JPS63226506A - 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 本発明は加熱、暖房、乾燥等に用いられる気体燃料よた
は液体燃料の触媒燃焼装置に関するものである。

従来の技術 通常の炎燃焼を用いた燃焼機器においては、排ガス中に
−）イ素酸化物（ＮｏおよびＮＯ２これらを総称してＮ
ｏ　　（ノックス）と呼ばれる）が含まれており、これ
が大気中に放出されることによって様々な悪影響を及ぼ
している。窒素酸化物の中では特にＮ　Ｏ２が人体に有
害であり、種々の呼吸器系の疾患を引き起こす要因にな
っていると言われている。一方燃料と空気の混合ガスを
酸化触媒上で無炎燃焼させるいわゆる触媒燃焼は、燃焼
温度が低いために窒素酸化物を殆ど発生せず、低Ｎｏの
燃焼機器を可能にする。

こういった理由から触媒燃焼機器の実用化が種々図られ
ているが、従来の触媒燃焼機器は、例えば第３図（貞森
博己；エネルギー・資源、４巻６号、９０　（１９８３
））　、あるいは第４図（西野敦：第２回触媒燃焼に関
するシンポジウム予稿集、９　（１９８６））のような
構成になっていた。第３図においてはノズル３１から分
岐管３２を経て供給された燃料（都市ガス）が保温材３
３を介して備えられたマット状の触媒層３４に至り、そ
の表面で燃焼用空気３５と接触して拡散型の触媒燃焼を
行う。ここで燃焼反応が充分行われるだめには、触媒層
３４の表面温度が４００　’Ｃ以上である必要があり、
そのために点火前に予熱用電熱ヒーター３６で触媒層３
４を予熱する構成となっている。また第４図においては
燃料ガス（気体燃料または液体燃料の蒸気）と空気の混
合ガスを供給管４１から供給し、邪魔板４２、ストレー
ナ−４３および金属多孔板４４を経て整流した後に触媒
層４５で予混合型の燃焼をさせている。ここでも触媒層
４５の温度を充分上げてお（ために、触媒層４５の上流
に予熱用電熱ヒーター４６が備えられている。

発明が解決しようとする問題点 上記従来の構成において、燃料および空気の供給と同時
に電熱用電源も必要であり、また予熱に要する電気容量
数百Ｗで数分にわたる予熱時間が必要になるという課題
があった。これはいずれのものにおいても、予熱過程で
は燃料ガスまたは混合ガスの流れがない状態で予熱用電
熱ヒーター３６．４６が入れられるから、触媒層３４．
４５は輻射（および一部伝導）伝熱によって加熱される
のみであるという理由による。

そこで本発明では、予熱用電熱ヒーターを用いずに燃料
あるいは空気の量を制御することにより自己燃焼熱で触
媒層の予熱を行い、かつ短時間で予熱を完了し得るよう
にするものである。

問題点を解決するための手段 上記従来の問題点を解−決するために本発明で用いる技
術的手段は、燃料供給部と触媒層との間に一次燃焼部を
備え、触媒層の温度検出手段と連動させた空気または／
および燃料供給量の制御手段を設けるものである。

作用 本発明は上記手段により、点火初期においては一次燃焼
部で完全燃焼し得る空気／燃料比に制御して燃料および
空気を供給し、一次燃焼部で発生した高温の排ガスによ
って下流の触媒層を加熱する。温度検出手段により触媒
層が所定温度に昇温したことが検出されると、これに連
動した空気／燃料制御手段が燃料の減少または／および
空気の増加を行い、一次燃焼部での燃焼可能な空気／燃
料比を越えさせてここで吹き飛び（ブローオフ）を生じ
させ、燃焼位置を触媒層へと移行させるものである。こ
の結果予熱用の電熱ヒーターを必要とせず、しかも短時
間に触媒層の予熱を完了して定常燃焼に移行でき、簡単
な操作および構成で低ＮＯ１高輻射、高効率の燃焼機器
を提供できるものである。

実施例 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。第
１図において１は液体燃料タンク、２は燃料供給用ポン
プ、３は送風用ファンで、両者は気化室４に連通ずる。

