JP3181055B2 - 稀薄予混合／予気化方法および装置 - Google Patents

稀薄予混合／予気化方法および装置

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は、稀薄予混合／予気化によってNOx排出量を
抑えるための方法および装置に関する。
従来技術 炭化水素などの燃料を燃焼させることで生成される排
気ガスが大気汚染の原因となり得ることは以前から知ら
れている。一般に、排気ガスはNOxと総称される酸化窒
素（NO）や二酸化炭素（NO2）、未燃焼炭化水素（UH
C）、一酸化炭素（CO）、粒子状物質、炭素煤煙などの
汚染物質を含有している。特に、窒素酸化物は地表レベ
ルでのスモッグ、酸性雨、成層圏のオゾン層破壊などの
原因となるため極めて重要である。NOxは様々な機構に
よって形成される。まず、空気中の酸素と空気中の窒素
とは約1539℃（2800゜F）以上の断熱火炎温度で高温反
応を起こし、Zeldovich機構によって「熱NOx」となる。
第２に、空気中の窒素と炭化水素燃料フラグメント（CH
i）は特に燃料濃状態で反応し、「即発NOx」となる。最
後に、窒素含有燃料から遊離した窒素と空気中の酸素は
特に燃料稀薄状態で反応し、「燃料結合NOx」となる。
一般的な燃焼室では、空気中の酸素と窒素は燃料と混合
する燃焼用空気において容易に得られる。
熱および即発NOxについては様々な燃焼方法を用いて
その形成を抑制することができる。例えば、燃焼機を常
に燃料稀薄状態すなわち1.0未満の当量比で動作するよ
うに設計してもよい。当量比とは実際の燃料／空気比と
理論燃焼に必要な燃料／空気比との比である。当量比が
1.0を越えると燃料濃状態であり、当量比1.0未満は燃料
稀薄状態である。燃料稀薄動作を行うと断熱火炎温度は
下がり、熱NOxは減少する。したがって、即発NOxの形成
量も減少する。
稀薄予混合／予気化（LPP）燃焼時において、燃料と
空気は燃焼室の上流側で混合され、十分混合された一様
に稀薄状態の気体燃料／空気混合物となる。この混合物
をさらに一様な低温でガス残留時間も短時間で燃焼させ
る。燃料／空気混合物は十分混合されているため、より
一層稀薄な燃焼が可能であり、従って断熱火炎温度も低
下して熱NOxの生成量も減少する。一様な稀薄燃料／空
気混合物のCHi濃度は一様に低くCHi高濃度領域は存在し
ないので、即発NOxの形成量も減少する。これらのNOx減
少機構は燃焼室の上流で完全な燃料／空気混合を行うこ
とを前提としている。しかしながらLPP燃料では、燃料
／空気混合時に発生する自発火および低当量比での燃焼
室の火炎不安定などのため低NOxを完全に実現しようと
してもうまくいかない場合の方が多い。
混合時の燃料／空気混合物の自発火によって燃料の化
学エネルギは利用できないような点に作用し、燃焼室に
重大な損傷を与えることにもなりかねない。ある燃料／
空気混合物での自発火傾向は点火遅延時間によって測定
される。この点火遅延時間は、自発火を起こさずに燃料
／空気混合物をある特定温度に維持できる時間の長さに
相当する。一般に、混合物の温度が高くなると点火遅延
時間は短くなる。例えば、一般的なガスタービンエンジ
ン燃料であるJet Ａの点火遅延時間は、改良型ガスタ
ービンエンジン用の一般的な燃料／空気混合温度である
649℃（1200゜F）1.0MPa（10気圧（atm））で約0.1ミリ
秒（msec）である。燃料／空気混合物温度は、通常は高
温の圧縮排気である空気の温度によって左右される。
火炎不安定は多くの稀薄燃焼スキームにおける問題で
ある。当量比を小さくすると火炎安定性は急激に悪くな
る。極めて簡単なことであるが、当量比が低くなれば火
炎は消えてしまう。燃焼を維持できる最低当量比は稀薄
