(57)【要約】【課題】ボイラをはじめとする燃焼装置から発生する燃焼ガスに含まれるＣＯ、ＮＯ×、ＳＯ×等の有害成分を効率的に低減、除去することが可能な触媒構造体及びこの触媒構造体を用いた燃焼装置を提供すること。【解決手段】流路に配置され流体の流通方向に通気路Ｐが形成された触媒構造体Ｃ１０であって、流通断面方向周縁領域Ａ２に触媒反応を促進する反応促進手段を備え、前記反応促進手段は、前記周縁領域Ａ２の前記通気路Ｐに形成された圧損形状部Ｃ１１であることを特徴としている。【選択図】図２
2009214030.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路に配置され流体の流通方向に通気路が形成された触媒構造体であって、
流通断面方向周縁領域に触媒反応を促進する反応促進手段を備えていることを特徴とする触媒構造体。
【請求項２】
請求項１に記載の触媒構造体であって、
反応促進手段は、
前記周縁領域の前記通気路に形成された圧損形状部であることを特徴とする触媒構造体。
【請求項３】
請求項１に記載の触媒構造体であって、
反応促進手段は、
前記周縁領域における前記通気路の流通断面積を、中央側より小さくすることにより構成されていることを特徴とする触媒構造体。
【請求項４】
請求項１に記載の触媒構造体であって、
反応促進手段は、
前記周縁領域に形成された流通阻止形状部により構成されていることを特徴とする触媒構造体。
【請求項５】
燃焼部と、
前記燃焼部に接続され、前記燃焼部からの燃焼ガスが排出される排ガス流路を備えた燃焼装置であって、
前記排ガス流路に請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の触媒構造体を備えることを特徴とする燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃焼ガス中に含まれる、例えばＣＯ（一酸化炭素）等の有害成分の効率的な削減が可能な触媒構造体及びこの触媒構造体を用いた燃焼装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ボイラ等の燃焼装置において、バーナの燃焼により発生する燃焼ガスに含まれる、例えば、ＣＯ、ＮＯ×、ＳＯ×等の有害成分を所定の数値（例えば、規制値等）以下に削減する場合、燃焼ガスを触媒構造体に通過させて酸化、除去することが行われている。
このように、燃焼ガスに含まれる有害成分を触媒構造体により酸化する技術として、触媒構造体を燃焼ガス流路のいずれかに配置する構成が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００４−６９１３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記バーナの燃焼により発生した燃焼ガスは、例えば、燃焼装置から外部に燃焼ガスを排出する排出路の内周壁近傍では流通抵抗により流速の低下が発生する場合があり、また、排出路の内周壁への熱伝達等によって温度分布が生じる場合がある。
このように燃焼ガスの流速、温度に偏りが生じると、燃焼ガスが通過する触媒構造体にも温度分布が生じ、例えばＣＯの場合では、触媒構造体が高温の領域では燃焼ガス中のＣＯの酸化が促進され、低温の領域では燃焼ガス中のＣＯの酸化が低下し触媒構造体全体としてのＣＯの酸化が低下して触媒作用の偏りが生じ、この偏りに起因して触媒構造体としての浄化効率が低下する場合があるという問題がある。
【０００４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、ボイラをはじめとする燃焼装置から発生する燃焼ガスに含まれるＣＯを効率的に低減、除去することが可能な触媒構造体及びこの触媒構造体を用いた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】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１記載の発明は、触媒構造体であって、流路に配置され流体の流通方向に通気路が形成された触媒構造体であって、流通断面方向周縁領域に触媒反応を促進する反応促進手段を備えていることを特徴とする。
【０００６】
