JPS5849809A - Catalytic combustor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To sufficiently preheat the mixture of fuel and electricity, and to expedite an oxidizing reaction, by forming a number of projections on the inside of a combustion cylinder on the upstream side, looking from a catalyst body, against a flow of fuel and air, in a catalytic combustor. CONSTITUTION:A catalyst body 2 is installed at the top of a combustion cylinder 1, and a back fire preventing plate 3 to prevent a back fire from the red- heated catalyst body 2, is provided on the back side of a catalyst body 2. A plurality of plate fins 4 are fitted in parallel with an inner cylinder shaft to the upstream side of a combustion cylinder 1 in which a catalyst body 2 is installed. With such an arrangement, a flow of fuel and air can be preheated to some extent, though a preheater is not especially provided to a combustor. Accordingly, combustion is stably taken place, and defects peculiar to a catalytic combustion such as blow out can be decreased in a catalytic combustor.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は各種のガス燃料または蒸発させた液体燃料を触
媒上に供給させ、その面上において酸化反応を起こさせ
、触媒体を発熱させ、発生する熱量を利用する触媒燃焼
器に関するもので、触媒体に供給するための燃料、空気
の混合物を十分に予なさしめる触媒燃焼器を提供するこ
とを目的とする。　　　　゛ 触媒上で燃焼せしめる触媒燃焼方式には常温近くででも
燃焼可能な水素燃焼器から１，６００℃以上で燃焼させ
るガスタービン用あるいはジェットエンジン用の燃焼器
まで各種のものが提案され、実用化されつつある。本燃
焼器は燃焼温度範囲を約９００’Ｃから１．４００℃程
度の比較的高温の部類に属する燃焼方式で、触媒の表面
でのみ酸化反応を起させる純粋な触媒燃焼ではなく、骨
格構造体のセル孔の中においても気相反応を伴表う燃焼
方式であるため、厳密な意味での触媒燃焼ではなく、比
較的新らしい分野の燃焼方式である。Detailed Description of the Invention The present invention is a catalyst that supplies various gaseous fuels or evaporated liquid fuels onto a catalyst, causes an oxidation reaction to occur on the surface of the catalyst, causes the catalyst body to generate heat, and utilizes the amount of heat generated. The present invention relates to a combustor, and an object of the present invention is to provide a catalytic combustor that can sufficiently prepare a mixture of fuel and air to be supplied to a catalytic body. ``A variety of catalytic combustion methods have been proposed, ranging from hydrogen combustors that can burn at near room temperature to combustors for gas turbines or jet engines that burn at temperatures of 1,600°C or higher, and have been put into practical use. It is being done. This combustor uses a relatively high-temperature combustion method with a combustion temperature range of approximately 900'C to 1,400°C.It is not a pure catalytic combustion in which the oxidation reaction occurs only on the surface of the catalyst, but a skeletal structure. This is a combustion method that involves gas-phase reactions even in the cell pores of the fuel cell, so it is not catalytic combustion in the strict sense of the word, but is a relatively new field of combustion.

この種の触媒燃、焼はその触媒体上で有効に酸化反応を
起こさせ、発熱させるためには、送り込まれる燃料気流
（燃料と燃焼のための空気の予混合３ 気流）の温度をある程度高めた状態であることが気流が
送り込まれると触媒体上で酸化反応を起こす前に、その
燃料気流により熱が持ち去られ、触媒体温度が活性化の
温度以下になってしまう。This type of catalytic combustion effectively causes an oxidation reaction on the catalyst body, and in order to generate heat, the temperature of the fuel air flow (premixed air flow of fuel and air for combustion) that is sent in must be raised to some extent. If an airflow is sent in under such conditions, the heat will be carried away by the fuel airflow before the oxidation reaction occurs on the catalyst, and the temperature of the catalyst will fall below the activation temperature.

いわゆるｂｊｏｗ　ｏｕｔの現象である。This is a so-called bjow out phenomenon.

本発明による触媒燃焼器は上記の現象を防ぐため定常燃
焼時には自分で発生する熱により、その一部デ送入され
る燃料気流を予熱させるも・ので、併せて燃焼筒の加熱
を防ぎ、燃焼筒材質の熱による劣化をも防止できる効果
を有する。In order to prevent the above-mentioned phenomenon, the catalytic combustor according to the present invention preheats a part of the incoming fuel airflow using the heat generated by itself during steady combustion.It also prevents heating of the combustion tube and prevents combustion. It also has the effect of preventing deterioration of the cylinder material due to heat.

