JPS60142111A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、触媒燃焼熱を熱源とする一般家庭用の触媒燃
焼装置に関するものである。

（従来例の構成とその問題点） 従来、ブタン、ゾロパン、メタン、水素等の常温で気体
である燃料、および灯油、べ／ソン、メタノール等の常
温で液体である燃料を、Ｐｔ　、　Ｐｄ等の貴金属を、
グラスファイバー、発泡金属、ノ・二カム状セラミック
等に担持させた触媒上で燃焼させ、これを熱源として利
用する触媒燃焼機器は良く知られている。一般家庭用と
しては暖房用ストーブ、ヘヤカーラ、半田ごて、カイロ
等に応用されている。

１だ、燃焼方式をその空気の取り入れ方法から、（１）
全−次空気式、（２）ブンゼン式、（３）全二次空気式
に分類されるが、触媒燃焼では、ヘヤカーラ、半田ごて
等の加熱室内に触媒を配置する構成のものは全−次空気
式を、まだ暖房用ストーブ等では全二次空気式を使用す
るのが一般的である。

この中で、全−一次空気式の触媒燃焼装置においては、
インゾェクタによって、燃焼に必要で、かつ上置な空気
を吸引する必要がある。通常触媒燃焼では空気過剰率（
理論必要空気量でＣ３Ｉ］８では容積比２３６倍、Ｃ４
Ｈ１ｏでは同じく３０９倍の空気に７・１する過剰率）
　Ｔｎはｍ　＝　１．　Ｏから１２が適正とされている
。しかし、この適性空気過剰率が得られるように触媒燃
焼装置内のインゾェクタと噴射ノズルとの間隔を設定し
ても、未燃焼時と燃焼時とでは空気過剰率が同一にはな
らない。すなわち、通常、触媒担体はクロス状、ハニカ
ム状、発泡体状等に成型し、通常抵抗を小さくしている
ため、未燃焼時は、触媒での圧損も低く、インゾェクタ
も必要捷だはそれ以上の量の空気を吸引できるが、燃焼
を開始すると、燃焼に伴なう気体膨張が触媒担体内で起
こるため、触媒において大きな圧力損失が生じ、しだが
って、インゾェクタで必要な空気の吸引ができない欠点
を有している。特に、グラスファイバーやセラミックフ
ァイバー等のマット状担体の場合、燃焼時にインゾェク
タが吸引する空気量は、未燃焼時にくらべ、８０％ない
し５０％程度に低下する。したがって、燃焼時に空気過
剰率ｍを１０ないし１２の範囲にするためには、未燃焼
時の空気過剰率？ｎを１２ないしＩ５に設定しておく必
要がある。

一方、触媒燃焼の着火性能は、燃料濃度が高いほど、す
なわち、空気過剰率が低い程、高くなる。

したがって、上述のように、未燃焼時、すなわち、着火
時に空気過剰率が高くなることは、その着火性能が低い
ことになり、これも寸だ欠点の１つである。

（発明の目的） 本発明の目的は、従来の欠点を解消し、着火時（以下未
燃焼時という）には空気過剰率を下げて、確実に着火で
きるよう着火性能を高クシ、燃焼時には空気過剰率を適
性値まであげ、完全燃焼させて高い燃焼効率が得られる
ような、触媒燃焼装置を提供することである。

（発明の構成） 本発明の触媒燃焼装置は、燃料貯蔵室と、との燃料貯蔵
室に連設されたバルブ装置と、このバルブ装置に設けら
れた、可動なノズル体と、このノズル体からの噴出気化
燃料ガス流により、燃焼に必曹な空気を吸引するインゾ
ェクタと、前記気化燃料ガスと空気との混合ガスを酸化
反応させる触媒と、この触媒を包含する燃焼室と、この
燃焼室の温度により動作し、前記ノズル体の位石を制御
する感熱応動素子とを備なえ、未燃焼時には燃焼時より
も混合ガス濃度が高くなる第１のノズル体位置と、燃焼
時には未燃焼時よりも混合ガス濃度が低くなる第２のノ
ズル体位置とに、前記ノズル体を、前記感熱応動素子に
よって制御するようにしだもので、これにより未燃焼時
の着火性能と、燃焼時の燃焼効率を高めるようにしたも
のである。

