JP2002061805A

JP2002061805A - 触媒燃焼器

Info

Publication number: JP2002061805A
Application number: JP2000244782A
Authority: JP
Inventors: Susumu Nagano; 進長野; Katsuyuki Osawa; 克幸大澤
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2000-08-11
Filing date: 2000-08-11
Publication date: 2002-02-28
Also published as: US20020022204A1

Abstract

(57)【要約】【課題】小型軽量で被加熱部材の変化に対しても安定し
た動作ができる触媒燃焼器を提供すること。【解決手段】本発明の触媒燃焼器は、燃焼室を区画し、
該燃焼室を区画する側の面の少なくとも一部が凹凸面で
あり、被加熱部材に熱を伝導する伝熱隔壁板本体と該凹
凸面上の少なくとも一部に担持された酸化触媒とを備え
ることを特徴とする。つまり、本発明の触媒燃焼器は小
型軽量化しても圧力損失が少なく、かつ被加熱部材に熱
を伝導する伝熱壁板本体の凹凸面の少なくとも一部に酸
化触媒を担持することにより熱を優先的に被加熱部材に
伝導することが可能となる。そして、凹凸部が伝熱壁板
本体の燃焼室側の面に凹凸部を設けていることによっ
て、可燃性物質と助燃性物質との混合物の流れの一部を
凹凸部に滞留でき、幅広い流速下においても安定した燃
焼を形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被加熱部材を加熱
する触媒燃焼器に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池に用いられる燃料改質装置は高
温雰囲気下で燃料改質触媒上に有機化合物を接触させる
ことにより水素を発生させている。高温雰囲気を保つた
めには何らかの加熱装置を用いることが必要である。加
熱装置は燃料改質装置において付属装置でありできるだ
け小型軽量であることが好ましい。これは、燃料電池を
自動車等に使用する場合はなおさらである。また、燃料
電池の出力は自動車の運転状況により大きく変動するの
で燃料改質装置の燃料改質速度、ひいては加熱装置の発
生熱量もそれに連れて大きく変動できることが好まし
い。すなわち、燃料改質装置に用いられる加熱装置に求
められる性能としては小型軽量化と運転状況の変化に対
しても安定した動作ができることである。これらの性能
は燃料改質装置用の加熱装置のみならず一般的な加熱装
置においても求められる性能である。

【０００３】燃料の燃焼熱により被加熱部材を加熱する
加熱装置として、従来技術は特開平３−２０８８０３号
公報で開示されるペレット触媒の充填された燃焼室内に
多段に分布した燃料噴射口を有する燃焼器、特開平６−
１１１８３８号公報で開示される平面上のスリット溝の
表面に燃焼触媒が担持してあり燃料と空気とがあらかじ
め混合されて燃焼室内に供給される燃焼器、特開平９−
２５５３０４号公報で開示される波板と伝熱板の間に燃
焼触媒を充填し燃料と空気とがあらかじめ混合されて燃
焼室内に供給される燃焼器がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術の加熱装置である燃焼器には以下の不都合があった。
すなわち、特開平３−２０８８０３号公報および特開平
９−２５５３０４号公報で開示された燃焼器は、燃焼触
媒を燃焼室内に充填しているので燃焼器を小型軽量化す
るにためには燃焼触媒の活性を向上させるために燃焼触
媒（もしくは燃焼触媒を担持したペレット）の径を小さ
くする必要がある。すると、燃焼触媒による圧力損失か
ら燃料や空気を高圧で供給する必要が生じ、供給するポ
ンプ等の動力上昇を招くこととなる。また、充填した触
媒やペレットの量だけ余分な熱容量が増加することにも
なる。

【０００５】また、特開平６−１１１８３８号公報で開
示された燃焼器は圧力損失の問題は少ないが温度制御の
ために燃料等の供給速度を増減した場合、もしくは燃料
として燃料電池の排ガスを使用する場合のように燃料中
に水等の不燃物が混入したときに燃焼を維持できず失火
するおそれがある。失火が発生すると均一な加熱ができ
なくなる。また、スリット状の燃焼室では燃焼室毎に均
一に燃料を供給することが困難であり、被加熱部材を均
等に加熱することができなくなる。

