JP3466103B2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents
触媒燃焼装置Info
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- JP3466103B2 JP3466103B2 JP07072999A JP7072999A JP3466103B2 JP 3466103 B2 JP3466103 B2 JP 3466103B2 JP 07072999 A JP07072999 A JP 07072999A JP 7072999 A JP7072999 A JP 7072999A JP 3466103 B2 JP3466103 B2 JP 3466103B2
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D11/00—Burners using a direct spraying action of liquid droplets or vaporised liquid into the combustion space
- F23D11/36—Details, e.g. burner cooling means, noise reduction means
- F23D11/40—Mixing tubes or chambers; Burner heads
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN A CARRIER GAS OR AIR
- F23C13/00—Apparatus in which combustion takes place in the presence of catalytic material
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば家庭用、ま
たは業務用の給湯、暖房に適用する触媒燃焼装置に関す
るものである。
たは業務用の給湯、暖房に適用する触媒燃焼装置に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】白金やパラジウム等の貴金属触媒をコー
ジライト等の基材に担持させた触媒体を用いて燃料を触
媒燃焼させ、燃焼時に発生する熱を暖房等に利用する触
媒燃焼装置が提案されている（例えば、特開平６−１４
７４１９）。そのような触媒燃焼装置には、ハニカム状
の触媒体の上流側等に触媒体からの輻射熱を利用して熱
交換を行う熱交換部が設置されており、触媒燃焼開始時
には予熱バーナで燃料を火炎燃焼させるなどして触媒体
を活性化温度以上に加熱した後、燃料と空気の混合ガス
を供給して触媒体で触媒燃焼させていた。
ジライト等の基材に担持させた触媒体を用いて燃料を触
媒燃焼させ、燃焼時に発生する熱を暖房等に利用する触
媒燃焼装置が提案されている（例えば、特開平６−１４
７４１９）。そのような触媒燃焼装置には、ハニカム状
の触媒体の上流側等に触媒体からの輻射熱を利用して熱
交換を行う熱交換部が設置されており、触媒燃焼開始時
には予熱バーナで燃料を火炎燃焼させるなどして触媒体
を活性化温度以上に加熱した後、燃料と空気の混合ガス
を供給して触媒体で触媒燃焼させていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
触媒燃焼装置には以下に説明する課題がある。まず、触
媒燃焼は燃焼温度が低いため、熱交換量を増加させよう
とすると、触媒体が大きくなり、機器全体として小型化
を実現し難かった。機器全体の小型化を断念し、大きな
触媒体を用いると、特に低燃焼量時に燃焼安定性が不十
分となりやすく、燃焼量可変範囲（ＴＤＲ）を拡大し難
くなる。一方、触媒体を小さくして小型化を図ろうとす
ると、触媒体の温度が上昇し、耐熱限界を超えてしまう
という課題があった。
触媒燃焼装置には以下に説明する課題がある。まず、触
媒燃焼は燃焼温度が低いため、熱交換量を増加させよう
とすると、触媒体が大きくなり、機器全体として小型化
を実現し難かった。機器全体の小型化を断念し、大きな
触媒体を用いると、特に低燃焼量時に燃焼安定性が不十
分となりやすく、燃焼量可変範囲（ＴＤＲ）を拡大し難
くなる。一方、触媒体を小さくして小型化を図ろうとす
ると、触媒体の温度が上昇し、耐熱限界を超えてしまう
という課題があった。
【０００４】また、触媒燃焼は火炎を形成しない燃焼方
式であるため、従来のように、火炎中のイオン電流をも
とに燃焼状態を検知する方式を適用できないという課題
もあった。
式であるため、従来のように、火炎中のイオン電流をも
とに燃焼状態を検知する方式を適用できないという課題
もあった。
【０００５】本発明は、従来の触媒燃焼装置では、熱交
換の十分効率的に行われていなかったという課題を考慮
し、従来よりも熱交換を効率的に行う触媒燃焼装置を提
供することを目的とするものである。
換の十分効率的に行われていなかったという課題を考慮
し、従来よりも熱交換を効率的に行う触媒燃焼装置を提
供することを目的とするものである。
【０００６】また、本発明は、従来の触媒燃焼装置で
は、燃焼量可変範囲（ＴＤＲ）が大きくなかったという
課題を考慮し、燃焼量可変範囲（ＴＤＲ）の大きい触媒
燃焼装置を提供することを目的とするものである。
は、燃焼量可変範囲（ＴＤＲ）が大きくなかったという
課題を考慮し、燃焼量可変範囲（ＴＤＲ）の大きい触媒
燃焼装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】また、本発明は、従来の触媒燃焼装置は小
型コンパクト化されていなかったという課題を考慮し、
小型コンパクト化された触媒燃焼装置を提供することを
目的とするものである。
型コンパクト化されていなかったという課題を考慮し、
小型コンパクト化された触媒燃焼装置を提供することを
目的とするものである。
