JPH0933007A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒体の温度が１２００℃以上となり触媒の
耐熱寿命が著しく短くなる課題を有する燃焼装置におい
て、触媒の耐熱寿命が著しく短くなるという課題を解決
することができる触媒を用いた燃焼装置を提供すること
を目的とする。 【解決手段】 燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を
生成する混合部３、その混合気を触媒燃焼する第１触媒
体７とその第１触媒体７により前記混合気が触媒燃焼さ
れる際に発生する熱エネルギーを集めるフィン５とを収
納する第１触媒燃焼室４、その第１触媒体７により触媒
燃焼されなかった前記混合気を触媒燃焼する第２触媒体
１４を収納する第２触媒燃焼室１２を備え、第１触媒体
７は、フィン５に実質的に沿うように取り付けられ、第
２触媒体の表面積１４は、第１触媒体７の表面積より大
きい燃焼装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、天然ガスやプロパ
ンガスなどの気体燃料又は灯油や軽油などの液体燃料を
燃焼させて熱源とする暖房機、給湯機、空調機器、携帯
用熱機器等に利用される燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】触媒燃焼とは、ハニカムやファイバーの
ようなセラミック担体に白金族金属触媒を担持した触媒
体を用いて、燃料と空気の混合気を燃焼させる方法であ
る。

【０００３】燃焼用の触媒は、酸素と炭化水素に対して
選択吸着性を有し、その触媒の表面で両者を反応させ
る。この時、触媒の温度は同一ガスの有炎燃焼のそれよ
りも低いため、ＮＯｘがほとんど生じない。

【０００４】また、有炎燃焼の可燃範囲は、空気過剰率
が１〜２の範囲である。一方、触媒燃焼の可燃範囲は、
空気過剰率が１〜５の範囲であり、希薄な混合気を用い
て燃焼することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、触媒を
用いた燃焼装置を有炎燃焼装置と同一の燃焼負荷率（燃
焼室体積当たりの燃焼量）で運転すると、触媒体の温度
が１２００℃以上となり触媒の耐熱寿命が著しく短くな
るという問題が生じる。このため、触媒を耐熱限界温度
以下で使用しなければならず、燃焼負荷を低くして大型
化するか、又は燃料と空気の混合気における空気過剰率
を高くし、燃焼温度を低下させる手段等が必要となる。

【０００６】また、混合気を希薄にした場合、熱効率の
低下が大きくなるという問題が生じる。即ち、燃料濃度
が低下すると燃焼温度が低下するので、熱交換器と燃焼
排気の温度差が縮小し、伝熱速度が低下する。従って、
熱効率を上げるためには、大型の熱交換器が必要であ
り、大きな燃焼能力を有する触媒燃焼装置を、小型の装
置で構成することが困難であった。

【０００７】更に、触媒燃焼は、空気と燃料を予め混合
して反応させなければならないが、燃料が液体燃料の場
合には、燃料を気化させる熱が大きくなるという問題が
生じる。従来の火炎燃焼を用いた気化式の液体燃料燃焼
装置では、燃焼開始時のみ電気ヒータで気化部を加熱す
るが、定常燃焼時は火炎を気化部の一部に当てて加熱す
るため、電気の消費は少ないものになっている。しかし
ながら、触媒燃焼を用いた従来の燃焼装置では、火炎が
ないため、定常状態でも気化熱用の電気を供給しなけれ
ばならず、余分な消費電力が必要となる課題があった。

【０００８】本発明は、このような従来の燃焼装置の課
題を考慮して、ＮＯｘがほとんど発生しない燃焼装置を
提供することを目的とする。

【０００９】また、本発明は、触媒の耐熱寿命が著しく
短くなるという課題を解決することができる触媒を用い
た燃焼装置を提供することを目的とする。

【００１０】また、本発明は、小型化が可能な触媒を用
いた燃焼装置を提供することを目的とする。

【００１１】また、本発明は、燃料と空気の混合気にお
ける空気過剰率を高くする必要がなく、小型でも大きな
燃焼能力を有する触媒を用いた燃焼装置を提供すること
を目的とする。

【００１２】また、本発明は、燃焼開始時に未燃ガスを
ださないため悪臭等の発生がない燃焼装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】更にまた、本発明は、定常状態でも気化熱
用の電気を供給する必要のない燃焼装置を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の請求項１に記載の本発明は、燃料と燃焼用空気とを混
合して混合気を生成する混合気生成部と、前記混合気の
流れ方向の下流側に位置し、前記混合気を触媒燃焼する
第１触媒体とその第１触媒体により前記混合気が触媒燃
焼される際に発生する熱エネルギーを集める第１熱回収
部とを収納する第１触媒燃焼室と、前記第１触媒体の排
気側に位置し、その第１触媒体により触媒燃焼されなか
った前記混合気を触媒燃焼する第２触媒体を収納する第
２触媒燃焼室とを備え、前記第１触媒体は、前記第１熱
回収部に実質的に沿うように取り付けられ、前記第２触
媒体の表面積は、前記第１触媒体の表面積より大きいこ
とを特徴とする燃焼装置である。

【００１５】なお、前記第１熱回収部はフィンであり、
前記第１触媒体の全部又は一部は、前記フィンに対して
所定の隙間を介して、そのフィンに沿うように取り付け
られているとしてもよい。

【００１６】また、前記フィンは、前記熱エネルギーを
集めるための複数の面を有し、前記所定の隙間は、前記
フィンの各面とそれと隣接する面との隙間より狭いとし
てもよい。

【００１７】また、前記第１触媒体は、全部又は一部に
触媒を担持した金属担体であり、前記第２触媒体は、全
部又は一部に触媒を担持したセラミック担体であるとし
てもよい。

【００１８】また、前記第１触媒燃焼室の燃焼量は、前
記第２触媒燃焼室の燃焼量よりも大きいとしてもよい。

【００１９】また、前記燃焼装置は、更に、前記第１触
媒燃焼室の外面に取り付けられた、前記第１熱回収部に
より集められた熱エネルギーを外部に取り出すための第
１熱取り出し部を備えたとしてもよい。なお、前記第１
熱取り出し部は、水又は空気を前記熱エネルギーを外部
に取り出すための媒体とするとしてもよい。

【００２０】また、前記燃焼装置は、更に、前記第２触
媒燃焼室の排気側に位置し、前記第２触媒体から排出さ
れる排気に含まれる熱エネルギーを集める第２熱回収部
と、その第２熱回収部が収納される室の外面に取り付け
られ、前記第２熱回収部により集められた熱エネルギー
を外部に取り出すための第２熱取り出し部とを備えたと
してもよい。なお、前記第２熱回収部はフィンであり、
前記第２熱取り出し部は、水又は空気を前記熱エネルギ
ーを外部に取り出すための媒体とするとしてもよい。

【００２１】また、前記燃焼装置は、更に、前記混合気
生成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１着火手段を
収納している第１火炎燃焼室を備えたとしてもよい。な
お、前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第
１火炎燃焼室との間に、その第１火炎燃焼室で発生した
火炎が前記混合気生成部に広がらないようにするための
第１保炎部を備えたとしてもよい。また前記燃焼装置
は、更に、前記第１火炎燃焼室と前記第２触媒燃焼室と
の間に位置し、前記混合気の流れ方向に渡って、前記第
１触媒燃焼室の内周部に設けられたバイパスと、前記第
１火炎燃焼室と前記第１触媒燃焼室との間に位置する前
記バイパスの入り口を開閉する開閉手段とを備えたとし
てもよい。更に、前記燃焼装置は、更に、前記混合気生
成部と前記第１火炎燃焼室との間に、その第１火炎燃焼
室で発生した熱の一部を前記混合気生成部に戻す熱回収
部を備えたとしてもよい。また、前記熱回収部を構成す
る金属材料の熱伝導率は、前記混合気生成部を構成する
金属材料の熱伝導率よりも低いとしてもよい。更に、前
記混合気生成部と前記熱回収部の接続部に、熱抵抗部を
設けたとしてもよい。また、前記熱回収部に前記混合気
の通過孔を設けたとしてもよい。更に、前記混合気の供
給を開始した後、前記第１着火手段により前記混合気を
着火し、前記第１火炎燃焼室に火炎を形成し、前記第１
触媒体の上流側の温度が前記火炎により所定の値に達し
た後、前記混合気の供給を一時停止することにより前記
火炎を消し、前記火炎が消えた後、前記供給を再開する
としてもよい。

