JP3524722B2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体燃料または液
体燃料を燃焼する触媒燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の触媒燃焼装置を図７を参照しなが
ら説明する。ガスタンク１にはプロパン、ブタン等の液
化燃料ガスが蓄えられる。ガスタンク１内の燃料ガスは
ガス流路２を経てガスノズル３から噴出される。ガスノ
ズル３から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は内部に触媒体６を有し、
触媒体６表面上で混合ガスを燃焼し、燃焼熱を発生す
る。

【０００３】燃焼室５の混合気入り口の反対側には点火
装置７が設けてあり、点火装置７先端のプラグ８からス
パークを飛ばすことにより、混合ガスは着火する。触媒
体６下流に形成された火炎により触媒体６が加熱され、
触媒体６の温度が活性温度に達すると、触媒体６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。

【０００４】以後、燃焼室５内に供給された混合ガス
は、燃焼室５内の触媒体６全体で触媒燃焼を行い、燃焼
ガスは排気口９から大気へ排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の触媒燃焼装置では、以下に述べるような課題
があった。

【０００６】触媒はその表面に接触した燃料を完全に燃
焼するためには、あらかじめそれぞれ固有の活性化温度
以上に触媒温度を高温に維持しておかなければならな
い。そのため、始動時に火炎により触媒を加熱し、触媒
温度を活性温度以上に高めてから、燃料を触媒に供給
し、触媒燃焼を開始する方式を採用している。

【０００７】したがって、従来の触媒燃焼装置では火炎
燃焼タイプの燃焼装置に比べて、立上りに時間を要する
傾向があった。また、燃料ガスを燃料タンクなどに充填
して使用する場合、燃料タンクの充填量が定まっている
ので、使用時間を少しでも長くしたいという要望があ
り、より高効率な燃焼器が望まれている。

【０００８】本発明は、上記のような課題を考慮して、
立ち上がり特性に優れ、高効率な触媒燃焼装置を提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、燃料ガスを噴
出させるガスノズルと、前記ガスノズルから噴出された
燃料ガスと空気とを混合して混合ガスにする混合部と、
前記混合ガスを燃焼する内部に主触媒体を有する燃焼室
と、前記燃焼室の外側に前記燃焼室を覆うように設けた
加熱部とを備え、前記燃焼室出口に金属線材を基体とす
る補助触媒体が設けられていることを特徴とする触媒燃
焼装置である。

【００１０】

【００１１】

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら説明する。 （実施の形態１）本発明の第１の実施の形態である触媒
燃焼装置について、その構成を動作とともに、図１を参
照しながら説明する。図１の（ａ）は縦断面図であり、
（ｂ）は一部切り欠き平面図である。ガスタンク１１に
はプロパン、ブタン等の液化燃料ガスが蓄えられる。ガ
スタンク１１内の燃料ガスはガス流路１２を経てガスノ
ズル１３から噴出される。ガスタンク１１とガスノズル
１３間にはガス流量調節バルブ（図示せず）を設け、ガ
スタンク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もよい。ガスノズル１３から噴出
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。

【００１３】燃焼室１５は内部に主触媒体１６を有し、
主触媒体１６表面上で混合ガスを燃焼し、燃焼熱を発生
する。主触媒体１６は、たとえば図２に示すように、金
属薄板の平板と波板とを重ねて多層の触媒担体を形成
し、その表面に触媒層を担持したものである。主触媒体
１６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
ウム等の白金族金属である。ガスノズル１３より燃料ガ
スが混合室１４に供給され、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室１４で混合し、混
合ガスを燃焼室１５に供給する。燃焼室１５の混合気入
り口の反対側には点火装置１７が設けてあり、始動時
に、点火装置１７先端のプラグ１８からスパークを飛ば
すことにより、混合ガスは着火し、主触媒体１６下流部
に付着した火炎１９が形成される。火炎１９基部から主
触媒体１６に燃焼熱が供給され、主触媒体１６が加熱さ
れる。主触媒体１６の温度が活性温度に達すると、主触
媒体１６下流部から触媒燃焼が始まり、火炎１９に混合
ガスが供給されなくなり、火炎１９は消滅する。

