JP2003097804A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ロータリ式バーナを用いて、高出力の赤外線
を放射する燃焼装置を提供する。 【解決手段】 ダクト１２の後端１２ｂにロータリ式バ
ーナ５０が配置され、前端１２ａに触媒燃焼パネル２０
が配置された燃焼装置５を提供する。この燃焼装置５に
おいては、触媒燃焼パネル２０における触媒燃焼により
赤外線７３を出力し火炎は生じない。したがって、ロー
タリ式バーナ５０に対する熱負荷は小さく、回転気化筒
５１に適切な熱負荷を加えながら赤外線７３を出力可能
な燃焼装置５を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気化燃料を触媒燃
焼し赤外線を出力する燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】赤外線を照射しやすい材質からなる放熱
スクリーンを前面パネルとし、その内側で火炎を形成し
て前面パネルを加熱し、暖房などに適した赤外線を放射
するタイプの赤外線燃焼装置がある。一方、火炎を形成
するためのバーナとして、中央から前方に突き出た回転
気化筒を備え、その回転気化筒の内部に液体燃料を供給
して気化し、気化燃料として回転気化筒の周囲から前方
に供給可能なロータリ式バーナが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ロータリ式バーナは、
回転する気化筒に液体燃料を供給し、遠心力により薄膜
化して気化することができるので、低出力でも液体燃料
を安定して気化することが可能であり、低出力でも比較
的安定した燃焼を得ることができる。つまり、燃焼量の
可変幅を広くできる。

【０００４】その一方で、気化筒を機械的に回転させる
必要があるので、気化筒が高温になって熱歪が生じたり
する環境になると、安定した動作が得られない。したが
って、液体燃料を気化することにより気化筒の温度上昇
がそれほど大きくならない燃焼装置で適用されており、
たとえば、温風を供給する燃焼装置に適したバーナとし
て知られている。

【０００５】赤外線を照射する燃焼装置は、バーナによ
る火炎で前面パネルを加熱し、赤外線として熱を外部に
放出するものである。この際、前面パネルからは後方に
も赤外線が照射される。したがって、燃焼室内において
は、火炎による輻射熱と、前面パネルからの輻射熱によ
りバーナが加熱され高温になりやすい状態となる。この
ため、ロータリ式バーナを設置して安定した動作を望む
ことは困難であり、燃焼室内にノズルにより霧化した液
体燃料を空気と混合させて燃焼するタイプのバーナが適
している。

【０００６】液体燃料を霧化して燃焼するバーナもバー
ナチップの改良などにより低出力でも十分に安定した燃
焼を維持できるようになっている。しかしながら、低出
力における安定性はロータリ式バーナの方が一日の長が
ある。そこで、本発明においては、ロータリ式バーナを
用いて、赤外線を放射する燃焼装置を提供することを目
的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明においては、ロー
タリ式バーナと触媒燃焼を組み合わせることにより、ロ
ータリ式バーナを用いて赤外線として熱を放射すること
ができる燃焼装置を提供する。すなわち、本発明におい
ては、中央から前方に突き出た回転気化筒を備え、その
回転気化筒の内部に液体燃料を供給して気化し、気化燃
料として回転気化筒の周囲から前方に供給可能なロータ
リ式バーナと、このロータリ式バーナから供給される気
化燃料を触媒燃焼し、赤外線を出力する触媒プレートと
を有する燃焼装置を提供する。

【０００８】触媒燃焼であれば、火炎を形成しないで触
媒燃焼による赤外線を放出することが可能である。した
がって、火炎からの輻射熱を除去できるので、バーナに
対する熱負荷を低減することができ、ロータリ式バーナ
を設置して安定して動作させることができる。一方、触
媒プレートにおいては触媒燃焼するので、触媒プレート
の温度が上がり、赤外線が前方にも後方にも出力され
る。したがって、触媒プレートからの輻射熱により、ロ
ータリ式バーナの回転気化筒は、液体燃料を気化するの
に十分な程度に加熱されるので、ロータリ式バーナの性
能は十分に発揮させることができる。

【０００９】さらに、ロータリ式バーナからは回転気化
筒で気化された気化燃料を燃焼空気と混合した状態で放
出できるので、霧化された燃料が蒸発するための距離は
不要となる。したがって、ロータリ式バーナと触媒プレ
ートとの距離は、触媒プレートからの輻射熱の利用度合
いによってほとんど決定され、ロータリ式バーナと触媒
プレートとの距離を大幅に短縮することも可能となる。

