JP2631892B2 - 加熱装置 - Google Patents
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- JP2631892B2 JP2631892B2 JP1071862A JP7186289A JP2631892B2 JP 2631892 B2 JP2631892 B2 JP 2631892B2 JP 1071862 A JP1071862 A JP 1071862A JP 7186289 A JP7186289 A JP 7186289A JP 2631892 B2 JP2631892 B2 JP 2631892B2
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- tube
- combustion
- plate
- heating chamber
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/10—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically
- F28D7/12—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged one within the other, e.g. concentrically the surrounding tube being closed at one end, e.g. return type
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F22—STEAM GENERATION
- F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
- F22B23/00—Water-tube boilers built-up from sets of spaced double-walled water tubes of return type in unilateral abutting connection with a boiler drum or with a header box, i.e. built-up from Field water tubes comprising an inner tube arranged within an outer unilaterally-closed tube
- F22B23/04—Water-tube boilers built-up from sets of spaced double-walled water tubes of return type in unilateral abutting connection with a boiler drum or with a header box, i.e. built-up from Field water tubes comprising an inner tube arranged within an outer unilaterally-closed tube the water-tube, i.e. Field-tube, sets being vertical or substantially vertical
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
- F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/0027—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel
- F24H1/0045—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel with catalytic combustion
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
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- F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
- F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
- F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
- F28F9/00—Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
- F28F9/22—Arrangements for directing heat-exchange media into successive compartments, e.g. arrangements of guide plates
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、水素等の反応ガスや水等の流体を反応、蒸
発、あるいは過熱温度に加熱する加熱装置に関するもの
である。
発、あるいは過熱温度に加熱する加熱装置に関するもの
である。
従来のこの種の加熱装置は、１度の燃焼で得られた火
炎からの放射熱と高温の燃焼ガスの顕熱を利用するもの
であった。
炎からの放射熱と高温の燃焼ガスの顕熱を利用するもの
であった。
