1.本发明涉及一种过热水蒸汽制造装置。


背景技术：

2.在专利文献1中记载有将通过用氧燃烧氢生成的燃烧气体用作过热水蒸汽的内容。
3.例如，600℃～大约2000℃的过热水蒸汽用于金属材料以及无机材料的热处理工序中的烧结、脱脂清洗以及干燥等。此外，600℃以下的过热水蒸汽用于废弃物的减容化处理以及模具成型中的加热设备以及食品的烹饪、除臭和杀菌等。现有技术文献专利文献
4.专利文献1：日本专利特许第5716950号公报。
5.通过用氧燃烧氢而生成的过热水蒸汽的温度非常高，为了实用化，需要降低温度并进行适当控制。在专利文献1中，作为降低达到3000℃高温的过热水蒸汽的温度的方法，额外设置调节室而喷洒水以及通过使该过热水蒸汽流经蜂窝体或蛇行流路来吸收热量，然而，存在下述问题：过热水蒸汽的温度和流量不容易控制，设备也变得大型化。


技术实现要素：

6.为此，本发明的问题是提供一种小型且容易控制过热水蒸汽的温度以及流量的过热水蒸汽制造装置。
7.为了解决上述问题，本发明一形态的过热水蒸汽制造装置的特征在于，包括：燃烧器，所述燃烧器在外周部设置有燃烧部，并且在中央部设置有喷射部，所述燃烧部通过利用含氧气体使含氢气体燃烧而生成过热水蒸汽，所述喷射部喷射水或蒸汽，所述喷射部被所述燃烧部呈圈状地包围；以及冷却介质流量控制器，所述冷却介质流量控制器控制所述水或蒸汽的流量。通过对向所述过热水蒸汽供给的所述水或所述蒸汽的供给量进行控制，从而控制所述过热水蒸汽的温度以及生成量。
8.根据本发明，能够通过含氢气体以及含氧气体的燃烧发热量以及水或蒸汽的相对于燃烧气体(排出气体)的热量的供给量，对利用含氧气体使含氢气体燃烧而生成的过热水蒸汽的温度以及生成量进行控制。
附图说明
9.图1是示意性地说明一实施方式的过热水蒸汽制造装置的图。图2是图1所示的过热水蒸汽制造装置的燃烧器中的水供给机构是双流体喷雾方式的情况的示意性剖视图。图3是图1所示的过热水蒸汽制造装置的燃烧器中的水或蒸汽供给机构是单流体
喷雾方式的情况的示意性剖视图。图4是对雾状水的喷射角度与过热水蒸汽的喷射角度之间的关系进行说明的图。图5是对氢和氧的燃烧比与过热水蒸汽需求装置内的氢浓度和氧浓度之间的关系进行说明的图表。(符号说明)1 过热水蒸汽制造装置2 燃烧器4 供给管4a 冷却介质供给管4b 含氢气体供给管4c 含氧气体供给管5 流量控制器5a 冷却介质流量控制器5b 含氢气体流量控制器5c 含氧气体流量控制器6 控制部7 温度传感器10 过热水蒸汽需求装置21 第一管21a 气流管22 第二管23 第三管25 冷却介质供给口25a 冷却介质流路25b 喷射孔26 气流供给口26a 气流流路27 第一供给口28 第二供给口30a 双流体喷雾喷嘴30b 单流体喷雾喷嘴31 喷射部32 燃烧部37 第一流路38 第二流路41 雾状水42 过热水蒸汽x 雾状水的喷射角度y 过热水蒸汽的喷射角度
具体实施方式
10.下面，将参照附图，对本发明的过热水蒸汽制造装置1的实施方式进行说明。另外，在本公开中，过热水蒸汽42是指在一个气压下加热至100℃以上的温度的水蒸汽。
11.[实施方式]将参照图1至图4，对一实施方式的过热水蒸汽制造装置1进行说明。图1是示意性地说明一实施方式的过热水蒸汽制造装置1的图。图2是图1所示的过热水蒸汽制造装置1的燃烧器2中的水供给机构是双流体喷雾方式的情况的示意性剖视图。图3是图1所示的过热水蒸汽制造装置1的燃烧器2中的水或蒸汽供给机构是单流体喷雾方式的情况的示意性剖视图。图4是对雾状水41的喷射角度与过热水蒸汽42的喷射角度之间的关系进行说明的图。
