(57)【要約】【課題】大きな異音（騒音）の発生を防止することを可能にした反応器を提供する。【解決手段】バーナー２で発生した火炎Ｓによって炉体１の内部空間Ｈを加熱し、この内部空間Ｈ内を流れるガスを加熱して化学反応させる反応器であって、バーナー２のバーナーケーシング８の内部と連通させてバーナーケーシング８に一端１３ａを接続し、バーナーケーシング８の軸線Ｏ１と交差する方向に延設された管状部材１３と、管状部材１３の内部Ｐの前記交差方向に沿う所定位置に配置されて管状部材１３の内部空間Ｐの長さＬを調整する塞止板１４とからなる吸音部１２を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナーで発生した火炎によって炉体の内部空間を加熱し、該内部空間内を流れるガスを加熱して化学反応させる反応器であって、
前記バーナーのバーナーケーシングの内部と連通させて該バーナーケーシングに一端を接続し、前記バーナーケーシングの軸線と交差する方向に延設された管状部材と、
該管状部材の内部の前記交差方向に沿う所定位置に配置されて前記管状部材の内部空間の長さを調整する塞止板とからなる吸音部を備えていることを特徴とする反応器。
【請求項２】
請求項１記載の反応器において、
前記バーナーケーシングの内部の音圧に応じて、前記管状部材の内部における前記塞止板の位置を調整する制御手段を備えていることを特徴とする反応器。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の反応器において、
前記吸音部が、前記管状部材と前記バーナーケーシングの接続部に配設される多孔状の抵抗板を備えていることを特徴とする反応器。
【請求項４】
請求項３記載の反応器において、
前記抵抗板が発泡金属であることを特徴とする反応器。
【請求項５】
請求項３記載の反応器において、
前記抵抗板が吸音材であることを特徴とする反応器。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の反応器において、
前記炉体の内側に前記内部空間を囲むように吸音層が設けられていることを特徴とする反応器。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の反応器において、
前記バーナーケーシングの内部の音を検出する音検出手段と、前記バーナーに燃料を供給する燃料供給ラインに、前記音検出手段で検出した音と逆位相の音を印加する音印加手段を備えていることを特徴とする反応器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスを炉内で加熱して化学反応を生じさせる反応器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば化学プラントには、天然ガスなどの原料ガスを炉内で加熱して改質し、一酸化炭素と水素を主成分とする合成ガスなどの生成ガスを生成するための反応器（リフォーマ、反応炉、改質炉）を備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、化学プラントなどには、例えば高さ１０〜２０ｍ、幅５ｍ程度の大型の反応器が具備され、この反応器をボックス型で構成することでコンパクト化を図るようにしている。そして、この種の反応器は、炉体の内部に複数の反応管を列設し、炉体（炉壁）に例えば数百の多数のバーナーを取り付けて構成され、炉体の内部をバーナーの火炎と燃焼ガスで加熱して、反応管内を流通する原料ガスに化学反応を生じさせ（炉体の内部を流通する原料ガスに輻射伝熱させることで化学反応を生じさせ）、生成ガスを生成することができる。なお、反応管に触媒を充填し、反応管を流通する原料ガスを輻射熱で加熱するとともに触媒作用によって化学反応を生じさせて生成ガスを生成する手法が多用されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２４２１５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方、多数のバーナーから火炎を噴射した際に、バーナー位置と燃焼エネルギーの大きさに応じて炉内音響系が発振したり、バーナーから火炎を噴射する際に圧力変動が生じてバーナー音響系が発振したり、さらに、バーナーの圧力変動がバーナーの燃料に伝搬して燃料の供給量が変動し、炉内音響系とバーナー燃料系がフィードバックループを形成して発振が連成する場合があった。そして、このような現象に起因して、上記従来の反応器では、大きな異音（騒音）が発生する場合があった。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑み、大きな異音（騒音）の発生を防止することを可能にした反応器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【０００８】