【０００８】また、本発明は、従来の触媒燃焼装置で
は、最上流側の触媒体が耐熱限界を超えるという課題を
考慮し、最上流側の触媒体が耐熱限界を超えないように
する触媒燃焼装置を提供することを目的とするものであ
る。
は、最上流側の触媒体が耐熱限界を超えるという課題を
考慮し、最上流側の触媒体が耐熱限界を超えないように
する触媒燃焼装置を提供することを目的とするものであ
る。
【０００９】さらに、本発明は、従来の触媒燃焼装置で
は、燃焼状態を検知することができなかったという課題
を考慮し、燃焼状態を検知することができる触媒燃焼装
置を提供することを目的とするものである。
は、燃焼状態を検知することができなかったという課題
を考慮し、燃焼状態を検知することができる触媒燃焼装
置を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、第１の本発明（請求項１に対応）は、燃料と空気を
混合する混合ガス供給部と、前記混合ガス供給部の下流
に設けられた通気性を有する第一触媒体と、前記第一触
媒体の下流に設けられた通気性を有する第二触媒体と、
前記第一触媒体と前記第二触媒体との間に設けられ、通
気抵抗を増加させる仕切板と、前記第二触媒体の下流に
設けられ、前記仕切板を通過した燃焼ガスが蛇行するよ
うにして通気抵抗を増加させる第二仕切板と、外周部に
配置され被加熱流体通路を有する熱交換部と、前記第一
触媒体の上流に設けられ、前記熱交換部の内側に突出し
て接続された輻射受熱部とを備え、前記仕切板と前記第
二仕切板が前記熱交換部に接続されていることを特徴と
する触媒燃焼装置である。
め、第１の本発明（請求項１に対応）は、燃料と空気を
混合する混合ガス供給部と、前記混合ガス供給部の下流
に設けられた通気性を有する第一触媒体と、前記第一触
媒体の下流に設けられた通気性を有する第二触媒体と、
前記第一触媒体と前記第二触媒体との間に設けられ、通
気抵抗を増加させる仕切板と、前記第二触媒体の下流に
設けられ、前記仕切板を通過した燃焼ガスが蛇行するよ
うにして通気抵抗を増加させる第二仕切板と、外周部に
配置され被加熱流体通路を有する熱交換部と、前記第一
触媒体の上流に設けられ、前記熱交換部の内側に突出し
て接続された輻射受熱部とを備え、前記仕切板と前記第
二仕切板が前記熱交換部に接続されていることを特徴と
する触媒燃焼装置である。
【００１１】第２の本発明（請求項２に対応）は、燃料
と空気を混合する混合ガス供給部と、前記混合ガス供給
部の下流に設けられた通気性を有する第一触媒体と、前
記第一触媒体の下流に設けられた通気性を有する第二触
媒体と、外周部に配置され被加熱流体通路を有する熱交
換部と、前記第一触媒体の上流に設けられ、前記熱交換
部の内側に突出して接続された輻射受熱部とを備え、前
記第一触媒体の単位面積あたりの通気抵抗が、前記第二
触媒体の単位面積あたりの通気抵抗よりも小さいことを
特徴とする触媒燃焼装置である。
と空気を混合する混合ガス供給部と、前記混合ガス供給
部の下流に設けられた通気性を有する第一触媒体と、前
記第一触媒体の下流に設けられた通気性を有する第二触
媒体と、外周部に配置され被加熱流体通路を有する熱交
換部と、前記第一触媒体の上流に設けられ、前記熱交換
部の内側に突出して接続された輻射受熱部とを備え、前
記第一触媒体の単位面積あたりの通気抵抗が、前記第二
触媒体の単位面積あたりの通気抵抗よりも小さいことを
特徴とする触媒燃焼装置である。
【００１２】第３の本発明（請求項５に対応）は、燃料
と空気を混合する混合ガス供給部と、前記混合ガス供給
部の下流に設けられた通気性を有する第一触媒体と、前
記第一触媒体の下流に設けられた通気性を有する第二触
媒体と、外周部に配置され被加熱流体通路を有する熱交
換部と、前記第一触媒体の上流に設けられ、前記熱交換
部の内側に突出して接続された輻射受熱部とを備え、前
記第一触媒体と前記第二触媒体を異なる材料で形成し、
前記第一触媒体の熱伝導率が、前記第二触媒体の熱伝導
率よりも大きいことを特徴とする触媒燃焼装置である。
と空気を混合する混合ガス供給部と、前記混合ガス供給
部の下流に設けられた通気性を有する第一触媒体と、前
記第一触媒体の下流に設けられた通気性を有する第二触
媒体と、外周部に配置され被加熱流体通路を有する熱交
換部と、前記第一触媒体の上流に設けられ、前記熱交換
部の内側に突出して接続された輻射受熱部とを備え、前
記第一触媒体と前記第二触媒体を異なる材料で形成し、
前記第一触媒体の熱伝導率が、前記第二触媒体の熱伝導
率よりも大きいことを特徴とする触媒燃焼装置である。
【００１３】第４の本発明（請求項１３に対応）は、混
合ガス供給部によって空気と混合される燃料は液体燃料
であって、前記混合ガス供給部は前記液体燃料を気化さ
せる気化ヒーターを有し、その気化ヒーターによって気
化された燃料と空気とを混合し、前記第一触媒体の上流
に設けられ、前記混合ガス供給部に接続された触媒発熱
体を備えたことを特徴とする触媒燃焼装置である。
合ガス供給部によって空気と混合される燃料は液体燃料
であって、前記混合ガス供給部は前記液体燃料を気化さ
せる気化ヒーターを有し、その気化ヒーターによって気
化された燃料と空気とを混合し、前記第一触媒体の上流
に設けられ、前記混合ガス供給部に接続された触媒発熱
体を備えたことを特徴とする触媒燃焼装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面を参照して説明する。
面を参照して説明する。
【００１５】（実施の形態１）先ず、本発明の実施の形
態１の触媒燃焼装置の構成を図１を用いて説明する。図
１は、実施の形態１の触媒燃焼装置の断面図である。そ
の触媒燃焼装置は、横長の直方体形状のものであって、
その直方体形状の上面側と下面側とに被加熱流体通路１
４が設けられたものである。なお、本実施の形態では、
説明の便宜上、触媒燃焼装置は直方体形状のものである
