JPS62718A - 燃焼反応炉、特に蒸気発生装置用の噴射部材 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃焼反応炉、特に蒸気発生装置用の噴射部材忙
係υ、さらに詳しくは燃料用の供給装置と、酸化剤用の
供給装置と、燃料と酸化剤用の混合室と、燃料と酸化剤
とからなる混合気用の点火装置とを備え、その中で燃料
と酸化物とが混合されかつ互いに変換される、燃焼反応
炉特に蒸気発生装置用の噴射部材に関するものである。

〔従来技術〕

この種の燃焼反応炉は種々の反応体用に使用することが
でき、たとえば燃料としては炭化水素を用いることがで
き、酸化剤としては好ましくは酸素ガスあるいは他の酸
素を放出するガスが使用できる。この種の反応炉は燃料
として水素を使用し、酸化剤として酸素ガスを使用する
場合には、特別な用途を見出すことができる。というの
は、この種の装置は高い温度の水蒸気を発生させるのに
適しているからである。以下においては本発明を説明す
るために専らこの種の蒸気発生装置とそれに対応する噴
射部材を参照するが、本発明の噴射部材が他の反応体に
も使用できることは明らかである。

ドイツ特許公報２９　３３　９３２から蒸気発生装置が
知られている。ここに記載されている蒸気発生装置は大
体において発電所用の蒸気の製造に用いられ、すなわち
公知の蒸気発生装置は大量の蒸気を必要とする大きな設
備内で使用するのに適している。

〔発明の解決しようとする課題〕

本発明の課題は、蒸気発生装置として作動するこの公知
の反応炉をもとにして、最小の空間で確実な点火と同時
に反応成分の完全な混合を可能にする、燃料と酸化剤と
を反応炉へ導入するための噴射部材を提案することであ
る。

以下余白 〔課題を解決するための手段〕 この課題は、冒頭に述べた種類の噴射部材の場合に本発
明によれば次のことによって、すなわち燃料供給装置が
流れ断面積が拡幅されている点火室中に開口しているこ
と、点火室に点火室の流れ断面積よりも小さい断面積を
有する出口が設けられていること、点火小室の出口及び
酸化剤供給装置が混合室中に開口していること、点火酸
化剤供給装置が点火室中に開口していること、並びに点
火装置が点火室内で出口の上流に直接配置されているこ
と、によって解決される。

したがってこの全体的な配置では、点火のために燃料に
付加混合される点火酸化剤の割合はわずかである。この
混合気は特殊な点火室内で、しかも出口のすぐ前で点火
され、この点火混合気は出口の前で断面積が狭められて
いることによって堰き止められる。点火された混合気は
主酸化剤の供給と一緒に混合室中に流入し、この混合室
内で反応体が互いに完全に混合されるので、混合室から
出て来る混合気は完全に燃焼することができる。

点火後は点火室への点火酸化剤の供給を中断することが
でき、その後に点火室を通して純粋な燃料が混合室へ導
入される。

酸化剤を混合室へ供給する供給装置が点火室の出口によ
ってほぼ同軸状に包囲されていると有利である。そうす
れば混合室内で両方のガス成分の特に効果的な混合が行
われる。

好ましい実施例にあっては酸化剤供給装置が点火室を同
軸状に貫いておシ、すなわち点火室が環状空間の形式で
中央の酸化剤供給装置を包囲している。

燃料供給装置が点火室の縦軸に対して平行で点火室の壁
及び／あるいは酸化剤供給装置の外壁の直接近傍におい
て、かつ壁の全周にわたって延びる状態で点火室中に開
口している場合に有利である。そうすれば燃料は壁に沿
って高速で流れるガス層を形成し、このガス層によって
点火室の壁及び／あるいは中央の酸化剤供給装置の壁が
効果的に冷却される。この場合に、点火酸化剤供給装置
も同様に点火室の軸に対して平行で、点火室の壁に隣接
する第１の燃料供給装置と酸化剤供給装置の外壁に隣接
する第２の燃料供給装置との間で点火室中に開口してい
ると有利である。このような配置によって点火室内での
点火酸化剤と燃料との良好な混合が保証される。

