JP2000213715A - Catalyst combustion apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、暖房器具や空調機
器、及び燃料電池の改質装置などに使用され、空気と可
燃性ガスの混合気を燃焼触媒に接触させて酸化反応を起
こすことによって、反応熱を得るための触媒燃焼器に関
するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used for heating appliances, air conditioning appliances, reformers of fuel cells, and the like, and by causing a mixture of air and flammable gas to come into contact with a combustion catalyst to cause an oxidation reaction. And a catalytic combustor for obtaining reaction heat.
【０００２】[0002]
【従来の技術】高温度の熱エネルギーを得るための燃焼
装置において、火炎を生成して用いる燃焼器が従来から
多数利用されている（例えば、特開平８−２１７４０１
号公報）。しかしこれらの燃焼器は高温度の火炎を生じ
るために、排気ガス中に有害物質（一酸化炭素など）が
生成されると共に可燃性ガスの未反応によって熱効率が
低いなど、環境面及びエネルギー面で大きな問題となっ
ている。このために排気ガスを浄化してクリーンな排気
ガスとするための排ガス処理装置なども従来から多数提
案されて利用されているが、有炎燃焼の燃焼器では根本
的にクリーンな排ガスを得ることは難しい。そこで燃焼
触媒を用いた触媒燃焼器が注目されている。2. Description of the Related Art In a combustion apparatus for obtaining high-temperature thermal energy, a large number of combustors for generating and using a flame have been conventionally used (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-217401).
No.). However, these combustors generate high-temperature flames, which generate harmful substances (such as carbon monoxide) in the exhaust gas and low thermal efficiency due to unreacted flammable gas. It is a big problem. For this purpose, a number of exhaust gas treatment devices for purifying exhaust gas to produce clean exhaust gas have been proposed and used in the past. Is difficult. Therefore, a catalytic combustor using a combustion catalyst has attracted attention.
【０００３】触媒燃焼器は、空気と可燃性ガスの混合気
を燃焼触媒に接触させて酸化反応を起こすことによっ
て、その反応熱を得るものであって、排気ガス中に有害
物質が生成されにくくい、また可燃性ガスの未反応が少
ないため、従来の火炎を用いた燃焼器よりも環境面及び
エネルギー面で有利なものである。そしてこのような触
媒燃焼器についても従来から多くのものが提案されてい
る（例えば、特開平３−２７４３０４号公報や特開平９
−２５７３１０号公報）。A catalytic combustor obtains heat of reaction by causing an air-flammable gas mixture to come into contact with a combustion catalyst to cause an oxidation reaction, and it is difficult for harmful substances to be generated in exhaust gas. In addition, since there is little unreacted flammable gas, it is more advantageous in terms of environment and energy than a combustor using a conventional flame. A large number of such catalytic combustors have been proposed in the past (for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 3-274304 and Hei 9 (1999)).
-257310).
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし従来の触媒燃焼
器の小型化・軽量化を図ろうとすると次のような問題が
生じる。すなわち触媒燃焼器の小型化・軽量化を図るに
は、空気と可燃性ガスを混合するための混合室を小型化
（少容量化）するのが効率的であるが、混合室を小型化
すると、空気と可燃性ガスが充分に混合されにくくなる
ために、混合室内において空気に対する可燃性ガスの割
合（濃度）が局所的に高い（濃い）領域が生成されてし
まって火炎が形成される傾向があり、そのために無炎燃
焼である触媒燃焼を安定に維持することができずに有炎
燃焼に移行してしまうことがあった。この結果、燃焼触
媒が１０００℃以上の高温度の火炎にさらされて、燃焼
触媒の寿命を著しく低下させたり、混合室が異常加熱さ
れて触媒燃焼器自身の材料の劣化が起こるという問題が
あった。However, the following problems arise when attempting to reduce the size and weight of a conventional catalytic combustor. In other words, in order to reduce the size and weight of the catalytic combustor, it is efficient to make the mixing chamber for mixing air and flammable gas smaller (smaller capacity). Since it is difficult for the air and the flammable gas to be sufficiently mixed, a region where the ratio (concentration) of the flammable gas to air is locally high (dark) in the mixing chamber is generated, and a flame tends to be formed. For this reason, there has been a case where the catalyst combustion, which is the flameless combustion, cannot be stably maintained, and the combustion may shift to the flaming combustion. As a result, there is a problem that the combustion catalyst is exposed to a high-temperature flame of 1000 ° C. or more, which significantly shortens the life of the combustion catalyst, or that the mixing chamber is abnormally heated and the material of the catalyst combustor itself is deteriorated. Was.
【０００５】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、小型化・軽量化を図る場合に問題となる有炎燃焼
を防止することによって、燃焼触媒などの長寿命化を図
ることができる触媒燃焼器を提供することを目的とする
ものである。[0005] The present invention has been made in view of the above points, and it is possible to extend the life of a combustion catalyst or the like by preventing flammable combustion which is a problem in reducing the size and weight. It is an object of the present invention to provide a catalytic combustor which can be used.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
触媒燃焼器は、空気と可燃性ガスを混合して混合気を生
成するための混合室１と、混合室１に空気を供給するた
めの空気供給路２と、空気供給路２に可燃性ガスを供給
するための可燃性ガス供給路３と、混合室１で生成され
た混合気が接触する燃焼触媒４とを備え、混合気と燃焼
触媒４が接触することによって生じる酸化反応熱を得る
ための触媒燃焼器であって、可燃性ガス供給路３から吹
き出した可燃性ガスの流れが空気供給路２の空気の流れ
とほぼ平行であり、可燃性ガス供給路３の先端を先細り
形状に形成して成ることを特徴とするものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a catalytic combustor for mixing a mixture of air and a flammable gas to produce a mixture, and supplying air to the mixture chamber. An air supply passage 2 for supplying a combustible gas to the air supply passage 2; and a combustion catalyst 4 with which the air-fuel mixture generated in the mixing chamber 1 comes into contact. This is a catalytic combustor for obtaining an oxidation reaction heat generated by contact between the air and the combustion catalyst 4, wherein the flow of the combustible gas blown out from the combustible gas supply passage 3 is substantially equal to the flow of air in the air supply passage 2. It is parallel and is characterized in that the tip of the combustible gas supply path 3 is formed in a tapered shape.