【００１４】以後、主触媒体１６の上流部に向けて触媒
燃焼が広がり、やがて主触媒体１６全体で触媒燃焼が行
われるようになり、主触媒体１６が赤熱する。燃焼室内
１５で燃焼した燃焼ガスは、燃焼室出口２０から排気経
路２１を通り、排気口２２より大気へ排出される。排気
経路２１は加熱部２３の壁によって形成されている。こ
のとき加熱部２３の壁面は燃焼ガスにより高温に維持さ
れるので、加熱部２３壁面に接触している被加熱物を加
熱することができる。

【００１５】従来の触媒燃焼装置では、始動時に主触媒
体１６を加熱するための手段は主触媒体１６下流部に形
成された火炎１９のみであった。このために、主触媒体
１６の加熱が十分に行われているとは言い難く、火炎１
９が消滅してから主触媒体１６が赤熱するまでのタイム
ラグが長いことがあり、火炎燃焼装置に比べて、立上り
に時間を要する傾向があった。しかし、本発明では燃焼
室出口２０に補助触媒体２４が設けられている。このた
めに、主触媒体１６下流部に形成された火炎１９は火炎
１９基部からの熱の供給により主触媒体１６を加熱する
ことは勿論のこと、火炎燃焼により発生している高温の
燃焼ガスにより、または、火炎先端により直接補助触媒
体２４をも加熱することになる。ここで、補助触媒体２
４は、エクスパンドメタル等の金属線材を基体とする触
媒であるために、主触媒体１６と比べると熱容量が非常
に小さいために、主触媒体１６が活性化温度に達し、主
触媒体１６下流部に形成された火炎が消滅する時点で
は、すでに充分に活性化温度まで昇温しており、赤熱を
開始している。したがって、主触媒体１６の燃焼が立ち
上がる前から、補助触媒体２４で反応した高温の燃焼ガ
スは、排気通路２１を通過する際に加熱部２３を加熱す
ることができる。

【００１６】さらに、以下に述べるような効果もある。
一般に、触媒燃焼においては、輻射効率が高いことが知
られており、赤熱した高温の補助触媒体２４からは多量
の輻射熱が放射されている。この輻射熱が補助触媒体２
４に対向した加熱部２３の内壁面に照射し、加熱部２３
を加熱することができる。このため主触媒体１６の燃焼
が立ち上がる前から、補助触媒体２４からの熱放射によ
り加熱部２３を昇温することができる。従って、本発明
では、補助触媒体２４で反応した燃焼ガスと、補助触媒
体２４から放射される輻射熱のために、加熱部２３が素
早く昇温し、立上り時間を短縮することができる。

【００１７】なお、加熱部２３の内壁面に、補助触媒体
２４からの熱放射を吸収しやすくするために、輻射熱吸
収層や酸化被膜層等を設けると、さらに立ち上がり時間
を短縮することができる。

【００１８】加えて、補助触媒体２４からの熱放射は、
加熱部２３ばかりでなく、主触媒体１６にも照射されて
いる。一方、触媒自身も輻射熱を非常によく吸収する性
質を有しているので、赤熱した補助触媒体２４から放射
された輻射熱は、主触媒体１６で非常によく吸収され、
主触媒体１６の温度上昇に大きく寄与することになる。

【００１９】従来、火炎１９が消滅した以後の主触媒体
１６の温度上昇は主触媒体自身の触媒燃焼による反応熱
だけであったものに対し、本発明では、上記に説明した
ように、主触媒体自身の触媒燃焼による反応熱に加え
て、補助触媒体２４からの輻射熱も加わるために、主触
媒体１６の温度上昇の速度が著しく速くなり、火炎１９
が消滅してから主触媒体１６が赤熱するまでのタイムラ
グを短縮することができ、加熱部２３の昇温時間を短く
することができる。

