JP4053128B2 - Catalytic combustion device - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
この発明は家庭用の給湯機や、ファンヒ−タ等の暖房器の燃焼部を構成する触媒燃焼装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来よりこの種のものに於いては、例えば特開平2−238206号公報に開示されている如く、燃料ガスをプレヒ−タで触媒活性化温度まで加熱後、触媒燃焼領域で触媒燃焼させ、次に気相燃焼領域で気相燃焼させることで、NOx等の有害物質を発生させない燃焼方法を提供するものであった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの従来のものでは、燃焼量を大きくする為に燃料ガス量及び燃焼空気量を増加させると、気相燃焼を完結し完全燃焼するまでに時間がかかり、長い気相燃焼領域が必要となり、器具が大型化してしまいこれをそのまま小型の家庭用の器具に利用することは出来ないと言う問題点を有するものであった。
【0004】
【課題を解決するための手段】
この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、特にその構成を、空気量過多の希薄混合気を供給する混合気供給手段と、該混合気供給手段からの希薄混合気を流通させることで触媒燃焼し該混合気を昇温する触媒体と、該触媒体から流出する混合気を気相燃焼させる燃焼室とを備えたものに於いて、前記触媒体は波形の金属シートから成る支持体の片面だけに触媒を塗布し、螺旋状に巻き上げてハニカム状に構成し、前記燃焼室は扁平箱状で一端に触媒体と連結する連結部を設けると共に、他端には気相燃焼後の燃焼ガスを放出する放出部を備え、更にこの連結部と放出部とを連通する蛇行状の流通路とで構成されたものである。
【0005】
【作用】
気化ヒ−タ2によって気化可能温度まで加熱された混合気供給手段を構成する気化ポット1内に、燃料である燃油を噴霧すると共に、空気比2近傍の燃焼空気を供給して、予混合して空気量過多の希薄混合気を形成する。
【0006】
そしてこの希薄混合気は、気化ポット1上方に連通したハニカム状の触媒体8内に流入し、支持体10に形成された触媒12上で反応する事による発熱で加熱された触媒体8との熱交換により、希薄混合気は更にこの温度を上昇させる。
【0007】
更に希薄混合気は触媒体8より流出して該触媒体8上方に連通する燃焼室14の流通路18内に流入し、ここで着火手段21で着火されることで、高温状態で燃焼可能となった希薄混合気が気相燃焼を行うものであり、この流通路18は蛇行状に構成されており長い燃焼領域を形成するので、燃焼量が増加されても気相燃焼が完結した燃焼ガスを放出部16から放出し、室内の温風暖房が行えるものである。
【0008】
従って、長い燃焼室14を蛇行状の流通路18で形成することで、コンパクトな燃焼室14でありながら燃焼量が増加されても、低NOxの家庭用機器の燃焼装置を提供出来るものである。
【0009】
更に流通路18には断熱材17が装填され且つこの断熱材17は燃焼室14壁との間には空隙19が形成されているので、流通路18の温度低下を防止して気相燃焼の促進が計られると共に、燃焼時と消火時との温度差による燃焼室14自体の膨張、収縮を空隙19が吸収して、断熱材17の破損を防止することが出来るものである。
【0010】
又フレームロッド20を対流ファン22と対向する燃焼室14背面に取り付けたことで、高温の気相燃焼に晒されるフレームロッド20を対流ファン22の送風で確実に冷却することが出来、炎検知の追従性の向上が計られるものである。
【0011】
【実施例】
次にこの発明に係る触媒燃焼装置を暖房器のファンヒ−タに備えた一実施例で説明する。
1は上部に気化ヒ−タ2を鋳込んだアルミダイキャスト製の気化ポットで、一側部に燃焼ファン3からの燃焼空気を送風路4を介して吹き出す噴出口5が連通すると共に、該噴出口5には電磁ポンプ(図示せず)と連通し燃油を噴霧するノズル6が備えられ、気化ガスと燃焼空気の予混合気を形成し混合気供給手段を構成するものであり、上部には一体の吸熱筒7を突出成形している。
【0012】
8は上記気化ポット1の吸熱筒7内方に備えられた触媒体で、吸熱筒7との間にはアルミ片から成るヒートバック調節部材9が備えられ、材質の変更による熱伝導率の変化で気化ポット1へのヒートバック量を調節するようにしている。
【0013】
前記触媒体8は、波形の金属シ−トから成る支持体10の片面にウォッシュコ−ト層11を形成し、ここにパラジウム、白金又は(パラジウム或いは白金を主成分とし)これに銀、金、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、又はイリジウムから選択される、1つ又はそれ以上の補助触媒を包含する触媒12を塗布し焼成した後、支持体10を螺旋状に巻上げこれを金属筒13内に収納してハニカム状に構成したものであり、触媒12の活性時には混合気の流入で化学反応である触媒燃焼を行うものである。
【0014】
14は触媒体8上方に連通する扁平箱状の燃焼室で、一端には吸熱筒7外周まで覆い触媒体8と連通する連結部15を設けると共に、他端には気相燃焼後の燃焼ガスを放出する上方開口の放出部16が備えられ、更にこの連結部15と放出部16との間を内方に装填されたアルミナ系の断熱材17で構成した蛇行状の流通路18で連通して、燃焼量が増加した気相燃焼でも十分燃焼が完結する長さの流通路18を確保するものであり、ここでは安定した気相燃焼を得る為に、流通路18の内径を触媒体8と同一径の35mmとし、最大燃焼量5200kcal/hに対して、長さ800mmの流通路18としているもので、燃焼室14内では着火時は火炎燃焼し、触媒体8温度が活性化温度に達した後は気相燃焼を行うものである。
