives North American Combustion, Inc. Apparatus and method for variable mode mixing of combustion reactants
WO2022003546A1 (en) 2020-06-29 2022-01-06 AMF Den Boer B.V. Hydrogen gas burner
CN113339844B (zh) * 2021-06-22 2022-11-18 西安航天动力研究所 一种空气氢气喷注单元及其燃烧组织方法
TWI810718B (zh) * 2021-11-22 2023-08-01 財團法人金屬工業研究發展中心 氫能燃燒器之噴注系統
CN117823946A (zh) * 2023-12-29 2024-04-05 西安交通大学 富氢或纯氢灵活燃料燃烧稳焰喷头与燃烧器

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5151483Y2 (ja) * 1971-04-28 1976-12-09
JPS60128128U (ja) * 1984-02-01 1985-08-28 東京瓦斯株式会社 先混合ガスバ−ナ
JPH01201417A (ja) 1988-02-05 1989-08-14 Ask Corp ローラーハース型加熱炉用搬送ロール
JPH0473718U (ja) * 1990-10-23 1992-06-29
JPH0473717U (ja) * 1990-10-23 1992-06-29
DE4436908A1 (de) * 1994-10-15 1996-04-18 Philips Patentverwaltung Düse für eine Verbrennungsvorrichtung
JP3492099B2 (ja) * 1995-10-03 2004-02-03 三菱重工業株式会社 バーナ
JPH11201417A (ja) 1998-01-06 1999-07-30 Chugai Ro Co Ltd 2段燃焼型低NOxラジアントチューブバーナ
US6699031B2 (en) * 2001-01-11 2004-03-02 Praxair Technology, Inc. NOx reduction in combustion with concentrated coal streams and oxygen injection
KR100414668B1 (ko) * 2001-07-21 2004-01-07 삼성전자주식회사 화염가수분해증착 공정용 버너의 화염 안정화 장치
US8070480B2 (en) * 2003-11-21 2011-12-06 Associated Physics Of America, Llc Method and device for combusting liquid fuels using hydrogen
US7766649B2 (en) * 2005-03-07 2010-08-03 Gas Technology Institute Multi-ported, internally recuperated burners for direct flame impingement heating applications
NO324171B1 (no) * 2006-01-11 2007-09-03 Ntnu Technology Transfer As Metode for forbrenning av gass, samt gassbrenner
JP5236526B2 (ja) * 2008-02-27 2013-07-17 信越化学工業株式会社 多孔質ガラス母材製造用バーナー
KR100901120B1 (ko) * 2008-12-02 2009-06-08 황부성 수소산소 혼합가스 연소버너
CN104508373A (zh) * 2012-04-03 2015-04-08 伊克利普有限公司 用于低氮氧化物排放的双模式燃烧器的方法和装置
JP6551375B2 (ja) * 2016-12-07 2019-07-31 トヨタ自動車株式会社 水素ガスバーナ構造およびこれを備えた水素ガスバーナ装置

Also Published As

Publication number Publication date
US10648662B2 (en) 2020-05-12
JP2019045081A (ja) 2019-03-22
US20190072274A1 (en) 2019-03-07
EP3450844B1 (en) 2020-08-26
CN109424957B (zh) 2020-07-31
EP3450844A1 (en) 2019-03-06
CN109424957A (zh) 2019-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6940338B2 (ja) 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体
JP6863189B2 (ja) 水素ガスバーナー装置用のノズル構造体
JP2021185335A (ja) NOx放出が低減されたバーナーアセンブリ
BRPI0811121B1 (pt) Processo de combustão para a fusão de vidro, injetor, queimador, e, forno
JP6307769B2 (ja) 排ガス処理方法及び排ガス処理装置
JP6466286B2 (ja) 流動床式汚泥焼却炉における汚泥燃焼方法、流動床式汚泥焼却炉
KR101310005B1 (ko) 버너장치 및 연소방법
US20170003018A1 (en) Method and burner for reducing nitrogen oxide emissions during the combustion of a gaseous fuel
JP6863175B2 (ja) 水素ガス燃焼用ノズル、ラジアントチューブバーナー及び水素ガス燃焼方法
TWI438384B (zh) 蓄熱式燃燒裝置及加熱爐
KR102336283B1 (ko) 와류 재순환 연소 버너 헤드
JP5309795B2 (ja) 管状火炎バーナ
JP6537541B2 (ja) 燃焼装置及びバイオマス燃料
JP4161926B2 (ja) 管状火炎バーナ
JP2006194564A (ja) 管状火炎バーナ
JP6782683B2 (ja) 減圧精錬槽
TWI826136B (zh) 純氫燃燒器
TW202344777A (zh) 焦爐散發氣體的燃燒裝置、焦爐散發氣體的燃燒方法及焦爐散發氣體的燃燒裝置的設計方法
JP6236914B2 (ja) グランドフレア
JP2002295812A (ja) 拡散火炎二段燃焼式ガスバーナ
JP2009109138A (ja) 排ガス処理装置および排ガス処理方法
JP2006329478A (ja) 燃焼炉装置及び燃焼方法
JP2013006138A (ja) 脱硝装置および脱硝方法
JP2009058142A (ja) 液体燃焼装置
JP2006250398A (ja) 工業用ブンゼン式バーナー

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200115

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20200115

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20200115

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200206

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20201228

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210105

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210302

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210420

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210629

C60 Trial request (containing other claim documents, opposition documents)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C60

Effective date: 20210629

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20210712

C21 Notice of transfer of a case for reconsideration by examiners before appeal proceedings

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: C21

Effective date: 20210713

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210810

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210902

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6940338

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151