限界として知られている。LPP燃焼でNOxを完全に減少し
得るようにするために、自発火および火炎安定性の問題
を解決しなければならない。
従って、従来技術において必要とされているのは、燃
料／空気混合物の自発火傾向を抑えて稀薄限界を広げる
ことのできるLPP燃料方法および装置である。
発明の開示 本発明は、燃料／空気混合物の自発火傾向を抑えて稀
薄限界を広げることのできるLPP燃焼方法および装置に
関する。
本発明の一態様は、稀薄予混合／予気化燃焼装置にお
ける吸熱燃料の燃焼方法を含む。燃焼用空気流から吸熱
燃料分解触媒に熱エネルギを伝達し、燃焼用空気流を冷
却すると同時に吸熱燃料を吸熱的に分解し得るだけの十
分な温度まで触媒を加熱する。加熱した触媒を吸熱燃料
流の少なくとも一部と接触させ、燃料流を吸熱的に分解
して反応生成物流とする。反応生成物流の少なくとも一
部を冷却した燃焼用空気流と混合し、十分に混合され一
様に稀薄かつ点火遅延時間の長い燃料／空気混合物を生
成する。この燃料／空気混合物を１未満の当量比で燃焼
させ、燃焼生成物流を生成する。
本発明の他の態様は、吸熱燃料分解触媒と、燃焼用空
気流からの熱エネルギを吸熱燃料分解触媒に伝達し、燃
焼用空気流を冷却すると同時に吸熱燃料を吸熱的に分解
し得るだけの十分な温度まで触媒を加熱するための手段
と、加熱した触媒を吸熱燃料流の少なくとも一部と接触
させ、燃料流を吸熱的に分解して反応生成物流とするた
めの手段と、反応生成物流の少なくとも一部を冷却した
燃焼用空気流と混合し、十分に混合され一様に稀薄かつ
点火遅延時間の長い燃料／空気混合物を生成するための
手段と、燃料／空気混合物を１未満の当量比で燃焼さ
せ、燃焼生成物流を生成する手段と、を組み合わせで含
む吸熱燃料を燃焼させるための稀薄予混合／予気化燃焼
装置を含む。
本発明の上述した特徴および利点などについては添付
の図面を参照した以下の説明から、より一層明らかにな
ろう。
図面の簡単な説明 第１図は、本発明による装置に使用できる熱交換器反
応塔を示す概略図である。
第２図、第３図および第４図は、本発明において使用
されるLPP燃焼装置の処理流れ図である。
第５図は、様々な炭化水素燃料の1.0MPa（10atm）で
の点火遅延時間と燃料／空気混合温度との関係を示す図
である。
発明を実施するための最良の形態 本発明は、吸熱分解反応を起こし得るどのような吸熱
燃料にも適しており、工業用プロセス加熱器、工業用ガ
スタービン、航空機のガスタービン、高速民間輸送や超
音波推進用に考えられたもののような改良型航空機エン
ジンなど様々な燃焼装置に使用できる。吸熱分解反応
は、吸熱燃料が分解して反応熱を吸収した後、最初の吸
熱燃料よりも分子重量の軽い反応生成物になる反応であ
る。一般に、吸熱分解反応は気相において発生し、反応
熱と共に検知可能な潜熱を燃料に伝達する要因となる。
一般的な吸熱分解反応は、ナフテンの脱水素化によって
水素と芳香族とを生成する反応、パラフィンの脱水素環
化によって水素と芳香族とを生成する反応、メタノール
の解離におって水素と一酸化炭素とを生成する反応、炭
化水素の接触分解によって水素と飽和および不飽和炭化
水素との混合物とを生成する反応を含む。
脱水素化反応または脱水素環化反応が可能な燃料は、
メチルシクロヘキサンやシクロヘキサンなどのナフテン
C6〜C20と、炭素原子約20までのｎ−パラフィンとを含
む。これらの燃料の脱水素化または脱水素環化は、脱水
素化や脱水素環化またはこれに類似の反応を促進する触
媒によって触媒反応を起こすことができる。特に、プラ
チナ、ロジウム、イリジウム、パラジウム、ニッケル、
クロム、コバルト、これらの混合物の他、グラニュール
や押出物、ペレット、ハニカムなどの周知の形状でアル
ミナまたはこれに類似の担体に担持されたゼオライトな
