JPH10169927A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】触媒体が溶解することを確実に防止出来、ＮＯ
ｘの発生量が少ない燃焼を長期に渡って保持出来る触媒
燃焼装置を提供する。 【構成】気化ヒ−タ２を備えた気化ポット１で形成した
希薄混合気を、触媒体７を通し触媒燃焼で温度上昇さ
せ、燃焼室１８内でこれを気相燃焼させるもので、触媒
体７の温度を検知する温度センサ１４を備え、この温度
センサ１４の検知温度に応じて制御回路４２を介して電
磁ポンプ４３を制御し、空気比を可変することで、触媒
体７温度を常に一定温度に保持して溶解を確実に防止す
るものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は家庭用の給湯機や、フ
ァンヒ−タ等の暖房器の燃焼部を構成する触媒燃焼装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来よりこの種のものに於いては、例え
ば特開平２−２３８２０６号公報に開示されている如
く、燃料ガスをプレヒ−タで触媒活性化温度まで加熱
後、触媒燃焼領域で触媒燃焼させ、次に気相燃焼領域で
気相燃焼させることで、ＮＯｘ等の有害物質を発生させ
ない燃焼方法を提供するものであった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところでこの従来のも
のでは、気相燃焼が継続することで、その熱によって触
媒温度も徐々に上昇し、ついには触媒内で気相燃焼が発
生することで溶解してしまうと言う大きな問題点を有す
るものであり、これを防止するには耐熱性のある触媒を
使用すれば良いのであるが、気相燃焼温度は１２００℃
以上に達っするものであり、今現在の所このように高温
で耐久性のある触媒は実用化されていないと言う大きな
課題を有するものであった。

【０００４】又この従来のものは、工業用のガスタ−ビ
ンに関するもので、これを家庭用の小形暖房器等に応用
することは大きな困難性を有し簡単には実現出来ず、し
かも燃料ガスの濃度を増せばＮＯｘは発生するもので、
確実にＮＯｘの発生を抑制することは出来ないものであ
った。

【０００５】

【問題点を解決するための手段】この発明はこの点に着
目し上記欠点を解決する為、特にその構成を、空気量過
多の希薄混合気を供給する混合気供給手段と、該混合気
供給手段からの希薄混合気を流通させることで触媒燃焼
し該混合気を昇温する触媒体と、該触媒体から流出する
混合気を気相燃焼させる燃焼室とを備えたものに於い
て、前記触媒体の温度を検知する温度センサを備え、こ
の温度センサの検知温度に応じて空気比を制御し触媒体
温度を所定の一定温度に保持するようにしたものであ
る。

【０００６】

【作用】気化ヒ−タ２によって気化可能温度まで加熱さ
れた混合気供給手段を構成する気化ポット１内に、燃料
である燃油を噴霧すると共に、空気比２近傍の燃焼空気
を供給して、予混合して空気量過多の希薄混合気を形成
する。

【０００７】そしてこの希薄混合気は、気化ポット１上
方に連通したハニカム状の触媒体７内に流入し、支持体
１０に形成された触媒１２上で反応する事による発熱で
加熱された触媒体７との熱交換により、希薄混合気は更
にその温度を上昇させる。

【０００８】次に希薄混合気は触媒体７より流出して該
触媒体７上方を覆う燃焼室１８に流入し、ここで適宜な
着火手段４１で着火されることで、高温状態で燃焼可能
となった希薄混合気が気相燃焼を行うものである。

【０００９】又この気相燃焼時には、温度センサ１４に
よって触媒体７上部の温度が検知され、この温度が触媒
体７の溶解温度以下の所定温度ここでは８００℃になる
ように電磁ポンプ４３を制御して燃焼量を増減するもの
である。

【００１０】即ち、予め８００℃の時の電圧値を求め基
準電圧として制御回路４２内に入力しておき、温度セン
サ１４で検知した温度を電圧値に変換して制御回路４２
に入力することで、該制御回路４２内で両値を比較して
偏差値を演算し、この値を電磁ポンプ４３に駆動パルス
として出力することで、触媒体７の温度を一定温度に保
持するものである。

【００１１】従って、触媒体７の温度は該触媒体７内で
気相燃焼が発生する温度以上に上昇することがなく、一
定温度に容易に保持されるので、溶解して燃焼不能にな
る心配がなく、常に安心して使用出来るものである。

【００１２】又希薄混合気の気相燃焼であるから、燃焼
ガス中のＮＯｘ値は極めて少なく、小形の家庭用暖房器
で初めて環境への影響が少なく、人に優しい低公害の燃
焼を提供出来るものである。

