JPH1151310A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応し難いメタンを主成分とする燃料の触媒
燃焼時に、触媒体の活性が悪い領域の温度が低下し、そ
の周囲の温度の低下を引き起こし、最後には触媒体全体
の反応性が悪くなる触媒燃焼装置において、メタン主成
分の燃料ガスを使用した場合でも、安定な燃焼状態で排
気ガス特性が良好な触媒燃焼装置を提供することを目的
とする。 【解決手段】 燃料を供給する燃料供給バルブ１、燃焼
用の空気を供給する空気供給バルブ２、燃料と空気とを
混合して混合ガスを作る予混合室３、その混合ガスを触
媒燃焼する、多孔質体で構成された触媒体１０、触媒体
１０を収納する第１の燃焼室１１、混合室１３、混合室
１３に別の燃焼用の空気を供給する第２の空気供給バル
ブ１２、多孔質体で構成された第２の触媒体１４を収納
する第２の燃焼室１５を備えた触媒燃焼装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体燃料または液
体燃料を触媒燃焼させ、発生した熱や排気ガスを利用
し、加熱や暖房、乾燥などを行うことを目的とする排気
ガス特性が良好な触媒燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気体燃料や液体燃料を触媒燃焼さ
せて加熱や暖房、乾燥などを行う触媒燃焼装置は、図７
に示したような構成が一般的であった。

【０００３】その構成について図７を用いて説明する。
図７において、１の燃料供給バルブから供給された燃料
ガスは、２の空気供給バルブより供給された空気と予混
合室３で混合され予混合気として予熱バーナ４に送られ
る。その予混合気は、点火装置５により点火され、予熱
バーナ４に火炎を形成する。火炎により生じた高温の排
気ガスは、燃焼室６内に設けられた触媒体７を加熱しな
がら通過し、排気口８より排出される。触媒体７が昇温
され活性を有する温度となれば、一旦燃料供給バルブ１
により燃料の供給を停止し消炎する。その後直ちに燃料
を再供給することにより、触媒燃焼を開始する。触媒体
は高温状態となり、触媒体上流面に対向する位置に設け
れられたガラス９を通して輻射放熱し、また排気口８よ
り高温の排気ガスとして放熱することで加熱や暖房を行
っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の触媒
燃焼装置において、燃焼用触媒として一般的にはPtやPd
が用いられており、Ptは耐熱性に優れ、Pdは低温反応性
に優れていることが知られている。安定な分子構造を有
し、酸化反応し難い物質であるメタンを主成分とする燃
料を用いて触媒燃焼させる場合、触媒は低温での反応性
に優れるPdを主成分とした触媒を用いることが多い。

【０００５】しかし、Pdは温度や周りの酸素の状態など
によって酸化や還元を行い易く PdOとの間で解離を起こ
す。一般に、この解離温度は約 800℃である。

【０００６】ところが、触媒燃焼で生じた燃焼熱を輻射
熱としてできるだけ有効に利用するためには、触媒体温
度は、触媒の耐熱限界以下で、できるだけ高い状態とす
ることが必要である。触媒体の耐熱限界温度が約 850℃
であるため、触媒体の使用温度帯は800℃前後となる。

【０００７】従って、この温度帯で触媒体を使用する
と、触媒体には解離温度より高い領域と低い領域が存在
するため、PdとPdOが混在した触媒体となり、PdとPdOと
の活性の違いから触媒活性が良好な領域とそうでない領
域が混在する不安定な状態の触媒体となる。

【０００８】このため、反応し難いメタン主成分の燃料
を使用すれば、触媒体上の触媒活性が悪い領域では触媒
体の温度の低下が生じ、その周囲部の温度低下をも引き
起こす。この現象が繰り返されること で、最後には触
媒体全体で反応性が悪くなり、燃焼が停止してしまうと
いう問題点があった。

【０００９】また、従来の触媒燃焼装置では、触媒燃焼
させることにより触媒体表面からの直接的な輻射や高温
の排気ガス、触媒燃焼装置表面からの放熱などを利用
し、加熱や暖房、乾燥などを行っていた。しかし、この
方法では特定の場所や物だけを局所的に加熱したり暖め
たりしようとすると、被加熱物以外への放熱が大きくな
り、熱交換効率の悪い触媒燃焼装置となってしまうとい
う課題があった。