【0015】
更に上記流通路18は、2つのU字路を有する折り返し経路としてコンパクト化を計っていると共に、断熱材17と燃焼室14壁面との間には空隙19を形成して、ステンレス製の燃焼室14の熱による膨張、収縮により断熱材17の破損を防止しているものであり、又断熱材17により流通路18内の熱が外方へ逃げることを防止して気相燃焼の促進を計っているものである。
【0016】
20は電極式の着火手段21と共に触媒体8直上に備えられた炎検知用のフレームロッドで、燃焼室14背面で対流ファン22と対向する位置に取り付けられ、対流ファン22からの送風で冷却され、特に消火時の追従性を良好に保持するものである。
【0017】
23は仕切板24上に立設した燃焼室14を覆う遮熱枠で、対流ファン22によって送風される室内空気を、燃焼室14の放出部16から放出される燃焼ガスと共に温風として本体枠25前面の温風吹出口26に案内するものである。
【0018】
27は遮熱枠23上面との間に冷却路28を形成し、対流ファン22の送風の一部を冷却風として流通させることで、本体枠25上部の温度上昇を抑制する仕切枠である。
【0019】
29は対流ファン22のファンカバー、30は気化ポット1のバーナカバーである。
又31は本体枠25上部に備えられた操作部、32はカートリッジタンク(図示せず)を本体枠25内に出し入れする為のタンク蓋、33は下皿である。
【0020】
次にこの一実施例の作動について説明する。
今気化ヒ−タ2に通電し気化ポット1が加熱されて気化可能温度に達することで、先ず燃焼ファン3から燃焼空気が供給され、この空気量が安定した所でノズル6から燃油が噴霧されて予混合気が形成されるが、この時の予混合気は触媒体8がまだ加熱されておらず常温であるので、空気比1の状態のままであり、そのまま触媒体8を通って燃焼室14で着火手段21で着火され、図7に示す如く着火時は普通の火炎燃焼を行うものであり、この火炎燃焼は最大火力燃焼である。
【0021】
そしてこの火炎燃焼で触媒体8が加熱され、触媒の活性化温度の250℃以上になると、これを温度センサや運転、着火からのタイマカウント等によって検出し、燃油量を減少させて行き空気比2近傍となるように設定する。
【0022】
これによって気化ポット1内では希薄混合気が形成され、これが活性化温度に達した触媒体8内に流入することで、該触媒体8内では、触媒12によって燃料と空気とを反応させる触媒燃焼が発生して混合気は温度上昇し、気化ポット1内では120〜150℃の混合気が、触媒体8内では800〜900℃に急速に昇温され、図7の過渡状態を経て燃焼室14内で自己着火現象によって着火して1200〜1500℃の気相燃焼を行うものである。
【0023】
又この気相燃焼が行われる燃焼室14内の流通路18は、蛇行状でコンパクトでありながら長い燃焼領域を形成するので、最大燃焼量5200kcal/hと言う大きな燃焼量で燃焼完結までに時間がかかったとしても燃焼室14内で確実に気相燃焼を完結させることが出来、従ってこの燃焼後放出部16から放出される燃焼ガスは、対流ファン22の送風で温風吹出口26から温風として吹き出されることで室内の暖房を行うものであるが、希薄混合気の燃焼による暖房であるからNOx値は1〜20PPmで、通常この種ファンヒータのNOx値110〜120PPmに対して極めて低い値であり、環境や人への影響が少ない低公害の暖房器を提供出来るものである。
【0024】
一方1200〜1500℃の高温の気相燃焼が燃焼と消火を繰り返すことで、ステンレス製の燃焼室14自体が膨張、収縮するが、内方に装填された断熱材17との間には空隙19が形成されているので、この膨張、収縮分が空隙19によって吸収され断熱材17が破損することを確実に防止することが出来、極めて高温な燃焼でも強固の燃焼室14で長期に渡って安心して使用出来るものである。
【0025】
更に着火、消火の検知を行うフレームロッド20を対流ファン22と対向する燃焼室14背面に取り付けることで、高温の燃焼に晒されて特に消火時の追従性が低下するフレームロッド20の取り付け部分を、対流ファン22の送風で良好に冷却出来、消火時の追従性を向上させることが出来るものである。
【0026】
又触媒体8をパラジウムを主成分とする触媒12で、且つ支持体10の片面だけにこの触媒12を塗布したことで、支持体10の触媒12を有する壁面から触媒12を有さず混合気のみが流通する壁面への熱伝導によって、熱が分散し触媒体8はその温度を750〜950℃に保つことが出来、温度上昇によって溶解したり失火する等の心配がなく、常に良好な触媒燃焼が得られるものである。
【0027】
尚ここでは石油ファンヒータを実施例として説明したが、その他ガスファンヒータや石油、ガスの給湯機でも良く、同様な効果を有するものである。
【0028】
【発明の効果】
