JP4422705B2 - 二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置 - Google Patents

Description

本発明は、工業エネルギーの転換に応用される燃焼装置に関し、特に二酸化炭素濃度を向上する切換燃焼装置に関する。

燃焼炉は工業上では広い用途を有し、燃料が燃焼器内の燃焼により各工業上のエネルギー転換の応用に提供される。近頃、京都議定書の執行および二酸化炭素の減量の議題において、如何に石化燃料を燃焼した後の二酸化炭素気体を燃焼ガスから分離して後続き処理を行うことによって大気中に排出する二酸化炭素濃度を低減させるかということは、全体が努力する目標とされる。伝統の石化燃料の燃焼により発生した二酸化炭素の濃度は略排出した全ての燃焼ガス濃度の３−１３％を占めており、燃焼ガス中の二酸化炭素濃度を低くすることは、燃焼ガスから二酸化炭素を分離または捕集するコストが大幅に向上することを代表する。本発明は、切換燃焼技術および二酸化炭素の燃焼ガス還流の概念を結合して燃焼器に導入して還流される二酸化炭素と燃料および酸素とを混合して燃焼させることで、燃焼後の燃焼ガス中の二酸化炭素濃度を向上させ、二酸化炭素の分離または捕集するためのコストを低減させ得る。

従来技術では、特許文献１に開示されたように、燃焼炉の燃焼により発生する二酸化炭素の燃焼ガスは、二酸化酸素の回収器を介して両燃焼ガスを分け、その一つの燃焼ガスを排出し、他の燃焼ガスは管路を経由した後、混合器と酸素発生器とが発生した酸素と混合した後、燃焼器に送り込んで燃料と燃焼させ、二酸化炭素及びその他の燃焼ガスを発生させる。

特許第３０５３９１４号明細書

しかし、燃焼ガスをガイドして還流させて、排出する燃焼ガスの二酸化炭素の濃度を増加することができるが、燃焼ガスは燃焼器と直接に混合することで、酸素濃度が相対的に減少され、温度も低下されるため、燃焼するのにより大きいエネルギーが必要とされるので、エネルギーが余計に消費され、たとえ二酸化酸素の濃度が増加されても、エネルギー節約について改進できるとは言い難い。

前記の問題を解決するために、本発明は、二酸化炭素濃度を向上する切換燃焼装置を提出し、排燃焼ガス中の二酸化炭素濃度の増加が可能で、かつ排燃焼ガスの高熱を有効に利用することができ、燃焼に必要なエネルギーを低下させることができる。
（発明の効果）
本発明が掲げる二酸化炭素濃度を向上する切換燃焼装置により、燃焼室に二セットのバーナーを設け、バーナーは、それぞれ点火器及び蓄熱体を備え、さらに、何れも管路を利用して排気口を備えた緩衝気室に接続され、一方のバーナーを用いて点火する際に、燃焼ガスが他セットのバーナーを通って蓄熱体に熱エネルギーを蓄えることができ、また一部の燃焼ガスが緩衝気室内に保たれる。

そして、次の燃焼サイクルを行う際、緩衝気室内の燃焼ガスは燃焼気体と同時に燃焼室内に入り、さらに蓄熱体の予熱により、温度を上げさせ、燃焼後の燃焼ガスは同じく他セットのバーナーを通過して、蓄熱体に熱エネルギーを蓄えることができ、さらに部分の燃焼ガスを緩衝気室内に保留し、前記の順に燃焼の切換えを繰り返すことで、排燃焼ガスの二酸化炭素の濃度を提高するばかりでなく、蓄熱体により熱エネルギーを累積することができるので、燃焼ガスが入る時に予熱して燃焼に必要なエネルギーを低減させることができる。