[0012]
如图1所示，过热水蒸汽制造装置1包括燃烧器2、供给管4、流量控制器5、控制部6、温度传感器7。通过过热水蒸汽制造装置1制造出来的过热水蒸汽42被供给至需要过热水蒸汽42的过热水蒸汽需求装置10。
[0013]
控制部6与温度传感器7以及流量控制器5电连接。控制部6例如采用包括cpu(中央处理单元)、ram(随机存取存储器)以及rom(只读存储器)的计算机等构成。过热水蒸汽需求装置10是需要过热水蒸汽42的装置。燃烧器2的前端部侧配设在过热水蒸汽需求装置10之中。
[0014]
如图1所示，在燃烧器2的基部侧连接有供给管4。供给管4具有冷却介质供给管4a、含氢气体供给管4b、含氧气体供给管4c。冷却介质供给管4a与燃烧器2的冷却介质供给口25连接以将作为冷却介质的水或蒸汽供给至燃烧器2。含氢气体供给管4b例如与燃烧器2的第一供给口27连接以将含氢气体供给至燃烧器2。含氧气体供给管4c例如与燃烧器2的第二供给口28连接以将含氧气体供给至燃烧器2。此处，用作冷却介质的“蒸汽”优选在锅炉等内产生的100℃～300℃的“低温水蒸汽”。由于蒸汽的温度低，因此，降低过热水蒸汽42的温度的效果大。此外，此处所说的“含氢气体”除了包括氢以及纯氢以外，也包括甲烷、丙烷、丁烷、城市燃气等碳氢类气体。此外，“含氧气体”除了包括氧以及纯氧以外，也包括空气以及富氧空气等。
[0015]
流量控制器5例如是质量流量控制器。流量控制器5具有冷却介质流量控制器5a、含氢气体流量控制器5b、含氧气体流量控制器5c。冷却介质流量控制器5a设置于冷却介质供给管4a的中途，控制水或蒸汽的流量。含氢气体流量控制器5b设置于含氢气体供给管4b的中途，控制含氢气体的流量。含氧气体流量控制器5c设置于含氧气体供给管4c的中途，控制含氧气体的流量。通过分别控制含氢气体流量控制器5b和含氧气体流量控制器5c来控制含氢气体以及含氧气体的各自流量，从而控制利用含氧气体使含氢气体燃烧的燃烧量。
[0016]
如图2所示，燃烧器2具有以围住第一管21的方式且以第一管21为中心同心地配置的多根管21a、22、23。第一管21具有冷却介质供给口25和气流供给口26，并且配置于燃烧器2的中央部。在第一管21的外侧配置有气流管21a，气流管21a具有气流供给口26。在气流管21a的外侧配置有第二管22，第二管22具有第一供给口27。在气流管21a与第二管22之间的空隙形成第一流路37。在第一流路37中例如流动有含氢气体。在第二管22的外侧配置有第三管23，第三管23具有第二供给口28。在第二管22与第三管23之间的空隙形成第二流路38。在第二流路38中例如流动有含氧气体。另外，也可设置成在第一流路37中流动有含氧气体，而在第二流路38中流动有含氢气体。
[0017]
在第三管23的外侧配置有未图示的冷却管。冷却管形成有用于供冷却液(例如，冷却水)流动的冷却流路(未图示)。另外，为了防止热变形，构成燃烧器2的第一管21、气流管21a、第二管22、第三管23以及冷却管由耐热性金属等制作而成。
[0018]
在燃烧器2的前端部设置有喷射部31和燃烧部32。喷射部31设置于燃烧器2的中央部，并且，燃烧部32设置于燃烧器2的外周部。从燃烧器2的轴向观察时，喷射部31被燃烧部32呈圈状地包围。喷射部31位于第一管21的前端部，并且具有至少一个微小的喷射孔25b。喷射部31通过喷射孔25b喷射在第一管21中流动的液体水，从而生成雾状水41。从侧面观察时，雾状水41形成为扇形。
[0019]
