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    • 专利摘要:

    公开号:WO1990011473A1
    申请号:PCT/JP1990/000408
    申请日:1990-03-27
    公开日:1990-10-04
    发明作者:Saburo Maruko
    申请人:Nippon Chemical Plant Consultant Co., Ltd.；
    IPC主号:F28D7-00
    专利说明:
    [0001] 明 細 書
    [0002] 加熱装置
    [0003] 発明 の技術分野
    [0004] 本発明 は、 水素等の反応ガス や水等の流体を反応、 蒸 発、 あ る い は所定温度に加熱す る 加熱装置 に関す る も の であ る 。
    [0005] 発明 の背景技術
    [0006] 従来の こ の種の加熱装置 は、 一回の燃焼で得 ら れた 火 炎か ら の放射熱 と高温の燃焼ガ ス の顕熱を利用す る も の であ っ た。
    [0007] 上記従来の加熱装置 に あ っ て は、 燃焼用空気中の酸素 の殆 どを利用す る こ と は、 燃焼温度が高 く な り 過 ぎて加 熱管の許容 ス キ ン温度以内 に抑え る こ と が不可能であ り 公害物質、 すな わ ち 、 N O X 及び未燃焼物の発生を抑え る こ と がで き な か っ た。
    [0008] そ の た め に、 従来の加熱装置では、 燃焼火炎の長 さ を 長 く し 、 燃焼ガス の温度を低い温度 と す る 以外に方法は な 力、 つ た。
    [0009] な お、 熱効率向上の た め に 、 燃焼排ガス と 吹込み空気 と の 間で熱交換す る 際 に も 熱交換器が大型化す る 欠点が あ っ た 0
    [0010] 多段の接触燃焼を利用す る 場合 に お い て も 、 燃焼回数 ご と に加熱装置を設け る こ と に な り 、 設備費が高 く な る こ と と 、 装置の表面積が增大す る た め の熱損失が多 く な り 、 熱効率が悪 く な る と い う 欠点があ っ た。
    [0011] 発明 の概要
    [0012] 本発明 は上記 し た事情 に鑑みて な さ れた も のであ っ て そ の 目 的 と す る と こ ろ は、 加熱室内での被加熱面の伝熱 面積を小 さ く す る こ と がで き て、 加熱装置全体の小型化 を図 る こ と がで き る と共に、 熱効率の 向上を図 る こ と が で き る 加熱装置を提供す る こ と であ る 。
    [0013] 本発明 の も う 一つ の 目 的 は、 制御 さ れた温度内で燃焼 用空気中の酸素の殆 ど全量を利用 で き る と 共 に、 公害物 質の発生を抑えて高い熱効率を得 る こ と がで き る よ う に し た加熱装置を提供す る こ と であ る 。
    [0014] 上記諸 目 的を達成す る た め に、 本発明の第 1 態様に よ れば、 上方に開口部を有す る 有底の加熱室 と 、 該加熱室 の頂部に設け ら れた蓋体 と 、 前記加熱室内 に そ の 直径方 向 に互に所定間隔で上下方向 に沿 っ て挿入 さ れた複数本 の熱交換用管体 と 、 前記加熱室の開 口部を閉塞す る と 共 に、 前記管体を支持す る よ う に前記蓋体の下部に設け ら れた缶板 と 、 前記加熱室内 に上下方向 に連な る 迷路を形 成す る よ う に配置 さ れ、 前記管体を貫通 さ せ る 複数枚の バ ッ フ ルプ レ ー 卜 と 、 前記加熱室の底部ま た は該底部 に 隣接す る 側壁に設け ら れて該加熱室の底部 に開 口部を有 す る 燃焼ガス流入口 と 、 そ し て前記加熱室の上部 ま た は 該上部 に 隣接す る 側壁に設け ら れて該加熱室の上部 に開 口 部を有す る排ガ ス 出 口 と 力、 ら 成 る 加熱装置 に お い て、 前記加熱室.の外側 に位置 し 、 前記燃焼ガ ス流入口 に接続 さ れた主触媒燃焼器 と 、 前記加熱室内 に前記迷路を上下 方向 に複数室 に仕切 る よ う に設け ら れた複数枚の仕切 り 板 と 、 そ し て こ れ ら の仕切 り 板の各々 の下側 と 上側の両 室を接続す る よ う に設け ら れた複数個の補助触媒燃焼器 と を具備す る 加熱装置が提供 さ れ る 。
    [0015] 本発明 の第 2 態様に よ れば、 第 1 態様 に記載の加熱装 置であ っ て、 前記主触媒燃焼器が、 予熱空気 と 燃料 と を 混合す る 第 1 ミ キサ お よ び該第 1 ミ キサ の混合ガ ス 出 口 の下流側に配置 さ れた第 1 燃焼触媒 と か ら な る 第 1 段燃 焼器 と 、 該第 1 段燃焼器か ら の燃焼ガス と 燃料 と を混合 す る た め に前記第 1 燃焼触媒の下流に配置 さ れた第 2 ミ キサ お よ び該第 2 ミ キサ の混合ガス 出 口 の下流側に配置 さ れた第 2 燃焼触媒 と か ら な る 第 2 段燃焼器 と で構成 さ れて い る こ と を特徴 と す る 加熱装置が提供 さ れ る 。