上記従来の加熱装置にあっては、燃焼用空気中の酸素
の殆どを利用することは、燃焼温度が高くなり過ぎて加
熱管の許容スキン温度以内に抑えることが不可能であ
り、公害物質、すなわち、NOx及び未燃焼物の発生を抑
えることができなかった。
の殆どを利用することは、燃焼温度が高くなり過ぎて加
熱管の許容スキン温度以内に抑えることが不可能であ
り、公害物質、すなわち、NOx及び未燃焼物の発生を抑
えることができなかった。
そのために、従来の加熱装置では、燃焼火炎の長さを
長くし、燃焼ガスの温度も燃料／空気の理論値の燃焼ガ
スの温度もはるかに低い温度とする以外に方法はなかっ
た。
長くし、燃焼ガスの温度も燃料／空気の理論値の燃焼ガ
スの温度もはるかに低い温度とする以外に方法はなかっ
た。
なお、熱効率向上のために、燃焼排ガスと吹込み空気
を熱交換する際にも熱交換器が大型化する欠点があっ
た。
を熱交換する際にも熱交換器が大型化する欠点があっ
た。
多段の接触燃焼を利用する場合においても、燃焼回数
ごとに加熱装置を設けることになり、設備費が高くなる
ことと、装置の表面積が増大するための熱損傷が多くな
り、熱効率が悪くなるという欠点があった。
ごとに加熱装置を設けることになり、設備費が高くなる
ことと、装置の表面積が増大するための熱損傷が多くな
り、熱効率が悪くなるという欠点があった。
本発明は上記のことにかんがみなされたもので、加熱
室内での被加熱面の伝熱面積を小さくできて加熱装置全
体の小型化を図ることができると共に、熱効率の向上を
図ることががてき、また制御された温度内で燃焼用空気
中の酸素の殆ど全量を利用できると共に、公害物質の発
生を抑えて高い熱効率を得ることができるようにした加
熱装置を提供することを目的とするものである。
室内での被加熱面の伝熱面積を小さくできて加熱装置全
体の小型化を図ることができると共に、熱効率の向上を
図ることががてき、また制御された温度内で燃焼用空気
中の酸素の殆ど全量を利用できると共に、公害物質の発
生を抑えて高い熱効率を得ることができるようにした加
熱装置を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成するために、本発明に係る加熱装置
は、熱交換用の管体を挿入した加熱室内に、この加熱室
内に上下方向の迷路を構成する複数個のバッフルプレー
トを上記管体を貫通させて設け、上記加熱室の底部に燃
焼ガス流入口を、また上部に排ガス出口を設けてなる加
熱装置において、上記燃焼ガス流入口に主触媒燃焼器を
接続し、また上記加熱室内に、この加熱室内の迷路を仕
切る仕切り板を設け、この仕切り板の下側と上側の室を
補助触媒燃焼器を介して接続した構成となっている。
は、熱交換用の管体を挿入した加熱室内に、この加熱室
内に上下方向の迷路を構成する複数個のバッフルプレー
トを上記管体を貫通させて設け、上記加熱室の底部に燃
焼ガス流入口を、また上部に排ガス出口を設けてなる加
熱装置において、上記燃焼ガス流入口に主触媒燃焼器を
接続し、また上記加熱室内に、この加熱室内の迷路を仕
切る仕切り板を設け、この仕切り板の下側と上側の室を
補助触媒燃焼器を介して接続した構成となっている。
また上記主触媒燃焼器は予熱空気と燃料を混合するミ
キサと燃焼触媒とからなる１段燃焼器と、この１段燃焼
器からの燃焼ガスと燃料を混合するミキサと燃焼触媒と
からなる２段燃焼器とで構成されている。
キサと燃焼触媒とからなる１段燃焼器と、この１段燃焼
器からの燃焼ガスと燃料を混合するミキサと燃焼触媒と
からなる２段燃焼器とで構成されている。
補助触媒燃焼器は仕切り板の下側の室からの燃焼ガス
と燃料を混合するミキサと燃焼触媒とから構成されてい
る。
と燃料を混合するミキサと燃焼触媒とから構成されてい
る。
加熱室の上側を閉じ、かつ熱交換用の管体を支持する
缶板に補強用のリブを設けた構成となっている。
缶板に補強用のリブを設けた構成となっている。
熱交換用の管体を加熱室の上端を閉じる第１缶板に上
端を固着して加熱室内に設けた有底の加熱外管と、この
加熱外管内に挿入され、かつ上端を閉じ、下端を加熱外
管の底部で開放した内管と、上記第１缶板の上方に離間
して設けた第２缶板に上端を固着して上記内管内に挿入
され、かつ下端を加熱外管の底部で、また上端を第２缶
板の上側に開口した内挿内管とで構成すると共に、上記
内挿内管の下端部内面に絞り部を設け、この絞り部の外
側に冷却媒体管を接続し、かつ上記絞り部43の内側にノ
ズルにて連通した冷却媒体室を設け、上記熱交換用の管
体の加熱外管の開口部を原料ガス流入側に、また内挿内
管の上端を反応生成ガス出口側にそれぞれ対向させた構
成となっている。
端を固着して加熱室内に設けた有底の加熱外管と、この
加熱外管内に挿入され、かつ上端を閉じ、下端を加熱外
管の底部で開放した内管と、上記第１缶板の上方に離間
して設けた第２缶板に上端を固着して上記内管内に挿入
され、かつ下端を加熱外管の底部で、また上端を第２缶
板の上側に開口した内挿内管とで構成すると共に、上記
内挿内管の下端部内面に絞り部を設け、この絞り部の外
側に冷却媒体管を接続し、かつ上記絞り部43の内側にノ
ズルにて連通した冷却媒体室を設け、上記熱交換用の管
体の加熱外管の開口部を原料ガス流入側に、また内挿内
管の上端を反応生成ガス出口側にそれぞれ対向させた構
成となっている。
主触媒燃焼器からの燃焼ガスは加熱室内の迷路を通っ
て排ガス出口から排出され、その間に加熱室内に挿入さ
れた熱交換用の管体の外表面を加熱し、この管体内の流
体を加熱する。そして上記迷路を通る燃焼ガスは、加熱
室を上下方向に仕切る仕切り板の下側から上側へ流れる
