CN1389664A - 催化燃烧装置及制冷剂加热式空调机 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种催化燃烧装置,迅速且准确地检测出催化燃烧装置中的因异常燃烧造成的火灾,实现能够避免催化体随时间劣化或局部劣化以及对环境的不良影响的可进行燃烧控制的催化燃烧装置,由此,关系到排气气体的清净度高的清洁的制冷剂加热式空调机。具备供给燃料和空气的混合气体的混合气体供给部、设置于其下流侧的具有透气性的催化体、以及具有位于外围侧的被加热流体通路的热交换部;在催化体的上流侧或下流侧的气体通路中设置温度传感器等的物理量测定传感器,通过其输出的变化进行按照异常燃烧或催化状态的燃烧控制。而且,加热被加热流体通路中的制冷剂。

Description

催化燃烧装置及制冷剂加热式空调机

技术领域

本发明涉及设置有在制热时加热制冷剂的制冷剂加热器的制冷剂加热式空调机和作为制冷剂加热器的热源的燃烧装置，特别涉及非常适合制冷剂加热用的催化燃烧装置。

主要适用于制冷剂加热式空调机、但也可适用于家庭用或商用的供热水装置、制热装置的催化燃烧装置。

背景技术

在使用冷冻循环的空调机中，作为提高寒冷地区中的制热能力的方法，采用设置制冷剂加热器、并由燃烧装置加热制冷剂的方法。这种情况下，有热力泵方式和不使制冷剂流量控制阀节流的方式。近年来，人们提高了对环境的关心程度，对于燃烧装置来说，关注其排气的清洁度。

可是，目前的火焰式燃烧装置相应于该要求存在技术难点。在火焰式燃烧装置中，由于燃烧时的温度较高，所以空气中的氮发生变化而生成NO_x(氮氧化物)，这在技术上是难以避免的。并且，在制冷剂加热器中，存在着如果燃烧时局部温度过高、就会使制冷剂本身的组成分解等问题。因此，虽使用了催化燃烧装置，但在催化燃烧中也存在着各种问题。例如在特开平6-147419号公报中公开了采用在堇青石等的基材中承载铂或钯等贵金属催化剂的催化体、使燃料进行催化燃烧、并将燃烧时产生的热量用于供给热水或制热的催化燃烧装置。设置热交换部，以便接受来自蜂窝状结构的催化体的辐射，在催化燃烧开始时，通过预热燃烧器等的加热，将催化体加热至活化温度以上，停止燃料和空气的混合气体的供给，使预热燃烧器的火焰熄灭，然后再供给混合气体，进行催化燃烧。

上述现有的催化燃烧装置，通过采用不生成火焰的催化反应，具有清洁的排气特性，并实现紧凑的燃烧部。并且，通过不形成随火焰的生成而生成的高温部，可延长催化燃烧装置的使用寿命。可是在实际的使用条件下，经过长期的使用，催化剂的活性度降低，或是风从排气部进入到催化燃烧装置内导致空燃比产生变化，并且燃料供给不均匀，因此而发生异常燃烧(火焰燃烧)，难以获得针对这些异常状态的适当的对策。而且，一旦发生一次异常燃烧的火焰燃烧，就会使火焰部分变为异常的高温，就会使以催化体为主的催化体部强烈加热，从而显著降低它们的使用寿命。并且，还产生制冷剂本身分解的问题。

另一方面，在不形成这样的火焰的燃烧方式中，作为检测伴随着这些异常燃烧的发生或催化剂的活性度降低的燃烧不良状态的方法，有使用高价的排气气体传感器即采用化学传感器直接检测排气气体成分的方法、或在催化体中配置检测催化体温度的温度传感器的方法。然而，在这些方法中，存在化学传感器的价格较高、传感器本身寿命短的问题，而且在通过温度传感器直接测定催化体温度的方法中，存在难以检测催化体的局部劣化的问题。而且，在这些方法中，针对催化体随时间推移的劣化，难以正确地检测出燃烧状态，进而难以实现控制性良好的燃烧。

并且，使催化剂的局部劣化与混合气流的流体分布相对应、并具有催化体的催化活性分布的如特开平6-281121号公报所示的现有例已被公开。然而，在该方法中存在难以在一个催化体中使催化活性部分地变化的问题。

发明内容

鉴于上述的现有技术的问题，本发明的目的在于，在由于催化剂活性度的降低、或是风从排气部随意地侵入造成的表示空气和燃料的混合比例的空燃比变化、或是燃料供给不均匀而产生异常燃烧的情况下，迅速地检测出该异常燃烧，进行防止因异常燃烧造成的以催化体为主的燃烧机构部的劣化的燃烧控制，因此，可以达到延长催化燃烧装置的使用寿命和抑制排气气体对环境造成的不良影响的目的。而且，本发明的另一目的在于提供一种催化燃烧装置和使用它的制冷剂加热式空调机，利用这些控制，可不使用高价的排气气体传感器，而且可以实现不以催化体本身为基础的稳定的控制，在判断催化体随时间变化的同时，可抑制催化体的局部劣化。

为了解决上述现有的问题，本发明提供一种催化燃烧装置和使用它的制冷剂加热式空调机，通过可靠性高、成本低的检测部检测燃烧状态和催化体的劣化，可以控制为最适宜的燃烧状态。

本发明的催化燃烧装置具有以下的结构。

即，包括：供给燃料的燃料供给部件；供给燃烧所需空气的空气供给部件；供给燃料和空气的混合气体的混合气体供给部；使混合气体燃烧的具有透气性的催化体；混合气体的气体通路；设置在气体通路中的燃烧检测部件。而且，燃烧检测部件被设置于气体通路中、检测混合气体的物理特性，并控制燃料供给部件和空气供给部件。

通过如此的结构，由于根据气体通路内的气体的物理特性来检测催化体的劣化或外因造成的异常燃烧等的燃烧状态，所以可不用化学传感器等高价的传感器，且可进行可靠性高的检测。因此，也可以增加传感器数目测定分布，也可以检测出催化体的局部劣化或催化剂随时间变化的劣化。根据这些检测结果，可以控制燃料供给部件或空气供给部件，并控制为最适宜的燃烧条件，实现清洁且使用寿命长的催化燃烧装置。

并且，制冷剂加热式空调机具有以下的结构。

即，在具备室内机组以及至少有压缩机和制冷剂加热器的室外机组、制热时将从压缩机吐出的制冷剂送入室内机组的室内热交换器中、并将从室内热交换器流出的制冷剂通过制冷剂加热器加热后送入压缩机的制冷剂加热型空调机中，制冷剂加热器的热源是上述催化燃烧装置。

通过如此的结构，与作为最适宜制冷剂加热的热源的火焰燃烧相比，可以实现稳定的低温的燃烧。而且，可防止催化体的局部劣化，抑制燃烧气体的局部高温的现象。因此，可以抑制制冷剂的局部加热分解，实现使用寿命长的运转。

在本发明的催化燃烧装置中，通过燃烧状态的各种检测和各种燃烧控制的部件，可以判断燃烧状态是正常还是异常，判定催化体的活性度，因此可防止催化体的局部的劣化，而且，对于液体燃料来说，控制燃烧状态，以便防止焦油的生成。由此，可以提供可靠性高的催化燃烧装置。

而且，通过将上述的催化燃烧装置作为制冷剂加热器的热源使用，可以提供排气气体的清洁度高和可靠性高的制冷剂加热式空调机。

附图说明

图1是本发明的实施方式1的催化燃烧装置的剖视图。

图2是本发明的实施方式2的催化燃烧装置的剖视图。

图3是本发明的实施方式3的催化燃烧装置的剖视图。

图4是本发明的实施方式4的催化燃烧装置的剖视图。

图5是本发明的实施方式5的催化燃烧装置的剖视图。

图6是本发明的实施方式6的催化燃烧装置的剖视图。

图7是将本发明的从实施方式1到12的催化燃烧装置应用于制冷剂加热器中的制冷剂加热式空调机的冷冻循环图。

图8是本发明的实施方式7的催化燃烧装置的立体图。

图9是同一温度传感器的配置示意图。

图10是同一温度传感器的防护罩安装示意图。

图11是同一温度传感器的其它示例的防护罩安装示意图。

图12是本发明的实施方式8的催化燃烧装置的局部剖面结构图。

图13是同一催化燃烧装置的控制流程图。

图14是本发明的实施方式9的催化燃烧装置的立体剖视图。

图15是同一催化燃烧装置的纵向剖视图。

图16是本发明的实施方式9的温度传感器的剖视图。

图17是表示本发明的实施方式9的催化燃烧装置的针对空气比的排气组成和传感器输出的测定结果的图。

图18是本发明的实施方式10的温度传感器的剖视图。

图19是本发明的实施方式11的温度传感器的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1～图6是本发明的实施方式1至6的催化燃烧装置的剖视图。这些催化燃烧装置的截面呈横长的长方体形状，具有热交换部，在上面侧和下面侧的两个面上设置有被加热流体通路。催化燃烧装置也可以是圆柱形状，而不是本实施方式中的长方体形状，不特别指定其形状。并且，在各实施方式中，使用了多个催化体，但不特别指定催化体的个数。催化体优选以具有透气性的堇青石蜂窝状物为基材、可承载钯或铂等的贵金属类催化剂，但只要可催化燃烧燃料与空气的混合气体即可，不特别指定其形状和材质等。