この発明に係る触媒構造体によれば、流通断面方向周縁領域に触媒反応を促進する反応促進手段を備えているので、触媒構造体全体としての触媒反応を促進してＣＯ、ＮＯ×、ＳＯ×等の有害成分を効率的に除去することができる。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の触媒構造体であって、反応促進手段は、前記周縁領域の前記通気路に形成された圧損形状部であることを特徴とする。
【０００８】
この発明に係る触媒構造体によれば、周縁領域の通気路に圧損形状部が形成されているので、触媒構造体の中央側を通過する燃焼ガスの流量が増加する。その結果、触媒構造体の中央側の高温領域において燃焼ガスの効率的な触媒反応が促進され、ＣＯ、ＮＯ×、ＳＯ×等の有害成分を効率的に除去することができる。
また、触媒構造体の中央側を通過する燃焼ガスの流量が増加することにより触媒構造体の中央側の温度が高温に維持される。
また、触媒構造体の周縁領域では、圧損形状部により燃焼ガスの流れが阻害されて流速が低下するので、触媒構造体の周縁領域における燃焼ガスと触媒構造体との接触時間が長くなってＣＯの触媒反応が促進される。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の触媒構造体であって、反応促進手段は、前記周縁領域における前記通気路の流通断面積を、中央側より小さくすることにより構成されていることを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る触媒構造体によれば、周縁領域における通気路の流通断面積が、中央側における通気路の流通断面積より小さく形成されているので、触媒構造体の中央側を通過する燃焼ガスの流量が増加して、燃焼ガスが接触する際の触媒構造体の温度が高温となる。その結果、効率的な反応が促進されＣＯ、ＮＯ×、ＳＯ×等の有害成分を効率的に除去することができる。
また、触媒構造体の中央側を通過する燃焼ガスの流量が増加するので触媒構造体の温度が高温に維持される。
また、触媒構造体の周縁領域における通気路の流通断面積が、中央側における通気路の流通断面積より小さく形成されているので燃焼ガスの流速が低下し、触媒構造体の周縁領域における燃焼ガスと触媒構造体との接触時間が長くなり、ＣＯ、ＮＯ×、ＳＯ×等の有害成分が効率的に除去される。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項１に記載の触媒構造体であって、反応促進手段は、前記周縁領域に形成された流通阻止形状部により構成されていることを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る触媒構造体によれば、周縁領域に流通阻止形状部が形成されているので、燃焼ガスが触媒構造体の中央側を高温にしつつ通過するので触媒反応が効率的に促進される。
【００１３】
請求項５記載の発明は、燃焼部と、前記燃焼部に接続され、前記燃焼部からの燃焼ガスが排出される排ガス流路を備えた燃焼装置であって、前記排ガス流路に請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の触媒構造体を備えることを特徴とする。
【００１４】
この発明に係る燃焼装置によれば、触媒構造体全体としての反応を促進されるのでＣＯを効率的に除去することができる。
【発明の効果】
【００１５】
この発明に係る触媒構造体、燃焼装置によれば、流通断面方向周縁領域に触媒反応を促進する反応促進手段を備えているので、触媒構造体全体としての触媒反応を促進して、ＣＯ、ＮＯ×、ＳＯ×等の有害成分を効率的に除去することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図１を参照し、この発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、第１の実施形態に係る小型貫流式のボイラ（燃焼装置）１０の縦断面図を示している。
【００１７】
ボイラ１０は、燃料供給部１２と、缶体１６と、バーナ１４と、排出路１８とを備えており、排出路１８にはエコノマイザ１９が設けられている。また、ボイラ１０は、バーナ１４から水管群１６Ｂを経由して排出路１８の排出口１８Ａに至るまでの間に燃焼ガスＧ１が流れるガス流路Ｒが形成され、バーナ１４で発生した燃焼ガスＧ１がガス流路Ｒを経由して排出口１８Ａから排出されるようになっている。
【００１８】