    [0016] 本発明 の第 3 態様に よ れば、 第 1 態様に記載の加熱装 置で あ っ て、 前記補助触媒燧焼器の各々 が、 前記仕切 り 板の下側に あ る室か ら 燃焼ガス を流出 さ せ る 通路 と 、 こ の流出燃焼ガス に燃料を混合 さ せ る よ う に該通路の途中 に設け ら れた ミ キサ ー と 、 該 ミ キザ の混合ガス 出 口 の下 流側 に配置 さ れた燃焼触媒 と 、 そ し て該燃焼触媒を通過 し た加熱燃焼ガ ス を前記仕切 り 板の上側に あ る 室 に流入 せ し め る 通路 と で構成 さ れて い る こ と を特徵 と す る 加熱 装置が提供 さ れ る 。 本発明 の第 4 態様に よ れば、 第 1 態様に記載の加熱装 置であ っ て、 前記缶板がそ の下面に補助用 の リ ブを有す る こ と を特徴 と す る 加熱装置が提供 さ れ る 。
    [0017] 本発明 の第 5 態様に よ れば、 第 1 態様に記載の加熱装 置であ っ て、 前記缶板が前記熱交換用管体の それぞれの 上部を固定的 に支持す る よ う に前記蓋体の下端近傍に 設 け ら れた第 1 缶板 と 、 該第 1 缶板か ら 所定距離だ け上方 に離隔 し て前記蓋体内 に設け ら れた第 2 缶板 と か ら 成 る こ と を特徴 と す る 加熱装置が提供 さ れ る 。
    [0018] 本発明 の第 6 態様に よ れば、 第 5 態様に 記載の加熱装 置であ っ て、 前記熱交換用管体の各 々 が前記第 1 缶板の の上面 と 同一平面内 に上部開 口端を有す る よ う に上端 に お いて該第 1 缶板に 固着 さ れ、 そ こ か ら前記加熱室内 に 垂下 さ れた有底の加熱外管 と 、 そ し て前記第 2 缶板の上 面 と 同一平面内 に上部開 口端を有す る よ う に上端 に お い て該第 2 缶板に 固着 さ れ、 そ こ か ら前記加熱外管内 に こ れ と 接触す る こ と な く 垂下 さ れ、 開 口下端を有す る 内管 と か ら成 る こ と を特徴 と す る 加熱装置が提供 さ れ る 。
    [0019] 本発明 の第 7 態様に よれば、 第 6 態様に記載の加熱装 置であ っ て、 前記内管がそ の上部開 口端か ら 内部に こ れ と 接触す る こ と な く 垂下 さ れた 内部パ イ プを具備す る こ と を特徵 と す る 加熱装置が提供 さ れ る 。
    [0020] さ ら に本発明 の第 8 態様に よ れば、 第 6 態様に記載の 加熱装置であ っ て、 前記内管がそ の上部開 口 端か ら 内部 に こ れ と 接触す る こ と な く 垂下 さ れた 、 上下 に開 口端を 有す る 内挿内管を具備す る と 共 に 、 そ こ に お い て該内揷 内管 と前記内管 と の 間 に形成 さ れ る リ ン グ状の空間 は少 な く と も そ の上端 に おい て閉塞 さ れてお り 、 さ ら に前記 加熱外管の上部開 口端が原料ガ ス流入側に 、 一方、 前記 内挿内管の上部開 口端が反応生成ガス 出 口側に それぞれ 連通せ し め た こ と を特徴 と す る 加熱装置が提供 さ れ る 。
    [0021] そ し て さ ら に本発明の第 9 態様に よ れば、 第 8 態様に 記載の加熱装置であ っ て、 前記内揷内管が、 そ の下端部 內周面 に 形成 さ れた絞 り 部 と 、 該絞 り 部の 内側 と ノ ズル を介 し て該絞 り 部に連-通す る よ う に該絞 り 部の外側周 囲 に設 け ら れた冷却媒体室 と 、 そ し て該冷却媒体室 に冷却 媒体を供給す る た め に該冷却媒体室 と 冷却媒体供給管 と の 間 に接铳 さ れた冷却媒体管 と を具備す る こ と を特徴 と す る 加熱装置が提供 さ れ る 。
    [0022] 上記各態様を有す る本発明 に お い て は、 主触媒燃焼器 か ら 流入せ し め ら れ る 燃焼ガ ス は加熱室内 の迷路を通 つ て排ガス 出 口 力、 ら 排出 さ れ、 そ の 間 に加熱室内 に揷入 さ れた熱交換用 の管体の外表面を加熱 し 、 こ の管体内の流 体を加熱す る 。 そ し て上記迷路を通 る 燃焼ガ ス は、 加熱 室を上下方向 に仕切 る 仕切 り 板の下側か ら上側へ流れ る 間 に補助触媒燃焼器 に て燃焼加熱 さ れ る 。
    [0023] 主触媒燃焼器で は、 1 段燃焼器 に て 7 5 0 〜 9 0 0 て の燃焼が行な われ、 2 段燃焼器 に て 1 2 5 0 〜 1 3 5 〇 °c の燃焼が行な われ る 。
    [0024] 主触媒燃焼器の 1 段燃焼器の ミ キサ に は予熱空気 と 燃 料が供給 さ れ、 そ の他の触媒燃焼器の ミ キザ に は上流側 の燃焼ガス と 燃料が供給 さ れ る 。
    [0025] 熱交換用 の管体を構成す る 加熱外管内 に流入 し た原料 ガ ス は こ の加熱外管内で反応 し 、 そ の後直ち に 内揷内管 を通 る 間 に、 ノ ズルよ り 噴霧 さ れ る 冷却媒体の蒸発潜熱 に て冷却 さ れて副反応の発生が防止 さ れ る 。
