JP2001074206A - 通電発熱体および燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 着火部２２で発生した熱が波板１４に伝わる
ため、着火部２２で発生した熱が波板１４に伝わり、着
火部２２の温度上昇率が悪くなる。このため、着火部２
２を着火温度に昇温させるのに時間がかかり、着火性が
悪くなるとともに、熱が逃げるために着火に要する消費
電力が多くなってしまう。 【解決手段】 触媒燃焼部は平板１３と波板１４からな
るハニカム層１５を巻いて構成されるものであり、素早
く触媒反応温度に達する反応促進部２１と、素早く着火
温度に達する着火部２２とが設けられている。反応促進
部２１と着火部２２は平板１３にスリット部２３を設け
て形成したものである。着火部２２は触媒燃焼部の下流
側に突出して波板１４に接触しないように設けられてい
る。これによって、着火部２２で発生した熱が波板１４
に伝わる不具合が抑えられ、着火部２２が着火に適した
温度に上昇するまでの時間が短縮されるとともに、着火
に要する消費電力が抑えられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体が流れる多数
の貫流孔を有するとともに、通電を受けると局部的に発
熱する高温発熱部を備える通電発熱体およびこの通電発
熱体を用いた燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通電を受けると局部的に発熱する高温発
熱部を備える通電発熱体として、特開平６−３３７４６
号公報、特開平６−３１５６４０号公報に開示された技
術が知られている。これらの技術は、通電によって発熱
するフォイルの厚みを変化させたり、積層されるハニカ
ム層の一部に突起を設けることによって、通電発熱体の
一部を局部的に発熱させるものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】フォイルの厚みを変化
させたもの（特開平６−３３７４６号公報に開示された
技術）は、発生した熱をフォイルに接触する触媒に伝え
るものであり、高温発熱部の温度上昇率が悪い。また、
積層されるハニカム層の一部に突起を設けたもの（特開
平６−３１５６４０号公報に開示された技術）は、高温
発熱部で発生した熱が隣接するハニカム層に伝わるた
め、高温発熱部の温度上昇率が悪い。つまり、従来の高
温発熱部は温度上昇率が悪く、局部的に高温にするには
過大な消費電力が必要になってしまう。また、通電発熱
体を燃焼装置の例えば触媒燃焼部に適用し、高温発熱部
を着火部として用いた場合、従来技術の高温発熱部は温
度上昇率が悪いため、着火遅れが生じたり、消費電力が
多くなる不具合が生じる。

【０００４】

【発明の目的】本発明は、上記の事情に鑑みてなされた
もので、その目的は、高温発熱部の温度上昇率を向上す
ることで省電力化が可能な通電発熱体の提供、および高
温発熱部の温度上昇率を向上することで省電力化および
着火性の向上が可能な燃焼装置の提供にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】〔請求項１〜３の手段〕
高温発熱部が他の部材と非接触であるため、高温発熱部
で発生した熱が他の部材に伝わるロスが防がれ、高温発
熱部の温度上昇率が向上する。このため、従来に比較し
て短時間で高温発熱部が高温発熱するとともに、電力消
費が抑えられる。

【０００６】〔請求項４の手段〕通電を受けると発熱す
る通電発熱体は表面に触媒を担持したものであるため、
通電を受けると触媒の作用を高めることができ、始動開
始初期における触媒の作用を高めることができる。

【０００７】〔請求項５の手段〕高温発熱部が他の部材
と非接触であるため、高温発熱部で発生した熱が他の部
材に伝わるロスが防がれ、高温発熱部の温度上昇率が向
上することにより、従来に比較して短時間で高温発熱部
が高温発熱して着火性が向上するとともに、電力消費が
抑えられる。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を、複数の実
施形態および変形例を用いて説明する。 〔第１実施形態〕図１〜図３は第１実施形態を示すもの
で、まず、図３を基に触媒燃焼装置を説明する。なお、
実施形態中に示す上側は図３における上側を示し、下側
は図３における下側を示すものとする。