【０００７】また本発明の請求項２に係る触媒燃焼器
は、請求項１の構成に加えて、混合室１内における火炎
伝播速度Ｖ１と、可燃性ガス供給路からの可燃性ガスの
吹き出し速度Ｖ２の関係が、Ｖ２／Ｖ１≧１であること
を特徴とするものである。According to a second aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first aspect, in addition to the configuration of the first aspect, the flame propagation speed V1 in the mixing chamber 1 and the blowing speed of the flammable gas from the flammable gas supply passage. The relationship of V2 is characterized in that V2 / V1 ≧ 1.
【０００８】また本発明の請求項３に係る触媒燃焼器
は、請求項１又は２の構成に加えて、混合室１内の空気
供給路２の延長線上において、混合気に着火するための
着火装置５を設け、可燃性ガス供給路２の先端の向きを
空気供給路２の延長線に対して２０〜３０°傾けて形成
して成ることを特徴とするものである。According to a third aspect of the present invention, in addition to the configuration of the first or second aspect, an ignition for igniting the air-fuel mixture on an extension of the air supply passage 2 in the mixing chamber 1 is provided. A device 5 is provided, wherein the direction of the tip of the flammable gas supply path 2 is inclined by 20 to 30 ° with respect to the extension of the air supply path 2.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below.
【００１０】図２に本発明の一例を示す。触媒燃焼器本
体１０はほぼ筒状に形成されるものであって、上面が排
気口１１として開口されていると共に下面が閉塞されて
形成されている。平面視における触媒燃焼器本体１０の
形状は円形であっても良いし、その他楕円形や矩形であ
っても構わない。触媒燃焼器本体１０の内部には燃焼触
媒４が設けられており、触媒燃焼器本体１０の内部にお
いて燃焼触媒４よりも下側が混合室１として形成されて
いる。燃焼触媒４は白金やパラジウムなど、可燃性ガス
と空気の酸化反応の触媒となるものであれば任意の材質
を用いることができる。また燃焼触媒４としては、断面
形状が円形や矩形など任意の形状のものを用いることが
できる。さらに燃焼触媒４は、混合気や排気ガスが通過
することができるようにハニカム状や網状に形成されて
いる。また混合室１には着火装置５の先端部の着火部６
が設けられている。着火装置５は燃焼触媒４を予熱する
際に混合気に着火するためのものであって、スパークを
電気的に発生させるスパーク発生装置やニクロム線など
の発熱線を発熱させる細線加熱装置などを採用すること
ができる。着火部６はスパークが発生する箇所、あるい
は発熱線が設けられた箇所である。FIG. 2 shows an example of the present invention. The catalytic combustor body 10 has a substantially cylindrical shape, and has an upper surface opened as an exhaust port 11 and a lower surface closed. The shape of the catalytic combustor body 10 in plan view may be circular, or may be elliptical or rectangular. A combustion catalyst 4 is provided inside the catalytic combustor main body 10, and a lower side than the combustion catalyst 4 is formed as the mixing chamber 1 inside the catalytic combustor main body 10. As the combustion catalyst 4, any material such as platinum or palladium can be used as long as it becomes a catalyst for an oxidation reaction between a combustible gas and air. Further, as the combustion catalyst 4, one having an arbitrary shape such as a circular or rectangular cross section can be used. Further, the combustion catalyst 4 is formed in a honeycomb shape or a net shape so that an air-fuel mixture or exhaust gas can pass therethrough. In addition, an ignition portion 6 at the tip of an ignition device 5 is provided in the mixing chamber 1.
Is provided. The ignition device 5 is for igniting the air-fuel mixture when the combustion catalyst 4 is preheated, and employs a spark generation device that electrically generates a spark, a thin wire heating device that generates a heating wire such as a nichrome wire, and the like. can do. The ignition section 6 is a place where a spark is generated or a place where a heating wire is provided.
【００１１】触媒燃焼器本体１０の下部の周面には空気
供給パイプ１２が接続されている。空気供給パイプ１２
の内部は空気供給路２として形成されており、空気供給
路２の触媒燃焼器本体１０側の端部に形成された接続口
２０を介して空気供給路２と混合室１が連通するように
形成されている。また図１（ａ）に示すように、空気供
給路２は混合室１の中心線（平面視で混合室１の中心を
通る一つの直線）Ａと重ならない位置（離れた位置）に
おいて中心線Ａとほぼ平行に形成されており、しかも空
気供給路２はほぼ水平に形成されている。An air supply pipe 12 is connected to a lower peripheral surface of the catalytic combustor body 10. Air supply pipe 12
Is formed as an air supply passage 2 so that the air supply passage 2 and the mixing chamber 1 communicate with each other through a connection port 20 formed at an end of the air supply passage 2 on the side of the catalytic combustor body 10. Is formed. Further, as shown in FIG. 1A, the air supply passage 2 has a center line at a position (distant position) that does not overlap with the center line A of the mixing chamber 1 (one straight line passing through the center of the mixing chamber 1 in plan view). A is formed substantially in parallel with A, and the air supply path 2 is formed substantially horizontally.