この実施形態において、ボイラ１０の燃料は、例えば、生ガスと燃焼用空気とを混合した燃料ガスとされている。なお、燃料ガスに代えて、重油をはじめとする液体燃料、微粉炭を用いてもよい。
【００１９】
燃料供給部１２は、燃焼用空気を供給する送風ファン１２ａと、生ガスを供給するノズル１２ｂとを備え、送風ファン１２ａから送風された燃焼用空気とノズル１２ｂから供給された生ガスとがダクト内で混合されて燃料ガスが生成されるようになっている。
【００２０】
缶体１６は、下部管寄せ１６Ａと、水管群１６Ｂと、上部管寄せ１６Ｃ  とを備え、水管群１６Ｂは、複数の内側水管と複数の外側水管とを有し、それぞれの内側水管及び外側水管は、下部管寄せ１６Ａと上部管寄せ１６Ｃとの間に垂直方向に配置され、下部管寄せ１６Ａ及び上部管寄せ１６Ｃと通水可能に接続されている。
【００２１】
この明細書において、燃焼ガスＧ１とは、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの少なくとも一方を含む概念であり、燃料ガスの燃焼反応が完了したものおよび燃焼反応中の燃料ガスの両方を有する場合、燃焼反応中の燃料ガスのみを有する場合、燃料ガスの燃焼反応が完了したもののみを有する場合の、いずれをも含む概念である。
【００２２】
また、ＣＯ酸化触媒に関して、周縁領域Ａ２とは、概ねＣＯ酸化触媒の周縁側に形成される領域を意味し、周縁領域Ａ２に対してＣＯ酸化触媒の中央側に形成される領域を中央側領域Ａ１としており、明確な区別をするものではない。
【００２３】
第１の実施形態におけるバーナ１４は、水管群１６Ｂ側の面に複数のノズル孔が平面状に配列されたバーナエレメント１４Ａを有し、燃料供給部１２から供給された燃料ガスがバーナエレメント１４Ａで燃焼するようになっている。
図１においてバーナエレメント１４Ａから水管群１６Ｂ側に示した破線部は、バーナエレメント１４Ａで形成される火炎を概念的に表したものである。
【００２４】
バーナ１４の燃焼で発生した高温の燃焼ガスＧ１は、缶体１６内に形成されたガス流路Ｒを通過しながら水管群１６Ｂの水を加熱し、排出路１８に導入された後にエコノマイザ１９の水を加熱するようになっている。
【００２５】
排出路１８は、缶体１６の下流側に接続され、燃焼ガスＧ１をボイラ１０の外部に排出するようになっており、この実施の形態では、排出路１８には、ＣＯ酸化触媒（触媒構造体）Ｃ１０、エコノマイザ１９が、缶体１６側から順番に配置されている。
エコノマイザ１９は、排出路１８を通過する燃焼ガスＧ１との熱交換により水が加熱され、加熱された水を缶体１６に供給するようになっている。
【００２６】
ＣＯ酸化触媒Ｃ１０は、図２に示すように、ＣＯ酸化触媒ＣＳの周縁領域Ａ２に形成された通気路Ｐに平板状の圧損形状部Ｃ１１が配置され、燃焼ガスＧ１の流れに抵抗を発生可能とされている。
なお、圧損形状部Ｃ１１は、圧損形状部Ｃ１１を構成する平板の面が通気路Ｐと交差する向きに配置されているが、この向きは任意に設定可能であり、通気路Ｐと直交する場合に燃焼ガスＧ１に生じる圧損が最大となる。また、圧損形状部Ｃ１１の形状については、平板に代えて、円柱、円錐、多角柱、多角錐等、任意に選択可能である。
【００２７】
ＣＯ酸化触媒ＣＳは、燃焼ガスＧ１に含まれるＣＯを触媒反応により酸化してＣＯ２とすることでＣＯを除去するものであり、厚さ方向に複数の通気路Ｐが形成された矩形平板状の基材ＣＢの表面に、触媒活性材料として、例えば白金が担持されて構成されている。
【００２８】
基材ＣＢは、帯状平板を矩形枠体に形成した複数の第１の基材Ｃ１と、波板を枠状に形成し、外方に突出する山の頂部が第１の基材Ｃ１に内接可能に構成された複数の第２の基材Ｃ２とを備え、第１の基材Ｃ１と第２の基材Ｃ２とを交互に重ね合わせて内接する部分で接合するとともに最も外側に位置する第１の基材Ｃ１を側板Ｃ３で囲んで固定した構造とされている。
【００２９】
第１の基材Ｃ１及び第２の基材Ｃ２は、それぞれ燃焼ガスＧ１との接触面積を広くするために表面処理が施されて表面に多数の微小凹凸が形成されたステンレス板からなり、この微小凹凸に触媒活性材料が担持されている。
なお、触媒活性材料として、白金以外の貴金属（Ａｇ、Ａｕ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｐｄ）または金属酸化物（ＮｉＯｘ、ＣｕＯｘ、ＣｏＯｘ、ＭｎＯｘ）を用いてもよい。
