JP4301740B2 - Hybrid catalytic combustion apparatus and fan heater provided with the same - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼用空気と燃料との混合気を通過させて前記燃料の一部を触媒接触酸化させる燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の前記混合気の流れ方向の下流側に設けられ前記燃料の残部を気相燃焼させる気相燃焼部とを備え、
一方の端部の内側に前記燃焼触媒部を設けた内筒と、前記内筒及び前記燃焼触媒部との間に、前記内筒の前記一方の端部側から前記内筒の外側に渡る前記気相燃焼部を形成する外部材とを備えたハイブリッド触媒燃焼装置、及びそれを備えたファンヒータに関する。
【0002】
【従来の技術】
家庭用室内開放型温風暖房機、コージェネレーション、発電用ガスタービンの燃焼器等、高空気比で作動される機器にあっては、高空気比における燃焼安定性の向上によって、大幅な低NOx化が図られる可能性がある。一方、これらの機器にあっては、一層の低NOx化の要望がある。中でも、家庭用室内開放型温風暖房機は生活空間に直接排気を放出しているので、NOx1ppm(酸素0%)以下の極限までの低NOx化が望まれている。
燃焼流路内に、燃焼触媒を充填した燃焼触媒部と、それに続く気相燃焼部とを設け、断熱理論燃焼温度1500℃以下(空気比約1.6以上)の燃料と燃焼用空気の混合気を、燃焼触媒部で部分的に接触酸化燃焼させ、その後流で気相酸化を誘発して完全燃焼させる方式(ハイブリッド触媒燃焼方式と称される。)が、超低NOx達成の手段として提案されている(特表平6−506290号公報)。
【0003】
このような燃焼方式を採用したハイブリッド触媒燃焼装置は、燃焼触媒部で部分的に燃焼させる手段として、触媒活性物質を燃料であるメタンに対して最も低温活性が高く、高温で自己反応抑制作用のあるパラジウムを主体とすること、更に、金属ハニカムを触媒基体として、触媒コート層(セル)とコートしない層(セル)とを隣接させ、触媒接触酸化による発熱を連接の無触媒層を通過する混合気と熱交換させ、物理的に過昇温を防止すること等の手段により、燃焼触媒部内にある触媒層では20〜70%が接触酸化され、触媒温度は600〜950℃とされる。
【0004】
このようなハイブリッド触媒燃焼装置は、各燃焼量に応じて、気相燃焼部において良好な燃焼が確実に達成できる燃焼触媒部の出口部温度を予め定め、常にその温度を維持するように燃焼用空気を供給する燃焼用空気ファンの送風量を制御して、気相燃焼部における燃焼状態を良好なものに維持するように構成する場合がある。そして、このハイブリッド触媒燃焼装置は、作動中に、燃焼触媒部の出口部温度が、気相燃焼部において不完全燃焼等が生起する温度よりも高い温度である所定の温度値以下となった場合に、不完全燃焼などの異常燃焼が起こる可能性があるとして、運転を停止する等の安全制御を行い、安全を図るように構成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、実用化に当たっては、1つのシステムで異常がある場合、別のシステムで補完できる二重安全構造とすることが好ましい。上記の燃焼触媒部の出口部温度測定による異常燃焼検出においては、混合気の50%程度が触媒接触燃焼する燃焼触媒部の出口部温度を常時監視しているのであるが、残り50%程度が気相燃焼する気相燃焼部については、その燃焼状態を監視されていない。
従って、二重安全構造においては、上記気相燃焼部の燃焼状態をも監視する、即ち気相燃焼部の火炎の存在を監視することが望ましい。
【0006】
上記火炎の存在を監視する方法としては、火炎の発熱を利用する方法、火炎の電気特性を利用する方法、及び火炎の発光を利用する方法等があり、家庭用の燃焼器等では、火炎の発熱を利用する熱電対温度検知法や、火炎の電気特性を利用するフレームロッド法が実用化されている。
本件のように、気相燃焼部の空間に広がった火炎を検出するためには、局所的な測定である熱電対温度検知法よりは、広域でより直接的に火炎の存在を検知できるフレームロッド法を適用することが望ましい。
【0007】
このフレームロッド法による火炎検知をハイブリッド触媒燃焼装置に応用することは既に提案されている(特開平10−160159号公報)。このハイブリッド触媒燃焼装置では、燃焼触媒部の出口付近の気相燃焼部に近接した一対のフレームロッドを設け、気相燃焼部の燃焼触媒部から離間した位置で発生する火炎が、燃焼触媒部のフレームロッドに近づいてくることにより発生するフレーム電流のピークを検出して、気相燃焼部における着火を確認するように構成されている。
