JPH05223201A - 触媒燃焼式ボイラシステム - Google Patents
触媒燃焼式ボイラシステムInfo
- Publication number
- JPH05223201A JPH05223201A JP4056676A JP5667692A JPH05223201A JP H05223201 A JPH05223201 A JP H05223201A JP 4056676 A JP4056676 A JP 4056676A JP 5667692 A JP5667692 A JP 5667692A JP H05223201 A JPH05223201 A JP H05223201A
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- JP
- Japan
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- catalyst
- heat
- combustion
- filler
- gas
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 触媒燃焼方式を採用したボイラシステムにお
いて、触媒充填材の過熱を防止し、低温にて燃焼反応を
起こさせるとともに、ボイラシステムの熱効率の向上を
図る。 【構成】 ケーシング(1) 内に収容した複数の伝熱管
(2) 隙間に、金属触媒を担持させてなる耐熱性の触媒充
填材を充填して触媒層(9) を形成し、このケーシング
(1) 内に予混合気を供給して、上記の触媒層(9) にて触
媒充填材と予混合気を反応させて高温の燃焼ガスを得、
この燃焼ガスから直接的に、並びに触媒充填材を介して
間接的に、伝熱管(2) に対して熱伝達を行なうようにし
た構成。
いて、触媒充填材の過熱を防止し、低温にて燃焼反応を
起こさせるとともに、ボイラシステムの熱効率の向上を
図る。 【構成】 ケーシング(1) 内に収容した複数の伝熱管
(2) 隙間に、金属触媒を担持させてなる耐熱性の触媒充
填材を充填して触媒層(9) を形成し、このケーシング
(1) 内に予混合気を供給して、上記の触媒層(9) にて触
媒充填材と予混合気を反応させて高温の燃焼ガスを得、
この燃焼ガスから直接的に、並びに触媒充填材を介して
間接的に、伝熱管(2) に対して熱伝達を行なうようにし
た構成。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、触媒燃焼式ボイラシ
ステムに関するものである。
ステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年では、環境汚染問題等により、ボイ
ラにおいても有害燃焼排気物、特にＮＯx ，ＣＯ等の一
層の低減が求められている。このような有害燃焼排気物
の低減化対策は種々提案されているが、そのひとつとし
て、触媒を使って低温で完全燃焼させ、有害燃焼生成物
の低減を図る、所謂触媒燃焼方式のものが脚光を浴びて
いる。
ラにおいても有害燃焼排気物、特にＮＯx ，ＣＯ等の一
層の低減が求められている。このような有害燃焼排気物
の低減化対策は種々提案されているが、そのひとつとし
て、触媒を使って低温で完全燃焼させ、有害燃焼生成物
の低減を図る、所謂触媒燃焼方式のものが脚光を浴びて
いる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
な触媒燃焼方式を採用したボイラシステムにおいては、
触媒の活性成分の耐熱温度、並びに、触媒の耐熱温度以
下に燃焼反応温度を抑えなければならず、そのため、空
気比が２〜３の空気過剰の状態の予混合気を供給する必
要が有って、熱効率の低下が避けられなかった。
な触媒燃焼方式を採用したボイラシステムにおいては、
触媒の活性成分の耐熱温度、並びに、触媒の耐熱温度以
下に燃焼反応温度を抑えなければならず、そのため、空
気比が２〜３の空気過剰の状態の予混合気を供給する必
要が有って、熱効率の低下が避けられなかった。
【０００４】例えば、ハニカム状セラミック素材に金属
触媒を担持させたものを用いた場合、上述触媒燃焼によ
って触媒中心部の温度は耐熱温度以上に上昇してしま
い、触媒自体の溶融、脱落が発生する（空気比が１に近
い状態）。また触媒燃焼部分への供給予混合気は、前述
の耐熱性の問題から充分に予混合されていなければなら
ず、そのために混合部分に大きなスペースと複雑な機構
を用いる必要が有った。
触媒を担持させたものを用いた場合、上述触媒燃焼によ
って触媒中心部の温度は耐熱温度以上に上昇してしま
い、触媒自体の溶融、脱落が発生する（空気比が１に近
い状態）。また触媒燃焼部分への供給予混合気は、前述
の耐熱性の問題から充分に予混合されていなければなら
ず、そのために混合部分に大きなスペースと複雑な機構
を用いる必要が有った。
【０００５】更に、触媒燃焼による触媒の過度の温度上
