JPH0616264Y2 - 触媒燃焼装置の触媒サポート - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、燃料と空気の混合気を燃焼触媒で燃焼させる
触媒燃焼装置に係り、特に面積の広い燃焼触媒を支持す
るのに好適なサポートを有する触媒燃焼装置に関する。

〔従来の技術〕

ガス燃料を燃焼させる方法としては、これまでガスバー
ナによる燃焼が良く知られている。このガスバーナ方式
による燃焼では、ガス燃料と空気を予め、あるいはバー
ナ先端で混合し適切な空気とガス燃料の混合割合に調整
することにより、火炎を保持し、安定に燃焼を継続させ
る。従って、燃料の種類により適切な空燃比があり、例
えば、メタン、プロパンでは空燃比1.0〜1.5程度、一酸
化炭素では1.0〜2.0程度といわれている。また燃料の発
熱量についても、火炎を保持し、自燃させ、かつ安定燃
焼をさせるためには、最低８００〜１０００Kcal/m³N以
上は必要である。

一方、近年燃焼触媒を用いた触媒燃焼方式が提案され、
自動車用浄化触媒等で実用化されている。この触媒燃焼
方式は（１）１００〜２００Kcal/m³N以下の低カロリー
ガスでも燃焼が可能、（２）低酸素、すなわち理論酸素
での燃焼が可能、（３）火炎がなくＮＯｘが低い等の優
れた特長がある。

燃焼触媒の触媒物質としては、Ｐｔ、Ｐｄ、等の貴金属
元素またはＣｕ、Ｎｉ等の卑金属元素が、単一または前
記の元素が複合され多元系として使用される。燃焼触媒
の燃焼効率を高めるためには、前記の元素を担体上に均
一にまた、広く分散させる必要があり、担体として高比
表面積を有するアルミナ系セラミックス（コージェライ
ト、活性アルミナ等）、金属製フォーム（金網状、繊維
状等）等が広く使用されているが、最近では、高温化
（８００℃以上）および、耐久性の観点から、アルミナ
系担体が主流を占めてきている。また、形状としては、
粒状、ハニカム状などが代表的であるが、取扱の容易
性、使用時の触媒層での圧力抵抗（圧力損失）が低い等
の利点からハニカム状燃焼触媒が多く使われている。

他方、実用化されている燃焼触媒についていえば、大き
いものでも、ガス燃料の流れと直角になる面の寸法は、
１５０mm角または２００mm丸程度で、工業的に多量のガ
ス燃料を燃焼触媒にて燃焼させようとすると、前記のよ
うな燃焼触媒の大きさのものをいくつか組み合せなけれ
ばならない。この組み合せのために、使用する燃焼触媒
の支持サポートについて、現在のところでは優れた提案
は見当らない。

考案者等は、例えば第４図から第６図に示すように、燃
焼触媒ブロック１２を支持部材１３で支持し、ガス流れ
と直角になる面の寸法が１５０mm角の燃焼触媒を２４ケ
組み合わせ、６００mm×９００mmの燃焼触媒ブロック１
２を作成し、燃焼試験に使用した。燃焼触媒ブロック１
２の燃焼温度を約８００℃にして、試験を行った結果、
短時間で燃焼触媒ブロック１２を支持する支持部材１３
が燃焼熱により燃焼触媒ブロック１２よりも膨張して燃
焼触媒ブロック１２がたわむ不具合を経験した。また触
媒担体として使用しているアルミナ等のセラミックスは
金属と比べ、熱膨張係数が小さいため、金属製の支持部
材１３の伸びにより、金属製の支持部材１３と燃焼触媒
ブロック１２の間にすき間が生じ、燃料と空気の混合気
１１がショートパスし、一部のショートパスした混合気
１１が燃焼触媒ブロック１２の後流側で、空間燃焼する
不具合も経験した。また、単に熱膨張による不具合を無
くするため、燃焼触媒担体として使用しているアルミナ
等のセラミックスにて製作した支持部材１３も考えられ
るが、大きな面積の燃焼触媒ブロック１２を支持するた
めには、支持部材１３の強度および機械的衝撃、熱的衝
撃の点から信頼性に乏しい。

〔考案が解決しようとする課題〕

従来技術に記述の如く、工業的規模で多量のガスを燃料
触媒を用いて触媒燃焼させようとすると、燃焼触媒の面
積を大きくする必要があり、このために１５０mm角等の
標準ブロックを組み合わせる必要がある。この組み合せ
に使用する燃焼触媒の支持サポートに単純に金属製の支
持部材１３を使用すると、金属製の支持部材１３と燃焼
触媒ブロック１２の熱膨張差による撓みあるいは、すき
間を生ずる不具合が発生する。また、支持部材１３に燃
焼触媒ブロック１２と熱膨張差の少いアルミナ等のセラ
ミックスを使用しても、支持部材としての強度および各
種衝撃に弱い点から信頼性に乏しい。

