JPH02213607A

JPH02213607A - 触媒燃焼装置の製造法

Info

Publication number: JPH02213607A
Application number: JP1030674A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Matsuo; 松尾　宣雄; Hiroshi Ichiyanagi; 宏一柳; Masayuki Matsuda; 松田　正行
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1989-02-09
Filing date: 1989-02-09
Publication date: 1990-08-24
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JP2892027B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、触媒燃焼装置およびその製造法に係り、特に
特別の予熱装置を設けることなく安定した起動、燃焼を
継続できる触媒燃焼装置およびその製造法に関する。

〔従来の技術〕

ガス状燃料を燃焼させる方式としては、これまでバーナ
による燃焼がよく知られている。この方式による燃焼で
は、燃料と空気を予めまたはバーナ先端で混合し、適切
な空気と燃料の混合割合に調整することにより、火炎を
保持し、安定に燃焼を継続させている。したがって、燃
料の種類により適切な空燃比があり、例えばメタン、プ
ロパンでは１．０〜１．２程度、−酸化炭素では１．０
〜２．０程度と言われている。また燃料の発熱について
も、火炎を保持し、自燃しかつ安定燃焼させるためには
、最低８００〜１０００　Ｋｃ　ａ　ｌ−／ｒｒｆＮ以
上は必要であるとされている。

一方、近年触媒を用いた触媒燃焼方式が提案され、自動
車用浄化触媒等で実用化されている。この触媒燃焼方式
の代表的なシステムを第６図に示す。図において、燃料
配管４から供給された燃料は、空気配管７から熱交換器
１９を経て供給される空気と混合された後、触媒層２に
供給されて燃焼が行われる。この触媒燃焼方式は、（１
）１００〜２００Ｋｃａｆｆｉ／ｍＮ以下というような
低カロリーガスの燃焼が可能、（２）低酸素、すなわち
理論酸素での燃焼が可能、（３）火炎がなくＮＯｘが低
い等の優れた特徴を有している。

触媒燃焼方式においては、燃焼を完全に行うために、触
媒層の温度を一定温度以上に保持する必要があり、この
ため燃料と酸素含有ガスの混合ガスをあらかじめ触媒の
燃焼開始温度まで予熱する予熱方式や、起動時のみ触媒
層を加熱し、安定に触媒燃焼できる温度（約４００〜６
００°Ｃ）まで触媒層が昇温されたら予熱なしに前記混
合ガスを供給する自燃方式が知られている（特開昭５８
−８１４２７号、特願昭６０−２４６９０号、特願昭５
９−１０６２３８号、特開昭５７−２１７１６号、特開
昭５８−８６３１４号等）。

一方、都市ガス等のバーナに用いられる炎口板に触媒を
担持させ、この触媒担持炎口板の貫通口に混合ガスを通
過させ、炎口板の出口で点火せしめ、炎口板出口表面に
火炎を形成させ、炎口板を直接昇温赤熱させ触媒担持層
（炎口板）を予熱する方法（特開昭５７〜７０３０９号
）、さらに炎口板の形状について、混合ガスの炎口板前
流への逆火防止のため入口側の面積を小さくした構造が
提案されている（特開昭５９−７０３０７号、特開昭５
８−６２４１６号）。

また、上記の触媒層の製造法は一最に公知のように、ハ
ニカム状、または球状のサポート基材の表面に高比表面
積のＴ−アルミナ等の触媒担体をコーティング、吹付は
付着または塗布し、これに触媒成分を含浸し、または触
媒成分を予め触媒担体に混合し担持させている。またコ
ニティング等の担体を基材表面に付着させるに際しては
、付着層の厚みを一定とし、余分な付着物を除去するよ
う空気等でブローし均一に付着させている。