間に補助触媒燃焼器にて燃焼加熱される。
て排ガス出口から排出され、その間に加熱室内に挿入さ
れた熱交換用の管体の外表面を加熱し、この管体内の流
体を加熱する。そして上記迷路を通る燃焼ガスは、加熱
室を上下方向に仕切る仕切り板の下側から上側へ流れる
間に補助触媒燃焼器にて燃焼加熱される。
主触媒燃焼器では、１段燃焼器にて750〜900℃の燃焼
が行なわれ、２段燃焼器にて1250〜1350℃の燃焼が行な
われる。
が行なわれ、２段燃焼器にて1250〜1350℃の燃焼が行な
われる。
主触媒燃焼器の１段燃焼器のミキサには予熱空気と燃
料が供給され、その他の触媒燃焼器のミキサには上流側
の燃焼ガスと燃料が供給される。
料が供給され、その他の触媒燃焼器のミキサには上流側
の燃焼ガスと燃料が供給される。
熱交換用の管体を構成する加熱外管内に流入した原料
ガスはこの加熱外管内で反応し、その後直ちに内挿内管
を通る間に、ノズルより噴霧される冷却媒体の蒸発潜熱
にて冷却されて副反応の発生が防止される。
ガスはこの加熱外管内で反応し、その後直ちに内挿内管
を通る間に、ノズルより噴霧される冷却媒体の蒸発潜熱
にて冷却されて副反応の発生が防止される。
本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
この実施例は、ボイラの場合であり、図中１は上方を
開放し、かつこの開放端にフランジ２を固着した有底の
外筒であり、この外筒１の内面に断熱材3aが張設してあ
る。またこれの開放端にも、これを閉じるように断熱材
3bが設けてある。
開放し、かつこの開放端にフランジ２を固着した有底の
外筒であり、この外筒１の内面に断熱材3aが張設してあ
る。またこれの開放端にも、これを閉じるように断熱材
3bが設けてある。
４は外筒１の開放端に固着される蓋体で、この蓋体４
は外筒１のフランジ２に気密状に固着されるフランジ５
と、このフランジ５に固着された筒体６と、この筒体６
の上側にフランジを介して気密状に固着され、かつ帽状
に形状されたカバー７とからなっており、筒体６の側面
に入口８が、カバー７の頂部に出口7aがそれぞれ設けて
ある。上記筒体６の入口８より下側には第１缶板９と第
２缶板10とが上下に離間して固着してある。下側に位置
する第１缶板９に、複数個の上端を開口した有底の加熱
外管11の開放端部が固着してあり、上側に位置する第２
缶板10に複数個の両端を開放した内管13の一端部が固着
してある。上記加熱外管11は外筒１内に構成される加熱
室14内に延設されており、また各内管13は上記各加熱外
管11内に挿入されている。上記加熱外管11は加熱室14内
でこれの直径方向に所定の空間をあけた位置に配設して
ある。またこの各加熱外管11は外筒１の開放端を閉じる
断熱材3bを貫通している。第２缶板10にはチムニ15が複
数本設けてあり、このチムニ15は蓋体４内上部に開放し
てある。上記加熱室14は複数個のバッフル16にて上下方
向に迷路状に仕切られている。またこのバッフル16によ
る迷路の途中の２個所にこの迷路を上下方向に仕切る仕
切り板17,17が設けてある。
は外筒１のフランジ２に気密状に固着されるフランジ５
と、このフランジ５に固着された筒体６と、この筒体６
の上側にフランジを介して気密状に固着され、かつ帽状
に形状されたカバー７とからなっており、筒体６の側面
に入口８が、カバー７の頂部に出口7aがそれぞれ設けて
ある。上記筒体６の入口８より下側には第１缶板９と第
２缶板10とが上下に離間して固着してある。下側に位置
する第１缶板９に、複数個の上端を開口した有底の加熱
外管11の開放端部が固着してあり、上側に位置する第２
缶板10に複数個の両端を開放した内管13の一端部が固着
してある。上記加熱外管11は外筒１内に構成される加熱
室14内に延設されており、また各内管13は上記各加熱外
管11内に挿入されている。上記加熱外管11は加熱室14内
でこれの直径方向に所定の空間をあけた位置に配設して
ある。またこの各加熱外管11は外筒１の開放端を閉じる
断熱材3bを貫通している。第２缶板10にはチムニ15が複
数本設けてあり、このチムニ15は蓋体４内上部に開放し
てある。上記加熱室14は複数個のバッフル16にて上下方
向に迷路状に仕切られている。またこのバッフル16によ
る迷路の途中の２個所にこの迷路を上下方向に仕切る仕
切り板17,17が設けてある。
上記加熱室14の底部でバッフル16にて構成される迷路
の下端部に主触媒燃焼器18の燃焼ガス流入口19が開口し
てある。また上記各仕切り板17の上下の位置の側壁に外
側に連通する通路20a,20bが設けてあり、この両通路20
a,20b間に、外筒１の外側に設けられた補助触媒燃焼器2
1a,21bが介装してある。さらに加熱室14の上端部に排ガ
ス出口14aが設けてある。
の下端部に主触媒燃焼器18の燃焼ガス流入口19が開口し
てある。また上記各仕切り板17の上下の位置の側壁に外
側に連通する通路20a,20bが設けてあり、この両通路20
a,20b間に、外筒１の外側に設けられた補助触媒燃焼器2
1a,21bが介装してある。さらに加熱室14の上端部に排ガ
ス出口14aが設けてある。
上記主触媒燃焼器18は１段燃焼器22aと２段燃焼器22b
とからなっていて、１段燃焼器22aは、予熱空気入口23
と燃料入口24を有するミキサ25aと、このミキサ25aの下
流側に位置する燃焼触媒26aとからなり、また２段燃焼
器22bは、１段燃焼器22aの燃焼触媒26aの下流側に位置
するミキサ25bと、このミキサ25bの下流側に位置する燃