【００２２】また、前記燃焼装置は、更に、前記混合気
生成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１加熱手段を
収納している第１加熱室を備えたとしてもよい。なお、
前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１加
熱室との間に、その第１加熱室で発生した火炎が前記混
合気生成部に広がらないようにするための第１保炎部を
備えたとしてもよい。また、前記燃焼装置は、更に、前
記第１加熱室と前記第２触媒燃焼室との間に位置し、前
記混合気の流れ方向に渡って、前記第１触媒燃焼室の内
周部に設けられたバイパスと、前記第１加熱室と前記第
１触媒燃焼室との間に位置する前記バイパスの入り口を
開閉する開閉手段とを備えたとしてもよい。更に、前記
第１加熱手段は、ヒータ素線と、そのヒーター素線を収
納している金属被覆管と、その金属被覆管に充填され、
前記ヒータ素線を前記金属被覆管から絶縁するための絶
縁材と、複数の孔を有し、熱放射材が表面に形成されて
いる放熱板とを備え、前記金属被覆管は、前記放熱板に
接合されているとしてもよい。また、前記放熱板は箱状
に形成され、前記金属被覆管は、その放熱板の底面に接
合されているとしてもよい。また、前記燃焼装置は、更
に、前記混合気生成部と前記第１加熱室との間に、その
第１加熱室で発生した熱の一部を前記混合気生成部に戻
す熱回収部を備えたとしてもよい。更に、前記熱回収部
を構成する金属材料の熱伝導率は、前記混合気生成部を
構成する金属材料の熱伝導率よりも低いとしてもよい。
また、前記混合気生成部と前記熱回収部の接続部に、熱
抵抗部を設けたとしてもよい。更に、前記熱回収部に前
記混合気の通過孔を設けたとしてもよい。

【００２３】また、前記燃焼装置は、更に、前記第１触
媒燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２着火手段
を収納している第２火炎燃焼室を備えたとしてもよい。
なお前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒燃焼室と前記
第２火炎燃焼室との間に、その第２火炎燃焼室で発生し
た火炎が前記第１触媒燃焼室の方向に広がらないように
するための第２保炎部を備えたとしてもよい。また、前
記第２加熱手段は、ヒータ素線と、そのヒーター素線を
収納している金属被覆管と、その金属被覆管に充填さ
れ、前記ヒータ素線を前記金属被覆管から絶縁するため
の絶縁材と、複数の孔を有し、熱放射材が表面に形成さ
れている放熱板とを備え、前記金属被覆管は、前記放熱
板に接合されているとしてもよい。更に、前記放熱板は
箱状に形成され、前記金属被覆管は、その放熱板の底面
に接合されているとしてもよい。また、前記混合気の供
給を開始した後、前記第２着火手段により前記混合気を
着火し、前記第２火炎燃焼室に火炎を形成し、前記第１
触媒体の下流側及び前記第２触媒体の上流側の温度が前
記火炎により所定の値に達した後、前記混合気の供給を
一時停止することにより前記火炎を消し、前記火炎が消
えた後、前記供給を再開するとしてもよい。

【００２４】また、前記燃焼装置は、更に、前記第１触
媒燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２加熱手段
を収納している第２加熱室を備えたとしてもよい。な
お、前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒燃焼室と前記
第２加熱室との間に、その第２加熱室で発生した火炎が
前記第１触媒燃焼室の方向に広がらないようにするため
の第２保炎部を備えたとしてもよい。

【００２５】請求項２０に記載の本発明は、液体燃料を
気化し、その気化された燃料と燃焼用空気とを混合して
混合気を生成する、気化ヒーターを具備する気化部と、
その気化部の下流側に設けられた熱回収板と、その熱回
収板の下流側に設けられ、前記混合気を触媒燃焼するた
めの触媒体を収納している触媒燃焼室と、前記気化部の
内部温度を検出する検出部と、その検出された温度に基
づいて、前記気化ヒーターのパワーを制御するパワー制
御手段とを備え、前記熱回収板の全部又は一部に触媒が
担持され、前記熱回収部の一部が前記気化部に熱伝導的
に接続されていることを特徴とする燃焼装置である。

【００２６】以下、本発明について、例を用いつつ説明
する。

【００２７】本発明は、触媒燃焼の触媒耐熱性と燃焼負
荷率の課題を解決する手段として、熱交換型の形式を有
する第１触媒燃焼体と、ハニカム形状に代表される幾何
学的表面積の大きな第２触媒燃焼体とを直列に配列した
燃焼装置である。第１触媒燃焼体は、触媒燃焼の高熱伝
達性を利用したもので、受熱用のフィンに触媒体を設け
た熱交換型の触媒燃焼である。高濃度の混合気を触媒体
で大量に燃焼させても燃焼熱を熱交換して取り去るた
め、触媒体の高温による劣化は防止できる。このような
第１触媒燃焼体で燃料の一部を燃焼しかつ燃焼熱を除去
し、残りの燃料を流れ方向下流に設けた第２触媒体で燃
焼させる。第２触媒体の温度を触媒反応温度以上とする
ため、第１触媒体で燃料の全量を燃焼させず、第１と第
２触媒体で分担して燃焼させる。

【００２８】従って、第１触媒体は、荒い間隔で熱伝導
率の高い触媒担体とし、第２触媒体は、幾何学的表面積
の大きいすなわち細かい間隔の触媒担体としている。

【００２９】触媒燃焼の高熱伝達性を利用して得られた
本発明の第１触媒体の作用を次に説明する。従来の有炎
燃焼装置は、高温の排気ガス分子が熱交換器の金属分子
の振動を励起して熱を伝える。金属表面には振動を失っ
た分子が滞留し、熱伝達を阻害するため、広い表面積の
熱交換部が必要となっていた。これに対して、本発明で
用いた第１触媒体は、熱交換部を直接触媒体が覆うた
め、燃料ガスが触媒に吸着して発熱し、熱は触媒層の原
子を直接熱振動させ、この振動が熱交換器を構成する金
属の原子に伝播する形で熱を伝えている。このため、狭
い面積で大量に燃焼しても、伝熱による冷却で触媒体温
度は９００℃以下となる。また燃焼部と熱交換部が一体
であるので小型化が可能となる。

【００３０】燃料の一部が第１触媒体で燃焼するので、
この下流には火炎が形成できない。そこで、希薄燃焼の
可能な触媒燃焼を第２触媒体で行う。残りの未燃ガスを
全て燃焼するためには、表面積の大きいハニカム構造の
触媒体が適する。このハニカム触媒体の反応は既知の技
術をでよい。

【００３１】以上のように、２つの性質の異なる触媒体
を用いる本発明によれば、触媒燃焼の低温燃焼による低
ＮＯｘ性と、燃焼負荷を増加させた場合の触媒の高温化
の防止と、第１触媒体における触媒燃焼の高熱伝達性
と、一体化による熱交換器の小型化とを同時に実現する
ことができる。

【００３２】次に、かかる基本的な構成において実用上
問題になるのは、反応開始方法である。触媒燃焼を開始
するには、触媒を活性化温度以上に予め昇温させなけれ
ばならない。予熱が不十分であれば、触媒燃焼に移行す
る際の排気中の未燃ガスが多くなる。これは燃料の無駄
であり、燃焼臭気の問題も生じる。

