JPH10153306A

JPH10153306A - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JPH10153306A
Application number: JP8301914A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Mashita; 晋一真下; Yasuo Kondo; 靖男近藤; Akio Matsuoka; 彰夫松岡
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-11-13
Publication date: 1998-06-09
Anticipated expiration: 2016-11-13
Also published as: DE19711681B4; DE19711681A1; JP3531387B2

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒燃焼装置において、排気ガス循環による
燃焼用空気の予熱効果を確保して、良好な触媒燃焼を実
現するとともに、構成の小型化、簡素化を図る。【解決手段】燃料と燃焼用空気の混合気を触媒燃焼さ
せるリング状の触媒体２、３を燃焼筒４内に備え、燃焼
筒４のうち、触媒体２、３の一端側に、燃料ノズル１０
および燃焼用空気の入口８を配設し、燃焼筒４内部のう
ち、触媒体２、３の他端側に、燃料と燃焼用空気の混合
気を形成する予混合室１３を配設する。触媒体２、３の
一端側から、触媒体２、３の中心部の貫通穴２ｂ、３ｂ
を通して、予混合室１３に向けて燃料と燃焼用空気を供
給し、予混合室１３にて燃料と燃焼用空気とを混合す
る。この混合気を予混合室１３にて方向転換させて、触
媒体２、３の他端側から一端側へ向けて流し、触媒体
２、３の一端側にて触媒体通過後の排気ガスの一部を燃
焼用空気中に還流させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は触媒燃焼装置に関す
るもので、例えば、暖房装置、乾燥装置等に用いて好適
なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料供給手段と燃焼用空気供給手
段とを備え、これらの供給手段により供給される燃料と
燃焼用空気との混合気を、触媒により燃焼させる触媒燃
焼装置が知られている。この触媒燃焼装置は火炎が形成
されないため、カーボンの発生が無い。また、触媒燃焼
装置は、火炎燃焼にみられる着火、消化時の排気エミッ
ションの発生を大幅に抑制できるため、特に、排気ガス
のクリーン性が要求される電気自動車用の暖房装置とし
て非常に有効である。

【０００３】ところで、上記触媒燃焼装置において触媒
燃焼を継続して行うためには、燃焼用空気を常に予熱し
て、触媒を活性化しておく必要があるが、この予熱を電
気ヒータで行うと消費電力が増大してしまう。特に、電
気自動車ではバッテリ容量の制約から、消費電力の増大
を招く電気ヒータの使用は不向きである。また、燃焼用
空気の予熱をバーナで行うと、触媒へのカーボン付着が
発生し、これにより触媒での燃焼効率の低下が発生す
る。しかも、着火時には触媒が低温のため十分活性化さ
れておらず、バーナで発生する排気エミッションがその
まま排出されるという問題が生じる。

【０００４】このような問題を解決するため、特開昭６
０−３０９０８号公報では、触媒燃焼装置の前後を排気
ガス循環パイプて連結し、排気ガスの一部を触媒燃焼装
置の上流側に還流することにより、燃焼用空気を予熱す
る構成が示されている。また、特開平４−３２０７１０
号公報では、触媒燃焼装置の内部において、燃料と空気
とを混合した原料ガスを触媒層のガス通路に送り込む際
に、原料ガスを噴出ノズルを通して増速させて、その増
速による減圧作用にて排気ガスの一部を原料ガス中に還
流して、原料ガスを予熱するようにしたものが提案され
ている。

【０００５】これらの従来装置によれば、別途設けた電
気ヒータやバーナ等の加熱手段を使用せずに、燃焼用空
気を予熱でき、安定した燃焼を行うことができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の従来装
置においては、排気ガス循環パイプを燃焼装置の外部に
設置しているので、体格の増大は不可避であり、例えば
スペース的制約が大きい車両用としては、暖房装置の搭
載が困難になるという問題がある。また、後者の従来装
置においては、空気と燃料を予め混合しておく必要があ
るため、この混合のための装置が別途、必要となり、さ
らに、触媒層のガス通路を多数設け、このガス通路に対
応して噴出ノズルも多数設ける構成であるので、部品点
数がどうしても多くなり、構成が煩雑であり、コスト高
になる。

【０００７】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
触媒燃焼装置において、排気ガス循環による燃焼用空気
の予熱効果を確保して、良好な触媒燃焼を実現するとと
もに、構成の小型化、簡素化を図ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、以下の技術的手段を採用する。請求項１〜２
０記載の発明によれば、燃料と燃焼用空気の混合気を触
媒燃焼させるリング状の触媒体（２、３）を燃焼筒
（４）内に内蔵し、この触媒体（２、３）の一端側の部
位に、燃料と燃焼用空気の供給手段（１０、１２、７）
を配設し、触媒体（２、３）の他端側の部位に、燃料と
燃焼用空気の混合気を形成する予混合室（１３）を配設
する。さらに、触媒体（２、３）の一端側から、触媒体
（２、３）の中心部貫通穴（２ｂ、３ｂ）を通して、予
混合室（１３）に向けて燃料と燃焼用空気を供給し、予
混合室（１３）にて燃料と燃焼用空気とを混合する。そ
して、この混合気を予混合室（１３）で方向転換させ
て、触媒体（２、３）内をその他端側から一端側へ向け
て流し、触媒体（２、３）の一端側にて触媒体（２、
３）通過後の排気ガスの一部を燃焼用空気中に還流させ
ることを特徴としている。

【０００９】このように、排気ガスの一部を燃焼用空気
中に還流させることにより、排気ガスの熱で燃焼用空気
の予熱を行うことができ、この予熱により触媒を活性化
して、触媒燃焼を継続的に安定に行うことができる。し
かも、排気ガスの一部を燃焼用空気中に還流させる機構
をすべて燃焼筒（４）内部に収納できるので、燃焼装置
の小型化を図ることができる。

【００１０】また、本発明では、燃料と燃焼用空気を、
リング状の触媒体（２、３）の中心部の貫通穴（２ｂ、
３ｂ）を通した後に、予混合室（１３）でＵターン状に
方向転換させて、触媒体（２、３）の他端側から一端側
へ向けて流すようにしているから、特開平４−３２０７
１０号公報の燃焼装置のごとく、触媒層のガス通路およ
びを噴出ノズルを多数設ける構成のものに比して、部品
点数を大幅に低減でき、構成を極めて簡潔にすることが
でき、低コストで製作可能になる。

【００１１】また、請求項６記載の発明によれば、燃料
として液体燃料を用いる場合に、予混合室（１３）の内
部に、供給された液体燃料を吸収、蒸発させるための燃
料吸収体（１４）を備えているから、液体燃料を燃料吸
収体（１４）に一時的に蓄え、燃料吸収体（１４）の広
い面積から一様に液体燃料を蒸発させて、燃料と空気の
均一な混合状態を形成し、良好な燃焼状態を実現でき
る。

【００１２】また、請求項７記載の発明によれば、リン
グ形状の触媒体（２、３）を軸方向に複数に分割し、こ
の複数の触媒体（２、３）における触媒担持量を予混合
室（１３）側へ近接するほど、多くしているから、複数
の触媒体（２、３）のうち、予混合室（１３）側へ近接
するほど（上流側へ行くほど）、低温で触媒を活性化で
き、これにより始動時から触媒燃焼を良好に行うことが
できる。また、下流側の触媒体は触媒担持量が少なくて
も、上流側の触媒燃焼熱の輻射および高温の排気ガス反
応熱を受けて、温度上昇するので、早期に活性化させる
ことができる。

【００１３】また、請求項８記載の発明によれば、触媒
体（２、３）の一端側に、触媒体（２、３）通過後の排
気ガスが充満する排気ガス室（９）を形成し、この排気
ガス室（９）内の排気ガスと、燃焼用空気供給手段
（７、８）から供給される燃焼用空気との間で熱交換可
能としているから、燃焼用空気を排気ガス室（９）内の
排気ガスで予熱することが可能となり、燃焼用空気の予
熱効果を一層高めることができる。

【００１４】また、請求項１０記載の発明によれば、燃
料供給手段に、液体燃料流量の増加に伴って燃料噴霧角
が増大する特性を有する燃料ノズル（１０）を備え、液
体燃料流量が大きいときは、燃料ノズル（１０）から噴
霧される燃料噴霧角を増大させて、燃料ノズル（１０）
からの噴霧燃料を触媒体（２、３）の貫通穴（２ｂ、３
ｂ）の内壁面の方向に向かわせることを特徴としてい
る。

