JPH01139912A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は燃料ガスを触媒を用いて燃焼させる触媒燃焼装
置に関する。

（従来の技術） 触媒燃焼装置と呼ばれる燃焼装置は、耐熱性の繊維に白
金属原素を担持させた触媒層に燃焼ガスを供給すること
により、触媒層に担持された白金属原素と燃料ガスが周
囲の酸素と酸化反応を起こして発熱する燃焼方式で、炎
がなく、触媒層の表面温度も４００℃〜６００℃と低い
温度で燃焼するため、クリーンで安全な燃焼装置として
よく知られている。

このような構成の触媒燃焼装置においては白金属原素と
燃料ガスの反応を起こすＫは、燃焼開始時、触媒と燃料
ガスの反・広温度が通常３００℃以上であシ、触媒ま九
は燃料ガスの何れか一方まえは、その両方を予備加熱す
る必要がある。そのため、一般的に触媒燃焼装置は、触
媒層に燃料を供給す面温度が６００℃〜８００℃の高温
になる負特性のヒータが用いられている。このような高
温のヒータを触媒層の中に入れて使うと、触媒層の反応
熱と保温作用の彰響で、予熱ヒータの表面が更Ｋ　１０
００℃以上ぐらいまで上昇し、酸化を起して断線等を発
生したシ、触媒層の耐熱性繊維が熱によシ触媒層を固め
ているバインダーが焼失した）、繊維が焼き切れてしま
うという問題が発生する。

そこで従来は第１０図に示すようにバーナケース１０１
に保持された触媒層１０２の裏側Ｋ例えば触媒を担持し
ない耐熱性繊維を使用した保温部材１０３を設け、この
保温部材１０３の触媒層側表面予熱ヒータ１０４を保持
して触媒層１０２を予熱している。

これによシ、触媒層１０２は表側は外気と接しているた
め反応が活発に行なわれ表面温度が高くなるが裏側まで
は、酸素がさほど拡散して入りてくるようなことがない
ので反応が活発とならないため低温に保持できる。この
ため触媒層１０２の熱で予ノａη 熱ヒータ４＝Ｏ＝８が酸化されるようなことのない構成
となっている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、従来の触媒燃焼装置にあっては保温材が
触媒層の裏面に接触して設けられた構成であるために、
保温材と触媒層との間に設けられた予熱し−タが、触媒
層側から保温材側を見たとき、燃料ガス供給通路の影と
なシ触媒層中に燃焼ガスが一様に拡散供給されに＜＜、
燃料ガスの供給に濃淡ができやすくなる問題がある。こ
のため未反応ガスを発生させたシして、クリーンな燃焼
を達成できない欠点があった。また、触媒層を厚くする
方法が考えられるが、この方法だとバーナケースが大き
くなるという欠点があった。

本発明は、上記欠点に鑑みなされたもので、簡易な構成
で燃料ガスを均一に触媒層に供給できることが可能な触
媒燃焼装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために１本発明に詔いては、燃料ガ
スが供給されるバーナ本体の燃焼面を形成する触媒層と
、この触媒層の裏側に設けた予熱ヒータを保持する保温
部材と、この保温部材を前記触媒層の裏側に接触させた
シ離したりする駆動手段と、この駆動手段を制御する制
御手段とを備えた触媒燃焼装置を提供する。

（作用） このように構成されたものにおいては、予熱時には触媒
層に接触した予熱ヒータによシ触媒の活性化がはかられ
、その後定常燃焼時に達した時点で、予熱ヒータを保持
する保温部材が触媒層から離れ触媒層と保温材との間に
空間ができるため、触媒層の熱が放熱し難くなる。また
触媒層と保温材との間に設けられた空間によシ、この空
間内に燃料ガスが分布して、この空間から触媒層へ燃料
ガスが供給されるため燃焼性が改善されるとともに触媒
層を薄くできる。

