JP3657675B2 - Combustion equipment - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、天然ガスやプロパンガスなどの気体燃料又は灯油や軽油などの液体燃料を燃焼させて熱源とする暖房機、給湯機、空調機器、携帯用熱機器等に利用される燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
触媒燃焼とは、ハニカムやファイバーのようなセラミック担体に白金族金属触媒を担持した触媒体を用いて、燃料と空気の混合気を燃焼させる方法である。
【０００３】
燃焼用の触媒は、酸素と炭化水素に対して選択吸着性を有し、その触媒の表面で両者を反応させる。この時、触媒の温度は同一ガスの有炎燃焼のそれよりも低いため、ＮＯｘがほとんど生じない。
【０００４】
また、有炎燃焼の可燃範囲は、空気過剰率が１〜２の範囲である。一方、触媒燃焼の可燃範囲は、空気過剰率が１〜５の範囲であり、希薄な混合気を用いて燃焼することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、触媒を用いた燃焼装置を有炎燃焼装置と同一の燃焼負荷率（燃焼室体積当たりの燃焼量）で運転すると、触媒体の温度が１２００℃以上となり触媒の耐熱寿命が著しく短くなるという問題が生じる。このため、触媒を耐熱限界温度以下で使用しなければならず、燃焼負荷を低くして大型化するか、又は燃料と空気の混合気における空気過剰率を高くし、燃焼温度を低下させる手段等が必要となる。
【０００６】
また、混合気を希薄にした場合、熱効率の低下が大きくなるという問題が生じる。即ち、燃料濃度が低下すると燃焼温度が低下するので、熱交換器と燃焼排気の温度差が縮小し、伝熱速度が低下する。従って、熱効率を上げるためには、大型の熱交換器が必要であり、大きな燃焼能力を有する触媒燃焼装置を、小型の装置で構成することが困難であった。
【０００７】
更に、触媒燃焼は、空気と燃料を予め混合して反応させなければならないが、燃料が液体燃料の場合には、燃料を気化させる熱が大きくなるという問題が生じる。従来の火炎燃焼を用いた気化式の液体燃料燃焼装置では、燃焼開始時のみ電気ヒータで気化部を加熱するが、定常燃焼時は火炎を気化部の一部に当てて加熱するため、電気の消費は少ないものになっている。しかしながら、触媒燃焼を用いた従来の燃焼装置では、火炎がないため、定常状態でも気化熱用の電気を供給しなければならず、余分な消費電力が必要となる課題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来の燃焼装置の課題を考慮して、ＮＯｘがほとんど発生しない燃焼装置を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明は、触媒の耐熱寿命が著しく短くなるという課題を解決することができる触媒を用いた燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１０】
また、本発明は、小型化が可能な触媒を用いた燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、燃料と空気の混合気における空気過剰率を高くする必要がなく、小型でも大きな燃焼能力を有する触媒を用いた燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、燃焼開始時に未燃ガスをださないため悪臭等の発生がない燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１３】
更にまた、本発明は、定常状態でも気化熱用の電気を供給する必要のない燃焼装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するための請求項１に記載の本発明は、燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を生成する混合気生成部と、前記混合気の流れ方向の下流側に位置し、前記混合気を触媒燃焼する第１触媒体とその第１触媒体により前記混合気が触媒燃焼される際に発生する熱エネルギーを集める第１熱回収部とを収納する第１触媒燃焼室と、前記第１触媒体の排気側に位置し、その第１触媒体により触媒燃焼されなかった前記混合気を触媒燃焼する第２触媒体を収納する第２触媒燃焼室と、前記第１触媒燃焼室の外面に取り付けられた、前記第１熱回収部により集められた熱エネルギーを外部に取り出すための第１熱取り出し部と、前記第２触媒燃焼室の排気側に位置し、前記第２触媒体から排出される排気に含まれる熱エネルギーを集める第２熱回収部と、その第２熱回収部が収納される室の外面に取り付けられ、前記第２熱回収部により集められた熱エネルギーを外部に取り出すための第２熱取り出し部とを備え、前記第１触媒体は、前記第１熱回収部に実質的に沿うように取り付けられ、前記第２触媒体の表面積は、前記第１触媒体の表面積より大きいことを特徴とする燃焼装置である。
なお、前記第１熱取り出し部は、水又は空気を前記熱エネルギーを外部に取り出すための媒体を有し、前記第２熱回収部はフィンであり、前記第２熱取り出し部は、水又は空気を前記熱エネルギーを外部に取り出すための媒体であってもよい。
【００１５】
なお、前記第１熱回収部はフィンであり、前記第１触媒体の全部又は一部は、前記フィンに対して所定の隙間を介して、そのフィンに沿うように取り付けられているとしてもよい。
【００１６】
また、前記フィンは、前記熱エネルギーを集めるための複数の面を有し、前記所定の隙間は、前記フィンの各面とそれと隣接する面との隙間より狭いとしてもよい。
【００１７】
また、前記第１触媒体は、全部又は一部に触媒を担持した金属担体であり、前記第２触媒体は、全部又は一部に触媒を担持したセラミック担体であるとしてもよい。
【００１８】
また、前記第１触媒燃焼室の燃焼量は、前記第２触媒燃焼室の燃焼量よりも大きいとしてもよい。
【００１９】
また、前記第１熱取り出し部は、水又は空気を前記熱エネルギーを外部に取り出すための媒体とするとしてもよい。
【００２０】
また、前記第２熱回収部はフィンであり、前記第２熱取り出し部は、水又は空気を前記熱エネルギーを外部に取り出すための媒体とするとしてもよい。
【００２１】
また、前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１着火手段を収納している第１火炎燃焼室を備えたとしてもよい。なお、前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１火炎燃焼室との間に、その第１火炎燃焼室で発生した火炎が前記混合気生成部に広がらないようにするための第１保炎部を備えたとしてもよい。また前記燃焼装置は、更に、前記第１火炎燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に位置し、前記混合気の流れ方向に渡って、前記第１触媒燃焼室の内周部に設けられたバイパスと、前記第１火炎燃焼室と前記第１触媒燃焼室との間に位置する前記バイパスの入り口を開閉する開閉手段とを備えたとしてもよい。更に、前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１火炎燃焼室との間に、その第１火炎燃焼室で発生した熱の一部を前記混合気生成部に戻す熱回収部を備えたとしてもよい。また、前記熱回収部を構成する金属材料の熱伝導率は、前記混合気生成部を構成する金属材料の熱伝導率よりも低いとしてもよい。更に、前記混合気生成部と前記熱回収部の接続部に、熱抵抗部を設けたとしてもよい。また、前記熱回収部に前記混合気の通過孔を設けたとしてもよい。更に、前記混合気の供給を開始した後、前記第１着火手段により前記混合気を着火し、前記第１火炎燃焼室に火炎を形成し、前記第１触媒体の上流側の温度が前記火炎により所定の値に達した後、前記混合気の供給を一時停止することにより前記火炎を消し、前記火炎が消えた後、前記供給を再開するとしてもよい。
【００２２】
また、前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１加熱手段を収納している第１加熱室を備えたとしてもよい。なお、前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１加熱室との間に、その第１加熱室で発生した火炎が前記混合気生成部に広がらないようにするための第１保炎部を備えたとしてもよい。また、前記燃焼装置は、更に、前記第１加熱室と前記第２触媒燃焼室との間に位置し、前記混合気の流れ方向に渡って、前記第１触媒燃焼室の内周部に設けられたバイパスと、前記第１加熱室と前記第１触媒燃焼室との間に位置する前記バイパスの入り口を開閉する開閉手段とを備えたとしてもよい。更に、前記第１加熱手段は、ヒータ素線と、そのヒーター素線を収納している金属被覆管と、その金属被覆管に充填され、前記ヒータ素線を前記金属被覆管から絶縁するための絶縁材と、複数の孔を有し、熱放射材が表面に形成されている放熱板とを備え、前記金属被覆管は、前記放熱板に接合されているとしてもよい。また、前記放熱板は箱状に形成され、前記金属被覆管は、その放熱板の底面に接合されているとしてもよい。また、前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１加熱室との間に、その第１加熱室で発生した熱の一部を前記混合気生成部に戻す熱回収部を備えたとしてもよい。更に、前記熱回収部を構成する金属材料の熱伝導率は、前記混合気生成部を構成する金属材料の熱伝導率よりも低いとしてもよい。また、前記混合気生成部と前記熱回収部の接続部に、熱抵抗部を設けたとしてもよい。更に、前記熱回収部に前記混合気の通過孔を設けたとしてもよい。
【００２３】
また、前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２着火手段を収納している第２火炎燃焼室を備えたとしてもよい。なお前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒燃焼室と前記第２火炎燃焼室との間に、その第２火炎燃焼室で発生した火炎が前記第１触媒燃焼室の方向に広がらないようにするための第２保炎部を備えたとしてもよい。また、前記第２加熱手段は、ヒータ素線と、そのヒーター素線を収納している金属被覆管と、その金属被覆管に充填され、前記ヒータ素線を前記金属被覆管から絶縁するための絶縁材と、複数の孔を有し、熱放射材が表面に形成されている放熱板とを備え、前記金属被覆管は、前記放熱板に接合されているとしてもよい。更に、前記放熱板は箱状に形成され、前記金属被覆管は、その放熱板の底面に接合されているとしてもよい。また、前記混合気の供給を開始した後、前記第２着火手段により前記混合気を着火し、前記第２火炎燃焼室に火炎を形成し、前記第１触媒体の下流側及び前記第２触媒体の上流側の温度が前記火炎により所定の値に達した後、前記混合気の供給を一時停止することにより前記火炎を消し、前記火炎が消えた後、前記供給を再開するとしてもよい。
【００２４】
また、前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２加熱手段を収納している第２加熱室を備えたとしてもよい。なお、前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒燃焼室と前記第２加熱室との間に、その第２加熱室で発生した火炎が前記第１触媒燃焼室の方向に広がらないようにするための第２保炎部を備えたとしてもよい。
【００２５】
また、本発明は、液体燃料を気化し、その気化された燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を生成する、気化ヒーターを具備する気化部と、その気化部の下流側に設けられた熱回収板と、その熱回収板の下流側に設けられ、前記混合気を触媒燃焼するための触媒体を収納している触媒燃焼室と、前記気化部の内部温度を検出する検出部と、その検出された温度に基づいて、前記気化ヒーターのパワーを制御するパワー制御手段とを備え、前記熱回収板の全部又は一部に触媒が担持され、前記熱回収部の一部が前記気化部に熱伝導的に接続されていることを特徴とする燃焼装置である。
【００２６】
以下、本発明について、例を用いつつ説明する。
【００２７】
本発明は、触媒燃焼の触媒耐熱性と燃焼負荷率の課題を解決する手段として、熱交換型の形式を有する第１触媒燃焼体と、ハニカム形状に代表される幾何学的表面積の大きな第２触媒燃焼体とを直列に配列した燃焼装置である。第１触媒燃焼体は、触媒燃焼の高熱伝達性を利用したもので、受熱用のフィンに触媒体を設けた熱交換型の触媒燃焼である。高濃度の混合気を触媒体で大量に燃焼させても燃焼熱を熱交換して取り去るため、触媒体の高温による劣化は防止できる。このような第１触媒燃焼体で燃料の一部を燃焼しかつ燃焼熱を除去し、残りの燃料を流れ方向下流に設けた第２触媒体で燃焼させる。第２触媒体の温度を触媒反応温度以上とするため、第１触媒体で燃料の全量を燃焼させず、第１と第２触媒体で分担して燃焼させる。
【００２８】
従って、第１触媒体は、荒い間隔で熱伝導率の高い触媒担体とし、第２触媒体は、幾何学的表面積の大きいすなわち細かい間隔の触媒担体としている。
【００２９】
触媒燃焼の高熱伝達性を利用して得られた本発明の第１触媒体の作用を次に説明する。従来の有炎燃焼装置は、高温の排気ガス分子が熱交換器の金属分子の振動を励起して熱を伝える。金属表面には振動を失った分子が滞留し、熱伝達を阻害するため、広い表面積の熱交換部が必要となっていた。これに対して、本発明で用いた第１触媒体は、熱交換部を直接触媒体が覆うため、燃料ガスが触媒に吸着して発熱し、熱は触媒層の原子を直接熱振動させ、この振動が熱交換器を構成する金属の原子に伝播する形で熱を伝えている。このため、狭い面積で大量に燃焼しても、伝熱による冷却で触媒体温度は９００℃以下となる。また燃焼部と熱交換部が一体であるので小型化が可能となる。
【００３０】
燃料の一部が第１触媒体で燃焼するので、この下流には火炎が形成できない。そこで、希薄燃焼の可能な触媒燃焼を第２触媒体で行う。残りの未燃ガスを全て燃焼するためには、表面積の大きいハニカム構造の触媒体が適する。このハニカム触媒体の反応は既知の技術をでよい。
【００３１】
以上のように、２つの性質の異なる触媒体を用いる本発明によれば、触媒燃焼の低温燃焼による低ＮＯｘ性と、燃焼負荷を増加させた場合の触媒の高温化の防止と、第１触媒体における触媒燃焼の高熱伝達性と、一体化による熱交換器の小型化とを同時に実現することができる。
【００３２】
次に、かかる基本的な構成において実用上問題になるのは、反応開始方法である。触媒燃焼を開始するには、触媒を活性化温度以上に予め昇温させなければならない。予熱が不十分であれば、触媒燃焼に移行する際の排気中の未燃ガスが多くなる。これは燃料の無駄であり、燃焼臭気の問題も生じる。
【００３３】
昇温させる手段には、電気ヒータか火炎の熱があり、これを用いて２つの形式の触媒燃焼体を同時にタイミングを合わせて加熱しなければならない。第１触媒体は燃料を全部燃焼しないので、第２触媒体は常に触媒燃焼開始前に活性化温度以上とし、排気に未燃ガスが排出しないものとする必要がある。
【００３４】
このため、第１触媒体と第２触媒体の間に、第２触媒体を予熱する火炎燃焼部または電気ヒータを必要とする。第１触媒体の前に予熱手段を設けても、高温熱気は、第１触媒体が熱交換部を有するために冷却されて第２触媒体を加熱しないからである。
【００３５】
また、急速に燃焼を増加させるためには、第２触媒体だけでなく第１触媒体にも予熱手段を追加する必要がある。第１触媒体が反応しない状態で燃焼を開始すると、第１触媒体が定常温度に達するまでは第２触媒体で反応する燃料が多くなるため、第２触媒体の高温劣化が起きるためである。これらの予熱手段のコンビネーションにより、定常燃焼到達時間、消費電力、初期排気特性、機器コスト等が変わる。それぞれ用途に合わせた選択により、特徴のある燃焼開始が可能である。
【００３６】
また、液体燃料を用いた時の気化用消費電力の削減に、第１触媒体の流れ方向上流に、気化部と一体となった触媒を担持した熱回収部を設けることが有効である。
【００３７】
【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。
【００３８】
本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置ついて、その断面図である図１を参照しながら説明する。１は、燃料ガスを供給する燃料供給部である。２は、燃焼用空気を供給する送風機である。３は、燃料供給部１により供給される燃料ガスと送風機２により供給される燃焼用空気とを混合して、混合気を作る混合部である。混合部３は、混合板２１を収納している。
【００３９】
４は、混合部３の下流側に設けられた第１触媒燃焼室である。５は、第１触媒燃焼室４の内面に突出する受熱用のフィンである。フィン５の流れ方向の長さは１００ｍｍであり、またその各部の厚さは３ｍｍであり、その高さは３０ｍｍである。７は、フィン５に隙間６を介して設けられた薄板状の第１触媒体である。第１触媒体７は、薄板状の耐熱鉄合金を基体とし、この両面に白金やパラジュウムのような白金族金属触媒を担持したγアルミナでなる触媒層をコートしたものである。８は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設けられた熱交換用の第１水経路である。第１触媒燃焼室４の内部と第１水経路８は、図１のＡ−Ａ´断面図である図２にも示されている。
【００４０】
９は、第１触媒燃焼室４の下流側に設けられた火炎燃焼室である。１１は、火炎燃焼室９内に収納された高圧放電や高温ヒータなどの着火手段である。
【００４１】
１０は、第１触媒燃焼室４と火炎燃焼室９との境に設けられた金網やパンチングメタル製の保炎部である。
【００４２】
