JPH089526Y2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は、遠赤外線放射効率に優れた酸化触媒を応用
し、暖房．乾燥等に用いられる触媒燃焼装置に関するも
のである。

〈従来の技術〉 気体燃料及び気化された液体燃料を空気と混合させた
後に触媒層へ送って触媒と接触させ、その表面上で無炎
燃焼させる触媒燃焼装置は、窒素酸化物の放出がなく、
触媒層から放射される遠赤外線の効果でマイルドな輻射
暖房を実現する等の優れた特徴を有するため、従来より
種々提案され、一部は実用化されている。しかし、この
ような触媒燃焼装置は、いずれも予混合ガスを触媒層へ
送って触媒燃焼を開始する前に、予め触媒層全体を加熱
してその温度を燃料が酸化反応し得る温度（着火温度）
以上に保つ必要がある。この触媒層の予熱に長時間を要
するとユーザーに不快感を招くため、触媒層の予熱時間
を極力短くする予熱方法が重要な問題となっている。

従来より、触媒層の予熱方法としては出願人が先に出
願しているようにブンゼンバーナを用いた炎燃焼予熱方
法がある。これは、触媒層の上流側に配設したブンゼン
バーナ上で触媒層の予熱時のみ予混合ガスに点火して炎
燃焼を行い、この時の燃焼熱によって下流に位置する触
媒層を加熱し、十分に着火温度以上まで加熱された時点
でブンゼンバーナ上の火炎を消し、予混合ガスを触媒層
へ送って触媒燃焼を開始するものである。

また一方、触媒層の上流側直前にある距離を隔てて触
媒層予熱の為の抵抗線ヒータを配設し、送風を行いなが
ら前記ヒータに通電して触媒層を予熱する方法も提案さ
れている。

〈考案が解決しようとする課題〉 上記した従来構成の触媒層予熱方法に於いては下記の
ごとく欠点があった。すなわち前者の場合後者のヒータ
による予熱方式と比べて灯油を使って相当大きな熱量で
加熱することができるため予熱スピードが速いが、ブン
ゼンバーナに点火して触媒層を予熱する前の段階におい
て気化器を所定の灯油気化温度に加熱するための気化器
予熱時間を必要とし、従って気化器の予熱及び触媒層の
予熱を含めたトータルの予熱時間は比較的長くなる。ま
た、燃焼ガスによって予熱するために、触媒層予熱初期
の触媒層の温度がまだ低い時期にこの中を燃焼ガスが通
過すると周囲より冷却されて水分が凝縮し装置本体の温
風排気口から白い水蒸気を排出してしまい、外観上に於
いて好ましくない。

また後者の場合、ヒータの発熱量に電気的に制限があ
り炎燃焼予熱方式のように十分に大きな熱量が得られな
いために触媒層予熱時間はかなり長くかかる。また、運
転時には常に高温酸化雰囲気にさらされているためヒー
タの断線がおこりやすい。

さらに両者の場合、触媒層予熱時の伝熱形態は主に空
気を伝熱触媒とする対流伝熱であるため、触媒層の予熱
に供せずに触媒層の外へ放出される熱が多く、熱損失が
大きい。

〈課題を解決するための手段〉 本考案に係る触媒燃焼装置は、上記の課題を解決する
ためになされたものであり、触媒層の担体としてハニカ
ム状或いは連続発泡体構造に成形した抵抗発熱性無機担
体を用い、この担体表面に酸化触媒を直接或いはアルミ
ニウム酸化物等の溶射層を介して担持することによって
触媒層を形成しこの発熱性担体の両端に電極端子をつ
け、電極端子と通電を制御するためのコントロールユニ
ットを結線したことを特徴とする。

〈作用〉 上記の構成に於いて、触媒燃焼開始前に触媒層を着火
温度まで予熱する方法として発熱性担体両端に取り付け
た電極端子を介して通電しジュール発熱させる方法を採
ることにより、従来のような対流伝熱を主とする予熱方
法と異なり触媒層そのものが発熱するために熱損失が少
なく、予熱のためのエネルギーが効率良く利用され、短
時間で触媒層予熱が完了する。また、抵抗線ヒータによ
る予熱の場合のように断線による故障がなく、触媒層全
体が均一に発熱するために着火時に於けるCO.HC等の臭
気ガスの排出もない。さらに、触媒層をそのままセラミ
ックヒータとして利用でき、すなわち送風しながら触媒
層の発熱性担体に通電することにより触媒燃焼と同様な
輻射と温風対流の暖房を行うことができる。