【０００６】したがって、本発明の触媒燃焼器では、小
型軽量で被加熱部材の変化に対しても安定した動作がで
きる触媒燃焼器を提供することを解決すべき課題とす
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記課題を
解決する目的で鋭意研究を行った結果、以下の発明を行
った。

【０００８】すなわち、本発明の触媒燃焼器は、燃焼室
を区画し、該燃焼室を区画する側の面の少なくとも一部
が凹凸面であり、被加熱部材に熱を伝導する伝熱隔壁板
本体と該凹凸面上の少なくとも一部に担持された酸化触
媒とを備えることを特徴とする。

【０００９】つまり、本発明の触媒燃焼器は小型軽量化
しても圧力損失が少なく、かつ被加熱部材に熱を伝導す
る伝熱壁板本体の凹凸面の少なくとも一部に酸化触媒を
担持することにより熱を優先的に被加熱部材に伝導する
ことが可能となる。そして、凹凸部が伝熱壁板本体の燃
焼室側の面に凹凸部を設けていることによって、可燃性
物質と助燃性物質との混合物の流れの一部を凹凸部に滞
留でき、幅広い流速下においても安定した燃焼を形成で
きる。また、本触媒燃焼器を燃料改質装置に用いた場合
のように、水等の燃焼阻害物が燃焼室内に混入してもこ
の凹凸部の存在によりその拡散範囲が狭められるので失
火する危険性が減少し、失火してもその範囲が少なくな
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の触媒燃焼器につい
て詳細に説明する。なお、以下の説明においては燃料電
池に用いる水素発生用の燃料改質装置を加熱する触媒燃
焼器に基づいて説明するが、本発明の触媒燃焼器は、燃
料改質装置用の触媒燃焼器に限られるものではなく、そ
の他の一般的な加熱用装置に用いることができることは
いうまでもない。ただし、燃料電池用の燃料改質装置の
加熱用に本発明の触媒燃焼器を用いると燃料電池の負荷
変動に対して安定性が向上することおよび小型軽量であ
ることの性能が充分生かされるので好ましい。燃料改質
装置用の触媒加熱器として用いる場合には本実施形態の
触媒燃焼器と燃料気化室（被加熱部材）や燃料改質触媒
が担持してある燃料改質室（加熱室）とを交互に積層し
て燃料改質装置を形成することが熱効率の点でも好まし
い。その場合に改質される燃料と触媒燃焼器用の燃料と
は共用可能である。

【００１１】本実施形態の触媒燃焼器は、伝熱隔壁板本
体と酸化触媒とを備える。本触媒燃焼器では可燃性物質
としての水素、メタノールなどのアルコール、および／
または都市ガス、ガソリン、軽油、灯油、重油などの炭
化水素等と助燃性物質としての空気と流体となって燃焼
室内に流れ込み、酸化触媒により反応して熱を発生させ
る。本実施形態の可燃性物質としては、たとえば、定常
運転時においては燃料電池で使用できなかった水素を用
いることができる。そして、始動時には水素が充分に存
在しない場合があるので燃料改質される燃料を使用する
ことができる。当然、必要に応じて定常運転時において
も、燃料電池の燃料改質用の燃料を使用することができ
る。本発明の触媒燃焼器を燃料電池以外に使用する場合
にはその他適当な燃料を使用することができる。可燃性
物質としては、たとえば、前述の水素、アルコール、都
市ガス、ガソリン、軽油、灯油、重油以外のものとし
て、一酸化炭素、ブタン、プロパン、アンモニア、微粉
炭含有ガス、植物性油脂、硫化水素等を例示できる。ま
た、助燃性物質としては酸素ガス、空気の他にエネルギ
ーの有効利用を図る目的で燃料電池の空気極の排気ガス
を用いることもできる。

