JPH03241213A

JPH03241213A - 輻射形加熱装置

Info

Publication number: JPH03241213A
Application number: JP2036321A
Authority: JP
Inventors: Akichika Kunitomo; 国友　彬愼; Osao Okamura; 岡村　長生
Original assignee: JAPAN FUEL TECHNOL CORP; Toshiba Corp
Current assignee: JAPAN FUEL TECHNOL CORP; Toshiba Corp
Priority date: 1990-02-19
Filing date: 1990-02-19
Publication date: 1991-10-28

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、例えば化学工場において、原料ガ等の原料流
動体を予熱または加熱反応させる際に使用する輻射形加
熱装置に関する。

（従来の技術）従来この輻射形加熱装置の一例として、以下に述べる反
応装置がある。これは、例えば水素ガスを得るために、
ＣＨとＨＯの混合した２原料ガスをＣＨ＋Ｈ０−４ＣＯ＋３Ｈ２２て示されるスチームリフオーミング反応を用いて反応さ
せ、ＨとＣ○のｌ昆合した生成ガスを得ることが行われ
ており、この反応装置が原料ガスの分解に使用されてい
る。

従来この種反応装置としては、例えば第６図（縦断面図
）および第７図（第６図の■−■線矢視断面図）に示す
ものが公知である（特開昭６２−１７２６’ｌ’５号公
報）。第６図中５１は燃焼室・５２は多孔性の熱輻射体
、５３は受熱室、５４は触媒か全体に均一に担持された
略均−な孔径を有する多孔性の受熱体、５５は円筒容器
６０内を燃焼室５１と受熱室５３とに仕切り原料ガス（
ＣＨとＨＯを混合したガス）５８が漏洩しな２いようにした隔壁、５６は燃料の燃焼により得られた高
温の燃焼ガス、５７は排ガス、５９は原料ガス５８の分
解により得られたＨ　　とＣ○を屁合した生成ガス、６
１は原料ガス供給管、６２は多数の噴出口６２ａを有す
るバーナ、６３は排ガス管、６４は生成ガス取出し管で
ある。

上記反応装置ては、バーナ６２から噴射して燃焼される
高温燃焼ガス５６は熱輻射体５２を通過し、排ガス管６
３から排ガス５７として排出される。燃焼ガス５６の顕
熱は、熱輻射体５２を通過する際に対Ｒ熱伝達によって
熱輻射体５２に吸収され、熱輻射体５２が加熱されて装
置内に輻射熱か放出され、放出された輻射熱は、隔壁５
５が金属材料或いはセラミックの場合は隔壁５５の加熱
及び再輻射として受熱体５４に受熱され、又隔壁５５が
石英ガラス等のように透明な材質の場合は隔壁５５を透
過して受熱体５４に受熱され、受熱体５４が加熱される
。

原料ガス５８は受熱体５４を通過する際に受熱体５４に
より加熱されて分解し、ＨとＣＯ２の混合した生成ガス５つとなり、生成ガス取出し管６４
を通して装置外へ送られる。

上述のごとく、熱輻射体５２に吸収された熱を輻射によ
り受熱体５４に与え、原料ガス５８を受熱体５４内に通
して加部し、触媒の存在のもとに分解させることにより
、改質生成ガス５９を１写るようにすると、熱の有効利
用か図られると共に原料ガス５８の分解かコンパクトな
装置により効果的に行われる。

（発明か解決しようとする課題）以上述べた従来の反応装置は、バーナ６２により燃焼室
５１内で燃料か燃焼されるか、バーナ６２から遠ざかっ
た部分の隔壁５５にあってはバナ６２に近接した部分の
隔壁５５に比へて温度差ができてしまう。このため、加
熱効率が悪くなる。

また、バーナ６２による炎は、理論燃焼温度が例えば約
１９００℃で、実際にはバーナ６２の周囲から熱が逃げ
ても１４００℃〜１６００℃になる。そのため、燃焼し
た燃焼ガス５６の中には、窒素酸化物が多量に含まれ、
そのまま排ガス管６３から容器６０外部に排出すると、
公害の問題となることかあり、このことは特に反応装置
か大形化した場合にクローズアップされる。

本発明は加熱効率か高く、燃焼排ガス中の窒素酸化物分
か少なくなる輻射形加熱装置を提供することを目的とす
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は前記目的を達成するため、密閉容器内を、高温
ガスを給排可能な燃焼室と原料流動体を給排可能な受熱
室とに仕切る隔壁と、前記燃焼室内に配設され、燃焼に
必要なガスを通過させて触媒燃焼させる燃焼触媒体と、
この燃焼触媒体により燃焼した燃焼ガスを通過させるこ
とにより熱輻射体として機能し、前記隔壁を加熱する第
１の多孔性固体と、前記受熱室内に配設され、通過する前記原料流動体を、
前記隔壁からの輻射熱により加熱され、受熱体として機
能する第２の多孔性固体とからなるものである。