(实施方式1)

图1所示的催化燃烧装置A整体呈长方体形状的框体，在其一端构成空气和燃料的混合气体供给部1，在混合气体供给部1中设置有向催化燃烧装置A内喷出混合气体的混合气体喷出部2。而且辐射受热部3、加热器4、第一催化体5a、第一传热板6a、第二催化体5b、第二传热板6b、第三催化体5c、第三传热板6c、排热回收部8连接在热交换部7上，朝向排气口10并顺着混合气体流动的下流侧方向设置。而且，在辐射受热部3和第一催化体5a之间的气体通路中设置温度传感器11。并且，在热交换部7的外围部设置作为被加热流体的制冷剂流动的被加热流体通路9。传热板7可以提高热交换部7方向的对流热传导特性、且可增加有效传热面积。并且，第二催化体5b或第三催化体5c的目的在于，如果增大燃烧量时增加混合气体的供给量，则使在第一催化体5a没有完全燃烧的未燃的混合气体进行燃烧。

上述第一催化体5a的每单位面积的蜂窝栅格数比第二催化体5b的每单位面积的蜂窝栅格数少，透气性良好，以使得更好地进行混合气体的流通。并且作为承载催化剂的基材来说，也可以采用金属或碳化硅，而不用堇青石蜂窝状物。而且辐射受热部3和排热回收部8呈多片散热片形状，第一传热板6a、第二传热板6b、第三传热板6c成为与燃烧气体的流动方向垂直的平板形状，全部与热交换部7一体化。对第一传热板6a、第二传热板6b、第三传热板6c和热交换部7的各开口部进行配置，使得燃烧气体蛇行流动。

在本实施方式1中，在燃烧开始时，向加热器4中通电，将催化体5a预热至活化温度以上后，停止向加热器4通电，由混合气体供给部1供给混合气体，从设置于混合气体供给部1中的混合气体喷出部2喷出，并开始在催化体5a中催化燃烧。在催化燃烧时，第一催化体5a被加热至发红，并释放出放射能量。该放射能量被以辐射受热部3为主的热交换部7吸收，再次被变换为热能，由此，放射传热至热交换部7。而且，热能通过热传导从热交换部7流经被加热流体通路9，再通过对流热传导，传热至被加热流体通路9内的作为被加热流体的制冷剂中。由于放射传热不会造成流体紊乱，所以不会阻碍第一催化体5a中的燃烧反应，即使增加被加热流体的热交换量，也可以确保燃烧稳定性。若增加燃烧量，燃料的一部分在第一催化体5a中不反应，到达第二催化体5b后开始催化燃烧。而且，若增加燃烧量，燃料的一部分到达第三催化体5c后开始催化燃烧。燃烧气体由于第一传热板6a、第二传热板6b、第三传热板6c的作用而蛇行通过，由此可以抑制边界层的发达，并提高对流热传递特性，同时可增加有效传热面积。即，不仅将来自第一催化体5a、第二催化体5b、第三催化体5c的放射能量放射传热至第一传热板6a、第二传热板6b、第三传热板6c中，对于对流热传达来说，也可以显著提高传热性能。这些效果在仅有传热板6a时也是有效的，但传热板的数目越多，传热效果就越大。

通过第三传热板6c的燃烧气体被排热回收部8回收排热之后，从排气口10排出至外部。在排气口10的上流侧设置排热回收部8，将排热回收部8与热交换部7一体化，由此可以降低热阻，高效率地回收排热，提高被加热流体的传热性能，促进具备催化燃烧装置的机器的高效率化。

在稳定燃烧中催化剂的活性降低，或来自排气部的风的侵入所造成的空燃比的变化，或燃料供给不均匀等任一原因，使得不能得到给定的空燃比，当在第一催化体5a的表面出现燃料的比率增大的部分时，就会转变为异常燃烧，并产生火焰。若在热交换部7内产生火焰，第一催化体5a、辐射受热部3等就会暴露于火焰中而被加热至高温，其劣化显著地进行。并且在火焰燃烧状态中，排气气体中的NO_x(氮氧化物)浓度上升，就不能实现作为催化燃烧装置特征的清洁燃烧。

另一方面，对于温度传感器11的输出信号来说，在催化燃烧状态中，由于在催化剂上进行稳定的放热反应，所以其输出信号不会有大的变动。可是，如果转变为异常燃烧并产生火焰，火焰状态是不稳定的，所以温度传感器11的输出信号有较小振幅的变动。对于该输出的变动来说，即使在催化体5a和辐射受热部3之间的范围内移动温度传感器11的安装位置也没关系，即与安装位置无关。因此，在对该温度传感器11的输出信号进行电气处理并于约10Hz以上频率产生10％以上变动的情况下，可以判断为‘处于异常燃烧状态’。在检测出燃烧状态的异常的情况下，通过采用停止燃烧、消除异常燃烧的原因等给定的保护动作，可以从异常燃烧造成的高温中保护以催化体为主的燃烧部构成部件，延长具备催化燃烧装置的机器的使用寿命，也可以避免因排气特性恶化造成的对环境的不良影响。

通常，靠近第一催化体5a的部分发生异常燃烧的情况较多，但在靠近第二催化体5b或第三催化体5c的部分也会发生异常燃烧。因此，将温度传感器11设置于靠近第二催化体5b、第三催化体5c的混合气体的气体通路中，也可以处理第二催化体5b、第三催化体5c部分的异常燃烧。

(实施方式2)

图2是本发明的实施方式2中的催化燃烧装置的截面图。

对于图2所示的催化燃烧装置中与实施方式1中的催化燃烧装置相同结构部分，用与实施方式1中的催化燃烧装置的符号相同的符号表示，并省略说明。实施方式2与实施方式1不同的点在于：设置光学传感器12，以便能检测第一催化体5a和混合气体喷出部2之间的气体通路内的光。

在本实施方式2中，与实施方式1所示的催化燃烧状态相同，在稳定燃烧中催化剂的活性降低，或来自排气部10的风的侵入所造成的空燃比的变化，或燃料供给不均匀等任一原因，使得不能得到给定的空燃比，当在第一催化体5a的表面出现燃料的比率增大的部分时，就会转变为异常燃烧，并产生火焰。若在热交换部7内产生火焰，第一催化体5a、辐射受热部3等就会暴露于火焰中而被加热至高温，其劣化显著地进行。并且在火焰燃烧状态中，排气气体中的NO_x浓度上升，就不能实现作为催化燃烧装置特征的清洁燃烧。并且，在第一催化体5a的上流侧转变为异常燃烧时，在转变的瞬间，在打火部分的周围产生大的火焰，与催化燃烧状态相比较，是非常明显的状态。设置光学传感器12，使其能检测第一催化体5a和混合气体喷出部2之间的气体通路的光，输出有较大的变动。在对该光学传感器12的输出信号进行电气处理并产生约20％以上输出变动的情况下，可以判断为‘处于异常燃烧状态’。在检测出燃烧状态的异常的情况下，通过采用控制燃烧、消除异常燃烧的原因等给定的保护动作，可以从异常燃烧造成的高温中保护以催化体为主的燃烧部构成部件，延长具备催化燃烧装置的机器的使用寿命，也可以避免因排气特性恶化造成的对环境的不良影响。

在实施方式2中，在靠近第一催化体5a的燃烧部配置光学传感器12，但没有必要一定安装在温度高的燃烧部。因此，也可以使用耐热温度较低的便宜的传感器。并且，在实施方式2中，由光学传感器12的输出信号的变动来检测出异常燃烧，但也可以通过超出预先制定的正常燃烧时的输出值范围来进行异常燃烧检测。

(实施方式3)

图3是本发明的实施方式3中的催化燃烧装置的剖视图。

实施方式3中的催化燃烧装置与实施方式1或2所示的催化燃烧装置不同点在于：作为温度传感器或光学传感器的替代，设置声音传感器13，使其可以检测出催化体5a和混合气体供给部1之间的气体通路内部的声音特性。而且，对于与实施方式1相同的结构部分用相同符号表示，并省略说明。

以下，说明其作用。由于直到稳定运转的内容均与上述实施方式1或2相同，所以省略说明。

在稳定燃烧中催化剂的活性降低，或来自排气部的风的侵入所造成的空燃比的变化，燃料供给不均匀等任一原因，使得不能得到给定的空燃比，当在第一催化体5a的表面出现燃料的比率增大的部分时，就会转变为异常燃烧，并产生火焰。若在热交换部7内产生火焰，第一催化体5a、辐射受热部3等就会暴露于火焰中而被加热至高温，其劣化显著地进行。并且在火焰燃烧状态中，排气气体中的NO_x浓度上升，就不能实现作为催化燃烧装置特征的清洁燃烧。