とするが、本発明の触媒燃焼装置は円柱形状のものなど
であってもよく、形状は限定されない。
態１の触媒燃焼装置の構成を図１を用いて説明する。図
１は、実施の形態１の触媒燃焼装置の断面図である。そ
の触媒燃焼装置は、横長の直方体形状のものであって、
その直方体形状の上面側と下面側とに被加熱流体通路１
４が設けられたものである。なお、本実施の形態では、
説明の便宜上、触媒燃焼装置は直方体形状のものである
とするが、本発明の触媒燃焼装置は円柱形状のものなど
であってもよく、形状は限定されない。
【００１６】さて、実施の形態１の触媒燃焼装置は、混
合ガス供給部１、混合ガス噴出部２、輻射受熱部３、ヒ
ーター４、第一触媒体５、仕切板ａ６、第二触媒体７、
仕切板ｂ８、第三触媒体９、仕切板ｃ１０、排熱回収部
１１、排気口１２、熱交換部１３、および被加熱流体通
路１４を備えている。なお、実施の形態１の触媒燃焼装
置では、請求項１記載の仕切板として仕切板ａ６を、請
求項２記載の第二仕切板として仕切板ｂ８をそれぞれ用
いる。また、第一触媒体５と仕切板ａ６との間には酸素
センサー１５が配置されている。図１では、酸素センサ
ー１５は第一触媒体５と仕切板ａ６との間に配置されて
いるが、酸素センサー１５は、第一触媒体５と仕切板ａ
６との間に配置されるものであると限定することはな
い。酸素センサー１５は、第一触媒体５と第二触媒体７
との間に配置されておりさえすればよい。また、酸素セ
ンサー１５は、請求項８または９のガスセンサーの一例
であって、ガスセンサーは、酸素センサー１５に限定す
ることなく、ＣＯ（一酸化炭素）センサー、ＨＣ（炭化
水素）センサー等のガスセンサーであってもよい。
合ガス供給部１、混合ガス噴出部２、輻射受熱部３、ヒ
ーター４、第一触媒体５、仕切板ａ６、第二触媒体７、
仕切板ｂ８、第三触媒体９、仕切板ｃ１０、排熱回収部
１１、排気口１２、熱交換部１３、および被加熱流体通
路１４を備えている。なお、実施の形態１の触媒燃焼装
置では、請求項１記載の仕切板として仕切板ａ６を、請
求項２記載の第二仕切板として仕切板ｂ８をそれぞれ用
いる。また、第一触媒体５と仕切板ａ６との間には酸素
センサー１５が配置されている。図１では、酸素センサ
ー１５は第一触媒体５と仕切板ａ６との間に配置されて
いるが、酸素センサー１５は、第一触媒体５と仕切板ａ
６との間に配置されるものであると限定することはな
い。酸素センサー１５は、第一触媒体５と第二触媒体７
との間に配置されておりさえすればよい。また、酸素セ
ンサー１５は、請求項８または９のガスセンサーの一例
であって、ガスセンサーは、酸素センサー１５に限定す
ることなく、ＣＯ（一酸化炭素）センサー、ＨＣ（炭化
水素）センサー等のガスセンサーであってもよい。
【００１７】第一触媒体５、第二触媒体７および第三触
媒体９は、通気性を有するコージライトハニカムを基材
とし、パラジウム、白金等の貴金属系触媒を担持したも
のである。第一触媒体５の単位面積あたりのハニカム格
子数を第二触媒体７の単位面積あたりのハニカム格子数
よりも少なくしている。第一触媒体５の基材はコージラ
イトハニカムではなく、金属や炭化ケイ素としても良
い。輻射受熱部３および排熱回収部１１は、ガスの流れ
方向に実質上垂直なフィン形状であって、仕切板ａ６、
仕切板ｂ８および仕切板ｃ１０は、ガスの流れ方向に実
質上垂直な平板形状であり、すべて熱交換部１３と一体
化されている。仕切板ａ６、仕切板ｂ８および仕切板ｃ
１０は、ガスの通気抵抗を増加させる手段であって、仕
切板ａ６、仕切板ｂ８および仕切板ｃ１０と熱交換部１
３との各開口部は、燃焼ガスが蛇行するように設けられ
ている。ヒーター４は、第一触媒体５の上流に設けら
れ、発熱面の全部または一部が第一触媒体５に対向する
ように配置されている。
媒体９は、通気性を有するコージライトハニカムを基材
とし、パラジウム、白金等の貴金属系触媒を担持したも
のである。第一触媒体５の単位面積あたりのハニカム格
子数を第二触媒体７の単位面積あたりのハニカム格子数
よりも少なくしている。第一触媒体５の基材はコージラ
イトハニカムではなく、金属や炭化ケイ素としても良
い。輻射受熱部３および排熱回収部１１は、ガスの流れ
方向に実質上垂直なフィン形状であって、仕切板ａ６、
仕切板ｂ８および仕切板ｃ１０は、ガスの流れ方向に実
質上垂直な平板形状であり、すべて熱交換部１３と一体
化されている。仕切板ａ６、仕切板ｂ８および仕切板ｃ
１０は、ガスの通気抵抗を増加させる手段であって、仕
切板ａ６、仕切板ｂ８および仕切板ｃ１０と熱交換部１
３との各開口部は、燃焼ガスが蛇行するように設けられ
ている。ヒーター４は、第一触媒体５の上流に設けら
れ、発熱面の全部または一部が第一触媒体５に対向する
ように配置されている。
【００１８】次に、本発明の実施の形態１の触媒燃焼装
置の動作の説明を行なう。まず、燃焼開始時にはヒータ
ー４に通電して第一触媒体５を活性化温度以上に予熱し
た後、ヒーター４への通電を停止し、混合ガスを混合ガ
ス供給部１から供給して混合ガス噴出部２から噴出し、
第一触媒体５で触媒燃焼を開始させる。触媒燃焼時には
第一触媒体５が赤熱し、放射エネルギーが射出される。
この放射エネルギーは輻射受熱部３等を介してまたは直
接的に熱交換部１３へ放射され、その熱交換部１３で吸
収されて再び熱エネルギーに変換される。さらに、熱エ
ネルギーは熱伝導により、熱交換部１３から被加熱流体
通路１４を通り、対流熱伝達により、被加熱流体通路１
４内の被加熱流体へ伝熱される。放射伝熱はガスの流れ
を乱さないため、第一触媒体５における燃焼反応が阻害
されることがなく、被加熱流体への熱交換量を増加させ
ても燃焼安定性を確保することができる。
置の動作の説明を行なう。まず、燃焼開始時にはヒータ
ー４に通電して第一触媒体５を活性化温度以上に予熱し
た後、ヒーター４への通電を停止し、混合ガスを混合ガ
ス供給部１から供給して混合ガス噴出部２から噴出し、
第一触媒体５で触媒燃焼を開始させる。触媒燃焼時には
