JP2000297908A - Catalytic combustion device - Google Patents

Catalytic combustion device

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JP2000297908A
JP2000297908A JP11105151A JP10515199A JP2000297908A JP 2000297908 A JP2000297908 A JP 2000297908A JP 11105151 A JP11105151 A JP 11105151A JP 10515199 A JP10515199 A JP 10515199A JP 2000297908 A JP2000297908 A JP 2000297908A
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JP
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catalyst
heat
layer
upstream
catalyst body
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JP11105151A
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Japanese (ja)
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Motohiro Suzuki
基啓 鈴木
Yoshitaka Kawasaki
良隆 川崎
Tatsuo Fujita
龍夫 藤田
Tetsuo Terajima
徹生 寺島
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the decease of thickness and optionality of the shape of a combustion device and to suppress lowering of activity of a catalyst, in a catalyst combustion device to effectively utilize a combustion reaction heat. SOLUTION: This device comprises a combustion chamber 7 having a catalyst body 11 to cause a base material having a plurality of communication holes to support an oxidation catalyst component; and a transmission window or a radiation heat receiving body 9 installed on a combustion chamber wall and made of a heat radiation transmissive material. A heat insulation layer 6 communicated with a flow passage in which air-fuel premixture flows and provided at an internal part with an air-fuel premixture hole 8 is installed on the transmission window of the combustion chamber 7 or a wall positioned facing the radiation heat receiving body 9.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼反応熱を有効
利用する触媒燃焼装置において、薄型化等、燃焼装置の
形状の任意性の向上、および触媒の活性低下の進行の抑
制を実現するための、主に触媒燃焼部の構成に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a catalytic combustion device which makes effective use of heat of combustion reaction. Mainly relates to the configuration of the catalytic combustion section.

【0002】[0002]

【従来の技術】各種燃料に対して酸化活性を有する触媒
を用いた触媒燃焼装置において、触媒燃焼部の構成とし
て、従来から多数の提案がなされている。このうち、燃
料と空気の予混合気を供給して主に触媒体の上流面近傍
で接触酸化させ、触媒体の連通孔を経て燃焼排ガスを排
出するもの等が良く知られている。
2. Description of the Related Art In a catalytic combustion apparatus using a catalyst having an oxidizing activity with respect to various fuels, a large number of proposals have hitherto been made as constitutions of a catalytic combustion section. Of these, a well-known method is known in which a premixed mixture of fuel and air is supplied to oxidize the catalyst mainly in the vicinity of the upstream surface of the catalyst body and exhaust the combustion exhaust gas through the communication hole of the catalyst body.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上記従来の触媒燃焼装
置は、触媒体の上流面からの放射熱を有効利用するもの
である。また、触媒体の下流面からの放射熱および排出
される高温の燃焼排ガスは、燃焼装置の背面の加熱に供
せられることから、燃焼装置の背面の低温化を実現する
ためには、別途空気断熱層あるいは断熱材を設置する必
要があり、燃焼装置が大型化する傾向があることから、
薄型の触媒燃焼装置を実現することが困難であるという
課題があった。また、触媒体の下流面からの放射熱は、
最終的には燃焼装置の外壁からの放射および自然対流に
よる放熱損失となることから、下流面からの放射熱を有
効利用することができないという課題があった。さら
に、主に触媒体の上流面近傍で接触酸化反応を行ってお
り、触媒体の上流面入口から下流数ミリの位置に最高温
度領域が形成されるものの、この領域からの放射熱の大
部分は、触媒体の開口部から直接放射されることがない
ことから、触媒体内部の最高温度領域からの放射熱を有
効利用することができないという課題があった。
The above-mentioned conventional catalytic combustion apparatus effectively utilizes radiant heat from the upstream surface of the catalyst body. In addition, since the radiant heat from the downstream surface of the catalyst body and the high-temperature exhaust gas discharged are used for heating the rear surface of the combustion device, it is necessary to separately provide air to lower the temperature of the rear surface of the combustion device. Since it is necessary to install a heat insulating layer or heat insulating material, and the combustion equipment tends to be large,
There is a problem that it is difficult to realize a thin catalytic combustion device. The radiant heat from the downstream surface of the catalyst body is
Eventually, radiation from the outer wall of the combustion device and heat loss due to natural convection are caused, so that there is a problem that radiant heat from the downstream surface cannot be effectively used. Furthermore, the catalytic oxidation reaction is mainly performed near the upstream surface of the catalyst, and the highest temperature region is formed at a position several millimeters downstream from the inlet of the catalyst, but most of the radiant heat from this region However, there is a problem that the radiant heat from the highest temperature region inside the catalyst body cannot be effectively used because the heat is not directly radiated from the opening of the catalyst body.

【0004】さらに、初期には、主に触媒体の上流面近
傍で接触酸化反応を行っているが、上流面近傍から次第
に活性が低下して、主に触媒体の内部での接触酸化反応
が行われるようになると、触媒体内部の温度が上昇する
ことから、加速的に触媒活性の低下が進行するという課
題があった。また、触媒体表面で反応する燃料の量に対
応して触媒体の温度が増減するという特性を有すること
から、触媒体に対する単位断面積当たりの燃焼量の上限
は触媒層に担持された活性成分(例えば白金族金属な
ど)の耐熱限界温度で規制される。このため、高負荷燃
焼を行うためには触媒体の断面積を増加させる必要があ
るという課題があった。
In the initial stage, the catalytic oxidation reaction mainly occurs near the upstream surface of the catalyst, but the activity gradually decreases from near the upstream surface, and the catalytic oxidation reaction mainly occurs inside the catalyst. When the process is performed, there is a problem that the temperature inside the catalyst body increases, so that the catalyst activity rapidly decreases. In addition, since the temperature of the catalyst body increases and decreases in accordance with the amount of fuel reacting on the surface of the catalyst body, the upper limit of the amount of combustion per unit cross-sectional area with respect to the catalyst body is limited to the amount of the active component carried on the catalyst layer. (For example, platinum group metals). Therefore, there is a problem that it is necessary to increase the cross-sectional area of the catalyst body in order to perform high-load combustion.

【0005】本発明は、かかる従来の触媒燃焼装置の課
題を解決することを目的とするものである。
An object of the present invention is to solve the problems of such a conventional catalytic combustion device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の第1の触媒燃焼装置では、触媒体を備えた
燃焼室と、燃焼室壁に設置した熱線透過性材料からなる
透過窓もしくは放射受熱体を備えるとともに、予混合気
を流入する流路と連通し、内部に予混合気連通孔を有す
る断熱層を、燃焼室の透過窓もしくは放射受熱体に対向
する壁に設置したことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, a first catalytic combustion apparatus of the present invention comprises a combustion chamber provided with a catalyst body and a transmission chamber made of a heat ray permeable material provided on a wall of the combustion chamber. A heat insulating layer having a window or a radiation heat receiving body, communicating with a flow path through which the premixed gas flows, and having a premixed gas communication hole therein is installed on a transmission window of the combustion chamber or a wall facing the radiation heat receiving body. It is characterized by:

【0007】また、本発明の第2の触媒燃焼装置では、
予混合気連通孔から流出する予混合気の流線と触媒体の
連通孔に流入する予混合気の流線が直交するように触媒
体を配置したことを特徴としている。また、複数の触媒
体を互いの上流面が対向するように燃焼室内に配置した
ことを特徴としている。
[0007] In the second catalytic combustion device of the present invention,
The catalyst body is characterized in that the streamline of the premixed gas flowing out from the premixed gas communication hole and the streamline of the premixed gas flowing into the communication hole of the catalyst body are orthogonal to each other. Further, the invention is characterized in that a plurality of catalysts are arranged in the combustion chamber such that their upstream faces face each other.

【0008】また、本発明の第3の触媒燃焼装置では、
触媒体は、触媒連通孔層を積層配置して、上流入口近傍
に隣接する触媒連通孔層により被覆されない赤熱放射面
を備えた構成とするとともに、赤熱放射面に対向する燃
焼室壁に透過窓もしくは放射受熱体を設置したことを特
徴としている。また、触媒連通孔層は、平板と波板の積
層配置により触媒体に流入する予混合気の流線に平行な
流路を形成した構成であることを特徴としている。
In the third catalytic combustion device of the present invention,
The catalyst body has a structure in which a catalyst communication hole layer is stacked and arranged, and has a red-heat emission surface that is not covered by the catalyst communication hole layer adjacent to the upstream entrance, and a transmission window is formed in a combustion chamber wall facing the red-heat emission surface. Alternatively, a radiant heat receiver is provided. Further, the catalyst communication hole layer is characterized in that a flow path parallel to the streamline of the premixed gas flowing into the catalyst body is formed by a laminated arrangement of a flat plate and a corrugated plate.