【００１０】更に、燃焼ガスの顕熱をフィンチューフ゛などの熱
交換器で熱交換させる場合、熱交換器を触媒体の上方に
設置すれば、燃焼装置立ち上げ時には燃焼熱が燃焼装置
自体の昇温に奪われるので排気ガス温度はあまり高くな
らないので、熱交換器上で結露水が生じ触媒体を濡らす
可能性があった。触媒体が結露水で濡れると、温度が下
がり触媒反応が低下して局所的に反応特性が低下する可
能性がある。また、熱交換器上で結露させることができ
ないため、積極的な熱交換ができず燃焼ガス中の潜熱は
回収せずに排気損失として排出しなければならなかっ
た。

【００１１】そこで、本発明は、このような課題を考慮
して、Pd触媒を主成分とした触媒体を用いた触媒燃焼装
置において、メタン主成分の燃料ガスを使用した場合で
も、安定な燃焼状態で排気ガス特性が良好な触媒燃焼装
置を得ることを目的とする。

【００１２】また、本発明は、熱媒体を用いて燃焼熱を
熱交換させるもので、被加熱物以外への熱損失を極力抑
え、熱交換効率が高く、かつコンパクトな触媒燃焼装置
を実現することを目的とする。

【００１３】更に、本発明は、熱交換器の上方に燃焼室
を設け、熱交換器上で生じた結露水を触媒燃焼装置外に
排出することで、結露水による燃焼特性の局所的な乱れ
を防ぎ、安定した燃焼状態を継続することを目的とする
ものである。また同時に、燃焼ガス中の潜熱回収によ
り、熱交換効率の非常に高い触媒燃焼装置を実現するこ
とを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
の請求項１に記載の本発明は、燃料を供給する燃料供給
部と、燃焼用の空気を供給する第１の空気供給部と、前
記燃料供給部から供給される燃料と前記第１の空気供給
部から供給される空気とを混合して混合ガスを作る予混
合室と、その予混合室で作られた混合ガスを燃焼する、
多孔質体で構成された第１の触媒体と、その第１の触媒
体と前記混合ガスを着火する着火部とを収納する第１の
燃焼室と、その第１の燃焼室の下流側に設けられた混合
室と、その混合室に別の燃焼用の空気を供給する第２の
空気供給部と、前記混合室の下流側に設けられ、多孔質
体で構成された第２の触媒体を収納する第２の燃焼室と
を備え、前記燃料はメタンを主成分とし、前記第１の触
媒体はPd触媒を主成分とし、前記燃料供給部と前記第１
の空気供給部は、前記予混合室における空気比が１未満
になるように、それぞれ燃料と空気とを供給し、前記第
２の空気供給部は、前記混合室における空気比が１以上
になるように、空気を供給することを特徴とする触媒燃
焼装置である。

【００１５】請求項２の本発明は、燃料を供給する燃料
供給部と、燃焼用の空気を供給する空気供給部と、前記
燃料供給部から供給される燃料と前記空気供給部から供
給される空気とを混合して混合ガスを作る予混合室と、
その混合ガスを触媒燃焼する、多孔質体で構成された板
状の触媒体と、前記予混合室の下流側に設けられ、前記
板状の触媒体を収納し、その触媒体の両面の内のどちら
か一方の面に対向して配置される第１の輻射受熱部を側
壁の一部とする燃焼室とを備えたことを特徴とする触媒
燃焼装置である。

【００１６】なお、前記第１の輻射受熱部は、熱媒体流
路を密着又は内蔵しているとしてもよい。

【００１７】また、前記燃焼室は、前記触媒体の両面の
内のもう一方の面に対抗して配置される第２の輻射受熱
部を側壁の一部とするとしてもよい。

【００１８】また、前記第２の輻射受熱部は、熱媒体流
路を密着又は内蔵しているとしてもよい。

【００１９】また、前記燃焼室の出口に、多孔質体で構
成された板状の第２の触媒体が具備されているとしても
よい。

【００２０】また、前記燃焼室内部の前記第１の輻射受
熱部の表面に輻射吸収層が設けられているとしてもよ
い。

【００２１】また、前記燃焼室内部の前記第２の輻射受
熱部の表面に輻射吸収層が設けられているとしてもよ
い。

【００２２】また、前記触媒燃焼装置は、更に、前記燃
焼室の下流側に設けられた熱交換部を備え、前記燃焼室
は、前記熱交換部の上に位置するとしてもよい。

【００２３】請求項１０の本発明は、燃料を供給する燃
料供給部と、燃焼用の空気を供給する空気供給部と、前
記燃料供給部から供給される燃料と前記空気供給部から
供給される空気とを混合して混合ガスを作る予混合室
と、その混合ガスを触媒燃焼する触媒体と、その触媒体
を収納する燃焼室と、その燃焼室の下流側に配置された
熱交換部とを備え、前記熱交換部から排出される排気の
温度がその熱交換器の露点温度以下であることを特徴と
する触媒燃焼装置である。

