JPH0216103Y2

JPH0216103Y2 -

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Publication number: JPH0216103Y2
Application number: JP1985020510U
Authority: JP
Priority date: 1985-02-18
Filing date: 1985-02-18
Publication date: 1990-05-01
Also published as: JPS61141522U

Description

【考案の詳細な説明】〔考案の利用分野〕本考案は触媒燃焼装置を構成する触媒燃焼器に
かかわり、特に、空気予熱の熱輸送とガス再循環
に好適な触媒層の前置補助部材を具備する触媒燃
焼器に関するものである。

〔考案の背景〕

触媒を用いて接触燃焼させる触媒燃焼は、広い
空燃比、特に省エネルギ燃焼として望まれる空燃
比１に近い状態で安定に燃焼でき、また、自燃で
きない低カロリガスを燃焼できることや、燃焼時
の窒素酸化物（NO_x）の生成を抑制できること
等から、最近、新らしい燃焼技術として注目を集
めている。

触媒燃焼に用いられる触媒は、通常、白金
（Pt）やパラジウム（Pd）等の活性成分がアルミ
ナ、ムライト、コージエライト等の担体に担持さ
れたものである。また、その形状は、ガス流の圧
力損失を少なくし、かつ接触面積を大きくするこ
とから、ハニカム形状が選ばれている。

ところで、触媒燃焼では、空気および燃料を燃
焼開始温度まで予熱しておくことが必要である。
もちろん、触媒層がガス加熱の熱容量をもつてお
れば、予熱なしで燃焼を持続できるが、上記した
ハニカム触媒では、熱容量が小さく、この部分に
おけるガス体への熱伝達は不十分となり、燃焼が
持続できなくなる。このため、上記した予熱を必
要とすることになるが、この予熱は、火炎燃焼に
よる一般の燃焼装置と同様に、排気の熱を回収し
て行う方法によるのが合理的といえる。しかしな
がら、触媒燃焼では、廃熱回収を目的とした一般
燃焼装置の空気予熱とは違い、所定の温度までに
予熱することが必要条件となつている。従つて、
不足分の熱はなんらかの方法によつて補給しなけ
ればならない。

一方、ハニカム触媒例について触媒層をみる
と、空気と燃料との混合ガスは、初期時にはハニ
カム格子にほぼ均一に供給され、触媒層における
発生熱量もほぼ均一になるが、燃焼の進行ととも
に外端部は輻射熱放散により温度が低下し、逆に
中心部は熱がこもるという現象が生じてくる。こ
の温度むらは、ガス流れに不均一化を生じさせて
燃焼を不均一なものとするだけでなく、触媒に熱
歪みを発生させ、ひび割れを誘発するようにな
る。このような事態を避けるため、触媒層の中心
部における発生熱を外側部に輸送したり、あるい
は外側部の予熱温度を中心部よりも高めておく、
等の方策が望まれていた。

ところで、触媒燃焼においては、小さい容積部
に多量の熱を発生させる特徴を有するが、触媒の
耐熱温度は1200℃以下というのが現状であり、こ
のことが燃焼負荷に制約を与える要因となつてい
る。例えば、プロパン−空気燃焼の場合、空燃比
１のとき予熱温度を350℃とすると、断熱火炎温
度（理論燃焼温度）は約2000℃となる。従つて、
断熱火炎温度を1200℃に抑えるためには、燃料を
半減させる（すなわち空燃比２）必要がある。そ
して、この燃焼排ガス中には約10％の酸素（O₂）
が残存しているので、この排ガスをそのまま放出
させると大きな燃料損失を招くことになる。これ
に対しては、ガス再循環が必要となるので、触媒
燃焼装置に適したガス再循環の方策が望まれてい
た。