【００３０】
また、ＣＯ酸化触媒ＣＳが、ＣＯ酸化作用に加えてＮＯｘ還元触媒として燃焼ガスＧ１に含まれるＮＯｘを還元する作用を有するものであってもよいし、ＣＯ酸化触媒ＣＳとともにＮＯｘ還元触媒を配置してもよい。
なお、ＣＯ酸化触媒ＣＳの構造は、特に限定されるものではなく、第１の基材Ｃ１に代えて、例えば、ステンレス以外の金属やセラミックにより形成される通気可能な構造体を基材とし、その表面に触媒活性材料を担持させた構成としてもよい。
【００３１】
次に、ボイラ１０及びＣＯ酸化触媒Ｃ１０の作用について説明する。
１）燃料供給部１２からバーナ１４に供給された燃料ガスが、バーナエレメント１４Ａで燃焼して高温の燃焼ガスＧ１が生成される。
２）燃焼ガスＧ１は、ガス流路Ｒを通過しながら水管群１６Ｂ内の水を加熱して蒸気とし、水管群１６Ｂを通過した後に排出口１８Ａに向かって移動する。加熱により生じた蒸気は上部管寄せ１６Ｃを経由して蒸気消費設備に供給される。
３）燃焼ガスＧ１は、排出路１８を通過する際にＣＯ酸化触媒Ｃ１０を通過する。
４）燃焼ガスＧ１がＣＯ酸化触媒Ｃ１０を通過する際、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０の周縁領域Ａ２の通気路Ｐには圧損形状部Ｃ１１が形成されていて、圧損形状部Ｃ１１の抵抗により燃焼ガスＧ１の流通が妨げられるので周縁領域Ａ２における燃焼ガスＧ１の流速が低下する。その結果、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０の周縁領域Ａ２における燃焼ガスＧ１と触媒活性材料との接触時間が増加して周縁領域Ａ２における燃焼ガスＧ１のＣＯ酸化反応が促進される。
５）また、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０の周縁領域Ａ２を通過する燃焼ガスＧ１の流速及び流量が低下し、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０の中央側領域Ａ１を通過する燃焼ガスＧ１の流量が増加することにより燃焼ガスＧ１が中央側領域Ａ１を高温に維持しながら通過するので、燃焼ガスＧ１に含まれたＣＯのＣＯ２への酸化が促進されてＣＯが効率的に削減される。
【００３２】
第１の実施形態に係るボイラ１０によれば、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０が、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０全体としての触媒反応を促進するように構成されているのでＣＯを効率的に削減することができる。その結果、ボイラ１０の外部に高濃度のＣＯが排出されることが抑制される。
【００３３】
次に、第２の実施形態に係るＣＯ酸化触媒（触媒構造体）Ｃ２０について説明する。
図３は、第２の実施形態に係るＣＯ酸化触媒Ｃ２０を示す図である。
ＣＯ酸化触媒Ｃ２０が、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０と異なるのは、ＣＯ酸化触媒Ｃ２０では、燃焼ガスＧ１が流通不能な壁部（流通阻止形状部）Ｃ２１が周縁領域Ａ２から中央側領域Ａ１に向かって延在して形成され、燃焼ガスＧ１がＣＯ酸化触媒Ｃ２０の中央側領域Ａ１で流通するように構成されている点である。その他は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３４】
ＣＯ酸化触媒Ｃ２０によれば、周縁領域Ａ２に壁部Ｃ２１が形成されていて、ＣＯ酸化触媒Ｃ２０の中央側領域Ａ１を燃焼ガスＧ１が加熱しながら通過するので中央側領域Ａ１の温度が容易に高温に維持され、ＣＯ酸化触媒Ｃ２０を通過する燃焼ガスＧ１に含まれるＣＯを効率的に削減することができる。
【００３５】
次に、第３の実施形態に係るＣＯ酸化触媒（触媒構造体）Ｃ３０について説明する。
図４は、第３の実施形態に係るＣＯ酸化触媒Ｃ３０を示す図である。
ＣＯ酸化触媒Ｃ３０が、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０と異なるのは、基材ＣＢの周縁領域Ａ２にある、例えば、二つの第２の基材Ｃ３１、Ｃ３２を構成する波板が基材ＣＢの周縁部に近づくにつれて厚肉に形成され、その結果、通気路Ｐの流路断面積が周縁領域Ａ２の外方に近づくにつれて小さく形成されている点である。その他は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付しその説明を省略する。