【００２０】このように、補助触媒体２４による加熱部
２３への熱の供給と、主触媒体１６の燃焼開始時間の短
縮という２つの効果から、本発明により、立上り時間を
大幅に短縮することができる。

【００２１】ここで、始動時には、点火装置１７先端の
プラグ１８からスパークを飛ばすことにより、混合ガス
の着火を行っているが、点火時には燃焼室１５内に混合
ガスが満ちているために、点火プラグ１８から放電が開
始すると、燃焼室１５内に火炎が伝播する。このとき、
補助触媒体２４における金属線材間距離を燃料ガスの消
炎距離より小さくしておくと、伝播した火炎が補助触媒
体２４を通過する際に消炎し、火炎が排気口２２から外
部へ噴出することはない。

【００２２】また、図３に示すように、補助触媒体２４
を燃焼室内部に向けて凸状の形状とすると、補助触媒体
２４の流体通過面積を燃焼室出口２０よりかなり大きく
することができる。このことにより、補助触媒体２４を
通過する際の燃料ガスの流速がかなり遅くなり、補助触
媒体２４の反応活性が向上し、赤熱が素早く始まり、ま
た、赤熱時間も長時間維持できるようになる。加えて、
補助触媒体２４から放射される輻射熱が主触媒体１６に
吸収されやすくなり、立上り時間を大幅に短縮すること
ができる。

【００２３】また、図４に示すように、燃焼室出口２０
をひろげ、凸状にした補助触媒体２４が主触媒体１６と
接触できる構成にする。このような構成にすると、主触
媒体１６と補助触媒体２４とが熱的に接続されたことに
なり、主触媒体１６を加熱する際、補助触媒体２４から
の輻射熱に加えて、補助触媒体２４から直接熱伝導によ
り主触媒体１６に補助触媒体２４における燃焼熱が供給
されるために、さらに立上り時間を短縮することができ
る。

【００２４】また、図５に示すように、補助触媒体２４
に対向した加熱部２３壁面にのぞき孔２５を穿つと次に
述べるような効果がある。なお、図５の（ａ）は縦断面
図、（ｂ）はその平面図である。始動時に、点火装置１
７先端のプラグ１８からスパークを飛ばすことにより、
混合ガスは着火し、主触媒体１６下流部に付着した火炎
１９が形成される。この火炎１９をのぞき孔２５から観
察すると着火を確認することができる。しかし、この火
炎１９は青火でのぞき孔２５から確認しづらく、また主
触媒体１６下流が活性温度に達すると消炎してしまい、
着火確認方法としてはあまり適していない。

【００２５】しかし、本発明のように、燃焼室出口２０
に熱容量が非常に小さい金属線材を基体とする補助触媒
体２４を設けると、主触媒体１６下流部に付着した火炎
１９が形成されると、火炎１９により補助触媒体２４が
加熱され、補助触媒体２４は赤熱する。主触媒体１６が
活性化温度に達し、主触媒体１６下流部に形成された火
炎が消滅する時点では、すでに充分に活性化温度まで昇
温しており、火炎１９が消滅しても、補助触媒体２４で
触媒燃焼が起こり、補助触媒体２４は赤熱を維持する。

【００２６】したがって、補助触媒体２４に対向した加
熱部２３壁面にのぞき孔２５を穿つと、着火直後から補
助触媒体２４は赤熱を開始しているために、着火確認を
容易にすることができる。