【０００９】この実施形態に示す触媒燃焼装置は、２重
管構造を採用するもので、内側の内筒１と、この内筒１
の下外側を覆う外筒２とを備える。なお、内筒１は内部
で燃料と空気との混合や燃料の燃焼を行う筒であり、外
筒２は内筒１との間に空気通路３を形成する筒である。

【００１０】内筒１は、耐熱性金属（ステンレス等）よ
りなる略有底の円筒体であり、その中間部分に触媒燃焼
部４（通電発熱体に相当する）が装着される。この触媒
燃焼部４の下側（燃料供給側）が燃料と空気とを混合す
る予混合室５を形成する予混合筒１ａであり、触媒燃焼
部４の上側（燃焼ガス排出側）が触媒燃焼部４を通過し
た燃料の燃焼を行う燃焼室６を形成する燃焼筒１ｂであ
る。

【００１１】予混合筒１ａの下側中央部分には、気化器
７から供給される気化燃料と、空気通路３を流れる空気
（１次空気）とを予混合筒１ａ内の予混合室５へ導く混
合気導入穴８が形成されている。また、触媒燃焼部４に
近い側の燃焼筒１ｂには、空気通路３によって供給され
る空気（２次空気）を燃焼筒１ｂ内の燃焼室６に流入さ
せるための２次空気流出口９が複数形成されている。

【００１２】なお、混合気導入穴８から予混合室５に供
給される空気量は、予混合室５に供給される燃料供給量
に対して燃料供給過剰となる空燃比（理論空燃比よりも
低空燃比）となるように調整されるとともに、２次空気
流出口９から燃焼室６に供給される空気量は、燃料供給
量に対して空気供給過剰となる空燃比（理論空燃比より
も高空燃比）となるように調整されるものである。

【００１３】混合気導入穴８に対向する外筒２には、燃
料タンク１０から燃料ポンプ１１（燃料供給手段に相当
する）によって送られてくる液体燃料（例えば軽油等）
を気化させて混合気導入穴８に供給する気化器７が装着
されている。また、外筒２の下側端部には、空気通路３
内に空気を供給するためのエアポンプ１２（空気供給手
段に相当する）が接続されている。

【００１４】触媒燃焼部４は、多数の貫流孔４ａを備え
る略ハニカム状に設けられた通電によって発熱する通電
発熱体の表面に、部分酸化反応を促進させる触媒（Ｐ
ｔ、Ｐｄ、Ｒｎ等の貴金属、Ｎｉ、Ｃｕ等の金属、アル
ミナ、ジルコニア等の酸化物）を担持したものである。
あるいは、絶縁層を形成するアルミナ等の酸化物層をそ
のまま利用しても部分酸化反応は可能である。

【００１５】触媒燃焼部４の具体的な構造は、図１、図
２に示すように、例えばＦｅ−Ｃｒ−Ａｌフェライト系
ステンレス製の通電抵抗により発熱する平板１３（例え
ば厚さ５０μｍ）と波板１４（例えば厚さ５０μｍ）か
らなるハニカム層１５の表面にアルミナ等の薄い絶縁層
を設け、その複数のハニカム層１５を中心電極１６に溶
接して渦巻き状に巻いてハニカム体を形成し、その表面
に着火燃焼と部分酸化反応促進のためのＰｔ、Ｐｄ等の
触媒を担持したものである。

【００１６】触媒燃焼部４の中心の中心電極１６は、絶
縁ブッシュ１７を介して内筒１および外筒２の外部へ導
かれる電源端子１８に接続されるものであり、触媒燃焼
部４の外側は外側電極１９を介して内筒１にアース接続
されており、外側電極１９を介して中心電極１６が電圧
の印加を受けると、触媒燃焼部４が通電されて発熱する
ように設けられている。

【００１７】触媒燃焼部４を構成するハニカム層１５の
上流側と下流側の双方には、反応促進部２１が部分的に
設けられており、ハニカム層１５の下流側には着火部２
２（本発明が適用される高温発熱部に相当する）が部分
的に設けられている。なお、反応促進部２１は通電によ
り担持された触媒の反応開始温度（例えば３００℃）以
上に素早く達するものであり、着火部２２は通電により
着火に適した温度（例えば７００〜８００℃）以上に素
早く達するものである。

