JPH05306887A - 輻射形加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 電子出願以前の出願であるので 要約・選択図及び出願人の識別番号は存在しない。

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 ス等の原料流動体を予熱または加熱反応させる際 に使用される輻射形加熱装置に関する。

（従来の技術） 従来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_４とＨ_２Ｏの混合した原料ガ スをＣＨ_４＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ_３で示されるス チームリフォーミング反応を用いて反応させ、 Ｈ_２とＣＯの混合した生成ガスを得ることが行な 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、この種の反応装置としては、例えば第３ 図（縦断面図）および第４図（第３図のIV−IV線 に沿う矢視断面図）に示すものが知られている （特開昭６２−１１７２６１５号公報）。第３図 および第４図において、５１は円筒形の密閉容器 で、この密閉容器５１内には同心状に配設された 円筒状の隔壁５２により燃焼室５３と受熱室５４ とに仕切られ、密閉容器５１の中心軸線上に配設 された原料ガス供給管５５を通して供給される原 料ガス（ＣＨ_４とＨ_２Ｏを混合したガス）５６が 漏洩しないようにしてある。５７は燃焼室５３の 外周部に配設された熱輻射体、５８は受熱室５４ の内周部に配設され、触媒が全体に均一に担持さ れた略均一な孔径を有する多孔性の受熱体、５９ は燃焼室５３にそれぞれ等間隔に配設された多数 の噴出口５９ａを有する複数個のバーナである。

このバーナ５９は燃料を燃焼させ、その輻射熱に より原料ガス５６を分解して得られるＨ_２とＣＯ とを混合した生成ガス６０を密閉容器５１の上部 に結合された生成ガス取出し管６１を通して外部 に取出せるようになっている。また、燃焼室５３ で燃焼した排ガス６２は熱輻射体５７を通して密 閉容器５１の下部に結合された排ガス管６３を通 して外部に排気されるようになっている。

上記反応装置では、バーナ５９から噴射して燃 焼される高温燃焼ガス６４は熱輻射体５７を通過 し、排ガス管６３から排ガス６２として排出され る。燃焼ガス６４の熱は、熱輻射体５７を通過す る際に対流熱伝達によって吸収され、この熱輻射 体５７が加熱されることによって装置内に輻射熱 が放出される。この輻射熱は隔壁５２が金属材料 あるいはセラミックなどの非透過性部材の場合は 隔壁５２の加熱および再輻射熱として受熱体５８ に受熱され、この受熱体５８が加熱される。

原料ガス５６は受熱体５８を通過する際にこの 受熱体５８により加熱されて分解し、受熱体５８ に担持した触媒の作用によりＨ_２とＣＯの混合し た生成ガス６０となり、生成ガス取出し管６１を 通して装置外へ送られる。

上述したように熱輻射体５７に吸収された熱を 輻射により受熱体５８に与え、原料ガス５６を受 熱体５８内を通して加熱し、触媒の存在のもとに 分解させて改質ガス６０を生成することにより、 熱の有効利用が図り得ると共にコンパクトな装置 で原料ガス５６の分解を効果的に行なうことがで きる。

（発明が解決しようとする課題） しかし、このような従来の輻射形加熱装置に おいて、燃焼室５３の外周部に配設される熱輻射 体５７は多孔性のセラミック等の固体により円筒 形に一体成形されているため、熱応力の作用に対 して破損し易いという問題がある。特に熱輻射体 ５７は内側の燃焼ガス入口と外側のガス出口との 間では１５０°Ｃ〜３００°Ｃの温度差が発生す るので、この温度差によって生ずる熱応力で亀裂 が発生する。一般にアルミナ等のセラミックで多 孔質のホーム状に焼成した固体は、高温に対して 割れ易く、温度上下げの耐スポーリング性も悪い ことが知られている。

このため、熱輻射体５７に亀裂が発生すると多 孔性固体内を流れなければならない高温ガスが亀 裂からリークして外側に流出するので、この熱輻 射体５７から隔壁５２に輻射される熱量が減少し、 熱効率が低下するという問題があった。

