JP2000291917A - 水素燃焼処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で小型で処理効率を高くして処理
後の水素濃度をほぼ０にする。 【解決手続】 水素燃焼処理装置は、触媒を担持しほぼ
均一に開口した微小多孔質の膜状体１、その両面に形成
された水素室２及びダクト部３、水素室内の水素分配ノ
ズル４、等を有する。膜状体１は、１０〜１００μm 程
度の細かいメッシュのステンレス製フィルターの表面に
白金等の触媒を担持した構造のものである。ノズル４に
は水素が導入され、一方ダクト部３には、ファン５によ
って空気が流される。 【効果】 水素はノズルで水素室に分散供給され、膜状
体で微小同流量に分流され、通過時に触媒と接触すると
共に、外部を流れる空気と混合し、完全に燃焼して処理
後の濃度がほぼ０になる。触媒量が少ないため装置を小
型軽量化できる。低い風圧の軸流ファンを使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術の分野】本発明は、触媒を介して水
素を燃焼処理させるようにした水素燃焼処理装置にに関
し、例えば電解式オゾン発生装置や電解式水素酸素発生
装置から発生した水素の燃焼処理に好都合に利用され
る。

【０００１】

【従来の技術】水素燃焼処理装置としては、図５に示す
如く、ブロワー８で空気を送り、この空気中に水素を吹
き込んで混合させ、この混合ガスをペレット状、粒状、
ハニカム状等の触媒担持体の充填された処理層９を通過
させ、その間に水素を燃焼させるようにした装置が従来
から知られている。この装置では、触媒が粒状物の充填
層になっているため、水素の体積濃度が４％以下になる
ように水素と空気とを予め混合し、水素が希薄で水素に
対して流量が大幅に増加した混合気体を処理層９に供給
するようにしている。そのため、混合気体が触媒層を通
過するときに大きな通過抵抗が生じ、５０〜２００mmＡ
ｑという高い圧力のターボ式ブロワを使用しなければな
らならないと共に、触媒量も多くなり、装置が大型化し
てコスト高になるという問題があった。

【０００２】又、水素量に対して相対的に触媒層が極め
て大きくなり、その熱容量が大きくなって水素の燃焼時
に触媒層の温度が上がらず、１００℃にも満たない低い
温度になった。その結果、水素が十分に燃焼処理され
ず、処理後の水素濃度が１００ppm 以上という高い値に
なるという問題があった。特に、装置の運転開始直後の
数分間では４０００ppm 以上にもなるという不具合があ
った。

【０００３】一方、水素燃焼用触媒を担持した金属多孔
質材を円筒状に形成し、その筒内に水素を流すとともに
筒外の部分を空気供給部とした触媒燃焼装置が提案され
ている（実開平３−３８５２３号公報参照）。この装置
では、円筒状金属多孔質材の内部に直接水素を導入して
いる。このようにしても、円筒状金属多孔質材はほぼ均
一に開口していて、水素の燃焼は円筒状金属多孔質材の
表面で行われるため、下方から流入した水素は上方に流
れつつ円筒状多孔質材の内面に均一的に供給され、多孔
質材の表面及び内面の範囲内で適度に均一的に燃焼する
ものと考えられていた。

【０００４】しかしながら、このような装置では、円筒
状多孔質材への水素の供給量が下方から上方への水素の
流れ方向でアンバランスになり、特に下方の水素入口部
分の近くで水素供給量が過大になり、その部分における
燃焼が過激になり、局部的に火焔燃焼することがあっ
た。その結果、水素が上方に流れにくくなると共に、燃
焼によって触媒の劣化が促進されるという問題があっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来技術に於
ける上記問題を解決し、構造が簡単で小型で処理効率が
良く、全体的に均一な燃焼が得られ、触媒の耐用期間が
長く、且つ燃焼処理後の水素濃度をほぼ０にすることが
できる水素燃焼処理装置を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、請求項１の発明は、触媒を介して水素を燃
焼処理させるようにした水素燃焼処理装置において、前
記触媒を担持しほぼ均一に開口した微小多孔質の膜状体
と、該膜状体の一面側に形成された水素室と、前記膜状
体の他面側に空気が通過するように形成されたダクト部
と、前記水素室に隣接して前記膜状体の反対側に形成さ
れ前記隣接部分のほぼ全面に分散して明けられた多数の
穴を備え水素が導入される水素導入部材と、を有するこ
とを特徴とする。