第一触媒体５が赤熱し、放射エネルギーが射出される。
この放射エネルギーは輻射受熱部３等を介してまたは直
接的に熱交換部１３へ放射され、その熱交換部１３で吸
収されて再び熱エネルギーに変換される。さらに、熱エ
ネルギーは熱伝導により、熱交換部１３から被加熱流体
通路１４を通り、対流熱伝達により、被加熱流体通路１
４内の被加熱流体へ伝熱される。放射伝熱はガスの流れ
を乱さないため、第一触媒体５における燃焼反応が阻害
されることがなく、被加熱流体への熱交換量を増加させ
ても燃焼安定性を確保することができる。
【００１９】ところで、燃焼量を増加させていくと、燃
料の一部が第一触媒体５で反応することなく、第二触媒
体７に到達してその第二触媒体７で触媒燃焼を開始する
ようになる。さらに、燃焼量を増加させると、燃料の一
部は第三触媒体９に到達して第三触媒体９で触媒燃焼を
開始する。燃焼ガスが仕切板ａ６、仕切板ｂ８、仕切板
ｃ１０によって蛇行しながら、通過することにより、境
界層の発達を抑制し、対流熱伝達特性を向上させるとと
もに、有効伝熱面積も増加させることができる。つま
り、仕切板ａ６、仕切板ｂ８、仕切板ｃ１０は、第一触
媒体５、第二触媒体７、第三触媒体９からの放射エネル
ギーが放射伝熱され、著しく伝熱性能を高めることが可
能となる。これらの効果は仕切板ａ６だけでも有効であ
るが、仕切板の数が多い程、効果も大きくなる。
料の一部が第一触媒体５で反応することなく、第二触媒
体７に到達してその第二触媒体７で触媒燃焼を開始する
ようになる。さらに、燃焼量を増加させると、燃料の一
部は第三触媒体９に到達して第三触媒体９で触媒燃焼を
開始する。燃焼ガスが仕切板ａ６、仕切板ｂ８、仕切板
ｃ１０によって蛇行しながら、通過することにより、境
界層の発達を抑制し、対流熱伝達特性を向上させるとと
もに、有効伝熱面積も増加させることができる。つま
り、仕切板ａ６、仕切板ｂ８、仕切板ｃ１０は、第一触
媒体５、第二触媒体７、第三触媒体９からの放射エネル
ギーが放射伝熱され、著しく伝熱性能を高めることが可
能となる。これらの効果は仕切板ａ６だけでも有効であ
るが、仕切板の数が多い程、効果も大きくなる。
【００２０】仕切板ｃ１０を通過した燃焼ガスは、排熱
回収部１１で排熱を回収された後、排気口１２から外部
に排出される。なお、排熱回収部１１を、排気口１２の
上流に、熱交換部１３と一体化するように設けることに
より、熱抵抗を低減し、効率よく排熱を回収して被加熱
流体への伝熱性能を高め、機器として高効率化を促進で
きる。
回収部１１で排熱を回収された後、排気口１２から外部
に排出される。なお、排熱回収部１１を、排気口１２の
上流に、熱交換部１３と一体化するように設けることに
より、熱抵抗を低減し、効率よく排熱を回収して被加熱
流体への伝熱性能を高め、機器として高効率化を促進で
きる。
【００２１】このように、低燃焼量時には第一触媒体５
のみで触媒燃焼させ、高燃焼量時には第一触媒体５だけ
でなく、第二触媒体７や第三触媒体９を用いて触媒燃焼
させることにより、燃焼量可変範囲（ＴＤＲ）を拡大す
ることができる。また、放射伝熱を活かして燃焼反応を
阻害することなく、対流熱伝達特性も向上させることに
より、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼器を実現で
きるため、機器の小型化も可能となる。
のみで触媒燃焼させ、高燃焼量時には第一触媒体５だけ
でなく、第二触媒体７や第三触媒体９を用いて触媒燃焼
させることにより、燃焼量可変範囲（ＴＤＲ）を拡大す
ることができる。また、放射伝熱を活かして燃焼反応を
阻害することなく、対流熱伝達特性も向上させることに
より、高負荷タイプの熱交換一体型触媒燃焼器を実現で
きるため、機器の小型化も可能となる。
【００２２】ところで、触媒燃焼は希薄燃焼も可能であ
り、広範囲な混合ガス濃度に対応できるが、不完全燃焼
を起こすガス濃度（酸素不足）で燃焼させると、触媒燃
焼でも一酸化炭素（ＣＯ）や未燃成分の炭化水素（Ｈ
Ｃ）が発生する。これを回避するために、酸素センサー
１５で燃焼ガス中における酸素の有無を検知し、その結
果燃焼ガス中に酸素が含まれていないことが検知され酸
素不足燃焼であることが判断されると、混合ガス濃度を
希薄側に制御する。第一触媒体５と第二触媒体７の間に
酸素センサー１５を設けることにより、放熱やガスの拡
散を抑制し、検知精度を高めることが可能となる。な
お、上述したように、酸素センサー１５はガスセンサー
の一例であって、酸素不足燃焼を検知するためのガスセ
ンサーは、酸素センサー１５に限定することなく、ＣＯ
センサーやＨＣセンサー等のガスセンサーであってもよ
い。また、酸素不足燃焼以外の異常燃焼に対しても、第
一触媒体５と第二触媒体７の間に設けたＣＯセンサーや
ＨＣセンサー等のガスセンサーにより、異常を検知し、
燃焼を停止させて安全性を確保することもできる。
り、広範囲な混合ガス濃度に対応できるが、不完全燃焼
を起こすガス濃度（酸素不足）で燃焼させると、触媒燃
焼でも一酸化炭素（ＣＯ）や未燃成分の炭化水素（Ｈ
Ｃ）が発生する。これを回避するために、酸素センサー
１５で燃焼ガス中における酸素の有無を検知し、その結
果燃焼ガス中に酸素が含まれていないことが検知され酸
素不足燃焼であることが判断されると、混合ガス濃度を
希薄側に制御する。第一触媒体５と第二触媒体７の間に
酸素センサー１５を設けることにより、放熱やガスの拡
散を抑制し、検知精度を高めることが可能となる。な
お、上述したように、酸素センサー１５はガスセンサー
の一例であって、酸素不足燃焼を検知するためのガスセ
ンサーは、酸素センサー１５に限定することなく、ＣＯ
センサーやＨＣセンサー等のガスセンサーであってもよ
い。また、酸素不足燃焼以外の異常燃焼に対しても、第
一触媒体５と第二触媒体７の間に設けたＣＯセンサーや
ＨＣセンサー等のガスセンサーにより、異常を検知し、
燃焼を停止させて安全性を確保することもできる。