【００１８】反応促進部２１および着火部２２は、図１
に示すように、ハニカム層１５を構成する平板１３に打
抜きによるスリット部２３を設けて形成したものであ
る。このように平板１３にスリット部２３を設けること
により、平板１３を流れる電流は、反応促進部２１に集
中して流れるとともに、着火部２２にも集中して流れる
ことになり、反応促進部２１を構成する軸方向長Ｌ1 、
および着火部２２を構成する軸方向長Ｌ2 によって、反
応促進部２１の発熱温度および着火部２２の発熱温度が
設定されている。なお、反応促進部２１および着火部２
２は、平板１３の巻き方向に適切な個数、適度な間隔で
設定されるものである。

【００１９】着火部２２は、ハニカム層１５から下流側
へ突出して設けられており、着火部２２が他の部材（隣
接する波板１４）と接触しないように設けられている。
これにより、着火部２２で発生した熱が波板１４に伝わ
る不具合が抑えられ、着火部２２の温度上昇率が向上す
るように設けられている。これによって、着火部２２が
着火に適した温度に上昇するまでの時間が短縮されると
ともに、少ない電力で着火部２２を着火に適した温度に
上昇することができる。

【００２０】この実施形態の作動を説明する。図示しな
い運転スイッチがONされると、図示しない制御装置によ
り、電源端子１８に電力が供給され、中心電極１６→触
媒燃焼部４→外側電極１９→内筒１の経路で通電され
る。中心電極１６に電圧が印加されると、反応促進部２
１と着火部２２が他の箇所より先行して発熱する。つま
り、平板１３の上流側および下流側に複数設けられた反
応促進部２１が触媒反応開始温度以上に先行して発熱す
るとともに、平板１３の下流側に設けられた着火部２２
が部分反応ガスの着火温度以上に先行して発熱する。

【００２１】反応促進部２１が触媒反応開始温度以上に
発熱し、着火部２２が着火温度以上に発熱する時期に達
すると、制御装置が燃料ポンプ１１およびエアポンプ１
２を通電し、燃料および燃焼用空気の供給を開始する。
ここで、燃料ポンプ１１およびエアポンプ１２は、着火
に適した低速で運転させ、着火後に増速させるように設
けても良い。

【００２２】液体燃料は、燃料タンク１０から燃料ポン
プ１１によって気化器７に送られる。気化器７は、例え
ば電熱蒸発器を内蔵するものであり、気化器７で気化し
た燃料は混合気導入穴８から予混合室５へ送られる。燃
焼用空気は、エアポンプ１２により空気通路３内に供給
され、混合気導入穴８から予混合室５へ送られるととも
に、２次空気流出口９から燃焼室６内に供給される。な
お、混合気導入穴８から予混合室５へ送られる空気量
と、２次空気流出口９から燃焼室６内に供給される空気
量との比率は、例えば１：２に設定されるものである。

【００２３】予混合室５に供給される燃料と１次空気の
割合は空燃比が理論空燃比（空気と燃料との重量比１
４．６）以下の燃料過剰（空気過剰率≦１）であり、こ
の混合気は予混合室５で混合された後に触媒燃焼部４に
流入する。触媒燃焼部４では、部分的に触媒反応開始温
度以上に発熱しているため、触媒燃焼部４を通過する混
合気中の燃料の一部が高温の活性化ガス（ＣＯ、Ｈ2
等）に変性する。この時、着火部２２が着火温度以上に
発熱しているため、高温の活性化ガスが着火部２２に触
れると着火して、燃焼が開始され、下流側の燃焼室６内
で燃料が完全燃焼する。

【００２４】そして、燃焼が開始されると、燃焼による
熱によって触媒燃焼部４の触媒が温められて触媒燃焼部
４全域において触媒反応が促進される。この結果、始動
初期の始動性が向上するとともに、触媒燃焼部４を触媒
反応温度に上昇させるための消費電力を抑えることがで
きる。なお、混合気導入穴８と２次空気流出口９から内
筒１内に供給される空気量は、予混合室５に供給される
燃料に対する空燃比が１７．５〜２９．２（１．２≦空
気過剰率≦２）に設けられている。