【０００７】請求項２の発明は、上記に加えて、前記膜
状体は筒状に形成され、前記水素室は前記膜状体の内側
に筒状に形成され、前記水素導入部材は前記水素室の中
に内筒状に形成されていることを特徴とする。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１の発明の特徴
に加えて、前記膜状体を加熱可能な加熱手段を有するこ
とを特徴とする。

【０００９】請求項４の発明は、請求項１の発明の特徴
に加えて、前記水素室には電解式オゾン発生装置の陰極
から発生した水素が導入されることを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明を適用した水素燃焼
処理装置の全体構成の一例を示す。水素燃焼処理装置
は、触媒を介して水素を燃焼処理させるようにした装置
であり、主要構成部分として、触媒を担持しほぼ均一に
開口した微小多孔質の膜状体として本例では筒状に形成
された膜状体１、膜状体１に水素を供給するようにその
一面側である内面側に形成された水素室２、膜状体１の
他面側である外面側に空気が通過するように形成された
ダクト部３、水素室２に隣接して膜状体１の反対側に本
例では水素室２に対して内筒状に形成された水素導入部
材としての水素分配ノズル４（以下では単に「ノズル」
ということがある）、等を有する。ノズル４には水素供
給管４１が接続している。又本例では、膜状体１を加熱
可能なヒーター５が設けられている。符号６は送風用の
ファンである。

【００１１】膜状体１は、例えば１０〜１００μm 程度
の微小孔を持つ十分細かいメッシュのステンレス製フィ
ルター状の円筒体の表面に白金やパラジューム等の触媒
を担持させることによって形成されている。触媒の担持
方法としては、例えば、触媒の塩化物を適当な溶剤に溶
かし、前記フィルター状の円筒体に塗布し、これを熱分
解させる方法を用いることができる。膜状体１の微小孔
を除いた部分は水素室２を形成するように閉鎖されてい
る。又、適当な補強材によって組み立てられている。図
２はこのような膜状体１の断面形状の一部分を示してい
る。即ち、膜状体１は、円筒体を形成するステンレス線
１１に触媒１２を強固に付着させ、これらで前記寸法の
微小孔１３を形成するように構成されている。

【００１２】ダクト部３は、前記送風用のファン６によ
って空気が通過するように形成されている。符号３１は
膜状体１に対して外筒状に設けられている外筒管であ
る。ダクト部３の上端３２は通常適当な高さ位置で外気
に解放される。外筒管３１は、放射状に３〜４枚の支持
板３３を介して膜状体１の下端部分を支持している。

【００１３】水素分配ノズル４は、その一部分を同図
（ｂ）にも示すように、水素が導入されて分配されるよ
うに水素室２との隣接部分であるノズル外周面にほぼ全
面に分散して明けられた多数の穴４ａを備えている。例
えば後述するオゾン発生装置から発生した水素を処理す
るものでは、直径６〜２０mmの管に、１０〜２０mmピッ
チｐで直径０．５〜１mm程度の穴４ａを円周方向に４個
程度以上適当数明けたものが使用される。穴４ａは多少
不規則に明けられていてもよい。

【００１４】ノズル４の先端４ｂは、水素が管長さ方向
で均一的に穴４ａからの吹き出すように、通常適当に絞
った状態で水素室３に開放されている。先端４ｂを全開
から前閉まで開度調節可能にしてもよい。又、ノズル４
の長さが長いために下方から上方に水素の流れ抵抗に伴
う圧力差が生ずるような場合には、上方の穴４ａを下方
のものより大きくするようにしてもよい。

