JP2579614B2 - 触媒燃焼給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は灯油等の液体燃料を、加
熱した空気により比較的低い温度で直接的に気化させ、
その混合気を燃焼触媒を用いて燃焼させる触媒燃焼給湯
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３に本願出願人が先の特許出願（特願
平4-112160号）で開示した、触媒燃焼を利用した給湯器
の断面構成図を示す。この従来装置は、送風手段１と、
該送風手段１からの空気を加熱する加熱手段２と、液体
噴霧供給器3aを設備して該液体噴霧供給器3aから噴霧さ
れた噴霧燃料と前記加熱手段２を経て送り込まれる高温
空気とを直接的に接触させて気化する燃料気化手段３と
を、缶体４の外に有する。また缶体４には、その表面ま
たは内部に燃焼触媒を担持した複数の金属製フィンプレ
ート5aと該フィンプレート5aの中央ないし下部の位置に
貫通して設けられる水管5bとからなる熱交換器５と、該
熱交換器５の下方に設けられる整流室６が設けられてい
る。この従来の装置においては、燃焼運転をする場合、
先ず前記送風手段１からの空気を加熱手段２で加熱し
て、これを缶体４内に導入し、これによって燃焼触媒を
担持したフィンプレート5aを加熱し、該プレート5aが所
定の温度に達した後、液体噴霧供給器3aを作動して液体
燃料を燃料気化手段３に供給開始し、該燃料気化手段３
によって気化した燃料を缶体４内に供給し、前記燃焼触
媒を担持したフィンプレート5aのところで触媒燃焼をさ
せるようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
触媒燃焼給湯装置においては、次のような問題があっ
た。 ．送風手段１からの空気を加熱するための加熱手段２
が、例えば電気による加熱手段の場合には、電力の事情
から多量の空気を高温にまで加熱することができないこ
とから、燃焼触媒担持フィンプレート5aを所定の温度、
例えば400 ℃程度にまで上昇させるのに、相当の時間を
要する。このため触媒燃焼が開始されるまでに時間がか
かり、運転初期における温水給湯の立ち上がりが悪いと
いう欠点がある。 ．燃料気化のために電熱を常時使用する必要があり、
ランニングコストが高くなる欠点がある。 ．運転初期においては、燃焼触媒担持フィンプレート
5aや整流室６等の温度を昇温するために、高温空気のみ
を缶体４内に供給しているが、気化手段３を経由して送
り込まれること、及び未だ液体噴霧供給器3aから液体燃
料が噴霧されていないことから、気化手段３内部の温度
が高温となり過ぎ、液体噴霧供給器3a内の液体燃料がタ
ール化して目詰まりを生じたり、またこのため液体噴霧
供給器3aによる燃料噴霧を開始した瞬間に自己着火爆発
を起こしたりする危険性がある。 ．定常運転時においては、気化された燃料蒸気は整流
室６に供給されるが、燃焼触媒担持フィンプレート5a側
からの輻射熱だけでは整流室６の温度が低くなりやす
く、整流室６において燃料蒸気の再液化が生じ、これに
よって空燃比のズレを生じたり、初期において臭気を発
生する欠点があった。 ．熱交換器５は複数の金属製フィンプレート5aに水管
5bを貫通した構造であるが、従来の装置の場合、水管5b
はフィンプレート5aの中央付近或いはそれより下部に通
されることから、フィンプレート5aの温度上昇を妨げて
おり、触媒燃焼の立ち上がりを阻害する欠点があった。

【０００４】そこで本発明は、上記従来技術の欠点を解
消し、運転開始初期の立ち上がり特性を向上させ、ラン
ニングコストを安価にし、気化燃料の再液化による問題
を防止できる触媒燃焼給湯装置の提供を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の触媒燃焼給湯装置は、燃焼触媒担持の複数
の金属製フィンプレートに対して水管を貫通させてなる
熱交換器とその下方に整流室とを内部に有する缶体と、
該缶体の外にあって液体燃料の気化を行うと共にその気
化された燃料を前記整流室に供給する気化器と、該気化
器に空気を供給する送風器とを少なくとも有する触媒燃
焼給湯装置であって、前記缶体の整流室に臨ませて噴霧
燃焼器を設けたことを第１の特徴としている。また本発
明の触媒燃焼給湯装置は、上記第１の特徴に加えて、缶
体の周囲を囲繞する囲繞壁を設け、該囲繞壁と前記缶体
との間隙を通過した空気を送風器に取り入れると共に該
送風器からの送風通路を気化器と噴霧燃焼器とに接続し
たことを第２の特徴としている。また本発明の触媒燃焼
給湯装置は、上記第２の特徴に加えて、送風器からの気
化器と噴霧燃焼器への送風量を調節する調節手段を送風
通路の途中に設けたことを第３の特徴としている。また
本発明の触媒燃焼給湯装置は、上記第１から３の何れか
の特徴に加えて、缶体の内壁面の少なくとも整流室内壁
面に燃焼触媒を担持したセラミック被膜を形成したこと
を第４の特徴としている。また本発明の触媒燃焼給湯装
置は、上記第１から４の何れかの特徴に加えて、熱交換
器の水管を金属製フィンプレートの中央よりも上方位置
に変位させて配置したことを第５の特徴としている。

