JPH033776Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は触媒燃焼装置に係り、特に装置を大型
化することなく燃焼を均一に行える装置に関す
る。

〈従来の技術及びその問題点〉 近年、注目を集めている触媒を用いた接触燃焼
方式（以下「触媒燃焼」と称す。）は、通常の燃
焼方法である気相燃焼方式に比べ、燃料濃度が可
燃範囲以下でも燃焼反応を持続させることが可能
であり、低温域での燃焼ができることから、窒素
酸化物の生成を大幅に抑えることができる。これ
らの利点から、この触媒燃焼方式は、多種多様の
分野での利用が計られている。

従来技術からなる触媒燃焼装置としては、第７
図に示す構成のものが、一般的に知られている。
第７図に示す例は、入口ノズル１′から、入口ノ
ズルの前流で予熱された燃焼用空気又は、高温の
酸素を含む排ガス（以下、両者の総称として「燃
焼用ガス」とする。）を導入し、旋回羽根３′にて
旋回力が与えられる。燃料としては気体状のもの
が使用され、燃料ノズル２′の先端の燃料供給ノ
ズル（孔）５′より旋回羽根３′の後流側へ導入さ
れる。燃焼用ガスと燃料は、燃焼用ガスに与えら
れた旋回力により、コーン形状の混合室６′にて
混合ガスとなる。これらの混合ガスは、燃焼室
８′の前流に設けられた整流板９′にて均一分散さ
れ、触媒層１０′にて燃料分を燃焼させるように
構成してある。

しかしながら、燃焼用ガスと燃料の混合部にお
いて、燃焼用ガスに与えられた旋回力は混合室
６′の内壁面に沿つた流れであり、中心部分での
流速は非常に小さなものとなる。その上、燃料は
ガス流れの中央部より供給されるため、均一混合
ガスとはならず中央附近は燃料濃度の高い混合ガ
スとなり、壁面部に近づくにつれて燃料濃度の低
い混合ガスとなる傾向を示す。この傾向は整流板
９によりやや解消されるものの、この分散板の機
能ではきわめて不十分である。混合室６における
軸線方向の距離、つまり混合距離も混合を促進す
るため長く取る必要がある。この混合室６′の長
さについては、前記した制約の他にもコーン部の
広がり角度を大きくすること、すなわち混合室
６′の軸方向距離を相対的に短かくすると、混合
ガスが拡がりをもたないまま、中央部附近を吹き
抜ける現象が起る。このため均一分散させるため
には整流板９を抵抗の大きなものにする必要が生
じ、装置圧力損失の上昇を併うことになる。従つ
て通常コーン部６′の拡がり角度は最大30゜程度に
抑えられることが多く、装置が大型化するという
欠点もある。

第８図のＡないしＣに従来技術からなる触媒燃
焼装置の触媒垂直断面に対するガス流量分布、燃
料濃度分布及び、触媒層燃焼温度の関係を模式的
に示す。ガス流量分布は、整流板９により均一分
散される。しかし、燃料濃度分布は前記した如く
中心附近が高濃度となり壁面に近づく程、濃度が
下る。従つて触媒層燃焼温度も、燃料濃度分布に
比例して中心部が高温となり、周辺部の燃焼温度
は低くなる。このため、触媒層１０内にて大きな
温度差が生じ、熱応力（熱ひずみ）又は、収縮差
により、短時間のうちに触媒担体の割れ等の現象
が起り、触媒寿命が短かくなる欠点がある。又、
周辺部の低温域では燃料の不完全燃焼を生じ、高
濃度の一酸化炭素が生成されることもある。

〈本考案の目的〉 本考案の目的は、上記した従来技術の欠点をな
くし、触媒層における燃焼の不均一のないコンパ
クトで、排ガスと燃料の混合の良好な触媒燃焼装
置を提供するにある。

〈本考案の概要〉 要するにこの考案は、燃料と空気等の燃焼用ガ
スとの混合流の下流側に触媒層を配置して燃焼さ
せる装置において、前記燃焼用ガスを流通する混
合室内に、該混合室の内周壁面に向かい、かつ該
内周壁面近くに燃料を噴出する開口端を有する複
数の燃料供給ノズルと、該供給ノズルの後流側に
旋回羽根を配置したことを特徴とする触媒燃焼装
置である。