【００３３】昇温させる手段には、電気ヒータか火炎の
熱があり、これを用いて２つの形式の触媒燃焼体を同時
にタイミングを合わせて加熱しなければならない。第１
触媒体は燃料を全部燃焼しないので、第２触媒体は常に
触媒燃焼開始前に活性化温度以上とし、排気に未燃ガス
が排出しないものとする必要がある。

【００３４】このため、第１触媒体と第２触媒体の間
に、第２触媒体を予熱する火炎燃焼部または電気ヒータ
を必要とする。第１触媒体の前に予熱手段を設けても、
高温熱気は、第１触媒体が熱交換部を有するために冷却
されて第２触媒体を加熱しないからである。

【００３５】また、急速に燃焼を増加させるためには、
第２触媒体だけでなく第１触媒体にも予熱手段を追加す
る必要がある。第１触媒体が反応しない状態で燃焼を開
始すると、第１触媒体が定常温度に達するまでは第２触
媒体で反応する燃料が多くなるため、第２触媒体の高温
劣化が起きるためである。これらの予熱手段のコンビネ
ーションにより、定常燃焼到達時間、消費電力、初期排
気特性、機器コスト等が変わる。それぞれ用途に合わせ
た選択により、特徴のある燃焼開始が可能である。

【００３６】また、液体燃料を用いた時の気化用消費電
力の削減に、第１触媒体の流れ方向上流に、気化部と一
体となった触媒を担持した熱回収部を設けることが有効
である。

【００３７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００３８】本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置
ついて、その断面図である図１を参照しながら説明す
る。１は、燃料ガスを供給する燃料供給部である。２
は、燃焼用空気を供給する送風機である。３は、燃料供
給部１により供給される燃料ガスと送風機２により供給
される燃焼用空気とを混合して、混合気を作る混合部で
ある。混合部３は、混合板２１を収納している。

【００３９】４は、混合部３の下流側に設けられた第１
触媒燃焼室である。５は、第１触媒燃焼室４の内面に突
出する受熱用のフィンである。フィン５の流れ方向の長
さは１００ｍｍであり、またその各部の厚さは３ｍｍで
あり、その高さは３０ｍｍである。７は、フィン５に隙
間６を介して設けられた薄板状の第１触媒体である。第
１触媒体７は、薄板状の耐熱鉄合金を基体とし、この両
面に白金やパラジュウムのような白金族金属触媒を担持
したγアルミナでなる触媒層をコートしたものである。
８は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設けら
れた熱交換用の第１水経路である。第１触媒燃焼室４の
内部と第１水経路８は、図１のＡ−Ａ´断面図である図
２にも示されている。

【００４０】９は、第１触媒燃焼室４の下流側に設けら
れた火炎燃焼室である。１１は、火炎燃焼室９内に収納
された高圧放電や高温ヒータなどの着火手段である。

【００４１】１０は、第１触媒燃焼室４と火炎燃焼室９
との境に設けられた金網やパンチングメタル製の保炎部
である。

【００４２】１２は、火炎燃焼室９の下流側に設けられ
た第２触媒燃焼室である。１３は、火炎燃焼室９と第２
触媒燃焼室１２との内周面に取り付けられた断熱材であ
る。１４は、第２触媒燃焼室１２に収納された第１触媒
体７よりも幾何学的表面積が広い３００セル／インチ平
方のハニカム構造の第２触媒体である。第２触媒体１４
の流れ方向の厚さは２０ｍｍである。第２触媒体１４の
ハニカム担体は、コーディエライトやアルミン酸石灰等
のセラミック多孔体で、白金族金属触媒が担持されてい
る。そのハニカム孔は、一辺０．６ｍｍ角の正方形であ
る。

【００４３】１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設
けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１
６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられ
た熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１
水経路８に接続されている。加熱された水は暖房や給湯
に使用される。フィン１５と第２水経路１６は、図１の
Ｂ−Ｂ´断面図である図３にも示されている。

【００４４】なお、第１水経路８と第２水経路１６の代
わりに空気冷却を用いてもよい。この場合は温風を発生
する。

【００４５】次に、本発明の燃焼装置の機能について説
明する。

【００４６】混合部３から送られた混合気は、フィン５
及び第１触媒体７を収納した第１触媒燃焼室４を通過す
る。混合気の空気過剰率は、可燃範囲の１〜２の間にあ
ればよいが、１．１〜１．６の間が好ましい。なぜな
ら、その空気過剰率は、１．１以下では空気不足部分が
生じて不完全燃焼し、１．６以上では着火し難くなるか
らである。

【００４７】混合気は、火炎燃焼室９の着火手段１１に
より火炎となる。これにより、燃焼が開始する。第２触
媒体１４は、その火炎の熱により加熱され、活性化温度
である３００℃に達する。その活性化温度は、燃料や触
媒の種類で異なり、例えば、プロパンガスの活性化温度
は約３００℃であり、メタンはこれよりも高く、灯油は
これよりも低い。この状態でさらに火炎燃焼が続くと、
第２触媒体１４の温度は４００〜６００℃に達する。こ
の第２触媒体１４の上流面と保炎部１０との放射熱によ
り、第１触媒体７の温度が３００℃に加熱されたとき、
第１触媒体７の流れ方向の下流側から触媒燃焼反応が開
始する。第１触媒体７がその反応により高温になるにつ
れ、その反応位置は第１触媒体７の上流方向に遡上す
る。

【００４８】第１触媒燃焼室４で燃焼する混合気の量が
増加すると、供給した燃料の７５％は、第１触媒燃焼室
４で燃焼される。第２触媒燃焼室１２は、その残りを燃
焼させる。火炎燃焼室９の混合気の燃料濃度は、排気が
混ざるために薄くなり、火炎は消失する。第１触媒体７
では、燃料ガスと酸素を吸着したその触媒の表面で、無
炎燃焼の反応が生じている。第１触媒体７の熱は、放射
熱として、隙間６を通過してフィン５に伝わる。

【００４９】第１触媒体７とフィン５は、部分的に接触
していても良いが、第１触媒体７とフィン５との間に隙
間６を設けることが好ましい。なぜならば、フィン５の
温度は、第１水経路８の冷却により１００〜３００℃で
あり、第１触媒体７がフィン５に接触していれば、その
触媒は冷却されて、フィン５の温度に近づき、第１触媒
体７の温度が活性化温度より低くなるからである。

【００５０】従って、第１触媒体７とフィン５との間に
隙間６があれば、第１触媒体７からフィン５への熱の伝
搬は、放射熱により行われるため、第１触媒体７が高温
となれば、温度の４乗に比例して放射熱は増加するた
め、第１触媒体７自体の温度の上昇を抑える効果が生
じ、その触媒体の耐熱温度以下で飽和させることが可能
となる。また、第１触媒体７が低温となれば、温度の４
乗に比例して放射熱は減少するため、第１触媒体７自体
の温度の低下を抑える効果が生じ、安定した燃焼が可能
となる。

【００５１】次に、実験結果に基づいて、本燃焼装置の
燃焼効率について説明する。第１触媒燃焼室４で燃焼さ
れた混合気は、混合部３から送られた混合気の７５％で
あった。また、第１触媒燃焼室４の第１触媒体７により
燃焼された混合気は、放射熱として、第１触媒燃焼室４
が収納するフィン５から第１水経路８に伝熱する。その
フィン５から第１水経路８に伝熱したエネルギーは、第
１触媒燃焼室４における燃焼によるエネルギーの８０％
であった。従って、本燃焼装置に供給された燃料の６０
％（＝７５×８０％）が、第１触媒燃焼室４と第１水経
路８との間で熱交換されたことになる。

【００５２】第１触媒燃焼室４から排出される排気に
は、第１触媒燃焼室４で燃焼されなかった残りの混合気
（以後、未燃燃料という。）が含まれる。即ち、本燃焼
装置に供給された燃料の２５％（＝１００％−７５％）
が、その未燃燃料となる。