本発明の反応器は、バーナーで発生した火炎によって炉体の内部空間を加熱し、該内部空間内を流れるガスを加熱して化学反応させる反応器であって、前記バーナーのバーナーケーシングの内部と連通させて該バーナーケーシングに一端を接続し、前記バーナーケーシングの軸線と交差する方向に延設された管状部材と、該管状部材の内部の前記交差方向に沿う所定位置に配置されて前記管状部材の内部空間の長さを調整する塞止板とからなる吸音部を備えていることを特徴とする。
【０００９】
この発明においては、バーナーから火炎を噴射した際に、炉体の炉内音響系の発振、バーナーの圧力変動に伴うバーナー音響系の発振、さらに、バーナーの圧力変動がバーナーの燃料に伝搬して燃料の供給量が変動し、炉内音響系とバーナー燃料系の発振の連成が生じた場合であっても、これら発振に伴い発生した音エネルギーを吸音部で減衰させることが可能になる。例えば、管状部材の内部空間の長さが音エネルギーの１／４波長の長さとなるように塞止板を設けることで、音エネルギーを減衰させることが可能になる。
【００１０】
また、本発明の反応器においては、前記バーナーケーシングの内部の音圧に応じて、前記管状部材の内部における前記塞止板の位置を調整する制御手段を備えていることが望ましい。
【００１１】
この発明においては、バーナーケーシングの内部の音圧に応じて塞止板の位置を制御手段で調整することができるため、制御手段によって例えば音圧レベルが最も高い周波数の音（音エネルギー）に応じた位置に塞止板を配置することができ、確実且つ効果的に音エネルギーを減衰させることが可能になる。
【００１２】
さらに、本発明の反応器においては、前記吸音部が、前記管状部材と前記バーナーケーシングの接続部に配設される多孔状の抵抗板を備えていることがより望ましい。
【００１３】
この発明においては、管状部材とバーナーケーシングの接続部に多孔板などの抵抗板を設けることで、管状部材及び塞止板による音エネルギーの減衰効果に加え、抵抗板を通過する際に抵抗板の抵抗によって音エネルギーを減衰させる効果を得ることができる。すなわち、より確実且つ効果的に音エネルギーを減衰させることができる。
【００１４】
また、バーナーケーシングの内部に連通させて管状部材（吸音部）を設けた場合には、バーナーケーシングの内部を高速で流通するガスが管状部材の接続部近傍で剥離して渦流が発生し、この渦流によって圧力変動が生じてバーナー音響系の発振を誘発するおそれがある。これに対し、管状部材とバーナーケーシングの接続部に抵抗板を設けることで、バーナーケーシングの内部を高速で流通するガスに剥離が生じることを抑止でき、ガスを整流状態で流通させることが可能になる。これにより、この点からも、より確実且つ効果的に音エネルギーを減衰させることが可能になる。
【００１５】
また、本発明の反応器においては、前記抵抗板が発泡金属であることが望ましい。
【００１６】
この発明においては、抵抗板が多孔質の発泡金属であることにより、確実に抵抗板の抵抗による音エネルギーの減衰効果を得ることが可能になる。
【００１７】
さらに、本発明の反応器においては、前記抵抗板が吸音材であってもよい。
【００１８】
この発明においても、抵抗板が例えばグラスウール、ロックウールなどの吸音材であることにより、音エネルギーが複雑な構造の吸音材（抵抗板）の空隙を通過する際の抵抗によって、確実に音エネルギーの減衰効果を得ることが可能になる。
【００１９】
また、本発明の反応器においては、前記炉体の内側に前記内部空間を囲むように吸音層が設けられていることがより望ましい。
【００２０】
この発明においては、炉体の内側に設けられた吸音層によって炉体の炉内音響系の発振に伴い発生する音エネルギーを減衰させることが可能になる。これにより、吸音部による音エネルギーの減衰効果に加え、炉体に設けた吸音層による音エネルギーの減衰効果を得ることができる。
【００２１】
さらに、本発明の反応器においては、前記バーナーケーシングの内部の音を検出する音検出手段と、前記バーナーに燃料を供給する燃料供給ラインに、前記音検出手段で検出した音と逆位相の音を印加する音印加手段を備えていることが望ましい。
【００２２】