【0008】
しかし、このような火炎検知は、気相燃焼部における火炎の位置及びその動きが、上記のようなものと異なるハイブリッド燃焼装置に適用することは困難である。
特に、一方の端部の内側に燃焼触媒部を設けた内筒と、内筒及び燃焼触媒部との間に、内筒の一方の端部側から内筒の外側に渡る気相燃焼部を形成する外部材とを備え、気相燃焼部の形状が、燃焼触媒部の上方から内筒の外側に渡って折り返されているような形状であるハイブリッド触媒燃焼装置においては、着火時に触媒燃焼部の上方の気相燃焼部に火炎が形成され、その後、その火炎が下流側の内筒の外側に移動するので、上記のフレームロッド法をそのまま適用することは困難である。
【0009】
従って、本発明は、上記のような事情に鑑みて、このようなハイブリッド触媒燃焼装置において、気相燃焼部における火炎を良好に検知して、気相燃焼部の異常燃焼を監視する技術を実現することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】
〔構成1〕
本発明に係るハイブリッド触媒燃焼装置は、請求項1に記載したごとく、燃焼用空気と燃料との混合気を通過させて前記燃料の一部を触媒接触酸化させる燃焼触媒部と、前記燃焼触媒部の前記混合気の流れ方向の下流側に設けられ前記燃料の残部を気相燃焼させる気相燃焼部とを備え、
一方の端部の内側に前記燃焼触媒部を設けた内筒と、前記内筒及び前記燃焼触媒部との間に、前記内筒の前記一方の端部側から前記内筒の外側に渡る前記気相燃焼部を形成する外部材とを備えたハイブリッド触媒燃焼装置であって、
前記気相燃焼部の前記混合気の流れ方向に沿って、少なくとも3つのフレームロッドを配設して備えると共に、
前記少なくとも3つのフレームロッドが、それらのうちのフレームロッドとして、前記気相燃焼部の前記内筒の前記一方の端部の上方側且つ前記内筒の外側であるコーナー部位に設けられたフレームロッドを間に含むものであり、
前記フレームロッド間に電圧を印加し、前記フレームロッド間に流れるフレーム電流を検出するフレーム電流検出手段を備えたことを特徴とする。
【0011】
〔構成2〕
本発明に係るハイブリッド触媒燃焼装置は、請求項2に記載したごとく、上記構成1のハイブリッド触媒燃焼装置の構成に加えて、前記少なくとも3つのフレームロッドが、前記コーナー部位に一方の極として設けられたフレームロッドと、前記気相燃焼部の前記コーナー部位の上流側である触媒上方部位及び前記気相燃焼部の前記コーナー部位の下流側である側方部位に他方の極として設けられた夫々のフレームロッドとから構成され、
前記フレーム電流検出手段が、前記フレームロッドの両極間の夫々に電圧を印加し、前記両極間に流れるフレーム電流を検出する手段であることを特徴とする。
【0012】
〔構成3〕
本発明に係るハイブリッド触媒燃焼装置は、請求項3に記載したごとく、上記構成1又は2のハイブリッド触媒燃焼装置の構成に加えて、前記燃焼触媒部又は前記燃焼触媒部の出口部の温度を検出可能な温度検出手段を備え、
前記温度検出手段により検出された前記温度が所定温度以下となったとき、又は、前記フレーム電流検出手段により検出された前記フレーム電流が所定の電流値以下となったときに、所定の安全制御を実行する安全制御手段を備えたことを特徴とする。
【0013】
〔構成4〕
本発明に係るハイブリッド触媒燃焼装置は、請求項4に記載したごとく、上記構成1から3のハイブリッド触媒燃焼装置の構成に加えて、前記温度検出手段により検出された前記温度に基づいて、前記燃焼用空気を供給する空気供給手段の動力を制御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【0014】
〔構成5〕
本発明に係るファンヒータは、請求項5に記載したごとく、上記構成1から4の何れかのハイブリッド触媒燃焼装置を備え、前記気相燃焼部から排出された燃焼排ガスを、空気希釈して外部へ温風として排出することを特徴とする。
【0015】
〔作用効果〕
本発明のハイブリッド燃焼装置は、上記内筒の一方の端部の内側に上記燃焼触媒部を設け、上記内筒及び上記燃焼触媒部と上記外部材との間に、上記気相燃焼部を設けることで、燃焼触媒部において一部燃料を燃焼させた混合気は、内筒の端部から放出されてその内筒の回りに形成される気相燃焼部に導入され、燃料の残部を気相燃焼させることができ、その気相燃焼により直接的に、内筒の外表面及び燃焼触媒部を加熱することができ、外部への熱損失を抑制することができる。
【0016】
