JPH0144963B2 - - Google Patents

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
射部材に係り、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。

〔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つて、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、によつて解決される。

したがつ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つて堰
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
出口によつ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つては酸化剤供給装置が点
火室を同軸状に貫いており、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つて延び
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つて高速で流れるガ
ス層を形成し、このガス層によつて点火室の壁及
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
配置によつ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り
も小であつて、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
よつ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つて達成される。

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つて流れるように、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つて、
次のことすなわちこの領域で反応体の流れ速度が
高くなることにより燃焼によつて生じる反応生成
物、したがつ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を詳細に説明する。

第１図に示す噴射部材を蒸気発生器との関連に
おいて説明する。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
ウジングブロツク１内に収容されており、このハ
ウジングブロツ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
グブロツク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３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の横断面より大である。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によつて
包囲されており、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とに分割されており、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
りも小さく、このことは図示の実施例にあつては
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つて、達
成される。それによつ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、すなわちそれによつ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１
２は中央の酸素供給管３の壁１１に直接接してお
り、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つて、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に沿つて流
れることが達成され、それによつてこれらの壁が
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
よつて形成されており、このリングはウエブ１８
によつてハウジングブロツク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がウエブ１８の１本によ
つてリング１７中に導かれており、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
開口しており、しかも点火室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１
６によつて導入される。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によつて導かれる
酸素から分岐され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が狭くなつていることによつて
堰き止められるので、ここにある点火可能な混合
気が点火装置によつ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内で流れ速度が大き
くなることによつて、点火炎は流れ方向へ向かつ
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
は水素ガスだけとなり、この水素ガスは混合室４
内で中央の酸素供給装置３からの酸素と出会い、
混合室４が幅狭になつていることによつてこの混
合室内で酸素と徹底的に混合される。それによつ
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しか異なつておらず、したが
つ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１０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２０が挿入されており、点火
室を通過するガス全体がこの点火体に流入する。
公知のセラミツ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１７を介して予備混合室中に連通するので
はなく、斜め側方にこの予備混合室へ入つている
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
られることによつ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、完壁な点火にとつて重要
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つてブレーキをかけら
れ、それによつ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、ここで完壁な
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
たがつて初めは大きかつた流れ速度の後で、減速
が行われそれから再び流れルートが適当に狭めら
れていることによつて加速が行われる。

以上説明した噴射装置によつて、１〜500KW
と比較的低い出力範囲で、たとえば減菌装置を供
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
つて、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。 １…ハウジングブロツク、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…ウエブ、１９…点火酸
素供給装置、２０…点火体、２１…供給管。

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）によつてほぼ
   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の全周にわたつ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１
   ０；触煤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つて流
   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
   酸化剤によつて貫流される触煤物質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。