【００２７】また、のぞき孔２５の孔径を燃料ガスの消
炎距離より小さくしておくと、万が一、火炎が伝播した
場合でも、のぞき孔２５を通過する際に消炎し、火炎が
のぞき孔２５から外部へ噴出することはない。 （実施の形態２）本発明の第２の実施の形態である触媒
燃焼装置について、図６を参照しながら説明する。ガス
タンク３１にはプロパン、ブタン等の液化燃料ガスが蓄
えられる。ガスタンク３１内の燃料ガスはガス流路３２
を経てガスノズル３３から噴出される。ガスタンク３１
とガスノズル３３間にはガス流量調節バルブ（図示せ
ず）を設け、ガスタンク３１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もよい。ガスノズ
ル３３から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３４で均一に混合し、燃
焼室３５に供給される。燃焼室３５は内部に主触媒体３
６を有し、主触媒体３６表面上で混合ガスを燃焼し、燃
焼熱を発生する。主触媒体３６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、ロジウム等の白金族金属である。

【００２８】ガスノズル３３より燃料ガスが混合室３４
に供給され、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室３４で混合し、混合ガスを燃焼室
３５に供給する。燃焼室３５の混合気入り口の反対側に
は点火装置３７が設けてあり、始動時に、点火装置３７
先端のプラグ３８からスパークを飛ばすことにより、混
合ガスは着火し、主触媒体３６下流部に付着した火炎３
９が形成される。火炎３９基部から主触媒体３６に燃焼
熱が供給され、主触媒体３６が加熱される。主触媒体３
６の温度が活性温度に達すると、主触媒体３６下流部か
ら触媒燃焼が始まり、火炎３９に混合ガスが供給されな
くなり、火炎３９は消滅する。以後、主触媒体３６の上
流部に向けて触媒燃焼が広がり、やがて主触媒体３６全
体で触媒燃焼が行われるようになり、主触媒体３６が赤
熱する。燃焼室内３５で燃焼した燃焼ガスは、燃焼室出
口４０から排気経路４１を通り、排気口４２より大気へ
排出される。このとき加熱部４３の壁面は燃焼ガスによ
り高温に維持されるので、加熱部４３壁面に接触してい
る被加熱物を加熱することができる。

【００２９】ここで、加熱部４３の壁面は、燃焼室３
５、混合部３４およびガスノズル３３の外側に燃焼室３
５、混合部３４およびガスノズル３３を覆うように設け
ている。そして、排気経路４１は加熱部４３内壁面と燃
焼室３５外壁面および混合部３４外壁面により形成され
ており、分岐部４４を排気通路４１内の混合部３４入口
近傍に設け、燃焼ガスが混合部３４へ流入することを防
いでいる。さらに、排気口４２は分岐部４４近傍の加熱
部４３壁面に設けた構成になっている。

【００３０】ここで、加熱部４３壁面は燃焼室３５壁面
と熱的に接触しておらず、加熱部４３における負荷変動
に対して燃焼室３５壁面が影響を受けづらく、主触媒体
３６の燃焼状態を安定にすることができる。なお、この
点は、図１の実施の形態１でも同様である。

【００３１】また、主触媒体３６で反応した燃焼ガス
は、燃焼室出口４０から排気通路４１に流入し、排気経
路４１を通過する際に、高温の燃焼室３５壁面から受熱
し、加熱部４３に熱を供給することができる。

【００３２】したがって、排熱を有効的に回収して加熱
部４３へ供給することができるために、燃焼効率が向上
した触媒燃焼器を提供することができる。 （実施の形態３）本発明の第３の実施の形態である触媒
燃焼装置について、図６を参照しながら説明する。ガス
タンク３１にはプロパン、ブタン等の液化燃料ガスが蓄
えられる。ガスタンク３１内の燃料ガスはガス流路３２
を経てガスノズル３３から噴出される。このとき、燃料
ガスは気化してガスノズル３３から噴出されるため、燃
焼時間の経過とともにガスノズル３３の温度が低下し、
噴出ガス量が低下したり、ガスノズル３３から液化した
ままの燃料ガスが噴出するということが生じることがあ
る。