昇を防ぐには、周囲の伝熱面積を大きく設定する必要が
有ったが、それでも触媒内部の温度は輻射熱としてしか
回収できないために、この熱的問題を避けるには反応率
を低下させる（活性を下げる）方法しかなく、これも熱
的効率向上の障害となっていた。
昇を防ぐには、周囲の伝熱面積を大きく設定する必要が
有ったが、それでも触媒内部の温度は輻射熱としてしか
回収できないために、この熱的問題を避けるには反応率
を低下させる（活性を下げる）方法しかなく、これも熱
的効率向上の障害となっていた。
【０００６】従って、この発明が解決しようとする技術
的課題は、触媒燃焼部分での燃焼温度を低下させ、触媒
の熱的問題を回避し、有害燃焼排気物の生成を抑制する
と共に、熱効率を一層向上させたボイラシステムを得る
ことである。
的課題は、触媒燃焼部分での燃焼温度を低下させ、触媒
の熱的問題を回避し、有害燃焼排気物の生成を抑制する
と共に、熱効率を一層向上させたボイラシステムを得る
ことである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するためになされたものであって、具体的には、
ケーシング内に収容した複数の伝熱管隙間に、金属触媒
を担持させてなる耐熱性の触媒充填材を充填して触媒層
を形成し、このケーシング内に予混合気を供給して、上
記の触媒層にて触媒充填材と予混合気を反応させて高温
の燃焼ガスを得、この燃焼ガスから直接的に、並びに触
媒充填材を介して間接的に、伝熱管に対して熱伝達を行
なうように構成したことを特徴とする。
を解決するためになされたものであって、具体的には、
ケーシング内に収容した複数の伝熱管隙間に、金属触媒
を担持させてなる耐熱性の触媒充填材を充填して触媒層
を形成し、このケーシング内に予混合気を供給して、上
記の触媒層にて触媒充填材と予混合気を反応させて高温
の燃焼ガスを得、この燃焼ガスから直接的に、並びに触
媒充填材を介して間接的に、伝熱管に対して熱伝達を行
なうように構成したことを特徴とする。
【０００８】
【実施例】以下にこの発明に係る触媒燃焼式ボイラシス
テムの一実施例を図面に基づいて説明する。図中の(1)
は、ボイラケーシングで、この内部には、水平方向に延
びる多数の伝熱管(2) が配置され、この伝熱管(2) の各
端部は、ヘッダ(3),(4) によって連結される。上記ケー
シング(1) における伝熱管(2) 群の下方には多数の微小
径の貫通穴(5) を有する多孔板(6) を上記ケーシング
(1) を塞ぐ状態で配置しており、この多孔板(6) の下流
側に形成した導入口(7) から予混合気が供給されるよう
に構成してある。更に、この多孔板(6) の下方には加熱
用バーナ(8) を配置してある。そして、上記多孔板(6)
上のケーシング(1) 内空間には、セラミック等の耐熱性
素材に金属触媒を担持させてなる触媒充填材を充填し
て、触媒層(9) を形成してある。
テムの一実施例を図面に基づいて説明する。図中の(1)
は、ボイラケーシングで、この内部には、水平方向に延
びる多数の伝熱管(2) が配置され、この伝熱管(2) の各
端部は、ヘッダ(3),(4) によって連結される。上記ケー
シング(1) における伝熱管(2) 群の下方には多数の微小
径の貫通穴(5) を有する多孔板(6) を上記ケーシング
(1) を塞ぐ状態で配置しており、この多孔板(6) の下流
側に形成した導入口(7) から予混合気が供給されるよう
に構成してある。更に、この多孔板(6) の下方には加熱
用バーナ(8) を配置してある。そして、上記多孔板(6)
上のケーシング(1) 内空間には、セラミック等の耐熱性
素材に金属触媒を担持させてなる触媒充填材を充填し
て、触媒層(9) を形成してある。
【０００９】上記の構成の触媒燃焼式ボイラシステムに
おいて、その作用を以下に説明する。先ず、伝熱管(2)
内に被加熱流体（例えば、水）を充満させておく。次
に、加熱用バーナ(8) によって触媒層(9) を加熱してお
き、この状態で上記導入口(7) から、所定の空気比で混
合した予混合気をケーシング(1) 内に供給する。
おいて、その作用を以下に説明する。先ず、伝熱管(2)
内に被加熱流体（例えば、水）を充満させておく。次
に、加熱用バーナ(8) によって触媒層(9) を加熱してお
き、この状態で上記導入口(7) から、所定の空気比で混
合した予混合気をケーシング(1) 内に供給する。
【００１０】すると、この触媒層(9) においては、予
め、所定の反応温度にまで加温された触媒によって予混
合気の燃焼反応が始まると共に、この予混合気流及び燃
焼生成ガス流により、各触媒充填材が浮動状態になり、
予混合気の反応生成熱は、燃焼生成ガスから直接的に、
並びに、触媒充填材を介して間接的に、伝熱管(2) に伝
達され、伝熱管(2) 内の被加熱流体に熱伝達が行われ
る。
め、所定の反応温度にまで加温された触媒によって予混