【００５３】一方、フィン５から第１水経路８に伝熱し
なかった放射熱の残りの１５％（＝７５％−６０％）の
すべての熱が、排気熱として第１触媒燃焼室４から火炎
燃焼室９を経て第２触媒燃焼室１２に排出されると仮定
すれば、第１触媒燃焼室４から排出される排気には、合
計で本燃焼装置に供給された燃料の４０％（＝２５％＋
１５％）相当のエネルギーが含まれることになる。

【００５４】ここで、第２触媒体１４の温度が低下すれ
ば、未燃燃料が反応しにくくなるため、熱交換の効率が
悪くなったり、或いは熱交換が行われなくなったりす
る。そこで、この問題に対処するため、断熱材１３が、
火炎燃焼室９と第２触媒燃焼室１２との内周面に取り付
けられている。また、第２触媒体１４は、未燃燃料を効
率よく触媒燃焼させるため、第１触媒体７よりも幾何学
的表面積が広いハニカム構造となっている。これによ
り、未燃燃料は、第２触媒燃焼室１２で効率よく燃焼さ
れる。

【００５５】第２触媒燃焼室１２から排出される排気熱
は、フィン１５からその第２水経路１６に伝熱する。実
験では、フィン１５によるその排気熱の熱交換率は７０
％であった。そこで、第２触媒体１４は、未燃燃料をす
べて燃焼したと仮定すれば、第２触媒燃焼室１２から排
出される排気熱は、本燃焼装置に供給された燃料の４０
％相当のエネルギーを含むことになる。この場合、第２
水経路１６により回収された熱は２８％（＝４０％×７
０％）となる。

【００５６】結局、実験結果に基づいて評価される本燃
焼装置の総合熱効率は、第１水経路８と第２水経路１６
により回収された熱エネルギーを合計した８８％（６０
％＋２８％）となる。

【００５７】なお、第１触媒体と第２触媒体の燃焼量比
率は、本実施の形態の比率に限定されるものではなく、
用途や機器サイズにより、その最適値は変動する。

【００５８】また、図２に示すように、フィン５とこれ
と対面する第１触媒体７との間の隙間６は、互いに隣接
する第１触媒体７間にある間隔１７よりも狭い間隔であ
るとしてもよい。更に、第１触媒体７の裏面と表面に触
媒層を形成させるとしてもよい。これにより、フィン５
近傍の未反応燃料のスリップを防止し、第１触媒体７で
の燃焼量を増加させることができる。なぜならば、フィ
ン５近傍の混合気の温度は、間隔１７にある混合気の温
度よりも低くいために、触媒反応が進行しにくく、混合
気も触媒表面に拡散しにくいからである。

【００５９】本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置
ついて、その断面図である図４を参照しながら説明す
る。１は、燃料パイプ１８を介して液体燃料を供給する
燃料供給部である。１９は、液体燃料を加熱する気化ヒ
ータである。２は、燃焼用空気を送る送風機である。２
０は、混合板２１を収納した気化部である。

【００６０】２４は、気化部２０の下流側に設けられた
第１火炎燃焼室である。２３は、気化部２０で生成され
た混合気を着火する第１着火手段である。第１着火手段
２３は、第１火炎燃焼室２４に収納されている。２２
は、気化部２０と第１火炎燃焼室２４との間に設けられ
た第１保炎部である。

【００６１】４は、第１火炎燃焼室２４の下流側に設け
られた第１触媒燃焼室である。５は第１触媒燃焼室４の
内面に突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を
介してフィン５に設けられた薄板状の第１触媒体であ
る。８は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設
けられた熱回収用の第１水経路である。

【００６２】２７は、第１触媒燃焼室４の下流側に設け
られた第２火炎燃焼室である。２６は、混合気を着火す
る第２着火手段である。第２着火手段２６は、第２火炎
燃焼室２７に収納されている。２５は、第１触媒燃焼室
４と第２火炎燃焼室２７との間に設けられた第２保炎部
である。

【００６３】１２は、第２火炎燃焼室２７の下流側に設
けられた第２触媒燃焼室である。１４は、ハニカム構造
の第２触媒体である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼
室１２に収納されている。１３は、火炎燃焼室２７と第
２触媒燃焼室１２との内周面に取り付けられた断熱材で
ある。

【００６４】１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設
けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１
６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられ
た熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１
水経路８に接続されている。加熱された水は暖房や給湯
に使用される。

【００６５】即ち、本実施の形態において、第１の実施
の形態に対する相違点は、更に、第１着火手段を収納し
た第１火炎燃焼室２４と、第１保炎部２２とが設けられ
たことと、燃料が液体燃料になったことである。

【００６６】次に、本実施の形態の機能を説明する。

【００６７】燃料供給部１から供給される液体燃料は、
燃料パイプ１８の先端から気化部２０に滴下する。燃料
パイプ１８の先端部と気化部２０は、気化ヒータ１９に
より加熱されているので、液体燃料は気化部２０で気化
する。その気化した燃料は、気化部２０の混合板２１に
より、送風機２から送られる燃焼用空気と混合され、混
合気が作られる。

【００６８】気化部２０で作られた混合気は、第１火炎
燃焼室２４と第１触媒燃焼室４を経て、第２火炎燃焼室
２７に送られる。第２火炎燃焼室２７に送られた混合気
は、第２着火手段２６の着火により火炎を形成する。

【００６９】第２触媒体１４は、その火炎の熱により加
熱され、活性化温度である３００℃に達する。さらに火
炎燃焼が続いて、第２触媒体１４の温度が４００〜６０
０℃に達した際に、第１着火手段２３を通電して、第１
火炎燃焼室２４で混合気による火炎を形成させる。この
時、第２火炎燃焼室２７の火炎は消滅する。

【００７０】第１触媒体７の温度は、第１火炎燃焼室２
４の燃焼熱により、流れ方向の上流側から昇温する。第
１触媒体７の上流側の温度が３００〜６００℃に達した
時、燃料の供給を５秒間停止させて、第１火炎燃焼室２
４の火炎を消す。

【００７１】その火炎が消された後の燃料供給により、
気化部２０から送られる混合気は、第１触媒体７の上流
と第２触媒体１４の上流から触媒燃焼を開始する。

【００７２】外周部に冷却機構を具備しない第２触媒体
１４の温度降下は少ないため、燃料濃度が低くても高温
を保つことができ、触媒燃焼は進行する。第２触媒体１
４における触媒の反応量は、混合気が第１触媒体７で部
分的に反応しているために過大とはならない。この理由
から、気化部２０から送られる混合気の流量を大きくす
ることができる。従って、燃焼開始時の発熱は、第１の
実施の形態よりも大きくすることができる。

【００７３】燃焼は最終的に安定し、供給した燃料の８
５％が第１触媒体７で燃焼し、残りが第２触媒体１４で
燃焼する。この定常燃焼の状況は、第１の実施の形態と
同じである。

【００７４】次に、燃料供給部１から供給される液体燃
料が灯油又は軽油のような高沸点の燃料である場合の本
燃焼装置の機能について説明する。この場合、第２着火
手段２６の着火により、第２火炎燃焼室２７に送られた
混合気の火炎を形成させるのは難しい。特に、低温での
着火は困難となる。なぜならば、混合気が第１触媒体７
を通過するときに凝縮して濃度が低下するからである。

【００７５】これを解決するための本燃焼装置の動作は
以下の通りである。

【００７６】まず、第１着火手段２３により、気化部２
０から第１火炎燃焼室２４に送られた混合気に火炎を形
成させる。第１触媒体７は、この火炎の熱によって加熱
される。加熱温度は、混合気の露点の温度から触媒活性
化温度までの範囲である。例えば、灯油の場合の加熱温
度は、７０〜２５０℃である。第１触媒体７がその加熱
温度に達した時点で、一時的に燃料の供給を停止し、第
１火炎燃焼室２４の火炎を消す。

