(57)【要約】【課題】触媒燃焼装置において局部的な触媒成分の焼結や触媒担体表面積の減少を防止し装置の長寿命化を図ると共に、装置の簡略化、小型化及び省電力化を図ることのできる触媒燃焼装置を提供する。【解決手段】酸素含有ガスを触媒燃焼室の燃焼熱で加熱し、酸素含有ガスと燃料を混合促進充填物が充填された混合室により予熱混合し、ガス拡散室を経て触媒燃焼室に導入して混合ガス中の燃料を触媒の作用により燃焼する構成の触媒燃焼装置【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素含有ガスと混合した燃料を触媒の作用で燃焼させる触媒燃焼装置において、上端中央部に燃料供給ノズル、下端中央部には酸素含有ガス供給ノズルが夫々具備された密閉構造のケーシングと、該ケーシング内壁と所定の間隙をもって内設された燃料燃焼部とからなり、前記燃料燃焼部は、内部に混合促進充填物が充填された燃料と酸素含有ガスとの混合室と、該混合室外周側には混合室側壁を同心円状に囲繞し、内部に触媒が充填された触媒燃焼室と、前記混合室及び前記触媒燃焼室の下端側には多孔板を介し連通して区画されたガス拡散室が設けられており、前記混合室の上端は開口して、ケーシング内壁及び燃料燃焼部とで形成された間隙と連通し、前記触媒燃焼室の上端側は密閉され、燃焼ガス排出ノズルがケーシングを貫通して具備されており、前記燃料供給ノズルの一端は混合室内開口部近傍まで延設され、前記酸素含有ガス供給ノズルの一端はケーシング内壁及び燃料燃焼部とで形成された間隙に連通して具備されたことを特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項２】
触媒燃焼室の外周部のケーシング内壁及び燃料燃焼部とで形成された間隙に起動用加熱手段が配置された請求項１に記載の触媒燃焼装置。
【請求項３】
請求項１記載の触媒燃焼装置により燃料を燃焼する方法において、燃料を燃料供給ノズルから直接的に混合室に導入し、酸素含有ガスを酸素含有ガス供給ノズルからケーシング内壁と燃料燃焼部とで形成された間隙に供給し、供給した酸素含有ガスは前記間隙を流通する間に触媒燃焼室の燃焼熱で加熱して混合室に導入し、混合室に導入した酸素含有ガスと燃料を混合室内の混合促進充填物により予熱混合し、ガス拡散室を経て触媒燃焼室に導入し、混合ガス中の燃料を触媒の作用により燃焼し、燃焼ガスは燃焼ガス排出ノズルからケーシング外に排出することを特徴とする触媒燃焼方法。
【請求項４】
請求項２記載の触媒燃焼装置により燃料を燃焼する方法において、燃料を燃料供給ノズルから直接的に混合室に導入し、酸素含有ガスを酸素含有ガス供給ノズルからケーシング内壁と燃料燃焼部とで形成された間隙に供給し、供給した酸素含有ガスは前記間隙を流通する間に触媒燃焼室の燃焼熱及び安定燃焼状態になるまでは加熱手段を併用し加熱し、加熱した酸素含有ガスを混合室に導入し、混合室に導入した酸素含有ガスと燃料は混合室内の混合促進充填物により予熱混合してガス拡散室を経て触媒燃焼室に導入し、混合ガス中の燃料を触媒の作用により燃焼し、燃焼ガスは燃焼ガス排出ノズルからケーシング外に排出することを特徴とする触媒燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を触媒の作用で燃焼する触媒燃焼装置とその触媒燃焼装置による燃料の燃焼方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の一般的な触媒燃焼装置は、燃料を噴出するノズルを中央に設け燃料を気化器又は気化室で気化させ、その周囲に空気、高濃度酸素ガス、環境汚染物質含有ガスなどの酸素含有ガスを供給するノズルを設けている。
【０００３】
