JPH08152104A

JPH08152104A - 燃焼装置の燃焼制御方法、燃焼装置、蓄熱式燃焼用バーナ及び蓄熱式熱交換器

Info

Publication number: JPH08152104A
Application number: JP6293189A
Authority: JP
Inventors: Hitoshi Kaji; 均加治; Yasuo Hirose; 靖夫廣瀬
Original assignee: FURNESS TECHNO KK; Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: FURNESS TECHNO KK; Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1994-11-28
Filing date: 1994-11-28
Publication date: 1996-06-11

Abstract

(57)【要約】【目的】還元触媒を用いることなく排気ガス中のＮＯｘ
及びＣＯを低下させる。【構成】燃焼室から排出される排気ガスの熱を通気性を
有する蓄熱体１に蓄熱し、蓄熱体１に蓄熱した熱で燃焼
室に供給する酸化剤を予熱する。排気ガス中のＮＯｘの
濃度を許容値まで低減するように燃焼室内の酸化剤比を
調整する。蓄熱式熱交換器の蓄熱体１に酸化触媒を担持
させて、排気ガス中のＣＯを酸化触媒の活性で酸化させ
てＣＯの濃度を許容値まで低減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ガス中のＮＯｘ
（窒素酸化物）濃度及びＣＯ（一酸化炭素）濃度を低減
できる燃焼装置の燃焼制御方法及び燃焼装置並びにこれ
らに用いることができる蓄熱式燃焼用バーナ及び蓄熱式
熱交換器に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の予熱炉等の燃焼装置やその燃焼制
御方法では、燃焼に用いる酸化剤（通常は空気）の酸化
剤比（空気を用いる場合には空気比）を大きくして（例
えば１．２以上にして）排気ガス中のＣＯ濃度を低減し
た上で、触媒装置の還元触媒によりＮＯｘを還元してＮ
Ｏｘ濃度を低減している。酸化剤比を小さく（例えば
１．１９以下）すればＮＯｘは低くなるものの、ＣＯが
加速度的に発生する。ＣＯは有害でありＣＯ₂に酸化し
排出する必要があるが、ＣＯを酸化触媒の活性を利用し
て酸化してＣＯ₂に変換させる際に、熱が発生し、この
熱を回収するための熱回収装置を設けなければならず、
その分コストが高くなるためである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら還元触媒
は、現状では酸化触媒と比べて価格が高く、ＮＯｘの低
減処理にかかるコストを下げることに限界があった。

【０００４】最近、燃焼効率を高めるために、排気ガス
の熱を蓄熱体に蓄熱し、蓄熱体に蓄熱した熱で燃焼室に
供給する酸化剤（空気等）を予熱する技術が開発されて
いる。しかしながらこの技術を用いても、ＮＯｘ濃度及
びＣＯ濃度を低減することはできない。

【０００５】本発明の目的は、還元触媒を用いることな
く排気ガス中のＮＯｘ及びＣＯを低下させることにあ
る。

【０００６】本発明の目的は、燃焼室内の酸化剤比また
は空気比に影響を与えずに、排気ガス中のＣＯの酸化を
促進させることにある。

【０００７】本発明の他の目的は、酸化剤の予熱のため
に蓄熱体を利用する場合に、蓄熱体中においてＣＯの酸
化を簡単に促進させることにある。

【０００８】本発明の更に他の目的は、燃焼室内の酸化
剤比または空気比が１以下になっても蓄熱体に担持させ
た酸化触媒によりＣＯを十分に酸化させることにある。

【０００９】本発明の別の目的は、蓄熱体に担持させた
酸化触媒をＣＯの酸化に有効に活用することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の基本となる技術
的思想は、排気ガス中のＮＯｘを燃焼室内の酸化触媒比
（空気比）の調整で低減し、排気ガス中のＣＯを蓄熱式
熱交換器の蓄熱体に担持させた酸化触媒の活性による酸
化により低減することである。