１２は、火炎燃焼室９の下流側に設けられた第２触媒燃焼室である。１３は、火炎燃焼室９と第２触媒燃焼室１２との内周面に取り付けられた断熱材である。１４は、第２触媒燃焼室１２に収納された第１触媒体７よりも幾何学的表面積が広い３００セル／インチ平方のハニカム構造の第２触媒体である。第２触媒体１４の流れ方向の厚さは２０ｍｍである。第２触媒体１４のハニカム担体は、コーディエライトやアルミン酸石灰等のセラミック多孔体で、白金族金属触媒が担持されている。そのハニカム孔は、一辺０．６ｍｍ角の正方形である。
【００４３】
１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられた熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１水経路８に接続されている。加熱された水は暖房や給湯に使用される。フィン１５と第２水経路１６は、図１のＢ−Ｂ´断面図である図３にも示されている。
【００４４】
なお、第１水経路８と第２水経路１６の代わりに空気冷却を用いてもよい。この場合は温風を発生する。
【００４５】
次に、本発明の燃焼装置の機能について説明する。
【００４６】
混合部３から送られた混合気は、フィン５及び第１触媒体７を収納した第１触媒燃焼室４を通過する。混合気の空気過剰率は、可燃範囲の１〜２の間にあればよいが、１．１〜１．６の間が好ましい。なぜなら、その空気過剰率は、１．１以下では空気不足部分が生じて不完全燃焼し、１．６以上では着火し難くなるからである。
【００４７】
混合気は、火炎燃焼室９の着火手段１１により火炎となる。これにより、燃焼が開始する。第２触媒体１４は、その火炎の熱により加熱され、活性化温度である３００℃に達する。その活性化温度は、燃料や触媒の種類で異なり、例えば、プロパンガスの活性化温度は約３００℃であり、メタンはこれよりも高く、灯油はこれよりも低い。この状態でさらに火炎燃焼が続くと、第２触媒体１４の温度は４００〜６００℃に達する。この第２触媒体１４の上流面と保炎部１０との放射熱により、第１触媒体７の温度が３００℃に加熱されたとき、第１触媒体７の流れ方向の下流側から触媒燃焼反応が開始する。第１触媒体７がその反応により高温になるにつれ、その反応位置は第１触媒体７の上流方向に遡上する。
【００４８】
第１触媒燃焼室４で燃焼する混合気の量が増加すると、供給した燃料の７５％は、第１触媒燃焼室４で燃焼される。第２触媒燃焼室１２は、その残りを燃焼させる。火炎燃焼室９の混合気の燃料濃度は、排気が混ざるために薄くなり、火炎は消失する。第１触媒体７では、燃料ガスと酸素を吸着したその触媒の表面で、無炎燃焼の反応が生じている。第１触媒体７の熱は、放射熱として、隙間６を通過してフィン５に伝わる。
【００４９】
第１触媒体７とフィン５は、部分的に接触していても良いが、第１触媒体７とフィン５との間に隙間６を設けることが好ましい。なぜならば、フィン５の温度は、第１水経路８の冷却により１００〜３００℃であり、第１触媒体７がフィン５に接触していれば、その触媒は冷却されて、フィン５の温度に近づき、第１触媒体７の温度が活性化温度より低くなるからである。
【００５０】
従って、第１触媒体７とフィン５との間に隙間６があれば、第１触媒体７からフィン５への熱の伝搬は、放射熱により行われるため、第１触媒体７が高温となれば、温度の４乗に比例して放射熱は増加するため、第１触媒体７自体の温度の上昇を抑える効果が生じ、その触媒体の耐熱温度以下で飽和させることが可能となる。また、第１触媒体７が低温となれば、温度の４乗に比例して放射熱は減少するため、第１触媒体７自体の温度の低下を抑える効果が生じ、安定した燃焼が可能となる。
【００５１】
次に、実験結果に基づいて、本燃焼装置の燃焼効率について説明する。第１触媒燃焼室４で燃焼された混合気は、混合部３から送られた混合気の７５％であった。また、第１触媒燃焼室４の第１触媒体７により燃焼された混合気は、放射熱として、第１触媒燃焼室４が収納するフィン５から第１水経路８に伝熱する。そのフィン５から第１水経路８に伝熱したエネルギーは、第１触媒燃焼室４における燃焼によるエネルギーの８０％であった。従って、本燃焼装置に供給された燃料の６０％（＝７５×８０％）が、第１触媒燃焼室４と第１水経路８との間で熱交換されたことになる。
【００５２】
第１触媒燃焼室４から排出される排気には、第１触媒燃焼室４で燃焼されなかった残りの混合気（以後、未燃燃料という。）が含まれる。即ち、本燃焼装置に供給された燃料の２５％（＝１００％−７５％）が、その未燃燃料となる。
【００５３】
一方、フィン５から第１水経路８に伝熱しなかった放射熱の残りの１５％（＝７５％−６０％）のすべての熱が、排気熱として第１触媒燃焼室４から火炎燃焼室９を経て第２触媒燃焼室１２に排出されると仮定すれば、第１触媒燃焼室４から排出される排気には、合計で本燃焼装置に供給された燃料の４０％（＝２５％＋１５％）相当のエネルギーが含まれることになる。
【００５４】
ここで、第２触媒体１４の温度が低下すれば、未燃燃料が反応しにくくなるため、熱交換の効率が悪くなったり、或いは熱交換が行われなくなったりする。そこで、この問題に対処するため、断熱材１３が、火炎燃焼室９と第２触媒燃焼室１２との内周面に取り付けられている。また、第２触媒体１４は、未燃燃料を効率よく触媒燃焼させるため、第１触媒体７よりも幾何学的表面積が広いハニカム構造となっている。これにより、未燃燃料は、第２触媒燃焼室１２で効率よく燃焼される。
【００５５】
第２触媒燃焼室１２から排出される排気熱は、フィン１５からその第２水経路１６に伝熱する。実験では、フィン１５によるその排気熱の熱交換率は７０％であった。そこで、第２触媒体１４は、未燃燃料をすべて燃焼したと仮定すれば、第２触媒燃焼室１２から排出される排気熱は、本燃焼装置に供給された燃料の４０％相当のエネルギーを含むことになる。この場合、第２水経路１６により回収された熱は２８％（＝４０％×７０％）となる。
【００５６】
結局、実験結果に基づいて評価される本燃焼装置の総合熱効率は、第１水経路８と第２水経路１６により回収された熱エネルギーを合計した８８％（６０％＋２８％）となる。
【００５７】
なお、第１触媒体と第２触媒体の燃焼量比率は、本実施の形態の比率に限定されるものではなく、用途や機器サイズにより、その最適値は変動する。
【００５８】
また、図２に示すように、フィン５とこれと対面する第１触媒体７との間の隙間６は、互いに隣接する第１触媒体７間にある間隔１７よりも狭い間隔であるとしてもよい。更に、第１触媒体７の裏面と表面に触媒層を形成させるとしてもよい。これにより、フィン５近傍の未反応燃料のスリップを防止し、第１触媒体７での燃焼量を増加させることができる。なぜならば、フィン５近傍の混合気の温度は、間隔１７にある混合気の温度よりも低くいために、触媒反応が進行しにくく、混合気も触媒表面に拡散しにくいからである。
【００５９】
本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置ついて、その断面図である図４を参照しながら説明する。１は、燃料パイプ１８を介して液体燃料を供給する燃料供給部である。１９は、液体燃料を加熱する気化ヒータである。２は、燃焼用空気を送る送風機である。２０は、混合板２１を収納した気化部である。
【００６０】
２４は、気化部２０の下流側に設けられた第１火炎燃焼室である。２３は、気化部２０で生成された混合気を着火する第１着火手段である。第１着火手段２３は、第１火炎燃焼室２４に収納されている。２２は、気化部２０と第１火炎燃焼室２４との間に設けられた第１保炎部である。
【００６１】
４は、第１火炎燃焼室２４の下流側に設けられた第１触媒燃焼室である。５は第１触媒燃焼室４の内面に突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を介してフィン５に設けられた薄板状の第１触媒体である。８は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設けられた熱回収用の第１水経路である。
【００６２】
２７は、第１触媒燃焼室４の下流側に設けられた第２火炎燃焼室である。２６は、混合気を着火する第２着火手段である。第２着火手段２６は、第２火炎燃焼室２７に収納されている。２５は、第１触媒燃焼室４と第２火炎燃焼室２７との間に設けられた第２保炎部である。
【００６３】
１２は、第２火炎燃焼室２７の下流側に設けられた第２触媒燃焼室である。１４は、ハニカム構造の第２触媒体である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼室１２に収納されている。１３は、火炎燃焼室２７と第２触媒燃焼室１２との内周面に取り付けられた断熱材である。
【００６４】
１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられた熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１水経路８に接続されている。加熱された水は暖房や給湯に使用される。
【００６５】
即ち、本実施の形態において、第１の実施の形態に対する相違点は、更に、第１着火手段を収納した第１火炎燃焼室２４と、第１保炎部２２とが設けられたことと、燃料が液体燃料になったことである。
【００６６】
次に、本実施の形態の機能を説明する。
【００６７】
燃料供給部１から供給される液体燃料は、燃料パイプ１８の先端から気化部２０に滴下する。燃料パイプ１８の先端部と気化部２０は、気化ヒータ１９により加熱されているので、液体燃料は気化部２０で気化する。その気化した燃料は、気化部２０の混合板２１により、送風機２から送られる燃焼用空気と混合され、混合気が作られる。
【００６８】
気化部２０で作られた混合気は、第１火炎燃焼室２４と第１触媒燃焼室４を経て、第２火炎燃焼室２７に送られる。第２火炎燃焼室２７に送られた混合気は、第２着火手段２６の着火により火炎を形成する。
【００６９】
第２触媒体１４は、その火炎の熱により加熱され、活性化温度である３００℃に達する。さらに火炎燃焼が続いて、第２触媒体１４の温度が４００〜６００℃に達した際に、第１着火手段２３を通電して、第１火炎燃焼室２４で混合気による火炎を形成させる。この時、第２火炎燃焼室２７の火炎は消滅する。
【００７０】
第１触媒体７の温度は、第１火炎燃焼室２４の燃焼熱により、流れ方向の上流側から昇温する。第１触媒体７の上流側の温度が３００〜６００℃に達した時、燃料の供給を５秒間停止させて、第１火炎燃焼室２４の火炎を消す。
【００７１】
その火炎が消された後の燃料供給により、気化部２０から送られる混合気は、第１触媒体７の上流と第２触媒体１４の上流から触媒燃焼を開始する。
【００７２】
外周部に冷却機構を具備しない第２触媒体１４の温度降下は少ないため、燃料濃度が低くても高温を保つことができ、触媒燃焼は進行する。第２触媒体１４における触媒の反応量は、混合気が第１触媒体７で部分的に反応しているために過大とはならない。この理由から、気化部２０から送られる混合気の流量を大きくすることができる。従って、燃焼開始時の発熱は、第１の実施の形態よりも大きくすることができる。
【００７３】
燃焼は最終的に安定し、供給した燃料の８５％が第１触媒体７で燃焼し、残りが第２触媒体１４で燃焼する。この定常燃焼の状況は、第１の実施の形態と同じである。
【００７４】
次に、燃料供給部１から供給される液体燃料が灯油又は軽油のような高沸点の燃料である場合の本燃焼装置の機能について説明する。この場合、第２着火手段２６の着火により、第２火炎燃焼室２７に送られた混合気の火炎を形成させるのは難しい。特に、低温での着火は困難となる。なぜならば、混合気が第１触媒体７を通過するときに凝縮して濃度が低下するからである。
【００７５】
これを解決するための本燃焼装置の動作は以下の通りである。
【００７６】
まず、第１着火手段２３により、気化部２０から第１火炎燃焼室２４に送られた混合気に火炎を形成させる。第１触媒体７は、この火炎の熱によって加熱される。加熱温度は、混合気の露点の温度から触媒活性化温度までの範囲である。例えば、灯油の場合の加熱温度は、７０〜２５０℃である。第１触媒体７がその加熱温度に達した時点で、一時的に燃料の供給を停止し、第１火炎燃焼室２４の火炎を消す。
【００７７】
第１火炎燃焼室２４の火炎が消えれば、燃料の供給を再開し、第２着火手段２６により第２火炎燃焼室２７に送られた混合気を着火する。その混合気は、第１触媒燃焼室４で結露しないために濃度低下はなく火炎を形成する。第２触媒体１４は、その火炎の熱により加熱され、活性化温度に達する。
【００７８】
第２触媒体１４の温度が活性化温度に達した状態で、第１着火手段２３に通電して、第１火炎燃焼室２４に送られた混合気により火炎を形成させる。この時、第２火炎燃焼室２７の火炎は消滅する。第１触媒体７は、第１火炎燃焼室２４の燃焼熱により上流側から昇温する。第１触媒体７の上流が４００〜６００℃に達したとき、燃料の供給を５秒間停止させて、第１火炎燃焼室２４の火炎を消す。
【００７９】
その火炎が消された後に再度供給される燃料により、気化部２０から送られる混合気は、第１触媒体７の上流と第２触媒体１４の上流から反応を開始し、定常燃焼に向かう。
【００８０】
この動作により、高沸点液体燃料を容易に燃焼させることができる。また、定常燃焼の状態は、第１の実施の形態と同じである。
【００８１】
本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置ついて、その断面図である図５を参照しながら説明する。本実施の形態において、第１の実施の形態に対する相違点は、保炎部１０を持たずに、着火手段１１を収納した火炎燃焼室９の代わりに、電気ヒータ２９を収納したヒータ室２８が設けられたことである。その他の構成は、第１の実施の形態と同じである。
【００８２】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
まず、電気ヒータ２９を通電し、その放射熱と対流熱により、第２触媒体１４の上流と第１触媒体７の下流を加熱する。活性化温度が３００℃以上である第１触媒体７と第２触媒体１４を、その活性化温度に加熱するためには、電気ヒータ２９の温度は７００℃以上が好ましい。
【００８３】
第１触媒体７と第２触媒体１４とが活性化温度に加熱された時点で、電気ヒータ２９の通電を停止し、また混合部３から混合気の供給を開始する。
【００８４】
混合気は、加熱された第２触媒体１４の上流側で反応を開始する。この熱を受けた第１触媒体７の下流端も反応を開始し高温となる。その反応位置は、次第に第１触媒体７の上流方向に遡上する。
【００８５】
第１触媒体７で触媒燃焼する混合気の量が増加するにしたがい、ヒータ室２８を通過して第２触媒体１４に流れるガスの燃料濃度は薄くなる。第２触媒体１４に流れるガスの燃料濃度が薄くなった状態で、燃料の供給量を増加させて定常燃焼に至らせる。定常燃焼に至った燃焼状態は第１の実施の形態と同じである。
【００８６】
本実施の形態では、火炎を用いずに定常燃焼に至らせるため、ＮＯｘがほとんど発生しない特徴を有する。また、着火時の空燃比の精度は、火炎着火ほど精密でなくてもよい。
【００８７】
混合気がヒータ室２８の電気ヒータ２９の高熱により万一発火した場合、火炎は、第１触媒燃焼室４の空間を逆火していき、混合室３をも発火させる。このようにして、混合室３で火炎が発生した場合には、第１触媒燃焼室４と第２触媒燃焼室１２の双方の燃焼は、もはや触媒燃焼とはならないために、低ＮＯｘの効果はなくなる。そこで、第１触媒燃焼室４とヒータ室２８との間に、図１と同様の金網又は多孔板等の保炎部を設けると、万一ヒータの熱で発火した場合でも、逆火を防止することが可能となる。
【００８８】
本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置ついて、その断面図である図６を参照しながら説明する。３０は、第１触媒燃焼室４の上流側に設けられた、第１電気ヒータ３１を収納した第１ヒータ室である。３２は、第１触媒燃焼室４と第２触媒燃焼室１２との間に設けられた、第２電気ヒータ３３を収納した第２ヒータ室である。即ち、本実施の形態において、第３の実施の形態に対する実質的な相違点は、更に第１電気ヒータ３１を収納した第１ヒータ室３０が設けられたことである。
【００８９】
なお、図６におけるＡ−Ａ´線とＢ−Ｂ´線に対応する断面図は、それぞれ図２と図３に示されている。
【００９０】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
【００９１】
第１電気ヒータ３１と第２電気ヒータ３３とを通電し、第１触媒体７と第２触媒体１４を同時に加熱して、触媒予熱を開始する。第１触媒体７と第２触媒体１４の温度が所定の活性化温度に達した後、第１電気ヒータ３１と第２電気ヒータ３２の通電を停止し、燃料の供給を開始する。なお、停止と供給の順序はどちらが先でも構わない。
【００９２】
混合部３から送られた混合気が第１触媒燃焼室４を通過する場合、その混合気は、第１触媒体７の上流と下流で部分的に反応する。
【００９３】
また、第１触媒体７をすり抜けた未反応燃料は、第２触媒体１４の上流で反応し始める。第２触媒体１４は高温となっているので、未反応ガスは、ここで反応し、最終排気には未燃ガスはほとんど含まれない。本燃焼装置から外部に未燃ガスを排出させないためには、第２触媒体１４の予熱温度は、第１触媒体７よりも高いことが好ましい。
【００９４】
本実施の形態では、第１触媒体７の上流の発熱が混合気の流れに乗って下流に伝播するため、短時間で第１触媒体７を定常温度に到達させることができる。このため、本実施の形態は、第３の実施の形態よりも最大出力を短時間で得ることができる。
【００９５】
本発明の第５の実施の形態に係る燃焼装置ついて、その断面図である図７を参照しながら説明する。１は、燃料パイプ１８の先端から液体燃料を供給する燃料供給部である。１９は、液体燃料を加熱する気化ヒータである。２は、燃焼用空気を送る送風機である。２０は、混合板を２つ収納した気化部である。
【００９６】
９は、気化部２０の下流側に設けられた火炎燃焼室である。１１は、気化部２０で生成された混合気を着火する着火手段である。着火手段１１は、火炎燃焼室９に収納されている。１０は、気化部２０と火炎燃焼室９との間に設けられた保炎部である。
【００９７】
