JP2000320806A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】逆火を防止して触媒体の焼損を阻止し、燃焼範
囲も広く使用勝手の良い低ＮＯｘの触媒燃焼装置を提供
する。 【解決手段】気相燃焼用の燃焼室１７と触媒体８との間
に、複数の通気孔２０を有した逆火防止手段２０を備え
たことで、燃焼室１７から触媒体８へ向かう逆火が確実
に防止され、低ＮＯｘの触媒燃焼装置でありながら、極
めて広い燃焼範囲を実現出来、使用勝手が良いものであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は家庭用の給湯機
や、ファンヒ−タ等の暖房器の燃焼部を構成する触媒燃
焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりこの種のものに於いては、例え
ば特開平２−２３８２０６号公報に開示されている如
く、燃料ガスをプレヒ−タで触媒活性化温度まで加熱
後、触媒燃焼領域で触媒燃焼させ、次に気相燃焼領域で
気相燃焼させることで、ＮＯｘ等の有害物質を発生させ
ない燃焼方法を提供するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの従来のも
のでは、触媒燃焼領域と気相燃焼領域とを明確に区画す
るものがないので、燃焼量を下げてくると混合気の流速
が弱くなり触媒燃焼領域へ逆火し、触媒が焼損してしま
うと言う危険を有し、従って低燃焼量を下げることが出
来ず図９のａに示す如くその燃焼可変範囲は３，２００
kcal/h〜６，４００kcal/hで低燃焼量でも３，２００kc
al/hも有り燃焼可変範囲がせまく、使用勝手が悪いと言
う問題点を有するものであった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明はこの点に着目
し上記欠点を解決する為、特にその構成を、空気量過多
の希薄混合気を供給する混合気供給手段と、該混合気供
給手段からの希薄混合気を流通させることで触媒燃焼し
該混合気を昇温する触媒体と、該触媒体から流出する混
合気を気相燃焼させる燃焼室とを備え、更に触媒体と燃
焼室との間には複数の通気孔を有した逆火防止手段を設
けたものである。

【０００５】

【発明の実施の形態】気化ヒ−タ２によって気化可能温
度まで加熱された混合気供給手段を構成する気化ポット
１内に、燃料である燃油を噴霧すると共に、空気比２近
傍の燃焼空気を供給して、予混合して空気量過多の希薄
混合気を形成する。

【０００６】そしてこの希薄混合気は、気化ポット１上
方に連通したハニカム状の触媒体８内に流入し、支持体
９に形成された触媒１１上で反応する事による発熱で加
熱された触媒体８との熱交換により、希薄混合気は更に
この温度を上昇させる。

【０００７】更に希薄混合気は触媒体８より流出して該
触媒体８上方に連通する燃焼室１７に流入し、ここで着
火手段２４で着火されることで、高温状態で燃焼可能と
なった希薄混合気が気相燃焼を行うものであり、この時
触媒体８から流出した希薄混合気は、上方の逆火防止手
段１９の通気孔２０を介して燃焼室１７に供給され、触
媒体８と燃焼室１７とは逆火防止手段１９で明確に区画
されているものである。

【０００８】従って、混合気の流速が弱くなる低燃焼量
時でも燃焼室１７からの火炎から触媒体８へ入る逆火は
確実に防止されるものであり、図９のＡに示す如く、そ
の燃焼可変範囲は１，６００lcal/h〜６，４００kcal/h
で低燃焼量を１，６００kcal/hと極力下げられるので燃
焼可変範囲が広くなって使用勝手がよくなるものであ
る。

【０００９】又触媒体８と逆火防止手段１９との間に所
定の通気間隔２１を有することで、触媒体８からの混合
気が通気孔２０をスムーズに抜けて燃焼室１７に供給さ
れると共に、触媒体８と燃焼室１７との距離を十分取る
ことが出来るので、更に良好に逆火を防止出来るもので
ある。

【００１０】更に気化ポット１の吸熱筒７に逆火防止手
段１９下部の放熱部２２を当接させれば、該逆火防止手
段１９に加えられる熱が吸熱筒７を介して気化ポット１
に確実にヒートバック出来、逆火防止手段１９の溶融を
防止すると共にヒートバックを有効に利用出来るもので
ある。