例如，如图2所示，燃烧器2可具有双流体喷雾喷嘴30a，该双流体喷雾喷嘴30a采用作为控制过热水蒸汽42的温度的冷却介质的液体水，并且将该液体水与含氢气体、含氧气体或者蒸汽一起从喷射孔25b喷射出来。此时，如图2所示，第一管21和气流管21a可设为具有冷却介质流路25a和气流流路26a的所谓的双重管结构，其中，冷却介质流路25a与冷却介质供给口25连通而供液体水流动，气流流路26a与气流供给口26连通而供含氢气体、含氧气体或蒸汽流动。由此，由于含氢气体、含氧气体或蒸汽高速流动，因此，液体水被剪断，故，能够减小雾状水41的粒径(即能够微粒化)，并且能够使雾状水41的颗粒均匀地分散，因此，能够使过热水蒸汽42的温度的均匀化以及控制变容易。
[0020]
此外，例如，如图3所示，燃烧器2可具有单流体喷雾喷嘴30b，该单流体喷雾喷嘴30b将水或蒸汽用作对过热水蒸汽42进行冷却的冷却介质，并且通过向上述水或蒸汽施加压力，从而将水或蒸汽从喷射孔25b喷射出来。此时，液体水或蒸汽通过未图示的加压设备(例如，泵)加压。由此，由于喷射部31的结构变简单，因此，能够以低成本生成雾状水41。另外，在图3所示的单流体喷雾喷嘴30b的情况下，第一流路37形成于第一管21与第二管22之间的空隙。
[0021]
燃烧部32位于第一流路37和第二流路38的前端部，并且设为所谓的双重管结构，从第一流路37和第二流路38的前端部喷射含氢气体和含氧气体。如图4所示，燃烧部32利用含氧气体使含氢气体燃烧，从而生成燃烧火焰，并且，作为燃烧的结果物生成过热水蒸汽42。燃烧火焰的绝热理论火焰温度为大约3000℃，过热水蒸汽42的温度也是同样的高温。因此，燃烧部32生成高温的过热水蒸汽42。另外，通过燃烧部32生成的过热水蒸汽42从侧面观察时形成为扇形。
[0022]
当从喷射部31喷射出的雾状水41被施加至通过燃烧部32生成的过热水蒸汽42时，在液体状态的雾状水41变化为气体状态的水蒸汽的过程中，该雾状水41从过热水蒸汽42获取热量，因此，过热水蒸汽42的温度下降。雾状水41变化为气体状态而形成的水蒸汽就这样与过热水蒸汽42混合。若施加至过热水蒸汽42的雾状水41的量多，则过热水蒸汽42的温度降低得到促进，能够使过热水蒸汽42的生成量变多。相反地，若施加至过热水蒸汽42的雾状水41的量少，则能够抑制过热水蒸汽42的温度降低以及生成量。
[0023]
根据上述结构，能够根据向过热水蒸汽42供给的水或蒸汽的供给量来控制过热水蒸汽42的温度和生成量，因此，能够制造具有期望的温度以及供给量的过热水蒸汽42。此外，外观而言，与一般的燃烧器基本没有变化，因此，该燃烧器小型且非常易于使用。
[0024]
此外，若在燃烧部32中增大燃烧量，那么，过热水蒸汽42的温度降低被抑制，过热水蒸汽42的生成量变多。相反地，若在燃烧部32中减少燃烧量，那么，过热水蒸汽42的温度
降低得到促进，过热水蒸汽42的生成量变少。因此，通过对燃烧部32中利用含氧气体使含氢气体燃烧的燃烧量进行控制，也能够控制过热水蒸汽42的温度以及生成量。
[0025]
如图2和图3所示，喷射部31的前端构成为相对于燃烧部32的前端位于水的喷射方向的上游侧。由此，由于喷射部31的前端位于比高温的燃烧部32的前端后退的位置，因此，喷射部31不容易暴露于高温，从而使得喷射部31的耐久性提高。
[0026]
如图4所示，雾状水41的喷射角度x构成为小于过热水蒸汽42的喷射角度y。由此，由于雾状水41分散在过热水蒸汽42的范围内，因此，雾状水41在没有浪费的情况下贡献于过热水蒸汽42的温度控制，从而能够使过热水蒸汽42的温度均匀化。
[0027]