４は、火炎燃焼室９の下流側に設けられた第１触媒燃焼室である。５は、第１触媒燃焼室４の内面に突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を介してフィン５に設けられた薄板状の第１触媒体である。８は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設けられた熱回収用の第１水経路である。
【００９８】
２８は、第１触媒燃焼室４の下流側に設けられたヒータ室である。４４は、ヒータ室２８に収納された電気ヒータである。
【００９９】
１２は、ヒータ室２８の下流側に設けられた第２触媒燃焼室である。１４は、ハニカム構造の第２触媒体である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼室１２に収納されている。
【０１００】
１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられた熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１水経路８に接続されている。
【０１０１】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
【０１０２】
まず、電気ヒータ４４を通電し、第２触媒体１４を加熱し、気化部２０から混合気を送る。火炎燃焼室９に送られた混合気は、着火手段１１により火炎を形成する。この時、第２触媒体１４は、電気ヒータ４４により加熱されているので、着火時の臭気やＣＯはここで浄化される。
【０１０３】
火炎燃焼室９の火炎の熱により加熱され第１触媒体７が活性化温度に到達した時、燃料の供給を一旦停止して火炎を消す。その火炎が消えた後、燃料の供給を再開すると、第１触媒体７で触媒燃焼が生じる。この時、第１触媒体７は完全に昇温していないため、未燃ガスがヒータ室２８から第２触媒燃焼室１２に排出される。第２触媒燃焼室１２に排出された未燃ガスは、電気ヒータ４４により加熱されている第２触媒体１４で反応する。
【０１０４】
第１触媒体７は流れ方向の上流側から昇温するので、第１触媒体７の下流側が３００〜６００℃に達した時に、燃料の供給を増加させる。このタイミングにより、定常燃焼状態に到達させれば、未燃ガスによる第２触媒体１４の異常高温は完全に防止できる。
【０１０５】
これにより、燃焼は最終的に安定し、供給した燃料の８５％が第１触媒体７で燃焼し、残りが第２触媒体１４で燃焼する。この定常燃焼の状況は、第１の実施の形態と同じである。従って、本実施の形態によれば、短時間で燃焼を安定させることができ、着火時の未燃ガスの排出を少なくすることができる。
【０１０６】
本発明の第６の実施の形態に係る燃焼装置ついて、その断面図である図８を参照しながら説明する。１は、燃料パイプ１８から液体燃料を供給する燃料供給部である。１９は、液体燃料を加熱する気化ヒータである。２は、燃焼用空気を供給する送風機である。２０は、燃料供給部１により供給されて、気化された液体燃料と送風機２により供給される燃焼用空気とを混合して、混合気を作る気化部である。
【０１０７】
２８は、気化部２０の下流に設けられた、電気ヒータ４４を収納したヒータ室である。
【０１０８】
４は、ヒータ室２８の下流側に設けられた第１触媒燃焼室である。５は第１触媒燃焼室４の内面に突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を介してフィン５に設けられた薄板状の第１触媒体である。８は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設けられた熱回収用の第１水経路である。
【０１０９】
９は、第１触媒燃焼室４の下流側に設けられた火炎燃焼室である。１１は、混合気を着火する着火手段である。着火手段１１は、火炎燃焼室９に収納されている。１０は、第１触媒燃焼室４と火炎燃焼室９の間に設けられた保炎部である。
【０１１０】
１２は、火炎燃焼室９の下流側に設けられた第２触媒燃焼室である。１４は、ハニカム構造の第２触媒体である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼室１２に収納されている。
【０１１１】
１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられた熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１水経路８に接続されている。
【０１１２】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
【０１１３】
まず、電気ヒータ４４に通電し、第１触媒体７を加熱し、第１触媒体７に混合気を送る。第１触媒体７の温度は、触媒活性化温度以下とする。従って、第１触媒体７では触媒反応が生じないため、混合気は、着火手段１１により火炎燃焼室９で火炎を形成する。第２触媒体１４は、この火炎により加熱される。また、第１触媒体７の下流側も同様に加熱される。ところが、第１触媒体７の上流は、電気ヒータ４４により既に加熱されているので、触媒燃焼反応は、急速に第１触媒体７の上流に達する。
【０１１４】
これより、燃焼は最終的に安定し、第１の実施の形態と同じ定常状態となる。この方式は、液体燃料に有効であり、構成も簡素である。
【０１１５】
本発明の第７の実施の形態に係る燃焼装置ついて、その断面図である図９を参照しながら説明する。１は、燃料パイプ１８を介して液体燃料を供給する燃料供給部である。１９は、液体燃料を加熱する気化ヒータである。２は、燃焼用空気を送る送風機である。２０は、混合板２１を収納した気化部である。
【０１１６】
９は、気化部２０の下流側に設けられた火炎燃焼室である。１１は、気化部２０で生成された混合気を着火する放電を利用した着火手段である。着火手段１１は、火炎燃焼室９に収納されている。１０は、気化部２０と火炎燃焼室９との間に設けられた保炎部である。
【０１１７】
４は、火炎燃焼室９の下流側に設けられた第１触媒燃焼室である。５は第１触媒燃焼室４の内面に突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を介してフィン５に設けられた薄板状の第１触媒体である。８は、《アルミ合金製の》第１触媒燃焼室４の外周に設けられた熱回収用の第１水経路である。
【０１１８】
１２は、第１触媒燃焼室４の下流側に設けられた第２触媒燃焼室である。１４は、第１触媒体７よりも幾何学的表面積が大きいハニカム構造の第２触媒体である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼室１２に収納されている。
【０１１９】
１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられた熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１水経路８に接続されている。
【０１２０】
３４は、第１触媒燃焼室４の中心部が貫通されたバイパスである。バイパス３４には、開閉弁３５が設けられ、駆動部３６を介して開閉される。ここで、開閉弁３５は、バイパス３４の上流側に設けることが好ましい。開閉弁３５を下流側に設けた場合、バイパス３４に滞留する混合気が第１触媒体７の熱により発火するからである。
【０１２１】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
【０１２２】
液体燃料は、気化ヒータ１９により加熱された気化部２０で燃料ガスとなる。その燃料ガスは、気化部２０に収納された混合板２１により、送風機２から送られる燃焼用空気と混合して、混合気となる。その混合気は、その流れ方向の下流側に設けられた火炎燃焼室９に流れ込む。火炎燃焼室９に流れ込んでくる混合気は、着火手段１１により着火されて火炎を形成する。
【０１２３】
この時、混合気の流れ方向の上流側に位置するバイパス３４の入り口は、開閉弁３５により開の状態になっている。そのため、第１触媒体７と第２触媒体１４は、火炎燃焼室９の火炎の熱により加熱される。
【０１２４】
第１触媒体７と第２触媒体１４の温度が３００〜６００℃に達した時点で、燃料の供給を一時停止して、火炎燃焼室９の火炎を消す。そして、駆動部３６により、バイパス３４の入り口の開閉弁３５を閉の状態として、燃料の供給を再開する。この時、第１触媒体７と第２触媒体１４は、活性化温度以上に加熱されているので、第１触媒体７と第２触媒体１４は、速やかに触媒燃焼を開始し、安定状態に達する。
【０１２５】
以上、本実施の形態では、１つの着火手段１１により、第１触媒体７と第２触媒体１４とを十分に高温とすることができる。
【０１２６】
本発明の第８の実施の形態に係る燃焼装置ついて、その断面図である図１０を参照しながら説明する。１は、燃料パイプ１８から液体燃料を供給する燃料供給部である。２は、燃焼用空気を供給する送風機である。２０は、燃料供給部１により供給される液体燃料と送風機２により供給される燃焼用空気とを混合して、混合気を作る気化部である。気化部２０は、アルミ又は鉄鋳物で作られている。１９は、気化部２０を加熱するための電気ヒータである。
【０１２７】
３０は、気化部２０の下流側に設けられた、第１電気ヒータ３１を収納した第１ヒータ室である。第１ヒータ室３０と気化部２０との間に、熱回収板３７が取り付けられている。熱回収板３７は、気化部２０の突出部３８にネジ３９で固定されている。熱回収板３７の側面には、複数の通過孔４０があり、その側面の下流端にはフランジ部４１が設けられている。また、熱回収板３７は、ステンレス鋼板で作られており、触媒を担持している。
【０１２８】
４は、第１ヒータ室３０の下流側に設けられた第１触媒燃焼室である。５は、第１触媒燃焼室４の内面に突出する受熱用のフィンである。７は、隙間６を介してフィン５に設けられた薄板状の第１触媒体である。８は、アルミ合金製の第１触媒燃焼室４の外周に設けられた熱回収用の第１水経路である。ここで、熱回収板３７の表面積は、第１触媒体７の触媒の表面積よりも小さい。
【０１２９】
３２は、第１触媒燃焼室４の下流側に設けられた第２ヒータ室である。３３は第２ヒータ室３２に収納された電気ヒータである。
【０１３０】
１２は、第２ヒータ室３２の下流側に設けられた第２触媒燃焼室である。１４は、ハニカム構造の第２触媒体である。第２触媒体１４は、第２触媒燃焼室１２に収納されている。
【０１３１】
１５は、第２触媒燃焼室１２の下流側に設けられた排気熱を回収する熱交換用のフィンである。１６は、フィン１５を収納している室の外周面に設けられた熱交換用の第２水経路である。第２水経路１６は第１水経路８に接続されている。
【０１３２】
４２は、気化部２０の外面に設けられた、気化部２０の内部温度を検出する検知部である。４３は、検知部４２の検出結果に基づいて、気化部２０の温度を液体燃料の沸点以上に保つように、気化ヒータ１９を制御する電気入力制御手段である。
【０１３３】
次に、本実施の形態の動作について説明する。
【０１３４】
気化ヒータ１９と第１電気ヒータ３１とに通電し、気化部２０と熱回収板３７と第１触媒体７とを加熱する。灯油又は軽油などの液体燃料は、気化部２０に供給されて、そこで燃料ガスとなり、送風気から送られる燃焼用空気と混合し、混合気となる。
【０１３５】
混合気は、熱回収板３７を通過し、第１触媒体７で触媒燃焼を開始する。これと同時に、第１電気ヒータ３１により加熱されている熱回収板３７の触媒も反応を開始する。その反応熱は、突出部３８から気化部２０に伝熱して、気化部２０を加熱する。また、熱回収板３７のフランジ部４１は、第１触媒体７の放射熱により、加熱が促進される。更にその触媒反応が進めば、熱回収板３７は、４００〜６００℃にまで加熱される。熱回収板３７は、その熱を気化部２０に伝熱させる。
【０１３６】
ところで、熱回収板３７を構成する金属材料の熱伝導率は、気化部２０を構成する金属材料の熱伝導率よりも低いことが好ましい。熱伝導率が高いと、気化部２０に熱を取られ過ぎて低温となり、熱回収板３７の触媒の反応性が低下するからである。この理由により、気化部２０と熱回収板３７の接続部に突出部３８を設けて、接触面積を選択し、最適な気化熱の伝導を図ることも有効である。
【０１３７】
また、熱回収板３７における触媒の反応量を増加させるため、熱回収板３７に通過孔４０を設けることも有効である。この場合、混合気は、熱回収板３７の表裏で反応し、反応量が増加するとともに、熱回収板３７の熱抵抗が増加して、先端が高温化し、反応性が高くなる。
【０１３８】
このような触媒燃焼において、検知部４２が、気化部２０の内部温度が所定の温度に加熱されたことを検出すれば、電気入力制御手段４３は、気化ヒータ１９の通電を停止する。この後、電気入力制御手段４３は、気化部２０の温度を沸点以上に保つように、気化ヒータ１９のＯＮ−ＯＦＦを繰り返す。これにより、触媒燃焼における液体燃料の気化用の消費電力を削減することができる。
【０１３９】
なお、本実施の形態では、第１触媒体７は、第１の実施の形態における第１触媒体７と同じ熱交換一体型のものであるとしたが、ハニカム型触媒体としてもよい。
【０１４０】
第５と第６の実施の形態で使用した電気ヒータ４４について、その構造図である図１１を参照しながら説明する。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＺ−Ｚ´線の断面図である。電気ヒータ４４は、第５と第６の実施の形態以外の電気ヒータを使用する実施の形態でも使用可能である。４５は金属被覆管である。４６は、金属被覆管４５に収納されたヒータ素線である。４７は、金属被覆管４５に収納されたマグネシア絶縁材である。ヒータ素線４６は、マグネシア絶縁材４４により金属被覆管から絶縁される。
【０１４１】
４８は、熱放射材が表面に形成された放熱板である。放熱板４８には、多数の通過孔５０が穿たれている。ここで、混合気の流路において、電気ヒータ４４が触媒体に対面して設けられると、触媒体の周囲が低温となり易い。そこで、放熱板４８を底面と側面を有する箱状として、空気との接触面積を増加させると、均一加熱が可能となる。
【０１４２】
金属被覆管４６は、ニッケルろう材４９によって、放熱板４８に接合されている。
【０１４３】
この電気ヒータ４４を第１触媒体７又は第２触媒体１４と対面させれば、触媒を予熱することができる。
【０１４４】
一般に、予熱を素早くするには、電気ヒータの電力量を大きくしなければならない。しかし、この場合、電気ヒータの金属被覆管が高温となるため、その金属被覆管の劣化の問題が生じる。
【０１４５】
本実施の形態における電気ヒータ４４では、金属被覆管４５は、熱放射しやすい表面処理が施された放熱板４８に接続されているために、放熱板４８に拡散した熱が、放射熱として発散する。その結果、金属被覆管４５は劣化しにくいものとなる。これにより、予熱を素早くできるので、触媒の予熱時間を短縮できる。
【０１４６】
通過孔５０は、混合気の通過のための孔であるが、孔の配列を金属被覆管４５の近傍とすれば、さらに加熱能力を高めることができる。
【０１４７】
なお、放熱板４８は、底面と側面を有する箱状であるとしたが、平板状としてもよい。
【０１４８】
【発明の効果】
以上のことから明らかなように、本発明によれば、ＮＯｘがほとんど発生しない燃焼装置を提供することができる。
【０１４９】
また、本発明によれば、触媒の耐熱寿命が著しく短くなるという課題を解決することができる。
【０１５０】
また、本発明によれば、触媒を用いた燃焼装置の小型化を図ることができる。
【０１５１】
また、本発明の燃焼装置は、燃料と空気の混合気における空気過剰率を高くする必要がなく、小型でも大きな燃焼能力を有する触媒を用いた燃焼装置を実現することができる。
【０１５２】
また、本発明によれば、燃焼開始時に未燃ガスをださないため悪臭等の発生がない。
【０１５３】
更に、本発明は、定常状態でも気化熱用の電気を供給する必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃焼装置の断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ´断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ´断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る燃焼装置の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る燃焼装置の断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る燃焼装置の断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る燃焼装置の断面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態に係る燃焼装置の断面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態に係る燃焼装置の断面図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態に係る燃焼装置の断面図である。
【図１１】（ａ）は第５と第６の実施の形態で使用した電気ヒータ４４の構造図であり、（ｂ）はそのＺ−Ｚ´線の断面図である。
【符号の説明】
１…燃料供給部
２…送風機
３…混合部
４…第１触媒燃焼室
５…フィン
６…隙間
７…第１触媒体
８…第１水経路
９…火炎燃焼室
１０…保炎部
１１…着火手段
１２…第２触媒燃焼室
１３…断熱材
１４…第２触媒体
１５…フィン
１６…第２水経路
２１…混合板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a combustion apparatus used in a heater, a hot water heater, an air conditioner, a portable heat device, etc., which uses a gas fuel such as natural gas or propane gas or a liquid fuel such as kerosene or light oil as a heat source. It is.