合気の燃焼反応が始まると共に、この予混合気流及び燃
焼生成ガス流により、各触媒充填材が浮動状態になり、
予混合気の反応生成熱は、燃焼生成ガスから直接的に、
並びに、触媒充填材を介して間接的に、伝熱管(2) に伝
達され、伝熱管(2) 内の被加熱流体に熱伝達が行われ
る。
【００１１】ここで、ケーシング(1) 内の触媒層(9) に
予混合気を供給すると、触媒充填材が浮動状態となるこ
とから、予混合気の攪拌が一層促進され、実質上均一に
混合された予混合によって安定した燃焼状態を得ること
ができる。
予混合気を供給すると、触媒充填材が浮動状態となるこ
とから、予混合気の攪拌が一層促進され、実質上均一に
混合された予混合によって安定した燃焼状態を得ること
ができる。
【００１２】尚、この発明においての触媒充填材として
は、好ましくはアルミナ等の耐熱性素材からなる球状あ
るいは中空の粒子に金属触媒等の活性成分を担持させた
ものであり、このような触媒充填材を用いることによ
り、燃焼反応に寄与する触媒表面積は従来と同じにで
き、しかも低空気比においても伝熱管に直接接触できる
ので、触媒充填材の温度の上昇が防止でき、同時に幅広
い燃焼制御が可能となる。
は、好ましくはアルミナ等の耐熱性素材からなる球状あ
るいは中空の粒子に金属触媒等の活性成分を担持させた
ものであり、このような触媒充填材を用いることによ
り、燃焼反応に寄与する触媒表面積は従来と同じにで
き、しかも低空気比においても伝熱管に直接接触できる
ので、触媒充填材の温度の上昇が防止でき、同時に幅広
い燃焼制御が可能となる。
【００１３】また、触媒層(9) において、触媒充填材は
予混合気流並びに燃焼ガス流によって浮動状態となって
おり、燃焼反応により温度の上昇した触媒充填材は下層
に移動し、周囲の触媒充填材、伝熱管等に熱回収され
て、温度が低下するという循環を繰り返す。従って、触
媒層(9) の温度分布は均一化され、触媒充填材の熱によ
る劣化が防止できると共に、伝熱管群への熱負荷が均一
化でき、局部的な伝熱管の過熱・焼損といった自己が防
止できる。
予混合気流並びに燃焼ガス流によって浮動状態となって
おり、燃焼反応により温度の上昇した触媒充填材は下層
に移動し、周囲の触媒充填材、伝熱管等に熱回収され
て、温度が低下するという循環を繰り返す。従って、触
媒層(9) の温度分布は均一化され、触媒充填材の熱によ
る劣化が防止できると共に、伝熱管群への熱負荷が均一
化でき、局部的な伝熱管の過熱・焼損といった自己が防
止できる。
【００１４】更に、この状態から燃焼量を増加させるた
めに予混合気の供給量を増加させると、触媒層(9) は、
見かけ上の厚みが増加し、発熱に寄与する領域が拡大す
る。即ち、燃焼量（発熱量）の増減に応じて触媒層(9)
の厚みが増減し、伝熱管(2)もそれに合せて上記層内に
埋没するため、負荷の増加に対して均一な伝熱面を形成
することができる。
めに予混合気の供給量を増加させると、触媒層(9) は、
見かけ上の厚みが増加し、発熱に寄与する領域が拡大す
る。即ち、燃焼量（発熱量）の増減に応じて触媒層(9)
の厚みが増減し、伝熱管(2)もそれに合せて上記層内に
埋没するため、負荷の増加に対して均一な伝熱面を形成
することができる。
【００１５】尚、この発明に係る触媒燃焼式ボイラシス
テムは、上記のような構成に限らず、図３、４に示すよ
うな構成としてもよい。即ち、図３に示す実施例におい
ては、中空円柱状をなす被加熱流体収容ドラム(11)の軸
線方向に多数の予混合気流通経路(12)を形成し、この予
混合気流通径路(12)内に触媒充填材を充填して触媒層
(9) を形成した構成のものである。一方、図４に示す実
施例のものは、予混合気の流通経路(22)と被加熱流体の
流通径路(23)をそれぞれ互いに交叉する方向に形成した
プレート式熱交換器形式としたものである。
テムは、上記のような構成に限らず、図３、４に示すよ
うな構成としてもよい。即ち、図３に示す実施例におい
ては、中空円柱状をなす被加熱流体収容ドラム(11)の軸
線方向に多数の予混合気流通経路(12)を形成し、この予
混合気流通径路(12)内に触媒充填材を充填して触媒層
(9) を形成した構成のものである。一方、図４に示す実
施例のものは、予混合気の流通経路(22)と被加熱流体の
流通径路(23)をそれぞれ互いに交叉する方向に形成した
プレート式熱交換器形式としたものである。
【００１６】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、空気
−燃料の混合が触媒層内部で行なえるため、従来のよう
な例えば長い混合区間や、複雑な構造が不要になり、ボ
イラシステムの構造の簡略化、小型化、並びに単位設置
スペース当たりの熱回収効率の向上が図れる。
−燃料の混合が触媒層内部で行なえるため、従来のよう
な例えば長い混合区間や、複雑な構造が不要になり、ボ
イラシステムの構造の簡略化、小型化、並びに単位設置