どは効果的な触媒であるとされている。プラチナ、ロジ
ウム、イリジウム、パラジウムおよびこれらの混合物
は、脱水素化および脱水素環化反応の触媒作用を最大限
にし得るので、これらを使用すると好ましい。吸熱燃料
の少なくとも一部を脱水素化または脱水素環化するため
に、約93℃（200゜F）から約760℃（1400゜F）、好まし
くは約204℃（400゜F）から約538℃（1000゜F）の温度
で、約10kPa（0.1atm）から約7.1kPa（70atm）の圧力下
で触媒と燃料とを接触させる。
接触触媒反応が可能な燃料は、ｎ−パラフィンC2〜C
20、イソパラフィンC3〜C20、さらに周知の航空機ター
ビン燃料などの炭化水素燃料を含む。炭化水素燃料は、
純粋な成分であっても様々な成分の混合物であってもよ
く、沸点範囲約93℃（200゜F）〜約371℃（700゜F）か
つ16℃（60゜F）での比重約0.65〜約0.85の留出燃料で
あってもよい。好ましくは、留出炭化水素燃料の芳香族
含有量は約25容量％未満、引火点は約38℃（100゜F）を
越えるものとする。最も好ましくは留出炭化水素燃料の
パラフィン含有量が高く、特に、ｎ−パラフィン含有量
が高い。適したパラフィン系燃料は、ｎ−パラフィンC
10〜C13の業務用混成物であるNorparTM12（米国テキサ
ス州ヒューストン、Exxon Company）やイソパラフィン
C11〜C12の業務用混成物であるIsoparTMH（Exxon）など
を含む。適した周知の航空機タービン用燃料は、パラフ
ィン類を含有する炭化水素燃料や、ASTMやIATA、軍事用
を始めとしてこれらに匹敵する用途または当業者間で周
知の用途における需要に応じ得る燃料などを含む。これ
らの用途は、例えば、ASTM仕様書D1665（Jet Ａおよび
Jet Ｂ）、IATAガイドラインADD76−１（ケロシンおよ
びワイドカット）、USAF仕様書MIL−Ｔ−5624L（JP−４
およびJP−５）、MIL−Ｔ−83133A（JP−８）、MIL−Ｔ
−38219A（JP−７）、MIL−Ｔ−25524C（TS）などに規
定または記載されているようなものであるが、これに限
定されるものではない。
本発明による触媒分解反応は、様々な生成物を生成す
る気相反応である。例えば、イソパラフィン、ｎ−パラ
フィンおよび周知の航空機タービン用燃料は、接触分解
によって、水素と、アセチレンやエチレン、プロピレ
ン、ブテン、ブタジエン、ペンタジエン、アミレン、ペ
ンチンなどの不飽和炭化水素と、メタン、エタン、ブタ
ンなどの飽和炭化水素との混合物になる。これらの生成
物は一般に原燃料よりも小さく反応性は高い。この結
果、稀薄限界値は低くなり、低当量比でも安定した火炎
を生成できることになる。さらに、この生成物は原燃料
よりもコークス化しにくく、煤煙形成も起こりにくい。
炭化水素の接触触媒での触媒作用を効果的にするとさ
れている触媒は、クロミアの状態でのクロム；プラチナ
やロジウム、イリジウム、ルテニウム、パラジウムなど
の貴金属触媒およびその混合物；ゼオライトを含む。本
発明で使用するクロム触媒は、約５重量パーセント（wt
％）から約33wt％のクロミアを含有し、好ましくは約25
wt％から約30wt％のクロミアを含有する。本発明で使用
する貴金属触媒は、約0.01wt％から約5wt％の貴金属を
含有する。好ましくは、貴金属触媒は約0.1wt％から約
1.0wt％の貴金属を含有し、最も好ましくは約0.3wt％か
ら約0.5wt％の貴金属を含有する。さらに、貴金属触媒
は周知のレニウムなどの助触媒を含有することも可能で
ある。クロム触媒および貴金属触媒は、グラニュールや
押出物、ペレット、ハニカムなどの周知の形状でアルミ
ナまたはシリカ担体に担持されたものであってもよい。
