JPH11230508A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】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を介して電磁
ポンプを制御し、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と共
に、この温度センサ１４のリード線１７を気化ポット１
内の接触手段１５を介して取り出すことにより、リード
線１７の焼損や燃焼ガスの漏れを招くことなく容易に取
り出すことが出来るものである。

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
るものであった。

【０００４】又これを防止する為に、触媒体温度を検知
する温度センサを備え、この検知温度に応じて空気比を
制御し触媒反応速度ならびに発生する熱量を制御するこ
とも考えられるが、温度センサのリード線の取り出し位
置がなく、即ちリード線を気相燃焼領域から取り出すと
１２００℃以上の燃焼熱でリード線が焼損し、触媒燃焼
領域以降から取り出すと燃焼ガスが漏れてしまい、高度
のシール構造が必要であると言う新たな課題を有するも
のであった。

【０００５】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。

【０００６】

【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、前記触媒体の温度を
検知しこの検知温度に応じて空気比を制御して触媒体温
度を所定の一定温度に保持する温度センサとを備え、更
にこの温度センサのリード線の取り出しは、混合気供給
手段内に備えられた接触手段を介して行われるものであ
る。

【０００７】

【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。

【０００８】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。

【０００９】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２４に流入し、ここで適宜な
着火手段４７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。

【００１０】又この気相燃焼時には、温度センサ１４に
よって触媒体７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４９を制御して空気比を増減するものであ
る。

【００１１】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４８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４８
に入力することで、該制御回路４８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４９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。

【００１２】更に温度センサ１４のリード線１７は、触
媒体７の保持筒１３に備えられた接触片１８と、気化ポ
ット１内に突出した電極１９から成る接触手段１５を介
して、気化ポット１外に取り出されるので、比較的低温
の気化ポット１内を通り取り出されるから、焼損する心
配がなく、又気化ポット１を貫通するのは電極１９部分
であってシールも容易で燃焼ガスの漏れることもないも
のである。

【００１３】従って、触媒体７の温度は温度センサ１４
によって制御され該触媒体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。

【００１４】

【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。

【００１５】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。

【００１６】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保持
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。

【００１７】１４は触媒体７内に挿入され、該触媒体７
内方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。

【００１８】１５は気化ポット１内に備えられた接触手
段で、保持筒１３下部で気化ポット１上端に嵌合する大
径部分に絶縁部１６を介して取り付けられ、温度センサ
１４のリード線１７が結線されたバネ性を有する接触片
１８と、前記保持筒１３を気化ポット１に嵌合すること
で接触片１８と接触するように、気化ポット１底部より
突出した電極１９とより構成され、更にこの電極１９は
外周を絶縁碍子２０で被覆され、気化ポット１底部を貫
通して備えられ、予め電極１９を鋳込むことでシール性
を良好とすることが出来るものである。

【００１９】２１は本体枠２２内の仕切板２３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２４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２５が備えられ、
燃焼室２４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。

【００２０】２６は燃焼室２４での燃焼後の燃焼ガスが
流通する流通路で、該燃焼室２４内まで突出した触媒体
７側壁から、断熱材２５下方を通り該断熱材２５と燃焼
筒２１の内壁との間隔を上昇し、該燃焼筒２１上端の放
出孔２７より燃焼ガスを放出するように形成されてい
る。

【００２１】２８は燃焼筒２１後方の本体枠２２背面に
備えられた対流ファンで、燃焼筒２１上端より放出され
る燃焼ガスを室内空気と共に本体枠２２前面下方に備え
た吹出口２９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。

【００２２】３０は燃焼筒２１上端から吹出口２９まで
の仕切枠３１との間を、対流ファン２８の送風が通る温
風路３２と、冷却空気が通る冷却路３３とに仕切る遮熱
板である。