本発明は上記のような問題点を解決し、第１の 多孔性固体の亀裂を防止して輻射熱の効率を高め ることができ、長期間使用しても性能が変わるこ とのない信頼性の高い輻射形加熱装置を提供する ことを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は上記の目的を達成するため、次のよ うな手段を講じた輻射形加熱装置とするものであ る。

本発明は筒形の密閉容器内を高温ガスまたは燃 料ガスが給排可能な燃焼室と原料流動体が給排可 能な受熱体とに仕切る隔壁と、前記燃焼室内に高 温ガスまたは燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスを通 過させて前記隔壁を加熱する熱輻射体としての機 能を有する第１の多孔性固体と、前記受熱室内に 供給される原料流動体を通過させて前記隔壁から の輻射熱により加熱する受熱体としての機能を有 する第２の多孔性固体とを前記密閉容器と同心状 に多重構成にしてそれぞれ配設してなる輻射形加 熱装置において、前記第１の多孔性固体は、二つ の材質構成に分け、外側をセラミックスウールの 繊維状の焼成品からなる筒状のセラミックウール 層とし、内側をセラミックホームのごとき多孔性 固体で焼成し、且つ周囲部の１カ所以上を周方向 に分割して突合わされる接触面を有するセラミッ クホーム層で構成したものである。

（作 用） このような構成の輻射形加熱装置にあっては、 第１の多孔性固体は高温で高温ガスの流入側とな る内側が空間率の大きいセラミックホーム層で、 外側が空間率の小さいセラミックウール層の二層 に構成されているので、第１の多孔性固体から隔 壁に輻射する輻射率をより高めることができる。

また、内側のセラミックホーム層はその周囲部 の１カ所以上を軸方向に分割して突合わされてい るので、内側と外側の温度差による熱応力による 亀裂を防ぐことができ、外側のセラミックウール 層の収縮によってセラミックウール層とセラミッ クホーム層との間に間隙がなく、しかもそのとき の熱収縮の特性を利用してセラミックホーム層を 周方向に締付けることにより、全体が筒形を保持 することができるので、長期間に亘って信頼性の 高い第１の多孔性固体を得ることができ、輻射伝 熱形加熱装置として高性能を保持できる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明 する。

第１図は本発明による輻射形加熱装置の構成例 を縦断面して示すものである。第１図において、 １は円筒形の密閉容器で、この密閉容器１内にそ の軸中心と同心状に配設された円筒状の隔壁２に より外側に燃焼室３が、内側に受熱室４がそれぞ れ形成されている。燃焼室３には熱輻射体として の機能を有する円筒状の第１の多孔性固体５が密 閉容器１の軸中心と同心状に配設され、その上下 端には容器内上壁部および底部に取付けられたリ ング状の金属からなる分離壁６と一体の固体受具 ７により保持されている。この第１の多孔性固体 ５は外側をセラミックウールの繊維状の焼成品か らなるセラミックウール層８と、内側をセラミッ クホームのごとき多孔性固体で焼成してなるセラ ミックホーム層９の２層で構成されている。そし て、セラミックホーム層９の周囲部の１カ所以上 を第２図に示す如く周方向に分割し、その分割面 １０を突合わせて周方向に締付けられている。こ の分割形状は一つの面で分割するようにしても良 いが、本実施例では図示する如くくの字形に折れ 曲がった面となるように分割して突合わせている。

この場合、内側のセラミックホーム層９の空間率 としては９０％〜９５％のものが使用され、また 外側のセラミックウール層８の空間率としては ７５％程度の低いものが使用される。

なお、セラミックホーム層９の周囲部の軸方向 の分割形状としては階段状に段違いにした分割面 としてこれらを組合わせ突合わせようにしてもよ い。

また、燃焼室３内には複数個の燃焼バーナ１１ が等間隔を存してそれぞれ設けられ、各燃焼バー ナ１１で燃料ガスを燃焼させて、隔壁２と第１の 多孔性固体５を加熱するようにしている。

さらに、受熱室４内には触媒が全体に均一に担 持された略均一な孔径を有し、且つ受熱体として の機能を持つ円筒状の第２の多孔性固体１２が密 閉容器１と同心円状に配設され、その下端には容 器底部に取付けらた金属受板１３を介して保持さ れている。また、密閉容器１の軸中心線上には原 料供給管１４が挿入されており、この原料供給管 １４に取付けられた取付板１５に第２の多孔性固 体１２の上端部が取付けられている。

