JPH1089634A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

触媒燃焼装置

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JPH1089634A
JPH1089634A JP8240052A JP24005296A JPH1089634A JP H1089634 A JPH1089634 A JP H1089634A JP 8240052 A JP8240052 A JP 8240052A JP 24005296 A JP24005296 A JP 24005296A JP H1089634 A JPH1089634 A JP H1089634A
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catalyst
catalytic combustion
infrared
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infrared transmitting
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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】 触媒燃焼により、被加熱流体への熱交換量を
増加させようとすると、触媒体が大きくなり、機器全体
として小型化が困難であった。 【解決手段】 触媒体1の混合気上流側に、赤外線透過
体10、排気経路12を介して、輻射受熱体8を設ける
ことにより、触媒体1からの放射伝熱と燃焼ガスからの
対流熱伝達を共存させる触媒燃焼装置とする。

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)。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】従来例の触媒燃焼装置
には以下に説明する課題がある。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。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。
【0004】本発明は、伝熱性能の高効率化、機器の小
型化が可能となり、低コスト化を図ることができ、ま
た、広範囲な輻射暖房が可能となり、放射効率も向上す
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。
【0005】
【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設けた通気性
を有する触媒体と、触媒体の混合気の流れ方向上流側に
触媒体と対面して設けた赤外線透過体と、触媒体に赤外
線透過体を介して対面する熱交換部を有する輻射受熱体
と、赤外線透過体と輻射受熱体の間に形成され、触媒体
の下流と連通する排気経路を設けた触媒燃焼装置とす
る。
【0006】第二の手段として、第一の手段において、
赤外線透過体がなく、赤外線吸収体を設けた触媒燃焼装
置とする。
【0007】第三の手段として、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設けた通気
性を有する2枚の平面状の触媒体と、触媒体の外側に設
けた2つの赤外線透過体、または赤外線吸収体と、触媒
体と赤外線透過体、または赤外線吸収体の間に形成した
2つの混合気経路を設けた触媒燃焼装置とする。
【0008】第四の手段として、触媒体に赤外線透過
体、または赤外線吸収体を介して対面する熱交換部を有
する輻射受熱体と、赤外線透過体、または赤外線吸収体
と輻射受熱体の間に形成され、触媒体の下流と連通する
排気経路を設けた第三の手段の触媒燃焼装置とする。
【0009】第五の手段として、2枚の平面状の触媒体
と、2枚の触媒体の下流側に位置させた補助触媒体と、
2枚の触媒体と補助触媒体の間に位置させた電気ヒータ
ーを設け、燃焼開始時に電気ヒーターに通電し、触媒体
及び補助触媒体を加熱した後、電気ヒーターへの通電を
停止し、所定時間後、混合気を供給して触媒燃焼を開始
する第三、第四の触媒燃焼装置とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)以下、本発明の実施の形態について図
面を参照して説明する。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、電気ヒータ
ー5、補助触媒体6、補助触媒体支持7、輻射受熱体
8、熱交換部9、赤外線透過体10、赤外線透過体支持
11、排気経路12、排気孔13で構成している。触媒
体1、補助触媒体6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。
【0011】触媒体1は2枚設けられ、混合気上流側が
外側になるように所定距離を設けて傾斜して対向させて
いる。補助触媒体6は触媒体1の下流側に設けられ、電
気ヒーター5は触媒体1と補助触媒体6の間に位置させ
ている。輻射受熱体8は触媒体1の上流側に輻射を受け
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8には熱交換部9を設置している。赤外線透過体10
