JP2000297908A

JP2000297908A - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JP2000297908A
Application number: JP11105151A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Suzuki; 基啓鈴木; Yoshitaka Kawasaki; 良隆川崎; Tatsuo Fujita; 龍夫藤田; Tetsuo Terajima; 徹生寺島
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-04-13
Filing date: 1999-04-13
Publication date: 2000-10-24

Abstract

(57)【要約】【課題】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。【解決手段】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１１を備えた燃焼室７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９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８を有する断熱層６
を、燃焼室７の透過窓もしくは放射受熱体９に対向する
壁に設置した構成としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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

【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

【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

【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

【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

【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

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。
【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。