【００２３】また、上述したように、第一触媒体５の単
位面積あたりのハニカム格子数を第二触媒体７の単位面
積あたりのハニカム格子数よりも少なくすることによ
り、敢えて第一触媒体５における燃焼反応を抑制し、高
燃焼量時において、通常、高温になりやすい触媒表面温
度を耐熱限界温度以下に低減するとともに、第二触媒体
７における燃焼反応を促進することができる。なお、実
施の形態１では、第一触媒体５も第二触媒体７もハニカ
ム状の触媒体であるとし、第一触媒体５の単位面積あた
りのハニカム格子数を第二触媒体７の単位面積あたりの
ハニカム格子数よりも少なくするとしたが、第一触媒体
５および／または第二触媒体７はハニカム状の触媒体で
あるとは限定されず、そのようなハニカム状の触媒体で
ない場合であっても、第一触媒体５の単位面積あたりの
通気抵抗を第二触媒体７の単位面積あたりの通気抵抗よ
りも小さくすれば、同様の効果が得られる。
位面積あたりのハニカム格子数を第二触媒体７の単位面
積あたりのハニカム格子数よりも少なくすることによ
り、敢えて第一触媒体５における燃焼反応を抑制し、高
燃焼量時において、通常、高温になりやすい触媒表面温
度を耐熱限界温度以下に低減するとともに、第二触媒体
７における燃焼反応を促進することができる。なお、実
施の形態１では、第一触媒体５も第二触媒体７もハニカ
ム状の触媒体であるとし、第一触媒体５の単位面積あた
りのハニカム格子数を第二触媒体７の単位面積あたりの
ハニカム格子数よりも少なくするとしたが、第一触媒体
５および／または第二触媒体７はハニカム状の触媒体で
あるとは限定されず、そのようなハニカム状の触媒体で
ない場合であっても、第一触媒体５の単位面積あたりの
通気抵抗を第二触媒体７の単位面積あたりの通気抵抗よ
りも小さくすれば、同様の効果が得られる。
【００２４】次に、第一触媒体５の熱伝導率を第二触媒
体７の熱伝導率よりも大きくすることにより、触媒燃焼
時における第一触媒体５の温度分布を均一化し、高燃焼
量時に通常、局所的に高温になりやすい触媒表面温度を
耐熱限界温度以下に低減するとともに、第二触媒体７の
燃焼反応を促進することができる。実施の形態１では、
一例として、第一触媒体５の基材を金属、または炭化ケ
イ素で形成し、第二触媒体７の基材をセラミックで形成
し、第一触媒体５の熱伝導率を第二触媒体７の熱伝導率
より大きくする。
体７の熱伝導率よりも大きくすることにより、触媒燃焼
時における第一触媒体５の温度分布を均一化し、高燃焼
量時に通常、局所的に高温になりやすい触媒表面温度を
耐熱限界温度以下に低減するとともに、第二触媒体７の
燃焼反応を促進することができる。実施の形態１では、
一例として、第一触媒体５の基材を金属、または炭化ケ
イ素で形成し、第二触媒体７の基材をセラミックで形成
し、第一触媒体５の熱伝導率を第二触媒体７の熱伝導率
より大きくする。
【００２５】なお、図１の触媒燃焼装置では、第一触媒
体５の上流にヒーター４を設け、そのヒーター４を用い
て第一触媒体５を活性化するとしたが、図１には記述し
ていないが第一触媒体５の下流にもヒーターを設け、発
熱面の一部を第一触媒体５に対向させることにより、下
流のヒーターからの放射伝熱も活かし、第一触媒体５を
活性化温度に予熱するまでの時間を短縮して立ち上がり
特性を向上させることができる。
体５の上流にヒーター４を設け、そのヒーター４を用い
て第一触媒体５を活性化するとしたが、図１には記述し
ていないが第一触媒体５の下流にもヒーターを設け、発
熱面の一部を第一触媒体５に対向させることにより、下
流のヒーターからの放射伝熱も活かし、第一触媒体５を
活性化温度に予熱するまでの時間を短縮して立ち上がり
特性を向上させることができる。
【００２６】また、上述した上流のヒーター４や下流の
ヒーターとして、直線形状のシーズヒーターを用いる
と、熱応力を均一化し、ヒーターの断線を抑制して耐寿
命特性を高められるとともに、低コスト化も実現でき
る。
ヒーターとして、直線形状のシーズヒーターを用いる
と、熱応力を均一化し、ヒーターの断線を抑制して耐寿
命特性を高められるとともに、低コスト化も実現でき
る。
【００２７】また、仕切板ａ６、仕切板ｂ８、仕切板ｃ
１０、輻射受熱部３、熱交換部１３の受熱面側、および
排熱回収部１１の全部または一部を高輻射材で被覆する
ことにより、第一触媒体５、第二触媒体７、第三触媒体
９からの放射伝熱効率を向上させることが可能となる。
１０、輻射受熱部３、熱交換部１３の受熱面側、および
排熱回収部１１の全部または一部を高輻射材で被覆する
ことにより、第一触媒体５、第二触媒体７、第三触媒体
９からの放射伝熱効率を向上させることが可能となる。
【００２８】（実施の形態２）次に、本発明の実施の形
態２の触媒燃焼装置の構成をその動作とともに、図２を
用いて説明する。
態２の触媒燃焼装置の構成をその動作とともに、図２を
用いて説明する。
【００２９】図２は、実施の形態２の触媒燃焼装置の断
面図である。実施の形態１では第一触媒体５と仕切板ａ
６の間に酸素センサー１５を設置していたが、実施の形
態２では第一触媒体５の上流に温度センサーａ１６を設
置し、第一触媒体５と仕切板ａ６の間に温度センサーｂ
１７を設置している。なお、温度センサーｂ１７は、第
一触媒体５と仕切板ａ６の間に設置されるものであると
限定することはなく、温度センサーｂ１７は第一触媒体
５と第二触媒体７の間に設置すれば良い。
面図である。実施の形態１では第一触媒体５と仕切板ａ
６の間に酸素センサー１５を設置していたが、実施の形
態２では第一触媒体５の上流に温度センサーａ１６を設
置し、第一触媒体５と仕切板ａ６の間に温度センサーｂ
１７を設置している。なお、温度センサーｂ１７は、第
一触媒体５と仕切板ａ６の間に設置されるものであると
限定することはなく、温度センサーｂ１７は第一触媒体
５と第二触媒体７の間に設置すれば良い。
【００３０】実施の形態２の触媒燃焼装置の動作は、実