【0009】さらに、本発明の第4の触媒燃焼装置で
は、触媒体は、上流面近傍のみに酸化触媒成分を担持さ
せた上流部担持層と、上流部担持層よりも下流側のみに
酸化触媒成分を担持させた下流部担持層を交互に積層配
置した構成であることを特徴としている。また、触媒体
は、酸化触媒成分を担持させた触媒担持層と、酸化触媒
成分を担持させない未担持層を交互に積層配置した構成
であるとともに、補助触媒体を触媒体の下流側に配置し
たことを特徴としている。
Further, in the fourth catalytic combustion device of the present invention, the catalyst body comprises an upstream supporting layer in which the oxidation catalyst component is supported only in the vicinity of the upstream surface, and an oxidation catalyst only in the downstream side of the upstream supporting layer. It is characterized in that a downstream portion carrying layers carrying the components are alternately stacked. In addition, the catalyst body has a configuration in which a catalyst support layer supporting the oxidation catalyst component and an unsupported layer not supporting the oxidation catalyst component are alternately stacked, and the auxiliary catalyst body is disposed downstream of the catalyst body. It is characterized by:

【0010】[0010]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。本発明の実施には、多数の
連通孔を有して各種燃料への酸化活性を有する触媒体、
耐熱性の熱線透過材料、熱線の反射材料、開口率が大な
る金属触媒体等の他、着火装置や流量制御装置、燃料と
空気の混合器、あるいは必要に応じて液体燃料の気化
器、温度検出装置や駆動装置等が必要となる。触媒体
は、金属やセラミックのハニカム担体、あるいはセラミ
ック繊維の編組体、多孔質焼結体等に、白金やパラジウ
ム等の貴金属を主成分とした活性成分を担持させたもの
を用い、また耐熱性の熱線透過材料としては、石英ガラ
スや結晶化ガラス等を用いる。また空気や気体燃料の流
量制御には手動のニードルバルブや電動のソレノイドバ
ルブ等が使われ、液体燃料の場合には電磁ポンプ等を使
用する。また、その他の駆動部分は手動のレバー操作、
自動制御のモータ駆動等が可能で、着火装置としては電
気ヒータや放電点火器等を使用し得る。なお、これらは
いずれも従来から広く採用されている手段であり、他の
公知の手段でも可能である。ここでは、それらの詳細に
ついては説明を省略する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the practice of the present invention, a catalyst body having a large number of communication holes and having oxidation activity to various fuels,
In addition to heat-resistant heat ray transmitting materials, heat ray reflecting materials, metal catalysts with a large aperture ratio, ignition devices and flow rate control devices, fuel and air mixers, or liquid fuel vaporizers if necessary, temperature A detecting device, a driving device, and the like are required. The catalyst body is a metal or ceramic honeycomb carrier, or a ceramic fiber braided body, a porous sintered body, etc., on which an active component mainly composed of a noble metal such as platinum or palladium is supported. As the heat ray transmitting material, quartz glass or crystallized glass is used. A manual needle valve or an electric solenoid valve is used for controlling the flow rate of air or gaseous fuel, and an electromagnetic pump or the like is used for liquid fuel. Other driving parts are manual lever operation,
An automatic control motor drive or the like is possible, and an electric heater, a discharge igniter, or the like can be used as the ignition device. These are all means conventionally widely used, and other known means are also possible. Here, the description of those details is omitted.

【0011】(実施の形態1)図1は本発明に係る触媒
燃焼装置の実施の形態の部分断面構成図である。図1に
おいて、1は燃料供給部、2は燃料の噴出量を制御する
制御バルブ、3は給気ファン、4は燃料と空気の混合
室、5は予混合気室、6はセラミックハニカムをからな
る断熱層、7は燃焼室である。ここで、予混合気室5と
燃焼室7は予混合気連通孔8により連通している。ま
た、9はアルミニウム板からなる放射受熱体であり、一
部に熱交換用のフィン10を設置している。また、11
はセラミックハニカムに白金属の貴金属を担持させた触
媒体、12は電気ヒータからなる点火器、13は燃焼排
ガス排出口である。さらに、予混合気室5の外側に空気
断熱層を介して配置した14は燃焼装置ケースである。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a partial sectional configuration view of an embodiment of a catalytic combustion apparatus according to the present invention. In FIG. 1, 1 is a fuel supply unit, 2 is a control valve for controlling the amount of injected fuel, 3 is an air supply fan, 4 is a fuel and air mixing chamber, 5 is a premixed air chamber, and 6 is a ceramic honeycomb. The heat insulating layer 7 is a combustion chamber. Here, the premixed gas chamber 5 and the combustion chamber 7 communicate with each other through a premixed gas communication hole 8. Reference numeral 9 denotes a radiation heat receiving body made of an aluminum plate, and a fin 10 for heat exchange is provided in a part thereof. Also, 11
Is a catalyst body in which a precious metal of white metal is supported on a ceramic honeycomb, 12 is an igniter composed of an electric heater, and 13 is a combustion exhaust gas outlet. Further, reference numeral 14 arranged outside the premixed gas chamber 5 via an air heat insulating layer is a combustion device case.

【0012】次に、本実施の形態の動作と特性について
説明する。配管供給される燃料(ここでは都市ガスを使
用)は、制御バルブ2において噴出量を制御され、混合
室4内で給気ファン3から供給される空気と混合された
後、予混合気室5に供給される。また、予混合気室5に
供給された燃料と空気の予混合気は、断熱層6内に配置
された予混合気連通孔8を経由して、燃焼室7に供給さ
れる。
Next, the operation and characteristics of this embodiment will be described. The amount of fuel supplied from the pipe (here, city gas is used) is controlled by a control valve 2 and mixed with air supplied from an air supply fan 3 in a mixing chamber 4. Supplied to Further, the premixed gas of the fuel and the air supplied to the premixed gas chamber 5 is supplied to the combustion chamber 7 via the premixed gas communication hole 8 arranged in the heat insulating layer 6.

【0013】燃焼初期において、触媒体11の連通孔を
通過した予混合気に点火器12への通電により着火さ
れ、触媒体11の下流近傍で火炎燃焼を開始する。この
火炎により加熱された触媒体11は、下流面近傍が最初
に昇温してここで触媒燃焼を開始し、その燃焼熱により
さらに上流側が加熱されることを繰り返して、やがて上
流面近傍での触媒燃焼へと移行し、触媒体11の上流面
は800〜900℃の赤熱状態に達する。定常燃焼にお
いて、触媒体11の上流面の温度は800〜900℃、
下流面の温度は、触媒体11厚さ等の依存性を有するも
のの、500〜700℃となる。このとき、燃料の反応
熱量の50〜60%は、触媒体11の上流側に熱放射さ
れ、21〜30%は下流側に熱放射され、残量は燃焼排
ガスの保有する熱量として排出される。
In the initial stage of combustion, the premixed gas that has passed through the communication hole of the catalyst body 11 is ignited by energizing the igniter 12, and flame combustion starts near the downstream of the catalyst body 11. The catalyst body 11 heated by the flame first raises the temperature in the vicinity of the downstream surface and starts catalytic combustion here, and further heats the upstream side by the combustion heat. Transition to catalytic combustion occurs, and the upstream surface of the catalyst body 11 reaches a red-hot state at 800 to 900 ° C. In the steady combustion, the temperature of the upstream surface of the catalyst body 11 is 800 to 900 ° C.
The temperature of the downstream surface is 500 to 700 ° C., although it depends on the thickness of the catalyst body 11 and the like. At this time, 50 to 60% of the reaction heat amount of the fuel is radiated to the upstream side of the catalyst body 11, 21 to 30% is radiated to the downstream side, and the remaining amount is discharged as the heat amount of the combustion exhaust gas. .

【0014】このうち、触媒体11の上流側への放射熱
の一部は、直接放射受熱体9に吸収され、高熱伝導率の
アルミニウム板からなる放射受熱体9内を伝導して拡散
された後、放射受熱体9から外部に放射される。また、
一部はセラミックハニカムにより構成される予混合気連
通孔8に吸収された後、再度放射受熱体9に対して放射
される、もしくは、予混合気連通孔8を通過する予混合
気の加熱に供せられ、触媒体11に還流される。さら
に、対向する触媒体11に対しても熱線の放射が行わ
れ、約80%以上が吸収されて対向する触媒体11の加
熱に供せられる。このような加熱により昇温した対向す
る触媒体11からの放射熱量の増加分は、再度触媒体8
に還流される。
Among them, a part of the radiant heat to the upstream side of the catalyst body 11 is directly absorbed by the radiant heat receiver 9 and is diffused by conduction in the radiant heat receiver 9 made of an aluminum plate having a high thermal conductivity. Thereafter, the radiation is radiated from the radiation heat receiving body 9 to the outside. Also,
A part is absorbed in the premixed gas communication hole 8 constituted by the ceramic honeycomb, and then is radiated again to the radiant heat receiver 9 or is used for heating the premixed gas passing through the premixed gas communication hole 8. It is supplied and refluxed to the catalyst body 11. Further, heat rays are also emitted to the opposed catalyst body 11, and about 80% or more is absorbed and used for heating the opposed catalyst body 11. The amount of increase in the amount of radiant heat from the opposed catalyst body 11 that has been heated by such heating is reduced again by the catalyst body 8.
Refluxed.

