JP3296523B2

JP3296523B2 - 発熱装置

Info

Publication number: JP3296523B2
Application number: JP01867494A
Authority: JP
Inventors: 正人保坂; 次郎鈴木; 晃前西
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-02-15
Filing date: 1994-02-15
Publication date: 2002-07-02
Anticipated expiration: 2017-07-02
Also published as: JPH07225009A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アイロン、スチーマ、
調理器、コーヒーメーカ等に用いられる、気体燃料また
は液体燃料を燃焼し、その燃焼熱を熱源とする発熱装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１１は従来の発熱装置の断面構成図で
ある。１はプロパン、ブタン等の液化ガスボンベであ
る。ボンベ１とノズル２の間にバルブ３が設けてあり、
ボンベ１から供給される燃料ガスの流量をコントロール
できるようにしている。ノズル２より噴出した燃料ガス
は、ガス流の誘引作用により回りの空気を吸引し、混合
室４で均一に混合し、燃焼室５に供給される。燃焼室５
は金属製の筺体で構成される発熱部６の内部に設けられ
ている。燃焼室５の内部には混合ガスの流れ方向に実質
上平行に複数枚のフィン７が設けられている。燃焼室５
には触媒層８が燃焼室内壁面に密着して設けられてい
る。

【０００３】乾電池（図示せず）で細い白金線製点火ヒ
ータ９が加熱され、さらに近接する触媒層８が高温化す
る。触媒層８が活性温度まで加熱されたときに、バルブ
３が開き、ノズル２より燃料ガスが混合部４に供給され
る。燃料ガスの噴出力に誘引して吸引された空気と燃料
ガスが混合部４で混合し、混合ガスを燃焼室５に供給す
る。燃焼室５では活性温度まで昇温された触媒層８表面
に、燃料と空気の混合ガスが供給されると、触媒層８表
面で混合ガスが燃焼を始める。

【０００４】この燃焼が燃焼室５全体に広がり、発熱部
６で被加熱物を加熱する。発熱部６には温度センサ１０
が設けられており、設定温度を維持するように、バルブ
３の開閉を行うことにより、最適な加熱ができるように
している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】触媒燃焼は触媒の作用
により、触媒表面で無炎、低温で燃焼することができる
燃焼方式である。触媒燃焼を応用した発熱装置の場合、
如何に効率よく燃焼熱を発熱部に伝えるかという試みが
なされてきた。このために、燃焼室内にフィンを設け、
燃焼熱を効率的に発熱部に伝えようとしている。

【０００６】しかし、触媒燃焼が火炎燃焼に比べ、低温
で燃焼するといっても、燃焼温度は７００〜８００℃程
度まで上昇する。フィンから熱を奪いすぎると、触媒の
温度が低下し、燃焼率が低下するという問題が生じる。
また、触媒はその活性を発揮するためにはある程度の温
度まで昇温することが必要であり、始動時に如何に短時
間に触媒の温度を活性温度まで高めるかが重要な問題と
なる。

【０００７】一方、フィンに用いられる材質は、熱伝導
性に優れていることなどから、アルミなどの金属が用い
られる。したがって、触媒体とフィンとの密着が良すぎ
ると、フィンの温度が高温になり、フィンに使用される
金属の高温耐久性が問題となる。

【０００８】また、触媒燃焼は触媒表面で無炎で燃焼す
るために、燃焼の際に触媒表面から非常に多量の熱輻射
を行う。このために火炎燃焼の場合とは異なり、熱輻射
を効率よく回収しないと、熱交換効率の大幅な低下が問
題となる。

【０００９】さらに、触媒燃焼の燃焼温度は７００〜８
００℃まで上昇し、このため触媒体の両端で熱膨張によ
る歪に起因する熱変形が生じ、触媒体の耐久性を低下さ
せるという問題が生じる。

【００１０】また、最適な加熱ができるように温度セン
サからの信号によりバルブの開閉を行い、設定温度を維
持した場合、バルブが開く際のわずかなタイミングのズ
レなどにより、触媒燃焼の立上りがスムーズに行わず、
燃焼が不安定になるという問題が生じることがある。