施の形態１の触媒燃焼装置の動作とほぼ同様であるが、
実施の形態２では、まず、第一触媒体５と仕切板ａ６の
間に設置した温度センサーｂ１７で検知する温度が燃焼
量に比例することに着目し、燃焼量検知を実現してい
る。触媒燃焼は火炎を形成しない燃焼方式であるため、
燃焼量を的確に把握することは困難とされていたが、こ
の方法により、信頼性の高い燃焼量検知が可能となる。
施の形態１の触媒燃焼装置の動作とほぼ同様であるが、
実施の形態２では、まず、第一触媒体５と仕切板ａ６の
間に設置した温度センサーｂ１７で検知する温度が燃焼
量に比例することに着目し、燃焼量検知を実現してい
る。触媒燃焼は火炎を形成しない燃焼方式であるため、
燃焼量を的確に把握することは困難とされていたが、こ
の方法により、信頼性の高い燃焼量検知が可能となる。
【００３１】次に、温度センサーｂ１７の温度だけでな
く、第一触媒体５の上流に設置した温度センサーａ１６
の温度も利用して、燃焼量一定で混合ガスのガス濃度が
濃くなると、温度センサーａ１６の温度が高くなり、温
度センサーｂ１７の温度が低くなることに着目し、両者
の温度差をもとに混合ガスのガス濃度を検知している。
ガス濃度の検知は火炎燃焼でさえ困難とされていたが、
この方法により、信頼性の高いガス濃度検知を実現でき
るとともに、酸素不足燃焼等の異常燃焼の検知も可能と
なる。
く、第一触媒体５の上流に設置した温度センサーａ１６
の温度も利用して、燃焼量一定で混合ガスのガス濃度が
濃くなると、温度センサーａ１６の温度が高くなり、温
度センサーｂ１７の温度が低くなることに着目し、両者
の温度差をもとに混合ガスのガス濃度を検知している。
ガス濃度の検知は火炎燃焼でさえ困難とされていたが、
この方法により、信頼性の高いガス濃度検知を実現でき
るとともに、酸素不足燃焼等の異常燃焼の検知も可能と
なる。
【００３２】（実施の形態３）次に、本発明の実施の形
態３の触媒燃焼装置の構成をその動作とともに、図３を
用いて説明する。
態３の触媒燃焼装置の構成をその動作とともに、図３を
用いて説明する。
【００３３】図３は、実施の形態３の触媒燃焼装置の断
面図である。実施の形態１、２と異なり、実施の形態３
では混合ガス供給部１に気化ヒーター１８を設置し、第
一触媒体５の上流に設けた触媒発熱体１９を混合ガス供
給部１と一体化させている。
面図である。実施の形態１、２と異なり、実施の形態３
では混合ガス供給部１に気化ヒーター１８を設置し、第
一触媒体５の上流に設けた触媒発熱体１９を混合ガス供
給部１と一体化させている。
【００３４】実施の形態３の触媒燃焼装置の動作は、実
施の形態１の触媒燃焼装置の動作とほぼ同様であるが、
実施の形態３では液体燃料を対象としており、気化ヒー
ター１８により液体燃料を気化させ、混合ガス供給部１
に気化された燃料と空気とを混合させて混合ガス噴出部
２から噴出させている。また、触媒発熱体１９で混合ガ
スの一部を触媒反応させることにより、反応熱を触媒発
熱体１９と一体化された混合ガス供給部１に熱伝導で熱
回収し、気化ヒーター１８の消費電力量を低減してい
る。触媒燃焼は火炎燃焼と比較して低温反応であるた
め、窒素酸化物（ＮＯｘ）をほとんど発生しないという
利点がある反面、混合ガス供給部１への燃焼反応熱の回
収は困難とされていたが、この方法により、効果的な熱
回収を可能とし、機器として省エネを実現することがで
きる。
施の形態１の触媒燃焼装置の動作とほぼ同様であるが、
実施の形態３では液体燃料を対象としており、気化ヒー
ター１８により液体燃料を気化させ、混合ガス供給部１
に気化された燃料と空気とを混合させて混合ガス噴出部
２から噴出させている。また、触媒発熱体１９で混合ガ
スの一部を触媒反応させることにより、反応熱を触媒発
熱体１９と一体化された混合ガス供給部１に熱伝導で熱
回収し、気化ヒーター１８の消費電力量を低減してい
る。触媒燃焼は火炎燃焼と比較して低温反応であるた
め、窒素酸化物（ＮＯｘ）をほとんど発生しないという
利点がある反面、混合ガス供給部１への燃焼反応熱の回
収は困難とされていたが、この方法により、効果的な熱
回収を可能とし、機器として省エネを実現することがで
きる。
【００３５】なお、上述した実施の形態１から３では、
輻射授熱部３、仕切板ａ６、仕切板ｂ８、仕切板ｃ１０
および排熱回収部１１は、熱交換部１３と一体化されて
いるとしたが、それら輻射授熱部３、仕切板ａ６、仕切
板ｂ８、仕切板ｃ１０および排熱回収部１１は、熱交換
部１３と一体形成されず、別々に形成され、その後熱交
換部１３と密着形成されるとしてもよい。要するに、輻
射授熱部３、仕切板ａ６、仕切板ｂ８、仕切板ｃ１０お
よび排熱回収部１１は、熱交換部１３と密着されており
さえすればよい。また同様に、上述した実施の形態３で
は、触媒発熱体１９は混合ガス供給部１と一体化されて
いるとしたが、触媒発熱体１９は、混合ガス供給部１と
一体形成されず別に形成され、その後混合ガス供給部１
と密着形成されるとしてもよい。要するに、触媒発熱体
１９は混合ガス供給部１と密着形成されておりさえすれ
ばよい。なお、請求項で用いる「接続」という用語は、
上述した「一体化」も「密着」も含むものである。
輻射授熱部３、仕切板ａ６、仕切板ｂ８、仕切板ｃ１０
および排熱回収部１１は、熱交換部１３と一体化されて
いるとしたが、それら輻射授熱部３、仕切板ａ６、仕切
板ｂ８、仕切板ｃ１０および排熱回収部１１は、熱交換
部１３と一体形成されず、別々に形成され、その後熱交
換部１３と密着形成されるとしてもよい。要するに、輻
射授熱部３、仕切板ａ６、仕切板ｂ８、仕切板ｃ１０お
よび排熱回収部１１は、熱交換部１３と密着されており
さえすればよい。また同様に、上述した実施の形態３で
は、触媒発熱体１９は混合ガス供給部１と一体化されて
いるとしたが、触媒発熱体１９は、混合ガス供給部１と
一体形成されず別に形成され、その後混合ガス供給部１
と密着形成されるとしてもよい。要するに、触媒発熱体
１９は混合ガス供給部１と密着形成されておりさえすれ