（実施例） 本発明の実施例を図面と７四−チャードを参照して説明
する。

第１ｒ！ＡＪ５よび第２図は本発明に係る触媒燃焼装置
の定常燃焼状態および、定常燃焼開始前の第１の実施例
を示した断面図である。図に右いて有底開口形のバーナ
ケース１１は三段に絞られた同心円状の円筒からなシ、
第一段目の開口壁１１ａに例えば耐熱性のある多孔質ア
ルミナ繊維の担体に白金属系の燃焼用触媒を担持した触
媒層１２を配置し、その背面のバーナケース１１の第二
段目の開口壁１１ｂＫ第１図０Ａ−Ａ線で切断し、矢視
から見た断面図で示した例えば第３図および第４図のよ
うに中央部を粗、周辺部を密にした省スペース可能なＮ
１合金箔等の写真エツチング材を用いた触媒層１２を予
熱するための予熱ヒータ１３を配設した触媒層１２の担
体と同じ材質のセラミック系の保温部材１４を配置した
。この保温部材工４はホルダ１５で支持されておシ、こ
のホルダ１５に配置されたウオームギア１６を介して連
動された駆動手段のモータ１７によシ前記バーナケース
１１の第二段目の開口壁１１ｂを前記触媒層１２に接触
したシ離れたシするように自由度をもっている。ウオー
ムギア１６は座金１８を設けたバーナケース１１を通し
てモータ１７に連動されておシ、モータ１７が正転すれ
ば保温部材１４を触媒層１２に接触させ、またモータ１
７が反転すれば保温部材１４を触媒層１２から遠ざける
ように設置されている。バーナケース１１の第三段目の
開口壁１１０　Ｋは燃料供給部１９が設けられている。

またバーナケース１１の底部には燃料ガス供給用の供給
管２０の端部を配設し、この供給管２０の他端に燃料供
給弁２１が設置されている。この燃料供給弁２１には燃
料供給弁２１を制御する制御モータｎが設置されている
。

触媒層１２には温度検知手段るのサーミスタが埋設され
ておシ、この温度検知手段るは触媒層の温度を電気信号
に変換し、この温度情報を制御手段あに供給し、この制
御手段々によシ燃料供給弁２１に設置した制御モータこ
と、駆動手段のモータ１７を制御するものである。ネッ
）２５はバーナケース１１の第一段目の開口壁１１ａに
カバー２６を介して設置されておシ、第５図の第１図の
Ｂ　−Ｂ’線で切断し矢視から見た断面図で示すよう構
成されている。

保温部材１４は温度検知手段田の温度が常温時には触媒
層１２に接触するように設けられている。

次にこの発明の実施例の動作を第６図のフローチャート
を使用して説明する。

この触媒燃焼装置の予熱ヒータ１３を装着した保温部材
１４は触媒層１２に接触している。今、この触媒燃焼装
置を使用すべく予熱ヒータ１３に通電を開始しくステッ
プ５１）、触媒層１２を予熱する（ステップ５２）。こ
の触媒層１２が第１の設定温度（予熱終了温度）、例え
ば３００℃以上の温度に達した時（ステップ５３）、温
度検知手段田の電気信号によシ制御手段スを介して制御
モータｎを制御し燃料供給弁２１を開放しくステップ５
４）、燃料ガスが供給管２０へ供給される。この燃料ガ
スは燃料供給部１９へと流入し、保温部材１４を通過す
る際に予熱ヒータ１３で予熱される。触媒層１２は、保
温部材１４の作用により触媒層１２の熱がバーナケース
内に放熱することがないため燃料ガスが触媒層１２に到
達した際に触媒層１２の温度を降下されるととがない。

そこで、反応温度まで上昇した触媒層の表面にある酸素
と触媒および燃料ガスの反応が開始され触媒燃焼ができ
る。燃料ガスが触媒層１２の中で反応し触媒燃焼が始ま
ると、更に触媒層１２の温度が上昇し第２の設定温度例
えば４００〜６００℃に達した時（ステップ５５）、温
度検知手段幻の電気信号によシ制御手段冴を介して駆動
手段のモーター７を反転させ（ステップ５６）、今まで
触媒層１２に接触していた予熱ヒーター３を装着した保
温部材１４を触媒層１２から遠ざけ、触媒層１２と保温
部材１４０間に隙間２７の空間を形成する（ステップ５
７）。そのためとのできた空間によシ熱抵抗が更に大き
くなシ保温部材１４方向への熱の放熱はなくなる。また
予熱と−タ１３が触媒層から離れることによシ燃料ガス
が供給管２〇−燃料供給部１９−保温部材１４−隙間２
７−触媒層１２と通路抵抗が大小と繰シ返される結果、
た 触媒層１２には均一に分布しで燃料ガスを供給すること
ができ、定常燃焼時のクリーン燃焼ができる。