５は気化室４の加熱用ヒーターである。気化室下流には
一次燃焼部６が備えられ、その近傍には点火装置７が配
設されている。−火燃焼室６の下流側にはハニカム状セ
ラミックからなる隔離材８および酸化触媒層９が備えら
れており、排気口１０へと連通している。１１はガラス
窓である。ここで酸化触媒層９には温度検出用の熱電対
１２が備えられ、ポンプ２に連接する燃料のリターンバ
イブ１３に備えられた電磁弁１４と制御回路（図示せず
）を経て連動するよう結合されている。

動作について詳述すると、燃料および空気はポンプ２お
よびファン３によって気化室４に供給され、燃料はヒー
ター５で加熱された気化室４内で気化して空気と混合さ
れた後に一次燃焼部６に至り、点火装置７によって点火
されてここに火炎を形成する。この時リターンバイブ１
３に備えられた電磁弁１４は閉塞状態にある。高温の燃
焼排ガスは隔離材８および酸化触媒層９を経て排気口１
０から排出されるが、その間に酸化触媒層９を加熱昇温
させる。酸化触媒層９が触媒燃焼を行うに充分な温度に
達したことが熱電対１２で検出されると、熱電対１２に
接続する制御回路が電磁弁１４を解放し、ポンプ２から
送出される燃料の一部がリターンバイブ１３を経てタン
ク１に還流される。

従って、一次燃焼部６においては燃焼を継続するに充分
な燃料が無く、吹き飛び（ブローオフ）状、態となる。

また混合ガスは未燃焼のまま放出されるが、ここで下流
には充分温度の上昇した酸化触媒層９があるから、ここ
で触媒燃焼を開始して完全燃焼が行われる。即ち触媒燃
焼は、通常の炎燃焼の燃焼可能濃度範囲に比べて充分大
きな燃焼範囲を有するから、一次燃焼部６で燃焼継続不
可能な濃度範囲であるにも拘らず完全燃焼ができるもの
である。また触媒燃焼は酸化触媒層９の上流側表面で専
ら進行するから、その部分は輻射放熱体となり、ガラス
窓１１を透過して前面に輻射放熱される。

なお、上記実施例では燃料の供給を少なくして一次燃焼
部の炎を消したが、予混合部３０への供給空気量を一時
的に増大させて、火炎を吹き飛び状態にしてもよい。

一方燃焼排ガスは酸化触媒層９で完全燃焼が行われるか
ら一酸化炭素や未燃ガスを含まず、また無炎で１０００
℃以下の燃焼が行われるがら窒素酸化物も殆ど無く、清
浄な排ガスとして排気口１０より排出される。かくして
輻射効率が高く排ガスも清浄で、特に有害な窒素酸化物
が殆ど発生しない触媒燃焼ができるものである。

実際の燃焼では例えば燃料に灯油を用いた場合、一次燃
焼部９で燃焼を継続し得る空気比（燃料に対する当量空
気量に対しての実際の空気量の比）は約１．７が上限で
あるが、点火時の空気比を１．３〜１，５とし触媒燃焼
に移行した後の空気比を１．９〜２．０とすると、極め
て安定にかつスムーズに両者の移行が行え、しかも共に
完全燃焼ができる。またこのような操作をすると点火直
後に大きな燃焼量が得られるから、暖房や加熱の立ち上
がり時間も短縮され、かつ酸化触媒層９の温度上昇に要
する時間も僅かでよ（なり、従来数分を要していたもの
が数十秒で触媒燃焼へ移行できるようになる。従って熱
容量の大きな酸化触媒層９を加熱するのに大電力を必要
とせず、短時間で定常燃焼に移行できる燃焼装置である
。

なおここで燃料と空気の比が外部要因（例えば空気温度
の変化や電圧変動によるファン３からの送風量変化、お
よびポンプ２からの送油量変化など）によって変動した
時、一次燃焼部６に再着火（逆火）する場合もあり得る
が、一次燃焼部６と酸化触媒層９との間に金網、金属多
孔板、ハニノＪム状セラミック、繊維状セラミック、金
属多孔体などの隔離材８を備えておけば、酸化触媒層９
がらの逆火はここで防止され、一度一次燃焼部６から酸
化触媒層９への燃焼位置移行が行われた後は不安定な燃
焼状態は生じなくなる。