従来この種の例は全く無く、通常は予混合気流を３００
℃〜５００℃程度に加熱したものを触媒体に供給してい
る。しかしこの方式ではガスタービン等工業的な利用法
では可能であろうと思われるが、家庭用燃焼器等民生用
に利用す°るのは困難がともなう。本発明によ、り特に
予混合気流を加熱させなくても、それと同程度の効果が
期待出来、また触媒燃焼方式を利用できる機器の範囲も
広げることができ′る。There is no example of this type in the past, and usually the premixed air flow is 300
The catalyst is heated to a temperature of about .degree. C. to 500.degree. C. and is supplied to the catalyst body. However, although this method may be possible in industrial applications such as gas turbines, it is difficult to use it in civilian applications such as household combustors. According to the present invention, the same degree of effect can be expected without particularly heating the premixed air flow, and the range of equipment that can utilize the catalytic combustion method can be expanded.

以下本発明の実施例を図面とともに説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第１図においてアルミニウムダイカストで作られている
円筒形の燃焼筒１の先端には触媒体２（骨格構造体の表
面に触媒を担持させたもの）を設置し、その裏側には赤
熱した触媒体２からの逆火を防止するため、酸化触媒を
担持させない骨格構造体でできている逆火防止板３が密
着して置かれている。触媒体２を設置した燃焼筒１内面
の上流側には複数の板状フィン゛４が円筒軸に平行に、
また筒内面に固着させである。燃焼筒１のさらに上流側
には燃料気流が均一に渡れるように微小孔６を有した整
流板６が置かれている。さらに整流板６の裏には燃料と
空気の混合を良くするため複数のパンチングメタル、あ
るいは金網からできている拡散板７が置かれている。燃
焼筒１の後部は液体燃料をその表面において気化させる
だめの気化面８及び気化面８の外側には燃焼初期に気化
面８を加熱させるためのシーズヒータ９がアルミニウム
ダイカストの中に埋め込まれている。In Figure 1, a catalyst body 2 (a catalyst supported on the surface of a skeletal structure) is installed at the tip of a cylindrical combustion tube 1 made of aluminum die-casting, and a red-hot catalyst body is placed on the back side. In order to prevent flashback from the oxidation catalyst 2, a flashback prevention plate 3 made of a skeletal structure that does not support an oxidation catalyst is placed in close contact with the oxidation catalyst. On the upstream side of the inner surface of the combustion cylinder 1 where the catalyst body 2 is installed, a plurality of plate-shaped fins 4 are arranged parallel to the cylinder axis.
It is also fixed to the inner surface of the cylinder. Further upstream of the combustion tube 1, a baffle plate 6 having micro holes 6 is placed so that the fuel airflow can evenly flow therethrough. Further, behind the rectifying plate 6, a diffusion plate 7 made of a plurality of punched metals or wire mesh is placed in order to improve the mixing of fuel and air. At the rear of the combustion tube 1, there is a vaporization surface 8 for vaporizing the liquid fuel on its surface, and a sheathed heater 9 for heating the vaporization surface 8 in the initial stage of combustion is embedded in aluminum die-casting on the outside of the vaporization surface 8. There is.

以上述べたものが一体となって触媒燃焼器の主要部が形
成されている。燃焼筒１の後部には燃焼に必要な空気を
送り込むための入口である燃焼空気導入口１０が開けら
れている。燃焼筒１の後方には燃焼空気を送り込み、か
つ液体燃料を微粒子にするためのモータ１１が主軸１２
を横方向になるように設置されている。モータ１１の前
方に延びている主軸１２の先端は燃焼筒１の底部に開け
られた燃焼空気−人口９に突入しており、その先端は液
体燃料を気化面８に微粒子として吹き当てるための液体
燃料霧化板１３、さらに霧化された液体燃料を軸方向に
広く拡散させるための燃料拡散板１４を接続させている
。液体燃料霧化板１３と主軸１２との間には円錐台形の
コーン１６を置き、液体燃料をスムーズに液体燃料霧化
板１３に導く役割を果たしている。主軸１２の中央部に
は主軸１２に固定されたターボ、ファン１６を複数段（
第１図では２段）設けておシ、各ターボファン１６の吐
出側にはバーナケース１７に固定されたガイド羽根・１
８を設けている。ターボファン１６とガイド羽根１８の
組合せによって起風室１ｅを構成しており、その組合せ
段数を増すことにより静圧を大きくすることができる。The above-mentioned components together form the main part of the catalytic combustor. A combustion air inlet 10, which is an inlet for feeding air necessary for combustion, is opened at the rear of the combustion tube 1. Behind the combustion tube 1 is a main shaft 12 of a motor 11 for feeding combustion air and turning liquid fuel into fine particles.
It is installed horizontally. The tip of the main shaft 12 extending forward of the motor 11 enters the combustion air hole 9 opened at the bottom of the combustion tube 1, and the tip of the main shaft 12 enters the combustion air hole 9, which is opened at the bottom of the combustion tube 1. A fuel atomization plate 13 and a fuel diffusion plate 14 for widely dispersing the atomized liquid fuel in the axial direction are connected. A truncated cone-shaped cone 16 is placed between the liquid fuel atomization plate 13 and the main shaft 12, and serves to smoothly guide the liquid fuel to the liquid fuel atomization plate 13. A turbo and fan 16 fixed to the main shaft 12 are installed in multiple stages (
In Fig. 1, two stages) are provided, and on the discharge side of each turbo fan 16 there is a guide vane fixed to the burner case 17.
There are 8. The blowing chamber 1e is configured by a combination of the turbo fan 16 and the guide blades 18, and the static pressure can be increased by increasing the number of stages in the combination.