【００１５】ヒーター５は水素燃焼処理装置の停止時に
使用される。その放熱により、ダクト部３内の雰囲気は
５０〜１００℃程度に維持され、膜状体１の触媒１２も
同程度の温度に予熱される。

【００１６】以上のような水素燃焼処理装置は次のよう
に使用される。水素供給管４１から導入された水素は、
水素分配ノズル４内を下方から上方に矢印Ｙ方向に流れ
るが、ノズル内部の圧力が外の水素室の圧力よりも均一
的に高くなり、流入した水素は分散して設けらた多数の
穴４ａから水素室２内にほぼ均一的に吹き出す。その結
果、ほぼ同量の水素が水素室２を通過して膜状体１の内
面に供給され、それぞれの微小孔１３をほぼ同量の微量
水素が通過する。即ち、多数の微小孔によって水素が微
小同流量に分流されて膜状体１から出ていく。

【００１７】そして、このように分流された水素は微小
孔１３を通過するときに周囲の触媒１２と接触すると共
に、外部を流れる空気と容易に十分混合し、直ちに完全
に燃焼する。この場合、水素が膜状体１の全面に均一的
に分散して供給されるので、燃焼状態が適度なものにな
る。そして、少量の触媒でこのような燃焼をさせること
ができる。従って、膜状体１を全体的に十分小型軽量化
し、その熱容量を小さくすることができる。その結果、
処理されるべき水素が燃焼すると触媒１２が直ちに温度
上昇し、水素の燃焼効率を一層高めることになる。

【００１８】一方、膜状体１の外部には空気が流される
ので、これから水素の燃焼に必要な空気が供給されると
共に、膜状体１の表面に適当な冷却作用が生ずる。又、
前記の如く水素が微小孔１３を均一的に通過するので、
局部的に水素量が過大になり、触媒が７００〜８００℃
という異常な高温になって早く劣化するというような不
具合が発生しない。その反対に、従来の装置のように触
媒の温度上昇が１００℃程度より低い温度になり、水素
が完全に燃焼処理されないような不具合も発生しない。
即ち、本発明の装置によれば、水素の均一的な分散微量
分流、触媒の少量化による容易な温度上昇、燃焼用及び
触媒冷却用空気の供給、等の諸条件がバランス良く好都
合に作用し、触媒を３００〜４００℃程度の適温まで昇
温させ、水素を効率良くほぼ完全に燃焼処理されること
ができる。

【００１９】このように水素の燃焼した燃焼ガスは、ダ
クト部３内を流れる過剰な空気と混合し、１００℃以下
の適当な温度になって排出される。この場合、ダクト部
３を流れる空気は、燃焼用及び冷却用の空気として膜状
体１の表面に沿って流れると共に燃焼ガスを排出するだ
けであるから、この空気の圧力損失は少ない。従って、
ファン６の風圧を１０〜２０mmＡｑ程度の低い値にする
ことができる。その結果、ファン６を軸流ファンや多翼
ファンのような簡易で安価な構造のものにすることがで
きる。

【００２０】水素燃焼処理装置の停止時にはヒーター５
が使用される。このヒーターからの放熱により、膜状体
１及びその近傍のダクト部３内の雰囲気は５０〜１００
℃程度に維持され、膜状体１の触媒１２も同程度の温度
に予熱される。その結果、水素燃焼処理装置の使用を開
始した直後であっても、触媒が活性化されていて流され
た水素が接触したときに直ちに反応が進行し、起動直後
の異常高濃度の水素排出を防止することができる。又、
このような加熱により、空気中に存在し触媒反応を阻害
する水分や炭酸ガス等が装置の長時間停止中に触媒に吸
着される不具合も防止される。