さらに、点火室の燃料供給装置及び点火酸化剤供給装置
の開口部分と点火装置との間に予備混合室が形成され、
この予備混合室の断面積は点火室の予備混合室の下流に
位置する部分の断面積よすも小であって、予備混合室内
の流れ速度が炎の伝播速度を上回るようにすることもで
きる。それによって点火室内で点火された炎がガス供給
装置の開口部分の方向へ逆戻りするのが阻止される。

ガス成分の特に効果的な混合は、混合室を流れ方向に幅
狭にすることによって達成される。

第１の好ましい実施例の場合には、点火装置は点火室の
側方に開口している中空室内に、反応体が直接点火装”
置に沿って流れるように、配置されている。他の実施例
の場合には、点火装置を、点火室内に配置され燃料と点
火酸化剤とが貫流する触媒物質とすることができる。ど
ちらの場合にも点火装置を出口の直前に配置することに
よって、次のととすなわちこの領域で反応体の流れ速度
が高くなることによシ燃焼によって生じる反応生成物、
したがって蒸気発生器ならたとえば水蒸気、が点火装置
による反応生成物と共に除去されるので、点火装置の領
域ではその機能を妨げる危れのある反応生成物が集まる
ことができなくなる、ということが保証される。

〔実施例〕

次に本発明の好ましい実施例を用いて、図面との関係に
おいて本発明の詳細な説明する。

第１図に示す噴射部材を蒸気発生器との関連におりて説
明する。すなわちこの噴射部材は水素ガスと酸素ガスの
供給に用いられる。この部材はハウジングブロック１内
に収容されておシ、このハウジングブロックは図では暗
示されているだけの蒸気発生器の燃焼室２に接続してい
る。ハウジングブロック１には中央孔が貫通して形成さ
れており、この中央孔は図示されていない酸素源と接続
されていて、酸素供給装置１３を形成している。この酸
素供給装置３は、流れ方向に円錐状に幅狭となる混合室
４に連通しており、この混合室は酸素供給装置３に対し
て同心状に配置され、その酸素供給装置３と連通してい
る側の横断面は酸素供給装置３の横断面よυ犬である。

円錐状に幅狭となる混合室４は出口５に連通しており、
この出口は燃焼室２に連通している。

中央の酸素供給装置は環状の点火室６によって包囲され
ておシ、この点火室は混合室４の上流で円錐状に幅狭と
なり、酸素供給装置３を同心状に包囲する狭い環状溝７
を介して混合室４と接続されている。

点火室６は上流に位置する予備混合室８及びこの予備混
合室８と環状溝７との間に位置する点火室９とに分割さ
れておシ、この点火室９は側方に配置された中空室１０
と接続されている。この中空室１０内には、たとえば予
熱プラグあるいは予熱電極などの点火装置が配置されて
いる。この中空室１０は、それを用いて点火することの
できる公知のＨ２共振管として形成することも可能であ
る。

予備混合室の流れ断面積は点火室９の断面積よシも小さ
く、このことは図示の実施例にあっては酸素供給装置３
の壁１１を予備混合室の領域で点火室の領域よりも厚く
形成することによって、達成される。それによって予備
混合室の領域において炎の伝播速度を上まわる流れ速度
を保つことができ、すなわちそれによって点火室内で点
火された炎が予備混合室へ戻ることが阻止される。

予備混合室８へ２本の同心状の環状溝１２及び１３が連
通しており、この場合に内側の環状溝１２は中央の酸素
供給管３の壁１１に直接接しておシ、外側の環状溝１３
は予備混合室８の壁１４に直接接している。両方の環状
溝１２と１３は環状分配室１５と連通しており、酸素供
給装置３に対して平行に延びる水素供給管１６がこの環
状分配室中に開口しており、この水素供給管１６は図示
していない方法で水素源と接続されている。

壁１１ないし１４の近傍に環状溝１２と１３を特別に配
置することによって、予備混合室中に流入する水素ガス
が薄い層をなして水素供給装置３の壁１１ないし予備混
合室８の壁１４に沿って流れることが達成され、それに
よりてこれらの壁が非常に効果的に冷却される。