【００１２】伝熱壁板本体は、燃焼室を区画し、燃焼室
側の面の少なくとも一部に凹凸面を有し、かつ被加熱部
材に熱を伝導させる部材である。また、伝熱壁板本体は
この凹凸面上の少なくとも一部に後述する酸化触媒を担
持することにより可燃性物質を燃焼させる作用を有す
る。したがって、伝熱壁板本体の表面では積極的に酸化
反応が生起するので、伝熱壁板本体は直接的に加熱され
る部材である。

【００１３】ここで、燃焼室は伝熱壁板本体の他にその
他の壁板とにより構成される。そして、伝熱壁板本体は
直接的に加熱される部材であるので効率よく被加熱部材
を加熱する目的には少なくとも被加熱部材の存在する側
に伝熱壁板本体を設けることが好ましい。そうすると、
酸化触媒により発生した熱が伝熱壁板本体を介して直接
被加熱部材に伝導する。たとえば、燃焼室の一方の側に
のみ被加熱部材が存在する場合にはその側のみに伝熱壁
板本体を設けることが好ましい。そして、伝熱壁板本体
を被加熱部材の存在する側にのみ設けると、他の壁板上
では酸化反応が促進されないので発生する熱は優先的に
被加熱物質に伝導されるので好ましい。

【００１４】伝熱壁板本体の材質は金属、セラミック
ス、半導体、樹脂組成物等、特に限定されるものではな
いが熱伝導性が高く、触媒燃焼器の常用温度において安
定なものであることが好ましい。伝熱壁板本体が区画す
る燃焼室の形状は特に限定されるものではなく、薄層
状、溝状等いずれの形状でもかまわないが、製造の簡便
さ等の観点からは、燃焼室を方形の薄膜状とし被加熱部
材と交互に積層する形態が好ましい。

【００１５】伝熱壁板本体には燃焼室を区画する側の面
に少なくとも一部に凹凸面をもつ。凹凸面は、表面の酸
化触媒で生起した酸化反応による発熱を効率よく伝導す
ることができるとともに、燃焼室内の流体の流れに影響
を与えミクロ保炎機能を果たす。これによって、可燃性
物質の燃焼効率が向上し、効率的な運転が可能となる。
また、凹凸面により伝熱壁板本体の燃焼室側の面が分断
されることにより混入した水等の異物が凹凸面上で範囲
を拡大できず、触媒機能に与える影響を最小限とするこ
とができる。さらに、ミクロ保炎機能を最大限発揮でき
るように、凹凸面の形状は燃焼室内の流体の流れに渦を
生じさせる形状であることが好ましい。ミクロ保炎機能
は、流体の流れの乱れや、小規模な流体の再循環領域を
凹凸面の流体の流れに対する後面部に形成することによ
り発揮される。たとえば、凹凸面に形成される凹凸は方
形、台形、円柱形、三角錐形等のように流体の流れに対
して角張った部分を有する形状とできる。特に流体の流
れに対して凹凸の後ろ側に角張った部分を有することが
好ましい。

【００１６】この凸面と凹面との配置は特に限定しな
い。たとえば凹凸面は連続した凹面と離散した凸面との
組み合わせや、連続した凸面と離散した凹面との組み合
わせが例示される。好ましくは圧力損失低下の観点から
連続した凹面と離散した凸面との組み合わせが好まし
い。また、凹凸面上に形成される凹凸の配置は特に規則
的であっても不規則な配置であってもかまわない。ただ
し、圧力損失を低減させる観点からは、流体の流れに対
してできるだけ抵抗とならないようにすることが好まし
く、流体の流れの方向に平行な通路を形成できるように
凹凸の配置を調節することが好ましい。たとえば、凹凸
を流体の流れの方向にそろえて配置したり、隙間の位置
をそろえて凹凸を配置することにより流体の流れへの抵
抗を減少させることができる。したがって、流体の流れ
に垂直方向の凹凸の長さは短い方が流体の流れ方向の通
路をより多く確保することができるので好ましい。ただ
し、あまりに短くすると、乱流を生成する効果が少なく
なるので使用する条件に合わせて適正な長さとすること
が好ましい。