    [0026] 従 っ て、 本発明 に よ れば、 加熱室内での被加熱面の 伝 熱面積を小 さ く す る こ と がで き 、 こ れ によ り 加熱装置全 体の小型化を図 る こ と がで き る と共に、 熱損失が少な く な っ て熱効率の 向上を図 る こ と がで き る 。 ま た、 制御 さ れた燃焼温度内で燃焼空気中の酸素の殆 ど全量を利用で き る と共に公害物質の発生を抑え る こ と がで き る 。
    [0027] ま た本発明 に よ れば、 熱交換用 の管体を構成す る 内管 の上端を閉 じ る と 共に、 こ の 内管内 に上下端を開 口 し た 内揷内管を内挿 し 、 こ の 内揷内管の下端部 に絞 り を設 け る と 共に 、 こ の絞 り 部を冷却す る こ と に よ り 、 熱交換用 の管体の加熱外管の開 口部か ら 流入 し て加熱外管内 の反 応生成ガス はそ の反応終端部で直ち に冷却 さ れ、 反応生 成ガ ス の副反応が防止 さ れ る 。
    [0028] 前記な ら びに他の本発明 の 目 的、 態様、 そ し て利点 は 本発明 の原理に 合致す る 好適 な 具体例が実施例 と し て示 さ れて い る 以下の記述お よ び添附の 図面 に関連 し て説明 さ れ る こ と.に よ り 、 当該技術の熟達者 に と っ て明 ら か に な る であ ろ う 。
    [0029] 図面の簡単な説明
    [0030] 図 は本発明 の第 1 具体例を示す概略縱断面図、 第 2 図 は第 1 具体例の仕切 り 扳部を示す拡大縦断面図 第 3 図 は第 1 具体例の蓋体お よ び缶板部を示す拡大縦 断面図
    [0031] 第 4 図 は第 1 具体例の第 1 缶板の底面図、
    [0032] 第 5 図 は蓋体を反応器 と し て使用す る 別の具体例の要 部を示す縦断面図、
    [0033] 第 6 図お よ び第 7 図 は 、 それぞれ加熱外管の別の具体 例を示す一部省略縱断面図お よ びそ の上方平面図、
    [0034] 第 8 図 は高圧ガス の熱分解炉 し て使用す る も う 一つ 別の具体例を示す要部の縦断面図
    [0035] 第 9 図 は第 8 図図示の具体例 用 い ら れ る 加熱外管の 変形例を示す要部の縦断面図、 そ し て
    [0036] 第 1 0 図 は反応生成ガス の分解炉 と し て使用す る 場合 の さ ら に別の具体例を示す要部の縱靳面図で あ る 。
    [0037] 好ま し い具体例の 細な説明 以下 、 添付の 図面 に関連 し て本発明 に お け る 幾つかの 好 ま し い具体例を詳細 に説明す る 。
    [0038] 1 図乃至第 4 図 に示 さ れ る 具体例 は ボイ ラ の場合で 図中参照符号 1 は上方を開放 し 、 かっ こ の開放端 に フ ラ ン ジ 2 を固着 し た有底の外筒であ り 、 こ の外筒 1 の 内而 に断熱材 3 a が張設 し て め る 0 ま た こ れの開放端に も 、 こ れを閉 じ る よ う に断熱材 3 b が設 け てあ る 。
    [0039] 4 は外筒 1 の開放端に 固着 さ れ る 蓋体で、 こ の蓋体 4 は外筒 1 の フ ラ ン ジ 2 に気密状に固着 さ れ る フ フ ン ン 5 と 、 こ の フ ラ ン ジ 5 に 固着 さ れた筒体 6 と 、 こ の筒体 6 の上側に フ ラ ン ジ を介 し て気密状 に 固着 さ れ、 かつ帽子 状に形状 さ れた カ バ一 7 と 力、 ら な っ てお り 、 筒体 6 の側 面 に入口 8 が、 力 バ一 7 の頂部に 出 口 7 a がそれぞれ設 けてあ る 。 上記筒体 6 の入口 8 よ り 下側 に は第 1 缶板 9 と 第 2 缶板 1 0 と が互 に上下 に離間 し て固着 さ れて い る ， 下側に位置す る第 1 缶板 に 、 複数個の上端を開 口 し た 有底の加熱外管 1 1 の開放端部が固着 し てあ り 、 上側に
    [0040] 1 L置す る 2 缶板 1 0 に複数個の両端を開放 し た 内管 1 3 の一端部が固着 し てあ る o 上 し加熱外管 1 1 は外筒 1 内 に構成 さ れ る 加熱室 1 4 内 に延設 さ れてお り 、 ま た 各内 管 1 3 は上記各加熱外管 1 1 内 に接触す る こ と な く 挿入 さ れてい る o 上 5し各加熱外管 1 1 は加熱室 1 4 内で こ れ の 直径方向 に互 に所定の空間を あ け た位置 に配 6X し L
    [0041] 。 ま た の各加熱外管 1 1 は外筒 1 の開放端を閉 じ る 断熱材 3 b を貫通 し てい -3 0 ^ 2 缶板 1 0 に は チ ム ニ ： I 5 が複数本設けて あ り 、 こ の チ ム 二 1 5 は蓋体 4 内上部に 開放 し て あ る 。 上記加熱室 1 4 は複数個のバ ッ フ ル 1 6 に て上下方向 に迷路状に 仕切 ら れて い る 。 ま た こ の バ ッ フ ル 1 6 に よ る 迷路の途中の数個所 に こ の迷路を上下方 向 に 仕切 る 仕切 り 板 1 7 がそ れぞれ設け ら れて い る 。 上記加熱室 1 4 の底部でバ ッ フ ル 1 6 に て構成 さ れ る 迷路の最下端部 に主触媒燃焼器 1 8 の燃焼ガ ス流入口 19 が開 口 し て い る 。 ま た上記各仕切 り 板 1 7 の上下に 位置 す る 側壁 に外側に連通す る 通路 2 0 a ， 2 0 b がそ れぞ れ設け ら れてお り 、 こ れ ら の両通路 2 0 a , 2 0 b 間 に 外筒 1 の外側に設け ら れた補助触媒燃焼器 2 1 a , 21 b が介装 し て あ る 。 さ ら に加熱室 1 4 の上端部 に排ガス 出 口 1 4 a 力《設け ら れて い る 。
