JPS63501442A - 触媒の温度を上昇させるための装置 - 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】 触媒の温度を上昇させる方法およびこの方法を実施するための装置 本発明は、冷たい状態で供給された可燃性ガスと空気もしくは酸素との混合物を 高められた温度で触媒反応により酸化するのに適当な触媒を加熱する方法に関し 、この場合この加熱は、混合物が押し寄せる触媒の側で開始される。

全体を酸化する反応成分、すなわち燃料および酸素（この酸素は場合によっては 空気からのものである）は、このような触媒に別個にかまたは既に燃料−空気混 合物または燃料−酸素混合物（以下、暗示して“燃料混合物”と呼称する）とし て導入することができる。すなわち、例えばプロパンガスで運転される触媒炉の 普通の実施形式の場合、燃料は、分配板を用いて板状のガス透過性触媒の片側を 通じて導入され、酸化に必要とされる空気もしくは酸素は、板状触媒の反対側を 通じて周囲から受取られる。これとは異なり、触媒反応する巻毛ビンおよび点火 器の公知の実施形式の場合、燃料は空気と混合され、燃料混合物は触媒に導入さ れる。

触媒内での全体酸化は、大抵の燃料を使用する際に触媒が一定の最低温度、所謂 “開始温度”を有する場合に初めて惹起され、この開始温度は、概ね周囲温度よ りも高い、従って、このような触媒内での全体酸化の運転を開始させるためには 、少なくとも触媒の一部をこの開始温度にもたらすことが必要である。更に、こ の一部から出発して、酸化過程は、全体酸化を伴なって現われる熱発生のために 隣接した領域にも拡がり、最後に全触媒内で一目瞭然になることができる。

触媒を使用する加熱装置の場合には、例えば燃料ガスまたは燃料混合物は、触媒 の周囲に向って露出している表面に接するように点火炎により点火され；点火後 に発生する炎は、そのうちに触媒をその周囲側の表面上で加熱し、したがって酸 化過程は、触媒の内部に炎によって加熱された表面から出発して拡がることがで きる。

触媒の温度を上昇させるための大抵の方法には、触媒の僅か−な一部のみが概ね 少ない熱効率の点火系によって加熱され、かつこの加熱された部分は燃料または 燃料混合物が流入する触媒の側とは反対側にあることが共通している：触媒は、 燃料供給装置と点火装置との間に存在し、すなわち換言すれば、燃料供給装置お よび点火装置は、目で見ることができる炎なしの酸化に使用された触媒の相対す る両側に存在する。このように配置することの結果として、なお冷たい、すなわ ち不活性の触媒は、触媒の外縁部での温度上昇によって酸化反応を開始させる前 に燃料もしくは燃料混合物で少なくとも点火系にまで充填されなければならない 、更に、このように配置することの結果として、目で見ることができる炎なしの 酸化は、燃料もしくは燃料混合物の貫流方向とは反対の方向に加熱された位置か ら拡がる。

本明細書中に記載した問題は、勿論触媒が単に触媒を使用するのでなく燃焼過程 からのもはや燃焼不可能な残留ガスをガス暖房の場合（特開昭５７−２０７７０ ４号公報）であれ、内燃機関の場合であれ完全に酸化するという課題を有するの であれば、設定されるものではない、この場合、熱い廃ガスそれ自体は、触媒を 必要とされる温度にもたらし、かつ触媒での反応を開始させる。

また、首記した方法により機能を発揮する装置は、既に公知であり（特開昭５７ −２０４７１２号公報参照）、すなわちこの場合には、触媒が混合物それ自体に よって加熱されるのではないにも拘らず、加熱はガス流の方向に進む、しかし、 このことは、触媒を点火過程の間にのみこの触媒に押し付けられる線条により局 部的に加熱しかつ混合物用の供給管を点火過程の間に移動させることによって達 成される。

本発明は、特開昭５７−２０４７１２号公報から公知９方法ならびにこの方法を 実施するのに必要な装置を本質的に簡易化させることを可能ならしめる。このこ とは、触媒と接触しなくとも燃焼可能な混合物が燃焼状態で触媒表面に到達する ように僅かな触媒との距離で点火されることによって達成される。

接触反応により燃焼されるために触媒と接触しなくとも燃焼可能であるようなガ スを選択することは、−見矛盾しているようにも思われる。しかし、目で見るこ とができる炎なしの燃焼により、加熱装置の場合に火災の発生が阻止されるはず であるにしろ、巻煙草点火器の場合に炎が風によって消されることが回避される にしろ利点がもたらされる一連の使用は存在する。

本発明による方法の重要な利点は、それによって短時間で触媒に、固定した状態 で混合物を燃焼させることによって発生される場合よりも著しく高い効率を供給 することができることにある。すなわち、この方法の場合には、実際に点火位置 と触媒との間に存在する全ガス量が爆発するように燃焼し、ひいては迅速に温度 上昇を導くことが達成される。この場合には、供給された熱が触媒の内部へ導出 されることが重要なこととは見なされない時間内で接触反応による燃焼が開始さ れる。