この発明においては、音検出手段によってバーナーケーシングの内部の音を検出し、この音と逆位相の音を音印加手段によって燃料供給ラインに印加することで、燃料変動を抑制することが可能になる。これにより、バーナー燃料系と炉内音響系の発振の連成を防止することができ、さらに確実且つ効果的に音エネルギーを減衰させることが可能になる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の反応器においては、バーナーから火炎を噴射した際に、箱状の炉体の炉内音響系の発振、圧力変動が生じてバーナー音響系の発振、さらに、バーナーの圧力変動がバーナーの燃料に伝搬して燃料の供給量が変動し、炉内音響系とバーナー燃料系の発振の連成が生じた場合であっても、吸音部によって音エネルギーを減衰させることが可能になる。これにより、多数のバーナーを備えた反応器であっても、大きな異音（騒音）の発生を防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の一実施形態に係る反応器を示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る反応器を示す正面図である。
【図３】図２のＸ１−Ｘ１線矢視図であり、本発明の一実施形態に係る反応器を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る反応器のバーナー及び吸音部を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る反応器のバーナー（バーナーケーシング）及び吸音部を示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る反応器のバーナー（バーナーケーシング）及び吸音部を示す正面図である。
【図７】図６のＸ１−Ｘ１線矢視図である。
【図８】バーナー及び吸音部を示す図であり、本発明の一実施形態に係る反応器の変形例を示す図である。
【図９】バーナー及び吸音部を示す図であり、本発明の一実施形態に係る反応器の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、図１から図７を参照し、本発明の一実施形態に係る反応器について説明する。本実施形態は、例えば化学プラントなどに設けられ、天然ガスなどの原料ガスを炉内で加熱して改質し、一酸化炭素と水素を主成分とする合成ガスなどの生成ガスを生成するための反応器（リフォーマ、反応炉、改質炉）に関するものである。
【００２６】
本実施形態の反応器Ａは、図１から図３に示すように、炉体（炉）１と、炉体１の炉壁１ａに取り付けられた多数のバーナー２と、炉体１の内部空間Ｈに列設されて原料ガスが流通する複数の反応管（不図示）とを備えて構成されている。
【００２７】
炉体１は、水平方向の前後方向Ｔ１に延び、水平方向の左右方向Ｔ２に間隔をあけて立設された方形箱状の一対の炉本体部３、４と、一対の炉本体部３、４の上端側同士を連結し、一対の炉本体部３、４の内部空間Ｈを上端側で連通させる連通部５とを備えて断面略コ字状に形成されている。また、連通部５は、後端１ｂから前端１ｃに向かうに従い漸次その高さが大となるように形成されている。
【００２８】
そして、各炉本体部３、４の左右一対の炉壁１ａにそれぞれ、多数のバーナー２が多段状に列設されている。また、各炉本体部３、４の内部に複数の反応管が配設され、各反応管内を流通する原料ガスがバーナー２の火炎と燃焼ガスで加熱されて、化学反応が生じ、生成された生成ガスＧが連通部５で合流するように構成されている。
【００２９】
さらに、このように構成した炉体１は、一端を連通部５の前端１ａに接続して下方に延設され、さらに水平方向前方側に延設された略Ｌ字状の導出部６を介して煙突７に接続されている。これにより、炉体１の連通部５で合流した生成ガスＧは、導出部６の内部空間を流通して煙突７に送られる。
【００３０】
一方、各炉本体部３、４の炉壁１ａに設けられたバーナー２は、図４に示すように、バーナーケーシング８の一端側を炉壁１ａの内面側（炉本体部３、４の内部空間Ｈ）に、他端側を炉本体部３、４の外側に配して設けられている。さらに、バーナーケーシング８の一端には、火炎Ｓを炉壁１ａの内面に沿う放射方向に噴射させるためのスリット部材９が取り付けられている。バーナーケーシング８の他端側には、バーナーケーシング８の軸線Ｏ１方向に燃料（燃料ガス）Ｎを噴射して供給する燃料供給ライン１０が接続され、また、バーナーケーシング８の内部に空気Ｍを導入するための空気導入部材１１が設けられている。
【００３１】
そして、本実施形態の反応器Ａにおいては、図４から図７に示すように、このバーナー２に吸音部１２が取り付けられている。吸音部１２は、バーナーケーシング８の内部と連通させてバーナーケーシング８に一端１３ａを接続し、バーナーケーシング８の軸線Ｏ１と交差する方向（本実施形態では直交方向）に突設された管状部材１３と、この管状部材１３の内部の前記交差方向に沿う所定位置に配置されて管状部材１３の内部空間Ｐの長さＬを調整する塞止板１４と、管状部材１３とバーナーケーシング８の接続部１５に配設された多孔状の抵抗板１６を備えて構成されている。
【００３２】
