JP2001208487A

JP2001208487A - 燃焼触媒一体蒸発装置

Info

Publication number: JP2001208487A
Application number: JP2000020154A
Authority: JP
Inventors: Naohiko Matsuda; 直彦松田; Etsuro Hirai; 悦郎平井; Shigeru Nojima; 野島　　繁; Katsuki Yagi; 克記八木; Tetsuo Shigeoka; 哲夫重岡; Masami Taniguchi; 雅巳谷口; Shinko Aoki; 秦高青木; Shigeo Sakai; 茂男酒井; Tadashi Fujisaki; 忠司藤崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2000-01-28
Filing date: 2000-01-28
Publication date: 2001-08-03

Abstract

(57)【要約】【課題】コンパクト且つ軽量で、しかも組立てが簡単で
低コストの燃焼触媒一体蒸発装置を提供することを課題
とする。【解決手段】燃焼によって得られる熱を利用して液体燃
料と水を蒸発し、場合により更に過熱する燃焼触媒一体
蒸発装置において、ステンレス製のラミネート型又はプ
レート型熱交換器のアウターフィン１４部、もしくは前
記アウターフィン１４根元のラミネートプレート１２外
表面、もしくは前記アウターフィン１４部及び該アウタ
ーフィン１４根元のラミネートプレート１２外表面の両
方に、燃焼触媒１５を担持させた構成であることを特徴
とする燃焼触媒一体蒸発装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃焼触媒一体蒸発装
置に関し、特に燃焼によって得られた熱を利用してメタ
ノール等の液体燃料と水を蒸発、更に過熱する燃焼触媒
一体蒸発装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、蒸発装置は、図９に示すように、
燃焼部１と熱交換部２が分離された構造であり、バーナ
もしくは燃焼触媒で燃焼したガスの熱量を熱交換部に設
置したフィンａｎｄチューブ式の熱交換器で交換する。
熱交換器には、メタノール、水等の液体を流入し、蒸
発、過熱する構造となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
蒸発装置によれば、以下に述べる問題点を有する。

【０００４】（１）燃焼部で一度に燃やすため、熱交換
部入口でのガス温度が２０００℃近くになる。

【０００５】（２）装置の耐熱性を考慮し、上記（１）
のガス温度を低下させた場合、余剰の空気を流入しなけ
ればならず、空気を増加させるためのファン等の増大
化、熱交換器通過後の排気ガス中に含まれる熱量の増大
を招く。

【０００６】（３）燃焼部、熱交換部を分離するために
装置が大型化する。また、重量がある。

【０００７】（４）別々の構造物からなるため、組立て
が複雑になり、製造コストが高くなる。

【０００８】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、コンパクトで且つ軽量であり、しかも組立
てが簡単で低コストの燃焼触媒一体蒸発装置を提供する
ことを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼によって
得られる熱を利用して液体燃料と水を蒸発し、場合によ
り更に過熱する燃焼触媒一体蒸発装置において、ステン
レス製もしくはアルミ製のラミネート型又はプレート型
熱交換器のアウターフィン部、もしくは前記アウターフ
ィン根元の冷却部プレート外表面、もしくは前記アウタ
ーフィン部及び該アウターフィン根元の冷却部プレート
外表面の両方に、燃焼触媒を担持させた構成であること
を特徴とする燃焼触媒一体蒸発装置である。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳しく
説明する。

【００１１】本発明において、前記アウターフィンの材
質としては、触媒塗布が容易なウィスカーが生成可能な
例えば２０Ｃｒ−５Ａｌが挙げられるが、これに限定さ
れない。また、燃焼触媒としては、可燃性ガスの燃焼を
促進する例えば白金元素もしくはパラジウム系等の触媒
が挙げられる。

【００１２】本発明において、前記ラミネート型熱交換
器を複数組重ね合わせて１つの熱交換器ブロックとし、
このブロックを単数もしくは複数個重ね合わせ、さらに
前記ブロックに液体流入チューブ等の液体流入手段及び
蒸気取出しチューブ等の蒸気取出し手段を設けた構成と
することができる。ここで、場合により前記蒸気取出し
チューブには、オリフィス等の絞りを設けることが好ま
しい。これにより、乾き蒸気あるいは湿り蒸気もしくは
過熱した燃料をミストのない完全な気化状態にすること
ができる。