【００２１】図３は、図１のような水素燃焼処理装置に
よって処理させるべき水素が発生する装置の一例である
電解式オゾン発生装置の構造例を示す。電解式オゾン発
生装置７は、陽極板７３及び陰極板７４の間に陽極７１
及び陰極７２並びにこれらの間を隔離している固体高分
子電解質膜７５を設けることによって形成されている電
解セル部７０、酸素及びオゾン用気液分離タンク７６、
水素用気液分離タンク７７、等によって構成されてい
る。この装置では、循環される純水を電気分解すること
により、陽極７１側から循環水と共に酸素及びオゾンが
取り出され、陰極７２側からは水素が排出される。この
ようなオゾンガス発生装置によれば、重量で１０〜１５
％という極めて高濃度のオゾンガスを発生させることが
できる。

【００２２】上記のように陰極７２から殆ど１００％に
近い水素が副次的に発生すると共に、電解膜を介して透
過水も出てくるが、透過水や水蒸気の凝縮したドレンは
本例では水素用気液分離タンク７７を含む水循環系によ
って回収され、水素だけが放出されるようになってい
る。この水素は、通常１kg/h程度以下の少量であり、図
１に示す本発明の装置によって好都合に処理される。こ
の場合、電解式オゾン発生装置の陰極７２から発生した
水素は、前記の如く気液分離タンク７７によって水分を
除去されているので、膜状体１の触媒１２を湿らせるこ
となくその作用を良好に維持することができる。

【００２３】なお以上では、水素燃焼処理装置として、
膜状体１を円筒状にしてこれに対して水素室２及びダク
ト部３をそれぞれ二重管状に形成すると共に、水素室２
内に内筒状に水素分配ノズル４を設けた例を示したが、
例えば図４に示す如く、膜状体１を平面状にし、その両
側に水素室２及びダクト部３を並列状に配置すると共
に、水素室２に更に水素分配ノズル４を配設するなど、
水素を分散させて水素室に供給し、膜状体の微小孔から
均一的に吹き出せるようにした他の適当な構造のものを
採用することができる。

【００２４】又上記実施例では、水素燃焼処理装置で処
理する水素を発生させる装置として電解式オゾン発生装
置を示したが、本発明の水素燃焼処理装置は、電解式酸
素水素発生装置から発生した水素やその他の装置からの
発生水素も処理可能であることは勿論である。

【００２５】

【発明の効果】以上の如く本発明によれば、請求項１の
発明においては、触媒を担持しほぼ均一に開口した微小
多孔質の膜状体の一面側及び他面側にそれぞれ水素室と
ダクト部とを設け、水素室に隣接して膜状体とは反対側
に水素が導入される水素導入部材を設け、その水素室と
の隣接部分のほぼ全面に多数の穴を分散して明けている
ので、水素室には全面的に分散した水素が流入する。そ
の結果、水素は膜状体に全面的に分散して当たり、その
多数の微小孔を介して一面側から他面側に向かって均一
的に流れる。そして、この水素は、微小孔部分に担持さ
せた触媒と接触すると共に、他面側を流れる空気と混合
することにより、ほぼ完全に燃焼処理される。その結
果、排出時の水素濃度をほぼ０にすることができる。

【００２６】又、水素が膜状体の全体に分散して均一的
に燃焼するので、膜状体の一部分だけに多量に供給され
てその部分で過度に燃焼したり、火炎燃焼を起こして異
常高温になるような不具合が発生しない。その結果、触
媒の劣化促進を防止し、その耐用期間を長くすることが
できる。

【００２７】又、他面側で水素と空気とを混合させるた
め、水素室には水素のみを流せばよいことと、膜状体で
は水素が微細に均一的に分流されることから、膜状体に
担持させる触媒量を十分少なくすることができる。その
結果、水素燃焼処理装置を小型軽量で安価なものにする
ことができる。そして、触媒担持体が膜状体であるた
め、その熱容量が小さいので、水素が燃焼したときに触
媒担持体の温度が容易に適温まで上昇する。その結果、
装置の起動時を含み常に水素が効率良く燃焼される。