第７図および第８図は本発明に係る触媒燃焼装置の定常
燃焼状態および定常燃焼開始前の第２の実施例を示した
断面図である。図において、有底開口形のバーナケース
１１は三段に絞られた同心円状の円筒からなシ、第一段
目の開口壁１１ＪＩ　Ｋ例えば耐熱性のある多孔質アル
ミナ繊維の担体に白金属系の燃焼用触媒を担持した触媒
層１２を配置し、その背面のバーナケース１１の第二段
目の開口壁１１ｂＫ第１図のＡ−Ａ線で切断し、矢視か
ら見た断面図で示した例えばｊｇ３図および第４図のよ
うに中央部を粗、周辺部を密にした省スペース可能なＮ
ｉ合金箔尋の写真エツチング材を用いた触媒層１２を予
熱するための予熱ヒータ１３を配設した触媒層１２の担
体と同じ材質のセラミック系の保温部材１４を配置した
。触媒層１２と保温部材１４との間には駆動手段（９）
として、例えばある一定の温度を検知すると、元の形状
に戻る形状記憶合金を設は保温部材１４は、この駆動手
段（９）によシ触媒層１２に接触したシ離れたシするよ
う自由度をもって設けられている。バーナケース１１の
第三段目の開口壁１１Ｃには営林供給部１９が設けられ
ている。またバーナケース１１の底部には燃料ガス供給
用の供給管２０の端部を配設し、この供給管加の他端に
燃料供給弁２１が設置されている。この燃料供給弁２１
　Ｋは燃料供給弁４を制御する制御モータｎが設置され
ている。

触媒層１２には温度検知手段幻のサーンスメが埋設され
ておシ、この温度検知手段囚は触媒層の温度を電気信号
に変換し、この温度情報を制御手段斜に供給し、この制
御子段別によシ燃料供給弁ｊに設置した制御モータｎを
制御するものである。ネット５は、バーナケース１１の
第一段目の開口壁１１ａにカバーがを介して設置されて
Ｊ３＃）、第５図の第１図のＢ、−Ｂ’線で切断し矢視
から見た断面図で示すよう構成されている。保温部材１
４は温度検知手段るの温度が常温時には触媒層１２に接
触するように設けられている。

次にこの発明の実施例の動作を第６図のフローチャート
を使用して説明する。

この触媒燃焼装置の予熱ヒータ１３を装着した保温部材
１４は触媒層１２に接触している。今、この触媒燃焼装
置を使用すべく予熱ヒータ１３に通電を開始しくステッ
プ５１）、触媒層戎を予熱する（ステップ５２）。この
触媒層１２が第１の設定温度（予熱終予温度）、例えば
３００℃以上の温度に達した時（ステップ５３）、温度
検知手段幻の電気信号によシ制御手段別を介して制御そ
一タｎを制御し燃料供給弁２１を開放しくステップ５４
）、燃料ガスが供給管２０へ供給される。この燃料ガス
は燃料供給部１９へと流入し、保温部材１４を通過する
際に予熱ヒータ１３で予熱される。触媒層１２は保温部
材１４の作用により触媒層１２の熱がバーナケース内に
放熱することがないため燃料ガスが触媒層１２に到達し
た際に触媒層１２の温度を降下されることがない。そと
で、反応温度まで上昇した触媒層の表面にある酸素と触
媒および燃料ガスの反応が開始され触媒燃焼ができる。

燃料ガスが触媒層１２の中で反応し触媒燃焼が始まると
、更に触媒層１２の温度が上昇し第２の設定温度例えば
４００〜６００℃に達した時（ステップ５５）、駆動手
段蜀が作動しくステップ５６）、今まで触媒層１２に接
触していた予熱ヒータ１３を装着した保温部材１４を触
媒層和から遠ざけ、触媒層１２と保温部材１４の間に隙
間Ｉの空間を形成スル（ステップ５７）。そのためこの
できた空間によシ熱抵抗が更に大きくなシ保温部材１４
方向への熱の放熱はなくなる。また予熱ヒータ１３が触
媒層から離れることによシ燃料ガスが供給管２０−燃料
供給部１９−保温部材１４−隙間４−触媒層稔と通路抵
抗が大小と繰シ返される結果、触媒層１２には均一に分
布して燃料ガスを供給することができ、定常燃焼時のク
リーン燃焼ができる。また、この実施例では駆動手段（
９）に形状記憶合金を用いたため、駆動モータの取）付
けが不必要となシ燃焼器の省スペースが可能となる。そ
の他予熱ヒータ１３の配置を周辺部を密、中央部を粗に
することによシ、立上シ時の触媒温度を均一にできるた
め未然ガス排出量を減少ｉせることかできる。