【００２４】次に、以下の如く本発明の作用の例を示
す。

【００２５】２段の触媒体を設けた触媒燃焼装置におい
て、Pd触媒を主成分とする第１の触媒体を有する第１の
燃焼室で燃料と空気の混合割合を空気比１未満として触
媒燃焼させる。空気比１未満では、供給した燃料を完全
燃焼させるのに必要な量の空気が存在せず、供給された
空気中の酸素はすべて燃料の燃焼に用いられる。そのた
め、PdのPdOへの酸化に使用できる酸素は存在せず、Pd
触媒はPdOに変わることはなく、安定した触媒状態を維
持して、安定した燃焼状態を継続することができる。

【００２６】しかし、空気比を１未満で触媒燃焼させる
と、燃料供給量に対して空気供給量（酸素量）が不足し
ているため、燃料ガス中の未燃焼成分が第１の触媒体よ
り排出される。

【００２７】そこで、第１の燃焼室の下流に混合室を設
け、新たな空気を供給し未燃焼の燃料ガスと混合して空
気比１以上の状態にする。そして、混合室の下流に設け
た第２の燃焼室内の第２の触媒体で触媒燃焼させれば、
未燃焼成分を燃焼させることができ、排気ガス特性が良
好な触媒燃焼装置を得ることができる。

【００２８】また、一般に触媒燃焼装置は触媒体の上流
部が最も高温状態となる条件で燃焼させ、高温の触媒体
上流面からの多量の輻射放熱を利用する。

【００２９】そこで、見かけの触媒体表面積が広い板状
の触媒体を用い、その触媒体に対向する位置に輻射受熱
部を設ければ、触媒体表面からの多量の輻射伝熱を輻射
受熱部で受熱することができる。受熱した輻射受熱部に
は熱媒体の流路が密着あるいは内蔵されているので熱媒
体流路に伝熱し、さらに流路内の熱媒体と熱交換を行
う。

【００３０】ここで、輻射受熱部への伝熱は、輻射伝熱
であるため、触媒体全体から均一に熱を奪うことができ
る。そのため、触媒体の一部から直接熱伝導により燃焼
熱を奪う時に生じる温度むらができないので、安定した
燃焼状態を維持したまま触媒体上の多量の燃焼熱を熱媒
体に伝えることができる。また、輻射受熱部による積極
的な熱交換により、触媒体の最高温度部である上流面の
温度を下げることができるので、触媒体を耐熱限界温度
まで上昇させずに燃焼量を大きくすることができる。よ
って、熱媒体を用いて熱交換を行う触媒燃焼装置をコン
パクトに実現できる。

【００３１】さらに、板状の触媒体の両面に対向させて
第１及び第２の輻射受熱部を設ければ、触媒体の両面か
らの輻射を第１及び第２の輻射受熱部で捉え、熱交換さ
せると同時に、触媒燃焼装置外壁を第１及び第２の輻射
受熱部で構成することになるので、触媒燃焼装置外壁の
温度を低く保つことができる。そのため、触媒燃焼装置
外壁からの自然対流放熱や輻射放熱による放熱損失を少
なくすることができ、熱交換効率を高くすることができ
る。

【００３２】また、触媒体の第２の輻射受熱部への放熱
により、それと対向する側の触媒体の温度が下がり、触
媒体内の熱伝導により第１の輻射受熱部と対向する側の
触媒体の温度も下がるので、燃焼量をさらに大きくする
ことができる。したがって、熱交換効率の高い触媒燃焼
装置をさらにコンパクトに実現することができる。

【００３３】また、燃焼室の下流側に第２の触媒体を設
ければ、第２の触媒体からの輻射熱も輻射受熱部で受熱
することができるので、触媒燃焼装置としてさらに熱交
換効率を高めることができる。同時に、第１の触媒体か
ら若干排出される未燃焼成分を燃焼させ、排気ガス特性
の良好な触媒燃焼装置を実現できる。