環状溝１２と１３及び環状分配室１５は、酸素供給装置
３を同軸状に包囲しているリング１７によって形成され
ており、このリングはウェブ１８に二ってハウジングブ
ロック１に支持されている。

図示していない方法で酸素源と接続されている点火酸素
供給装置１９がウェブ１８の１本によってリング１７中
に導かれておシ、かつ２つの環状溝１２と１３の間で軸
平行に予備混合室８中に開口しておシ、シかも点火室６
の周方向に見て点火装置を収容している中空室１０を含
む領域において開口している。

上述の噴射部材を駆動するために酸素と水素が化学量論
比で酸素供給装置３及び水素供給装置１６によって導入
される。さらに点火するために点火酸素供給装置を介し
て酸素が供給される。この酸素は、中央の酸素供給装置
３によって導かれる酸素から分岐させることもできるの
で、全体として化学量論比が保たれるが、しかし点火酸
素供給装置１９を介して別の酸素ガスを導入することも
可能である。

点火酸素ガスは予備混合室８内で環状溝１２と１３を介
して流れて来る水素と徹底的に混合され、この混合気が
点火装置を含む中空室１０の前の領域で点火室６が狭く
なっていることによって堰き止められるので、ここにあ
る点火可能な混合気が点火装置によって点火されること
が可能となる。

この場合に予備混合室８内で流れ速度が犬きぐなること
によって、点火炎は流れ方向へ向かって伝播するのでは
なく、この点火炎は環状溝７を介して予備混合室８中に
導かれ、そしてここから本来の燃焼室２中に導入される
。この領域で点火が行われるとすぐに、点火酸素供給装
置１９による酸素の供給を調節することができ、点火装
置がオフにされる。すると点火室６全体を貫流するのは
水害ゼプ幇はシーｘｈ　　とσ）當晋丑スは氾を常４内
〒中央の酸素供給装置３からの酸素と出会い、混合室４
が幅狭になりていることによってこの混合室内で酸素と
徹底的に混合される。それによって次に設けられた燃焼
室２内での混合気の完全燃焼が保証される。

第２図に示す噴射部材の他の実施例は、第１図の実施例
とはわずかじか異なっておらず、したかりて互いに対応
する部分は同一の参照符号を有する。

第２図の実施例の場合には点火装置を収容する中空室１
０が欠けており、その代わりに点火室９の中央の酸素供
給装置３と壁１４との間に触媒として作用する点火体２
０が挿入されておシ、点火室を通過するガス全体がこの
点火体に流入する。

公知のセラミック触媒とすることもできるこの点火装置
内で、点火可能な混合ガスが点火される。

図示の実施例においては、点火酸素供給装置はリング１
７を介して予備混合室中に連通ずるのではなく、斜め側
方にこの予備混合室へ入っている供給管２１を介して予
備混合室中に連通している。

この場合には大体において半径方向に導入されている場
合でも、環状の点火触媒内でガスが絞られることによっ
て両方のガス成分の十分な混合が行われる。その他の点
では、この噴射部材は第１図に示すものと同様に駆動さ
れる。

両方の場合において、完璧な点火にとって重要なのは点
火可能な混合ガスが点火室内で点火室の横断面が大きい
ことによってブレーキをかけられそれによってその流れ
ルートのこの部分においては流れ速度が小さくなるので
、ここで完璧な点火を行うことができるが、しかし点火
の反動は流れ方向へ伝播できない、ということである。