[0002]
[Prior art]
Catalytic combustion is a method in which a mixture of fuel and air is burned using a catalyst body in which a platinum group metal catalyst is supported on a ceramic carrier such as a honeycomb or fiber.
[0003]
The catalyst for combustion has selective adsorption property with respect to oxygen and hydrocarbon, and makes both react on the surface of the catalyst. At this time, since the temperature of the catalyst is lower than that of the flammable combustion of the same gas, almost no NOx is generated.
[0004]
Moreover, the combustible range of flammable combustion is a range whose air excess rate is 1-2. On the other hand, the combustible range of catalytic combustion has an air excess ratio in the range of 1 to 5, and can burn using a lean air-fuel mixture.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the combustion apparatus using the catalyst is operated at the same combustion load factor (combustion amount per combustion chamber volume) as the flammable combustion apparatus, the temperature of the catalyst body becomes 1200 ° C. or more, and the heat-resistant life of the catalyst is remarkably shortened Problems arise. For this reason, the catalyst must be used below the heat-resistant limit temperature, and the combustion load is reduced to increase the size, or the excess air ratio in the fuel / air mixture is increased to lower the combustion temperature, etc. Is required.
[0006]
Further, when the air-fuel mixture is diluted, there arises a problem that the reduction in thermal efficiency becomes large. That is, when the fuel concentration decreases, the combustion temperature decreases, so the temperature difference between the heat exchanger and the combustion exhaust decreases, and the heat transfer rate decreases. Therefore, in order to increase thermal efficiency, a large heat exchanger is required, and it is difficult to configure a catalytic combustion apparatus having a large combustion capacity with a small apparatus.
[0007]
Further, in catalytic combustion, air and fuel must be mixed and reacted in advance. However, when the fuel is a liquid fuel, there is a problem that heat for vaporizing the fuel becomes large. In a conventional vaporization type liquid fuel combustion apparatus using flame combustion, the vaporizer is heated by an electric heater only at the start of combustion, but during steady combustion, the flame is applied to a part of the vaporizer and heated. Consumption is low. However, in the conventional combustion apparatus using catalytic combustion, since there is no flame, electricity for vaporization heat must be supplied even in a steady state, and there is a problem that extra power consumption is required.
[0008]
An object of the present invention is to provide a combustion apparatus that hardly generates NOx in consideration of the problems of the conventional combustion apparatus.
[0009]
Another object of the present invention is to provide a combustion apparatus using a catalyst that can solve the problem that the heat-resistant life of the catalyst is remarkably shortened.
[0010]
Another object of the present invention is to provide a combustion apparatus using a catalyst that can be miniaturized.
[0011]
It is another object of the present invention to provide a combustion apparatus that uses a catalyst that has a small combustion capacity but does not require a high excess air ratio in a fuel / air mixture.
[0012]
It is another object of the present invention to provide a combustion apparatus that does not generate unpleasant odor and the like because unburned gas is not generated at the start of combustion.
[0013]
Furthermore, an object of the present invention is to provide a combustion apparatus that does not need to supply electricity for vaporization heat even in a steady state.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve this problem, the present invention according to claim 1 is located on the downstream side in the flow direction of the air-fuel mixture, and an air-fuel mixture generator that mixes fuel and combustion air to generate an air-fuel mixture. A first catalyst combustion chamber that houses a first catalyst body that catalytically burns the air-fuel mixture and a first heat recovery part that collects thermal energy generated when the air-fuel mixture is catalytically combusted by the first catalyst body; A second catalytic combustion chamber which is located on the exhaust side of the first catalytic body and houses a second catalytic body for catalytically burning the air-fuel mixture which has not been catalytically combusted by the first catalytic body;A first heat extraction portion attached to an outer surface of the first catalyst combustion chamber for extracting the heat energy collected by the first heat recovery portion to the outside, and an exhaust side of the second catalyst combustion chamber And a second heat recovery part that collects thermal energy contained in the exhaust gas discharged from the second catalyst body, and an outer surface of a chamber in which the second heat recovery part is stored, and the second heat recovery part A second heat extraction unit for extracting the collected heat energy to the outside;The first catalyst body is attached so as to be substantially along the first heat recovery section, and the surface area of the second catalyst body is larger than the surface area of the first catalyst body. Device.
  The first heat extraction unit has a medium for extracting water or air to the outside, the second heat recovery unit is a fin, and the second heat extraction unit is water or air. May be a medium for taking out the thermal energy to the outside.
[0015]
The first heat recovery unit may be a fin, and all or a part of the first catalyst body may be attached to the fin along a predetermined gap through a predetermined gap. .
[0016]
The fin may have a plurality of surfaces for collecting the heat energy, and the predetermined gap may be narrower than a gap between each surface of the fin and a surface adjacent thereto.
[0017]
The first catalyst body may be a metal carrier that supports a catalyst in whole or in part, and the second catalyst body may be a ceramic carrier that supports a catalyst in whole or in part.
[0018]
The combustion amount in the first catalyst combustion chamber may be larger than the combustion amount in the second catalyst combustion chamber.
[0019]
  Also,PreviousThe first heat extraction unit may use water or air as a medium for extracting the thermal energy to the outside.
[0020]
  Also,PreviousThe second heat recovery unit may be a fin, and the second heat extraction unit may use water or air as a medium for extracting the thermal energy to the outside.
[0021]
The combustion apparatus may further include a first flame combustion chamber containing a first ignition means between the mixture generation unit and the first catalyst combustion chamber. The combustion apparatus further prevents a flame generated in the first flame combustion chamber from spreading to the mixture generation unit between the mixture generation unit and the first flame combustion chamber. A first flame holding portion may be provided. Further, the combustion device is further located between the first flame combustion chamber and the second catalyst combustion chamber, and is provided in an inner peripheral portion of the first catalyst combustion chamber over the flow direction of the air-fuel mixture. The bypass may be provided, and opening / closing means for opening and closing the inlet of the bypass located between the first flame combustion chamber and the first catalyst combustion chamber. Further, the combustion apparatus further includes a heat recovery unit that returns a part of heat generated in the first flame combustion chamber to the mixture generation unit between the mixture generation unit and the first flame combustion chamber. May be provided. Moreover, the heat conductivity of the metal material constituting the heat recovery part may be lower than the heat conductivity of the metal material constituting the mixture generation part. Furthermore, a heat resistance part may be provided at a connection part between the mixture generation part and the heat recovery part. The heat recovery part may be provided with a passage hole for the air-fuel mixture. Furthermore, after the supply of the air-fuel mixture is started, the air-fuel mixture is ignited by the first ignition means, a flame is formed in the first flame combustion chamber, and the temperature on the upstream side of the first catalyst body is the flame. After reaching a predetermined value, the supply of the air-fuel mixture may be temporarily stopped to extinguish the flame, and the supply may be resumed after the flame is extinguished.
[0022]
In addition, the combustion device may further include a first heating chamber in which a first heating means is accommodated between the mixture generation unit and the first catalyst combustion chamber. The combustion apparatus further includes a first unit for preventing a flame generated in the first heating chamber from spreading to the mixture generation unit between the mixture generation unit and the first heating chamber. A flame holding part may be provided. Further, the combustion device is further located between the first heating chamber and the second catalytic combustion chamber, and is provided in an inner peripheral portion of the first catalytic combustion chamber in the flow direction of the air-fuel mixture. The bypass may be provided, and opening / closing means for opening and closing the bypass entrance located between the first heating chamber and the first catalytic combustion chamber. Further, the first heating means includes a heater element wire, a metal cladding tube containing the heater element wire, a metal cladding tube filled therein, and insulating the heater element wire from the metal cladding tube. An insulating material and a heat sink having a plurality of holes and having a heat radiation material formed on the surface thereof may be provided, and the metal-coated tube may be joined to the heat sink. Moreover, the said heat sink may be formed in box shape, and the said metal clad tube may be joined to the bottom face of the heat sink. The combustion device further includes a heat recovery unit that returns a part of heat generated in the first heating chamber to the mixture generation unit between the mixture generation unit and the first heating chamber. May be. Furthermore, the thermal conductivity of the metal material constituting the heat recovery unit may be lower than the thermal conductivity of the metal material constituting the mixture generation unit. Moreover, it is good also as providing the thermal resistance part in the connection part of the said air-fuel | gaseous mixture production | generation part and the said heat recovery part. Furthermore, a passage hole for the air-fuel mixture may be provided in the heat recovery unit.
[0023]
The combustion apparatus may further include a second flame combustion chamber containing a second ignition means between the first catalyst combustion chamber and the second catalyst combustion chamber. The combustion apparatus further prevents a flame generated in the second flame combustion chamber from spreading in the direction of the first catalyst combustion chamber between the first catalyst combustion chamber and the second flame combustion chamber. It is good also as providing the 2nd flame holding part for doing. The second heating means includes a heater element wire, a metal cladding tube containing the heater element wire, and a metal cladding tube filled with the heater element wire, for insulating the heater element wire from the metal cladding tube. An insulating material and a heat sink having a plurality of holes and having a heat radiation material formed on the surface thereof may be provided, and the metal-coated tube may be joined to the heat sink. Further, the heat radiating plate may be formed in a box shape, and the metal-coated tube may be bonded to the bottom surface of the heat radiating plate. In addition, after the supply of the air-fuel mixture is started, the air-fuel mixture is ignited by the second ignition means, a flame is formed in the second flame combustion chamber, and the downstream side of the first catalyst body and the second contact are formed. After the temperature on the upstream side of the medium reaches a predetermined value due to the flame, the flame may be extinguished by temporarily stopping the supply of the air-fuel mixture, and the supply may be resumed after the flame is extinguished.
[0024]
The combustion apparatus may further include a second heating chamber that houses second heating means between the first catalyst combustion chamber and the second catalyst combustion chamber. The combustion device further prevents a flame generated in the second heating chamber from spreading in the direction of the first catalytic combustion chamber between the first catalytic combustion chamber and the second heating chamber. A second flame holding portion may be provided.
[0025]
  Also bookThe invention vaporizes liquid fuel, mixes the vaporized fuel and combustion air to generate an air-fuel mixture, a vaporization section having a vaporization heater, and heat recovery provided downstream of the vaporization section A catalytic combustion chamber containing a catalyst body for catalytic combustion of the air-fuel mixture, a detection unit for detecting the internal temperature of the vaporization unit, and detection thereof And a power control means for controlling the power of the vaporization heater based on the measured temperature, a catalyst is supported on all or a part of the heat recovery plate, and a part of the heat recovery part is heated on the vaporization part. A combustion apparatus characterized by being conductively connected.
[0026]
Hereinafter, the present invention will be described using examples.
[0027]
As a means for solving the problems of catalyst heat resistance and combustion load factor of catalytic combustion, the present invention provides a first catalytic combustion body having a heat exchange type and a second having a large geometric surface area represented by a honeycomb shape. It is a combustion apparatus in which a catalytic combustion body is arranged in series. The first catalytic combustion body utilizes the high heat transfer property of catalytic combustion, and is a heat exchange type catalytic combustion in which a catalyst body is provided on a heat receiving fin. Even when a high-concentration air-fuel mixture is burned in a large amount with the catalyst body, the heat of combustion is removed by heat exchange, so that deterioration of the catalyst body due to high temperature can be prevented. A part of the fuel is combusted by such a first catalytic combustor and the combustion heat is removed, and the remaining fuel is combusted by the second catalyst provided downstream in the flow direction. In order to set the temperature of the second catalyst body to be equal to or higher than the catalyst reaction temperature, the first catalyst body does not burn the entire amount of fuel, but the first and second catalyst bodies share the combustion.
[0028]
Accordingly, the first catalyst body is a catalyst carrier having a high thermal conductivity at rough intervals, and the second catalyst body is a catalyst carrier having a large geometric surface area, that is, a fine interval.
[0029]
Next, the operation of the first catalyst body of the present invention obtained by utilizing the high heat transfer property of catalytic combustion will be described. In a conventional flammable combustion apparatus, hot exhaust gas molecules excite vibrations of metal molecules in a heat exchanger to transmit heat. Since molecules that have lost vibration remain on the metal surface and hinder heat transfer, a heat exchange part with a large surface area is required. On the other hand, in the first catalyst body used in the present invention, the catalyst body directly covers the heat exchanging portion, so that the fuel gas is adsorbed on the catalyst and generates heat, and the heat directly vibrates the atoms of the catalyst layer, Heat is transmitted in such a manner that this vibration propagates to metal atoms constituting the heat exchanger. For this reason, even if it burns in large quantities in a small area, the temperature of the catalyst body becomes 900 ° C. or less by cooling by heat transfer. In addition, since the combustion section and the heat exchange section are integrated, the size can be reduced.
[0030]
Since a part of the fuel burns in the first catalyst body, a flame cannot be formed downstream thereof. Therefore, catalytic combustion capable of lean combustion is performed with the second catalyst body. In order to burn all remaining unburned gas, a honeycomb structured catalyst body having a large surface area is suitable. The honeycomb catalyst body may be reacted by a known technique.