【００３４】さらに、輻射受熱部の表面に輻射吸収層を
設ければ、触媒体表面からの輻射を非常に効率良く輻射
受熱部で受熱することができるので、熱交換効率をさら
に高めることができる。

【００３５】触媒体で生じた燃焼ガス中の顕熱を回収す
るための熱交換部の上に触媒体を配置すれば、たとえ何
らかの条件で熱交換部上に結露水が生じても、結露水は
熱交換部から排気方向である下方へ落下し触媒燃焼装置
の外部に排出される。

【００３６】よって、触媒体を濡らして燃焼状態を乱す
ことはなく、安定した燃焼状態を維持することができ
る。ここで、火炎燃焼の場合には燃焼ガス中に NOXが含
まれるので、結露水のpH値は3以下であるが、触媒燃焼
の場合にはNOXはほとんど含まれないので結露水中には
燃焼ガス中のCO₂やH₂Oの溶解成分以外はほとんど含まれ
ていない。したがって、pH 6であり、熱交換器が結露水
により腐食されることもない。

【００３７】これにより、積極的な熱交換を行い、燃焼
ガス中の潜熱を回収することが可能となるので、熱交換
効率の非常に高い触媒燃焼装置を実現できる。

【００３８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。

【００３９】本発明の第１の実施の形態である触媒燃焼
装置について、その構成図である図１を参照しながら説
明する。燃料ガス供給量を制御する燃料供給バルブ１
と、空気供給量を制御する空気供給バルブ２があり予混
合室３と接続している。予混合室３の下流には予熱バー
ナ４があり、多孔質体であるセラミックハニカムを基体
としてPdを主成分とする触媒を担持した第１の触媒体１
０へと続いている。第１の触媒体１０の下流には、第２
の空気供給バルブ１２を有している混合室１３があり、
第２の燃焼室１５へと繋がり、さらに排気口８へと続い
ている。また、第２の燃焼室１５には第２の触媒体１４
が設けられ、第１の触媒体１０の上流面の対向する位置
にはガラス９が設置されている。

【００４０】上記構成において、燃料供給バルブ１と空
気供給バルブ２から供給された燃料ガスと空気は予混合
室３で混合され予熱バーナ４に供給される。予熱バーナ
４近傍の点火装置５により、予熱バーナ４に火炎が形成
され、火炎より生じる高温の排気ガスにより第１の触媒
体１０は昇温される。第１の触媒体１０が活性を有する
温度となれば、燃料供給バルブ１により一旦燃料ガスの
供給を停止し消炎させる。その後直ちに、燃料供給バル
ブ１により燃料ガスを供給することにより第１の触媒体
１０で触媒燃焼を開始する。

【００４１】このとき、燃料供給バルブ１と空気供給バ
ルブ２により空気比 1.0未満になるように燃料ガス量と
空気量とを調整する。更に、第２の空気供給バルブによ
り、第２の燃焼室で空気比 1.0以上になるように空気を
供給する。

【００４２】第１の触媒体１０では、予混合ガスは空気
比 1.0未満であるので、予混合ガス中の酸素は燃料ガス
の酸化反応にすべて使用されるので、第１の触媒体上の
Pd触媒が PdOに解離するための酸素は存在せず、第１の
触媒体１０はPd触媒だけが存在するため、触媒体温度が
Pdの解離温度である 800℃前後でも安定した触媒燃焼を
行うことができる。

【００４３】また、第１の触媒体１０から排出された高
温の燃焼ガスにより、第２の触媒体１４は昇温されて触
媒活性を有する温度となっている。ここで、混合室１３
で第１の触媒体１０からの未燃焼成分を含んだ燃焼ガス
に第２の空気供給バルブ１２により空気比 1.0以上にな
るように空気を供給して混合し、第２の燃焼室１５に供
給すると、第２の触媒体１４で未燃焼成分は燃焼して、
未燃焼成分の含まない排気ガスとして排気口８より排出
される。