〔発明が解決しようとする課題］上記の自燃方式における従来技術では、炎口板をそのま
ま用いた場合、触媒燃焼時は貫通穴の径が小さく開口面
積が小さいため、混合ガス炎目板通過時の圧力を員失が
大きくなり、さらに投入混合ガス量が少ないという問題
があった。また、炎口板の貫通穴径を大きくしたり、ま
たはいわゆるハニカム状触媒を用い、開口面積を大きく
すると圧力損失は小さくなるが、起動時の炎口板出口表
面での火炎の保持が困難となり、火炎が表面から剥離し
て予熱時間が長くなってしまう。さらに表面燃焼から触
媒燃焼へ移行する際、特に水素等のよく燃焼するガスを
含有したガス燃料を用いた場合、しばしば逆火を引き起
こす欠点があった。

一方、炎口板の入口の面積を小さくした場合、圧力損失
は若干増すものの、逆火は起こしにくく改善されてはい
るが、表面燃焼時の火炎の保持は困難であり、予熱時間
が長くなる欠点は改善されなかった。

さらに、従来の触媒燃焼装置の製造法では、触媒層が特
殊形状の場合は、所望の形状の触媒層を得ることが困難
である。

本発明の第１の目的は、燃焼容量を大きくするとともに
起動時間を短くし、また逆火が生じることなく安定な燃
焼を維持することができる触媒燃焼装置を提供すること
にある。

本発明の第２の目的は、上記触媒燃焼装置を容易に得る
ことができる触媒燃焼装置の製造法を提供することにあ
る。

本発明の第３の目的は、さらに触媒燃焼装置の触媒層出
口のガス流路の径を均一にするとともに、任意の長さに
することが容易な触媒燃焼装置の製造法を提供すること
にある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の第１は、複数のガス流路を有する担体に触媒成
分を担持させて形成した触媒層に、燃料と酸素含有ガス
との混合ガスを供給して燃焼するものにおいて、前記触
媒層は、ガス流れ方向に順次、触媒を担持しない無触媒
層部および触媒を担持した触媒層部を有し、該触媒層部
のガス出口側にガス流路の径を小さくした断面積縮小部
を設けたことにより達成される。

本発明の第２の目的は、触媒担体スラリ液の濃度を１５
〜５０重量％に調整し、該スラリ液にサポート基材を、
ガス人口側無触媒層部の所定高さより２〜３ｍｍ下面ま
で浸した後、サポート基材を引き上げて静置し、無触媒
層部と触媒層部を一体的に形成することにより達成され
る。

本発明の第３の目的は、触媒担体スラリ液の濃度を１５
〜５０重量％に調整し、該スラリ液にサポート基材を、
ガス入口側無触媒層部の所定高さより２〜３　ｍｍ下面
まで浸した後、サポート基材を引き上げて一次乾燥した
後、再度ガス出口側から２〜３ｍｍまでの高さを前記ス
ラリ液に浸した後、スラリ液より引き上げて静置するこ
とにより達成される。

本発明の触媒燃焼装置の製造法に用いる触媒担体スラリ
液の濃度は１５〜５０重量％、好ましくは２０〜３０重
量％である。スラリ濃度が１５重量％未満では、スラリ
液中にサポート基材を所定の長さまで浸しても、サポー
ト基材の吸水性による毛細管現象のため無触媒層とすべ
き部分までスラリか付着し、またより下面まで浸したと
しても触媒層本体部のコーティング厚みが一定せず、さ
らに触媒層をスラリ液から引き上げたとき、出口部の面
積縮小部が形成されないかまたは不十分となる。またス
ラリ濃度が５０％を超えると、スラリ液の粘性、表面張
力が大きくなりすぎるため、ハニカム状サポート基材の
開口部上部へスラリ液が上昇せず、安定したコーティン
グが達成されない。

〔作用］触媒層の出口面を絞り、開口面積を小さくすることによ
り触媒層出口面の噴出口部に渦流を生じ、火炎が保持さ
れるので、火炎が炎口板出口面より剥離することがない
。また、出口部のみを絞っているので炎口板通過時の圧
力損失も比較的小さくてすむ。

