JPH06337105A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒体３，５，７上での着火時の燃焼を良好
に行わせ、また装置の大型化及び気化器２５の低寿命化
を伴うことなく気化器２５における燃料残滓の除去作業
を容易にする。 【構成】 複数の触媒体３，５，７のうち燃焼供給の最
上流側及び最下流側の各触媒体３，７を通電により発熱
可能な導電性を有するものとする。

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、燃
料と空気の混合気である反応気体の量が触媒体の容積ま
たは表面積に対して適正な量であること、そして反応気
体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℃程度必
要である。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】特に、着火時には触媒体の温度が周囲温度
にまで低下しているため、そのままの状態で反応気体を
供給しても着火が起こらず、未反応気体が排出されてし
まう。そのため、着火前に触媒体を予熱した後、反応気
体を供給する操作が必要となる。

【０００５】従来の一般的な予熱方法としては、触媒体
の上流側に設けた予熱バーナあるいは予熱ヒータで空気
を一旦加熱し、この加熱した空気を触媒体に送り込むこ
とによって触媒体を予熱する方法を用いていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような予熱方法を用いると、次に示すような多くの問題
点がある。

【０００７】予熱バーナ，予熱ヒータどちらの場合も、
一旦熱媒としての空気を加熱してから触媒体を間接的に
予熱するので非効率的である。また、予熱空気自体に温
度むらが生じるのは避けられず、そのため触媒体の温度
にもむらが生じ、着火時に触媒体の低温部から未反応気
体が通過し、臭気、白炎の発生といった問題が発生する
ことが考えられる。さらに、予熱バーナあるいは予熱ヒ
ータを設置するスペースを設ける必要があるので、装置
が大きくなるといった欠点もある。またそれだけ余分な
コストアップにもつながる。

【０００８】予熱バーナとして石油バーナを用いる場合
には、気化器の予熱時間等予熱バーナ自身の立ち上がり
時間が加わるためにさらに多くの時間が必要になる。そ
のうえ予熱バーナは気相燃焼であるために当然サーマル
ＮＯｘの発生があり、着火初期といっても低ＮＯｘとい
った特徴が損なわれることは好ましくない。また、この
予熱バーナからも未燃気体が発生する可能性があるが、
触媒体はこの段階では活性化していないため、臭気を発
生する可能性があった。

【０００９】また、触媒燃焼による輻射熱暖房では、あ
らかじめ気化器で加熱により気化させた気化燃料を空気
と混合して触媒体に供給するが、この気化器には長時間
の使用によりタール化した燃料の残滓が蓄積する。従来
の石油ファンヒータの場合、このタール残滓による気化
器の詰まりや異常動作を防ぐため、気化器ノズル部の設
計に余裕を持たせる、気化器使用時は常に高温に保持す
る、一定期間をおいてのタールクリーン（気化器の空焼
き加熱によるタール除去）、などを行っている。

【００１０】ところが、気化器の設計に余裕度を持たせ
ると、装置が大型化することは避けられず、また気化器
を常用時高温に保持すると、気化器寿命が短くなる。一
方、タールクリーン操作時には、タール残滓から多量の
白煙を生じるため、室内では操作しることが難しく、実
際に気化器のメンテナンスを行うは困難であった。

【００１１】そこで、この発明は、触媒体上での特に着
火時の燃焼を良好に行わせ、また装置の大型化及び気化
器の低寿命化を伴うことなく気化器における燃料残滓の
除去作業を容易にすることを目的としている。

【００１２】

【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、第１に、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おいて、前記触媒体を複数直
列に配置し、この複数の触媒体のうち燃料供給の最上流
側及び最下流側の各触媒体を通電によって発熱可能な導
電性触媒体とした構成としてある。

【００１３】第２に、液体燃料を供給する燃料供給手段
及び、この燃料供給手段からの液体燃料を通電により加
熱して気化させる気化手段を有し、この気化手段を経て
供給された気化燃料を触媒体上で燃焼させる触媒燃焼装
置において、前記触媒体を通電によって発熱可能な導電
性触媒体とし、前記燃料供給手段からの燃料供給を停止
している状態で、前記気化手段に通電するとともに、前
記導電性触媒体が所定温度に達していないとき通電する
構成としてある。