[0031]
As described above, according to the present invention using the catalyst bodies having two different properties, the low NOx property due to the low temperature combustion of the catalytic combustion, the prevention of the high temperature of the catalyst when the combustion load is increased, and the first touch High heat transfer characteristics of catalytic combustion in the medium and miniaturization of the heat exchanger by integration can be realized at the same time.
[0032]
Next, a practical problem in such a basic configuration is a reaction initiation method. In order to start catalytic combustion, the catalyst must be preheated to an activation temperature or higher. If preheating is insufficient, the amount of unburned gas in the exhaust when shifting to catalytic combustion increases. This is a waste of fuel and creates a problem of combustion odor.
[0033]
As a means for raising the temperature, there is an electric heater or the heat of flame, which must be used to heat two types of catalytic combustion bodies at the same time. Since the first catalyst body does not combust all the fuel, the second catalyst body must always be at the activation temperature or higher before the start of catalytic combustion so that the unburned gas is not discharged into the exhaust.
[0034]
For this reason, a flame combustion part or an electric heater for preheating the second catalyst body is required between the first catalyst body and the second catalyst body. This is because even if the preheating means is provided in front of the first catalyst body, the high-temperature hot air is cooled because the first catalyst body has the heat exchanging portion and does not heat the second catalyst body.
[0035]
In order to increase combustion rapidly, it is necessary to add preheating means not only to the second catalyst body but also to the first catalyst body. If combustion is started in a state in which the first catalyst body does not react, the amount of fuel that reacts with the second catalyst body increases until the first catalyst body reaches a steady temperature, so that the high temperature degradation of the second catalyst body occurs. . The combination of these preheating means changes the steady combustion arrival time, power consumption, initial exhaust characteristics, equipment cost, and the like. Characteristic combustion start is possible by selecting according to each application.
[0036]
In order to reduce the power consumption for vaporization when using liquid fuel, it is effective to provide a heat recovery unit carrying a catalyst integrated with the vaporization unit upstream in the flow direction of the first catalyst body.
[0037]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0038]
A combustion apparatus according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 1 denotes a fuel supply unit that supplies fuel gas. 2 is a blower for supplying combustion air. A mixing unit 3 mixes the fuel gas supplied from the fuel supply unit 1 and the combustion air supplied from the blower 2 to create an air-fuel mixture. The mixing unit 3 stores a mixing plate 21.
[0039]
Reference numeral 4 denotes a first catalytic combustion chamber provided on the downstream side of the mixing unit 3. Reference numeral 5 denotes a heat receiving fin protruding from the inner surface of the first catalytic combustion chamber 4. The length of the fin 5 in the flow direction is 100 mm, the thickness of each part is 3 mm, and the height is 30 mm. Reference numeral 7 denotes a thin plate-shaped first catalyst body provided on the fin 5 via the gap 6. The first catalyst body 7 is formed by coating a catalyst layer made of γ-alumina having a thin plate-like heat-resistant iron alloy as a base and carrying a platinum group metal catalyst such as platinum or palladium on both surfaces. 8 is the 1st water path for heat exchange provided in the outer periphery of the 1st catalyst combustion chamber 4 made from an aluminum alloy. The inside of the first catalytic combustion chamber 4 and the first water path 8 are also shown in FIG. 2 which is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG.
[0040]
9 is a flame combustion chamber provided on the downstream side of the first catalyst combustion chamber 4. Reference numeral 11 denotes ignition means such as a high-pressure discharge or a high-temperature heater housed in the flame combustion chamber 9.
[0041]
Reference numeral 10 denotes a flame retaining portion made of a metal mesh or punching metal provided at the boundary between the first catalyst combustion chamber 4 and the flame combustion chamber 9.
[0042]
A second catalytic combustion chamber 12 is provided on the downstream side of the flame combustion chamber 9. Reference numeral 13 denotes a heat insulating material attached to the inner peripheral surfaces of the flame combustion chamber 9 and the second catalyst combustion chamber 12. Reference numeral 14 denotes a second catalyst body having a honeycomb structure of 300 cells / inch square having a larger geometric surface area than the first catalyst body 7 housed in the second catalyst combustion chamber 12. The thickness of the second catalyst body 14 in the flow direction is 20 mm. The honeycomb carrier of the second catalyst body 14 is a porous ceramic body such as cordierite or lime aluminate, on which a platinum group metal catalyst is supported. The honeycomb hole is a square having a side of 0.6 mm square.
[0043]
Reference numeral 15 denotes a heat exchange fin for recovering exhaust heat provided on the downstream side of the second catalytic combustion chamber 12. 16 is the 2nd water path for heat exchange provided in the outer peripheral surface of the chamber which accommodates the fin 15. FIG. The second water path 16 is connected to the first water path 8. The heated water is used for heating and hot water supply. The fins 15 and the second water path 16 are also shown in FIG. 3, which is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
[0044]
Air cooling may be used instead of the first water path 8 and the second water path 16. In this case, warm air is generated.
[0045]
Next, the function of the combustion apparatus of the present invention will be described.
[0046]
The air-fuel mixture sent from the mixing unit 3 passes through the first catalyst combustion chamber 4 in which the fins 5 and the first catalyst body 7 are accommodated. The excess air ratio of the air-fuel mixture may be between 1 and 2 in the combustible range, but is preferably between 1.1 and 1.6. This is because if the excess air ratio is 1.1 or less, an air-deficient portion occurs and incomplete combustion occurs, and if it is 1.6 or more, ignition is difficult.
[0047]
The air-fuel mixture becomes a flame by the ignition means 11 in the flame combustion chamber 9. Thereby, combustion starts. The 2nd catalyst body 14 is heated with the heat of the flame, and reaches 300 degreeC which is activation temperature. The activation temperature differs depending on the type of fuel and catalyst. For example, the activation temperature of propane gas is about 300 ° C., methane is higher than this, and kerosene is lower than this. If flame combustion continues further in this state, the temperature of the second catalyst body 14 reaches 400 to 600 ° C. When the temperature of the first catalyst body 7 is heated to 300 ° C. by the radiant heat between the upstream surface of the second catalyst body 14 and the flame holding section 10, catalytic combustion occurs from the downstream side in the flow direction of the first catalyst body 7. The reaction starts. As the temperature of the first catalyst body 7 becomes higher due to the reaction, the reaction position goes up in the upstream direction of the first catalyst body 7.
[0048]
When the amount of the air-fuel mixture combusted in the first catalyst combustion chamber 4 increases, 75% of the supplied fuel is combusted in the first catalyst combustion chamber 4. The second catalyst combustion chamber 12 burns the remainder. The fuel concentration of the air-fuel mixture in the flame combustion chamber 9 becomes thinner because the exhaust gas is mixed, and the flame disappears. In the first catalyst body 7, a flameless combustion reaction occurs on the surface of the catalyst that has adsorbed the fuel gas and oxygen. The heat of the first catalyst body 7 is transmitted to the fins 5 through the gap 6 as radiant heat.
[0049]
The first catalyst body 7 and the fin 5 may be partially in contact with each other, but it is preferable to provide a gap 6 between the first catalyst body 7 and the fin 5. This is because the temperature of the fin 5 is 100 to 300 ° C. due to the cooling of the first water passage 8, and if the first catalyst body 7 is in contact with the fin 5, the catalyst is cooled and the temperature of the fin 5 is increased. This is because the temperature of the first catalyst body 7 becomes lower than the activation temperature.
[0050]
Accordingly, if there is a gap 6 between the first catalyst body 7 and the fins 5, heat is transmitted from the first catalyst body 7 to the fins 5 by radiant heat. If so, the radiant heat increases in proportion to the fourth power of the temperature, so that an effect of suppressing the temperature rise of the first catalyst body 7 itself is produced, and it becomes possible to saturate at or below the heat resistance temperature of the catalyst body. In addition, if the first catalyst body 7 has a low temperature, the radiant heat decreases in proportion to the fourth power of the temperature, so that the effect of suppressing the temperature drop of the first catalyst body 7 itself is produced, and stable combustion is possible. Become.
[0051]
Next, the combustion efficiency of the present combustion apparatus will be described based on the experimental results. The air-fuel mixture burned in the first catalyst combustion chamber 4 was 75% of the air-fuel mixture sent from the mixing unit 3. Further, the air-fuel mixture burned by the first catalyst body 7 in the first catalyst combustion chamber 4 is transferred as radiant heat from the fins 5 accommodated in the first catalyst combustion chamber 4 to the first water path 8. The energy transferred from the fin 5 to the first water path 8 was 80% of the energy generated by combustion in the first catalytic combustion chamber 4. Accordingly, 60% (= 75 × 80%) of the fuel supplied to the combustion apparatus is exchanged between the first catalytic combustion chamber 4 and the first water passage 8.
[0052]
The exhaust discharged from the first catalytic combustion chamber 4 includes the remaining air-fuel mixture that has not been combusted in the first catalytic combustion chamber 4 (hereinafter referred to as unburned fuel). That is, 25% (= 100% -75%) of the fuel supplied to the combustion apparatus becomes the unburned fuel.
[0053]
On the other hand, all the remaining 15% (= 75% -60%) of the radiant heat that has not been transferred from the fins 5 to the first water path 8 becomes exhaust heat from the first catalyst combustion chamber 4 to the flame combustion chamber 9. Assuming that the exhaust gas is discharged to the second catalytic combustion chamber 12 through the exhaust gas, a total of 40% (= 25% + 15%) of the fuel supplied to the combustion device is included in the exhaust gas discharged from the first catalytic combustion chamber 4. ) A considerable amount of energy will be included.
[0054]
Here, if the temperature of the 2nd catalyst body 14 falls, since unburned fuel will become difficult to react, the efficiency of heat exchange will worsen, or heat exchange may not be performed. Therefore, in order to cope with this problem, the heat insulating material 13 is attached to the inner peripheral surfaces of the flame combustion chamber 9 and the second catalyst combustion chamber 12. The second catalyst body 14 has a honeycomb structure having a larger geometric surface area than the first catalyst body 7 in order to efficiently catalytically burn unburned fuel. As a result, the unburned fuel is efficiently burned in the second catalytic combustion chamber 12.
[0055]
The exhaust heat discharged from the second catalytic combustion chamber 12 is transferred from the fins 15 to the second water path 16. In the experiment, the heat exchange rate of the exhaust heat by the fins 15 was 70%. Therefore, assuming that the second catalyst body 14 has burned all the unburned fuel, the exhaust heat discharged from the second catalyst combustion chamber 12 has an energy equivalent to 40% of the fuel supplied to the combustion apparatus. Will be included. In this case, the heat recovered by the second water path 16 is 28% (= 40% × 70%).
[0056]
Eventually, the total thermal efficiency of the present combustion apparatus evaluated based on the experimental result is 88% (60% + 28%), which is the sum of the thermal energy recovered by the first water path 8 and the second water path 16.
[0057]
The combustion amount ratio between the first catalyst body and the second catalyst body is not limited to the ratio of the present embodiment, and the optimum value varies depending on the application and the equipment size.
[0058]
In addition, as shown in FIG. 2, the gap 6 between the fin 5 and the first catalyst body 7 facing the fin 5 may be smaller than the distance 17 between the first catalyst bodies 7 adjacent to each other. Good. Furthermore, a catalyst layer may be formed on the back surface and the front surface of the first catalyst body 7. Thereby, the slip of the unreacted fuel in the vicinity of the fin 5 can be prevented, and the combustion amount in the first catalyst body 7 can be increased. This is because the temperature of the air-fuel mixture in the vicinity of the fins 5 is lower than the temperature of the air-fuel mixture at the interval 17, so that the catalytic reaction does not proceed easily and the air-fuel mixture does not easily diffuse to the catalyst surface.
[0059]
A combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 4 which is a sectional view thereof. A fuel supply unit 1 supplies liquid fuel via a fuel pipe 18. A vaporization heater 19 heats the liquid fuel. 2 is a blower for sending combustion air. Reference numeral 20 denotes a vaporizing unit that houses the mixing plate 21.
[0060]
Reference numeral 24 denotes a first flame combustion chamber provided on the downstream side of the vaporizing unit 20. Reference numeral 23 denotes a first ignition means for igniting the air-fuel mixture generated by the vaporizing unit 20. The first ignition means 23 is accommodated in the first flame combustion chamber 24. Reference numeral 22 denotes a first flame holding portion provided between the vaporizing portion 20 and the first flame combustion chamber 24.
[0061]
Reference numeral 4 denotes a first catalytic combustion chamber provided on the downstream side of the first flame combustion chamber 24. Reference numeral 5 denotes a heat receiving fin protruding from the inner surface of the first catalytic combustion chamber 4. Reference numeral 7 denotes a thin plate-like first catalyst body provided on the fin 5 with the gap 6 interposed therebetween. 8 is the 1st water path | route for heat recovery provided in the outer periphery of the 1st catalyst combustion chamber 4 made from an aluminum alloy.
[0062]
Reference numeral 27 denotes a second flame combustion chamber provided on the downstream side of the first catalyst combustion chamber 4. 26 is a second ignition means for igniting the air-fuel mixture. The second ignition means 26 is accommodated in the second flame combustion chamber 27. Reference numeral 25 denotes a second flame holding portion provided between the first catalyst combustion chamber 4 and the second flame combustion chamber 27.
[0063]
Reference numeral 12 denotes a second catalytic combustion chamber provided on the downstream side of the second flame combustion chamber 27. Reference numeral 14 denotes a second catalyst body having a honeycomb structure. The second catalyst body 14 is accommodated in the second catalyst combustion chamber 12. Reference numeral 13 denotes a heat insulating material attached to the inner peripheral surfaces of the flame combustion chamber 27 and the second catalyst combustion chamber 12.
[0064]
Reference numeral 15 denotes a heat exchange fin for recovering exhaust heat provided on the downstream side of the second catalytic combustion chamber 12. 16 is the 2nd water path for heat exchange provided in the outer peripheral surface of the chamber which accommodates the fin 15. FIG. The second water path 16 is connected to the first water path 8. The heated water is used for heating and hot water supply.
[0065]
That is, in the present embodiment, the difference from the first embodiment is that a first flame combustion chamber 24 storing a first ignition means and a first flame holding portion 22 are further provided. The fuel has become liquid fuel.
[0066]
Next, the function of this embodiment will be described.
[0067]
The liquid fuel supplied from the fuel supply unit 1 drops from the tip of the fuel pipe 18 to the vaporization unit 20. Since the tip of the fuel pipe 18 and the vaporizing unit 20 are heated by the vaporizing heater 19, the liquid fuel is vaporized by the vaporizing unit 20. The vaporized fuel is mixed with the combustion air sent from the blower 2 by the mixing plate 21 of the vaporizing unit 20 to create an air-fuel mixture.
[0068]
The air-fuel mixture produced by the vaporization unit 20 is sent to the second flame combustion chamber 27 through the first flame combustion chamber 24 and the first catalyst combustion chamber 4. The air-fuel mixture sent to the second flame combustion chamber 27 forms a flame when the second ignition means 26 ignites.
[0069]
The 2nd catalyst body 14 is heated with the heat of the flame, and reaches 300 degreeC which is activation temperature. Further, flame combustion continues, and when the temperature of the second catalyst body 14 reaches 400 to 600 ° C., the first ignition means 23 is energized to form a flame by the air-fuel mixture in the first flame combustion chamber 24. At this time, the flame in the second flame combustion chamber 27 disappears.
[0070]
The temperature of the first catalyst body 7 is raised from the upstream side in the flow direction by the combustion heat of the first flame combustion chamber 24. When the temperature on the upstream side of the first catalyst body 7 reaches 300 to 600 ° C., the fuel supply is stopped for 5 seconds, and the flame in the first flame combustion chamber 24 is extinguished.