【００１１】そこで、通気性を有する蓄熱体を備え、燃
焼室から排出される排気ガスの熱を蓄熱体に蓄熱し、蓄
熱体に蓄熱した熱で燃焼室に供給される酸化剤を予熱す
る蓄熱式熱交換器を備えた燃焼装置の燃焼制御方法に本
発明を適用する場合には、排気ガス中のＮＯｘの濃度を
許容値まで低減するように燃焼室内の酸化剤比を調整す
る。そして蓄熱式熱交換器の蓄熱体に酸化触媒を担持さ
せて、排気ガス中のＣＯを酸化触媒の活性で酸化させる
ことによりＣＯの濃度を許容値まで低減する。蓄熱式熱
交換器の構造は任意である。例えば、特開平１−２２２
１０２号公報、特開平６−２４１４３６号公報、米国特
許第５，２７５，５５６号公報、イギリス特許出願公開
第２，２０８，４２３号公報等に記載された燃焼装置用
バーナまたは燃焼装置に用いられる蓄熱式熱交換器や実
開昭６１−１８３８３号公報に示された回転蓄熱式熱交
換器のように、蓄熱体及び吸排気用ダクトの少なくとも
一方が回転し、１つの蓄熱体で蓄熱と酸化剤の予熱とを
同時に行うもの（以下ロータリ型の蓄熱式熱交換器また
は回転蓄熱式熱交換器と言う。）でもよい。また特開平
５−２５６４２３号公報、特開平６−１１１２１号公
報、米国特許第４，８６５，４９２号公報等に示される
ように、一対の蓄熱体を一対の吸排気用通路の中に配置
し、一対の吸排気用通路を少なくとも１つの切換弁を用
いて吸気用通路と排気用通路とに交互に切換えることに
より、２つの蓄熱体で蓄熱と予熱を交互に行うもの（以
下非ロータリ型の蓄熱式熱交換器または切換型蓄熱式熱
交換器と言う。）でもよい。また通気性を有する蓄熱体
の構造も任意である。例えば、通気方向（排気ガスまた
は酸化剤が流れる方向）に沿って多数の貫通孔が形成さ
れたセラミックス製や金属製の蓄熱体を用いることがで
きる。また容器内に粒状の複数の蓄熱材料を収納した蓄
熱体でもよい。更に本願明細書で、酸化剤とは燃料を燃
焼する際の酸化剤であればよく、一般的には空気が用い
られる。

【００１２】排気ガス中のＮＯｘの濃度及びＣＯの濃度
の許容値は、法律等により定められる規制値である。ま
た酸化剤比（空気比）とは、燃焼に必要な理論酸化剤量
（理論空気量）と実際の燃焼に用いる酸化剤量（空気
量）との比である。酸化剤比（空気比）が１の場合、実
際の燃焼に用いる酸化剤量（空気量）が理論酸化剤量
（理論空気量）に等しいことを意味する。

【００１３】図６に示すように、排気ガス中のＮＯｘの
濃度は酸化剤比（空気比）を小さくするほど減少する
が、排気ガス中のＣＯの濃度は酸化剤比（空気比）を小
さくするほど増加する。また逆に、排気ガス中のＮＯｘ
の濃度は酸化剤比（空気比）を大きくするほど増加する
が、排気ガス中のＣＯの濃度は酸化剤比（空気比）を大
きくするほど減少する。したがって排気ガス中のＮＯｘ
の濃度を許容値まで低減するように燃焼室内の酸化剤比
を調整すると、排気ガス中のＮＯｘの濃度は減少するも
のの、ＣＯの濃度は増加する。本発明では、蓄熱式熱交
換器の蓄熱体に担持させた酸化触媒により、排気ガス中
のＣＯを酸化触媒の活性で酸化させることにより、ＣＯ
の濃度を低下させる。蓄熱体に担持させる酸化触媒の量
は、排気ガスの空間速度を基準にして理論的に定めるこ
とができる。

【００１４】酸化触媒としては、白金，ロジウム，酸化
マンガン，二酸化チタン，チタン酸カリウムやＺｎ−Ｍ
ｎフェライト等の公知の酸化触媒を用いることができ
る。蓄熱体に酸化触媒を担持させる態様は任意である。
例えば、ペースト状の酸化触媒材料を用いて蓄熱体中の
通路の内壁面に酸化触媒層を形成することにより、蓄熱
体に酸化触媒を担持させてもよい。また蓄熱体の表面に
酸化触媒を埋設することにより、蓄熱体に酸化触媒を担
持させてもよい。

【００１５】蓄熱体に酸化触媒を担持させる態様は任意
であっても、酸化触媒が担持される蓄熱体の触媒担持領
域の温度が、酸化触媒が活性を維持し得る温度以下にな
るように、酸化触媒を蓄熱体に担持させる必要がある。
例えば、白金系触媒は、９００℃以上の熱に晒されると
活性を失ってしまう。このようなことから燃焼室の室内
温度が酸化触媒の許容温度よりも高い場合には、酸化触
媒を蓄熱体の低温側（排気側）に部分的に担持させる。

【００１６】排気ガス中のＣＯは排気ガスに残留する酸
化剤（空気）により酸化するが、排気ガス中の酸化剤の
量を増加させるためには、酸化剤比（空気比）を大きく
する必要がある。しかしながら酸化剤比（空気比）を大
きくするとＮＯｘが増加する。例えば、酸化剤比を１．
０１〜１．１９の範囲にした場合には、ＮＯｘをあまり
増加させることなく、しかもＣＯを十分に酸化させるこ
とができる。