したがって初めは大きかった流れ速度の後で、減速が行
われそれから再び流れルートが適当に狭められているこ
とによって加速が行われる。

以上説明した吹射装置によって、１〜５００ｋＶと比較
的低い出力範囲で、たとえば滅菌装置を供給するために
、沸騰ラインまであるいはそれ以上の熱い蒸気を遅延な
く準備することが可能となるこの場合に連続駆動も、断
続駆動も可能であって蒸気の状態及び出力はそれぞれ選
択に応じて可変にあるいは一定に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は噴射装置の概略的な縦断面図、第２図は噴射装
置の他の実施例の概略的な縦断面図である。 ｌ・・・ハウジングブロック、　２・・・燃焼室、〜　
　３・・・酸素供給装置、　　　４・・・混合室、５・
・・出口、　　　　　　６・・・点火室、７・・・環状
溝、　　　　　　８・・・予備混合室、９・・・点火室
、　　　　　　１０・・・中空室、１１・・・壁、　　
　　　　　１２．１３・・・環状溝、１４・・・壁、　
　　　　　　１５・・・環状分配室、１６・・・水素供
給装置、　　１７・・・リング、１８・・・ウェブ、　
　　　　１９・・・点火酸素供給装置、ｒ　　　２０・
・・点火体、　　　　　２１・・・供給管。 以下余白 コ 一 ムー ＠発明者　　　カルハインツ　ボルフ　　ドイツ連邦共
和国。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃料用の供給装置と、酸化剤用の供給装置と、燃料
   と酸化剤用の混合室と、燃料と酸化剤とからなる混合気
   用の点火装置とを備え、その中で燃料と酸化剤とが混合
   されかつ変換される燃焼反応炉用の噴射部材において、
   燃料供給装置（１６）が拡大された流れ断面積を有する
   点火室（６）中に開口していること、点火室（６）に点
   火室（６）の流れ断面積よりも小さい断面積を有する出
   口（環状溝７）が設けられていること、点火室（６）の
   出口（環状溝７）と酸化剤供給装置（３）とが混合室（
   ４）中に開口していること、点火酸化剤供給装置（１９
   ；２１）が点火室（６）中に開口していること、及び点
   火装置（中空室１０；触媒２０）が点火室（６）内で出
   口（環状溝７）のすぐ上流側に配置されていることを特
   徴とする燃焼反応炉用の噴射部材。 ２、混合室（４）中へ酸化剤を供給する酸化剤供給装置
   （３）が点火室（６）の出口（環状溝７）によってほぼ
   同軸状に包囲されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の噴射部材。 ３、酸化剤供給装置（３）が点火室（６）を同軸状に貫
   通していることを特徴とする特許請求の範囲第１項ある
   いは第２項に記載の噴射部材。 ４、燃料供給装置（１６）が点火室（６）の縦軸に対し
   て平行で、点火室（６）の壁（１４）及び／あるいは酸
   化剤供給装置（３）の外壁（１１）の直接近傍において
   、かつ壁（１１、１４）の全周にわたって延びた状態で
   点火室（６）中に開口していることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の噴射部
   材。 ５、点火酸化剤供給装置（１９）も同様に点火室（６）
   の縦軸に平行で、点火室（６）の壁（１４）に隣接する
   第１の燃料供給装置（環状溝１３）と酸化剤供給装置（
   ３）の外壁（１１）に隣接する第２の燃料供給装置（環
   状溝１２）との間で点火室（６）中に開口していること
   を特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の噴射装置。 ６、点火室（６）の燃料供給装置（１６）及び点火酸化
   剤供給装置（１９）の開口部分と点火装置（中空室１０
   ；触媒２０）との間に予備混合室（８）が形成され、予
   備混合室（８）内の流れ速度が炎の伝播速度を上回るよ
   うに、予備混合室の断面積が点火室（６）の予備混合室
   （８）の下流に位置する部分（点火室９）の断面積より
   も小さいことを特徴とする特許請求の範囲第１項〜第５
   項のいずれか１項に記載の噴射装置。 ７、混合室（４）が流れ方向に幅狭になることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項〜第６項のいずれか１項に記
   載の噴射装置。 ８、点火装置が点火室（６）の側方に開口している中空
   室（１０）内に、反応体が直接点火装置に沿って流れる
   ように配置されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第７項のいずれか１項に記載の噴射装置。 ９、点火装置が、点火室（６）内に配置され燃料及び酸
   化剤によって貫流される触媒物質（２０）であることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項〜第７項のいずれか１
   項に記載の噴射装置。