また、触媒層は、無触媒層部と触媒層部からなる構成と
なっており、触媒層部では、燃料ガスが燃焼し触媒層そ
のものを加熱昇温することとなるが、この熱量の一部は
触媒層入口側の無触媒層部に伝導により伝えられ、無触
媒層部も昇温される・こととなる。一方、燃焼装置に供
給される低温の混合ガスは、触媒層入口側から触媒層部
に到るまでの無触媒層部において輻射、対流によって昇
温されるので、反対に無触媒層部は冷却されることとな
る。このため第５図に示すように、触媒層入口面の温度
は低下し、入口面前流の混合ガスは、無触媒層部のない
従来の場合（破線）に較べ無駄に昇温されることかない
。したがって、炎口板入口面側にハニカム状または炎口
板により細分化された無触媒層部を形成することにより
、前記触媒層入口前流の混合ガスの温度は、自然発火温
度以下となり、さらに無触媒層部の混合ガスの通路は細
分化されているので、水平面方向へ火炎が伝播すること
がなく、水素等の易触媒燃焼性ガス燃料でも逆火が生じ
にくい。

また、上記触媒層の製造においては、該触媒層がガス人
口側に無触媒層部を、出口側に断面積縮小部をもつとい
う特殊形状であるため、通常は２〜１０重量％程度であ
るスラリ濃度を１５〜５０重量％にすることにより、ス
ラリ液の粘度が上昇し、表面張力も大きくなるので、毛
細管現象の作用が小さく抑えられ、スラリ液に浸す高さ
に応じ触媒担体がコーティングされ、無触媒層部が形成
される。また、表面張力が大きくなることから、触媒層
をスラリ液より引き上げたとき、出口部下端が雨滴状を
なしく第９図）、充分なる断面積縮小が達成される。さ
らに、引き上げた触媒層を出口部を下端として、例えば
ハトロン紙等の油性紙上に置くことにより、触媒層から
水分の急速なる除去がなく、徐々に吸水していくので断
面積縮小部の形状が破壊されず残留し、また紙等の平面
上に置くことにより出口部端面が平面となるので、焼成
後の加工が不要となる。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例により詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す燃焼装置の全体構成
図である。

この触媒燃焼装置１は、触媒層２と、触媒層２の前流に
混合ガスの偏流を防止する偏流防止部材３と、偏流防止
部材３の前流側に混合ガスを供給する燃料配管４および
空気配管７とから主として構成される。燃料配管４には
制御弁５および燃料遮断弁６が、燃焼用空気配管７には
制御弁８および必要に応じ送風機９が設置される。第２
図は触媒層２の詳細断面図、第４図は第２図のＡ−Ａ断
面図である。第２図において、触媒層２は、混合ガス入
口側の触媒を担持しない無触媒層部１６と、中央部以降
の触媒を担持した触媒層部１７と出口側断面積縮小部１
８とからなる。

上記構成において、燃料ガスは単独で（または燃焼用空
気と予混合され）燃料配管４より、また燃焼用空気（酸
素含有ガス）は空気配管７より触媒燃焼装置１の偏流防
止部材３の前流側に導入される。混合ガスが触媒燃焼装
置１に導入されると同時に点火装置１５が作動し、混合
ガスは触媒層出口側の断面積縮小部１８の端面で火炎を
形成し自燃する。この際、触媒層流出口の面積縮小の効
果により、混合ガスの流出速度が高められて流出口より
噴出するが、このとき第３図に示すように、周辺の大気
を巻込む渦流２０が噴出口周辺に発生し、前記流出口部
１日に火炎が確実に保持される。

燃料ガス量および空気量は、触媒層出口温度検出端１０
からの信号により調節計１１を介し、制御弁５および８
を制御することにより調整される。

また緊急時には、触媒層出口温度および触媒層入口温度
検出端１２．１２′、またはガス分析器１３からの異常
信号により調節計１４を介し、遮断弁６が閉じられる。

本実施例によれば、上記の火炎保持効果により触媒層２
への熱の伝達が速（なり、短時間で触媒層２を昇温する
ことができ、触媒燃焼への移行時間を短くすることがで
きる。また、無触媒層部を配置したことにより、触媒層
入口前面の温度を低く押さえることができるので逆火が
押さえられる。