また、このようなハイブリッド触媒燃焼装置の運転を開始するときには、最初に、気相燃焼部において気相着火可能な空気比の混合気を火花放電等により着火させる。この火炎は、断熱理論燃焼温度が高いので、気相燃焼部の内筒の一方の端部の上方の上記コーナー部位の上流側の触媒上方部位に形成される。従って、このような着火時においては、上記触媒上方部位に設けられたフレームロッド付近では、高温で燃焼反応が最も活発に行われており、整流作用に寄与するとされる正荷電粒子(例えば、H3O+,C3H3 +など)が多く存在している。一方、上記コーナー部位に設けたフレームロッド付近では、燃焼反応がほぼ終了しており、正荷電粒子の濃度は少なくなっている。この正荷電粒子の濃度差によって、両フレームロッド間、即ち両極間において、一定の交流電圧等を印加すると、上記触媒上方部位のフレームロッドがマイナス電位となったときのみ、正荷電粒子が捕捉され、一方向に脈流状態のフレーム電流が流れるようになる。よって、このフレーム電流を検出するフレーム電流検出手段により、着火と共にフレーム電流信号を得ることができ、正常に着火して触媒上方部位に火炎が形成されていることを検出することができる。
【0017】
また、着火後、上記内筒の内部又はその上流側を流通する混合気の温度が、上記気相燃焼部からの伝熱により上昇して、燃焼触媒部における触媒接触酸化が開始され、所謂触媒燃焼と気相燃焼との両方を行うハイブリッド燃焼に移行する。そして、触媒上方部位に形成されていた火炎は、上記気相燃焼部の上記コーナー部位の下流側である側方部位に移動する。これは、触媒接触酸化により50%程度の燃料が燃焼される結果、気相燃焼部に供給する混合気の燃料濃度が低下するために、気相酸化速度が遅くなり、火炎が形成されるまでの時間が長くなるからである。
【0018】
この結果、正荷電粒子は気相燃焼部の下流側の側方部位のフレームロッド付近が最も多くなり、触媒上方部位及びコーナー部位のフレームロッド付近は少なくなる。この状態では、側方部位とコーナー部位との両部位間の正荷電粒子の濃度差により、同じくその両フレームロッド間、即ち両極間において、一方向に脈流状態のフレーム電流が流れるようになる。よって、このフレーム電流を検出するフレーム電流検出手段により、ハイブリッド燃焼開始後にもフレーム電流信号を得ることができ、正常に気相燃焼部の側方部位に火炎が形成されていることを検出することができる。
【0019】
このように、本発明のハイブリッド触媒燃焼装置では、例えば、コーナー部位のフレームロッドを一方の極とし、そのフレームロッドを挟む2つのフレームロッドを他方の極として、フレーム電流を検出するので、気相燃焼部における触媒上方部位から側方部位の広範囲で常に火炎の存在を検知できるのである。
勿論、夫々のフレームロッドが複数あってもよく、着火時及びハイブリッド燃焼時において、電界が有効に届く範囲で、あるフレームロッドが常に火炎から離れた箇所にあり、他の2つが同じ極で火炎中心付近に位置し、正荷電粒子を捕捉するようにすればよい。
【0020】
本発明のハイブリッド触媒燃焼装置において、フレーム電流検出手段により検出されるフレーム電流が低下することは、火炎が所定の位置に存在していないことを反映しており、燃焼触媒部又はその出口部の温度を検出する温度検出手段の検出結果と、フレーム電流検出手段の検出結果とを組み合わせて、燃焼触媒部の出口部温度が所定温度以下となったとき、又は、フレーム電流が所定の電流値以下となったときに、本ハイブリッド触媒燃焼装置の運転を停止したり、供給する燃焼用空気量及び燃料量等を低下させたりする所定の安全制御を実行する安全制御手段を備えることで、信頼性の高い二重安全構造とすることができる。
よって、このようなハイブリッド触媒燃焼装置を備えたファンヒータは、異常燃焼発生時の安全制御の信頼性が高いものとなり、不完全燃焼等による室内空気汚染等を抑制することができる。
【0021】
また、上記温度検出手段は、上記制御手段が、空気供給手段の動力を制御して触媒燃焼開始前後における燃焼用空気の供給量の切換え等を行うときに、上記触媒燃焼の開始を検出するための温度検出手段としても利用できる。
【0022】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態として、天然ガス系都市ガスを燃料ガスGとする燃焼装置50(ハイブリッド触媒燃焼装置の一例)及びその燃焼装置50を備えたファンヒータ100について図面に基づいて説明する。
図1は本発明に係る燃焼装置50を備えたファンヒータ100の全体概略図、図2は図1に示す燃焼装置50の側断面概略図である。
【0023】
図1、2を参照して、燃焼装置50は、燃料ガスGの一部を触媒接触酸化させる燃焼触媒部11と、燃料ガスGの残部を気相燃焼させる気相燃焼部12とによって構成されたハイブリッド触媒燃焼方式の燃焼装置である。
