JPH0151734B2

JPH0151734B2 -

Info

Publication number: JPH0151734B2
Application number: JP58246799A
Authority: JP
Inventors: Tsuneo Shibata; Yoshitaka Mori; Haruo Ida; Haruo Ishikawa
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1983-12-29
Filing date: 1983-12-29
Publication date: 1989-11-06
Also published as: JPS60142111A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野）本発明は、触媒燃焼熱を熱源とする一般家庭用
の触媒燃焼装置に関するものである。

（従来例の構成とその問題点）従来、ブタン、プロパン、メタン、水素等の常
温で気体である燃料、および灯油、ベンジン、メ
タノール等の常温で液体である燃料を、Pt、Pd
等の貴金属を、グラスフアイバー、発泡金属、ハ
ニカム状セラミツク等に担持させた触媒上で燃焼
させ、これを熱源として利用する触媒燃焼機器は
良く知られている。一般家庭用としては暖房用ス
トーブ、ヘヤカーラ、半田ごて、カイロ等に応用
されている。

また、燃焼方式をその空気の取り入れ方法か
ら、(1)全一次空気式、(2)ブンゼン式、(3)全二次空
気式に分類されるが、触媒燃焼では、ヘヤカー
ラ、半田ごて等の加熱室内に触媒を配置する構成
のものは全一次空気式を、また暖房用ストーブ等
では全二次空気式を使用するのが一般的である。

この中で、全一次空気式の触媒燃焼装置におい
ては、インジエクタによつて、燃焼に必要で、か
つ十分な空気を吸引する必要がある。通常触媒燃
焼では空気過剰率（理論必要空気量でC₃H₈では
容積比23.8倍、C₄H₁₀では同じく30.9倍の空気に
対する過剰率）ｍはｍ＝1.0から1.2が適正とされ
ている。しかし、この適性空気過剰率が得られる
ように触媒燃焼装置内のインジエクタと噴射ノズ
ルとの間隔を設定しても、未燃焼時と燃焼時とで
は空気過剰率が同一にはならない。すなわち、通
常、触媒担体はクロス状、ハニカム状、発泡体状
等に成型し、通常抵抗を小さくしているため、未
燃焼時は、触媒での圧損も低く、インジエクタも
必要またはそれ以上の量の空気を吸引できるが、
燃焼を開始すると、燃焼に伴なう気体膨張が触媒
担体内で起こるため、触媒において大きな圧力損
失が生じ、したがつて、インジエクタで必要な空
気の吸引ができない欠点を有している。特に、グ
ラスフアイバーやセラミツクフアイバー等のマツ
ト状担体の場合、燃焼時にインジエクタが吸引す
る空気量は、未燃焼時にくらべ、80％ないし50％
程度に低下する。したがつて、燃焼時に空気過剰
率ｍを1.0ないし1.2の範囲にするためには、未燃
焼時の空気過剰率ｍを1.2ないし1.5に設定ておく
必要がある。

一方、触媒燃焼の着火性能は、燃料濃度が高い
ほど、すなわち、空気過剰率が低い程、高くな
る。

したがつて、上述のように、未燃焼時、すなわ
ち、着火時に空気過剰率が高くなることは、その
着火性能が低いことになり、これもまた欠点の１
つである。

（発明の目的）本発明の目的は、従来の欠点を解消し、着火時
（以下未燃焼時という）には空気過剰率を下げて、
確実に着火できるよう着火性能を高くし、燃焼時
には空気過剰率を適性値まであげ、完全燃焼させ
て高い燃焼効率が得られるような、触媒燃焼装置
を提供することである。

（発明の構成）本発明の触媒燃焼装置は、燃料貯蔵室と、この
燃料貯蔵室に連設されたバルブ装置と、このバル
ブ装置に設けられた、可動なノズル体と、このノ
ズル体からの噴出気化燃料ガス流により、燃焼に
必要な空気を吸引するインジエクタと、前記気化
燃料ガスと空気との混合ガスを酸化反応させる触
媒と、この触媒を包含する燃焼室と、この燃焼室
の温度により動作し、前記ノズル体の位置を制御
する感熱応動素子とを備なえ、未燃焼時には燃焼
時よりも混合ガス濃度が高くなる第１のノズル体
位置と、燃焼時には未燃焼時よりも混合ガス濃度
が低くなる第２のノズル体位置とに、前記ノズル
体を、前記感熱応動素子によつて制御するように
したもので、これにより未燃焼時の着火性能と、
燃焼時の燃焼効率を高めるようにしたものであ
る。