【００１１】本発明は、上記従来技術の各課題を解決す
ることができ、耐久性を向上した発熱装置を提供するこ
とを目的とするものである。

【００１２】

【００１３】

【００１４】

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料ガスボン
ベと、燃料ガスノズルと、燃料と空気の混合部と、混合
部の下流に設けた内部に燃焼室を有する筺体とを備え、
燃焼室内に混合気の流れ方向に実質上平行にフィンを設
け、燃焼室内壁面およびフィンの外壁面に層状の触媒体
を設けるとともに、触媒体とフィン間に空気層を設けた
ものである。

【００１６】

【００１７】また、本発明は、燃料ガスボンベと、燃料
ガスノズルと、燃料と空気の混合部と、混合部の下流に
設けた内部に燃焼室を有する筺体とを備え、燃焼室内に
混合気の流れ方向に実質上平行にフィンを設け、燃焼室
内壁面およびフィンの外壁面に層状の触媒体を設け、触
媒体とフィン間に空気層を設け、触媒体が金属薄板と、
金属薄板の燃焼室側上面上に塗布した触媒金属を担持し
たセラミック被覆層と、金属薄板のフィン側上面に塗布
した高輻射材被覆層とから構成される。

【００１８】また、本発明は、触媒体とフィン間に空気
層を設け、フィン上面に高輻射材被覆層を塗布したもの
である。

【００１９】

【００２０】

【００２１】

【００２２】

【００２３】

【作用】このような触媒燃焼において、燃焼は触媒体表
面近傍で行われ、触媒体が高温になる。したがって、触
媒体とフィンとの密着が良すぎると、フィンの温度が高
温になり、フィンに使用される金属の高温耐久性が問題
となる。そこで、触媒体とフィンとの間に空気層を設け
ると、空気層が断熱効果を発揮し、燃焼熱によるフィン
の高温化を防止し、フィンの耐久性を向上することがで
きる。

【００２４】

【００２５】触媒燃焼は触媒表面で無炎で燃焼するため
に、燃焼の際に触媒表面から非常に多量の熱輻射を行
う。このために火炎燃焼の場合とは異なり、フィンと触
媒体間に空気層が存在しても、熱輻射を効率よく回収す
ることにより、高効率な熱交換を行うことができる。そ
こで、熱を放射する側である金属薄板のフィン側上面に
高輻射材被覆層を塗布することや、熱を吸収する側であ
るフィン上面に高輻射材被覆層を塗布することにより、
輻射率を向上することができ、熱交換効率を向上するこ
とができる。

【００２６】

【００２７】

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。

【００２９】図１は第１の発明の一実施例の一部断面構
成図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は図１のＢ−
Ｂ線断面図である。１１はプロパン、ブタン等の液化ガ
スボンベである。ボンベ１１とノズル１２の間にバルブ
１３が設けてあり、ボンベ１１から供給される燃料ガス
の流量をコントロールできるようにしている。ノズル１
２より噴出した燃料ガスは、ガス流の誘引作用により回
りの空気を吸引し、混合室１４で均一に混合し、燃焼室
１５に供給される。燃焼室１５は金属製の筺体で構成さ
れる発熱部１６の内部に設けられている。燃焼室１５の
内部には混合ガスの流れ方向に実質上平行に複数枚のフ
ィン１７が設けられており、燃焼室１５の大きさを変え
ずに、燃焼室１５内の表面積を増加している。

【００３０】燃焼室１５には層状の触媒体１８が燃焼室
内壁面に密着して設けられている。触媒体１８に担持さ
れる触媒は、白金族金属およびニッケル、コバルト、
鉄、マンガン、クロムなどの金属酸化物が用いられる
が、特に好ましいものは白金、パラジウム、ロジウムな
どの白金族金属である。

【００３１】バルブ１３が開き、ノズル１２より燃料ガ
スが混合部１４に供給される。燃料ガスの噴出力に誘引
して吸引された空気と燃料ガスが混合部１４で混合し、
混合ガスを燃焼室１５に供給する。混合室１４から供給
された混合ガスは燃焼室１５内を流れ、排気口１９から
排出される。このとき、燃焼室１５内を流れる混合ガス
が衝突した燃焼室内壁面１５ａ近傍では、混合ガスの流
速が非常に遅い、流れが淀んだ領域が発生する。この領
域に点火装置２０が設けてあり、スパークを発生するこ
とにより混合ガスは着火する。