【００２５】そして、燃焼室６内で燃焼完結した高温の
燃焼ガスは、図示しない熱交換器を介してエンジン冷却
水等の熱媒体液を加熱して外部へ排気ガスとして排出さ
れる。一方、燃焼ガスによって加熱された高温の熱媒体
液は図示しないウォーターポンプによって室内空調装置
のヒータコアに送られる。そして、このヒータコアを通
過する空気が温められて室内に吹き出され、車室内を暖
房する。

【００２６】〔実施形態の効果〕この実施形態では、触
媒燃焼部４に複数の反応促進部２１が設けられ、運転開
始初期にその反応促進部２１が他の部分に先行して素早
く高温になり、その反応促進部２１において素早く触媒
反応が開始される。また、触媒燃焼部４には他の部分に
先行して素早く着火温度に達する着火部２２が設けられ
ており、着火部２２に酸化が進んだ混合気が触れると着
火が開始されて、炎が伝播し、燃焼が開始される。この
ように、運転開始直後において短時間で着火が可能にな
るため、触媒燃焼装置の短時間始動が可能になる。

【００２７】着火部２２が下流側に突出して波板１４と
非接触であるため、着火部２２で発生した熱が波板１４
などの他の部材に伝わる熱の上昇ロスが防がれ、着火部
２２の温度上昇率が向上する。このため、従来に比較し
て短時間で着火部２２が高温発熱して着火性が向上する
とともに、少ない電力で着火部２２が着火温度に上昇す
るため、始動時における電力消費が抑えられる。

【００２８】着火部２２および反応促進部２１は、平板
１３にスリット部２３を設けて形成したものであるた
め、着火部２２および反応促進部２１の製造が容易であ
り、着火部２２および反応促進部２１を備えた触媒燃焼
装置を安価に提供できる。また、上記で示したように、
触媒燃焼部４では空気供給不足による低温燃焼が行われ
るため、触媒の過熱が防がれ、長期に亘って安定して触
媒燃焼を行うことができる。さらに、触媒燃焼部４が１
段で済み、触媒燃焼部４で活性化された未燃焼燃料を完
全に燃焼するシンプルな構成を採用するものであり、触
媒燃焼装置の小型化が可能になり、低コスト化が可能に
なる。

【００２９】〔第２実施形態〕図４は巻回前のハニカム
層１５を示す斜視図である。上記の第１実施形態は、着
火部２２を触媒燃焼部４の下流側に突出させることで隣
接する波板１４と非接触に設けた例を示したが、この第
２実施形態は触媒燃焼部４の内部に着火部２２を設けた
ものである。具体的には、着火部２２は、帯び状の平板
１３にスリット部２３を設けることによって、平板１３
の下流側内部に設けられるものであり、中心電極１６の
周囲にハニカム層１５が巻回されて積層された状態にお
いて、平板１３に設けられた着火部２２が波板１４に触
れないように、波板１４側に着火部２２を非接触とする
ための切欠部２４を設けたものである。

【００３０】このように、周囲の部材に触れない着火部
２２を触媒燃焼部４の内部に設けることにより、着火部
２２の周囲への熱の放散が防止でき、結果的に着火部２
２が急速に加熱できるため、短時間始動と加熱用電力消
費の低減が可能になる。

【００３１】〔第３実施形態〕図５は触媒燃焼装置を用
いた温水加熱装置の概略断面図であり、図６は触媒燃焼
装置の要部拡大断面図である。この実施形態に示す温水
加熱装置は、内部に触媒燃焼装置を組み込んだものであ
り、触媒燃焼部４の中心に電圧が印加される気化器７が
配置されたものである。つまり、この実施形態の触媒燃
焼部４は気化器７の周囲に設けられたものである。