【００１３】本発明において、前記熱交換器ブロックを
複数組重ね合わせたブロック体を収納する容器と、前記
ブロック体に流入する方向に複数のヘッダ空間を形成す
るヘッダブロックと、前記容器に設けられた、燃焼性ガ
スが流入する流入管とを具備することを特徴とする燃焼
触媒一体蒸発装置が得られる。ここで、前記流入管の入
口部には、液体燃料の全部もしくは一部を流入させ、不
足分の熱量を補う手段を設けることが好ましい。この手
段の具体例は、後述するように、例えば熱交換器ブロッ
クと流入管を接続する追焚き燃料管である。

【００１４】本発明において、前記熱交換器内部には、
液体燃料としての例えばメタノール、あるいは水とメタ
ノールとの混合液を別々の系統に分けた流路を設けるこ
とができる。前記メタノールには、例えば１％程度の若
干の水を含ませることが好ましい。これは、液体燃料が
蒸発したときに煤が発生するの防止するためである。

【００１５】本発明において、前記熱交換器ブロック同
士をヘッダブロックで接続し、かつ流体の状態に合わせ
て異なるサイズのヘッダブロックを用いることが好まし
い。この詳細は、後述する実施例２の記載の通り、上流
側のヘッダブロック同士間には小型のものを用い、下流
側のヘッダブロック同士間には大型のものを用いること
が好ましい。また、下流側のヘッダブロックの下端には
体積流量を考慮して細管を、上流側のヘッダブロックの
下端には同様な理由により太管を設けることが好まし
い。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の各実施例について図面を参照
して説明する。なお、下記実施例で述べる各構成部材の
材料や数値は一例を示すもので、本発明の権利範囲を特
定するものではない。

【００１７】（実施例１）図１（Ａ）〜（Ｅ）を参照す
る。ここで、図１（Ａ）は本発明の燃焼触媒一体蒸発装
置に係るラミネート熱交換器の基本構造を示す全体図、
図１（Ｂ）は同熱交換器の一構成であるラミネートプレ
ートの平面図、図１（C）は図１（Ｂ）の側面図、図１
（Ｄ）は図１（Ｃ）の要部Ｘの断面図、図１（Ｅ）は同
熱交換器の一構成であるインナーフィンの説明図、図１
（Ｆ）はアウターフィン及びラミネートチューブへの燃
焼触媒の付着状況を示す説明図である。なお、図１
（Ｅ）において、符号Ｐはフィンピッチを、符号Ｈはフ
ィン高さを示す。

【００１８】図中の付番１１は、ラミネートチューブを
示す。このラミネートチューブ１１は、２枚のステレン
レス製のラミネートプレート１２をインナーフィン１３
を入れてＮｉローを用いて貼り合せて形成したものであ
る。ここで、ラミネートプレート１２は、２枚の板状部
材１２ａ，１２ｂを上下端で折り曲げて両者間に空洞部
を作り、この空洞部に波形の支持板１２ｃを介在させた
構成となっている。

【００１９】前記ラミネートチューブ１１同士の間は、
例えば２０Ｃｒ−５Ａｌステレンレス製のアウターフィ
ン１４を設置して、Ｎｉローでラミネートチューブに貼
り付ける。前記アウターフィン１４は、後にウィスカー
処理した後、燃焼触媒１５を塗布する。ここで、ウィス
カー処理とは、ステレンレス表面に数ミクロンの針状Ａ
ｌ_２Ｏ_３を形成して、燃焼触媒１５が付着しやすい状態
にすることを示す。

【００２０】なお、燃焼触媒１５は、アウターフィン１
４のみならず、図１（Ｆ）に示すようにアウターフィン
１４、及びアウターフィン１４とラミネートプレート１
２との接点間のラミネートプレート１２表面、あるいは
アウターフィン１４とラミネートプレート１２との接点
間のラミネートプレート１２表面に形成してもよい。前
記燃焼触媒としては、可燃性ガスの燃焼を促進する白金
元素もしくはパラジウム系等の触媒が挙げられる。