またバーナケース１７の上部には空気取入口２０が設け
られている。供給される液体燃料は電磁ポンプ（図示せ
ず）。Further, an air intake port 20 is provided in the upper part of the burner case 17. Liquid fuel is supplied by an electromagnetic pump (not shown).

により燃料供給パイプ２１を通ってコーイ１６の表面に
到達するようになっている。また板状フィン４と整流板
６との間には点火するための電極２２が具備されている
。The fuel reaches the surface of the carp 16 through the fuel supply pipe 21. Further, an electrode 22 for ignition is provided between the plate-shaped fin 4 and the rectifying plate 6.

第２図及び第３図は燃焼筒１内面に形成させた突起物で
ある。2 and 3 show protrusions formed on the inner surface of the combustion cylinder 1. FIG.

第２図の燃焼筒１の内部には第１図で述べたように触媒
体２及び逆火防止板３が設置され、燃焼筒１との間には
断熱材が置かれている。Ｂの図は板状フィン接続部のＡ
−Ａ線断面図で、触媒体２から発生する熱が効率良く燃
料気流に伝えられるようになっている。第３７図は第２
図における板状フィン４の代りに棒状突起物が周囲の内
壁より中心に向かって設置されており、効果は第２図と
同　゛じである。As described in FIG. 1, the catalyst body 2 and the flashback prevention plate 3 are installed inside the combustion tube 1 in FIG. 2, and a heat insulating material is placed between them and the combustion tube 1. The figure B shows the plate-like fin connection part A.
In the sectional view taken along line -A, heat generated from the catalyst body 2 is efficiently transmitted to the fuel airflow. Figure 37 is the second
In place of the plate-like fins 4 in the figure, rod-like protrusions are installed toward the center from the surrounding inner wall, and the effect is the same as in FIG. 2.

次に以上述べてきた構成におけるその作用を説明する。Next, the operation of the configuration described above will be explained.

第１図に於いて先ず燃焼筒１の内部に埋め込まれている
シーズヒータ９に電流が流れ、燃焼筒１自身が加熱され
る。燃焼筒１の気化面８における温度が２６０℃〜３０
０℃になるとモータ１１が回転し始め、数秒遅れて液体
燃料を送入するための電磁ポンプ（図示せず）が働き液
体燃料管２１を通シ、コーン１６の側壁に噴出される。In FIG. 1, first, an electric current flows through the sheathed heater 9 embedded inside the combustion tube 1, and the combustion tube 1 itself is heated. The temperature at the vaporizing surface 8 of the combustion tube 1 is between 260°C and 30°C.
When the temperature reaches 0° C., the motor 11 starts rotating, and after a delay of a few seconds, an electromagnetic pump (not shown) for feeding liquid fuel is activated to pass the liquid fuel through the liquid fuel pipe 21 and spray it onto the side wall of the cone 16.

