JP3036611B2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents

触媒燃焼装置

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JP3036611B2 JP4154640A JP15464092A JP3036611B2 JP 3036611 B2 JP3036611 B2 JP 3036611B2 JP 4154640 A JP4154640 A JP 4154640A JP 15464092 A JP15464092 A JP 15464092A JP 3036611 B2 JP3036611 B2 JP 3036611B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は加熱、暖房、乾燥等に用
いられる放射加熱型の触媒燃焼装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】灯油等の液体燃料や都市ガス等の気体燃
料を、空気と混合させた後に酸化反応用の触媒に接触さ
せ、その表面で無炎の触媒燃焼を行わしめるいわゆる予
混合型の触媒燃焼装置は、気体燃料用を中心に従来より
種々提案され、一部は実用化されている。
【0003】触媒燃焼において、空気と予混合された燃
料(たとえば、灯油)は触媒層において急激な酸化反応
を生じ、反応熱と共に二酸化炭素や水蒸気を発生する。
ここでの触媒反応は、初期には触媒層の上流側表面近傍
で集中して行われ、反応熱は触媒層からの放射と排ガス
による対流によって外部に運ばれる。ところが、触媒層
の上流側表面近傍だけが集中して高温状態で連続使用さ
れると、この付近の触媒劣化が最も進み易くなる。した
がって、触媒燃焼装置の最大燃焼量は触媒層上流側付近
の触媒耐熱温度を基準に規制されてきた。
【0004】また、触媒燃焼装置の最小燃焼量について
も、弱燃焼時の触媒層上流側付近温度における触媒活性
すなわち、触媒層がどれくらいの低温活性を有するかと
いう限界温度を基準に規制されてきた。
【0005】ところで、今後の好ましい燃焼装置として
はTDR(燃焼装置における強燃焼時と弱燃焼時との燃
焼量の比率)をもっと大きくする必要がある。その理由
は、燃焼装置をある一定の大きさの部屋だけで使用する
わけではなく、ある時には小さな部屋から大きな部屋
に、またその反対に部屋移動させて使用する場合も考え
られるからである。さらに、時には少しだけの暖房がほ
しい時もある。そのような時、従来の燃焼装置では燃焼
量があまり小さく絞れないので、燃焼装置をオンオフ制
御させながら使用してきた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来技術
は、着火、消化にともなう多大な臭気発生が問題となっ
ていた。すなわち、触媒燃焼装置において、従来よりも
TDRを大きくするためには、上述した触媒層の耐熱寿
命温度と低温活性を有する限界温度を改善しなければな
らず、触媒層の特性を飛躍的に向上させることは困難な
ことであった。
【0007】本発明は、前記従来の問題を触媒燃焼装置
の構造面から見直し、長時間安定した暖房・加熱効率を
維持し、TDRの大きな触媒燃焼装置を提供することを
目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の触媒燃焼装置は、燃料と空気の混合室の下
流に備えられた多数の連通孔を有する触媒層と、前記触
媒層の上流側に対向して配設された可視光線透過体と、
前記触媒層の下流側に備えられた排気口を少なくとも備
えた触媒燃焼装置であって、前記可視光線透過体表面に
は熱線反射膜が被覆形成されていることを特徴とする。
【0009】
【作用】前記本発明の構成によれば、触媒層の上流側に
対向して配設された可視光線透過体の表面に熱線反射膜
を被覆形成したことにより、長時間安定した暖房・加熱
効率を維持し、TDRの大きな触媒燃焼装置を提供する
ことができる。より具体的には、触媒燃焼装置の弱燃焼
時における燃焼特性の著しく改善できる。これは、可視