（実施例の説明） 本発明の一実施例を、第１図ないし第４図に基づいて説
明する。

第１図は触媒燃焼装置の要部拡大断面図である。

同図において、Ｊはグロパン、ブタン等のＬＰＧ燃刺を
貯蔵するだめの燃料貯蔵室である。２は焼結セラミック
、焼結金属、多孔性プラスチ、り等からなる気化装置で
、燃料貯蔵室１の隔壁１ｂＫ延設された固定弁座保持部
１ａに固着されたガス流用−調整バルブ固定弁座３（以
下固定弁座という）のガス通路内に配設され、その一端
は、灯芯部利４に連設して、燃料貯蔵室１から燃料が通
過するときの急激な圧力低下により燃料を気化する。灯
芯部月４はプロ・ぐノ、ブタン等の液化燃料を気化装置
２に導びくと々もに、触媒燃焼装置の姿勢とは無関係に
安定し／こ燃桐供給を行なうだめのものであり、多孔性
捷たは繊維状の拐利でできている。

５はガス流晴調整バルブのノズル体で（以下ノズル体と
いう）、固定弁座保持部Ｊａ内に摺動自在に装着され、
固定弁座３側に制御弁６が、他端にはノズル７と側面を
連通ずるガス通路５ａを有する。そして、固定弁座保持
部１ａ、固定弁座３、ノズル体５でバルブ装置を構成し
ている。

気化装置２で気化されだ燃料は、固定弁座３のガス通路
とノズル体５のガス流路５ａを通り、ノズル７から噴出
する。８は燃料貯蔵室１の端部１ｃに保持され／こイン
ゾェクタで、そのベルマウス部８ａに、ノズル体５に設
けられたノズル７が臨んでいる。ノズル７から噴出され
た気化燃料ガスはインク１クタ８によるエノエクタ効果
により、燃焼に必要、かつ十分な空気を吸引する。９は
インゾェクタ８に延設されたガス供給管で、その外周に
捲回され〆ζ触媒１０に混合ガスを供給するガ゛ス供給
口ｌ】が複数個設けられている。インゾェクタ８に吸引
された燃料ガスと空気はガ゛ス供給管９内で十分に混合
されて混合ガスとなり、ガス供給口１１から、触媒１０
に供給される。１２は触媒燃焼を開始するために触媒１
０の一部を加熱する着火ヒータ、１３は空気取入口であ
る。

】４は燃料貯蔵室の端部１ｃに固着された感熱応動素子
の感熱部で、筒伏をなし、その一端は閉塞し、他端は作
動部１５に連通している。作動部１５はベローズからな
っており、内部にはプチルセロノルプ、インプロビルア
ルコール等の１’ｆ　動ＲＷが」」入されており、感熱
部ｊ４の温度受感によって伸縮する。１６は操作枠で、
操作枠】６の一端に設けられた支点１７を中心に回動自
在に軸支され、他端が感熱応動素子の作動部Ｊ５に当接
し、かつ中央部にはノズル体５が貫通している。ノズル
体５はスプリング１８によってインジェクタ８側へ附勢
されており、その附勢は操作枠Ｊ６により受１トめられ
、作動部Ｊ５の伸縮によって、ノズル７とべに７９７部
８ａの間隔が変化する。１９９−１゜触媒］０、感熱部
１４等を収容する燃焼室、２０は燃焼熱により被加熱物
を加熱し、かつ燃焼室１９を覆う加熱体である。

以−Ｌのような構成の触媒燃焼装置の動作について説明
する。

着火時、すなわち未燃焼時は、ノズル７とインゾェクタ
８のベルマウス部８ａは最小間隔に保持されており、そ
の寸法は、本実施例においては１−以下になるように設
定されている。しだがって、ノズル７からの燃焼ガスの
噴射によるインゾェクタ８の空気の吸引は少ないので、
空気過剰率は低く、混合ガスのガス濃度は高くなる。こ
の状態で着火ヒータ１２で着火すると、容易に着火する
ことができる。