【００１７】凹凸面の頂面から底面までの高さは０．４
〜１．０ｍｍであることが好ましい。これより小さくな
ると凹凸面の効果が少なくなり、これより大きくても効
果の増大は少ないからである。なお、この最適な凹凸面
の頂面から底面までの高さは凹凸の形状によって大きく
影響される。また、凹凸面の単位長さあたりの凹凸組の
数は０．５〜１０個／ｃｍであることが好ましい。これ
より小さくても、多くても凹凸面の効果が少なくなるか
らである。同じく、この最適な凹凸面の存在密度も凹凸
の形状によって大きく影響される。

【００１８】凹凸面の形成方法としては伝熱壁板本体と
一体的に形成する方法、たとえばプレス、エッチング、
切削等により形成したり、別体として個々の凹凸を形成
した後に伝熱壁板本体となる部材の表面に付着させて伝
熱壁板本体として一体化することもできる。

【００１９】また、伝熱壁板本体の被加熱部材側の面に
も凹凸面を設けることが好ましい。凹凸面を形成するこ
とで熱の伝導性が向上するからである。これは被加熱部
材が気体や液体のような流体であるときは特に効率よく
伝熱可能となる。特に被加熱部材が有機化合物を水素含
有気体に改質する加熱室であって伝熱壁板本体が加熱室
をも区画する場合に好ましい。凹凸面の形状については
前述の燃焼室側の凹凸面と特に異ならないが特に流体を
撹乱する効果は必要なく比表面積が大きくなれば充分で
ある。そして凹凸面の形成方法についても燃焼室側の凹
凸面と特に変わらない。

【００２０】燃焼室を構成する伝熱壁板本体以外の壁板
は特に限定しないが、伝熱壁板本体と対向する面である
対向壁板には燃焼室に可燃性物質およびその助燃性物質
のうちの少なくとも一方を供給する供給口をもつことが
好ましい。この供給口を被加熱部材の配置および被加熱
部材の要求する加熱温度等の加熱条件に合わせてあらか
じめ配置ないしは条件の変化に応じて制御可能なように
して配置することでより精密な加熱が達成できる。たと
えば、供給口を均一に配置し伝熱壁板本体に均一に可燃
性物質を供給できるようにすることで伝熱壁板本体も均
一に加熱される。同様にして、供給口の位置を被加熱部
材の加熱を要求される部位に合わせて配置することで効
率の良い加熱ができる。これら供給口の開口径は小さい
ことが好ましい。小さくすることで燃焼室内への供給流
速が大きくなり低出力加熱時においても逆火のおそれが
少なくなるからである。供給口の小径化に伴う可燃性物
質等の燃焼室内への供給圧力の増大については供給口の
総数を増加させることにより対応でき適当な圧力とする
ことができる。なお、供給口の形状としては特に限定し
ないが、燃焼室内に供給される可燃性物質等の流れが伝
熱壁板本体に向けて概ね垂直になるような形状とするこ
とが好ましい。伝熱壁板本体に向けて噴射するように可
燃性物質を供給することで、より確実に可燃性物質を酸
化触媒に到達させることが可能となり、精密な温度制御
が可能となるからである。

【００２１】なお、対向壁板以外にも可燃性物質等を燃
焼室内に供給する供給口を設けることができる。また、
対向壁板に供給口を設けない場合には必然的にその他の
部位に供給口を設ける必要がある。対向壁板以外に供給
口を設けることができる部位としては伝熱壁板本体の
他、対向壁板以外の壁板、すなわち燃焼室が方形状であ
る場合には、伝熱壁板本体の凹凸面と対向壁板との間隙
の端部である。このようにすると、流体の流れを伝熱壁
板本体と平行方向に起こすことができ、凹凸面における
乱流発生効果が向上することで、燃焼安定化効果が良く
発揮できる。

【００２２】そして、酸化触媒により反応した後のガス
を排出することができる排出口を伝熱壁板本体もしくは
その他の壁板に設ける必要がある。排出口を設ける部位
は特に限定されない。