另一方面，在第一催化体5a的上流侧转变为异常燃烧时，由于反应状态发生变化，瞬间产生压力变化，并产生声波，向周围传播。此时，为了能检测第一催化体5a和混合气体供给部1之间的气体通路内部的声音而设置的声音传感器13检测出该音波，并且输出有较大变化。在对该声音传感器13输出信号进行电气处理并产生约20％以上输出变动的情况下，可以判断为‘处于异常燃烧状态’。在检测出燃烧状态的异常的情况下，通过采用控制燃烧、消除异常燃烧的原因等给定的保护动作，可以从异常燃烧造成的高温中保护以催化体为主的燃烧部构成部件，延长包括催化燃烧装置在内的机器的使用寿命，也可以避免因排气特性恶化造成的对环境的不良影响。

在实施方式3中，在靠近第一催化体5a的燃烧部配置声音传感器13，但没必要一定安装在温度高的燃烧部。因此，也可以使用耐热温度较低的便宜的声音传感器。并且，在实施方式3中，由声音传感器13的输出信号的变动来检测出异常燃烧，但即使采用超出预先制定的正常燃烧时的输出值范围来进行异常燃烧检测，也可以得到同样的效果。

(实施方式4)

图4是本发明的实施方式4中的催化燃烧装置的剖视图。

实施方式4中的催化燃烧装置与实施方式1至3所示的催化燃烧装置不同点在于：作为温度传感器、光学传感器和声音传感器的替代，设置红外线传感器14，其可以检测出催化体5a和混合气体供给部1之间的气体通路的红外线。而且，对于与实施方式1相同的结构部分用相同符号表示，并省略说明。

以下，说明其作用。由于直到稳定运转的内容均与上述实施方式1至3相同，所以省略说明。

在稳定燃烧中催化剂的活性降低，或来自排气部的风的侵入所造成的空燃比的变化，或燃料供给不均匀等任一原因，使得不能得到给定的空燃比，当在催化体5a的表面出现燃料的比率增大的部分时，就会转变为异常燃烧，并产生火焰。若在热交换部7内产生火焰，第一催化体5a、辐射受热部3等就会暴露于火焰中而被加热至高温，其劣化显著地进行。并且在火焰燃烧状态中，排气气体中的NO_x浓度上升，就不能实现作为催化燃烧装置特征的清洁燃烧。

另一方面，当第一催化体5a的上流侧转变为异常燃烧时，由于反应状态发生变化，第一催化体5a的表面温度有较大的变化。此时，设置于第一催化体5a和混合气体供给部1之间的气体通路内部的红外线传感器14检测出从第一催化体5a的表面释放的红外线，并且输出有较大变化。在对该红外线传感器14的输出信号进行电气处理并产生约20％以上输出变动的情况下，可以判断为‘处于异常燃烧状态’。在检测出异常的情况下，通过采用控制燃烧、消除异常燃烧的原因等给定的保护动作，可以从异常燃烧造成的高温中保护以催化体为主的燃烧部构成部件，延长具备催化燃烧装置的机器的使用寿命，也可以避免因排气特性恶化造成的对环境的不良影响。

在实施方式4中，在靠近第一催化体5a的燃烧部配置红外线传感器14，但没必要一定安装在燃烧部。因此，也可以使用耐热温度较低的便宜的红外线传感器。并且，在实施方式4中，由红外线传感器14的输出信号的变动来检测出异常燃烧，但即使采用超出预先制定的正常燃烧时的输出值范围来进行异常燃烧检测，也可以得到同样的效果。

(实施方式5)

图5是本发明的实施方式5中的催化燃烧装置的截面图。

实施方式5中的催化燃烧装置与实施方式1至4所示的催化燃烧装置不同点在于：作为温度传感器、光学传感器、声音传感器和红外线传感器等的替代，设置压力传感器15，其可以检测出第一催化体5a和混合气体供给部1之间的热交换部7内部的压力。而且，对于与实施方式1相同的结构部分用相同符号表示，并省略说明。

以下，说明其作用。由于直到稳定运转的内容均与上述实施方式1至4相同，所以省略说明。

在稳定燃烧中催化剂的活性降低，或来自排气部的风的侵入所造成的空燃比的变化，或燃料供给不均匀等任一原因，使得不能得到给定的空燃比，当在第一催化体5a的表面出现燃料的比率增大的部分时，就会转变为异常燃烧，并产生火焰。若在燃烧机内部产生火焰，第一催化体5a、辐射受热部3等就会暴露于火焰中而被加热至高温，其劣化显著地进行。并且在火焰燃烧状态中，排气气体中的NO_x浓度上升，就不能实现作为催化燃烧装置特征的清洁燃烧。

另一方面，由于在第一催化体5a的上流侧转变为异常燃烧的瞬间，反应状态发生变化，所以压力产生瞬间变化，并向周围传播。为了能检测催化体5a和混合气体供给部1之间的热交换部7内部的压力而设置压力传感器15，压力传感器15检测出该压力，并且输出有较大的变化。在对该压力传感器15的输出信号进行电气处理并产生约20％以上输出变动的情况下，可以判断为‘处于异常燃烧状态’。在检测出燃烧状态的异常的情况下，通过采用控制燃烧、消除异常燃烧的原因等给定的保护动作，可以从异常燃烧造成的高温中保护以催化体为主的燃烧部构成部件，延长具备催化燃烧装置的机器的使用寿命，也可以避免因排气特性恶化造成的对环境的不良影响。

在实施方式5中，在靠近第一催化体5a的燃烧部配置压力传感器15，但没必要一定安装在温度高的燃烧部。因此，也可以使用耐热温度较低的便宜的压力传感器。并且，在实施方式5中，由压力传感器15的输出信号的变动来检测出异常燃烧，但即使采用超出预先制定的正常燃烧时的输出值范围来进行异常燃烧检测，也可以得到同样的效果。并且在实施方式5中使用了能检测绝对压力的压力传感器，但使用检测相对于大气压的压差的压差传感器也可以得到相同的效果。

(实施方式6)

实施方式6中的催化燃烧装置在具备燃料供给部20、空气供给部21、送风机22、混合燃料和空气的混合部23这点上与所述的实施方式1至5所述的催化燃烧装置相比，有结构上的不同，不具备温度传感器、光学传感器、声音传感器、红外线传感器、压力传感器等的传感器，其它的结构部分与所述实施方式1至5相同。而且，对于与实施方式1相同的结构部分用相同的符号表示，并省略说明。

下面说明实施方式6中的催化燃烧装置的作用。首先，在燃烧开始时，向加热器4中通电，将第一催化体5a预热至活化温度以上后，停止向加热器4通电，在混合部23对燃料供给部20供给的燃料和空气供给部21供给的空气进行混合，并从气体喷出部2喷出，并开始在第一催化体5a中催化燃烧。而且催化燃烧时的第一催化体5a、第二催化体5b、第三催化体5c、第一传热板6a、第二传热板6b、第三传热板6c的作用与上述的实施方式1至5相同。

在稳定燃烧中催化剂的活性降低，或来自排气部的风的侵入所造成的空燃比的变化，或燃料供给不均匀等任一原因，使得不能得到给定的空燃比，当在第一催化体5a的表面出现燃料的比率增大的部分时，就会转变为异常燃烧，并产生火焰。若在燃烧装置内部产生火焰，第一催化体5a、辐射受热部3等就会暴露于火焰中而被加热至高温，其劣化显著地进行。并且在火焰燃烧状态中，排气气体中的NO_x浓度上升，就不能实现作为催化燃烧装置特征的清洁燃烧。

另一方面，由于在第一催化体5a的上流侧转变为异常燃烧的情况下，反应状态发生变化，所以压力产生瞬间变化，并向周围传播，将燃烧用空气供给至空气供给部21中的送风机22因压力上升的缘故而使送风负荷产生变化。因此，在对送风机22的负荷的增加进行电气处理并增加约20％以上负荷的情况下，可以判断为‘处于异常燃烧状态’。在检测出异常的情况下，通过采用控制燃烧、消除异常燃烧的原因等给定的保护动作，可以从异常燃烧造成的高温中保护以催化体为主的燃烧部构成部件，延长具备催化燃烧装置的机器的使用寿命，也可以避免因排气特性恶化造成的对环境的不良影响。

在实施方式6中，通过送风机22的负荷变动来检测出异常燃烧，但即使采用超出预先制定的正常燃烧时的负荷范围来进行异常燃烧检测，也可以得到同样的效果。

下面，说明将上述的从实施方式1至实施方式6所示的催化燃烧装置作为制冷剂加热器使用的制冷剂加热式空调机。

图7是制冷剂加热式空调机的冷冻循环图。室外机组中的压缩机31与四通阀32连接在一起。在四通阀32上连接着室内热交换器33。在室内热交换器33的液侧的管路中设置有制冷剂流量控制阀34。制冷剂流量控制阀34借助在制热运转时处于打开状态、在制冷运转时处于关闭状态的二通阀35与制冷剂加热器36连接在一起。在制冷剂加热器36中设置供给燃烧用空气的燃烧器马达37和供给燃烧用燃料的电磁泵38。制冷剂加热器36与储存器39连接在一起，储存器39与压缩机31连接在一起，由此构成制热运转用的循环。

