JPH06272821A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低速領域での燃料供給の不安定要因及び、触
媒燃焼温度が低い場合での未燃ガスやＣＯの発生を来す
ことなく、暖房可変幅下限をより低いものとし、同可変
幅を充分広くする。 【構成】 触媒体１による燃焼能力の下限値（暖房能力
は５００ｋｃａｌ／ｈ）検出を、燃料供給量の最小値を
検出することで行い、下限値が検出されたとき、気化器
７による燃料供給を停止させるとともに、触媒体１に通
電させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、供給された燃料を触
媒体上で燃焼させる触媒燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】触媒体上での表面燃焼である触媒燃焼は
通常の気相燃焼と燃焼方式が全く異なるため、多くの特
徴を有している。例えば、燃焼温度を１０００℃以下と
低く抑えることができるため、サーマルＮＯ_ｘの発生を
少くできるほか、炭化水素の発生をほとんど抑制するこ
とができる。また、触媒表面での接触反応であるため、
燃焼器自体が輻射体になり、暖房器に利用した場合に
は、快適な輻射暖房を得ることができる。そのほか、燃
焼温度が低いために火炎に対する恐れが少い、通常燃焼
器に必要であった燃焼室といったスペースが不要になる
ので燃焼器をコンパクトにできる、などのメリットがあ
る。

【０００３】触媒体上で良好な燃焼を行わせるには、反
応ガス量が触媒容積または触媒面積に対して適正な量で
あるここと、そして反応ガスに対して触媒表面が充分に
活性化した温度に保持されている必要がある。通常、白
金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）などの貴金属触媒と炭
化水素系の燃料との組み合わせの場合では、この表面温
度は最低５００℃程度である。すなわち、約５００℃に
ならなければ充分な触媒燃焼反応を得ることができず、
その温度に達しない場合には、未燃ガス成分、例えば人
体に有害な一酸化炭素（ＣＯ）であるとか、臭いの原因
となる炭化水素などが生じる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般家庭用
暖房器として使用するには、５００〜３０００ｋｃａｌ
／ｈ程度の暖房可変幅があることが望ましい。しかし、
触媒燃焼では、触媒燃焼温度に制限があるため、単位体
積当たりから取り出すことのできる熱量に限界があり、
現時点では１０ｋｃａｌ／ｃｍ² 以上燃焼させることは
不可能である。このため、暖房可変幅上限の熱量を取り
出すには、２０ｃｍ角程度の大きさが必要となり、触媒
の大面積化や多段式化が必要となる。

【０００５】一方、近年の住宅環境の変化から部屋の気
密性が向上し、暖房効率が良くなってきているため、小
型暖房器の需要が増加してきている。したがって、業界
にも暖房可変幅の下限を下げようとする傾向が見られ
る。

【０００６】暖房可変幅下限を下回る燃焼量を得るに
は、低温条件での燃焼か部分的な燃焼という方法が考え
られる。このような燃焼条件では燃料や空気量を絞る必
要があるが、現状の一般家庭用暖房器レベルでは、燃料
ポンプの低速化には限界があり、そのため、低速領域で
は燃料供給が不安定になる。また、一定流量で低速の空
気流を供給することも、ファン及び暖房器の構造からさ
らに困難であり、当量比（燃料消費量に対する空気量の
比）が下がる傾向がある。

【０００７】また、燃焼量が減少して触媒燃焼温度が低
くなると、未燃ガスやＣＯの発生を抑制することができ
ない。

【０００８】したがって、大面積化した触媒体では、５
００ｋｃａｌ／ｈ以下の燃焼量は、燃焼状態が悪くなる
ため、実用化は不可能であると思われる。多段式触媒燃
焼器では、小面積の部分燃焼により触媒燃焼温度を保持
することは可能であるが、燃料及び空気を適当な条件ま
で絞ることは困難であり、大面積化した触媒体同様に、
実用化は困難である。

【０００９】図５は、このような従来の輻射型触媒燃焼
装置における暖房能力特性図である。この特性図は、横
軸を暖房能力［ｋｃａｌ／ｈ］として、縦軸に燃料消費
量［ｃｃ／ｈ］，空気量［ｌ／ｈ］，当量比をそれぞれ
示したものである。これによれば、暖房可変幅の下限
は、５００ｋｃａｌ／ｈであり、暖房能力をこれ以上下
げることはできない。