光線透過体表面に熱線反射膜を被覆し、弱燃焼時には触
媒層の上流側表面は赤熱しない状態にあり、この時反応
熱は赤外線による輻射と排ガスによる対流で供給されて
いる。そこで、本発明では赤外線で放射されている熱を
熱線反射膜により触媒層にフィードバックすることによ
って弱燃焼時での触媒層温度低化を少しでも抑制する。
また強燃焼時には触媒層の上流側表面は赤熱し、反応熱
は可視光線および赤外線による輻射と排ガスによる対流
で供給されている。赤熱している強燃焼時には、輻射は
可視光線よる割合がほとんどであるのでこれによる熱は
可視光線透過体を通過して外に放射させる。これによっ
て強燃焼時に触媒層温度が上昇することを回避すること
ができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図1に本発明の触媒燃焼装置の全体構成を
示す縦断面図を示す。1は燃料タンク、2は燃料用ポン
プ、3は一次空気送風用のファン、4は混合室で、混合
室4の出口には補助炎口5が備えられており、補助炎口
5の近傍には点火電極6が配設されている。補助炎口5
の上方には多数の連通孔7aを穿設したハニカム状セラ
ミックス平板にPt/Pdの活性成分を担持させた触媒
層7が実質的に直立して備えられ、前面に対向して可視
光線透過体8が配置されている。可視光線透過体8には
外部表面に熱線反射膜(透明導電膜)9が被覆形成され
ている。
【0011】次に動作について詳述する。燃料用ポンプ
2から供給された燃料(灯油)とファン3から供給され
た空気は、混合室4内で気化されると共に充分予混合さ
れて上部の補助炎口5に送られる。点火時にはまず補助
炎口5において点火電極6によって点火され、ここで火
炎燃焼を開始する。高温の排ガスは上部へ流れ、触媒層
7を昇温させる。所定時間燃焼させて触媒層7が充分な
温度に昇温した時点で、一旦燃料供給を停止し、補助炎
口5の火炎を消滅させてから再度燃料の供給を開始す
る。この時、混合室4を出た予混合気は上方に直立する
触媒層7に至るが、ここは充分昇温されているから、主
に上流側(前面A)表面で触媒燃焼を生じつつ、連通孔
7aを経て下流側(後面B)、排気口10へと流れる。
また触媒層7の上流側表面Aで生じた反応熱のうち輻射
は、弱燃焼時には熱線反射膜9によって触媒層にフィー
ドバックされ、強燃焼時にはほとんどが可視光線として
外部に放射される。この結果、長時間安定した暖房・加
熱効率を維持し、TDRの大きな触媒燃焼装置とするこ
とができる。なお、熱線反射膜(透明導電膜)9の厚さ
は10〜200μm程度が好ましい。
【0012】実施例1 シリカ・アルミナ・チタニアを主成分とする厚み12.5mm
のハニカム状セラミックス(155□mm、400セル/
inch2 、リブ厚0.15mm)にBaO・Al2 3・CeO
2 粉末(比表面積120m2 /g)1000g、アルミ
ナ含有率10wt%のウォッシュコートバインダーを1
00g、硝酸アルミニウム9水塩を85g、水を130
0gおよびジニトロジアンミン白金水溶液とジニトロジ
アンミンパラジウム水溶液をそれぞれPt、Pd換算で
5g、4g加えてなるウォッシュコートスラリーで45
g被覆し、触媒燃焼用触媒とした。
【0013】また、硝酸インジウムをアセチルアセトン
に溶解し、その溶液に蓚酸第一スズとグリセリンを加え
てインジウム・スズ系からなる透明導電膜形成用組成物
を調製し、石英ガラス板155□mm×2.5mmにスピン
コートし、焼成して被覆した。得られた膜厚は100μ
mであり、その赤外線特性を図2に示す。図2から明ら
かな通り、透明導電膜を形成した石英ガラス板は赤外線
領域の波長だけ反射し、可視光領域の波長はほぼ透過す
る特性を有していた。
【0014】次に上記燃焼用触媒とインジウム・スズ系
からなる透明導電膜を被覆形成した石英ガラス板を使用
し、図1に示されるような燃焼装置を組み立て、触媒面
150□mmの部分で灯油触媒燃焼を行い、燃焼特性(H
C、CO)を測定評価した。
【0015】比較例として、実施例と同じ燃焼用触媒
を、石英ガラス板を使用した装置で、燃焼させ、特性評