【０００６】

【作用】上記本発明の第１の特徴によれば、缶体の整流
室に臨ませて噴霧燃焼器を設けることで、該噴霧燃焼器
により、例えば運転初期等、必要な時期に自由に、整流
室内での燃焼を行うことが可能となり、またこれによ
り、短時間で燃焼触媒担持の金属製フィンプレートや整
流室が高温に加熱せられることが可能となって、触媒燃
焼のための準備等が短時間で完了可能となる。また運転
初期における前記噴霧燃焼器による燃焼によって、運転
開始の極初期から温水を効果的に給湯することが可能と
なり、給湯装置としての運転開始初期の立ち上がり特性
を向上させることができる。また上記本発明の第２の特
徴によれば、前記第１の特徴による作用に加えて、缶体
の周囲を囲繞する囲繞壁を設けることで、該囲繞壁が缶
体壁からの放熱を減少させる保温壁的役割を果たし、こ
れにより特に運転初期等における缶体温度、よって前記
燃焼触媒担持の金属製フィンプレートや整流室の温度を
速やかに上昇させることが可能となり、その結果、運転
開始後速やかに触媒燃焼に移行することが可能となる。
また囲繞壁と缶体との間隙を通過した空気を送風器に取
り入れ、これを気化器や噴霧燃焼器に供給することで、
缶体からの無駄な放熱を利用して気化器や噴霧燃焼器に
供給される空気の加熱に再利用することができ、ランニ
ングコストの低減を図ることができる。また気化器によ
る液体燃料の気化開始に先立っての該気化器の予熱も可
能となり、液体燃料の蒸発気化を気化開始初期から速や
かに且つ完全に行うことが可能になる。勿論、前記囲繞
壁と缶体との間隙を通過した空気による気化器の予熱は
該気化器を高温にしすぎることがないので、気化器内へ
液体燃料を噴霧する液体噴霧供給器内の液体燃料がター
ル化して目詰まりを生じたり、また液体噴霧供給器によ
る燃料噴霧を開始した瞬間に自己着火爆発を起こしたり
するといった危険性も生じない。また送風器からの送風
通路を気化器と噴霧燃焼器とに接続することで、送風器
を１個で済ますことができる。また上記本発明の第３の
特徴によれば、前記第２の特徴による作用に加えて、送
風通路の途中に設けた調節手段によって、気化器と噴霧
燃焼器のそれぞれへの送風量やその比率等を、１個の送
風器で、しかも時期に応じて適当に調節することが可能
となる。また上記本発明の第４の特徴によれば、前記第
１から第３の何れかの特徴による作用に加えて、缶体の
内壁面の少なくとも整流室内壁面に燃焼触媒を担持した
セラミック被膜を形成したことで、整流室内壁面での燃
焼触媒による燃焼によって、整流室内の温度が低下する
のを防止することができ、これによって蒸発気化した燃
料の整流室内での再液化を防止して、安定した燃焼を確
保することが可能となる。また少なくとも整流室部分の
缶体壁が加熱されることで、囲繞壁と缶体との間隙を通
過して送風器に取り入れられる空気の温度、よって送風
器から気化器等に供給される空気の温度もある程度以上
の気化に適した高温に保持するすることが可能となり、
よって気化器等での液体燃料の自己加熱気化、即ち特別
な加熱手段を付加することなく液体燃料の気化を可能と
することができる。また上記本発明の第５の特徴によれ
ば、前記第１から第４の何れかの特徴による作用に加え
て、熱交換器の水管を金属製フィンプレートの中央より
も上方位置に変位させて配置したことで、少なくとも金
属製フィンプレートの下半部が水管による影響を受け難
くなり、よってその分、高温に保持せられることが可能
となり、触媒燃焼への移行を早めることができると共に
触媒燃焼開始初期の燃焼特性も良くなる。

