特集／排熱回収の最新技術

Vol.62　No.12　2010 45

HRS UXバーナは，「工業用燃焼炉の安全通則（JIS

B 8415：2008）」で「一台で給気および排気を同時に

行わせる機能を持つリジェネバーナ」と定義されたシ

ングルリジェネバーナである。メーカーによってはセ

ルフリジェネバーナとも呼ぶ。一台でリジェネ運転で

きるので，床または天井へバーナを取り付ける管式加

熱炉やバーナ付蓋を着脱する取鍋予熱にも適用できる。

使用できる燃料はガス燃料に限らず，油ダレの原因と

なる交互切換を伴わないため，液体燃料も容易に利用

でき，従来はリジェネバーナを採用できなかった分野

および新しい用途が期待される。

HRS UXバーナの特徴と効果的な利用例について紹

介する。

１．HRS UXバーナは単一バーナでリジェネ

運転

二台を一組として，短時間に交互に切り換えながら

燃焼するリジェネバーナをJIS B 8415では交互燃焼式

リジェネバーナと呼ぶ。交互燃焼式では燃焼している

バーナは設置されたバーナの半数となり，切り換えの

度にバーナは点火，消火を繰り返す。

HRS UXバーナは一台で給気及び排気を同時に行わ

せる機能をもつ連続燃焼式リジェネバーナである。一

台のバーナに複数の蓄熱ユニットを備えており，一部

の蓄熱ユニットで炉内排ガスを吸引して蓄熱している

間，他の蓄熱ユニットで燃焼空気の予熱を行うことに

NFK HRS UXバーナ（連続燃焼リジェネバーナ）の特徴と利用例

　一台で給気と排気を同時に行える連続燃焼式バーナが登場。取鍋予熱や管式加熱炉への適用が見込まれる。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（編集部）