本考案の目的は、かかる従来技術の欠点を除き、工業的
規模に使用する大面積の燃焼触媒を撓み等の発生なく、
効果的に支持することができる触媒燃焼装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本考案においては、触媒支
持に用いる金属製サポートを、燃焼触媒ブロックの前流
側に噴出孔を有する中空形状にし、この中空支持部材内
に燃焼用空気または燃料と空気の混合気体を流すことに
より、燃焼触媒によって加熱される中空支持部材の冷却
を行って、サポートの温度上昇を低下させるとともに、
燃料と空気の混合気体を流した場合には、噴射孔部分に
火炎を形成して燃焼触媒ブロックの予熱を行うようにし
たものである。

すなわち、本考案は燃料と空気の混合気を噴射する混合
分散器の下流に、支持部材に支持された燃焼触媒ブロッ
クを配置し、混合気を燃焼させるものにおいて、前記支
持部材を、前記燃焼触媒ブロック前流側に噴出孔を有す
る中空支持部材で形成し、該中空支持部材内に燃焼用空
気または燃料と空気の混合気体を流通させるようにした
ことを特徴とする。

本考案によればサポート自体の熱膨張が小さくなり、撓
み等の発生を防止でき、燃焼触媒のブロック間のすき間
の発生も防止することができる。

本考案において、冷却媒体として空気を用いる場合は、
燃焼用空気として使用可能なため、触媒燃焼装置の系内
で熱循環があるのみで、熱損失の発生は問題にはならな
い。

また冷却媒体として燃料と空気の混合気体を流す場合、
中空支持部材に中空部を貫通して明けられた孔は、バー
ナの炎孔と同等の効果を持ち、適切な空気比（プロパ
ン、メタンでは1.2〜1.5）で混合気を孔から噴出させ、
点火源を与えることで孔の出口で火炎を形成し、燃焼さ
せることができる。触媒燃焼起動時は孔出口で火炎を形
成させ燃焼し、燃焼触媒ブロックの予熱を行うことも可
能である。また、点火源を与えなければ、混合気の供給
孔として、火炎の発生なく燃焼触媒ブロックへ混合気を
供給する。従って、混合分散器と同等の効果を燃焼触媒
のサポート部に持たせることができ、燃焼触媒ブロック
の大きさに応じて同数の孔を設けることができ、大型化
に際して、燃焼触媒ブロック毎の予熱ムラの発生や、混
合気の供給ムラの発生がない。また、サポートに混合分
散器の効果を持たせたことで燃焼触媒上流側の混合気が
存在する空間が小さくでき、混合気の爆発や逆火の発生
に対する安全性も向上できる。

〔作用〕

触媒層の支持サポートとしては、強度があり、衝撃によ
る不具合の発生しにくい金属製のものが望ましいが、金
属は、燃焼触媒の担体として使用しているアルミナ等の
セラミックスに比較し、熱膨張率が大きいため、熱によ
る撓みが生じ、燃焼触媒のブロック間にすき間を生ず
る。本考案においては、金属製のサポートを中空形状と
し、この中空支持部材に燃焼空気として使用可能な空気
または燃料と空気の混合気体を流すことにより、中空支
持部材が冷却され、熱膨張が押えられ、サポートの撓み
によるサポートと燃焼触媒のすき間、燃焼触媒のブロッ
ク間のすき間の発生を防止することができるだけでな
く、噴出孔部分に火炎を形成して燃焼触媒ブロックの予
熱を行うこともできる。

〔実施例〕

第１図は本考案の実施例に係る断面図、第２図は第１図
のＡ−Ａ線断面図、第３図は第１図のＢ部を拡大した詳
細図である。

本考案の実施例においては、燃料２と空気３の混合気１
１を上側から下側へ流して下向きに燃焼する燃焼触媒装
置を例にとって説明する。第１図から第３図に本考案の
実施例と、第４図から第６図に示す従来技術との異なる
点は、第４図から第６図のものにおいては、燃焼触媒ブ
ロック１２の支持に金属製の支持部材１３を用いたもの
であるのに対し、第１図から第３図のものは燃焼触媒ブ
ロック１２を支持するサポートとして中空支持部材２１
を用い炉体１に組込まれており、燃焼触媒ブロック１２
の炉内前流側に燃料２と空気３の混合分散器１０が取り
付けられている。この燃料２と空気３の混合分散器１０
から燃焼触媒ブロック１２へ燃料２と空気３の混合気１
１が供給される。燃焼触媒ブロック１２の後流側には、
燃焼温度を制御するための温度調節計９が設置され、燃
料配管４および空気配管５に取り付けられている燃料調
節弁６および空気調節弁７を調節して燃焼温度を制御す
る。空気調節弁７の後流側からサポート冷却用の冷却空
気配管８が分岐され、この冷却空気配管８は空気配管５
と中空支持部材２１を接続している。

