JPH10300027A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

触媒燃焼装置

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JPH10300027A
JPH10300027A JP9114095A JP11409597A JPH10300027A JP H10300027 A JPH10300027 A JP H10300027A JP 9114095 A JP9114095 A JP 9114095A JP 11409597 A JP11409597 A JP 11409597A JP H10300027 A JPH10300027 A JP H10300027A
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Tatsuo Fujita
龍夫 藤田
Takeshi Tomizawa
猛 富澤
Jiro Suzuki
次郎 鈴木
Hironao Numamoto
浩直 沼本
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】触媒燃焼装置において、触媒体を小さくして小
型化を図ろうとすると、触媒体の温度が上昇し、耐熱限
界を超えてしまうという課題があった。 【解決手段】2枚の平面状の触媒体1を対向させ、触媒
体1の間に混合気経路7を形成し、混合気経路7に、被
加熱流体を入れた熱交換部5aを有する輻射受熱体5を
触媒体1に対面して設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は主として、家庭用、
または業務用の給湯、暖房に適用する触媒燃焼装置に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】白金やパラジウム等の貴金属触媒をコー
ジライト等の坦体に担持した触媒体を触媒燃焼させ、熱
交換部を設けて燃焼熱を暖房等に利用する触媒燃焼装置
が提案されている(例えば、特願平4−30234
7)。この従来の触媒燃焼装置では、ハニカム状の触媒
体の、混合気上流側に触媒体からの輻射を受けるように
熱交換部を設置しており、触媒燃焼開始時は予熱バーナ
で火炎燃焼させて触媒体を活性化温度以上に加熱した
後、混合気の供給を停止して予熱バーナの火炎を消炎さ
せ、再び、混合気を供給して触媒燃焼させていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の触媒
燃焼装置には以下のような課題がある。
【0004】まず、触媒燃焼は燃焼温度が低いため、熱
交換量を増加させようとすると、触媒体が大きくなり、
機器全体として小型化を実現し難かった。触媒体が大き
くなると、特に低燃焼量領域で燃焼安定性が不十分とな
りやすく、燃焼量可変範囲を拡大し難くなる。一方、触
媒体を小さくして小型化を図ろうとすると、触媒体の温
度が上昇し、耐熱限界を超えてしまうという課題があっ
た。また、触媒燃焼開始時に予熱バーナで火炎燃焼させ
た後、混合気の供給を停止して予熱バーナの火炎を消炎
させ、再び、混合気を供給して触媒燃焼させる方法は制
御が複雑になりやすいとともに、火炎燃焼時に窒素酸化
物(NOx)が発生するという課題があった。
【0005】本発明は、このような従来の触媒燃焼装置
の課題を考慮し、小型化を図ることができるとともに、
燃焼量可変範囲(TDR)を拡大することも可能となる
触媒燃焼装置を提供することを目的とするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するため、第一の手段として、燃料と空気の混合ガス供
給部と、混合ガス供給部の流れ方向下流に対向して設け
た通気性を有する2枚の平面状の触媒体と、2枚の触媒
体の間に形成した混合気経路を設けた触媒燃焼装置とす
る。
【0007】第二の手段として、2枚の平面状の触媒体
の間に形成した混合気経路に、被加熱流体を入れた熱交
換部を有する輻射受熱体を触媒体に対面して設けた第一
の手段の触媒燃焼装置とする。
【0008】第三の手段として、2枚の平面状の触媒体
の間に形成した混合気経路に、輻射受熱板を触媒体に対
面して設けた第一の手段の触媒燃焼装置とする。
【0009】第四の手段として、2枚の平面状の触媒体
の間に形成した混合気経路に、被加熱流体を入れた熱交
換部を外部から間接加熱する熱媒体を封入した輻射間接
受熱体を触媒体に対面して設けた第一の手段の触媒燃焼