燃焼装置50には、燃焼用ファン1aによって供給される燃焼用空気Aと燃料遮断弁3及び比例制御弁2を介して分散ノズル17から供給される燃料ガスGとを混合して予混合気を形成する混合気流路4と、混合気流路4から送られる予混合気を予熱する予熱部18と、前記燃焼触媒部11とを設けた内筒20と、その内筒20の外周全体を囲い、内筒20及び燃焼触媒部11との間に、内筒20の一方の端部側から内筒20の外側に渡る気相燃焼部12を形成する外部材22とを設けて、気相燃焼部12における燃焼で発生する熱を上流側へ熱再生できるように構成している。
【0024】
予熱部18には内筒20の内壁に接し混合気の流れ方向と直角方向に板面を有する熱交換フィン19が複数設けられている。熱交換フィン19は、図3に示すように、互いに開口19cの穿設状態が異なる2種類のSUS製のパンチングメタル19a,19bを2枚づつ交互に配設して構成されてものであり、予熱部18を流通する混合気は、その熱交換フィン19の開口19cを通過しながら、気相燃焼部12の気相燃焼により加熱された内筒20の熱をこの熱交換フィン19を介して受熱し、好ましい状態に加熱される。
燃焼触媒部11は内筒20の先端部に取付けられており、有効寸法、幅85mm、奥行き20mm、層高20mmの角形である。
【0025】
燃焼触媒部11は、波形の金属シートからなる支持体の片側に高比表面積を有する担体層を形成し、その担体層にパラジウム若しくは白金系触媒、又はそれを主成分として、銀、金、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウムまたはロジウムから選択される一つまたはそれ以上の補助触媒を包含する触媒を塗布して焼成した後、触媒を塗布した担体層側を同じ向きに重ねて連通セルが形成されるようにして、その対を更に重ねてハニカム状に成形したものである。
このように形成された燃焼触媒部11では、片面のみに触媒をコートした連通セルの集合体として形成されるので、触媒コート面で触媒燃焼によって発生する熱は、反対面の触媒がコートされていない面に熱伝導され混合気へ熱伝達される。こうして、触媒温度は断熱理論燃焼温度が1500℃の混合気を燃焼する場合でも、燃焼率は50%以下に抑制され、触媒温度も最高950℃以下に抑制され、触媒の劣化が抑制される。
【0026】
内筒20の外面は金属の熱保護と過度な熱伝達を抑制し燃焼を安定化するために厚み6mmの保温モールドが設けられている。この保温モールドはセラミックファイバーを材料として、短軸方向の縦に2分割してモールド成形したものを接着加工したものである。
【0027】
外部材22は、厚み18mmの保温モールドで形成したものの外側を金属薄膜で被覆したものであり、内筒10の一方の端部側に設けられた燃焼触媒部11の上面、内筒10の側面、混合気流路4の下方壁面の夫々から約20mm程度の隙間を有して、内筒20を囲っており、内筒20及び外部材22の隙間部分が、気相燃焼部12となっている。上記外部材22の保温モールドは、セラミックファイバーを材料として、短軸方向の縦に2分割してモールド成形したものを、硬化処理によりガスシールしたものである。
【0028】
外部材22は、内筒20の、燃焼触媒部11の上方、周辺部、混合気流路4の下方からそれぞれ約20mm程度の間隙を有して、内筒20を囲っており、両者の間隙が気相燃焼室12となっている。
外部材22の下部には、熱を上流側へ輻射熱して戻すために、幅25mm、長さ130mm、厚み12mmの排出部伝熱変換体14を組み込み、上流側の面を内筒20の混合気流路4に対向するように排気口15を備えており、この排出部伝熱変換体14は、気相燃焼部12から外部へ排出される燃焼排ガスの顕熱を輻射熱に変換してその上流側、即ち、気相燃焼部12と内筒20の混合気流路4を設けた外壁面とに放射することができる。
また、内筒20の燃焼触媒部11の入口部に相当する気相燃焼部12の位置から、混合気流路4に相当する気相燃焼部12の位置までの範囲内である内筒20の上縁から50mmの位置に、気相燃焼部12の流路断面全体にわたって、厚み12mmの気相燃焼部伝熱変換体16がセットされている。この気相燃焼部伝熱変換体16は、気相燃焼部12において燃焼排ガスの顕熱を輻射熱に変換してその上流側へ放射するのであるが、特に、低負荷燃焼を行う場合、気相燃焼部伝熱変換体16の上流側の空間に熱を輻射熱に変換してフィードバックさせることで、高温の対流熱損失を抑制することができ、安定した気相燃焼を行うことができる。
伝熱変換体14,16はセル数6ケ/25mm、見かけ比重0.43、厚み12mmの炭化ケイ素製セラミックフォームである。
【0029】
また、燃焼触媒部11の出口部直後の温度を検出する温度センサ21(温度検出手段の一例)が備えられ、その出力値を制御装置30に送るように構成されている。