適したクロム触媒は、Air Products and Chemicals
Company（ペンシルバニア州アレンタウン）などから
購入可能な30wt％クロミア／アルミナ触媒であるHoudry
Ｃ型を含む。適した貴金属触媒は、American Cyanam
id Company（ニュージャージー州ウェーン）から購入
可能なアルミナ押出物に担持させたプラチナ−レニウム
であるPR−８を含む。その他の適した貴金属触媒はEnge
lhard Corporation（ニュージャージー州イセリン）や
UOC（イリノイ州デス・プレーンズ）などから購入でき
る。ゼオライトは貴金属触媒よりも反応性が高く多量の
不飽和生成物を生成し得るので炭化水素の接触分解用と
しては好ましい触媒である。ゼオライトは、フォージャ
サイト、シャバサイト、モルデナイト、シリカライトな
ど、有効細孔径約0.3nm（３オングストローム）から約
1.1nm（11オングストローム）の炭化水素接触分解を触
媒する周知のゼオライトであってもよい。好ましくは、
ゼオライトの有効細孔径は約0.4nm（４オングストロー
ム）から約0.8nm（８オングストローム）である。適し
たゼオライト触媒には、W.R.Grace ＆ Company（メリ
ーランド州ボルチモア）から入手可能なフォージャサイ
トであるOctacat、シャバサイトであるSAPO−34やモル
デナイトであるLZM−８、MFI−43およびMFI−47などを
含むUOP（イリノイ州デス・プレーンズ）から入手可能
な様々な触媒などが含まれる。周知の適当な方法によっ
てゼオライトを担持または安定化しておくことも可能で
ある。例えば、ゼオライトをセラミックのグラニュー
ル、押出物、ペレット、一体成形物、さらには金属箔の
ハニカム構造物などに担持させてもよい。ゼオライトを
約2wt％から約20wt％のコロイド物質と混合すればゼオ
ライトを担体に容易に付着させることができる。適した
コロイド物質の一例として、セリア、E.I.DuPont de
Nemours ＆ Company（デラウェア州ウィルミントン）
から入手可能なLudoxTMなどのシリカ、同じくデュポン
社から入手可能なTyzorTMなどの有機チタンエステルを
挙げておく。
気化熱が高く熱容量も大きい上、吸熱的に解離して高
化学的冷却用放熱子や熱的に安定な生成物を生成し得る
メタノールは、本発明において有効利用できるもう１つ
の吸熱燃料である。メタノールの水素と一酸化炭素への
吸熱解離は、約35wt％から約80wt％の酸化銅と、約10wt
％から約65wt％の酸化亜鉛の混合物によって触媒するこ
とができる。触媒には最大約25wt％までのAl2O3を含有
してもよい。適した触媒は、CuO42wt％、ZnO47wt％さら
に安定剤としてAl2C310wt％を含有するUnited Catalys
t Incorporated（ケンタッキー州ルイビン）から入手
可能な触媒Ｌ−951などを含む。このCuO−ZnO触媒を約
0.5wt％のロジウムに含浸し、触媒を硝酸ロジウム水溶
液で湿潤させることで触媒の反応性を高めることも可能
である。
吸熱燃料の少なくとも一部を接触分解すなわち解離す
るために、約101kPa（1atm）から約5.1MPa（50atm）の
圧力下、好ましくは燃料の臨界圧力以上の圧力下で、液
空間速度（LHSV）最低10hr-1、特に約10hr-1から約1000
hr-1で触媒と燃料とを接触させる。特に、空間速度は約
20hr-1から約700hr-1の範囲にあるとよい。亜音速およ
び超音速航空機での用途では約150hr-1から約250hr-1空
間速度でもよい場合もある。炭化水素を接触分解するた
めに約538℃（1000゜F）から約816℃（1500゜F）、好ま
