(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。【解決手段】触媒燃焼方法において、予め実験により求めた安定燃焼範囲における空気過剰率の上限値λ２と下限値λ１との間の空気過剰率λでの運転における空気供給量を下記式で求めた空気変動量の上限割合値ＣＨ及び下限割合値ＣＬの範囲内で増減させて運転する触媒燃焼制御方法。ＣＨ＝１００×（λ２／λ−１）ＣＬ＝１００×（１−λ１／λ）【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、燃料と空気を混合する混合手段と、燃料を触媒燃焼する触媒燃焼部とを備えた触媒燃焼装置における触媒燃焼方法において、予め実験により求めた安定燃焼範囲における空気過剰率の上限値λ２と下限値λ１との間の空気過剰率λでの運転における空気供給量を下記式で求めた空気変動量の上限割合値ＣＨ及び下限割合値ＣＬの範囲内で増減させて運転することを特徴とする触媒燃焼制御方法。
ＣＨ＝１００×（λ２／λ−１）
ＣＬ＝１００×（１−λ１／λ）
【請求項２】
空気変動量の上限割合値ＣＨ及び下限ＣＬの範囲内で増減させる運転をタイマーで設定した時間間隔で行うことを特徴とする請求項１に記載の触媒燃焼制御方法。
【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方法に関するものであり、さらに詳しくは、触媒層における局部的温度上昇を防止する触媒燃焼制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃料と空気とを混合して触媒に流す混合気流は、その中央部分と周囲部分とでは燃料と空気との混合比率が異なるため、触媒部を複数の部分から構成し、空気に対する燃料比率が高い部分が流れる中央部と、空気に対する燃料比率が低い周縁部とで触媒活性を異にした構成の触媒燃焼器が知られているが、中央部と周縁部とで触媒活性をどのように異ならせるのがよいかどうかを判断することは困難なことであるとして、長時間にわたり連続して同一条件での運転を行わないように、同一燃焼量の運転中に空気の供給量の変動幅または燃料供給量の変動幅を数パーセントの幅で変化させて前記触媒燃焼部の局部的な劣化を防止する制御ができるように構成したことを特徴とする触媒燃焼装置が特許文献１に開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１７２５０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
解決しようとする課題は、前記従来の特許文献１に記載された触媒燃焼装置における燃焼方法では、空気の供給量の変動幅または燃料供給量の変動幅を数パーセントの幅で変化させて、触媒中央部に高温部が形成され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触媒活性が劣化する現象防止を図っているが空気の供給量の変動幅を数パーセント程度の幅で変化させても、触媒層に形成される温度分布はほとんど改善できず触媒の高温部による局部的劣化の防止が期待できない点である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記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、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、燃料と空気を混合する混合手段と、燃料を触媒燃焼する触媒燃焼部とを備えた触媒燃焼装置における触媒燃焼方法において、予め実験により求めた安定燃焼範囲における空気過剰率の上限値λ２と下限値λ１との間の空気過剰率λでの運転における空気供給量を下記式で求めた空気変動量の上限割合値ＣＨ及び下限割合値ＣＬの範囲内で増減させて運転することを特徴とする触媒燃焼制御方法である。
ＣＨ＝１００×（λ２／λ−１）
ＣＬ＝１００×（１−λ１／λ）
【０００５】
また、請求項２に記載の第二の発明は、請求項１に記載の触媒燃焼制御方法において、空気変動量の上限割合値ＣＨ及び下限割合値ＣＬの範囲内での増減運転をタイマーで設定した時間間隔で行うことを特徴とする触媒燃焼制御方法である。
【０００６】
なお、空気過剰率λは燃焼理論空気量に対する割合であり、λ＝１なら、当量であり完全燃焼時は燃焼排ガス中の残存酸素量はゼロとなる。従って、λ＝２、３・・・なら理論空気量の２倍、３倍・・・となる。また、空気過剰率λの設定範囲は燃料や触媒によりその概略値は決まっているが、隣接して反応部を設けるなど燃焼器の構造により異なり、また、排ガスの顕熱を利用する場合など、触媒燃焼を何に利用するかによっても異なる。
【０００７】
また、空気過剰率の下限値λ１と上限値λ２は、燃料量を一定にして、空気供給量を変動させることにより空気過剰率λを変化させるなど、一般的な触媒燃焼の実験で求められる値であり、上限値λ２は、未燃ガスがスリップしない、或いは燃焼効率低下が起こらない条件などであり、また、下限値λ１は、空気不足による不完全燃焼にならない、或いは触媒が耐熱温度を越えない条件などである。