【０００７】

【実施例】以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
図１は本発明の実施例の触媒燃焼給湯装置の全体構成図
で、図２は図１のＡ−Ａ断面図である。

【０００８】10は缶体で、内部に、表面にセラミックを
溶射してこれに燃焼触媒を担持した複数の金属製フィン
プレート11a と該フィンプレート11a に貫通する水管11
b とからなる熱交換器11を有し、また該熱交換器11の下
方に整流室12を備えている。また缶体10天井部に排気口
13を設け、缶体10の中央部よりやや下の外壁面に温度セ
ンサ14が設けられている。前記缶体10の内壁面にはセラ
ミックを溶射し、このセラミック被膜に燃焼触媒を担持
させた形としている。燃焼触媒を担持させたセラミック
被膜は前記整流室12の内壁面だけに設けてもよい。前記
水管11b は前記フィンプレート11a の中央付近よりも上
方の位置に変位した形で配置されている。これによっ
て、フィンプレート11a の少なくとも下半部は水管11b
による影響を余り受けることなく、十分高温になること
ができる。

【０００９】前記缶体10に対して、該缶体10の側周面及
び底面を適当な間隙Ｓを介して囲繞する囲繞壁20を設け
ている。この囲繞壁20を設けることで、缶体10の外壁面
からの放熱が適当に抑制され、缶体10加熱時等における
缶体10の加熱が速やかになされる。そしてこの囲繞壁20
の途中、缶体10の中央付近よりも少し下あたりに対応す
る位置に送風器30への空気取り入れ通路31を接続してい
る。これによって、前記囲繞壁20の上端開口21から該囲
繞壁20と缶体10との間隙Ｓに入った空気は、缶体10の壁
面によって適当に加熱されながら前記空気取り入れ通路
31から送風器30に取り入れられる。

【００１０】前記缶体10の側壁から整流室12に臨む形で
噴霧燃焼器40を設けている。該噴霧燃焼器40は例えば圧
力噴霧燃焼器とし、液体燃料を圧力噴霧するノズル部4
1、点火棒42、燃焼筒43、保炎器44、その他、燃料供給
ポンプ等を付設している。この噴霧燃焼器40は主として
給湯装置の運転初期に燃焼せられ、これによって触媒燃
焼への移行に必要な温度に缶体10を速やかに加熱すると
共に運転初期における給湯そのものを可能としている。

【００１１】前記缶体10の外には、前記送風器30の他に
気化器50が設けられている。該気化器50は両端面が閉塞
された円筒状容器からなり、付設される液体噴霧供給器
51が一方の端面から円筒内に臨み、液体燃料を円筒内に
適当な拡がり角で噴霧供給する。噴霧供給された液体燃
料は、高温空気が気化器50内に導入されることによっ
て、直接的に蒸発気化され、気化燃料供給通路52を通し
て、缶体10の底部から整流室12内に供給される。前記気
化器50内に導入されるべき高温空気は、前記送風器30か
ら気化器送風通路32を通って、高温空気導入口53から気
化器50の円筒状容器内へ接線方向に導入される。また蒸
発気化された燃料は気化燃料導出口54から接線方向に気
化燃料供給通路52に導出される。55は整流板である。な
お、気化器送風通路32の途中に空気を加熱する加熱手段
を設けて、運転開始初期に気化器における液体燃料の気
化を速やかに行うこともできる。

【００１２】前記送風器30からの送風通路は途中で前記
気化器送風通路32と噴霧燃焼器送風通路33とに分岐する
ようにしている。即ち、１個の送風器30で噴霧燃焼器40
と気化器50の両方に対する送風を可能としている。と同
時に、前記囲繞壁20内を通って加熱された空気を送風器
30を介して噴霧燃焼器40や気化器50に供給することが可
能とされている。前記気化器送風通路32と噴霧燃焼器送
風通路33との分岐位置にそれぞれへの送風量及び送風比
率を調節する手段として送風調節器60を設けている。こ
の送風調節器60を図示しないコントローラによって、運
転の時期や状況に応じて制御することで、１個の送風器
30で、しかも運転の各時期や状況に応じた適切な風量調
節をそれぞれに対して行うことが可能となる。