【００１０】また、ロータリ式バーナは、本来、火炎を
形成できるバーナであるので、触媒プレートの温度を触
媒燃焼可能な温度まで上昇させるために、火炎を形成し
て予備燃焼するためにも利用することが可能である。予
備燃焼においては、燃料投入量が小さく、また、触媒プ
レートからの熱輻射も少ないので、回転気化筒に熱歪が
発生するような温度に加熱される可能性は少ないが、燃
焼装置がコンパクトになり、予備燃焼の熱負荷がロータ
リ式バーナの機械的な動作部分に影響を及ぼす場合は、
電気ヒータなどの異なる加熱手段により触媒プレートを
予備加熱することも可能である。

【００１１】触媒プレートからの輻射熱を回転気化筒に
おける気化のために積極的に利用する場合は、触媒プレ
ートをロータリ式バーナの前方に配置して触媒プレート
とロータリ式バーナとが対向した配置とすることが望ま
しい。また、この配置は、ロータリ式バーナから供給さ
れる気化燃料の流れが安定しやすい配置でもある。

【００１２】触媒プレートとロータリ式バーナとの間に
多孔性の板を設けることも有効である。この多孔性の板
が加熱されることによる輻射熱により、触媒プレートを
保温したり、触媒プレートとロータリ式バーナとの間の
距離をある程度確保しながら、十分な輻射熱がロータリ
式バーナの側に供給することができる。また、多孔性の
板は、触媒プレートからの輻射熱を遮断（遮熱）する目
的で利用したり、ロータリ式バーナから供給される気化
燃料を整流する目的で利用したりすることも可能であ
る。このような多孔性の板は、例えば、パンチングメタ
ルやセラミック板などで形成することが可能である。

【００１３】気化燃料を低い温度で安定して触媒燃焼す
るためには、表面積の大きな触媒プレートが必要とな
る。このため、一端にロータリ式バーナが配置され、他
端に触媒プレートが配置され、気化燃料の流路となるダ
クトを設け、このダクトの断面積が、一端から他端に向
けて順次に拡大するようにして、気化燃料が安定した密
度で分散されるようにすることが望ましい。たとえば、
ダクトが多段階で広がるものや、テーパ状に広がるもの
や、ほぼ放物面状に拡大するものを採用できる。

【００１４】このように、本発明では、ロータリ式バー
ナと触媒プレートとを組み合わせることにより、触媒プ
レートから赤外線を外部に照射可能な燃焼装置であっ
て、低負荷から安定して気化燃料を供給することができ
る、ロータリ式バーナを用いた燃焼装置を提供してい
る。したがって、触媒燃焼によりＮＯｘなどの有害な排
ガスの発生が少なく、希薄混合気での燃焼が可能で燃焼
量の調整範囲が広く、暖房装置などに適した燃焼装置を
提供できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１および図２に、本発明に係る
燃焼装置の概略構成を示してある。本例の燃焼装置５
は、水平方向に延びた筒状のダクト１２を有し、このダ
クト１２の一端１２ｂにロータリ式バーナ５０が配置さ
れ、その前方の他端１２ａに外界に面した触媒燃焼パネ
ル（触媒燃焼プレート）２０が配置されている。触媒燃
焼プレート２０の面積は、ロータリ式バーナ５０よりも
大きく、このため、筒状のダクト１２は途中で断面積が
拡張するように階段状に形成されている。さらに、燃焼
装置５の下方に、灯油などの液体燃料７０が充填された
燃料タンク２が配置され、燃料配管８および燃料ポンプ
７を介してバーナ５０に供給される。また、バーナ５０
の後方１２ｂには、燃焼用の空気を送るブロワ（燃料空
気供給ファン）１５が組み込まれており、これらダクト
１２、バーナ５０、ブロワ１５用のモータなどはハウジ
ング１０に収納されている。

【００１６】ロータリ式バーナ５０は、図２に示すよう
に、回転自在な前方１２ａの方向に凸状に突き出たカッ
プ状の回転気化筒５１を備えており、ブロワ１５と共に
ブロワモータ１５ａにより駆動されるシャフト５２を介
して回転されるようになっている。回転気化筒５１の内
側の中心軸に沿って前方にテーパ状に広がった燃料案内
体５３が取り付けられており、ここに送油管５４から液
体燃料が供給される。したがって、液体燃料は、遠心力
により燃料案内体５３から回転気化筒５１の内面５１ａ
に薄く広がり、回転気化筒５１が受ける熱輻射により気
化し、ガス状態となる。気化した燃料は、回転気化筒５
１の外周部に広がる混合通路５５に導かれ、ブロワ１５
から供給される燃焼用空気と混合されて、前方に設けら
れた吹出し口５６からダクト１２に出力される。さら
に、本例のロータリ式バーナ５０には、後述する予備燃
焼用の火炎を形成するためのイグナイター１３が設けら
れている。

【００１７】触媒燃焼パネル２０は、図３に前方から見
た平面図で示すように、白金およびパラジウムの燃焼用
の触媒を、アルミナセメントを担体として担持させた複
数のセラミック製の触媒プレート２２を複数備えてい
る。そして、これら触媒プレート２２が熱膨張性ガスケ
ット２８などを挟んでフレーム４０により保持され、大
面積の１枚のパネル状に組み立てられている。