（作用）本発明によれば、燃焼室に供給される高温ガスを、第１
の多孔性固体を通過させる前に、燃焼触媒体を通過させ
て触媒燃焼させるようにしたので、隔壁がほぼ全体に亘
って均一に加熱され、これにより加熱効率か向上し、ま
た燃料流動体の燃焼か比較的低い温度で行われることか
ら、燃焼排ガスの中に含まれる窒素酸化物分が少なくな
る。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第１図はその第１の実施例の横断面図であり、第２図
は第１図の■−■線矢視断面図（縦断面図）であり、以
下これについて説明する。

円筒状の密閉容器１内は、円筒状の隔壁２て、燃焼室３
と受熱室４に仕切られている。燃焼室３内には、通気性
が良く多孔性材料からなり、後述する燃焼ガス２３を通
過させることにより熱輻射体として機能し、これにより
隔壁２を加熱する円筒状の第１の多孔性固体５が配設さ
れ、この上下端部には円形リング状の分離壁６がそれぞ
れ密閉連結されている。

燃焼室３内であって、隔壁２の内周面および多孔性固体
５の外周面との間に所定間隔を存して、円節状の燃焼触
媒体７を配置し、この上下端部には円形リング状の分離
壁８がそれぞれ密閉連結されている。結果として、燃焼
室３が３個の燃焼分離室９，１０．１１に分離されてい
る。燃焼触媒体７としては、通気性が良くセラミックホ
ーム等の多孔性材料を担体とし、これに燃焼用触媒例え
ばＰｔ　　（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、Ｌｊ（リチ
ュウム）、Ｌａ（ランタン）等の成分を担持したものを
用いる。

密閉容器１の土壁部には、燃焼分離室９の内部に、燃焼
に必要な燃料ガス２０と空気２１を導入するための燃料
ノズル１２が複数個（ここでは４個）が連結されている
。図では、燃料ノズル１２が円筒状のものを示しである
が、実際には燃焼触媒体７に燃料ガスか通過する前の段
階で、空気と燃料か双方によく混合されるようになって
いる。

また、密閉容器１の土壁部には、燃焼分離室１１の内部
と連通し、燃焼排ガス２２を密閉容器１の外部に排出す
るように、排ガス管１３か連結されている。

受熱室４内には、通気性が良く多孔性材料からなり、原
料ガス１８を通過させることにより熱輻射体として機能
し、これにより隔壁２を加熱する円筒状の第２の多孔性
固体１４が配設され、この上下端部には円形リング状の
分離壁１５がそれぞれ密閉連結されている。

密閉容器１の土壁部には、多孔性固体１４の内側に原料
ガス１８を供給するための原料ガス供給管１６が連結さ
れ、また多孔性固体１４の外側に生成される生成ガス１
９を容器１の外部に取り出すための生成ガス取出管１７
が連結されている。

以下、このように構成された第１の実施例の動作につい
て説明する。燃焼室３内の燃焼分離室９内には、燃料ノ
ズル１２から、燃焼に必要な燃料ガス２０と空気２１が
導入されて加熱され、燃焼分離室９内で燃料ガス２０と
空気２１が良く混合され、燃焼触媒体７を通過する。こ
の燃焼触媒体７を混合ガスが通過する間に、触媒反応か
起こり、これにより前記混合ガスが燃焼され、この燃焼
ガス２３は第１の多孔性固体５を通過する間に、燃焼ガ
ス２３の熱が多孔性固体５に伝達され、この熱は燃焼触
媒体７に熱輻射され、さらに燃焼触媒体７から隔壁２に
熱輻射され、隔壁２を加熱する。その後多孔性固体５を
通過した冷却された排ガス２２は燃焼分離室１１から排
ガス管１３から密閉容器１の外部に排出される。一方、
受熱室４内には、原料ガス管１６からの原料ガス１８が
供給され、ここで前述のように加熱された隔壁２の輻射
熱により加熱されて、第２の多孔性固体１４を通過する
ことにより、前述の原料ガス１８が予熱または加熱反応
が行われた生成ガス１つが、生成ガス取出し管１７を通
して密閉容器１外部に排出される。