装置とする。
【0010】第五の手段として、輻射受熱体、輻射受熱
板、または輻射間接受熱体の上流側に電気ヒータを設
け、燃焼開始時に電気ヒータに通電し、燃焼用空気を流
入して2枚の平面状の触媒体を加熱した後、電気ヒータ
への通電を停止し、燃料を供給して触媒燃焼を開始する
第二、第三、第四の手段の触媒燃焼装置とする。
【0011】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)以下、図面を用いて本発明の実施の形
態1について説明する。図1は実施の形態1の断面図で
ある。実施の形態1の触媒燃焼装置の主要部は、触媒体
1、触媒体支持2、固定板3、燃焼室壁4、輻射受熱体
5、輻射受熱体5の熱交換部5a、輻射受熱体5の受熱
板部5b、整流部6、混合気経路7、排気熱交換体8、
排気熱交換体8の熱交換部8a、排気熱交換体8の突出
部(フィン)8b、排気経路9、排気孔10で構成して
いる。
【0012】触媒体1は通気性を有するコージライトハ
ニカムを担体とし、パラジウム、白金等の貴金属系触媒
を担持したものである。触媒体1は2枚、混合気上流側
が内側になるように所定距離を設けて対向させている。
輻射受熱体5は2枚の触媒体1の間に輻射を受けやすい
ように触媒体1に対向して設けており、輻射受熱体5の
両側に受熱板部5bを設け、受熱板部5bの間に熱交換
部5aをはさみこむようにして接合している。熱交換部
5aには被加熱流体を入れている。整流部6は輻射受熱
体5の混合気上流側に設けている。触媒体1の外側に排
気経路9を介して排気熱交換体8を設置しており、排気
熱交換体8の外側に熱交換部8aを設けている。混合気
経路7の上流側には、混合気噴出孔11、混合ガス供給
部12を設けており、混合気噴出孔11の下流側に点火
ヒータ13を設置している。
【0013】次に、本実施の形態の動作について説明を
行なう。
【0014】まず、燃焼開始時には点火ヒータ13に通
電して混合気を混合ガス供給部12から供給し、混合気
噴出孔11に火炎を形成し、触媒体1を活性化温度以上
に加熱した後、燃料の供給を停止して混合気噴出孔11
の火炎を消炎させ、再び、燃料を供給して触媒燃焼させ
る。触媒燃焼時に触媒体1の上流面が赤熱され、上流側
に放射エネルギーが射出される。この放射エネルギーは
輻射受熱体5で吸収されて再び熱エネルギーに変換され
ることにより、触媒体1から輻射受熱体5へ放射伝熱さ
れる。その後、熱エネルギーは熱伝導により、輻射受熱
体の受熱板部5bから熱交換部5aを通り、さらに対流
熱伝達により、熱交換部5a内の被加熱流体へ伝熱され
る。放射伝熱は混合気の流れを乱さないため、触媒体1
上流面における燃焼反応が阻害されることがなく、被加
熱流体への熱交換量を増加させても燃焼安定性を確保す
ることができる。
【0015】触媒体1を通過した燃焼ガスは外側の排気
経路9を通り、排気孔10から排出される。排気経路9
では、燃焼ガスの熱が対流熱伝達により、排気熱交換体
8へ伝熱される。触媒体1の下流側表面温度が高い時に
は、触媒体1から排気熱交換体8への放射伝熱も有効と
なる。その後、熱は熱伝導により、排気熱交換体の突出
部(フィン)8bから熱交換部8aを通り、さらに対流
熱伝達により、熱交換部8a内の被加熱流体へ伝熱され
る。
【0016】この構成により、高燃焼量領域において、
触媒体1の上流側表面温度を低減して耐熱限界温度以下
に抑制し、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼器を実
現できるため、機器の小型化が可能となる。
【0017】このように、混合ガス供給部12と、混合
ガス供給部12の流れ方向下流に対向して設けた通気性
を有する2枚の平面状の触媒体1と、2枚の触媒体1の
間に形成した混合気経路7を設けることにより、触媒燃
焼装置として、小型化を図ることができるとともに、触
媒体1上流側を保温領域とし、低燃焼量領域における燃
焼安定性を向上させて燃焼量可変範囲(TDR)を拡大
することも可能となる。
【0018】また、輻射受熱体5の混合気上流側に整流
部6を設けることにより、よどみ点を形成して混合気の
流れを均一化するとともに、混合気の濃度分布を改善
し、触媒反応の均一化を促進することができる。また、
混合気噴出孔11に火炎を形成する時には、整流部6が
保炎作用を成し、火炎安定性を高めることもできる。
【0019】また、2枚の平面状の触媒体1の外側に排
気経路9を介して排気熱交換体8を設けることにより、
輻射伝熱も活かし、機器として、小型高効率化を図るこ