（実施例の説明）本発明の一実施例を、第１図ないし第４図に基
づいて説明する。

第１図は触媒燃焼装置の要部拡大断面図であ
る。同図において、１はプロパン、ブタン等の
LPG燃料を貯蔵するための燃料貯蔵室である。
２は燃結セラミツク、燃結金属、多孔性プラスチ
ツク等からなる気化装置で、燃料貯蔵室１の隔壁
１ｂに延設された固定弁座保持部１ａに固着され
たガス流量調整バルブ固定弁座３（以下固定弁座
という）のガス通路内に配設され、その一端は灯
芯部材４に連設して、燃料貯蔵室１から燃料が通
過するときの急激な圧力低下により燃料を気化す
る。灯芯部材４はプロパン、ブタン等の液化燃料
を気化装置２に導びくとともに、触媒燃焼装置の
姿勢とは無関係に安定した燃料供給を行なうため
のものであり、多孔性または繊維状の材料ででき
ている。５はガス流量調整バルブのノズル体で
（以下ノズル体という）、固定弁座保持部１ａ内に
摺動自在に装着され、固定弁座３側に制御弁６
が、他端にはノズル７と側面を連通するガス通路
５ａを有する。そして、固定弁座保持部１ａ、固
定弁座３、ノズル体５でバルブ装置を構成してい
る。

気化装置２で気化された燃料は、固定弁座３の
ガス通路とノズル体５のガス流路５ａを通り、ノ
ズル７から噴出する。８は燃料貯蔵室１の端部１
ｃに保持されたインジエクタで、そのベルマウス
部８ａに、ノズル体５に設けられたノズル７が臨
んでいる。ノズル７から噴出された気化燃料ガス
はインジエクタ８によるエジエクタ効果により、
燃焼に必要、かつ十分な空気を吸引する。９はイ
ンジエクタ８に延設されたガス供給管で、その外
周に捲囲された触媒１０に混合ガスを供給するガ
ス供給口１１が複数個設けられている。インジエ
クタ８に吸引された燃料ガスと空気はガス供給管
９内で十分に混合されて混合ガスとなり、ガス供
給口１１から、触媒１０に供給される。１２は触
媒燃焼を開始するために触媒１０の一部を加熱す
る着火ヒータ、１３は空気取入口である。１４は
燃料貯蔵室の端部１ｃに固着された感熱応動素子
の感熱部で、筒状をなし、その一端は閉塞し、他
端は作動部１５に連通している。作動部１５はベ
ローズからなつており、内部にはブチルセロソル
ブ、イソピロピルアルコール等の作動液が封入さ
れており、感熱部１４の温度受感によつて伸縮す
る。１６は操作桿で、操作桿１６の一端に設けら
れた支点１７を中心に回動自在に軸支され、他端
が感熱応動素子の作動部１５に当接し、かつ中央
部にはノズル体５が貫通している。ノズル体５は
スプリング１８によつてインジエクタ８側へ附勢
されており、その附勢は操作桿１６により受止め
られ、作動部１５の伸縮によつて、ノズル７とベ
ルマウス部８ａの間隔が変化する。１９は触媒１
０、感熱部１４等を収容する燃焼室、２０は燃焼
熱により被加熱物を加熱し、かつ燃焼室１９を覆
う加熱体である。

以上のような構成の触媒燃焼装置の動作につい
て説明する。

非着火時、すなわち未燃焼時は、ノズル７とイ
ンジエクタ８のベルマウス部８ａは最小間隔に保
持されており、その寸法は、本実施例においては
１mm以下になるように設定されている。したがつ
て、ノズル７からの燃焼ガスの噴射によるインジ
エクタ８の空気の吸引は少ないので、空気過剰率
は低く、混合ガスのガス濃度は高くなる。この状
態で着火ヒータ１２で着火すると、容易に着火す
ることができる。