【００１５】これにより、液体燃料流量が大きい、最大
燃焼時には、高温部である触媒体（２、３）からの伝熱
を利用して、液体燃料の蒸発性の改善を図り、良好な燃
焼を確保できる。また、請求項１１記載の発明によれ
ば、触媒体（２、３）の貫通穴（２ｂ、３ｂ）の内壁面
に、燃料供給手段（１０、１２）から供給される液体燃
料の流れを偏向する偏向板（２８）を備え、液体燃料流
量が大きいときは、偏向板（２８）により燃料供給手段
（１０、１２）からの供給燃料を触媒体（２、３）の貫
通穴（２ｂ、３ｂ）の内壁面の方向に向かわせることを
特徴としている。

【００１６】これにより、請求項１０と同様に、最大燃
焼時に、高温部である触媒体（２、３）からの伝熱を利
用して、液体燃料の蒸発性を改善できる。また、請求項
１２記載の発明によれば、触媒体（２、３）の貫通穴
（２ｂ、３ｂ）の内壁面に、供給された液体燃料を吸
収、蒸発させるための燃料吸収体（２７）を備えること
を特徴としている。

【００１７】これにより、請求項１０または１１のごと
く、触媒体（２、３）からの伝熱を利用して液体燃料の
蒸発性を改善する場合に、燃料吸収体（２７）の設置に
より燃料の保持を図って、蒸発性をより一層改善でき
る。また、請求項１３記載の発明によれば、予混合室
（１３）内に電熱ヒータ（１５）を配置しているから、
この電熱ヒータ（１５）にて燃焼始動時に混合気を予熱
することができ、燃焼始動直後から触媒燃焼を良好に行
うことができる。

【００１８】また、請求項１４記載の発明によれば、燃
焼作動の始動時に電熱ヒータ（１５）に通電し、この通
電から所定時間（ｔ１）経過後に燃料および燃焼用空気
の供給を少量で開始し、その後さらに、触媒体（２、
３）通過後の排気ガス温度が第１の所定温度（Ｔ１）に
なる時点で燃料および燃焼用空気の供給量を連続または
段階的に増加させ、その後さらに、触媒体（２、３）通
過後の排気ガス温度が第１の所定温度（Ｔ１）より高い
第２の所定温度（Ｔ２）になる時点で電熱ヒータ（１
５）への通電を停止しているから、始動時から定常燃焼
に移行するまでの間、排気ガス温度に関連づけて、燃
料、空気の供給量および電熱ヒータ（１５）への通電を
自動制御して、燃焼作動を良好に行わせることができ
る。

【００１９】また、請求項１５記載の発明によれば、燃
焼用空気供給手段（７、８）から供給される燃焼用空気
を加熱する補助電熱ヒータ（２４）を備え、電熱ヒータ
（１５）の通電時にはこの補助電熱ヒータ（２４）にも
通電するようにしているから、極寒冷時等において、補
助電熱ヒータ（２４）の発熱により燃焼用空気の予熱効
果を一層高めて、燃焼の始動性を改良できる。

【００２０】また、請求項１６記載の発明によれば、リ
ング形状の触媒体（２）よりも、予混合室（１３）側に
近接する部位に、導電性を有する始動用触媒体（３０）
を配置するとともに、この始動用触媒体（３０）を外部
より通電可能に構成し、この始動用触媒体（３０）への
通電により、この始動用触媒体（３０）自身を電気抵抗
体として発熱させることを特徴としている。

【００２１】これにより、始動用触媒体（３０）自身の
発熱により触媒を直接、加熱することができるため、請
求項１３のように電熱ヒータ（１５）からの輻射熱にて
始動用触媒体（３）を予熱する場合に比して、触媒の予
熱効果を高めることができるとともに、この予熱効果の
向上により電力消費を節減できる。そして、始動用触媒
体（３０）の予熱効果の向上に伴って、低温時でも、触
媒燃焼の立ち上げ時間を短縮できる。しかも、電熱ヒー
タ（１５）の廃止により、装置全体の体格を小型化でき
るとともに、構造の簡素化によりコスト低減を図ること
ができる。

【００２２】また、請求項１７記載の発明によれば、燃
焼作動の始動時に導電性の始動用触媒体（３０）に通電
し、この通電から所定時間（ｔ１）経過後に燃料および
燃焼用空気の供給を少量で開始し、その後さらに、リン
グ形状の触媒体（２）および始動用触媒体（３０）通過
後の排気ガス温度が第１の所定温度（Ｔ１）になる時点
で燃料および燃焼用空気の供給量を連続または段階的に
増加させ、その後さらに、前記両触媒体（２、３０）通
過後の排気ガス温度が第１の所定温度（Ｔ１）より高い
第２の所定温度（Ｔ２）になる時点で始動用触媒体（３
０）への通電を停止することを特徴としており、これに
より、請求項１４と同様に、燃焼作動を良好に自動制御
できる。

【００２３】また、請求項１８記載の発明によれば、リ
ング形状の触媒体（２）を、導電性を有し、かつ外部よ
り通電可能に構成し、前記始動用触媒体（３０）の通電
時には、前記リング形状の触媒体（２）にも通電して、
この両触媒体（２、３０）を電気抵抗体として発熱させ
ることを特徴としており、これにより、外気温度が例え
ば、−２０°Ｃ以下のような極低温時においても、両触
媒体（２、３０）への同時通電により、この両触媒体
（２、３０）の触媒をいずれも電気的発熱作用により直
接加熱して、早期に活性化できる。そのため、極低温時
でも燃焼立ち上がり時間の短縮が可能となり、急速暖房
を達成できる。

【００２４】また、請求項１９記載の発明によれば、触
媒体（２、３、３０）の一端側の部位に、暖房用の熱媒
体と、触媒体（２、３、３０）通過後の排気ガスとを熱
交換して、暖房用の熱媒体を加熱する熱交換器（４０）
を内蔵しているから、熱媒体加熱用の熱交換器（４０）
をも一体化したコンパクトな触媒燃焼装置を提供でき
る。

【００２５】また、請求項２０記載の発明によれば、燃
焼筒（４）の外周側に、暖房用の熱媒体と、触媒体
（２、３、３０）通過後の排気ガスとを熱交換して、暖
房用の熱媒体を加熱する熱交換器（４０）を内蔵してい
るから、請求項１９と同様に熱媒体加熱用の熱交換器
（４０）をも一体化したコンパクトな触媒燃焼装置を提
供でき、しかも、燃焼筒（４）の外周側に熱交換器（４
０）を配置しているから、燃焼筒（４）の軸方向（高さ
方向）の寸法を短縮でき、車両等への搭載性を一層向上
できる。

【００２６】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。（第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態を示すも
ので、本例の燃焼装置は電気自動車用暖房装置に適用し
たもので、図１の上下方向は車両搭載時の上下方向と一
致している。１は燃焼装置で、図１において上下方向に
軸を有する円筒形状のものである。２は燃焼装置１に内
蔵された主触媒体であり、その中心部をくり抜いたリン
グ状（円筒状）の形状となっている。３は始動用触媒体
で、主触媒体２の下端面側に微小隙間Ａを介して隣接配
置されており、主触媒体２と同様にリング状の形状とな
っている。２ｂ、３ｂはこのリング形状の中心部の貫通
穴である。

【００２８】この始動用触媒体３は、早期活性化のた
め、主触媒体２よりも体格（換言すれば、熱容量）を小
さくして温度上昇しやすくしてあり、かつ低温（例：２
００℃）で活性化できるように、貴金属触媒（Ｐｔ、Ｐ
ｄ等）の担持量（触媒体の全重量に対する触媒量の比
率）を主触媒体２よりも多くしてある。また、主触媒体
２と始動用触媒体３との間の微小間隔Ａは、例えば５ｍ
ｍ程度の大きさに設定してある。また、主触媒体２と
始動用触媒体３の触媒は、それぞれ、セラミック等から
構成されたハニカム状の担体２ａ、３ａに担持されてい
る。そして、主触媒体２と始動用触媒体３の外周面は燃
焼筒４の内壁面に支持され、固定されている。この燃焼
筒４は燃焼装置１の本体形状を区画形成するもので、ス
テンレスのような耐熱金属にて有底円筒形状に成形され
ている。燃焼筒４の内部において、触媒体２、３を収納
している部分により燃焼室が構成される。

【００２９】５はステンレスのような耐熱金属からなる
排気混合筒であり、その全体形状は略円筒形状に形成さ
れている。この排気混合筒５は主触媒体２及び始動用触
媒体３の中心部貫通穴２ｂ、３ｂ内に設置され、これら
両触媒体２、３の内周面に一体に接合されて、一体化さ
れている。ここで、この排気混合筒５は、その一端側
（燃焼空気と燃料の入口側）に等断面積の円管部からな
る混合部５ａを形成し、そして、他端側に、ゆるやかな
拡がり角（例えば、５〜１０°程度）を持つ円管からな
る圧力上昇部５ｂを形成している。また、混合部５ａの
入口側端部にはテーパー状拡大端部５ｃが形成されてい
る。