制冷时所使用的室外热交换器40的一端与四通阀32连接，同时另一端与制冷剂流量控制阀34和二通阀35之间的部分管路连接在一起。逆止阀42a、42b是在制热运转时不让制冷剂流向室外热交换器40的阀门。

下面说明制冷时的冷冻循环。在制冷时，关闭二通阀35，不让制冷剂流向制冷剂加热器36。而且切换四通阀32，在线圈通电导通状态下，使制冷剂按箭头A的方向流动，由压缩机31吐出的制冷剂流入到室外热交换器40，于是由室外风扇41放热，已液化的制冷剂经过逆止阀42b在主制冷剂流量控制阀34中受到节流膨胀。气态制冷剂在该室内热交换器33中通过室内风扇43的作用从大气中吸收热量。而且经过四通阀32和逆止阀42a循环至储存器39，构成冷冻循环。

下面说明制热时的冷冻循环。在制热时，切换四通阀32，在线圈通电断开状态下，使得制冷剂按箭头B的方向流动，并且打开二通阀35。于是由压缩机31吐出的制冷剂经过四通阀32流入到室内热交换器33，通过来自室内风扇43的送风而放热的液态制冷剂经过制冷剂流量控制阀34，并经过打开状态的二通阀35，流入制冷剂加热器36中。而且在制冷剂加热器36中受到燃烧热的加热，再循环至储存器39，由此构成冷冻循环。

下面说明制热时的运转动作。当室内机(未图示)接受到制热运转信号时，首先，四通阀32的线圈处于通电断开状态，关闭二通阀35。并且制冷剂流量控制阀34按照需要设定开度，来控制所需的制冷剂量。而且，向制冷剂加热器36发出燃烧准备的信号，驱动压缩机31，将从逆止阀42a经过室外热交换器40至逆止阀42b的管路的制冷剂通过制冷剂加热器36回收。如果通过回收该制冷剂使室外热交换器40变为负压，就打开二通阀35。

这样，在制冷剂加热器36进行燃烧之前，使足够量的制冷剂循环，可以防止燃烧开始时的制冷剂加热器36的过冲现象。如果制冷剂加热器36变为可燃烧状态，就由电磁泵38输送燃烧燃料，同时由燃烧器马达37输送燃烧用空气，并开始燃烧。而且，该制热运转时的制冷剂流量控制阀34不会起到热力泵式冷冻循环中的节流作用。

并且，在上述冷冻循环中所使用的二通阀35通常在线圈通电时为打开状态，在线圈非通电时为关闭状态。

制冷剂加热器36相当于图1～图6所示的实施方式1～6中的催化燃烧装置A，通过A的热交换部7和被加热流体通路9，制冷剂接受燃烧热。这样，通过将本实施方式的催化燃烧装置作为制冷剂加热式空调机的热源而使用，可以进行与异常燃烧相对应的稳定的制热运转。

(实施方式7)

图8是本实施方式7中的催化燃烧装置的立体剖视图。本实施方式7中的催化燃烧装置的主要部分由燃料供给部101、空气供给部102、混合来自所述燃料供给部101的燃料气体和来自空气供给部102的空气的混合气体供给部103、混合气体喷出部104、第一辐射受热部105、配置于混合气体的流程中比所述辐射受热部105更靠下流侧的加热器106、第一催化体107、第二辐射受热部108、第二催化体109、排热回收部110、排气口111、热交换部112而构成，各构成部分按照上述的顺序被设置于催化燃烧装置内。而且在所述催化燃烧装置的上表面形成被加热流体通路113。在第一催化体107的上流侧表面附近的气体通路中设置上流侧温度传感器114a、114b，在第一催化体107的下流侧表面附近的作为气体通路的第一催化体107和第二催化体109之间设置下流侧温度传感器115a、115b。

第一催化体107、第二催化体109以具有透气性的堇青石蜂窝状物为基材、承载钯或铂等的贵金属类催化剂。第一催化体107的每单位面积的蜂窝栅格数比第二催化体109的每单位面积的蜂窝栅格数少，透气性良好。作为第一催化体107的基材来说，也可以采用金属或碳化硅，而不用堇青石蜂窝状物。第一辐射受热部105、第二辐射受热部108、排热回收部110呈现与燃烧气体流动方向平行的多个散热片形状，并全部与热交换部112一体化。

下面，说明具有结构的本实施方式7中的催化燃烧装置的动作。

首先，在燃烧开始时，向加热器106通电，使其表面温度上升从而成为火源，然后，由空气供给部102流入燃烧用空气，由燃料供给部101流入燃料，在混合气体喷出部104和第一催化体107之间形成火焰。由于在数秒(约5秒以内)将第一催化体107预热至活化温度以上，所以停止向加热器106通电，使空气流量增加并灭掉火焰，然后设定为给定的混合气体浓度，在第一催化体107中开始催化燃烧。

在催化燃烧时，第一催化体107被加热至发红，并释放出放射能量。该放射能量被以第一辐射受热部105为主的热交换部112吸收，再次被变换为热能，由此，放射传热至热交换部112。

而且，热能通过热传导由热交换部112流经被加热流体通路113，再通过对流热传导，传热至被加热流体通路113内的被加热流体中。

由于放射传热不会造成流体紊乱，所以不会阻碍第一催化体107中的燃烧反应，即使增加被加热流体的热交换量，也可以确保燃烧稳定性。

若增加燃烧量，燃料的一部分在第一催化体107中不反应，到达第二催化体109后开始催化燃烧。

第二辐射受热部108与第一辐射受热部105相同，可促进传热，已通过的燃料气体在排热回收部110被回收排热后，从排气口111排出至外部。

在催化燃烧时，由于在第一催化体107的内部存在呈现最高温度的部分，所以测定排气温度的上流侧温度传感器114a和114b或者下流侧温度传感器115a、115b检测最高温度的位置，并显示其输出。

当使混合气体浓度大致一定、而增加燃料流量时，最高温度的位置移动至下流侧，同时产生热量增加，所以设置于第一催化体107的下流侧表面附近的下流侧温度传感器115a和115b的输出与燃烧量大致成比例地增加。即，发现存在以下关系：下流侧温度传感器115a和115b的输出，在显示高温(下流侧的温度较高)时，燃料流量较大，在显示低温(下流侧的温度较低)时，燃料流量较小。此时，下流侧温度传感器115a和115b的输出被燃料流量所控制，受混合气体浓度的影响较小。

另一方面，当使燃料流量大致一定、而增加混合气体浓度时，最高温度的位置移动至上流侧，所以上流侧温度传感器114a和114b的输出增加。也就是说，在该混合气体浓度高时，显示出上流侧温度高、下流侧温度低的值。即，发现存在以下关系：在上流侧的温度低时，混合气体浓度较低。特别是，上流侧温度传感器114a和114b的输出被混合气体浓度控制，如果燃料流量的变化不显著时，几乎可不需要考虑燃料流量造成的影响。

于是，根据本实施方式的催化燃烧装置，通过下流侧温度传感器115a和115b的输出来检测燃烧量，通过上流侧温度传感器114a和114b的输出来检测混合气体浓度，由此，可以全面准确地检测与第一催化体107和第二催化体109的尺寸没有关系的表面温度，把握燃烧状态。就连以火焰的离子电流为基础来检测燃烧状态的现有的火焰燃烧方式也难以准确把握混合气体浓度，本实施方式的燃烧检测方式能以简易的结构确保良好精度的检测性能。

并且，检测设置于第一催化体107的上流侧表面左右的上流侧温度传感器114a、114b的输出差值，在燃烧运转状态下，在检测出各传感器输出差值(例如约为100℃以上)的情况下，判断为‘催化剂劣化’后，使燃烧结束。

而且，通过上流侧温度传感器114a和114b的设置，可以检测第一催化体107的上流侧的催化剂劣化状态，并可以确保燃烧机器的可靠性。

并且，检测设置于第一催化体107的下流侧表面左右的下流侧温度传感器115a、115b的输出差值，在燃烧运转状态下，在检测出各传感器输出差值(例如约为100℃以上)的情况下，判断为‘催化剂劣化’后，使燃烧结束。

而且，通过下流侧温度传感器115a和115b的设置，可以检测第一催化体的下流侧和第二催化体上流侧的劣化状态，即使在混合气体浓度有变化的情况下，由于采用温度差值进行判断，所以可以准确判断劣化状态，并可以确保燃烧机器的可靠性。