本発明の詳しい内容および技術に関しては、図面を合せて下記のように説明する。
（実施例）
本発明の一実施例による二酸化炭素濃度を向上する切換燃焼装置によれば、図１に示すように、二セットのバーナーを備え、それぞれ第１のバーナー１１および第２のバーナー１２とし、各セットのバーナーは、それぞれ点火器および蓄熱体を備え、即ち、第１のバーナー１１は、第１の点火器１１１および第１の蓄熱体１１２を備え、第２のバーナー１２は、第２の点火器１２１および第２の蓄熱体１２２を備え、そして、前記第１のバーナー１１と前記第２のバーナー１２とは、燃焼室１３の両側にそれぞれ設置され、気体が第１の管路１５１から前記燃焼室１３に入り、燃焼した後の気体が第２の管路１５２、燃焼ガス制御切換装置１８および緩衝気室１４を経由して排気口１４１から排出される。前記第１のバーナー１１の一側方は、さらに第１の酸素入口１６１および第１の燃料入口１７１を備え、第２のバーナー１２の一側方は、第２の酸素入口１６２および第２の燃料入口１７２を備えている。

第１のバーナー１１および第２のバーナー１２は、燃焼室１３に取付けられ、さらに第１の点火器１１１と第２の点火器１２１とにより燃焼室１３に接続される。第１の点火器１１１および第２の点火器１２１の後端は、それぞれ第１の蓄熱体１１２および第２の蓄熱体１２２である。第１の管路１５１および第２の管路１５２を利用して前記緩衝気室１４まで前記燃焼ガス制御装置１８に連通され、緩衝気室１４には外方向へ連通する排気口１４１が備えられる。

実際に作動の際、両燃焼を利用して循環的交替を行うことができる。まず、第１の燃焼サイクルとは、図２に示すように、第１のバーナー１１の作動により、燃料ガスを取り込み、図に示すように、第１の酸素入口１６１を利用して酸素（純ガス、高熱量ガス、または空気が可能である）を流入させ、そして第１の燃料入口１７１に燃料（気態、液態、または固態が可能である）を流入させる。さらに、第１のバーナー１１の第１の点火器１１１により点火して燃焼室１３内で燃焼を行い、燃焼により生じた燃焼ガスが第２のバーナー１２（第２の点火器１２１および第２の蓄熱体１２２を備える）を通って第２の管路１５２内に入り、この燃焼ガスは、高温の状態であるため、第２の蓄熱体１２２を通過する際に、第２の蓄熱体１２２が予熱され、最後、燃焼ガスは、前記燃焼ガス制御装置１８を介して緩衝気室１４まで達することで、部分の燃焼ガスが排気口１４１から排出され、その一部が緩衝気室１４内に保留される。

次に、第２の燃焼サイクルを行い、図３に示すように、第２のバーナー１２を作動して、第２の酸素入口１６２から酸素を流入させ、第２の燃料入口１７２に燃料を流入し、かつ第２のバーナー１２の点火器１２１により点火され燃焼室１３内において燃焼を行い、また酸素と燃料とを導引すると同時に、前サイクルで緩衝気室１４内に保留された燃焼ガスは、同じく第２の管路１５２により第２の蓄熱体１２２を通過し、予熱を行って温度を高くする。最後に、燃焼室１３に入り、共に燃焼し、そして、燃焼による燃焼ガスが第１のバーナー１１（第１の点火器１１１および第１の蓄熱体１１２を備える）を通って第１の管路１５１に入る。この燃焼ガスは、高温状態であるため、第１の蓄熱体１１２を通過する時、第１の蓄熱体１１２を予熱して次の第１の燃焼サイクルに入った空気の加熱に提供することになる。最後に、燃焼ガスが前記燃焼ガス制御装置１８まできて緩衝気室１４内に入り、一部の燃焼ガスは、排気口１４１から排出され、一部は、緩衝気室１４内に保留する。また、空気を順調に通過させるためには、蓄熱体は、多孔性材質を採用することが好まれる。

以上のように、順序に交替的燃焼することで、燃焼ガスの予熱効果により、エネルギーの使用を大幅に低減させ、また二セットのバーナーを利用する原理により、燃焼ガスの還流を導引して再燃焼に合せば、燃焼ガスの二酸化炭素の濃度が大幅に増加され得る。また図１に示すように、第１のバーナー１１および第２のバーナー１２は、それぞれ燃焼室１３の対向した上下両側に設置されているが、本実施例の同一設置概念について、温度の不均一問題を少なくするためには、第１のバーナー１１および第２のバーナー１２は、異なる両部位、または対向する両側に設置すればよい。

