JPH01306711A - 触媒燃焼装置と燃焼用触媒体 - 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】 産業上の利用分野 本発明は加熱、暖房、乾燥等に用いられる触媒燃焼装置
および燃焼装置に用いられる触媒体に関するものである
。

従来の技術 灯油等の液体燃料や都市ガス等の気体燃料を、空気と混
合させた後に酸化反応用の触媒層に接触させ、その表面
で無炎の触媒燃焼を行わしめるいわゆる予混合型の触媒
燃焼装置は、気体燃料用を中心に従来より種々提案され
、一部は実用化されているが、触媒層の構成はハニカム
、マット、あるいはクロス状のものが単一層で用いられ
るのが一般的であり、また主反応位置であり高温になる
触媒層の上流側表面は周囲に対して熱的に露出されてお
らず、該表面からの輻射放熱を充分に外部へ放散し得な
い構成であった。

発明が解決しようとする課届 上記従来の構成において、空気と予混合された燃料は触
媒層において酸化反応を生じ、反応熱と共に二酸化炭素
や水を発生する。・ここで温度と時間が充分であれば完
全な上記反応が行われるが、触媒層の周縁部等の低温部
分や、予混合気の過濃あるいは退席薄部分と接触した位
置では、完全燃焼ができずに燃料の一部や中間生成物が
スリップする現象が生ずることになる。これを避けるた
めには触媒層の孔径を小さくかつ密にし、厚さを大にす
ることと温度を上昇させることが必要であるが、温度を
上げ過ぎると触媒の活性が損なわれたり、触媒層から予
混合気への逆火現象を起こす要因にもなり、一方触媒層
の構成を小径、高密度の連通孔としたり厚さを大にする
ことは、予混合気の接触時間を大ならしめる効果はある
ものの圧力損失が増大して、大きな予混合気の供給動力
を必要とすることになる。

また反応（燃焼）熱を輻射熱として利用する場合、最も
高温になる触媒層の上流側表面を周囲に向け、ガラスの
熱線透過性材料で構成した窓を介して輻射放熱すること
が好ましいが、従来は周壁にガラス窓を備えたものはあ
ったが、触媒層がこのガラス窓に対して略直角に配置さ
れており、有効な輻射熱利用はなされていなかった。そ
こで本発明者は先に、触媒の上流面と対向するガラス窓
を備えた構成を発明した（特願昭５９−１８Ｅ３７５０
号）が、この場合においてもガラス自体が完全な熱線透
過体ではなく、直接透過するのは２０〜４０％（厚さ２
ｍｍの結晶化ガラスの場合）であり、輻射放熱量はガラ
スの昇温による二次輻射に負う部分が大きいと共に、排
ガスの温度も上昇するから輻射効率（燃焼熱のうち輻射
放熱される熱量の割合）は５０〜６０％が限界であった
。

本発明は上記従来の欠点を解消し、不完全燃焼を防止し
て長期間に亘る清浄な排°ガス生成を維持すると共に、
高い輻射効率を可能にするものである。

課題を解決するための手段 本発明は、燃料と空気の混合室の下流に主触媒層と補助
触媒層を略並列位置に備え、主触媒層の上流側面に対向
して熱透過窓を配置し、主触媒層の下流に位置する補助
触媒層は外部へ露出する構成とするものである。

作用 本発明は上記手段により、主触媒で燃焼しきれなかった
未燃成分を、下流側の補助触媒表面で完全反応させ、長
期間に亘って不完、全燃焼を生ずることなく清浄な排ガ
スの発生を維持できるものである。また補助触媒層は未
燃成分の燃焼熱および排ガスの保有熱によって昇温し、
ここから直接外部へ輻射放熱をできるから、輻射効率の
高い燃焼装置を提供できるものである。

実施例 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。第
１図において１は燃料供給管、２は送風用のファン、３
は混合室で、混合室３の出口には予熱用の炎口４と点火
装置５が備えられている。

混合室３の上方には多数の連通孔６ａを穿設したシリカ
・アルミナを主成分とするハニカム状セラミック平板に
白金属の活性成分を担持させた主触媒層６が直立して備
えられ、その上流面（前面）に対向してガラス板からな
る透過窓７が配置されている。また主触媒層６の下流側
上方には、主触媒層６と略並列した状態で多数の連通孔
８ａを有する補助触媒層８が直立して備えられており、
その前面は外部へ露出された状態となっている。