并且，对于以第一催化体107的催化体为中心的部件的随时间变化来说，着眼于燃烧时的最高温度的位置向下流侧移动，检测下流侧温度传感器115a和115b的输出与上流侧温度传感器114a和114b的输出差值，使燃烧结束。

而且，通过上流侧和下流侧温度传感器，可以在更宽的燃烧运转状态的范围内检测第一催化体和第二催化体的劣化状态，即使在混合气体浓度有变化的情况下，由于采用温度差值进行判断，所以可以准确判断劣化状态，并可以确保燃烧机器的可靠性。

并且，在设置于第一催化体107的上流侧表面或下流侧表面左右的上流侧温度传感器114a和114b与下流侧温度传感器115a和115b中存在耐热温度(例如600℃)上限的情况下，如图9所示，将该温度传感器116设置在距离催化体117的上流侧或下流侧给定距离X(例如10mm)的位置上，由此，即使在最大燃烧时催化体117的表面温度达到高温(例如800℃以上)，由于不会直接受到催化剂的达到高温的表面温度的影响，所以可以在温度传感器116的耐热温度以下进行检测。

而且，无论在何种程度的高温的燃烧状态下使用低成本且便宜的温度传感器时，也可以维持温度传感器本身的可靠性，同时可以确保燃烧机器的可靠性。

并且，在设置于催化体107的上流侧表面或下流侧表面左右的上流侧和下流侧的温度传感器116中存在耐热温度(例如600℃)上限的情况下，如图10所示，在温度传感器116上设置圆筒状的耐热性的防护罩118，并且如图11所示，设置平板状的耐热性的防护罩119，由此，即使在最大燃烧时催化体的表面温度达到高温(例如700℃以上)，也可以高精度且在温度传感器116的耐热温度以下测定检出催化体表面温度。

而且，即使过渡时在温度传感器116的附近万一发生火焰而产生高温的燃烧状态下，也能更加维持温度传感器116本身的可靠性，同时可以确保燃烧机器的可靠性。

但是，作为上述温度传感器的防护罩118或119的替代，也可以预先以一体型形成向热交换部112的内侧突出的形状的器件，在保护温度传感器方面，具有与上述内容同样的意义。

并且，根据设置于催化体107的上流侧表面左右的上流侧温度传感器114a和114b或催化体107的下流侧温度传感器115a和115b的输出、或者各个传感器输出值或输出差值来进行判断，如果每个传感器温度输出值只要有一个是预先作为基准值设定的温度(例如约900℃)以上时，就认为是‘打火现象’，或者，在上流侧表面和下流侧表面左右的传感器输出差值被检测为预先作为基准值设定的温度(例如约100℃以上)的情况下，或上流侧和下流侧的温度传感器的输出差值被检测为预先设定的温度差值(例如400℃)以上的情况下，判断为‘部分劣化’，使燃烧结束。

而且，通过比较上流侧和下流侧温度传感器的输出值与预先存储的温度的值，可以确实检测出第一催化体和第二催化体的劣化状态和打火现象，控制性高、且可以确保燃烧机器的可靠性。

并且，将设置于催化体107的上流侧表面左右的上流侧温度传感器114a和114b或者催化体107的下流侧温度传感器115a和115b的各个传感器输出差值与存储的上次运转状态的输出差值作比较，在检测出输出差值为上次运转时的温度(例如约100℃)以上的情况下，判断为‘部分劣化’，使燃烧结束。

并且，即使在构成大型的燃烧器、并在需要更大功率时使用2个以上的多个催化体和多个温度传感器而构成的情况下，如上所述，控制性高、且可以确保燃烧机器的可靠性。

而且，上述说明的本实施方式7的催化燃烧装置的各部温度变动情况是表示其中一个实施例的情况，根据催化体的蜂窝的形状、构造、种类、大小和承载量，并不一定通过燃烧流量来决定上流侧和下流侧的温度。并且，催化体的个数为2个以上，温度传感器的个数也不限定数目。而且，即使代用可检测温度或燃烧状态的传感器也没有关系。

并且，在将本实施方式7中的催化燃烧装置用作图7的制冷剂加热器36的热源的情况下，可确实地把握催化剂的劣化状态，进行稳定的燃烧，实现更稳定的制热运转。

(实施方式8)

图12是本发明的催化燃烧装置的实施方式8的部分剖视结构图。实施方式8中的催化燃烧装置的主要部分由作为燃料供给部件的燃料供给部201、作为空气供给部件的空气供给部202、使液体燃料等气化的气化器203、气化器加热器204、气化器温度检测部205、催化发热体206、混合气流通口207和作为燃烧部的催化体208而构成，各构成部分按照上述的顺序被连续地设置在催化燃烧装置内。

催化发热体206在金属基材上承载着铂类的贵金属。并且，催化发热体206被配置为与气化器203相接触。并且，在催化发热体206上存在有通过燃料和空气的混合气的混合气流通口207。

催化体208在具有多个连通孔的陶瓷蜂窝状物上承载铂类的贵金属，可进行催化燃烧。

而且，设置有催化剂预热加热器209、上流侧温度传感器210(在此使用热敏电阻)、下流侧温度传感器211(在此使用热敏电阻)、燃烧室212、燃烧气体排出口213、辅助催化体214。在催化燃烧装置的外围部设置热交换部215，而且在热交换部215上设置被加热流体通路216。

下面，说明图12中的本实施方式8的动作和特性。供给的液体燃料(在此使用煤油)经由燃料供给部201朝向气化器203喷出。在此，气化器203利用气化器温度传感器205检测温度，通过气化器加热器204的ON-OFF来控制为250℃以上，燃料在此相互冲撞，进行液体燃料的气化。并且，经由空气供给部202供给的空气的一部分在与催化剂发热体206冲撞之后，在内部循环，与已气化的液体燃料混合，然后由混合气流通口207喷出，供给至催化体208。供给至催化体208的混合气通过陶瓷蜂窝状物上所承载的铂类贵金属的催化作用，在表面进行燃烧，并变为燃烧排气气体，而且，燃烧排气气体中稍残留的未燃烧气体在辅助燃烧催化剂214中完全燃烧，并从燃烧气体排出口213排出至外部。

下面，说明开始稳定燃烧之后的控制。图13是表示本发明的燃烧控制的流程的流程图。

转变为稳定运转之后的30分钟以内只进行通常的控制，以各传感器205、210、211的输出为基础，判断有无异常，是继续进行运转，或停止运转。

转变为稳定运转以后并经过30分钟后，转变为本发明的检验循环。首先进行图形检验，检验催化燃烧的状态，根据结果进行调整燃烧，即，停止燃烧或再燃烧，以及显示、设定变更。并且在燃烧为最低功率的情况下，进行焦油除去操作，并返回到通常的控制。而且，当累计运转时间经过24小时后，就转变为检验模式，当检验出燃烧催化剂活性降低时，就停止运转。通常的控制的内容如下。

为了维持稳定燃烧，必须确保催化体208的温度不为铂类贵金属的活化温度以下。另一方面，当使催化体208的温度过高时，就会对作为催化体208基材的陶瓷或其它结构部件产生恶劣影响，因燃烧装置的可靠性会出现问题，所以需要加以注意。

燃烧状态的控制是通过燃料供给量、燃烧用空气供给量和气化器加热器204的通电量来进行的。在图12所示结构的催化燃烧装置中，催化体208的上流侧温度为350℃～700℃、下流侧温度为450℃～900℃的范围是正常运转的范围，相对于各燃烧量的燃烧空气的量是通过实验中所求得的最优选值来设定的。

左右催化燃烧装置的可靠性的最大要素是催化体208和辅助催化体214本身的劣化。对于劣化来说主要有两类，即，化学寿命(活性低下)和物理寿命(基材破裂、堵塞等)。当燃烧量有变化时，催化体208、辅助催化体214本身的温度就有很大的变化。但相反，若是相同燃烧量，各部的温度就显示相同的温度图形。于是，首先设置存储部件(未图示)，用来存储在各燃烧量中显示气化部温度传感器205、上流侧温度传感器210、下流侧温度传感器211所检测的温度的基准温度的图形，存储每个燃烧量中稳定进行燃烧时(例如燃烧量变更的30分钟后)的温度。而且，将下次以该燃烧量运转时所检测的各部温度与存储的基准温度作比较，在变化为比预先通过实验所求得的误差范围(例如5％)大的情况下，就判断为‘异常燃烧状态’而停止燃料供给，并进行熄火处理。例如，在化学寿命即催化体的活性较低的情况下，在本实施方式8的催化燃烧装置中，由于催化体218的活性低下早于辅助催化体214的活性低下，所以呈现出上流侧温度传感器210所检测的温度较低、下流侧温度传感器211所检测的温度上升的变化，因此可检测催化剂的劣化。另一方面，在物理寿命即催化体的基材产生破裂或堵塞的情况下，因超出上述基准温度的温度图形，故可以检测出。于是，可根据上流侧温度传感器和下流侧温度传感器的输出图形来判断催化剂活性的降低。