【００２１】図２は、ラミネートチューブ１１とアウタ
ーフィン１３を例えば２０組接合して得られた１つの熱
交換器ブロックを示す図である。形成されたブロック１
６では、ヘッダ１７には水，メタノール１８等が流入
し、アウターフィン１４には燃焼ガス１９が流入するよ
うな構成になっている。

【００２２】上記実施例１によれば、ラミネートチュー
ブ１１とアウターフィン１４を接合して１つの熱交換器
ブロック１６を形成し、かつ前記アウターフィン１４の
両面に燃焼触媒１５を担持させた構成となっている。従
って、以下に述べる効果を有する。

【００２３】（１）燃焼触媒１５で燃焼発熱したガスか
ら随時熱交換器へ伝熱することにより、従来技術のよう
に燃焼ガス温度が２０００℃のように上昇せず、例えば
４００℃程度で止まるため、装置の寿命が延びる。

【００２４】（２）上記（１）の作用により、燃焼ガス
温度が上昇しないので、従来技術のように余剰空気を流
入する必要がなく、ファン容量の低下、排ガス中の排熱
量の低減が可能となる。

【００２５】（３）従来技術では別々の空間を要した燃
焼部と熱交換部が一体化したので、コンパクト化、軽量
化を実現できる。

【００２６】（実施例２）図３は、実施例２に係る燃焼
触媒一体蒸発装置を示す。同装置は、上記熱交換器ブロ
ック１６を４つ組み合わせて構成されている。熱交換器
ブロック１６同士は、ヘッダブロック２１により接続さ
れている。ここで、ヘッダブロック２１は、下流になる
ほど大型化して、体積膨張するメタノール、水等の流量
に対向させ圧損増加を防止するようになっている。上流
側の熱交換器ブロック１６の下端には、例えば内径３ｍ
ｍの細管（液体流入チューブ）２２が連結されている。

【００２７】ここで、チューブ２２として細管を用いる
のは、上流の熱交換器ブロック１６に最初に流入する水
等の液体は体積流量が小さいためである。また、下流側
の熱交換器ブロック１６の下端には、熱交換器ブロック
１６内で蒸発・気化さらに過熱した蒸気を外部に取り出
す蒸気取り出しチューブ２３が接続されている。図３の
装置において、熱源となる（燃料＋空気）の混合ガス２
４は、アウターフィン１４を通過するうちに、アウター
フィン１４に塗布した燃焼触媒上で燃焼され熱交換後、
排ガス２５として排気される。

【００２８】図４（Ａ），（Ｂ）は上記ヘッダブロック
２１の一例を示し、図４（Ａ）は同ヘッダブロック２１
の側面図、図４（Ｂ）は図４（Ａ）の正面図を示す。図
４のヘッダブロックは小型の場合を示し、ヘッダ１６に
Ｎｉロー等で接合して構成されている。前記ヘッダブロ
ック２１は内部を流れるメタノール蒸気、水蒸気の体積
膨張にあわせて図４に示すように小型にしたり、あるい
は図５（Ａ），（Ｂ）の大型ヘッダブロック２６に示す
ように厚さは同一でも面積を徐々に増大させることで体
積流量増大に対応させた構成となっている。なお、図５
（Ａ）は同ヘッダブロック２６の側面図、図５（Ｂ）は
図５（Ａ）の正面図を示す。

【００２９】上記実施例２によれば、ヘッダブロック２
１は内部を流れるメタノール蒸気、水蒸気の体積膨張に
あわせて図４に示すように小型にしたり、あるいは図５
に示すように厚さは同一でも面積を徐々に増大させた構
成となっているため、体積流量増大に対応した構成の燃
焼触媒一体蒸発装置が得られる。

【００３０】（実施例３）図６を参照する。図６は、実
施例２に係る燃焼触媒一体蒸発装置３１を箱状の容器３
２に収納した構成となっている。前記容器３２の対向面
には、該容器３２内に燃料＋空気の混合ガスを流入させ
る流入管３３、燃焼，熱交換後の排ガスを排気する排気
管３４が設けられている。前記容器３２と両端の熱交換
器ブロック１６間の隙間は、両者間の距離Ｌが例えば２
０ｍｍ程度のガス用ヘッダ空間３５となる。このガス用
ヘッダ空間３５により、流入管３３から流入する燃料＋
空気の混合ガスを均一に分散して熱交換器ブロック１６
に流入し、また熱交換器ブロック１６から排出された排
ガスをガス用ヘッダ空間３５で集めて排気管３４から排
気する。