【発明の効果】
【０００８】
触媒燃焼装置を前記第一の発明の触媒燃焼制御方法で運転することにより、触媒の高温部の触媒入口からの位置が移動し、触媒表層部のみに高温部が形成されることがなくなり、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が抑制され、触媒活性を長く持続させることができ、その結果、装置の長寿命化を図ることができる効果がある。
【０００９】
また、タイマーで設定した時間間隔で行う第ニの発明では、制御操作忘れなどのミスが防止され、操作の煩雑さも解消することができる。また、空気供給量の増減運転を手動で行うことも可能であり、手動で行う場合には、定常運転において触媒層の各部の温度を監視し、局部的な偏りを生じる恐れがある場合に適宜に対応することができるため、空気量の変動頻度を少なくでき、従って、定常運転時間を長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
触媒燃焼装置において触媒及び装置の長寿命化を図る目的を、予め実験により求めた安定燃焼範囲における空気過剰率の上限値λ２と下限値λ１との間の空気過剰率λでの運転における空気供給量を、空気変動量の上限割合値ＣＨ及び下限割合値ＣＬの範囲内で増減させて運転（以下制御運転という。）する方法により実現した。
【実施例１】
【００１１】
以下、本発明の触媒燃焼方法を一実施例の制御方法とその作用と共に説明する。
図１は本発明の触媒燃焼方法を実施する一実施形態の装置の全体構成図である。
図２は一実施例の制御方法における安定燃焼時の空気変動幅を示す図である。
図３は一実施例の制御方法における空気量変動時の燃焼触媒層内部の温度プロファイルである。
【００１２】
図１において、１は上端中央部に燃料供給ノズルＮ１、下端中央部には空気供給ノズルＮ２が各々具備された密閉構造のケーシング、２は内部に混合促進充填物３Ａが充填された燃料と空気との混合室３と、内部に触媒４Ａが充填された触媒燃焼室４と、ガスを拡散混合するガス拡散室６が設けられた燃料燃焼部であり、また、混合室３の上端には燃焼ガス排出ノズルＮ３が具備され、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はヒータ７が配置されている。また、１００は空気供給量制御部である。
【００１３】
図１の装置における触媒燃焼運転は以下の通り行われる。
ヒータ７を起動し、触媒４Ａを触媒活性温度まで昇温し、触媒４Ａが触媒活性温度まで到達後、空気を空気供給ノズルＮ２よりケーシング内壁１と燃料燃焼部２とで形成された間隙に供給し、燃料を燃料供給ノズルＮ１より直接的に混合室３に供給する。
【００１４】
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、混合ガスは混合室３に導入されて混合室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。
【００１５】
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の入口部の多孔板５により、触媒４Ａの表層部に均一に拡散接触する。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。
【００１６】
燃焼開始後、触媒燃焼室４内が、持続燃焼温度に達し、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を停止して定常運転が行われるが、定常運転における触媒燃焼制御は、以下の制御部の作用により行われる。
【００１７】
制御部１００においては、予め実験により求めた安定燃焼範囲における空気過剰率の上限値λ２と下限値λ１が空気過剰率（λ１、λ２）記憶部Ａに入力記憶され、また、燃料供給部１０２から燃料供給量、空気供給部１０１から空気供給量がそれぞれ空気過剰率（λ）演算部Ｃに入力され、運転時の空気過剰率（λ）が演算される。
【００１８】
空気過剰率（λ１、λ２）記憶部Ａ及び空気過剰率（λ）演算部Ｃからそれぞれの値が空気変動量割合（ＣＨ、ＣＬ）演算部Ｂに送られ、上限割合値ＣＨ及び下限割合値ＣＬが演算される。なお、演算式は以下の通りである。
ＣＨ＝１００×（λ２／λ−１）
ＣＬ＝１００×（１−λ１／λ）
【００１９】
空気変動量割合（ＣＨ、ＣＬ）演算部Ｂで演算された上限割合値ＣＨ及び下限割合値ＣＬと空気供給部１０１から入力されたその時点の空気供給量が空気供給量負荷演算部Ｄに送られ、触媒層の高温部を移動させる制御運転に必要な空気供給量が演算され、空気供給量負荷設定部Ｅに送られ、設定部Ｅから空気供給部１０１に空気供給量の増減信号が送られて、空気供給量が制御される。
【００２０】