【００１２】空気供給路２の触媒燃焼器本体１０と反対
側の端部は導入口２１として形成されており、この導入
口２１から可燃性ガス供給パイプ１３の先部が空気供給
路２に差し込まれて配設されている。可燃性ガス供給パ
イプ１３の内部は可燃性ガス供給路３として形成されて
おり、可燃性ガス供給路３の触媒燃焼器本体１０側の端
部に形成された吹き出し口２２を介して可燃性ガス供給
路３と空気供給路２が連通するように形成されている。
可燃性ガス供給パイプ１３は、供給パイプ本体１４と供
給パイプ本体１４の内径よりも小さい内径に形成された
先端パイプ１５とで構成されており、供給パイプ本体１
４の混合室１側の端部に先端パイプ１５が接続されてい
る。従って、可燃性ガス供給路３は混合室１の方に向か
って径が小さくなるような先細り形状に形成されてい
る。また可燃性ガス供給路３は混合室１の中心線Ａと重
ならない位置（離れた位置）において中心線Ａとほぼ平
行に形成されており、しかも可燃ガス供給路３はほぼ水
平に形成されている。従って、空気供給路２と可燃性ガ
ス供給路３は全長に亘ってほぼ平行に形成されている。
この可燃性ガス供給路３は、常温でガス状のメタンガス
やプロパンガスやブタンガス、あるいはアルコールなど
の常温で液体の物質から気化させたガスを流通させて空
気供給路２に供給するものである。The end of the air supply passage 2 opposite to the catalytic combustor body 10 is formed as an inlet 21, from which the leading end of the flammable gas supply pipe 13 is inserted into the air supply passage 2. It is arranged. The inside of the flammable gas supply pipe 13 is formed as a flammable gas supply path 3. The flammable gas supply pipe 3 is provided with a flammable gas supply passage 3 through an outlet 22 formed at the end of the flammable gas supply path 3 on the catalyst combustor body 10 side. The supply path 3 and the air supply path 2 are formed so as to communicate with each other.
The flammable gas supply pipe 13 includes a supply pipe main body 14 and a tip pipe 15 formed with an inner diameter smaller than the inner diameter of the supply pipe main body 14.
A tip pipe 15 is connected to an end of the mixing chamber 4 on the side of the mixing chamber 1. Therefore, the combustible gas supply passage 3 is formed in a tapered shape such that the diameter decreases toward the mixing chamber 1. The flammable gas supply passage 3 is formed substantially parallel to the center line A at a position (distant position) that does not overlap with the center line A of the mixing chamber 1, and the flammable gas supply passage 3 is formed substantially horizontally. I have. Therefore, the air supply path 2 and the flammable gas supply path 3 are formed substantially in parallel over the entire length.
The flammable gas supply path 3 is for supplying a gaseous methane gas, propane gas, butane gas, or a gas such as alcohol vaporized from a liquid substance at normal temperature to the air supply path 2 at normal temperature.
【００１３】上記のように形成される触媒燃焼器におい
て、混合室１での空気と可燃性ガスの混合は次のように
して行われる。まず図１（ａ）（ｂ）に示すように、ポ
ンプ等を用いて接続口２０の方に向かって空気を空気供
給路２に流して接続口２０から混合室１に空気を供給す
る（空気の流れを矢印アで示す）。また、ポンプ等を用
いて吹き出し口２２の方に向かって可燃性ガスを可燃性
ガス供給路３に流して吹き出し口２２から空気供給路２
に可燃性ガスを吹き出して供給すると共に、空気供給路
２に供給された可燃性ガスを接続口２０から混合室１に
供給する（空気の流れを矢印イで示す）。In the catalytic combustor formed as described above, mixing of air and combustible gas in the mixing chamber 1 is performed as follows. First, as shown in FIGS. 1A and 1B, air is supplied to an air supply path 2 toward a connection port 20 using a pump or the like to supply air from the connection port 20 to the mixing chamber 1 (air Is indicated by an arrow a). In addition, a flammable gas is caused to flow through the flammable gas supply path 3 toward the outlet 22 by using a pump or the like, and the air supply path 2
The combustible gas supplied to the air supply passage 2 is supplied to the mixing chamber 1 from the connection port 20 while the combustible gas is blown out to the mixing chamber 1 (the flow of air is indicated by an arrow A).