【００１１】

【実施例】次にこの発明に係る触媒燃焼装置を暖房器の
ファンヒ−タに備えた一実施例で説明する。１は上部に
気化ヒ−タ２を鋳込んだアルミダイキャスト製の気化ポ
ットで、一側部に燃焼ファン３からの燃焼空気を送風路
４を介して吹き出す噴出口５が連通すると共に、該噴出
口５には電磁ポンプ（図示せず）と連通し燃油を噴霧す
るノズル６が備えられ、気化ガスと燃焼空気の予混合気
を形成し混合気供給手段を構成するものであり、上部に
は一体の吸熱筒７を突出成形している。

【００１２】８は上記気化ポット１の吸熱筒７内方に備
えられた触媒体で、波形の金属シ−トから成る支持体１
９の片面にウォッシュコ−ト層１０を形成し、ここにパ
ラジウム、白金又は（パラジウム或いは白金を主成分と
し）これに銀、金、白金、パラジウム、ルテニウム、ロ
ジウム、又はイリジウムから選択される、１つ又はそれ
以上の補助触媒を包含する触媒１１を塗布し焼成した
後、支持体９を螺旋状に巻上げこれを金属筒１２内に収
納してハニカム状に構成したものであり、触媒１１の活
性時には混合気の流入で化学反応である触媒燃焼を行う
ものである。

【００１３】１３は触媒体８上方に連通する扁平箱状の
燃焼枠で、一端には吸熱筒７外周まで覆い触媒体８と連
通する連結部１４を設けると共に、他端には気相燃焼後
の燃焼ガスを放出する上方開口の放出部１５が備えら
れ、更にこの連結部１４と放出部１５との間を内方に装
填されたアルミナ系の断熱材１６で構成した蛇行状の燃
焼室１７で連通して、燃焼量が増加した気相燃焼でも十
分燃焼が完結する長さの燃焼室１７を確保するものであ
り、ここでは安定した気相燃焼を得る為に、燃焼室１７
の内径を触媒体８と同一径の３５ｍｍとし、最大燃焼量
６，４００kcal/hに対して、長さ８００ｍｍの燃焼室１
７としているもので、この燃焼室１７内では着火時は火
炎燃焼し、触媒体８温度が活性化温度に達した後は気相
燃焼を行うものである。

【００１４】更に上記燃焼室１７は、２つのＵ字路を有
する折り返し経路としてコンパクト化を計っていると共
に、断熱材１６と燃焼枠１３壁面との間には空隙１８を
形成して、ステンレス製の燃焼枠１３の熱による膨張、
収縮により断熱材１６の破損を防止しているものであ
り、又断熱材１６により燃焼室１７内の熱が外方へ逃げ
ることを防止して気相燃焼の促進を計っているものであ
る。

【００１５】１９は上記の外径を下部より細かくした有
天２段筒状の逆火防止手段で、内方には触媒体８を収納
すると共に、該触媒体８と燃焼室１７との間に位置する
上面には直径４ｍｍで開口率５０％とする複数の通気孔
２０を有し、更にこの空気孔２０と触媒体８上端との間
には混合気の流通を良くする為の５ｍｍ程度の通気間隔
２１を形成し、混合気を通気孔２０を介して燃焼室１７
へ供給するが、該燃焼室１７からの火炎の逆流を阻止し
て触媒体８の逆火を未然に防止するものである。

【００１６】又前記逆火防止手段１９は熱伝導性が良い
アルミ材で形成され、大径の下部を放熱部２２として吸
熱筒７内に嵌合させて当接面を広くし、加熱される通気
孔２０を有する上面の熱及び触媒体８の熱を、吸熱筒７
を介して気化ポット１にヒートバックして、逆火防止手
段１９自身の溶融防止とヒートバックとを同時に行うも
のである。

【００１７】２３は電極式の着火手段２４と共に触媒体
８直上に備えられた炎検知用のフレームロッドで、燃焼
枠１３背面で対流ファン２５と対向する位置に取り付け
られ、対流ファン２５からの送風で冷却され、特に消火
時の追従性を良好に保持するものである。

【００１８】２６は仕切板２７上に立設した燃焼枠１３
を覆う遮熱枠で、対流ファン２５によって送風される室
内空気を、燃焼枠１３の放出部１５から放出される燃焼
ガスと共に温風として本体枠２８前面の温風吹出口２９
に案内するものである。