【００１０】そこで、この発明は、暖房可変幅下限をよ
り低いものとし、同可変幅を充分広くすることを目的と
している。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、多孔質からなる触媒体に燃料供給手段
により燃料を供給して触媒体上で燃焼させる触媒燃焼装
置において、前記触媒体を電力供給のための電極を備え
た導電性の自己発熱型触媒体とし、この触媒体の燃焼能
力下限値を検出する燃焼能力下限値検出手段及び、この
燃焼能力下限値検出手段が触媒体の燃焼能力下限値を検
出したとき、前記燃料供給手段による燃料供給を停止さ
せるとともに、前記電極を介して自己発熱型触媒体に通
電させる制御手段を設けた構成としてある。

【００１２】

【作用】このような構成の触媒燃焼装置において、燃焼
能力下限値検出手段が自己発熱型触媒体の燃焼能力下限
値を検出したとき、制御手段は、燃料供給手段による自
己発熱型触媒体への燃料供給を停止させるとともに、自
己発熱型触媒体に通電し、自己発熱型触媒体を発熱させ
る。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１４】図１は、この発明の一実施例を示す触媒燃
焼装置を適用した石油ストーブの全体構成図である。同
図中１は電気電導度をもたせた自己発熱型触媒体（以
下、単に触媒体という）、２は燃料である石油の蒸気を
燃焼用空気に混合させるための蒸気噴出管、３は燃焼用
空気供給口、４は石油蒸気と燃焼用空気の混合気である
燃料混合気を触媒体１に供給するための燃料混合気供給
ダクトである。５は触媒体１を固定する耐熱性の枠であ
り、この枠５と触媒体１との間には、触媒体１に通電す
るための電極６が設けられている。石油蒸気は燃料供給
手段としての気化器７より蒸気噴出管２に供給され、蒸
気噴出管２には石油タンク８に貯えられた石油が供給さ
れる。また、燃焼用空気は室外より吸気管９を通って空
気供給ファン１０により燃焼用空気供給口３に供給され
るようになっている。１１は触媒体１で反応した燃焼気
体が通る排気ダクト、１２は燃焼気体がもつ熱を気化器
７に回収するための熱回収交換器、１３は熱回収交換器
１２で回収しきれなかった熱を対流ファン１４によって
室内へ運び暖房するための熱交換器、１５は熱交換され
た燃焼気体が通る排気管である。

【００１５】触媒体１の近傍には非接触式の温度センサ
１６が設けられており、触媒体１の温度を検出するよう
になっている。この温度センサ１６は触媒体１からの赤
外線を検出し、その温度を求めるものである。また、１
７は各要素部品を制御する制御回路を構成する電子部品
が実装される制御回路基板である。１８は耐熱ガラス窓
であり、触媒体１からの輻射熱を室内へ透過し、効果的
な輻射暖房を得るために設けられている。

【００１６】上記石油ストーブには、図２の機能ブロッ
ク図に示すように、触媒体１による燃焼能力の下限値、
例えばこの石油ストーブの暖房可変幅が５００〜３００
０ｋｃａｌ／ｈとした場合、５００ｋｃａｌ／ｈを検出
する燃焼能力下限値検出手段１９及び、この燃焼能力下
限値検出手段１９が燃焼能力の下限値を検出したとき、
図示しない燃料ポンプの駆動を停止させて気化器７によ
る燃料供給を停止させるとともに、電極６を介して触媒
体１に通電させる制御手段２１を備えている。燃焼能力
下限値検出手段１９としては、例えば燃料ポンプによる
燃料供給量を検出するものでよく、その燃料ポンプが供
給可能な燃料供給量の最小値を検出したとき、燃焼能力
の下限値を検出したこととする。制御手段２１は、前記
制御回路基板１８上の制御回路に含まれる。

【００１７】次に、上記のように構成された石油ストー
ブの燃焼動作を、図３に示すフローチャート及び、図４
に示す暖房能力特性図に基づき説明する。図４の特性図
は、前記図５のものと同様に、横軸を暖房能力［ｋｃａ
ｌ／ｈ］として、縦軸に燃料消費量［ｃｃ／ｈ］，空気
量［ｌ／ｈ］，当量比をそれぞれ示したものである。ま
ず、電源スイッチをオンし、触媒体１に通電すると（ス
テップ１０１）、温度センサ１６の検出する触媒体１の
温度が活性化温度（通常、５００℃）以上かどうかを判
断し（ステップ１０２）、活性化温度以上であれば気化
器７のバルブを開放して、反応ガス、つまり蒸気噴出管
２から噴出する石油蒸気と空気供給ファン１０によって
吸気管９から供給される燃焼用空気との混合気を、燃料
混合気供給ダクト４内に供給する（ステップ１０３）。