【００２３】３４は流通路２６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。

【００２４】３５は断熱材２５を貫通し燃焼室２４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。

【００２５】３６は燃焼筒２１下部を密閉するパッキン
材、３７は対流ファン２８のファンカバ−、３８は気化
ポット１のバ−ナカバ−である。

【００２６】又３９は本体枠２２上部に備えられた操作
部、４０はカ−トリッジタンク（図示せず）を本体枠２
２内に出し入れする為のタンク蓋、４１は把手、４２は
下皿である。

【００２７】次に図７に示す電気回路図について説明す
る。４３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４４及び、希望する
室温を設定する為の室温設定手段４５及び、室温を検知
する室温センサ４６及びフレ−ムロッド３５が接続され
ている。

【００２８】更にマイコン４３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２８及びイグナイ
タ等の着火手段４７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。

【００２９】４８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４９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５０と、該判定
回路５０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５１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４９の駆動パルスを出力するパルス設定回
路５２とから構成されている。

【００３０】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４４がこれを
検知しマイコン４３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４３
からの出力で電磁ポンプ４９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。

【００３１】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５２から供給される駆動
パルスは最大となって、電磁ポンプ４９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２４で着火手段４７
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。

【００３２】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５
０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５１からの基準電圧との偏差値が小さくなって、電
磁ポンプ４９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。

【００３３】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２４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。

【００３４】従ってこの燃焼後の燃焼ガスは、流通路２
６を通り燃焼筒２１上方より放出され、対流ファン２８
よりの送風で吹出口２９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。

【００３５】一方燃焼室２４で気相燃焼した後の燃焼ガ
スは流通路２６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２６に突
出した加熱リング３４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。

【００３６】従って縦断面逆Ｕ字状の断熱材２５による
燃焼室２４と、これに連通する流通路２６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。

【００３７】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５０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５２は電磁ポンプ４９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。

【００３８】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４８の電磁ポンプ４９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。

【００３９】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。

【００４０】更に温度センサ１４のリード線１７は、比
較的温度が低い気化ポット１内の接触手段１５を介して
気化ポット１外に取り出され制御回路４８に接続される
ので、リード線１７が焼損する心配がなく、又気化ポッ
ト１を貫通するのは、リード線１７自体でなく、外周に
絶縁碍子２０が被覆された電極１９で気化ポット１に鋳
込むことも出来、シールも容易であることから、ここか
ら燃焼ガスが漏れるもともなく、しかも触媒体７を保持
した保持筒１３を気化ポット１に嵌合するだけで、接触
片１８と電極１９とが接触し組み付けも容易であると言
う利点も有するものである。

【００４１】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４５の設定温度と室温センサ４６から
の現在室温とをマイコン４３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４９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。

【００４２】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。

【００４３】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。

【００４４】又触媒体７上端を燃焼室２４内に突出する
ことで、断熱材２５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。

【００４５】尚この一実施例では、マイコン４３と制御
回路４８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。

【００４６】又ここでは石油ファンヒータを実施例とし
て説明したが、その他ガスファンヒータや石油、ガスの
給湯機でも良く、同様な効果を有するものである。

【００４７】

【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、前記触媒体の温度を検知しこ
の検知温度に応じて空気比を制御して触媒体温度を所定
の一定温度に保持する温度センサとを備え、更にこの温
度センサのリード線の取り出しは、混合気供給手段内に
備えられた接触手段を介して行われるものであるから、
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、更に温度センサのリード線の取り出しも、リード線
が焼損したり燃焼ガスの漏れを発生するような心配がな
く、容易に取り出すことが出来、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 １５ 接触手段 １７ リード線 １８ 接触片 １９ 電極 ２４ 燃焼室

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、前記触媒体の温度を検知しこの検知温度に応じて
   空気比を制御して触媒体温度を所定の一定温度に保持す
   る温度センサとを備え、更にこの温度センサのリード線
   の取り出しは、混合気供給手段内に備えられた接触手段
   を介して行われる事を特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】 上記接触手段は、触媒体を保持する保持
   筒に備えられた接触片と、この保持筒を混合気供給手段
   に装着した時に接触するように該混合気供給手段内に突
   出された電極とで構成した事を特徴とする請求項１記載
   の触媒燃焼装置。