【００１３】

【実施例】次にこの発明に係る触媒燃焼装置を暖房器の
ファンヒ−タに備えた一実施例で説明する。１は上部に
気化ヒ−タ２を鋳込んだアルミダイキャスト製の気化ポ
ットで、一側部に燃焼ファン３からの燃焼空気を送風路
４を介して吹き出す噴出口５が連通すると共に、該噴出
口５には燃油を噴霧するノズル６が備えられ、気化ガス
と燃焼空気の予混合気を形成し混合気供給手段を構成す
るものである。

【００１４】７は気化ポット１上端開口を閉塞するよう
に備えられた円筒状の触媒体で、側壁全周には外側を耐
熱鋼板８としたアルミナ系耐熱材から成る保護層９を備
え、ヒ−トバック量を調節しているものであり、ここで
は１０ｍｍとしている。

【００１５】前記触媒体７は、波形の金属シ−トから成
る支持体１０の片面にウォッシュコ−ト層１１を形成
し、ここにパラジウム、白金又は（パラジウム或いは白
金を主成分とし）これに銀、金、白金、パラジウム、ル
テニウム、ロジウム、又はイリジウムから選択される、
１つ又はそれ以上の補助触媒を包含する触媒１２を塗布
し焼成した後、支持体１０を螺旋状に巻上げこれを金属
筒１３内に収納してハニカム状に構成したものであり、
触媒１２の活性時には混合気の流入で化学反応である触
媒燃焼を行うものである。

【００１６】１４は触媒体７内に挿入され、該触媒体７
内方上部の温度を検知する温度センサで、温度を直接電
圧に変換出来ると共に、耐熱温度が高いことからここで
は熱電対を使用しているが、その他サ−ミスタ等のセン
サでも良い。

【００１７】１５は本体枠１６内の仕切板１７上に突出
した触媒体７を囲う燃焼筒で、内方には上部より垂下し
触媒体７上方を覆い燃焼室１８を形成するアルミナ系耐
熱材より成り縦断面逆Ｕ字状の断熱材１９が備えられ、
燃焼室１８内では着火時は火炎燃焼し、触媒体７温度が
活性化温度に達した後は気相燃焼を行うものである。

【００１８】２０は燃焼室１８での燃焼後の燃焼ガスが
流通する流通路で、該燃焼室１８内まで突出した触媒体
７側壁から、断熱材１９下方を通り該断熱材１９と燃焼
筒１５の内壁との間隔を上昇し、該燃焼筒１５上端の放
出孔２１より燃焼ガスを放出するように形成されてい
る。

【００１９】２２は燃焼筒１５後方の本体枠１６背面に
備えられた対流ファンで、燃焼筒１５上端より放出され
る燃焼ガスを室内空気と共に本体枠１６前面下方に備え
た吹出口２３から温風として放出し、該室内を温風暖房
するものである。

【００２０】２４は燃焼筒１５上端から吹出口２３まで
の仕切枠２５との間を、対流ファン２２の送風が通る温
風路２６と、冷却空気が通る冷却路２７とに仕切る遮熱
板である。

【００２１】２８は流通路２０途中に位置する加熱リン
グで、気化ポット１上端から立設し燃焼ガスからの熱を
回収し該気化ポット１にヒ−トバックするものである。

【００２２】２９は断熱材１９を貫通し燃焼室１８内に
備えられたフレ−ムロッドで、火炎燃焼及び気相燃焼を
触媒体７との間に電圧を印加し、これに流れる電流値に
より検知するものである。

【００２３】３０は燃焼筒１５下部を密閉するパッキン
材、３１は対流ファン２２のファンカバ−、３２は気化
ポット１のバ−ナカバ−である。

【００２４】又３３は本体枠１６上部に備えられた操作
部、３４はカ−トリッジタンク（図示せず）を本体枠１
６内に出し入れする為のタンク蓋、３５は把手、３６は
下皿である。

【００２５】次に図７に示す電気回路図について説明す
る。３７は比較・演算・記憶・タイマ等の各機能を有し
全体的な制御を行うマイコンで、入力側には気化ポット
１の温度を検知する気化温度センサ３８及び、希望する
室温を設定する為の室温設定手段３９及び、室温を検知
する室温センサ４０及びフレ−ムロッド２９が接続され
ている。

【００２６】更にマイコン３７の出力側には、気化ヒ−
タ２及び燃焼ファン３及び対流ファン２２及びイグナイ
タ等の着火手段４１がそれぞれ接続され各状況に応じて
制御されるものである。