【００４４】このように、メタンを主成分とした燃料を
使用した場合でも、安定した触媒燃焼を行い排気ガス特
性が良好な触媒燃焼装置を実現できる。

【００４５】本発明の第２の実施の形態である触媒燃焼
装置について、その構成図である図２を参照しながら説
明する。燃料ガス供給量を制御する燃料供給バルブ１
と、空気供給量を制御する空気供給バルブ２があり予混
合室３と接続している。予混合室３の下流には予熱バー
ナ４が、さらに下流には見かけの表面積が広い板状のセ
ラミックハニカムを基体とする触媒体７が設けられ、排
気口８へと続いている。触媒体７の上流面に対向する位
置には熱媒体流路１６を密着した輻射受熱板１７を設け
ている。

【００４６】上記構成において、燃料供給バルブ１より
供給された燃料ガスと空気供給バルブ２から供給された
空気は予混合室３で混合され予熱バーナ４に供給され
る。予熱バーナ４近傍の点火装置５により、予熱バーナ
４に火炎が形成され、火炎より生じる高温の排気ガスに
より触媒体７は昇温される。この時、熱媒体流路１６に
は熱媒体を流しておく。触媒体７が活性を有する温度と
なれば、燃料供給バルブ１により一旦燃料ガスの供給を
停止し消炎させる。その後直ちに、燃料供給バルブ１に
より燃料ガスを供給することにより触媒体７で触媒燃焼
を開始する。

【００４７】熱媒体は、熱媒体流路１６を通過する間に
多量の熱を受け取り昇温され高温の熱媒体となる。この
熱媒体を利用すれば、特定の物や場所だけを加熱したり
暖房したりすることができる。例えば、熱媒体を水とし
て直接利用すれば給湯器の実現が可能であり、また床下
に巡らした配管に熱媒体を流せば床暖房として利用する
ことができる。

【００４８】触媒燃焼時には、板状の触媒体７の上流面
は、燃焼熱により 800℃〜 850℃の高温状態となってお
り、触媒体７の上流面からは多量に輻射放熱している。
触媒体７上流面の対向した位置には輻射受熱板１７を設
置しているので、輻射受熱板１７は触媒体７からの多量
の輻射を受熱している。輻射受熱板１７には熱媒体流路
１６が密着され熱媒体が流されているので、輻射受熱板
１７が受け取った熱量は熱伝導により熱媒体に伝熱さ
れ、熱媒体は昇温する。

【００４９】ここで、本構成では、触媒７から輻射受熱
板１７への伝熱は輻射により行われているため、触媒体
７表面全体から均一に熱を奪うことができるため、たと
え多量に熱を奪ったとしても触媒体７の表面は均一な温
度となっている。もし、触媒体７の熱を直接的に熱伝導
で伝熱させるならば、熱を奪う部分の近傍の触媒温度が
低下し、触媒体７上で温度むらができて燃焼状態が不安
定になる可能性が生じる。

【００５０】よって、輻射受熱板１７を用いたことによ
り、触媒体の燃焼状態を乱すことなく熱媒体に燃焼熱を
伝熱することができる。

【００５１】また、上記のように触媒体７上流面からの
輻射熱は、ほとんど熱媒体に伝熱されるので、受熱部の
輻射受熱板１７は低い温度となっている。したがって、
触媒体７は上流面から多量の燃焼熱を輻射放熱すること
になり、触媒体７上流面の温度が低下する。触媒燃焼時
には触媒体７の上流部の温度が最も高くなっているの
で、多量の輻射放熱により触媒体７の最高温度が下がる
ことになる。

【００５２】このため、燃焼量を大きくしても、触媒体
７が耐熱限界温度まで昇温し難くなるので、燃焼量を増
やすことができ、燃焼量に対してコンパクトな触媒燃焼
装置を実現することができる。

【００５３】本発明の第３の実施の形態である触媒燃焼
装置について、その構成図である図３を参照しながら説
明する。本実施の形態における触媒燃焼装置は、触媒体
７の下流面の対向する位置にも熱媒体流路１８を密着さ
せた輻射受熱板１９を備えている。

【００５４】触媒燃焼時には、触媒体７の下流面も高温
状態となっているので、この触媒体７下流面からの輻射
を受ける位置に輻射受熱板１９を設けることで、触媒体
７下流面からの輻射放熱も熱媒体と熱交換させる事がで
き、触媒燃焼装置としての熱交換効率を高くすることが
できる。また、この熱交換によって触媒体７下流面の温
度の低下するので、触媒体７の上流面の温度も低下す
る。したがって、さらに燃焼量を増やすことができるた
め、さらにコンパクトな触媒燃焼装置が可能となる。