次に、本発明の触媒燃焼装置の製造法について説明する
。

第７図に、触媒燃焼装置に用いられる触媒層製造のフロ
ー図を示す。

触媒および担体を平均１μ以下の粒径まで微粉砕し、水
を加えてスラリ濃度が１５〜５０重量％以下、好ましく
は２０〜３０重景％になるよう調整する。次に第８図略
こ示すように、このスラリ液２１中にサポート基材２３
をガス出口側を下面として触媒を担持させる部分の上端
より数ｍｍ　（約２〜３ｍｍ）下まで浸した後、引き上
げ、そのまま空気ブローをせず第１Ｏ図に示すように油
性紙２５上に静置する。約１時間そのまま放置した後、
焼成し触媒層２とする。この触媒層２を燃焼装置１の燃
焼部に配置する。

触媒成分は、あらかじめ担体に混合しておいてもよいし
、担体をコーテイング後含浸させてもよいが、含浸させ
た場合には、無触媒部にも若干触媒成分が担持されるの
で、好ましくはあらかじめ担体に触媒成分を混合してお
くのがよい。

本発明の装置に用いられる触媒層製造法の他の実施例を
第１１図に示す。

本実施例においては、あらかじめ上記と同様に調整され
たスラリ液により、触媒層本体部まで均一にスラリをコ
ーティングし空気ブローした後、出口側先端部のみを再
度スラリ液に浸し、その後空気ブロー廿ずに油性紙上に
静置して断面積縮小部を形成する゛ようにしたものであ
る。この実施例によれば、出口側先端部の形成を後工程
で行うようにしたので、断面積縮小部の口径制御を容易
に行なうことができる。

以下、本発明の具体的実施例を述べる。

実施例１触媒層寸法を１５０ｍｍ四角の厚さ２０ｍｍとし、１、
８１１′ｍピッチ、壁厚０．２５　ｍ＋＋のハニカム状
であり（２００セル／インチ）、ガス前流側１０ｍｍが
無触媒層部、流出側面積縮小部の孔径が０．５　ｍｍの
触煤層を用いた触媒燃焼装置により、燃料量および空気
量を変えて試験を行ない、装置の起動時間、触媒層の圧
力損失、触媒燃焼容量および前流空間温度を測定した。

比較例１触媒層として、１５０ｍｍ四角の厚さ１０ｍｍの２００
セル／インチハニカム状で全層に触媒成分を担持させ、
ガス流出側の縮小部のないものを用い、実施例１と同様
の試験を行なった。

比較例２無触媒で厚み１０ｍｍ、０．８　ｍｍの小孔を２．５鵬
ピツチで千鳥状に開孔した炎口板を用い、実施例１と同
様の試験を行なった。

比較例３比較例２の炎口板に触媒を担持させて実施例１と同様の
試験を行なった。

実施例２触媒層として２００セル／インチハニカム状で厚み１０
＋＋＋ｎ＋、全層に触媒成分を担持させ、流出側を実施
例１と同様０．５胴孔径まで縮小したものを用い、この
触媒層の前流に１０１！１ｆｆｉ厚みの無触媒ハニカム
を触媒層と隙間を極力小さくして設置し、実施例１と同
様の試験を行なった。

実施例３実施例２において、無触媒ハニカムの厚みを５印とした
以外は実施例２と同様に試験を行なった。

結果を第１表に示す。第１表から明らかなように、本発
明の触媒燃焼装置は起動時間が短くまた触媒燃焼容量は
その範囲も最大負荷も太き（とれ、さらに触媒層前流の
温度が低く逆火を生じにくく、圧力損失も従来のハニカ
ム状触媒より若干高いがほぼ同等である。また実施例２
の無触媒層と触媒層を独立に配置した場合は、それらを
一体とした場合に較べ、触媒層と無触媒層間の微小隙間
により若干逆火は生じ易いが、実施例１とほぼ同等の効
果が得られた。実施例３では無触媒層前流空間の温度が
約２００°Ｃ上昇したが、逆火は比較的生じにくかった
。また実施例２および３によれば、無触媒層と触媒層を
独立に配置するので触媒層を容易に製造することができ
る。