また他の実施例を第２図に示す。第２図において２１は
燃料供給管、２２は一次空気供給管、２３は二次空気供
給管で、その下流に一次燃焼部２４が備えられている。

２５は隔離材、２６は酸化触媒層で、２７は点火装置で
ある。また２８は酸化触媒層２６の温度検出用熱電対、
２９は一次空気供給管２２と二次空気供給管２３との流
量比を変化させる電磁弁で、両者は制御回路（図示せず
）を経て連動するよう接続されている。この構成におい
て次にその動作を説明する。点火時においては電磁弁２
９により一次空気供給管２２がら流入する空気量を少な
くし、空気比０．５〜０゜７となるよう調整して燃料供
給管２１により流入する燃料（都市ガス）と混合する。

混合ガスは一次燃焼部２４で、二次空気供給管２３から
供給される空気と混合しつつ点火装置２７により点火さ
れて燃焼する。燃焼排ガスで加熱された酸化触媒層２６
が所定温度に達した後、電磁弁２９によって一次空気供
給管２２を解放する側に操作し、一次燃焼部２４上流で
の空気比を１．０〜１．２まで上昇させると、火炎は吹
き飛び（ブローオフ）状態となって燃焼位置が酸化触媒
層２６表面へと移行する。この場合燃料および空気の層
流量は変化せず、空気の分岐比のみ変えるだけであるか
ら、酸化触媒層２６での触媒燃焼においても希薄混合ガ
スにはならず、触媒の活性への負担も増加しない。また
多量の余剰空気に乗って燃焼熱が排出されることも避け
られるから、酸化触媒層２６からの輻射放熱量も大きく
採ることができる。このようにして、燃料は気体でも液
体でも同様に操作でき、点火から定常燃焼への移行手段
としては燃料供給量の制御でも空気量の制御でもよく、
また両者同時の制御でも可能である。

発明の効果 以上のように本発明によれば、燃料または／および空気
の量を制御することにより、予熱用の電熱ヒーターを用
いずに短時間で定常の触媒燃焼へと移行でき、低Ｎｏで
高輻射、高効率の燃焼装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例なる触媒燃焼装置の部分断面
図、第２図は本発明の他の実施例の要部断面図、第３図
および第４図は従来例の触媒燃焼装置の断面図である。 ２・・・ポンプ、３・・・ファン、６．２４・・・一次
燃焼部、７，２７・・・点火装置、８．２５・・・隔離
材、９．２６・・・酸化触媒層、１２．２８・・・熱電
対、１３・・・リターンパイプ、１４．２９・・・電磁
弁、２１・・・燃料供給管、２２・・・−次空気供給管
、２３・・・二次空気供給管 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 ｎ 第２図 二次空気分速ざ沓

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料供給部と空気供給部と、少なくとも前記燃料
   供給部下流に備えられた一次燃焼部と、前記一次燃焼部
   近傍に配設した点火手段と、前記一次燃焼部および空気
   供給部の下流に備えられた酸化触媒層と、前記触媒層の
   温度検出手段と、前記温度検出手段と連動して前記燃料
   供給部と空気供給部の少なくとも一方の流量を制御する
   手段を備えた触媒燃焼装置。
2. （２）一次燃焼部の上流部に設けた予混合室に、温度検
   出手段により空気供給部からの空気量を一時的に増加さ
   せること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）一次燃焼部と酸化触媒層の間に金網、金属多孔板
   、ハニカム状セラミック板、繊維状セラミックマット等
   の多孔質隔離材を備えた特許請求の範囲第１項または第
   ２項記載の触媒燃焼装置。
4. （４）一次燃焼部の上流で燃料供給部と空気供給部を開
   口させ、前記一次燃焼部での燃焼排ガスによって酸化触
   媒層が所定温度に達した時に燃料供給量を減少させるよ
   う前記燃料供給部と前記酸化触媒層の温度検出手段とを
   連動制御させた特許請求の範囲第１項記載の触媒燃焼装
   置。
5. （５）一次燃焼部の上流には空気供給部からの空気の一
   部を供給し、酸化触媒層が所定温度に達した時に前記一
   次燃焼部の上流に供給する空気の量を増加させるよう前
   記空気供給部と前記酸化触媒層の温度検出手段とを連動
   制御させた特許請求の範囲第１項記載の触媒燃焼装置。