【００７７】第１火炎燃焼室２４の火炎が消えれば、燃
料の供給を再開し、第２着火手段２６により第２火炎燃
焼室２７に送られた混合気を着火する。その混合気は、
第１触媒燃焼室４で結露しないために濃度低下はなく火
炎を形成する。第２触媒体１４は、その火炎の熱により
加熱され、活性化温度に達する。

【００７８】第２触媒体１４の温度が活性化温度に達し
た状態で、第１着火手段２３に通電して、第１火炎燃焼
室２４に送られた混合気により火炎を形成させる。この
時、第２火炎燃焼室２７の火炎は消滅する。第１触媒体
７は、第１火炎燃焼室２４の燃焼熱により上流側から昇
温する。第１触媒体７の上流が４００〜６００℃に達し
たとき、燃料の供給を５秒間停止させて、第１火炎燃焼
室２４の火炎を消す。

【００７９】その火炎が消された後に再度供給される燃
料により、気化部２０から送られる混合気は、第１触媒
体７の上流と第２触媒体１４の上流から反応を開始し、
定常燃焼に向かう。

【００８０】この動作により、高沸点液体燃料を容易に
燃焼させることができる。また、定常燃焼の状態は、第
１の実施の形態と同じである。

【００８１】本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置
ついて、その断面図である図５を参照しながら説明す
る。本実施の形態において、第１の実施の形態に対する
相違点は、保炎部１０を持たずに、着火手段１１を収納
した火炎燃焼室９の代わりに、電気ヒータ２９を収納し
たヒータ室２８が設けられたことである。その他の構成
は、第１の実施の形態と同じである。

【００８２】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。まず、電気ヒータ２９を通電し、その放射熱と対流
熱により、第２触媒体１４の上流と第１触媒体７の下流
を加熱する。活性化温度が３００℃以上である第１触媒
体７と第２触媒体１４を、その活性化温度に加熱するた
めには、電気ヒータ２９の温度は７００℃以上が好まし
い。

【００８３】第１触媒体７と第２触媒体１４とが活性化
温度に加熱された時点で、電気ヒータ２９の通電を停止
し、また混合部３から混合気の供給を開始する。

【００８４】混合気は、加熱された第２触媒体１４の上
流側で反応を開始する。この熱を受けた第１触媒体７の
下流端も反応を開始し高温となる。その反応位置は、次
第に第１触媒体７の上流方向に遡上する。

【００８５】第１触媒体７で触媒燃焼する混合気の量が
増加するにしたがい、ヒータ室２８を通過して第２触媒
体１４に流れるガスの燃料濃度は薄くなる。第２触媒体
１４に流れるガスの燃料濃度が薄くなった状態で、燃料
の供給量を増加させて定常燃焼に至らせる。定常燃焼に
至った燃焼状態は第１の実施の形態と同じである。

【００８６】本実施の形態では、火炎を用いずに定常燃
焼に至らせるため、ＮＯｘがほとんど発生しない特徴を
有する。また、着火時の空燃比の精度は、火炎着火ほど
精密でなくてもよい。

【００８７】混合気がヒータ室２８の電気ヒータ２９の
高熱により万一発火した場合、火炎は、第１触媒燃焼室
４の空間を逆火していき、混合室３をも発火させる。こ
のようにして、混合室３で火炎が発生した場合には、第
１触媒燃焼室４と第２触媒燃焼室１２の双方の燃焼は、
もはや触媒燃焼とはならないために、低ＮＯｘの効果は
なくなる。そこで、第１触媒燃焼室４とヒータ室２８と
の間に、図１と同様の金網又は多孔板等の保炎部を設け
ると、万一ヒータの熱で発火した場合でも、逆火を防止
することが可能となる。

【００８８】本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置
ついて、その断面図である図６を参照しながら説明す
る。３０は、第１触媒燃焼室４の上流側に設けられた、
第１電気ヒータ３１を収納した第１ヒータ室である。３
２は、第１触媒燃焼室４と第２触媒燃焼室１２との間に
設けられた、第２電気ヒータ３３を収納した第２ヒータ
室である。即ち、本実施の形態において、第３の実施の
形態に対する実質的な相違点は、更に第１電気ヒータ３
１を収納した第１ヒータ室３０が設けられたことであ
る。

【００８９】なお、図６におけるＡ−Ａ´線とＢ−Ｂ´
線に対応する断面図は、それぞれ図２と図３に示されて
いる。

【００９０】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【００９１】第１電気ヒータ３１と第２電気ヒータ３３
とを通電し、第１触媒体７と第２触媒体１４を同時に加
熱して、触媒予熱を開始する。第１触媒体７と第２触媒
体１４の温度が所定の活性化温度に達した後、第１電気
ヒータ３１と第２電気ヒータ３２の通電を停止し、燃料
の供給を開始する。なお、停止と供給の順序はどちらが
先でも構わない。

【００９２】混合部３から送られた混合気が第１触媒燃
焼室４を通過する場合、その混合気は、第１触媒体７の
上流と下流で部分的に反応する。

【００９３】また、第１触媒体７をすり抜けた未反応燃
料は、第２触媒体１４の上流で反応し始める。第２触媒
体１４は高温となっているので、未反応ガスは、ここで
反応し、最終排気には未燃ガスはほとんど含まれない。
本燃焼装置から外部に未燃ガスを排出させないために
は、第２触媒体１４の予熱温度は、第１触媒体７よりも
高いことが好ましい。

【００９４】本実施の形態では、第１触媒体７の上流の
発熱が混合気の流れに乗って下流に伝播するため、短時
間で第１触媒体７を定常温度に到達させることができ
る。このため、本実施の形態は、第３の実施の形態より
も最大出力を短時間で得ることができる。

【００９５】本発明の第５の実施の形態に係る燃焼装置
ついて、その断面図である図７を参照しながら説明す
る。１は、燃料パイプ１８の先端から液体燃料を供給す
る燃料供給部である。１９は、液体燃料を加熱する気化
ヒータである。２は、燃焼用空気を送る送風機である。
２０は、混合板を２つ収納した気化部である。

【００９６】９は、気化部２０の下流側に設けられた火
炎燃焼室である。１１は、気化部２０で生成された混合
気を着火する着火手段である。着火手段１１は、火炎燃
焼室９に収納されている。１０は、気化部２０と火炎燃
焼室９との間に設けられた保炎部である。

【００９７】４は、火炎燃焼室９の下流側に設けられた
第１触媒燃焼室である。５は、第１触媒燃焼室４の内面
に突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を介し
てフィン５に設けられた薄板状の第１触媒体である。８
は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設けられ
た熱回収用の第１水経路である。

【００９８】２８は、第１触媒燃焼室４の下流側に設け
られたヒータ室である。４４は、ヒータ室２８に収納さ
れた電気ヒータである。

【００９９】１２は、ヒータ室２８の下流側に設けられ
た第２触媒燃焼室である。１４は、ハニカム構造の第２
触媒体である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼室１２
に収納されている。

【０１００】１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設
けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１
６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられ
た熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１
水経路８に接続されている。

【０１０１】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０１０２】まず、電気ヒータ４４を通電し、第２触媒
体１４を加熱し、気化部２０から混合気を送る。火炎燃
焼室９に送られた混合気は、着火手段１１により火炎を
形成する。この時、第２触媒体１４は、電気ヒータ４４
により加熱されているので、着火時の臭気やＣＯはここ
で浄化される。

【０１０３】火炎燃焼室９の火炎の熱により加熱され第
１触媒体７が活性化温度に到達した時、燃料の供給を一
旦停止して火炎を消す。その火炎が消えた後、燃料の供
給を再開すると、第１触媒体７で触媒燃焼が生じる。こ
の時、第１触媒体７は完全に昇温していないため、未燃
ガスがヒータ室２８から第２触媒燃焼室１２に排出され
る。第２触媒燃焼室１２に排出された未燃ガスは、電気
ヒータ４４により加熱されている第２触媒体１４で反応
する。