〔発明の効果〕

請求項（１）の触媒燃焼装置によれば、触媒層のガス流
出口部の断面積を縮小したことにより、圧力損失は通常
のハニカム状触媒より若干高いもののほぼ同等であり、
燃焼容量も大きくとれ、さらに起動時の火炎保持ができ
るので、非常に短時間で起動できる。また、ガス入口部
に無触媒層部を設けたことにより、触媒層前流空間の温
度を低下させられるので逆火が生じにくく、安定な燃焼
を維持することができる。

請求項（２）の触媒燃焼装置の製造法によれば、触媒層
の断面積縮小部と無触媒層部を容易に形成することがで
き、しかもガス出口部は水平に仕上がるので、複雑な加
工をすることなく安価に製造することができる。

請求項（３）の触媒燃焼装置の製造法によれば、請求項
（２）の効果に加えて、さらに触媒層出口のガス流路の
径を均一にでき、しかも任意の長さに制御できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の触媒燃焼装置の一実施例を示す全体
構成図、第２図は、本発明に用いられる触媒層の一実施
例を示す断面図、第３図は、本発明のガス流出口部の起
動時の保炎効果を説明する図、第４図は、第２図のＡ−
Ａ断面図、第５図は、本発明による触媒層前後の軸方向
の温度分布を示す図、第６図は、従来の触媒燃焼装置の
代表的フロー図、第７図は、触媒層製造のフロー図、第
８図は、サポート基材をスラリ液に浸したときの触媒担
体の付着状況を示す図、第９図は、触媒層をスラリ液か
ら引き上げたときの状況を示す図、第１０図は、スラリ
液から引き上げた触媒層を油性紙上に静置したときの状
況を示す図、第１１図は、触媒層の他の実施例を示す断
面図である。１・・・触媒燃焼装置、２・・・触媒層、３・・・偏流
防止部材、４・・・燃料配管、５．８・・・制御弁、６
・・・遮断弁、７・・・空気配管、１０，１２・・・温
度検出器、１１．１４・・・調節計、１５・・・点火装
置、１６・・・無触媒層部、１７・・・触媒層部、１８
・・・面積縮小部、２０・・・渦流、２１・・・スラリ
液、２２・・・スラリ液槽、２３・・・サポート基材、
２４・・・触媒担体、２５・・・油性紙、２６・・・均
−担持部、２７・・・再コーテイング部。出願人　バブコック日立株式会社代理人　弁理士　川　北　武　長第１図第５図触媒燃焼装置触媒層偏流防止部材燃料配管制御弁しゃ新井空気配管送風機温度検出器調節計ガス分析器点火装置（−）　　　　Ｏ（＋）触媒層入口面からの距離１８賞ｉ偵縮小部２０：渦流第図し。笛図第８図第１０図２５：油性紙第９図第１１図２７：再コーティング部

Claims

【特許請求の範囲】

（１）複数のガス流路を有する担体に触媒成分を担持さ
せて形成した触媒層に、燃料と酸素含有ガスとの混合ガ
スを供給して燃焼するものにおいて、前記触媒層は、ガ
ス流れ方向に順次、触媒を担持しない無触媒層部および
触媒を担持した触媒層部を有し、該触媒層部のガス出口
側にガス流路の径を小さくした断面積縮小部を設けたこ
とを特徴とする触媒燃焼装置。
（２）触媒担体スラリ液の濃度を１５〜５０重量％に調
整し、該スラリ液にサポート基材を、ガス入口側無触媒
層部の所定高さより２〜３ｍｍ下面まで浸した後、サポ
ート基材を引き上げて静置し、無触媒層部と触媒層部を
一体的に形成することを特徴とする触媒燃焼装置の製造
法。
（３）触媒担体スラリ液の濃度を１５〜５０重量％に調
整し、該スラリ液にサポート基材を、ガス入口側無触媒
層部の所定高さより２〜３ｍｍ下面まで浸した後、サポ
ート基材を引き上げて一次乾燥した後、再度ガス出口側
から２〜３ｍｍまでの高さを前記スラリ液に浸した後、
スラリ液より引き上げて静置することを特徴とする触媒
燃焼装置の製造法。