しくは約649℃（1200゜F）から約677℃（1250゜F）の温
度まで触媒を加熱し、余分な熱を使うことなく高い転化
率を達成する。メタノールを解離するためには、触媒を
約260℃（500゜F）から約649℃（1200゜F）、好ましく
は約427℃（800゜F）から約538℃（1000゜F）の温度ま
で加熱する。
燃料の少なくとも一部を吸熱的に分解するのに十分な
温度まで燃料および触媒を加熱するための熱エネルギ
は、圧縮機からの排気など酸素含有流であれば特に限定
しないがいずれにしても加熱された燃焼用空気流から得
るようにする。圧縮機からの排気は、大気圧から適当な
高圧まで空気を圧縮する過程で加熱される。一般に、空
気流は圧縮によって少なくとも約649℃（1200゜F）まで
加熱される。燃焼用空気流から熱エネルギを伝達させる
と空気流は冷却され、吸熱分解触媒の下流において生成
される燃料／空気混合物の温度は下がる。燃焼用空気流
における熱エネルギは、燃料を気化させて加熱し、反応
状態にもっていくために使用することもできる。加熱さ
れた燃料を使用して燃焼用空気から触媒に熱エネルギを
伝達することも可能である。以下の表は、本発明による
様々な燃料に吸収される熱エネルギ量をまとめたもので
ある。化学的冷却用放熱子は、吸収されて吸熱分解を開
始し得る熱の量である。物理的冷却用放熱子は吸収され
た状態で燃料を気化させて加熱し得る熱の量である。
周知の伝熱技術を使用して熱エネルギを燃料および触
媒に伝達してもよい。反応領域に吸熱分解触媒を充填
し、熱エネルギを燃焼用空気流から触媒に伝達するため
の一体の手段と触媒と炭化水素燃料とを接触させるため
の手段とを備えた熱交換器反応塔を使用すると簡単に伝
熱を行うことができる。第１図は、燃料と混合されずに
熱交換器部分６を介して流入する圧縮機からの排気によ
って、吸熱分解触媒４を充填した複数の反応領域２を加
熱するような考え得る熱交換器反応塔の一例を示すもの
である。所望の空間速度や圧力降下の他、様々なパラメ
ータを達成するよう周知の触媒反応塔設計技術によって
反応領域２を設計しておくことも可能である。熱交換器
部分６は周知の熱交換機設計技術を使用して設計でき
る。
第２図は、本発明による好ましい装置の処理フローを
示す。空気流12は、適当な温度と圧力に圧縮され、加熱
空気流14となる。加熱空気流14は、第１の燃焼用空気流
16とこれよりもかなり少ない第２の燃焼用空気流18とに
分流する。第１の燃焼用空気流16は熱交換器反応塔の熱
交換器部分６を通過し、熱交換器反応塔の反応領域２内
にある吸熱分解触媒に熱エネルギを伝達する。この結
果、第１の燃焼用空気流16は冷却され、触媒は炭化水素
燃料流20の少なくとも一部を吸熱的に分解するのに十分
な温度まで加熱される。燃料流20はまず気化器１を通過
して気化され、反応状態まで加熱される。次に熱交換器
反応塔の反応領域２に流入して加熱された触媒と接触す
る。この結果、燃料流は吸熱的に分解されて反応生成物
流22となる。反応生成物流22は主燃料流24とこれよりも
かなり少ない口火燃料流26とに分流する。冷却された第
１の空気16は反応塔熱交換器の熱交換部分６から排出さ
れ、ミキサにおいて主燃料流24と混合される。この結
果、十分に混合された一様に稀薄な燃料／空気混合物が
得られる。好ましくは、燃料／空気混合物の当量比は約
0.6未満であり、最も好ましくは約0.3未満である。空気
と気体燃料とを均一に混合できるものであれば周知の混
合装置をミキサとして使用できる。ミキサ内での残留時
間は、自発火を防止する上で燃料の点火遅延時間未満と
する。第２の燃焼用空気流18は口火燃料流26と混合さ
れ、口火バーナー内で燃焼される。これは燃焼室内での
燃焼を助けるものである。口火バーナーは、燃焼室内で
の燃焼を補助できるものであれば周知の口火装置のいず