〈実施例〉 以下本考案の実施例につき図面を用いて説明す
る。

本考案による触媒燃焼装置の実施例を第１図〜
第４図に基づいて説明する。第１図に触媒燃焼装
置の一実施例の構造を示す。本装置の燃焼用ガス
導入部は、入口ノズル１及び前段旋回羽根３から
なり前段旋回羽根３により燃焼用ガスに旋回力が
与えられるように構成される。燃料は、燃料ノズ
ル本体２に通り、前段旋回羽根３の後流に形成配
置した燃料供給ノズル５から燃焼用ガスの流れ方
向に対し直角に供給されるよう噴射口が形成され
る。燃料供給ノズル５の後流には、複数の旋回羽
根よりなる旋回羽根の組３（以下単に旋回羽根３
と称す）と燃料ノズル本体２の軸心に対する取り
付け傾斜角度が逆となる複数の旋回羽根よりなる
旋回羽根の組４（以下単に旋回羽根４と称す）が
配置されており、旋回羽根３，４間で主に燃料が
混合される様に構成されている。本装置では、第
７図に於けるコーン形状からなる混合室６′に相
当する燃焼用ガスと燃料の混合部が、旋回羽根
３，４間の主混合室６と後段旋回羽根４の後流の
補助混合室７に分けて構成されている。他の構成
は、第７図に示した従来例と同様であり、燃焼室
８の上流側に設けた分散板９により、同燃焼室内
に配置した触媒層１０に流入するガス流を均一に
分散するよう構成してある。

上記の構成において、入口ノズル１より導入さ
れた燃焼用ガスは、第２図に示すように前段旋回
羽根３によつて旋回力が与えられる。この旋回流
は流路の内周壁面と燃料ノズル２に沿つた流れと
なり、壁面附近の方が幾分速い流れとなる。次に
一定の間隔を置いて配置された後段旋回羽根４に
おいては、前段旋回羽根３に対して逆方向に旋回
羽根が取り付けてあるため、ガス流れが直前で乱
される。この結果、後段旋回羽根４の下流では前
段旋回羽根３の旋回方向と逆方向の弱い旋回力を
持つた流れとなる、また、気体状の燃料は燃料ノ
ズル本体２を通り前段旋回羽根３と後段旋回羽根
４の間に配置された燃料供給ノズル５を通り、燃
焼用ガスの流れ内に噴出される。第２図及び第３
図に示すように燃料供給ノズル５は、燃料ノズル
本体２の周囲に等分割で設けられており、各燃料
供給ノズル５の開口端５ａは主混合室６の内壁面
に対向して配置されていて、燃料が周壁に向つて
噴出される。燃料供給ノズル５を通つた燃料は、
前記した如く流れの速い混合室内周壁近くで燃焼
用ガス内へ導入され、後段旋回羽根４入口でのガ
スの乱れにより撹拌され、後段旋回羽根４を通過
することによつて燃焼用ガスと均一混合される。
この混合ガス流は、後段旋回羽根４を通過した
後、補助混合室７を拡散し、燃焼室８へ送り込ま
れる。燃焼室８では、混合ガス流は入口部に設け
られた整流板９によつて、更に均一分散され、触
媒層１０に接触して燃焼する。

以上の如く、主混合室内周壁に向つて噴出する
燃料の噴出方向は燃焼用ガス流れによりガス流れ
方向（燃料ノズル本体２の軸心方向）と交叉し下
流側に分散されていくので、燃料濃度分布が流路
横断面につき均一となる。また本実施例によれ
ば、前段旋回羽根３、後段旋回羽根４の２段にし
たこと、及び、その旋回羽根３，４間で燃料供給
ノズル５が複数本設けられているので燃料を周壁
附近で分割して供給したことによつて、旋回羽根
間でほぼ均一に燃焼用ガスと燃料が混合される。
このため従来法と比較し、混合室６の必要長さが
短くなる。また、前段旋回羽根３によつて与えら
れた旋回流に後段旋回羽根４によつて逆旋回を与
えることによつて、後段旋回羽根４通過後の混合
ガス流は旋回力も弱まり、均一なガス流速とな
る。さらに予備混合室７の断面積を燃焼室８の大
きさに急激に拡げることも、燃焼用ガスと燃料の
混合を促進することになる。これに加え後段旋回
羽根４通過後の旋回力が弱いため、混合ガス流の
中央部での吹き抜けも起らない。従つて、入口ノ
ズル１から燃焼室までの距離も短かくなり、装置
の小型化が達成できる。