一例として、気化した液体燃料が触媒燃焼する触媒層と、この触媒層の輻射熱により液体燃料を気化し、前方の前記触媒層に供給する気化室とを有し、この触媒層の面積は気化室の断面積よりも大きく、さらに、気化室から触媒層に向かって多段状に広がった接続部を有する触媒燃焼装置が開示されている。（特許文献１）
【０００４】
また、燃料を供給する燃料供給手段と、燃焼に要する空気を供給する空気供給手段と、燃料と空気とを混合した気体を加熱する加熱ヒータを備えた気化器と、燃焼ガスを通過させる多数の連通孔を有する触媒燃焼部とを具備した触媒燃焼装置が開示されている。（特許文献２）
【特許文献１】特開平２００１−１４１２１２号公報
【特許文献２】特開平２００３−１７２５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決しようとする問題点は、従来の触媒燃焼装置の構造では、燃料噴出ノズルを設け燃料を気化器又は気化室で気化させ、その周囲に空気を供給するノズルを設けているため、触媒に導入する燃料と空気の混合ガスは触媒表層部の中央部と周辺部とで燃料と空気との比率が異なり、触媒表層部中央に高温部が形成され易い。そのため局部的な触媒成分の焼結や触媒担体表面積の減少により活性が劣化し易く、活性劣化により装置の寿命が短くなるという点である。
【０００６】
また、燃料の気化室を設けると、気化室の容量が大きくなるとともに装置の構造が複雑となり、従って、装置全体も大きくなる問題がある。また、加熱手段を設けた気化器では常時加熱する必要があるため、運転費が嵩むとういう点である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以上の課題を解決するために、請求項１に記載の第一の発明は、酸素含有ガスと混合した燃料を触媒の作用で燃焼させる触媒燃焼装置において、上端中央部に燃料供給ノズル、下端中央部には酸素含有ガス供給ノズルが夫々具備された密閉構造のケーシングと、該ケーシング内壁と所定の間隙をもって内設された燃料燃焼部とからなり、前記燃料燃焼部は、内部に混合促進充填物が充填された燃料と酸素含有ガスとの混合室と、該混合室外周側には混合室側壁を同心円状に囲繞し、内部に触媒が充填された触媒燃焼室と、前記混合室及び前記触媒燃焼室の下端側には多孔板を介し連通して区画されたガス拡散室が設けられており、前記混合室の上端は開口して、ケーシング内壁及び燃料燃焼部とで形成された間隙と連通し、前記触媒燃焼室の上端側は密閉され、燃焼ガス排出ノズルがケーシングを貫通して具備されており、前記燃料供給ノズルの一端は混合室内開口部近傍まで延設され、前記酸素含有ガス供給ノズルの一端はケーシング内壁及び燃料燃焼部とで形成された間隙に連通して具備されたことを特徴とする触媒燃焼装置である。
【０００８】
また、請求項２に記載の第二の発明は触媒燃焼室の外周部のケーシング内壁及び燃料燃焼部とで形成された間隙に起動用加熱手段が配置された第一の発明の触媒燃焼装置である。
【０００９】
また、請求項３に記載の第三の発明は第一の発明の触媒燃焼装置により燃料を燃焼する方法において、燃料を燃料供給ノズルから直接的に混合室に導入し、酸素含有ガスを酸素含有ガス供給ノズルからケーシング内壁と燃料燃焼部とで形成された間隙に供給し、供給した酸素含有ガスは前記間隙を流通する間に触媒燃焼室の燃焼熱で加熱して混合室に導入し、混合室に導入した酸素含有ガスと燃料を混合室内の混合促進充填物により予熱混合し、ガス拡散室を経て触媒燃焼室に導入し、混合ガス中の燃料を触媒の作用により燃焼し、燃焼ガスは燃焼ガス排出ノズルからケーシング外に排出することを特徴とする触媒燃焼方法である。
【００１０】
