JPH04297708A - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は加熱、暖房、乾燥等に用
いられる放射加熱型の触媒燃焼装置に関する。

【０００２】

【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に接触さ
せ、その表面で無炎の触媒燃焼を行ういわゆる予混合型
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。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】触媒燃焼において、空
気と予混合された燃料（たとえば、灯油）は触媒層にお
いて急激な酸化反応を生じ、反応熱と共に二酸化炭素や
水蒸気を発生する。ここでの触媒反応は、初期には触媒
層の上流側表面近傍で集中して行われ、反応熱は触媒層
からの放射によって、前面に対向して配設される熱線透
過体を経て前方に供給され、加熱、暖房等の用途に供せ
られる。ところが、触媒層の上流側表面近傍だけが集中
して、高温、酸化状態で連続使用されることから、この
付近の触媒劣化は進行し易い。

【０００４】その結果、次第に上流側での触媒活性低下
が起こり、触媒反応の中心位置が上流から下流側へ移行
すると同時に、上流側表面温度も低下することになる。 また、触媒反応中心位置の下流への移行は触媒層におけ
る有効な流れ方向の厚みが短くなってくることを意味し
ており、そのために触媒燃焼の燃焼特性（ＣＯ／ＣＯ２
、ＨＣ／ＣＯ２）も次第に悪化してくる。

【０００５】したがって、触媒反応の中心位置が上流側
から下流側への移行することにより、熱線透過体を介し
て前方に供せられていた放射熱が減少し、暖房・加熱効
率が大きく低下するという課題、また燃焼特性（ＣＯ／
ＣＯ２、ＨＣ／ＣＯ２）も悪化するという課題等があっ
た。

【０００６】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、燃焼特性の悪化を抑え、長時間安定した暖房・加
熱効率を維持し得る触媒燃焼装置を提供することを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、燃料と空気の混合室の下流に備えられた多
数の連通孔を有する触媒層と、触媒層の上流側の表面に
対向して配設された熱線透過体と、触媒層の下流側に備
えられた排気口とを有し、触媒層において連通孔の断面
積をｓ、流れ方向の厚みをｔとすると、ｔ／ｓ＝７（ｍ
ｍ−１）以上とするものである。

【０００８】

【作用】触媒燃焼装置において、触媒層上流側での劣化
が進行し、触媒反応の中心位置が触媒層の上流側から下
流側へと移行し、触媒層における有効な流れ方向の厚み
が短くなってくると、触媒層中で燃焼が完結できずにわ
ずかなＣＯやＨＣが排出されるようになる。しかし、本
発明によれば、触媒層の連通孔の断面積と流れ方向の厚
みとの関係を所定の比以上に設定しているため、触媒反
応の中心位置が上流側から下流側へと少しぐらい移行し
ても、燃焼特性を良好な状態に維持することが可能とな
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明の一実施例の触媒燃焼装置の
全体構成を示す要部断面図であり、図において１は燃料
タンク、２は燃料用ポンプ、３は送風用のファン、４は
混合室で、混合室４の出口には補助炎口５が備えられて
おり、補助炎口５の近傍には点火電極６が配設されてい
る。補助炎口５の上方には多数の連通孔８を穿設したハ
ニカム状セラミックス平板にＰｔ／Ｐｄの活性成分を担
持させた触媒層７が直立して備えられ、その上流面（前
面）に対向して熱線透過体９が配置されている。１０は
排気口である。

【００１０】次にその動作について詳述すると、燃料用
ポンプ２から供給された燃料（灯油）とファン３から供
給された空気は、混合室４内で気化されるとともに充分
予混合されて上部の補助炎口５に送られる。点火時には
まず補助炎口５において点火電極６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
、触媒層７を昇温させる。所定時間燃焼させて触媒層７
が充分な温度に昇温した時点で、一旦燃料供給を停止し
、補助炎口５の火炎を消滅させてから再度燃料の供給を
開始する。この時、混合室４を出た予混合気は上方に直
立する触媒層７に至るが、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８を経て下流側（後面）へと流れる。また触媒層７
の上流側表面で生じた反応熱は、熱線透過体９を一部は
透過して、また一部は熱線透過体９を加熱することによ
ってここからの二次放射としてそれぞれ前面に放散され
、加熱や暖房等に供せられる。

【００１１】（実施例１）シリカ・アルミナ・チタニア
を主成分とする厚み５．０ｍｍ、７．５ｍｍ、１０ｍｍ
、１５ｍｍのハニカム状セラミックス（１５０□ｍｍ、
４００セル／ｉｎｃｈ２、リフ゛厚０．１５ｍｍ）にＢ
ａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣｅＯ２粉末（比表面積１２０ｍ２
／ｇ）１０００ｇ、アルミナ含有率１０ｗｔ％のウォッ
シュコートバインダー　　１００ｇ、硝酸アルミニウム
９水塩　　８５ｇ、水　　１３００ｇおよびジニトロジ
アンミン白金水溶液とジニトロジアンミンパラジウム水
溶液をそれぞれＰｔ、Ｐｄ換算で５ｇ、４ｇ加えてなる
ウォッシュコートスラリーをそれぞれ２３ｇ、３４ｇ、
４５ｇ、６８ｇ被覆した触媒燃焼用触媒Ａ（ｔ／ｓ＝約
４．４）、Ｂ（ｔ／ｓ＝約６．７）、Ｃ（ｔ／ｓ＝約８
．８）、Ｄ（ｔ／ｓ＝約１３．３）を用いて触媒層７を
作製した。