れかを使用すればよい。口火バーナー内での当量比は、
約0.4から約2.0であり、好ましくは約0.8未満または約
1.2を越えるものとする。さらに最も好ましくは、約0.6
未満または約1.4を越えるものとする。燃料／空気混合
物は１未満の当量比で燃焼室内において燃焼され、燃焼
生成物流28となる。好ましくは、燃焼室内での当量比は
約0.7未満とし、最も好ましくは約0.5未満とする。燃焼
室内での残留時間は約5msec未満とし、好ましくは約0.5
msecから約2.0msecの範囲内とする。気体燃料／空気混
合物の稀薄燃焼を促進できるものであれば、周知の燃焼
装置を燃焼室として使用できる。燃焼生成物流28はター
ビンを通過しながら膨張し、圧縮機を駆動するための軸
作動力となる。また、この生成物流を使用して推進を行
ったりさらに別の軸作動力を得るようにしてもよい。
第３図は、口火バーナーに非分解炭化水素燃料流21を
供給した場合の別の装置構成を示す。第４図は、口火バ
ーナーを使用せず、反応生成物流22を圧縮機バイパス流
13によって燃料冷却器内で冷却し、燃料／空気混合物の
点火遅延時間をさらに長くした場合の他の装置構成を示
し、冷却された反応生成物流22は主燃料流24と第２の燃
料流27とに分流する。必要であれば、反応生成物流22を
燃料冷却器内で冷却せず、反応生成物流22をタービンを
通過させて膨張させ、動力を得るようにしてもよい。
実施例 周知の技術によって第２図において説明したものと同
様のLPP燃焼装置をモデリングした。燃料／空気比0.03
でエンジンを動作させた。圧縮機から649℃（1200゜
F）、1.0MPa（10atm）で排出された燃焼用空気を２つの
流れに分流し、85％を第１の空気流、15％を第２の空気
流とした。第１の空気流を熱交換器反応塔の熱交換器部
分を通過させ、ゼオライト炭化水素接触分解触媒を649
℃（1200゜F）まで加熱して空気流は566℃（1050゜F）
まで冷却された。JP−７と加熱された触媒とを液空間速
度150hr−１で接触させ、水素と、飽和炭化水素および
不飽和炭化水素の混合物とを含む反応生成物流とした。
反応塔から出てくる反応生成物流を２つの流れに分流
し、85％を主燃料流、15％を口火燃料流とした。第１の
空気流と主流とを、当量比0.2、残留時間1msecでミキサ
にて混合し、十分に混合された一様に稀薄な燃料／空気
混合物を形成した。第２の空気流と口火燃料流とを混合
し、口火燃焼室にて当量比1.8で燃焼させた。この燃料
／空気混合物を、当量比0.44、残銃時間2msecで燃焼室
にて燃焼させ、1593℃（2900゜F）で燃焼生成物流を生
成した。
本発明によれば、JPP燃焼装置の動作を様々な方法で
改良することができる。第１に、燃焼用空気を冷却し、
燃料／空気混合物の温度を下げることによって燃料／空
気混合物のある点火時間の遅延を長くすることができ
る。燃料／空気混合物温度の点火遅延時間への影響を第
５図に示す。点火遅延時間は特定温度で長くなる。これ
は吸熱分解反応によって形成される反応生成物、すなわ
ち主にアセチレン、エチレン、プロパン、メタンなどの
軽質生成物はいずれも原燃料よりも自発火耐性が大きい
ためである。さらに、装置から水素を除去する低温予点
火反応のため、高温で極めて反応性の高い水素生成物の
点火遅延時間は約816℃（1500゜F）未満の温度で炭化水
素生成物の場合より長くなる。点火遅延時間が長くなる
と、十分に混合された一様に稀薄な混合物を生成するの
に十分な時間を得ることができる。
第２に、吸熱反応によって形成された反応生成物は原
燃料よりも軽質かつ反応性の高いものであるので、燃焼
室内での低当量比火炎安定性を向上させることができ
る。結果として、燃焼室を低当量比で動作させることが