また、請求項４に記載の第四の発明は第二の発明の触媒燃焼装置により燃料を燃焼する方法において、燃料を燃料供給ノズルから直接的に混合室に導入し、酸素含有ガスを酸素含有ガス供給ノズルからケーシング内壁と燃料燃焼部とで形成された間隙に供給し、供給した酸素含有ガスは前記間隙を流通する間に触媒燃焼室の燃焼熱及び安定燃焼状態になるまでは加熱手段を併用して加熱し、加熱した酸素含有ガスを混合室に導入し、混合室に導入した酸素含有ガスと燃料は混合室内の混合促進充填物により予熱混合してガス拡散室を経て触媒燃焼室に導入し、混合ガス中の燃料を触媒の作用により燃焼し、燃焼ガスは燃焼ガス排出ノズルからケーシング外に排出することを特徴とする触媒燃焼方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、酸素含有ガスを触媒燃焼室の燃焼熱で加熱し、燃料と酸素含有ガスを混合する混合室に充填された混合促進充填物により予熱混合するため、酸素含有ガスなどの加熱手段を別に設ける必要がなく、熱量を効率的に利用でき投入熱量を削減できる。さらにガス拡散室を設け、十分にガスが拡散混合されるため、触媒表層中央部と周辺部とで燃料と酸素含有ガスとの比率が均一となり、従来より均一な燃焼が得られ、触媒表層部の温度分布が均一となり、そのため局部的な触媒成分の焼結や触媒担体表面積の減少を防止し、触媒活性をより長く維持することができる。故に触媒及び装置の長寿命化を図ることができる。
【００１２】
また、液体燃料の燃焼に必要な気化器、及び燃料噴出ノズルなどが不要となりかつ、装置の起動後安定燃焼状態になるまで加熱手段を使用し、燃焼が安定した定常燃焼後は加熱手段を使用することなく、燃焼が可能な構造であり、装置の簡略化、小型化及び省電力化を図ることができるばかりでなく、装置の製造費を低減できる。
【００１３】
さらに、触媒燃焼装置の起動用の燃料として常温で触媒燃焼可能な水素ガスを使用すれば、運転初期の触媒の加熱手段が不要となり構造がさらに簡略化され、よりコンパクトになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
触媒燃焼装置において局部的な触媒成分の焼結や触媒担体表面積の減少を防止し装置の長寿命化を図り、装置の簡略化、小型化及び省電力化を図る目的を、酸素含有ガスを触媒燃焼室の燃焼熱で加熱し、酸素含有ガスと燃料を混合促進充填物が充填された混合室により予熱混合し、ガス拡散室を経て触媒燃焼室に導入して混合ガス中の燃料を触媒の作用により燃焼する構成の装置としたことにより実現した。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の一実施形態の触媒燃焼装置の概略断面図である。
【００１６】
上端中央部に燃料供給ノズルＮ１、下端中央部には酸素含有ガス供給ノズルＮ２が夫々具備された密閉構造のケーシング１と、ケーシング１内壁と所定の間隙をもって内設された燃料燃焼部２とからなり、燃料燃焼部２は、内部に混合促進充填物３Ａが充填された燃料と酸素含有ガスとの混合室３と、混合室３外周側には混合室３側壁を同心円状に囲繞し、内部に触媒４Ａが充填された触媒燃焼室４と、混合室３及び触媒燃焼室４の下端側には多孔板５を介し連通して区画されたガス拡散室６が設けられており、混合室３の上端は開口して、ケーシング１内壁及び燃料燃焼部２とで形成された間隙と連通し、触媒燃焼室４の上端側は密閉され、燃焼ガス排出ノズルＮ３がケーシング１を貫通して具備されており、燃料供給ノズルＮ１の一端は混合室３内開口部近傍まで延設され、酸素含有ガス供給ノズルＮ２の一端はケーシング１内壁及び燃料燃焼部２とで形成された間隙に連通して具備されている。さらに触媒燃焼室４の外周部のケーシング１内壁及び燃料燃焼部２とで形成された間隙に加熱手段７が配置されている。