【００２７】４２は触媒体７の温度に応じてノズル６に
連通した電磁ポンプ４３の駆動をフィ−ドバック制御し
燃油量を調節する制御回路で、温度センサ１４からの検
知温度を電圧値として入力する判定回路４４と、該判定
回路４４に予め設定された一定温度の８００℃に相当す
る基準電圧値を入力し両値を比較演算させる基準電圧回
路４５と、この比較演算によって得られた偏差値に応じ
た電磁ポンプ４３の駆動パルスを出力するパルス設定回
路４６とから構成されている。

【００２８】次にこの一実施例の作動について説明す
る。今気化ヒ−タ２に通電し気化ポット１が加熱されて
気化可能温度に達すると、気化温度センサ３８がこれを
検知しマイコン３７を介して燃焼ファン３を駆動開始さ
せ、先ず燃焼空気が気化ポット１内に供給され、そして
数十秒後この燃焼空気量が安定した所で、マイコン３７
からの出力で電磁ポンプ４３が駆動開始し、ノズル６を
介して燃油を気化ポット１内に噴霧することで、燃焼空
気との予混合気が形成されるものである。

【００２９】しかしこの時の予混合気は触媒体７がまだ
加熱されておらず常温であるので、温度センサ１４によ
る検知温度の電圧は基準電圧よりはるかに小さく偏差値
は大きくなり、パルス設定回路４６から供給される駆動
パルスは最大となって、電磁ポンプ４３からは最大の燃
油量が供給されると共に、空気比１の空気が供給され
て、そのまま触媒体７を通り燃焼室１８で着火手段４１
で着火され、図８に示す如く着火時は普通の火炎燃焼を
最大燃焼量で行うものである。

【００３０】そしてこの火炎燃焼で触媒体７が加熱され
触媒の活性化温度の２５０℃以上となって徐々に上昇す
ると、この温度を温度センサ１４が検知して判定回路４
４に入力する検知電圧値も徐々に大きくなり、基準電圧
回路４５からの基準電圧との偏差値が小さくなって、電
磁ポンプ４３の駆動パルスも小さくなる方向に移動し、
燃油量は減少して徐々に混合気が希薄になり、空気比２
近傍となった所で、丁度触媒体７の温度も一定の８００
℃に達する。

【００３１】これによって気化ポット１内では希薄混合
気が形成され、これが８００℃に達した触媒体７内に流
入することで、該触媒体７内では、触媒１２上で燃料と
空気が反応する事による発熱で加熱された触媒体７との
熱交換により、希薄混合気は温度上昇し、気化ポット１
内では１２０〜１５０℃の混合気が、触媒体７内では７
５０〜９００℃に急速に昇温され、図８の過渡状態を経
て燃焼室１８内で自己着火現象によって着火して１２０
０〜１５００℃の気相燃焼を行うものである。

【００３２】従ってこの燃焼後の燃焼ガスは、流通路２
０を通り燃焼筒１５上方より放出され、対流ファン２２
よりの送風で吹出口２３から温風として吹き出されるこ
とで室内の暖房を行うものであるが、希薄混合気の燃焼
による暖房であるからＮＯｘ値は１〜２０ｐｐｍで、通
常この種のファンヒ−タのＮＯｘ値１１０〜１２０ｐｐ
ｍに対して極めて低い値であり、環境や人への影響が少
なく低公害の暖房器を実現出来るものである。

【００３３】一方燃焼室１８で気相燃焼した後の燃焼ガ
スは流通路２０を流通することで、触媒体７外周側壁を
通り保護層９を介してヒ−トバックし、該触媒体７を常
に活性化温度に保持するものであり、又流通路２０に突
出した加熱リング２８によって気化ポット１も燃焼ガス
のヒ−トバックを得ることが出来、燃焼中は気化ヒ−タ
２の通電をほとんど停止するものである。

【００３４】従って縦断面逆Ｕ字状の断熱材１９による
燃焼室１８と、これに連通する流通路２０とによって、
触媒体７及び気化ポット１へのヒ−トバックが良好に行
われ、無駄な電力や複雑な制御は不要で、容易に触媒体
７を活性化温度に保持出来、燃焼しにくい上記したＮＯ
ｘ値の少ない希薄混合気の燃焼を困難なく継続すること
が出来るものである。

【００３５】次に気相燃焼が継続することで触媒体７温
度が異常上昇するような場合には、この触媒体７温度を
温度センサ１４が検知し、判定回路４４での検知電圧と
基準電圧との比較で検知電圧の方が大きくなることで、
パルス設定回路４６は電磁ポンプ４３の駆動パルスを減
らし燃油量を減少させるので、空気比は希薄側に移り、
触媒反応速度ならびに発生する熱量の低下により、触媒
体７温度は降下して一定温度の８００℃を保持するもの
である。