第２図は、燃焼触媒ブロック１２を９ケ組み込む場合の
中空支持部材２１の平面図である。中空支持部材２１
は、第３図に示すように中空形状となっており、この中
空部１８に冷却空気が空気配管５、冷却空気配管８を経
て供給される。中空支持部材２１には第３図に示すよう
に燃焼触媒ブロック１２をサポートするための支持用つ
ば１６が取りつけられている。サポート中空部１８を流
れた冷却用空気は、加熱された空気１４となって中空支
持部材２１に明けられた空気噴出孔１５から、燃焼触媒
ブロック１２の前流側へ噴出される。なお、燃焼触媒ブ
ロック１２と中空支持部材２１の間には、アルミナセメ
ント等のシール材１７が充填されている。

上記実施例によれば、燃焼触媒ブロック１２から中空支
持部材２１へ伝熱される熱がサポート中空部１８内を流
れる冷却用空気へ回収されることにより、中空支持部材
２１自体の温度上昇が冷却媒体によって押えられ、熱膨
張が小さくてすむ。すなわち、中空支持部材２１を冷却
しない場合は、サポートの温度は、ほぼ燃焼触媒ブロッ
ク１２の温度と同じ温度になり、中空支持部材２１の熱
膨張がかなり大きくなるが、冷却することにより、燃焼
触媒ブロック１２の担体であるアルミナ等のセラミック
スと同等な熱膨張に押えることができる。従って従来の
支持部材１３では撓みおよび燃焼触媒ブロック１２間に
すき間が生じ混合気１１がショートパスする不具合が生
ずるが、本考案では中空支持部材２１を冷却することに
より、この不具合をなくすことができる。また、中空支
持部材２１内で加熱された空気は、燃焼触媒ブロック１
２の前流側へ噴出され、燃料２と空気３の混合分散器１
０より燃焼触媒ブロック１２へ供給される混合気１１へ
と混合されるため、外部への熱損失がなく、触媒燃焼装
置として熱を有効利用できる効果もある。

上記実施例では、燃料混合ガスを上から下へ供給して燃
焼させる触媒燃焼装置について説明したが、本考案は燃
焼させる向きには関係なく、中空支持部材を冷却するだ
けでよいものであればどのような触媒燃焼装置にも適用
することができる。なお、上記実施例では、９ケの燃焼
触媒ブロックを支持する中空支持部材について説明した
が、本考案は、同じ考え方で、中空支持部材を製作する
ことにより多数の燃焼触媒ブロックを支持できる。

第７図〜第９図は、冷却媒体として空気と燃料の混合気
を用い、これを触媒ブロック支持部材の中空部に供給す
るとともに、該中空部に混合気噴出孔１５Ａを設けた実
施例を示し、第７図は、触媒燃焼装置の断面図、第８図
はそのＡ−Ａ線に沿った矢視断面図、第９図は、混合気
噴出孔１５Ａ付近の断面図である。図中の符号は、第１
〜３図と共通部分は同一符号で示した。図中、２２は保
炎孔、２３は点火装置である。

第７図から第９図に示す実施例と、第１図から第３図に
示す実施例との異なる点は、第１図から第３図のものに
おいては、混合気１１の燃焼触媒ブロック１２への供給
に燃焼触媒ブロック１２の炉体１内の上流側に混合分散
器１０を配したものであるのに対し、第７図から第９図
のものは、中空支持部材２１内の支持部材中空部１８に
燃料２と空気３の混合気１１が送気されるようになって
おり、また中空支持部材２１の燃焼触媒ブロック１２の
上流側に向った端部には、混合気１１の燃焼触媒ブロッ
ク１２への供給用の混合気噴出孔１５Ａが、中空支持部
材２１全域に渡って複数個設けられており、燃焼触媒ブ
ロック１２の炉内前流側には混合気１１の混合分散器１
０（第１図）は別置されておらず、混合気１１の燃焼触
媒ブロック１２への均一分散のための整流装置８と、中
空支持部材２１に設けた混合気噴出孔１５Ａの近くに点
火装置があるのみで、中空支持部材２１が混合気１１の
混合分散器１０と同様に燃焼触媒ブロック１２へ混合気
１１を供給するようにしたものである。燃焼触媒ブロッ
ク１２の後流側には、燃焼温度を制御するための温度調
節計９が設置され、燃料配管４および空気配管５に取り
付けられている燃料調節弁６および空気調節弁７を調節
して燃焼温度を制御する。この燃料配管４と空気配管５
は、中空支持部材２１に接続されている。第８図には、
実施例として燃焼触媒ブロック１２を９ケ組み込んだ中
空支持部材２１の平面図を示している。中空支持部材２
１は第９図に示すように中空形状となっており、端部に
は前記した混合気噴出孔１５Ａと燃焼触媒ブロック１２
をサポートするための支持用つば１６が取りつけられて
いる。中空支持部材２１と燃焼触媒ブロック１２の間に
はアルミナセメント等のシール材１７が詰めてある。ま
た、混合気噴出口の先端には保炎孔２２が設けられてい
る。

