JP2573486B2 - 触媒の温度を上昇させるための装置 - Google Patents

触媒の温度を上昇させるための装置

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JP2573486B2 JP61506255A JP50625586A JP2573486B2 JP 2573486 B2 JP2573486 B2 JP 2573486B2 JP 61506255 A JP61506255 A JP 61506255A JP 50625586 A JP50625586 A JP 50625586A JP 2573486 B2 JP2573486 B2 JP 2573486B2
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    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12Radiant burners
    • F23D14/18Radiant burners using catalysis for flameless combustion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23QIGNITION; EXTINGUISHING-DEVICES
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、冷たい状態で供給された可燃性ガスと空気
もしくは酸素との混合物を高められた温度で触媒反応に
より酸化するのに適当な触媒を加熱する装置に関し、こ
の場合この加熱は、混合物が押し寄せる触媒の側で開始
される。
全体を酸化する反応成分、すなわち燃料および酸素
(この酸素は場合によっては空気からのものである)
は、このような触媒に別個にかまたは既に燃料−空気混
合物または燃料−酸素混合物(以下、略示して“燃料混
合物”と呼称する)として導入することができる。すな
わち、例えばプロパンガスで運転される触媒炉の普通の
実施形式の場合、燃料は、分配板を用いて板状のガス透
過性触媒の片側を通じて導入され、酸化に必要とされる
空気もしくは酸素は、板状触媒の反対側を通じて周囲か
ら受取られる。これとは異なり、触媒反応する巻毛ピン
および点火器の公知の実施形式の場合、燃料は空気と混
合され、燃料混合物は触媒に導入される。
触媒内での全体酸化は、大抵の燃料を使用する際に触
媒が一定の最低温度、所謂“開始温度”を有する場合に
初めて惹起され、この開始温度は、概ね周囲温度よりも
高い。従って、このような触媒内での全体酸化の運転を
開始させるためには、少なくとも触媒の一部をこの開始
温度にもたらすことが必要である。更に、この一部から
出発して、酸化過程は、全体酸化を伴なって現われる熱
発生のために、隣接した領域にも拡がり、最後に全触媒
内で一目瞭然になることができる。
触媒を使用する加熱装置の場合には、例えば燃料ガス
または燃料混合物は、触媒の周囲に向って露出している
表面に接するように点火炎により点火され;点火後に発
生する炎は、そのうちに触媒をその周囲側の表面上で加
熱し、したがって酸化過程は、触媒の内部に炎によって
加熱された表面から出発して拡がることができる。
触媒の温度を上昇させるための大抵の方法には、触媒
の僅かな一部のみが概ね少ない熱効率の点火系によって
加熱され、かつこの加熱された部分は燃料または燃料混
合物が流入する触媒の側とは反対側にあることが共通し
ている:触媒は、燃料供給装置と点火装置との間に存在
し、すなわち換言すれば、燃料供給装置および点火装置
は、目で見ることができる炎なしの酸化に使用された触
媒の相対する両側に存在する。このように配置すること
の結果として、なお冷たい、すなわち不活性の触媒は、
触媒の外縁部での温度上昇によって酸化反応を開始させ
る前に燃料もしくは燃料混合物で少なくとも点火系にま
で充填されなければならない。更に、このように配置す
ることの結果として、目で見ることができる炎なしの酸
化は、燃料もしくは燃料混合物の貫流方向とは反対の方
向に加熱された位置から拡がる。
本明細書に記載した問題は、勿論触媒が単に触媒を使
用するのでなく燃焼過程からのもはや燃焼不可能な残留
ガスをガス暖房の場合(特開昭57−207704号公報)であ
れ、内燃機関の場合であれ完全に酸化するという課題を
有するのであれば、設定されるものではない。この場
合、熱い廃ガスそれ自体は、触媒を必要とされる温度に
もたらし、かつ触媒での反応を開始させる。
この装置は、既に公知であり(特開昭57−204712号公
報参照)、すなわちこの場合には、触媒が混合物それ自
体によって加熱されるのではないにも拘らず、加熱はガ
ス流の方向に進む。しかし、このことは、触媒を点火過
程の間にのみこの触媒に押し付けられる線条により局部
的に加熱しかつ混合物用の供給管を点火過程の間に移動
させることによって達成される。
本発明は、特開昭57−204712号公報から公知の装置を
本質的に簡易化させることを可能ならしめる。このこと
は、触媒と接触しなくとも燃焼可能な混合物が燃焼状態
で触媒表面に到達するように僅かな触媒との距離で点火
されることによって達成される。
接触反応により燃焼されるために触媒と接触しなくと
も燃焼可能であるようなガスを選択することは、一見矛
盾しているようにも思われる。しかし、目で見ることが
できる炎なしの燃焼により、加熱装置の場合に火災の発
生が阻止されるはずであるにしろ、巻煙草点火器の場合
に炎が風によって消されることが回避されるにしろ利点
がもたらされる一連の使用は存在する。
本発明による装置の重要な利点は、それによって短時
間で触媒に、固定した状態で混合物を燃焼させることに
よって発生される場合よりも著しく高い効率を供給する
ことができることにある。すなわち、この装置は、実際
に点火位置と触媒との間に存在する全ガス量が爆発する
ように燃焼し、ひいては迅速に温度上昇を導くことが達
成される。この場合には、供給された熱が触媒の内部へ
導出されることが重要なこととは見なされない時間内で
接触反応による燃焼が開始される。
この装置は、通常混合物は、直接ベンチュリ管を通じ
て触媒へ転向される。しかし、点火は、今や触媒が局部
的に加熱れた後には触媒で生ぜずに、既にベンチュリ管
の領域内で生じている。この場合には、差当り高い流速
で直ちに中断されかつ触媒に向って押し流される炎が形
成される。僅かな流速の場合には、炎の差当り定められ
た位置に留まったままであり、この場合にはこの炎は、
流速および点火速度が同じ大きさであるベンチュリ管の
壁面内の部分から出発するものと思われる。しかし、明
らかに触媒内での燃焼は熱力学的に有利であるので、燃
焼過程が触媒中で完全に形成されかつ点火炎がとにかく
不必要とされている場合と同様に炎は消失する。この点