【0015】一方、触媒体11の下流側への放射熱の約
50%は、直接放射受熱体9に吸収され、高熱伝導率の
アルミニウム板からなる放射受熱体9内を伝導して拡散
された後、放射受熱体9から外部に放射される。また、
燃焼室7の断熱層6側の壁に対しても熱線の放射が行わ
れる。この放射熱の一部は、燃焼室7の断熱層6側の壁
で反射された後、放射受熱体9に吸収され、また一部
は、断熱層6を経由して予混合気室5側へと伝導される
ものの、断熱層6は熱非良導体のセラミックハニカムに
より構成されていることから、伝導量は非常に小さいも
のとなる。このため、予混合気室5の壁の温度は100
℃以下に維持される。さらに、予混合気室5と空気断熱
層を介して配置された燃焼装置ケース14の温度は60
℃以下に維持される。
On the other hand, about 50% of the radiant heat to the downstream side of the catalyst body 11 is directly absorbed by the radiant heat receiver 9 and diffused through the radiant heat receiver 9 made of an aluminum plate having a high thermal conductivity. Thereafter, the radiation is radiated from the radiation heat receiving body 9 to the outside. Also,
Heat rays are also emitted to the wall of the combustion chamber 7 on the heat insulating layer 6 side. Part of this radiant heat is reflected by the wall of the combustion chamber 7 on the heat insulating layer 6 side, and then absorbed by the radiation heat receiving body 9, and part of the radiant heat passes through the heat insulating layer 6 to the premixed gas chamber 5 side However, since the heat insulating layer 6 is formed of a ceramic honeycomb of a poor heat conductor, the amount of conduction is very small. Therefore, the temperature of the wall of the premixed gas chamber 5 is 100
It is kept below ℃. Further, the temperature of the combustion device case 14 arranged via the premixed gas chamber 5 and the air insulation layer is 60 ° C.
It is kept below ℃.

【0016】さらに、触媒体11の下流面の温度と同程
度の温度を有する燃焼排ガスは、主に熱交換用のフィン
10において放射受熱体9との熱交換を行い、210〜
250℃まで温度低下した後、燃焼排ガス排出口13よ
り排出される。この際、回収された燃焼排ガスの保有す
る熱量は、高熱伝導率のアルミニウム板からなる放射受
熱体9内を伝導して拡散された後、放射受熱体9から外
部に放射される。
Further, the flue gas having the same temperature as the temperature of the downstream surface of the catalyst body 11 exchanges heat with the radiation heat receiving body 9 mainly at the fins 10 for heat exchange, and
After the temperature has dropped to 250 ° C., it is discharged from the flue gas discharge port 13. At this time, the amount of heat held by the recovered combustion exhaust gas is diffused by conduction in the radiation heat receiving body 9 made of an aluminum plate having a high thermal conductivity, and then radiated from the radiation heat receiving body 9 to the outside.

【0017】このように触媒体11の上流と下流の両面
を放射受熱体9に対して露出する構成を適用することに
より、触媒体11の上流面近傍で接触酸化させ、触媒体
11の上流面からの放射熱を有効利用するものと同様
に、触媒体11の上流面からの放射熱を有効利用できる
ことに加えて、下流面からの放射熱の50%以上を利用
することが可能となることから、極めて熱利用効率の高
い触媒燃焼装置を提供し得るものとなる。また、このよ
うな触媒体11の配置に加えて、熱非良導体のセラミッ
クハニカムにより構成される断熱層6を燃焼室7の燃焼
装置ケース14側に設置することにより、燃焼装置ケー
ス14への伝熱量を大幅に抑制することが可能となるこ
とから、厚い断熱材や空気断熱層を設置することなく、
予混合気室5と燃焼装置ケース14の間に僅か5〜10
mm程度の空気断熱層を設置することにより、燃焼装置
ケース14の温度を抑制し得るものとなる。このため、
非常にコンパクトで薄型の触媒燃焼装置を実現すること
が可能となる。さらに、複数の触媒体11の上流面を対
向設置することにより、相互の放射熱の一部を受熱する
ことにより触媒燃焼の支援(触媒体11の温度維持)が
行われることから、特に低い燃焼負荷においても燃焼安
定性に優れた触媒燃焼装置を提供し得るものとなる。
By applying a configuration in which both the upstream and downstream surfaces of the catalyst body 11 are exposed to the radiation heat receiving body 9 as described above, contact oxidation is performed near the upstream surface of the catalyst body 11 and the upstream surface of the catalyst body 11 is exposed. In addition to effectively utilizing the radiant heat from the upstream surface of the catalyst body 11 as well as using the radiant heat from the catalytic converter 11, it is possible to use 50% or more of the radiant heat from the downstream surface. Therefore, it is possible to provide a catalytic combustion device having extremely high heat utilization efficiency. Further, in addition to such an arrangement of the catalyst body 11, a heat insulating layer 6 made of a ceramic honeycomb of a poor heat conductor is provided on the combustion device case 14 side of the combustion chamber 7, so that the heat transfer to the combustion device case 14 is achieved. Because it is possible to significantly reduce the amount of heat, without installing a thick heat insulating material or air heat insulation layer,
Only 5 to 10 between the premixed gas chamber 5 and the combustion device case 14
By installing an air heat insulation layer of about mm, the temperature of the combustion device case 14 can be suppressed. For this reason,
A very compact and thin catalytic combustion device can be realized. Furthermore, by arranging the upstream surfaces of the plurality of catalyst bodies 11 to face each other, a part of the mutual radiant heat is received to support the catalytic combustion (maintain the temperature of the catalyst bodies 11). It is possible to provide a catalytic combustion device excellent in combustion stability even under load.

【0018】なお、本実施の形態において、触媒体11
として、セラミックのハニカム担体を用いているが、セ
ラミック繊維の編組体、多孔質焼結体、金属基材からな
るハニカム形状の担体、金属繊維からなる編組体、パン
チングメタルもしくは開孔率の大きいラス網等等を用い
ても良く、上記と同様の効果が得られるものである。ま
た、断熱層6はセラミックハニカムにより構成されてい
るが、一部に予混合気連通孔8を有する熱非良導性の基
材であれば、ガラス(セラミック)繊維からなる断熱材
を用いても良く、上記と同様の効果が得られるものであ
る。また、断熱室6を燃焼室7の外側に設置している
が、燃焼室7の内側に配置しても良く、上記と同様の効
果が得られるものである。さらに、アルミニウム板から
なる放射受熱体9を設置しているが、石英ガラスや結晶
化ガラス等の熱線透過材料を設置、もしくは放射受熱体
9の表面に熱媒体流路を添装しても良く、いずれも上記
と同様の効果が得られるものである。
In this embodiment, the catalyst 11
As the ceramic honeycomb carrier, a ceramic fiber braided body, a porous sintered body, a honeycomb-shaped carrier made of a metal substrate, a braided body made of a metal fiber, a punched metal or a lath having a large porosity. A net or the like may be used, and the same effect as described above can be obtained. The heat insulating layer 6 is made of a ceramic honeycomb. However, if the heat insulating layer 6 is a thermally non-conductive substrate having premixed gas communication holes 8 in part, a heat insulating material made of glass (ceramic) fiber is used. And the same effect as described above can be obtained. Further, although the heat insulating chamber 6 is provided outside the combustion chamber 7, it may be provided inside the combustion chamber 7, and the same effect as described above can be obtained. Furthermore, although the radiation heat receiving body 9 made of an aluminum plate is provided, a heat ray transmitting material such as quartz glass or crystallized glass may be provided, or a heat medium flow path may be provided on the surface of the radiation heat receiving body 9. In each case, the same effect as above can be obtained.