本実施形態の吸音部１２は、管状部材１３の長さＬ（管状部材１３の内部空間Ｐの長さＬ）が、炉体１やバーナー２で発生し、音圧レベルが最も大きな音エネルギーの波長の１／４の長さになるように、管状部材１３の他端１３ｂに塞止板１４を一体に固定して形成されている。また、本実施形態の抵抗板１６は、一面から他面に貫通する複数の貫通孔を備えた多孔板とされている。
【００３３】
そして、上記構成からなる本実施形態の反応器Ａにおいては、多数のバーナー２から火炎Ｓを噴射し、バーナー位置と燃焼エネルギーの大きさに応じて炉内音響系が発振した際、この炉内音響系の発振に伴って発生した音エネルギーがバーナーケーシング８の内部を伝搬して吸音部１２の管状部材１３の内部Ｐに達する。そして、この管状部材１３の長さＬの４倍の波長の音エネルギーが管状部材１３（吸音部１２）で吸収されて減衰する。
【００３４】
また、バーナー２から火炎Ｓを噴射する際に圧力変動が生じてバーナー音響系が発振した場合や、バーナー２の圧力変動がバーナー２の燃料Ｎに伝搬して燃料Ｎの供給量が変動し、炉内音響系とバーナー燃料系がフィードバックループを形成して発振が連成した場合においても、これら発振に伴って発生した音エネルギーがバーナーケーシング８の内部を伝搬して吸音部１２の管状部材１３の内部に達する。そして、この管状部材１３の長さＬの４倍の波長の音エネルギーが管状部材１３（吸音部１２）で吸収されて減衰する。
【００３５】
このため、音圧レベルが最も大きな音エネルギーの波長の１／４の長さになるように予め塞止板１４の位置を決めて、管状部材１３の他端１３ｂ側の内部Ｐに塞止板１４を一体に固定しておくことで、音圧レベルが最も大きな音エネルギーが減衰し、多数のバーナー２を備えた反応器Ａであっても、効果的に大きな異音（騒音）の発生が防止される。
【００３６】
また、このとき、本実施形態の吸音部１２が管状部材１３とバーナーケーシング８の接続部１５に多孔板の抵抗板１６を設けて構成されていることで、管状部材１３及び塞止板１４による音エネルギーの減衰効果に加え、抵抗板１６を通過する際に抵抗板１６の抵抗によって音エネルギーが減衰する。これにより、音圧レベルや波長が異なる音エネルギー全般が抵抗板１６によって減衰することになり、より確実且つ効果的に大きな異音の発生が防止されることになる。
【００３７】
さらに、バーナーケーシング８の内部に連通させて管状部材１３（吸音部１２）を設けた場合には、バーナーケーシング８の内部を高速で流通するガス（燃料ガスＮ、空気Ｍ）が管状部材１３の接続部１５近傍で剥離して渦流が発生し、この渦流によって圧力変動が生じてバーナー音響系の発振を誘発するおそれがある。これに対し、管状部材１３とバーナーケーシング８の接続部１５に抵抗板１６を設けることで、バーナーケーシング８の内部を高速で流通するガスＮ、Ｍに剥離が生じることが抑止され、ガスＭ、Ｎが整流状態でバーナーケーシング８の内部を流通する。このため、管状部材１３をバーナーケーシング８に一体に取り付けた場合であっても、バーナー音響系の発振を誘発するおそれがなく、確実且つ効果的に大きな異音の発生が防止される。
【００３８】
したがって、本実施形態の反応器Ａにおいては、バーナー２から火炎Ｓを噴射した際に、炉体１の炉内音響系の発振、バーナー２の圧力変動に伴うバーナー音響系の発振、さらに、バーナー２の圧力変動がバーナー２の燃料Ｎに伝搬して燃料Ｎの供給量が変動し、炉内音響系とバーナー燃料系の発振の連成が生じた場合であっても、これら発振に伴い発生した音エネルギーを吸音部１２で減衰させることが可能になる。よって、多数のバーナー２を備えた反応器Ａであっても、大きな異音の発生を防止することが可能になる。
【００３９】
また、本実施形態の反応器Ａにおいては、管状部材１３とバーナーケーシング８の接続部１５に多孔板の抵抗板１６を備えているため、管状部材１３及び塞止板１４による音エネルギーの減衰効果に加え、抵抗板１６を通過する際に抵抗板１６の抵抗によって音エネルギーを減衰させる効果を得ることができる。すなわち、より確実且つ効果的に音エネルギーを減衰させることができる。
【００４０】
また、管状部材１３とバーナーケーシング８の接続部１５に抵抗板１６を設けることで、バーナーケーシング８の内部を高速で流通するガスＮ、Ｍに剥離が生じることを抑止でき、ガスＮ、Ｍを整流状態で流通させることが可能になる。これにより、この点からも、より確実且つ効果的に音エネルギーを減衰させることが可能になる。
【００４１】
以上、本発明に係る反応器の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【００４２】