火炎が直ちにかまたは徐々に消失することは、殆んど安
全性の理由からではなく、それによって一面で触媒およ
び隣接せる装置部分が局部的に過熱されることが回避さ
れ、他面熱収率が触媒それ自体中で上昇されるという理
由から好ましい(炎は、それが触媒の前方に配置されて
いるので外側には達しない。) 前記装置は、点火炎の出所は、特殊な方法なしに点火
炎が定常状態で消えないように装置から遥かに離れてい
る。このような場合には、触媒それ自体または触媒を包
囲するケーシングを、一面で定常状態で不利ではない
が、他面爆発状態のような点火過程の際に点火炎をある
程度吹き消す急激な跳ね返りを生じるような程度に高い
流れ抵抗を有するように構成されているのが望ましい。
引続き、前記装置を図面につき記載する。
第1図および第2図は、それぞれ部分的略示断面図で
本発明に関連して触媒反応により燃焼させるための装置
およびその点火装置の重量な部分を示す。
第1図は、本発明の装置である触媒反応による煙草類
用点火器の本質的成分を略示した形で示す。
管1は、ベンチュリ管7の端部であり;このベンチュ
リ管は、くびれた部分7′を有する。このベンチュリ管
の軸線方向には、高速ノズル8が存在し、この高速ノズ
ルは、自体公知の方法で調節弁9を介して貯蔵タンク10
に接続されている。燃料混合物6を点火位置3で点火さ
せるためには、高圧放電火花が使用され、この高圧放電
火花は、圧電衝撃装置13を電極14と14′との間で操作す
ることによって約10kVの高電圧が発生すると直ちに電極
14と14′との間で生じる。触媒反応による点火器は、利
用者がスライダ11を圧し下げることによって運転に入
る:スライダ11を下向きに動かすことによってまず曲り
てこ12を介して高速ノズル8を有する弁は開かれ、それ
によって燃料4は、高速度でベンチュリ管のくびれた部
分7′流入し、そこで空気5と混合されて燃料混合物6
に変わる。スライダ11をさらに下向きに動かすことによ
って引続いて圧電衝撃装置13は操作され、それによって
電極14と14′との間で点火火花が生じ、この点火火花は
燃料混合物6を点火する。最後に、点火によって生じる
炎は、触媒2をこの触媒に燃料混合物が押し寄せる側で
加熱する。
煙草類の点火器には、燃料のブタンもしくはイソブタ
ンを使用するのが通例であり;したがって、本発明の装
置を詳説するために若干の特性値が記載される。ブタン
の発熱量に基づいて、大気圧でガス状ブタン85mm3を燃
焼させることによって1Jの熱が発生されることが算出で
きる。この燃焼のために、31.1倍の空気量が必要とさ
れ;1W=1J/sの熱効率を得るためには、ブタン−空気混
合物を毎秒273mm3酸化すべきである。例えば、このよう
な混合物が円形横断面を管を通じて触媒に供給され、か
つ接触反応による酸化からの望ましい熱効率がPワット
によって与えられている場合には、流速は、V=(.273
P)/r2πcm/sによって与えられる。熱効率がP=50ワッ
トである場合、流速は、くびれた部分7′での半径rmin
=0.1cmを有するベンチュリ管中で439cm/sであり、かつ
触媒との接続位置での円半径rmax=0.5cmを有するベン
チュリ管中で17.4cm/sである。この速度は、大気圧の際
の32cm/sのブタン−空気混合物の点火速度と比較すべき
である。本発明の装置は、第1図に図示されているよう
に供給管の最も広幅の位置で火花を形成させる場合にも
くびれた部分7′で火花を形成させる場合にも実施する
ことができることが判明した。火花を発生させるために
は、第1図に示した高圧放電装置の代りに摩擦歯車−フ
リント装置を使用することもできる。
接触反応による酸化を低い熱効率で使用する場合に
は、一般にブタンは空気に接して酸化され、また高い熱
効率の場合にはプロパンも使用される。しかし、プロパ
ンを使用する場合の条件は、ブタンの場合と極めて類似
している。それというのも、1Jの熱を発生させるために
は、ブタン−空気混合物273mm3の代りに今やプロパン−
空気混合物286mm3が必要とされるからであり;さらに、
プロパン−空気混合物の点火速度は、大気圧の際に同様
に32cm/sである。
第2図は本発明の装置の別の実施例を示す。これは、
接触反応による発熱体の出発部分の本質的な成分であ
る:図示していない貯蔵タンクから燃料として使用され
る液体ガスは、高速ノズル8に流入する。液体ガスとし
ては、ブタンもしくはプロパンまたはこれら双方の混合
物を使用することができる。ベンチュリ管7中で液体ガ
スと空気5は混合されて燃料混合物6に変わる。燃料混
合物6は、圧電衝撃装置13の側を通って流れ、かつ絶縁
部材17を通じて触媒2に押し寄せる。触媒2および絶縁
部材17は、肩部18を有する管15によって包囲されてい
る。管15は、外套管19によって基体20と結合されてい
る。この構造は、管15の軸方向への移動を圧電衝撃装置
13の仕事ストローク21だけ可能にする。この圧電衝撃装
置の電極22は、導電性基体20および金属管15と同じ電位
で存在し;この管がストローク21だけ管の軸方向に移動
することによって圧電衝撃装置は操作され、それによっ
て電極23と管15の内側との間に放電火花が生じる。管15
の内側は、(図示していない)対向電極を有することが
できる。放電火花は、燃料混合物を絶縁部材17と触媒2
との間の領域3内で点火し、それによって触媒の混合物
供給管に面した部分の温度が開始温度を越えた値に上昇
することが生じる。そこで開始する接触反応による酸化
は、引続きそれに関連した熱発生のために迅速に残りの
触媒中で管15に沿って拡がる。殊に点火装置それ自体に
は打撃を与えると思われる点火炎がそのままであること
は、縮小部16によって阻止され、この収縮部は、燃焼し
た混合物が一般に流出することを妨害しない。しかし、
点火位置3の領域内でガス内容物が突然に燃焼する場合
には、衝撃波が起こり、この衝撃波は、縮小部16によっ
て、衝撃波により点火炎が消えてしまうような程度に反
射される。
第2図による装置の特殊な利点としては、相対的に大
きい触媒であってもKW範囲内の熱高率で比較的に低い圧
電火花により、すなわち例えば蓄電池からの異質エネル
ギーなしに始動させることができることを挙げているこ
とができる。差当り点火エネルギーが十分でない場合に
為すべきことは、点火の際に衝撃的に反応されるガス内
容物を相応して拡大させること、すなわち点火位置3と
触媒2との間にいっそう大きい距離を設けさせることで
ある。このことを行なう場合には、著しい長さの加熱棒
を使用することができ、またこの加熱棒は、公知方法で
加熱蛇管として形成させることもできる。
本明細書に記載された2つの使用例の場合に白金で含
浸した石英マットおよび白金で含浸した酸化アルミニウ
ムマットは、触媒として好適であることが判明し、この
触媒の開始温度は、約150℃である。