【００１９】３０は遮熱枠２６上面との間に冷却路３１
を形成し、対流ファン２５の送風の一部を冷却風として
流通させることで、本体枠２８上部の温度上昇を抑制す
る仕切枠である。

【００２０】３２は対流ファン２５のファンカバー、３
３は気化ポット１のバーナカバーである。

【００２１】又３４は本体枠２８上部に備えられた操作
部、３５はカートリッジタンク（図示せず）を本体枠２
８内に出し入れする為のタンク蓋、３６は下皿である。

【００２２】次にこの一実施例の作動について説明す
る。今気化ヒ−タ２に通電し気化ポット１が加熱されて
気化可能温度に達することで、先ず燃焼ファン３から燃
焼空気が供給され、この空気量が安定した所でノズル６
から燃油が噴霧されて予混合気が形成されるが、この時
の予混合気は触媒体８がまだ加熱されておらず常温であ
るので、空気比１の状態のままであり、そのまま触媒体
８及び逆火防止手段１９の通気孔２０を通って燃焼室１
７で着火手段２４で着火され、図７に示す如く着火時は
普通の火炎燃焼を行うものであり、この火炎燃焼は最大
火力燃焼である。

【００２３】そしてこの火炎燃焼で触媒体８が加熱さ
れ、触媒の活性化温度の２５０℃以上になると、これを
温度センサや運転、着火からのタイマカウント等によっ
て検出し、燃油量を減少させて行き空気比２近傍となる
ように設定する。

【００２４】これによって気化ポット１内では希薄混合
気が形成され、これが活性化温度に達した触媒体８内に
流入することで、該触媒体８内では、触媒１１によって
燃料と空気とを反応させる触媒燃焼が発生して混合気は
温度上昇し、気化ポット１内では１２０〜１５０℃の混
合気が、触媒体８内では８００〜９００℃に急速に昇温
され、図７の過渡状態を経て燃焼室１７内で自己着火現
象によって着火して１２００〜１５００℃の気相燃焼を
行うものである。

【００２５】そしてこの気相燃焼の燃焼量を下げてくる
と、混合気の流速が弱くなり燃焼室１７から触媒体８へ
と逆火しやすくなるが、この発明では、この燃焼室１７
と触媒体８との間に逆火防止手段１９によって、触媒体
８方向への逆流が阻止されると共に、混合気の流速が弱
くなっても通気孔２０を通過することで、ある程度流速
が増強されるので、触媒体８への逆火は確実に防止さ
れ、該触媒体８に火炎が入ることで触媒体８の温度が制
御不能となり暴走して焼損に至る危険を未然に阻止でき
るものであり、図９のＡに示す如く、逆火の危険がない
ので低燃焼量を従来の３，２００kcal/hから１，６００
kcal/hまで下げることが出来、結果的に燃焼範囲が１，
６００kcal/h〜６，４００kcal/hと拡大され使用勝手が
極めて良くなるものである。

【００２６】更に触媒体８と逆火防止手段１９の通気孔
２０との間には通気間隔２１が形成されているので、触
媒体８から通気孔２０を通り燃焼室１７へ向かう混合気
が通気間隔２１で一旦集合した後通気孔２０を通ること
になり、通気孔２０が流通抵抗となることなくスムーズ
に流通することが出来るものである。

【００２７】又逆火防止手段１９の下部は放熱部２２と
して気化ポット１の吸熱筒７内に嵌合されているので、
燃焼で加熱される通気孔２０部分の熱や、内方の触媒体
８の触媒燃焼時の熱を素早く吸熱筒７を介して気化ポッ
ト１へヒートバックすることが出来、逆火防止手段１９
自体の溶融を確実に防止出来ると共に、気化ポット１へ
のヒートバックで燃焼後の気化熱はこのヒートバックで
充分となって、気化ヒータ２の通電は不用として省電力
化を計ることも出来るものである。

【００２８】更に逆火防止手段１９をこのように放熱形
とすることで、セラミック材等の耐熱材料で形成する
と、逆に加熱されて逆火の為の火種となる危険があり、
その為にも放熱形としてしかも材料を熱伝導性良好のア
ルミ材で形成することでより大きな効果を得られるもの
である。