とが可能となる。
【0020】また、排気熱交換体8の内面に突出部(フ
ィン)8bを設け、排気熱交換体8の内面側を高輻射材
で被覆することにより、伝熱面積を増加させて対流熱伝
達性能を高めるとともに、触媒体1からの放射伝熱効率
も向上させることができる。
【0021】(実施の形態2)次に、本発明の実施の形
態2について説明する。図2は実施の形態2の断面図で
ある。実施の形態2の触媒燃焼装置には被加熱流体を入
れた熱交換部5aを有する輻射受熱体5がなく、輻射受
熱板14を設けている。輻射受熱板14としては、アル
ミ合金を用いているが、熱伝導率が高く、耐熱性が優れ
ているものであれば良い。
【0022】実施の形態2では、触媒体1からの放射エ
ネルギーを輻射受熱板14で吸収し、熱エネルギーに変
換することにより、触媒体1から輻射受熱板14へ放射
伝熱される。その後、熱エネルギーは熱伝導により、輻
射受熱板14から排気熱交換体の熱交換部8aを通り、
さらに対流熱伝達により、熱交換部8a内の被加熱流体
へ伝熱される。輻射受熱板14から排気熱交換体8の熱
交換部8aまでが熱抵抗となるため、実施の形態1に比
較すると、触媒体1から被加熱流体への伝熱効率は低下
しやすいが、機器構成を簡素化できるため、低コスト化
が可能となる。また、熱交換部8a近傍に熱抵抗がある
ため、液体燃料を使用した場合にタール等を生成するこ
とがなく、信頼性を確保することができる。
【0023】(実施の形態3)次に、本発明の実施の形
態3について説明する。図3は実施の形態3の断面図で
ある。実施の形態3の触媒燃焼装置には、混合気経路7
に、輻射間接受熱体16を触媒体1に対面して設けてい
る。この輻射間接受熱体16には、熱媒体15が封入さ
れ、その中に、被加熱流体を入れた熱交換部5aが配接
されている。熱媒体15としては、エチレングリコール
水溶液を用いているが、冷凍サイクル等で用いられるブ
ライン類で良い。
【0024】実施の形態3では、触媒体1からの放射エ
ネルギーを輻射間接受熱体16で吸収し、熱エネルギー
に変換することにより、触媒体1から輻射間接受熱体1
6へ放射伝熱される。その後、熱エネルギーは対流熱伝
達により、熱媒体15を介して熱交換部5a内の被加熱
流体へ伝熱される。熱媒体15による間接加熱のため、
実施の形態1に比較すると、触媒体1から被加熱流体へ
の伝熱効率は低下しやすいが、均一加熱を実現できるた
め、被加熱流体を局部的に過熱することがなく、機器と
して、信頼性を高めることが可能となる。
【0025】輻射受熱体5、輻射受熱板14、または輻
射間接受熱体16の受熱面側を高輻射材で被覆すること
により、触媒体1からの放射伝熱効率を向上させること
ができる。
【0026】(実施の形態4)次に、本発明の実施の形
態4について説明する。図4は実施の形態4の断面図で
ある。実施の形態4の触媒燃焼装置には点火ヒータ13
がなく、触媒体予熱用電気ヒータ17を設けている。実
施の形態4では、触媒体予熱用電気ヒータ17を輻射受
熱体5の上流側に設けているが、図2の輻射受熱板14
や図3の輻射間接受熱体16の上流側に設けても良い。
【0027】燃焼開始時には触媒体予熱用電気ヒータ1
7に通電し、燃焼用空気を流入して2枚の平面状の触媒
体1を活性化温度以上に加熱した後、触媒体予熱用電気
ヒータ17への通電を停止し、燃料を供給して触媒燃焼
を開始する。触媒体1を対流熱伝達により、均一に予熱
できるとともに、触媒体1を火炎予熱する場合と異な
り、NOxの発生がなく、立ち上げ時の制御も容易であ
る。
【0028】
【発明の効果】以上、説明したように、本発明の触媒燃
焼装置によれば、次のような効果を得ることができる。
【0029】すなわち、2枚の平面状の触媒体を対向さ
せ、触媒体の間に混合気経路を形成することにより、触
媒燃焼装置として、小型化を図ることができるととも
に、触媒体上流側を保温領域とし、低燃焼量領域におけ
る燃焼安定性を向上させて、TDRを拡大することも可
能となる。
【0030】2枚の触媒体の間の混合気経路に、被加熱
流体を入れた熱交換部を有する輻射受熱体を触媒体に対
面して設けることにより、高燃焼量領域において、触媒
体の上流側表面温度を低減して耐熱限界温度以下に抑制
し、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼器を実現する
ことができる。
【0031】混合気経路に、輻射受熱板を触媒体に対面
して設けることにより、機器構成を簡素化し、低コスト
化を図れるとともに、液体燃料を使用した場合にタール