この温度センサ21は、Ni,Cr,Siからなるナイクロシルと呼ばれる直径0.6mmの素線(熱起電力の正側となる)と、Ni,Siからなるナイシルと呼ばれる直径0.6mmの素線(熱起電力の負側となる)との先端を溶接し、900℃程度で熱処理することにより、表面に酸化膜を形成させ、絶縁処理した熱電対である。この温度センサ21の先端が、上記燃焼触媒部11の出口直後になるように、燃焼触媒部11を設ける前に配設し、その温度センサ21を燃焼触媒部11により固定している。燃焼触媒部11の入口側、即ち内筒20の内側にある素線は、混合気流路4に至り、2穴のセラミックチューブに内挿されて、混合気流路4の分散ノズル17の反対側の壁部から外部に取出され、その取出部及びセラミックチューブは有機性シール材によりガスシールされている。
このような温度センサ21は、耐久性と応答性とのトレードオフの関係の中で、最大限の素線径のものを利用できる。
【0030】
気相燃焼部12は触媒燃焼によって部分的に燃焼し昇温された未燃焼の燃料が気相ラジカル反応によって完全燃焼されるに必要な滞留時間を確保する空間である。外部材22の内側には断熱部材が設置されており、気相燃焼部12は折り返し構造となっている。気相燃焼部12の折り返し部分に、混合気に火花点火し燃焼を開始するためのイグナイタ23が備えられている。
【0031】
さらに、気相燃焼部12には、気相燃焼部12の火炎を検出するための3つのフレームロッド24a,24b,24cが設けられている。フレームロッド24aは、内筒20の一方の端部の上方且つ内筒20の内側である触媒上方部位の中間高さの位置に設けられており、長さは80mmである。また、フレームロッド24bは、内筒20の一方の端部の上方側且つ内筒20の外側であるコーナー部位の上記フレームロッド24aと同じ高さの位置に設けられており、長さ120mmである。また、フレームロッド24cは、内筒の外側且つ内筒の一方の端部よりも下方である側方部位の上記フレームロッド24bの下方15mmの位置に設けられており、長さは120mmである。
【0032】
上記イグナイタ23及びフレームロッド24a,24b,24cの材質は、イットリウムを含む耐熱合金であるYSS−SYTT(商品名)で一般の燃焼器等に利用されているものを用いた。
【0033】
夫々のフレームロッド24a,24b,24cは、互いのフレームロッド間に電圧を印加し、フレームロッド間に流れるフレーム電流を検出するフレーム電流検出手段25に接続されている。
このフレーム電流検出手段25は、図2に示すように、上記コーナー部位に設けたフレームロッド24bを一方の極として、その他の上記触媒上方部位及び側方部位に設けたフレームロッド24a,24cを他方の極とし、両極間に60Hzの200V交流電圧を印加する電源28と、その両極間に2MΩの抵抗を与える抵抗26と、電源28及び抵抗26間に流れる微小電流を計測して制御装置30側に出力する電流測定器27とを直列で接続した回路からなる。
【0034】
ファンヒータ100に備えられたファン装置1は、燃焼装置50の混合部に燃焼用の空気Aを供給するための燃焼用ファン1aと、排気口15から排出される燃焼排ガスEを空気Aによって希釈して暖房用温風Hとして外部へ排出するための対流用ファン1bとを同じ回転軸1c上に並設して備え、モータ1dによって回転軸1cを回転させて両ファン1a,1bを回転させるように構成されている。
【0035】
また、燃料遮断弁3、イグナイタ23及びその高圧電源は市販のファンヒータに備え付けられているものと同じ物を使用した。
【0036】
次に、上記ファンヒータ100において、燃焼テストを行った結果を説明する。
燃焼テストはメタンを主成分とし発熱量46MJ/m3(Normal)(11000kcal/m3(Normal))の市中供給の天然ガス系都市ガスを用いて行った。排気は対流用ファン1bの出口にて吸引サンプリングし、全炭化水素、CO,CO2、NOxを分析した。
尚、制御装置30として外部設置のパソコンを利用して燃焼の自動制御とデータ収録を行った。また、上記フレーム電流検出手段25において検出されるフレーム電流として、フレーム電流検出手段25の抵抗26の両端から検出される電圧を連続記録した。
燃焼テストに当たっては、燃焼用ファン1aと対流用ファン1bとを別のモータで駆動するように構成した。さらに、対流用ファン1b用のモータ駆動電圧及び比例制御弁2による燃焼用調整を手動とし、燃焼開始操作、同一燃焼量における燃焼制御は自動制御とした。
【0037】
燃焼自動制御では、制御装置30において、まず、燃焼用ファン1a用の直流モータ駆動電圧Vaを10Vとして駆動し、イグナイタ23をON状態にて、ガス遮断弁3を開にし、比例制御弁2に便宜上燃焼量3kW(2600kcal/h)に相当する初期動力を与える。すると、気相燃焼部12の上記触媒上方部位に、均一気相燃焼の火炎が形成される。