【００１７】
なお、燃料と酸素含有ガスとを混合する混合室３に充填される混合促進充填物３Ａとしては、熱伝導性の高いアルミナボールやステンレスなどの材料で製作された網状部材が適用される。また、触媒４Ａとしては、アルミナなどの担体に触媒活性成分である白金、パラジム、ロジウムなどの金属を、担持した粒状触媒やハニカム状触媒などが適用される。
【００１８】
また、加熱手段としては電気ヒータが適用され、混合室３及び触媒燃焼室４と拡散室６を区画する多孔板５としては、パンチングメタル、金網などが適用されるが、パンチングメタルを適用するのが好ましい。
【００１９】
なお、触媒燃焼装置の起動用の燃料として、常温で触媒燃焼可能な水素ガスを使用することにより、加熱手段７が不要となる。
【００２０】
以下、本発明の触媒燃焼装置の一実施例を作用と共に、さらに詳細に説明する。
なお、燃料には液体燃料である灯油を使用し、酸素含有ガスとしては空気を使用する。
【００２１】
加熱手段７を起動し、アルミナ担体にパラジウムを担持した粒状触媒４Ａを触媒活性温度を２００〜３００℃、好ましくは２５０℃まで昇温する。
【００２２】
触媒４Ａが触媒活性温度まで到達後、空気を酸素含有ガス供給ノズルN2よりケーシング内壁と燃料燃焼部とで形成された間隙に供給し、燃料である灯油を燃料供給ノズルＮ１より直接的に混合室３に供給する。
【００２３】
空気は前記間隙を流通する間に加熱手段７により予熱され、燃料供給ノズルＮ１出口で燃料と合流し混合される。
【００２４】
混合ガスは混合室３に導入され、混合室３内の加熱された混合促進充填物３を下降流通する間に気化及び混合される。
【００２５】
混合ガスは混合室出口に設けられた多孔板５によりさらに分散混合されて、ガス拡散室６に導入され、ガス拡散室において１８０°流れ方向を転換されることにより十分に混合され、さらに、触媒燃焼室４の入口部の多孔版５により、触媒４Ａの表層部に均一に拡散される。
【００２６】
触媒燃焼室４内に導入された混合ガスは粒状の触媒４Ａ部を上昇流通し、燃料が触媒の作用で燃焼され、燃焼後の燃焼ガスは燃焼排ガスノズルＮ３から系外に排出される。
【００２７】
燃焼開始後、触媒４Ａが、燃焼持続温度６００〜８００℃、好ましくは７００℃に達し、その温度が維持されるように空気及び燃料の供給量を調節した後、加熱手段７を停止する。加熱手段７を停止したのちは、供給される空気は触媒燃焼室の燃焼熱で予熱される。
【００２８】
なお、燃料は本実施例では液体燃料である灯油を用いたが、都市ガスや水素などの気体燃料であってもよく、燃料として水素を用いる場合には、水素は常温で触媒燃焼するため、起動時における加熱手段７が不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
機械工業、電気機械工業、家庭電器産業、健康福祉機器産業など分野において、水素製造装置などの小型の熱源としての用途や、未燃炭化水素などの環境汚染物質を含有するガスを燃焼し無害化する排ガス処理に使用することができる装置と方法である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の触媒燃焼装置の概略断面図である。（実施例１）
【符号の説明】
【００３１】
１     ケーシング
２     燃料燃焼部
３     混合室
３Ａ   混合促進充填物
４     触媒燃焼室
４Ａ   触媒
５     多孔板
６     ガス拡散室
７     加熱手段
Ｎ１   燃料供給ノズル
Ｎ２   酸素含有ガス供給ノズル
Ｎ３   燃焼ガス排出ノズル 
【図１】
2005180807.tif 000003