要するにこの発明は、空気量過多の希薄混合気を供給する混合気供給手段と、該混合気供給手段からの希薄混合気を流通させることで触媒燃焼し該混合気を昇温する触媒体と、該触媒体から流出する混合気を気相燃焼させる燃焼室とを備えたものに於いて、前記触媒体は波形の金属シートから成る支持体の片面だけに触媒を塗布し、螺旋状に巻き上げてハニカム状に構成し、前記燃焼室は扁平箱状で一端に触媒体と連結する連結部を設けると共に、他端には気相燃焼後の燃焼ガスを放出する放出部を備え、更にこの連結部と放出部とを連通する蛇行状の流通路とで構成されたものであるから、触媒体は触媒を有する壁面から触媒を有さず混合気のみが流通する壁面への熱伝導によって、熱が分散し触媒体はその温度を保つことが出来、温度上昇によって溶解したり失火する等の心配がなく、常に良好な触媒燃焼が得られるものであり、更に燃焼量が多い気相燃焼でもコンパクトな燃焼室で確実に燃焼を完結させることが出来、低NOxの燃焼装置を一般家庭用の機器として提供出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明一実施例の触媒燃焼装置を付した暖房器の斜視図。
【図2】同断面図。
【図3】同要部断面図。
【図4】同触媒体の斜視図。
【図5】同触媒体の平面図。
【図6】同触媒体の拡大断面図。
【図7】同着火時の特性図。
【符号の説明】
1 気化ポット
8 触媒体
14 燃焼室
15 連結部
16 放出部
17 断熱材
18 流通路
19 空隙
20 フレームロッド
22 対流ファン[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a catalytic combustion apparatus constituting a combustion section of a domestic water heater or a heater such as a fan heater.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, in this type of fuel, as disclosed in, for example, JP-A-2-238206, the fuel gas is heated to the catalyst activation temperature with a preheater and then catalytically burned in the catalytic combustion region. A combustion method that does not generate harmful substances such as NOx by performing gas phase combustion in a gas phase combustion region is provided.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in this conventional one, if the fuel gas amount and the combustion air amount are increased in order to increase the combustion amount, it takes time to complete the gas phase combustion and complete combustion, and a long gas phase combustion region is required. There is a problem in that the appliance becomes large and cannot be used as it is for a small household appliance.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
This invention pays attention to this point and solves the above-mentioned drawbacks. In particular, the configuration is such that an air-fuel mixture supplying means for supplying a lean air-fuel mixture with an excessive amount of air, and a lean air-fuel mixture from the air-fuel mixture supplying means are circulated. And a combustion chamber for vapor-combusting the air-fuel mixture flowing out from the catalyst body , wherein the catalyst body is a support made of a corrugated metal sheet. The catalyst is applied to only one side of the body, wound up in a spiral shape to form a honeycomb, and the combustion chamber is a flat box with a connection portion connected to the catalyst body at one end and after the gas phase combustion at the other end The discharge part which discharges this combustion gas is provided, Furthermore, it comprised by the meandering flow path which connects this connection part and discharge | release part.