焼触媒26bとからなっている。
とからなっていて、１段燃焼器22aは、予熱空気入口23
と燃料入口24を有するミキサ25aと、このミキサ25aの下
流側に位置する燃焼触媒26aとからなり、また２段燃焼
器22bは、１段燃焼器22aの燃焼触媒26aの下流側に位置
するミキサ25bと、このミキサ25bの下流側に位置する燃
焼触媒26bとからなっている。
補助触媒燃焼器21a,21bはミキサ27a,27bと燃焼触媒28
a,28bとからなっていて、ミキサ27a,27bが仕切り板17,1
7の下側（上流側）の通路20aに、燃焼触媒28a,28bが上
側（下流側）の通路20bに接続してある。また上記第２
燃焼器22bと補助触媒燃焼器21a,21bの各ミキサ25b,27a,
27bにはそれぞれ燃料供給管29a,29b,29cが接続してあ
る。
a,28bとからなっていて、ミキサ27a,27bが仕切り板17,1
7の下側（上流側）の通路20aに、燃焼触媒28a,28bが上
側（下流側）の通路20bに接続してある。また上記第２
燃焼器22bと補助触媒燃焼器21a,21bの各ミキサ25b,27a,
27bにはそれぞれ燃料供給管29a,29b,29cが接続してあ
る。
上記バッフル板16及び仕切り板17の外周部は第２図に
示すように、外筒１の断熱材3aの内側に設けたスリーブ
30にて支持されている。また仕切り板17は上下に重なる
２枚の板材17a,17bとからなっていて、この両板材17a,1
7bの間に外管11の外周部をシールするシール部材31が挟
持されている。この挟持部は溝状になっていて、この溝
部にドーナツ状のシール部材31が挟持されている。
示すように、外筒１の断熱材3aの内側に設けたスリーブ
30にて支持されている。また仕切り板17は上下に重なる
２枚の板材17a,17bとからなっていて、この両板材17a,1
7bの間に外管11の外周部をシールするシール部材31が挟
持されている。この挟持部は溝状になっていて、この溝
部にドーナツ状のシール部材31が挟持されている。
加熱室14の上側を閉じる第１缶板９は加熱室14の内圧
を受けるので、相応の強度が必要である。加熱室14内の
圧力が高い場合にはこの第１缶板９は平板であるため板
厚が厚くなるので、第３図、第４図に示すように、第１
缶板９の下側にリブ32を設ける。
を受けるので、相応の強度が必要である。加熱室14内の
圧力が高い場合にはこの第１缶板９は平板であるため板
厚が厚くなるので、第３図、第４図に示すように、第１
缶板９の下側にリブ32を設ける。
上記構成において、主触媒燃焼器18では、これの予熱
空気入口23から予熱空気を、また燃料入口24から燃料を
供給することにより、まず第１段燃焼器22aにて750〜90
0℃の燃焼が行なわれる。そしてその燃焼ガスは２段燃
焼器22bで再び燃料と混合されてここで1250〜1350℃の
燃焼が行なわれ、その燃焼ガスが燃焼ガス流入口19より
加熱室14に構成された迷路の下端部に流入される。
空気入口23から予熱空気を、また燃料入口24から燃料を
供給することにより、まず第１段燃焼器22aにて750〜90
0℃の燃焼が行なわれる。そしてその燃焼ガスは２段燃
焼器22bで再び燃料と混合されてここで1250〜1350℃の
燃焼が行なわれ、その燃焼ガスが燃焼ガス流入口19より
加熱室14に構成された迷路の下端部に流入される。
この主触媒燃焼器18からの燃焼ガスは加熱室14の迷路
を流れ、この加熱室14内の加熱外筒11を外側から加熱す
る。そしてこの加熱室14の迷路を流れる加熱ガスは仕切
り板17がある位置で通路20a,20bに導かれて補助触媒燃
焼器21a,21bにて順次燃焼加熱される。
を流れ、この加熱室14内の加熱外筒11を外側から加熱す
る。そしてこの加熱室14の迷路を流れる加熱ガスは仕切
り板17がある位置で通路20a,20bに導かれて補助触媒燃
焼器21a,21bにて順次燃焼加熱される。
すなわち、加熱室14の底部に流入した1250〜1350℃の
燃焼ガスは迷路を上昇する間に加熱外管11に熱をうばわ
れて温度が低下し、仕切り板17で仕切られた部分では75
0〜800℃程度になる。そしてこの低温になった燃焼ガス
は第１の補助触媒燃焼器21aにて燃焼加熱されて1250〜1
350℃の燃焼ガスとなって仕切り板17の上側に再び流入
する。この作用を順次繰り返して燃焼ガスは加熱室14の
上端部に設けた排ガス出口14aより600℃程度の低温にな
って排出される。そしてこの間に加熱外管11を外側から
加熱する。
燃焼ガスは迷路を上昇する間に加熱外管11に熱をうばわ
れて温度が低下し、仕切り板17で仕切られた部分では75
0〜800℃程度になる。そしてこの低温になった燃焼ガス
は第１の補助触媒燃焼器21aにて燃焼加熱されて1250〜1
350℃の燃焼ガスとなって仕切り板17の上側に再び流入
する。この作用を順次繰り返して燃焼ガスは加熱室14の
上端部に設けた排ガス出口14aより600℃程度の低温にな
って排出される。そしてこの間に加熱外管11を外側から
加熱する。
なお上記第２段以下の触媒燃焼器の各ミキサ25b,27a,
27bには燃料が供給される。
27bには燃料が供給される。
上記燃焼加熱作用における空気の供給は主触媒燃焼器
18の予熱空気入口23から供給されるだけであり、この空
気中の酸素が順次下流側の燃焼器で消費され、加熱室14
の排ガス出口14aから排出される排ガス中の残存酸素は
殆どゼロになる。排ガス出口14aから排出される排ガス
の流出経路に上記主触媒燃焼器18に供給する予熱空気用
の熱交換器が設けてあり、ここで上記予熱空気が予熱さ