    [0042] 上記主触媒燃焼器 1 8 は第 1 段燃焼器 2 2 a と 第 2 段 燃焼器 2 2 b と 力、 ら な っ て い て、 第 1 段燃焼器 2 2 a は 予熱空気入口 2 3 と 燃料入口 2 4 a を有す る ミ キ サ 25 a と 、 こ の ミ キ サ 2 5 a の混合ガ ス 出 口下流側に位置す る 燃焼触媒 2 6 a と か ら な り 、 ま た第 2 段燃焼器 2 2 b は 第 1 段燃焼器 2 2 a の燃焼触媒 2 6 a の下流側 に位置 し 燃料入 口 2 4 b を有す る ミ キサ 2 5 b と 、 こ の ミ キ サ 2 5 b の下流側に位置す る 燃焼触媒 2 6 b と 力、 ら な っ て い る o
    [0043] 補助触媒燃焼器 2 l a , 2 l b は そ れぞれ ミ キサ 27 a 2 7 b と 燃焼触媒 2 8 a , 2 8 b と 力、 ら な つ てい て、 ミ キ サ 2 7 a , 2 7 b が仕切 り 板 1 7 , 1 7 の下側 （上流 側） の通路 2 0 a に、 燃焼触媒 2 8 a , 2 8 b が上側 (下流側） の通路 2 0 b に接続 さ れて い る 0 上記両 ミ キ サ 2 7 a ， 2 7 b に は燃料供給管 2 9 a , 2 9 b 力《 それ ぞれ接続 さ れてい る 。
    [0044] 上記バ ッ フ ル板 1 6 及び仕切 り 板 1 7 の外周部 は第 2 図 に示す よ う に、 外筒 1 の断熱材 3 a の 内側 に設け た ス リ ー ブ 3 0 に て支持 さ れて い る 。 ま た仕切 り 板 1 7 は上 下 に重な る 2 枚の板材 1 7 a , 1 7 b と 力、 ら な っ てい て こ れ ら の両板材 1 7 a , 1 7 b の 間 に外管 1 1 の外周部 を シ ー ルす る シ ー ル部材 3 1 が挟持 さ れてい る 。 こ の挟 持部 は溝状 に な っ て いて、 こ の溝部に ドー ナ ツ状の シ ー ル部材 3 1 が挟持 さ れて い る 。
    [0045] 加熱室 1 4 の上側を閉 じ る 第 1 缶板 9 は加熱室 1 4 の 内圧を受け る ので、 相応の強度が必要であ る 。 加熱室 14 内の圧力が高い場合 に は こ の第 1 缶板 9 は平板であ る た め扳厚を厚 く し な ければな ら な い ので、 第 3 図、 第 4 図 に示す よ う に 、 第 1 缶板 9 の下面 に リ ブ 3 2 を設けて板 厚の厚 さ の 巨大化を抑え て い る 。
    [0046] 上記構成に おい て、 主触媒燃焼器 1 8 では、 こ れの予 熱空気入 口 2 3 か ら予熱空気を、 ま た燃料入口 2 4 か ら 燃料を供給す る こ と に よ り 、 ま ず第 1 段燃焼器 2 2 a に て 7 5 0 〜 9 0 0 て の燃焼が行な われる 。 そ し てそ の燃 焼ガス は第 2 段燃焼器 2 2 b で再び燃料 と 混合 さ れて こ こ で 1 2 5 0 〜 1 3 5 0 °C の燃焼が行われ、 そ の燃焼ガ ス が燃焼ガ ス流入口 1 9 よ り 加熱室 1 4 に構成 さ れた迷 路の下端部 に流入 さ れ る 。
    [0047] こ の主触媒燧焼器 1 8 か ら の燧焼ガ ス は加熱室 1 4 の 迷路を流れ.、 こ の加熱室 1 4 内の加熱外管 1 1 を外側か ら加熱す る 。 そ し て こ の加熱室 1 4 の迷路を流れ る 加熱 ガ ス は仕切 り 板 1 7 が設け ら れた位置で通路 2 0 a に導 かれて補助触媒燃焼器 2 1 a , 2 1 b に て順次燃焼加熱 さ れ る 。
    [0048] すな わ ち 、 加熱室 1 4 の底部に流入 し た 1 2 5 0 〜 1 3 5 0 C の燃焼ガ ス は迷路を上昇す る 間 に加熱外管 1 1 に熱を う ばわれて温度が低下 し 、 仕切 り 板 1 7 で仕切 ら れた部分では 7 5 0 〜 8 0 0 °C程度に な る 。 そ し て こ の 低温 に な っ た燃焼ガ ス は第 1 の捕助触媒燃焼器 2 1 a に て再燃焼加熱 さ れて 1 2 5 0 〜 1 3 5 0 °C の燃焼ガ ス と な っ て通路 2 0 b を通 っ て仕切 り 板 1 7 の上側 に再び流 入す る 。 こ の作用 を第 2 の補助触媒燃焼器 2 l b 以降順 次繰 り 返 し て燃焼ガス は加熱室 1 4 の上端部 に設け た排 ガス 出 口 1 4 a よ り 6 0 0 。C程度の低温 に な っ て排出 さ れ る 。 斬 く し て こ の 間 に加熱外管 1 1 は外側力、 ら加熱 さ れ る 。
