JPH0220890B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、触媒燃焼器を複数個直列に接続して
なる燃焼器に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の上記燃焼器にあつては、特開昭57−
210205号公報に示されるように、個々の燃焼器の
燃料混合器に燃料を供給し、これを上流側の燃焼
器からの燃焼ガスを利用して触媒にて燃焼するよ
うな構成となつている。またこの触媒を用いた燃
焼器の場合、空気に燃料を混合した混合気体を触
媒燃焼の着火温度以上に予熱する必要があるが、
従来のこの種の燃焼器では、上記従来例に示され
るように、第１段目の燃焼器の燃料混合器に供給
する空気を、第１段目の燃焼器の下流側に設けた
熱交換器と、上記燃料混合器に接続した空気供給
管内に設けた予熱器を用いて予熱する構成となつ
いた。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の燃焼器では、第２段目以降の燃焼器
に送られる空気（酸素含有ガス）の量は変化して
いないので、第２段目以降の燃焼ガス量を第１段
目に比較して格段に増加させることができず、第
２段目あるいは第３段目以降をガスタービン等の
アクチユエータに接続して用いることができな
い。

また上記従来の燃焼器における第１段目の燃焼
器への空気を予熱する空気予熱手段は２個の熱交
換器を用いるためその構成が複雑になると共に、
大きなスペースを必要とする等の問題があつた。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

本発明は上記のことにかんがみなされたもの
で、第２段目の触媒燃焼器の燃焼ガス量を第１段
目に比較して、格段に増量することができ、第２
段目以降にガスタービン等のアクチユエータを接
続してアクチユエータ駆動用の良好な動力源とす
ることができ、また第１の触媒燃焼器への供給空
気を加熱するための空気加熱器の容量を小さくす
ることができると共に、短時間に所定の温度に昇
温でき、触媒燃焼器としてのスタートアツプに要
する時間を10〜20分と短くできると共に加熱量を
低減することができ、さらに第１段目の触媒燃焼
器へ供給する空気を予熱するための空気予熱器を
熱効率がよく、従つて小型化を図ることができる
ようにした燃焼器を提供しようとするものであ
り、その構成は、空気と燃料を混合する燃焼混合
器と燃焼触媒とを配設した第１、第２の触媒燃焼
器を直列に接続して設けると共に、第１の触媒燃
焼器の出口と第２の触媒燃焼器の燃料混合器との
間に、空気供給管を接続した燃焼ガス／空気混合
器を設け、上記第１の触媒燃焼器の下流側内に、
外管と内管からなる２重管構造にすると共に、両
管とで構成されるドーナツ状の空気通路内に粒子
を充填してなる熱交換型の空気予熱器を設け、こ
の空気予熱器の入口側を空気供給管に、また出口
側を第１の触媒燃焼器の燃料混合器の空気流入口
に予熱空気出口管にて接続し、さらにこの予熱空
気出口管に電気ヒータを介装した構成となつてお
り、触媒燃焼器のスタートアツプ時には、まず電
気ヒータを作動して第１の触媒燃焼器の燃料混合
器への空気を所定の温度に加熱する。触媒燃焼が
開始して第１の触媒燃焼器の燃焼生成ガスにより
電気ヒータを通る空気が所定温度以上にに加熱さ
れた状態で電気ヒータ器の作動を停止する。第１
の触媒燃焼器の燃焼生成ガスは上記空気予熱器に
より降温されて第２の触媒燃焼器に流入される。
この第２の触媒燃焼器に流入する燃焼生成ガスの
温度はこの燃焼器の燃焼触媒の着火温度よりも高
いので、燃焼触媒の前側で空気を混合してこの燃
焼触媒の着火温度近くまで温度を下げる。上記空
気の混合により、第２の触媒燃焼器からの燃焼生
成ガスの量は増加される。また、上記空気予熱器
では、燃焼ガスにさらされたドーナツ状の空気通
路内を通る間に、この中に充填された粒子により
熱効率よく空気が加熱される。