この方法を実施するための装置の１実施態様の場合には、通常混合物は、直接ベ ンチュリ管を通じて触媒へ転向される。しかし、点火は、今や触媒が局部的に加 熱された後には触媒で生ぜずに、既にベンチュリ管の領域内で生じている。この 場合には、差当り高い流速で直ちに中断されかつ触媒に向って押し流される炎が 形成される。僅かな流速の場合には、炎は差当り定められた位置に留まったまま であり、この場合にはこの炎は、流速および点火速度が同じ大きさであるベンチ ュリ管の壁面内の部分から出発するものと思われる。しかし、明らかに触媒内で の燃焼は熱力学的に有利であるので、燃焼過程が触媒中で完全に形成されかつ点 火炎がとにかく不必要とされている場合と同様に炎は消失する。この点火炎が直 ちにかまたは徐々に消失することは、殆んど安全性の理由からではなく、それに よって−面で触媒および隣接せる装置部分が局部的に過熱されることが回避され 、他面熱収率が触媒それ自体中で上昇されるという理由から好ましい（炎は、そ れが触媒の前方に配置されているので外側には達しない）。

前記方法を実施するための装置の多くの場合には、点火炎の出所は、特殊な方法 なしに点火炎が定常状態で消えないように装置から遥かに離れている。このよう な場合には、触媒それ自体または触媒を包囲するケーシングを、−面で定常状態 で不利ではないが、他面爆発状態のような点火過程の際に点火炎をある程度吹き 消す１激な跳ね返りを生じるような程度に高い流れ抵抗を有するように構成され るのが望ましい。

引続き、前記方法の詳細およびこの方法を実施するための２つの装置を図面につ き記載する。

第１図および第２図は、それぞれ部分的暗示断面図で本発明に関連して触媒反応 により燃焼させるための装置およびその点火装置の重要な部分を示す。

第１図は、本発明による方法を使用する、触媒反応による煙草頻用点火器の本質 的成分を暗示した形で示す。

管１は、ベンチュリ管７の端部であり；このベンチュリ管は、くびれな部分７′ を有する。このベンチュリ管の軸線方向には、高速ノズル８が存在し、この高速 ノズルは、自体公知の方法で調節弁９を介して貯蔵タンク１０に接続されている 。燃料混合物６を点火器Ｗ３で点火させるためには、高圧放電火花が使用され、 この高圧放電火花は、圧電衝撃装置１３を電８ｉ１４と１４′との間で操作する ことによって約１０ｋＶの高電圧が発生すると直ちに電極１４と１４′との間で 生じる。触媒反応による点火器は、利用者がスライダ１１を圧し下げることによ って運転に入るニスライダ１１を下向きに動かすことによってまず曲りてこ１２ を介して高速ノズル８を有する弁は開かれ、それによって燃料４は、高速度でベ ンチュリ管のくびれな部分７′流入し、そこで空気５と混合されて燃料混合物６ に変わる。

スライダ１１をさうに下向きに動かすことによって引続いて圧電衝撃装置１３は 操作され、それによって電極１４と１４′との間で点火火花が生じ、この点火火 花は燃料混合物６を点火する。最後に、点火によって生じる炎は、触媒２をこの 触媒に燃料混合物が押し寄せる側で加熱する。

煙草類の点火器には、燃料のブタンもしくはイソブタンを使用するのが通例であ り；したがって、本明細書中では方法ないしは装置を詳説するために若干の特性 値が記載される。ブタンの発熱量に基づいて、大気圧でガス状ブタン８５１３を 燃焼させることによってＩＪの熱が発生されることが算出できる。この燃焼のた めには、３１．１倍の空気量が必要とされ、ＩＷ＝ＩＪ／ｓの熱効率を得るため には、ブタン−空気混合物を毎秒２７３ｍｍ″ｐ化すべきである０例えば、この ような混合物が円形横断面の管を通じて触媒に供給され、かつ接触反応による酸 化からの望ましい熱効率がＰワットによって与えられている場合には、流速は、 Ｖ　＝（、、，２７３Ｐ　）／　ｒ’　ｙｒ　ｅ＋＊／　ｓによって与えられる 。熱効率がＰ＝５０ワットである場合、流速は、くびれな４３９ｃｍ／ｓであり 、かつ触媒との接続位置での円半径ｒ　＝０．５ｃ＋ｉを有するベンチュリ管中 で１７．４ｃｗｌ／ｓである。

この速度は、大気圧の際の３２ｃｍ／３のブタン−空気混合物の点火速度と比較 すべきである０本発明の対象である方法は、第１図に図示されているように供給 管の最も広幅の位置で火花を形成させる場合にもくびれな部分７′で火花を形成 させる場合にも実施することができることが判明した。火花を発生させるために は、第１図に示した高圧放電装置の代りに摩擦歯車−フリント装置を使用するこ ともできる。

接触反応による酸化を低い熱効率で使用する場合には、一般にブタンは空気に接 して酸化され、また高い熱効率の場合にはプロパンも使用される。しかし、プロ パンを使用する場合の条件は、ブタンの場合と極めて類似している。それという のも、ＩＪの熱を発生させるためには、ブタン−空気混合物２７３―−３の代り に今やプロパン−空気混合物２８６ｍｍ３が必要とされるからであり；さらに、 プロパン−空気混合物の点火速度は、大気圧の際に同様に３２ｃｍ／ｓである。