第２図は触媒による定常燃焼時の触媒燃焼装置
の状態を示す断面図である。

同図において、着火して触媒燃焼を開始すると
感熱応動素子の感熱部１４の温度が上昇し、作動
部１５が伸張して、操作桿１６を押し下げる。こ
の作用によりノズル体５は後退してノズル７とベ
ルマウス部８ａとの間隔は大きくなつて、インジ
エクタ８への空気は通りやすくなり、空気過剰率
は高くなつて混合ガスの濃度は未燃焼時より低く
なる。

このようにして混合ガスの濃度をくすることに
より完全燃焼が行なわれ、高い燃焼効率とするこ
とができる。このときの空気過剰率は定常燃焼時
においてｍが1.0ないし1.2となるように設定する
ことが望ましいことは前述したとおりであり、こ
のため、ノズル７が、一定寸法以上後退すれば、
それ以上後退してもｍが1.0ないし1.2以上になら
ないようにするインジエクタ８の設計も可能であ
る。

また、ノズル体５の後退は燃料貯蔵室１からノ
ズル７への燃料ガスの供給をも制御している。す
なわち、ノズル体５の後退は、その端部に設けら
れて制御弁６と固定弁座３の間隔を小さくし、燃
料ガスの流量を抑制する作用をしている。そし
て、加熱室１９があらかじめ設定された温度にあ
つたとき、その設定温度に感熱応動素子の感熱部
１４の温度を保つことができる流量が得られるよ
うに制御弁６と固定弁座３との間隔が保たれる。

第３図は触媒燃焼装置のノズルとインジエクタ
の間隔と空気過剰率との関係を示すチヤートであ
る。

同図において、ノズル７とインジエクタ８との
間隔（以下、間隔Ｌという）と空気過剰率との関
係を説明する。

イソブタンガスの流量を100c.c.／分とし、構成
部材の必要寸法は、同図中に示したとおりであ
る。曲線Ａ、Ｂはノズル７の直径を0.23mmにして
ガスの流速を120ｍ／秒にした場合に間隔Ｌと、
空気過剰率との関係を示し、Ａは未燃焼時、Ｂは
燃焼時である。また、曲線Ｃ、Ｄはノズル７の孔
の直径を0.3mmとし、ガスの流速を70ｍ／秒にし
た場合の間隔Ｌと空気過剰率との関係を示し、Ｃ
は未燃焼時、Ｄは燃焼時である。Ｅ、Ｆは燃焼時
に生じる触媒の圧力損失で、間隔Ｌが同一であれ
ば、未燃焼時に対し、燃焼時には空気過剰率が減
少することを示し、その値は20％ないし30％の低
下となることを示している。

つぎに、未燃焼時と燃焼時には間隔Ｌを変えな
ければならない理由を、ガスの流速が120ｍ／秒
の場合について説明する。

触媒燃焼の適正空気過剰率は前述したように、
ｍ＝1.0ないし1.2であるが、このときの未燃焼時
の曲線Ａ上の空気過剰率は1.4となり、この空気
過剰率では混合ガス濃度が低すぎて着火は困難と
なる。着火に適した空気過剰率は1.0以下と低い
方がよく、そのためには未燃焼時の間隔Ｌは１mm
以下にする必要がある。このことから、第３図に
示した構成部材の必要寸法を有するものの例で
は、未燃焼時間の間隔Ｌを１mm以下、燃焼時の間
隔Ｌを1.5mm以上になるように感熱応動素子で間
隔Ｌを制御すれば、未燃焼時の着火性能が高く、
しかも燃焼時に安定した高効率な触媒燃焼を実現
することができる。

なお、ガスの流速が70ｍ／秒の場合は、曲線
Ｃ、Ｄから、未燃焼時の間隔Ｌは１mm以下、燃焼
時の間隔Ｌは２mmないし３mmになるように制御す
ればよいことになる。