如图1所示，在喷射部31的喷射方向下游侧配设有温度传感器7。温度传感器7对相对于从燃烧部32喷射出的过热水蒸汽42施加了雾状水41后的过热水蒸汽42的温度进行测定。控制部6基于通过温度传感器7测定出的过热水蒸汽42的测定温度来控制冷却介质流量控制器5a中的水或蒸汽的流量，以使过热水蒸汽42达到期望的温度。若雾状水41的供给量变多，则过热水蒸汽42的温度降低得到促进，过热水蒸汽42的生成量变多。相反地，若雾状水41的供给量变少，则过热水蒸汽42的温度降低以及生成量受到抑制。此外，若在燃烧部32中增大燃烧量，那么，过热水蒸汽42的温度降低被抑制，过热水蒸汽42的生成量变多。相反地，若在燃烧部32中减少燃烧量，那么，过热水蒸汽42的温度降低得到促进，过热水蒸汽42的生成量变少。如此一来，能够抑制温度和供给量，从而能够制造具有期望的温度和供给量的过热水蒸汽42。
[0028]
将参照图5，对氢和氧的燃烧比与过热水蒸汽需求装置10内的氢浓度和氧浓度之间的关系进行说明。过热水蒸汽需求装置10例如是炉。在图5中，横轴是氢和氧的燃烧比，左侧的纵轴是炉内氢浓度(％)，右侧的纵轴是炉内氧浓度(％)。燃烧比是以使氢完全燃烧时的氧的量为基准的上述燃烧时氧的比例。当燃烧比为1.0时(氢：氧的摩尔比为2:1)，表示氢和氧的完全燃烧。当燃烧比小于1.0时(用
●
符号表示)，随着燃烧比变小，炉内氢浓度变高，表示炉内变成富氢(还原气氛)。当燃烧比大于1.0时(用
■
符号表示)，随着燃烧比变大，炉内氧浓度变高，表示炉内变成富氧(氧化气氛)。
[0029]
在过热水蒸汽制造装置1中，通过控制含氢气体流量控制器5b和/或含氧气体流量控制器5c来控制含氢气体和/或含氧气体的供给量，从而向过热水蒸汽需求装置10提供不用于产生过热水蒸汽42而剩余的氢或氧。
[0030]
例如，如果使燃烧比小于1.0(完全燃烧)(例如，不改变含氧气体的供给量而增加含氢气体的供给量)，则燃烧中的氢成为剩余且提供的氢的量变多。剩余的氢可以用于过热水蒸汽需求装置10的气氛控制。若剩余的氢的量较多，那么将过热水蒸汽需求装置10的气氛还原为还原气氛。另外，为了使燃烧比小于1.0，除了增加含氢气体的供给量之外，还可以减少含氧气体的供给量。
[0031]
此外，如果使燃烧比大于1.0(完全燃烧)(例如，不改变含氢气体的供给量而增加含氧气体的供给量)，则燃烧中的氧成为剩余且提供的氧的量变多。剩余的氧可以用于过热水蒸汽需求装置10的气氛控制。若剩余的氧的量较多，那么将过热水蒸汽需求装置10的气氛氧化为氧化气氛。另外，为了使燃烧比大于1.0，除了增加含氧气体的供给量之外，还可以减少含氢气体的供给量。
[0032]
因此，可以通过控制含氢气体和/或含氧气体的供给量来对成为剩余而提供的氢
或氧的量进行控制，从而控制过热水蒸汽需求装置10(例如，炉)的气氛。若剩余的氢的量较多，那么将过热水蒸汽需求装置10的气氛还原为还原气氛，若剩余的氧的量较多，那么将过热水蒸汽需求装置10的气氛氧化为氧化气氛。
[0033]
虽然对本发明的具体实施方式和数值进行了说明，不过，本发明并不限定于上述实施方式，也能够在本发明的范围内进行各种变更后实施。
[0034]
本发明及实施方式的总结如下。
[0035]
本发明一形态的过热水蒸汽制造装置1的特征在于，包括：燃烧器2，所述燃烧器2在外周部设置有燃烧部32，并且在中央部设置有喷射部31，所述燃烧部32通过利用含氧气体使含氢气体燃烧而生成过热水蒸汽42，所述喷射部31喷射水或蒸汽，所述喷射部31被所述燃烧部32呈圈状地包围；以及冷却介质流量控制器5a，所述冷却介质流量控制器5a看着所述水或所述蒸汽的流量，通过对向所述过热水蒸汽42供给的所述水或所述蒸汽的供给量进行控制，从而控制所述过热水蒸汽42的温度以及生成量。
