JPH033774Y2 - - Google Patents

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JPH033774Y2
JPH033774Y2 JP1985111719U JP11171985U JPH033774Y2 JP H033774 Y2 JPH033774 Y2 JP H033774Y2 JP 1985111719 U JP1985111719 U JP 1985111719U JP 11171985 U JP11171985 U JP 11171985U JP H033774 Y2 JPH033774 Y2 JP H033774Y2
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Description

【考案の詳細な説明】
〔考案の利用分野〕 本考案は、触媒燃焼装置に係り、特に空気と燃
料との予混合気体を触媒層により接触燃焼させる
に際し、予熱温度を低下させるのに好適な触媒燃
焼装置に関する。 〔考案の背景〕 触媒を用いて燃焼を行わせる、いわゆる触媒燃
焼法には、窒素酸化物(NOx)生成が極めて少
ない、あるいは広範囲の空燃比で完全に燃焼でき
るなどの特徴を有する他、容積燃焼率が高く燃焼
器をコンパクト化できるという大きなメリツトが
ある。このため、ガスタービン、ボイラなどの事
業用燃焼器の低NOx化や高効率化に適用しよう
とする試みをはじめ、石油ストーブ、フアンヒー
タなどの家庭用熱器具の無公害燃焼に応用しよう
とする試み等、その応用が多分野において進めら
れている。 一般に触媒燃焼の場合、燃料と空気との予混合
気体を触媒層を通過せしめただけでは燃焼は開始
せず、あらかじめ加熱した触媒に上記予混合気体
を通じるか、あるいは触媒の種類によつて決まる
所定温度まで常時予混合気体を予熱しておく必要
がある。触媒燃焼器本体は極めて単純な構成では
あるが、上記した触媒加熱装置又はガス予熱装置
のため触媒燃焼システムが複雑化又は大型化し、
触媒燃焼法の実用化の大きな障害となつている。 特に、高負荷燃焼を行わせる燃焼器に用いる触
媒では、高温にさらされるため触媒活性が低下し
燃焼開始温度(着火温度)が高くなる傾向にあ
る。 〔考案の目的〕 本考案の目的は、上記した触媒燃焼装置の実用
化に際して重用課題である触媒又は予混合気体を
予熱する温度を低下させ、予熱器等の着火装置を
簡略化でき、かつ触媒の使用量をも低減させるこ
とができる触媒燃焼装置を提供するにある。 〔考案の概要〕 本考案は、ハニカム状触媒による燃焼では、触
媒層の空気と燃料との予混合気体入口部付近に発
熱が集中して高温となることに着目し、耐熱性は
劣るが着火温度の低い触媒を触媒層前段に配置
し、着火温度は高いが耐熱性に優れた触媒を触媒
後段に設置すると共に前段の触媒層を予混合気体
流れ前流側に対し下方に傾斜させることによつ
て、後段の触媒入口部付近の高温となる部分から
の輻射熱により前段の触媒を予熱することにより
予熱温度の低下を図つたものである。 〔考案の実施例〕 以下、図面に基づいて本考案の実施例を説明す
る。 第1図は本考案の一実施例を示す系統構成図で
ある。この触媒燃焼装置における触媒燃焼器3内
の触媒層は、触媒層の前流側に位置するハニカム
触媒1と触媒層の後流側に位置するハニカム触媒
2との2つに分割されている。触媒1には着火温
度を低くするため低温で焼成した担持量の多い貴
金属触媒が充填される。一方触媒2には熱伝導率
が高く、かつ高温で劣化しにくい触媒が充填され
る。触媒1の充填量は、触媒2の充填量の1/10〜
1/100程度でよく、触媒1の予混合気体流れ方向
の長さは数mmでよい。 触媒1側のハニカム形状は、第2図に示すよう
に予混合気体の流路10が触媒断面に対し予混合
気体の流入側下方に傾き、(触媒2におけるガス
流れ方向に対しΘの角度)を有し、予混合気体の
流れ方向に対する投影図における開口率が0とな
るようになつている。 触媒1は具体的には、多孔質γ−Al203、ムラ
イト、コージエライト等の担体にパラジウム
(Pd)、金(Pt)又はロジウム(Rh)等の成分を
担持させ、1200℃以下の温度で焼成した触媒が使
用される。触媒2は具体的にはチタン酸アルミ
(TiO2・Al203)、ランタンβアルミナ(La203
11Al203)又はバリウムアルミネート
(BaAl12O19)等の耐熱性担体にPd、Pt又はRh等
の成分を担持した触媒が使用される。 第1図に示す触媒燃焼装置において、空気はフ
アン4を経て空気流路5から予熱器6に導入さ
れ、ここで所定の温度に加熱された後、バルブ7
を介して燃料注入路8から供給される燃料と混合
され、流路9を経て触媒燃焼器3に供給される。 第3図は、ハニカム形状を有する触媒の触媒層
入口温度と燃焼率の関係を示すものである。ここ
で、図中で示した領域は、反応律速領域であ
り、は、物質移動律速領域である。そして
は、触媒反応と触媒体中の熱のフイードバツクに
よる気相における過剰エンタルピー燃焼を生じ
る、いわゆるcatalytically supported
combustion領域(Catal.−Rev.SCl.Eng.、26(1)、
1−58(1984))である。ここで、触媒層全体に触
媒活性が高く熱伝導率等の高い触媒を使用する
と、〜の領域の区分は、みかけ上なくなり、
触媒層入口部に発熱の集中する燃焼帯を形成す
る。これを示したものが第4図であるが、この発
熱の集中する部位の温度は過剰エンタルピーのた
め、耐熱燃焼温度より極めて高くなる。このため
触媒は、急速に人口部より熱劣化していく。この
高温による劣化に耐え得る触媒を用いようとする
と、触媒を高温焼成により調製して安定化する必
要があり着火温度の上昇と触媒量の増加はまぬが
れ得ない。 本考案の触媒燃焼器3には、触媒1に低温着火
性にのみ優れる触媒を数mmの長さに設置し、その
後流部に上述の着化温度の高い触媒2を設置し
た。即ち、第5図に示したように数mm長さのハニ
カム触媒1では第5図に実線で示したように低温
で燃焼が開始するもののその反応率は一定以上大
きくならず、第3図に示したcatalytically
supported combusticon領域は、生じない。こ
れに対し、高熱伝導率を有する高密度焼結担体を