スペース当たりの熱回収効率の向上が図れる。
【００１７】更に、この発明に係るボイラシステムにお
いては、触媒によって反応した高温ガスは、即座に伝熱
面に接触して伝熱を行い、温度が低下するため、触媒層
の温度上昇を防止することができる。そのため、従来の
ような高耐熱性の高価な触媒を用いる必要が無く、これ
らの選択の自由度が高くなり、コストの低減も図れる。
また、高温ガスから触媒充填材を介しての伝熱が迅速・
高効率に行われると共に、この触媒充填材が触媒層内を
循環するように浮動し、層上部で加熱された触媒充填材
は層下部に戻り、熱を奪われるために過度の温度上昇が
防止できる。また、上述のように、触媒層の温度上昇を
防止できるため、従来のように燃焼温度を低下させるた
めに空気比の大きく設定する必要がなくなり、所望の空
気比で燃焼させることができ、これにより伝熱効率の向
上も図れる。
いては、触媒によって反応した高温ガスは、即座に伝熱
面に接触して伝熱を行い、温度が低下するため、触媒層
の温度上昇を防止することができる。そのため、従来の
ような高耐熱性の高価な触媒を用いる必要が無く、これ
らの選択の自由度が高くなり、コストの低減も図れる。
また、高温ガスから触媒充填材を介しての伝熱が迅速・
高効率に行われると共に、この触媒充填材が触媒層内を
循環するように浮動し、層上部で加熱された触媒充填材
は層下部に戻り、熱を奪われるために過度の温度上昇が
防止できる。また、上述のように、触媒層の温度上昇を
防止できるため、従来のように燃焼温度を低下させるた
めに空気比の大きく設定する必要がなくなり、所望の空
気比で燃焼させることができ、これにより伝熱効率の向
上も図れる。
【００１８】更に、この発明に係るボイラシステムにお
いては、燃焼量、空気比の増減に応じて触媒充填材が浮
動することにより、それに対応して触媒層の高さが増減
するため、水管の熱流束を常に一定の幅に保つことがで
き、触媒での発熱量と負荷調整に自己制御性をもたせる
ことができる。
いては、燃焼量、空気比の増減に応じて触媒充填材が浮
動することにより、それに対応して触媒層の高さが増減
するため、水管の熱流束を常に一定の幅に保つことがで
き、触媒での発熱量と負荷調整に自己制御性をもたせる
ことができる。
【００１９】加えて、上述のようにこの発明に係るボイ
ラシステムにおいては、触媒は伝熱管の隙間に充填する
のみであるから、以後の保守点検作業において、触媒
（触媒充填材）の交換が容易である。
ラシステムにおいては、触媒は伝熱管の隙間に充填する
のみであるから、以後の保守点検作業において、触媒
（触媒充填材）の交換が容易である。
【図１】この発明における一実施例の概略構造を例示す
る縦断正面図である。
る縦断正面図である。
【図２】図１の縦断側面図である。
【図３】この発明における他の実施例を示す要部の拡大
図である。
図である。
【図４】この発明における更に他の実施例を示す要部の
拡大図である。
拡大図である。
(1) … ボイラケーシング (2) … 伝熱管 (3) … ヘッダ (4) … ヘッダ (5) … 貫通孔 (6) … 多孔板 (7) … 予混合気導入口 (8) … 加熱用バーナ (9) … 触媒層
Claims (1)
- 【請求項１】 ケーシング(1) 内に収容した複数の伝熱
管(2) 隙間に、金属触媒を担持させてなる耐熱性の触媒
充填材を充填して触媒層(9) を形成し、このケーシング
(1) 内に予混合気を供給して、上記の触媒層(9) にて触
媒充填材と予混合気を反応させて高温の燃焼ガスを得、
この燃焼ガスから直接的に、並びに触媒充填材を介して
間接的に、伝熱管(2) に対して熱伝達を行なうように構
成したことを特徴とする触媒燃焼式ボイラシステム。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4056676A JPH05223201A (ja) | 1992-02-06 | 1992-02-06 | 触媒燃焼式ボイラシステム |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4056676A JPH05223201A (ja) | 1992-02-06 | 1992-02-06 | 触媒燃焼式ボイラシステム |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05223201A true JPH05223201A (ja) | 1993-08-31 |
Family
ID=13034031