【００１７】ＮＯｘの濃度を下げるために、酸化剤比
（空気比）を１より小さくしてもよい。しかしながら酸
化剤比（空気比）が１より小さくなると、排気ガス中の
酸素が不足状態となり、蓄熱体に担持させた酸化触媒を
用いても、ＣＯを酸化することができなくなる。この様
な場合には、燃焼室内の酸化剤比（空気比）に影響を与
えないようにして［燃焼室内の酸化剤比（空気比）を変
えないようにして］、蓄熱式熱交換器の蓄熱体に吸い込
まれる排気ガスに酸化剤を混入させてやればよい。例え
ば、蓄熱式熱交換器によって予熱された酸化剤の一部を
蓄熱式熱交換器に吸い込まれる排気ガスに混入させるこ
とにより容易に実現できる。特開平６−１１１２１号公
報、米国特許第４，８６５，４９２号公報等に示された
切換蓄熱式熱交換器のように、一対の吸排気用通路の途
中に蓄熱体が配置される場合には、蓄熱体より燃焼室側
に位置する一対の吸排気用通路のそれぞれの部分を部分
的に連通路を介して連通させればよい。また特開平１−
２２２１０２号公報、特開平５−２５６４２３号公報、
特開平６−２４１４３６号公報、米国特許第５，２７
５，５５６号公報等に示された蓄熱式熱交換器のように
蓄熱体が燃焼室を囲む壁部に固定されるものでは、例え
ば、燃焼室を囲む壁部に対して固定されたバーナのバー
ナノズルの燃料噴射口の周囲または周辺に、蓄熱式熱交
換器によって予熱された酸化剤が吹き出る吹出口と蓄熱
式熱交換器に排気ガスを吸い込む吸込口とを配置する。
そして燃焼室内に吹出口から吹き出た酸化剤の一部を吸
込口に案内する酸化剤案内手段を燃焼室内に設ければよ
い。この酸化剤案内手段は、バーナノズルの燃料吹出口
を囲むように設けられた筒状のバーナフードと、バーナ
フードの外周部に固定された鍔部とから構成することが
できる。この場合、鍔部は蓄熱体から吹き出された酸化
剤の一部を蓄熱体に吸い込まれる排気ガスに積極的に混
入させるように構成する。また吹出口と吸込口とを部分
的に相互に連結する連結通路を内部に有する管部材によ
り酸化剤案内手段を構成することもできる。

【００１８】本発明は、燃焼装置としても表現できる。
また蓄熱式燃焼用バーナとしても、さらに蓄熱式熱交換
器としても表現できる。また本発明の方法及び装置に用
いることができる蓄熱式燃焼用バーナまたは蓄熱式熱交
換器では、蓄熱体に酸化触媒が担持されている。

【００１９】

【作用】排気ガス中のＮＯｘの濃度は酸化剤比（空気
比）を小さくするほど減少するが、排気ガス中のＣＯの
濃度は酸化剤比（空気比）を小さくするほど増加する。
そこで本発明では、排気ガス中のＮＯｘの濃度を許容値
まで低減するように燃焼室内の酸化剤比を調整する。そ
して増加したＣＯの濃度は、蓄熱体に担持させた酸化触
媒の活性よりＣＯを酸化して低下させる。ＣＯを酸化し
てＣＯ2 に変化させる際には反応熱が発生する。しかし
ながらこの反応熱は、蓄熱体に吸収されて酸化剤の予熱
に利用できる。したがって本発明によれば、ＣＯを酸化
する際の反応熱を蓄熱体により熱回収して利用できるた
め、反応熱を特別に回収する手段を必要とせず、かつ熱
効率を向上させることができる。

【００２０】

【実施例】以下図面を参照して、本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は、本発明の燃焼制御方法及び燃焼装
置に用いることができる回転蓄熱式熱交換器を備えた蓄
熱式燃焼用バーナの概略図である。回転蓄熱式熱交換器
の構造、蓄熱式燃焼用バーナの構造及びこれらを用いた
燃焼装置の構造は、特開平１−２２２１０２号公報、特
開平６−２４１４３６号公報、米国特許第５，２７５，
５５６号公報等に記載されているものと同様であるので
詳細な説明は省略する。