【００１３】更に本発明装置をその動作、作用を説明し
ながら説明する。先ず、図示しない運転スイッチをオン
すると、送風器30が駆動し、これによって送風が開始さ
れる。この送風の初期においては、前記送風調節器60は
噴霧燃焼器40への供給空気量が全体の2/3 以上になるよ
うに制御される。この時、気化器50に送られる空気量は
全体の1/3 以下に制御されていることになる。次に噴霧
燃焼器40の点火トランスを駆動して点火棒42の先端でス
パークを発生させると共に、燃料供給ポンプを駆動して
液体燃料をノズル部41から整流室12内に噴霧供給する。
これによって噴霧燃料に着火して燃焼が開始する。燃焼
が開始すると、この状態で数十秒経過することで、整流
室12、燃焼触媒担持の金属製フィンプレート11a 及び缶
体10内壁面の温度が上昇する。ここでフィンプレート11
a に対して水管11b は中央付近よりも上方に変位して配
置しているので、フィンプレート11a の下半部は早期に
温度上昇がなされる。前記初期の燃焼によって缶体10内
壁面の温度が上昇することで、缶体10と囲繞壁20との間
隙を通って送風器30に取り入れられる空気も加熱され、
これによって前記1/3 の空気が送風器30から供給されて
いる気化器50も予熱される

【００１４】缶体10の壁面に設けられた前記温度センサ
14によって、缶体10内壁やフィンプレート11a が触媒燃
焼可能な温度（400 ℃程度）に達したことが検出される
と、前記噴霧燃焼器40の駆動が停止される。と同時に、
気化器50側への供給空気量が全体の2/3 以上になるよう
に送風調節器60が調節され、また気化器50の液体噴霧供
給器51による液体燃料の気化器50内への噴霧が開始され
る。噴霧された液体燃料は送風器30から導入された高温
空気と直接的に接触し、蒸発気化され、気化燃料供給通
路52を通って缶体10の整流室12に導入される。気化燃料
は整流板55、整流室12を通って燃焼触媒担持の多数整列
されたフィンプレート11a に均一に供給され触媒燃焼を
開始する。また一部は缶体10内壁、少なくとも整流室12
内壁に担持された燃焼触媒に接触して燃焼を開始する。
この缶体10内壁、少なくとも整流室12内壁は、前記噴霧
燃焼器40による運転初期の燃焼によって生じた燃焼熱の
残留熱によって高温に維持され、これによって缶体10の
外壁面に接して通る空気を高温に維持し、また触媒燃焼
に移行すると、燃焼触媒担持のフィンプレート11aの燃
焼輻射熱及び缶体内壁の燃焼触媒担持部位における触媒
燃焼熱によって高温に維持され、これによって缶体10の
外壁面に接して通る空気を高温に維持する。即ち、缶体
10の周囲を通る空気は常時高温（150 〜250 ℃）に維持
され、よって気化器50に供給される空気も噴霧液体燃料
を直接接触的に蒸発気化させるのに必要な温度以上に保
たれる。このようにして自己燃焼熱による液体燃料の蒸
発気化、燃焼が継続される。