さらにまた、各旋回羽根によつて通過流速が速
まることによつて、補助混合室からの逆火は後段
旋回羽根４によつて防止され、かつ燃料供給部附
近からの逆火は、前段旋回羽根３によつて防止さ
れ、装置の安定した運転が可能となる。

以上示した装置の触媒層垂直断面におけるガス
流量分布、燃料濃度分布及び、触媒層燃焼温度を
第４図に示す。図示の通りガス流量分布同様燃料
濃度分布も均一になる。従つて触媒層燃焼温度も
中心部、周壁面部共に均一になり、完全燃焼とな
るためCO等の有毒ガスの発生もない。中心と周
辺との温度差もないため、触媒寿命の延長へとつ
ながる。

本考案の他の実施例を第６図に示す。本実施例
は第１図に示した本考案による実施例の燃料供給
ノズル５を前段旋回羽根３の上流に配置したもの
である。本実施例は旋回力による燃焼用ガスと燃
料の混合効果を増すため、前段旋回羽根３の前段
に燃料を供給するよう、燃料供給ノズルも同旋回
羽根３の上流側に配置してある。他の構成は第１
図に示した本考案による実施例と同様である。

第５図には燃料供給ノズル５の他の実施例を示
す。本実施例は燃料供給ノズル５に燃焼用ガスと
対向するよう燃料噴出孔５ｂを数個設けたもので
ある。これにより燃料ガス中での燃料の分散をよ
り良好にすることができる。

〈効果〉 本考案は以上の構成となつているので、混合室
内周壁に向つて噴出した燃料がその噴出方向が燃
焼用ガス流れにより分散されるので燃焼触媒に流
入する気体中の燃料濃度が均一となり、装置の性
能を低下させずに小型化が達成でき、燃料の拡散
は従来型よりも向上するので、触媒における燃焼
が均一に行え、触媒の寿命を大幅に向上させるこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案になる触媒燃焼装置の実施例を
示す断面図、第２図は第１図における旋回羽根と
燃料供給部の詳細を示す断面図、第３図は第１図
における燃料供給ノズルの詳細を示す断面図、第
４図は本考案になる触媒燃焼装置の触媒層垂直断
面におけるガス流量分布〔第４図Ａ〕、燃料濃度
分布〔第４図Ｂ〕、及び触媒層燃焼温度を示すグ
ラフ〔第４図Ｃ〕、第５図は燃料供給ノズルの他
の実施例を示す断面図、第６図は本考案の他の実
施例を示す燃焼装置断面図、第７図は従来の触媒
燃焼装置の構造を示す断面図、第８図は従来の触
媒燃焼装置における触媒層垂直断面におけるガス
流量分布〔第８図Ａ〕、燃料濃度分布〔第８図
Ｂ〕、及び触媒層燃焼温度を示すグラフ〔第８図
Ｃ〕である。３……前段旋回羽根、４……後段旋
回羽根、５……燃料供給ノズル、６……主混合
室、１０……触媒層。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 燃料と空気等の燃焼用ガスとの混合流の下流
   側に触媒層を配置して燃焼させる装置におい
   て、前記燃焼用ガスが流通する混合室内に、該
   混合室の内周壁面に向かい、かつ該内周壁面近
   くに燃料を噴出する開口端を有する複数の燃料
   供給ノズルと、該供給ノズルの後流側に旋回羽
   根を配置したことを特徴とする触媒燃焼装置。 ２ 実用新案登録請求の範囲第１項記載の触媒燃
   焼装置において、前記供給ノズルの前流側に前
   記後流側ノズルと羽根の取り付け傾斜角度が逆
   となる旋回羽根を配置した触媒燃焼装置。 ３ 実用新案登録請求の範囲第１項または第２項
   記載の触媒燃焼装置において、前記燃料供給ノ
   ズルの一部を、気体流れに対向するよう形成し
   た触媒燃焼装置。