【００３３】しかし、本発明では、加熱部４３は燃焼室
３５、混合部３４およびガスノズル３３の外側に燃焼室
３５、混合部３４およびガスノズル３３を覆うようにを
設けている。そして、排気経路４１は加熱部４３内壁面
と燃焼室３５外壁面および混合部３４外壁面とにより形
成されており、分岐部４４を排気通路４１内の混合部入
口近傍に設け、燃焼ガスが混合部３４へ流入することを
防いでいる。さらに、吸気口４５はガスノズル３３より
上流の加熱部４３壁面にを設けた構成になっている。

【００３４】このような構成にすると、燃焼用空気は吸
気口４５から燃焼器内部に導かれ、加熱部４３壁面とガ
スタンク３１の間の通路４６を通り、混合部３４入り口
で燃料ガスと混合して、混合部３４に供給される。ここ
で、吸気口４５が設けられている加熱部４３壁面は、分
岐部４４で排気通路４１とは遮断しているものの、燃焼
ガスの発熱により高温に維持されているため、燃焼用空
気は吸気口４５から燃焼器内部に導かれ、加熱部４３壁
面とガスタンク３１の間の通路４６を通る際に、加熱部
４３壁面から受熱し、暖められる。暖められた燃焼用空
気が混合部３４入り口から混合部３４に流入する際に、
ガスノズル３３を暖めることになる。

【００３５】したがって、液化燃料ガスの気化熱による
ガスノズル３３の温度低下を防止することができる。こ
のため、燃焼時間の経過とともに噴出ガス量が低下した
り、ガスノズル３３から液化したままの燃料ガスが噴出
するということが起こらなくなり、効率的に燃焼を行う
ことができる。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように、
本発明によれば、立ち上がり特性に優れ、高効率な触媒
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】本発明の第１の実施形態である触媒燃焼装置の
構成図

【図2】本発明の第１の実施形態である触媒体の構成図

【図3】本発明の第１の実施形態である触媒燃焼装置の
他実施例一部垂直断面図

【図4】本発明の第１の実施形態である触媒燃焼装置の
他実施例の一部垂直断面図

【図5】本発明の第１の実施形態である触媒燃焼装置の
他実施例の一部垂直断面図

【図6】本発明の第２および第３の実施形態である触媒
燃焼装置の実施例の一部垂直断面図

【図７】従来の触媒燃焼装置の一部垂直断面図

【符号の説明】

１３、３３ ガスノズル １４、３４ 混合室 １５、３５ 燃焼室 １６、３６ 主触媒体 ２０、４０ 燃焼室出口 ２１、４１ 排気通路 ２２、４２ 排気口 ２３、４３ 加熱部 ２４ 補助触媒体 ２５ のぞき孔 ４４ 分岐部 ４５ 吸気口

フロントページの続き (72)発明者 井田 治夫 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 北野 智章 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 小林 伸一郎 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９−166302（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−133328（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 11/40 F23D 14/18 F23C 11/00 306

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料ガスを噴出させるガスノズルと、前
   記ガスノズルから噴出された燃料ガスと空気とを混合し
   て混合ガスにする混合部と、前記混合ガスを燃焼する内
   部に主触媒体を有する燃焼室と、前記燃焼室の外側に前
   記燃焼室を覆うように設けた加熱部とを備え、前記燃焼
   室出口に金属線材を基体とする補助触媒体が設けられて
   いることを特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】 前記補助触媒体を構成する各金属線材間
   の距離が燃料ガスの消炎距離より小さいことを特徴とす
   る請求項1記載の触媒燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記補助触媒体の形状が前記燃焼室の内
   側に向けて凸状になっていることを特徴とする請求項1
   記載の触媒燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記補助触媒体と前記主触媒体とは熱的
   に接続されていることを特徴とする請求項1または３記
   載の触媒燃焼装置。
5. 【請求項５】 前記補助触媒体に対向した前記加熱部の
   壁面に、少なくとも１つののぞき孔が形成されているこ
   とを特徴とする請求項1記載の触媒燃焼装置。
6. 【請求項６】 前記のぞき孔の孔径が燃料ガスの消炎距
   離より小さいことを特徴とする請求項６記載の触媒燃焼
   装置。