并且，设置存储气化部温度传感器205、上流侧温度传感器210、下流侧温度传感器211所检测的温度的存储部件(未图示)，并使其存储该产品在各燃烧量初次使用时的燃烧稳定时(例如燃烧量变更的30分钟后)的温度。之后，将以该燃烧量运转时所检测的各部的温度与存储的基准温度作比较，在变化为比预先通过实验所求得的误差范围(例如5％)大的情况下，就判断为‘异常燃烧状态’而停止燃料供给，并进行熄火处理。通过这样处理，就可以针对催化剂活性降低进行适当处理。

以上说明的情况是固定目标温度后进行控制的情况，但在催化燃烧装置中催化剂随着其使用时间而劣化的情况是无法避免的。因此，为了长期使用，也可以根据使用时间改变针对各燃烧量的各温度传感器的目标温度。即，设置存储使用时间的部件(未图示)，将各燃烧量的目标温度作为使用时间的函数来进行变化。预先通过实验求出上流侧温度传感器210、下流侧温度传感器211所检测的温度针对各燃烧量和使用时间的变化，将该结果作为目标温度即基准温度。以该目标温度为基准，比较以该燃烧量运转时所检测的各部的测定温度，在变化为比预先通过实验所求得的误差范围(例如5％)大的情况下，就判断为‘异常燃烧状态’而停止燃料供给，并进行熄火处理。通过该处理可以长期适当地处理作为目前检测困难的催化剂活性降低问题。

对于一般的催化燃烧装置的结构来说，相对于具有多个连通孔的催化体208的截面积，空气供给部202的截面积较小，所以已气化的燃料和燃烧空气的混合气会产生局部过多的供给，进而容易在催化体208的表面上产生温度高的部分。如此高温部分的生成会加速催化燃烧装置的劣化，并诱发催化体的应力开裂，这是所不希望的。

但是，在一般的燃烧控制中，针对于燃烧量设定，若条件是相同的，供给的空气量就会被固定为一定的值。因此，加速了催化体208的局部劣化的情况较多。于是，在一定条件下的运转继续较长时间例如30分钟以上的情况下，为了使催化体部208的高温部分移动，就使燃烧空气的供给量少量变动。该控制是图13的调整燃烧，例如当周期为2分钟、供给量的变动幅度为±3％时，燃烧室212内的混合气的气流就会变化，进而催化体8表面的高温部产生移动。这样，催化体208的温度分布更均匀，由此，可以延长催化燃烧装置的使用寿命。

并且，图12那样结构的催化燃烧装置，在设定相同燃烧量并进行长时间运转的情况下，对于气化器203来说，由于在同一部位连续进行燃料的气化，所以需要解决可靠性上的问题。在此可以如上述那样改变燃烧空气的供给量，但也可以少量改变供给燃料的量，而不用使燃烧空气的供给量产生变化。例如当周期为2分钟、供给量的变动幅度为±3％时，在气化室203上，燃料气化的部分移动，而且燃烧室212内的混合气体的气流产生变化，进而催化体208表面的高温部也产生移动。这样，可以分散气化器203上的气化部，使催化体208的温度分布更加均匀，由此，可以延长催化燃烧装置的使用寿命。

并且，作为使催化燃烧装置的可靠性降低的因素，下面列举的是使用液体燃料的燃烧装置共同的课题即气化部的焦油析出。在催化燃烧装置中，由于不用火焰，所以总体比一般燃烧器温度低。因此，容易引起以液体燃烧的高沸点成份的再凝聚为主因的焦油生成。因此进行图13所示的焦油除去操作。该操作是例如在长时间(例如2个小时以上)连续进行最容易生成焦油的最低燃烧量的燃烧的情况下，在短时间(例如10分钟)的间隔内使燃烧量提高10％左右。通过该操作提高燃烧器内的温度，可以抑制焦油的析出，进而可以提高燃烧装置的可靠性。而且，当以同一条件长时间运转时，由于混合气体的分布原因，存在在催化体本身生成焦油的情况，但通过进行本实施方式所示的调整燃烧等，可以抑制焦油生成。

即使采取上述那样的各种方案，经长时间并加小心地使用催化燃烧装置，但催化体208的活性也会降低。为了确实掌握该活性降低，并在引起异常燃烧之前安全地停止，设定了用于直接确认催化剂活性的动作。即，设置累计运转时间的计时器，若累计运转时间达到24小时，就进行如下动作。催化剂的活性随温度降低而降低。于是，以给定的燃烧量进行稳定燃烧，在充分稳定时停止燃料的供给。而且在上流侧温度传感器210、下流侧温度传感器211所检测出的催化体208的温度降低、并到达给定的温度时，再次供给燃料。此时，如催化体208的催化活性足够高，在该温度下再进行催化反应，燃烧部的温度通过反应热而上升，再次变为稳定燃烧。但是，如因催化剂的活性低下催化反应不充分而不能使燃烧部的温度上升，则会使火熄灭。即，停止上述的燃料供给，改变温度降低时的再次供给燃料的给定温度，并根据其各温度的催化燃烧反应的开始来评价催化剂活性，就可以利用该现象确认催化燃烧装置的催化剂活性。在图12所示的催化燃烧装置的情况下，可将实际的燃烧量设定为最高燃烧量的1/2，将燃料再次供给温度设定为350℃(上流侧温度)，可通过实验确认适宜地动作。在因活性降低而熄火的情况下，可以再次进行给定的点火操作。并且，进行1次检验模式之后，将累计运转时间的计时器复位，开始再次累计，以24小时的时间间隔进行检验模式。

在通过上述操作确认到催化剂活性降低时，燃烧装置也不是立即就不能运转。因此，设置通知使用者催化剂的活性降低这种情况的“通知显示部”(未图示)，并让使用者知道维护的必要性。由此，可以提高催化燃烧装置作为产品的可靠性。

一般认为，由于燃烧催化剂的活性降低，要求更高催化活性的燃烧条件(即最大燃烧量和最小燃烧量)导致催化体的温度变为异常，屡次停止运转，对于使用者而言不方便。因此，在已确认催化剂活性降低的情况下，改变控制，从而进行限制燃烧量的运转。由此，可以成为更方便的产品。

在以上所示的本实施方式8中，在上流侧温度传感器210、下流侧温度传感器211中采用热敏电阻，但如果设置在与催化体208的上流侧和下流侧相关的位置上，也可以采用耐热性高、使用温度范围广的铠装热电偶等其它温度检测部件，可取得与上述相同的效果。而且，控制顺序中的上流侧温度传感器210、下流侧温度传感器211的给定温度依赖于温度检测部件的种类和设置部位，不一定限于上述温度。同样，对于各模式的实施定时等的时间来说，也不一定限于上述时间。

以上，说明了在液体燃料的燃烧装置中实施本发明的例子，但以下的情况也包含于本发明中。作为燃料种类来说，也适合使用除了气化器周围的结构以外，由连接管供给的燃料，由燃料罐供给的液化气燃料那样的高压供给的燃料。

并且，在催化体的载体上使用陶瓷蜂窝状物，但如果是具有可流通预混合气的多个连通孔的器件，就不限定其原材料或形状，例如可以利用陶瓷或金属的烧制件、金属蜂窝状物或金属无纺布、陶瓷纤维的编织件等，形状也不限定为平板状，根据原材料的加工性和用途可以任意设定为弯曲状、筒状或波板状等。并且，作为活性成分来说，一般使用铂、钯、铑等铂类贵金属，但也可以使用它们的混合体、其它金属或其氧化物，以及它们的混合组成，可以选择适合于燃料种类或使用条件的活性成分。

并且，如果将本实施方式8的催化燃烧装置作为图7的制冷剂加热器36的热源使用，由于可判断催化剂的状况，根据催化剂状况进行适当的运转，所以可实现长期稳定的制冷剂加热，同时可以进行稳定的制热运转。

(实施方式9)

下面说明本发明的实施方式9。图14是实施方式9的立体剖视图，图15是同一装置的纵向剖视图，图16是实施方式9中的传感器的剖视图。

实施方式9中的催化燃烧装置由混合气体供给部417、催化燃烧室418和被加热流体通路419构成主要部分。并且，混合气体供给部417是沿着混合气体流动方向由混合气体导入部420、混合气体气化室421和混合气体喷出部422构成的，在混合气体气化部421的外围部配置嵌入式加热器423。催化燃烧室418是沿着混合气体流动方向顺次由第1受热部424、预热加热器425a、425b、第1催化体426、第2受热部427、第1整流板428、第2催化体429、第2整流板430、第3催化体431、第3整流板432、第3受热部433、排气流出部434构成的，被加热流体通路419(铜连接管)被焊接在催化燃烧室418的外筒框体435上。并且，第1受热部424、第2受热部427、第1整流板428、第2整流板430、第3整流板432和第3受热部433与外筒框体435形成为一体，并使用铝材。第1催化体426、第2催化体429、第3催化体43 1以具有连通孔的堇青石蜂窝状物为基体、在活性铝载体上承载钯催化剂。第1受热部424、第2受热部427被配置在正对着第1催化体426的通气口的位置上，使其容易接受来自第1催化体426的辐射、排热，并配置第3受热部433，使其容易接受来自第3催化体431的排热。第1整流板428、第2整流板430具有朝向第2催化体429的混合气体整流作用和来自第2催化体429的受热作用，第2整流板430、第3整流板432具有朝向第3催化体431的混合气体整流作用和来自第3催化体431的受热作用。预热加热器采用2个250W规格的加热器，第1催化体采用在150×70×20、200单元/inch²中承载3g/l的Pd的催化体，第2催化体采用在150×70×10、400单元/inch²中承载3g/1的Pd的催化体，第3催化体采用在150×70×10、400单元/inch²中承载3g/1的Pd的催化体。