【００３０】６は一次ノズルで、燃焼筒４内で、主触媒
体２の一端側に隣接して配設されている。この一次ノズ
ル６は、その下端部側に漏斗状に細く絞られた絞り部６
ａを有しており、耐熱金属にて成形されている。この一
次ノズル６の下端部から排気混合筒５内に燃焼用空気お
よび燃料を導入する。ここで、上記燃焼用空気は、エア
ポンプ（燃焼空気供給手段）７により供給され、空気入
口８から一次ノズル６の内側空間６０へ送られる。

【００３１】また、一次ノズル６の絞り部６ａは、排気
混合筒５のテーパー状拡大端部５ｃ内に所定量挿入され
ており、このテーパー状拡大端部５ｃと絞り部６ａとの
間にリング形状の二次ノズル６ｂを形成している。この
二次ノズル６ｂは、一次ノズル６の外周側に形成される
排気ガス室９からの排気循環ガスを排気混合筒５内に還
流するためのものである。

【００３２】なお、一次ノズル６の内側空間６０は、絞
り部６ａの先端の小径開口部以外の部分では排気ガス室
９と仕切られている。換言すると、一次ノズル６は、そ
の内側空間（燃料、空気の供給側空間）６０と排気ガス
室９と仕切る仕切り部材としての役割も果たしている。
１０は燃料ノズルであり、燃料タンク１１から燃料ポン
プ１２により送られた液体燃料（例えば、灯油）を一次
ノズル６の内側空間６０の中心部に向けて噴霧する。つ
まり、一次ノズル６の内側空間６０内に、エアポンプ７
からの空気入口８と燃料ノズル１０が開口するようにな
っている。ここで、本例では、燃料ノズル１０と燃料ポ
ンプ１２とにより燃料供給手段を構成している。

【００３３】１３は液体燃料と燃焼用空気の混合を行う
予混合室で、燃焼筒４内部のうち、主触媒体２及び始動
用触媒体３の他端側（下端側）に配置されている。１４
は耐熱金属からなる金網状の燃料吸収体であり、予混合
室１３の底壁内面から側面にかけての広い面積にわたっ
て、配置してある。ここで、燃料吸収体１４としては、
金網状の部材（ウイック）の他に、発泡金属部材、薄板
状の多孔質セラミック部材等を使用できる。

【００３４】なお、予混合室１３のうち、始動用触媒体
３の下側面に対向する底壁部は、燃料と空気の混合気の
流れを中心部から径外方側へスムースに方向転換させる
ために、中央部が山状に突出した形状になっている。１
３ａはその突出部である。１５は予混合室１３内に配置
された電熱ヒータで、例えばシーズヒータを渦巻き状に
曲げたものであり、始動時に始動用触媒体３及び燃料吸
収体１４を加熱するためのものである。１５ａ、１５ｂ
は電熱ヒータ１５の外部回路への接続用端子部である。

【００３５】１６は排気ガス室９から排気ガスを外部へ
排出する排気ガス出口である。１７は排気ガス室９のう
ち排気ガス出口１６付近に配設された温度検出器（サー
ミスタ）である。１８は燃焼筒４の外周囲全体にわたっ
て配設された断熱材であり、この断熱材１８を挟んでカ
バー１９が設置してある。２０は燃焼筒４とカバー１９
の上端開口部を閉塞する上端板であり、この上端板２０
に燃料ノズル１０および空気入口８が取付られている。

【００３６】なお、排気ガス出口１６から排出された排
気ガスは図示しない熱交換器に送られ、ここで排気ガス
と水（暖房用熱媒体）との間で熱交換を行って水を加熱
し、この加熱された温水をポンプにて空調装置のヒータ
コアに送り、このヒータコアで空調空気を加熱して、車
室内を暖房するようになっている。図２は第１実施形態
の電気制御ブロック図であり、２１は燃焼措置における
上記電気機器（７、１２、１５）を制御する制御装置
で、２２は燃焼装置１の運転スイッチである。

【００３７】次に、上記構成において作動を説明する。
いま、運転スイッチ２２を投入すると、制御装置２１に
より、まず電熱ヒータ１５へ通電され、電熱ヒータ１５
の発熱により始動用触媒３及び燃料吸収体１４の予熱を
行う。運転スイッチ２２の投入から所定時間ｔ１（図３
参照）が経過すると、制御装置２１内のタイマー手段に
よりエアポンプ７および燃料ポンプ１２に通電されるた
め、燃焼用空気及び燃料の供給を開始する。

【００３８】ここで、燃焼用空気及び燃料の供給量は、
最初は、制御装置２１により両ポンプ７、１２の回転数
を低回転数に設定して、微小量（例えば、最大燃焼量の
１／１０程度）とする。この理由は、最初から燃焼用空
気を多量に流すと、始動用触媒３及び燃料吸収体１４が
冷却され、触媒反応が行われない恐れがあるためであ
る。

【００３９】液体燃料は燃料ノズル１０から一次ノズル
６の内側空間６０の中心部に向けて噴霧され、また、燃
焼用空気は空気入口８から一次ノズル６の内側空間６０
内へ送られる。そして、ノズル１０から噴霧された液体
燃料は排気混合筒５内を下方へ噴出され、予混合室１３
内の燃料吸収体１４上で蒸発し、燃焼用空気と混合され
る。この混合気は予混合室１３で方向転換（Ｕターン）
して、始動用触媒体３にその下方から上方へ向かって流
入し、始動用触媒体３で反応し、燃焼する。

【００４０】主触媒体２は始動用触媒体３からの輻射、
及び高温の反応ガスにより、徐々に加熱されていく。そ
して、燃料と空気の供給開始後、図３に示す所定時間ｔ
２が経過するか、または排気ガス室９に設けられた温度
検出器１７の検出温度が第１の所定温度Ｔ１（例えば灯
油燃料の場合、約３００℃）に到達すると、制御装置２
１により両ポンプ７、１２の回転数を徐々に上昇させ
て、燃焼量を徐々に上げていく。始動用触媒体３および
主触媒体２を上昇した燃焼ガスは排気ガス室９に流入し
た後に、排気ガス出口１６から外部へ排出される。

【００４１】そして、温度検出器１７の検出温度が第２
の所定温度Ｔ２（例えば灯油燃料の場合、約５００℃）
に到達すると、主触媒２が活性化されたと判断し、制御
装置２１により電熱ヒータ１５への通電を停止し、以
後、定常燃焼へ移行する。なお、温度検出器１７の検出
温度＞所定温度Ｔ２という判定をする代わりに、図３に
示す所定時間ｔ３をタイマー手段にて設定し、この所定
時間ｔ３の経過により電熱ヒータ１５への通電を停止し
てもよい。

【００４２】ところで、上記定常燃焼中においては、一
次ノズル６の絞り部６ａから燃焼空気が排気混合筒５の
等断面積の混合部５ａに増速されて噴出され、この増速
された燃焼空気流によるエジェクタ効果により、二次ノ
ズル６ｂ付近が減圧され、この二次ノズル６ｂを通っ
て、排気ガス室９内の排気ガスの一部が排気混合筒５内
に還流される。ここで、排気混合筒５は、混合部５ａの
下流側に、ゆるやかな拡がり角を持つ円管からなる圧力
上昇部５ｂを備えているため、この圧力上昇部５ｂを通
る間に燃焼空気と燃料の混合気はその速度成分を圧力に
変換し、圧力を回復する。

【００４３】上記のように本実施形態の装置では、排気
ガス室９の排気ガスの一部を燃焼空気中に再循環させる
ことにより、高温の排気ガス熱で燃焼用空気を予熱する
ことができ、触媒体２、３を活性化状態に維持できるの
で、触媒燃焼を良好に継続できる。また、燃焼空気が供
給される一次ノズル６は排気ガス室９の中心部に配置さ
れ、一次ノズル６の内外で燃焼空気と排気ガスとが対向
流として流れる。それ故、金属製の一次ノズル（仕切り
部材）６を介する熱伝導にて、燃焼空気を排気ガスにて
予熱することができ、燃焼空気の予熱効果をさらに高め
ることができる。

【００４４】そして、燃焼停止をするときは、運転スイ
ッチ２２をオフする。このスイッチ２２のオフにより、
制御装置２１は燃料ポンプ１２を直ちに停止するが、エ
アポンプ７は所定時間ｔ４の間、作動を継続させ、燃焼
筒４内の残存燃料を燃焼させ、その後燃焼筒４内部の冷
却を行う（ポストパージ運転）。そして、所定時間ｔ４
経過後に、エアポンプ７も停止させ、全機器が停止す
る。