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4056676A Pending JPH05223201A (ja) | 1992-02-06 | 1992-02-06 | 触媒燃焼式ボイラシステム |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05223201A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0849802A (ja) * | 1993-02-25 | 1996-02-20 | Hirakawa Guidom:Kk | 水管群を有するボイラの燃焼装置と該燃焼装置を使用するボイラの燃焼方法 |
| WO1999020947A1 (fr) | 1997-10-16 | 1999-04-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Organe de chauffe pour combustion catalytique |
| WO1999020948A1 (fr) | 1997-10-20 | 1999-04-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Appareil de chauffage a combustion catalytique |
| US6167846B1 (en) | 1998-05-14 | 2001-01-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalytic combustion heater |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51131928A (en) * | 1975-03-24 | 1976-11-16 | Comstock & Wescott | Catalyzer system fuel combustion device and catalyzer for its device |
| JPS6361610B2 (ja) * | 1981-11-18 | 1988-11-29 |
-
1992
- 1992-02-06 JP JP4056676A patent/JPH05223201A/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS51131928A (en) * | 1975-03-24 | 1976-11-16 | Comstock & Wescott | Catalyzer system fuel combustion device and catalyzer for its device |
| JPS6361610B2 (ja) * | 1981-11-18 | 1988-11-29 |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPH0849802A (ja) * | 1993-02-25 | 1996-02-20 | Hirakawa Guidom:Kk | 水管群を有するボイラの燃焼装置と該燃焼装置を使用するボイラの燃焼方法 |
| WO1999020947A1 (fr) | 1997-10-16 | 1999-04-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Organe de chauffe pour combustion catalytique |
| US6397787B1 (en) | 1997-10-16 | 2002-06-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalytic combustion heater |
| US6497199B2 (en) | 1997-10-16 | 2002-12-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalytic combustion heat exchanger |
| WO1999020948A1 (fr) | 1997-10-20 | 1999-04-29 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Appareil de chauffage a combustion catalytique |
| US6352054B1 (en) | 1997-10-20 | 2002-03-05 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalytic combustion heater |
| US6167846B1 (en) | 1998-05-14 | 2001-01-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Catalytic combustion heater |
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