【００２３】酸化触媒は伝熱壁板本体の燃焼室側の凹凸
面上の少なくとも一部に担持されており可燃性物質と助
燃性物質とを反応させる触媒である。酸化触媒が担持さ
れる部位は、特に凹凸面の全面に形成される必要はな
く、また凹凸面以外の面上に担持されることを妨げるも
のでもない。ただし、凹凸面上に酸化触媒を担持するこ
とで、前述のように、精密な加熱制御が達成できる。ま
た、担持する量も特に限定されず適切な量を担持すれば
よい。酸化触媒の担持する場所・量について好ましい例
を説明すると以下の４通りの状況に応じて最適な担持場
所・量を挙げることができる。触媒燃焼器の起動が緩
慢で良く、２００℃以上の定常状態で作動する場合が多
く、水等の燃焼を妨げるものの混入が少ない場合は、酸
化触媒の作用は供給口付近のみで良く、触媒担持の場所
も供給口付近に僅かに担持すれば足りる。起動は緩慢
でよいが、起動後の負荷変動は大きい場合は、凹凸面の
流体の流れる方向の後面のガスの再循環領域の働きが少
なくても大きな影響がないので後面の部位には酸化触媒
をあまり担持する必要がない。さらにの条件がの
条件に近づいていくにつれてさらに凹凸面の流体の流れ
に対して側面、さらには前面の順番で酸化触媒の担持量
を少なくすることが可能である。起動速度が迅速で負
荷変動が激しく水滴等の燃焼障害要因の混入が想定され
る場合は、凹凸面全体に酸化触媒を担持することが好ま
しい。

【００２４】ここで、酸化触媒になりうる元素について
具体的に例を挙げるとＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｒｅ、Ｒｕ、
Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｌａ、Ｃ
ｅ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｙ、Ｓｒ、Ｋ、Ｃａ、Ｍ
ｇ、Ｎａ、Ｂａのうちの１種もしくは２種以上の合金ま
たは混合物である。これらの元素は単体で、もしくは化
合物として用いることができる。

【００２５】酸化触媒は一般的に担体上に担持されて使
用され、必要に応じて助触媒と共に使用される。担体お
よび助触媒の具体例としてはＡｌ、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｏ、
Ｎｉ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｃｅ、Ｌａ、Ｌｉ、Ｎ
ａ、Ｋ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｂａの酸化物お
よび単体金属であり、これらのうちの１種もしくは２種
以上の構造体または混合物である。

【００２６】酸化触媒の凹凸面上への担持方法は公知の
方法を用いることができる。たとえば、まず凹凸面上に
担体を層状に形成し、担体層とする。担体層を形成する
ことで表面積が大きくなり触媒の効率も高くなる。その
後、担体層上に酸化触媒を担持する。担体層および担体
層への酸化触媒の担持方法とも公知の方法を用いること
ができる。また、伝熱壁板本体の表面を多孔質物質で形
成した部材を用いることにより担体層を形成することな
く酸化触媒を伝熱壁板本体に担持できる。

【００２７】燃焼室内への可燃性物質および助燃性物質
の供給は両者を混合して供給しても良いし、別々に分け
て供給しても良い。別々に分けて供給した方が燃焼室内
の燃焼が供給口を通過して逆火しないので好ましい。可
燃性物質と助燃性物質とを別々に燃焼室内に供給する方
法として好ましいものは、空気等の助燃性物質を伝熱壁
板本体と対向壁板との間にそれぞれと平行に流れるよう
に供給すると共に、必要に応じて対向壁板に設けられた
供給口から可燃性物質を供給する方法である。これによ
り、燃焼温度の制御を精密に行えると共に、逆火等も防
止できる。そして可燃性物質を燃焼室内に供給するとき
には一様に供給する必要はなく被加熱部材の要求に応じ
て供給量を変化させることが望ましい。また、燃焼室内
への可燃性物質の供給形態は可燃性物質の状態により適
宜変化させることができ、たとえば、可燃性物質が液体
であれば液体のままでも良いし、加熱して気体としてか
ら、もしくは最初の状態が気体の場合はそのまま供給し
ても良い。