【０１０４】第１触媒体７は流れ方向の上流側から昇温
するので、第１触媒体７の下流側が３００〜６００℃に
達した時に、燃料の供給を増加させる。このタイミング
により、定常燃焼状態に到達させれば、未燃ガスによる
第２触媒体１４の異常高温は完全に防止できる。

【０１０５】これにより、燃焼は最終的に安定し、供給
した燃料の８５％が第１触媒体７で燃焼し、残りが第２
触媒体１４で燃焼する。この定常燃焼の状況は、第１の
実施の形態と同じである。従って、本実施の形態によれ
ば、短時間で燃焼を安定させることができ、着火時の未
燃ガスの排出を少なくすることができる。

【０１０６】本発明の第６の実施の形態に係る燃焼装置
ついて、その断面図である図８を参照しながら説明す
る。１は、燃料パイプ１８から液体燃料を供給する燃料
供給部である。１９は、液体燃料を加熱する気化ヒータ
である。２は、燃焼用空気を供給する送風機である。２
０は、燃料供給部１により供給されて、気化された液体
燃料と送風機２により供給される燃焼用空気とを混合し
て、混合気を作る気化部である。

【０１０７】２８は、気化部２０の下流に設けられた、
電気ヒータ４４を収納したヒータ室である。

【０１０８】４は、ヒータ室２８の下流側に設けられた
第１触媒燃焼室である。５は第１触媒燃焼室４の内面に
突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を介して
フィン５に設けられた薄板状の第１触媒体である。８
は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設けられ
た熱回収用の第１水経路である。

【０１０９】９は、第１触媒燃焼室４の下流側に設けら
れた火炎燃焼室である。１１は、混合気を着火する着火
手段である。着火手段１１は、火炎燃焼室９に収納され
ている。１０は、第１触媒燃焼室４と火炎燃焼室９の間
に設けられた保炎部である。

【０１１０】１２は、火炎燃焼室９の下流側に設けられ
た第２触媒燃焼室である。１４は、ハニカム構造の第２
触媒体である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼室１２
に収納されている。

【０１１１】１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設
けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１
６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられ
た熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１
水経路８に接続されている。

【０１１２】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０１１３】まず、電気ヒータ４４に通電し、第１触媒
体７を加熱し、第１触媒体７に混合気を送る。第１触媒
体７の温度は、触媒活性化温度以下とする。従って、第
１触媒体７では触媒反応が生じないため、混合気は、着
火手段１１により火炎燃焼室９で火炎を形成する。第２
触媒体１４は、この火炎により加熱される。また、第１
触媒体７の下流側も同様に加熱される。ところが、第１
触媒体７の上流は、電気ヒータ４４により既に加熱され
ているので、触媒燃焼反応は、急速に第１触媒体７の上
流に達する。

【０１１４】これより、燃焼は最終的に安定し、第１の
実施の形態と同じ定常状態となる。この方式は、液体燃
料に有効であり、構成も簡素である。

【０１１５】本発明の第７の実施の形態に係る燃焼装置
ついて、その断面図である図９を参照しながら説明す
る。１は、燃料パイプ１８を介して液体燃料を供給する
燃料供給部である。１９は、液体燃料を加熱する気化ヒ
ータである。２は、燃焼用空気を送る送風機である。２
０は、混合板２１を収納した気化部である。

【０１１６】９は、気化部２０の下流側に設けられた火
炎燃焼室である。１１は、気化部２０で生成された混合
気を着火する放電を利用した着火手段である。着火手段
１１は、火炎燃焼室９に収納されている。１０は、気化
部２０と火炎燃焼室９との間に設けられた保炎部であ
る。

【０１１７】４は、火炎燃焼室９の下流側に設けられた
第１触媒燃焼室である。５は第１触媒燃焼室４の内面に
突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を介して
フィン５に設けられた薄板状の第１触媒体である。８
は、《アルミ合金製の》第１触媒燃焼室４の外周に設け
られた熱回収用の第１水経路である。

【０１１８】１２は、第１触媒燃焼室４の下流側に設け
られた第２触媒燃焼室である。１４は、第１触媒体７よ
りも幾何学的表面積が大きいハニカム構造の第２触媒体
である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼室１２に収納
されている。

【０１１９】１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設
けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１
６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられ
た熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１
水経路８に接続されている。

【０１２０】３４は、第１触媒燃焼室４の中心部が貫通
されたバイパスである。バイパス３４には、開閉弁３５
が設けられ、駆動部３６を介して開閉される。ここで、
開閉弁３５は、バイパス３４の上流側に設けることが好
ましい。開閉弁３５を下流側に設けた場合、バイパス３
４に滞留する混合気が第１触媒体７の熱により発火する
からである。

【０１２１】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０１２２】液体燃料は、気化ヒータ１９により加熱さ
れた気化部２０で燃料ガスとなる。その燃料ガスは、気
化部２０に収納された混合板２１により、送風機２から
送られる燃焼用空気と混合して、混合気となる。その混
合気は、その流れ方向の下流側に設けられた火炎燃焼室
９に流れ込む。火炎燃焼室９に流れ込んでくる混合気
は、着火手段１１により着火されて火炎を形成する。

【０１２３】この時、混合気の流れ方向の上流側に位置
するバイパス３４の入り口は、開閉弁３５により開の状
態になっている。そのため、第１触媒体７と第２触媒体
１４は、火炎燃焼室９の火炎の熱により加熱される。

【０１２４】第１触媒体７と第２触媒体１４の温度が３
００〜６００℃に達した時点で、燃料の供給を一時停止
して、火炎燃焼室９の火炎を消す。そして、駆動部３６
により、バイパス３４の入り口の開閉弁３５を閉の状態
として、燃料の供給を再開する。この時、第１触媒体７
と第２触媒体１４は、活性化温度以上に加熱されている
ので、第１触媒体７と第２触媒体１４は、速やかに触媒
燃焼を開始し、安定状態に達する。

【０１２５】以上、本実施の形態では、１つの着火手段
１１により、第１触媒体７と第２触媒体１４とを十分に
高温とすることができる。

【０１２６】本発明の第８の実施の形態に係る燃焼装置
ついて、その断面図である図１０を参照しながら説明す
る。１は、燃料パイプ１８から液体燃料を供給する燃料
供給部である。２は、燃焼用空気を供給する送風機であ
る。２０は、燃料供給部１により供給される液体燃料と
送風機２により供給される燃焼用空気とを混合して、混
合気を作る気化部である。気化部２０は、アルミ又は鉄
鋳物で作られている。１９は、気化部２０を加熱するた
めの電気ヒータである。

【０１２７】３０は、気化部２０の下流側に設けられ
た、第１電気ヒータ３１を収納した第１ヒータ室であ
る。第１ヒータ室３０と気化部２０との間に、熱回収板
３７が取り付けられている。熱回収板３７は、気化部２
０の突出部３８にネジ３９で固定されている。熱回収板
３７の側面には、複数の通過孔４０があり、その側面の
下流端にはフランジ部４１が設けられている。また、熱
回収板３７は、ステンレス鋼板で作られており、触媒を
担持している。

【０１２８】４は、第１ヒータ室３０の下流側に設けら
れた第１触媒燃焼室である。５は、第１触媒燃焼室４の
内面に突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を
介してフィン５に設けられた薄板状の第１触媒体であ
る。８は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設
けられた熱回収用の第１水経路である。ここで、熱回収
板３７の表面積は、第１触媒体７の触媒の表面積よりも
小さい。

【０１２９】３２は、第１触媒燃焼室４の下流側に設け
られた第２ヒータ室である。３３は第２ヒータ室３２に
収納された電気ヒータである。

【０１３０】１２は、第２ヒータ室３２の下流側に設け
られた第２触媒燃焼室である。１４は、ハニカム構造の
第２触媒体である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼室
１２に収納されている。

【０１３１】１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設
けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１
６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられ
た熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１
水経路８に接続されている。