第２図は触媒による定常燃焼時の触媒燃焼装置の状態を
示す断面図である。

同図において、着火して触媒燃焼を開始すると感熱応動
素子の感熱部１４の温度が上昇し、作動部１５が伸張し
て、操作枠１６を押し下げる。この作用によりノズル体
５は後退してノズル７とベルマウス部８ａとの間隔は大
きくなって、インゾェクタ８への空気は通りやすくなり
、空気過剰率は高くなって混合ガスの濃度は未燃焼時よ
り低くなる。

このようにして混合ガスの濃度を低くすることにより完
全燃焼が行なわれ、高い燃焼効率とすることができる。

このときの空気過剰率は定常燃焼時においてｎが１０な
いし１２となるように設定することが望ましいことは前
述したとおりであり、このため、ノズル７が、一定寸法
以上後退すれば、それ以上後退してもｍが１０ないし１
２以上にならないようにするインジェクタ８の設計も可
能である。

また、ノズル体５の後退は燃料貯蔵室１からノズル７へ
の燃料ガスの供給をも制御している。すなわち、ノズル
体５の後退は、その端部に設けられた制御弁６と固定弁
座３の間隔を小さくシ、燃料ガスの流量を抑制する作用
をしている。そして、加熱室１９があらかじめ設定され
た温度にあったとき、その設定温度に感熱応動素子の感
熱部］４の温度を保つことができる流量が得られるよう
に制御１弁６と固定弁座３との間隔が保たれる。

第３図は触媒燃焼装置のノズルとインジェクタの間隔と
空気過剰率との関係を示すチャートである。

同図において、ノズル７とインジェクタ８との間隔（以
下、間隔りという）と空気過剰率との関係を説明する。

イソブタンガスの流量を１００　ＣＣ７分とし、構成部
材の必要寸法は、同図中に示したとおりである。

曲線Ａ、Ｂはノズル７の孔の直径を０．２３　ｍにして
ガスの流速を１．２０　ｍ／秒にした場合の間隔りと、
空気過剰率との関係を示し、Ａは未燃焼時、Ｂは燃焼時
である。まだ、曲線Ｃ，Ｄはノズル７の孔の直径を０．
３　ｍｍとし、ガスの流速を７０ｍ／秒にした場合の間
隔りと空気過剰率との関係を示し、Ｃは未燃焼時、Ｄは
燃焼時である。Ｅ、Ｆは燃焼時に生じる触媒の圧力損失
で、間隔りが同一であれば、未燃焼時に対し、燃焼時に
は空気過剰率が減少することを示し、その値は２０％な
いし３０％の低下となることを示している。

つぎに、未燃焼時と燃焼時には間隔りを変えなければな
らない理由を、ガスの流速が１２０ｍ／秒の場合につい
て説明する。

触媒燃焼の適正空気過剰率は前述したように、ｍ＝１０
ないし１２であるが、このときの未燃焼時の曲線Ａ上の
空気過剰率は１４となり、この空気過剰率では混合ガス
濃度が低すきて着火は困難となる。着火に適した空気過
剰率は１０以下の低い方がよく、そのだめには未燃焼時
の間隔りは１順以下にする必要がある。このことから、
第３図に示した構成部材の必要寸法を有するものの例で
は、未燃焼時間の間隔りを］喘以下、燃焼時の間隔りを
１５岨以上になるように感熱応動素子で間隔りを制御す
れば、未燃焼時の着火性能が高く、しかも燃焼時に安定
した高効率な触媒燃焼を実現することができる。

なお−、ガスの流速が７０ｍ／秒の場合は、曲線Ｃ９Ｄ
から、未燃焼時の間隔りは１胴以下、燃焼時の間隔りは
２咽ないし３咽になるように制御ずればよいことになる
。

第４図は本発明の第２の実施例を示すものである。

同図において、ノズル体５のノズル７の外径Ａはインジ
エクタ８のスロート部８ｂの内径Ｂよシも細く形成され
、未燃焼時にはノズル７がスロート部８ｂ中に挿入状態
となり、燃焼時には感熱応動素子によって、ノズル７の
先端がスロート部８ｂから離脱状態になるように構成さ
れている。