日本ファーネス㈱

宮田　誠，軽石　健志，石母田　浩敬

特集／排熱回収の最新技術──ヒートポンプ，リジェネバーナ

よって，蓄熱・放熱を繰り返す（図－1参照）。この方

式ではバーナは点火・消火せずに連続燃焼する。蓄熱

している状態の蓄熱ユニットを排気モードと呼び，放

熱している状態の蓄熱ユニットを空気モードと呼ぶ。

バーナが連続燃焼であるため，交互燃焼式リジェネバ

ーナと比べ炉内圧力変動を抑制できるが，図－2のよう

に空気モードと排気モードの切換タイミングをずらす

ことで，炉内圧力の変動をより少なくすることができ

る。図－1の例では，燃焼空気を送り込む送風機を用意

しているが，炉内圧力で排風するために排風機を省略

している。また，交互燃焼式リジェネバーナに見られ

図－1　HRS UXバーナの切換動作

送風機

C，D，E

A，B

DC

B A

E

切換時間

メディアＡ

メディアB

メディアC

メディアD

メディアE

空気モード 排気モード

排気モード

排気モード

排気モード

空気モード

空気モード

空気モード

空気モード

0 6 12 18 24 30秒

図－2　空気モードと排気モードのタイミング

46 月刊「省エネルギー」

るバーナの点消火に伴う燃料や安全制御の切換が不要

で，システムは単純となる。

２．HRS UXバーナの構造

NFKではHRS UXバーナを構成する燃焼ユニット，

切換機，蓄熱ユニットなどを標準ユニット化しており，

それらの組み合わせにより，燃焼量，燃料種など多様

な客先の要求仕様に対応できるようにしている（図－3，

図－4参照）。HRS UXバーナでは，蓄熱ユニットをメ

ディアカセット，空気・排気の切換弁をスイッチバル

ブと呼ぶ。　

３．UXバーナの不可視火炎と均一加熱特性

HRS UXバーナはNEDOのプロジェクト１），２）で開

発された高温空気燃焼技術により，燃料と燃料の自然

着火温度を超える高温予熱空気を高速で炉内に吹き込

み，大量の炉内ガスを巻き込みながら燃焼する。この

ため，高温空気燃焼の特徴である透明度の高い火炎を

炉内全域に渡って均一に分布させることにより，被加

熱物の表面温度を均一に加熱することが可能である。

HRS UXバーナは高分子ガスまたは液体燃料を一

次燃焼部（UX燃焼機構という）により分解した後で，

高温空気で二次燃焼するため，炉内温度が約800℃以

上では，火炎は透明となる。冷起動時（図－5参照）の

可視火炎は高温時（図－6参照）の透明火炎になる。炉

内温度の上昇とともに透明度の高い火炎が形成される

様子をhttp://www.furnace.co.jp/product/hrs/hrsux/

の動画で提供している。

４．効果的利用例

納入事例は，1997年に始まり，2010年10月現在でテ

スト炉およびスクラップ＆ビルド炉以外の31炉のすべ

てが運転継続中である。取鍋予熱用5炉を除いて，管

式加熱炉用である。管式加熱炉の実績のうち，９炉が

円筒竪型炉であり，残りの22炉が三菱化工機殿経由の

小型オンサイト水素製造装置（最新タイプはHyGeia：

図－3　ユニットによる構成

一次燃焼タイル

PMPパイロットバーナ

燃焼ユニット

スイッチバルブ（切換機）

メディアカセット（蓄熱ユニット）

空気排気

型番 UX-212s5

燃焼量 １MW（86万kcal/h）

パイロットバーナ 10〜20kW

メディアカセット数 ５個

燃料ガスタイプ 写真に示す

燃料油タイプ ガンを変更して可

取付フランジ OD 1,300mm

炉体開口部 φ1,170mm

重量 800kg

高さ（取付フランジから上） 1000mm

高さ（取付フランジから下） 477mm

断熱厚さ 377mm

図－4　HRS UX-212s5バーナの外観とサイズ

炉内温度500℃では輝度の高い可視火炎となり，切換動作と共に火炎が移動する

図－5　冷起動時の可視火炎

図－6　高温時の透明火炎

炉内温度800℃では透明火炎となり，火炎根元がブルーに見える

特集／排熱回収の最新技術

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ハイジェイアと呼ぶ）であ

る。

高温空気燃焼とリジェネ

効果によりコンベクション

やエアプレヒータなしで80

％以上の熱効率を得られ，

NOxの レ ベ ル も15ppm

（6%O2換 算 ）@870 ℃（ 都

市ガス13Ａ）と十分低い。

対応可能な燃料も，主燃料

として，都市ガス，LPG（プ

ロパンおよびブタン）のよ

うなガス燃料，ナフサ，灯

油，Ａ重油のような液体燃

料で実績がある。パイロッ

ト燃料としては，都市ガス，

LPG，水素などが使われて

いる。また，水素製造装置

用バーナでは，補助ガスガ

ンを装備することで，水素

分離過程で発生するPSA

オフガスが主要燃料として

有効利用されている。

円筒竪型管式加熱炉（図

－7参照）および取鍋予熱装

置（図－8参照）への適用実績例を示す。管式加熱炉へ

の適用では，単なる排熱回収効果だけでなく，均一加

熱による管表面温度の低下により伝熱管の寿命延長も

期待できる。取鍋予熱装置では，交互燃焼式リジェネ

バーナと比較して，軽量小型であるために蓋上への配

置が容易で，取鍋を転倒させなくても予熱が可能であ

る。また，従来バーナを使用した場合と比較して昇温

時間の短縮も可能である。今後も取鍋予熱と管式加熱

炉への適用拡大が見込まれるが，その他の利用可能分

野への適用も期待される。

５．まとめ

HRS UXバーナはユニークなリジェネバーナであり，

用途はまだ十分に開拓されていない。現在用意されて

いるHRS UXバーナの最大燃焼量は20kW（1.7万kcal/

h）タイプから１ＭＷ（86万kcal/h）タイプであるが，

排熱回収が未了である小型管式加熱炉や取鍋予熱の市

場から判断すると，約2.3ＭＷ（2,000,000kcal/h）まで

のスケールアップが求められる状況にあり，開発を進

めている。

参考文献１）　NEDO，高性能工業炉の開発成果報告書，平成５年３月

〜平成11年3月２）　NEDO，高温空気燃焼制御技術の開発成果報告書，平成

12年３月〜平成16年３月

図－7　管式加熱炉への適用

炉下に配置できるコンパクトなUXバーナ

プロセス流体出口

プロセス流体入口

伝熱管（ヘリカルコイル）

UXバーナで排熱回収した低温排気を接続

管式加熱炉への適用実績

仕様

種類 円筒堅型管式加熱炉

炉内断熱 セラミックファイバ

炉内サイズ φ1808×H3000

伝熱管 φ100×TCD1,400

燃焼方向 上向き

燃焼量 500kW

燃料 天然ガス

熱効率 80〜90％

図－8　取鍋予熱装置への適用

取鍋

強循環で底まで十分加熱

排風機に代わるエジェクタ

蓋の上に配置できるコンパクトなUXバーナ

取鍋予熱装置への適用実績

仕様

用途 取鍋予熱装置

炉内断熱 レンガ

炉内サイズ φ2,322×H2,128

燃焼方向 下向き

燃焼量 600kW

燃料 A重油

燃料削減率 45％