用いた触媒2では、第5図中の破線で示すように
着火温度は高いが人口温度のわずかな上昇で極め
て高い燃焼率を示す。 したがつて、本考案による触媒燃焼器3におい
て、第5図に示す実線と破線との特性を加算した
特性を有し、触媒1により低温着火を可能とし、
同時に触媒2により高負荷燃焼を行わせることが
できる。 また第4図に示したように高負荷燃焼における
燃焼帯は触媒2層の入口付近(触媒1層の付近)
に生じ、この燃焼帯から大量の輻射熱が放出され
る。触媒1は予混合気体の流れ方向に対する投影
図における開口率が0となるように傾斜を有して
いるので第6図に示すように燃焼帯からの輻射熱
が触媒1面に吸収される。このため触媒1に導入
される予混合気体の予熱温度を低くしても、輻射
熱により触媒1自体が加熱されるので予混合気体
による予熱温度を低下でき、かつ失火しにくくな
る。 第7図は本考案の他の実施例を示す概略的構成
図であり、触媒燃焼装置をフアンヒータに適用し
たものである。 このフアンヒータは、内部に触媒101と触媒
102とに分割されたハニカム触媒層を有する混
合器103を備えている。触媒101は第1図の
場合同様、着火温度を低くするため低温で燃焼し
た担持量の多い貴金属触媒が充填され、触媒10
2には熱伝導率が高く、かつ高温で劣化しにくい
触媒が充填される。また触媒101は予混合気体
の流路が触媒断面に対し予混合気体の流入側下方
に傾きを有し、予混合気体の流れ方向に対する投
影図における開口率が0となつている。 第7図に示すフアンヒータにおいて、燃料−空
気取入口104から導入された予混合気体は点火
器105により燃焼され、所定の温度となつて触
媒101及び触媒102を予熱し、次いで点火バ
ーナの炎を消した後、予混合気体は触媒燃焼さ
れ、ケーシング106の側面に設けられた冷却空
気取入口107から取り入れられた空気と混合
し、シロツコフアン108を介して温風吹出口1
09から器外に吹き出される。なお図中、110
はガラス窓である。 このフアンヒータにおいても、第1図に示す触
媒燃焼装置同様、触媒層の低温着火が可能とな
り、同時に触媒層による高負荷燃焼を行うことが
できる。 上記した実施例では、予混合気体流入側の触媒
1,101は、いずれも予混合気体の流れ方向に
対する投影図における開口率が0となつている。
この場合、予混合気体の触媒層における流れを阻
害することなく、上述した燃焼帯からの輻射熱を
触媒1,101に十分に吸収する点で最も有効で
ある。しかし、本考案は触媒1,101が、予混
合気体の流れ方向前流側に対し、下方に傾斜して
いる限り、予混合気体の流れ方向に対する投影図
における開口率は0より以上の場合も含まれ、こ
の場合にも燃焼帯の輻射熱を触媒1,101に吸
収させることができる。 また触媒1,101は、触媒2,102よりも
着火温度を低くされているが、同時に触媒2,1
02は触媒1,101よりも熱伝導度が高いこと
が望ましい。触媒2,102の熱伝導度を高くす
ることによつて、触媒着火後における触媒2,1
02の燃焼熱を触媒1,101に伝導させ触媒
1,101の予熱温度を低下させることができ
る。触媒2,102の熱伝導度を高くするのには
触媒2,102の担体に熱伝導率の高い成分を用
いてもよく、又触媒2,102の単位容積当たり
のハニカム触媒セル数を触媒1,101のそれよ
りも多くしてもよい。 実施例 第1図の触媒1として、Pd−BaO−Si02
Al203系触媒(Pd0.5重量%、Si0210重量%、
BaO6重量%、Al203残部)からなるセル径2mm、
セル壁厚0.4mmのハニカム形状のものを、ガス流
路方向前流側下方に45゜の傾きをつけて長さ3mm
の解媒を用いた。また触媒2としてチタン酸アル
ミ(Ti02・Al203)に硝酸パラジウムを0.5重量担
持した後、1400℃で焼成したハニカム触媒(セル
径1.4mm、セル壁厚0.4mm、長さ50mm)を用いた。
触媒1と触媒2とを2mmの間隔を置いて30φの耐
熱性反応管に充填し、LPGの燃焼テストを実施
した。その条件は下記の通りである。 (1) 全ガス流量:40Nl/min (2) 燃料:LPG (3) 空燃比:2(耐熱燃焼温度約1600℃) ガスを流しながら、第1図の予熱器6を作動さ
せて昇温し、まず燃焼開始温度を測定した。燃焼
開始後は、入口温度をその値に保持し、10時間の
間燃焼率の変化を調べた。しかる後、予熱器6の
温度を低下させ、失火する温度を測定し、再び予
熱温度を上昇させて再着火させて着火温度の変化
を調べた。 比較例1及び2 実施例の触媒の代わりに、Pd−BaO−Si02
Al203触媒(長さ50mmハニカム形状)及びPd/チ
タン酸アルミ触媒(長さ50mmハニカム形状)それ
ぞれ単独に用い、実施例と同様の燃焼試験を行つ
た。 実施例と比較例1及び比較例2の試験結果を第
1表に示す。 第1表から、本考案の実施例では低温着火が可
能となるばかりでなく、高温燃焼によつても触媒
の活性低下が著しく小さいことがわかる。また一
旦、着火後は、触媒2の燃焼帯における輻射熱に
より触媒1が予熱されるため、予混合気体の予熱
温度を低下させても失火しにくいことがわかる。
一方、比較例1では触媒の軟化により短時間に触
媒が劣化し、比較例2では着化温度が実施例に比
べて150℃以上も高く、触媒活性の経時低下も著
しい。
【表】 〔考案の効果〕 以上のように本考案によれば、触媒の低温着火
が可能となり、一旦燃焼が開始すると、失火温度
が著しく低くなり、また高負荷燃焼においても触
媒活性の低下が少なく燃焼範囲が拡大させること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本考案の一実施例を示す系統構成
図、第2図は第1図における触媒1の構造を示す
要部斜視図、第3図はハニカム形状を有する触媒
の触媒層入口温度と燃焼率との関係を示す図、第
4図は触媒層のガス流れ方向距離と温度及び単位
容積発熱量との関係を示す図、第5図は本考案に
おける触媒入口温度とLPG燃焼率との関係を示
す図、第6図は本考案における触媒1の触媒2か
らの輻射熱を吸収する状態を示すための説明図、
第7図は本考案の他の実施例を示す概略的構成図
である。 1,101……触媒(低着火温度)、2,20
2……触媒(高着火温度)、3……触媒燃焼器、
6……予熱器、104……燃料−空気取入口。