[0005]
[Action]
A fuel oil as a fuel is sprayed into a vaporization pot 1 that constitutes an air-fuel mixture supply means heated to a vaporizable temperature by a vaporization heater 2, and combustion air in the vicinity of an air ratio 2 is supplied and premixed. As a result, a lean air / fuel mixture is formed.
[0006]
This lean air-fuel mixture flows into the honeycomb-
[0007]
Further, the lean air-fuel mixture flows out of the
[0008]
Therefore, by forming the
[0009]
Further, since the
[0010]
Further, by attaching the
[0011]
【Example】
Next, an embodiment in which the catalytic combustion apparatus according to the present invention is provided in a fan heater of a heater will be described.
1 is a vaporization pot made of aluminum die-casting, in which a vaporization heater 2 is cast on the upper part, and a jet outlet 5 for blowing combustion air from a
[0012]
[0013]
The
[0014]
[0015]
Further, the
[0016]
[0017]
[0018]
[0019]
29 is a fan cover of the
[0020]
Next, the operation of this embodiment will be described.
When the vaporization heater 1 is energized and the vaporization pot 1 is heated and reaches a vaporizable temperature, combustion air is first supplied from the
[0021]
When the
[0022]
As a result, a lean air-fuel mixture is formed in the vaporization pot 1 and flows into the
[0023]
Further, the
[0024]
On the other hand, the high-temperature gas phase combustion at 1200 to 1500 ° C. repeats combustion and extinguishing, so that the
[0025]
Further, by attaching the
[0026]
Further, the
[0027]
In addition, although the oil fan heater was demonstrated as an Example here, other gas fan heaters, oil, and a gas water heater may be used, and have the same effect.
[0028]
【The invention's effect】
In short, the present invention includes an air-fuel mixture supplying means for supplying a lean air-fuel mixture having an excessive amount of air, a catalyst body for raising the temperature of the air-fuel mixture by catalytic combustion by circulating the air-fuel mixture from the air-fuel mixture supplying means, The catalyst body is provided with a combustion chamber for gas-phase combustion of the air-fuel mixture flowing out from the catalyst body. Constructed in a honeycomb shape, the combustion chamber has a flat box shape, and is provided with a connecting part connected to the catalyst body at one end, and provided with a discharge part for releasing combustion gas after vapor phase combustion at the other end. And a meandering flow passage communicating with the discharge portion, the catalyst body is heated by heat conduction from the wall surface having the catalyst to the wall surface where only the air-fuel mixture flows without the catalyst. The dispersed catalyst body can maintain its temperature, There is no fear of such misfires or dissolved by, always those good catalytic combustion is obtained, it is possible to complete the reliable combustion in a compact combustion chamber in addition combustion amount is large gas-phase combustion, low NOx This combustion apparatus can be provided as a general household device.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a heater equipped with a catalytic combustion apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of the same.
FIG. 3 is a sectional view of the main part.
FIG. 4 is a perspective view of the catalyst body.
FIG. 5 is a plan view of the catalyst body.
FIG. 6 is an enlarged sectional view of the catalyst body.
FIG. 7 is a characteristic diagram during ignition.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
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