[0071]
Due to the fuel supply after the flame is extinguished, the air-fuel mixture sent from the vaporizer 20 starts catalytic combustion from the upstream side of the first catalyst body 7 and the upstream side of the second catalyst body 14.
[0072]
Since the temperature drop of the second catalyst body 14 that does not have a cooling mechanism on the outer peripheral portion is small, a high temperature can be maintained even when the fuel concentration is low, and catalytic combustion proceeds. The reaction amount of the catalyst in the second catalyst body 14 does not become excessive because the air-fuel mixture partially reacts with the first catalyst body 7. For this reason, the flow rate of the air-fuel mixture sent from the vaporizing unit 20 can be increased. Therefore, the heat generation at the start of combustion can be made larger than that in the first embodiment.
[0073]
Combustion finally stabilizes, and 85% of the supplied fuel burns in the first catalyst body 7 and the rest burns in the second catalyst body 14. The situation of this steady combustion is the same as in the first embodiment.
[0074]
Next, the function of the present combustion apparatus when the liquid fuel supplied from the fuel supply unit 1 is a high boiling point fuel such as kerosene or light oil will be described. In this case, it is difficult to form a flame of the air-fuel mixture sent to the second flame combustion chamber 27 by the ignition of the second ignition means 26. In particular, ignition at low temperatures becomes difficult. This is because when the air-fuel mixture passes through the first catalyst body 7, it is condensed and the concentration decreases.
[0075]
The operation of the combustion apparatus for solving this is as follows.
[0076]
First, a flame is formed in the air-fuel mixture sent from the vaporizer 20 to the first flame combustion chamber 24 by the first ignition means 23. The first catalyst body 7 is heated by the heat of the flame. The heating temperature ranges from the temperature of the dew point of the gas mixture to the catalyst activation temperature. For example, the heating temperature in the case of kerosene is 70 to 250 ° C. When the first catalyst body 7 reaches its heating temperature, the supply of fuel is temporarily stopped and the flame in the first flame combustion chamber 24 is extinguished.
[0077]
When the flame in the first flame combustion chamber 24 disappears, the fuel supply is resumed, and the air-fuel mixture sent to the second flame combustion chamber 27 is ignited by the second ignition means 26. Since the air-fuel mixture does not condense in the first catalytic combustion chamber 4, there is no decrease in concentration and a flame is formed. The second catalyst body 14 is heated by the heat of the flame and reaches the activation temperature.
[0078]
In a state where the temperature of the second catalyst body 14 has reached the activation temperature, the first ignition means 23 is energized, and a flame is formed by the air-fuel mixture sent to the first flame combustion chamber 24. At this time, the flame in the second flame combustion chamber 27 disappears. The first catalyst body 7 is heated from the upstream side by the combustion heat of the first flame combustion chamber 24. When the upstream of the first catalyst body 7 reaches 400 to 600 ° C., the fuel supply is stopped for 5 seconds, and the flame in the first flame combustion chamber 24 is extinguished.
[0079]
By the fuel supplied again after the flame is extinguished, the air-fuel mixture sent from the vaporizer 20 starts reaction from the upstream side of the first catalyst body 7 and the upstream side of the second catalyst body 14 and goes to steady combustion.
[0080]
By this operation, the high boiling point liquid fuel can be easily burned. The state of steady combustion is the same as that in the first embodiment.
[0081]
A combustion apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The present embodiment is different from the first embodiment in that a heater chamber 28 containing an electric heater 29 is used instead of the flame combustion chamber 9 containing the ignition means 11 without the flame holder 10. It is provided. Other configurations are the same as those of the first embodiment.
[0082]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
First, the electric heater 29 is energized, and the upstream of the second catalyst body 14 and the downstream of the first catalyst body 7 are heated by the radiant heat and convection heat. In order to heat the first catalyst body 7 and the second catalyst body 14 whose activation temperature is 300 ° C. or higher to the activation temperature, the temperature of the electric heater 29 is preferably 700 ° C. or higher.
[0083]
When the first catalyst body 7 and the second catalyst body 14 are heated to the activation temperature, energization of the electric heater 29 is stopped, and supply of the air-fuel mixture from the mixing unit 3 is started.
[0084]
The air-fuel mixture starts reaction on the upstream side of the heated second catalyst body 14. The downstream end of the first catalyst body 7 receiving this heat also starts the reaction and becomes high temperature. The reaction position gradually goes up in the upstream direction of the first catalyst body 7.
[0085]
As the amount of air-fuel mixture that undergoes catalytic combustion in the first catalyst body 7 increases, the fuel concentration of the gas flowing through the heater chamber 28 and flowing to the second catalyst body 14 decreases. In a state where the fuel concentration of the gas flowing through the second catalyst body 14 is reduced, the fuel supply amount is increased to reach steady combustion. The combustion state that results in steady combustion is the same as in the first embodiment.
[0086]
In the present embodiment, steady combustion is achieved without using a flame, and thus NOx is hardly generated. In addition, the accuracy of the air-fuel ratio at the time of ignition may not be as precise as flame ignition.
[0087]
In the unlikely event that the air-fuel mixture is ignited due to the high heat of the electric heater 29 in the heater chamber 28, the flame backfires the space in the first catalytic combustion chamber 4 and also ignites the mixing chamber 3. In this way, when a flame is generated in the mixing chamber 3, the combustion in both the first catalytic combustion chamber 4 and the second catalytic combustion chamber 12 is no longer catalytic combustion, so the effect of low NOx is Disappear. Therefore, if a flame holding portion such as a wire mesh or a perforated plate similar to that shown in FIG. 1 is provided between the first catalytic combustion chamber 4 and the heater chamber 28, backfire is prevented even if the heater is ignited by heat. It becomes possible to do.
[0088]
A combustion apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 6 which is a sectional view thereof. Reference numeral 30 denotes a first heater chamber provided on the upstream side of the first catalytic combustion chamber 4 and containing the first electric heater 31. Reference numeral 32 denotes a second heater chamber that is provided between the first catalytic combustion chamber 4 and the second catalytic combustion chamber 12 and houses the second electric heater 33. That is, in the present embodiment, a substantial difference from the third embodiment is that a first heater chamber 30 that further houses the first electric heater 31 is provided.
[0089]
The cross-sectional views corresponding to the AA ′ line and the BB ′ line in FIG. 6 are shown in FIGS. 2 and 3, respectively.
[0090]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0091]
The first electric heater 31 and the second electric heater 33 are energized, the first catalyst body 7 and the second catalyst body 14 are heated simultaneously, and catalyst preheating is started. After the temperature of the 1st catalyst body 7 and the 2nd catalyst body 14 reaches predetermined activation temperature, electricity supply of the 1st electric heater 31 and the 2nd electric heater 32 is stopped, and supply of fuel is started. Note that either the stop or supply order may be first.
[0092]
When the air-fuel mixture sent from the mixing unit 3 passes through the first catalyst combustion chamber 4, the air-fuel mixture partially reacts upstream and downstream of the first catalyst body 7.
[0093]
Further, the unreacted fuel that has passed through the first catalyst body 7 starts to react upstream of the second catalyst body 14. Since the second catalyst body 14 is at a high temperature, the unreacted gas reacts here, and the final exhaust contains almost no unburned gas. In order not to discharge the unburned gas from the combustion apparatus to the outside, it is preferable that the preheating temperature of the second catalyst body 14 is higher than that of the first catalyst body 7.
[0094]
In the present embodiment, since the heat generation upstream of the first catalyst body 7 is propagated downstream along the flow of the air-fuel mixture, the first catalyst body 7 can reach the steady temperature in a short time. For this reason, this embodiment can obtain the maximum output in a shorter time than the third embodiment.
[0095]
A combustion apparatus according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A fuel supply unit 1 supplies liquid fuel from the tip of the fuel pipe 18. A vaporization heater 19 heats the liquid fuel. 2 is a blower for sending combustion air. Reference numeral 20 denotes a vaporization unit that houses two mixing plates.
[0096]
9 is a flame combustion chamber provided on the downstream side of the vaporizing section 20. Reference numeral 11 denotes ignition means for igniting the air-fuel mixture generated by the vaporizing unit 20. The ignition means 11 is accommodated in the flame combustion chamber 9. Reference numeral 10 denotes a flame holding portion provided between the vaporizing portion 20 and the flame combustion chamber 9.
[0097]
Reference numeral 4 denotes a first catalytic combustion chamber provided on the downstream side of the flame combustion chamber 9. Reference numeral 5 denotes a heat receiving fin protruding from the inner surface of the first catalytic combustion chamber 4. Reference numeral 7 denotes a thin plate-like first catalyst body provided on the fin 5 with the gap 6 interposed therebetween. 8 is the 1st water path | route for heat recovery provided in the outer periphery of the 1st catalyst combustion chamber 4 made from an aluminum alloy.
[0098]
Reference numeral 28 denotes a heater chamber provided on the downstream side of the first catalyst combustion chamber 4. An electric heater 44 is accommodated in the heater chamber 28.
[0099]
Reference numeral 12 denotes a second catalytic combustion chamber provided on the downstream side of the heater chamber 28. Reference numeral 14 denotes a second catalyst body having a honeycomb structure. The second catalyst body 14 is accommodated in the second catalyst combustion chamber 12.
[0100]
Reference numeral 15 denotes a heat exchange fin for recovering exhaust heat provided on the downstream side of the second catalytic combustion chamber 12. 16 is the 2nd water path for heat exchange provided in the outer peripheral surface of the chamber which accommodates the fin 15. FIG. The second water path 16 is connected to the first water path 8.
[0101]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0102]
First, the electric heater 44 is energized, the second catalyst body 14 is heated, and the air-fuel mixture is sent from the vaporizer 20. The air-fuel mixture sent to the flame combustion chamber 9 forms a flame by the ignition means 11. At this time, since the second catalyst body 14 is heated by the electric heater 44, the odor and CO at the time of ignition are purified here.
[0103]
When heated by the flame heat in the flame combustion chamber 9 and the first catalyst body 7 reaches the activation temperature, the supply of fuel is temporarily stopped to extinguish the flame. When the supply of fuel is resumed after the flame is extinguished, catalytic combustion occurs in the first catalyst body 7. At this time, since the temperature of the first catalyst body 7 is not completely raised, unburned gas is discharged from the heater chamber 28 to the second catalyst combustion chamber 12. The unburned gas discharged to the second catalyst combustion chamber 12 reacts with the second catalyst body 14 heated by the electric heater 44.
[0104]
Since the temperature of the first catalyst body 7 is increased from the upstream side in the flow direction, the supply of fuel is increased when the downstream side of the first catalyst body 7 reaches 300 to 600 ° C. If the steady combustion state is reached at this timing, the abnormally high temperature of the second catalyst body 14 due to unburned gas can be completely prevented.
[0105]
As a result, the combustion finally becomes stable, 85% of the supplied fuel burns in the first catalyst body 7, and the rest burns in the second catalyst body 14. The situation of this steady combustion is the same as in the first embodiment. Therefore, according to this embodiment, combustion can be stabilized in a short time, and discharge of unburned gas at the time of ignition can be reduced.
[0106]
A combustion apparatus according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A fuel supply unit 1 supplies liquid fuel from the fuel pipe 18. A vaporization heater 19 heats the liquid fuel. 2 is a blower for supplying combustion air. Reference numeral 20 denotes a vaporization unit that mixes the vaporized liquid fuel supplied from the fuel supply unit 1 and the combustion air supplied from the blower 2 to create an air-fuel mixture.
[0107]
Reference numeral 28 denotes a heater chamber that is provided downstream of the vaporizing unit 20 and houses the electric heater 44.
[0108]
Reference numeral 4 denotes a first catalyst combustion chamber provided on the downstream side of the heater chamber 28. Reference numeral 5 denotes a heat receiving fin protruding from the inner surface of the first catalytic combustion chamber 4. Reference numeral 7 denotes a thin plate-like first catalyst body provided on the fin 5 with the gap 6 interposed therebetween. 8 is the 1st water path | route for heat recovery provided in the outer periphery of the 1st catalyst combustion chamber 4 made from an aluminum alloy.
[0109]
9 is a flame combustion chamber provided on the downstream side of the first catalyst combustion chamber 4. 11 is an ignition means for igniting the air-fuel mixture. The ignition means 11 is accommodated in the flame combustion chamber 9. Reference numeral 10 denotes a flame holding portion provided between the first catalyst combustion chamber 4 and the flame combustion chamber 9.
[0110]
A second catalytic combustion chamber 12 is provided on the downstream side of the flame combustion chamber 9. Reference numeral 14 denotes a second catalyst body having a honeycomb structure. The second catalyst body 14 is accommodated in the second catalyst combustion chamber 12.
[0111]
Reference numeral 15 denotes a heat exchange fin for recovering exhaust heat provided on the downstream side of the second catalytic combustion chamber 12. 16 is the 2nd water path for heat exchange provided in the outer peripheral surface of the chamber which accommodates the fin 15. FIG. The second water path 16 is connected to the first water path 8.
[0112]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0113]
First, the electric heater 44 is energized, the first catalyst body 7 is heated, and the air-fuel mixture is sent to the first catalyst body 7. The temperature of the 1st catalyst body 7 shall be below catalyst activation temperature. Accordingly, since no catalytic reaction occurs in the first catalyst body 7, the air-fuel mixture forms a flame in the flame combustion chamber 9 by the ignition means 11. The second catalyst body 14 is heated by this flame. Further, the downstream side of the first catalyst body 7 is similarly heated. However, since the upstream side of the first catalyst body 7 has already been heated by the electric heater 44, the catalytic combustion reaction rapidly reaches the upstream side of the first catalyst body 7.
[0114]
As a result, the combustion finally becomes stable and becomes the same steady state as in the first embodiment. This method is effective for liquid fuel and has a simple configuration.
[0115]
A combustion apparatus according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A fuel supply unit 1 supplies liquid fuel via a fuel pipe 18. A vaporization heater 19 heats the liquid fuel. 2 is a blower for sending combustion air. Reference numeral 20 denotes a vaporizing unit that houses the mixing plate 21.
[0116]
9 is a flame combustion chamber provided on the downstream side of the vaporizing section 20. Reference numeral 11 denotes an ignition means using a discharge for igniting the air-fuel mixture generated in the vaporization unit 20. The ignition means 11 is accommodated in the flame combustion chamber 9. Reference numeral 10 denotes a flame holding portion provided between the vaporizing portion 20 and the flame combustion chamber 9.
[0117]
Reference numeral 4 denotes a first catalytic combustion chamber provided on the downstream side of the flame combustion chamber 9. Reference numeral 5 denotes a heat receiving fin protruding from the inner surface of the first catalytic combustion chamber 4. Reference numeral 7 denotes a thin plate-like first catalyst body provided on the fin 5 with the gap 6 interposed therebetween. Reference numeral 8 denotes a first water path for heat recovery provided on the outer periphery of the first catalyst combustion chamber 4 (made of aluminum alloy).
[0118]
Reference numeral 12 denotes a second catalytic combustion chamber provided on the downstream side of the first catalytic combustion chamber 4. Reference numeral 14 denotes a second catalyst body having a honeycomb structure having a larger geometric surface area than the first catalyst body 7. The second catalyst body 14 is accommodated in the second catalyst combustion chamber 12.
[0119]
Reference numeral 15 denotes a heat exchange fin for recovering exhaust heat provided on the downstream side of the second catalytic combustion chamber 12. 16 is the 2nd water path for heat exchange provided in the outer peripheral surface of the chamber which accommodates the fin 15. FIG. The second water path 16 is connected to the first water path 8.
[0120]
34 is a bypass through which the central portion of the first catalytic combustion chamber 4 is penetrated. The bypass 34 is provided with an opening / closing valve 35, which is opened / closed via a drive unit 36. Here, the on-off valve 35 is preferably provided on the upstream side of the bypass 34. This is because when the on-off valve 35 is provided on the downstream side, the air-fuel mixture staying in the bypass 34 is ignited by the heat of the first catalyst body 7.