【００２８】

【実施例】以下に本発明の触媒燃焼器について実施例に
基づきさらに詳しく説明する。

【００２９】〔触媒燃焼器〕実験に使用した触媒燃焼器
の概略図を図１に示す。本実施例の触媒燃焼器は、燃焼
室側の面に凹凸面１０（７８ｍｍｘ４９ｍｍ）をも
つ伝熱壁板本体１と、その凹凸面１０上に担持された触
媒層（図略）と、凹凸面１０上に向けて燃料を供給する
供給口２１（口径０．３ｍｍ、１２個）をもち伝熱壁板
本体１と対向し共に燃焼室を区画する対向壁板２と、対
向壁板２の燃焼室と反対側に位置し燃料供給路の一部５
２を形成する板状部材３と、伝熱壁板本体１の一端部に
開口する供給口に接続された空気供給路４と、伝熱壁板
本体１の他端部に開口する燃焼ガスの排出口に接続され
るガス排出路６とからなる。

【００３０】凹凸面への触媒の担持方法としては、伝熱
壁板本体１の凹凸面１０に対して常法によりＡｌ₂Ｏ₃と
Ｐｔとの混合物を５０μｍの厚さで常法により担持し
た。その層はＡｌ₂Ｏ₃１００重量部に対して１０重量部
のＰｔを含んでいる。

【００３１】実施例および比較例の触媒燃焼器としてＨ
で示す凹凸面１０の凹凸の高さをそれぞれ０．４ｍｍ、
０．６ｍｍ、０．７５ｍｍ（実施例１〜３）、０ｍｍ
（比較例）としたものを使用した。なお、凹凸面１０の
凹凸は１つあたり１ｍｍ（凹凸組５個／ｃｍ）であり、
凹凸面の頂面と対向壁板２との間の間隔はすべて０．５
ｍｍである。そして、凹凸面上に形成された凹凸は流体
の流れと垂直方向の長さが１ｍｍであり、その間隔は１
ｍｍである。

【００３２】また、Ｈが０．７５ｍｍで対向壁板２の供
給口が６個のものを実施例４とした。

【００３３】〔燃焼効率測定〕２種類のモデル燃料を使
用して本触媒燃焼器における燃料の燃焼効率を測定し
た。モデル燃料としては水素利用率８０％の燃料電池
の燃料極排ガス（水素／二酸化炭素＝３８％／６２％
（体積比、以下同じ））１００％メタノールを使用し
た。

【００３４】・試験操作モデル燃料については実施例１〜４、比較例の触媒燃
焼器について空気供給路４と燃料供給路５１とにそれぞ
れ所定の空気・燃料流量となるように空気、モデル燃料
を供給した。その後、ガス排出路６から排出される排ガ
ス中の燃料濃度をガスクロマトグラフィーで測定し入り
ガス中の燃料濃度とから燃焼効率を測定した。同時に空
気供給路４および燃料供給路５１の双方について圧力損
失を測定した。

【００３５】モデル燃料については実施例１〜３の触
媒燃焼器について空気供給路４と燃料供給路５１とにそ
れぞれ所定の空気・燃料流量となるように空気、モデル
燃料を供給し、実施例３の触媒燃焼器についてさらに燃
料供給路５１から所定の混合比で空気・燃料を混合した
ガスを供給した。

【００３６】・結果モデル燃料についての燃焼効率の結果を図２（ａ：比
較例、ｂ：実施例１、ｃ：実施例２、ｄ：実施例３）
に、モデル燃料についての燃焼効率の結果を図３
（ａ：実施例１、ｂ：実施例２、ｃ：実施例３、ｄ：実
施例３（混合ガス））にそれぞれ示す。なお、図２にお
いて縦軸の水素流量は標準状態における水素単体に換算
した流量である。また、図３における縦軸のメタノール
流量は標準状態の液体メタノールに換算した流量であ
る。