〔実施例〕

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、１，２，３は第１、第２、第
３の触媒燃焼器であり、このうち第３の触媒燃焼
器３は主燃焼器であつて、これの下流側がガスタ
ービン等のアクチユエータに接続されている。

上記各触媒燃焼器１，２，３は筒状に構成され
ていて、それぞれに燃焼触媒４，５，６が充填さ
れている。また、各燃焼触媒４，５，６の上流側
に燃料混合器７，８，９が設けられている。第１
の触媒燃焼器１の燃焼触媒４の下流側には熱交換
型の空気予熱器１０が設けてあり、この空気予熱
器１０の入口側は空気主管１１から分岐した第１
の空気供給管１１ａに、また出口側は予熱空気出
口管１２を介して第１の触媒燃焼器１の燃料混合
器７に接続されている。そしてこの予熱空気出口
管１２にスタートアツプ用の電気ヒータ１３が介
装してある。

各触媒燃焼器１，２，３の燃料混合器７，８，
９にはそれぞれ燃料供給管１４，１５，１６が接
続されている。

第２の触媒燃焼器２の燃料混合器８の上流側に
は、第１の触媒燃焼器２からの燃焼生成ガスと、
空気主管１１から分岐した第２の空気供給管１１
ｂから供給される空気とを混合する燃焼ガス／空
気混合器１７が設けられている。

第３の触媒燃焼器３の燃料混合器９の上流側に
は空気主管１１が接続されている。

上記空気予熱器１０の具体的な実施例を第２図
に基づいて説明する。

図中１８は一端を触媒燃焼器１の下流端に開放
してこれに固着した有底の外管であり、この外管
１８の内側に、一端を上記外管１８の底部側に開
放した内管１９が同心状に固定して設けられてい
る。また外管１８及び内管１９との間のドーナツ
状の空間の上下の開放端は金網２０，２１にて閉
じられており、かつこのドーナツ状の空間内に金
属またはセラミツクの粒子２２が充填されてい
る。上記内管１９の他端には熱風函２３が連設し
てある。２４は触媒燃焼器１の下流端外側に固設
された空気函であり、この空気函２４内に上記外
管１８の開放端が臨ませてあると共に、熱風函２
３が位置されている。そしてこの空気函２４に空
気供給管１１ａが接続される入口管２５ａと、上
記熱風函２３と予熱空気出口管１２を接続する出
口管２５ｂが設けてある。

なお第２図において１ａは触媒燃焼器１の内面
に張付けられた耐火材である。

燃料混合器７，８，９は第３図、第４図に示す
ようになつていて、両端を缶板２６ａ，２６ｂに
固着した多数本の多孔質管２７と、この多孔質管
２７を囲繞する胴部２８と、胴部２８に固設した
燃料入口管２９とからなつている。上記多孔質管
２７は焼結材料にて構成されている。そして上記
両缶板２６ａ，２６ｂがそれぞれ触媒燃焼器の胴
部に接続されている。

上記構成における作用を以下に説明する。

まずスタートアツプにあたつてスタートアツプ
用の電気ヒータ１３の加熱源を加熱して空気主管
１１に空気を供給する。これにより、第１の触媒
燃焼器１へ供給される空気は上記電気ヒータ１３
にて触媒４の着火温度以上に加熱されて第１の燃
料混合器７に入り、ここで第１の燃料供給管１４
からの燃料と混合されて第１の触媒燃焼器１内に
流入して触媒４にて燃焼し、この燃焼生成ガスは
空気予熱器１０を加熱しながら第２の触媒燃焼器
２に流れる。上記触媒燃焼器による燃焼生成ガス
の温度は1100〜1200℃である。またスタートアツ
プ用の電気ヒータ１３により加熱されて第１の燃
料混合器７に入る予熱空気の温度は約300℃であ
る。

燃焼が開始されると、電気ヒータ１３を経て第
１の燃料混合器７に入る空気は空気予熱器１０に
ても加熱されて昇温する。そしてこの温度が450
℃程度となつたときにスタートアツプ用の電気ヒ
ータ１３の作動を停止する。