ばよい。なお、請求項で用いる「接続」という用語は、
上述した「一体化」も「密着」も含むものである。
【００３６】
【発明の効果】以上説明したところから明らかなよう
に、本発明は、従来よりも熱交換を効率的に行う触媒燃
焼装置を提供することができる。
に、本発明は、従来よりも熱交換を効率的に行う触媒燃
焼装置を提供することができる。
【００３７】また、本発明は、燃焼量可変範囲（ＴＤ
Ｒ）の大きい触媒燃焼装置を提供することができる。
Ｒ）の大きい触媒燃焼装置を提供することができる。
【００３８】また、本発明は、小型コンパクト化された
触媒燃焼装置を提供することができる。
触媒燃焼装置を提供することができる。
【００３９】また、本発明は、最上流側の触媒体が耐熱
限界を超えないようにする触媒燃焼装置を提供すること
ができる。
限界を超えないようにする触媒燃焼装置を提供すること
ができる。
【００４０】さらに、本発明は、燃焼状態を検知するこ
とができる触媒燃焼装置を提供することができる。
とができる触媒燃焼装置を提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態１の触媒燃焼装置の断面図
【図２】本発明の実施の形態２の触媒燃焼装置の断面図
【図３】本発明の実施の形態３の触媒燃焼装置の断面図
１ 混合ガス供給部
３ 輻射受熱部
４ ヒーター
５ 第一触媒体
６ 仕切板ａ
７ 第二触媒体
８ 仕切板ｂ
９ 第三触媒体
１０ 仕切板ｃ
１１ 排熱回収部
１３ 熱交換部
１４ 被加熱流体通路
１５ 酸素センサー
１６ 温度センサーａ
１７ 温度センサーｂ
１８ 気化ヒーター
１９ 触媒発熱体
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平９−264533（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−51333（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−67906（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−278103（ＪＰ，Ａ)
特開 平４−84009（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−95520（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−89634（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−300220（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−169931（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−157211（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−51310（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
F23D 11/40
F23C 11/00
F23N 5/00 - 5/02
Claims (13)
- 【請求項１】 燃料と空気を混合する混合ガス供給部
と、前記混合ガス供給部の下流に設けられた通気性を有
する第一触媒体と、前記第一触媒体の下流に設けられた
通気性を有する第二触媒体と、前記第一触媒体と前記第
二触媒体との間に設けられ、通気抵抗を増加させる仕切
板と、前記第二触媒体の下流に設けられ、前記仕切板を
通過した燃焼ガスが蛇行するようにして通気抵抗を増加
させる第二仕切板と、外周部に配置され被加熱流体通路
を有する熱交換部と、前記第一触媒体の上流に設けら
れ、前記熱交換部の内側に突出して接続された輻射受熱
部とを備え、前記仕切板と前記第二仕切板は前記熱交換
部に接続されていることを特徴とする触媒燃焼装置。 - 【請求項２】 燃料と空気を混合する混合ガス供給部
と、前記混合ガス供給部の下流に設けられた通気性を有
する第一触媒体と、前記第一触媒体の下流に設けられた
通気性を有する第二触媒体と、外周部に配置され被加熱
流体通路を有する熱交換部と、前記第一触媒体の上流に
設けられ、前記熱交換部の内側に突出して接続された輻
射受熱部とを備え、前記第一触媒体の単位面積あたりの
通気抵抗は、前記第二触媒体の単位面積あたりの通気抵
抗よりも小さいことを特徴とする触媒燃焼装置。 - 【請求項３】 前記第一触媒体の単位面積あたりの通気
抵抗は、前記第二触媒体の単位面積あたりの通気抵抗よ
りも小さいことを特徴とする請求項１記載の触媒燃焼装
置。 - 【請求項４】 前記第一触媒体および前記第二触媒体は
ハニカム格子形状の触媒体であって、前記第一触媒体の
単位面積あたりの格子数は、前記第二触媒体の単位面積
あたりの格子数よりも少ないことを特徴とする請求項２
または３記載の触媒燃焼装置。 - 【請求項５】 燃料と空気を混合する混合ガス供給部
と、前記混合ガス供給部の下流に設けられた通気性を有
する第一触媒体と、前記第一触媒体の下流に設けられた
通気性を有する第二触媒体と、外周部に配置され被加熱
流体通路を有する熱交換部と、前記第一触媒体の上流に
設けられ、前記熱交換部の内側に突出して接続された輻
射受熱部とを備え、前記第一触媒体と前記第二触媒体を
異なる材料で 形成し、前記第一触媒体の熱伝導率は、前
記第二触媒体の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする
触媒燃焼装置。 - 【請求項６】 前記第一触媒体と前記第二触媒体を異な
る材料で形成し、前記第一触媒体の熱伝導率は、前記第
二触媒体の熱伝導率よりも大きいことを特徴とする請求
項１記載の触媒燃焼装置。 - 【請求項７】 前記第一触媒体と前記第二触媒体との間