Claims (1)

  1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 空気と燃料との予混合気体をハニカム状触媒
    層を予混合気体の流れ方向に少なくとも2層以
    上に分割した触媒層を通過させて燃焼させるも
    のにおいて、前記予混合気体の流入前流側の触
    媒層を予混合気体の流れ方向前流側に対し0゜を
    超える一定角度で下方に傾斜させると共に前記
    予混合気体の流入前流側の触媒層が後流側の触
    媒層よりも着火温度が低い触媒で構成されてい
    ることを特徴とする触媒燃焼装置。 (2) 前記予混合気体の流入前流側の触媒層におけ
    る触媒が、予混合気体の流れ方向に対する投影
    図における開口率を0としたことを特徴とする
    実用新案登録請求の範囲第1項記載の触媒燃焼
    装置。
JP1985111719U 1985-07-20 1985-07-20 Expired JPH033774Y2 (ja)

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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58140511A (ja) * 1982-02-16 1983-08-20 Matsushita Electric Ind Co Ltd 触媒燃焼器
JPS5941706A (ja) * 1982-08-31 1984-03-08 Nippon Shokubai Kagaku Kogyo Co Ltd メタン系燃料の燃焼方法
JPS6027227B2 (ja) * 1980-09-09 1985-06-27 富士ゼロックス株式会社 画像読取り装置

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