图16的燃烧排气传感器450被固定于第3催化体431的下流侧、第3整流板432附近。燃烧排气传感器450由活性温度传感器450a和非活性温度传感器450b构成，活性温度传感器450a是在外表面上设置催化剂层452的温度传感器451a，非活性温度传感器450b是设置具有与450a的催化剂层452相同的热传导率的缓冲层453的温度传感器451b。

下面，说明动作。首先，在燃烧开始时，向预热加热器425a、425b通电，将第1催化体426预热至活化温度以上，约为350℃，然后，停止向预热加热器425a、425b通电，由混合气体供给部417供给混合气体，使在第1催化体426中开始进行催化燃烧。然后，由来自第1催化体426的排热来加热第2催化体429，在第2催化体429中也开始进行催化燃烧。在催化燃烧时，在第1催化体426和第2催化体429中几乎完全燃烧，第3催化体具有对通过第2催化体后仅存的未燃排气进行净化的作用。燃烧反应热以辐射能形式从催化体中辐射出去。该辐射能被第1受热部424等吸收，再次转变为热能，由此，向被加热流体通路419传热。而且，由于热能通过热传导后再通过热传递从被加热流体通路419向通路(铜连接管)内的被加热制冷剂传热的辐射传热不会使气流紊乱，所以不会阻碍第1催化体426、第2催化体429中的燃烧反应，即使增加被加热制冷剂的热交换量，也可以确保燃烧稳定性。通过设置正对着催化体通气孔的受热部，并交互地设置多组催化体和受热部，可以促进从催化体到受热部的辐射传热，同时在催化体中的高燃烧量时，可以降低容易变为高温的催化体的催化剂表面温度。在催化燃烧室418内，可以利用各个受热部和各个整流板，使混合气体的流动方向如蛇行，由此可以延长内部的热催化体滞留时间。因此，可以达到提高受热部的受热效率、增加接触时间的目的。穿过第3催化体431的排气经由排气流出部434排出至外部。通过制成在具有连通孔的蜂窝栅格形状的基体上承载着催化剂的催化体，可以提高针对热应力的强度，并提高使用寿命。在高燃烧量时，可以降低通常容易变为高温的催化体的催化剂表面温度，并抑制在耐热极限温度以下，可以实现高负荷型的热交换一体型催化燃烧式热源机，所以可以使机器小型化。

燃烧排气传感器450被固定于第3整流板432附近，通常与燃烧排气接触，在催化燃烧为正常的燃烧时，在第1催化体426和第2催化体429中几乎燃烧完全，在第3催化体中对通过第2催化体后仅存的未燃排气进行净化，因此，设置于活性温度传感器450a的催化层不会引起什么发热反应，所以两个温度传感器450a、450b所检测的温度近乎相等。可是，当催化燃烧超出正常燃烧状态的范围时，在第1催化体426和第2催化体429中燃烧不完全，而且在第3催化体中也不能完全净化，因此，未燃烧气体到达燃烧排气传感器450。于是，设置于活性温度传感器450a上的催化剂层与周围的未燃烧气体反应，并引起发热反应，可是非活性温度传感器450b不会引起发热反应，所以两个温度传感器450a、450b所检测的温度产生差值。通过检测该温度差，可以检测异常的燃烧状态。

一般来说，燃烧催化剂因燃料中的杂质等的缘故，存在着随时间的推移而使活性降低的倾向，活性降低的燃烧催化剂所能处理的燃料变少而生成未燃烧气体。因此，本实施方式所示的燃烧排气传感器对于催化剂的劣化判定是非常有效的。

图17表示使用由实施方式9得到的催化燃烧装置，在改变空气比(供给空气量/理论空气量)的情况下，对作为实际排气组成的HC/CO₂与上述的传感器输出进行比较。由图可知，例如空气比为1.8时，实际的排气组成与显示极小值的排气组成相同，本发明传感器的输出也显示极小值，两者之间的测定结果具有良好的一致性。

(实施方式10)

图18表示实施方式10中所使用的燃烧排气传感器460。燃烧排气传感器460由活性温度传感器460a和非活性温度传感器460b构成，活性温度传感器460a是在将催化剂层462设于表面的受风板464a上具备温度传感器461a和隔热层465a的传感器，非活性温度传感器460b是在将缓冲层463设于表面的受风板464b上具备温度传感器461b和隔热层465b的传感器。在第1受风板460a的表面上设置催化剂层462，第2受风板460b的表面为非活性物质，使用温度传感器分别检测受风板的温度(在实施方式9中，直接在温度传感器表面涂布催化体，使检测温度具有差值)。受风板464a、464b被固定于第3催化体431的下流侧、第3整流板432附近。因动作与实施方式9相同，所以省略说明。

通过上述结构，可以一边监视排气气体状态一边控制燃烧状态，所以可以对应于催化剂劣化随时间的变化而维持理想的催化燃烧状态，并可以避免NO_x(氮氧化物)的发生。并且，由于所使用的传感器是便宜的温度传感器的应用品，所以可以降低机器的价格。

(实施方式11)

图19表示实施方式11中所使用的燃烧排气传感器470。燃烧排气传感器470是在单面上设置活性温度传感器471a、催化剂层472、隔热层475a、在反面上设置非活性温度传感器471b、缓冲层473、隔热层475b的隔热性材料的受风板474。在受风板474的单面上设置催化剂层，在里面设置与催化剂层具有相同吸放热特性的缓冲层，使基材具有隔热性，成为不让催化剂层的发热传到里面的结构，使温度传感器检测每个面的温度(在实施方式9中，直接在温度传感器表面涂布催化体，使检测温度具有差值)。以与燃烧空气的气流平行的方向将受风板474固定于第3催化体431的下流侧、第3整流板432附近，以便两个面可均匀地接触燃烧空气。因动作与实施方式10相同，所以省略说明。

通过上述结构，可以一边监视排气气体状态一边控制燃烧状态，所以可以对应于催化剂劣化随时间的变化而维持理想的催化燃烧状态，并可以避免NO_x(氮氧化物)的发生。并且，由于所使用的传感器是便宜的温度传感器的应用品，所以可以降低机器的价格。

而且，如果将本发明的实施方式9、10、11的催化燃烧装置作为图7的制冷剂加热式空调机的热源机使用，即使外部气温较低，也可以以稳定清洁的燃烧状态实现舒适的制热。

Claims (45)

1.一种催化燃烧装置，其特征在于，包括：

供给燃料的燃料供给部件；

供给燃烧所需空气的空气供给部件；

供给燃料和空气的混合气体的混合气体供给部；

使所述混合气体燃烧的具有透气性的催化体；

所述混合气体的气体通路；

设置在所述气体通路中的燃烧检测部件。

2.如权利要求1所述的催化燃烧装置，其特征在于，燃烧检测部件检测气体通路内混合气体的物理特性，并控制燃料供给部件和空气供给部件。

3.如权利要求2所述的催化燃烧装置，其特征在于，物理特性是指温度。

4.一种制冷剂加热式空调机，具备室内机组以及至少有压缩机和制冷剂加热器的室外机组，在制热时，将从压缩机吐出的制冷剂送入所述室内机组的室内热交换器中，并将从所述室内热交换器流出的制冷剂通过制冷剂加热器加热后送入压缩机，其特征在于，