    [0049] な お上記第 2 段以下の触媒燃焼器の各 ミ キサ 2 5 b , 2 7 a , 2 7 b に は燃料が供給 さ れ る 。
    [0050] 上記燃焼加熱作用 に お け る 空気の 供給は主触媒燃焼器 1 8 の予熱空気入口 2 3 か ら 供給 さ れ る だ けであ り 、 こ の空気中の酸素が順次下流側の燃焼器で消費 さ れ、 加熱 室 1 4 の排ガ ス 出 口 1 4 a 力、 ら 排出 さ れ る 排 ガ ス 中の残 存酸素は殆どゼ ロ に な る 。 排ガス 出 口 1 4 a 力、 ら 排出 さ れ る 排ガ ス の流出経路 に上記主触媒燃焼器 1 8 に供給す る 予熱空気用 の熱交換器 （図示せず） が設けてあ り 、 こ こ で上記予熱空気が予熱さ れる 。 こ れに よ り 、 排ガ ス 中 の顕熱が回収 さ れ、 加熱装置全体の熱効率が 9 4 %程度 に な る 。
    [0051] ま た、 燃焼ガス の温度は最高 1 3 5 0 °C程度であ る の で、 燃焼ガ ス 中 に公害物質 N 0 X の発生が殆 どな く な り 排ガス経路中 に脱硝装置を設け る 必要 はな い。
    [0052] 一方 こ の と き 、 蓋体 4 を構成す る 筒体 6 に設け た入口 8 よ り 水を供給す る 。 こ の水は第 2 缶板 1 0 に 固着 し た 内管 1 3 よ り 加熱外管 1 1 の底部へ流下 し 、 加熱外管 1 1 を上昇 し て、 第 1 缶板 9 と 第 2 缶扳 1 0 の 間に至 り 、 こ の 間 に加熱室 1 4 力、 ら の加熱に よ り 蒸気 と な る 。 こ の蒸 気は第 2 缶板 1 0 に設け たチ ムニ 1 5 よ り 蓋体 4 の頂部 へ抜け る 。 こ の と き 、 チ ムニ 1 5 よ り 液 ま じ り の蒸気が 上昇 し 、 蒸気はそ の ま ま 出 口 7 a よ り 流出 し 、 水は第 2 缶板 1 0 上の熱水滞留部に落ち る 。
    [0053] 主触媒燃焼器 1 8 が 2 段に な っ てい る 理由 は予熱空気 に よ る 低温燃焼 と 燃焼ガス に よ る 高温燃焼を行な う た め であ り 、 第 1 段燃焼器 2 2 a に使用す る 燃焼触媒 2 6 a は低温で着火 さ せ る た め に 白金、 パ ラ ジ ウ ム等が用 い ら れ、 ま た触媒毒 と な る 硫黄分等を 含有 し な い燃料を使用 す る 。 な お蒸気触媒は 1 0 0 0 °C以上で は寿命が短 く 、 長期の使用 に絶え な い の で、 9 0 0 。C以下で使用す る 。 第 2 段燃焼器 2 2 b に は上記第 1 段燃焼器 2 2 a 力、 ら の高温の燃焼ガ ス が流入す る の で、 こ れ に使用す る 燃焼 触媒 2 6 b は炭化硅素の モ ノ リ ス だけで よ く 、 炭化硅素 の壁面だ け にて触媒燃焼が起 き る 。
    [0054] 例え ば燃料が灯油の場合で は 7 0 0 。C以上で接触燃料 が起 き る O
    [0055] こ の第 2 段 目燃焼触媒 2 6 b は こ れの壁面に て接触燃 焼す る の で、 触媒 と し ての劣化がな く 、 1 3 5 0 eC以下 に い て は寿命の心配 も な く 、 硫 分等の触媒毒を含有 す る 燃料 も 使用可能であ り 、 燃料 コ ス ト も安 く な る 。
    [0056] ノヽ ッ フ ル 1 6 及び仕切 り 板 1 7 は セ ク ス製、 例 え ば 1 3 0 0 °C以下の場合 は β コ 一 ジ ラ イ 卜 等の低膨脹 セ ラ ミ ッ ク ス の板材が用 い ら れ る ο た仕切 り 板 1 7 と 外管 1 1 と の 間に介装す る ドー ナ ツ 状 の シ 一 ル部材 3 1 は セ ラ ミ ッ ク ス製の布、 例え ばァ ノレ ミ ナ 、 ボ リ ア 、 シ リ 力 の 3 成分 よ り な る セ ラ ミ ッ ク ス フ ァ ィ バ (ネ ク ス テル 商ロロ ) を重ね合わせて縫 っ た構成 と な っ てい る 。 な お こ れは、 セ ラ ミ 'ソ ク ス製の繊維で作 ら れた筒状の網 の 内 部 に セ つ 、j、 ク ス繊維 （セ ラ ミ ッ ク フ ァ ィ バ ) を §□ め込 ん だ ド一 ナ ツ リ ン グを入れて も よ い 0
    [0057] 運転状態で は、 外管 1 1 は温度が高 く な り 、 長 さ 方向 な ら び直径方向 に膨脹す る ο
    [0058] こ の と き セ ッ ク ス製のバ ッ フ ル 1 6 も熱膨脹す る が、 こ れは小 さ い た め、 直径方向 の変形 は シ ー ル部材 3 1 を締め付 け る 作用 と な り 、 ガ ス シ ー ル機能は向上 さ れ る 加熱外管 1 1 は長手方向 に も熱膨脹す る の で シ ー ル リ ン グ 3 1 は こ れの軸方向 に相対的 に移動す る 。
    [0059] 次に加熱室 1 4 に お け る 燃焼ガス の熱利用 につ い て説 明す る o
    [0060] ガ ス の利用温度を例え ば 1 3 0 ◦ で 力、 ら 6 ◦ 0 °C と し た 1 段燃焼の み の加熱装置の場合 と 、 3 段階燃焼を 採用 し 、 第 1 段及び第 2 段の燃焼ガス は 1 3 0 0 。C 力、 ら 8 0 0 ec と し 、 第 3 段の燃焼ガ ス は 1 3 0 0 力、 ら 6 0 0 °C と す る 加熱装置の場合 と の比較をす る と 次の よ う に る o
