LO-NOxバーナー

LO NO _xバーナーは、蒸気と電気を生成するためにユーティリティボイラーで一般的に使用されるバーナーの一種です。

1986年頃、オーストラリアの著名な発明家であるジョン・ジョイス（ボーウィン・カーズで有名）は、窒素酸化物（NOx ）とそれがスモッグや酸性雨の生成に果たす役割_について初めて知りました。彼がこのテーマの複雑さに初めて触れたのは、西オーストラリア州エネルギー委員会のフレッド・バーンズとジョン・ブロムリー博士の研究でした。^[1]

20年以上に渡る研究開発の大部分は、大規模な産業用バーナーと複雑なメカニズムに関するものでしたが、最終的には低NOx（乾燥基準で0％O2で2 ng/Jまたは約4 ppm）とみなされるレベルは生成されませ_んでした_。 [ 2 ^]

実際、当時は 15 ng/J の NO _{2 は低濃度の NO 2}と考えられていたようです。彼が研究した大量の情報すべてに共通する明確なメッセージは、温度が NO _xの形成に及ぼす影響でした。

1980年代後半、オーストラリアの保健環境当局は、屋内空気の質と、特に旧式の煙突のないガスヒーターが許容レベルを超える二酸化窒素（NO ₂ ）を排出していることについて懸念を表明した。その結果、1989年にニューサウスウェールズ州学校教育局は、ニューサウスウェールズ州全体の学校で二酸化窒素に関する広範な調査を開始した。暫定措置として、保健当局は、教室のNO _{2の上限を0.3} ppmにすべきであると勧告した。^[3]オーストラリアガス協会は、次に、煙突のないガスヒーターのNO _2屋内放出率を15 ng/Jから5 ng/Jに引き下げ、これが現在も上限となっている。^[4]ニューサウスウェールズ州政府は、公共事業局を通じて、生徒にとって安全で健康的な環境を確保するため、教室を暖房する代替方法も再評価した。

このような状況の中で、ジョン・ジョイスの会社であるボウイン・テクノロジーは、煙突のないガスヒーターからの二酸化窒素の排出を最小限に抑えることを目的とした大規模な研究開発プログラムに着手しました。ボウイン・テクノロジーは、排出問題をその発生源であるガスバーナーで解決することを自らの課題としました。これは、商業的に保証されたガスバーナーの改良では窒素酸化物 (NO _x )を大幅に削減することはできないという、ガス専門家の長年の一般的な考えに反するものでした。

1989年、ニューサウスウェールズ州で広く公表された記事やメディア報道をきっかけに、室内の二酸化窒素（NO2）濃度を直ちに引き下げるよう_{呼びかけられました。この化学物質が}喘息患者や気管支疾患患者など呼吸器系に敏感な人々に及ぼす影響を強調したのです。

室内空気質に関する議論が白熱する中、オーストラリアのさまざまな州政府機関は、ガス暖房機や電気暖房に切り替えるよう勧告されました。

対照的に、ニューサウスウェールズ州は、オーストラリアガスライト社、保健当局、ニューサウスウェールズ州公共事業局の共同活動を通じて、最初の室内空気質ガイドラインを策定しました。これらのガイドラインは、現在オーストラリア全土で採用されている、煙突のないヒーターからの二酸化窒素NO ₂排出に対するオーストラリアガス器具規制の基礎となりました。^[4]

_{ジョン・ジョイスは、他の海外の規制機関が環境ガイドラインや規則で NO と NO 2}を区別していないことに気付きました。さらに、排気ガスが排出されるかどうかに関係なく、総窒素酸化物レベルの要件が適用されているようでした。

_{その結果、ジョン・ジョイスは、NO x}排出物の「無害な」部分である一酸化窒素(NO)が炭化水素(家庭用エアゾール噴射剤、ガス漏れの可能性、自動車の排気ガスの侵入など) の存在下で NO ₂に変換されることを知りました。これはニューサウスウェールズ州の学校調査で判明しました。^{[3]科学的には、排出物中の窒素酸化物レベルを測定する際に NO + NO} _{2 の}両方を計算することが慣例となっていました。そのため、現在では「総 NO _x」 という表現が一般的に使用されています。

天然ガスは、その組成上、有用なエネルギーに変換する際に生成される二酸化炭素、粒子状物質、二酸化硫黄の点で、他の化石燃料に比べて明らかに優れています。1990 年代初頭、多くの国がエネルギーと電力のニーズを満たすために石油と石炭を天然ガスに置き換える過程にありました。