【００４５】以上説明した第１実施形態の特徴をまとめ
ると、触媒体２、３が活性化された状態で燃料の供給、
停止を行うため、着火、消化時にも排気エミッションが
ほとんど排出されず、クリーンな燃焼を行うことができ
る。また、始動時は燃料及び触媒の予熱を、予混合室１
３に設けた１本の電熱ヒータ１５で効率良く行い、定常
燃焼中は燃焼用空気の予熱に排気ガス再循環を利用する
ため、電熱ヒータを必要とせず、省電力で効率の良い燃
焼が可能となる。（第２実施形態）図４は本発明による第２実施形態を示
す。第１実施形態では、触媒体２、３の一端側におい
て、燃焼筒４の中心部に、燃焼空気を噴出させる一次ノ
ズル６を配置し、この一次ノズル６の外周側に、エジェ
クタ効果により排気ガスを還流させる二次ノズル６ｂを
形成しているが、第２実施形態では、一次ノズル６と二
次ノズル６ｂとを逆の配置、すなわち、二次ノズル６ｂ
を中心側に配置し、一次ノズル６を外周側にリング状の
形状で配置している。

【００４６】具体的に説明すると、第２実施形態では、
排気ガス室９に対して仕切られた燃焼用空気室２３を形
成し、この燃焼用空気室２３に空気入口８を連結して燃
焼用空気を導入するようにしてある。この導入空気は、
リング状の一次ノズル６から排気混合筒５内に噴出する
ようにしてある。一方、二次ノズル６ｂは一次ノズル６
の中心部に形成されており、この二次ノズル６ｂの内側
には燃料ノズル１０から液体燃料のみを噴霧させて、燃
焼用空気は供給されない。また、二次ノズル６ｂの内側
空間はその上方部において全面的に排気ガス室９に開口
している。

【００４７】従って、一次ノズル６から燃焼空気が噴出
されることによる、エジェクタ効果により、二次ノズル
６ｂ先端部が減圧され、排気ガス室９内の排気ガスの一
部が二次ノズル６ｂを通って排気混合筒５内に還流され
る。第２実施形態の構成によれば、空気入口８から供給
された燃焼用空気を排気混合筒５へ入れるまでに、燃焼
用空気室２３の内外周の周囲を流れる排気ガスにより広
い熱交換（熱伝導）面積でもって燃焼用空気を予熱でき
る。そのため、燃焼用空気の予熱を効率良く行うことが
できる。その他は第１実施形態と同様の効果が得られ
る。（第３実施形態）図５は第３実施形態を示すもので、第
１実施形態に対して低温時の燃焼始動性を改善しようと
するものである。このために、図５に示すように、ＰＴ
Ｃヒータ等からなる補助電熱ヒータ２４を一次ノズル６
の内側空間６０に渦巻き状に配設してある。これによ
り、極寒冷地等での低温始動時に、電熱ヒータ１５への
通電と同時にこの補助電熱ヒータ２４も通電することに
より、燃焼用空気の予熱効果を向上して、燃焼始動性を
改善できる。（第４実施形態）図６は第４実施形態を示すもので、上
記した第１〜第３実施形態ではいずれも、触媒体２、３
の触媒をハニカム状の担体２ａ、３ａに担持した構成と
しているが、第４実施形態では、多数の粒状触媒体２、
３を中空の２重円筒体２５内に配置し、この粒状触媒体
２、３を金網製支持部材２６により２重円筒体２５内に
保持するようにしたものである。このような構成として
も本発明は実施できる。（第５実施形態）上記した第１〜第４実施形態では、い
ずれも、燃料ノズル１０から液体燃料をすべて予混合室
１３内の燃料吸収体１４に向けて噴霧しているので、燃
料の蒸発はすべて燃料吸収体１４にて行うことになる
が、定常燃焼に移行して、燃焼量（燃料流量）が増加し
たときに、この増加した燃料をすべて燃料吸収体１４に
て蒸発させるには蒸発能力が不足して、燃料の蒸発が悪
化する場合が生じる。

【００４８】そこで、第５実施形態では、上記点に鑑み
て、最大燃焼量時においても、燃焼装置内部の高温部の
熱を有効活用して、液体燃料の蒸発性の向上を図るもの
である。すなわち、図７〜図９は第５実施形態を示すも
ので、燃料ノズル１０として、特に、図８に示すスワー
ル型の燃料ノズルを用いている。このスワール型の燃料
ノズル１０は図８に示すようにステンレスのような耐熱
金属からなるパイプ状のハウジング１０ａを有し、その
先端部に末広がり状に拡大する形状からなる噴霧穴１０
ｂが開けてある。

【００４９】ハウジング１０ａの先端部内側には、燃料
流れの上流から下流側へ向かって、第１、第２の２枚の
板状部材１０ｃ、１０ｄが重ねて配設され、かつハウジ
ング１０ａの内壁面に対しては固定されている。この両
板状部材１０ｃ、１０ｄの間には円形の旋回室１０ｅが
形成されている。上流側に位置する第１の板状部材１０
ｃは図８（ｂ）に示すように平行な２つの平坦側面部１
０ｆを形成した平面形状にしてあり、これにより平坦側
面部１０ｆとハウジング１０ａの内壁面との間に燃料が
流入し得る空間を形成し、さらに、第１の板状部材１０
ｃには、平坦側面部１０ｆと円形の旋回室１０ｅとの間
を連通する燃料導入穴１０ｇが２箇所、１８０°対称位
置に設けてある。

【００５０】この燃料導入穴１０ｇの円形旋回室１０ｅ
に対する開口方向を旋回室１０ｅの接線方向とすること
により、平坦側面部１０ｆからの燃料を円形の旋回室１
０ｅ内に接線方向に導入して燃料の旋回流を形成するよ
うにしてある。一方、第２の板状部材１０ｄは円形旋回
室１０ｅの断面積を徐々に減少させるテーパ面１０ｈを
有し、このテーパ面１０ｈの先端部に絞り穴１０ｉが設
けてある。なお、上記両板状部材１０ｃ、１０ｄは切削
加工性に優れた快削黄銅て成形することが好ましい。

【００５１】このような構成からなるスワール型の燃料
ノズル１０では、円形旋回室１０ｅにおける燃料の旋回
力が燃料流量に依存するので、図９に示すように、燃料
流量の増加とともに燃料噴霧角が増加する特性を有して
いる。一方、排気混合筒５の混合部５ａの途中から圧力
上昇部５ｂの全長にわたって、排気混合筒５の内周面に
は、燃料吸収体２７が配置され、接合されている。ここ
で、燃料吸収体２７は、予混合室１３内の燃料吸収体１
４と同様に、耐熱金属からなる金網状の部材等で構成で
きる。

【００５２】第５実施形態によれば、燃焼始動時のよう
に燃焼量（燃料流量）が小さいときは、スワール型の燃
料ノズル１０において燃料の旋回力が小さいので、燃料
噴霧角が１０°程度の小さな値となる。従って、燃料ノ
ズル１０から噴霧される燃料は図７の２点鎖線Ｂに示す
ように排気混合筒５の燃料吸収体２７に吸着されること
なく、排気混合筒５内を素通りして、予混合室１３内の
燃料吸収体１４に到達し、この燃料吸収体１４にて電熱
ヒータ１５からの熱を受けて蒸発する。

【００５３】このときは、燃料流量が小さいため、燃料
吸収体１４のみでも燃料は良好に蒸発できる。一方、定
常燃焼に移行して、燃焼量（燃料流量）が増加すると、
スワール型の燃料ノズル１０においては燃料の旋回力が
増大するので、燃料噴霧角が増大し、最大燃焼時には燃
料噴霧角が４０°程度まで増大する。

【００５４】このように、燃料ノズル１０からの燃料噴
霧角が増大することにより、燃料ノズル１０からの噴霧
燃料の一部は排気混合筒５内にて燃料吸収体２７に接触
し（図７の１点鎖線Ｃ参照）、吸着される。ここで、燃
料吸収体２７は排気混合筒５の金属壁面を介して、高温
部の触媒体２、３から伝熱され、加熱されているので、
燃料吸収体２７において燃料は良好に蒸発する。

【００５５】つまり、第１〜第４実施形態のように予混
合室１３内の燃料吸収体１４だけに燃料を吸着させる場
合に比して、第５実施形態によると、噴霧燃料を燃料吸
収体１４と燃料吸収体２７の両方に分散するとともに、
燃料吸収体２７を触媒体２、３からの伝熱により高温に
加熱できるので、最大燃焼時にも燃料を良好に蒸発させ
ることができ、従って、始動時から最大燃焼時に至るま
で、良好な燃焼状態を維持できる。（第６実施形態）図１０は第６実施形態を示し、上記第
５実施形態を変形したものである。すなわち、第５実施
形態では燃料流量の増加とともに燃料噴霧角が増加する
特性を有するスワール型燃料ノズル１０を使用している
が、第６実施形態ではこのスワール型燃料ノズル１０を
廃止し、第１〜第４実施形態と同様の燃料ノズル１０を
使用する。すなわち、燃料ポンプ９からの燃料供給圧が
所定圧以上になると、開弁して燃料を噴霧する形式の燃
料ノズル１０を使用する。この形式の燃料ノズル１０で
は、燃料流量の増減にかかわらず、燃料噴霧角がほぼ一
定である。