【００１４】このようにして接続口２０から混合室１に
供給される空気及び可燃性ガスは、空気供給路２及び可
燃性ガス供給路３が混合室１の中心線Ａとほぼ平行に形
成されているために、混合室１の中心線Ａとほぼ平行に
流れて混合室１に供給される。また、空気供給路２及び
可燃性ガス供給路３が混合室１の中心線Ａと重ならない
位置に形成されているために、接続口２０から混合室１
に供給される空気及び可燃性ガスは、混合室１の中心に
向かわずに空気供給路２の延長線Ｂ（空気供給路２の中
心を通る水平方向の直線）上において接続口２０と対向
する混合室１の内周面に向かって流れる。従って、混合
室１に供給された空気及び可燃性ガスは、混合室１の内
周面の周方向に沿って流れることになり、空気及び可燃
性ガスの旋回状あるいは螺旋状の流れが混合室１内に生
じる（空気及び可燃性ガスの流れを矢印ウで示す）。そ
してこのように混合室１で空気及び可燃性ガスの旋回状
あるいは螺旋状の流れが生じるために、空気及び可燃性
ガスの攪拌効率が高くなり、空気及び可燃性ガスが充分
に混合されてほぼ均質となった混合気が生成されるので
ある。尚、本発明では、混合室１で空気及び可燃性ガス
を旋回状あるいは螺旋状に流すために、空気供給路２の
延長線Ｂが混合室１の中心に向かわないように偏心させ
たが、必ずしも偏心させる必要はなく、いろいろな方向
から混合室１に空気及び可燃性ガスが供給されるように
してもよい。As described above, the air and the flammable gas supplied from the connection port 20 to the mixing chamber 1 are such that the air supply path 2 and the flammable gas supply path 3 are formed substantially parallel to the center line A of the mixing chamber 1. As a result, the gas flows substantially parallel to the center line A of the mixing chamber 1 and is supplied to the mixing chamber 1. Further, since the air supply passage 2 and the flammable gas supply passage 3 are formed at positions not overlapping with the center line A of the mixing chamber 1, the mixing chamber 1
The air and the flammable gas supplied to the air supply port face the connection port 20 on the extension line B of the air supply path 2 (a horizontal straight line passing through the center of the air supply path 2) without going to the center of the mixing chamber 1. It flows toward the inner peripheral surface of the mixing chamber 1. Therefore, the air and the combustible gas supplied to the mixing chamber 1 flow along the circumferential direction of the inner peripheral surface of the mixing chamber 1, and the swirling or spiral flow of the air and the combustible gas is changed. 1 (the flow of air and combustible gas is indicated by arrow c). Since the swirling or spiral flow of the air and the flammable gas is generated in the mixing chamber 1 as described above, the stirring efficiency of the air and the flammable gas is increased, and the air and the flammable gas are sufficiently mixed and almost mixed. A homogeneous mixture is created. In the present invention, in order to flow air and flammable gas in the mixing chamber 1 in a swirling or spiral shape, the extension line B of the air supply path 2 is eccentric so as not to be directed to the center of the mixing chamber 1. The eccentricity is not necessarily required, and air and combustible gas may be supplied to the mixing chamber 1 from various directions.
【００１５】次に、上記の触媒燃焼器の動作を説明す
る。まず、触媒燃焼を行う前に触媒燃焼が可能な温度
（例えば、２００〜９００℃）となるように燃焼触媒４
を予熱する。この予熱は、混合室１に空気と可燃性ガス
を供給して混合することによって混合気を生成し、着火
装置５で混合気に着火して炎を生成し、混合気の有炎燃
焼により燃焼触媒４を加熱するようにする。このように
予熱は有炎燃焼によって行うので、混合気中の可燃性ガ
スの含有量は可燃性ガスの有炎燃焼下限界よりも大きな
値である必要があり、例えば、可燃性ガスがブタンの場
合は混合気中のブタンの含有量は１．８％（体積比）よ
り大きく、また可燃性ガスが都市ガスの場合は混合気中
の都市ガスの含有量は４．３％より大きくする。混合気
中の可燃性ガスの含有量は空気及び可燃性ガスの供給量
を適宜設定することによって調整することができる。
尚、燃焼触媒４の予熱は通電により発熱する加熱ヒータ
ーを用いて行っても良い。この場合、着火装置５は必要
ない。また有炎燃焼を全く行わないので、有害物質を含
む排気ガスが全く排出されず、環境面から考えて好まし
い。Next, the operation of the above-described catalytic combustor will be described. First, the combustion catalyst 4 is set to a temperature (for example, 200 to 900 ° C.) at which catalytic combustion can be performed before catalytic combustion is performed.
To preheat. This preheating is performed by supplying air and flammable gas to the mixing chamber 1 and mixing them to generate an air-fuel mixture, igniting the air-fuel mixture by the ignition device 5, generating a flame, and burning by the flaming combustion of the air-fuel mixture. The catalyst 4 is heated. Since the preheating is performed by the flammable combustion, the content of the flammable gas in the air-fuel mixture needs to be larger than the lower limit of the flammable combustion of the flammable gas. In this case, the content of butane in the mixture is greater than 1.8% (by volume), and when the combustible gas is city gas, the content of city gas in the mixture is greater than 4.3%. The content of the combustible gas in the air-fuel mixture can be adjusted by appropriately setting the supply amounts of the air and the combustible gas.
Incidentally, the preheating of the combustion catalyst 4 may be performed by using a heater that generates heat by energization. In this case, the ignition device 5 is not required. In addition, since no flammable combustion is performed, no exhaust gas containing harmful substances is emitted, which is preferable from an environmental point of view.
【００１６】上記のように燃焼触媒４を予熱した後、予
熱用の火炎を消して無炎燃焼である触媒燃焼に移行す
る。予熱用の火炎を消すには、空気の供給量を予熱時よ
りも大きくして混合気中の可燃性ガスの含有量を可燃性
ガスの有炎燃焼下限界よりも小さな値にする。例えば、
可燃性ガスがブタンの場合は混合気中のブタンの含有量
が１．８％以下になるように、また可燃性ガスが都市ガ
スの場合は混合気中の都市ガスの含有量が４．３％以下
になるようにして、可燃性ガスの濃度が低い混合気を生
成する。このようにして空気及び可燃性ガスの供給を中
断せずに、予熱用の火炎を消して燃焼触媒の予熱を終了
すると同時に触媒燃焼へ連続的に移行することができ
る。After the combustion catalyst 4 is preheated as described above, the flame for preheating is extinguished to shift to catalytic combustion, which is flameless combustion. In order to extinguish the flame for preheating, the supply amount of air is made larger than at the time of preheating, and the content of combustible gas in the air-fuel mixture is set to a value smaller than the lower limit of flammable gas combustion. For example,
When the combustible gas is butane, the content of butane in the mixture is 1.8% or less, and when the combustible gas is city gas, the content of city gas in the mixture is 4.3%. % Or less to generate an air-fuel mixture having a low concentration of combustible gas. In this way, without interrupting the supply of air and flammable gas, the flame for preheating can be extinguished and the preheating of the combustion catalyst can be terminated, and at the same time, a continuous transition to catalytic combustion can be made.