〈実施例〉 本考案の一実施例を第１図．第２図及び第３図に基づ
いて説明すれば以下の通りである。

本考案に係る触媒燃焼装置において、第１図に示すよ
うに、本体１の内部には箱型の予混合ガス供給室２が組
み込まれている。予混合ガス供給室２の前面側には、遠
赤外線放射効率に優れた触媒層３が配設されている。こ
の触媒層３は、第２図にその断面図を示す様に、導電性
に優れた炭化硅素等を主成分とする抵抗発熱性無機材料
をハニカム状或いは連続発泡体等の通気性構造に成形し
た担体3aを用い、この発熱性担体3aの表面に直接或いは
アルミニウム酸化物の溶射層3cを介して白金族金属、複
合酸化物等の酸化触媒3bを担持して成る。触媒層３は方
形状に成形されておりその両端の発熱性担体露出部に接
触して通電のための電極端子４が取り付けられ、さらに
触媒層３の周囲にはセラミックファイバー等の断熱材か
らなる枠状の触媒支持体５が装着され、予混合ガス供給
室２へ絶縁保持されている。電極端子４は、コントロー
ルユニット15とリード線は接続されている。また、触媒
層３の前方側には触媒面を保護すると共に安全を確保す
るための熱透過窓６が配設されている。

予混合ガス供給室２の底部に形成されたディフューザ
ー室７の入り口には送風ダクト10が連通されており、こ
の送風ダクト10の他端はファン12に接続されている。送
風ダクト10の途中には、気化器13により気化された灯油
を送風ダクト内に噴出し、燃焼用空気と混合させるため
の燃料噴出口11が設けられており、さらにその下流部の
ディフューザー室７入り口付近には邪魔板８が、また、
ディフューザー室７出口付近には整流のための金属メッ
シュ９が配設されている。触媒層３と熱透過窓６の間に
形成された燃焼ガス流路の上部には燃焼ガスの排気口17
が、また、燃焼ガス流路の底部には燃焼ガスを希釈及び
冷却するための空気を供給する冷却用空気孔18が、さら
に、本体１前面の熱透過窓６下部には燃焼用空気及び前
記冷却用空気を本体内に取り入れるための吸気口16がそ
れぞれ開口している。触媒層３の背面近傍位置には触媒
層３の背面から放射される輻射熱を感知するための温度
感知素子14が予混合ガス供給室２の背面から挿入されて
いる。この温度感知素子14の端子部は、コントロールユ
ニット15に接続されている。コントロールユニット15
は、温度感知素子14の出力に基づいて触媒層３の表面温
度を検知する他、前記の触媒層３の発熱性担体、ファン
12、気化器13、及び図示していない送油ポンプ等に対す
る自動制御を行うようになっている。

上記構成を有する触媒燃焼装置の動作は、予混合ガス
を触媒層内で無炎燃焼させる定常燃焼動作と、この定常
燃焼動作に先立って触媒層を着火温度以上に加熱する予
熱動作とから構成される。

予熱動作においては、まず、触媒層３の両端の電極端
子４に通電を行うと同時に気化器13内部に埋設された気
化ヒータに通電を行い、気化器の灯油気化部の温度を約
300℃に加熱・保持する。通電により触媒層３の発熱が
進行し、その温度が着火温度（例えば300℃）に達した
と前記の温度感知素子14の出力に基づいてコントロール
ユニット15が判断したら、触媒層３への通電を停止し、
同時にファン12により弱送風を開始すると共に送油ポン
プを作動させる。即ち、予熱動作を終了し、定常燃焼動
作へと移行する。

送油ポンプによって灯油は気化器13へ送出され、この
気化器13内の約300℃に加熱・保持された気化部を通過
する間に灯油は気化し、燃料噴出口11より送風ダクト10
の中へ噴霧される。噴霧された気化灯油は、ファン12に
より圧送される燃焼用空気と混合されて予混合ガスを成
し、送風ダクト10からディフューザー室７を通過して行
く間に予混合ガスは、邪魔板８及び金属メッシュ９の作
用によりほぼ均一な流速に整流され、さらにディフュー
ザー室７上部の予混合ガス供給室２から触媒層３へと供
給される。この時、触媒層３は、予熱動作によりその温
度を均一に着火温度（例えば300℃）以上予熱されてお
り、また予混合ガスが完全燃焼するのに七分な空間速度
を与える寸法に設計されているため、CO.HC等の臭気ガ
スを排出することなく、着火→跡温→定常燃焼へと移行
する。定常燃焼時には、灯油の送出量及びファン12の送
風量を制御し、常に予混合ガスの理論空気量に対する燃
焼用供給空気量の体積比（即ち空気比）を２〜５程度と
し、かつ触媒層３の背面側温度を500〜800℃の間で制御
することにより、予混合ガスの逆火及び不完全燃焼を防
止しつつ燃焼量を増減させることができる。万一、何ら
かの系内異常により予混合ガスの前記空気比が設定範囲
より外れたり、触媒劣化等で逆火や不完全燃焼が生じた
場合は、前記温度感知素子14の出力に基づいてコントロ
ールユニット15が異常燃焼を判断するので、速やかに燃
焼が停止され、CO.HC等の有害ガスの排出は防止され
る。

完全燃焼して排気ガスは、触媒層３から排出した後、
冷却用空気孔18から供給される冷却用空気と混合して温
度を下げ、本体１上部の排気口17より温風として放出さ
れる。一方、触媒層３からは、熱透過窓６を介して赤外
線が放射される。従って、前記の温風による対流暖房と
赤外線による輻射暖房とが同時に行われることになる。