【0019】(実施の形態2)本発明の第2の実施の形
態について説明する。本実施の形態は、基本構成は実施
の形態1と同じであるが、触媒体は、触媒連通孔層を積
層配置して、隣接する触媒連通孔層により被覆されない
赤熱放射面を上流入口近傍に備えた構成とするととも
に、赤熱放射面に対向する燃焼室壁に熱線透過性材料か
らなる透過窓を設置している点が異なる。したがって、
この相違点を中心にして説明する。
(Embodiment 2) A second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, the basic configuration is the same as that of the first embodiment. However, the catalyst body has a stack of the catalyst communication hole layers, and a red-hot radiating surface not covered by the adjacent catalyst communication hole layer is arranged near the upstream entrance. The configuration is different from that of the first embodiment in that a transmission window made of a heat ray permeable material is provided on the combustion chamber wall facing the red heat radiation surface. Therefore,
The description will focus on this difference.

【0020】図2は本実施の形態の要部断面図である。
図2において、触媒体11は上流入口を順次下流側に配
置した金属基材からなる平板と波板により構成される複
数の触媒連通孔層15を積層することにより構成されて
いる。また、16は隣接する触媒連通孔層により被覆さ
れない赤熱放射面、17は触媒連通孔層15の側壁に対
向する燃焼室7壁の一部に設置された熱線透過材料から
なる透過窓である。
FIG. 2 is a sectional view of a main part of the present embodiment.
In FIG. 2, the catalyst body 11 is configured by laminating a plurality of catalyst communication hole layers 15 each composed of a flat plate made of a metal base material and a corrugated plate in which an upstream entrance is sequentially arranged on the downstream side. Reference numeral 16 denotes a red heat radiating surface which is not covered by the adjacent catalyst communication hole layer, and reference numeral 17 denotes a transmission window made of a heat ray transmission material provided on a part of the combustion chamber 7 wall facing the side wall of the catalyst communication hole layer 15.

【0021】次に、本実施の形態の動作と特性について
説明する。触媒体11の複数の触媒連通孔層15の上流
入口から燃料と空気の予混合気が供給されると、主に触
媒連通孔層15の上流入口近傍および側壁において接触
酸化反応が行われる。図3に示すように、触媒体11が
同一平面内の上流面を有する場合には、触媒体11の形
態上、内部よりも上流面近傍からの熱放射が容易に行わ
れることから、反応量と主に上流側への熱放射による放
熱量とのバランスにより、触媒体11の上流面から数ミ
リ下流側の位置に最高温度領域を有する温度分布とな
る。特に、触媒体11の上流面近傍からの触媒活性の低
下に伴い、より下流側での接触酸化反応が行われるよう
になると、触媒体11内部にさらに高温領域が形成され
るようになり、これにより加速的な触媒活性の低下をも
たらすこととなる。一方、触媒体11を隣接する触媒連
通孔層15により被覆されない赤熱放射面16を上流入
口近傍に備えた構成とする場合には、触媒連通孔層15
における反応熱の大部分は、赤熱放射面16から熱放射
され、反応量と放射量とのバランスにより、触媒体11
の上流面近傍からの触媒活性の低下を伴う場合にも、触
媒体11内部の局所的な高温領域は形成されにくい。こ
のため、透過窓17に対向する赤熱放射面16の温度は
800〜900℃の範囲内でほぼ均一化され、触媒体1
1全体に酸化触媒成分を担持させる場合(図3)のよう
に局所的な高温領域は観察されない。赤熱放射面16か
ら放射される熱線のうち、約10%は透過窓17で反射
され、触媒体11に還流される。また、約55%は一旦
透過窓17に吸収された後、500〜600℃に達した
透過窓17から2次放射が行われる。さらに、約35%
は透過窓17を透過して、直接触媒燃焼装置の外部に放
射される。
Next, the operation and characteristics of this embodiment will be described. When a premixed mixture of fuel and air is supplied from the upstream inlets of the plurality of catalyst communication hole layers 15 of the catalyst body 11, a catalytic oxidation reaction is mainly performed near the upstream inlet and side walls of the catalyst communication hole layers 15. As shown in FIG. 3, when the catalyst body 11 has an upstream surface in the same plane, heat radiation from the vicinity of the upstream surface is more easily performed than the inside due to the form of the catalyst body 11. The temperature distribution has a maximum temperature region at a position several millimeters downstream from the upstream surface of the catalyst body 11 due to the balance between the heat radiation amount and the heat radiation mainly to the upstream side. In particular, when the catalytic oxidation reaction is performed on the further downstream side with the decrease in the catalytic activity from near the upstream surface of the catalyst body 11, a further high-temperature region is formed inside the catalyst body 11, This leads to an accelerated decrease in catalytic activity. On the other hand, in the case where the catalyst body 11 is provided with a red heat radiating surface 16 not covered by the adjacent catalyst communication hole layer 15 near the upstream inlet, the catalyst communication hole layer 15
Most of the heat of reaction in the catalyst body 11 is radiated from the red-hot radiation surface 16, and the balance of the reaction amount and the radiation amount causes the catalyst 11
In the case where the catalyst activity is reduced from the vicinity of the upstream surface, a local high-temperature region inside the catalyst body 11 is not easily formed. For this reason, the temperature of the red-light emitting surface 16 facing the transmission window 17 is substantially uniform within the range of 800 to 900 ° C., and the catalyst 1
No local high-temperature region is observed as in the case where the oxidation catalyst component is supported on the whole (FIG. 3). About 10% of the heat rays radiated from the red heat radiation surface 16 are reflected by the transmission window 17 and returned to the catalyst 11. After about 55% is once absorbed by the transmission window 17, secondary radiation is performed from the transmission window 17 which has reached 500 to 600 ° C. In addition, about 35%
Are transmitted through the transmission window 17 and directly emitted to the outside of the catalytic combustion device.

【0022】このように隣接する触媒連通孔層15によ
り被覆されない赤熱放射面16を上流入口近傍に備えた
構成の触媒体11を用いるとともに、赤熱放射面16に
対向する燃焼室7壁に熱線透過性材料からなる透過窓1
7を設置することにより、主反応領域からの放射熱線を
直接利用することが可能となる。このため、放射熱の利
用効率の高い触媒燃焼装置を提供し得るものとなる。ま
た、反応量と赤熱放射面16から熱放射量とのバランス
により、透過窓17に対向する触媒連通孔層15の側壁
の温度がほぼ均一化形成されることから、触媒活性の低
下の進行を抑制することが可能となる。このため、触媒
体11の交換等のメンテナンスを行う大型の触媒燃焼シ
ステムにおいても、触媒活性の低下速度の抑制により交
換頻度の低減が可能となり、貴金属の使用量が大幅に低
減されることから、経済性に優れた触媒燃焼装置を実現
し得るものである。さらに、家庭用燃焼装置等のように
数万時間以上の触媒寿命の保証が要求される装置にも適
用可能な、応用範囲の広い触媒燃焼装置を提供し得るも
のとなる。
The catalyst body 11 having the red heat radiating surface 16 not covered by the adjacent catalyst communication hole layer 15 near the upstream inlet is used, and the heat ray is transmitted to the wall of the combustion chamber 7 facing the red heat radiating surface 16. Window 1 made of conductive material
By installing 7, it becomes possible to directly use the radiant heat rays from the main reaction area. For this reason, it becomes possible to provide a catalytic combustion device having high utilization efficiency of radiant heat. In addition, the balance between the amount of reaction and the amount of heat radiation from the red-light radiating surface 16 allows the temperature of the side wall of the catalyst communication hole layer 15 facing the transmission window 17 to be made substantially uniform, so that the catalyst activity decreases. It becomes possible to suppress. For this reason, even in a large-sized catalytic combustion system that performs maintenance such as replacement of the catalyst body 11, the frequency of replacement can be reduced by suppressing the rate of decrease in catalytic activity, and the amount of noble metal used is significantly reduced. It is possible to realize a catalytic combustion device that is excellent in economic efficiency. Further, it is possible to provide a catalytic combustion device having a wide application range, which can be applied to a device requiring a guaranteed catalyst life of tens of thousands of hours or more, such as a household combustion device.