で、前記第一触媒体に近接設置されたガスセンサーを備
えたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載
の触媒燃焼装置。 - 【請求項８】 前記第一触媒体と前記第二触媒体との間
で、前記第一触媒体に近接設置された温度センサーを備
えたことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載
の触媒燃焼装置。 - 【請求項９】 前記第一触媒体の上流に設置された第二
温度センサーを備えたことを特徴とする請求項８記載の
触媒燃焼装置。 - 【請求項１０】 排気口の上流に設けられ、前記熱交換
部に接続された排熱回収部を備えたことを特徴とする請
求項１から９のいずれかに記載の触媒燃焼装置。 - 【請求項１１】 前記第一触媒体の上流に設けられ、発
熱面の全部または一部が前記第一触媒体に対向するよう
に設置されたヒーターを備えたことを特徴とする請求項
１から１０のいずれかに記載の触媒燃焼装置。 - 【請求項１２】 前記仕切板、前記第二仕切板、前記輻
射受熱部、前記熱交換部の受熱面側、および前記排熱回
収部の全部または一部は、前記第一触媒体と前記第二触
媒体からの輻射を受けやすいように高輻射材で被覆され
ていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに
記載の触媒燃焼装置。 - 【請求項１３】 前記混合ガス供給部によって空気と混
合される燃料は液体燃料であって、前記混合ガス供給部
は前記液体燃料を気化させる気化ヒーターを有し、その
気化ヒーターによって気化された燃料と空気とを混合
し、前記第一触媒体の上流に設けられ、前記混合ガス供
給部に接続された触媒発熱体を備えたことを特徴とする
請求項１から１２のいずれかに記載の触媒燃焼装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07072999A JP3466103B2 (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | 触媒燃焼装置 |
| EP00105487A EP1036982B1 (en) | 1999-03-16 | 2000-03-15 | Catalytic combustion apparatus |
| KR10-2000-0013215A KR100404253B1 (ko) | 1999-03-16 | 2000-03-15 | 촉매 연소 장치 |
| DE60008029T DE60008029T2 (de) | 1999-03-16 | 2000-03-15 | Katalytische Verbrennungsvorrichtung |
| EP03013140A EP1353124A1 (en) | 1999-03-16 | 2000-03-15 | Catalytic combustion apparatus |
| US09/526,604 US6386862B1 (en) | 1999-03-16 | 2000-03-16 | Catalytic combustion apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP07072999A JP3466103B2 (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | 触媒燃焼装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000266316A JP2000266316A (ja) | 2000-09-29 |
| JP3466103B2 true JP3466103B2 (ja) | 2003-11-10 |
Family
ID=13439926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP07072999A Expired - Fee Related JP3466103B2 (ja) | 1999-03-16 | 1999-03-16 | 触媒燃焼装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6386862B1 (ja) |
| EP (2) | EP1036982B1 (ja) |
| JP (1) | JP3466103B2 (ja) |
| KR (1) | KR100404253B1 (ja) |
| DE (1) | DE60008029T2 (ja) |
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| JP4798932B2 (ja) * | 2000-07-28 | 2011-10-19 | パナソニック株式会社 | 燃料気化装置、触媒燃焼装置 |
| KR20020024525A (ko) * | 2000-09-25 | 2002-03-30 | 요트 루나우 | 연료 셀 배터리를 동작시키는 방법 |
| CN1217127C (zh) * | 2001-02-21 | 2005-08-31 | 松下电器产业株式会社 | 催化剂燃烧装置及其框体部分的制造方法 |
| DE10141776A1 (de) * | 2001-08-25 | 2003-03-06 | Ballard Power Systems | Verfahren zum Starten eines katalytischen Reaktors |
| KR100491330B1 (ko) * | 2002-04-02 | 2005-05-25 | 한국에너지기술연구원 | 단계별 혼합 방식의 고압 촉매/화염 복합 연소식 버너 |
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