例えば、本実施形態では、抵抗板１６が多孔板であるものとして説明を行ったが、本発明に係る抵抗板は、発泡金属や吸音材であってもよい。そして、抵抗板として発泡金属を用いた場合には、多孔質の発泡金属の空隙を音エネルギーが通過する際に、その抵抗によって減衰効果を得ることが可能である。また、抵抗板として例えばグラスウール、ロックウールなどの吸音材を用いた場合には、音エネルギーが複雑な構造の吸音材の空隙を通過する際の抵抗によって、やはり、音エネルギーの減衰効果を得ることが可能になる。よって、抵抗板として発泡金属や吸音材を用いることで、本実施形態と同様の作用効果を得ることが可能になる。
【００４３】
また、本実施形態では、吸音部１２が管状部材１３の他端１３ｂ側に塞止板１４を一体に固定して形成されているものとしたが、図８に示すように、管状部材１３の内部Ｐで進退自在に塞止板１４を取り付けて吸音部１２を構成するようにしてもよい。さらに、バーナーケーシング８の内部の音を検出するマイクロホンなどの音検出手段２０を設け、この音検出手段２０で検出したバーナーケーシング８内の音信号をコントローラ（制御手段）２１に入力し、コントローラ２１からバーナーケーシング８内の音信号に基づいて駆動手段２２に動作指令を出力し、駆動手段２２の駆動によって塞止板１４を進退させてその位置を決めるように構成してもよい。そして、このように塞止板１４を進退自在に設けた場合には、管状部材１３の内部Ｐにおける塞止板１４を例えば音圧レベルが最も高い周波数の音（音エネルギー）に応じた位置に配置することができ、所望の音圧レベルや波長の音エネルギーを減衰させることが可能になる。よって、より確実且つ効果的に大きな異音の発生を防止することが可能になる。
【００４４】
なお、塞止板１４を進退自在に設ける場合、塞止板１４の外周にＯリングなどのシール部材を取り付け、管状部材１３の内面との間をシールすればよい。そして、このようなＯリングなどのシール部材でシールを行っても、管状部材１３の内外の差圧は非常に小さいので、確実にシール効果を得ることが可能である。
【００４５】
さらに、図３の破線で示すように、炉体１の内側に内部空間Ｈを囲むように吸音層２３を設けるようにしてもよい。この場合には、炉体１の内側に設けられた吸音層２３によって炉体１の炉内音響系の発振に伴い発生する音エネルギーを減衰させることが可能になる。これにより、吸音部１２による音エネルギーの減衰効果に加え、炉体１に設けた吸音層２３による音エネルギーの減衰効果を得ることができる。
【００４６】
さらに、図９に示すように、バーナーケーシング８の内部の音を検出するマイクロホンなどの音検出手段２０と、バーナー２に燃料Ｎを供給する燃料供給ライン１０に、音検出手段２０で検出した音と逆位相の音を印加するスピーカなどの音印加手段２４を備えて、反応器Ａを構成してもよい。この場合には、音検出手段２０によってバーナーケーシング８の内部の音を検出し、このバーナーケーシング８内の音信号をコントローラ（制御手段）２１に入力し、この音と逆位相の音信号を音印加手段２４によって燃料供給ライン１０に放射して印加する。これにより、燃料変動を抑制することが可能になる。よって、バーナー燃料系と炉内音響系の発振の連成を防止することができ、さらに確実且つ効果的に音エネルギーを減衰させることが可能になる。
【００４７】
なお、本発明に係る反応器は、バーナー２で発生した火炎Ｓによって炉体１の内部空間Ｈを加熱し、この内部空間Ｈ内を流れるガスを加熱して化学反応させるために使用されればよく、特にその用途を限定する必要はない。また、炉体１の構成、バーナー２の数、配置などは、本実施形態のように限定する必要はない。
【符号の説明】
【００４８】
１      炉体（炉）
１ａ    炉壁
１ｂ    後端
１ｃ    前端
２      バーナー
３      炉本体部
４      炉本体部
５      連通部
６      導出部
７      煙突
８      バーナーケーシング
９      スリット部材
１０    燃料供給ライン
１１    空気導入部材
１２    吸音部
１３    管状部材
１３ａ  一端
１３ｂ  他端
１４    塞止板
１５    接続部
１６    抵抗板
２０    音検出手段
２１    コントローラ（制御手段）
２２    駆動手段
２３    吸音層
２４    音印加手段
Ａ      反応器（リフォーマ、反応炉、改質炉）
Ｇ      生成ガス
Ｈ      内部空間
Ｌ      管状部材の内部空間の長さ
Ｍ      空気
Ｎ      燃料
Ｏ１    バーナーケーシングの軸線
Ｐ      管状部材の内部空間
Ｓ      火炎
Ｔ１    前後方向
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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