第１図、第２図に示す構′成のものは、第３図に示すよ
うにノズル７とインジエクタ８の間隔りが小さくなるほ
どその間隔りの変化に対する空気過剰率の変化が大きく
なり、触媒燃焼装置を組立てるときのノズル７とインジ
ェクタ８との間隔りの調整が困難となり、その結果、着
火時の空気過剰率のバラツキが生じやすくなる。

しかし第４図に示した構成のものは、ノズル７の外径Ａ
とインジエクタ８のスロート８ｂの内匝Ｂとの差が支配
的な間隔りとなるので、ノズル７の位置が多少ずれても
、着火時の空気過剰率の変動は極めて小さく抑えること
ができる。

（発明の効果） 本発明によれば、ノズルとインジエクタの間隔を未燃焼
時には小さくシ、空気過剰率を下げて、燃焼時より混合
ガスの濃度を高くする第１のノズル位置と、燃焼時には
間隔を大きくし、空気過剰率を上げて、触媒燃焼に適し
た空気過剰率が得られる第２のノズル位置に、ノズルを
燃焼室の燃焼温度によって自動的に制御するようにした
もので、着火時の着火性能がよく、燃焼時には完全燃焼
による安定した効率の良い触媒燃焼が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による触媒燃焼装置の要部断
面図、第２図は同じく定常燃焼時の要部断面図、第３図
は同じくノズルとインジェクタの間隔と空気過剰率との
関係を示すチャート、第４図は本発明の第２実施例によ
る触媒燃焼装置Ｍの要部断面図である。 １・燃料貯蔵室、ｌａ・・・固定弁座保持部、１ｂ・・
・隔壁、】ｃ・・・燃朴ｌ貯蔵室の端部、２・・・気化
装置、３・固定弁座、４・・・灯心部拐、５・・・ノズ
ル体、５ａ・・・ガス流路、６・・・制ｍｌ弁、７・・
・ノズル、８・・・イノ）　ｘ　フタ、８ａ・・ベルマ
ウス部、８ｂ・・・スロート部、９・供給管、１０・・
・触媒、ｌ■・ガス供給口、１２　着火ヒータ、１３・
・空気取入口、１４　・感熱部、１５・・作動部、１６
・・・操作枠、１７・・支点、１８・スプリング、１９
・・・燃焼室、２０・・加熱体、Ａ・・外径、Ｂ・・・
内径。 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料貯蔵室と、該燃料貯蔵室に連設されたバルブ
   装置と、該パルプ装置に設けられた可動ノズル体と、該
   可動ノズル体に設けられたノズルからの噴出気化燃料ガ
   ス流により、燃焼に必要な空気を吸引するインジェクタ
   と、前記気化燃料ガスと空気との混合ガスを酸化反応さ
   せる触媒と、該触媒を包含する燃焼室と、該燃焼室の温
   変により、動作し、前記ノズル体の位置を制御する感熱
   応動素子とを備なえ、未燃焼時には燃焼時より、前記混
   合ガス濃度が高くなる第１のノズル体位置と、燃焼時に
   は未燃焼時より、前記混合ガス濃度が低くなる第２のノ
   ズル体位置とに、前記ノズル体を前記感熱応動素子によ
   って制御することを特徴とする触媒燃焼装置。
2. （２）　混合ガス濃度は空気過剰率を制御してなるこ七
   を特徴とする特許請求の範囲第（１）項記載の触媒燃焼
   装置。
3. （３）第１のノズル体位置と、第２のノズル体位置は、
   ノズル体−とインジェクタとの間隔を制餌１してなるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第（＋）、、ＩＪ’ｌお
   よび第（２）項のうちの１項記載の触媒燃焼装置。
4. （４）　ノズル体のノズルの外径が、インジェクタの通
   気路の内径よシ小さく、非燃焼時には、ノズルをインジ
   ェクタの通気路に挿入状態にし、燃焼時にはノズルの先
   端をインジェクタの通気路から離脱状態にしたことを特
   徴とする特許請求の範囲第（１）項および第（２）項の
   うちの１項記載の触媒燃焼装置。