【００５５】また、輻射受熱板１７と１９は燃焼室６の
壁を構成している上、触媒体７での燃焼熱はほとんど熱
媒体と熱交換されるので、燃焼室６の壁温はあまり上が
らない。そのため、触媒燃焼装置壁からの自然対流熱伝
達や輻射による放熱損失がほとんど存在しないため、熱
交換効率を高くすることができる。

【００５６】本発明の第４の実施の形態である触媒燃焼
装置について、その構成図である図４を参照しながら説
明する。本実施の形態における触媒燃焼装置は、板状セ
ラミックハニカムを基体とする第１の触媒体２０と輻射
受熱板１９の下流に板状のセラミックハニカムを基体と
する第２の触媒体１４とを備えている。

【００５７】触媒燃焼時には第１の触媒体２０からの高
温の排気ガスにより、第２の触媒体１４は昇温され触媒
活性を有する温度となっている。したがって、第１の触
媒体２０からの燃焼ガスに含まれる若干の未燃焼成分は
第２の触媒体１４で完全燃焼し、未燃焼成分を含まない
排気ガスとして排気口８より排出される。

【００５８】この時、第２の触媒体１４の上流面も第１
の触媒体２０からの燃焼ガスと第２の触媒体１４での燃
焼熱により高温状態となっており、第２の触媒体１４の
上流面から輻射による放熱が行われている。

【００５９】ところで、第２の触媒体１４の上流側には
輻射受熱板１９が設けられているので、第２の触媒体１
４の上流面からの輻射は輻射受熱板１９で受熱され、熱
媒体と熱交換される。

【００６０】これにより、第１の触媒体２０の上流面と
下流面、さらに第２の触媒体１４の上流面からの輻射放
熱を熱媒体と熱交換する事ができるので、非常に熱交換
効率の高い触媒燃焼装置を実現することができる。

【００６１】本発明の第５の実施の形態である触媒燃焼
装置について、その構成図である図５を参照しながら説
明する。本実施の形態における触媒燃焼装置は、輻射受
熱板１７の内側表面に黒色塗料を塗装した高輻射吸収層
２１を備えている。

【００６２】黒色塗料の輻射係数は0.9〜1.0であるの
で、触媒体７上流面からの輻射は非常に効率よく高輻射
吸収層２１で受熱され、輻射受熱板１７に伝熱され熱媒
体と熱交換される。従って、熱交換効率を向上させるこ
とができる。熱交換効率の向上により、触媒体７上流面
から輻射受熱板１７への伝熱量、つまり触媒体７上流面
からの放熱量が増加するので、触媒体７上流面の温度は
低下する。

【００６３】これにより、耐熱限界温度以下で燃焼量を
大きくすることができるので、触媒燃焼装置をコンパク
トにすることができる。

【００６４】なお、輻射受熱板１７だけでなく燃焼室６
の内面にも高輻射吸収層を設け、輻射受熱板１７との熱
伝導性を高めれば、触媒体７上流面からの輻射放熱を触
媒体７の上流側全面に形成された高輻射吸収層で確実に
受熱して熱媒体と熱交換させることができる。

【００６５】また、高輻射吸収層２１としては、上記の
ような黒色塗料の塗装やメッキなどのように輻射受熱板
１７表面に輻射係数の大きい新たな層を形成しても良い
し、サント゛フ゛ラストなどにより輻射受熱板表面に細かな凹凸
形状を形成して輻射係数を高めても良い。

【００６６】なお、上記第１から第５の実施の形態にお
いて、点火手段として触媒体（第１の触媒体）の下流側
に点火装置を設置してもよい。この場合、点火時に火炎
は触媒体下流面に形成され、触媒体は火炎により昇温さ
れる。触媒体が活性を有する温度になると自然に触媒燃
焼を開始するが、同時に触媒体下流面の火炎には触媒燃
焼で生じた排気ガスが供給されるので火炎は消炎する。
したがって、点火装置を触媒体の下流側に設置すれば、
燃料供給の制御なしに自然と予熱時の火炎燃焼から触媒
燃焼へ移行させることができる。また、点火装置として
は、セラミックヒータを用いて予混合気を局所的に発火
温度以上にしても良いし、イグナイターを用いて触媒体
フレームや触媒燃焼装置壁などにスパークさせる方式を
用いても良い。