噴出された液体燃料は回転しているコ一７１６の側壁に
添って流れ、液体燃料霧化板１３に移り、遠ｌｌ１７カ
によって液体燃料霧化板１３の縁から微粒子となって気
化面８に吹き飛ばされる。吹き飛んでいる微粒子は途中
で液体燃料拡散板１４によシ軸方向にさらに広く拡散さ
せ、また粒子をさらに細かくさせる。これらの液体燃料
の微粒子は加熱された気化面８に当シ、気化される。一
方モータ１１の回転によ□り主軸と連結されて、いるタ
ーボファン１６も同様に回転される。夕′−ポファン１
６が風圧を起生ずると、燃焼用空気が空気取入口２０−
起風室１９→燃焼空気導入口１ｏを過多、燃焼筒１内に
はいシ、気化面８によって蒸発させられた液体燃料気体
とともに拡散板７及び整流板６を通過し、板状フィン４
により熱を吸収して、触媒体２表面上において酸化発熱
を起こさせる。触媒体２より発生する熱の一部は燃郷筒
１を通り、再び板状フィン４から燃料ガス予熱に使用さ
れる。The ejected liquid fuel flows along the side wall of the rotating coil 716, transfers to the liquid fuel atomizing plate 13, and is turned into fine particles from the edge of the liquid fuel atomizing plate 13 by the far force 17 to the vaporizing surface 8. blown away. On the way, the blown fine particles are further diffused in the axial direction by the liquid fuel diffusion plate 14, and the particles are further made finer. These fine particles of liquid fuel are vaporized on the heated vaporization surface 8. On the other hand, as the motor 11 rotates, the turbo fan 16 connected to the main shaft is also rotated. Evening'-Pofan 1
6 generates wind pressure, combustion air flows through the air intake port 20-
Blow-up chamber 19 → Excessive combustion air inlet 1o, injected into combustion tube 1, passed through diffusion plate 7 and rectifier plate 6 together with liquid fuel gas evaporated by vaporization surface 8, and plate-shaped fins 4
absorbs heat and causes oxidative heat generation on the surface of the catalyst body 2. A part of the heat generated by the catalyst body 2 passes through the combustion chamber 1 and is used again through the plate-shaped fins 4 for preheating the fuel gas.

本バーナの点火時には板状フィン４と整流板６の間にあ
る電極２２がスパークし、整流板６に穿った微小孔６を
通過した燃焼ガス傾点火され、初期の状態は通常の炎口
バーナの様に炎を形成し燃焼する。整流板６表面に形成
された炎によシ触媒体２は加熱され、その表面温度が上
がり触媒活性の温度に到達させた後、炎燃焼を触媒燃焼
に移行させる。触媒燃焼に移行させる方法としては以下
列記するような方法が挙けられる。When this burner is ignited, the electrode 22 between the plate fins 4 and the rectifier plate 6 sparks, and the combustion gas that has passed through the micro holes 6 in the rectifier plate 6 is ignited, and the initial state is that of a normal flame burner. It forms a flame and burns. The catalyst body 2 is heated by the flame formed on the surface of the current plate 6, and after its surface temperature rises and reaches the temperature of catalytic activity, flame combustion is transferred to catalytic combustion. Examples of methods for shifting to catalytic combustion include the methods listed below.

（１）゛整流板６の微小孔６において燃料ガスの燃焼速
度以上の流速を持って、炎燃・焼から触媒燃焼に移行さ
せる。　　・ （Ｊｉ）　　％炎可能ま燃焼空気以上？空気量を流し、
空気過剰の状態で触媒燃−させる。(1) ``The flow velocity in the micro holes 6 of the baffle plate 6 is higher than the combustion velocity of the fuel gas, and the transition from flame combustion/sintering to catalytic combustion is made.・(Ji) % flame possible or more than combustion air? Flow the amount of air,
Catalytic combustion is performed in a state of excess air.

を消し、再度燃料送入を行ない、熱容量を持っているた
め赤熱状態を保っている触媒体上で触媒燃焼を行表わせ
る。is extinguished and the fuel is supplied again, allowing catalytic combustion to occur on the catalyst body, which maintains a red-hot state due to its heat capacity.

以上説明を行なってきた触媒燃焼の定常“燃焼状態下に
ある触媒体の温度は燃料消費量及び空気量によって異な
るが約９００’Ｃより１，４００℃の間に保たれる。The temperature of the catalyst under the steady state of catalytic combustion described above varies depending on the amount of fuel consumed and the amount of air, but is maintained between about 900'C and 1,400C.

触媒体に供給される燃料気流の温度は触媒体からの輻射
熱を受けるため、正確な測定は困難であるが、本発明に
よる板状フィンを付けた場合定常燃焼時２５０℃〜３０
０’Ｃになシフイン無しの場合の１００℃〜２００℃に
比較し１００℃〜１６０℃の上昇が認められ、触媒燃焼
の安定性に大いに貢献することができる。It is difficult to accurately measure the temperature of the fuel air flow supplied to the catalyst because it receives radiant heat from the catalyst, but when the plate-shaped fins of the present invention are attached, the temperature is between 250°C and 30°C during steady combustion.
At 0'C, an increase of 100°C to 160°C was observed compared to 100°C to 200°C in the case of no shift-in, and it can greatly contribute to the stability of catalytic combustion.