【００１７】この後、空気及び可燃性ガスを混合室１に
連続的に供給して混合することによって混合気を生成
し、混合気を燃焼触媒４と接触させることによって可燃
性ガスを空気中の酸素と酸化反応させて触媒燃焼させ
る。触媒燃焼時における混合気中の可燃性ガスの含有量
は、上記のように可燃性ガスの有炎燃焼下限界よりも小
さな値であることが好ましく、このことで混合気が有炎
燃焼に移行しにくくなるのである。そして触媒燃焼によ
り熱が発生するので、この触媒燃焼器を暖房器具や空調
機器、及び燃料電池の改質装置などの熱源として使用す
ることができるのである。触媒燃焼後に生成されるＣＯ
2やＨ2Ｏは燃焼触媒４を通過して触媒燃焼器本体１０の
上面の排気口１１から排出される。Thereafter, air and combustible gas are continuously supplied to the mixing chamber 1 and mixed to generate a mixture, and the mixture is brought into contact with the combustion catalyst 4 to convert the combustible gas in the air. Oxidation reaction with oxygen causes catalytic combustion. The content of combustible gas in the air-fuel mixture at the time of catalytic combustion is preferably smaller than the lower limit of flammable combustion of the combustible gas as described above, whereby the air-fuel mixture shifts to flammable combustion. It is difficult to do. Since heat is generated by catalytic combustion, the catalytic combustor can be used as a heat source for heating appliances, air conditioners, and reformers for fuel cells. CO generated after catalytic combustion
2 and H 2 O pass through the combustion catalyst 4 and are discharged from an exhaust port 11 on the upper surface of the catalytic combustor body 10.
【００１８】本発明の触媒燃焼器は、空気供給路２と可
燃性ガス供給路３をほぼ平行に形成することによって、
空気供給路２の空気の流れと可燃性ガス供給路３から空
気供給路２に吹き出された可燃性ガスの流れとをほぼ平
行にするので、混合室１と可燃性ガス供給路３の吹き出
し口２２の間において、空気の流れと可燃性ガスの流れ
を直角にする（例えば、空気供給路２の内周面に可燃性
ガスを衝突させるように可燃性ガス供給路３から吹き出
す）場合よりも、可燃性ガスの流れが速くなる領域を広
く存在させることができ、触媒燃焼時において火炎が形
成されにくくなるものである。しかも可燃性ガス供給路
３の混合室１側の先端を先細り形状に形成するので、可
燃性ガス供給路３の全長に亘って同じ内径に形成する場
合に比べて、可燃性ガス供給路３に供給される可燃性ガ
スの量が同じであっても吹き出し口２２から吹き出され
る可燃性ガスの流れを速くすることができ、触媒燃焼時
において火炎がより一層形成されにくくなるものであ
る。In the catalytic combustor of the present invention, the air supply passage 2 and the flammable gas supply passage 3 are formed substantially parallel to each other.
Since the flow of air in the air supply path 2 and the flow of flammable gas blown out from the flammable gas supply path 3 to the air supply path 2 are substantially parallel, the outlets of the mixing chamber 1 and the flammable gas supply path 3 22, the flow of air and the flow of flammable gas are made at right angles (for example, blown out of the flammable gas supply passage 3 so that the flammable gas collides with the inner peripheral surface of the air supply passage 2). In addition, a region where the flow of the combustible gas flows quickly can be made wide, and a flame is less likely to be formed during catalytic combustion. In addition, since the end of the combustible gas supply passage 3 on the side of the mixing chamber 1 is formed to have a tapered shape, the flammable gas supply passage 3 is formed to have the same inner diameter over the entire length of the combustible gas supply passage 3. Even if the amount of the supplied flammable gas is the same, the flow of the flammable gas blown out from the blowout port 22 can be accelerated, and the flame is more difficult to be formed during catalytic combustion.
【００１９】従って、混合室１を小型化・軽量化しても
触媒燃焼から有炎燃焼に移行するを防止することがで
き、燃焼触媒４及び触媒燃焼器本体１０が１０００℃以
上の火炎に長時間さらされるようなことがなくなって、
燃焼触媒４及び触媒燃焼器本体１０の金属材料が異常加
熱により劣化することがなくなり、燃焼触媒４及び触媒
燃焼器本体１０の長寿命化を図ることができるものであ
る。尚、本発明において、空気供給路２の空気の流れと
可燃性ガスの流れとのずれの角度が３０°以内、すなわ
ち０〜３０°（０°は平行であることを意味する）であ
れば、両者をほぼ平行とみなすことができて上記の作用
効果を発揮させることができる。Therefore, even if the mixing chamber 1 is reduced in size and weight, the transition from catalytic combustion to flaming combustion can be prevented, and the combustion catalyst 4 and the catalytic combustor body 10 can be exposed to a flame of 1000 ° C. or more for a long time. No more exposure,
The metal materials of the combustion catalyst 4 and the catalytic combustor main body 10 are not deteriorated due to abnormal heating, and the life of the combustion catalyst 4 and the catalytic combustor main body 10 can be extended. In the present invention, if the angle of deviation between the flow of air in the air supply path 2 and the flow of combustible gas is within 30 °, that is, 0 to 30 ° (0 ° means parallel). , Can be regarded as substantially parallel to each other, and the above effects can be exerted.