【００１５】

【発明の効果】本発明は以上の構成よりなり、請求項１
に記載の触媒燃焼給湯装置によれば、缶体の整流室に臨
ませて噴霧燃焼器を設けたことで、運転の初期等必要時
に噴霧燃焼器による燃焼を行うことで、短期間で缶体内
の燃焼触媒担持部を昇温することが可能となり、触媒燃
焼への移行を速やかに行うことが可能となる。また噴霧
燃焼器による燃焼によって運転開始初期から温水を効果
的に給湯することが可能となり、給湯装置としての運転
開始初期の立ち上がり特性を向上させることができる。
また請求項２に記載の触媒燃焼給湯装置によれば、上記
請求項１に記載の構成による効果に加えて、缶体の周囲
を囲繞する囲繞壁を設けることで、缶体からの放熱を少
なくすることができ、運転初期等における缶体や内部の
燃焼触媒担持部を速やかに上昇させることが可能とな
り、その結果、運転開始後速やかに触媒燃焼に移行する
ことが可能となる。また囲繞壁内を通る空気を送風器で
気化器等に送ることで、缶体からの放熱を再利用するこ
とができ、気化用高温空気の加熱のランニングコストの
低減を図ることができる。また気化器の予熱も可能とな
り、液体燃料の蒸発気化を気化開始初期から速やかに且
つ完全に行うことが可能になる。また送風器からの送風
通路を気化器と噴霧燃焼器とに接続することで、送風器
を１個で済ますことができ、安価になる。また請求項３
に記載の触媒燃焼給湯装置によれば、上記請求項２に記
載の構成による効果に加えて、送風通路の途中に設けた
調節手段によって、気化器と噴霧燃焼器のそれぞれへの
送風量やその比率等を、１個の送風器で、しかも時期に
応じて適当に調節することが可能となる。また請求項４
に記載の触媒燃焼給湯装置によれば、請求項１から３の
何れかに記載の構成による効果に加えて、缶体の内壁面
の少なくとも整流室内壁面に燃焼触媒を担持したセラミ
ック被膜を形成したことで、整流室内壁面での燃焼触媒
による燃焼によって、整流室内の温度が低下するのを防
止することができ、これによって蒸発気化した燃料の整
流室内での再液化を防止して、安定した燃焼を確保する
ことが可能となる。また少なくとも整流室部分の缶体壁
が加熱されることで、囲繞壁と缶体との間隙を通過して
送風器に取り入れられる空気の温度、よって送風器から
気化器等に供給される空気の温度もある程度以上の気化
に適した高温に保持することが可能となり、よって気化
器等での液体燃料の自己加熱気化、即ち特別な加熱手段
を付加することなく液体燃料の気化を可能とすることが
できる。また請求項５に記載の触媒燃焼給湯装置によれ
ば、上記請求項１から４の何れかに記載の構成による効
果に加えて、熱交換器の水管を金属製フィンプレートの
中央よりも上方位置に変位させて配置したので、金属製
フィンプレートの下半部が速やかに高温に加熱され、ま
た保持せられることが可能となり、触媒燃焼への移行を
早めることができると共に触媒燃焼開始初期の立ち上が
りにおける臭いの発生や、COの発生を抑制することがで
き、燃焼特性が良くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の触媒燃焼給湯装置の全体構成
図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】従来の触媒燃焼を利用した給湯器の断面構成図
である。

【符号の説明】

10 缶体 11 熱交換器 11a 金属製フィンプレート 11b 水管 12 整流室 20 囲繞壁 30 送風器 32 気化器送風通路 33 噴霧燃焼器送風通路 40 噴霧燃焼器 50 気化器 60 送風調節器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 横澤 才二 東京都千代田区霞が関３丁目２番５号 昭和シェル石油株式会社内 (72)発明者 飯田 哲也 東京都千代田区霞が関３丁目２番５号 昭和シェル石油株式会社内 (72)発明者 松田 孝洋 兵庫県神戸市中央区明石町32番地 株式 会社ノーリツ内 (72)発明者 渡辺 俊雄 兵庫県神戸市中央区明石町32番地 株式 会社ノーリツ内 (72)発明者 城出 浩作 兵庫県神戸市中央区明石町32番地 株式 会社ノーリツ内 (56)参考文献 特開 平５−203118（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−288308（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−131957（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−178548（ＪＰ，Ｕ)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃焼触媒担持の複数の金属製フィンプレ
   ートに対して水管を貫通させてなる熱交換器とその下方
   に整流室とを内部に有する缶体と、該缶体の外にあって
   液体燃料の気化を行うと共にその気化された燃料を前記
   整流室に供給する気化器と、該気化器に空気を供給する
   送風器とを少なくとも有する触媒燃焼給湯装置であっ
   て、前記缶体の整流室に臨ませて噴霧燃焼器を設けたこ
   とを特徴とする触媒燃焼給湯装置。
2. 【請求項２】 缶体の周囲を囲繞する囲繞壁を設け、該
   囲繞壁と前記缶体との間隙を通過した空気を送風器に取
   り入れると共に該送風器からの送風通路を気化器と噴霧
   燃焼器とに接続した請求項１に記載の触媒燃焼給湯装
   置。
3. 【請求項３】 送風器からの気化器と噴霧燃焼器への送
   風量を調節する調節手段を送風通路の途中に設けた請求
   項２に記載の触媒燃焼給湯装置。
4. 【請求項４】 缶体の内壁面の少なくとも整流室内壁面
   に燃焼触媒を担持したセラミック被膜を形成した請求項
   １から３の何れかに記載の触媒燃焼給湯装置。
5. 【請求項５】 熱交換器の水管を金属製フィンプレート
   の中央よりも上方位置に変位させて配置した請求項１か
   ら４の何れかに記載の触媒燃焼給湯装置。