【００６７】また、上記第１から第５の実施の形態にお
いて、触媒体７又は第２の触媒体１４の下流に排気ガス
中の顕熱を回収するフィンチューフ゛タイプなどの熱交換器を設
置し熱媒体を流し排熱回収すれば、さらに熱交換効率を
高めることができる。

【００６８】本発明の第６の実施の形態である触媒燃焼
装置について、その構成図である図６を参照しながら説
明する。触媒体７の上流面に対向する位置には、熱媒体
流路１６を備えた輻射受熱板１７があり、触媒体７の下
方向には熱媒体を流すことができるフィンチューフ゛タイプの熱
交換器２２を設置している。

【００６９】ここで、触媒燃焼は排ガス中にＮＯｘがほ
とんど含まれいないことが知られている。このために、
排ガスを凝縮した場合、火炎燃焼の場合には凝縮水のｐ
Ｈが３より小さくなることに対し、触媒燃焼の場合は、
凝縮水中に硝酸がほとんど含まれないために、ｐＨが６
前後の値を示す。したがって、熱交換器２２の表面で燃
焼ガス中に含まれる水分が結露したとしても、触媒燃焼
の場合は、結露水により熱交換器２２の表面が腐食する
ということはない。

【００７０】本実施の形態における触媒燃焼装置は、こ
のことを積極的に利用したもので、熱交換器２２から排
出される排気ガスの温度が熱交換器２２における露点温
度以下になるようにしている。このような構成にする
と、熱交換器２２に流入した燃焼ガスは、熱交換器２２
の表面で熱交換する際、熱交換表面で結露する。前述の
ように、触媒燃焼による燃焼ガスの結露水はｐＨが６前
後であるために、熱交換器２２の表面に結露水が付着し
ても何ら問題がない。このために、触媒燃焼により排出
された燃焼ガスを熱交換器２２で熱交換する場合は、従
来の顕熱交換に加えて、潜熱交換をも行うことも可能と
なるので、熱交換効率を従来の火炎燃焼方式に比べて向
上することができる。

【００７１】上記の効果を有する触媒燃焼装置の動作を
図６を参照しながら説明する。

【００７２】触媒体７で生じた燃焼ガスは熱交換器２２
に入り、熱交換されて下方に排出される。熱交換器２２
上で結露水が生じても、重力に従い燃焼ガスの排出方向
である下方に落下するので、熱交換器２２の上方にある
触媒体７の燃焼状態に影響を与えない。よって、熱交換
器２２で積極的に熱交換を行い、燃焼ガス中の H₂Oの潜
熱も熱交換することができる。また、触媒体７の上流側
では輻射受熱板１７により、触媒体上流面からの輻射熱
を熱交換しているので、触媒燃焼装置全体として熱交換
効率の非常に高い触媒燃焼装置を実現できる。

【００７３】なお、熱交換器２２の下方に、結露水を集
め排出するドレンの流路を設けても良い。

【００７４】

【発明の効果】以上のことから明らかなように、本発明
のメタンを主成分とする燃料ガスを使用する触媒燃焼装
置において、触媒体を２段構成として、上流側の触媒体
はPdを主成分とし、1.0 よりも小さい空気比の燃料と空
気を供給して触媒燃焼させ、下流側の触媒体では 1.0以
上の空気比になるように新たに空気を供給して触媒燃焼
させることで、安定した燃焼状態を継続する排気ガス特
性が良好な触媒燃焼装置を実現できる。

【００７５】また、板状の触媒体を用いて、触媒体表面
からの多量の輻射熱を熱媒体流路を設けた輻射受熱板で
受け取り熱媒体と熱交換させることで、熱交換効率の高
い触媒燃焼装置をコンパクトに実現できる。さらに、熱
媒体を用いたことで、特定の場所や物だけを効率よく加
熱したり暖めたりする触媒燃焼装置を実現できる。

【００７６】さらに、熱交換器の上に触媒体を配置すれ
ば、結露水が生じても安定した燃焼状態を維持すること
ができ、さらに積極的に熱交換すれば熱交換器によって
燃焼ガス中の H₂Oの潜熱も回収でき、熱交換効率が非常
に高い触媒燃焼装置を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態である触媒燃焼装置
の構成図