【００２０】本発明において、混合室１内の火炎伝播速
度Ｖ１と可燃性ガス供給路３からの可燃性ガスの吹き出
し速度Ｖ２がＶ２／Ｖ１≧１の関係を満たすようにする
のが好ましい。混合室１内の火炎伝播速度Ｖ１は、可燃
性ガスの種類や混合気中の空気と可燃性ガスの混合割合
に依存するものである。また可燃性ガスの吹き出し速度
Ｖ２は、（可燃性ガス供給路３における可燃性ガスの流
量）／（可燃性ガス供給路３の先細り形状の部分の内
径）によって規定されるものである。従って、可燃性ガ
スの種類、可燃性ガス供給路３における可燃性ガスの流
量、可燃性ガス供給路３の先細り形状の部分の内径（す
なわち、吹き出し口２２の口径）を適宜設定することに
よって、Ｖ２／Ｖ１≧１の関係を満たすようにする。In the present invention, it is preferable that the flame propagation speed V1 in the mixing chamber 1 and the flammable gas blowing speed V2 from the flammable gas supply passage 3 satisfy the relationship of V2 / V1 ≧ 1. The flame propagation speed V1 in the mixing chamber 1 depends on the type of combustible gas and the mixing ratio of air and combustible gas in the mixture. Further, the blowing speed V2 of the combustible gas is defined by (the flow rate of the combustible gas in the combustible gas supply passage 3) / (the inner diameter of the tapered portion of the combustible gas supply passage 3). Therefore, by appropriately setting the type of the combustible gas, the flow rate of the combustible gas in the combustible gas supply passage 3, and the inner diameter of the tapered portion of the combustible gas supply passage 3 (that is, the diameter of the outlet 22), The relationship of V2 / V1 ≧ 1 is satisfied.
【００２１】本発明の触媒燃焼器において、燃焼特性を
左右する大きな要因、すなわち無炎燃焼である触媒燃焼
が有炎燃焼へ移行する大きな要因は、混合気中の空気と
可燃性ガスの混合割合や、混合室１内の火炎伝播速度Ｖ
１と可燃性ガスの吹き出し速度Ｖ２の速度比に大きな影
響を受けることが知られている。とりわけ、可燃性ガス
の吹き出し速度Ｖ２が混合室１内の火炎伝播速度Ｖ１よ
りも遅いと、触媒燃焼を安定に維持することができず、
火炎が形成されやすい傾向にある。In the catalytic combustor of the present invention, a major factor affecting the combustion characteristics, that is, a major factor in the transition from non-flame combustion to catalytic combustion is the mixing ratio of air and combustible gas in the air-fuel mixture. And the flame propagation velocity V in the mixing chamber 1
It is known that the velocity ratio is greatly affected by the speed ratio of the flammable gas to the blowing speed V2. In particular, if the flammable gas blowing speed V2 is lower than the flame propagation speed V1 in the mixing chamber 1, catalytic combustion cannot be stably maintained,
Flames tend to form.
【００２２】そこで本発明では、混合室１内の火炎伝播
速度Ｖ１と可燃性ガス供給路３からの可燃性ガスの吹き
出し速度Ｖ２がＶ２／Ｖ１≧１の関係を満たすように、
可燃性ガス供給路３の先細り形状の部分の内径をより小
さくするなどの設定を行うものであり、このことで、例
えば、触媒燃焼時に有炎燃焼下限界の近傍にまで空気に
対する可燃性ガスの混合割合が高くなったとしても、高
速度に吹き出される可燃性ガス、及び高速度の可燃性ガ
スの影響により高速となって混合室１内に供給される空
気によって、火炎が吹き飛ばされることになり、火炎が
より形成されにくくなるのである。尚、Ｖ２／Ｖ１の値
は大きければ大きいほど、触媒燃焼から有炎燃焼に移行
しにくくなるものである。従って、本発明において、Ｖ
２／Ｖ１の値は大きければ大きいほど好ましく、Ｖ２／
Ｖ１の値の上限は特に設定されない。Therefore, in the present invention, the flame propagation speed V1 in the mixing chamber 1 and the flammable gas blowing speed V2 from the flammable gas supply passage 3 satisfy the relationship of V2 / V1 ≧ 1.
Settings such as making the inner diameter of the tapered portion of the flammable gas supply passage 3 smaller are performed. For example, the flammable gas supply path 3 is supplied with the flammable gas with respect to air in the vicinity of the lower limit of flammable combustion during catalytic combustion. Even if the mixing ratio increases, the flame is blown off by the combustible gas blown out at a high speed and the air supplied into the mixing chamber 1 at a high speed due to the effect of the high-speed combustible gas. This makes the flame less likely to be formed. The larger the value of V2 / V1, the more difficult it is to shift from catalytic combustion to flaming combustion. Therefore, in the present invention, V
The value of 2 / V1 is preferably as large as possible.
There is no particular upper limit for the value of V1.
【００２３】図３に本発明の他例を示す。触媒燃焼器で
はスパーク発生装置を着火装置５として用い、図１，２
のものと同様に、混合室１内の接続口２０の近傍におい
て空気供給路２の延長線Ｂ上に、スパークが発生する着
火装置５の着火部６を配置したものである。この位置に
着火部６を設けることによって、混合気（可燃性ガス）
を空気供給路２から着火部６に短い時間で到達させて直
ぐに着火することができ、着火の遅れや爆発的な着火が
起こらないようにすることができる。例えば、混合室１
の内壁（特に、接続口２０と対向する混合室１の内壁）
に近接して着火部６を設けると、着火の遅れや爆発的な
着火が生じて好ましくない。FIG. 3 shows another example of the present invention. In the catalytic combustor, a spark generator is used as an ignition device 5, and FIGS.
The ignition unit 6 of the ignition device 5 in which a spark is generated is arranged on the extension line B of the air supply passage 2 in the vicinity of the connection port 20 in the mixing chamber 1 in the same manner as in the first embodiment. By providing the ignition section 6 at this position, the mixture (flammable gas)
Can be reached in a short time from the air supply path 2 to the igniting section 6 so that the igniting can be performed immediately, so that a delay in ignition or an explosive ignition can be prevented. For example, mixing chamber 1
(Particularly, the inner wall of the mixing chamber 1 facing the connection port 20)
If the ignition section 6 is provided in the vicinity of the target, it is not preferable because ignition is delayed or explosive ignition occurs.
