JPH0432603A - 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】 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。

従来の技術 一般に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わせる、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、触媒の構成はハニカ
ム状、マット状。

あるいはクロス状のものが単一層で用いられており、触
媒活性成分は、その触媒支持体の全体にほぼ均一に担持
されるものであった。

上記従来の触媒燃焼装置において、空気と予混合された
燃、料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。

発明が解決しようとする課題 ところで前記燃焼においては触媒層の上流側表面近傍だ
けが集中して、高温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。

また、燃料からの被毒（たとえば、灯油のＳ被毒）も触
媒層の上流側表面近傍が最も被シ易い。その結果、次第
に上流側での触媒活性低下が起こシ、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。

このため、熱線透過体を介して前方に供せられていた放
射熱も減少し、暖房・加熱効率が大きく変化するという
問題があった。また、このような外観上の変化は触媒燃
焼装置利用者にも不信感を招くこととな９易かった。

本発明は上記従来の欠点を解消し、熱放射特性の変化を
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ものである。

課題を解決するだめの手段 前記目的を達成するため、第１の課題解決手段は燃料と
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、前記触媒層が混合ｍ面に対して、触媒金属
未担持層を有する触媒燃焼装置の構成としたものである
。

また第２の課題解決手段としては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
記触媒層が混合気流路表面に対して、触媒金属未担持層
を有し、前記触媒金属未担持層の厚みを上流側から下流
側に沿って薄くした触媒燃焼装置の構成としたものであ
る。

さらに第３の課題解決手段に上記触媒層がノ＼二カム状
基体と、前記ハニカム状基体の表面に設けられた第１被
覆層と、前記第１被覆層の表面に設けられた第２被覆層
からなυ、前記第１被覆層にだけ触媒金属を担持した触
媒燃焼装置の構成としたものである。

作　　　用 本発明は触媒層の混合気流路表面に、触媒金属未担持層
を形成することにより、燃料と空気との予混合気は触媒
金属未担持層を経て触媒金属担持層に達しだとき、触媒
燃焼反応を起こす。したがって、従来に比べて急激な反
応熱や水蒸気あるいは被毒から触媒金属を保護すること
ができる。また、触媒金属未担持層の厚みを流路方向の
上流側から下流側に沿って薄くすることにより、触媒反
応速度を触媒金属未担持層である程度ガス拡散コントロ
ールすることが可能となり、触媒層の上流側と下流側で
の温度差は大幅に低減される。

従来の触媒燃焼装置は上流側と下流側での温度差が大き
く、使用限界条件は触媒層の上流側表面温度によって律
されていた。本発明では上流側と下流側での温度差を低
減し、従来と同等な燃焼負荷で比較すると上流側温度を
低くでき、触媒層に対する負担を抑えることができる。

また、触媒上流側を従来と同等な温度にした場合には、
従来よシも単位触媒容積光シの燃焼負荷を犬きく設定す
ることが可能となる。

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２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θが配設されている。補助炎口５の上方には多数
の連通孔７ａを穿設したシリカ・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ヌ平板に白金族金属
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８が配置され
ている。図中の９は排気口である。

次に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７７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。

截火時には捷ず補助炎口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。高温の排ガヌは
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、−たん燃料供給を停止し、補助炎口６の火炎を消
滅させてから再度燃料の供給を開始する。このとき混合
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でいるから、主に上流側（前面）
表面で触媒燃焼を生じつつ、連通孔７ａ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８を一部は透過して、また−部は
熱線透過体８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。

ここで触媒層７は第１図に示すように、ハニカム状基体
で、連通孔７ａｉ有し、その表面に触媒金属担持層７ｂ
、さらにその表面に触媒金属未担持層７Ｃを被覆して構
成されている。こうすることによって、触媒燃焼反応は
燃料と空気との予混合気が触媒金属未担持層７Ｃをガス
拡散、通過し、触媒金属担持層７ｂに達することによっ
て行われ、急激な反応熱や被毒は触媒金属未担持層７Ｃ
が緩和する役目を果たす。

（実施例１） 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口Ｘ　１０ｍｍ　、　３００セル
／　１ｎｃｈ２．リブ厚５ｏ−２５ｍｍ　）にＢａ０−
Ａｌ２Ｏ３・ＣｅＯ２粉末（比表面積１２　ｏｒｒｒ’
／　ｑ　）　１ｏｏｏｇ。

アルミナ含有率１０ｗｔ％のウォッシュコートバインダ
ー５ｏｏｃｒ、硝酸アルミニウム９水塩１０７ｇ　、　
水１４００（Ｊ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１０ｑ　、ｓｑ加えてなるウォッシュコート
スラリーで３０９被覆した。その後Ｐｔ、Ｐｄを含有し
ていない上記ウォッシュコートスラリーでさらに１５ｇ
被覆した。

（従来例） 実施例１と同じハニカム状セラミックスにＢａＯ・Ａｌ
２Ｏ３・ＣｅＯ２粉末（比表面積１２ｏｒｒｌ／ｑ）１
　ｏｏｏｇ　、アルミナ含有率ｊＱｗｔ％のウォッシュ
コートバインター６００９．硝酸アルミニウム９水塩１
０７ｑ、水１４００ｇおよびジニトロジアンミン白金酸
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Ｐ　ｔ　、　Ｐｄ換算で１０（Ｊ。

