JPH04297710A - 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／Ｃ
Ｏ２、ＨＣ／ＣＯ２）の悪化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、輻射暖房特性の経時変化、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、触媒層が耐熱性無機繊維と触
媒金属が担持された高比表面積セラミック粉末と耐熱性
無機繊維にセラミック粉末を結合させるための無機バイ
ンダーとからなるものである。

【０００８】

【作用】灯油を燃料とした触媒燃焼では、最適燃焼特性
が得られる空燃比（空気／燃料）は２付近であることが
わかってきた。空燃比を最適な２に設定して燃焼を行う
と、触媒反応は触媒層の上流側表面近傍で集中して行わ
れ、それより下流側は燃焼中心位置で燃焼しきれなかっ
たわずかなＨＣ、ＣＯの浄化を担っている。したがって
、上流側表面近傍の温度が高く、下流側は燃焼中心位置
で発生した熱の影響を伝熱、輻射、対流により受けてい
るだけである。

【０００９】一方本発明によれば、触媒層に耐熱性無機
繊維を主体とした多孔質の材料を使用しているために、
触媒層における熱の伝導性が抑えられ、触媒層の上流側
と下流側との温度差は大きくなる。その結果、使用した
熱量に対して、より多くの輻射を得ることが可能である
。また、燃焼中心位置で燃焼しきれなかったわずかなＨ
ＣおよびＣＯの浄化を担う下流側での熱負荷は小さくな
るので、長期間にわたって良好な燃焼特性を維持するこ
とが可能となる（ＨＣおよびＣＯの浄化能力を維持でき
る）。

【００１０】また、触媒燃焼装置を作動させる時には触
媒層を所定の温度以上に予熱する必要があるが、その際
にも触媒層を本発明のような多孔質材料で構成すると熱
容量が小さく、上流側での熱は下流側に伝わりにくいの
で、上流側は必要な活性温度まですばやく予熱され、予
熱時間短縮の効果も生まれる。

【００１１】

【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
全体構成を示す縦断面図であり、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を穿設した無
機繊維主体の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。

【００１２】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。

【００１３】

【実施例】アルミナシリカ繊維（アルミナ　　７０ｗｔ
％、シリカ　　３０ｗｔ％、繊維長約１０ｍｍ、繊維径
　　約３μｍ）、ＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣｅＯ２粉末（
比表面積１２０ｍ２／ｇ）およびアルミナゾルを水溶性
高分子と水とを使用して抄造法により、コルゲート加工
を行った後、１２００℃で２ｈ焼成し、１５０□×１０
ｍｍ、３００セル／ｉｎｃｈ２、リフ゛厚０．２５ｍｍ
のアルミナシリカ繊維５０ｗｔ％、ＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３
・ＣｅＯ２４９ｗｔ％、無機バインダー（アルミナ）１
ｗｔ％からなるハニカム状セラミックス（気孔率６０％
）を形成し、その後ジニトロジアンミン白金、ジニトロ
ジアンミンパラジウム水溶液に含浸、熱処理することに
よりＰｔ、Ｐｄをそれぞれ担持した触媒層７を製作した
。

【００１４】（比較例）シリカ・アルミナ・チタニアを
主成分とするハニカム状セラミックス（１５０□×１０
ｍｍ、３００セル／ｉｎｃｈ２、リフ゛厚０．２５ｍｍ
、気孔率３５％）にＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣｅＯ２粉末
（比表面積１２０ｍ２／ｇ）、アルミナ含有率１０ｗｔ
％のウォッシュコートバインダー、硝酸アルミニウム９
水塩と水、およびジニトロジアンミン白金、ジニトロジ
アンミンパラジウム水溶液を加えてなるウォッシュコー
トスラリーを使用して４０ｇ被覆した触媒層を試作した
。

【００１５】このようにして得られた触媒層７、比較例
の触媒層を使用してそれぞれ図１に示すような触媒燃焼
装置を組立て、２０００ｋｃａｌ／ｈ、空燃比（空気／
灯油）２．０で連続燃焼寿命試験を行った。図２に初期
における実施例および比較例の触媒層厚さ方向の温度分
布を示す。また、図３は連続燃焼寿命試験中における触
媒層上流側表面温度を定期的に測定した結果を示すもの
である。また、（表１）に７０００ｈ後における燃焼特
性を測定した結果を示す。

【００１６】

【表１】

【００１７】図２より、実施例、比較例はともに同じ条
件で燃焼させているにもかかわらず、実施例の方が上流
側温度が高く、下流側温度が低くなっており、したがっ
て、実施例の方が比較例よりも多くの輻射効果が得られ
ていることがわかる。また同じく図２の温度分布のカー
ブからわかるように、初期から比較例の方が温度ピーク
および温度カーブが下流側にシフトしており、その結果
、図３に示すように連続燃焼寿命試験において触媒層上
流側表面温度の経時的低下は早く、５０００ｈ後で約５
０℃程度低下しているのに対し、実施例では７０００ｈ
後でも約４０℃の低下にとどまっている。さらに実施例
は比較例に比べて燃焼の中心位置が下流側に移行してい
ないので、７０００ｈ後における燃焼特性（ＣＯ／ＣＯ
２、ＨＣ／ＣＯ２）を比較しても（表１）に見られるよ
うに実施例は優れていることがわかる。

【００１８】実施例では、気孔率６０％の触媒層７につ
いて試験を行ったが、本発明は気孔率５０％のものにつ
いても顕著な効果が得られた。しかしながら、機械的な
強度を考慮すると、気孔率は９０％以下にすることが好
ましい。

【００１９】このように上記実施例によれば触媒層７を
ＰｔおよびＰｄを担持したアルミナシリカ繊維、ＢａＯ
、Ａｌ２Ｏ３、ＣｅＯ３、アルミナゾル等よりなるハニ
カム状セラミックスを用いて構成しているため、熱輻射
効果が高く、また連続燃焼寿命試験で温度低下が小さい
という効果が得られる。

【００２０】

【発明の効果】本発明は上記実施例より明らかなように
、輻射暖房特性の経時変化および燃焼特性の悪化を抑え
、長時間安定した暖房および加熱効率を維持することが
できるという効果が得られる。

【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】実施例および比較例における触媒層厚さ方向の
温度分布を示す特性図

【図３】実施例および比較例における連続燃焼寿命試験
中の触媒層上流側表面温度の変化を示す特性図

【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 (2)

【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、前記触媒層が耐熱性
   無機繊維と触媒金属が担持された高比表面積セラミック
   粉末と耐熱性無機繊維にセラミック粉末を結合させるた
   めの無機バインダーとからなることを特徴とする触媒燃
   焼装置。
2. 【請求項２】触媒層が抄造法でコルゲート加工により製
   造されたものであり、気孔率が５０％以上であることを
   特徴とする請求項１記載の触媒燃焼装置。