JP3712838B2 - 燃焼触媒保持装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスタービン、ボイラ、発動発電機、排ガス再燃焼装置などの燃焼器における燃焼触媒保持装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、上記燃焼器における燃焼触媒には、セラミックスや金属の担体に触媒を担持したものが用いられている。
ところで近年燃焼触媒は、大型の燃焼器の出現により、流路面積の大きいものが要求されるようになってきた。このように流路面積の大きい大径の燃焼触媒の担体は、セラミックスの場合、型成形できても激しい熱衝撃に耐え得ないし、金属の場合は一体型のハニカム構造物の製作が甚だ面倒であった。
【０００３】
又これらのセラミックスや一体化された金属の担体の接触を保持するためには、液に担体を浸漬し又は該担体に液を降りかけ、その後該担体に白金族金属又はその酸化物を微細に担持するため、触媒担持状態が均一にならなかった。
一方図10に示すように波形の帯状金属箔１に触媒２を担持した後、これを多重に巻いて図11に示すように触媒通路３を構成する方法では、帯状金属箔１のままウォッシュコート及び触媒担持が行なえることになり、多重に巻いて構成される各触媒通路３の触媒担持を均一な状態にし易くなる。又帯状金属箔１の片面にのみウォッシュコート触媒担持を行なうことにより、無触媒通路４を含む燃焼触媒５を製造することが可能になる。
【０００４】
この燃焼触媒５は、触媒２を片面に担持した波形状の帯状金属箔１を例えば２つ折りにして多重に巻くだけで製造できるので（図12ａ）、小型の燃焼触媒を燃焼器の流路面積が小さい燃焼装置の該燃焼室の内周壁に弾性的にセットすると、燃料と空気の混合ガス流の圧力が加えられても変形することがないが、燃焼器の流路面積の大きい燃焼装置の燃焼室に大型の燃焼触媒をセットする場合には、図12ｂに示すように燃料と空気の混合ガス流の圧力が加えられると、周壁に近い部分は前記圧力によっても変形せず、一方該周壁から遠い中心付近は前記圧力により下流側に押し出されて変形する。これを防止するためには前記帯状金属箔１を固定する必要があるが、該固定には例えば触媒２の担持された帯状金属箔１を溶接等により固定しハニカム構造を形成することが望ましいが、前記帯状金属箔１の溶接は極めて困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記の大径の燃焼触媒も安全かつ確実に燃焼室内に保持できる燃焼触媒保持装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を筒体内に配し、下流側の湾曲した燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、あるいは上流側に固定した引張部材の後端部で前記燃焼触媒を保持し、その変形を防止することを特徴とする燃焼触媒保持装置であり、種々の態様を有している。
【０００７】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明は基本的には、上述した帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を特に燃焼触媒保持装置の大径の燃焼筒内に設置する際に、前記燃焼触媒の中心部が供給される燃料と空気の混合ガスの圧力により変形することを防止するために、前記燃焼触媒の下流側に該燃焼触媒と接触して又は近接して燃焼触媒保持具を設置した点に特徴を有する。
該燃焼触媒保持具は前記燃焼触媒の下流側への変形を防止できれば、その構成は特に限定されず、燃焼触媒での未燃焼燃料を完全に燃焼させるために前記燃焼筒内の流路をほぼ完全に塞ぐように設置された保炎機能を有する保炎器であっても、交差状又は平行に設置した、望ましくは放射状に設置した梁であっても、同様に交差状又は平行に設置した、望ましくは放射状に設置したワイヤであっても良い。前記燃焼触媒保持具が保炎機能を有しない場合には、該燃焼触媒保持具の下流側に別個に保炎器を設置することが好ましい。
【０００８】
ワイヤを設置する際には燃焼筒内面間に弛みが出る程度に張設したり、燃焼筒内の中央部の燃焼触媒等を貫通する引張部材の前記燃焼触媒より下流側の部分と燃焼筒間に弛みが出る程度に張設したりすれば良く、燃焼触媒がその機能が損傷されない程度に下流側に変形した際に前記ワイヤが円弧状に緊張（湾曲）して前記燃焼触媒のより以上の変形を防止することが望ましい。又燃焼触媒の下流側にサポートグリッドを設置して該グリッドにワイヤを密着させると更に好ましい。
圧力が掛かっていない状態で前記燃焼触媒が燃焼筒内に安定して保持されるのであれば、前記燃焼触媒の上流側には、他の部材を設置することは必ずしも必要ではないが、上流側にも適宜の機器を設置し、該機器と前記燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を挟むことにより燃焼触媒の安定性を高めることが望ましい。前記機器は単に燃焼触媒を上流側に位置するためだけの機能であっても良いが、通常の燃焼装置で要求される燃料と空気を混合して混合ガスを製造する混合機能や、該混合ガスの流れを整える気体整流機能を有すると尚更好ましい。
【０００９】
ワイヤ等の使用により燃焼触媒を保持する際には、燃焼触媒に圧力が掛かることによりワイヤが湾曲して前記燃焼触媒の変形を防止することになるが、本発明では燃焼触媒保持はこれに限定されず、梁やグリッド等の変形しない部材を引張部材により上流側に位置する燃焼筒に固定された機器に接続し前記燃焼触媒に加わる圧力を梁やグリッド及び引張部材を通して上流側で支持して前記燃焼触媒の変形を防止しても良い。更に前述したワイヤの湾曲による変形防止と上流側機器への接続による変形防止を組合せて、つまり変形可能なワイヤを引張部材により上流側に位置する燃焼筒に固定された機器に接続しても良い。
【００１０】
本発明の燃焼触媒は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成される。前述の通りこのような燃焼触媒は混合ガスの圧力により燃焼筒から抜けたり、あるいは図12に示したように変形し易い。本発明はこのような燃焼触媒の該欠点を解消することを目的とするため、前記構成に限定される。
前記燃焼触媒あるいは前記機器の上流側では前記燃料と空気の混合等が行なわれるが、本発明では前記燃焼触媒あるいは前記機器の上流側での構成は一切限定がなく、全ての構成が含まれる。
【００１１】
【作用】
本発明の第１の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、上流側の機器と下流側の燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、前記機器、燃焼触媒及び燃焼触媒保持具をこれらを貫通する引張部材で締結したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒は、燃焼筒内に固定された機器と燃焼触媒保持具との間に配され、燃焼触媒保持具と共に軸中心部に通した引張部材を前記機器に固定して、梁として働く燃焼触媒保持具に引張力を働かせている。梁はスパンを短くすることが最も効目があり、軸中心部を引っ張っているため、更に効果的で、軸中心部が連続梁として作用するため最も効果的である。又引張部材の一端が燃焼触媒の上流側に設けられた低温側（約300 ℃）の機器に固定されていて、燃料と空気の混合ガス流の圧力が掛かっても燃焼触媒保持具で燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴う燃焼触媒保持具に掛かる負荷は引張部材を介して燃焼筒に固定された低温側の機器で受けることになり、高温で著しい耐力低下による梁効果の低下がなくなり設計も簡単になる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１２】
本発明の第２の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、上流側の機器と下流側の燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、前記機器、燃焼触媒及び燃焼触媒保持具をこれらを貫通する引張部材で締結し、更に前記燃焼触媒保持具の後端部を前記燃焼筒の後端部を内側に折曲げ成形した係止部に係止して前記燃焼筒内に固定したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒は、燃焼筒内に固定された機器と燃焼触媒保持具との間に配され、引張部材で締結の上、燃焼筒内に配され、燃焼筒下流内側の係止部に燃焼触媒保持具の後端が係止されているので、前記混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かっても低温側の機器で燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴い燃焼触媒保持具に掛かる負荷は燃焼筒で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１３】