【００１８】燃料混合気供給ダクト４内に供給された反
応ガスが触媒体１の内壁に達すると、触媒体１はすでに
活性化温度以上になっているので着火する（ステップ１
０５）。着火後、温度センサ１６の検出する触媒体１の
温度が所定値以上となっているかどうかを判断し（ステ
ップ１０７）、所定値以上であれば触媒体１への通電を
停止する（ステップ１０９）。その後、触媒燃焼が行わ
れ（ステップ１１０）、燃焼気体は排気ダクト１１に流
出した後、熱交換器１３を通過することによって、対流
ファン１４で送り出される空気と熱交換し、暖まった空
気は温風吹出口２１から吹き出し、触媒体１からの輻射
熱とともに室内を暖房する。また、燃焼気体の一部は熱
回収交換器１２により気化器７に回収され、気化器７に
おける石油の気化が促進される。

【００１９】次に、燃焼状態の切替え制御を行う。ま
ず、燃料ポンプによる燃料供給量を検出し（ステップ１
１１）、この燃料供給量が燃料ポンプにより供給可能な
最小値かどうか、つまり触媒体１の燃焼能力が下限値
（暖房能力５００ｋｃａｌ／ｈ）かどうかを判断する
（ステップ１１２）。そして、下限値であれば、制御手
段２１により、燃料ポンプを停止させて気化器７による
燃料供給を停止させるとともに、触媒体１に通電させる
（ステップ１１３）。このとき、空気量は図４に示すよ
うに、５００ｋｃａｌ／ｈでの状態を継続する。触媒体
１への通電時による消費電力は、図４中で破線で示すよ
うに、要求暖房能力の低下に伴って直線的に低下するも
のとなる。前記ステップ１１２で、燃料供給量が最小値
でない場合、つまり暖房能力が下限値の５００ｋｃａｌ
／ｈを越える場合には、そのまま触媒燃焼を継続させ
る。

【００２０】このように、暖房能力が５００ｋｃａｌ／
ｈ以下の暖房可変幅の下限の燃焼量を得る際には、燃料
供給を停止し、触媒体１への通電による発熱によって暖
房を行うので、低速領域での燃料供給の不安定要因が解
消され、また、燃焼量が減少して触媒燃焼温度が低くな
った場合での未燃ガスやＣＯの発生が防止される。この
ため、触媒体１を大面積化するなどして暖房可変幅の上
限が３０００ｋｃａｌ／ｈ程度得られるようにしたもの
でも、暖房可変幅の下限を広げることができ、暖房効率
のよい気密性の高い住宅にも充分対応できる。

【００２１】なお、燃焼能力下限値検出手段１９は、燃
料ポンプによる燃料供給量を検出するものに限るもので
はない。

【００２２】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、自己発熱型触媒体における燃焼能力の下限値が検
出されたとき、燃料供給を停止させるとともに、自己発
熱型触媒体に通電させるようにしたので、低速領域での
燃料供給の不安定要因及び、触媒燃焼温度が低い場合で
の未燃ガスやＣＯの発生を来すことなく、暖房可変幅下
限をより低くでき、同可変幅を充分広くすることが可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す触媒燃焼装置を適用
した石油ストーブの全体構成図である。

【図２】図１の石油ストーブの機能ブロック図である。

【図３】図１の石油ストーブの動作を示すフローチャー
トである。

【図４】図１の石油ストーブの暖房能力特性図である。

【図５】従来の石油ストーブの暖房能力特性図である。

【符号の説明】

１ 自己発熱型触媒体 ６ 電極 ７ 気化器（燃料供給手段） １９ 燃焼能力下限値検出手段 ２１ 制御手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 多孔質からなる触媒体に燃料供給手段に
   より燃料を供給して触媒体上で燃焼させる触媒燃焼装置
   において、前記触媒体を電力供給のための電極を備えた
   導電性の自己発熱型触媒体とし、この触媒体の燃焼能力
   下限値を検出する燃焼能力下限値検出手段及び、この燃
   焼能力下限値検出手段が触媒体の燃焼能力下限値を検出
   したとき、前記燃料供給手段による燃料供給を停止させ
   るとともに、前記電極を介して自己発熱型触媒体に通電
   させる制御手段を設けたことを特徴とする触媒燃焼装
   置。