【００２４】このような位置に着火部６を設けた場合に
おいて、図１のように可燃性ガス供給パイプ１３の先端
パイプ１５が真っ直ぐにほぼ水平に形成されていると、
可燃性ガス供給路３の吹き出し口２２が着火部６に対向
することになり、吹き出し口２２から可燃性ガスが着火
部６に直接当たって、着火部６の周辺の可燃性ガスの濃
度が高くなる。そしてこのように着火部６の周辺の可燃
性ガスの濃度が高くなると、高圧放電が起こりにくくな
ってスパークが発生しにくくなり、着火部６の周辺にス
パークがリークして混合気に着火しにくくなる恐れがあ
る。In the case where the ignition portion 6 is provided at such a position, if the end pipe 15 of the flammable gas supply pipe 13 is formed straight and almost horizontally as shown in FIG.
The outlet 22 of the flammable gas supply path 3 faces the igniter 6, and the flammable gas directly hits the igniter 6 from the outlet 22, and the concentration of the flammable gas around the igniter 6 increases. Become. When the concentration of the flammable gas in the vicinity of the igniting portion 6 becomes high, high pressure discharge is unlikely to occur and sparks are unlikely to occur, and sparks leak around the igniting portion 6 and it is difficult to ignite the air-fuel mixture. There is a risk of becoming.
【００２５】そこでこの実施の形態では、ほぼ水平に形
成される空気供給路２の延長線Ｂに対して可燃性ガス供
給路３が下方に２０〜３０°傾くように、先端パイプ１
５を下向きに傾けるように形成し、吹き出し口２２が着
火部６に対向しないようにしたものである。そして空気
供給路２の延長線Ｂに対して可燃性ガス供給路３が下方
に２０〜３０°傾くように形成したので、可燃性ガスが
空気供給路２の延長線Ｂに対して下方に２０〜３０°傾
いて（α＝２０〜３０°）吹き出されることになって着
火部６に直接当たらないようにすることができ、有炎燃
焼へ移行するのを防止しつつ、予熱時の着火性を向上さ
せることができるものである。Therefore, in this embodiment, the end pipe 1 is arranged so that the flammable gas supply path 3 is inclined downward by 20 to 30 ° with respect to the extension line B of the air supply path 2 formed substantially horizontally.
5 is formed to be inclined downward so that the outlet 22 does not face the ignition portion 6. Since the flammable gas supply path 3 is formed to be inclined downward by 20 to 30 degrees with respect to the extension line B of the air supply path 2, the flammable gas flows downward by 20 to the extension line B of the air supply path 2. It is blown out at an angle of up to 30 ° (α = 20 to 30 °) so that it can be prevented from directly hitting the igniting portion 6, and it is possible to prevent the transition to flaming combustion and to ignite during preheating. It can improve the performance.
【００２６】[0026]
【発明の効果】上記のように本発明の請求項１の発明
は、空気と可燃性ガスを混合して混合気を生成するため
の混合室と、混合室に空気を供給するための空気供給路
と、空気供給路に可燃性ガスを供給するための可燃性ガ
ス供給路と、混合室で生成された混合気が接触する燃焼
触媒とを備え、混合気と燃焼触媒が接触することによっ
て生じる酸化反応熱を得るための触媒燃焼器であって、
可燃性ガス供給路から吹き出した可燃性ガスの流れが空
気供給路の空気の流れとほぼ平行であり、可燃性ガス供
給路の先端を先細り形状に形成するので、可燃性ガス供
給路から吹き出した可燃性ガスの流れが空気供給路の空
気の流れとほぼ平行にすることによって、混合室と可燃
性ガス供給路の間において、空気の流れと可燃性ガスの
流れを直角にする場合よりも、可燃性ガスの流れが速く
なる領域を広く存在させることができ、触媒燃焼時にお
いて火炎が形成されにくくなるものであり、しかも可燃
性ガス供給路の先端を先細り形状に形成することによっ
て、可燃性ガス供給路の全長に亘って同じ内径に形成す
る場合に比べて、可燃性ガス供給路に供給される可燃性
ガスの量が同じであっても可燃性ガスの流れを速くする
ことができ、触媒燃焼時において火炎がより一層形成さ
れにくくなるものである。従って、小型化・軽量化を図
る場合に問題となる有炎燃焼を防止することができて燃
焼触媒などの長寿命化を図ることができるものである。As described above, according to the first aspect of the present invention, there is provided a mixing chamber for mixing air and a combustible gas to generate a mixture, and an air supply for supplying air to the mixing chamber. Path, a combustible gas supply path for supplying a combustible gas to the air supply path, and a combustion catalyst in which the air-fuel mixture generated in the mixing chamber comes into contact, and is generated when the air-fuel mixture comes into contact with the combustion catalyst. A catalytic combustor for obtaining heat of oxidation reaction,
Since the flow of the combustible gas blown out from the combustible gas supply path is almost parallel to the air flow in the air supply path and the tip of the combustible gas supply path is formed into a tapered shape, the combustible gas is blown out from the combustible gas supply path. By making the flow of the combustible gas substantially parallel to the flow of air in the air supply passage, the flow of the combustible gas and the air flow between the mixing chamber and the supply passage of the combustible gas at a right angle, The region where the flow of the flammable gas flows quickly can be made wide, and it is difficult for the flame to be formed during catalytic combustion. In addition, by forming the tip of the flammable gas supply path into a tapered shape, the flammable gas Compared to the case of forming the same inner diameter over the entire length of the gas supply path, even if the amount of the flammable gas supplied to the flammable gas supply path is the same, the flow of the flammable gas can be increased, catalyst Flame is made more difficult to further formed during tempering. Therefore, flaming combustion, which is a problem in reducing the size and weight, can be prevented, and the life of a combustion catalyst or the like can be extended.