はガラスで形成しており、赤外線透過体10と複写受熱
体8との間を排気経路12としている。触媒体1の上流
側には、混合気経路14、仕切板15、混合気噴出孔1
6、混合ガス供給部17を設けている。
【0012】次に、本実施の形態の動作について説明を
行なう。まず、燃焼開始時には電気ヒーター5に通電
し、触媒体1、または補助触媒体6を活性化温度以上に
加熱した後、電気ヒーター5への通電を停止し、電気ヒ
ーター5の表面温度を着火温度未満とした後、混合気を
触媒体1へ供給して触媒燃焼させる。混合気は混合ガス
供給部17を通り、混合気噴出孔16から噴出される。
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赤外
線透過体10を透過し、輻射受熱体8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8へ放射伝熱される。その後、熱伝導により、
輻射受熱体8に設けた熱交換部9で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。
【0013】触媒体1を通過した燃焼ガスは補助触媒体
6で浄化された後、赤外線透過体10の外側の排気経路
12を通り、排気孔13から排出される。排気経路12
では、燃焼ガスの熱が対流熱伝達により、輻射受熱体8
へ伝熱される。すなわち、輻射受熱体8への伝熱は、触
媒体1からの放射伝熱と燃焼ガスからの対流熱伝達が共
存する形態をとることになる。この構成により、伝熱性
能の高効率化、機器の小型化が可能となる。
【0014】このように、混合ガス供給部17と、混合
ガス供給部17の流れ方向下流に設けた通気性を有する
2枚の平面状の触媒体1と、触媒体1の外側に設けた2
つの赤外線透過体10と、触媒体1と赤外線透過体10
の間に形成した2つの混合気経路14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、機器の前面と後面に放射エネルギーを射出する
ため、広範囲な輻射暖房が可能となる。さらに、触媒体
1を2枚、対向させることにより、触媒体1下流側を保
温領域とし、排気損失や放熱損失を低減して触媒体1上
流側への放射エネルギーを増大させることができるた
め、放射効率が向上する。
【0015】触媒体1に赤外線透過体10を介して対面
する熱交換部9を有する輻射受熱体8と、赤外線透過体
10と輻射受熱体8の間に形成され、触媒体1の下流と
連通する排気経路12を設け、2枚の平面状の触媒体1
と、触媒体1の外側に設けた2つの赤外線透過体10
と、触媒体1と赤外線透過体10の間に形成した2つの
混合気経路14を設けることにより、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。
【0016】触媒体1を傾斜して対向させることによ
り、混合気の濃度分布、流速分布を改善し、触媒反応を
均一化することができる。浄化用としての補助触媒体6
の設置も容易となる。
【0017】2枚の平面状の触媒体1と、2枚の触媒体
1の下流側に位置させた補助触媒体6と、2枚の触媒体
1と補助触媒体6の間に位置させた電気ヒーター5を設
け、燃焼開始時に電気ヒーター5に通電し、触媒体1及
び補助触媒体6を加熱した後、電気ヒーター5への通電
を停止し、所定時間後、混合気を供給して触媒燃焼を開
始することにより、電気ヒーター5近傍での異常発火や
NOxの発生もなく、触媒体1と補助触媒体6の間を保
温領域とし、立ち上げ時間を短縮することができる。さ
らに、立ち上げ時には、触媒体1の上流温度は上昇しな
いため、輻射受熱体8へ熱が移動することもなく、電気
ヒーター5の熱を効率良く、立ち上げに活かすことがで
きる。
【0018】輻射受熱体8を金属板とし、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
効率を一層、向上させることができる。
【0019】輻射受熱体8の排気経路側に排気熱を受熱
する突出部(図示せず)を形成することにより、伝熱面
積を増加させて対流熱伝達性能を高め、高効率化を図る
ことができる。
【0020】(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赤外線透過体1
0がなく、赤外線吸収体18を設けている。赤外線吸収
体18としては、表面を酸化させたステンレス鋼を用い
ているが、輻射率が高く、耐熱性が優れているものであ
れば良い。
【0021】実施の形態2では、触媒体1からの放射エ
ネルギーを赤外線吸収体18で吸収した後、赤外線吸収
体18からの放射エネルギーを輻射受熱体8で吸収し、
熱エネルギーに変換するため、触媒体1から赤外線吸収
体18への放射伝熱と、赤外線吸収体18から輻射受熱
体8への放射伝熱が存在することになる。赤外線透過体
10(ガラス)でも、放射エネルギーを100%透過で
きるわけではないため、赤外線吸収体18を高温にする
ことにより、触媒体1から輻射受熱体8への放射伝熱効
率を赤外線透過体10を用いた場合に近づけることも可
能である。実施の形態2では、赤外線透過体10(ガラ
ス)を設置する必要がないため、低コスト化を図りやす
くなる。
【0022】赤外線吸収体18を金属板とし、両面を高
輻射材で被覆することにより、触媒体1から輻射受熱体
8への放射伝熱効率を一層、向上させることができる。
【0023】