本発明の第３の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側から貫通して該燃焼触媒の上流側の機器の上流側に達しかつ下流端が閉塞された燃焼用空気導入パイプを設置し、かつ該燃焼用空気導入パイプの閉塞部近傍の周壁を貫通しかつ前記燃焼筒外部に達する複数の燃焼用空気導入用パイプ梁により前記燃焼筒と前記燃焼用空気導入パイプを連通させかつ前記燃焼用空気導入パイプ梁により前記燃焼触媒の下流面を保持することを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒は、燃焼筒内に固定された機器と燃焼用空気導入パイプ梁との間に配され、かつ空気を流通する燃焼筒に連通された該燃焼用空気導入パイプ梁と燃焼筒の軸中心を貫通し前記機器に固定された燃焼用空気導入パイプにて引張力を働かせているので、燃焼用空気導入パイプ及び燃焼用空気導入パイプ梁が空気により冷却されて高温による機械的性質の低下がなく、燃料と空気の混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かっても、好ましくは放射状の燃焼用空気導入パイプ梁で燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴い燃焼用空気導入パイプ梁に掛かる負荷は軸中心部の燃焼用空気導入パイプを介して低温側の機器及び燃焼筒で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１４】
本発明の第４の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、前記燃焼触媒より下流側の燃焼筒内面に複数のワイヤを張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒の下流側に接触又は近接して、好ましくは弛んだ状態で交差状又は平行な複数のワイヤが張設されているため、燃料と空気の混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かっても、ワイヤが円弧状に撓んであるいは湾曲し、該ワイヤの存在により燃焼触媒の過度の変形が防止される。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１５】
本発明の第５の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側から貫通して該燃焼触媒の上流側の機器に固定された引張部材の前記燃焼触媒より下流側と、前記燃焼筒内面間に複数のワイヤを張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、第４の態様と同様に張設したワイヤにより燃焼触媒の過度の変形を防止しようとするものであるが、本態様ではワイヤを、前記燃焼触媒等を貫通したロッドの該燃焼触媒より下流側の部分と燃焼筒内面間に例えば溶接等を使用して張設したものであり，第４の態様と同様に前記ワイヤにより燃焼触媒が保持される。この場合第４の態様のロッドのないワイヤのみの場合と比較して、ワイヤの円弧半径を半分にできるため、ワイヤによる変形防止が更に確実に行なえるようになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、更に安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１６】
本発明の第６の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側に切欠溝を刻設したサポートグリッドを配設し、該燃焼触媒の下流側から貫通して該燃焼触媒の上流側の機器に固定された引張部材の前記燃焼触媒より下流側と前記燃焼筒内面間に複数のワイヤを前記サポートグリッドの切欠溝を通して張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒は、燃焼筒内に固定された機器とサポートグリッドの間に配され、かつ前記燃焼触媒等を貫通したロッドと燃焼筒間に、好ましくは放射状にワイヤを張設し、かつロッドにより引張力を働かせているので、前記混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かってもサポートグリッドにより燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴いワイヤに掛かる負荷は燃焼筒と機器で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１７】
本発明の第７の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側に縦横の略円弧状の切欠溝を刻設したサポートグリッドを配設し、前記燃焼触媒より下流側の燃焼筒内面間に複数のワイヤを前記切欠溝に係止するよう張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置は第６の態様と同様に、サポートグリッドを使用して燃焼触媒の過度の変形を防止しようとするものであるが、サポートグリッドに刻設した切欠溝に前記ワイヤを係止するようにしているため、前記サポートグリッドによるワイヤの係止が確実になり、前記混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かってもサポートグリッドにより燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴いワイヤに掛かる負荷は燃焼筒で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１８】
本発明の第８の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側に、後面を球面となした格子状のサポートグリッドを配設し、前記燃焼触媒より下流側の燃焼筒内面間に複数のワイヤメッシュを前記球面に密着するよう張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置は第７の態様と同様に、サポートグリッドを使用して燃焼触媒の過度の変形を防止しようとするものであるが、サポートグリッドの後面を球面に成形し、該球面に同様に球面状に成形したワイヤメッシュを密着させているため、前記サポートグリッドによるワイヤメッシュの係止が確実になり、前記混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かってもサポートグリッドにより燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴いワイヤに掛かる負荷は燃焼筒で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１９】
【実施例】
次に添付図面に基づいて本発明に係わる燃焼触媒保持装置に関する実施例を説明するが、本実施例は本発明を限定するものではない。
図１は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第１実施例を示す縦断側面図である。
10はガスタービンの燃焼器外筒で、11は燃焼噴射ノズル（図示略）が取り付けられかつ前記燃焼器外筒10の上流側端部に接続された断面がＵ字状のヘッドである。前記燃焼器外筒10内には該燃焼器外筒10と同心状に燃焼筒12が設置され、該燃焼筒12の上流端は前記ヘッド11内にスペーサー13を介して同心状に設置された供給筒14の周縁部の外壁に嵌合固定され、下流端は筒状の燃焼器本体15の上流端の周縁外壁に嵌合固定されて燃焼触媒保持装置16を構成している。この燃焼触媒保持装置の前記燃焼筒12内には、例えば図10に示すような、厚さ50μｍ、幅50.8mmのステンレス鋼箔の片面にウォッシュコート〔ＳｉＯ2 （５重量％）−ＺｒＯ2 〕が施され、その上に白金族金属であるパラジウム粒子が担持された波形状の帯状金属箔１を幅方向で折り重ね多重に巻かれて触媒通路３と無触媒通路４が交互に形成された燃焼触媒５がその周面が前記燃焼筒12の内面に接触するように設置されている。
【００２０】
該燃焼触媒５の上流側の燃焼筒12内には、燃料及び空気の混合器（以下単に混合器という）17が設置され、一方燃焼触媒５の下流側には保炎機能を有する燃焼触媒保持具18が設置され、上流側から混合器17、燃焼触媒５、燃焼触媒保持具18の順に並んだ各部材は、それぞれの軸芯パイプ17ａ、５ａ、18ａを貫通するボルト19及び該ボルト19の端部を締結するナット20により一体化固定されている。
図１において、燃料噴射ヘッドから前記ヘッド11内の供給筒14に燃料が供給され、一方燃焼器本体15、燃焼筒12、供給筒14の外周の通路を通って該供給筒14内に空気が供給され、前記燃料及び空気は混合器17で混合の上、前記燃焼触媒５に流入して燃焼が開始され、その燃焼ガスが燃焼触媒保持具18で保炎されて燃焼器本体15内に入って前記燃焼触媒５を通過した未燃焼の燃料を燃焼する。
【００２１】
この燃料燃焼において、燃焼触媒５には、燃料と空気の混合ガス流の圧力が常に掛かっているが、前記燃焼触媒５の中心部に前記圧力が掛かって軸方向に変形しようとしても、該燃焼触媒５に接触し又は近接する燃焼触媒保持具18が変形を完全に防止し又はより以上の変形を防止する。これに伴い該燃焼触媒５に掛かる圧力は前記燃焼触媒保持具18が負担し、この負荷は引張力の働いているボルト19、ナット20を介して燃焼筒12に固定された低温側の混合器17で受けることになる。従って燃焼触媒保持具の梁効果の低下もなく燃焼触媒５は燃焼筒12内で大きく変形したり該燃焼筒12から抜けたりすることがなくなり、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
【００２２】