でき、NOx排出量を抑えることができる。
第３に、吸熱反応によって形成された反応生成物は原
燃料よりもコークス化しにくいので、燃料系の汚損も抑
えることができる。
第４に、吸熱反応時に形成される水素生成物は、反応
用に通路を交互に備えることで火炎領域における即発NO
xの形成を抑制することができる。
本発明は上述した特定の実施例に限定されるものでは
なく、請求の範囲に記載された趣旨および範囲を逸脱す
ることなく様々な変更および修正が可能である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ２３Ｃ 11/00 ３２２ Ｆ２３Ｃ 11/00 ３２２ ＺＡＢ ＺＡＢ Ｆ２３Ｒ 3/30 Ｆ２３Ｒ 3/30 3/40 3/40 Ｚ (72)発明者 ケステン，アーサー エス. アメリカ合衆国，コネチカット 06117, ウエスト ハートフォード，モーニング クレスト ドライブ 17 (72)発明者 ガイル，ロイ エヌ. アメリカ合衆国，コネチカット 06109, ウェザースフィールド，ウッドポンド ドライブ 35 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F01N 5/02 F02B 51/02 F02C 3/20 F02M 27/02 F23C 11/00 312 F23C 11/00 322 F23R 3/30 F23R 3/40

Claims (18)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】燃焼用空気流から吸熱燃料分解チャンバに
    熱エネルギを伝達し、燃焼用空気流を冷却すると同時に
    吸熱燃料流を吸熱的に分解し得るだけの十分の温度まで
    チャンバを加熱するステップと、 加熱したチャンバを燃料流の少なくとも一部を接触さ
    せ、燃料流を吸熱的に分解して反応生成物流とするステ
    ップと、 反応生成物流の少なくとも一部を燃焼用空気流と混合
    し、燃料／空気混合物を生成するステップと、 この燃料／空気混合物を燃焼させ、燃料生成物流を生成
    するステップと、を含む稀薄予混合／予気化燃焼装置に
    おける吸熱燃料の燃焼方法において、 （ａ）燃焼用空気流（16）からチャンバ内に備えられた
    触媒（２）熱エネルギを伝達し、燃料流（20）を吸熱的
    に分解するに十分な温度まで触媒（２）を加熱すると同
    時に燃焼用空気流（16）を冷却し、 （ｂ）反応生成物流（22）の少なくとも一部と冷却した
    燃焼用空気流（16）と混合し、十分に混合された一様に
    稀薄な点火遅延時間の長い燃料／空気混合物を形成し、 （ｃ）燃料／空気混合物を当量比１未満で燃焼させ、燃
    焼生成物流（28）を生成することを特徴とする吸熱燃料
    の燃焼方法。
  2. 【請求項２】反応生成物流（22）の一部を口火バーナー
    において燃焼させることを特徴とする請求の範囲第１項
    記載の方法。
  3. 【請求項３】反応生成物流（22）を燃焼用空気流（16）
    と混合する前に冷却し、燃料／空気混合物の点火遅延時
    間をさらに長くすることを特徴とする請求の範囲第１項
    記載の方法。
  4. 【請求項４】反応生成物流（22）を燃焼用空気流（16）
    と混合する前にタービンを通して膨張させ、動力を得る
    請求の範囲第１項記載の方法。
  5. 【請求項５】反応生成物流（22）と冷却した燃焼用空気
    流（16）とを当量比約0.6未満で混合する請求の範囲第
    １項記載の方法。
  6. 【請求項６】燃料／空気混合物を当量比約0.7未満で燃
    焼させる請求の範囲第１項記載の方法。