れる。これにより、排ガス中の顕熱が回収され、加熱装
置全体の熱効率が94％程度になる。
18の予熱空気入口23から供給されるだけであり、この空
気中の酸素が順次下流側の燃焼器で消費され、加熱室14
の排ガス出口14aから排出される排ガス中の残存酸素は
殆どゼロになる。排ガス出口14aから排出される排ガス
の流出経路に上記主触媒燃焼器18に供給する予熱空気用
の熱交換器が設けてあり、ここで上記予熱空気が予熱さ
れる。これにより、排ガス中の顕熱が回収され、加熱装
置全体の熱効率が94％程度になる。
また、燃焼ガスの温度は最高1350℃程度であるので、
燃焼ガス中に公害物質のNOxの発生が殆どなくなり、排
ガス経路中に脱硝装置を設ける必要はない。
燃焼ガス中に公害物質のNOxの発生が殆どなくなり、排
ガス経路中に脱硝装置を設ける必要はない。
一方このとき、蓋体４を構成する筒体６に設けた入口
８より水を供給する。この水は第２缶板10に固着した内
管13より加熱外管11の底部へ流下し、加熱外管11を上昇
して、第１缶板９と第２缶板10の間に至り、この間に加
熱室14からの加熱により蒸気となる。この蒸気は第２缶
板10に設けたチムニ15より蓋体４の頂部へ抜ける。この
とき、チムニ15より液まじりの蒸気が上昇し、蒸気はそ
のまま出口7aより流出し、水は第２缶板10上の熱水滞留
部へ落ちる。
８より水を供給する。この水は第２缶板10に固着した内
管13より加熱外管11の底部へ流下し、加熱外管11を上昇
して、第１缶板９と第２缶板10の間に至り、この間に加
熱室14からの加熱により蒸気となる。この蒸気は第２缶
板10に設けたチムニ15より蓋体４の頂部へ抜ける。この
とき、チムニ15より液まじりの蒸気が上昇し、蒸気はそ
のまま出口7aより流出し、水は第２缶板10上の熱水滞留
部へ落ちる。
主触媒燃焼器18が２段になっている理由は予熱空気に
よる低温燃焼と燃焼ガスによる高温燃焼を行なうためで
あり、第１段燃焼器22aに使用する燃焼触媒26aは低温で
着火させるために白金、パラジウム等が用いられ、また
触媒毒となる硫黄分等を含有しない燃料を使用する。な
お上記触媒は1000℃以上では寿命が短く、長期の使用に
耐えないので、900℃以下で使用する。
よる低温燃焼と燃焼ガスによる高温燃焼を行なうためで
あり、第１段燃焼器22aに使用する燃焼触媒26aは低温で
着火させるために白金、パラジウム等が用いられ、また
触媒毒となる硫黄分等を含有しない燃料を使用する。な
お上記触媒は1000℃以上では寿命が短く、長期の使用に
耐えないので、900℃以下で使用する。
２段燃焼器22bには上記１段燃焼器22aからの高温の燃
焼ガスが流入するので、これに使用する燃焼触媒26bは
炭化珪素のモノリスだけでよく、炭化珪素の壁面だけに
て接触燃焼が起る。
焼ガスが流入するので、これに使用する燃焼触媒26bは
炭化珪素のモノリスだけでよく、炭化珪素の壁面だけに
て接触燃焼が起る。
例えば燃料が灯油の場合では700℃以上で接触燃料が
起る。
起る。
この２段目の燃焼触媒26bはこれの壁面にて接触燃焼
するので、触媒としての劣化がなく、1350℃以下におい
ては寿命の心配もなく、硫黄分等の触媒毒を含有する燃
料も使用可能であり、燃料コストも安くなる。
するので、触媒としての劣化がなく、1350℃以下におい
ては寿命の心配もなく、硫黄分等の触媒毒を含有する燃
料も使用可能であり、燃料コストも安くなる。
バッフル16及び仕切り板17はセラミックス製、例えば
1300℃以下の場合はβコージライト等の低膨脹セラミッ
クスの板材が用いられる。また仕切り板17と外管11との
間に介装するドーナツ状のシール部材31はセラミックス
製の布、例えばアルミナ、ボリア、シリカの３成分より
なるセラミックスファイバ（ネクステル：商品名）を重
ね合わせて縫った構成となっている。なおこれは、セラ
ミックス製の繊維で作られた筒状の網の内部にセラミッ
クス繊維（セラミックファイバ）を詰め込んだドーナツ
リングを入れてもよい。
1300℃以下の場合はβコージライト等の低膨脹セラミッ
クスの板材が用いられる。また仕切り板17と外管11との
間に介装するドーナツ状のシール部材31はセラミックス
製の布、例えばアルミナ、ボリア、シリカの３成分より
なるセラミックスファイバ（ネクステル：商品名）を重
ね合わせて縫った構成となっている。なおこれは、セラ
ミックス製の繊維で作られた筒状の網の内部にセラミッ
クス繊維（セラミックファイバ）を詰め込んだドーナツ
リングを入れてもよい。
運転状態では、外管11は温度が高くなり、長さ方向な
らび直径方向に膨脹する。
らび直径方向に膨脹する。
このときセラミックス製のバッフル16も熱膨脹する
が、これは小さいため、直径方向の変形はシール部材31
を締め付ける作用となり、ガスシール機能は向上され
る。
が、これは小さいため、直径方向の変形はシール部材31
を締め付ける作用となり、ガスシール機能は向上され
る。
加熱外管11は長手方向にも熱膨脹するのでシールリン
グ31はこれの軸方向に相対的に移動する。
グ31はこれの軸方向に相対的に移動する。
次に加熱室14における燃焼ガスの熱利用について説明
する。
する。
燃焼ガスの利用温度を例えば1300℃から600℃とした
１段燃焼器の加熱装置と、３段燃焼を採用し、１段及び
２段の燃焼ガスは1300℃から800℃とし、３段の燃焼装
置の場合、１段、２段の燃焼ガスは1300℃から800℃と
し、第３段の燃焼ガスは1300℃から600℃を利用する場
合の比較すると次のようになる。