【００２８】更に、ダクト部に空気を流すので、燃焼用
空気を容易に供給できると共に、加熱され昇温した触媒
を適当に冷却し、その過度の温度上昇による劣化を防止
することができる。又、このようにダクト部には単に空
気を流すだけでよいので、送風機として風圧が低く簡単
な構造で安価なものを使用することができる。

【００２９】請求項２の発明においては、膜状体を筒状
に形成して水素室を膜状体の内側に筒状にすると共に、
水素導入部材を水素室の中に内筒状に形成するので、ダ
クト部と水素室と水素導入部兼分配部とを三重管状に形
成することができる。その結果、水素燃焼処理装置の構
造を簡単にして製造の容易化とコスト低減を図ることが
できる。

【００３０】請求項３の発明においては、膜状体を加熱
可能な加熱手段を設けるので、水素が流れていないとき
に加熱手段を作動させることにより、膜状体及びその近
傍のダクト部を介して膜状体の触媒が予熱され、水素の
処理開始時に直ちに水素の燃焼反応を生じさせることが
できる。その結果、装置の運転開始時にも排出水素濃度
を十分低下させることができる。又、装置停止時におけ
る炭酸ガス等の触媒反応の阻害物質の吸着を防止するこ
とができる。

【００３１】請求項４の発明においては、電解式オゾン
発生装置の陰極から発生した水素が水素室に導入され燃
焼処理されるので、小型で簡易な装置によって少量の水
素を極めて効率良く燃焼処理し、電解式オゾン発生装置
及びその周辺環境の安全性を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した水素燃焼処理装置の構成例を
示す説明図で、（ａ）は全体図で（ｂ）は水素分配ノズ
ルの部分図である。

【図２】上記装置の膜状体の微小孔部分の形状を示す説
明図である。

【図３】上記水素燃焼処理装置で処理されるべき水素を
発生させる装置の一例である電解式オゾン発生装置の構
造例を示す説明図である。

【図４】本発明を適用した水素燃焼処理装置の他の構成
例の一部分を示す説明図であり、（ａ）は縦断面状態を
示し（ｂ）は平面状態を示す。

【図５】従来の水素燃焼処理装置の説明図である。

【符号の説明】

１ 膜状体 ２ 水素室 ３ ダクト部 ４ 水素分配ノズル（水素導入部材） ４ａ 穴 ５ ヒーター（加熱手段） ７ 電解式オゾン発生装置 １２ 触媒 １３ 微小孔（開口） ７２ 陰極

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3K017 BA07 BA10 BB01 BC02 BC09 BC10 BD01 BE09 BE11 BF03 BG01 3K065 TA09 TA15 TD05 TE06 TK02 TK04 TL08 TM02 TP02 TP10

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 触媒を介して水素を燃焼処理させるよう
   にした水素燃焼処理装置において、 前記触媒を担持しほぼ均一に開口した微小多孔質の膜状
   体と、該膜状体の一面側に形成された水素室と、前記膜
   状体の他面側に空気が通過するように形成されたダクト
   部と、前記水素室に隣接して前記膜状体の反対側に形成
   され前記隣接部分のほぼ全面に分散して明けられた多数
   の穴を備え水素が導入される水素導入部材と、を有する
   ことを特徴とする水素燃焼処理装置。
2. 【請求項２】 前記膜状体は筒状に形成され、前記水素
   室は前記膜状体の内側に筒状に形成され、前記水素導入
   部材は前記水素室の中に内筒状に形成されていることを
   特徴とする請求項１に記載の水素燃焼処理装置。
3. 【請求項３】 前記膜状体を加熱可能な加熱手段を有す
   ることを特徴とする請求項１に記載の水素燃焼処理装
   置。
4. 【請求項４】 前記水素室には電解式オゾン発生装置の
   陰極から発生した水素が導入されることを特徴とする請
   求項１に記載の水素燃焼処理装置。