〔考案の目的〕

本考案の目的は、上記した２つの課題に対して
装置構造として具体的な方策を提供しようとする
もので、廃熱回収によつて予熱されたガス体に、
最も熱損失の少ない方法により熱補給を行い、か
つ触媒層の中心部の熱を外側部に輸送できるよう
にし、併せてガス再循環を合理的に実施できるよ
うにするため、これを実現するに好適な触媒燃焼
器を提供することにある。

〔考案の概要〕

本考案は、触媒層の前流部に、ステンレス鋼、
酸化鉄、炭化ケイ素等のような輻射熱吸収能の優
れた材料で構成された放熱炉を炉壁を囲んでなる
形体で設けるとともに、導入ガス噴出部の前方
に、該導入ガスを前記放熱板部へ分散させる分散
板を設けるもので、これによつて、導入ガスが外
側部ほど高温に加熱されるようにしたものであ
る。また、前記放熱板を設置する空間部に、透明
石英ガラスのような赤外線透過性材料で構成され
た分割板を設けて、導入ガス流路を複数のチヤン
ネルを構成させ、これによつて、高温に加熱され
たガスが低温のガスと混合するのを防止し、上記
の効果をさらに高めるようにしたものである。

〔考案の実施例〕

以下、図面を用いて本考案の実施例を詳細に説
明する。

第３図は、本考案を実施するプロセスの全体構
成を示すもので、まず、定常時の動作状態につい
て述べる。

燃料は、燃料タンク１０から燃料注入ライン１
１を介して触媒燃焼器２０へ導かれる。燃料と空
気との混合は、気体燃料にあつては、圧空気・ガ
ス吸引型やガス・空気圧入型等の通常のガス燃焼
用バーナ型式を応用して行い、また、液体燃料に
あつては、通常の噴霧式を応用して行うことがで
きる。しかしながら、触媒燃焼では空燃比が１に
近い状態での燃焼が可能であり、この特徴を生か
すためには、燃料と空気とをより十分に混合する
必要が生じてくる。これに対しては、燃料注入ラ
イン１２を通して予熱空気ライン６２へ燃料を注
入し、必要に応じてガス燃料にあつてはガス混合
器、液体燃料にあつては蒸発器等を設けて、燃料
と空気とを混合させるのが有効である。

ガス混合部２１では、燃料と空気との混合ガス
が循環ガスライン３３および循環フアン４０を介
して再循環ガスと合流し、ヒートアツプ部２２に
おいて触媒燃焼開始温度付近に加熱され、次いで
触媒層２３へ導かれ、触媒燃焼が進行する。燃焼
の熱は、仕事装置３０において、加熱、蒸発等の
利用が図られる。なお、触媒層２３での輻射熱を
直接利用する場合には、燃焼ガスライン２４は当
然のことながら省略される。

熱利用された燃焼ガスは、燃焼ガスライン３１
および３２を通して空気予熱器６０へ導かれて熱
回収された後、廃ガスライン６１から排出され
る。燃焼用空気は、空気フアン５０、空気ライン
５１および予熱空気ライン６２を通して触媒燃焼
器２０へ導かれる。

一方、冷時からの装置起動であるが、これに
は、ガス混合部２１を利用して通常の火炎燃焼に
より、触媒燃焼器２０、特に触媒層２３の温度を
高める方法が採用できる。また外部熱源を利用す
る場合には、予熱空気ライン６２に加熱装置を設
けることが有効である。

次に、本考案の特徴とする部分の具体的構造に
ついて述べる。第１図は本考案を具体化した触媒
燃焼器の一例を示すもので、燃料は燃焼器部で混
合される場合のものである。なお、触媒燃焼器中
のガス流路は、図中に矢印で示した。

燃料は燃料注入口１から噴出され、予熱空気ポ
ート３および予熱空気注入口２から導かれた噴流
空気と混合され、さらに、再循環ガス注入口４か
ら導かれた再循環ガスと混合される。触媒燃焼器
内では、まず、分散板９によりガスの流れ方向が
変えられるが、このときガスはさらに十分に混合
される。