図２は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第２実施例を示すもので、図２ａはその縦断側面図、図２ｂは縦断正面図である。本実施例は第１実施例の改良に係わるものであり、第１実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
第１実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に空間を空けて、周囲が前記燃焼筒12内壁に溶接等で固定された気体整流器43を配設し、又前記燃焼触媒５の下流側に、燃焼触媒保持具として機能する放射状の、本実施例では十字状の梁21を配設し、該梁21の先端部を燃焼筒12内の後端部に設けた切欠きリング（図示略）の切欠に係止し、上流側から気体整流器43、燃焼触媒５、十字状の梁21（燃焼触媒保持具）の順に並んだ各部材は、それぞれの軸芯パイプ17ａ、５ａ、21ａを貫通するボルト19及び該ボルト19の端部を締結するナット20により一体化固定されて、燃焼触媒保持装置23が構成される。
この燃焼触媒保持装置23の燃焼触媒５は、燃料と空気の混合ガス流の圧力が掛かっても十字状の梁21で、軸方向の移動が抑止されて第１実施例の場合と同様に前記燃焼触媒５の変形を完全に防止し又はより以上の変形を防止する。同様に梁21に掛かる負荷は引張力の働いているボルト19、ナット20を介して、燃焼筒12に固定された低温側の気体整流器43で受けることになる。従って燃焼触媒５は燃焼筒12内で大きく変形したり該燃焼筒12から抜けたりすることがなくなり、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
【００２３】
図３は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第３実施例を示す概略図であり、本実施例は実施例１の改良に係わるものであり、第１実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
第１実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例１と同じ混合器17を、又下流側にも実施例１と同じ燃焼触媒保持具18を配設し、これらの部材は、それぞれの軸芯パイプ17ａ、５ａ、18ａを貫通するボルト19及び該ボルト19の端部を締結するナット20により一体化固定され、燃焼筒12内に収容されて、燃焼触媒保持装置25が構成されている。該燃焼筒12の下流端は内向きに折り曲げられてＵ字状に成形され、このＵ字状成形部24に前記燃焼触媒保持具18の後端部18ｂを嵌入係止している。
実施例１と同様に燃焼触媒５の変形が燃焼触媒保持具18により防止され、該燃焼触媒保持具18に掛かる圧力は、その後端部18ｂから前記燃焼筒12に移行し、該燃焼筒12全体で前記燃焼触媒５を保持することになる。従って燃焼触媒５は更に安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
【００２４】
図４は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第４実施例を示す概略図であり、本実施例は実施例１の改良に係わるものであり、第１実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置28では、第１実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例１と同じ混合器17が配設され、該混合器17及び前記燃焼触媒５の中心部には該燃焼触媒５の軸芯パイプ５ａ内を貫通するように下流端面が閉塞された燃焼用空気導入パイプ26が螺挿され、該パイプ26の下流側にはその外壁を貫通するように放射状の燃焼用空気導入パイプ梁27が設置され、該梁27は前記燃焼筒12を貫通しかつ前記燃焼触媒５の後面を保持している。
【００２５】
この燃焼触媒保持装置28では、燃料と空気の混合ガスの圧力が燃焼触媒５に掛かっても放射状の燃焼用空気導入パイプ梁27が燃焼触媒５全体を保持し、軸方向の移動及び変形を防止している。前記梁27に掛かる負荷は引張力の働いている軸中心部の燃焼用空気導入パイプ26を介して低温側の混合器17及び前記梁27が連結された燃焼筒12で受けることになる。従って燃焼触媒５は燃焼筒12内で大きく変形したり該燃焼筒12から抜けたりすることがなくなり、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。更にこの燃焼触媒保持装置28では、その外周側を通る燃焼用空気の一部が放射状の燃焼用空気導入パイプ梁27に入り、燃焼用空気導入パイプ26を通って混合器17の上流側に出るので、特に燃焼ガスに曝されるパイプ梁27が冷却されて熱疲労が抑制される。
【００２６】
図５は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第５実施例を示す概略図であり、図５ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図５ｂはその縦断正面図である。本実施例は第１実施例の改良に係わるものであり、第１実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置45では、第１実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例１と同じ混合器17が配設され、前記燃焼触媒５の下流側の燃焼筒12の内面間に交差状に複数のワイヤ44を弛ませて張設しかつ各ワイヤ端を燃焼筒12内面に溶接して、各ワイヤ44が前記燃焼触媒５の下流面に接触するか近接するようにしている。
この燃焼触媒保持装置45では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、図５ａに示すように燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記ワイヤ44に接触し、該ワイヤ44が図示の通り円弧状に緊張状態になるまで変形するが、該ワイヤ44により、これ以上の変形が防止される。該ワイヤ44に掛かる負荷は、充分な強度を有する燃焼筒12に伝達される。
【００２７】
図６は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第６実施例を示す概略図であり、図６ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図６ｂはその縦断正面図である。本実施例は第５実施例の改良に係わるものであり、第５実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置31では、第５実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例５と同じ混合器17が配設され、該混合器17及び燃焼触媒５の軸中心部にロッド29を貫通し、該ロッド29の先端を混合器17の前面中心部に結合させている。該ロッド29の後端部と前記燃焼筒12内面との間には複数のワイヤ30を弛ませて張設しかつ各ワイヤ端を燃焼筒12内面に溶接して、各ワイヤ30が前記燃焼触媒５の下流面に接触するか近接するようにしている。
この燃焼触媒保持装置31では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、図６ａに示すように燃焼筒12とロッド29間の燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記ワイヤ30に接触し、該ワイヤ30が図示の通り円弧状に緊張状態になるまで変形するが、該ワイヤ30によりこれ以上の変形が防止され安全かつ確実に燃焼室内に保持される。該ワイヤ30に掛かる負荷は、充分な強度を有する燃焼筒12に伝達される。
【００２８】
図７は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第７実施例を示す概略図であり、本実施例は第６実施例の改良に係わるものであり、第６実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置34では、第６実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例６と同じ混合器17が配設され、該混合器17及び燃焼触媒５の軸中心部にロッド29を貫通し、該ロッド29の先端を混合器17の前面中心部に結合させている。該ロッド29の後端部には略円弧状の切欠溝33を有するサポートグリッド32が設置され、前記ロッド29の後端部と前記燃焼筒12内面との間には、複数のワイヤ30が前記切欠溝33を通るように張設している。
この燃焼触媒保持装置34では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、図示の通り燃焼筒12とロッド29間の燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記サポートグリッド32に接触して軸方向の変形が防止され、ワイヤ30に掛かる負荷はロッド29を介して混合器17が及びワイヤ30を介して燃焼筒12が受けることになる。従って前記燃焼触媒５は変形したり燃焼筒12から抜けたりすることがなく、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
【００２９】