【0038】
そして、温度センサ21により検出される燃焼触媒部11の出口部温度T11が、燃焼触媒部11において触媒接触酸化が開始されたと認識できる350℃になるまで、温度センサ21の検出結果に基づいて燃焼用ファン1a用のモータ駆動電圧Vaを次式に従って上昇させる。
【0039】
【数1】
Va[V]=0.0045×T11[℃]+9.91
【0040】
次に、出口部温度T11が、350℃となり、燃焼触媒部11及び気相燃焼部12における燃焼が安定したと認識できる760℃になるまで、温度センサ21の検出結果に基づいて燃焼用ファン1a用のモータ駆動電圧Vaを次式に従って上昇させる。
【0041】
【数2】
Va[V]=0.01×T11[℃]+8.0
【0042】
このような燃焼開始操作において、対流用ファン1b用のモータ駆動電圧は、初期においては49Vとされ、燃焼進行と共に、適正な温風が得られるように上昇される。
【0043】
ハイブリッド燃焼に到達後において、設定される各燃焼量に応じて予め定めた燃焼触媒部11の出口部温度T11、燃焼用ファン1aのモータ駆動電圧Vaの初期値テーブルに基づき、燃焼量を変化させて、燃焼性能、NOxをはじめとする燃焼排ガスの組成変化、フレーム電流検出手段25において検出されるフレーム電流等を測定した結果を説明する。
【0044】
図4は、燃焼開始から高燃焼領域における燃焼様相をプロットしたグラフ図である。気相燃焼部12における均一気相燃焼による燃焼開始以降、熱再生によって触媒が予熱され、約6分後に触媒酸化が開始され、ハイブリッド触媒燃焼に移行し、10分以内で超低NOxの定常ハイブリッド触媒燃焼に至った。
【0045】
フレーム電流(前述のように電圧に変換して測定している。)は、上記ハイブリッド触媒燃焼開始後、約15秒で3μAが得られ、まず着火時の火炎検知としての有効性が実証できる。ハイブリッド燃焼に移行すると、一時低下するが燃焼経過と共に上昇した。その後、3.5kW(3000kcal/h)から4.1kW(3500kcal/h)まで変化しても高いレベルのフレーム電流を保持しており、気相燃焼部において火炎が安定して形成されていることが判る。尚、フレーム電流が、触媒燃焼開始直後に一時的に低下しているのは、気相燃焼部において、上記触媒上方部位にあった火炎が、上記側方部位に移動したことで、各フレームロッド24a,24b,24cの両電極間における荷電粒子濃度差が一時的に低下したことによるものである。
【0046】
次に、燃焼量が2.4kW(2100kcal/h)において、燃焼触媒部11の出口部温度T11を10℃ずつ低下していき、フレーム電流値としての電圧と、不完全燃焼成分であるCO、UHC(未燃炭化水素)の濃度変化の状態を図5のグラフ図に示す。
触媒出口部温度T11を750℃とすれば、CO濃度が急上昇しており、不完全燃焼が発生していることが判る。このとき、フレーム電流は0.5μAに低下しており、不完全燃焼時の火炎検知としての有効性が実証できる。
次に、触媒出口部温度T11を800℃に上昇させると、CO濃度は元の5ppm以下に低下し、良好燃焼に戻っていることが判る。従って、この燃焼量では、触媒出口部温度T11を800℃付近で制御し、フレーム電流の下限界値を2μA程度とすれば、二重の燃焼安全構造とすることができる。そして、この燃焼量において、上記触媒出口部温度T11及びフレーム電流が、この値以下となったときには、燃焼装置50の運転を停止したり、供給する燃焼用空気量及び燃料量等を低下させたりする所定の安全制御を実行することが好ましく、このような安全制御を行う手段を安全制御手段とよぶ。
【0047】
図6には、燃焼量が1.1kW(1000kcal/h)において、図5と同様の測定を行ったときの結果がしめされている。
この場合は、触媒出口部温度T11が800℃になると、不完全燃焼が生起していることが判る。このときのフレーム電流は0.3μAまで低下している。しかし触媒出口部温度T11を840℃とすれば、フレーム電流は0.7μAまで増加し、元の良好燃焼に戻っている。
【0048】
結果、均一気相燃焼の燃焼開始操作から、定常時のハイブリッド燃焼4.1kW〜0.7kW(3500〜600kcal/h)の幅広い範囲において、触媒出口部温度T11とフレーム電流の相関は良好であり、夫々の値を監視して、ハイブリッド燃焼の二重安全構造を実現することができる。
【0049】
これらのテストにおいて、制御基本値としての触媒出口部温度T11を測定する温度センサ21の応答性は良好であり、また耐久性については、別に実施した1015℃における促進劣化テスト1000hで指示値変化が全く無かった。燃焼装置では900℃以下で温度センサを使用するので、実用性がある耐久性を有していることが判る。
【0050】
〔比較例1〕