【００３１】実施例３によれば、燃焼触媒一体蒸発装置
３１を箱状の容器３２に収納し、この容器の対向する面
に燃料＋空気の混合ガスを流入させる流入管３３、燃
焼，熱交換後の排ガスを排気する排気管３４を設けた構
成になっているため、実施例１と比べていっそうコンパ
クト化することができる。

【００３２】なお、上記実施例３では、燃焼触媒一体蒸
発装置を箱状の容器に収納した場合について述べたが、
これに限らず、燃料＋空気の混合ガスが通過するダクト
等の中に配置してもよい。

【００３３】（実施例４）図７を参照する。この実施例
４は、図６の容器３２における流入管周辺に改良を施し
たものである。即ち、燃料＋空気混合ガス入口部におい
て、熱交換器ブロック１６のアウターフィン部通過のガ
ス圧損が低い場合に、ガス用空間ヘッダ３５中で前記混
合ガスが充分均一に分散されないので、例えば多孔金属
板等の抵抗板４１を設置したことを特徴とする。これに
より、圧損を高め、ガス用ヘッダ空間３５内でガスが均
一に分散されて熱交換器ブロック１６へ流入できる。ま
た、抵抗板４１は、逆火防止板の機能も有する。

【００３４】また、図７に示すように前記熱交換器ブロ
ック１６と流入管３３は、根悦交換器ブロック１６内で
蒸発・気化した気化燃料４２を熱交換器ブロック１６か
ら流入管３３へ流入させる追焚き燃料管４３により連結
されている。これにより、不足分の熱量を追焚きでき
る。

【００３５】（実施例５）図８を参照する。この実施例
５は、図６の容器３２における蒸気取出しチューブ２３
に改良を施したものである。即ち、本実施例５では、前
記蒸気取出しチューブ２３の内部に絞りオリフィス４４
を取付けたことを特徴とする。これは、蒸発・過熱され
たメタノール等の燃料及び水は蒸気取出しチューブ２３
を通して取り出されるが、小量のミストが蒸気内に含有
されている可能性があるので、前記絞りオリフィス４４
により圧力を下げ、蒸気の過熱度を上げて残存ミストを
気化するものである。

【００３６】（実施例６）図１０（Ａ）を参照する。こ
の実施例６は追焚き用のメタノール（液体燃料）４５と
水４６の流れに改良を施したもので、４つの熱交換器ブ
ロック１６で構成される燃焼触媒一体蒸発装置を例にと
り説明する。即ち、追焚き用のメタノール４５をラミネ
ートブロック１６に流入し、燃料＋空気混合ガス２４の
発熱と熱交換後、追焚き用燃料として、蒸気状態で混合
ガス２４に混合される。一方、水４６は、３つの熱交換
器ブロック１６で蒸発、過熱される。

【００３７】なお、メタノール及び水の流れは、図１０
（Ａ）の平行流のものに限らず、例えば図１０（Ｂ）の
ような平行流のもの、図１０（Ｃ）や図１０（Ｄ）のよ
うな対向流のもの、あるいは図１０（Ｅ）や図１０
（Ｆ）に示すように平行流＋対向流のものでもよい。ま
た、上記実施例６では、液体燃料としてメタノールを用
いた場合について述べたが、これに限らず、メタノール
に１％程度の水を含んだもの、あるいは他の燃料（例え
ば、特殊ガソリン等のガソリン類）を液体燃料としても
よい。ここで、メタノールに若干の水を含ませるのは、
蒸発したときに発生する煤の発生を防止するためであ
る。

【００３８】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、コ
ンパクトで且つ軽量であり、しかも組立てが簡単で低コ
ストの燃焼触媒一体蒸発装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る燃焼触媒一体蒸発装置
に係るラミネート熱交換器の説明図。

