JP2921317B2 - 触媒燃焼器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼器に係わり、特に高
負荷域において触媒燃焼を行う触媒燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料と空気の混合気を燃焼させて高温ガ
スを発生する燃焼器として、近年窒素酸化物排出量を低
減する観点から触媒燃焼器が使用されている。しかし実
用化されている触媒燃焼器にあっては、始動時触媒を暖
機する必要のあること、急速な負荷上昇に対する応答性
が十分でないこと等の理由から火炎燃焼器を組み合わせ
て使用することが一般的である。

【０００３】このような触媒燃焼と火炎燃焼とを適宜切
り替えて運転を行う触媒燃焼器にあっては燃焼状態を適
切に切り替えることが重要であり、各種の提案がなされ
ている。例えば触媒燃焼器を２重同心円状に形成し、外
側流路に円盤状の触媒を配設するとともに内側流路を触
媒のバイパス流路として使用する触媒燃焼器が提案され
ている（特開昭６３−１６３７１６号公報参照）。

【０００４】そして高負荷時に触媒燃焼を行う場合には
内側流路をバイパス弁で遮断することとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記提案
にかかる触媒燃焼器にあっては、触媒の上流側に主燃料
噴射ノズルを設置する構造であるためバイパス弁を閉状
態とした場合には、主燃料噴射ノズルから噴射された燃
料がバイパス弁に付着するだけでなく内側流路に滞留し
易いため、燃料流量の制御性、燃費の悪化は避けること
ができなかった。さらに触媒燃焼と火炎燃焼とを切り替
える際に排気ガスの性状が悪化することもあった。

【０００６】本発明は上記問題点に鑑みなされたもので
あって、燃料流量制御性および排気ガス性状の悪化を招
くことなく燃焼状態を切り替えることの可能な触媒燃焼
器を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる触媒燃焼
器は、内部に燃料噴射ノズルから燃料が噴射される空気
供給流路と、空気供給流路から分岐するバイパス流路
と、バイパス流路の下流に設置される火炎燃焼部と、空
気供給流路の下流に設置されバイパス流路の分岐方向と
略反対方向に伸長した後反転して火炎燃焼部に接続する
主流路と、主流路内に設置される触媒と、バイパス流路
の分岐位置に設置され空気供給流路から供給される混合
気のバイパス流路を介する直接前記火炎燃焼部への流入
を制御する仕切り弁を具備する。

【０００８】

【作用】低負荷時には仕切り弁を開弁することにより、
燃焼用空気と燃料との混合気を触媒をバイパスするバイ
パス流路を介して直接火炎燃焼部に供給して火炎燃焼が
なされる。高負荷時には仕切り弁を閉弁することによ
り、混合気を仕切り弁の触媒燃焼器ガス流れ方向直上流
に開口する主流路を介して触媒に供給して触媒燃焼がな
される。

【０００９】

【実施例】図１および図２は本発明にかかる触媒燃焼器
の第１の実施例の縦断面図および横断面図であって、２
重円筒状の構造である。外筒１１はビン状に形成され、
外筒１１の底部はいわゆるめくらフランジ１１０で蓋が
され、外筒１１の出口部は徐々に口径の減少するテーパ
ー状に形成され、例えば出力タービンに接続される。

【００１０】外筒１１の内部には円盤状の高温触媒１２
１および１２２が配設される。高温触媒１２１および１
２２を貫通して内筒１３が配設され、内筒１３の底部に
は貴金属触媒１４が設置される。内筒１３の上部には外
筒１１を貫通する空気供給流路１５が接続され、内筒１
３の上端面には開口１３１が設けられている。

【００１１】この開口１３１はスライド可能に配設され
た仕切り弁１６により開閉することが可能な構造となっ
ている。空気供給流路１５中には燃料供給管１７０が内
筒１３の中心にまで差し込まれ、先端には燃料噴射ノズ
ル１７が設置されている。さらに外筒１１の出口部には
点火プラグ１８が設置される。

【００１２】また点火プラグ１８より出口側には空気孔
１１１が設けられ、この空気孔１１１から吸入される空
気量は空気孔１１１の周囲でスライド可能に設置された
ライナ１１２の回転角を調節することにより調節可能な
構造となっている。そして仕切り弁１６とライナ１１２
とはリンク機構（図示せず。）によって１つのアクチュ
エータ（図示せず。）により、仕切り弁１６が開となる
時は空気孔１１１が全開となり、仕切り弁１６が閉とな
る時は空気孔１１１が全閉となるように駆動される。

【００１３】外筒１１の底部Ａは低温触媒燃焼部を、中
間部Ｂは高温触媒燃焼部を、そしてテーパー状の出口部
Ｃは火炎燃焼部を構成し、触媒燃焼器が定格で運転中は
仕切り弁１６および空気孔１１１は閉に、定格以外で運
転中は仕切り弁１６および空気孔１１１は開に制御され
る。なお内筒１３の上端面に設けられた開口１３１はバ
イパス流路を形成し、内筒１３内流路、外筒１１の底部
Ａおよび外筒１１と内筒１３との間の流路は主流路を形
成する。