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料と空気との混合物を触媒に供給するた
    めの装置を有する冷たい状態で供給された可燃性ガスと
    空気もしくは酸素との混合物を高められた温度で接触反
    応により酸化するのに適当な触媒を加熱する装置におい
    て、 混合物を供給するための装置内に混合物に対する点火装
    置の点火位置(3)が触媒(2)との距離をもって配置
    されており、点火装置が圧電衝撃装置(13)を包含し、
    この圧電衝撃装置によって点火位置(3)で高電圧放電
    火花を発生させると共に、かつ高速ノズル(8)の調節
    弁(9)を開放させるスライダ(11)が配置されている
    ことを特徴とする触媒の温度を上昇させるための装置。
  2. 【請求項2】混合物を供給するための装置が、ベンチュ
    リ管(7)を包含し、このベンチュリ管の拡大領域内に
    点火位置(3)が存在していることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の触媒の温度を上昇させるための
    装置。
  3. 【請求項3】触媒(2)が管(15)中でこの管の内壁と
    の距離をもって配置されていることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項に記載の触媒の温度を上昇させるための
    装置。
JP61506255A 1985-11-21 1986-11-19 触媒の温度を上昇させるための装置 Expired - Fee Related JP2573486B2 (ja)

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EP (1) EP0246283B1 (ja)
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AU (1) AU6727787A (ja)
DE (1) DE3665216D1 (ja)
WO (1) WO1987003355A1 (ja)

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