第１の触媒燃焼器１から第２触媒燃焼器２に流
れる燃焼生成ガスの温度は燃焼温度より約400℃
位低くなる。これは空気予熱器１０にて熱量を消
費されるためである。例えば燃焼温度が1200℃で
空気予熱温度が400℃であれば、第１の触媒燃焼
器１の出口での燃焼生成ガスの温度は約850℃と
なる。

第２の触媒燃焼器２に入つた燃焼生成ガスは燃
焼ガス／空気混合器１７にて空気供給管１１ｂか
ら供給された空気と混合され、触媒着火温度以上
で、かつ燃料混合物の燃焼温度以下の温度となる
ように調節される。ここで充分に混合されたガス
中に第２の燃焼混合器８で燃料が混合され、この
混合ガスは第２の燃焼触媒５にて燃焼され、この
燃焼生成ガスは第３の触媒燃焼器３に入る。第３
の触媒燃焼器３でも同様に、空気を混合して増量
してから燃焼混合器９にて上記燃焼生成ガス中に
燃料が混入され、ついで第３の燃焼触媒６にて燃
焼される。

第２の触媒燃焼器２から第３の触媒燃焼器３に
流入する燃焼生成ガスの温度は燃焼温度そのまの
1200℃である。従つて第３の触媒燃焼器３ではこ
の燃焼生成ガスを所定の温度、すなわち、触媒着
火温度以上で、かつ燃料混合物としての燃焼温度
以下の温度、例えば300℃以下に降下するために
は大量の空気を供給し、かつこれに見合うだけの
量の燃料を供給しなけばならず、このことによ
り、この第３の触媒燃焼器３にて発生する燃焼生
成ガスは第１、第２の各触媒燃焼器１，２のそれ
と比較して極めて大量となり、この大量の燃焼生
成ガスがガスタービン等のアクチユエータに送給
される。

上記第１、第２、第３の各触媒燃焼器１，２，
３でそれぞれ必要な空気の供給量及び燃焼量を比
較すると以下のようになる。

今燃焼触媒の着火温度を300℃以下である場合、
予熱空気の温度が300℃で触媒燃焼温度が1200℃
とすると、第１の触媒燃焼器１の燃焼量が１に対
し第２では3.3、第３では15.7となる。一方空気
の供給量は第１の触媒燃焼器１を１とすると、第
２で2.3、第３で12.1となる。

上記実施例において、第１の触媒燃焼器１を主
燃焼器である第３の触媒燃焼器３に比べてできる
限り小さくして、ここにおける空気の量を少なく
することができ、従つてスタートアツプ用の空気
加熱器１３の熱容量を小さくできると共に、スタ
ートアツプに要する時間を短くすることができ
る。

上記作用において、空気予熱器１０では、入口
管２５ａから空気函２４内に入つた空気は、外管
１８の開放端からドーナツ状の空間内を粒子間を
通つて流れ、この間に外管１８からの熱を受けて
加熱され、ついで内管１９から熱風管２３へ取り
出されて予熱空気出口管１２へと導出される。こ
のとき、外管１８の内側では粒子に触れるため、
空気に対する加熱体の接触面積は極めて大きく、
このことから熱効率がよく、空気予熱器１０を小
型化することができる。

また燃料混合器７，８，９では、燃料供給管１
４，１５，１６から供給された燃料が多孔質管２
７の壁より浸透して燃焼生成ガス中に混合され
る。この構成による燃料混合器７，８，９によれ
ば、燃焼生成ガス中への燃料の混入量が部分的に
変化することなく均等に行なわれる。また燃料が
浸透する多孔質管２７の数を多くすることによ
り、燃料混合器の流路長を短くすることができ
る。