図８は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第８実施例を示す概略図であり、図８ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図８ｂはその縦断正面図である。本実施例は第５実施例の改良に係わるものであり、第５実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置37では、第５実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例５と同じ混合器17が配設されている。燃焼触媒５より下流側の燃焼筒12内面には格子状のサポートグリッド35が設置され、該サポートグリッド35の後面には、縦横に略円弧状となる切欠溝36が形成され、この切欠溝36に沿って両端が前記燃焼筒12内面に溶接されたワイヤ30を張設している。
この燃焼触媒保持装置37では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記サポートグリッド35に接触して軸方向の変形が防止され、ワイヤ30に掛かる負荷はワイヤ30を介して燃焼筒12全体が受けることになる。従って前記燃焼触媒５は変形したり燃焼筒12から抜けたりすることがなく、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
なお前記サポートグリッド35の格子形状は図示のものに限定されず、種々の形状を選択できる。又切欠溝36において、サポートグリッド35の中央寄り側で引っ掛かるような凸部等をワイヤ30に設けるようにすれば、サポートグリッド35の桟の変形を防止できるので一層効果的である。
【００３０】
図９は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第９実施例を示す概略図であり、図９ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図９ｂはその縦断正面図である。本実施例は第８実施例の改良に係わるものであり、第８実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置42では、第８実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例８と同じ混合器17が配設されている。燃焼触媒５より下流側の燃焼筒12内面には後面を球面38とした格子状のサポートグリッド35が設置され、該サポートグリッド35の球面38には、球面状に成形したワイヤメッシュ39を密着状態で設置し、かつ該ワイヤメッシュ39の周縁部を前記燃焼筒12の後端部を内向きに折り曲げて形成した折曲げ筒部40の折曲げＵ字状部41に挿入し溶接している。
この燃焼触媒保持装置42では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記サポートグリッド35に接触して軸方向の変形が防止され、ワイヤメッシュ39に掛かる負荷はワイヤメッシュ39を介して燃焼筒12全体が受けることになる。従って前記燃焼触媒５は変形したり燃焼筒12から抜けたりすることがなく、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
なお前記ワイヤメッシュ39は、そのワイヤ同士が交差する点で溶接したものを使えば、ワイヤがずれたりすることがなくなり、一層効果的である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は基本的に、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を筒体内に配し、下流側の燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、その変形を防止することを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
本発明によると、大径の燃焼触媒でも全体の軸方向の移動を抑止でき、これに伴って生ずる負荷を燃焼筒で受けることができるので、燃焼触媒は燃焼筒から抜けたり過度に変形することがなくなり、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第１実施例を示す縦断側面図。
【図２】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第２実施例を示すもので、図２ａはその縦断側面図、図２ｂは縦断正面図。
【図３】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第３実施例を示す縦断側面図。
【図４】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第４実施例を示す縦断側面図。
【図５】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第５実施例を示すもので、図５ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図５ｂはその縦断正面図。
【図６】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第６実施例を示すもので、図６ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図６ｂはその縦断正面図。
【図７】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第７実施例を示す縦断側面図。
【図８】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第８実施例を示すもので、図８ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図８ｂはその縦断正面図。
【図９】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第９実施例を示すもので、図９ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図９ｂはその縦断正面図。
【図１０】片面に触媒を担持した波形状の帯状金属箔を示す図であり、図10ａはその平面図、図10ｂはその側面図。
【図１１】図10の帯状金属箔を多重に巻いて形成した燃焼触媒を示す図。
【図１２】図11の燃焼触媒の変形状態を示すもので、図12ａは変形前、図12ｂは変形後の状態を示す概略図。
【符号の説明】
１・・・帯状金属箔 ２・・・触媒 ３・・・触媒通路 ４・・・無触媒通路
５・・・燃焼触媒 ５ａ・・・軸芯パイプ 10・・・燃焼器外筒 11・・・ヘッド 12・・・燃焼筒 13・・・スペーサー 14・・・供給筒 15・・・燃焼器本体 16・・・燃焼触媒保持装置 17・・・混合器 17ａ・・・軸芯パイプ 18・・・燃焼触媒保持具 18ａ・・・軸芯パイプ 18ｂ・・・後端部 19・・・ボルト 20・・・ナット 21・・・梁 23・・・燃焼触媒保持装置 24・・・Ｕ字状成形部 25・・・燃焼触媒保持装置 26・・・燃焼用空気導入パイプ 27・・・燃焼用空気導入パイプ梁 28・・・燃焼触媒保持装置 29・・・ロッド 30・・・ワイヤ 31・・・燃焼触媒保持装置 32・・・サポートグリッド 33・・・切欠溝 34・・・燃焼触媒保持装置 35・・・サポートグリッド 36・・・切欠溝 37・・・燃焼触媒保持装置 38・・・球面 39・・・ワイヤメッシュ 40・・・折曲げ筒部 41・・・折曲げＵ字状部 42・・・燃焼触媒保持装置 43・・・気体整流器 44・・・ワイヤ 45・・・燃焼触媒保持装置
【産業上の利用分野】
本発明は、ガスタービン、ボイラ、発動発電機、排ガス再燃焼装置などの燃焼器における燃焼触媒保持装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来、上記燃焼器における燃焼触媒には、セラミックスや金属の担体に触媒を担持したものが用いられている。
ところで近年燃焼触媒は、大型の燃焼器の出現により、流路面積の大きいものが要求されるようになってきた。このように流路面積の大きい大径の燃焼触媒の担体は、セラミックスの場合、型成形できても激しい熱衝撃に耐え得ないし、金属の場合は一体型のハニカム構造物の製作が甚だ面倒であった。
【０００３】
又これらのセラミックスや一体化された金属の担体の接触を保持するためには、液に担体を浸漬し又は該担体に液を降りかけ、その後該担体に白金族金属又はその酸化物を微細に担持するため、触媒担持状態が均一にならなかった。
一方図10に示すように波形の帯状金属箔１に触媒２を担持した後、これを多重に巻いて図11に示すように触媒通路３を構成する方法では、帯状金属箔１のままウォッシュコート及び触媒担持が行なえることになり、多重に巻いて構成される各触媒通路３の触媒担持を均一な状態にし易くなる。又帯状金属箔１の片面にのみウォッシュコート触媒担持を行なうことにより、無触媒通路４を含む燃焼触媒５を製造することが可能になる。
【０００４】