【００３６】又逆に触媒体７温度が８００℃より降下し
た時には、上記制御回路４２の電磁ポンプ４３制御で、
燃油量が増加され空気比が濃厚側に移り、触媒反応速度
ならびに発生する熱量が増加することで触媒体７温度を
上昇させて８００℃を保持するものである。

【００３７】従って、温度センサ１４の検知温度によっ
て混合気の空気比を制御することで、触媒体７を常に活
性化に最適な一定温度に保持出来るので、温度上昇によ
って触媒体７が溶解したり失火すると言う不具合はな
く、常に安心して使用出来るものである。

【００３８】更にこの暖房器の燃焼量可変は、触媒活性
化後室温設定手段３９の設定温度と室温センサ４０から
の現在室温とをマイコン３７内で比較演算し、燃焼ファ
ン３から供給される燃焼空気量を制御することで行われ
るものであり、即ち燃焼空気量を可変することによっ
て、触媒体７の温度が変化しこの温度を８００℃に保持
するように電磁ポンプ４３を上記の如く制御することで
燃焼量が可変されるものである。

【００３９】従って触媒体７温度を一定に保持する制御
によって、燃焼量可変が燃焼空気量制御のみの極めて簡
単な制御で行われ、複雑な制御が不要で故障の心配もい
らないものである。

【００４０】更に触媒体７をパラジウムを主成分とする
触媒１２で、且つ支持体１０の片面だけにこの触媒１２
を塗布したことで、支持体１０の触媒１２を有する壁面
から触媒１２を有さず混合気のみが流通する壁面への熱
伝導によって、熱が分散し触媒体７はその温度を７５０
〜９５０℃に保つことが出来、温度上昇によって溶解し
たり失火する等の心配がなく、万一温度センサ１４が故
障したとしても温度上昇することがなく、二重の安全対
策が計られているものである。

【００４１】又触媒体７上端を燃焼室１８内に突出する
ことで、断熱材１９の下端が触媒体７より下方となり、
燃焼ガスが触媒体７外周に確実に接することが出来、良
好なヒ−トバックを得ることが出来るものである。

【００４２】尚この一実施例では、マイコン３７と制御
回路４２とを別々に構成したが、これに限定されること
なく例えば１つのマイコンで構成するようにしても良い
ことは勿論である。

【００４３】

【発明の効果】要するにこの発明は、空気量過多の希薄
混合気を供給する混合気供給手段と、該混合気供給手段
からの希薄混合気を流通させることで触媒燃焼し該混合
気を昇温する触媒体と、該触媒体から流出する混合気を
気相燃焼させる燃焼室とを備えたものに於いて、前記触
媒体の温度を検知する温度センサを備え、この温度セン
サの検知温度に応じて空気比を制御し触媒体温度を所定
の一定温度に保持するようにしたものであるから、触媒
体が異常に温度上昇して溶解したり失火する不具合を確
実に防止することが出来、ＮＯｘの発生がない良好な燃
焼を長期に渡って維持することが出来るものであり、環
境や人に優しい燃焼器を容易に提供出来るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明一実施例の触媒燃焼装置を付した暖房
器の斜視図。

【図２】同断面図。

【図３】同要部断面図。

【図４】同触媒体の斜視図。

【図５】同触媒体の平面図。

【図６】同触媒体の拡大断面図。

【図７】同電気回路のブロック図。

【図８】同着火時の特性図。

【符号の説明】 １ 気化ポット ２ 気化ヒ−タ ７ 触媒体 １４ 温度センサ １８ 燃焼室 ４２ 制御回路 ４３ 電磁ポンプ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 時田 義司 新潟県三条市東新保７番７号 株式会社コ ロナ内 (72)発明者 諸我 勝已 新潟県三条市東新保７番７号 株式会社コ ロナ内 (72)発明者 武田 和広 新潟県三条市東新保７番７号 株式会社コ ロナ内 (72)発明者 高地 正喜 新潟県三条市東新保７番７号 株式会社コ ロナ内 (72)発明者 庄司 亨 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金属 工業株式会社技術開発センタ−内 (72)発明者 佐々木 雅宏 神奈川県平塚市新町２番73号 田中貴金属 工業株式会社技術開発センタ−内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気量過多の希薄混合気を供給する混合
   気供給手段と、該混合気供給手段からの希薄混合気を流
   通させることで触媒燃焼し該混合気を昇温する触媒体
   と、該触媒体から流出する混合気を気相燃焼させる燃焼
   室とを備えたものに於いて、前記触媒体の温度を検知す
   る温度センサを備え、この温度センサの検知温度に応じ
   て空気比を制御し触媒体温度を所定の一定温度に保持す
   る事を特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】 上記空気比の制御は、燃焼空気量に対す
   る燃料の供給量を制御して行う事を特徴とする請求項１
   記載の触媒燃焼装置。