【0023】なお、本実施の形態では、触媒連通孔層1
5として、金属基材からなる平板と波板を交互に積層し
たハニカム形状の担体を用いているが、セラミックハニ
カム担体、セラミック繊維の編組体、多孔質焼結体、金
属繊維からなる編組体等を用いても良く、上記と同様の
効果が得られるものである。また、断熱層6はセラミッ
クハニカムにより構成されているが、一部に予混合気連
通孔8を有する熱非良導性の基材であれば、ガラス(セ
ラミック)繊維からなる断熱材を用いても良く、上記と
同様の効果が得られるものである。また、断熱室6を燃
焼室7の内側に設置しているが、燃焼室7の外側に配置
しても良く、上記と同様の効果が得られるものである。
また、熱線透過材料からなる透過窓17を設置している
が、高熱伝導率のアルミニウム板等の基材からなる放射
受熱体を設置、もしくはこの放射受熱体の表面に熱媒体
流路を添装しても良く、いずれも上記と同様の効果が得
られるものである。さらに、触媒連通孔層15は単流路
層により構成しているが、複流路層により構成しても良
く、上記と同様の効果が得られるものであるものの、単
流路層により構成した場合に最も大きな効果の得られる
ものである。
In the present embodiment, the catalyst communication hole layer 1
As 5, a honeycomb-shaped carrier in which flat plates and corrugated plates made of a metal substrate are alternately laminated is used, but a ceramic honeycomb carrier, a braided body of ceramic fibers, a porous sintered body, a braided body made of metal fibers, and the like are used. May be used, and the same effect as described above can be obtained. The heat insulating layer 6 is made of a ceramic honeycomb. However, if the heat insulating layer 6 is a thermally non-conductive substrate having premixed gas communication holes 8 in part, a heat insulating material made of glass (ceramic) fiber is used. And the same effect as described above can be obtained. Further, although the heat insulation chamber 6 is provided inside the combustion chamber 7, it may be provided outside the combustion chamber 7, and the same effect as described above can be obtained.
In addition, a transmission window 17 made of a heat ray transmitting material is installed, but a radiation heat receiving body made of a base material such as an aluminum plate having a high thermal conductivity is installed, or a heat medium flow path is attached to the surface of the radiation heat receiving body. In any case, the same effects as described above can be obtained. Further, although the catalyst communication hole layer 15 is constituted by a single channel layer, the catalyst communication hole layer 15 may be constituted by a multiple channel layer, and the same effect as described above can be obtained. Is the one with the greatest effect.

【0024】(実施の形態3)本発明の第3の実施の形
態について説明する。本実施の形態は、基本構成は実施
の形態1と同じであるが、上流面近傍のみに酸化触媒成
分を担持させた上流部担持層と、上流部担持層よりも下
流側のみに酸化触媒成分を担持させた下流部担持層を交
互に積層配置した構成の触媒体を用いている点が異な
る。したがって、この相違点を中心にして説明する。
(Embodiment 3) A third embodiment of the present invention will be described. In this embodiment, the basic configuration is the same as that of the first embodiment, except that the upstream catalyst layer is supported only in the vicinity of the upstream surface, and the oxidation catalyst component is provided only downstream of the upstream catalyst layer. Is different in that a catalyst body having a configuration in which downstream-portion-bearing layers carrying the same are alternately stacked is used. Therefore, the description will focus on this difference.

【0025】図4は本実施の形態の要部断面図である。
図4において、触媒体11は金属基材からなる平板と波
板を交互に積層した構成となっており、18は上流面近
傍のみに酸化触媒成分を担持させた上流部担持層、19
は上流部担持層よりも下流側のみに酸化触媒成分を担持
させた下流部担持層である。
FIG. 4 is a sectional view of a main part of this embodiment.
In FIG. 4, the catalyst body 11 has a configuration in which flat plates made of a metal base material and corrugated plates are alternately laminated, and 18 is an upstream supporting layer in which an oxidation catalyst component is supported only near the upstream surface.
Is a downstream supporting layer in which the oxidation catalyst component is supported only on the downstream side of the upstream supporting layer.

【0026】次に、本実施の形態の動作と特性について
説明する。触媒体11の上流入口から燃料と空気の予混
合気が供給されると、上流部担持層18では主に触媒体
11の上流面近傍、下流部担持層19では主に触媒担持
領域の先端近傍において接触酸化反応が行われる。触媒
体11全体に酸化触媒成分を担持させる場合には、触媒
体11の形態上、内部よりも上流面近傍からの熱放射が
容易に行われることから、反応量と主に上流側への熱放
射による放熱量とのバランスにより、触媒体11の上流
面から数ミリ下流側の位置に最高温度領域を有する温度
分布となる(図3)。特に、触媒体11の上流面近傍か
らの触媒活性の低下に伴い、より下流側での接触酸化反
応が行われるようになると、触媒体11内部にさらに高
温領域が形成されるようになり、これにより加速的な触
媒活性の低下をもたらすこととなる。一方、上流部担持
層18と下流部担持層19を交互に配置する場合には、
上流部担持層18における反応熱の一部は、隣接する下
流部担持層19内を流通する予混合気に熱回収され、反
応量と予混合気への熱回収量とのバランスにより、触媒
体11の上流面近傍からの触媒活性の低下を伴う場合に
も、触媒体11内部の局所的な高温領域は形成されにく
い。また、予混合気への回収熱は、下流部担持層19の
反応領域に還流される。同様に、下流部担持層19にお
ける反応熱の一部は、隣接する上流部担持層18内を流
通する燃焼排ガスに熱回収され、反応量と予混合気への
熱回収量とのバランスにより、触媒体11の触媒担持領
域の先端近傍からの触媒活性の低下を伴う場合にも、触
媒体11内部の局所的な高温領域は形成されにくい。こ
のため、図5に示すように、触媒体11内部の温度分布
は、下流側がやや高温になるものの、触媒体11全体に
酸化触媒成分を担持させる場合(図3)のように局所的
な高温領域は観察されない。
Next, the operation and characteristics of this embodiment will be described. When the premixed fuel and air are supplied from the upstream inlet of the catalyst body 11, the upstream support layer 18 is mainly near the upstream surface of the catalyst body 11, and the downstream support layer 19 is mainly near the front end of the catalyst support area. A catalytic oxidation reaction is carried out. In the case where the oxidation catalyst component is carried on the entire catalyst body 11, heat radiation from the vicinity of the upstream surface is more easily performed than the inside of the catalyst body 11. The temperature distribution having the highest temperature region at a position several millimeters downstream from the upstream surface of the catalyst body 11 is obtained by the balance with the amount of heat radiation by radiation (FIG. 3). In particular, when the catalytic oxidation reaction is performed on the further downstream side with the decrease in the catalytic activity from near the upstream surface of the catalyst body 11, a further high-temperature region is formed inside the catalyst body 11, This leads to an accelerated decrease in catalytic activity. On the other hand, when the upstream supporting layers 18 and the downstream supporting layers 19 are alternately arranged,
Part of the reaction heat in the upstream support layer 18 is recovered by the premixed gas flowing in the adjacent downstream support layer 19, and the catalyst body is balanced by the balance between the reaction amount and the heat recovery amount in the premixed gas. Even when the catalyst activity decreases from near the upstream surface of the catalyst 11, a local high-temperature region inside the catalyst body 11 is not easily formed. The heat recovered into the pre-mixed gas is returned to the reaction region of the downstream supporting layer 19. Similarly, a part of the reaction heat in the downstream support layer 19 is recovered by the combustion exhaust gas flowing in the adjacent upstream support layer 18, and the balance between the reaction amount and the heat recovery amount in the premixed gas is obtained. Even when the catalyst activity decreases from near the tip of the catalyst supporting region of the catalyst body 11, a local high-temperature region inside the catalyst body 11 is hardly formed. For this reason, as shown in FIG. 5, although the temperature distribution inside the catalyst body 11 becomes slightly high on the downstream side, a local high temperature as in the case where the oxidation catalyst component is carried on the entire catalyst body 11 (FIG. 3). No area is observed.

【0027】このように上流部担持層18と下流部担持
層19を交互に積層配置した触媒体11を用いることに
より、反応熱の一部は、隣接する流路を流通する予混合
気、もしくは燃焼排ガスに熱回収されることから、触媒
体11内部に局所的な高温領域が形成されることもな
く、触媒活性の低下の進行を抑制することが可能とな
る。このため、触媒体11の交換等のメンテナンスを行
う大型の触媒燃焼システムにおいても、触媒活性の低下
速度の抑制により交換頻度の低減が可能となり、貴金属
の使用量が大幅に低減されることから、経済性に優れた
触媒燃焼装置を実現し得るものである。さらに、家庭用
燃焼装置等のように数万時間以上の触媒寿命の保証が要
求される装置にも適用可能な、応用範囲の広い触媒燃焼
装置を提供し得るものとなる。
By using the catalyst body 11 in which the upstream supporting layers 18 and the downstream supporting layers 19 are alternately stacked as described above, a part of the heat of reaction is reduced by the premixed gas flowing through the adjacent flow path, or Since the heat is recovered by the combustion exhaust gas, it is possible to suppress the progress of the decrease in the catalytic activity without forming a local high-temperature region inside the catalyst body 11. For this reason, even in a large-sized catalytic combustion system that performs maintenance such as replacement of the catalyst body 11, the frequency of replacement can be reduced by suppressing the rate of decrease in catalytic activity, and the amount of noble metal used is significantly reduced. It is possible to realize a catalytic combustion device that is excellent in economic efficiency. Further, it is possible to provide a catalytic combustion device having a wide application range, which can be applied to a device requiring a guaranteed catalyst life of tens of thousands of hours or more, such as a household combustion device.