    [0061] 加熱管 （加熱外管 1 1 ) と 被加熱物 と の 間の伝熱係数 な ら びに燃焼ガス と 加熱管 と の 間の伝熱係数を同 じ と す る と 、 伝熱量は燃焼ガス と 加熱管表面の温度差 Δ Τ の関 数 と な る o
    [0062] 被加熱側を 2 0 O k Z ciiの水の蒸発温度 3 6 5 で一 定 と し ^¾ 口 に、 1 段燃焼の加熱器の場合 は平均温度差 は約 5 0 6 °C と な り 、 3 段燃焼の加熱器で は平均温度差 は約 6 0 0 。cと な る 。
    [0063] それ故、 加熱外管の伝熱面積は 506 / 600 = 0.843 、 すな わ ち 、 約 8 5 %でよ く 、 従 っ て小型化で き る 。
    [0064] 上記の こ と は下記の説明力、 ら 明 ら か に な る 。
    [0065] すな わ ち 、 1 段燃焼の加熱器の場合 は、
    [0066] △ T = 1 3 0 0 - 3 6 5 = 9 3 5
    [0067] Δ T = 6 0 0 - 3 6 5 = 2 3 5 ( 5 2 3 5 )
    [0068] T m = 5 0 6 . 9
    [0069] L n ( 9 3 5 / 2 3 5 )
    [0070] た だ し 、 Δ Τ Λ , Δ Τ 2 は そ れぞれ加熱室内 の温度が
    [0071] 1 3 0 0 て 、 6 0 0 °C の と き の加熱外管 1 1 の 内外の温 度差、 そ し て 3 6 5 °C は 2 0 O kg Z crf の水の蒸発温度、 3 段燃焼の加熱器で は、
    [0072] 厶 T ' 1 = 1 3 0 0 - 3 6 5 = 9 3 5
    [0073] Δ T ' 2 = 6 0 0 - 3 6 5 = 2 3 5
    [0074] ( 9 3 5 - 2 3 5 )
    [0075] T ' m 5 0 6 9
    [0076] L n ( 9 3 5 / 2 3 5 )
    [0077] 厶 T ' 1 3 0 0 - 3 6 5 = 9 3 5
    [0078] △ T " 8 0 0 - 3 6 5 = 4 3 5
    [0079] ( 9 3 5 - 4 3 5 )
    [0080] T m 6 5 3 4
    [0081] L n ( 9 3 5 / 4 3 5 )
    [0082] 総合の平均温度差 A T raTは
    [0083] Δ T ' m + 2 X Δ T ' m
    [0084] 丄、 m T = 6 0 4 5
    [0085] 3 と な り 、 加熱外管 1 1 の伝熱面積は 506.9 / 604.5 = 0 8 3 8 と な る 。 すな わ ち 約 8 5 %で良 く 、 従 っ て装置が 小型化 さ れ る 。
    [0086] な お上 B己に お い て、 A T ' 1 , Δ T ' 2 は そ れぞれ第 1 図 に示 さ れ る 具体例 にお け る 主触媒燃焼器 1 8 及び第 1 の補助触媒燃焼 1 a 力、 ら の燃焼ガ ス に よ る 加熱部 に お け る 问温、 低温部の加熱外管 1 1 の 内外の温度差、 そ し て Δ T ' ， Δ T ' 2 はそれぞれ第 2 の補助触媒燃焼 器 2 1 b か ら の撚焼ガス に よ る 加熱部の高、 低温部の温 度差であ る
    [0087] 第 5 図以下の本発明 の他の実施態様例を示す。
    [0088] 第 5 図は加熱外管 1 1 と 内管 1 3 と の 間の ドー ナ ツ状 の空間 に触媒 3 5 を充填 し て加熱装置を反応器 と し て使 用す る ¾ 口 め る 。
    [0089] 原料ガス入 口 3 6 力、 ら 流人 し た原料ガス は加熱 さ れな が ら 、 かつ触媒 3 5 が充填 さ れた ドー ナ ッ リ ン グ中を下 降 し なが ら反応す る 。 反応が完了 し た反応生成ガ ス は 内 管 1 3 を上昇 し て反応生成ガス集合室 3 7 に入 り 、 出 口 管 3 8 よ り 外部に取 り 出 さ れ る
    [0090] 上記内管 1 3 を上昇す る 反応生成ガ ス は 内管 1 3 を上 昇す る 間 に ドー ナ ツ リ ン グを下降す る 原料ガス と 熱交換 し て熱回収を行な う が、 内管 1 3 の 内側に第 6 図、 第 7 図 に示すよ う に 内部パイ プ 3 8 を内管 1 3 と接触す る こ と な く 揷入 し てガス の流速を早 く す る と 効果的であ る 。
    [0091] こ の具体例の場合、 比較的圧力が低い の で第 1 缶板 9 に は補強用 の リ ブは必要な い。
    [0092] 第 8 図 は取扱い ガスが高圧の場合の具体例であ っ て、 蒸気の過熱器 ま た はエチ レ ン の分解炉等、 触媒を必要 と し な い熱分解炉 と し て使用す る 場合であ る 。