  7. 【請求項７】燃料流（20）は、ナフテンC6〜C20、ｎ−
    パラフィンC2〜C20、イソパラフィンC3〜C20およびこれ
    らの混合物からなる群から選択される炭化水素を含む請
    求の範囲第１項記載の方法。
  8. 【請求項８】燃料流（20）は、プラチナ、ロジウム、イ
    リジウム、パラジウム、クロム、コバルトまたはこれら
    の混合物によって触媒される脱水素化または脱水素環化
    反応によって吸熱的に分解される請求の範囲第７項記載
    の方法。
  9. 【請求項９】燃料流（20）は、水素と、不飽和炭化水素
    と、飽和炭化水素との混合物を生成する接触分解反応に
    よって吸熱的に分解され、プラチナ、ロジウム、イリジ
    ウム、パラジウム、コバルト、これらの混合物またはゼ
    オライトによって触媒される請求の範囲第７項記載の方
    法。
  10. 【請求項１０】触媒はゼオライトを含む請求の範囲第９
    項記載の方法。
  11. 【請求項１１】燃料流（20）はメタノールを含み、触媒
    は酸化銅と酸化亜鉛との混合物を含む請求の範囲第１項
    記載の方法。
  12. 【請求項１２】燃焼用空気流の一部からの熱エネルギを
    吸熱燃料分解チャンバに伝達し、吸熱燃料流を分解し得
    るだけの十分な温度までチャンバを加熱するための手段
    と、 加熱したチャンバを燃料流の少なくとも一部と接触さ
    せ、燃料流を吸熱的に分解して反応生成物流とするため
    の手段と、 反応生成物流の少なくとも一部を燃焼用空気流と混合
    し、燃料／空気混合物を生成するための手段と、 燃料／空気混合物を燃焼させ、燃焼生成物流を生成する
    手段と、を組み合わせで備える吸熱燃料を燃焼させるた
    めの稀薄予混合／予気化燃焼装置において、 （ａ）燃焼用空気流からの熱エネルギによって燃料流
    （20）を吸熱的に分解するのに十分な温度まで触媒を加
    熱できるようにチャンバ内に備えられた触媒（２）と、 （ｂ）燃焼用空気流（16）を冷却するための手段と、 （ｃ）反応生成物流（22）の少なくとも一部と冷却した
    燃焼用空気流（16）とを混合し、十分に混合された一様
    に稀薄な点火遅延時間の長い燃料／空気混合物を形成す
    る手段と、 （ｄ）この燃料／空気混合物を当量比１未満で燃焼さ
    せ、燃焼生成物流（28）を生成する手段と、 を備えることを特徴とする稀薄予混合／予気化燃焼装
    置。
  13. 【請求項１３】反応生成物流（22）の一部を燃焼させる
    ための口火バーナーを備える請求の範囲第12項記載の装
    置。
  14. 【請求項１４】反応生成物流（22）を冷却した燃焼用空
    気流（16）と混合する前に冷却するための手段を備える
    請求の範囲第12項記載の装置。
  15. 【請求項１５】反応生成物流（22）を冷却した燃焼用空
    気流（16）と混合する前に膨張させ、動力を得るための
    タービンを備える請求の範囲第12項記載の装置。
  16. 【請求項１６】吸熱燃料分解触媒は、コバルト、プラチ
    ナ、レニウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、パ
    ラジウム、これらの混合物を含む群から選択される触媒
    を含む請求の範囲第12項記載の装置。
  17. 【請求項１７】吸熱燃料分解触媒はゼオライトを含む請
    求の範囲第12項記載の装置。
  18. 【請求項１８】吸熱燃料分解触媒は酸化銅と酸化亜鉛と
    の混合物を含む請求の範囲第12項記載の装置。
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