【0028】なお、本実施の形態では、触媒体11とし
て、金属基材からなる平板と波板を交互に積層したハニ
カム形状の担体を用いているが、セラミックハニカム担
体、セラミック繊維の編組体、多孔質焼結体、金属繊維
からなる編組体等を用いても良く、上記と同様の効果が
得られるものである。また、上流部担持層18には、触
媒体11の上流面入口から酸化触媒成分を担持させてい
るが、上流入口近傍には未担持部を設けても良く、上流
部担持層18を流通する予混合気量に対して十分な触媒
表面積を保有していれば、上記と同様の効果が得られる
ものである。また、下流部担持層19には、触媒体11
の上流部担持層18の直下流から下流面出口まで酸化触
媒成分を担持させているが、上流部担持層18から間隔
を設ける、または下流出口近傍に未担持部を設けても良
く、下流部担持層19を流通する予混合気量に対して十
分な触媒表面積を保有していれば、上記と同様の効果が
得られるものである。さらに、上流部担持層18と下流
部担持層19を単流路層により構成して交互に配置して
いるが、複流路層により構成しても良く、上記と同様の
効果が得られるものであるものの、単流路層により構成
した場合に最も大きな効果の得られるものである。
In this embodiment, a honeycomb-shaped carrier in which flat plates and corrugated plates made of a metal base material are alternately laminated is used as the catalyst body 11, but a ceramic honeycomb carrier, a braided ceramic fiber, A porous sintered body, a braided body made of a metal fiber, or the like may be used, and the same effects as described above can be obtained. Further, the oxidation catalyst component is supported on the upstream support layer 18 from the inlet on the upstream surface of the catalyst body 11, but an unsupported portion may be provided near the upstream inlet, and the upstream support layer 18 flows through the upstream support layer 18. If the catalyst surface area is sufficient for the premixed gas amount, the same effect as described above can be obtained. Further, the catalyst 11
Although the oxidation catalyst component is supported from immediately downstream of the upstream portion supporting layer 18 to the downstream surface outlet, an interval may be provided from the upstream portion supporting layer 18 or an unsupported portion may be provided near the downstream outlet. If the catalyst has a sufficient surface area for the amount of premixed gas flowing through the support layer 19, the same effect as described above can be obtained. Further, although the upstream portion supporting layer 18 and the downstream portion supporting layer 19 are constituted by a single channel layer and arranged alternately, they may be constituted by a multiple channel layer, and the same effect as described above can be obtained. Although there is a single channel layer, the greatest effect can be obtained.

【0029】(実施の形態4)本発明の第4の実施の形
態について説明する。本実施の形態は、基本構成は実施
の形態3と同じであるが、酸化触媒成分を担持させた触
媒担持層と、酸化触媒成分を担持させない未担持層を交
互に積層配置した構成の触媒体を用いるとともに、補助
触媒体を触媒体の下流側に配置している点が異なる。し
たがって、この相違点を中心にして説明する。
(Embodiment 4) A fourth embodiment of the present invention will be described. This embodiment has the same basic configuration as that of the third embodiment, except that a catalyst support layer supporting an oxidation catalyst component and a non-support layer not supporting an oxidation catalyst component are alternately stacked. And that an auxiliary catalyst is disposed downstream of the catalyst. Therefore, the description will focus on this difference.

【0030】図6は本実施の形態の要部断面図である。
図6において、触媒体11および第2触媒体19は金属
基材からなる平板と波板を交互に積層した構成となって
おり、21は酸化触媒成分を担持させた触媒担持層、2
2は酸化触媒成分を担持させない未担持層である。ま
た、23は補助触媒体である。
FIG. 6 is a sectional view of a main part of the present embodiment.
In FIG. 6, a catalyst body 11 and a second catalyst body 19 have a configuration in which flat plates and corrugated plates made of a metal base material are alternately laminated, and a reference numeral 21 denotes a catalyst support layer on which an oxidation catalyst component is supported.
Reference numeral 2 denotes an unsupported layer that does not support the oxidation catalyst component. Reference numeral 23 denotes an auxiliary catalyst.

【0031】次に、本実施の形態の動作と特性について
説明する。触媒体11の上流入口から燃料と空気の予混
合気が供給されると、触媒担持層21では主に上流入口
近傍において接触酸化反応が行われる。触媒担持層21
における反応熱の一部は、隣接する未担持層22内を流
通する予混合気に熱回収され、第2触媒体20に還流さ
れる。また、第2触媒体20の上流入口から、触媒体1
1において任意に設定された触媒担持層21と未担持層
22の割合に応じた未反応の燃料と空気および燃焼排ガ
スが供給され、同様に触媒担持層21の主に上流入口近
傍において接触酸化反応が行われる。触媒担持層21に
おける反応熱の一部は、隣接する未担持層22内を流通
する予混合気に熱回収され、補助触媒体23に還流され
て、加熱に供せられる。さらに、ここから排出される第
2触媒体20において任意に設定された触媒担持層21
と未担持層22の割合に応じた未反応の燃料は、補助触
媒体23において完全反応に至る。ただし、触媒体11
の温度が1000℃以上となるような高燃焼負荷におい
ては、未担持層22の流路内、もしくは下流面において
火炎が形成され、触媒燃焼に支援された火炎燃焼となり
得るものである。
Next, the operation and characteristics of this embodiment will be described. When a premixture of fuel and air is supplied from the upstream inlet of the catalyst body 11, a catalytic oxidation reaction is mainly performed in the catalyst supporting layer 21 near the upstream inlet. Catalyst support layer 21
A part of the reaction heat is recovered by the premixed gas flowing in the adjacent unsupported layer 22 and is returned to the second catalyst body 20. In addition, the catalyst 1
In step 1, unreacted fuel, air and combustion exhaust gas are supplied according to the ratio of the catalyst support layer 21 and the unsupported layer 22 arbitrarily set, and the catalytic oxidation reaction is similarly performed mainly in the vicinity of the upstream inlet of the catalyst support layer 21. Is performed. A part of the reaction heat in the catalyst supporting layer 21 is recovered by the pre-mixed gas flowing in the adjacent unsupported layer 22 and is returned to the auxiliary catalyst body 23 to be heated. In addition, the catalyst support layer 21 arbitrarily set in the second catalyst body 20 discharged from this
The unreacted fuel corresponding to the ratio of the unsupported layer 22 and the unsupported layer 22 reaches a complete reaction in the auxiliary catalyst body 23. However, the catalyst body 11
When the temperature is higher than 1000 ° C., a flame is formed in the flow path of the unsupported layer 22 or in the downstream surface, and the flame can be flame assisted by catalytic combustion.

【0032】このように触媒担持層21と未担持層22
を積層配置した構成の触媒体11を用いることにより、
触媒層に担持された活性成分の耐熱限界温度で規制され
る触媒体に対する単位断面積当たりの燃焼負荷の上限を
向上させることが可能となる。このため、触媒体の設置
空間の大幅な低減が可能となることから、非常にコンパ
クトで薄型の触媒燃焼装置を実現することが可能とな
る。さらに、触媒担持層21と未担持層22の設置割合
を任意に設定することにより、例えば、遠赤外線輻射パ
ネル等のような広範囲に渡る均一加熱の可能な加熱用熱
源としての触媒燃焼装置を提供し得るものである。
As described above, the catalyst supporting layer 21 and the non-supporting layer 22
By using the catalyst body 11 having a configuration in which
It is possible to improve the upper limit of the combustion load per unit cross-sectional area with respect to the catalyst body regulated by the heat-resistant limit temperature of the active component supported on the catalyst layer. For this reason, since the installation space for the catalyst body can be significantly reduced, a very compact and thin catalytic combustion device can be realized. Further, by arbitrarily setting the installation ratio of the catalyst supporting layer 21 and the non-supporting layer 22, a catalytic combustion device as a heating heat source capable of uniform heating over a wide range, such as a far-infrared radiation panel, is provided. Can be done.