【００１４】図３は本発明にかかる触媒燃焼器を使用し
たガスタービンの運転曲線であって、縦軸にガスタービ
ン回転数およびガスタービン出力、横軸に時間をとる。
なお最下欄は燃焼状態を表す。即ちガスタービン始動時
は触媒が暖機しておらず触媒燃焼を行うことができない
ため、仕切り弁１６を開として火炎燃焼を行う。

【００１５】その後例えばセルモータである始動装置を
外し、自力で無負荷状態まで回転上昇を行う。回転上昇
の過程でまず低温で暖機が完了する貴金属触媒１４の暖
機が完了すると、仕切り弁１６を徐々に閉弁して、火炎
燃焼を継続するとともに貴金属触媒１４による触媒燃焼
を開始する。

【００１６】貴金属触媒１４で発生した燃焼ガスは外筒
１１の底で反転して、外筒１１と内筒１３の間の流路を
流れ、高温触媒１２１および１２２を暖機して出口に排
出される。そして高温触媒１２１および１２２の暖機が
完了すると仕切り弁１６を全閉として火炎燃焼を停止
し、触媒燃焼による運転に移行し、例えば駆動輪である
負荷を駆動することが可能となる。

【００１７】なお高温触媒１２１および１２２の暖機が
完了したことは、例えば高温触媒触１２１および１２２
の下流に熱電対（図示せず。）を設置し燃焼ガスの温度
を監視することにより知ることができる。ガスタービン
を停止する際は仕切り弁１６を一気に全開とし点火プラ
グ１８を作動させて火炎燃焼とする。

【００１８】また急激な負荷上昇が要求される場合には
仕切り弁１６を急速開し、点火プラグによって点火する
ことにより火炎燃焼を行い触媒燃焼の応答の遅さを補う
ことも可能である。図４は本発明の第２の実施例の縦断
面図であって、内筒１３を第１の内筒１３１と第２の内
筒１３２に分割することにより熱膨張に適合可能として
いる。

【００１９】即ち第１の内筒１３１と第２の内筒１３２
とは相互にスライド可能に嵌合しており、空気供給流路
１５によって一端が固定されている第１の内筒１３１の
熱膨張による伸びが拘束されることがなく、外側に設置
される高温触媒１２１および１２２の割れの発生を抑制
することが可能となる。また第１の内筒１３１と第２の
内筒１３２との重なり部分に第１の内筒１３１が伸びた
状態で開、縮んだ状態で閉となる補助空気孔１３３を設
けることも可能である。

【００２０】この補助空気孔１３３は高負荷運転時に混
合気で下流側高温触媒１２２を冷却し下流側高温触媒１
２２が破損することを防止する機能も果たす。

【００２１】

【発明の効果】本発明にかかる触媒燃焼器によれば、低
負荷時には仕切り弁を開弁し混合気を触媒をバイパスし
て直接火炎燃焼部に供給し火炎燃焼を行うことにより安
定な燃焼を確保して触媒を暖機することが可能となる。
また、高負荷時には仕切り弁を閉弁して仕切り弁の略反
対側に開口する主流路を介して混合気を触媒に供給する
ことにより、バイパス流路に混合気が滞留することなく
全量確実に触媒に供給されるため燃料流量制御性を損う
ことなく燃費の悪化を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は第１の実施例の縦断面図である。

【図２】図２は第１の実施例の横断面図である。

【図３】図３は本発明にかかる触媒燃焼器を使用したガ
スタービンの起動曲線である。

【図４】図４は第２の実施例の縦断面図である。

【符号の説明】

１１…外筒１１０…めくらフランジ １１１…空気孔 １１２…ライナ １２１、１２２…高温触媒 １３…内筒 １３１…開口 １４…貴金属触媒 １５…空気供給流路 １６…仕切り弁１７０…燃料供給管 １７…燃料噴射ノズル １８…点火プラグ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部に燃料噴射ノズルから燃料が噴射さ
   れる空気供給流路と、 前記空気供給流路から分岐するバイパス流路と、 前記バイパス流路の下流に設置される火炎燃焼部と、 前記空気供給流路の下流に設置され、前記バイパス流路
   の分岐方向と略反対方向に伸長した後反転して前記火炎
   燃焼部に接続する主流路と、 前記主流路内に設置される触媒と、を具備する触媒燃焼
   器において、 前記バイパス流路の分岐位置に設置され、前記空気供給
   流路から供給される混合気の前記バイパス流路を介する
   直接前記火炎燃焼部への流入を制御する仕切り弁をさら
   に具備することを特徴とした触媒燃焼器。