    [0093] 蒸気の過熱器 と し て使用す る 場合 は、 蒸気入 口 4 0 か ら 供給 さ れた 低温の蒸気が加熱外管 1 1 と 内管 1 3 と で 形成 さ れた ドー ナ ツ リ ン グ状の通路を下降 し なが ら 加熱 さ れ、 加熱外管 1 1 の下端で U タ ー ン し て 内管 1 3 を上 昇 し 、 出 口 4 1 力、 ら取出 さ れ る 。
    [0094] こ の場台、 内管 1 3 を固定す る 第 2 缶板 1 0 は、 入口 と 出 口 の圧力差が加熱器の蒸気流路の圧力損失分の圧力 差 し かな い の で比較的薄い板で よ い。
    [0095] 加熱外管 1 1 の下方先端で高温に な っ た蒸気 （反応ガ ス ） は入 口 の蒸気 （原料ガス ） と 内管 1 3 の壁面で熱交 換 さ れて温度が低下す る の で、 必要温度 よ り も温度降下 分だ け高い温度ま で加熱 し な く て は な ら な い。
    [0096] 必要温度が高い （ 8 0 0 〜 8 5 0 ） 場合 に は加熱外 管 1 1 の ス キ ン温度に制限があ る た め、 燃焼温度を低 く し 、 伝熱面積を大 き く し な く て は な ら な い の で、 第 9 図 に示す よ う に 、 内部挿入管 4 2 を入れ る の が望 ま し い。
    [0097] 第 1 0 図 は エ チ レ ン の分解炉の よ う に 、 反応生成ガ ス を急冷 し て副反応を防止す る 目 的 に 使用す る 、 さ ら にべ つ の具体例であ っ て、 内管 1 3 内 に、 上下端を開放 し た 内部挿入管 4 2 を挿入す る と 共 に 内管 1 3 の上端を閉 じ ま た 内部挿入管 4 2 の下端部を絞 り 、 かっ こ の絞 り 部 4 3 の外側周 囲 に 、 絞 り 部 4 3 の 内側 に ノ ズル 4 4 a を介 し て連通 し た冷却媒体室 4 4 が設けて あ る 。 そ し て こ の冷 却媒体室 4 4 は冷却媒体管 4 5 を介 し て冷却媒体供給管 4 6 に接続 さ れて い る 。 流入 口 6 a よ り 流入 し た原料ガ ス は加熱外管 1 1 を下 降 し なが ら所定温度 ま で加熱 さ れ、 必要な滞留時間 （反 応時間） を確保 し た後、 加熱外管 1 1 の下方先端で U 夕 ー ンす る
    [0098] 反応生成ガス は内管 1 3 の上端が閉 じ ら れてい る ので 内部挿入管 4 2 の先端の絞 り 部 4 3 を流れて こ の 内部揷 入管 4 2 を上昇す る 。 こ の と き 、 上記絞 り 部 4 3 は、 そ の 内部に ノ ズル 4 4 a よ り 冷却媒体 （水） が噴霧 さ れ、 こ れが気化す る と き の潜熱 に よ り 冷却媒体に て冷却 さ れ る ので、 こ の部分を通 る 間 に反応生成ガス は急冷 さ れ る こ の急冷温度は副反応の防止可能の温度であ り 、 かつ 下流側にて熱回収す る た めの装置をで き る か ぎ り 小 さ く す る こ と がで き る よ う な高い温度 （ 2 5 0 〜 3 0 0 。C ) と す る こ と が望ま し い。
    [0099] 冷却触媒 と し て水を使用す る 場合 に は潜熱が大 き い の で、 そ の量が少な く て よ く 、 こ の水の量を調節す る こ と に よ り 反応生成ガス の温度 は容易に調節可能であ る 。
    权利要求:
    Claims請 求 の 範 囲
    ( 1 ) 上方に開 口 部を有する 有底の加熱室 と 、 該加熱室の 頂部 に設 け ら れた蓋体 と 、 前記加熱室内 に そ の 直径方向 に互に所定間隔で上下方向 に沿 っ て挿入 さ れた複数本の 熱交換用管体 と 、 前記加熱室の開 口 部を閉塞す る と 共に 前記管体を支持す る よ う に前記蓋体の下部 に設け ら れた 缶板 と 、 前記加熱室内 に上下方向 に連な る 迷路を形成す る よ う に配置 さ れ、 前記管体を貫通 さ せ る 複数枚の バ ッ フ ルプ レ ー ト と 、 前記加熱室の底部 ま た は該底部 に 隣接 す る 側壁に設け ら れて該加熱室の底部 に開 口 部を有す る 燃焼ガス流入口 と 、 そ し て前記加熱室の上部 ま た は該上 部 に隣接す る 側壁 に設け ら れて該加熱室の上部 に開 口部 を有す る 排ガス 出 口 と 力、 ら 成 る 加熱装置 に お い て、 前記 加熱室の外側に 位置 し 、 前記燃焼ガス流入 口 に接続 さ れ た主触媒燃焼器 と 、 前記加熱室内 に前記迷路を上下方向 に複数室 に 仕切 る よ う に設け ら れた複数枚の 仕切 り 板 と そ し て こ れ ら の仕切 り 板の各 々 の下側 と 上側の両室を接 続す る よ う に設け ら れた複数個の補助触媒燃焼器 と を具 備す る 加熱装置。
    ( 2 ) 第 1 請求項に記載の加熱装置であ っ て、 前記主触媒 燃焼器が、 予熱空気 と 燃料 と を混合す る 第 1 ミ キサ お よ び該第 1 ミ キザの混合 ガ ス 出 口 の下流側 に配置 さ れた第 1 燃焼触媒 と か ら な る 第 1 段燃焼器 と 、 該第 1 段燃焼器 か ら の燃焼ガ ス と 燃料 と を混合す る た め に前記第 1 燃焼 触媒の下流に配置 さ れた第 2 ミ キサお よ び該第 2 ミ キサ の混合ガス 出 口 の下流側に配置 さ れた第 2 燃焼触媒 と か ら な る 第 2 段燃焼器 と で構成 さ れて い る こ と を特徵 と す る 加熱装置。