【００３２】形成された火炎により触媒体１８が加熱さ
れ、触媒体１８の温度が活性温度に達すると、触媒体１
８表面で触媒燃焼が始まり、火炎に混合ガスが供給され
なくなり、火炎は消滅する。以後、燃焼室１５内に供給
された混合ガスは、燃焼室１５内の触媒体１８全体で触
媒燃焼を行う。発熱部１６の温度検出部２１からの信号
により、発熱部１６の温度が設定温度より上昇すること
を検出すると、バルブ１３を閉じ、燃料ガスの供給を停
止し、発熱部１６の温度が設定温度以下になることを温
度検出部２１の信号から検出すると、再びバルブ１３を
開け、燃料ガスの供給が開始する。再び供給された燃料
ガスは混合室１４で空気と混合し、燃焼室１５へ流入す
る。燃焼室１５に供給された混合気は燃焼室１５内を流
れ、ふたたび燃焼が広がっていく。

【００３３】本実施例のような触媒燃焼器においては、
始動時の立上り時間は触媒体の温度が活性温度に到達す
るまでの昇温時間に起因する。点火装置２０により触媒
体１８下流部に形成された火炎は、その火炎基部より燃
焼熱を触媒体１８に供給し、触媒体１８を昇温する。触
媒体１８の温度が触媒の活性温度に到達すると、触媒体
１８下流部から触媒燃焼を開始し、上流側へ燃焼が移行
する。したがって触媒体１８下流部の温度を如何に短時
間で高温にするかが重要になる。そこで本発明では図３
に示すように、触媒体下流部１８ａにおいて、フィン１
７の長さを触媒体１８より短くしている。すなわち、触
媒体先端がフィン先端より、点火装置２０側に突きでて
いる。このようにすると、フィン１７と触媒体１８とが
等しい長さの場合と比べて、触媒体１８の熱容量が小さ
くなることと等しい効果があり、触媒体１８が短時間で
活性温度まで昇温することができる。このために、始動
時において、触媒燃焼の立上り時間を大幅に短縮するこ
とができる。

【００３４】また、触媒燃焼を安定して行うためには、
触媒体１８の温度をある程度高温に維持しておく必要が
ある。したがって、触媒体１８上流端近傍にフィン１７
が存在すると、フィン１７を介して燃焼熱が必要以上に
発熱部１６へ伝導し、触媒体１８の温度が低下する可能
性がでてくる。そこで、図３に示すように、触媒体上流
端１８ｂにおいて、フィン１７の長さを触媒体１８より
短くすることにより、すなわち、触媒体先端をフィン先
端より上流側に突き出させることによって、触媒体上流
端近傍１８ｂでは、発熱部１６での熱交換の影響が現れ
づらくなり、触媒温度を高温に維持することができる。
触媒体上流端近傍１８ｂに高温部が存在すると、この部
分から触媒体１８全体に熱の供給が行われ、発熱部１６
の負荷の変動に影響されずに、触媒温度を高温に維持す
ることができる。このために、触媒体１８において安定
した燃焼を維持することができる。

【００３５】触媒燃焼が火炎燃焼に比べ、低温で燃焼す
るといっても、燃焼温度は７００〜８００℃程度まで上
昇する。一方、フィン１７は触媒体１８の燃焼熱を効率
的に発熱部１６へ伝えるために、熱伝導率の高いものが
用いられ、通常アルミなどの金属がよく用いられる。ア
ルミの場合耐熱温度は４００〜５００℃である。したが
って、フィン１７と触媒体１８の密着度が良すぎると、
触媒体１８における燃焼熱がフィン１７へ供給されす
ぎ、フィン１７に用いられる材質の耐熱性を越えてしま
う場合が生じてくる。

【００３６】図２に示すように、触媒体１８とフィン１
７との間に空気層２１を設けると、空気層２１が断熱効
果を発揮し、燃焼熱によるフィン１７の高温化を防止す
る。触媒体１８とフィン１７間に空気層２１を設ける
と、触媒体１８からフィン１７への熱伝導性が悪くなる
が、触媒体１８表面から放射される熱輻射量が多量にあ
るために、熱伝導性の低下を熱輻射の増加により十分に
補うことができ、熱交換効率を低下することはない。こ
のため、フィン１７は耐熱温度を越えるほど高温になる
ことはなく、フィン１７の耐久性を向上することができ
る。