【００１４】第３に、第２の構成において、燃料供給手
段からの燃料供給を停止している状態は、触媒体上での
燃焼の消火時である構成としてある。

【００１５】第４に、第２の構成において、燃料供給手
段からの燃料供給を停止している状態は、装置の運転を
休止している任意のときであり、このとき導電性触媒体
への通電を気化手段への通電に先行させて行う構成とし
てある。

【００１６】

【作用】第１の構成によれば、最上流側及び最下流側の
各触媒体を通電により加熱することで、不安定な燃焼状
態にある着火時や、燃焼量を急激に増加させるような場
合にも、触媒反応が良好に行われ、未反応気体の排出が
抑制される。

【００１７】第２の構成によれば、燃料供給を停止して
いるとき、気化手段を通電により加熱することで気化手
段に蓄積される燃料残滓が空焼きされ、さらに導電性触
媒体を通電により加熱することで、前記燃料残滓の空焼
き時に発生する未反応気体は、導電性触媒体で反応して
白煙や臭気の発生が抑制される。

【００１８】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。

【００１９】図１は、この発明の一実施例を示す触媒燃
焼装置の正面断面図、図２はこの触媒燃焼装置を適用し
た石油ストーブの内部構造を示す全体構成図、図３は図
２の側面断面図である。この触媒燃焼装置は、上下方向
に延長されて上部に開口部１ａを有する燃焼筒１内に複
数（ここでは三つ）の触媒体３，５，７が直列に設けら
れている。このうち最下部（燃料供給の最上流側）及び
最上部（同最下流側）の触媒体３及び７は、通電によっ
て発熱可能な導電性触媒体としてあり、これらの触媒体
３，７には、電極９，１１が接続されている。

【００２０】触媒体３，７は、図４に斜視図で、図５に
細部の拡大された断面図として、その巻き上げの状態を
示す。２枚の平板状金属基材１９とその間に設けられた
波板状金属基材１３をセットとし、絶縁層２１を介して
コルゲート状に成型し、触媒基材とした。金属基材１
３，１９の表面にアルミナのウォッシュコート層１５を
形成し、さらにアルミナコート層１５上に白金またはパ
ラジウムの触媒層１７を設け、絶縁層２１を介して多数
積層して巻き上げてある。金属基材１３，１９として
は、Ｆｅ６０％，Ｃｒ３５％，Ａｌ５％のステンレス箔
（厚さ５０μｍ）を用いる。中央の触媒体５は、コージ
ェライト担体に触媒を担持させたものである。

【００２１】最下部の触媒体３の下方の隔壁２３上に
は、液体燃料である灯油を気化させる気化手段としての
気化器２５が配置されている。気化器２５は、予熱用の
電気ヒータを備えており、燃料タンク２７から図示しな
い燃料ポンプにより燃料パイプ２９を経て灯油が供給さ
れる。気化器２５は、上面に複数の小孔３１ａを備えた
カバー３１で覆われており、気化した燃料は小孔３１ａ
から触媒体３の上流側空間３３に流出する。

【００２２】気化器２５の下方の空間３５には、燃焼用
空気を各触媒体３，５，７に送り込む空気供給ファン３
７が配置されている。一方、空間３５に接する隔壁２３
及び側壁３９には、通気孔２３ａ，２３ｂ及び３９ａが
それぞれ形成されている。隔壁２３の通気孔２３ｂ及び
側壁３９の通気孔３９ａは、燃焼筒１の外周に設けられ
た外筒４１と燃焼筒１との間の空気通路４３に連通し、
さらに空気通路４３は触媒体５の上流側空間４５及び触
媒体７の上流側空間４７に、通気孔１ｂ及び通気孔１ｃ
を介してそれぞれ連通している。これにより、空気供給
ファン３７の回転によって空気供給口４９から空間３５
に流入した空気は、各触媒体３，５，７のそれぞれの上
流側空間３３，４５，４７に燃焼用空気として送り込ま
れる。