１段燃焼器の加熱装置と、３段燃焼を採用し、１段及び
２段の燃焼ガスは1300℃から800℃とし、３段の燃焼装
置の場合、１段、２段の燃焼ガスは1300℃から800℃と
し、第３段の燃焼ガスは1300℃から600℃を利用する場
合の比較すると次のようになる。
加熱管（加熱外管11）と被加熱物との間の伝熱係数、
ならびに燃焼ガスと加熱管との間の伝熱係数を同じとす
ると、伝熱量は燃焼ガスと加熱管表面の温度差△Ｔの関
数となる。
ならびに燃焼ガスと加熱管との間の伝熱係数を同じとす
ると、伝熱量は燃焼ガスと加熱管表面の温度差△Ｔの関
数となる。
被加熱側を200kg/cm2の水の蒸発温度365℃で一定とし
た場合に、１段燃焼の加熱器の場合は平均温度差は約50
6℃となり、３段燃焼の加熱器では平均温度差は約600℃
となる。
た場合に、１段燃焼の加熱器の場合は平均温度差は約50
6℃となり、３段燃焼の加熱器では平均温度差は約600℃
となる。
それ故、加熱外管の伝熱面積は506/600≒0.843、すな
わち、約85％でよく小型化できる。
わち、約85％でよく小型化できる。
上記のことは下記のことから明らかになる。
すなわち、１段燃焼の加熱器の場合は、 △T1＝1300−365＝935 △T2＝600−365＝235 ただし、△T1,△T2は加熱室内の温度が1300℃、600℃
のときの加熱外管11の内外の温度差、365℃は200kg/cm2
の水の蒸発温度、 ３段燃焼の加熱器では、 △Ｔ′１＝1300−365＝935 △Ｔ′２＝600−365＝235 △Ｔ″１＝1300−365＝935 △Ｔ″２＝800−365＝435 総合の平均温度差△TmTは となり、加熱外管11の伝熱面積は506.9/604.5＝0.838と
なる。すなわち約85％で良く装置が小型化される。
のときの加熱外管11の内外の温度差、365℃は200kg/cm2
の水の蒸発温度、 ３段燃焼の加熱器では、 △Ｔ′１＝1300−365＝935 △Ｔ′２＝600−365＝235 △Ｔ″１＝1300−365＝935 △Ｔ″２＝800−365＝435 総合の平均温度差△TmTは となり、加熱外管11の伝熱面積は506.9/604.5＝0.838と
なる。すなわち約85％で良く装置が小型化される。
なお上記において、△Ｔ′１、△Ｔ′２は第１図に示
す実施例における主触媒燃焼器18及び第１の補助触媒燃
焼器21aからの燃焼ガスによる加熱部における高温、低
温部の加熱外管11の内外の温度差、△Ｔ″１、△Ｔ″２
は第２の補助触媒燃焼器21bからの燃焼ガスによる加熱
部の高、低温部の温度差である。
す実施例における主触媒燃焼器18及び第１の補助触媒燃
焼器21aからの燃焼ガスによる加熱部における高温、低
温部の加熱外管11の内外の温度差、△Ｔ″１、△Ｔ″２
は第２の補助触媒燃焼器21bからの燃焼ガスによる加熱
部の高、低温部の温度差である。
第５図以下は本発明の他の実施態様例を示す。
第５図は加熱外管11と内管13との間のドーナツ状の空
間に触媒35を充填して反応器として使用する場合であ
る。
間に触媒35を充填して反応器として使用する場合であ
る。
原料ガス入口36から入った原料ガスは加熱されながら
触媒35が充填されたドーナツリング中を下降しながら反
応する。反応が完了した反応生成ガスは内管13を上昇し
て反応生成ガス集合室37に入り、出口管38より外部に取
り出される。
触媒35が充填されたドーナツリング中を下降しながら反
応する。反応が完了した反応生成ガスは内管13を上昇し
て反応生成ガス集合室37に入り、出口管38より外部に取
り出される。
上記内管13を上昇する反応生成ガスは内管13を上昇す
る間にドーナツリングを下降する原料ガスと熱交換して
熱回収するが、内管13の内側に第６図、第７図に示すよ
うに内部パイプ38を挿入してガスの流速を早くすると効
果的である。
る間にドーナツリングを下降する原料ガスと熱交換して
熱回収するが、内管13の内側に第６図、第７図に示すよ
うに内部パイプ38を挿入してガスの流速を早くすると効
果的である。
この実施例の場合、比較的圧力が低いので第１缶板９
には補強用のリブは必要ない。
には補強用のリブは必要ない。
第８図は取扱いガスが高圧の場合のもので、蒸気の過
熱器またはエチレンの分解炉等、触媒を必要としない熱
分解炉として使用する場合である。
熱器またはエチレンの分解炉等、触媒を必要としない熱
分解炉として使用する場合である。
蒸気の過熱器として使用する場合は蒸気入口40から低
温の蒸気が入り、加熱外管11と内管13で形成されるドー
ナツリング状の通路を下降しながら加熱され、加熱外管
11の先端でＵターンして内管13を上昇し、出口41から取
出される。
温の蒸気が入り、加熱外管11と内管13で形成されるドー
ナツリング状の通路を下降しながら加熱され、加熱外管
11の先端でＵターンして内管13を上昇し、出口41から取
出される。
この場合、内管13を固定する第２缶板10は、入口と出
口の圧力差、すなわち、加熱器の蒸気流路の圧力損失分
の圧力差しかないので比較的薄い板でよい。
口の圧力差、すなわち、加熱器の蒸気流路の圧力損失分
の圧力差しかないので比較的薄い板でよい。
加熱外管11の先端で高温になった蒸気（反応ガス）は
入口の蒸気（原料ガス）と内管13の壁面で熱交換されて
温度が低下するので、必要温度よりも温度降下分だけ高
い温度まで加熱しなくてはならない。
入口の蒸気（原料ガス）と内管13の壁面で熱交換されて
温度が低下するので、必要温度よりも温度降下分だけ高
い温度まで加熱しなくてはならない。
必要温度が高い（800〜850℃）場合には加熱外管11の