【００１２】（実施例２）シリカ・アルミナ・チタニア
を主成分とする厚み７．５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、
２０ｍｍのハニカム状セラミックス（１５０□ｍｍ、３
００セル／ｉｎｃｈ２、リフ゛厚０．２５ｍｍ）に実施
例１と同様に調製したウォッシュコートスラリーをそれ
ぞれ３０ｇ，４０ｇ、６０ｇ、８０ｇ被覆した触媒燃焼
用触媒Ｅ（ｔ／ｓ＝約５．４），Ｆ（ｔ／ｓ＝約７．２
），Ｇ（ｔ／ｓ＝約１０．８），Ｈ（ｔ／ｓ＝約１４．
４）を用いて触媒層７を作製した。　　（実施例３）シ
リカ・アルミナ・チタニアを主成分とする厚み１０ｍｍ
、１５ｍｍ、２０ｍｍのハニカム状セラミックス（１５
０□ｍｍ、２００セル／ｉｎｃｈ２、リフ゛厚０．３０
ｍｍ）に実施例１と同様に調製したウォッシュコートス
ラリーをそれぞれ３０ｇ、４５ｇ、６０ｇ被覆した触媒
燃焼用触媒Ｉ（ｔ／ｓ＝約４．７），Ｊ（ｔ／ｓ＝約７
．０），Ｋ（ｔ／ｓ＝約９．４）を用いて触媒層７を作
製した。

【００１３】このようにして得られた触媒層７を使用し
て灯油を燃料とする触媒燃焼装置の連続寿命試験を行っ
た。燃焼条件は空燃比（空気／燃料）１．８、燃焼量２
２００ｋｃａｌ／ｈとした。（表１）に初期と５０００
ｈ後の燃焼特性を示す。

【００１４】

【表１】 図２、図３は（表１）に示す結果をグラフ化したもので
あり、図２はＣＯ／ＣＯ２特性、図３はＨＣ／ＣＯ２特
性である。図から明らかなようにｔ／ｓ＝７（ｍｍ−１
）以上の触媒燃焼装置においては５０００ｈ後も優れた
燃焼特性を維持していることがわかる。反対に、連通孔
の断面積と流れ方向の厚みとの比が不充分な触媒層を用
いた触媒燃焼装置では連続試験後の、特にＨＣ／ＣＯ２
特性の劣化が著しくなっていた。

【００１５】触媒Ｇについて、さらに８０００ｈ後の燃
焼特性を測定した。その結果ＣＯ／ＣＯ２（×１０−５
）＝４、ＨＣ／ＣＯ２（×１０−５）＝５と良好であっ
た。しかし触媒層７の厚み方向温度分布を測定すると、
図４に示すように初期に比べて温度ピーク位置は約２．
５ｍｍ下流側に移行し、上流側温度は約７０℃低下して
いた。これは触媒層７の表面からの輻射による暖房・加
熱効率が経時的に低下してきていることを意味する。

【００１６】したがって、ここまで燃焼の中心位置が下
流側に移行していれば、この触媒層７はたとえ燃焼特性
が悪化していなくとも、これ以上使用することなく、寿
命時期に達していると判断し、触媒層７を交換すること
が望ましい（上流側温度における初期からの低下限界温
度を何度に決めるかは使用条件によっても変わる）。連
通孔８の断面積と流れ方向の厚みとの比は充分大きくす
ることが必要であるが、時間経過とともに触媒層７の上
流側は劣化し、触媒層表面温度は低下してくるので、む
やみに連通孔８の断面積と流れ方向の厚みとの比を大き
くするのではなく、ｔ／ｓ＝７〜１２（ｍｍ−１）程度
とすることが触媒層７の効率的な活用方法と考えられる
。

【００１７】このように上記実施例によれば、触媒層７
の連通孔８の断面積をｓ、流れ方向の厚みをｔとした場
合、ｔ／ｓ＝７〜１２（ｍｍ−１）程度とすることによ
り、燃焼特性、特に長時間連続使用時の燃焼特性が向上
するという効果が得られる。

【００１８】

【発明の効果】本発明は上記実施例より明らかなように
、燃料と空気の混合室の下流に備えられた多数の連通孔
を有する触媒層と、触媒層の上流側の表面に対向して、
配設された熱線透過体と、触媒層の下流側に備えられた
排気口とを有し、触媒層の連通孔の断面積をｓ、流れ方
向の厚みをｔとすると、ｔ／ｓ＝７（ｍｍ−１）以上と
したものであり、燃焼特性の悪化を抑え、長時間安定し
た暖房、加熱、乾燥等を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における触媒燃焼装置の全体
構成を示す要部断面側面図

【図２】一実施例の触媒燃焼装置の燃焼特性（ＣＯ／Ｃ
Ｏ２）を測定した結果を示す特性図

【図３】一実施例の触媒燃焼装置の燃焼特性（ＨＣ／Ｃ
Ｏ２）を測定した結果を示す特性図

【図４】一実施例の触媒燃焼装置において空燃比１．８
、燃焼量２２００ｋｃａｌ／ｈで燃焼させた時の触媒層
の厚み方向の温度分布を示す特性図

【符号の説明】

４　　混合室 ７　　触媒層 ８　　連通孔 ９　　熱線透過体 １０　　排気口

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と空気の混合室の下流に備えられた多
   数の連通孔を有する触媒層と、前記触媒層の上流側の表
   面に対向して配設された熱線透過体と、前記触媒層の下
   流側に備えられた排気口とを有し、前記触媒層において
   連通孔の断面積をｓ、流れ方向の厚みをｔとすると、ｔ
   ／ｓ＝７（ｍｍ−１）以上であることを特徴とする触媒
   燃焼装置。