【００３７】モデルガスについての結果から、Ｈが０
ｍｍ（比較例）から０．４ｍｍ（実施例１）、０．６ｍ
ｍ（実施例２）と大きくなるにしたがって燃焼効率の高
い範囲が飛躍的に広がっている。さらにＨを０．７５ｍ
ｍ（実施例３）とすると燃焼効率の高い範囲は実施例２
よりも広がるもののその広がり方は緩やかであった。し
たがって燃焼効率の上昇はＨが０．６〜０．７５ｍｍ程
度で飽和するものと考えられる。

【００３８】モデルガスについての結果からもＨが
０．４ｍｍ（実施例１）から０．７５ｍｍ（実施例３）
と大きくなるにつれて燃焼効率の高い範囲が飛躍的に広
がっていることがわかる。

【００３９】なお、結果は示さないが同じ燃料ガスにお
いて行った気相燃焼バーナにおける燃焼空気比の範囲
（燃焼効率の高い範囲）は本実施例の触媒燃焼器と比較
して著しく狭いものであった。

【００４０】圧力損失の値もモデルガスにおいて比較
例では空気流量４Ｌ／ｍｉｎで０．１５Ｎ／ｃｍ²程
度、空気流量６Ｌ／ｍｉｎで０．２０Ｎ／ｃｍ²程度で
あったのに対して、実施例においては空気流量３Ｌ／ｍ
ｉｎで０．１５Ｎ／ｃｍ²程度、空気流量５Ｌ／ｍｉｎ
で０．２０Ｎ／ｃｍ²程度の低い値であり、また比較例
の値と比較しても大幅な低下は認められなかった。燃料
側の圧力損失についても同様に比較例および実施例の触
媒燃焼器において大きな圧力損失の低下が認められなか
った。

【００４１】したがって、本実施例の触媒燃焼器は被加
熱部材の要求の変化に応じて運転状況（空気および燃料
の流量および混合比）を大きく変化させても高効率な燃
焼を維持することが可能であった。また、この効果は圧
力損失の大幅な増大は伴わずに達成でき、本触媒燃焼器
の運転に必要なポンプ等の補助的動力に必要なエネルギ
ーは僅かでよいことが明らかとなった。

【００４２】また、実施例３と実施例４の触媒燃焼器に
ついて伝熱壁板本体１の凹凸面１０側について観察した
ところ、図４に示すような燃焼跡（ａ：実施例３、ｂ：
実施例４）が観察された。これより明らかなように、１
つの供給口あたりの燃焼はほぼ均等に行われたことがわ
かった。

【００４３】〔温度分布測定試験〕・試験操作および試験条件実施例３の触媒燃焼器について、以下に示す３つの運転
条件で運転を行い、伝熱壁板本体１の加熱室側の面１１
の表面温度を図１に示す７個の測定点１１１〜１１７に
おいて測定した。

【００４４】メタノールが０．６ｍｌ／ｍｉｎ、空気
が３Ｌ／ｍｉｎとなるようにあらかじめ混合したガスを
空気供給路４から供給した。メタノールが０．６ｍｌ
／ｍｉｎ、空気が３Ｌ／ｍｉｎとなるようにあらかじめ
混合したガスを燃料供給路５１から供給した。標準状
態の水素単体に換算した流量が０．５Ｌ／ｍｉｎとした
水素／二酸化炭素＝３８％／６２％ガスを燃料供給路５
１に、空気を空気供給路４から３Ｌ／ｍｉｎとなるよう
にそれぞれ供給した。

【００４５】・結果結果を図５に示す。図より明らかなように、対向壁板２
の供給口から燃料を供給する条件、では温度分布に
高低差が少なかった。これに対して燃焼室の一方側から
燃料を供給した条件では測定点１１２〜１１４までが
高温で測定点１１５、１１６が低くなり温度分布に大き
な差が生じた。これは燃料を燃焼室の一端側から供給す
る形態では測定点１１２から１１６まで進むにつれ燃焼
が完了し、燃焼が持続できないためと考えられる。そし
て、酸化触媒自身の温度および燃料供給路５２側の温度
について測定したところ、酸化触媒自身の温度は加熱室
側の面１１と大差ない温度であり、燃料供給路５２側の
温度は１００〜２００℃程度と低く燃焼熱が加熱室側に
優先的に伝導することが明らかとなった。