この燃焼触媒５は、触媒２を片面に担持した波形状の帯状金属箔１を例えば２つ折りにして多重に巻くだけで製造できるので（図12ａ）、小型の燃焼触媒を燃焼器の流路面積が小さい燃焼装置の該燃焼室の内周壁に弾性的にセットすると、燃料と空気の混合ガス流の圧力が加えられても変形することがないが、燃焼器の流路面積の大きい燃焼装置の燃焼室に大型の燃焼触媒をセットする場合には、図12ｂに示すように燃料と空気の混合ガス流の圧力が加えられると、周壁に近い部分は前記圧力によっても変形せず、一方該周壁から遠い中心付近は前記圧力により下流側に押し出されて変形する。これを防止するためには前記帯状金属箔１を固定する必要があるが、該固定には例えば触媒２の担持された帯状金属箔１を溶接等により固定しハニカム構造を形成することが望ましいが、前記帯状金属箔１の溶接は極めて困難である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明は、上記の大径の燃焼触媒も安全かつ確実に燃焼室内に保持できる燃焼触媒保持装置を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を筒体内に配し、下流側の湾曲した燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、あるいは上流側に固定した引張部材の後端部で前記燃焼触媒を保持し、その変形を防止することを特徴とする燃焼触媒保持装置であり、種々の態様を有している。
【０００７】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明は基本的には、上述した帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を特に燃焼触媒保持装置の大径の燃焼筒内に設置する際に、前記燃焼触媒の中心部が供給される燃料と空気の混合ガスの圧力により変形することを防止するために、前記燃焼触媒の下流側に該燃焼触媒と接触して又は近接して燃焼触媒保持具を設置した点に特徴を有する。
該燃焼触媒保持具は前記燃焼触媒の下流側への変形を防止できれば、その構成は特に限定されず、燃焼触媒での未燃焼燃料を完全に燃焼させるために前記燃焼筒内の流路をほぼ完全に塞ぐように設置された保炎機能を有する保炎器であっても、交差状又は平行に設置した、望ましくは放射状に設置した梁であっても、同様に交差状又は平行に設置した、望ましくは放射状に設置したワイヤであっても良い。前記燃焼触媒保持具が保炎機能を有しない場合には、該燃焼触媒保持具の下流側に別個に保炎器を設置することが好ましい。
【０００８】
ワイヤを設置する際には燃焼筒内面間に弛みが出る程度に張設したり、燃焼筒内の中央部の燃焼触媒等を貫通する引張部材の前記燃焼触媒より下流側の部分と燃焼筒間に弛みが出る程度に張設したりすれば良く、燃焼触媒がその機能が損傷されない程度に下流側に変形した際に前記ワイヤが円弧状に緊張（湾曲）して前記燃焼触媒のより以上の変形を防止することが望ましい。又燃焼触媒の下流側にサポートグリッドを設置して該グリッドにワイヤを密着させると更に好ましい。
圧力が掛かっていない状態で前記燃焼触媒が燃焼筒内に安定して保持されるのであれば、前記燃焼触媒の上流側には、他の部材を設置することは必ずしも必要ではないが、上流側にも適宜の機器を設置し、該機器と前記燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を挟むことにより燃焼触媒の安定性を高めることが望ましい。前記機器は単に燃焼触媒を上流側に位置するためだけの機能であっても良いが、通常の燃焼装置で要求される燃料と空気を混合して混合ガスを製造する混合機能や、該混合ガスの流れを整える気体整流機能を有すると尚更好ましい。
【０００９】
ワイヤ等の使用により燃焼触媒を保持する際には、燃焼触媒に圧力が掛かることによりワイヤが湾曲して前記燃焼触媒の変形を防止することになるが、本発明では燃焼触媒保持はこれに限定されず、梁やグリッド等の変形しない部材を引張部材により上流側に位置する燃焼筒に固定された機器に接続し前記燃焼触媒に加わる圧力を梁やグリッド及び引張部材を通して上流側で支持して前記燃焼触媒の変形を防止しても良い。更に前述したワイヤの湾曲による変形防止と上流側機器への接続による変形防止を組合せて、つまり変形可能なワイヤを引張部材により上流側に位置する燃焼筒に固定された機器に接続しても良い。
【００１０】
本発明の燃焼触媒は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成される。前述の通りこのような燃焼触媒は混合ガスの圧力により燃焼筒から抜けたり、あるいは図12に示したように変形し易い。本発明はこのような燃焼触媒の該欠点を解消することを目的とするため、前記構成に限定される。
前記燃焼触媒あるいは前記機器の上流側では前記燃料と空気の混合等が行なわれるが、本発明では前記燃焼触媒あるいは前記機器の上流側での構成は一切限定がなく、全ての構成が含まれる。
【００１１】
【作用】
本発明の第１の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、上流側の機器と下流側の燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、前記機器、燃焼触媒及び燃焼触媒保持具をこれらを貫通する引張部材で締結したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒は、燃焼筒内に固定された機器と燃焼触媒保持具との間に配され、燃焼触媒保持具と共に軸中心部に通した引張部材を前記機器に固定して、梁として働く燃焼触媒保持具に引張力を働かせている。梁はスパンを短くすることが最も効目があり、軸中心部を引っ張っているため、更に効果的で、軸中心部が連続梁として作用するため最も効果的である。又引張部材の一端が燃焼触媒の上流側に設けられた低温側（約300 ℃）の機器に固定されていて、燃料と空気の混合ガス流の圧力が掛かっても燃焼触媒保持具で燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴う燃焼触媒保持具に掛かる負荷は引張部材を介して燃焼筒に固定された低温側の機器で受けることになり、高温で著しい耐力低下による梁効果の低下がなくなり設計も簡単になる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１２】
本発明の第２の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、上流側の機器と下流側の燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、前記機器、燃焼触媒及び燃焼触媒保持具をこれらを貫通する引張部材で締結し、更に前記燃焼触媒保持具の後端部を前記燃焼筒の後端部を内側に折曲げ成形した係止部に係止して前記燃焼筒内に固定したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒は、燃焼筒内に固定された機器と燃焼触媒保持具との間に配され、引張部材で締結の上、燃焼筒内に配され、燃焼筒下流内側の係止部に燃焼触媒保持具の後端が係止されているので、前記混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かっても低温側の機器で燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴い燃焼触媒保持具に掛かる負荷は燃焼筒で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１３】
本発明の第３の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側から貫通して該燃焼触媒の上流側の機器の上流側に達しかつ下流端が閉塞された燃焼用空気導入パイプを設置し、かつ該燃焼用空気導入パイプの閉塞部近傍の周壁を貫通しかつ前記燃焼筒外部に達する複数の燃焼用空気導入用パイプ梁により前記燃焼筒と前記燃焼用空気導入パイプを連通させかつ前記燃焼用空気導入パイプ梁により前記燃焼触媒の下流面を保持することを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒は、燃焼筒内に固定された機器と燃焼用空気導入パイプ梁との間に配され、かつ空気を流通する燃焼筒に連通された該燃焼用空気導入パイプ梁と燃焼筒の軸中心を貫通し前記機器に固定された燃焼用空気導入パイプにて引張力を働かせているので、燃焼用空気導入パイプ及び燃焼用空気導入パイプ梁が空気により冷却されて高温による機械的性質の低下がなく、燃料と空気の混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かっても、好ましくは放射状の燃焼用空気導入パイプ梁で燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴い燃焼用空気導入パイプ梁に掛かる負荷は軸中心部の燃焼用空気導入パイプを介して低温側の機器及び燃焼筒で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１４】
本発明の第４の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、前記燃焼触媒より下流側の燃焼筒内面に複数のワイヤを張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒の下流側に接触又は近接して、好ましくは弛んだ状態で交差状又は平行な複数のワイヤが張設されているため、燃料と空気の混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かっても、ワイヤが円弧状に撓んであるいは湾曲し、該ワイヤの存在により燃焼触媒の過度の変形が防止される。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１５】