【００３７】触媒体１８の温度分布は発熱部１６に接続
しているフィン末端近傍の方が温度が低く、フィン先端
の方が温度が高くなっている。そこで、図４に示すよう
に、触媒体１８を金属薄板２２上面に触媒金属を担持し
たセラミック被覆層２３を塗布することより構成され、
フィン先端１７ａの空気層２１ａの厚みを厚く、フィン
末端１７ｂの空気層２１ｂの厚みを薄くしている。この
ような構成をとることにより、触媒体の温度が高い領域
では触媒体１８とフィン１７間の空気層２１を厚くし
て、熱伝導より熱輻射の要素を強くし、触媒体１８の温
度が低い領域では、触媒体１８とフィン１７間の空気層
２１を薄くして、熱輻射より熱伝導の要素を強くするこ
とにより、フィン１７の温度を高めずに熱交換効率を向
上することができる。

【００３８】さらに、図５に示すように触媒体１８を触
媒金属を担持したセラミック被覆層２３、２４を金属薄
板２２の両側に塗布する構成にすると次のような効果が
ある。触媒体１８の温度が高いフィン先端１７ａ近傍で
は、空気層２１ａの厚みを厚くしても、触媒体１８の温
度が高いために、触媒体１８近傍の混合気の温度も高く
なっており、混合気の拡散速度が増加するために、触媒
体１８とフィン１７の間隔が広くとも、触媒燃焼の燃焼
率の低下はそれほど起こらない。これに対して、触媒体
１８の温度が低いフィン末端１７ｂでは、混合気の拡散
速度の低下を、触媒体１８とフィン１７との間隔を狭く
し、触媒体１８と混合気との接触率を増加することによ
り、触媒燃焼の燃焼効率の低下を防止している。このこ
とにより、フィン温度を高めずに、燃焼効率の向上をは
かることができる。

【００３９】触媒燃焼は触媒表面で無炎で燃焼するため
に、燃焼の際に触媒表面から非常に多量の熱輻射を行
う。このために火炎燃焼の場合とは異なり、フィンと触
媒体間に空気層が存在しても、熱輻射を効率よく回収す
ることにより、高効率な熱交換を行うことができる。一
方、金属酸化被膜やセラミック被覆層などの輻射熱を良
く吸収する高輻射材は、輻射熱を効率よく吸収すること
は勿論のこと、輻射熱を良く放出することが知られてい
る。そこで、図６に示すように、熱を放射する側である
金属薄板２２のフィン側上面に高輻射材被覆層２５を塗
布することや、図７に示すように、熱を吸収する側であ
るフィン１７上面に高輻射材被覆層２６を塗布すること
により、触媒体１８とフィン１７間での輻射率を向上す
ることができ、熱交換効率を向上することができる。

【００４０】触媒燃焼の燃焼温度は７００〜８００℃ま
で上昇し、このため触媒体１８の両端で熱膨張による歪
に起因する熱変形が生じる。触媒体１８が熱変形を引き
起こすと、金属薄板２２表面に塗布されたセラミック被
覆層２３が金属薄板２２から剥離してしまう。したがっ
て、触媒体１８が熱歪を吸収できる構造にする必要があ
る。そこで本発明は図８に示すように触媒体１８の両端
にスリット２７を設けている。このように触媒体１８に
スリット２７を設けること、熱膨張により歪が集中して
いた触媒体１８両端の中央部近傍において、スリット２
７が自由端の役割を果たし、熱応力の集中を防止するこ
とができる。このため、熱膨張による歪を吸収すること
が可能となり、熱変形を防止することができる。このた
め熱変形によるセラミック被覆層２３が金属薄板２２か
ら剥離することを防止でき、触媒体１８の耐久性を向上
することができる。

【００４１】また、最適な加熱ができるように温度セン
サ２１からの信号によりバルブ１３の開閉を行い、設定
温度を維持した場合、触媒燃焼の立上りは触媒体１８の
下流側から開始する。このため触媒体１８下流側が如何
に短時間で触媒燃焼を開始することができるかが、立上
り特性を左右する要因となる。そこで本発明は、図９に
示すように、触媒体１８下流のセラミック被覆層２９に
おける触媒金属担持量を上流側のセラミック被覆層２８
における触媒金属担持量より増加している。このように
すると、バルブが開く際のわずかなタイミングのズレな
どの不安定要素が生じた場合でも、燃焼が開始する触媒
体下流部分の触媒金属担持量が上流側に比べて増加して
いるために、触媒燃焼の立上りがスムーズに行われ、燃
焼の安定性を向上することができる。この触媒金属の担
持量が多い領域２９は触媒体の全長の５〜１０％程度で
十分に効果があり、それ以上領域を増加しても、更なる
効果は望めないことがわかった。