    ( 3 ) 第 1 請求項に記載の加熱装置であ っ て、 前記補助触 媒燃焼器の各 々 が、 前記仕切 り 板の下側に あ る 室か ら 燃 焼ガス を流出 さ せ る 通路 と 、 こ の流出燃焼ガ ス に燃料を 混合 さ せ る よ う に該通路の途中 に設け ら れた ミ キサ ー と 該 ミ キサの混合ガス 出 口 の下流側に配置 さ れた燃焼触媒 と 、 そ し て該燃焼触媒を通過 し た加熱燃焼ガ ス を前記仕 切 り 板の上側に あ る 室に流入せ し め る 通路 と で構成 さ れ てい る こ と を特徴 と す る 加熱装置。
    ( 4 ) 第 1 請求項に記載の加熱装置であ っ て、 前記缶板が そ の下面に捕強用 の リ ブを有す る こ と を特徴 と す る 加熱 装置。
    ( 5 ) 第 1 請求項に記載の加熱装置であ っ て、 前記缶板が 前記熱交換用管体の それぞれの上部を固定的 に支持す る よ う に蓋体の下端近傍に設け ら れた第 1 缶板 と 、 該第 1 缶板か ら 所定距離だけ上方に離隔 し て前記蓋体内 に設け ら れた第 2 缶板 と か ら成 る こ と を特徵 と す る 加熱装置。
    ( 6 ) 第 5 請求項に記載の加熱装置であ っ て、 前記熱交換 用管体の各 々 が、 前記第 1 缶板の上面 と 同一平面内 に上 部開 口端を有す る よ う に上端 に お い て該第 1 缶板 に固着 さ れ、 そ こ か ら 前記加熱室内 に垂下 さ れた有底の加熱外 管 と 、 そ し て前記第 2 缶板の上面 と 同一平面内 に上部開 口端を有す る よ う に上端 に お い て該第 2 缶板に 固着 さ れ そ こ か ら 前記加熱外管内 に こ れ と 接触す る こ と な く 垂下 さ れ、 開 口下端を有す る 内管 と か ら成 る こ と を特徴 と す る 加熱装置。
    ( 7 ) 第 6 請求項に記載の加熱装置であ っ て、 前記内管が そ の上部開 口端か ら 内部に こ れ と 接触す る こ と な く 垂下 さ れた 内部パ イ プを具備す る こ と を特徴 と す る 加熱装置
    ( 8 ) 第 6 請求項に記載の加熱装置であ っ て、 前記内管が そ の上部開 口 端か ら 内部に こ れ と 接触す る こ と な く 垂下 さ れた 、 上下に開 口端を有す る 内挿内管を具備す る と 共 に 、 そ こ に お い 該内挿内管 と 前記内管 と の 間 に形成 さ れ る リ ン グ状の空間は少な く と も そ の上端 に お い て閉塞 さ れてお り 、 さ ら に前記加熱外管の上部開 口端が原料ガ ス流入側に、 一方、 前記内挿内管の上部開 口端が反応生 成ガ ス 出 口 側に それぞれ連通せ し め た こ と を特徴 と す る 加熱装置。
    ( 9 ) 第 8 請求項に記載の加熱装置であ っ て、 前記内挿内 管が、 そ の下端部内周面に形成 さ れた絞 り 部 と 、 該絞 り 部の 内側の ノ ズルを介 し て該絞 り 部に連通す る よ う に該 絞 り 部の外側周 囲 に設け ら れた冷却媒体室 と 、 そ し て該 冷却媒体室に冷却触媒を供給す る た め に該冷却媒体室 と 冷却媒体供給管 と の 間 に接続 さ れた冷却媒体管 と を具備 す る こ と を特徴 と す る 加熱装置。
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    EP0416132B1|1996-01-03|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1990-10-04| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): US |
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    1990-11-26| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1990904946 Country of ref document: EP |
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    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    JP1/71862||1989-03-27||
    JP1071862A|JP2631892B2|1989-03-27|1989-03-27|加熱装置|DE1990624566| DE69024566T2|1989-03-27|1990-03-27|Heizungsanordnung|
    EP19900904946| EP0416132B1|1989-03-27|1990-03-27|Heating device|
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