次に第1の比較例として、フレームロッド以外は上記実施の形態の燃焼装置50と同様の構成で、触媒上方部位のフレームロッド24a以外のフレームロッド24b,24cを取り除き、上記フレームロッド24aの対極を燃焼触媒部11が設けられた内筒20側とした燃焼装置を用いて、フレーム電流を測定した。結果、燃焼開始時の触媒上方部位に火炎を形成する均一気相燃焼期間では、大きなフレーム電流が観測されたが、ハイブリッド燃焼に移行するとフレーム電流は殆ど観測されなくなった。また、フレーム電流のノイズレベルも大きかった。
【0051】
〔比較例2〕
次に第2の比較例として、フレームロッド以外は上記実施の形態の燃焼装置50と同様の構成の燃焼装置で、触媒上方部位のフレームロッド24aを一方の極とし、その他のフレームロッド24b,24cを他方の極として、フレーム電流を計測した。結果、燃焼開始時の触媒上方部位に火炎を形成する均一気相燃焼期間では、大きなフレーム電流が観測されたが、ハイブリッド燃焼に移行するとフレーム電流は殆ど観測されなくなった。このためこのような構成は火炎検知としての使用は不可能であることが判る。
【0052】
これまで説明してきたハイブリッド触媒燃焼装置に供給する燃料としては、都市ガス、天然ガスに限らず、LPG、灯油気化ガスなど、各種の燃料を利用できる。
【0053】
【発明の効果】
本発明のハイブリッド触媒燃焼装置及びそれを備えたファンヒータは、燃焼開始時から常時、燃焼触媒部後流の気相燃焼部の火炎の存在を監視でき、触媒出口部温度と連動して、二重の燃焼安全を図ることができ、安全性を大幅に向上できる。
また、市販のファンヒータにこのハイブリッド触媒燃焼装置を備えて、高空気比運転が可能となり、公害物質であるNOxの発生を極限まで抑制し、ファンヒータを環境にやさしい機器として認知してもらうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るハイブリッド触媒燃焼装置の実施の形態を示す全体概略図
【図2】図1に示す燃焼装置の側断面概略図
【図3】熱交換フィンの拡大斜視図
【図4】ハイブリッド触媒燃焼装置の燃焼開始及び高燃焼量における状態を示すグラフ図
【図5】ハイブリッド触媒燃焼装置の触媒出口部温度の変更によるフレーム電流の変化状態を示すグラフ図
【図6】ハイブリッド触媒燃焼装置の触媒出口部温度の変更によるフレーム電流の変化状態を示すグラフ図
【符号の説明】
1 ファン装置
1a 燃焼用ファン
4 混合気流路
11 燃焼触媒部
12 気相燃焼部
14 排出部伝熱変換体
15 排出口
16 気相燃焼部伝熱変換体
19 熱交換用フィン
18 予熱部
20 内筒
21 温度センサ(温度検出手段)
22 外部材
24a フレームロッド
24b フレームロッド
24c フレームロッド
25 フレーム電流検出手段
50 燃焼装置(ハイブリッド触媒燃焼装置)
100 ファンヒータ
A 空気
E 燃焼排ガス
H 暖房用温風[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a combustion catalyst part that allows catalytic mixture oxidation of a part of the fuel by passing an air-fuel mixture of combustion air and fuel, and provided downstream of the combustion catalyst part in the flow direction of the air-fuel mixture. A gas phase combustion part for burning the remainder of the fuel in a gas phase,
The inner cylinder provided with the combustion catalyst part inside one end part, and the inner cylinder and the combustion catalyst part between the one end part side of the inner cylinder and the outer side of the inner cylinder The present invention relates to a hybrid catalytic combustion apparatus including an outer member that forms a gas phase combustion section, and a fan heater including the same.