第９図は第６図に示す本発明に係る触媒燃焼装置の制御
フローチャートの変形例を示す動作フローチャートであ
る。触媒燃焼装置の構成は第１および第２の実施例と同
じ構成であるが、更にタイ！−を設置する構成である。

この触媒燃焼装置の予熱ヒータ１３を装着した保温部材
１４は触媒層１２に接触している。今、この装置を使用
すべく予熱ヒータ１３に通電を開始しくステップ６１）
、触媒層１２を予熱する（ステップ６２）。

そして、第１の設定時間に達した時（ステップ６３）、
燃料供給弁２１が開放しくステップ６４）、燃料ガスが
バーナケース１１内に流入し保温部材１４を通過する際
に予熱ヒータ１３で予熱され、触媒層１２へ到達し１．
触媒燃焼が開始される。触媒層１２の温度が上昇し第２
の設定温度、例えば４００〜６００℃に達した時（ステ
ップ６５）、駆動手段Ｉが作動しくステップ６６）、今
まで触媒層１２に接触していた保温部材１４を触媒層１
２から遠ざけ、保温部材１４と触媒層１２０間に隙間ｎ
の空間を形成する（ステップ６７）。

この実施例では第１の設定温度は、検知しないで、触媒
層の予熱をタイマーで設定するととくよシ、触媒燃焼装
置の制御プログラムを簡単にしたものである。

なお、との発明は上記実施例に限定されるものではなく
要旨を変更しない範囲において適宜変形して実施するこ
とができる。

例えば、上記実施例では駆動手段３０に形状記憶合金を
用いたが、この他バイメタル、液体気体膨張形ベローズ
等であってもよい。また、予熱ヒータ１３にはＮｉ合金
箔等の写真エツチング材を用いたが、この他、コイル状
、線状ヒータ等の利用が考えられる。

また、上記実施例は４００〜６００℃の低温触媒の例で
あるが、これに限らず、高温触媒にも使用できるもので
ある。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、燃焼時に触媒層と
ヒータを配設した保温部材を離すことによシ、触媒層か
ら保温部材への熱の放熱を防ぐことができ、また触媒層
の温度および供給する燃料ガスを均一にすることができ
、燃焼性の改善ができクリーン燃焼が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る触媒燃焼装置の定常燃焼状態の第
１の実施例を示す断面図、第２図は本発明に係る触媒燃
焼装置の第１の実施例の燃焼開始前の要部の動作を示す
断面図、第３図および第４図は本発明に係る触媒燃焼装
置の実施例を示す第１図のＡ−Ａ断面から見た平面図、
ｌ／ｃ５図は本発ＢＡＫ係る触媒燃焼装置の実施例を示
す第１図のＢ−Ｂ′断面から見た平面図、第６図は本発
明に係る触媒燃焼装置の第１の実施例における動作フロ
ーチャート、第７図は本発明に係る触媒燃焼装置の第２
の実施例の定常燃焼状態を示す断面図、第８図は本発明
に係る触媒燃焼装置の第２の実施例の燃焼開始前の要部
の動作を示す断面図、第９図は第６図に示す本発明に係
る触媒燃焼装置の動作フローチャートの変形例を示すフ
四−チヤード、第１０図は従来の触媒燃焼装置を示す断
面図である。 １１・・・バーナケース　　　　１２・・・触媒層１３
・・・予熱ヒータ　　　　　１４・・・保温部材１７・
・・そ−夕　　　　　　１９・・・燃料供給部２０・・
・供給管　　　　　　２１・・・燃料供給弁田・・・温
度検知手段　　　　Ｕ・・・制御手段４・・・隙　間　
　　　　　（資）・・・駆動手段第１図 第２図 第３図 喋　４　図 第５図 第６図 第　７　図 第８図 第９図 第１θ図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料ガスが供給されるバーナ本体の燃焼面を形成
   する触媒層と、この触媒層の裏側に設けた予熱ヒータを
   保持する保温部材と、この保温部材を前記触媒層の裏側
   に接触させたり離したりする駆動手段と、この駆動手段
   を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする触媒
   燃焼装置。
2. （２）上記制御手段は、前記触媒層の温度が所定の温度
   に達したとき、前記触媒層から保温部材を離間させるよ
   うに前記駆動手段を制御するものであることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の触媒燃焼装置。
3. （３）上記制御手段は、前記予熱ヒータの通電開始後、
   所定時間経過後に触媒層から保温部材を離間させるよう
   に前記駆動手段を制御するものであることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の触媒燃焼装置。