[0121]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0122]
The liquid fuel becomes fuel gas in the vaporizing section 20 heated by the vaporizing heater 19. The fuel gas is mixed with the combustion air sent from the blower 2 by the mixing plate 21 housed in the vaporizing unit 20 to become an air-fuel mixture. The air-fuel mixture flows into the flame combustion chamber 9 provided on the downstream side in the flow direction. The air-fuel mixture flowing into the flame combustion chamber 9 is ignited by the ignition means 11 to form a flame.
[0123]
At this time, the inlet of the bypass 34 located on the upstream side in the flow direction of the air-fuel mixture is opened by the on-off valve 35. Therefore, the first catalyst body 7 and the second catalyst body 14 are heated by the heat of the flame in the flame combustion chamber 9.
[0124]
When the temperature of the first catalyst body 7 and the second catalyst body 14 reaches 300 to 600 ° C., the fuel supply is temporarily stopped and the flame in the flame combustion chamber 9 is extinguished. Then, the drive unit 36 closes the opening / closing valve 35 at the entrance of the bypass 34 and restarts the fuel supply. At this time, since the first catalyst body 7 and the second catalyst body 14 are heated to the activation temperature or higher, the first catalyst body 7 and the second catalyst body 14 immediately start catalytic combustion, and are in a stable state. To reach.
[0125]
As described above, in the present embodiment, the first catalyst body 7 and the second catalyst body 14 can be sufficiently heated by the single ignition means 11.
[0126]
A combustion apparatus according to an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A fuel supply unit 1 supplies liquid fuel from the fuel pipe 18. 2 is a blower for supplying combustion air. Reference numeral 20 denotes a vaporization unit that mixes the liquid fuel supplied from the fuel supply unit 1 and the combustion air supplied from the blower 2 to create an air-fuel mixture. The vaporization part 20 is made of aluminum or iron casting. Reference numeral 19 denotes an electric heater for heating the vaporizing unit 20.
[0127]
Reference numeral 30 denotes a first heater chamber that is provided on the downstream side of the vaporizing unit 20 and houses the first electric heater 31. A heat recovery plate 37 is attached between the first heater chamber 30 and the vaporization unit 20. The heat recovery plate 37 is fixed to the protruding portion 38 of the vaporizing unit 20 with screws 39. The side surface of the heat recovery plate 37 has a plurality of passage holes 40, and a flange portion 41 is provided at the downstream end of the side surface. The heat recovery plate 37 is made of a stainless steel plate and carries a catalyst.
[0128]
Reference numeral 4 denotes a first catalytic combustion chamber provided on the downstream side of the first heater chamber 30. Reference numeral 5 denotes a heat receiving fin protruding from the inner surface of the first catalytic combustion chamber 4. Reference numeral 7 denotes a thin plate-like first catalyst body provided on the fin 5 with the gap 6 interposed therebetween. 8 is the 1st water path | route for heat recovery provided in the outer periphery of the 1st catalyst combustion chamber 4 made from an aluminum alloy. Here, the surface area of the heat recovery plate 37 is smaller than the surface area of the catalyst of the first catalyst body 7.
[0129]
Reference numeral 32 denotes a second heater chamber provided on the downstream side of the first catalytic combustion chamber 4. An electric heater 33 is accommodated in the second heater chamber 32.
[0130]
Reference numeral 12 denotes a second catalytic combustion chamber provided on the downstream side of the second heater chamber 32. Reference numeral 14 denotes a second catalyst body having a honeycomb structure. The second catalyst body 14 is accommodated in the second catalyst combustion chamber 12.
[0131]
Reference numeral 15 denotes a heat exchange fin for recovering exhaust heat provided on the downstream side of the second catalytic combustion chamber 12. 16 is the 2nd water path for heat exchange provided in the outer peripheral surface of the chamber which accommodates the fin 15. FIG. The second water path 16 is connected to the first water path 8.
[0132]
Reference numeral 42 denotes a detection unit that is provided on the outer surface of the vaporization unit 20 and detects the internal temperature of the vaporization unit 20. 43 is an electric input control means for controlling the vaporization heater 19 based on the detection result of the detection unit 42 so as to keep the temperature of the vaporization unit 20 at or above the boiling point of the liquid fuel.
[0133]
Next, the operation of the present embodiment will be described.
[0134]
The vaporization heater 19 and the first electric heater 31 are energized to heat the vaporization unit 20, the heat recovery plate 37, and the first catalyst body 7. Liquid fuel such as kerosene or light oil is supplied to the vaporization unit 20, where it becomes fuel gas, which is mixed with the combustion air sent from the blown air to become an air-fuel mixture.
[0135]
The air-fuel mixture passes through the heat recovery plate 37 and starts catalytic combustion at the first catalyst body 7. At the same time, the catalyst of the heat recovery plate 37 heated by the first electric heater 31 also starts the reaction. The reaction heat is transferred from the protruding portion 38 to the vaporizing section 20 to heat the vaporizing section 20. Further, the heating of the flange portion 41 of the heat recovery plate 37 is promoted by the radiant heat of the first catalyst body 7. If the catalytic reaction further proceeds, the heat recovery plate 37 is heated to 400 to 600 ° C. The heat recovery plate 37 transfers the heat to the vaporization unit 20.
[0136]
By the way, it is preferable that the heat conductivity of the metal material which comprises the heat recovery board 37 is lower than the heat conductivity of the metal material which comprises the vaporization part 20. FIG. This is because if the thermal conductivity is high, the vaporization section 20 takes too much heat and the temperature becomes low, and the reactivity of the catalyst of the heat recovery plate 37 decreases. For this reason, it is also effective to provide a projecting portion 38 at the connection portion between the vaporizing portion 20 and the heat recovery plate 37, select a contact area, and achieve optimum conduction of vaporization heat.
[0137]
It is also effective to provide a passage hole 40 in the heat recovery plate 37 in order to increase the reaction amount of the catalyst in the heat recovery plate 37. In this case, the air-fuel mixture reacts on the front and back of the heat recovery plate 37, the amount of reaction increases, the heat resistance of the heat recovery plate 37 increases, the tip temperature rises, and the reactivity increases.
[0138]
In such catalytic combustion, when the detection unit 42 detects that the internal temperature of the vaporization unit 20 has been heated to a predetermined temperature, the electric input control means 43 stops energization of the vaporization heater 19. Thereafter, the electric input control means 43 repeats ON / OFF of the vaporizing heater 19 so as to keep the temperature of the vaporizing unit 20 at the boiling point or higher. Thereby, the power consumption for vaporization of the liquid fuel in catalytic combustion can be reduced.
[0139]
In the present embodiment, the first catalyst body 7 is the same heat exchange integrated type as the first catalyst body 7 in the first embodiment, but may be a honeycomb-type catalyst body.
[0140]
The electric heater 44 used in the fifth and sixth embodiments will be described with reference to FIG. FIG.11 (b) is sectional drawing of the ZZ 'line of Fig.11 (a). The electric heater 44 can also be used in an embodiment using an electric heater other than the fifth and sixth embodiments. 45 is a metal cladding tube. 46 is a heater wire housed in the metal-coated tube 45. Reference numeral 47 denotes a magnesia insulating material housed in the metal cladding tube 45. The heater wire 46 is insulated from the metal cladding by the magnesia insulating material 44.
[0141]
Reference numeral 48 denotes a heat radiating plate having a heat radiation material formed on the surface thereof. A large number of passage holes 50 are formed in the heat radiating plate 48. Here, if the electric heater 44 is provided facing the catalyst body in the air-fuel mixture flow path, the temperature around the catalyst body tends to be low. Therefore, uniform heating can be achieved by increasing the contact area with the air by using the heat radiating plate 48 as a box having a bottom surface and side surfaces.
[0142]
The metal-coated tube 46 is joined to the heat radiating plate 48 by a nickel brazing material 49.
[0143]
If this electric heater 44 faces the first catalyst body 7 or the second catalyst body 14, the catalyst can be preheated.
[0144]
Generally, to quickly preheat, the electric energy of the electric heater must be increased. However, in this case, since the metal cladding tube of the electric heater becomes high temperature, a problem of deterioration of the metal cladding tube occurs.
[0145]
In the electric heater 44 in the present embodiment, the metal-coated tube 45 is connected to the heat radiating plate 48 that has been subjected to a surface treatment that easily radiates heat. To do. As a result, the metal cladding tube 45 is not easily deteriorated. Thereby, since preheating can be performed quickly, the preheating time of a catalyst can be shortened.
[0146]
The passage hole 50 is a hole for the passage of the air-fuel mixture. However, if the hole arrangement is in the vicinity of the metal cladding tube 45, the heating capacity can be further increased.
[0147]
Although the heat radiating plate 48 is a box shape having a bottom surface and a side surface, it may be a flat plate shape.
[0148]
【The invention's effect】
As is clear from the above, according to the present invention, a combustion apparatus that hardly generates NOx can be provided.
[0149]
Further, according to the present invention, the problem that the heat-resistant life of the catalyst is remarkably shortened can be solved.
[0150]
Further, according to the present invention, it is possible to reduce the size of a combustion apparatus using a catalyst.
[0151]
Further, the combustion apparatus of the present invention does not need to increase the excess air ratio in the mixture of fuel and air, and can realize a combustion apparatus using a catalyst that is small but has a large combustion capacity.
[0152]
In addition, according to the present invention, no unburned gas is produced at the start of combustion, so that no bad odor is generated.
[0153]
Furthermore, the present invention does not require the supply of heat for vaporization even in a steady state.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a combustion apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB ′ of FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a combustion apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a combustion apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a sectional view of a combustion apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a sectional view of a combustion apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a sectional view of a combustion apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a sectional view of a combustion apparatus according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a sectional view of a combustion apparatus according to an eighth embodiment of the present invention.
11A is a structural diagram of an electric heater 44 used in the fifth and sixth embodiments, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along the line ZZ ′.
[Explanation of symbols]
1 ... Fuel supply section
2 ... Blower
3 ... Mixing section
4 ... 1st catalyst combustion chamber
5 ... Fins
6 ... Gap
7 ... 1st catalyst body
8 ... 1st water path
9 ... Flame combustion chamber
10 ... Flame holding part
11 ... Ignition means
12 ... Second catalyst combustion chamber
13… Insulation
14 ... Second catalyst body
15 ... Fins
16 ... Second water path
21 ... Mixing plate

Claims (27)

燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を生成する混合気生成部と、
前記混合気の流れ方向の下流側に位置し、前記混合気を触媒燃焼する第１触媒体とその第１触媒体により前記混合気が触媒燃焼される際に発生する熱エネルギーを集める第１熱回収部とを収納する第１触媒燃焼室と、
前記第１触媒体の排気側に位置し、その第１触媒体により触媒燃焼されなかった前記混合気を触媒燃焼する第２触媒体を収納する第２触媒燃焼室と、
前記第１触媒燃焼室の外面に取り付けられた、前記第１熱回収部により集められた熱エネルギーを外部に取り出すための第１熱取り出し部と、
前記第２触媒燃焼室の排気側に位置し、前記第２触媒体から排出される排気に含まれる熱エネルギーを集める第２熱回収部と、
その第２熱回収部が収納される室の外面に取り付けられ、前記第２熱回収部により集められた熱エネルギーを外部に取り出すための第２熱取り出し部とを備え、
前記第１触媒体は、前記第１熱回収部に実質的に沿うように取り付けられ、
前記第２触媒体の表面積は、前記第１触媒体の表面積より大きいことを特徴とする燃焼装置。An air-fuel mixture generating section that mixes fuel and combustion air to generate an air-fuel mixture;
A first catalyst body that is located downstream in the flow direction of the air-fuel mixture and that collects thermal energy generated when the air-fuel mixture is catalytically combusted by the first catalyst body and catalytic combustion of the air-fuel mixture. A first catalytic combustion chamber for storing the recovery unit;
A second catalyst combustion chamber that houses a second catalyst body that is located on the exhaust side of the first catalyst body and that catalytically burns the air-fuel mixture that has not been catalytically burned by the first catalyst body ;
A first heat extraction unit attached to an outer surface of the first catalyst combustion chamber, for extracting heat energy collected by the first heat recovery unit to the outside;
A second heat recovery part that is located on the exhaust side of the second catalyst combustion chamber and collects thermal energy contained in the exhaust discharged from the second catalyst body;
A second heat extraction unit attached to the outer surface of the chamber in which the second heat recovery unit is housed, and for extracting the heat energy collected by the second heat recovery unit to the outside ;
The first catalyst body is attached so as to substantially follow the first heat recovery section,
The combustion apparatus according to claim 1, wherein a surface area of the second catalyst body is larger than a surface area of the first catalyst body. 前記第１熱取り出し部は、水又は空気を前記熱エネルギーを外部に取り出すための媒体とを有し、
前記第２熱回収部はフィンであり、
前記第２熱取り出し部は、水又は空気を前記熱エネルギーを外部に取り出すための媒体とする
ことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。 The first heat extraction unit includes a medium for extracting water or air to extract the thermal energy to the outside,
The second heat recovery unit is a fin,
It said second heat extraction unit, a combustion apparatus according to claim 1, characterized in that a medium for taking out water or air the thermal energy to the outside. 前記第１熱回収部はフィンであり、
前記第１触媒体の全部又は一部は、前記フィンに対して所定の隙間を介して、そのフィンに沿うように取り付けられている
ことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。The first heat recovery unit is a fin,
2. The combustion apparatus according to claim 1, wherein all or a part of the first catalyst body is attached to the fins along a predetermined gap with a predetermined gap therebetween. 前記フィンは、前記熱エネルギーを集めるための複数の面を有し、
前記所定の隙間は、前記フィンの各面とそれと隣接する面との隙間より狭い
ことを特徴とする請求項３記載の燃焼装置。The fin has a plurality of surfaces for collecting the thermal energy;
The combustion apparatus according to claim 3 , wherein the predetermined gap is narrower than a gap between each surface of the fin and a surface adjacent thereto. 前記第１触媒体は、全部又は一部に触媒を担持した金属担体であり、
前記第２触媒体は、全部又は一部に触媒を担持したセラミック担体である
ことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。The first catalyst body is a metal carrier carrying a catalyst in whole or in part,