【００２１】図１において、１は図示しない燃焼室の壁
部に対して適宜の固定構造を介して固定された通気性を
有する蓄熱体である。本実施例では、この蓄熱体１とし
て通気方向（排気ガスまたは酸化剤が流れる方向）に沿
って多数の貫通孔が形成されたセラミックス製の蓄熱体
を用いている。このようなセラミックス製の蓄熱体１
は、押し出し成形法によって製造することができる。ま
たセラミックスペーパを用いて形成することもできる。
セラミックペーパを用いて形成する場合には、まず平板
状の帯状セラミックスペーパと波板状の帯状セラミック
スペーパとを重ね合わせてなるセラミックス合板を筒状
の巻枠に巻回して渦巻状に構成して未焼成蓄熱体を作
る。次にこの未焼成蓄熱体を焼成してセラミックス製の
蓄熱体を得ることができる。なおこの種の蓄熱体をセラ
ミックスにより製造する場合には、コージライト、ムラ
イト、ジルコンムライト、ジルコニア、高アルミナ等の
酸化物形のセラミックスや、炭化ケイ素、窒化ケイ素、
炭化チタン、炭化ハフニウム、炭化タンタル、サイアロ
ン等の非酸化物系のセラミックスを用いることができ
る。

【００２２】図面で見て蓄熱体１の左側が図示しない吸
排気用ダクトが配置される低温側であり、蓄熱体１の右
側が燃焼室に面した高温側である。図示しない吸排気用
ダクトとしては、例えば特開平６−２４１４６３号公報
や米国特許第５，２７５，５５６号公報等に示された吸
排気用ダクトと同様に、排気ダクトの内部に回転する酸
化剤ダクトまたは空気ダクトが配置された構造のダクト
を用いることができる。空気ダクトが回転することによ
り、蓄熱体１の一部を通して酸化剤としての空気が燃焼
室に供給され、蓄熱体の残りの部分を通しては排気ガス
が燃焼室から吸排気用ダクトの排気ダクトへと排出され
る。したがって本実施例では、同時に蓄熱体が排気ガス
の熱による蓄熱と酸化剤（空気）の予熱の双方に用いら
れる。図１に示すように、空気ダクトからは蓄熱体１を
通して燃焼室に酸素や窒素等が供給され、燃焼室からは
窒素、二酸化炭素、水蒸気、酸素、窒素酸化物、一酸化
炭素、炭化水素等が蓄熱体１を通して排気ダクトに排出
される。

【００２３】本実施例においては、蓄熱体１にエヌ・イ
ーケムキャット株式会社がＳＨＲ−Ｆ触媒の名称で販
売する酸化触媒材料を用いて酸化触媒を担持させてい
る。この酸化触媒は、１５０℃〜９００℃の許容温度範
囲で活性を示すものである。燃焼室の温度がこの許容温
度範囲の上限温度より低い場合には、蓄熱体１に全体的
に酸化触媒を担持させることができる。酸化触媒の量は
蓄熱体を通る排気ガスの空間速度に応じて理論的に定め
ることができる。加熱炉の場合等では、排気ガスの空間
速度は、20,000〜50,000 1／時であり、この空間速度に
比例した量の酸化触媒を蓄熱体に担持させる。前述の酸
化触媒材料は、ペースト状をしている。そこで蓄熱体１
に酸化触媒を担持させる場合には、まず蓄熱体１の一部
または全部をこのペースト状の酸化触媒材料中に浸漬
し、蓄熱体１の内部に形成された排気ガス及び酸化剤が
流れる複数の貫通孔の内壁面上に酸化触媒を含む未乾燥
状態の酸化触媒層を形成する。そしてこの蓄熱体を乾燥
して酸化触媒層を作る。

【００２４】蓄熱体１の中心部には、バーナノズル２が
通る貫通孔１ａが形成されており、この貫通孔１ａの内
部には、セラミックスファイバ製の図示しない筒が配置
されている。そしてこの筒の内部には、バーナのバーナ
ノズル２が筒の内壁面との間に僅かな間隙をあけるよう
にして挿入されている。そして蓄熱体１の燃焼室または
高温側の端部には、バーナノズル２の燃料吹出口を囲む
ようにセラミックス製の筒状のバーナフード３が取り付
けられている。このバーナフード３は、バーナノズル２
の先端から噴射される炎を安定化し、炎が蓄熱体１に戻
るのを防止するために設けられている。

【００２５】図示していないが、バーナノズル２は、燃
料ガスパイプの内部にスペーサを介して同心状にモーテ
ィブ空気パイプを配置し、燃料ガスパイプの先端部にバ
ーナチップを取り付けた構造を有している。モーティブ
空気パイプには酸化剤としての空気だけでなく、蒸気が
供給される場合もある。

【００２６】図１に示すように、酸化剤として空気を用
いた場合には、燃焼室には予熱されたＯ₂とＮ₂とが供
給され、また蓄熱体１を通して排出される排気ガス中に
はＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ，Ｏ₂，Ｎ₂，ＣＯ₂，Ｈ₂Ｏ等
が含まれる。これらのうちＣＯ及びＨＣは，蓄熱体１に
担持させた酸化触媒の活性により酸化されて再燃焼す
る。ＣＯ及びＨＣは下記の反応式で酸化する。