一方、触媒層８の前流部には、断熱材５を介し
て放熱板６が器壁（図示せず）を囲んで設置され
ている。この放熱板６は、触媒層８の前流側の面
から放散される輻射熱を受け、その熱をガス流に
伝達させるものである。分散板９においても、同
様な熱交換を実施させうる。これらの目的に対し
ては、その材料として、ステンレス鋼、酸化鉄、
炭化ケイ素等の輻射熱吸収能の良いものが選ばれ
る。また、板厚としては、２〜10mmが適当であ
る。

上記分散板９および放熱板６の設置によつて、
触媒層８に供給されるガスは、外側部ほど良く加
熱されるようになるが、この効果を一層高めるた
めには、ガス流路に複数のチヤンネルを設けて、
いつたん加熱されたガスが低温のガスと混合しな
いような方策が望まれる。これに対しては、以下
に述べる分割板を設けるのが好ましい。

第１図は、３個の分割板７Ａ，７Ｂ，７Ｃを付
設した例であるが、燃焼器が円筒形の場合、分割
板の正面図は第２図のようになる。分割板の個数
は、触媒層の大きさとガス量とによつて選ばれ
る。触媒層の直径が大きいものほど、設置個数は
増加する。

分割板の配列は、第２図のように等面積分割す
るなどして、外側部ほど分割板のガス接触面積を
ガス量にして大きくするのが好ましく、さらに、
第１図に示したように、外側部ほど長尺にするの
がよい。分割板の固定は、必要に応じて組合わせ
具１３により実施される。この場合、組合わせ具
に板を用いて、各チヤンネルをそれぞれ独立した
ものにしてもよい。

これらの分割板には、板厚１mm前後の透明石英
ガラスのような赤外線透過性の材料が用いられ
る。これにより、触媒層からの輻射熱の多くが放
熱板へ到達できるようになる。もちろん、石英ガ
ラスといえども、分割板も輻射熱を吸収するが、
この熱はそれぞれのチヤンネル流路中のガスに伝
達され、有効に活用される。

〔考案の効果〕

本考案によれば、触媒燃焼器において、触媒層
の中心部における発生熱を外側部に輸送し、ガス
再循環を合理的に実施することができる。その結
果、第３図に示すプロセスにおいて、空気の予熱
温度を大幅に引き下げることができる。例えば、
プロパンやメタンのような気体燃料の場合、従来
器では約350℃が必要であつたものが、本考案の
実施により約200℃までに引き下げることができ
る。これは、仕事装置の効率を向上させるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による触媒燃焼器の一実施例の
縦断面図、第２図は第１図に示されている分割板
の正面図、第３図は本考案を実施するプロセスの
全体構成図である。符号の説明、１……燃料注入口、２……予熱空
気注入口、３……予熱空気ポート、４……再循環
ガス注入口、５……断熱材、６……放熱板、７
Ａ，７Ｂ，７Ｃ……分割板、８……触媒層、９…
…分散板、１０……燃料タンク、２０……触媒燃
焼器、２１……ガス混合部、２２……ヒートアツ
プ部、２３……触媒層、３０……仕事装置、４０
……循環フアン、５０……空気フアン、６０……
空気予熱器。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】 (1) 触媒層を有し、該触媒層により導入ガスを接
触燃焼させる触媒燃焼器において、触媒層の前
流部に、その外周に配置される部材よりも輻射
熱吸収能の優れた材料で構成された放熱板を炉
壁を囲んでなる形体で設けるとともに、導入ガ
ス噴出部の前方に、該導入ガスを前記放熱板部
へ分散させる分散板を設けたことを特徴とする
触媒燃焼器。 (2) 放熱板を設置する空間部に、導入ガス流路を
複数のチヤンネルに分けるための赤外線透過性
材料で構成された分割板を設け、該分割板は、
外側部ほど分割板のガス量に対するガス接触面
積が大きくなるがごとくなされていることを特
徴とする実用新案登録請求の範囲第１項に記載
の触媒燃焼器。