本発明の第５の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側から貫通して該燃焼触媒の上流側の機器に固定された引張部材の前記燃焼触媒より下流側と、前記燃焼筒内面間に複数のワイヤを張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、第４の態様と同様に張設したワイヤにより燃焼触媒の過度の変形を防止しようとするものであるが、本態様ではワイヤを、前記燃焼触媒等を貫通したロッドの該燃焼触媒より下流側の部分と燃焼筒内面間に例えば溶接等を使用して張設したものであり，第４の態様と同様に前記ワイヤにより燃焼触媒が保持される。この場合第４の態様のロッドのないワイヤのみの場合と比較して、ワイヤの円弧半径を半分にできるため、ワイヤによる変形防止が更に確実に行なえるようになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、更に安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１６】
本発明の第６の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側に切欠溝を刻設したサポートグリッドを配設し、該燃焼触媒の下流側から貫通して該燃焼触媒の上流側の機器に固定された引張部材の前記燃焼触媒より下流側と前記燃焼筒内面間に複数のワイヤを前記サポートグリッドの切欠溝を通して張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置では、燃焼触媒は、燃焼筒内に固定された機器とサポートグリッドの間に配され、かつ前記燃焼触媒等を貫通したロッドと燃焼筒間に、好ましくは放射状にワイヤを張設し、かつロッドにより引張力を働かせているので、前記混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かってもサポートグリッドにより燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴いワイヤに掛かる負荷は燃焼筒と機器で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１７】
本発明の第７の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側に縦横の略円弧状の切欠溝を刻設したサポートグリッドを配設し、前記燃焼触媒より下流側の燃焼筒内面間に複数のワイヤを前記切欠溝に係止するよう張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置は第６の態様と同様に、サポートグリッドを使用して燃焼触媒の過度の変形を防止しようとするものであるが、サポートグリッドに刻設した切欠溝に前記ワイヤを係止するようにしているため、前記サポートグリッドによるワイヤの係止が確実になり、前記混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かってもサポートグリッドにより燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴いワイヤに掛かる負荷は燃焼筒で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１８】
本発明の第８の態様は、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側に、後面を球面となした格子状のサポートグリッドを配設し、前記燃焼触媒より下流側の燃焼筒内面間に複数のワイヤメッシュを前記球面に密着するよう張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
この燃焼触媒保持装置は第７の態様と同様に、サポートグリッドを使用して燃焼触媒の過度の変形を防止しようとするものであるが、サポートグリッドの後面を球面に成形し、該球面に同様に球面状に成形したワイヤメッシュを密着させているため、前記サポートグリッドによるワイヤメッシュの係止が確実になり、前記混合ガス流の圧力が燃焼触媒に掛かってもサポートグリッドにより燃焼触媒全体の軸方向の移動が抑止され、これに伴いワイヤに掛かる負荷は燃焼筒で受けることになる。従って、燃焼触媒は大きく変形したりあるいは燃焼筒内から抜けることがなく、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【００１９】
【実施例】
次に添付図面に基づいて本発明に係わる燃焼触媒保持装置に関する実施例を説明するが、本実施例は本発明を限定するものではない。
図１は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第１実施例を示す縦断側面図である。
10はガスタービンの燃焼器外筒で、11は燃焼噴射ノズル（図示略）が取り付けられかつ前記燃焼器外筒10の上流側端部に接続された断面がＵ字状のヘッドである。前記燃焼器外筒10内には該燃焼器外筒10と同心状に燃焼筒12が設置され、該燃焼筒12の上流端は前記ヘッド11内にスペーサー13を介して同心状に設置された供給筒14の周縁部の外壁に嵌合固定され、下流端は筒状の燃焼器本体15の上流端の周縁外壁に嵌合固定されて燃焼触媒保持装置16を構成している。この燃焼触媒保持装置の前記燃焼筒12内には、例えば図10に示すような、厚さ50μｍ、幅50.8mmのステンレス鋼箔の片面にウォッシュコート〔ＳｉＯ2 （５重量％）−ＺｒＯ2 〕が施され、その上に白金族金属であるパラジウム粒子が担持された波形状の帯状金属箔１を幅方向で折り重ね多重に巻かれて触媒通路３と無触媒通路４が交互に形成された燃焼触媒５がその周面が前記燃焼筒12の内面に接触するように設置されている。
【００２０】
該燃焼触媒５の上流側の燃焼筒12内には、燃料及び空気の混合器（以下単に混合器という）17が設置され、一方燃焼触媒５の下流側には保炎機能を有する燃焼触媒保持具18が設置され、上流側から混合器17、燃焼触媒５、燃焼触媒保持具18の順に並んだ各部材は、それぞれの軸芯パイプ17ａ、５ａ、18ａを貫通するボルト19及び該ボルト19の端部を締結するナット20により一体化固定されている。
図１において、燃料噴射ヘッドから前記ヘッド11内の供給筒14に燃料が供給され、一方燃焼器本体15、燃焼筒12、供給筒14の外周の通路を通って該供給筒14内に空気が供給され、前記燃料及び空気は混合器17で混合の上、前記燃焼触媒５に流入して燃焼が開始され、その燃焼ガスが燃焼触媒保持具18で保炎されて燃焼器本体15内に入って前記燃焼触媒５を通過した未燃焼の燃料を燃焼する。
【００２１】
この燃料燃焼において、燃焼触媒５には、燃料と空気の混合ガス流の圧力が常に掛かっているが、前記燃焼触媒５の中心部に前記圧力が掛かって軸方向に変形しようとしても、該燃焼触媒５に接触し又は近接する燃焼触媒保持具18が変形を完全に防止し又はより以上の変形を防止する。これに伴い該燃焼触媒５に掛かる圧力は前記燃焼触媒保持具18が負担し、この負荷は引張力の働いているボルト19、ナット20を介して燃焼筒12に固定された低温側の混合器17で受けることになる。従って燃焼触媒保持具の梁効果の低下もなく燃焼触媒５は燃焼筒12内で大きく変形したり該燃焼筒12から抜けたりすることがなくなり、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
【００２２】
図２は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第２実施例を示すもので、図２ａはその縦断側面図、図２ｂは縦断正面図である。本実施例は第１実施例の改良に係わるものであり、第１実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
第１実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に空間を空けて、周囲が前記燃焼筒12内壁に溶接等で固定された気体整流器43を配設し、又前記燃焼触媒５の下流側に、燃焼触媒保持具として機能する放射状の、本実施例では十字状の梁21を配設し、該梁21の先端部を燃焼筒12内の後端部に設けた切欠きリング（図示略）の切欠に係止し、上流側から気体整流器43、燃焼触媒５、十字状の梁21（燃焼触媒保持具）の順に並んだ各部材は、それぞれの軸芯パイプ17ａ、５ａ、21ａを貫通するボルト19及び該ボルト19の端部を締結するナット20により一体化固定されて、燃焼触媒保持装置23が構成される。
この燃焼触媒保持装置23の燃焼触媒５は、燃料と空気の混合ガス流の圧力が掛かっても十字状の梁21で、軸方向の移動が抑止されて第１実施例の場合と同様に前記燃焼触媒５の変形を完全に防止し又はより以上の変形を防止する。同様に梁21に掛かる負荷は引張力の働いているボルト19、ナット20を介して、燃焼筒12に固定された低温側の気体整流器43で受けることになる。従って燃焼触媒５は燃焼筒12内で大きく変形したり該燃焼筒12から抜けたりすることがなくなり、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
【００２３】
図３は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第３実施例を示す概略図であり、本実施例は実施例１の改良に係わるものであり、第１実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