【００２７】ＣＯ＋1/2 Ｏ₂→ＣＯ₂＋ｑ1 ＨＣ＋l Ｏ₂→ｍＨ₂Ｏ＋ｎＣＯ₂＋ｑ2 上記反応式において、ｑ1 及びｑ2 は反応熱であり、こ
の反応熱は蓄熱体１に吸収され、空気の予熱に利用され
る。上記反応式から判るように、ＣＯを酸化させるため
には、ＣＯとＯ₂が共存していなければならない。しか
しながら図６に示すようにＯ₂の量を増加させる（燃焼
室内の空気比を大きくする）と、排気ガス中のＮＯｘの
量が増加する。そこで本実施例では、排気ガス中のＮＯ
ｘの濃度が８０ｐｐｍ以下になる程度まで空気比を下げ
て排気ガス中のＮＯｘの濃度を低下させる。空気比を下
げると排気ガス中のＣＯ濃度が大幅に増加するが、増加
したＣＯは蓄熱体１に担持させた酸化触媒の活性を利用
して酸化し、ＣＯ₂に変化させる。このようにして本実
施例によれば、回転蓄熱式熱交換器から排出される排気
ガス中のＮＯｘ及びＣＯの濃度を低下させる。好ましい
空気比の範囲は、１．０１〜１．１９であり、空気比が
１．０１のときの蓄熱体に吸引される排気ガス中のＯ₂
の濃度は約０．５％であり、空気比が１．１９のときの
蓄熱体に吸引される排気ガス中のＯ₂の濃度は約３．４
％である。理論的には、空気比を１．０１〜１．１９の
範囲に設定してＮＯｘを基準値（５０ｐｐｍ）以下に低
下させた状態で、ＣＯを酸化触媒の活性で酸化させるこ
とにより、排出される排気ガス中のＣＯ濃度を３０ｐｐ
ｍ以下まで低下させることができる。

【００２８】本発明では、ＣＯの酸化により発生する反
応熱により蓄熱体１を加熱している。排気ガス中のＣＯ
の濃度とＣＯを酸化してＣＯ₂に変化させた際の反応熱
で上昇する蓄熱体の温度との関係は図７に示す通りであ
り、ＣＯ濃度に比例して温度は高くなる。ＣＯ濃度と温
度の上昇の具体的な関係は下記の表１に示す通りであ
る。

【００２９】

【表１】上記表において、空気比を１．０１〜１．１９の範囲に
設定したときのＣＯ濃度は、０．００３〜０．２％であ
る。また空気比を０．９〜１．０の範囲に設定したとき
のＣＯ濃度は、０．６〜２％である。ちなみに、０．０
１％が１００ｐｐｍである。

【００３０】図６及び図７から判るように、排気ガス中
のＮＯｘをより低下させ（９ｐｐｍ以下にし）、しかも
ＣＯ濃度を高くするためには、燃焼室内の空気比を１よ
り小さくすればよい。しかしながら空気比を１より小さ
くすると、排気ガス中のＯ₂の量が少なくなり過ぎて、
ＣＯを酸化させることができなくなる。このような場合
には、燃焼室内の空気比に影響を与えないようにして
（燃焼室内の空気比を変えないようにして）、蓄熱体１
に吸い込まれる排気ガスに空気（酸化剤）を混入させて
やればよい。これは例えば、蓄熱式熱交換器によって予
熱された空気（酸化剤）の一部を蓄熱式熱交換器に吸い
込まれる排気ガスに混入させることにより容易に実現で
きる。

【００３１】図２（Ａ）及び（Ｂ）に示した実施例で
は、バーナノズル２の燃料吹出口を囲むように設けられ
た円筒状のバーナフード３０の外周部に径方向に延びか
つ円周方向に連続して延びる円環状の鍔部３１を固定し
て酸化剤案内手段を構成している。また実施例のバーナ
フード３０には周方向に所定の間隔をあけて複数の貫通
孔３２が形成されている。このような鍔部３１を設ける
と、蓄熱体１の空気（酸化剤）を吹き出す吹出口を構成
する部分から燃焼室に供給された空気（酸化剤）の一部
は、鍔部３１に当たってバーナフード３０の外周面に沿
って流れる。バーナフード３０の外周面に沿って流れた
空気の一部は、複数の貫通孔３２のいくつかを通ってバ
ーナフード３０の内部に入り、バーナフード３０内にお
ける燃焼を助ける。またバーナフード３０の外周面に沿
って流れた空気の残部の多くは、排気ガスと一緒に蓄熱
体の排気ガスを吸い込む吸込口を構成する部分から排気
ガスと一緒に蓄熱体１中に吸い込まれる。その結果、排
気ガス中のＯ₂（酸化剤）の量は増加する。したがって
このような構成を採用すると、燃焼室内の空気比（酸化
剤比）を１より小さくしても、排気ガス中のＯ₂（酸化
剤）の量を適宜に増加させることができ、ＣＯの酸化に
必要なＯ₂（酸化剤）を簡単に確保することができる。
なお空気比を１以下にしてＮＯｘを低下させるといって
も、余り空気比を小さくすると燃焼に影響を与えるた
め、空気比は０．９〜０．９９の範囲に定めるのが好ま
しい。