【００２９】又この気相燃焼が行われる燃焼室１７は、
蛇行状でコンパクトでありながら長い燃焼領域を形成す
るので、最大燃焼量６，４００kcal/hと言う大きな燃焼
量で燃焼完結までに時間がかかったとしても燃焼室１７
内で確実に気相燃焼を完結させることが出来、従ってこ
の燃焼後放出部１５から放出される燃焼ガスは、対流フ
ァン２５の送風で温風吹出口２９から温風として吹き出
されることで室内の暖房を行うものであるが、希薄混合
気の燃焼による暖房であるからＮＯｘ値は１〜２０ＰＰ
ｍで、通常この種ファンヒータのＮＯｘ値１１０〜１２
０ＰＰｍに対して極めて低い値であり、環境や人への影
響が少ない低公害の暖房器を提供出来るものである。

【００３０】一方１２００〜１５００℃の高温の気相燃
焼が燃焼と消火を繰り返すことで、ステンレス製の燃焼
室１７自体が膨張、収縮するが、内方に装填された断熱
材１６との間には空隙１８が形成されているので、この
膨張、収縮分が空隙１８によって吸収され断熱材１６が
破損することを確実に防止することが出来、極めて高温
な燃焼でも強固の燃焼室１７で長期に渡って安心して使
用出来るものである。

【００３１】更に着火、消火の検知を行うフレームロッ
ド２３を対流ファン２５と対向する燃焼枠１３背面に取
り付けることで、高温の燃焼に晒されて特に消火時の追
従性が低下するフレームロッド２３の取り付け部分を、
対流ファン２５の送風で良好に冷却出来、消火時の追従
性を向上させることが出来るものである。

【００３２】又触媒体８をパラジウムを主成分とする触
媒１１で、且つ支持体９の片面だけにこの触媒１１を塗
布したことで、支持体９の触媒１１を有する壁面から触
媒１１を有さず混合気のみが流通する壁面への熱伝導に
よって、熱が分散し触媒体８はその温度を７５０〜９５
０℃に保つことが出来、温度上昇によって溶解したり失
火する等の心配がなく、常に良好な触媒燃焼が得られる
ものである。

【００３３】尚ここでは石油ファンヒータを実施例とし
て説明したが、その他ガスファンヒータや石油、ガスの
給湯機でも良く、同様な効果を有するものである。

【００３４】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、低燃焼
量での逆火を確実に防止して触媒体の暴走及び焼損を防
止出来、燃焼範囲が広く使用勝手が良い低ＮＯｘの燃焼
装置を一般家庭用の機器として提供出来るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明一実施例の触媒燃焼装置を付した暖房
器の斜視図。

【図２】同断面図。

【図３】同要部断面図。

【図４】同触媒体の斜視図。

【図５】同触媒体の平面図。

【図６】同触媒体の拡大断面図。

【図７】同逆火防止手段の斜視図。

【図８】同着火の特性図。

【図９】従来例とこの発明燃焼装置の燃焼量特性図。

【符号の説明】

１ 気化ポット ７ 吸熱筒 ８ 触媒体 １７ 燃焼室 １９ 逆火防止手段 ２０ 通気孔 ２１ 通気間隔 ２２ 放熱部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気量過多の希薄混合気を供給する混合
   気供給手段と、該混合気供給手段からの希薄混合気を流
   通させることで触媒燃焼し該混合気を昇温する触媒体
   と、該触媒体から流出する混合気を気相燃焼させる燃焼
   室とを備え、更に触媒体と燃焼室との間には複数の通気
   孔を有した逆火防止手段を設けた事を特徴とする触媒燃
   焼装置。
2. 【請求項２】 上記触媒体と逆火防止手段との間には、
   所定の通気間隔を有した事を特徴とする請求項１記載の
   触媒燃焼装置。
3. 【請求項３】 上記混合気供給手段を、気化ヒータを備
   え燃油の気化ガスと燃焼空気とを予混合する気化ポット
   で構成し、更に気化ポット上部にはヒートバック用の吸
   熱筒を突出形成すると共に、この吸熱筒には逆火防止手
   段下部の放熱部を当接させた事を特徴とする請求項１及
   び請求項２記載の触媒燃焼装置。