【００１８】したがって、本例の燃焼装置５において
は、ロータリ式バーナ５０から供給されるガス燃料７１
が触媒燃焼パネル２０で触媒に接して触媒燃焼する。こ
のため、触媒燃焼パネル２０は、高温となり熱を赤外線
７３として外部に放出する。したがって、触媒燃焼装置
５は、触媒燃焼パネル２０で触媒燃焼により発生した熱
を赤外線７３として放出することにより、人体や室内を
効率良く暖めるためなどに用いることができる。一方、
触媒燃焼パネル２０からダクト１２の内部に向かって放
出される赤外線（輻射熱）７４によりロータリ式バーナ
５０の回転気化筒５１を加熱し、液体燃料７０を気化す
ることにより触媒燃焼に適したガス化燃料７１を発生さ
せることができる。

【００１９】本例の燃焼装置５は、まず、イグナイター
１３によりロータリ式バーナ５０から供給される燃料と
空気の混合体に着火し、一旦、低出力で火炎燃焼を行
う。火炎燃焼により、触媒燃焼パネル２０を３００〜４
００℃程度の触媒燃焼ができる活性化温度になるまで加
熱する。適当な温度に到達すると、一旦、液体燃料７０
の供給をストップして火炎燃焼を止める。この過程を予
備燃焼と称する。

【００２０】その後、再びロータリ式バーナ５０に液体
燃料７０を供給すると、ロータリ式バーナ５０から供給
された気化燃料７１が、触媒燃焼パネル２０の触媒の作
用によって触媒燃焼され、触媒燃焼パネル２０の放出面
２０ａから赤外線７３が放出される。また、触媒燃焼が
開始すると、触媒燃焼パネル２０から後方に向けて輻射
熱７４が放出され、バーナ５０の回転気化筒５１を加熱
し、気化を促進する。このため、ロータリ式バーナ５０
においては燃料の気化が効率良く行われるようになり、
ガス化された燃料７１が安定して供給される。この結
果、安定した触媒燃焼を維持することができる。

【００２１】一度、触媒燃焼が開始されると、火炎は発
生せず、触媒燃焼パネル２０の温度が上がる、あるいは
維持されるだけである。したがって、液体燃料７０の投
入量を増やして出力を増加しても、触媒燃料パネル２０
の温度が上がり、パネル２０からの輻射熱７４が増加す
るだけで、バーナ５０に対する熱負荷の上昇は少ない。
このため、本例の燃焼装置５では、出力を上げてもバー
ナ５０の近傍の熱負荷は少なく、温度上昇は小さい。特
に、回転気化筒５１においては、出力が増加して輻射熱
７４により温度が上昇する方向になっても、気化する燃
料量が増加するので気化熱として消費され、温度を比較
的一定に保持することができる。このため、熱により気
化筒５１が変形したりすることはなく、安定してロータ
リ式バーナ５０を稼動させることができる。

【００２２】したがって、触媒燃焼と組み合わせること
により、赤外線出力の高い高負荷状態であってもロータ
リ式バーナ５０を安定して動作させることが可能であ
り、ロータリ式バーナ５０を用いて高出力の赤外線を安
定して出力することができる燃焼装置５を提供できる。
そして、この燃焼装置５は、ロータリ式バーナ５０を採
用することにより、低出力から高出力までさらに安定し
て赤外線７３を出力できる。また、触媒燃焼により赤外
線７３を発生させているので、燃焼効率が良く、排出ガ
スもクリーンな触媒燃焼のメリットも享受できる。

【００２３】さらに、ロータリ式バーナ５０では、バー
ナ内の回転気化筒５１により液体燃料７０をガス化した
燃料（気化燃料）７１を供給する。このため、噴霧した
燃料を気化させる空間あるいは距離は不要であり、より
コンパクトに燃焼装置５を纏めることが可能となる。

【００２４】出力の大きな触媒燃焼装置５を提供するた
めには、面積の大きな触媒燃焼パネル２０を設置する必
要がある。このため、本例の燃焼装置５では、筒状のダ
クト１２を段階的に断面積が拡張するように階段状に形
成している。これにより、触媒燃焼パネル２０に至るま
での気化燃料７１が流路を徐々に広げることができるの
で、偏流を防止し、スムーズに気化燃料７１を触媒燃料
パネル２０の全域にわたり広げ、一様な密度で供給する
ことが可能となる。ダクト１２をテーパ状に徐々に拡幅
することも可能であるが、階段状にすることにより加工
が簡単であり、短い距離で大きく広げやすい。したがっ
て、ロータリ式バーナ５０を用いたコンパクトで大出力
な本例の燃焼装置５に適した構成である。また、ダクト
１２の後方１２ｂをほぼ放物面状に形成することによっ
ても、ダクト１２の断面積を前方１２ａに向けて広げる
ことが可能である。