【００３２】バーナフード３０に取付ける鍔部３１の大
きさと、蓄熱体１に吸引される排気ガス中に混入（リー
ク）される空気の量との関係は図３に示す通りである。
ここで図３のブロック比とは、バーナフード３０の断面
積に対する鍔部３１の面積の比である。したがって鍔部
３１が無い場合のブロック比は０になる。この図から判
るように、鍔部３１の大きさが大きくなるほど、蓄熱体
１に吸引される排気ガス中に混入（リーク）される空気
の量は多くなる。図３に示すような関係を考慮して鍔部
３１の大きさを設定する。なお本実施例では、鍔部３１
を連続した円環状に形成したが、鍔部を不連続に形成し
てもよく、また鍔部に切れ込み部や貫通孔が形成されて
いてもよい。

【００３３】酸化触媒には、活性を維持できる上限温度
がある。この上限温度を越えた状態に酸化触媒が加熱さ
れると、酸化触媒は昇華してしまう。例えば白金系触媒
の場合、６３０℃以上で昇華が始まる。発明者が知る限
り、現状では９００℃前後の上限温度を有する酸化触媒
しか入手することができない。例えば、鉄鋼用加熱炉で
は炉内温度が１３５０℃近くになる蓄熱体の内部を通過
する排気ガスは、入口側から出口側に向かって急激に温
度が低下する。例えば、排気ガスの蓄熱体入口温度が１
３５０℃であっても、排気ガスの出口温度は２００℃近
くまで低下している。そこで酸化触媒を蓄熱体を担持さ
せる場合には、酸化触媒の上限温度と排気ガスの温度低
下特性を考慮して、酸化触媒が担持される蓄熱体の触媒
担持領域の温度が、酸化触媒が活性を維持し得る温度以
下になるように触媒担持領域を設定する。図２（Ｂ）
は、このような点を考慮して、蓄熱体１の低温側領域１
Ａを触媒担持領域として、この領域にのみ酸化触媒を担
持させ、高温側領域１Ｂには酸化触媒を担持させていな
い。蓄熱体１の低温側領域１Ａと高温側領域１Ｂを別個
の蓄熱体で形成すれば、このような構造は容易に実現で
きる。

【００３４】上記実施例は、回転蓄熱式熱交換器を用い
る場合の実施例であるが、本発明は、特開平５−２５６
４２３号公報、特開平６−１１１２１号公報、米国特許
第４，８６５，４９２号公報等に示される非ロータリ型
の蓄熱式熱交換器または切換型蓄熱式熱交換器を用いる
場合にも適用できる。図４は、切換型蓄熱式熱交換器を
用いた本発明の燃焼装置の実施例の要部の概略図であ
る。この構造では、バーナ本体４が燃焼室を囲む壁部に
固定されている。バーナ本体には、吸排気用の２本のダ
クト５及び６と連通する２つの流路７及び８が形成され
ており、この２つの流路７及び８の間にバーナノズル９
が配置されている。バーナノズル９の周囲にはモーティ
ブ空気パイプ１０が配置されている。蓄熱体１１及び１
２は、２本のダクト５及び６の内部に配置されている。
この構造では、一対のタクト５及び６を少なくとも１つ
の切換弁を用いて吸気用通路と排気用通路とに交互に切
換えることにより、２つの蓄熱体１１及び１２により蓄
熱と予熱とを交互に行う。このような場合でも、蓄熱体
１１及び１２に酸化触媒を担持させることにより、上記
実施例と同じ効果を得ることができる。また空気比（酸
化剤比）を１より小さい範囲にする場合には、ダクト５
及び６との間に両者を連結して空気（酸化剤）の一部を
排気ガス中に混入させる連通路またはバイパス通路を内
部に有する管部材１３を設ければよい。この管部材１３
に流量制限バルブ１４を設けることにより、排気ガス中
に混入させる空気の量を調節することができる。本実施
例では、管部材１３及び流量制限バルブ１４により酸化
剤案内手段が構成されている。