[0036]
根据上述结构，能够根据向过热水蒸汽42供给的水或蒸汽的供给量来控制过热水蒸汽42的温度和生成量，因此，能够制造温度和供给量受到控制后的过热水蒸汽42。此外，外观而言，与一般的燃烧器基本没有变化，因此，该燃烧器小型且非常易于使用。
[0037]
此外，在一实施方式的过热水蒸汽制造装置1中，通过对所述燃烧部32中利用所述含氧气体使所述含氢气体燃烧的燃烧量进行控制，从而控制所述过热水蒸汽42的温度以及生成量。
[0038]
根据上述实施方式，能够根据燃烧部32中的燃烧量来制造过热水蒸汽42的温度以及生成量受到控制后的过热水蒸汽42。
[0039]
此外，在一实施方式的过热水蒸汽制造装置1中，所述燃烧器2具有双流体喷雾喷嘴30a，所述双流体喷雾喷嘴30a使所述水与所述含氢气体或所述含氧气体一起喷射出来而生成雾状水41。
[0040]
根据上述实施方式，通过使水成为雾状，能够使水颗粒均匀地分散，并且，能够减小雾状水41的粒径(即，能够微粒化)，因此，能够使过热水蒸汽42的温度的均匀化以及控制变得容易。此外，若将含氢气体或含氧气体用作高速气流，那么，含氢气体或含氧气体将有助于燃烧部32中的燃烧，从而能够用作过热水蒸汽42。
[0041]
此外，在一实施方式的过热水蒸汽制造装置1中，所述燃烧器2具有单流体喷雾喷嘴30b，所述单流体喷雾喷嘴30b通过向所述水或所述蒸汽施加压力而喷射所述水或所述蒸汽，从而生成雾状水41。
[0042]
根据上述实施方式，生成雾状水41的喷射部31的结构简单，因此，能够以低成本生成雾状水41。
[0043]
此外，在一实施方式的过热水蒸汽制造装置1中，所述雾状水41的喷射角度x小于所述过热水蒸汽42的喷射角度y。
[0044]
根据上述实施方式，由于雾状水41在过热水蒸汽42的范围内分散，因此，雾状水41能够在没有浪费的情况下贡献于过热水蒸汽42的温度控制，从而能够使过热水蒸汽42的温度均匀化。
[0045]
此外，在一实施方式的过热水蒸汽制造装置1中，所述过热水蒸汽制造装置包括温度传感器7和控制部6，所述温度传感器7测定所述过热水蒸汽42的温度，所述控制部6控制所述冷却介质流量控制器5a，所述控制部6基于所述过热水蒸汽42的测定温度来控制所述冷却介质流量控制器5a中的所述水或所述蒸汽的所述流量。
[0046]
根据上述实施方式，能够向需要过热水蒸汽42的装置10提供具有期望的温度和供给量的过热水蒸汽42。
[0047]
此外，在一实施方式的过热水蒸汽制造装置1中，所述蒸汽是低温水蒸汽。
[0048]
根据上述实施方式，由于蒸汽的温度低，因此，降低过热水蒸汽42的温度的效果变大。
[0049]
此外，在一实施方式的过热水蒸汽制造装置1中，所述含氢气体是氢，以及/或者所述含氧气体是氧。
[0050]
根据上述实施方式，能够抑制由于燃烧而产生的co、co2、no
x
等杂质，特别地，在仅使用氢和氧的情况下，能够制造不含杂质的、纯净的过热水蒸汽42。
[0051]
此外，在一实施方式的过热水蒸汽制造装置1中，通过对所述含氢气体和/或所述含氧气体的供给量进行控制，将没有用于产生所述过热水蒸汽42而成为剩余的氢或者氧提供到过热水蒸汽需求装置10的气氛。
[0052]
根据上述实施方式，成为剩余而提供的氢或者氧被提供到过热水蒸汽需求装置10(例如炉)，用于过热水蒸汽需求装置10的气氛控制。若剩余的氢的量较多，那么将过热水蒸汽需求装置10的气氛还原为还原气氛，若剩余的氧的量较多，那么将过热水蒸汽需求装置10的气氛氧化为氧化气氛。