【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
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。
【0024】触媒体の混合気上流側に赤外線透過体、排
気経路を介して、輻射受熱体を設けることにより、触媒
体からの放射伝熱と燃焼ガスからの対流熱伝達が共存す
る伝熱形態をとり、伝熱性能の高効率化、機器の小型化
が可能となる。
【0025】赤外線透過体(ガラス)を用いずに赤外線
吸収体により、低コスト化を図ることもできる。
【0026】触媒体を2枚、混合気上流側が外側になる
ように所定距離を設けて対向させることにより、小型化
を図ることができるとともに、機器の前面と後面に放射
エネルギーを射出するため、広範囲な輻射暖房が可能と
なり、放射効率も向上する。
【0027】2枚の触媒体と補助触媒体の間に電気ヒー
ターを設け、燃焼開始時に電気ヒーターに通電し、触媒
体、または補助触媒体を加熱した後、電気ヒーターへの
通電を停止し、所定時間後、混合気を供給して触媒燃焼
させることにより、電気ヒーター近傍での異常発火やN
Oxの発生もなく、触媒体と補助触媒体の間を保温領域
とし、立ち上げ時間を短縮することができる。
【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
【符号の説明】
1 触媒体 5 電気ヒーター 6 補助触媒体 8 輻射受熱体 9 熱交換部 10 赤外線透過体 12 排気経路 18 赤外線吸収体
───────────────────────────────────────────────────── 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に設けられた通気性を有す
    る触媒体と、前記触媒体の混合気の流れ方向上流側に前
    記触媒体と対面して設けられた赤外線透過体と、前記触
    媒体に前記赤外線透過体を介して対面する熱交換部を有
    する輻射受熱体と、前記赤外線透過体と前記輻射受熱体
    の間に形成され、前記触媒体の下流と連通する排気経路
    とを備えたことを特徴とする触媒燃焼装置。
  2. 【請求項2】 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に設けられた通気性を有す
    る触媒体と、前記触媒体の混合気の流れ方向上流側に前
    記触媒体と対面して設けられた赤外線吸収体と、前記触
    媒体に前記赤外線吸収体を介して対面する熱交換部を有
    する輻射受熱体と、前記赤外線吸収体と前記輻射受熱体
    の間に形成され、前記触媒体の下流と連通する排気経路
    とを備えたことを特徴とする触媒燃焼装置。
  3. 【請求項3】 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に設けられた通気性を有す
    る2枚の平面状の触媒体と、前記触媒体の外側に設けら
    れた2つの赤外線透過体、または赤外線吸収体と、前記
    触媒体と前記赤外線透過体、または前記赤外線吸収体と
    の間に形成された2つの混合気経路とを備えたことを特
    徴とする触媒燃焼装置。
  4. 【請求項4】 触媒体に前記赤外線透過体、または赤外
    線吸収体を介して対面する熱交換部を有する輻射受熱体
    と、前記赤外線透過体、または前記赤外線吸収体と前記
    輻射受熱体との間に形成され、前記触媒体の下流と連通
    する排気経路とをさらに備えた請求項3記載の触媒燃焼
    装置。
  5. 【請求項5】 触媒体は傾斜して対向している請求項3
    又は4記載の触媒燃焼装置。
  6. 【請求項6】 触媒体は2枚の平面状の触媒体であり、
    前記2枚の触媒体の下流側に位置する補助触媒体と、前
    記2枚の触媒体と前記補助触媒体との間に位置させた電
    気ヒーターとをさらに備え、燃焼開始時に前記電気ヒー
    ターに通電し、前記触媒体及び前記補助触媒体を加熱し
    た後、前記電気ヒーターへの通電を停止し、所定時間
    後、混合気を供給して触媒燃焼を開始する請求項3又は
    4記載の触媒燃焼装置。
  7. 【請求項7】 輻射受熱体は金属板であり、受熱面側を
    高輻射材で被覆した請求項1、2又は4記載の触媒燃焼
    装置。
  8. 【請求項8】 赤外線吸収体は金属板であり、両面を高
    輻射材で被覆した請求項2、3又は4記載の触媒燃焼装
    置。
  9. 【請求項9】 輻射受熱体の排気経路側に排気熱を受熱
    する突出部が形成された請求項1、2又は4記載の触媒
    燃焼装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007059212A (ja) * 2005-08-24 2007-03-08 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池発電システム及び熱交換器内蔵型触媒燃焼器
JP2012172903A (ja) * 2011-02-21 2012-09-10 Sogo Biru Mentemu Kk 加温装置

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