【００２３】図１に示す触媒燃焼装置の下部後方には、
図３に示すように、隔壁５１によって隔てられた空間５
３が形成され、この空間５３には対流ファン５５が配置
されている。一方、石油ストーブのハウジング５７の下
部背面には空気供給孔５７ａが形成され、対流ファン５
５の回転によって外部の空気が空気供給孔５７ａから空
間５３に流入する。空間５３内に流入した対流空気は、
隔壁５１の上面に形成された通気孔５１ａを通って燃焼
筒１とハウジング５７との間の対流空間５９に流出し、
燃焼筒１の上部開口１ａからの燃焼気体とともにハウジ
ング５７前面の排出口５７ｂから外部に排出されて暖房
に供される。ハウジング５７の前面上部には、石油スト
ーブの運転開始及び停止などの各種スイッチを有する操
作パネル６１が設けられており、この操作パネル６１の
操作により、触媒体３，７への通電や気化器２５の電気
ヒータへの通電などが内蔵する制御装置によってなされ
る。また、触媒体３，７及び気化器２５には、図示して
いないが温度センサが設けられており、制御装置はこの
温度センサの検出値に基づき、触媒体３，７及び気化器
２５があらかじめ設定してある所定温度になるまで通電
制御する。

【００２４】図６は、上記のように構成された触媒燃焼
装置の着火時の制御動作を示すフローチャートである。
気化器２５の予熱用ヒータに通電するとともに、燃料供
給の最上流側及び最下流側の各触媒体３，７に通電する
（ステップ６０１，６０３）。気化器２５が設定温度に
達し（ステップ６０５）、各触媒体３，７が活性化温度
に達したら（ステップ６０７）、燃料ポンプを駆動して
気化器２５に液体の燃料を供給する（ステップ６０
９）。供給された液体燃料は、設定温度に達している気
化器２５で気化されて触媒体３の上流側空間３３に流出
し、空気供給ファン３７によって送られる燃焼用空気も
上流側空間３３に流出して混合気が形成される。混合気
が触媒活性化温度に達している触媒体３に接することで
触媒燃焼が開始する。

【００２５】触媒燃焼開始後は、最上流側の触媒体３へ
の通電を停止する（ステップ６１１）。着火時には、燃
焼状態が不安定であり、未燃の燃料が触媒体３及び触媒
体５を通過することがあるが、この通過した未燃燃料
は、最下流側の触媒体７が活性化温度に達しているの
で、ここで燃焼することによって白煙や臭気の発生が抑
制される。触媒体７の温度が一定となったら（ステップ
６１３）、最下流側の触媒体７への通電を停止し（ステ
ップ６１５）、その後は各触媒体３，５，７の触媒燃焼
による定常燃焼に移行する。

【００２６】図７は、燃焼量増加時の制御動作を示すフ
ローチャートである。この場合にも前述した着火時と同
様に、燃料増加によって未燃の燃料が触媒体３及び５を
通過することがある。そこで、まず最下流側の触媒体７
に通電し（ステップ７０１）、この触媒体７が設定温度
に達した時点で燃料・空気の供給量を増加させて燃焼量
を増加させるようにする（ステップ７０５）。この状態
で未燃の燃料が触媒体７に達すると、ここで燃焼し、こ
れにより白煙や臭気の発生が抑制される。燃料・空気の
供給量が一定となり（ステップ７０７）、また触媒体７
の温度が一定となったら（ステップ７０９）、触媒体７
への通電を停止し（ステップ７１１）、その後は各触媒
体３，５，７の触媒燃焼による定常燃焼に移行する。

【００２７】図８は、気化器２５に蓄積するタール化し
た燃料の残滓を、触媒燃焼の消化時に除去するための、
いわゆるタールクリーン動作を示すフローチャートであ
る。触媒燃焼装置の運転動作を停止して触媒燃焼を停止
させ（ステップ８０１）、燃料ポンプを停止させる（ス
テップ８０３）。次に、最上流側の触媒体３が活性化温
度に達しているかどうかを判断する（ステップ８０
５）。ここで、触媒体３が活性化温度に達していない場
合には、触媒体３に通電し（ステップ８０７）、活性化
温度に達している場合には気化器２５のヒータに通電す
る（ステップ８０９）。

【００２８】気化器２５のヒータへの通電は、例えばあ
らかじめ設定した所定時間の間行い、これにより気化器
２５に蓄積したタール残滓を分解除去する。このとき発
生する未反応気体は、活性化温度に達している触媒体３
で燃焼し、白煙や臭気の発生が抑制される。ヒータへの
通電は、所定時間経過後に停止し（ステップ８１１）、
触媒体３への通電も停止する（ステップ８１３）。この
ような動作により、気化器２５の詰まりや異常動作が防
止される。この場合、気化器２５の設計に余裕度を持た
せる必要がないので装置の大型化は回避され、また気化
器２５を常用時高温に保持する必要がないので気化器２
５の寿命低下が防止される。