【００３６】
第３の実施形態に係るＣＯ酸化触媒Ｃ３０によれば、周縁領域Ａ２における通気路Ｐの流路面積を小さくして、低温になるＣＯ酸化触媒Ｃ３０の周縁領域Ａ２での反応を抑制して、高温となり触媒反応が促進される中央部においてＣＯを酸化させることによりＣＯ酸化触媒Ｃ３０全体の効率を向上することができる。また、触媒反応効率が低い周縁領域Ａ２の通気路Ｐの流路断面積及び表面積を小さくすることでＣＯ酸化触媒Ｃ４０が寿命となった際に劣化が進行していない触媒活性材料が廃棄される量を削減することができる。
【００３７】
次に、第４の実施形態に係るＣＯ酸化触媒（触媒構造体）Ｃ４０について説明する。
図５は、第４の実施形態に係るＣＯ酸化触媒Ｃ４０を示す図である。
ＣＯ酸化触媒Ｃ４０が、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０と異なるのは、基材ＣＢの周縁領域Ａ２近傍において、第２の基材Ｃ４１、４２を構成する波板が周縁に近づくにつれて山及び谷のピッチが小さく形成されることにより、周縁領域Ａ２における通気路Ｐの流路断面積が小さく構成されている点である。その他は、第１の実施形態と同様であるので、同一の符号を付しその説明を省略する。
第４の実施形態に係るＣＯ酸化触媒Ｃ４０によれば、周縁領域Ａ２に多数の通気路Ｐを形成して燃焼ガスＧ１と接触可能な表面積を大きく確保して周縁領域Ａ２における触媒反応を促進することによりＣＯ酸化触媒Ｃ４０全体のＣＯ酸化効率を向上させることができる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更をすることが可能である。
例えば、上記実施の形態においては、触媒構造体が燃焼ガス中に含まれる有害成分としてＣＯを低減、除去するためのＣＯ酸化触媒Ｃ１０、Ｃ２０、Ｃ３０、Ｃ４０である場合について説明したが、例えば、ＮＯ×、ＳＯ×の他の有害成分を低減、除去するためのＮＯＸ還元触媒、脱硫触媒をはじめとする、他の種々の触媒構造体に対して適用することが可能である。
【００３９】
また、上記実施の形態においては、燃焼装置が小型貫流型のボイラ１０である場合について説明したが、例えば、順流缶体ボイラ、オメガフロータイプボイラ、炉筒煙管ボイラ、給湯器等の種々の構造のボイラ、焼却炉等のボイラ以外の燃焼装置に対しても適用することが可能である。
【００４０】
また、上記実施の形態においては、ＣＯ酸化触媒Ｃ１０、Ｃ２０、Ｃ３０、Ｃ４０が、排出路１８に配置される場合について説明したが、バーナ１４と缶体１６、缶体１６内、缶体１６と排出路１８までの間に配置する構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るボイラを説明する縦断面図である。
【図２】第１の実施形態に係るＣＯ酸化触媒を通気路Ｐに沿う方向から見た図であり、（ａ）は全体の概略図を、（ｂ）は周縁領域Ａ２の一部詳細を示す図である。
【図３】第２の実施形態に係るＣＯ酸化触媒の周縁領域を通気路に沿う方向から見た一部詳細図である。
【図４】第３の実施形態に係るＣＯ酸化触媒の周縁領域を通気路に沿う方向から見た一部詳細図である。
【図５】第４の実施形態に係るＣＯ酸化触媒の周縁領域を通気路に沿う方向から見た一部詳細図である。
【符号の説明】
【００４２】
Ａ１    中央側領域（中央側）
Ａ２    周縁領域
ＣＳ、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４  ＣＯ酸化触媒（触媒構造体）
Ｃ１１  圧損形状部
Ｃ２１  壁部（流通阻止形状部）
Ｃ３１、Ｃ３２  第２の基材（反応促進手段）
Ｃ４１、Ｃ４２  第２の基材（反応促進手段）
Ｇ１    燃焼ガス（流体）
Ｐ      通気路
Ｒ      ガス流路
１０    ボイラ（燃焼装置）
１４    バーナ（燃焼部）
１８    排出路（排ガス流路）
【図１】
2009214030.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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