【００５６】そこで、第６実施形態では、排気混合筒５
内に燃料吸収体２７を設けるとともに、燃料の流れを偏
向する偏向板２８を追加設置している。この偏向板２８
はステンレスのような耐熱金属からなるもので、図１０
（ｂ）の上面図に示すように、排気混合筒５の内径と同
等の外径を有する円形リング部２８ａを有し、この円形
リング部２８ａの内側に複数本のアーム部２８ｂを放射
状に設け、この放射状のアーム部２８ｂの中心部に円錐
部２８ｃを形成したものである。この円錐部２８ｃの頂
部は排気混合筒５内で燃料上流側に向くように配置して
ある。また、図１０の例では、排気混合筒５内で圧力上
昇部５ｂの上流端近傍に偏向板２８は配置され、排気混
合筒５の内壁面に偏向板２８は接合されている。

【００５７】第６実施形態によると、燃料ノズル１０か
ら排気混合筒５内に噴霧された燃料は偏向板２８に接触
する。このとき、始動時のように燃料流量が小さいとき
は、燃料噴霧速度が遅いため、偏向板２８に接触し付着
した燃料の大部分はそのまま重力にて下方へ垂れ下が
る。従って、燃料ノズル１０からの噴霧燃料の大部分は
予混合室１３内の燃料吸収体１４に到達し、ここで蒸発
する。

【００５８】そして、最大燃焼時のように燃料流量が大
きいときは、燃料噴霧速度が速いため、燃料ノズル１０
からの噴霧燃料の一部が偏向板２８に衝突して跳ね返
り、その後、この衝突した燃料が排気混合筒５内の燃料
吸収体２７に吸着され、ここで蒸発する。従って燃料流
量が大きいときは、噴霧燃料を燃料吸収体１４と燃料吸
収体２７の両方に分散して蒸発させることができるの
で、最大燃焼時にも燃料を良好に蒸発させることがで
き、良好な燃焼状態を維持できる。（第７実施形態）図１１は第７実施形態を示し、第５実
施形態における排気混合筒５を廃止したものである。す
なわち、第７実施形態では、排気混合筒５を廃止して、
触媒体２、３の貫通孔２ｂ、３ｂにて燃焼用空気中に排
気ガスを混合させるようにしたものである。

【００５９】この場合、排気ガスを燃焼用空気中に再循
環する効率は低下するが、その代わりに、排気混合筒５
の廃止により構造の簡素化を実現できると同時に、燃焼
で高温となった触媒体２、３の内壁面に燃料を直接噴霧
できるため、燃料の蒸発性を向上できる。この場合、主
触媒体２の内壁面に燃料吸収体２７を設置すれば、主触
媒体２の内壁面における燃料の保持性が良好となり、燃
料の蒸発を一層改善できる。

【００６０】なお、第５実施形態と同様に、第１〜第４
実施形態、および第６実施形態でも、排気混合筒５を廃
止できることはいうまでもない。（第８実施形態）上述した第１〜第７実施形態では、予
混合室１３内に電熱ヒータ１５を設置するとともに、予
混合室１３に面するようにして熱容量の小さい始動用触
媒体３を設置して、電熱ヒータ１５からの輻射熱にて始
動用触媒体３を予熱することにより、低温時における触
媒燃焼の始動性を改善しているが、第８実施形態では、
図１２に示すように、上記電熱ヒータ１５と始動用触媒
体３の代わりに、導電性の始動用触媒体３０を用いるも
のである。

【００６１】図１２において、導電性の始動用触媒体３
０は主触媒体２との間に微小間隔Ａを介在して、主触媒
体２と予混合室１３との間に設置されている。この始動
用触媒体３０は図１３（ｂ）に示すように、金属薄板、
例えば、ステンレス（ＳＵＳ４３０、板厚０．０５ｍ
ｍ）製の平板３０ｂと波板３０ｃとを重ね合わせて担体
３０ａを形成しており、この担体３０ａに触媒を担持し
た後、これを多数回巻くことにより、全体形状としてハ
ニカム円板形状に形成している。

【００６２】担体３０ａに担持される触媒としては、例
えば、Ｐｔであり、その担持量（触媒体の全重量に対す
る触媒量の比率）は、０．５ｗｔ％程度でよい。そし
て、始動用触媒体３０の中心部に図１３（ａ）に示すよ
うに、正極側の電極端子３０ｄを配置するとともに、外
周部には負極側の電極端子３０ｅを配置して、この両電
極端子３０ｄ、３０ｅ間に電源電圧を加えることによ
り、始動用触媒体３０に通電するようにしてある。第８
実施形態では、排気混合筒５および燃料吸収体２７の下
端部を始動用触媒体３０の上面部に当接するまで延長し
て、排気混合筒５内を通過する燃料と空気との混合気が
必ず始動用触媒体３０を通過するようにしてある。

【００６３】また、第８実施形態における主触媒体２と
始動用触媒体３０との体格の比は５：１であり、微小間
隔Ａは５ｍｍ程度にしてある。他の点は、第１〜第７実
施形態と同じである。第８実施形態における作動を説明
する。いま、図２に示す運転スイッチ２２を投入する
と、図示しない電源から両電極端子３０ｄ、３０ｅを通
じて導電性の始動用触媒体３０に通電される。ここで、
始動用触媒体３０の電力消費量は例えば、３００〜４０
０Ｗ程度とする。この通電により始動用触媒体３０はそ
れ自身の電気抵抗分により電熱発熱体として作用し、担
体３０ａに担持された触媒を直接、急速加熱することが
できる。

【００６４】また、同時に、始動用触媒体３からの輻射
熱により主触媒体２および燃料吸収体１４を予熱するこ
とができる。そして、運転スイッチ２２の投入後、図１
４に示す所定時間ｔ１が経過すると、エアポンプ７およ
び燃料ポンプ１２を始動させて、燃焼用空気および燃料
の供給を開始する。燃焼用空気および燃料の供給量は、
最初は微小量であり、順次、時間ｔ２、ｔ３、ｔ３′の
経過につれて、段階的に増加させる。温度検出器１７の
検出温度が所定温度Ｔ２に達すると、触媒が活性化状態
に到達したと判定して、始動用触媒体３０への通電を遮
断する。

【００６５】第８実施形態によると、始動用触媒体３０
の金属製触媒担体３０ａがそれ自身の電気抵抗により電
熱発熱体として作用し、担体３０ａに担持された触媒を
直接、加熱することができるため、第１〜第７実施形態
における電熱ヒータ１５からの輻射熱にて始動用触媒体
３を予熱する場合に比して、触媒の予熱効果を高めるこ
とができるとともに、この予熱効果の向上により電力消
費を節減できる。

【００６６】そして、始動用触媒体３０の予熱効果の向
上に伴って、主触媒体２および燃料吸収体１４の予熱効
果をも向上できるので、低温時でも、触媒の早期活性と
燃料吸収体１４での燃料の蒸発促進とが相まって、燃焼
立ち上げ時間を短縮できる。しかも、電熱ヒータ１５の
廃止により、装置全体の体格を小型化できるとともに、
構造の簡素化によりコスト低減を図ることができる。

【００６７】なお、始動用触媒体３０の触媒担体３０ａ
としては、ステンレスのような耐熱金属以外に、導電性
の炭化ケイ素を主成分とするセラミックで形成したもの
でもよい。また、始動用触媒体３０を円板状に形成して
いるが、主触媒体２と同じ内径の中心穴部を持つリング
状に形成してもよい。このリング形状の場合は、円板状
に比して、燃料が始動用触媒体３０の中心穴部を素通り
して、燃料吸収体１４に到達するので、燃焼始動時に始
動用触媒体３０による燃料加熱効果が低下し、燃料の蒸
発性が悪化することになる。しかし、その代わりに、始
動用触媒体３０の中心穴部の存在により、燃料と空気の
混合気の圧損を低下できるので、再循環する排気ガスの
流量を増加できる。従って、燃料としてガソリン等の蒸
発性の良い燃料の場合には、再循環する排気ガスによる
燃焼空気の予熱効果を高めて、触媒の早期活性化効果を
高めることができ、有利である。

【００６８】また、第８実施形態においても、燃料ノズ
ル１０を図８に示すスワール型のものを用いるととも
に、排気混合筒５を廃止して、定常燃焼時には、高温と
なった主触媒体２の内周壁面に燃料を直接噴霧する構成
としてもよいことはもちろんである。（第９実施形態）図１５は第９実施形態であり、上記第
８実施形態における主触媒体２を燃焼用空気の流れ方向
（図示の上下方向）に、複数、例えば、３つのブロック
２０１、２０２、２０３に分割している。そして、燃焼
用空気の流れの上流側（図１５において、予混合室１３
側の部位）へ行くほど、すなわち、ブロック２０３から
ブロック２０１へ行くほど、触媒の活性化温度を低くす
るようにしてある。