【００４２】図１０に触媒体１８に担持された触媒金属
の総担持量を一定とし、触媒体下流（例えば、触媒体長
の１０％に相当する長さの領域）の触媒金属の担持濃度
を変化した場合についての、触媒の活性温度の変化を示
したものである。この図より触媒下流部に担持された触
媒金属の担持濃度が触媒の活性温度に影響があることが
わかる。そこで触媒金属担持量を増加せずとも、混合気
流れ方向下流側の触媒体１８に担持された触媒金属の濃
度を上流側に担持された触媒金属の濃度より増加して
も、触媒燃焼の立上りがスムーズに行われ、燃焼の安定
性を向上することができる。

【００４３】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明は、触媒体が短時間で活性温度まで昇温すること
ができる、立上り時間を大幅に短縮することができる、
安定した燃焼を維持することができる、フィンの耐久性
を向上することができる、燃焼効率や熱交換効率を向上
することができる、また、触媒体の耐久性を向上するこ
とができるなどの効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における発熱装置の水平断面
図

【図２】本発明の同装置の垂直断面図（図１のＡ−Ａ線
断面図）

【図３】本発明の同装置の垂直断面図（図１のＢ−Ｂ線
断面図）

【図４】本発明の他実施例における垂直断面の詳細図
（図１のＡ−Ａ断面に相当）

【図５】本発明の他実施例における垂直断面の詳細図
（図１のＡ−Ａ断面に相当）

【図６】本発明の他実施例における垂直断面の詳細図
（図１のＡ−Ａ断面に相当）

【図７】本発明の他実施例における垂直断面の詳細図
（図１のＡ−Ａ断面に相当）

【図８】本発明の他実施例における垂直断面の詳細図
（図１のＢ−Ｂ断面に相当）

【図９】本発明の他実施例における垂直断面の詳細図
（図１のＢ−Ｂ断面に相当）

【図１０】同発熱装置における触媒担持濃度と触媒活性
温度の相関図

【図１１】従来例の発熱装置の水平断面図

【符号の説明】

１２ノズル１３バルブ１４混合室１５燃焼室１６発熱部１７フィン１８触媒体２０点火装置２１空気層２２金属薄板２３、２４、２８、２９セラミック被覆層２５、２６高輻射材被覆層２７スリット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前西晃大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平５−322125（ＪＰ，Ａ) 特開平２−213607（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−202310（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−169019（ＪＰ，Ａ) 特開平５−133510（ＪＰ，Ａ) 実開昭58−46923（ＪＰ，Ｕ) 実開昭61−121316（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23C 11/00 F23D 11/40,14/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスボンベと、燃料ガスノズルと、
前記燃料と空気の混合部と、前記混合部の下流に設けた
内部に燃焼室を有する筺体とを備え、前記燃焼室内に混
合気の流れ方向に実質上平行にフィンを設け、前記燃焼
室内壁面および前記フィンの外壁面に層状の触媒体を設
けるとともに、前記触媒体と前記フィンの間に空気層を
設けたことを特徴とする発熱装置。
【請求項２】空気層の厚みをフィン先端で厚く、フィ
ン末端で薄くしたことを特徴とする請求項１記載の発熱
装置。
【請求項３】燃料ガスボンベと、燃料ガスノズルと、
前記燃料と空気の混合部と、前記混合部の下流に設けた
内部に燃焼室を有する筺体とを備え、前記燃焼室内に混
合気の流れ方向に実質上平行にフィンを設け、前記燃焼
室内壁面および前記フィンの外壁面に層状の触媒体を設
け、前記触媒体と前記フィン間に空気層を設け、前記触
媒体が、金属薄板と、前記金属薄板の燃焼室側上面上に
塗布した触媒金属を担持したセラミック被覆層と、前記
金属薄板のフィン側上面に塗布した高輻射材被覆層とか
ら構成されることを特徴とする発熱装置。
【請求項４】燃料ガスボンベと、燃料ガスノズルと、
前記燃料と空気の混合部と、前記混合部の下流に設けた
内部に燃焼室を有する筺体とを備え、前記燃焼室内に混
合気の流れ方向に実質上平行にフィンを設け、前記燃焼
室内壁面および前記フィンの外壁面に層状の触媒体を設
け、前記触媒体と前記フィン間に空気層を設け、前記フ
ィン上面に高輻射材被覆層を塗布したことを特徴とする
発熱装置。