【図２】図１のラミネート熱交換器におけるラミネート
チューブとアウターフィンを複数個接合して得られた熱
交換器ブロックの説明図。

【図３】本発明の実施例２に係る燃焼触媒一体蒸発装置
の説明図。

【図４】図３の蒸発装置に使用される小型のヘッダブロ
ックの説明図。

【図５】図３の蒸発装置に使用される大型のヘッダブロ
ックの説明図。

【図６】本発明の実施例３に係る燃焼触媒一体蒸発装置
の説明図。

【図７】本発明の実施例４に係る燃焼触媒一体蒸発装置
の要部の説明図。

【図８】本発明の実施例５に係る燃焼触媒一体蒸発装置
の要部の説明図。

【図９】燃焼部と熱交換部が分離された構成の従来技術
の説明図。

【図１０】本発明の実施例６における燃焼触媒一体蒸発
装置及びその他の蒸発装置における液体燃料等のガス及
び水の流れの説明図。

【符号の説明】１１…ラミネートチューブ、１２…ラミネートプレート、１３…インナーフィン、１４…アウターフィン、１５…燃焼触媒、１６…熱交換器ブロック、１７…ヘッダ、１９…燃焼性ガス、２１…ヘッダブロック、２２…液体流入チューブ、２３…蒸気取出しチューブ、２４…（燃料＋空気）の混合ガス、２５…排気ガス、３１…燃焼触媒一体蒸発装置、３２…容器、３３…流入管、３４…排気管、４１…抵抗板、４２…気化燃料、４３…追焚き燃料管。

フロントページの続き (72)発明者野島繁広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者八木克記広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号三菱重工業株式会社広島研究所内 (72)発明者重岡哲夫愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者谷口雅巳愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者青木秦高愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者酒井茂男愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内 (72)発明者藤崎忠司愛知県名古屋市中村区岩塚町字高道１番地三菱重工業株式会社名古屋研究所内Ｆターム(参考） 3L103 AA01 AA05 CC18 CC27 DD15 DD54 DD55 DD57 DD58

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼によって得られる熱を利用して液体
燃料と水を蒸発し、場合により更に過熱する燃焼触媒一
体蒸発装置において、ステンレス製もしくはアルミ製のラミネート型又はプレ
ート型熱交換器のアウターフィン部、もしくは前記アウ
ターフィン根元の冷却部プレート外表面、もしくは前記
アウターフィン部及び該アウターフィン根元の冷却部プ
レート外表面の両方に、燃焼触媒を担持させた構成であ
ることを特徴とする燃焼触媒一体蒸発装置。
【請求項２】前記アウターフィンの材質は、２０Ｃｒ
−５Ａｌであることを特徴とする請求項１記載の燃焼触
媒一体蒸発装置。
【請求項３】前記ラミネート型熱交換器を複数組重ね
合わせて１つの熱交換器ブロックとし、このブロックを
単数もしくは複数個重ね合わせ、さらに前記ブロックに
液体流入手段及び蒸気取出し手段を設けた構成であるこ
とを特徴とする請求項１記載の燃焼触媒一体蒸発装置。
【請求項４】請求項３記載のブロックを複数組重ね合
わせたブロック体を収納する容器と、前記ブロック体に
流入する方向に複数のヘッダ空間を形成するヘッダブロ
ックと、前記容器に設けられた、燃焼性ガスが流入する
流入管とを具備することを特徴とする燃焼触媒一体蒸発
装置。
【請求項５】前記熱交換器内部には、液体燃料を別々
の系統に分けた流路を設けたことを特徴とする請求項１
記載の燃焼触媒一体蒸発装置。
【請求項６】前記流入管の入口部に液体燃料の全部も
しくは一部を流入させ、不足分の熱量を補う手段を設け
たことを特徴とする請求項４記載の燃焼触媒一体蒸発装
置。
【請求項７】ブロック同士をヘッダブロックで接続
し、かつ流体の状態に合わせて異なるサイズのヘッダブ
ロックを用いることを特徴とする請求項３記載の燃焼触
媒一体蒸発装置。
【請求項８】前記蒸気取出し手段に絞りを配置し、蒸
気の過熱を促進させた構成としたことを特徴とする請求
項３記載の燃焼触媒一体蒸発装置。