【0033】なお、本実施の形態では、触媒体11およ
び第2触媒体20として、金属基材からなる平板と波板
を交互に積層したハニカム形状の担体を用いているが、
セラミックハニカム担体、セラミック繊維の編組体、多
孔質焼結体、金属繊維からなる編組体等を用いても良
く、上記と同様の効果が得られるものである。また、触
媒体11および第2触媒体20における触媒担持層21
と未担持層22の設置割合や触媒体の設置個数は任意に
設定し得るものであり、用途に応じて最適化を図ること
により、いずれも上記と同様の効果が得られるものであ
る。また、触媒担持層21と未担持層22を単流路層に
より構成して交互に配置しているが、複流路層により構
成しても良く、上記と同様の効果が得られるものである
ものの、単流路層により構成した場合に最も大きな効果
の得られるものである。さらに、アルミニウム板からな
る放射受熱体9を設置しているが、放射受熱体9の表面
に熱媒体流路を添装しても良く、いずれも上記と同様の
効果が得られるものである。
In the present embodiment, a honeycomb-shaped carrier in which flat and corrugated plates made of a metal base material are alternately laminated is used as the catalyst body 11 and the second catalyst body 20.
A ceramic honeycomb carrier, a braided body of ceramic fibers, a porous sintered body, a braided body made of metal fibers, or the like may be used, and the same effects as described above can be obtained. Further, the catalyst supporting layer 21 in the catalyst body 11 and the second catalyst body 20
The installation ratio of the unsupported layer 22 and the installation number of the catalyst bodies can be arbitrarily set, and the same effects as described above can be obtained by optimizing according to the application. Further, although the catalyst supporting layers 21 and the non-supporting layers 22 are constituted by a single channel layer and are arranged alternately, the catalyst supporting layers 21 and the unsupported layers 22 may be constituted by a multiple channel layer, and the same effects as above can be obtained. In this case, the greatest effect can be obtained when a single channel layer is used. Furthermore, although the radiation heat receiver 9 made of an aluminum plate is provided, a heat medium flow path may be provided on the surface of the radiation heat receiver 9, and the same effect as described above can be obtained in any case.

【0034】以上、本発明を燃料タンクから供給される
気体燃料の触媒燃焼装置に実施した例で説明したが、本
発明はこれに限定されるものでないことは勿論である。
すなわち、以下のような場合も本発明に含まれる。
Although the present invention has been described above with reference to an example in which the present invention is applied to a catalytic combustion apparatus for gaseous fuel supplied from a fuel tank, the present invention is not limited to this.
That is, the following cases are also included in the present invention.

【0035】燃料種としては、ブタンガスのように燃料
容器内に充填された液化ガス燃料でも、また灯油のよう
な液体燃料を使用する場合も適用できる。ブタンガスの
ような高圧の液化ガス燃料には、送風ファンのような空
気供給手段ではなく、ノズルとスロートのように燃料ガ
スの噴出圧力を利用して空気を吸引導入する手段を付加
する場合もある。また液体燃料を使用する場合には、燃
料と空気の混合器の上流で液体燃料を気化させる手段が
付加される。
As a fuel type, a liquefied gas fuel filled in a fuel container such as butane gas or a case where a liquid fuel such as kerosene is used can be applied. A high-pressure liquefied gas fuel such as butane gas may not be provided with an air supply means such as a blower fan, but may be provided with a means such as a nozzle and a throat for sucking and introducing air by using a fuel gas ejection pressure. . When a liquid fuel is used, a means for vaporizing the liquid fuel upstream of the fuel / air mixer is added.

【0036】触媒体には、セラミックハニカムや金属か
らなるハニカム形状の担体を用いているが、予混合気が
流通し得る多数の連通孔を有するものであれば、その素
材や形状に限定はなく、例えば、セラミックや金属の焼
結体、金属不織布、セラミックや金属繊維の編組体等が
利用可能であり、形状も平板に限らず、湾曲形状や筒状
あるいは波板状など、素材の加工性と用途に応じて任意
に設定し得る。また活性成分としては、白金、パラジウ
ム、ロジウム等の白金属の貴金属が一般的であるが、こ
れらの混合体や他の金属やその酸化物、およびこれらと
の混合組成であっても良く、燃料種や使用条件に応じた
活性成分の選択が可能である。
As the catalyst body, a honeycomb-shaped carrier made of ceramic honeycomb or metal is used, but the material and the shape are not limited as long as the catalyst body has a large number of communication holes through which a premixed gas can flow. For example, a sintered body of ceramic or metal, a metal nonwoven fabric, a braided body of ceramic or metal fiber, and the like can be used, and the shape of the material is not limited to a flat plate, but may be a curved shape, a tubular shape, a corrugated shape, or the like. And can be set arbitrarily according to the application. The active component is generally a precious metal such as platinum, palladium, or rhodium, but may be a mixture of these metals, another metal or an oxide thereof, or a mixed composition thereof, and may be a fuel. It is possible to select an active ingredient according to species and use conditions.

【0037】また、点火手段としては電気ヒータを用い
た触媒体下流での直接着火方式を用いているが、火炎燃
焼を開始させる点火器としては、圧電着火器を用いるの
も無電源機器を完成させるに有効な手段である。
Although a direct ignition system downstream of the catalyst body using an electric heater is used as an ignition means, a piezoelectric ignition device is used as an igniter for starting flame combustion. It is an effective means to make it happen.

【0038】[0038]

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明の係る
触媒燃焼装置では、触媒体の上流と下流の両面を放射受
熱体に対して露出する構成を適用することにより、触媒
体の上流面からの放射熱を有効利用できることに加え
て、下流面からの放射熱の50%以上を利用することが
可能となることから、極めて熱利用効率の高い触媒燃焼
装置を提供し得るものとなる。また、このような触媒体
の配置に加えて、熱非良導体により構成される断熱層を
設置することにより、燃焼装置ケースへの伝熱量を大幅
に抑制することが可能となることから、厚い断熱材や空
気断熱層を設置することなく、燃焼装置ケースの温度を
抑制し得るものとなる。このため、非常にコンパクトで
薄型の触媒燃焼装置を実現することが可能となる。さら
に、複数の触媒体の上流面を対向設置することにより、
相互の放射熱の一部を受熱することにより触媒燃焼の支
援が行われることから、特に低い燃焼負荷においても燃
焼安定性に優れた触媒燃焼装置を提供し得るものとな
る。
As described above, in the catalytic combustion apparatus according to the present invention, by adopting a configuration in which both the upstream and downstream surfaces of the catalytic body are exposed to the radiant heat receiving body, the upstream surface of the catalytic body is exposed. In addition to being able to effectively use the radiant heat from the fuel cell, it is also possible to use 50% or more of the radiant heat from the downstream surface, so that it is possible to provide a catalytic combustion device with extremely high heat utilization efficiency. Further, in addition to such an arrangement of the catalyst body, by providing a heat insulating layer composed of a poor thermal conductor, it is possible to greatly suppress the amount of heat transferred to the combustion device case. The temperature of the combustion device case can be suppressed without providing a material or an air insulation layer. Therefore, a very compact and thin catalytic combustion device can be realized. Furthermore, by arranging the upstream surfaces of a plurality of catalyst bodies facing each other,
Since the catalytic combustion is assisted by receiving a part of the mutual radiant heat, it is possible to provide a catalytic combustion device having excellent combustion stability even under a particularly low combustion load.

【0039】また、隣接する触媒連通孔層により被覆さ
れない赤熱放射面を上流入口近傍に備えた構成の触媒体
を用いるとともに、赤熱放射面に対向する燃焼室壁に熱
線透過性材料からなる透過窓を設置することにより、主
反応領域からの放射熱線を直接利用することが可能とな
る。このため、放射熱の利用効率の高い触媒燃焼装置を
提供し得るものとなる。
In addition, a catalyzer having a red heat radiating surface which is not covered by the adjacent catalyst communication hole layer near the upstream inlet is used, and a transmission window made of a heat ray permeable material is provided on a combustion chamber wall facing the red heat radiating surface. Is installed, it is possible to directly use the radiant heat rays from the main reaction area. For this reason, it becomes possible to provide a catalytic combustion device having high utilization efficiency of radiant heat.

【0040】また、上流部担持層と下流部担持層を交互
に積層配置した触媒体を用いることにより、触媒体内部
に局所的な高温領域が形成されることもなく、触媒活性
の低下の進行を抑制することが可能となる。このため、
触媒体の交換等のメンテナンスを行う大型の触媒燃焼シ
ステムにおいても、触媒活性の低下速度の抑制により交
換頻度の低減が可能となり、貴金属の使用量が大幅に低
減されることから、経済性に優れた触媒燃焼装置を実現
し得るものである。さらに、家庭用燃焼装置等のように
数万時間以上の触媒寿命の保証が要求される装置にも適
用可能な、応用範囲の広い触媒燃焼装置を提供し得るも
のとなる。
In addition, by using a catalyst body in which the upstream supporting layer and the downstream supporting layer are alternately stacked, a local high temperature region is not formed inside the catalyst body, and the catalyst activity decreases. Can be suppressed. For this reason,
Even in large-scale catalytic combustion systems that perform maintenance such as catalyst replacement, the frequency of replacement can be reduced by suppressing the rate of decrease in catalyst activity, and the amount of precious metals used is greatly reduced, which is economical. It is possible to realize a catalytic combustion device. Further, it is possible to provide a catalytic combustion device having a wide application range, which can be applied to a device requiring a guaranteed catalyst life of tens of thousands of hours or more, such as a household combustion device.