図４に示す本発明の一実施例による二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置の燃焼ガス切換制御装置の模式図を参照すると、この燃焼ガス切換制御装置１８に４つの開閉弁１８１、１８２、１８３、１８４が備えられ、それらの間がチューブで連通されている。弁１８１、１８４がオンの場合、弁１８２、１８３を閉鎖する。第２サイクルを行う際に、弁１８１、１８４を閉鎖して弁１８２、１８３を開けるように、順序的に循環作動される。

図５Ａ、図５Ｂに示す本発明の一実施例による二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置の燃焼ガス切換制御装置の模式図をともに参照すると、四通弁燃焼ガス切換装置であって、図５Ａおよび図５Ｂの互い切換えを利用する。
本発明は、前記のより好まれる実施例が開示されているが、それに限定するものでなく、いかなる当該技術を習熟している者により、本発明の精神および範囲内に離脱しない前提において、ある程度の変更又は潤飾可能であるため、本発明の保護しようとする範囲は、後記の特許請求の範囲による限定するものに準ずるべきである。

本発明の一実施例による二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置の模式図である。 本発明の一実施例による二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置の第１の燃焼サイクルの模式図である。 本発明の一実施例による二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置の第２の燃焼サイクルの模式図である。 本発明の一実施例による二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置の燃焼ガス切換制御装置の模式図である。 本発明の一実施例による二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置の燃焼ガス切換制御装置の模式図である。 本発明の一実施例による二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置の燃焼ガス切換制御装置の模式図である。

符号の説明

１１ 第１のバーナー、１１１ 第１の点火器、１１２ 第１の蓄熱体、１２ 第２のバーナー、１２１ 第２の点火器、１２２ 第２の蓄熱体、１３ 燃焼室、１４ 緩衝気室、１４１ 排気口、１５１ 第１の管路、１５２ 第２の管路、１６１ 第１の酸素入口、１６２ 第２の酸素入口、１７１ 第１の燃料入口、１７２ 第２の燃料入口、１８ 燃焼ガス切換制御装置、１８１、１８２、１８３、１８４ 開閉弁、１９１、１９２ 風車

Claims (5)

1. 二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置であって、
   燃焼室と、
   第１の点火器および第１の蓄熱体を備え、かつ前記燃焼室に連通するように設置される第１のバーナーと、
   第２の点火器および第２の蓄熱体を備え、かつ前記燃焼室に連通するように設置される第２のバーナーと、
   前記第１のバーナーおよび前記第２のバーナーにそれぞれ接続され、排気口を備えた緩衝気室と、を備え、
   前記燃焼室内に燃料ガス及び酸素を含有するガスを導入し、第１のバーナーの第１の点火器の点火燃焼により、燃焼後の燃焼ガスが第２のバーナーを通過した後、前記第２の蓄熱体で熱エネルギーを蓄え、前記燃焼ガスの一部が前記緩衝気室に貯蓄され、一部は前記排気口から排出されて、第１の燃焼サイクルを形成し、さらに、前記燃焼室内に前記燃料ガス及び前記酸素を含有するガスを導入すると同時に、前記燃焼ガスを導入して、前記緩衝気室内の燃焼ガスが第２のバーナーの第２の蓄熱体を介して予熱され、第２のバーナーの第２の点火器により点火して、前記燃料ガスとともに燃焼され、燃焼後の燃焼ガスが前記第１のバーナーを通過して前記第１の蓄熱体で熱エネルギーを蓄え、前記燃焼ガスの一部は、前記緩衝気室内に貯蓄され、一部が排気口から排出されて、第２の燃焼サイクルを形成することを特徴とする二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置。
   
2. 前記第１の燃焼サイクルおよび前記第２の燃焼サイクルは、交互に行うことを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置。
3. 前記第１のバーナーおよび前記第２のバーナーは、それぞれ反応域の相対的両側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置。
4. 前記第１のバーナーおよび前記第２のバーナーは、それぞれ前記反応域の相対的上下両側に設けられることを特徴とする請求項３に記載の二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置。
5. 前記第１の蓄熱体および前記第２の蓄熱体は、多孔性材質から構成されることを特徴とする請求項１に記載の二酸化炭素濃度向上の切換燃焼装置。
   
   

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