【００３５】また図５に示すように、燃焼室を囲む壁部
に対して固定されたバーナのバーナノズル９の燃料噴射
口の上下に配置された流路７及び８の開口（この開口は
予熱された酸化剤が吹き出る吹出口または排気ガスを吸
い込む吸込口を交互に構成する）に、吹出口となる一方
の開口から吹き出た空気の一部を吸込口を構成する開口
に案内する流路を内部に有するバイパス部材１５を酸化
剤案内手段として設けてもよい。

【００３６】図４の実施例では、ダクト５及び６内に蓄
熱体１１及び１２を配置しているが、流路７及び８の中
に蓄熱体を配置してもよいのは勿論である。

【００３７】以下本願明細書に記載した複数の発明のう
ちの幾つかの発明の構成を列挙する。

【００３８】（１）通気性を有する蓄熱体を備え、排気
ガスの熱を前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱体に蓄熱した
熱で酸化剤を予熱する蓄熱式熱交換器と前記蓄熱式熱交
換器から供給される予熱された前記酸化剤を用いて燃料
を燃焼させるバーナとを具備し、燃焼室内の酸化剤比が
１より小さく設定された燃焼装置に用いられる蓄熱式燃
焼用バーナであって、前記蓄熱式熱交換器は前記蓄熱体
及び吸排気用ダクトの少なくとも一方が回転する回転蓄
熱式熱交換器からなり、バーナノズルが前記回転蓄熱式
熱交換器の前記蓄熱体の中央部に配置されており、前記
酸化剤案内手段は、前記バーナノズルの前記燃料吹出口
を囲むように前記蓄熱体に設けられた筒状のバーナフー
ドと、前記バーナフードの外周部に固定された鍔部とを
具備し、前記鍔部が前記蓄熱体から吹き出された前記酸
化剤の一部を前記蓄熱体に吸い込まれる前記排気ガスに
積極的に混入させるように構成されている蓄熱式燃焼用
バーナ。

【００３９】（２）前記バーナフードは円筒形状を有し
ており、前記バーナフードの外周部には前記蓄熱体と前
記鍔部の間に位置する部分に複数の貫通孔が形成されて
いる上記（１）に記載の蓄熱式燃焼用バーナ。

【００４０】

【発明の効果】本発明によれば、排気ガス中のＮＯｘの
濃度を許容値まで低減するように燃焼室内の酸化剤比を
調整し、増加したＣＯの濃度を蓄熱体に担持させた酸化
触媒の活性よりＣＯを酸化させることにより低下させる
ので、還元触媒を用いることなく、排気ガス中のＮＯｘ
とＣＯの濃度を低下させることができる。またＣＯを酸
化してＣＯ₂に変化させる際に発生した反応熱が、蓄熱
体に吸収されて酸化剤の予熱に利用できるため、本発明
によれば反応熱を特別に回収する手段を必要とせず、か
つ熱効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃焼制御方法及び燃焼装置に用いるこ
とができる回転蓄熱式熱交換器を備えた蓄熱式燃焼用バ
ーナの一実施例の概略図である。

【図２】（Ａ）及び（Ｂ）本発明の燃焼制御方法及び燃
焼装置に用いることができる回転蓄熱式熱交換器を備え
た蓄熱式燃焼用バーナの他の実施例をそれぞれ示す概略
図である。

【図３】リーク量と鍔部のブロック比との関係を示す図
である。

【図４】切換型蓄熱式熱交換器を用いた本発明の燃焼装
置の一実施例の要部の概略図である。

【図５】（Ａ）は酸化剤案内手段の変形例を示す図であ
り、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