中空支持部材２１に設けた混合気噴出孔１５Ａは、触媒
燃焼起動時には、点火装置２３により点火源を与えら
れ、保炎孔２２が渦流を起し、混合気噴出孔１５の出口
で火炎を形成し燃焼し、燃焼触媒ブロック１２に熱を与
え触媒を予熱する。起動完了後は混合気１１の供給を行
う。従って、別置の予熱バーナや混合分散器の設置が不
要となり、混合気１１および１４の存在する空間を小さ
くでき、爆発や逆火に対する安全性が向上する。また、
混合気１１が予熱され予熱された混合気１４となること
での爆発や逆火に対する危険性については、空気比を低
くする必要のある起動時は燃焼触媒ブロック１２の温度
も常温から５００〜６００℃程度であり、予熱された混
合気１４の温度も低いため安全であり、触媒燃焼時は燃
焼触媒ブロック１２の温度は７００℃以上となるが、混
合気１１の空気比が2.0以上となり、予熱された混合気
１４の温度が高くなっても、爆発や逆火に対する危険性
はほとんどない。

〔考案の効果〕

本考案によれば、触媒を支持するサポートの撓みがな
く、燃焼触媒ブロック間にすき間を生ずることなく、多
量のガスを燃焼可能な燃焼触媒ブロックを形成できる。
また、冷却媒体として使用する空気は燃焼触媒ブロック
の前流側へと噴出し、燃焼用空気として利用できるので
熱損失も最少限になる。

また、冷却媒体として、触媒燃焼に使用する燃料と空気
の混合気を使うことにより、熱損失もなく、混合気が予
熱されることで、触媒燃焼の安定性も向上する。さらに
混合気の混合分散をサポート部で行うことにより、混合
気が存在する燃焼触媒ブロック上流側の空間を小さくす
ることができ、爆発や逆火に対する安全性は向上する。
また、触媒の大型化に対しても、燃焼触媒ブロック毎に
供給孔を配することができ、均一な混合気の供給が可能
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による触媒層サポートを使用した触媒燃
焼装置の断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ断面図、第３
図は第２図のＢ−Ｂ線断面の部分拡大図、第４図から第
６図は従来の触媒燃焼装置を示すもので、第４図は断面
図、第５図は第４図のＣ−Ｃ線断面図、第６図は第４図
のＢ部を拡大した詳細図、第７図は本考案の他の実施例
を示す触媒燃焼装置の断面図、第８図は第７図のＡ−Ａ
線断面図、第９図は第７図のＢ部拡大詳細図である。 １……炉体、２……燃料、３……空気、４……燃料配
管、５……空気配管、６……燃料調節弁、７……空気調
節弁、８……冷却空気配管、９……温度調節計、１０…
…混合分散器、１１……混合気、１２……燃焼触媒ブロ
ック、１３……支持部材、１４……サポート内で加熱さ
れた空気、１５……空気噴出孔、１６……支持用つば、
１７……シール材、１８……中空支持部材、１９……混
合気流、２０……燃焼ガス流、２１……中空支持部材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 安田 隆 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)考案者 西田 隆弘 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (72)考案者 松尾 宣雄 広島県呉市宝町６番９号 バブコック日立 株式会社呉工場内 (56)参考文献 実開 昭58−181126（ＪＰ，Ｕ)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と空気の混合気を噴射する混合分散器
   の下流に、支持部材に支持された燃焼触媒ブロックを配
   置し、混合気を燃焼させるものにおいて、前記支持部材
   を、前記燃焼触媒ブロックの前流側に噴出孔を有する中
   空支持部材で形成し、該中空支持部材内に燃焼用空気ま
   たは燃料と空気の混合気体を流通させるようにしたこと
   を特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】請求項（１）において、前記中空支持部材
   にあけられた噴出孔を火炎が形成できる保炎孔として起
   動時の触媒層予熱を行うことを特徴とする触媒燃焼装
   置。