The combustion apparatus according to claim 1, wherein the second catalyst body is a ceramic carrier that supports a catalyst in whole or in part. 前記第１触媒燃焼室の燃焼量は、前記第２触媒燃焼室の燃焼量よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。  The combustion apparatus according to claim 1, wherein a combustion amount of the first catalyst combustion chamber is larger than a combustion amount of the second catalyst combustion chamber. 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１着火手段を収納している第１火炎燃焼室を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。  The said combustion apparatus is further equipped with the 1st flame combustion chamber which accommodated the 1st ignition means between the said air-fuel | gaseous mixture production | generation part and the said 1st catalyst combustion chamber. Combustion equipment. 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１火炎燃焼室との間に、その第１火炎燃焼室で発生した火炎が前記混合気生成部に広がらないようにするための第１保炎部を備えたことを特徴とする請求項７記載の燃焼装置。The combustion apparatus further includes a first unit configured to prevent a flame generated in the first flame combustion chamber from spreading into the mixture generation unit between the mixture generation unit and the first flame combustion chamber. The combustion apparatus according to claim 7, further comprising a flame holding section. 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１加熱手段を収納している第１加熱室を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。  The said combustion apparatus is further equipped with the 1st heating chamber which accommodated the 1st heating means between the said air-fuel | gaseous mixture production | generation part and the said 1st catalyst combustion chamber. Combustion device. 前記燃焼装置は、更に、前記混合気生成部と前記第１加熱室との間に、その第１加熱室で発生した火炎が前記混合気生成部に広がらないようにするための第１保炎部を備えたことを特徴とする請求項９記載の燃焼装置。The combustion apparatus further includes a first flame holding member for preventing a flame generated in the first heating chamber from spreading to the mixture generation unit between the mixture generation unit and the first heating chamber. The combustion apparatus according to claim 9, further comprising a portion. 前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２着火手段を収納している第２火炎燃焼室を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。  2. The combustion apparatus according to claim 1, further comprising a second flame combustion chamber containing a second ignition means between the first catalyst combustion chamber and the second catalyst combustion chamber. The combustion apparatus as described. 燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を生成する混合気生成部と、
前記混合気の流れ方向の下流側に位置し、前記混合気を触媒燃焼する第１触媒体とその第１触媒体により前記混合気が触媒燃焼される際に発生する熱エネルギーを集める第１熱回収部とを収納する第１触媒燃焼室と、
前記第１触媒体の排気側に位置し、その第１触媒体により触媒燃焼されなかった前記混合気を触媒燃焼する第２触媒体を収納する第２触媒燃焼室と、
前記第１触媒燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２着火手段を収納している第２火炎燃焼室とを備え、
前記第１触媒体は、前記第１熱回収部に実質的に沿うように取り付けられ、
前記第２触媒体の表面積は、前記第１触媒体の表面積より大きく、
更に、前記第１触媒燃焼室と前記第２火炎燃焼室との間に、その第２火炎燃焼室で発生した火炎が前記第１触媒燃焼室の方向に広がらないようにするための第２保炎部を有することを特徴とする燃焼装置。 An air-fuel mixture generating section that mixes fuel and combustion air to generate an air-fuel mixture;
A first catalyst body that is located downstream in the flow direction of the air-fuel mixture and that collects thermal energy generated when the air-fuel mixture is catalytically combusted by the first catalyst body and catalytic combustion of the air-fuel mixture. A first catalytic combustion chamber for storing the recovery unit;
A second catalyst combustion chamber that houses a second catalyst body that is located on the exhaust side of the first catalyst body and that catalytically burns the air-fuel mixture that has not been catalytically burned by the first catalyst body;
A second flame combustion chamber accommodating a second ignition means between the first catalyst combustion chamber and the second catalyst combustion chamber;
The first catalyst body is attached so as to substantially follow the first heat recovery section,
The surface area of the second catalyst body is larger than the surface area of the first catalyst body,
Further, a second holding member for preventing the flame generated in the second flame combustion chamber from spreading in the direction of the first catalyst combustion chamber between the first catalyst combustion chamber and the second flame combustion chamber. combustion device further comprising a flame portion. 前記燃焼装置は、更に、前記第１触媒燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２加熱手段を収納している第２加熱室を備えたことを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。  The said combustion apparatus is further provided with the 2nd heating chamber which accommodated the 2nd heating means between the said 1st catalyst combustion chamber and the said 2nd catalyst combustion chamber. Combustion equipment. 燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を生成する混合気生成部と、
前記混合気の流れ方向の下流側に位置し、前記混合気を触媒燃焼する第１触媒体とその第１触媒体により前記混合気が触媒燃焼される際に発生する熱エネルギーを集める第１熱回収部とを収納する第１触媒燃焼室と、
前記第１触媒体の排気側に位置し、その第１触媒体により触媒燃焼されなかった前記混合気を触媒燃焼する第２触媒体を収納する第２触媒燃焼室と、
前記第１触媒燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に、第２加熱手段を収納している第２加熱室とを備え、
前記第１触媒体は、前記第１熱回収部に実質的に沿うように取り付けられ、
前記第２触媒体の表面積は、前記第１触媒体の表面積より大きく、
さらに、前記第１触媒燃焼室と前記第２加熱室との間に、その第２加熱室で発生した火炎が前記第１触媒燃焼室の方向に広がらないようにするための第２保炎部を有することを特徴とする燃焼装置。 An air-fuel mixture generating section that mixes fuel and combustion air to generate an air-fuel mixture;
A first catalyst body that is located downstream in the flow direction of the air-fuel mixture and that collects thermal energy generated when the air-fuel mixture is catalytically combusted by the first catalyst body and catalytic combustion of the air-fuel mixture. A first catalytic combustion chamber for storing the recovery unit;
A second catalyst combustion chamber that houses a second catalyst body that is located on the exhaust side of the first catalyst body and that catalytically burns the air-fuel mixture that has not been catalytically burned by the first catalyst body;
A second heating chamber containing second heating means between the first catalyst combustion chamber and the second catalyst combustion chamber;
The first catalyst body is attached so as to substantially follow the first heat recovery section,
The surface area of the second catalyst body is larger than the surface area of the first catalyst body,
Further, a second flame holding section for preventing a flame generated in the second heating chamber from spreading in the direction of the first catalytic combustion chamber between the first catalytic combustion chamber and the second heating chamber. combustion device further comprising a. 前記燃焼装置は、更に、
前記第１火炎燃焼室と前記第２触媒燃焼室との間に位置し、前記混合気の流れ方向に渡って、前記第１触媒燃焼室の内周部に設けられたバイパスと、
前記第１火炎燃焼室と前記第１触媒燃焼室との間に位置する前記バイパスの入り口を開閉する開閉手段と
を備えたことを特徴とする請求項７記載の燃焼装置。The combustion device further includes:
A bypass located between the first flame combustion chamber and the second catalyst combustion chamber and provided in an inner peripheral portion of the first catalyst combustion chamber across the flow direction of the air-fuel mixture;
The combustion apparatus according to claim 7, further comprising: opening / closing means for opening / closing an inlet of the bypass located between the first flame combustion chamber and the first catalyst combustion chamber. 前記燃焼装置は、更に、
前記第１加熱室と前記第２触媒燃焼室との間に位置し、前記混合気の流れ方向に渡って、前記第１触媒燃焼室の内周部に設けられたバイパスと、
前記第１加熱室と前記第１触媒燃焼室との間に位置する前記バイパスの入り口を開閉する開閉手段と
を備えたことを特徴とする請求項９記載の燃焼装置。The combustion device further includes:
A bypass located between the first heating chamber and the second catalytic combustion chamber and provided in an inner peripheral portion of the first catalytic combustion chamber across the flow direction of the air-fuel mixture;
The combustion apparatus according to claim 9, further comprising: opening / closing means for opening / closing an inlet of the bypass located between the first heating chamber and the first catalytic combustion chamber. 液体燃料を気化し、その気化された燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を生成する、気化ヒーターを具備する気化部と、
その気化部の下流側に設けられた熱回収板と、
その熱回収板の下流側に設けられ、前記混合気を触媒燃焼するための触媒体を収納している触媒燃焼室と、
前記気化部の内部温度を検出する検出部と、
その検出された温度に基づいて、前記気化ヒーターのパワーを制御するパワー制御手段と
を備え、
前記熱回収板の全部又は一部に触媒が担持され、
前記熱回収部の一部が前記気化部に熱伝導的に接続されている
ことを特徴とする燃焼装置。A vaporization unit including a vaporization heater that vaporizes liquid fuel and mixes the vaporized fuel and combustion air to generate an air-fuel mixture;
A heat recovery plate provided downstream of the vaporizing section;
A catalytic combustion chamber provided downstream of the heat recovery plate and containing a catalytic body for catalytic combustion of the air-fuel mixture;
A detection unit for detecting an internal temperature of the vaporization unit;
Power control means for controlling the power of the vaporizing heater based on the detected temperature, and
A catalyst is supported on all or part of the heat recovery plate,
A part of the heat recovery part is connected to the vaporization part in a heat conductive manner. 前記第１加熱手段は、
ヒータ素線と、
そのヒーター素線を収納している金属被覆管と、
その金属被覆管に充填され、前記ヒータ素線を前記金属被覆管から絶縁するための絶縁材と、
複数の孔を有し、熱放射材が表面に形成されている放熱板と
を備え、
前記金属被覆管は、前記放熱板に接合されている
ことを特徴とする請求項９記載の燃焼装置。The first heating means includes
Heater wire,
A metal cladding tube containing the heater wire,
Filled in the metal cladding tube, and an insulating material for insulating the heater wire from the metal cladding tube,
A heat sink having a plurality of holes and a heat radiation material formed on the surface,
The combustion apparatus according to claim 9 , wherein the metal cladding tube is joined to the heat radiating plate. 前記第２加熱手段は、
ヒータ素線と、
そのヒーター素線を収納している金属被覆管と、
その金属被覆管に充填され、前記ヒータ素線を前記金属被覆管から絶縁するための絶縁材と、
複数の孔を有し、熱放射材が表面に形成されている放熱板と
を備え、
前記金属被覆管は、前記放熱板に接合されている
ことを特徴とする請求項１２記載の燃焼装置。The second heating means includes
Heater wire,
A metal cladding tube containing the heater wire,
Filled in the metal cladding tube, and an insulating material for insulating the heater wire from the metal cladding tube,
A heat sink having a plurality of holes and a heat radiation material formed on the surface,
The combustion apparatus according to claim 12 , wherein the metal cladding tube is joined to the heat radiating plate. 前記放熱板は箱状に形成され、
前記金属被覆管は、その放熱板の底面に接合されている
ことを特徴とする請求項１８又は１９記載の燃焼装置。The heat sink is formed in a box shape,
The combustion apparatus according to claim 18 or 19, wherein the metal cladding tube is joined to a bottom surface of the heat radiating plate. 燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を生成する混合気生成部と、
前記混合気の流れ方向の下流側に位置し、前記混合気を触媒燃焼する第１触媒体とその第１触媒体により前記混合気が触媒燃焼される際に発生する熱エネルギーを集める第１熱回収部とを収納する第１触媒燃焼室と、
前記第１触媒体の排気側に位置し、その第１触媒体により触媒燃焼されなかった前記混合気を触媒燃焼する第２触媒体を収納する第２触媒燃焼室と、
前記混合気生成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１着火手段を収納している第１火炎燃焼室とを備え、
前記第１触媒体は、前記第１熱回収部に実質的に沿うように取り付けられ、
前記第２触媒体の表面積は、前記第１触媒体の表面積より大きく、
前記混合気生成部と前記第１火炎燃焼室との間に、その第１火炎燃焼室で発生した熱の一部を前記混合気生成部に戻す熱回収部を有することを特徴とする燃焼装置。 An air-fuel mixture generating section that mixes fuel and combustion air to generate an air-fuel mixture;
A first catalyst body that is located downstream in the flow direction of the air-fuel mixture and that collects thermal energy generated when the air-fuel mixture is catalytically combusted by the first catalyst body and catalytic combustion of the air-fuel mixture. A first catalytic combustion chamber for storing the recovery unit;
A second catalyst combustion chamber that houses a second catalyst body that is located on the exhaust side of the first catalyst body and that catalytically burns the air-fuel mixture that has not been catalytically burned by the first catalyst body;
A first flame combustion chamber accommodating a first ignition means between the mixture generation unit and the first catalyst combustion chamber;
The first catalyst body is attached so as to substantially follow the first heat recovery section,
The surface area of the second catalyst body is larger than the surface area of the first catalyst body,
Wherein during the mixing gas generating portion and the first flame combustion chamber, characterized by having a heat recovery section for returning a portion of the heat generated in the first flame combustion chamber to the gas mixture generator retardant Baking equipment. 燃料と燃焼用空気とを混合して混合気を生成する混合気生成部と、
前記混合気の流れ方向の下流側に位置し、前記混合気を触媒燃焼する第１触媒体とその第１触媒体により前記混合気が触媒燃焼される際に発生する熱エネルギーを集める第１熱回収部とを収納する第１触媒燃焼室と、
前記第１触媒体の排気側に位置し、その第１触媒体により触媒燃焼されなかった前記混合気を触媒燃焼する第２触媒体を収納する第２触媒燃焼室と
前記混合気生成部と前記第１触媒燃焼室との間に、第１加熱手段を収納している第１加熱室とを備え、
前記第１触媒体は、前記第１熱回収部に実質的に沿うように取り付けられ、
前記第２触媒体の表面積は、前記第１触媒体の表面積より大きく、
前記混合気生成部と前記第１加熱室との間に、その第１加熱室で発生した熱の一部を前記混合気生成部に戻す熱回収部を備えたことを特徴とする請求項１２記載の燃焼装置。 An air-fuel mixture generating section that mixes fuel and combustion air to generate an air-fuel mixture;
A first catalyst body that is located downstream in the flow direction of the air-fuel mixture and that collects thermal energy generated when the air-fuel mixture is catalytically combusted by the first catalyst body and catalytic combustion of the air-fuel mixture. A first catalytic combustion chamber for storing the recovery unit;
A second catalyst combustion chamber that is located on the exhaust side of the first catalyst body and houses a second catalyst body that catalytically burns the air-fuel mixture that has not been catalytically combusted by the first catalyst body;
A first heating chamber containing a first heating means between the mixture generation unit and the first catalytic combustion chamber;
The first catalyst body is attached so as to substantially follow the first heat recovery section,
The surface area of the second catalyst body is larger than the surface area of the first catalyst body,
The heat recovery part which returns a part of the heat which generate | occur | produced in the 1st heating chamber to the said air-fuel mixture production | generation part was provided between the said air-fuel | gaseous mixture production | generation part and said 1st heating chamber. The combustion apparatus as described. 前記熱回収部を構成する金属材料の熱伝導率は、前記混合気生成部を構成する金属材料の熱伝導率よりも低いことを特徴とする請求項２１又は２２記載の燃焼装置。The combustion apparatus according to claim 21 or 22 , wherein the thermal conductivity of the metal material constituting the heat recovery unit is lower than the thermal conductivity of the metal material constituting the mixture generation unit. 前記混合気生成部と前記熱回収部の接続部に、熱抵抗部を設けたことを特徴とする請求項２１又は２２記載の燃焼装置。The combustion apparatus according to claim 21 or 22 , wherein a heat resistance part is provided at a connection part between the air-fuel mixture generation part and the heat recovery part. 前記熱回収部に前記混合気の通過孔を設けたことを特徴とする請求項２１又は２２記載の燃焼装置。The combustion apparatus according to claim 21 or 22 , wherein a passage hole for the air-fuel mixture is provided in the heat recovery unit. 前記混合気の供給を開始した後、前記第１着火手段により前記混合気を着火し、前記第１火炎燃焼室に火炎を形成し、
前記第１触媒体の上流側の温度が前記火炎により所定の値に達した後、前記混合気の供給を一時停止することにより前記火炎を消し、
前記火炎が消えた後、前記供給を再開する
ことを特徴とする請求項７記載の燃焼装置。After starting the supply of the air-fuel mixture, ignite the air-fuel mixture by the first ignition means, to form a flame in the first flame combustion chamber,
After the temperature on the upstream side of the first catalyst body reaches a predetermined value due to the flame, the flame is extinguished by temporarily stopping the supply of the air-fuel mixture,
The combustion apparatus according to claim 7 , wherein the supply is resumed after the flame is extinguished. 前記混合気の供給を開始した後、前記第２着火手段により前記混合気を着火し、前記第２火炎燃焼室に火炎を形成し、
前記第１触媒体の下流側及び前記第２触媒体の上流側の温度が前記火炎により所定の値に達した後、前記混合気の供給を一時停止することにより前記火炎を消し、
前記火炎が消えた後、前記供給を再開する
ことを特徴とする請求項１１記載の燃焼装置。After starting the supply of the air-fuel mixture, ignite the air-fuel mixture by the second ignition means, to form a flame in the second flame combustion chamber,
After the temperature on the downstream side of the first catalyst body and the upstream side of the second catalyst body reaches a predetermined value due to the flame, the flame is extinguished by temporarily stopping the supply of the air-fuel mixture,
The combustion apparatus according to claim 11 , wherein the supply is resumed after the flame is extinguished.
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