前記空気供給量の制御運転を空気過剰率上限値ＣＨと下限値ＣＬとの範囲で繰り返すことにより、触媒層における高温部が移動し、触媒の高温部の触媒入口からの位置が移動し、触媒表層部のみに高温部が形成されることがなくなり、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が起こりにくく、触媒活性を長く持続させることができ、その結果、装置の長寿命化を図ることができる。
【００２１】
なお、例えば、λを一定にして排ガス組成、触媒層温度分布などのデータを採取したい場合、オペレータが手動で運転を行いたい場合、さらに、燃焼を継続していると触媒はどうしても徐々に劣化していくためλ１、λ２の値を補正し、空気変動量を修正するために、制御を停止してメンテナンスを行う場合などには制御運転は行われない。
【００２２】
（実施例）
以下に図１の触媒燃焼装置により、灯油を燃料とし、アルミナ担体にパラジウムを担持した粒状触媒を用い、制御運転を行った触媒燃焼テストについて、図２及び図３に基づいて述べる。
【００２３】
なお、制御運転は、ヒータで触媒を活性温度の２５０〜３００℃に昇温し、供給量を制御しながら空気及び燃料を供給し、触媒燃焼させて定常運転温度である７００℃まで昇温して安定させたのちヒータを停止し、制御運転を行った。
【００２４】
制御運転は、予め実験により求めた安定燃焼範囲における空気過剰率の上限値λ２＝５と下限値λ１＝２を空気過剰率（λ１、λ２）記憶部Ａに入力記憶させ、また、燃料供給部１０２から燃料供給量、空気供給部１０１から空気供給量がそれぞれ空気過剰率（λ）演算部Ｃに入力されλ＝３が演算された。
【００２５】
空気過剰率（λ１、λ２）記憶部Ａ及び空気過剰率（λ）演算部Ｃからそれぞれの値が空気変動量割合（ＣＨ、ＣＬ）演算部Ｂに送られ、上限割合値ＣＨ及び下限割合値ＣＬが下記の式から演算された。
ＣＨ＝１００×（λ２／λ−１）
ＣＬ＝１００×（１−λ１／λ）
その結果、制御運転に必要な空気供給量は上限割合値ＣＨ＝６７％、下限割合値ＣＬ＝３３％として演算された。
【００２６】
その時点（λ＝３）の空気供給量と共に上限割合値ＣＨ及び下限割合値ＣＬが空気供給量負荷演算部Ｄに送られて空気供給量が演算され、空気供給量負荷設定部Ｅを介して空気供給部１０１に空気供給量の増減信号が送られて、空気供給量を６７％増加（総空気量としてはλ＝３での空気供給量の１．６７倍）及び３３％減少（総空気量としてはλ＝３での空気供給量の０．６７倍）させる制御運転を適宜間隔で行った。
【００２７】
前記制御運転を行った結果、図３の温度プロファイルに示すグラフが得られ、安定運転を維持しながら、触媒層における高温部が移動することが確認された。従って、触媒表層部のみに高温部が形成されることがなくなり、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が起こりにくく、触媒活性が長く持続し、装置の長寿命化を図ることができることが確認された。
【００２８】
因みに、図２の定常運転時の空気変動幅グラフから、安定燃焼時の空気過剰率上限値λ２＝５、下限値λ１＝２で、空気過剰率λ＝５として運転している場合には、空気変動量上限割合値ＣＨは０％、下限割合値ＣＬは６０％となり、その時の総空気供給量としてはλ＝５での空気供給量の１．０倍から０．４倍の範囲で供給することになる。また、空気過剰率λ＝２として運転している場合には、上限割合値ＣＨは１５０％、下限割合値ＣＬは０％となり、その時の総空気供給量としてはλ＝２での空気供給量の２．５倍から１．０倍の範囲で供給することになる。
【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の分野において、水素製造装置などの小型の熱源としての用途や、臭気成分、未燃炭化水素又はＣOなどの環境汚染物質を燃焼除去し無害化する排ガス処理に好適に使用することができる方法である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の触媒燃焼方法を実施する一実施形態の装置の全体構成図
【図２】一実施例の制御方法における安定燃焼時の空気変動幅を示す図
【図３】一実施例の制御方法における空気量変動時の燃焼触媒層内部の温度プロファイル
【符号の説明】
【００３１】
１     ケーシング
２     燃料燃焼部
３     混合室
３Ａ   混合室充填物
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   空気供給ノズル
Ｎ３   燃焼ガス排出ノズル
１００  空気供給量制御部
１０１  空気供給部
１０２  燃料供給部
Ａ     安定燃焼時空気過剰率（λ１、λ２）記憶部
Ｂ     空気変動量割合（ＣＨ、ＣＬ）演算部
Ｃ     空気過剰率（λ）演算部
Ｄ     空気供給量負荷演算部
Ｅ     空気供給量負荷設定部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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