「環境に優しい」燃料としてのこの利点を維持するために、オーストラリアのガス事業者は、配送時のガス損失（メタン排出）を効果的に削減し、ガス漏れを防止するために器具製造業者と設置業者に厳しい規則を課しています。

それでも環境専門家は、窒素酸化物の生成が温室効果ガスや光化学スモッグの形成における大きな脅威であると考えています。NOxと自動車の排気ガスや太陽光からの炭化水素との相互作用によっても、低レベルのオゾンが形成される可能性があります_。成層圏(約 25 km 上空) では、オゾンは太陽の紫外線のより強い部分を吸収して役立ちますが、地上では物質や植物に損傷を与えます。喉、肺、目を刺激し、激しい運動や仕事が痛みを伴う場合があります。さらに、温室効果ガスとしての亜酸化窒素の効果は、二酸化炭素、メタン、CFC よりも寿命が長いことで増幅されます。

本質的に、低レベルのオゾンの生成率は炭化水素によって決まり、窒素酸化物の利用可能性はオゾンの生成量に影響します。この時点で、環境に関する議論は驚くべき方向へと進み、各業界は互いの排出を原因として非難する傾向にあります。

従来の「青い炎」またはブンゼンガスバーナーは、1ジュールあたり30～50ナノグラムの窒素酸化物を生成することがよく知られており^{[5] [6] 、そのため}NO _x削減の可能性はないと考えられています。これと比較して、表面燃焼バーナーまたは輻射タイルバーナーは、窒素酸化物の量を60～70％削減します。^{[6]そのため、ジョン・ジョイスの低NO} _xバーナーに関する研究は、主に表面燃焼技術を中心に行われました。もう1つの問題は、燃焼温度がNO _xの形成に与える影響でした。

ジョン・ジョイスの課題は、放射型表面燃焼タイルの開発に注力しないことに決めたとき、さらに困難になりました。ほとんどの施設用途 (スポット加熱以外) での放射加熱の使用は、ヒーターの近くでは熱くなりすぎるため非現実的であると考えられており、到達距離による 放射熱の損失は非常に大きいです。

他のタイプの「低NO _x 」バーナーの数多くの開発に関する調査により、これまでのところ、そのようなバーナーは設計または操作が複雑すぎるか、高価すぎるか、不適切であることが判明しました。ジョン・ジョイスの計画は、高温スチールメッシュを使用することで、数十のプロトタイプバーナーを製造し、そのうちの 1 つが「可能性」を示しました。

_{ジョン・ジョイスの LO-NO x}テクノロジーの科学的革新性は、オーストラリア、米国、英国、日本、イタリア、フランスにおける完全な特許保護によって確認されています。

_{1993 年、ジョン ジョイスは、LO-NO x}バーナーを組み込んだ「SLE」ヒーター シリーズでオーストラリア デザイン賞とパワーハウス ミュージアム セレクションを受賞しました。

オーストラリアデザインアカデミーは、1994年10月に開催された「イノベーション・バイ・デザイン」全国会議のデザインショーケースに SLE無煙炭ガスヒーターシリーズを選定しました。

米国では、ジョン・ジョイス社の LO-NO _x 給湯器バーナーが、一連の徹底的なテストに合格し、燃料の偶発的な流出によって発生する可燃性蒸気の存在下で、これらのバーナーが発火源として機能しないことを証明しました。また、NO ₂の削減を確認するための広範囲にわたるテストも実施されました。

_{より具体的なコスト削減は、低NOx}排出ガスのガスヒーターと従来の煙突式ヒーターのエネルギー効率を比較することで明らかになります。排出問題のあるガスヒーターは煙突式で、本質的に大量のエネルギーを高温の煙道ガスの形で大気中に放出します。さらに、煙道式ヒーターの設置場所の選択は、煙道の設置制限により大幅に制限されます。

対照的に、専用の低排出ガス ヒーターには煙道システムは必要ありません。さらに、酸素欠乏センサーとサーモスタット制御が導入されているため、従来のように換気に大きく依存する必要がありません。これらのヒーターは、最適な温風分布を実現するために、より便利な場所や集中的な場所に設置できます。定義上、煙道のない低 NOx_ガスヒーターは、炎から放出される熱エネルギーがすべて有用な熱に変換されるため、100% 効率的です。

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