なお、図中１６は原料ガスが受熱室４内で加熱 分解して得られる生成ガスを容器外に送出する生 成ガス取出管、１７は燃焼室３で燃焼した排ガス を容器外に排出する排ガス管である。

このような構成の輻射形加熱装置において、燃 焼バーナ１１で燃焼した高温ガスは矢印１８に示 すように、まず第１の多孔性固体５を構成する内 側のセラミックホーム層８を通過し、さらに外側 のセラミックウール層９を通過する。一般にセラ ミックホーム材は空間率が高く、セラミックウー ル材は空間率が低いので、隔壁２への輻射率は同 一材質の場合より良い効果が得られる。

また、セラミックホーム層８は２層構成の内側 のみで、全体の半分の寸法になるため、温度差も 少なく、その上セラミック層の円周上の１カ所以 上を軸方向に分割してこれらを突合わせているの で、内外の温度差による熱応力は解消し、亀裂の 発生を防止することができる。

因みに、セラミックウール材は高温約１６００ ℃で焼成し、１０００℃程度で使用すると１．２ ％〜１．８％程度寸法が収縮する。この性質を利 用して軸方向に分割された分割面を突合わせて締 付けることにより、円筒形を保持することができ る。

ところで、セラミックウール材は部分的にわず かな外力を与えると容易に潰れる。従って、第１ の多孔性固体５をリング状の金属からなる分離壁 ６と一体の固体受具７により保持するにあたって は、固体受具７の内周縁部７ａで保持させて位置 決めを行なっている。この場合、内周縁部７ａの 熱膨脹とセラミックホーム層８の熱膨脹は異なる ので、最高温度で両者の間隙がなくなるような間 隙を設けて組立てられる。このことにより、地震 等の横揺れに対して隔壁２とセラミックホーム層 ８は中心がほとんどずれることがなく、破損する こともない。

なお、上記実施例では円筒形の密閉容器１内に 円筒状の隔壁２、第１の多孔性固体５および第２ の多孔性固体１４を同心円的に配設する構成につ いて示したが、角筒形の密閉容器内に同一形状の 隔壁２、第１の多孔性固体および第２の多孔性固 体を配設する場合でも同様に適用実施できる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、多孔性固 体に発生する熱応力を極僅かな小さいものとし、 この熱応力による亀裂や破損を防止でき、長期間 使用しても性能が変わることのない信頼性の高い 輻射形加熱装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱輻射形加熱装置の一 実施例を示す縦断面図、第２図は第１図のII−II 線に沿う矢視断面図、第３図は従来の熱輻射形加 熱装置を示す縦断面図、第４図は第３図のIV−IV 線に沿う矢視断面図である。 １…密閉容器、２…隔壁、３…燃焼室、４…受 熱室、５…第１の多孔性固体、６…分離壁、 ７…固体受具、８…セラミックウール層、９…セ ラミックホーム層、１０…分割面、１１…燃焼バ ーナ、１２…第２の多孔性固体、１３…金属受 具、１４…原料供給管、１６…改質ガス出口管、 １７…排気ガス管。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒形の密閉容器内を高温ガスまたは燃料
   ガス が給排可能な燃焼室と原料流動体が給排可能な受 熱室とに仕切る隔壁と、前記燃焼室内に高温ガス または燃料ガスを燃焼させた燃焼ガスを通過させ て前記隔壁を加熱する熱輻射体としての機能を有 する第１の多孔性固体と、前記受熱室内に供給さ れる原料流動体を通過させて前記隔壁からの輻射 熱により加熱する受熱体としての機能を有する第 ２の多孔性固体とを前記密閉容器と同心状に多重 構成にしてそれぞれ配設してなる輻射形加熱装置 において、前記第１の多孔性固体は二つの材質構 成に分け、外側をセラミックスウールの繊維状の 焼成品からなる筒状のセラミックウール層とし、 内側をセラミックホームのごとき多孔成固体で焼 成し、且つ周囲部の１カ所以上を周方向に分割し て突合わされる接触面を有するセラミックホーム 層で構成したことを特徴とする輻射形加熱装置。