第２図は、前記方法を実施するための装置のもう１つの実施例を示す、これは、 接触反応による発熱体の出発部分の本質的な成分である：図示していない貯蔵タ ンクから燃料として使用される液体ガスは、高速ノズル８に流入する。液体ガス としては、ブタンもしくはプロパンまたはこれら双方の混合物を使用することが できる。ベンチュリ管７中で液体ガスと空気５は混合されて燃料混合物６に変わ る。燃料混合物６は、圧電衝撃装置１３の側を通って流れ、かつ絶縁部材１７を 通じて触媒２に押し寄せる。触媒２および絶縁部材１７は、肩部１８を有する管 １５によって包囲されている。管１５は、外套管１９によって基体２０と結合さ れている。この構造は、管１５の軸方向への移動を圧電衝撃装置１３の仕事スト ローク２１だけ可能にする。この圧電衝撃装置の電極２２は、導電性基体２０お よび金属管１５と同じ電位で存在し；この管がストローク２１だけ管の軸方向に 移動することによって圧電衝撃装置は操作され、それによって電極２３と管１５ の内側との間に放電火花が生じる。

管１５の内側は、（図示していない）対向電極を有することができる。放電火花 は、燃料混合物を絶縁部材１７と触媒２との間の領域３内で点火し、それによっ て触媒の混合物供給管に面した部分の温度が開始温度を越えた値に上昇すること が生じる。

そこで開始する接触反応による酸化は、引続きそれに関連した熱発生のために迅 速に残りの触媒中で管１５に沿って拡がる。

殊に点火装置それ自体には打撃を与えると思われる点火炎がそのままであること は、縮小部１６によって阻止され、この収縮部は、燃焼した混合物が一般に流出 することを妨害しない、しかし、点火位置３の領域内でガス内容物が突然に燃焼 する場合には、衝撃波が起こり、この衝撃波は、縮小部１６によって、衝撃波に より点火炎が消えてしまうような程度に反射される。

第２図による装置の特殊な利点としては、相対的に大きい触媒であってもＫＷ範 囲内の熱効率で比較的に低い圧電火花により、すなわち例えば蓄電池からの異質 エネルギーなしに始動させることができることを挙げていることができる。差当 り点火エネルギーが十分でない場合に為すべきことは、点火の際に衝撃的に反応 されるガス内容物を相応して拡大させること、すなわち点火位置３と触媒２との 間にいっそう大きい距離を設けさせることである。このことを行なう場合には、 著しい長さの加熱棒を使用することができ、またこの加熱棒は、公知方法で加熱 蛇管として形成させることもできる。

本明細書中に記載された２つの使用例の場合に白金で含浸した石英マットおよび 白金で含浸した酸化アルミニウムマットは、触媒として好適であることが判明し 、この触媒の開始温度は、約１５０℃である。

二り万５ｉ 国際調査報告 ＡＮｈＥＸ　Ｔｏ　↓呵ＥＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣ！（ＲＥＰ ＯＲＴ　ＯＮ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．冷たい状態で供給された可燃性ガスと空気もしくは酸素との混合物を高めら れた温度で接触反応により酸化するのに適当な触媒を、混合物が押し寄せる触媒 の側で開始されるように加熱する方法において、触媒と接触しなくとも燃焼可能 な混合物を燃焼状態で触媒表面に到達するように僅かな触媒との距離で点火させ ることを特徴とする、冷たい状態で供給された可燃性ガスと空気もしくは酸素と の混合物を高められた温度で接触反応により酸化するのに適当な触媒を加熱する 方法。
2. ２．燃料と空気との混合物を触媒に供給するための装置を有する、冷たい状態で 供給された可燃性ガスと空気もしくは酸素との混合物を高められた温度で接触反 応により酸化するのに適当な触媒を加熱する方法を実施するための装置において 、混合物を供給するための装置内に混合物に対する点火装置の点火位置（３）が 触媒（２）との距離をもって配置されていることを特徴とする、冷たい状態で供 給された可燃性ガスと空気もしくは酸素との混合物を高められた温度で接触反応 により酸化するのに適当な触媒を加熱する方法を実施するための装置。
3. ３．点火装置が圧電衝撃装置（１３）を包含し、この圧電衝撃装置が点火位置（ ３）で高電圧放電火花を発生させる、請求の範囲第２項記載の装置。
4. ４．混合物を供給するための装置がベンチュリ管（７）を包含し、このベンチュ リ管の拡大領域内に点火位置（３）が存在している（第１図）、請求の範囲第２ 項または第３項に記載の装置。
5. ５．触媒（２）が管（１５）中でこの管の内壁との距離をもって配置されている （第２図）、請求の範囲第２項または第３項に記載の装置。
6. ６．管（１５）の端部が流れ抵抗を上昇させるための縮小部（１６）を有する、 請求の範囲第５項記載の装置。