第１実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例１と同じ混合器17を、又下流側にも実施例１と同じ燃焼触媒保持具18を配設し、これらの部材は、それぞれの軸芯パイプ17ａ、５ａ、18ａを貫通するボルト19及び該ボルト19の端部を締結するナット20により一体化固定され、燃焼筒12内に収容されて、燃焼触媒保持装置25が構成されている。該燃焼筒12の下流端は内向きに折り曲げられてＵ字状に成形され、このＵ字状成形部24に前記燃焼触媒保持具18の後端部18ｂを嵌入係止している。
実施例１と同様に燃焼触媒５の変形が燃焼触媒保持具18により防止され、該燃焼触媒保持具18に掛かる圧力は、その後端部18ｂから前記燃焼筒12に移行し、該燃焼筒12全体で前記燃焼触媒５を保持することになる。従って燃焼触媒５は更に安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
【００２４】
図４は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第４実施例を示す概略図であり、本実施例は実施例１の改良に係わるものであり、第１実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置28では、第１実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例１と同じ混合器17が配設され、該混合器17及び前記燃焼触媒５の中心部には該燃焼触媒５の軸芯パイプ５ａ内を貫通するように下流端面が閉塞された燃焼用空気導入パイプ26が螺挿され、該パイプ26の下流側にはその外壁を貫通するように放射状の燃焼用空気導入パイプ梁27が設置され、該梁27は前記燃焼筒12を貫通しかつ前記燃焼触媒５の後面を保持している。
【００２５】
この燃焼触媒保持装置28では、燃料と空気の混合ガスの圧力が燃焼触媒５に掛かっても放射状の燃焼用空気導入パイプ梁27が燃焼触媒５全体を保持し、軸方向の移動及び変形を防止している。前記梁27に掛かる負荷は引張力の働いている軸中心部の燃焼用空気導入パイプ26を介して低温側の混合器17及び前記梁27が連結された燃焼筒12で受けることになる。従って燃焼触媒５は燃焼筒12内で大きく変形したり該燃焼筒12から抜けたりすることがなくなり、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。更にこの燃焼触媒保持装置28では、その外周側を通る燃焼用空気の一部が放射状の燃焼用空気導入パイプ梁27に入り、燃焼用空気導入パイプ26を通って混合器17の上流側に出るので、特に燃焼ガスに曝されるパイプ梁27が冷却されて熱疲労が抑制される。
【００２６】
図５は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第５実施例を示す概略図であり、図５ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図５ｂはその縦断正面図である。本実施例は第１実施例の改良に係わるものであり、第１実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置45では、第１実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例１と同じ混合器17が配設され、前記燃焼触媒５の下流側の燃焼筒12の内面間に交差状に複数のワイヤ44を弛ませて張設しかつ各ワイヤ端を燃焼筒12内面に溶接して、各ワイヤ44が前記燃焼触媒５の下流面に接触するか近接するようにしている。
この燃焼触媒保持装置45では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、図５ａに示すように燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記ワイヤ44に接触し、該ワイヤ44が図示の通り円弧状に緊張状態になるまで変形するが、該ワイヤ44により、これ以上の変形が防止される。該ワイヤ44に掛かる負荷は、充分な強度を有する燃焼筒12に伝達される。
【００２７】
図６は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第６実施例を示す概略図であり、図６ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図６ｂはその縦断正面図である。本実施例は第５実施例の改良に係わるものであり、第５実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置31では、第５実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例５と同じ混合器17が配設され、該混合器17及び燃焼触媒５の軸中心部にロッド29を貫通し、該ロッド29の先端を混合器17の前面中心部に結合させている。該ロッド29の後端部と前記燃焼筒12内面との間には複数のワイヤ30を弛ませて張設しかつ各ワイヤ端を燃焼筒12内面に溶接して、各ワイヤ30が前記燃焼触媒５の下流面に接触するか近接するようにしている。
この燃焼触媒保持装置31では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、図６ａに示すように燃焼筒12とロッド29間の燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記ワイヤ30に接触し、該ワイヤ30が図示の通り円弧状に緊張状態になるまで変形するが、該ワイヤ30によりこれ以上の変形が防止され安全かつ確実に燃焼室内に保持される。該ワイヤ30に掛かる負荷は、充分な強度を有する燃焼筒12に伝達される。
【００２８】
図７は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第７実施例を示す概略図であり、本実施例は第６実施例の改良に係わるものであり、第６実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置34では、第６実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例６と同じ混合器17が配設され、該混合器17及び燃焼触媒５の軸中心部にロッド29を貫通し、該ロッド29の先端を混合器17の前面中心部に結合させている。該ロッド29の後端部には略円弧状の切欠溝33を有するサポートグリッド32が設置され、前記ロッド29の後端部と前記燃焼筒12内面との間には、複数のワイヤ30が前記切欠溝33を通るように張設している。
この燃焼触媒保持装置34では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、図示の通り燃焼筒12とロッド29間の燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記サポートグリッド32に接触して軸方向の変形が防止され、ワイヤ30に掛かる負荷はロッド29を介して混合器17が及びワイヤ30を介して燃焼筒12が受けることになる。従って前記燃焼触媒５は変形したり燃焼筒12から抜けたりすることがなく、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
【００２９】
図８は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第８実施例を示す概略図であり、図８ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図８ｂはその縦断正面図である。本実施例は第５実施例の改良に係わるものであり、第５実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置37では、第５実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例５と同じ混合器17が配設されている。燃焼触媒５より下流側の燃焼筒12内面には格子状のサポートグリッド35が設置され、該サポートグリッド35の後面には、縦横に略円弧状となる切欠溝36が形成され、この切欠溝36に沿って両端が前記燃焼筒12内面に溶接されたワイヤ30を張設している。
この燃焼触媒保持装置37では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記サポートグリッド35に接触して軸方向の変形が防止され、ワイヤ30に掛かる負荷はワイヤ30を介して燃焼筒12全体が受けることになる。従って前記燃焼触媒５は変形したり燃焼筒12から抜けたりすることがなく、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
なお前記サポートグリッド35の格子形状は図示のものに限定されず、種々の形状を選択できる。又切欠溝36において、サポートグリッド35の中央寄り側で引っ掛かるような凸部等をワイヤ30に設けるようにすれば、サポートグリッド35の桟の変形を防止できるので一層効果的である。
【００３０】
図９は、本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第９実施例を示す概略図であり、図９ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図９ｂはその縦断正面図である。本実施例は第８実施例の改良に係わるものであり、第８実施例と同一部材については同一符号を付して説明を省略する。