次に動作について詳述すると、燃料供給管１から供給さ
れた燃料（都市ガス）とファン２から供給された空気は
、混合室３内で充分予混合されて上部へ放出される。点
火時にはまず炎口４において点火装置５によって点火さ
れ、ここで火炎燃焼を開始する。高温の排ガスは上部へ
流れ、主触媒層６および補助触媒層８を昇温させる。主
触媒層６が充分な温度に昇温したことが検出（検出装置
および制御回路は図示せず）された時点で一旦燃料供給
を停止し、炎口４の火炎を消滅させてから再度燃料の供
給を開始する。混合室３を出た予混合気は上方に直立す
る主触媒Ｂ６に至るが（矢印Ａ）、ここは充分昇温され
ているから、主に上流側（前面）表面で触媒燃焼を生じ
つつ、連通孔６ａを経て下流側（後面）へと流れる。燃
焼排ガス（矢印Ｂ）は更に上方へと流れて補助触媒層８
と接触し、未燃成分が共存する場合にはここで完全に酸
化された後に、清浄排ガス（矢印Ｃ）となって連通孔８
ａを経て前面上部へと排出される。従って予混合状態の
偏りや温度のむら等により主触媒層６では完全燃焼し得
なかった場合でも、再度混合を促進した後にその下流に
ある補助触媒層８で接触して反応を完結することができ
、従来のように不完全燃焼による未燃成分をそのまま排
出することは避けられる。また長期間の使用によって主
触媒層６の活性が低下した場合においても、補助触媒層
８がその活性を補い得るから、長寿命で安定した性能を
維持できる。また燃焼によって生じた熱は、主触媒Ｂ６
からは透過窓７を一部は透過して、また一部は透過窓７
を加熱することによってここからの二次輻射としてそれ
ぞれ前面に放散され、一方排ガスと共に上昇した熱およ
び未燃成分の燃焼熱は、補助触媒層８で捕集されてここ
から直接前面に放散される。特に補助触媒層８はガラス
などによって遮られることなく外部へ露出されているか
ら、極めて高効率の輻射加熱が可能になる。実際に都市
ガスを空気比１．６で燃焼させた場合、主触媒層６のみ
では４５％であった放射効率が、補助触媒層８を備える
ことによって６８％まで上昇するという結果が得られた
。しかも排ガス中の一酸化炭素濃度は、主触媒層６下流
で４５１）りｍあったものが補助触媒層８下流では全く
検出されず、極めて清浄な排ガスとすることができた。

ここで主触媒層θと補助触媒層８とは、第１図のように
別体の構成とすることによって連通孔６ａおよび８ａの
孔径や厚さ、大きさを任意に選ぶことができ、また設置
する位置も自由に選択できるが、第２図に示すように両
者を一体成形することも可能であり、中間部分に仕切り
９を密着させることによって矢印Ａ−Ｂ−ＣのようなＳ
字状の流路を構成すれば、上記同様の効果が得られ、し
かも触媒層６．８の加工が一連の工程のみで簡単に行え
ることになる。両者の配分はその負荷にょって任意に選
択でき、実際には負荷の少ない補助触媒層８の面積が小
さくなるように仕切り９の位置を設定するのが好ましい
。更に主触媒層６および補助触媒層８は、第１図や第２
図のような平板状ハニカムに限定されず、第３図に示す
ような円筒形状に構成し、主触媒層８′と補助触媒層８
′として透過窓７′も同心形状の円筒にすることもでき
る。こうした場合には特に、放熱による温度低下によっ
て不完全燃焼を生じ易い周縁部を無くすることができ、
主触媒Ｂ６′のみでもほぼ完全な燃焼反応を行うことが
でき、寿命上の劣化に対してより高性能な燃焼装置とす
ることができる。

また輻射放熱による加熱方向も全周に亘り、必要に応じ
て反射板などで加熱方向を選択できる自由度の高い装置
が可能となる。

ところで上述のように主触媒層６．８′と補助触媒層８
．８′は可燃成分の濃度が大きく異なっており、負荷に
大きな差がある。従って担持させる活性成分も同量であ
る必要はなく、特に高価な白金等の貴金属を用いる場合
には、補助触媒層８．８′に過剰の担持を施すことは無
駄を生じる結果となる。そこで平板または円筒形状の多
孔質体に担持させる触媒活性成分を担持させる際に、上
下方向の下部は担持量を多くシ、上部は少な（するよう
にすれば、負荷に応じた適切かつ充分な活性が得られる
触媒を提供することができる。これを用いて第２図また
は第３図に示すような燃焼装置を構成し、主触媒ＴＡ６
、θ９は担持量の多い部分を充当し、補助触媒層８．８
′には担持量の少ない部分を当てることによって、上記
過剰担持による非効率性は回避できる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、燃料と空気の混合室の下
流に主触媒層と補助触媒層を略並列位置に備え、主触媒
層の上流側面に対向して熱透過窓を配置し、主触媒層の
下流に位置する補助触媒層は外部へ露出する構成とする
ことにより、主触媒で燃焼しきれなかった未燃成分を、
下流側の補助触媒表面で完全反応させ、長期間に亘って
不完全燃焼を生ずることなく清浄な排ガスの発生を維持
でき、また補助触媒層は未燃成分の燃焼熱および排ガス
の保育熱によって昇温し、ここから直接外部へ輻射放熱
をできるから、輻射効率の著しく高い、高輻射型の触媒
燃焼装置を提供し得るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の触媒燃焼装置の縦断面図、
第２図および第３図は他の実施例の要部断面図である。 ３・・・混合室、６．６’・・・主触媒層、７．７′・
・・透過窓、８．８’・・・補助触媒層、８ａｓ８ａ”
８ａｓ８ａ’・・・連通孔、９・・・仕切り。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男はか１名２５１図 ＼？ 第２図 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料と空気の混合室と、前記混合室の下流に備え
   られた多数の連通孔を穿設する主触媒層と、前記主触媒
   層の上流側に対向して備えられた熱線透過性材料からな
   る透過窓と、前記主触媒層下流側の前記主触媒層と略並
   列位置に外部へ露出して備えられた多数の連通孔を穿設
   する補助触媒層とを有する触媒燃焼装置。
2. （２）主触媒層と補助触媒層を一体成形し、中間位置で
   仕切られたＳ字状流路を構成した請求項１記載の触媒燃
   焼装置。
3. （３）多数の連通孔を有する耐熱性多孔質板体に酸化活
   性を有する触媒成分を担持させると共に、その高さ方向
   の下部は担持量を多くし、上部は担持量を少なくした燃
   焼用触媒体。
4. （４）請求項３記載の燃焼用触媒体を用い、担持量を多
   くした部分を主触媒層とし、担持量を少なくした部分を
   補助触媒層とした請求項２記載の触媒燃焼装置。