第４図は本発明の第２の実施例を示したもので
ある。

同図において、ノズル体５のノズル７の外径Ａ
はインジエクタ８のスロート部８ｂの内径Ｂより
も細く形成され、未燃焼時にはノズル７がストロ
ー部８ｂ中に挿入状態となり、燃焼時には感熱応
動素子によつて、ノズル７の先端がスロート部８
ｂから離脱状態になるように構成されている。第
１図、第２図に示す構成のものは、第３図に示す
ようにノズル７とインジエクタ８の間隔Ｌが小さ
くなるほどその間隔Ｌの変化に対する空気過剰率
の変化が大きくなり、触媒燃焼装置を組立てると
きのノズル７とインジエクタ８との間隔Ｌの調整
が困難となり、その結果、着火時の空気過剰率の
バラツキが生じやすくなる。

しかし第４図に示した構成のものは、ノズル７
の外径Ａとインジエクタ８のスロート８ｂの内径
Ｂとの差が支配的な間隔Ｌとなるので、ノズル７
の位置が多少ずれても、着火時の空気過剰率の変
動は極めて小さく抑えることができる。

（発明の効果）本発明によれば、ノズルとインジエクタの間隔
を未燃焼時には小さくし、空気過剰率を下げて、
燃焼時より混合ガスの濃度を高くする第１のノズ
ル位置と、燃焼時には間隔を大きくし、空気過剰
率を上げて、触媒燃焼に適した空気過剰率が得ら
れる第２のノズル位置に、ノズルを燃焼室の燃焼
温度によつて自動的に制御するようにしたもの
で、着火時の着火性能がよく、燃焼時には完全燃
焼による安定した効率の良い触媒燃焼が得られる
効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による触媒燃焼装置
の要部断面図、第２図は同じく定常燃焼時の要部
断面図、第３図は同じくノズルとインジエクタの
間隔と空気過剰率との関係を示すチヤート、第４
図は本発明の第２実施例による触媒燃焼装置の要
部断面図である。１…燃料貯蔵室、１ａ…固定弁座保持部、１ｂ
…隔壁、１ｃ…燃料貯蔵室の端部、２…気化装
置、３…固定弁座、４…灯芯部材、５…ノズル
体、５ａ…ガス流路、６…制御弁、７…ノズル、
８…インジエクタ、８ａ…ベルマウス部、８ｂ…
スロート部、９…供給管、１０…触媒、１１…ガ
ス供給口、１２…着火ヒータ、１３…空気取入
口、１４…感熱部、１５…作動部、１６…操作
桿、１７…支点、１８…スプリング、１９…燃焼
室、２０…加熱体、Ａ…外径、Ｂ…内径。

Claims

【特許請求の範囲】１燃料貯蔵室と、該燃料貯蔵室に連設されたバ
ルブ装置と、該バルブ装置に設けられた可動ノズ
ル体と、該可動ノズル体に設けられたノズルから
の噴出気化燃料ガス流により、燃料に必要な空気
を吸引するインジエクタと、前記気化燃料ガスと
空気との混合ガスを酸化反応させる触媒と、該触
媒を包含する燃焼室と、該燃焼室の温度により、
動作し、前記ノズル体の位置を制御する感熱応動
素子とを備なえ、未燃焼時には燃料時より、前記
混合ガス濃度が高くなる第１のノズル体位置と、
燃焼時には未燃焼時より、前記混合ガス濃度が低
くなる第２のノズル体位置とに、前記ノズル体を
前記感熱応動素子によつて制御することを特徴と
する触媒燃焼装置。２混合ガス濃度は空気過剰率を制御してなるこ
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第１のノズル体位置と、第２のノズル体位置
は、ノズル体とインジエクタとの間隔を制御して
なることを特徴とする特許請求の範囲第１項およ
び第２項のうちの１項記載の触媒燃焼装置。４ノズル体のノズルの外径が、インジエクタの
通気路の内径より小さく、第１のノズル体位置
は、ノズルをインジエクタの通気路に挿入状態と
し、第２のノズル体位置はノズルの先端をインジ
エクタの通気路から離脱状態としたことを特徴と
する特許請求の範囲第１項および第２項のうちの
１項記載の触媒燃焼装置。