価試験を行った。図3、4に実施例と比較例の燃焼特性
試験結果を横軸空気過剰率、縦軸予混合気速度とし、H
C/CO2 特性が1×10-4以下となる領域で表した。
燃焼特性のCO/CO2 特性はHC/CO2 特性に比
べ、さらに広い領域で良好であった。
【0016】その結果、実施例では燃焼量の小さな空気
過剰率の大きな領域で特に燃焼特性が良好となった。た
とえば、比較例では燃焼量540kcal/h、空気過剰率2
の時、触媒層の最高温度が480℃であるのに対し、実
施例では燃焼量330kcal/h、空気過剰率2の時、触媒
層の最高温度が約480℃に達した。したがって、本発
明による燃焼装置のTDR(燃焼装置における強燃焼時
と弱燃焼時との燃焼量の比率)は約10まで可能であっ
た。また比較例では約6であった。以上の結果は触媒の
初期特性ではあるが、寿命試験後においても本発明装置
は比較例に比べ長期にわたって、TDRを大きく維持す
ることができた。
【0017】ここでは、熱線反射膜を可視光線透過体表
面の外部側に被覆した実施例について説明したが、反対
側表面に被覆する場合には熱線反射膜は還元雰囲気に弱
いのでシリカをオーバーコートして使用すれば問題なく
同様な効果が得られた。
【0018】また、実施例ではインジウム・スズ系から
なる透明導電膜を使用したがその他スズ・アンチモン
系、亜鉛・アルミニウム系の透明導電膜でも同様な効果
を得ることができた。
【0019】以上説明した通り本実施例によれば、燃料
と空気の混合室4の下流に備えられた多数の連通孔7a
を有する触媒層7と、前記触媒層7の上流側に対向して
配設された可視光線透過体8と、前記触媒層の下流側に
備えられた排気口10とを有し、前記可視光線透過体8
表面には熱線反射膜9が被覆形成されている。弱燃焼時
には触媒層の上流側表面は赤熱しない状態にあり、赤外
線で放射されている熱を熱線反射膜9により触媒層にフ
ィードバックすることにより、弱燃焼時での触媒層温度
低化を抑制できる。
【0020】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、触媒
燃焼装置を構造面から見直し、長時間安定した暖房・加
熱効率を維持し、TDRの大きな触媒燃焼装置とするこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す触媒燃焼装置の全体構
成を示す縦断面図である。
【図2】本発明の一実施例を示す熱線反射膜の赤外線特
性である。
【図3】本発明の触媒燃焼装置について燃焼特性(HC
/CO2 )を測定した結果である。
【図4】従来の触媒燃焼装置について燃焼特性(HC/
CO2 )を測定した結果である。
【符号の説明】
1 燃料タンク 2 燃料用ポンプ 3 送風用ファン 4 混合室 5 補助炎口 6 点火電極 7 触媒層 7a 連通孔 8 可視光線透過体 9 熱線反射膜 10 排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−32601(JP,A) 特開 平4−80505(JP,A) 特開 平2−306020(JP,A) 特開 平4−32602(JP,A) 特開 平1−308848(JP,A) 実開 昭63−194326(JP,U) 実開 平3−52549(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F23D 11/40 F24C 5/00 F24C 15/24

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃料と空気の混合室の下流に備えられた
    多数の連通孔を有する触媒層と、前記触媒層の上流側に
    対向して配設された可視光線透過体と、前記触媒層の下
    流側に備えられた排気口を少なくとも備えた触媒燃焼装
    置であって、前記可視光線透過体表面には熱線反射膜が
    被覆形成されていることを特徴とする触媒燃焼装置。
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