スキン温度に制限があるため、燃焼温度を低くし、伝熱
面積を大きくしなくてはならないので、第９図に示すよ
うに、内部挿入管42を入れるのが望ましい。
スキン温度に制限があるため、燃焼温度を低くし、伝熱
面積を大きくしなくてはならないので、第９図に示すよ
うに、内部挿入管42を入れるのが望ましい。
第10図はエチレンの分解炉のように、反応生成ガスを
急冷して副反応を防止する目的に使用するもので、内管
13内に、上下端を開放した内部挿入管42を挿入すると共
に内管13の上端を閉じ、また内部挿入管42の下端部を絞
り、かつこの絞り部43の外側に、絞り部43の内側にノズ
ル44aにて連通した冷却媒体室44が設けてある。そして
この冷却媒体室44に冷却媒体管45を介して冷却媒体供給
管46に接続されている。
急冷して副反応を防止する目的に使用するもので、内管
13内に、上下端を開放した内部挿入管42を挿入すると共
に内管13の上端を閉じ、また内部挿入管42の下端部を絞
り、かつこの絞り部43の外側に、絞り部43の内側にノズ
ル44aにて連通した冷却媒体室44が設けてある。そして
この冷却媒体室44に冷却媒体管45を介して冷却媒体供給
管46に接続されている。
流入口6aより流入した原料ガスは加熱外管11を下降し
ながら所定温度まで加熱され、必要な滞留時間（反応時
間）を確保した後、加熱外管11の先端でＵターンする。
ながら所定温度まで加熱され、必要な滞留時間（反応時
間）を確保した後、加熱外管11の先端でＵターンする。
反応生成ガスは内管13の上端は閉じられているので、
内部挿入管42の先端の絞り部43を流れてこの内部挿入管
42を上昇する。このとき、上記絞り部43は内にノズル44
aより冷却媒体（水）が噴霧され、これが気化するとき
の潜熱により冷却媒体にて冷却されているので、この部
分を通る間に反応生成ガスは急冷される。
内部挿入管42の先端の絞り部43を流れてこの内部挿入管
42を上昇する。このとき、上記絞り部43は内にノズル44
aより冷却媒体（水）が噴霧され、これが気化するとき
の潜熱により冷却媒体にて冷却されているので、この部
分を通る間に反応生成ガスは急冷される。
この急冷温度は副反応の防止可能の温度で下流側にて
熱回収するのに装置が小さくなるようなできるかぎり高
い温度（250〜300℃）とすることが望ましい。
熱回収するのに装置が小さくなるようなできるかぎり高
い温度（250〜300℃）とすることが望ましい。
冷却媒体として水を使用する場合には潜熱が大きいの
で、その量が少なくてよく、この水の量を調節すること
により反応生成ガスの温度は容易に調節可能である。
で、その量が少なくてよく、この水の量を調節すること
により反応生成ガスの温度は容易に調節可能である。
本発明によれば、加熱室内での被加熱面の伝熱面積を
小さくすることができ、これにより加熱装置全体の小型
化を図ることができると共に、熱損失が少なくなって熱
効率の向上を図ることができる。また、制御された燃焼
温度内で燃焼空気中の酸素の殆ど全量を利用できると共
に公害物質の発生を抑えることができる。
小さくすることができ、これにより加熱装置全体の小型
化を図ることができると共に、熱損失が少なくなって熱
効率の向上を図ることができる。また、制御された燃焼
温度内で燃焼空気中の酸素の殆ど全量を利用できると共
に公害物質の発生を抑えることができる。
また本発明によれば、熱交換用の管体を構成する内管
13の上端を閉じると共に、この内管13内に上下端を開口
した内挿内管を内挿し、この内挿内管の下端部に絞りを
設けると共に、この絞り部を冷却することにより、熱交
換用の管体の加熱外管の開口部から流入して加熱外管内
で反応生成ガスはその反応終端部で直ちに冷却され、反
応生成ガスの副反応が防止される。
13の上端を閉じると共に、この内管13内に上下端を開口
した内挿内管を内挿し、この内挿内管の下端部に絞りを
設けると共に、この絞り部を冷却することにより、熱交
換用の管体の加熱外管の開口部から流入して加熱外管内
で反応生成ガスはその反応終端部で直ちに冷却され、反
応生成ガスの副反応が防止される。
図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は断面図、
第２図は仕切り板部の拡大断面図、第３図は缶板部の拡
大断面図、第４図は第１缶板の下面図、第５図は反応器
としての使用例を示す要部の断面図、第６図は加熱外管
部の構成を示す断面図、第７図はその平面図、第８図は
高圧ガスの熱分解炉としての使用例を示す要部の断面
図、第９図はその加熱外管部の構成の一例を示す断面
図、第10図は反応生成ガスの分解炉として使用例の要部
を示す断面図である。 １は外筒、9,10は缶板、11は加熱外管、13は内管、14は
加熱室、14aは排ガス出口、18は主触媒燃焼器、19は燃
焼ガス流入口、21a,21bは補助触媒燃焼器、22a,22bは1,
2段燃焼器、25a,25b,27a,27bはミキサ、26a,26b,28a,28
bは燃焼触媒、32はリブ、42は内挿内管、43は絞り、44
は冷却媒体室、45は冷却媒体管。
第２図は仕切り板部の拡大断面図、第３図は缶板部の拡
大断面図、第４図は第１缶板の下面図、第５図は反応器
としての使用例を示す要部の断面図、第６図は加熱外管
部の構成を示す断面図、第７図はその平面図、第８図は
高圧ガスの熱分解炉としての使用例を示す要部の断面
図、第９図はその加熱外管部の構成の一例を示す断面
図、第10図は反応生成ガスの分解炉として使用例の要部