５ｑ加えてなるウォッシュコートスラリーで３０９被覆
しだ。

（実施例２） 実施例１と同じハニカム状セラミックスにＢａＯ・Ａｌ
２Ｏ３，ＣｅＯ２粉末（比表面積１２０ｍ′／ｑ）１０
００ｇ、アルミナ含有率１０ｗｔ％のウォッシュコート
バインター５００ｑ、硝ｅＶルミニウム９水塩１０７ｑ
、水１４００ｑおよびジニトロジアンミン白金酸水溶液
とジニトロジアンミンパラジ・ラム水溶液をそれぞれＰ
ｔ　、　Ｐｄ　換算で１０（Ｊ、５ｑ加えてなるウォッ
シュコートスラリーで３０ｑ被覆した。その後Ｐｔ、Ｐ
ｄを含有していない上記ウォッシュコートスラリーで第
３図のようにハニカム状セラミックス格子方向に厚み差
が付くよう、さらに１６ｇ被覆した。

以上、実施例１，２、従来例の触媒を使用して第２図の
ような燃焼装置を組立、２２００ｊｔｄ／ｈ　。

空燃比（空気、・′灯油）１．７で連続燃焼寿命試験を
行い、触媒層の温度変化を測定した。第４図。

第５図は実施例１，２、従来例の触媒層の初期と４００
０時間後における燃焼時温度分布、第６図は触媒層上流
側表面温度の経時変化を示す。

第６図より明らかなよう（て従来例の触媒では初期Ｐ：
燻焼時は上流側９００　’（”であったものが、３００
０ｈ後には上流側８４５°Ｃにまで低下し、約５０°Ｃ
変化してしてしまった。このような燃焼赤熱面における
外観上の変化は触媒燃焼装置利用者に不信感を招くこと
となる。さらに、燃焼時間４２了ｏｈ後には燃焼装置の
触媒層から燃焼帯がブローアウトを起こし、失火してし
まった。しかし、本実施例の触媒では、ともに５ｏｏｏ
ｈまで燃焼でき、実施例１の触媒では５ｏｏｏｈ後に約
３５°Ｃの低下を示し、実施例２の触媒では約２０°Ｃ
の低下しか示していない。また、第４図より明らかなよ
うに本実施例は従来例に比べて触媒層における上流側と
下流側での温度差が小さくなっていることがわかる。ま
た、第５図に示すように連続燃焼試験４０００ｈにおい
て従来例の触媒では触媒燃焼の中心帯が上流からかなシ
下流側へと進行していることがわかる。それに比べて本
実施例ではこの燃焼時間でもまだあまり下流側へとは進
行せず、正常な燃焼状態を保持している。

次に、実施例２の触媒を使用して２８５０１ａｌ／ｈ。

空燃比１．了で連続燃焼寿命試験を行い、触媒層の温度
変化を測定した。第７図は触媒層の初期における燃焼時
温度分布、第８図は触媒層上流側表面温度の経時変化を
示す。

これらの図面から明らかなように、実施例２の触媒は従
来例の触媒に比べて触媒層上流側、下流側の温度差を小
さくすることができる。したがって、従来例の触媒で上
流側表面温度９００’Ｃは２２００１０１１／ｈ　、空
燃比１．７という燃焼条件に相当していたが、実施例２
の触媒では２８５０ｋａし／Ｊ空燃比１．７にしたとき
上流側表面温度９００°Ｃを示した。その結果、従来と
同じ上流側表面温度設定で燃焼負荷を約３０％増加させ
ることができた。また、この燃焼条件でも本発明の触媒
は従来例のものよシも長時間安定した触媒燃焼を維持す
ることができた。

発明の効果 前記実施例の説明より明らかなように本発明によれば、
触媒層上流側表面温度の経時変化を抑え、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でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の触媒層の要部拡大断面図、
第２図は触媒燃焼装置の全体構成を示す縦断面図、第３
図は本発明の実施例２の触媒層の要部拡大断面図、第４
図および第６図はそれぞれ２２００１ｍ／ｈ、空燃比１
．７条件における実施例１，２、従来例の触媒層の初期
と４０００時間後における燃焼時温度分布を示す特性図
、第６図は実施例１，２、従来例の触媒層上流側表面温
度の経時変化を示す特性図、第７図は２８５０−′ｈ。 空燃比１．７条件における実施例２の触媒層の初期燃焼
時温度分布を示す特性図、第８図は実施例２の触媒層上
流側表面温度の経時変化を示す特性図である。 ４・・−・混合室、７・・・・・・触媒層、７ａ・・・
・・・連通孔、７ｂ　・・触媒金属担持層、７Ｃ・・・
・・触媒金属未担持層、８・・・・・・熱線透過体、９
・・・・・排気口。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名第　
４　図 忙工 Ｌう良唄１１ ）−５Ｆ、１判 ｅ−ｍ　　二　リ 区 穆 第 図 位 ｈｆＬＩＪ！’１ Ｋ〕鼠１焚」 口 〈 、Ｖ堵−」Ｉ至ゼ憫 戸 淋 第 図 散 沃 層 道 （Ｉｎ ！ 」ニラハ：イＵリ ド５丸３更」

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記触媒層が混合気流路表面
   に対して、触媒金属未担持層を有することを特徴とする
   触媒燃焼装置。
2. （２）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、前記触媒層が混合気流路表面
   に対して、触媒金属未担持層を有し、前記触媒金属未担
   持層の厚みを上流側から下流側に沿って薄くしたことを
   特徴とする触媒燃焼装置。
3. （３）上記触媒層がハニカム状基体と、前記ハニカム状
   基体の表面に設けられた第１被覆層と、前記第１被覆層
   の表面に設けられた第２被覆層からなり、前記第１被覆
   層にだけ触媒金属を担持したことを特徴とする請求項１
   または２記載の触媒燃焼装置。