【００２７】また本発明の請求項２の発明は、混合室内
における火炎伝播速度Ｖ１と、可燃性ガス供給路からの
可燃性ガスの吹き出し速度Ｖ２の関係が、Ｖ２／Ｖ１≧
１であるので、高速度に吹き出される可燃性ガス、及び
高速度の可燃性ガスの影響により高速となって混合室１
内に供給される空気によって、火炎を吹き飛ばして消す
ことができ、火炎がより形成されにくくなるのである。Further, according to the invention of claim 2 of the present invention, the relationship between the flame propagation speed V1 in the mixing chamber and the flammable gas blowing speed V2 from the flammable gas supply passage is V2 / V1 ≧
1, the high-speed flammable gas blown at a high speed and the high-speed flammable gas affect the mixing chamber 1
The air supplied inside can blow out and extinguish the flame, making the flame less likely to be formed.
【００２８】また本発明の請求項３の発明は、混合室内
の空気供給路の延長線上において、混合気に着火するた
めの着火装置を設け、可燃性ガス供給路の先端の向きを
空気供給路の延長線に対して２０〜３０°傾けて形成す
るので、可燃性ガス供給路から吹き出される可燃性ガス
が着火装置に直接当たらないようにすることができ、有
炎燃焼へ移行するのを防止しつつ、予熱時の着火装置に
よる混合気の着火性を向上させることができるものであ
る。According to a third aspect of the present invention, an ignition device for igniting the air-fuel mixture is provided on an extension of the air supply path in the mixing chamber, and the tip of the flammable gas supply path is directed to the air supply path. Is formed at an angle of 20 to 30 ° with respect to the extension of the flammable gas supply line, so that the flammable gas blown out from the flammable gas supply passage can be prevented from directly hitting the ignition device, and the transition to the flaming combustion can be prevented. It is possible to improve the ignitability of the air-fuel mixture by the ignition device at the time of preheating while preventing the mixture.
【図１】本発明の実施の形態の一例を示し、（ａ）
（ｂ）は断面図である。FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention, in which (a)
(B) is a sectional view.
【図２】同上の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of the same.
【図３】同上の他の実施の形態の一例を示す断面図であ
る。FIG. 3 is a sectional view showing an example of another embodiment of the present invention.
１ 混合室 ２ 空気供給路 ３ 可燃性ガス供給路 ４ 燃焼触媒 ５ 着火装置 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mixing chamber 2 Air supply path 3 Flammable gas supply path 4 Combustion catalyst 5 Ignition device
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安田 雄一郎 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 3K017 CA05 CB01 CD02 CE04 CE05 3K019 AA07 BA05 BA06 BB01 BB04 BD01 CC07 3K065 TA08 TA14 TA18 TB08 TB13 TD02 TD10 TH01 TJ06 TJ07 TJ10 TK02 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Yuichiro Yasuda 1048 Kazuma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Works, Ltd. F-term (reference) 3K017 CA05 CB01 CD02 CE04 CE05 3K019 AA07 BA05 BA06 BB01 BB04 BD01 CC07 3K065 TA08 TA14 TA18 TB08 TB13 TD02 TD10 TH01 TJ06 TJ07 TJ10 TK02
Claims (3)
成するための混合室と、混合室に空気を供給するための
空気供給路と、空気供給路に可燃性ガスを供給するため
の可燃性ガス供給路と、混合室で生成された混合気が接
触する燃焼触媒とを備え、混合気と燃焼触媒が接触する
ことによって生じる酸化反応熱を得るための触媒燃焼器
であって、可燃性ガス供給路から吹き出した可燃性ガス
の流れが空気供給路の空気の流れとほぼ平行であり、可
燃性ガス供給路の先端を先細り形状に形成して成ること
を特徴とする触媒燃焼器。1. A mixing chamber for mixing air and a flammable gas to generate a mixture, an air supply path for supplying air to the mixing chamber, and a flammable gas for supplying the air supply path. A combustible gas supply path, and a combustion catalyst with which the air-fuel mixture generated in the mixing chamber comes into contact, and a catalyst combustor for obtaining oxidation reaction heat generated by the air-fuel mixture coming into contact with the combustion catalyst, A catalytic combustor characterized in that the flow of combustible gas blown out from the combustible gas supply path is substantially parallel to the flow of air in the air supply path, and the tip of the combustible gas supply path is formed in a tapered shape. .
可燃性ガス供給路からの可燃性ガスの吹き出し速度Ｖ２
の関係が、Ｖ２／Ｖ１≧１であることを特徴とする請求
項１に記載の触媒燃焼器。2. A flame propagation velocity V1 in the mixing chamber;
Combustible gas blowing speed V2 from combustible gas supply path
2. The catalytic combustor according to claim 1, wherein the relationship V2 / V1 ≧ 1.
て、混合気に着火するための着火装置を設け、可燃性ガ
ス供給路の先端の向きを空気供給路の延長線に対して２
０〜３０°傾けて形成して成ることを特徴とする請求項
１又は２に記載の触媒燃焼器。3. An ignition device for igniting the air-fuel mixture is provided on an extension of the air supply passage in the mixing chamber, and the direction of the tip of the flammable gas supply passage is set to be 2 degrees with respect to the extension of the air supply passage.
The catalytic combustor according to claim 1, wherein the catalytic combustor is formed to be inclined at 0 to 30 °.
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