【００６９】このために、本例では、ブロック２０３か
らブロック２０１へ行くほど、触媒の担持量（触媒体の
全重量に対する触媒量の比率）を多くしている。具体的
には、触媒の担持量をブロック２０３：０．５ｗｔ％、
ブロック２０２：１．０ｗｔ％、ブロック２０１：１．
５ｗｔ％とする。これにより、燃焼用空気の流れの上流
側に位置するブロック２０１ほど、より低温でも活性化
させることが可能となる。なお、本発明者らによる、プ
ロピレンガスを用いた予備試験によると、触媒活性温度
は、Ｐｔ：１．５ｗｔ％の場合に１８０°Ｃ、Ｐｔ：
１．０ｗｔ％の場合に２００°Ｃ、Ｐｔ：０．５ｗｔ％
の場合に２５０°Ｃである。

【００７０】従って、主触媒体２のうち、上流側ブロッ
ク２０１では、始動用触媒体３０への通電開始後、直ぐ
に触媒を活性化でき、これに応じて燃料流量も早期に増
加できるので、主触媒体２の活性化域を急速に拡大でき
る。この結果、主触媒体２における触媒担持量を全域に
わたって例えば、０．５ｗｔ％一定とした場合に比し
て、第９実施形態では、早期に、最大燃焼量まで移行で
きる。従って、室内の暖房効果を急速に立ち上げること
ができる。

【００７１】また、主触媒体２における触媒担持量を全
域にわたって例えば、１．５ｗｔ％一定とした場合に比
べると、最大燃焼量までの移行時間をほとんど変えず
に、高価な触媒量を低減でき、低コスト化が可能とな
る。さらに、主触媒体２を複数のブロック２０１〜２０
３に分割して、触媒の担持量を上流側ほど多くすること
は、暖房立ち上げ時のみならず、定常燃焼においても効
果がある。すなわち、本発明燃焼装置は、その使用目
的、使用環境等によっては、必ずしも、最大燃焼量で使
用するとは限らず、広い燃焼範囲で使用できることが望
ましい。触媒燃焼においては、一般に、微小燃焼になる
ほど燃焼温度が低下し、かつ、触媒の上流側で反応が完
結する。

【００７２】従って、上流側の触媒ブロック２０１を低
温活性型にしておくことにより、より微小燃焼域まで触
媒燃焼が可能となる。なお、触媒体の活性化温度を低く
する手段としては、触媒の担持量を多くする他に、燃焼
空気の流れの上流側（図１において、予混合室１３側の
部位）へ行くほど、触媒体の体格を小さくしてもよく、
また、触媒の担持量を多くすることと、触媒体の体格を
小さくすることを組み合わせてもよい。

【００７３】さらに、触媒の材質自体を変更（例えば、
Ｒｈの添加等）して、燃焼空気の流れの上流側へ行くほ
ど、活性化温度を低くしてもよい。また、主触媒体２を
本例では、３つのブロック２０１〜２０３に分割してい
るが、この分割数は、３分割に限らず、目標とする燃焼
立ち上がり時間や製造コスト等に応じて適宜変更できる
ことはもちろんである。

【００７４】また、主触媒体２を複数のブロック２０１
〜２０３に分割せずに、１つの主触媒体２のままで、触
媒の担持量を上流側ほど多くするようにしてもよい。（第１０実施形態）図１６は第１０実施形態であり、第
８実施形態における主触媒体２を２つに分割して、この
２つに分割した触媒体をいずれも導電性触媒体２０４、
２０５とし、この両者２０４、２０５の間に微小間隔Ｂ
（５ｍｍ程度）を設けたものである。この導電性触媒体
２０４、２０５の触媒担体２０４ａ、２０５ａには第８
実施形態における始動用触媒体３０と同じ構成にて導電
性を付与している。

【００７５】本例では、この両導電性触媒体２０４、２
０５はそれぞれ内周部に正極側の電極端子２０４ａ、２
０５ａを配置するとともに、外周部に負極側の電極端子
２０４ｂ、２０５ｂを配置しており、始動用触媒体３０
と両導電性触媒体２０４、２０５の三者は電気的には相
互に並列接続してある。外気温度が例えば、−２０°Ｃ
以下のような極低温時には、急速暖房が必要であるにも
かかわらず、触媒の早期活性化が困難となるが、第１０
実施形態によると、始動用触媒体３０と両導電性触媒体
２０４、２０５の三者に同時に通電することにより、こ
の三者の触媒をいずれも担体２０４ａ、２０５ａ、３０
ａの電気的発熱作用により直接加熱して、早期に活性化
できる。そのため、極低温時でも燃焼立ち上がり時間の
短縮が可能となる。

【００７６】一方、外気温が比較的高い場合（例えば、
１０°Ｃ以上の場合）には、始動用触媒体３０のみに通
電して、両導電性触媒体２０４、２０５は非通電とする
ことにより、外気温等の状況に応じて、効率よく触媒の
予熱を行うことができる。ただし、外気温が比較的高い
場合でも、上記三者にすべて通電して、燃焼の早期立ち
上がりを図ってもよい。

【００７７】なお、第１０実施形態において、主触媒体
２を複数に分割せずに、１つの主触媒体２のままで、主
触媒体２のうち、燃焼空気上流側の一部のみを導電性の
触媒体としてもよい。また、第９実施形態と同様に、主
触媒体２の分割数や体格は種々変更可能である。また、
両導電性触媒体２０４、２０５における触媒担持量を、
上流側の導電性触媒体２０４の触媒担持量が大であり、
下流側の導電性触媒体２０５の触媒担持量が小となるよ
うにしてもよい。（第１１実施形態）図１７は第１１実施形態を示すもの
で、図１の第１実施形態において、高温の排気ガス（燃
焼ガス）と熱媒体（例えば、水）との熱交換を行う熱交
換器をコンパクトな構成で触媒燃焼装置内部に一体化し
たものである。

【００７８】図１７において、高温の排気ガスと熱媒体
との熱交換を行う熱交換器４０は、燃焼筒４と上端板２
０との間の部位で、かつ燃焼空気および燃料の供給経路
の外周側に配置されている。この熱交換器４０は円筒状
の外筒４１と内筒４２とコイル４３とを有している。外
筒４１と内筒４２との間の円筒状空間は、螺旋状の仕切
り板４５により螺旋状の通路４４に区画形成されてい
る。

【００７９】この螺旋状の通路４４の一端部に熱媒体の
入口パイプ４６が配置され、外筒４１に固定されてい
る。また、螺旋状の通路４４の他端部（外筒４１の円周
方向で１８０°対称位置）に熱媒体の出口パイプ４７が
配置され、外筒４１に固定されている。また、コイル４
３は中空パイプを螺旋状に曲げたもので、コイル４３の
入口部４３ａは、螺旋状の通路４４のうち、入口パイプ
４６の配設部位の直後に接合されて、入口パイプ４６か
らの熱媒体が通路４４内に流入すると同時にコイル４３
の入口部４３ａ内にも流入するようにしてある。

【００８０】また、コイル４３の出口部４３ｂは、螺旋
状の通路４４のうち、出口パイプ４７に近接する部位に
接合されて、出口部４３ｂから流出する熱媒体が通路４
４内の熱媒体と合流した後に、出口パイプ４７側に流れ
るようにしてある。つまり、熱媒体は、コイル４３内と
螺旋状の通路４４内とを並列に流れる。また、内筒４２
の内周側には平板状のフィン４８が微小間隔（例えば、
４．５ｍｍ程度）を介して多数枚、放射状に配置され、
内筒４２の内周壁に一体に接合されている。

【００８１】上記した熱交換器４０の各部材４１〜４
３、４５〜４８はいずれも熱伝導性の点からアルミニュ
ウムで形成することが好ましく、各接合部は例えばろう
付けにて接合されている。また、熱媒体としては、本例
では凍結温度を−３０°Ｃ程度まで引き下げた不凍液を
使用しているが、燃焼装置の使用形態に応じて、水や空
気を熱媒体として使用してもよい。

【００８２】また、出口パイプ４７から流出した熱媒体
は、車両用暖房装置における空気通路内に設置されたヒ
ータコア（暖房用熱交換器）に図示しない温水ポンプに
より圧送され、このヒータコアにおいて送風機により送
風される空気と熱媒体とを熱交換して、送風空気を加熱
し、この加熱後の温風を車室内に吹き出すようになって
いる。出口パイプ４７には熱媒体の温度を検出する熱媒
体温度検出器４９が配設されている。