本実施例では燃焼筒および燃焼筒内の突起物の材料はア
ルミニウムダイカストを用いているためその温度的な限
界も４ｒｓ、ｏｔ、９度で、かなり限界に近い範囲とな
るため、多少、熱伝導性は劣るが、耐熱性の鋳鉄（ある
いはそのよにアルミメッキを処したもの）を用いると、
温度的・な予裕が生じる。In this example, the material of the combustion tube and the protrusions inside the combustion tube is aluminum die-casting, so the temperature limit is 4rs, ot, 9 degrees, which is quite close to the limit, so there is some heat conduction. Although its properties are inferior, if heat-resistant cast iron (or similar aluminized iron) is used,
A thermal margin is created.

本発明による効果は特に予熱機構を設けなくても、燃料
気流をある程度まで予熱する仁とができ、これにより燃
焼の安定性も上り、ｂｌｏ曹ｏｕｔなど触媒燃焼特有の
欠点を少なくすることができた。The effects of the present invention are that the fuel airflow can be preheated to a certain extent without the need for a preheating mechanism, which improves the stability of combustion and reduces the disadvantages peculiar to catalytic combustion such as blotting out. Ta.

また触媒体近辺より受ける熱の放出が効果的に行なわれ
、触媒体近辺の燃焼筒温度４５０℃近辺（約２−の耐熱
性断熱材を通しても、その程度の温度にまで上昇する）
の温度が４１０℃〜４３０℃まで下げることができ、燃
焼筒材質の耐熱性にも良い結果を与えることができた。In addition, the heat received from the vicinity of the catalyst body is effectively released, and the temperature of the combustion cylinder near the catalyst body is around 450℃ (even if it is passed through a heat-resistant insulation material of about 2 -, the temperature will rise to that degree).
The temperature could be lowered to 410°C to 430°C, and good results could be given to the heat resistance of the combustion cylinder material.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の一実施例である触媒燃焼器の断面図、
第２図龜及び第３図ａは燃焼筒内面に設置させた突起物
の断面図、第２図すは第２図ａにおけるＡ−Ａ線断面図
、第３図すは第３図ａのＢ９−Ｂ線断面図である。 １・・・・・・燃焼筒、２・・・・・・触媒体、４・・
・・・・板状フィン、２３・・・・・・棒状突起物。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名哨　
１８１ 第３図FIG. 1 is a cross-sectional view of a catalytic combustor that is an embodiment of the present invention;
Figure 2 and Figure 3 a are sectional views of the protrusions installed on the inner surface of the combustion cylinder, Figure 2 is a sectional view taken along line A-A in Figure 2 a, and Figure 3 is a sectional view of Figure 3 a. It is a sectional view taken along the line B9-B. 1... Combustion tube, 2... Catalyst body, 4...
...Plate-shaped fin, 23... Rod-shaped protrusion. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and one other person
181 Figure 3

Claims (1)

【特許請求の範囲】 有する金属の燃焼筒内に耐杷性無機質からなり、断面が
ハニカム又は格子状の如き多層の薄壁からなる角型又は
円筒型骨格構造体の上に酸化触媒を担持させてなる触媒
体を設置し、燃料気流の流れに対して触媒体よりみて上
流側の燃焼筒内面に多数の突起物を形成させた触媒燃焼
器。 （２）上記突起物は板状フィンを筒内面に密着させ、円
筒軸方向に平行に設置させた特許請求の範囲第１項記載
の触媒燃焼器。 （３）上記突起物は筒内面から円筒の中心軸に向かって
突き出入多数の棒状突起物で構成した特許請求の範囲第
１項記載の触媒−燐量。[Claims] An oxidation catalyst is supported on a rectangular or cylindrical frame structure made of a loquat-resistant inorganic material and having a honeycomb or lattice-like cross section with multilayer thin walls in a metal combustion cylinder. A catalytic combustor is equipped with a catalytic converter, and a large number of protrusions are formed on the inner surface of the combustion cylinder on the upstream side of the catalytic converter relative to the flow of fuel air. (2) The catalytic combustor according to claim 1, wherein the protrusion is a plate-shaped fin that is brought into close contact with the inner surface of the cylinder and is installed parallel to the axial direction of the cylinder. (3) The catalyst-phosphorus amount according to claim 1, wherein the protrusions are comprised of a large number of rod-shaped protrusions that protrude from the inner surface of the cylinder toward the central axis of the cylinder.