【0041】さらに、触媒担持層と未担持層を積層配置
した構成の触媒体を用いることにより、触媒層に担持さ
れた活性成分の耐熱限界温度で規制される触媒体に対す
る単位断面積当たりの燃焼負荷の上限を向上させること
が可能となる。このため、触媒体の設置空間の大幅な低
減が可能となることから、非常にコンパクトで薄型の触
媒燃焼装置を実現することが可能となる。さらに、触媒
担持層と未担持層の設置割合を任意に設定することによ
り、広範囲に渡る均一加熱の可能な加熱用熱源としての
触媒燃焼装置を提供し得るものである。
Furthermore, by using a catalyst body having a structure in which a catalyst-supporting layer and an unsupported layer are stacked, the combustion per unit cross-sectional area of the catalyst body controlled by the heat-resistant limit temperature of the active component supported on the catalyst layer can be achieved. It is possible to improve the upper limit of the load. For this reason, since the installation space for the catalyst body can be significantly reduced, a very compact and thin catalytic combustion device can be realized. Further, by arbitrarily setting the proportion of the catalyst-supporting layer and the non-supporting layer, it is possible to provide a catalytic combustion device as a heating heat source capable of performing uniform heating over a wide range.

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

【図1】本発明の第1実施の形態としての燃焼装置の部
分断面構成図
FIG. 1 is a partial cross-sectional configuration diagram of a combustion apparatus as a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施の形態としての燃焼装置の要
部断面構成図
FIG. 2 is a cross-sectional configuration diagram of a main part of a combustion device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来の触媒燃焼装置としての触媒体内部の温度
分布図
FIG. 3 is a temperature distribution diagram inside a catalyst body as a conventional catalytic combustion device.

【図4】本発明の第3実施の形態としての燃焼装置の要
部断面構成図
FIG. 4 is a cross-sectional configuration diagram of a main part of a combustion device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第3実施の形態としての触媒体内部の
温度分布図
FIG. 5 is a temperature distribution diagram inside a catalyst body according to a third embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第4実施の形態としての燃焼装置の要
部断面構成図
FIG. 6 is a cross-sectional configuration diagram of a main part of a combustion apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 燃料供給部 2 制御バルブ 3 給気ファン 4 混合室 5 予混合気室 6 断熱層 7 燃焼室 8 予混合気連通孔 9 放射受熱体 10 フィン 11 触媒体 12 点火器 13 燃焼排ガス排出口 14 燃焼装置ケース 15 触媒連通孔層 16 赤熱放射面 17 透過窓 18 上流部担持層 19 下流部担持層 20 第2触媒体 21 触媒担持層 22 未担持層 23 補助触媒体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel supply part 2 Control valve 3 Air supply fan 4 Mixing chamber 5 Premixed gas chamber 6 Heat insulation layer 7 Combustion chamber 8 Premixed air communication hole 9 Radiation heat receiving body 10 Fin 11 Catalyst body 12 Ignition device 13 Combustion exhaust gas outlet 14 Combustion Device case 15 Catalyst communication hole layer 16 Red heat emission surface 17 Transmission window 18 Upstream portion support layer 19 Downstream portion support layer 20 Second catalyst body 21 Catalyst support layer 22 Unsupported layer 23 Auxiliary catalyst body

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤田 龍夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 寺島 徹生 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 3K017 BA01 BB06 BB07 BB08 BB09 BC07 BC09 BC10 BD01 BG03 BH02 3K065 TA12 TB08 TC05 TD04 TD05 TK04 TK06 TK09  ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Inventor Tatsuo Fujita 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Terms (reference) 3K017 BA01 BB06 BB07 BB08 BB09 BC07 BC09 BC10 BD01 BG03 BH02 3K065 TA12 TB08 TC05 TD04 TD05 TK04 TK06 TK09

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 複数の連通孔を有する基材に酸化触媒成
分を担持させた触媒体を備えた燃焼室と、前記燃焼室壁
に設置した熱線透過性材料からなる透過窓もしくは放射
受熱体を備えるとともに、予混合気を流入する流路と連
通し、内部に予混合気連通孔を有する断熱層を、前記燃
焼室の前記透過窓もしくは前記放射受熱体に対向する壁
に設置したことを特徴とする触媒燃焼装置。
1. A combustion chamber provided with a catalyst in which an oxidation catalyst component is supported on a base material having a plurality of communication holes, and a transmission window or a radiation heat receiver made of a heat ray permeable material provided on the combustion chamber wall. In addition to the above, a heat insulating layer which communicates with a flow path through which the premixed gas flows and has a premixed gas communication hole therein is provided on a wall facing the transmission window or the radiation heat receiving body of the combustion chamber. And a catalytic combustion device.
【請求項2】 前記予混合気連通孔から流出する予混合
気の流線と前記触媒体の連通孔に流入する予混合気の流
線が直交するように前記触媒体を配置したことを特徴と
する請求項1記載の触媒燃焼装置。
2. The catalyst body is disposed such that a streamline of the premixed gas flowing out of the premixed gas communication hole and a streamline of the premixed gas flowing into the communication hole of the catalyst body are orthogonal to each other. The catalytic combustion device according to claim 1, wherein
【請求項3】 複数の前記触媒体を互いの上流面が対向
するように前記燃焼室内に配置したことを特徴とする請
求項1または2記載の触媒燃焼装置。
3. The catalytic combustion apparatus according to claim 1, wherein a plurality of the catalyst bodies are arranged in the combustion chamber such that their upstream surfaces face each other.
【請求項4】 前記触媒体は、触媒連通孔層を積層配置
して、前記触媒連通孔層の上流入口近傍に隣接する前記
触媒連通孔層により被覆されない赤熱放射面を備えた構
成とするとともに、前記赤熱放射面に対向する前記燃焼
室壁に前記透過窓もしくは放射受熱体を設置したことを
特徴とする請求項1または2記載の触媒燃焼装置。
4. The catalyst body has a structure in which a catalyst communication hole layer is disposed in a stacked manner and has a red-heat radiating surface which is not covered by the catalyst communication hole layer adjacent to an upstream entrance of the catalyst communication hole layer. 3. The catalytic combustion device according to claim 1, wherein the transmission window or the radiation heat receiving body is provided on a wall of the combustion chamber facing the red heat radiation surface.
【請求項5】 前記触媒連通孔層は、平板と波板の積層
配置により前記触媒体に流入する予混合気の流線に平行
な流路を形成した構成であることを特徴とする請求項4
記載の触媒燃焼装置。
5. The catalyst communication hole layer according to claim 1, wherein a flow path parallel to a streamline of a premixed gas flowing into the catalyst body is formed by laminating a flat plate and a corrugated plate. 4
A catalytic combustion device according to any of the preceding claims.
【請求項6】 触媒体は、上流面近傍のみに酸化触媒成
分を担持させた上流部担持層と、前記上流部担持層より
も下流側のみに酸化触媒成分を担持させた下流部担持層
を交互に積層配置した構成であることを特徴とする触媒
燃焼装置。
6. The catalyst body comprises: an upstream supporting layer in which an oxidation catalyst component is supported only in the vicinity of an upstream surface; and a downstream supporting layer in which an oxidation catalyst component is supported only downstream of the upstream supporting layer. A catalytic combustion device having a configuration in which layers are alternately stacked.
【請求項7】 触媒体は、酸化触媒成分を担持させた触
媒担持層と、酸化触媒成分を担持させない未担持層を交
互に積層配置した構成であるとともに、酸化触媒成分を
担持させた補助触媒体を燃焼室内の前記触媒体の下流側
に配置したことを特徴とする触媒燃焼装置。
7. The catalyst body has a structure in which a catalyst support layer supporting an oxidation catalyst component and an unsupported layer not supporting an oxidation catalyst component are alternately stacked, and an auxiliary catalyst supporting the oxidation catalyst component is provided. A catalytic combustion device, wherein a medium is arranged in a combustion chamber downstream of the catalyst body.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100371208B1 (en) * 2000-06-16 2003-02-06 한국에너지기술연구원 premixed fiber-mat catalytic burner
KR100401391B1 (en) * 2000-10-05 2003-10-11 전기용 A gas burner combustion apparatus using metal oxidization catalyst

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