を示す断面図である。 １は外筒、9,10は缶板、11は加熱外管、13は内管、14は
加熱室、14aは排ガス出口、18は主触媒燃焼器、19は燃
焼ガス流入口、21a,21bは補助触媒燃焼器、22a,22bは1,
2段燃焼器、25a,25b,27a,27bはミキサ、26a,26b,28a,28
bは燃焼触媒、32はリブ、42は内挿内管、43は絞り、44
は冷却媒体室、45は冷却媒体管。
Claims (5)
- 【請求項１】熱交換用の管体を挿入した加熱室14内に、
この加熱室14内に上下方向の迷路を構成する複数個のバ
ッフルプレート16を上記管体を貫通させて設け、上記加
熱室14の底部に燃焼ガス流入口19を、また上部に排ガス
出口14aを設けてなる加熱装置において、上記燃焼ガス
流入口19に主触媒燃焼器18を接続し、また上記加熱室14
内に、この加熱室14内の迷路を仕切る仕切り板17を設
け、この仕切り板17の下側と上側の室を補助触媒燃焼器
21a,21bを介して接続したことを特徴とする加熱装置。 - 【請求項２】主触媒燃焼器18を予熱空気と燃料を混合す
るミキサ25aと燃焼触媒26aとからなる１段燃焼器22a
と、この１段燃焼器からの燃焼ガスと燃料を混合するミ
キサ25bと燃焼触媒26bとからなる２段燃焼器22bとで構
成したことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。 - 【請求項３】補助触媒燃焼器21a,21bを仕切り板17の下
側の室からの燃焼ガスと燃料を混合するミキサ27a,27b
と、燃焼触媒28a,28bとで構成したことを特徴とする請
求項１記載の加熱装置。 - 【請求項４】加熱室14の上側を閉じ、かつ熱交換用の管
体を支持する缶板に補強用のリブ32を設けたことを特徴
とする請求項１記載の加熱装置。 - 【請求項５】熱交換用の管体を加熱室14の上端を閉じる
第１缶板９に上端を固着して加熱室14内に設けた有底の
加熱外管11と、この加熱外管11内に挿入され、かつ上端
を閉じ、下端を加熱外管11の底部で開放した内管13と、
上記第１缶板９の上方に離間して設けた第２缶板10に上
端を固着して上記内管13内に挿入され、かつ下端を加熱
外管11の底部で、また上端を第２缶板10の上側に開口し
た内挿内管42とで構成すると共に、上記内挿内管42の下
端部内面に絞り43を設け、この絞り部43の外側に冷却媒
体管45を接続し、かつ上記絞り部43の内側にノズル44a
にて連通した冷却媒体室44を設け、上記熱交換用の管体
の加熱外管11の開口部を原料ガス流入側に、また内挿内
管42の上端を反応生成ガス出口側にそれぞれ対向させた
ことを特徴とする請求項１記載の加熱装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1071862A JP2631892B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 加熱装置 |
| PCT/JP1990/000408 WO1990011473A1 (en) | 1989-03-27 | 1990-03-27 | Heating device |
| EP90904946A EP0416132B1 (en) | 1989-03-27 | 1990-03-27 | Heating device |
| US07/613,736 US5069169A (en) | 1989-03-27 | 1990-03-27 | Tube-in-shell heating apparatus |
| DE69024566T DE69024566T2 (de) | 1989-03-27 | 1990-03-27 | Heizungsanordnung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1071862A JP2631892B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 加熱装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02254202A JPH02254202A (ja) | 1990-10-15 |
| JP2631892B2 true JP2631892B2 (ja) | 1997-07-16 |
Family
ID=13472753
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1071862A Expired - Lifetime JP2631892B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 加熱装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5069169A (ja) |
| EP (1) | EP0416132B1 (ja) |
| JP (1) | JP2631892B2 (ja) |
| DE (1) | DE69024566T2 (ja) |
| WO (1) | WO1990011473A1 (ja) |
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-
1990
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Cited By (2)
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