【０１３２】４２は、気化部２０の外面に設けられた、
気化部２０の内部温度を検出する検知部である。４３
は、検知部４２の検出結果に基づいて、気化部２０の温
度を液体燃料の沸点以上に保つように、気化ヒータ１９
を制御する電気入力制御手段である。

【０１３３】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。

【０１３４】気化ヒータ１９と第１電気ヒータ３１とに
通電し、気化部２０と熱回収板３７と第１触媒体７とを
加熱する。灯油又は軽油などの液体燃料は、気化部２０
に供給されて、そこで燃料ガスとなり、送風気から送ら
れる燃焼用空気と混合し、混合気となる。

【０１３５】混合気は、熱回収板３７を通過し、第１触
媒体７で触媒燃焼を開始する。これと同時に、第１電気
ヒータ３１により加熱されている熱回収板３７の触媒も
反応を開始する。その反応熱は、突出部３８から気化部
２０に伝熱して、気化部２０を加熱する。また、熱回収
板３７のフランジ部４１は、第１触媒体７の放射熱によ
り、加熱が促進される。更にその触媒反応が進めば、熱
回収板３７は、４００〜６００℃にまで加熱される。熱
回収板３７は、その熱を気化部２０に伝熱させる。

【０１３６】ところで、熱回収板３７を構成する金属材
料の熱伝導率は、気化部２０を構成する金属材料の熱伝
導率よりも低いことが好ましい。熱伝導率が高いと、気
化部２０に熱を取られ過ぎて低温となり、熱回収板３７
の触媒の反応性が低下するからである。この理由によ
り、気化部２０と熱回収板３７の接続部に突出部３８を
設けて、接触面積を選択し、最適な気化熱の伝導を図る
ことも有効である。

【０１３７】また、熱回収板３７における触媒の反応量
を増加させるため、熱回収板３７に通過孔４０を設ける
ことも有効である。この場合、混合気は、熱回収板３７
の表裏で反応し、反応量が増加するとともに、熱回収板
３７の熱抵抗が増加して、先端が高温化し、反応性が高
くなる。

【０１３８】このような触媒燃焼において、検知部４２
が、気化部２０の内部温度が所定の温度に加熱されたこ
とを検出すれば、電気入力制御手段４３は、気化ヒータ
１９の通電を停止する。この後、電気入力制御手段４３
は、気化部２０の温度を沸点以上に保つように、気化ヒ
ータ１９のＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。これにより、触媒
燃焼における液体燃料の気化用の消費電力を削減するこ
とができる。

【０１３９】なお、本実施の形態では、第１触媒体７
は、第１の実施の形態における第１触媒体７と同じ熱交
換一体型のものであるとしたが、ハニカム型触媒体とし
てもよい。

【０１４０】第５と第６の実施の形態で使用した電気ヒ
ータ４４について、その構造図である図１１を参照しな
がら説明する。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＺ−Ｚ
´線の断面図である。電気ヒータ４４は、第５と第６の
実施の形態以外の電気ヒータを使用する実施の形態でも
使用可能である。４５は金属被覆管である。４６は、金
属被覆管４５に収納されたヒータ素線である。４７は、
金属被覆管４５に収納されたマグネシア絶縁材である。
ヒータ素線４６は、マグネシア絶縁材４４により金属被
覆管から絶縁される。

【０１４１】４８は、熱放射材が表面に形成された放熱
板である。放熱板４８には、多数の通過孔５０が穿たれ
ている。ここで、混合気の流路において、電気ヒータ４
４が触媒体に対面して設けられると、触媒体の周囲が低
温となり易い。そこで、放熱板４８を底面と側面を有す
る箱状として、空気との接触面積を増加させると、均一
加熱が可能となる。

【０１４２】金属被覆管４６は、ニッケルろう材４９に
よって、放熱板４８に接合されている。

【０１４３】この電気ヒータ４４を第１触媒体７又は第
２触媒体１４と対面させれば、触媒を予熱することがで
きる。

【０１４４】一般に、予熱を素早くするには、電気ヒー
タの電力量を大きくしなければならない。しかし、この
場合、電気ヒータの金属被覆管が高温となるため、その
金属被覆管の劣化の問題が生じる。

【０１４５】本実施の形態における電気ヒータ４４で
は、金属被覆管４５は、熱放射しやすい表面処理が施さ
れた放熱板４８に接続されているために、放熱板４８に
拡散した熱が、放射熱として発散する。その結果、金属
被覆管４５は劣化しにくいものとなる。これにより、予
熱を素早くできるので、触媒の予熱時間を短縮できる。

【０１４６】通過孔５０は、混合気の通過のための孔で
あるが、孔の配列を金属被覆管４５の近傍とすれば、さ
らに加熱能力を高めることができる。

【０１４７】なお、放熱板４８は、底面と側面を有する
箱状であるとしたが、平板状としてもよい。

【０１４８】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
によれば、ＮＯｘがほとんど発生しない燃焼装置を提供
することができる。

【０１４９】また、本発明によれば、触媒の耐熱寿命が
著しく短くなるという課題を解決することができる。

【０１５０】また、本発明によれば、触媒を用いた燃焼
装置の小型化を図ることができる。

【０１５１】また、本発明の燃焼装置は、燃料と空気の
混合気における空気過剰率を高くする必要がなく、小型
でも大きな燃焼能力を有する触媒を用いた燃焼装置を実
現することができる。

【０１５２】また、本発明によれば、燃焼開始時に未燃
ガスをださないため悪臭等の発生がない。

【０１５３】更に、本発明は、定常状態でも気化熱用の
電気を供給する必要がない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置の断
面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ´断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ´断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置の断
面図である。