【図２】本発明の第２の実施の形態である触媒燃焼装置
の構成図

【図３】本発明の第３の実施の形態である触媒燃焼装置
の構成図

【図４】本発明の第４の実施の形態である触媒燃焼装置
の構成図

【図５】本発明の第４の実施の形態である触媒燃焼装置
の構成図

【図６】本発明の第５の実施の形態である触媒燃焼装置
の構成図

【図７】従来の触媒燃焼装置の構成図

【符号の説明】

７ 触媒体 １０ 第１の触媒体 １１ 第１の燃焼室 １２ 第２の空気供給バルブ １３ 混合室 １４ 第２の触媒体 １５ 第２の燃焼室 １６ 熱媒体流路 １７ 輻射受熱板 １８ 熱媒体流路 １９ 輻射受熱板 ２０ 第１の触媒体 ２１ 高輻射吸収層 ２２ 熱交換器

フロントページの続き (72)発明者 川崎 良隆 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 次郎 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 (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を供給する燃料供給部と、 燃焼用の空気を供給する第１の空気供給部と、 前記燃料供給部から供給される燃料と前記第１の空気供
   給部から供給される空気とを混合して混合ガスを作る予
   混合室と、 その予混合室で作られた混合ガスを燃焼する、多孔質体
   で構成された第１の触媒体と、 その第１の触媒体と前記混合ガスを着火する着火部とを
   収納する第１の燃焼室と、 その第１の燃焼室の下流側に設けられた混合室と、 その混合室に別の燃焼用の空気を供給する第２の空気供
   給部と、 前記混合室の下流側に設けられ、多孔質体で構成された
   第２の触媒体を収納する第２の燃焼室とを備え、 前記燃料はメタンを主成分とし、 前記第１の触媒体はPd触媒を主成分とし、 前記燃料供給部と前記第１の空気供給部は、前記予混合
   室における空気比が１未満になるように、それぞれ燃料
   と空気とを供給し、 前記第２の空気供給部は、前記混合室における空気比が
   １以上になるように、空気を供給することを特徴とする
   触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】 燃料を供給する燃料供給部と、 燃焼用の空気を供給する空気供給部と、 前記燃料供給部から供給される燃料と前記空気供給部か
   ら供給される空気とを混合して混合ガスを作る予混合室
   と、 その混合ガスを触媒燃焼する、多孔質体で構成された板
   状の触媒体と、 前記予混合室の下流側に設けられ、前記板状の触媒体を
   収納し、その触媒体の両面の内のどちらか一方の面に対
   向して配置される第１の輻射受熱部を側壁の一部とする
   燃焼室とを備えたことを特徴とする触媒燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記第１の輻射受熱部は、熱媒体流路を
   密着又は内蔵していることを特徴とする請求項２記載の
   触媒燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記燃焼室は、前記触媒体の両面の内の
   もう一方の面に対抗して配置される第２の輻射受熱部を
   側壁の一部とすることを特徴とする請求項２記載の触媒
   燃焼装置。
5. 【請求項５】 前記第２の輻射受熱部は、熱媒体流路を
   密着又は内蔵していることを特徴とする請求項４記載の
   触媒燃焼装置。
6. 【請求項６】 前記燃焼室の出口に、多孔質体で構成さ
   れた板状の第２の触媒体が具備されていることを特徴と
   する請求項４又は５記載の触媒燃焼装置。
7. 【請求項７】 前記燃焼室内部の前記第１の輻射受熱部
   の表面に輻射吸収層が設けられていることを特徴とする
   請求項２から６のいずれかに記載の触媒燃焼装置。
8. 【請求項８】 前記燃焼室内部の前記第２の輻射受熱部
   の表面に輻射吸収層が設けられていることを特徴とする
   請求項４、５又は６記載の触媒燃焼装置。
9. 【請求項９】 前記触媒燃焼装置は、更に、前記燃焼室
   の下流側に設けられた熱交換部を備え、 前記燃焼室は、前記熱交換部の上に位置することを特徴
   とする請求項２又は３記載の触媒燃焼装置。
10. 【請求項１０】 燃料を供給する燃料供給部と、 燃焼用の空気を供給する空気供給部と、 前記燃料供給部から供給される燃料と前記空気供給部か
    ら供給される空気とを混合して混合ガスを作る予混合室
    と、 その混合ガスを触媒燃焼する触媒体と、 その触媒体を収納する燃焼室と、 その燃焼室の下流側に配置された熱交換部とを備え、 前記熱交換部から排出される排気の温度がその熱交換器
    の露点温度以下であることを特徴とする触媒燃焼装置。