消火時には、ファン12を除く他の機器への通電を遮断
し、ファン12のみを数十秒間作動させて送風を行い、触
媒層３を主とするシステムの冷却を行う。このとき、触
媒層３は比較的大きな熱容量を持つため、予混合ガスの
供給を急に遮断しても通常の火炎を伴う燃焼のように消
火後しばらくCO.HC等の臭気ガスを排出することなく、
触媒層３上において完全に酸化される。

また、定常燃焼時に、図示しない灯油タンク内の灯油
残量センサーからの出力に基づいて灯油切れをコントロ
ールユニット15が検知したとき、自動的に触媒燃焼を停
止すると共に触媒層３の発熱性担体及びファン12への通
電による電気暖房を開始したり、或いは運転開始時より
触媒層３の発熱性担体及びファン12への通電による電気
暖房を選択できるというように、発熱性担体の通電によ
るジュール熱を温風による対流暖房及び触媒層３から放
射される赤外線による輻射暖房として利用できる構造と
なっている。

第３図は、本考案における予熱動作において、触媒層
３に通電を開始した後の触媒層中央部の温度変化を示す
図であり、従来の炎燃焼予熱方式及び抵抗線ヒータによ
る予熱方式による場合の同様な温度変化を同図に併記し
ている。なお、本考案と抵抗線ヒータによる予熱方式の
場合は、同じ発熱量（600W）で加熱したものであり、炎
燃焼予熱方式の場合はそれよりも大きな約1700Wの発熱
量で加熱したものである。この図から明らかなように、
予熱動作において本考案の予熱方式が、小さな発熱量で
最も敏速に着火温度まで加熱可能であることがわかる。

〈考案の効果〉 本考案に係る触媒燃焼装置は、以上のように、燃焼用
空気と燃料とを混合して成る予混合ガスを予熱された触
媒層に供給して酸化反応を促すことにより無炎燃焼させ
るようにした触媒燃焼装置において、触媒層に導電性に
優れた抵抗発熱性担体を用い、この表面にアルミニウム
酸化物の溶射層さらにその表面に酸化触媒を担持して構
成し、触媒層の予熱動作時には触媒層の発熱性担体に通
電を行って触媒層全体を発熱させる構成である。

これにより、以下の諸効果を奏する。

（１） 触媒層を示す発熱性担体そのものが発熱するた
め、従来の対流伝熱を主とする触媒層予熱方法と比べて
熱損失が少なく、予熱のためのエネルギーが有効に利用
でき、触媒層の予熱動作に要する時間が敏速になり、ユ
ーザーに対する不快感を軽減できる。

（２） 熱伝導性が良好な発熱性担体をもちいるため予
熱動作時の埼熱性が良好であり、予混合ガスを供給して
着火を行う時、局所的に低温部分からCO.HC等の臭気ガ
スを排出することがない。

（３） 抵抗線ヒータを触媒層の予熱に用いる場合に生
じるヒータ断線の心配がなく、耐熱性．耐食性に優れて
いる。

（４） 予熱動作時に触媒層そのものが発熱するため従
来の触媒層予熱方法のように抵抗線ヒータ、炎燃焼予熱
用ブンゼンバーナ等の加熱手段及びその制御装置類が不
要となり、装置を簡素化することができる。

（５） 触媒層の発熱性担体に通電することにより生じ
るジュール熱を暖房手段としてもちいることも可能なた
め、高発熱量の触媒燃焼暖房と、低発熱量ながらクリー
ンな電気暖房を好みによって選択でき、暖房手段として
の幅が広がる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図及び第３図は本考案の一実施例を示すも
のである。 第１図（ａ）は触媒燃焼装置の内部構造を示す正面図、
第１図（ｂ）はその側面図である。 第２図（ａ），（ｂ）は触媒層の断面図である。 第３図は予熱動作時における触媒層中央部位置の温度の
時間的変化を示すグラフである。 ２は予混合ガス供給室、３は触媒層、3aは抵抗発熱性担
体、3bは酸化触媒、3cは溶射層、４は電極端子、６は熱
透過窓、７はボイフューザー室、10は送風ダクト、12は
ファン、13は気化器、14は温度感知素子、15はコントロ
ールユニットである。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】気体燃料或いは気化した液体燃料を燃焼用
   空気と混合させて予混合ガスとなし、触媒層へ送って無
   炎燃焼させる触媒燃焼装置において、前記触媒層に、導
   電性耐熱無機材料をハニカム状あるいは連続発泡体等の
   通気性構造に成形した抵抗発熱性担体を用い、この担体
   の表面に酸化触媒を担持させて構成したことを特徴とす
   る触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】電極端子を配設した前記触媒層の発熱性担
   体に通電を行うことによって触媒層を発熱させ、触媒層
   の温度が酸化反応し得る温度以上に達した後、触媒層へ
   の通電を停止し、予混合ガスを送って触媒燃焼を開始す
   ることを特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の触媒燃焼装置。