【００４６】なお、条件、において温度分布に高低
差が少なくなったのは対向壁板２の供給口の分布が一様
であったからだと考えられる。また、温度については燃
料供給量および空気供給量を適当に制御することである
程度自由に制御可能である。

【００４７】したがって、燃料を対向壁板２の供給口か
ら供給することにより必要に応じて温度分布および温度
を自由に調節できる。また、伝熱壁板本体１の配置を調
節することで熱伝導をも制御可能であった。

【００４８】

【発明の効果】したがって本発明の触媒燃焼器は燃焼室
内の燃焼状態の制御が容易にでき、被加熱部材の変化に
対しても安定した動作ができる触媒燃焼器を提供するこ
とができるという効果がある。

【００４９】また、本発明の触媒燃焼器は、触媒燃焼器
の諸性能の悪化を最小限に抑えた条件で必要に応じて小
型軽量化を図ることが容易である触媒燃焼器を提供する
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例および比較例の触媒燃焼器の構造につ
いて概略的に示した図である。

【図２】本実施例の触媒燃焼器における水素の燃焼効率
試験の結果を示した燃焼効率の等高線図である。

【図３】本実施例の触媒燃焼器におけるメタノールの燃
焼効率試験の結果を示した燃焼効率の等高線図である。

【図４】実施例３と実施例４の触媒燃焼器について伝熱
壁板本体の凹凸面側について観察した図である。

【図５】本実施例における温度分布測定試験の結果を示
した図である。

【符号の説明】１…伝熱壁板本体１０…凹凸面１１…加熱室側
の面２…対向壁板２１…供給口４…空気供給路５…燃料供給路５１、５２…燃料供給路の一部６…ガス排出路８…ガスクロマトグラフィー装置
９…圧力計

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3K052 AA10 AB01 AB10 FA01 3K065 TA14 TB01 TB02 TB08 TB11 TB13 TC03 TD04 TD05 TE02 TK02 TK04 TK06 TP09 4G069 AA03 BA01B BC75B CC32 CD01 DA06 EA08 5H027 AA02 BA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室を区画し、該燃焼室を区画する側
の面の少なくとも一部が凹凸面であり、被加熱部材に熱
を伝導する伝熱隔壁板本体と該凹凸面上の少なくとも一
部に担持された酸化触媒とを備えることを特徴とする触
媒燃焼器。
【請求項２】前記凹凸面の形状は前記燃焼室内の流体
の流れに渦を生じさせる形状である請求項１に記載の触
媒燃焼器。
【請求項３】前記凹凸面の頂面から底面までの高さは
０．４〜１．０ｍｍである請求項１に記載の触媒燃焼
器。
【請求項４】前記凹凸面の単位長さあたりの凹凸組の
数は０．５〜１０個／ｃｍである請求項１に記載の触媒
燃焼器。
【請求項５】前記伝熱隔壁板本体と間隔を隔てて配置
され前記燃焼室を区画し該燃焼室に可燃性物質および該
可燃性物質を燃焼させる助燃性物質のうちの少なくとも
一方を供給する供給口をもつ対向壁板を備える請求項１
に記載の触媒燃焼器。
【請求項６】前記伝熱壁板本体の前記被加熱部材を区
画する側の面の少なくとも一部が凹凸面となっている請
求項１に記載の触媒燃焼器。
【請求項７】前記被加熱部材は有機化合物を水素含有
気体に改質する加熱室である請求項１に記載の触媒燃焼
器。
【請求項８】前記供給口から供給される前記可燃性物
質および前記助燃性物質のうち少なくとも一方が前記伝
熱壁板本体に向けて噴出される請求項５に記載の触媒燃
焼器。
【請求項９】前記供給口から前記可燃性物質が供給さ
れ、前記伝熱壁板本体の前記凹凸面と前記対向壁板との
間隙の端部から前記助燃性物質が供給される請求項５ま
たは８のいずれかに記載の触媒燃焼器。