本実施例の燃焼触媒保持装置42では、第８実施例と同じ燃焼筒12内の燃焼触媒５の上流側に実施例８と同じ混合器17が配設されている。燃焼触媒５より下流側の燃焼筒12内面には後面を球面38とした格子状のサポートグリッド35が設置され、該サポートグリッド35の球面38には、球面状に成形したワイヤメッシュ39を密着状態で設置し、かつ該ワイヤメッシュ39の周縁部を前記燃焼筒12の後端部を内向きに折り曲げて形成した折曲げ筒部40の折曲げＵ字状部41に挿入し溶接している。
この燃焼触媒保持装置42では、燃料と空気の混合ガスの大きな圧力が燃焼触媒５に掛かると、燃焼触媒５の中心部が下流側に押し出されて若干変形することがある。この燃焼触媒５は前記サポートグリッド35に接触して軸方向の変形が防止され、ワイヤメッシュ39に掛かる負荷はワイヤメッシュ39を介して燃焼筒12全体が受けることになる。従って前記燃焼触媒５は変形したり燃焼筒12から抜けたりすることがなく、安全かつ確実に燃焼室内に保持される。
なお前記ワイヤメッシュ39は、そのワイヤ同士が交差する点で溶接したものを使えば、ワイヤがずれたりすることがなくなり、一層効果的である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は基本的に、帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を筒体内に配し、下流側の燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、その変形を防止することを特徴とする燃焼触媒保持装置である。
本発明によると、大径の燃焼触媒でも全体の軸方向の移動を抑止でき、これに伴って生ずる負荷を燃焼筒で受けることができるので、燃焼触媒は燃焼筒から抜けたり過度に変形することがなくなり、安全かつ確実に燃料室内に保持される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第１実施例を示す縦断側面図。
【図２】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第２実施例を示すもので、図２ａはその縦断側面図、図２ｂは縦断正面図。
【図３】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第３実施例を示す縦断側面図。
【図４】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第４実施例を示す縦断側面図。
【図５】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第５実施例を示すもので、図５ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図５ｂはその縦断正面図。
【図６】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第６実施例を示すもので、図６ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図６ｂはその縦断正面図。
【図７】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第７実施例を示す縦断側面図。
【図８】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第８実施例を示すもので、図８ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図８ｂはその縦断正面図。
【図９】本発明に係わる燃焼触媒保持装置の第９実施例を示すもので、図９ａは燃焼触媒が僅かに変形した状態の縦断側面図、図９ｂはその縦断正面図。
【図１０】片面に触媒を担持した波形状の帯状金属箔を示す図であり、図10ａはその平面図、図10ｂはその側面図。
【図１１】図10の帯状金属箔を多重に巻いて形成した燃焼触媒を示す図。
【図１２】図11の燃焼触媒の変形状態を示すもので、図12ａは変形前、図12ｂは変形後の状態を示す概略図。
【符号の説明】
１・・・帯状金属箔 ２・・・触媒 ３・・・触媒通路 ４・・・無触媒通路
５・・・燃焼触媒 ５ａ・・・軸芯パイプ 10・・・燃焼器外筒 11・・・ヘッド 12・・・燃焼筒 13・・・スペーサー 14・・・供給筒 15・・・燃焼器本体 16・・・燃焼触媒保持装置 17・・・混合器 17ａ・・・軸芯パイプ 18・・・燃焼触媒保持具 18ａ・・・軸芯パイプ 18ｂ・・・後端部 19・・・ボルト 20・・・ナット 21・・・梁 23・・・燃焼触媒保持装置 24・・・Ｕ字状成形部 25・・・燃焼触媒保持装置 26・・・燃焼用空気導入パイプ 27・・・燃焼用空気導入パイプ梁 28・・・燃焼触媒保持装置 29・・・ロッド 30・・・ワイヤ 31・・・燃焼触媒保持装置 32・・・サポートグリッド 33・・・切欠溝 34・・・燃焼触媒保持装置 35・・・サポートグリッド 36・・・切欠溝 37・・・燃焼触媒保持装置 38・・・球面 39・・・ワイヤメッシュ 40・・・折曲げ筒部 41・・・折曲げＵ字状部 42・・・燃焼触媒保持装置 43・・・気体整流器 44・・・ワイヤ 45・・・燃焼触媒保持装置
Claims (16)
- 帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、上流側の機器と下流側の燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、前記機器、燃焼触媒及び燃焼触媒保持具をこれらを貫通する引張部材で締結したことを特徴とする燃焼触媒保持装置。
- 帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、上流側の機器と下流側の燃焼触媒保持具で前記燃焼触媒を保持し、前記機器、燃焼触媒及び燃焼触媒保持具をこれらを貫通する引張部材で締結し、更に前記燃焼触媒保持具の後端部を前記燃焼筒の後端部を内側に折曲げ成形した係止部に係止して前記燃焼筒内に固定したことを特徴とする燃焼触媒保持装置。
- 帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側から貫通して該燃焼触媒の上流側の機器の上流側に達しかつ下流端が閉塞された燃焼用空気導入パイプを設置し、かつ該燃焼用空気導入パイプの閉塞端近傍の周壁を貫通しかつ前記燃焼筒外部に達する複数の燃焼用空気導入用パイプ梁により前記燃焼筒と前記燃焼用空気導入パイプを連通させかつ前記燃焼用空気導入パイプ梁により前記燃焼触媒の下流面を保持することを特徴とする燃焼触媒保持装置。
- 帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、前記燃焼触媒より下流側の燃焼筒内面に複数のワイヤを張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置。
- 帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側から貫通して該燃焼触媒の上流側の機器に固定された引張部材の前記燃焼触媒より下流側と前記燃焼筒内面間に複数のワイヤを張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置。
- 帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側に切欠溝を刻設したサポートグリッドを配設し、該燃焼触媒の下流側から貫通して該燃焼触媒の上流側の機器に固定された引張部材の前記燃焼触媒より下流側と前記燃焼筒内面間に複数のワイヤを前記サポートグリッドの切欠溝を通して張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置。
- 帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側に縦横の略円弧状の切欠溝を刻設したサポートグリッドを配設し、前記燃焼触媒より下流側の燃焼筒内面間に複数のワイヤを前記切欠溝に係止するよう張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置。
- 帯状金属箔に触媒が担持され、これが多重に巻かれて形成された燃焼触媒を燃焼筒内に配し、該燃焼触媒の下流側に、後面を球面とした格子状のサポートグリッドを配設し、前記燃焼触媒より下流側の燃焼筒内面間に複数のワイヤメッシュを前記球面に密着するよう張設したことを特徴とする燃焼触媒保持装置。
- 燃焼触媒を構成する帯状金属箔が波形状である請求項１から８までのいずれかに記載の燃焼触媒保持装置。
- 燃焼触媒の上流側に位置する機器が気体整流能を有する請求項１から３及び５から８までのいずれかに記載の燃焼触媒保持装置。
- 燃焼触媒の上流側に位置する機器が気体混合能を有する請求項１から３及び５から８までのいずれかに記載の燃焼触媒保持装置。
- 燃焼触媒保持具が、燃焼筒内で放射状の梁を形成し、該梁の先端部が燃焼筒内の燃焼触媒より下流側に固定されている請求項１に記載の燃焼触媒保持装置。
- 燃焼触媒保持具が、保炎機能を有している請求項１又は２に記載の燃焼触媒保持装置。
- 引張部材が、ボルト及びナットである請求項１、２、５及び６のいずれかに記載の燃焼触媒保持装置。
- 係止部がＵ字状である請求項２に記載の燃焼触媒保持装置。
- 燃焼触媒が、触媒通路及び無触媒通路を有している請求項１から15までのいずれかに記載の燃焼触媒保持装置。
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