等の生成を防止することができる。
【0032】混合気経路に、被加熱流体を入れた熱交換
部を外部から間接加熱する熱媒体を封入した輻射間接受
熱体を触媒体に対面して設けることにより、均一加熱を
実現できるため、被加熱流体を局部的に過熱することが
なく、機器として、信頼性を高めることが可能となる。
【0033】輻射受熱体等の上流側に電気ヒータを設
け、燃焼開始時に電気ヒータに通電し、燃焼用空気を流
入して触媒体を加熱した後、電気ヒータへの通電を停止
し、燃料を供給して触媒燃焼を開始することにより、触
媒体を対流熱伝達により、均一に予熱できるとともに、
NOxの発生がなく、立ち上げ時の制御も容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1の触媒燃焼装置の断面図
【図2】本発明の実施の形態2の触媒燃焼装置の断面図
【図3】本発明の実施の形態3の触媒燃焼装置の断面図
【図4】本発明の実施の形態4の触媒燃焼装置の断面図
【符号の説明】
1 触媒体 5 輻射受熱体 6 整流部 7 混合気経路 8 排気熱交換体 14 輻射受熱板 15 熱媒体 16 輻射間接受熱体 17 触媒体予熱用電気ヒータ
フロントページの続き (72)発明者 沼本 浩直 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 (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料と空気の混合ガス供給部と、前記混
    合ガス供給部の流れ方向下流側に、対向して設けられ
    た、通気性を有する2枚の平面状の触媒体と、前記2枚
    の触媒体の間に形成された混合気経路とを備えたことを
    特徴とする触媒燃焼装置。
  2. 【請求項2】 前記混合気経路に、被加熱流体を入れた
    熱交換部を有する輻射受熱体が、前記触媒体に対面した
    状態で設けられた請求項1記載の触媒燃焼装置。
  3. 【請求項3】 前記輻射受熱体の混合気上流側に整流部
    が設けられた請求項2記載の触媒燃焼装置。
  4. 【請求項4】 前記混合気経路に、輻射受熱板が前記触
    媒体に対面して設けられた請求項1記載の触媒燃焼装
    置。
  5. 【請求項5】 前記混合気経路に、被加熱流体が内部を
    流れる熱交換部を外部から間接加熱するための熱媒体を
    封入した輻射間接受熱体が前記触媒体に対面して設けら
    れた請求項1記載の触媒燃焼装置。
  6. 【請求項6】 前記輻射受熱体、輻射受熱板、または輻
    射間接受熱体の受熱面側が高輻射材で被覆されている請
    求項2、4、又は5記載の触媒燃焼装置。
  7. 【請求項7】 前記輻射受熱体、輻射受熱板、または輻
    射間接受熱体の上流側に電気ヒータが設けられ、燃焼開
    始時に前記電気ヒータに通電し、燃焼用空気を流入して
    2枚の平面状の触媒体を加熱した後、前記電気ヒータへ
    の通電を停止し、燃料を供給して触媒燃焼を開始する請
    求項2、4、又は5記載の触媒燃焼装置。
  8. 【請求項8】 2枚の平面状の触媒体の外側に排気経路
    を介して排気熱交換体が設けられた請求項2、4、又は
    5記載の触媒燃焼装置。
  9. 【請求項9】 前記排気熱交換体の内面に突出部が設け
    られ、前記排気熱交換体の内面側が高輻射材で被覆され
    ている請求項8記載の触媒燃焼装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005274063A (ja) * 2004-03-25 2005-10-06 Tokyo Gas Co Ltd 触媒燃焼式流体加熱装置
JP2013061135A (ja) * 2011-09-14 2013-04-04 Tokyo Gas Co Ltd 給湯器
CN110887234A (zh) * 2018-09-07 2020-03-17 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 燃烧器组件及热水器

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CN110887234B (zh) * 2018-09-07 2024-04-16 芜湖美的厨卫电器制造有限公司 燃烧器组件及热水器

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