【００８３】一方、本例においては、上記の熱交換器４
０の設置に伴って、上端板２０の中央部に吸気筒５０を
一体形成し、この吸気筒５０をコイル４３の中心部内側
に延びるように配置している。この吸気筒５０の一端部
（図１７の上端部）は蓋５１により閉塞するとともに、
この蓋５１に空気入口８を配設して、空気入口８からの
燃焼空気が吸気筒５０内に導入される。

【００８４】吸気筒５０の他端部（図１７の下端部）側
には、多数の小穴を均一に開けた整流板５２を設けて、
燃焼空気を整流するとともに、この整流板５２の中心部
に燃料ノズル１０を取り付けている。また、吸気筒５０
の他端部には一次ノズル６が取り付けてある。燃料ノズ
ル１０には、蓋５１に形成された燃料パイプ５３が接続
されて、燃料ポンプ１２からの燃料が燃料パイプ５３を
介して供給される。

【００８５】第１１実施形態における作動を説明する
と、入口パイプ４６から熱交換器４０の螺旋状通路４４
内に流入した熱媒体（不凍液）の一部がコイル４３内を
流れるとともに、残余の熱媒体（不凍液）は螺旋状通路
４４内を流れる。この間に、熱媒体はフィン４８を介し
て排気ガス（燃焼ガス）と熱交換するとともにコイル４
３の外表面にて直接排気ガス（燃焼ガス）と熱交換し
て、高温に加熱される。そして、出口パイプ４７の上流
側で２つの熱媒体の流れは合流し、出口パイプ４７から
外部へ流出する。

【００８６】暖房能力の制御は、例えば、熱媒体温度検
出器４９の検出温度により、燃焼量を増減することで行
う。以上の構成、作動により触媒燃焼装置に対して、コ
ンパクトな構成で高効率な熱交換器４０を一体化でき
る。また、火炎燃焼においては、一般、燃焼中に発生す
るカーボンがフィン４８相互間の隙間に付着して、フィ
ン４８相互間の隙間を埋めてしまい、熱交換効率の低下
を発生しやすいが、本発明による触媒燃焼においては、
カーボンの発生がほとんどないため、フィン４８相互間
の間隔を前述のごとく４．５ｍｍ程度の小さな値に設定
でき、熱交換効率の向上を図ることができる。

【００８７】なお、上記した以外の点は第１実施形態と
同じである。（第１２実施形態）図１８は第１２実施形態を示すもの
で、図１７の第１１実施形態からコイル４３を削除した
ものである。このようにすると、熱媒体と排気ガスとの
間の熱交換効率が低下するが、熱交換器４０の構成を簡
素化できるメリットがある。（第１３実施形態）図１９は第１３実施形態を示すもの
で、図１７、図１８の第１１、第１２実施形態では、高
温の排気ガスと熱媒体との熱交換を行う熱交換器４０
を、燃焼筒４と上端板２０との間に配置しているが、第
１３実施形態では熱交換器４０を触媒体２、３の外周側
に配置している。

【００８８】すなわち、第１３実施形態では熱交換器４
０を触媒体２、３の外周側に配置して燃焼筒４の外周側
に、微小隙間を介して放射状のフィン４８を配置すると
ともに、この放射状のフィン４８の外周側に配置される
内筒４２と外筒４１との間に、螺旋状の仕切り板４５に
より螺旋状の通路４４を形成している。従って、外筒４
１は、第１〜第１２実施形態におけるカバー１９の役割
を兼ねていることになる。

【００８９】また、予混合室１３の外側（図１９の下
側）に、所定の間隔を開けて、内筒４２の底板４２ａを
配設して、この底板４２ａの中心部に排気ガス出口１６
を設置している。従って、主触媒体２から流出した排気
ガスは、排気ガス室９においてＵターンして、燃焼筒４
の外周側を通過して図１９の下方へ向かい、排気ガス出
口１６から外部へ出る。

【００９０】第１３実施形態によると、燃焼筒４の外周
側に排気ガスが流れるとともに、燃焼筒４の外周側に配
置された螺旋状の通路４４を熱媒体が通過して、排気ガ
スと熱媒体との熱交換を行うから、触媒体２、３の外周
側からの放熱を高温の排気ガスの流れにより抑制できる
ため、第１〜第１２実施形態の構成に比して、触媒体
２、３を高温状態に維持することが容易となり、常に、
良好な触媒燃焼を維持できる。

【００９１】また、同時に第１〜第１２実施形態におけ
る燃焼筒４の外周側の断熱材１８を廃止できるメリット
もある。さらに、第１３実施形態では、第１１、第１２
実施形態による熱交換器一体化の構成に比して、燃焼装
置の軸方向寸法の小さい、横長の形態となるため、車両
への搭載性が良くなる。

【００９２】なお、第１３実施形態では、第１１実施形
態における螺旋状のコイル４３を廃止しているが、第１
１実施形態と同様に、フィン４８の内周側に螺旋状のコ
イル４３を配置してもよいことはもちろんである。（その他の実施形態）なお、上記各実施形態において
は、触媒の早期活性化のため、触媒体を始動用触媒体３
と主触媒体２とに分割したが、この両触媒体２、３を１
つの触媒体としても良い。

【００９３】また、図３、図１４のタイムチャートにお
いて、運転スイッチ２２の投入後、所定時間ｔ１＋ｔ２
経過後に行う燃焼量の増大は、連続的であっても、階段
的であってもよいことはもちろんである。また、図３に
おいてポストパージの運転時間をタイマー手段にて所定
時間ｔ４に規定しているが、この時間による規定の代わ
りに、ポストパージの運転開始後に、温度検出器１７の
検出温度が所定温度まで低下すると、ポストパージ運転
を停止するようにしてもよい。

【００９４】また、上記第１実施形態等において、燃料
ノズル１０として、燃料ポンプ１２からの燃料供給圧が
所定圧以上になると開弁して燃料を噴霧する形式のもの
を用いているが、燃料ノズル１０として燃料と空気を同
時に噴霧する二流体噴霧式のものを用いてもよい。ま
た、液体燃料を超音波にて微粒化する超音波式のノズ
ル、更には内燃機関を搭載した車両において、機関の冷
間時始動（コールドスタート）用に使用される、電気ヒ
ータ付のインジェクタ等を燃料ノズル１０に使用しても
よい。

【００９５】ここで、燃料ノズル１０として車両用等で
周知の電磁式のインジェクタを使用する場合は、電磁式
インジェクタの電磁コイルへの通電時間を制御して、燃
料供給量を制御できるので、燃料ポンプ１２の回転数を
一定に維持して、燃料供給圧を一定に維持する方式とす
ることができる。また、第５、第６実施形態等におい
て、排気混合筒５内に燃料吸収体２７を設けているが、
この燃料吸収体２７を廃止して、排気混合筒５の内壁面
に螺旋状等の溝部を形成し、この溝部にて燃料の保持効
果を高めて、蒸発性を改善するようにしてもよい。

【００９６】また、本発明では、燃料として灯油などの
液体燃料に限らず、天然ガス等の気体燃料を使用して実
施することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態における電気制御ブロッ
ク図である。