【図５】本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置の断
面図である。

【図６】本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置の断
面図である。

【図７】本発明の第５の実施の形態に係る燃焼装置の断
面図である。

【図８】本発明の第６の実施の形態に係る燃焼装置の断
面図である。

【図９】本発明の第７の実施の形態に係る燃焼装置の断
面図である。

【図１０】本発明の第８の実施の形態に係る燃焼装置の
断面図である。

【図１１】（ａ）は第５と第６の実施の形態で使用した
電気ヒータ４４の構造図であり、（ｂ）はそのＺ−Ｚ´
線の断面図である。

【符号の説明】

１…燃料供給部 ２…送風機 ３…混合部 ４…第１触媒燃焼室 ５…フィン ６…隙間 ７…第１触媒体 ８…第１水経路 ９…火炎燃焼室 １０…保炎部 １１…着火手段 １２…第２触媒燃焼室 １３…断熱材 １４…第２触媒体 １５…フィン １６…第２水経路 ２１…混合板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 豊 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を
   生成する混合気生成部と、 前記混合気の流れ方向の下流側に位置し、前記混合気を
   触媒燃焼する第１触媒体とその第１触媒体により前記混
   合気が触媒燃焼される際に発生する熱エネルギーを集め
   る第１熱回収部とを収納する第１触媒燃焼室と、 前記第１触媒体の排気側に位置し、その第１触媒体によ
   り触媒燃焼されなかった前記混合気を触媒燃焼する第２
   触媒体を収納する第２触媒燃焼室とを備え、 前記第１触媒体は、前記第１熱回収部に実質的に沿うよ
   うに取り付けられ、 前記第２触媒体の表面積は、前記第１触媒体の表面積よ
   り大きいことを特徴とする燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記第１熱回収部はフィンであり、 前記第１触媒体の全部又は一部は、前記フィンに対して
   所定の隙間を介して、そのフィンに沿うように取り付け
   られていることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記フィンは、前記熱エネルギーを集め
   るための複数の面を有し、 前記所定の隙間は、前記フィンの各面とそれと隣接する
   面との隙間より狭いことを特徴とする請求項４記載の燃
   焼装置。
4. 【請求項４】 前記第１触媒体は、全部又は一部に触媒
   を担持した金属担体であり、 前記第２触媒体は、全部又は一部に触媒を担持したセラ
   ミック担体であることを特徴とする請求項１記載の燃焼
   装置。
5. 【請求項５】 前記第１触媒燃焼室の燃焼量は、前記第
   ２触媒燃焼室の燃焼量よりも大きいことを特徴とする請
   求項１記載の燃焼装置。
6. 【請求項６】 前記燃焼装置は、更に、 前記第１触媒燃焼室の外面に取り付けられた、前記第１
   熱回収部により集められた熱エネルギーを外部に取り出
   すための第１熱取り出し部を備えたことを特徴とする請
   求項１記載の燃焼装置。
7. 【請求項７】 前記第１熱取り出し部は、水又は空気を
   前記熱エネルギーを外部に取り出すための媒体とするこ
   とを特徴とする請求項６記載の燃焼装置。
8. 【請求項８】 前記燃焼装置は、更に、 前記第２触媒燃焼室の排気側に位置し、前記第２触媒体
   から排出される排気に含まれる熱エネルギーを集める第
   ２熱回収部と、 その第２熱回収部が収納される室の外面に取り付けら
   れ、前記第２熱回収部により集められた熱エネルギーを
   外部に取り出すための第２熱取り出し部とを備えたこと
   を特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
9. 【請求項９】 前記第２熱回収部はフィンであり、 前記第２熱取り出し部は、水又は空気を前記熱エネルギ
   ーを外部に取り出すための媒体とすることを特徴とする
   請求項８記載の燃焼装置。
10. 【請求項１０】 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生
    成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１着火手段を収
    納している第１火炎燃焼室を備えたことを特徴とする請
    求項１記載の燃焼装置。
11. 【請求項１１】 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生
    成部と前記第１火炎燃焼室との間に、その第１火炎燃焼
    室で発生した火炎が前記混合気生成部に広がらないよう
    にするための第１保炎部を備えたことを特徴とする請求
    項１０記載の燃焼装置。
12. 【請求項１２】 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生
    成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１加熱手段を収
    納している第１加熱室を備えたことを特徴とする請求項
    １記載の燃焼装置。
13. 【請求項１３】 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生
    成部と前記第１加熱室との間に、その第１加熱室で発生
    した火炎が前記混合気生成部に広がらないようにするた
    めの第１保炎部を備えたことを特徴とする請求項１２記
    載の燃焼装置。
14. 【請求項１４】 前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒
    燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２着火手段を
    収納している第２火炎燃焼室を備えたことを特徴とする
    請求項１記載の燃焼装置。
15. 【請求項１５】 前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒
    燃焼室と前記第２火炎燃焼室との間に、その第２火炎燃
    焼室で発生した火炎が前記第１触媒燃焼室の方向に広が
    らないようにするための第２保炎部を備えたことを特徴
    とする請求項１４記載の燃焼装置。
16. 【請求項１６】 前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒
    燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２加熱手段を
    収納している第２加熱室を備えたことを特徴とする請求
    項１記載の燃焼装置。
17. 【請求項１７】 前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒
    燃焼室と前記第２加熱室との間に、その第２加熱室で発
    生した火炎が前記第１触媒燃焼室の方向に広がらないよ
    うにするための第２保炎部を備えたことを特徴とする請
    求項１６記載の燃焼装置。
18. 【請求項１８】 前記燃焼装置は、更に、 前記第１火炎燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に位置
    し、前記混合気の流れ方向に渡って、前記第１触媒燃焼
    室の内周部に設けられたバイパスと、 前記第１火炎燃焼室と前記第１触媒燃焼室との間に位置
    する前記バイパスの入り口を開閉する開閉手段とを備え
    たことを特徴とする請求項１０記載の燃焼装置。
19. 【請求項１９】 前記燃焼装置は、更に、 前記第１加熱室と前記第２触媒燃焼室との間に位置し、
    前記混合気の流れ方向に渡って、前記第１触媒燃焼室の
    内周部に設けられたバイパスと、 前記第１加熱室と前記第１触媒燃焼室との間に位置する
    前記バイパスの入り口を開閉する開閉手段とを備えたこ
    とを特徴とする請求項１２記載の燃焼装置。
20. 【請求項２０】 液体燃料を気化し、その気化された燃
    料と燃焼用空気とを混合して混合気を生成する、気化ヒ
    ーターを具備する気化部と、 その気化部の下流側に設けられた熱回収板と、 その熱回収板の下流側に設けられ、前記混合気を触媒燃
    焼するための触媒体を収納している触媒燃焼室と、 前記気化部の内部温度を検出する検出部と、 その検出された温度に基づいて、前記気化ヒーターのパ
    ワーを制御するパワー制御手段とを備え、 前記熱回収板の全部又は一部に触媒が担持され、 前記熱回収部の一部が前記気化部に熱伝導的に接続され
    ていることを特徴とする燃焼装置。
21. 【請求項２１】 前記第１加熱手段は、 ヒータ素線と、 そのヒーター素線を収納している金属被覆管と、 その金属被覆管に充填され、前記ヒータ素線を前記金属
    被覆管から絶縁するための絶縁材と、 複数の孔を有し、熱放射材が表面に形成されている放熱
    板とを備え、 前記金属被覆管は、前記放熱板に接合されていることを
    特徴とする請求項１２記載の燃焼装置。
22. 【請求項２２】 前記第２加熱手段は、 ヒータ素線と、 そのヒーター素線を収納している金属被覆管と、 その金属被覆管に充填され、前記ヒータ素線を前記金属
    被覆管から絶縁するための絶縁材と、 複数の孔を有し、熱放射材が表面に形成されている放熱
    板とを備え、 前記金属被覆管は、前記放熱板に接合されていることを
    特徴とする請求項１５記載の燃焼装置。
23. 【請求項２３】 前記放熱板は箱状に形成され、 前記金属被覆管は、その放熱板の底面に接合されている
    ことを特徴とする請求項２１又は２２記載の燃焼装置。
24. 【請求項２４】 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生
    成部と前記第１火炎燃焼室との間に、その第１火炎燃焼
    室で発生した熱の一部を前記混合気生成部に戻す熱回収
    部を備えたことを特徴とする請求項１０記載の燃焼装
    置。
25. 【請求項２５】 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生
    成部と前記第１加熱室との間に、その第１加熱室で発生
    した熱の一部を前記混合気生成部に戻す熱回収部を備え
    たことを特徴とする請求項１２記載の燃焼装置。
26. 【請求項２６】 前記熱回収部を構成する金属材料の熱
    伝導率は、前記混合気生成部を構成する金属材料の熱伝
    導率よりも低いことを特徴とする請求項２４又は２５記
    載の燃焼装置。
27. 【請求項２７】 前記混合気生成部と前記熱回収部の接
    続部に、熱抵抗部を設けたことを特徴とする請求項２４
    又は２５記載の燃焼装置。
28. 【請求項２８】 前記熱回収部に前記混合気の通過孔を
    設けたことを特徴とする請求項２４又は２５記載の燃焼
    装置。
29. 【請求項２９】 前記混合気の供給を開始した後、前記
    第１着火手段により前記混合気を着火し、前記第１火炎
    燃焼室に火炎を形成し、 前記第１触媒体の上流側の温度が前記火炎により所定の
    値に達した後、前記混合気の供給を一時停止することに
    より前記火炎を消し、 前記火炎が消えた後、前記供給を再開することを特徴と
    する請求項１０記載の燃焼装置。
30. 【請求項３０】 前記混合気の供給を開始した後、前記
    第２着火手段により前記混合気を着火し、前記第２火炎
    燃焼室に火炎を形成し、 前記第１触媒体の下流側及び前記第２触媒体の上流側の
    温度が前記火炎により所定の値に達した後、前記混合気
    の供給を一時停止することにより前記火炎を消し、 前記火炎が消えた後、前記供給を再開することを特徴と
    する請求項１４記載の燃焼装置。