所述制冷剂加热器的热源是权利要求1～3中任意一项所述的催化燃烧器。

5.一种催化燃烧装置，其特征在于，包括：

供给燃料的燃料供给部件；

供给燃烧所需空气的空气供给部件；

供给燃料和空气的混合气体的混合气体供给部；

使所述混合气体燃烧的具有透气性的催化体；以及

所述混合气体的气体通路，

在所述混合气体供给部和所述催化体之间，设置有检测所述混合气体的物理特性的传感器，根据所述传感器的信号输出控制所述混合气体的燃烧。

6.如权利要求5所述的催化燃烧装置，其特征在于，

具有在外围部设置被加热流体通路的热交换部，在气体通路中配置向混合气体的流动方向突出并与所述热交换部连接在一起的传热板。

7.如权利要求5所述的催化燃烧装置，其特征在于，

传感器是温度传感器，所述温度传感器根据在催化燃烧时所检测出的温度变化来控制混合气体的燃烧。

8.如权利要求5所述的催化燃烧装置，其特征在于，

传感器是光学传感器，所述光学传感器根据在催化燃烧时所检测出的光学特性的变化来控制混合气体的燃烧。

9.如权利要求5所述的催化燃烧装置，其特征在于，

传感器是声音传感器，所述声音传感器根据在催化燃烧时所检测出的声音特性的变化来控制混合气体的燃烧。

10.如权利要求5所述的催化燃烧装置，其特征在于，

传感器是红外线传感器，所述红外线传感器根据在催化燃烧时所检测出的红外线特性的变化来控制混合气体的燃烧。

11.如权利要求5所述的催化燃烧装置，其特征在于，

传感器是压力传感器，所述压力传感器根据在催化燃烧时所检测出的压力变化来控制混合气体的燃烧。

12.如权利要求5所述的催化燃烧装置，其特征在于，

将送风机作为空气供给部件，通过检测催化燃烧时的所述送风机的负荷变动，控制混合气体的燃烧。

13.如权利要求5～11中任意一项所述的催化燃烧装置，其特征在于，在气体通路的流动方向上配置多列催化体。

14.一种催化燃烧装置，其特征在于，包括：

供给燃料的燃料供给部件；

供给燃烧所需空气的空气供给部件；

供给燃料和空气的混合气体的混合气体供给部；

使所述混合气体燃烧的具有透气性的催化体；以及

所述混合气体的气体通路，

设置配置于所述催化体的所述气体通路的上流侧的至少1个上流侧温度传感器和配置于所述催化体的所述气体通路的下流侧的至少1个下流侧温度传感器的两方的温度传感器，或者所述上流侧温度传感器和所述下流侧温度传感器中的任意一方的温度传感器。

15.如权利要求14所述的催化燃烧装置，其特征在于，

具有在外围部设置被加热流体通路的热交换部，在气体通路中配置向混合气体的流动方向突出并与所述热交换部连接在一起的传热板。

16.如权利要求14所述的催化燃烧装置，其特征在于，

根据多个上流侧温度传感器之间的输出差值，控制燃料和空气的混合气体浓度。

17.如权利要求14所述的催化燃烧装置，其特征在于，

根据多个下流侧温度传感器之间的输出差值，控制燃料和空气的混合气体浓度。

18.如权利要求14所述的催化燃烧装置，其特征在于，

在多个上流侧温度传感器之间的输出差值或多个下流侧温度传感器之间的输出差值为给定值以上的情况下，停止燃烧。

19.如权利要求14～18中任意一项所述的催化燃烧装置，其特征在于，在距离催化体表面的给定距离位置上配置温度传感器。

20.如权利要求19所述的催化燃烧装置，其特征在于，

是设置了耐热防护罩的温度传感器。

21.如权利要求14所述的催化燃烧装置，其特征在于，

将上流侧温度传感器和下流侧温度传感器的各自的输出值与预先设定的基准值进行比较，在具有给定差值的情况下，停止燃烧。

22.如权利要求14所述的催化燃烧装置，其特征在于，

将上流侧温度传感器和下流侧温度传感器的各自的输出值与上次催化燃烧时的存储输出值进行比较，在具有给定差值的情况下，停止燃烧。

23.如权利要求14所述的催化燃烧装置，其特征在于，

将多个上流侧温度传感器之间的输出差值、或多个下流侧温度传感器之间的输出差值与预先设定的基准值进行比较，在具有给定差值的情况下，停止燃烧。

24.如权利要求14所述的催化燃烧装置，其特征在于，

将多个上流侧温度传感器之间的输出差值、或多个下流侧温度传感器之间的输出差值与上次催化燃烧时的存储输出差值进行比较，在具有给定差值的情况下，停止燃烧。

25.如权利要求14所述的催化燃烧装置，其特征在于，

设置多个催化体和分别在所述多个催化体上设置上流侧温度传感器和下流侧温度传感器的两方的温度传感器或者任意一方的温度传感器。

26.一种催化燃烧装置，其特征在于，包括：

供给燃料的燃料供给部件；

供给燃烧所需空气的空气供给部件；

供给燃料和空气的混合气体的混合气体供给部；

具备加热所述混合气体的加热部件的气化器；

使所述混合气体燃烧的具有透气性的催化体；以及

所述混合气体的气体通路，

分别在所述气化器中设置气化温度传感器，在所述催化体的上流侧设置上流侧温度传感器，在所述催化体的下流侧设置下流侧温度传感器，

预先设定给定燃烧量中的稳定燃烧时的所述气化器温度传感器的基准温度、所述上流侧温度传感器的基准温度和所述下流侧温度传感器的基准温度，将各自的测定温度与各自的基准温度进行比较，由此判断是正常燃烧还是异常燃烧。

27.如权利要求26所述的催化燃烧装置，其特征在于，

具有在外围部设置被加热流体通路的热交换部，在气体通路中配置向混合气体的流动方向突出并与所述热交换部连接在一起的传热板。

28.如权利要求26所述的催化燃烧装置，其特征在于，

基准温度是在上次燃烧时设定的温度。

29.如权利要求26所述的催化燃烧装置，其特征在于，

基准温度是在使用初期设定的温度。

30.如权利要求26所述的催化燃烧装置，其特征在于，

基准温度是相应于累计燃烧经过时间而确定的温度。

31.如权利要求26所述的催化燃烧装置，其特征在于，

设置确认催化剂活性度的部件，即，在累计燃烧经过时间达到给定值时，以给定的燃烧量进行稳定燃烧后，一旦停止燃料的供给，上流侧温度传感器和下流侧温度传感器所检测的温度降低到给定的温度之后，再次供给燃料，检测所述上流侧温度传感器和所述下流侧温度传感器中的温度是否上升。

32.如权利要求31所述的催化燃烧装置，其特征在于，

在检测出催化剂的活性度低于给定值的情况下，减小催化燃烧的燃烧量。

33.如权利要求26～32中任意一项所述的催化燃烧装置，其特征在于，具备在燃烧状态为异常的情况下显示该燃烧异常的显示装置、以及在催化燃烧部的催化剂的活性度低于给定值的情况下显示该催化活性度低下的显示装置中的任意一个。

34.一种催化燃烧装置，其特征在于，包括：

供给燃料的燃料供给部件；

供给燃烧所需空气的空气供给部件；

供给燃料和空气的混合气体的混合气体供给部；

使所述混合气体燃烧的具有透气性的催化体；以及

所述混合气体的气体通路，

在以相同燃烧条件进行连续运转的情况下，经过给定时间后，使给定时间之间的燃烧条件产生变化。

35.如权利要求34所述的催化燃烧装置，其特征在于，

具有在外围部设置被加热流体通路的热交换部，在气体通路中配置向混合气体的流动方向突出并与所述热交换部连接在一起的传热板。

36.如权利要求34所述的催化燃烧装置，其特征在于，

使空气的供给量或燃料的供给量产生变动，从而改变燃烧条件。

37.如权利要求36所述的催化燃烧装置，其特征在于，

空气的供给量或燃料的供给量的变动幅度在±3％以内。

38.如权利要求34所述的催化燃烧装置，其特征在于，

包括具备加热混合气体的加热部件的气化器，

在以比给定的燃烧量低的燃烧量连续运转的情况下，经过给定时间后，增加给定时间之间的燃烧量进行运转。

39.如权利要求38所述的催化燃烧装置，其特征在于，

燃烧量的增加量在给定燃烧量的10％以内，增加燃烧量的运转时间在10分钟以内。

40.一种催化燃烧装置，其特征在于，包括：

供给燃料的燃料供给部件；

供给燃烧所需空气的空气供给部件；

供给燃料和空气的混合气体的混合气体供给部；

使所述混合气体燃烧的具有透气性的至少1个催化体；以及

所述混合气体的气体通路，

通过测定催化反应引起的发热的传感器，检测从设置于所述气体通路的最下流部的所述催化体排出的燃烧排气气体的状态。

41.如权利要求40所述的催化燃烧装置，其特征在于，

具有在外围部设置被加热流体通路的热交换部，在气体通路中配置向混合气体的流动方向突出并与所述热交换部连接在一起的传热板。

42.如权利要求40所述的催化燃烧装置，其特征在于，

传感器是在外表面涂布催化体的温度传感器和不涂布催化体的温度传感器的一对温度传感器。

43.如权利要求40所述的催化燃烧装置，其特征在于，

传感器是设置有在表面涂布催化体的受风体的温度传感器和设置有不在表面涂布催化体的受风体的温度传感器的一对温度传感器。

44.如权利要求40所述的催化燃烧装置，其特征在于，

在隔热性基材的单面上设置催化体，在相反面上设置与催化体同热传导率的缓冲层，并在每个面上设置温度传感器。

45.一种检测催化燃烧装置的燃烧排气气体状态的传感器，其特征在于，通过测定设置于传感器上的催化体中的燃烧排气气体的发热反应，检测排气气体中有无未燃烧成分。

Images