【００２９】図９は、触媒燃焼装置の運転が休止状態に
あるとき、気化器２５に蓄積するタール化した燃料の残
滓を除去するタールクリーン動作を示すフローチャート
である。運転休止状態において、操作パネル６１上のタ
ールクリーンスイッチを操作し、燃焼が停止（ステップ
９０１）し、燃料ポンプが燃料供給を停止（ステップ９
０３）している状態で、最上流側の触媒体３に通電する
（ステップ９０５）。通電後触媒体３の温度が活性化温
度に達すると（ステップ９０７）、気化器２５のヒータ
に通電する（ステップ９０９）。その後は、前記図８の
場合と同様に、所定時間経過後に気化器２５のヒータ及
び触媒体３への通電をそれぞれ停止する（ステップ９１
１，９１３）。

【００３０】図１０は、触媒燃焼装置の他の構成例を示
している。これは、中央の触媒体６３が、自動車の排気
処理用の金属製触媒担体を利用したもので、熱伝導に優
れた特性を有する。その他の構成は、触媒体３及び７が
通電により発熱可能な導電性を有するなど前記図１のも
のと同様である。

【００３１】

【発明の効果】以上説明してきたように、第１の発明に
よれば、最上流側及び最下流側の各触媒体を通電により
加熱することで、不安定な燃焼状態にある着火時や、燃
焼量を急激に増加させるような場合にも、触媒反応が良
好に行われ、未反応気体の排出を抑制することができ
る。

【００３２】第２の発明によれば、燃料供給を停止して
いるとき、気化手段に通電するとともに導電性触媒体に
通電することで、気化手段の加熱による燃料残滓が空焼
きされる際で発生するの未反応気体は、加熱された導電
性触媒体により抑制することができる。

【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の正面
断面図である。

【図２】図１の触媒燃焼装置を適用した石油ストーブの
内部構造を示す全体構成図である。

【図３】図２の側面断面図である。

【図４】図１の触媒燃焼装置に使用される導電性触媒体
の斜視図である。

【図５】図４の導電性触媒体の細部の拡大された断面図
である。

【図６】図１の触媒燃焼装置の着火時の制御動作を示す
フローチャートである。

【図７】図１の触媒燃焼装置の燃焼量増加時の制御動作
を示すフローチャートである。

【図８】図１の触媒燃焼装置の消化時でのタールクリー
ン動作を示すフローチャートである。

【図９】図１の触媒燃焼装置が運転休止状態にあるとき
のタールクリーン動作を示すフローチャートである。

【図１０】この発明の触媒燃焼装置の他の構成例を示す
断面図である。

【符号の説明】

３，７ 導電性触媒体 ５ 触媒体 ２５ 気化器（気化手段）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給された燃料を触媒体上で燃焼させる
   触媒燃焼装置において、前記触媒体を複数直列に配置
   し、この複数の触媒体のうち燃料供給の最上流側及び最
   下流側の各触媒体を通電によって発熱可能な導電性触媒
   体としたことを特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】 液体燃料を供給する燃料供給手段及び、
   この燃料供給手段からの液体燃料を通電により加熱して
   気化させる気化手段を有し、この気化手段を経て供給さ
   れた気化燃料を触媒体上で燃焼させる触媒燃焼装置にお
   いて、前記触媒体を通電によって発熱可能な導電性触媒
   体とし、前記燃料供給手段からの燃料供給を停止してい
   る状態で、前記気化手段に通電するとともに、前記導電
   性触媒体が所定温度に達していないとき通電することを
   特徴とする触媒燃焼装置。
3. 【請求項３】 燃料供給手段からの燃料供給を停止して
   いる状態は、触媒体上での燃焼の消火時であることを特
   徴とする請求項２記載の触媒燃焼装置。
4. 【請求項４】 燃料供給手段からの燃料供給を停止して
   いる状態は、装置の運転を休止している任意のときであ
   り、このとき導電性触媒体への通電を気化手段への通電
   に先行させて行うことを特徴とする請求項２記載の触媒
   燃焼装置。