【図３】本発明の第１実施形態の作動説明図である。

【図４】本発明の第２実施形態を示す縦断面図である。

【図５】本発明の第３実施形態を示す縦断面図である。

【図６】本発明の第４実施形態を示す縦断面図である。

【図７】本発明の第５実施形態を示す縦断面図である。

【図８】（ａ）は第５実施形態で用いる燃料ノズルの要
部断面図、（ｂ）は同燃料ノズルの第１板状部材の上面
図である。

【図９】図８に示す燃料ノズルの作動特性図である。

【図１０】（ａ）は本発明の第６実施形態を示す縦断面
図、（ｂ）は第６実施形態で用いる偏向板の上面図であ
る。

【図１１】本発明の第７実施形態を示す縦断面図であ
る。

【図１２】本発明の第８実施形態を示す縦断面図であ
る。

【図１３】（ａ）は第８実施形態における始動用触媒体
を示す縦断面図、（ｂ）はこの始動用触媒体の一部拡大
図である。

【図１４】第８実施形態の作動説明図である。

【図１５】本発明の第９実施形態を示す縦断面図であ
る。

【図１６】本発明の第１０実施形態を示す縦断面図であ
る。

【図１７】本発明の第１１実施形態を示す縦断面図であ
る。

【図１８】本発明の第１２実施形態を示す縦断面図であ
る。

【図１９】本発明の第１３実施形態を示す縦断面図であ
る。

【符号の説明】

２、３…触媒体、２ｂ、３ｂ…貫通穴、４…燃焼筒、５
…排気混合筒、６…一次ノズル、６ａ…絞り部、６ｂ…
二次ノズル、７…エアポンプ、９…排気ガス室、１０…
燃料ノズル、１２…燃料ポンプ、１３…予混合室、１４
…燃料吸収体、１５…電熱ヒータ、１９…断熱材、２４
…補助電熱ヒータ、２７…燃料吸収体、２８…偏向板、
３０…導電性の始動用触媒体、４０…熱交換器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料を供給する燃料供給手段（１０、１
２）と、燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段（７、８）
と、前記燃料と前記燃焼用空気の混合気を触媒燃焼させる触
媒体（２、３）と、この触媒体（２、３）を内蔵する燃焼筒（４）とを備
え、前記触媒体（２、３）は、その中心部に貫通穴（２ｂ、
３ｂ）を有するリング形状に形成されており、前記触媒体（２、３）の一端側に、前記燃料供給手段
（１０、１２）および前記燃焼用空気供給手段（７、
８）が配設され、前記触媒体（２、３）の他端側の部位に、前記燃料と前
記燃焼用空気との混合気を形成する予混合室（１３）が
配設され、前記触媒体（２、３）の一端側から、前記貫通穴（２
ｂ、３ｂ）を通して、前記予混合室（１３）に向けて前
記燃料と前記燃焼用空気を供給し、前記予混合室（１
３）において前記燃料と前記燃焼用空気とを混合し、この混合気を前記予混合室（１３）で方向転換させて、
前記触媒体（２、３）内をその他端側から一端側へ向け
て流し、前記触媒体（２、３）の一端側にて前記触媒体通過後の
排気ガスの一部を前記燃焼用空気供給手段（７）からの
燃焼用空気中に還流させることを特徴とする触媒燃焼装
置。
【請求項２】前記触媒体（２、３）の中心部の貫通穴
（２ｂ、３ｂ）に、前記燃焼用空気と前記触媒体通過後
の排気ガスの一部とを混合させる排気混合筒（５）が配
設されていることを特徴とする請求項１に記載の触媒燃
焼装置。
【請求項３】前記触媒体（２、３）の一端側に隣接し
て、前記燃焼用空気の流れを絞る絞り部（６ａ）を有す
る一次ノズル（６）が配設されており、前記絞り部（６ａ）による減圧作用にて、前記触媒体
（２、３）通過後の排気ガスの一部を前記燃焼用空気中
に還流させるようにしたことを特徴とする請求項１また
は２に記載の触媒燃焼装置。
【請求項４】前記絞り部（６ａ）は、前記排気混合筒
（５）の中心部に配設され、前記絞り部（６ａ）の外周
側から前記触媒体（２、３）通過後の排気ガスの一部を
前記燃焼用空気中に還流させるようにしたことを特徴と
する請求項３に記載の触媒燃焼装置。
【請求項５】前記絞り部（６ａ）の外周側に、前記触
媒体（２、３）通過後の排気ガスの一部を前記燃焼用空
気中に還流させるリング形状の二次ノズル（６ｂ）が配
設されていることを特徴とする請求項４に記載の触媒燃
焼装置。
【請求項６】前記燃料は液体燃料であり、前記予混合
室（１３）の内部に、供給された液体燃料を吸収、蒸発
させるための燃料吸収体（１４）が備えられていること
を特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の
触媒燃焼装置
【請求項７】前記リング形状の触媒体（２、３）が軸
方向に複数に分割されており、この複数の触媒体（２、３）は前記予混合室（１３）側
へ近接するほど、触媒担持量を多くしたことを特徴とす
る請求項１ないし６のいずれか１つに記載の触媒燃焼装
置。
【請求項８】前記触媒体（２、３）の一端側に前記触
媒体（２、３）通過後の排気ガスが充満する排気ガス室
（９）が形成されており、この排気ガス室（９）内の排
気ガスと、前記燃焼用空気供給手段（７）から供給され
る燃焼用空気との間で熱交換可能としたことを特徴とす
る請求項１ないし７のいずれか１つに記載の触媒燃焼装
置。
【請求項９】前記予混合室（１３）及び前記触媒体
（２、３）の周囲に断熱材（１８）が配置されているこ
とを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１つに記載
の触媒燃焼装置。
【請求項１０】前記燃料は液体燃料であり、前記燃料
供給手段に、液体燃料流量の増加に伴って燃料噴霧角が
増大する特性を有する燃料ノズル（１０）を備え、液体燃料流量が大きいときは、前記燃料ノズル（１０）
から噴霧される燃料噴霧角を増大させて、前記燃料ノズ
ル（１０）からの噴霧燃料を前記触媒体（２、３）の貫
通穴（２ｂ、３ｂ）の内壁面の方向に向かわせることを
特徴とする請求項１ないし９のいずれか１つに記載の触
媒燃焼装置。
【請求項１１】前記燃料は液体燃料であり、前記触媒
体（２、３）の貫通穴（２ｂ、３ｂ）の内壁面に、前記
燃料供給手段（１０、１２）から供給される液体燃料の
流れを偏向する偏向板（２８）を備え、液体燃料流量が大きいときは、前記偏向板（２８）によ
り前記燃料供給手段（１０、１２）からの供給燃料を前
記触媒体（２、３）の貫通穴（２ｂ、３ｂ）の内壁面の
方向に向かわせることを特徴とする請求項１ないし９の
いずれか１つに記載の触媒燃焼装置。
【請求項１２】前記触媒体（２、３）の貫通穴（２
ｂ、３ｂ）の内壁面に、供給された液体燃料を吸収、蒸
発させるための燃料吸収体（２７）が備えられているこ
とを特徴とする請求項１０または１１に記載の触媒燃焼
装置。
【請求項１３】前記予混合室（１３）内に電熱ヒータ
（１５）を配置したことを特徴とする請求項１ないし１
２のいずれか１つに記載の触媒燃焼装置。
【請求項１４】燃焼作動の始動時に前記電熱ヒータ
（１５）に通電し、この通電から所定時間（ｔ１）経過
後に前記燃料および前記燃焼用空気の供給を少量で開始
し、その後さらに、前記触媒体（２、３）通過後の排気
ガス温度が第１の所定温度（Ｔ１）になる時点で前記燃
料および前記燃焼用空気の供給量を連続または段階的に
増加させ、その後さらに、前記触媒体（２、３）通過後
の排気ガス温度が前記第１の所定温度（Ｔ１）より高い
第２の所定温度（Ｔ２）になる時点で前記電熱ヒータ
（１５）への通電を停止することを特徴とする請求項１
３に記載の触媒燃焼装置。
【請求項１５】前記燃焼用空気供給手段（７）から供
給される燃焼用空気を加熱する補助電熱ヒータ（２４）
を備え、前記電熱ヒータ（１５）の通電時には前記補助
電熱ヒータ（２４）にも通電することを特徴とする請求
項１４に記載の触媒燃焼装置
【請求項１６】前記リング形状の触媒体（２）より
も、前記予混合室（１３）側に近接する部位に、導電性
を有する始動用触媒体（３０）を配置するとともに、こ
の始動用触媒体（３０）を外部より通電可能に構成し、この始動用触媒体（３０）への通電により、この始動用
触媒体（３０）自身を電気抵抗体として発熱させること
を特徴とする請求項１ないし１２のいずれか１つに記載
の触媒燃焼装置。
【請求項１７】燃焼作動の始動時に前記導電性の始動
用触媒体（３０）に通電し、この通電から所定時間（ｔ
１）経過後に前記燃料および前記燃焼用空気の供給を少
量で開始し、その後さらに、前記リング形状の触媒体
（２）および前記始動用触媒体（３０）通過後の排気ガ
ス温度が第１の所定温度（Ｔ１）になる時点で前記燃料
および前記燃焼用空気の供給量を連続または段階的に増
加させ、その後さらに、前記両触媒体（２、３０）通過
後の排気ガス温度が前記第１の所定温度（Ｔ１）より高
い第２の所定温度（Ｔ２）になる時点で前記始動用触媒
体（３０）への通電を停止することを特徴とする請求項
１６に記載の触媒燃焼装置。
【請求項１８】前記リング形状の触媒体（２）を、導
電性を有し、かつ外部より通電可能に構成し、前記始動用触媒体（３０）の通電時には、前記リング形
状の触媒体（２）にも通電して、この両触媒体（２、３
０）を電気抵抗体として発熱させることを特徴とする請
求項１７に記載の触媒燃焼装置。
【請求項１９】前記触媒体（２、３、３０）の一端側
の部位に、暖房用の熱媒体と、前記触媒体（２、３、３
０）通過後の排気ガスとを熱交換して、暖房用の熱媒体
を加熱する熱交換器（４０）を内蔵したことを特徴とす
る請求項１ないし１８のいずれか１つに記載の触媒燃焼
装置。
【請求項２０】前記燃焼筒（４）の外周側に、暖房用
の熱媒体と、前記触媒体（２、３、３０）通過後の排気
ガスとを熱交換して、暖房用の熱媒体を加熱する熱交換
器（４０）を内蔵したことを特徴とする請求項１ないし
１８のいずれか１つに記載の触媒燃焼装置。