なお、本発明における触媒燃焼器の従来例にあ
つては、第１の触媒燃焼器１への供給空気を加熱
する空気加熱器にバーナ燃焼器を用い、これの燃
焼ガスを供給するようにしたものがあるが、この
場合、その燃焼機構上未燃焼物が一部発生し、こ
れが触媒の表面に付着した後に正常な触媒燃焼に
なつたときに燃焼するが、この触媒の表面に付着
した未燃焼物が燃焼する場合に部分的な高温を発
生して触媒の劣化が早くなつてしまうとしう問題
があり、さらにバーナ燃焼器を用いた場合、これ
の着火の失敗等もあり、安全上かなりの配慮をし
なくてはならない等の問題があつたが、本発明で
は予熱空気出口管１２内に電気ヒータ１３を用い
たことにより、供給空気の汚染がなくなり、上記
各問題が解決される。

なお上記実施例では触媒燃焼器を第１、第２、
第３の３個を直列状に接続し、第３の触媒燃焼器
３を主燃焼器として用いる例を示したが、燃焼生
成ガスの量があまり多く必要としない場合には第
２の触媒燃焼器２を主燃焼器として用いてもよ
い。このときにおいても、第２の触媒燃焼器２に
流入する燃焼生成ガスの温度は850℃と高いので、
これに空気を混合することにより、第１の触媒燃
焼器１よりの燃焼生成ガスの量より極めて多くの
燃焼生成ガスを生成できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、第２段目以降の触媒燃焼器の
燃焼ガス量を第１段目に比較して格段に増量する
ことができ、第２段目以降にガスタービン等のア
クチユエータを接続して、アクチユエータ駆動用
の良好な動力源とすることができる。また本発明
によれば、主燃焼器である第２あるいは第３の触
媒燃焼器２，３に対して第１の触媒燃焼器１を小
さくでき、従つてこの第１の触媒燃焼器１での必
要な空気量を少なくできることにより、この空気
を予熱するための電気ヒータ１３の容量を小さく
することができると共に、短時間に所定の温度に
昇温でき、触媒燃焼器としてスタートアツプに要
する時間を10〜20分と短くすることができる。

さらに第１の触媒燃焼器１に供給される空気は
第１の触媒燃焼器１に設けた空気予熱器１０を介
して供給されることにより、電気ヒータ１３は燃
焼器の運転中には停止することができ、これによ
り、及び上記のように電気ヒータ１３の容量を小
さくできることにより、加熱費を低減することが
できる。

そしてさらに本発明によれば、第１の燃焼器へ
供給する空気予熱器の空気通路をドーナツ状にす
ると共に、この空気通路内に粒子を充填した構成
としたことにより、空気通路内を通る空気に対す
る加熱体の接触面積は極めて大きくなり、この空
気予熱器の熱効率はよく、従つてこれを小型化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示すもので、第１図は
構成説明図、第２図は空気予熱器部分を示す断面
図、第３図は燃料混合器を示す縦断面図、第４図
は第３図の−線に沿う断面図である。 １，２，３は触媒燃焼器、４，５，６は燃焼触
媒、７，８，９は燃料混合器、１０は空気、１１
は空気主管、１１ａ，１１ｂは空気供給管、１２
は予熱空気出口管、１３は電気ヒータ、１８は外
管、１９は内管、２２は粒子、２６ａ，２６ｂは
缶板、２７は多孔質管、２８は胴部、２９は燃料
入口管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 空気と燃料を混合する燃料混合器７，８と燃
   焼触媒４，５とを配設した第１、第２の触媒燃焼
   器１，２を直列に接続して設けると共に、第１の
   触媒燃焼器１の出口と第２の触媒燃焼器２の燃料
   混合器８との間に、空気供給管１１ｂを接続した
   燃焼ガス／空気混合器１７を設け、上記第１の触
   媒燃焼器１の下流側内に、外管１８と内管１９か
   らなる２重構造にすると共に、両管１８，１９と
   で構成されるドーナツ状の空気通路内に粒子２２
   を充填してなる熱交換型の空気予熱器１０を設
   け、この空気予熱器１０の入口側を空気供給管１
   １ａに、また出口側を第１の触媒燃焼器１の燃料
   混合器７の空気流入口に予熱空気出口管１２にて
   接続し、さらにこの予熱空気出口管１２に電気ヒ
   ータ１３を介装したことを特徴とする燃焼器。