【図６】空気比とＮＯｘ濃度及びＣＯ濃度の関係を示す
図である。

【図７】ＣＯ濃度と温度上昇の関係を示す図である。

【符号の説明】

１蓄熱体２バーナノズル３，３０バーナフード３１鍔部３２貫通孔４バーナ本体５，６ダクト７，８流路９バーナノズル１１，１２蓄熱体１３管部材１４流量制限バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者廣瀬靖夫神奈川県横浜市中区蓬▲莱▼町２丁目４番地７株式会社ファーネステクノ内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】通気性を有する蓄熱体を備え、燃焼室から
排出される排気ガスの熱を前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄
熱体に蓄熱した熱で前記燃焼室に供給される酸化剤を予
熱する蓄熱式熱交換器を備えた燃焼装置の燃焼制御方法
であって、前記排気ガス中のＮＯｘの濃度を許容値まで低減するよ
うに前記燃焼室内の酸化剤比を調整し、前記蓄熱式熱交換器の前記蓄熱体に酸化触媒を担持させ
て、前記排気ガス中のＣＯを前記酸化触媒の活性で酸化
させることにより前記ＣＯの濃度を許容値まで低減する
ことを特徴とする燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項２】前記燃焼室内の前記酸化剤比に影響を与え
ずに、前記蓄熱式熱交換器の前記蓄熱体に吸い込まれる
前記排気ガスに酸化剤を混入して前記ＣＯの酸化を促進
させることを特徴とする請求項１に記載の燃焼装置の燃
焼制御方法。
【請求項３】前記蓄熱式熱交換器によって予熱された前
記酸化剤の一部を前記蓄熱式熱交換器に吸い込まれる前
記排気ガスに混入させることを特徴とする請求項２に記
載の燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項４】前記酸化剤比が１．０１〜１．１９である
請求項１に記載の燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項５】前記酸化剤比が１より小さい値である請求
項２に記載の燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項６】前記酸化触媒が担持される前記蓄熱体の触
媒担持領域の温度が、前記酸化触媒が活性を維持し得る
温度以下になるようにすることを特徴とする請求項１に
記載の燃焼装置の燃焼制御方法。
【請求項７】燃焼室を囲む壁部に対して固定されたバー
ナと、通気性を有する蓄熱体を備え、前記燃焼室から排出され
る排気ガスの熱を前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱体に蓄
熱した熱で前記燃焼室に供給される酸化剤を予熱する蓄
熱式熱交換器とを具備する燃焼装置であって、前記燃焼室内の酸化剤比が前記排気ガス中の前記ＮＯｘ
の濃度を許容値まで低減する値に設定されており、前記蓄熱式熱交換器の前記蓄熱体に酸化触媒が担持され
ていることを特徴とする燃焼装置。
【請求項８】前記バーナのバーナノズルの燃料噴射口の
周囲には、前記蓄熱式熱交換器によって予熱された前記
酸化剤が吹き出る吹出口と前記蓄熱式熱交換器に排気ガ
スを吸い込む吸込口とが配置されており、前記吹出口から吹き出た前記酸化剤の一部を前記吸込口
に案内する酸化剤案内手段が燃焼室内に設けられている
請求項７に記載の燃焼装置。
【請求項９】前記酸化触媒が担持される前記蓄熱体の触
媒担持領域の温度が、前記酸化触媒が活性を維持し得る
温度以下になるように前記蓄熱式熱交換器が配置されて
いる請求項７に記載の燃焼装置。
【請求項１０】通気性を有する蓄熱体を備え、排気ガス
の熱を前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱体に蓄熱した熱で
酸化剤を予熱する蓄熱式熱交換器と前記蓄熱式熱交換器
から供給される予熱された前記酸化剤を用いて燃料を燃
焼させるバーナとを具備してなる蓄熱式燃焼用バーナで
あって、前記蓄熱体に酸化触媒が担持されていることを特徴とす
る蓄熱式燃焼用バーナ。
【請求項１１】前記バーナのバーナノズルの燃料噴射口
の周囲には、前記蓄熱式熱交換器によって予熱された前
記酸化剤が吹き出る吹出口と前記蓄熱式熱交換器に排気
ガスを吸い込む吸込口とが配置されており、前記吹出口から吹き出た前記酸化剤の一部を前記吸込口
に案内する酸化剤案内手段が設けられている請求項１０
に記載の蓄熱式燃焼用バーナ。
【請求項１２】前記酸化剤案内手段は、前記バーナノズ
ルの前記燃料吹出口を囲むように設けられた筒状のバー
ナフードと、前記バーナフードの外周部に固定された鍔
部とを具備し、前記鍔部が前記吹出口から吹き出された
前記酸化剤の一部を前記吸込口に吸い込まれる前記排気
ガスに積極的に混入させるように構成されている請求項
１１に記載の蓄熱式燃焼用バーナ。
【請求項１３】前記バーナフードの形状は円筒形であ
り、前記鍔部の形状は円環状形である請求項１２に記載
の蓄熱式燃焼用バーナ。
【請求項１４】前記酸化触媒が担持される前記蓄熱体の
触媒担持領域の温度が、前記酸化触媒が活性を維持し得
る温度以下になるように前記蓄熱式熱交換器が構成され
ている請求項１０に記載の蓄熱式燃焼用バーナ。
【請求項１５】通気性を有する蓄熱体を備え、排気ガス
の熱を前記蓄熱体に蓄熱し、前記蓄熱体に蓄熱した熱で
酸化剤を予熱する蓄熱式熱交換器であって、前記蓄熱体
に酸化触媒が担持されていることを特徴とする蓄熱式熱
交換器。
【請求項１６】前記蓄熱体は前記排気ガス及び前記酸化
剤が流れる複数の貫通孔を備えており、前記複数の貫通
孔の内壁面上に酸化触媒を含む酸化触媒層が形成されて
いる請求項１５に記載の蓄熱式熱交換器。