【００２５】上述したように、ロータリ式バーナ５０を
用いた本例の燃焼装置５においては、回転気化筒５１に
対する輻射熱７４の熱負荷が適切になるように設計する
ことが重要である。熱負荷が大きすぎると、回転気化筒
５１あるいはそれを回転駆動する機構が熱変形して動作
不良になる可能性がある。一方、熱負荷が小さすぎると
回転気化筒５１において燃料を効率良く気化することが
できない。触媒燃焼パネル２０からの輻射熱７４による
熱負荷は、ロータリ式バーナ５０の設置方向や燃焼パネ
ル２０からの距離によって制御することができる。回転
気化筒５１を燃焼パネル２０からの輻射熱７４により一
様に加熱するためには、本例のように燃焼パネル２０に
ロータリ式バーナ５０が対向した配置が望ましく、熱負
荷は距離で調整することが望ましい。

【００２６】さらに、図４に示すように、燃焼パネル２
０とロータリ式バーナ５０との間に多孔性の板１９を配
置して熱負荷を制御することも可能である。本例の多孔
性の板１９は、セラミック製で触媒燃焼パネル２０の後
面２０ｂに面し、触媒燃焼パネル２０とほぼ平行に対峙
するように配置されている。したがって、この輻射板１
９は、触媒燃焼パネル２０の輻射熱７４を受けて加熱さ
れ、逆に輻射熱を発して燃焼パネル２０の温度を維持す
る機能を果たす。その一方で、ロータリ式バーナ５０に
対する熱源ともなり、回転気化筒５１に対して適当な距
離から輻射熱を供給することが可能となる。したがっ
て、ロータリ式バーナ５０の気化筒５１が過剰に加熱さ
れることなく、適当な温度で効率良く液体燃料７０を気
化することができる。また、輻射板１９は、多孔性であ
り、ロータリ式バーナ５０から供給される気化燃料７１
を整流して触媒燃焼パネル２０に供給する。したがっ
て、安定した触媒燃焼を継続するための機能も備えてい
る。多孔性の輻射板１９は、上記のセラミック板に限ら
ず、金属製のパンチングメタルなどであっても良い。

【００２７】なお、上記では、アルミナセメントを主成
分とする触媒プレート２２を用いた例に基づき本発明を
説明しているが、触媒プレートの材質は限定されるもの
ではなく、その他のセラミック製の焼結あるいは非焼結
の触媒プレートに対し本発明を適用することができる。

【００２８】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明により、
ロータリ式バーナと触媒燃焼とを組み合わせることによ
り、低出力から安定して赤外線を出力できる、高出力の
燃焼装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る赤外線を出力する燃焼装置（触媒
燃焼装置）の概略構成を示す図である。

【図２】燃焼装置を拡大して示す図である。

【図３】図１に示した触媒燃焼パネルの構成を示す平面
図である。

【図４】本発明の異なる燃焼装置の概略構成の一部を模
式的に示す図である。

【符号の説明】

５ 触媒燃焼装置 １０ ハウジング、１２ ダクト １３ イグナイター １５ ブロワ １９ 輻射板 ２０ 触媒燃焼パネル、２２ 触媒プレート ５０ ロータリ式バーナ、５１ 回転気化筒 ７０ 液体燃料（灯油）、７１ 気化燃料 ７３ 外部に照射される赤外線、７４ 輻射熱

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 美博 長野県須坂市大字幸高246番地 オリオン 機械株式会社内 (72)発明者 村岡 正一 長野県須坂市大字幸高246番地 オリオン 機械株式会社内 (72)発明者 西野 敦 長野県須坂市大字幸高246番地 オリオン 機械株式会社内 Ｆターム(参考） 3K052 FA01 FA05 FA06 FA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中央から前方に突き出た回転気化筒を備
   え、その回転気化筒の内部に液体燃料を供給して気化
   し、気化燃料として前記回転気化筒の周囲から前方に供
   給可能なロータリ式バーナと、 このロータリ式バーナから供給される前記気化燃料を触
   媒燃焼し、赤外線を出力する触媒プレートとを有する燃
   焼装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記触媒プレート
   は、前記ロータリ式バーナの前方に配置されている燃焼
   装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記触媒プレートと
   前記ロータリ式バーナとの間に配置された多孔性の板を
   有する燃焼装置。
4. 【請求項４】 請求項２において、一端に前記ロータリ
   式バーナが配置され、他端に前記触媒プレートが配置さ
   れ、前記気化燃料の流路となるダクトを有し、 このダクトの断面積は、前記一端から前記他端に向けて
   順次に拡大している燃焼装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記ダクトは、ほぼ
   放物面状に拡大している燃焼装置。