【００３２】この実施形態における触媒燃焼部４は、中
心側の高温発熱層４ｂと、外側の低温発熱層４ｃとから
なる。高温発熱層４ｂは、各ハニカム層１５（符号、第
１、第２実施形態参照）に大量の電力が供給されるよう
に、ハニカム層１５の本数が少ないものであり、例えば
気化器７の周囲に３本のハニカム層１５が巻回されたも
のである。また、低温発熱層４ｃは、各ハニカム層１５
に少量の電力が供給されるように、ハニカム層１５の本
数が多いものであり、例えば高温発熱層４ｂの外側電極
２５の周囲に５本のハニカム層１５が巻回されたもので
ある。なお、低温発熱層４ｃの周囲は、予混合室５に供
給される１次空気を加熱するように設けられている。

【００３３】そして、この実施形態の触媒燃焼装置に
も、第１実施形態あるいは第２実施形態で示した触媒燃
焼部４が用いられたものである。つまり、図１あるいは
図４で示したハニカム層１５を用いて高温発熱層４ｂを
形成したものであり、低温発熱層４ｃも図１あるいは図
４で示したハニカム層１５を用いて形成しても良い。

【００３４】〔変形例〕上記の実施形態では、平板１３
に波板１４と接触しない高温発熱部（実施形態中では着
火部２２）を設けたが、波板１４に平板１３と接触しな
い高温発熱部（例えば着火部２２）を設けても良く、波
板１４と平板１３の双方に他の部材と接触しない高温発
熱部（例えば着火部２２）を設けても良い。上記の実施
形態では、気化器７を用いて液体燃料を気化させた後に
触媒燃焼させた例を示したが、ガス燃料等を予混合室５
に供給するように設けたり、燃料噴射装置によって霧化
した燃料を予混合室５内に供給するように設けても良
い。

【００３５】上記の実施形態では、触媒燃焼装置を自動
車の暖房装置に用いた例を示したが、家庭用の暖房装
置、給湯装置、乾燥機、工業用のバーナなど他の燃焼装
置に適用しても良い。また、通電発熱体を燃焼装置に適
用した例を示したが、自動車用触媒を加熱する通電発熱
体など、他の発熱手段に用いても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】巻回前のハニカム層を示す斜視図である（第１
実施形態）。

【図２】触媒燃焼部を示す断面図である（第１実施形
態）。

【図３】触媒燃焼装置の概略断面図である（第１実施形
態）。

【図４】巻回前のハニカム層を示す斜視図である（第２
実施形態）。

【図５】触媒燃焼装置を用いた温水加熱装置の概略断面
図である（第３実施形態）。

【図６】触媒燃焼装置の要部拡大断面図である（第３実
施形態）。

【符号の説明】

４ 触媒燃焼部（通電発熱体） ４ａ 貫流孔 ５ 予混合室 ６ 燃焼室 １１ 燃料ポンプ（燃料供給手段） １２ エアポンプ（空気供給手段） １３ 平板 １４ 波板（他の部材） １５ ハニカム層 ２２ 着火部（高温発熱部） ２４ 切欠部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 彰 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 3K017 BD01 BD02 BE00 3K065 TA13 TC05 TD04 TK02 TK04 TK05 TK06 TP00

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流体が流れる多数の貫流孔を有するととも
   に、通電を受けると局部的に発熱する高温発熱部を備え
   る通電発熱体であって、 前記高温発熱部は、他の部材と非接触に設けられたこと
   を特徴とする通電発熱体。
2. 【請求項２】請求項１の通電発熱体は、平板と波板とか
   らなるハニカム層を積層してなり、 前記高温発熱部は、前記ハニカム層の内部か外部の一
   方、もしくは双方に設けられたことを特徴とする通電発
   熱体。
3. 【請求項３】請求項２の通電発熱体において、 前記高温発熱部が前記平板あるいは前記波板の一方に設
   けられ、 前記平板あるいは前記波板の他方に前記高温発熱部を非
   接触とする切欠部が設けられたことを特徴とする通電発
   熱体。
4. 【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかの通電
   発熱体は、表面に触媒が担持して設けられたことを特徴
   とする通電発熱体。
5. 【請求項５】請求項１ないし請求項４のいずれかの通電
   発熱体と、 この通電発熱体の上流の予混合室に燃料を供給する燃料
   供給手段と、 前記予混合室および前記通電発熱体の下流の燃焼室に空
   気を供給する空気供給手段と、を備える燃焼装置。