以上述べたことから、第１の実施例によれば、隔壁２が
ほぼ全体に亘って均一に加熱され、これにより加熱効率
が向上し、また燃料ガス２０の燃焼が、燃焼触媒体７を
通過する際に触媒反応が起こるとともに燃焼されること
から、比較的低い温度て燃焼が行われる二とから、燃焼
排ガスの中に含まれる窒素酸化物分が少なくなる。

次に本発明の第２の実施例について、第３図を参照して
説明する。第３図（ａ）、（ｂ）は燃焼触媒体エレメン
トのみの構成を示す平面図および正面図である。燃焼触
媒体エレメント７０は、環状円板７１に、複数の突起部
７２が放射方向１こ等間隔に形成されている。これは耐
熱セラミ・ンク等により焼成され、この表面に燃焼触媒
例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｌｉ、Ｌａなどを配合した成分担持
されている。このような構成の燃焼触媒体エレメント７
０を、あらかじめ多数準備し、これらを積み重ねてハニ
カム状の触媒体を構成する。

このようにして得られた触媒体を、前述の第１の実施例
の多孔性触媒体７の代りに用（＼ると、前述の第１の実
施例より燃焼ガスの燃焼が促進される。これは、燃焼ガ
スが燃焼触媒体エレメント７０の突起部７２の間を通過
する間に、触媒反応が行われ燃焼されるからである。

次に、本発明の第３の実施例について、第４図および第
５図を参照して説明する。第４図は第３の実施例の横断
面図（第５図のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図）であり、第５
図はその縦断面図（第４図のｖ−Ｖ線矢視断面図）であ
る。第１および第２図の実施例と異なる点は、容器コ内
を隔壁２により仕切られた燃焼室３内を以下のようにし
たものである。すなわち、燃焼室３内に円筒状の多孔性
固体５を配設し、この多孔性固体５の内側に、円筒状の
触媒燃焼室２５か形成され、この触媒燃焼室２５内の下
部には前述した第２の実施例のハニカム状の触媒体２７
を収納し、触媒燃焼室２５の上部には燃料ノズルコ２お
よび空気導入管２４か連結されている。

このような構成のものにおいて、燃焼に必要な燃料ガス
は、燃料ノズル１２からｄ含窒間２６に導入され、燃焼
用空気は空気導入管２４から混合空間２６に導入され、
７昆合空間２６て両者か混合され、触媒体２７を通過す
る間に、触媒反応の助けにより燃焼か行われ、下部空間
２８から隔壁２と、多孔性固体５との間に高温ガスか流
れ、多孔性固体５を通過する間に、ガスの熱か多孔性固
体５に与えられて低温となった燃焼排ガス刀・排カス管
１３より容器１外部に排出される。以上述へた実施例も
前述の実施例と同様な効果か得られることは言うまでも
ない。

［発明の効果コ以上述べた本発明によれば、燃焼室に供給される高温ガ
スを、第１の多孔性固体に通過させる前に、燃焼触媒体
に通過させて触媒燃焼させるようにしたので、隔壁かほ
ぼ全体に亘って均一に加熱され、これにより加熱効率が
向上し、また燃料流動体の燃焼が比較的低い温度で行わ
れることから、燃焼排ガスの中に含まれる窒素酸化物分
か少なくなる輻射形加熱装置を提供することかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の輻射形加熱装置の第１の実施例を示す
横断面図、第２図は第１図の■−■線こ沿って切断し矢
印方向に見た縦断面図、第３図は本発明の輻射形加熱装
置の第２の実施例の燃焼触媒体のみを示す図、第４図は
本発明の輻射形加熱装置の第３の実施例を示す横断面図
、第５図は第４図のｖ−■線に沿って切断し矢印方向に
見た縦断面図、第６図および第７図は従来の輻射形反応
装置の一例を示す断面図である。１・密閉容器、２・・隔壁、３　燃焼室、４・受熱室、
５．１４・−多孔性固体、７，２７・・燃焼触媒体、１
２　・轡籾ノズル、１３・・排ガス管。

Claims

【特許請求の範囲】密閉容器内を、高温ガスを給排可能な燃焼室と原料流動
体を給排可能な受熱室とに仕切る隔壁と、前記燃焼室内
に配設され、燃焼に必要なガスを通過させて触媒燃焼さ
せる燃焼触媒体と、この燃焼触媒体により燃焼した燃焼ガスを通過させるこ
とにより熱輻射体として機能し、前記隔壁を加熱する第
１の多孔性固体と、前記受熱室内に配設され、通過する前記原料流動体を、
前記隔壁からの輻射熱により加熱され、受熱体として機
能する第２の多孔性固体とからなる輻射形加熱装置。