[0002]
[Prior art]
Equipment that operates at high air ratios, such as indoor open-air hot air heaters for home use, cogeneration, and gas turbine combustors for power generation, can achieve significantly lower NOx by improving combustion stability at high air ratios. May be achieved. On the other hand, in these devices, there is a demand for further NOx reduction. Among them, indoor open-air hot air heaters for home use emit exhaust directly into the living space, and therefore NOx reduction to the limit of NOx 1 ppm (
A combustion catalyst section filled with a combustion catalyst and a gas phase combustion section following the combustion catalyst are provided in the combustion flow path, and fuel and combustion air are mixed at a theoretical adiabatic combustion temperature of 1500 ° C. or lower (air ratio of about 1.6 or higher). Proposed as a means to achieve ultra-low NOx is a method that causes partial combustion by catalytic oxidation combustion in the combustion catalyst part and induces gas-phase oxidation in the downstream to complete combustion (called hybrid catalytic combustion method). (Japanese Patent Publication No. 6-506290).
[0003]
A hybrid catalytic combustion apparatus that employs such a combustion system is a means of partially combusting in the combustion catalyst section. Consisting of palladium as a main component, and using a metal honeycomb as a catalyst substrate, a catalyst coated layer (cell) and an uncoated layer (cell) are adjacent to each other, and heat generated by catalytic contact oxidation passes through a continuous non-catalytic layer. The catalyst layer in the combustion catalyst section is 20-70% catalytically oxidized and the catalyst temperature is set to 600-950 ° C. by means such as heat exchange with gas and physically preventing overheating.
[0004]
Such a hybrid catalytic combustion device is used for combustion so as to predetermine a temperature at the outlet of the combustion catalyst unit that can reliably achieve good combustion in the gas phase combustion unit according to each combustion amount, and always maintain that temperature. In some cases, the combustion air fan for supplying air is controlled to control the amount of air blown so that the combustion state in the gas phase combustion section is maintained in a good state. In this hybrid catalytic combustion apparatus, during operation, the outlet temperature of the combustion catalyst section becomes a predetermined temperature value that is higher than the temperature at which incomplete combustion or the like occurs in the gas phase combustion section. In addition, since there is a possibility that abnormal combustion such as incomplete combustion may occur, safety control such as stopping operation is performed to achieve safety.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in practical use, if there is an abnormality in one system, it is preferable to have a double safety structure that can be complemented by another system. In the abnormal combustion detection by measuring the outlet temperature of the combustion catalyst section, the outlet temperature of the combustion catalyst section where about 50% of the air-fuel mixture burns in contact with the catalyst is constantly monitored. About the gas phase combustion part which carries out a gas phase combustion, the combustion state is not monitored.
Therefore, in the double safety structure, it is desirable to monitor the combustion state of the gas phase combustion section, that is, to monitor the presence of the flame in the gas phase combustion section.
[0006]
As a method for monitoring the presence of the flame, there are a method using the heat generated from the flame, a method using the electrical characteristics of the flame, a method using the light emission of the flame, etc. A thermocouple temperature detection method using heat generation and a frame rod method using electric characteristics of a flame have been put into practical use.
A flame rod that can detect the presence of a flame more directly in a wider area than the thermocouple temperature detection method, which is a local measurement, in order to detect a flame spread in the space of the gas phase combustion part as in this case. It is desirable to apply the law.
[0007]
It has already been proposed to apply flame detection by the flame rod method to a hybrid catalytic combustion apparatus (Japanese Patent Laid-Open No. 10-160159). In this hybrid catalytic combustion apparatus, a pair of frame rods close to the gas phase combustion part near the outlet of the combustion catalyst part are provided, and a flame generated at a position separated from the combustion catalyst part of the gas phase combustion part is The flame current peak generated by approaching the flame rod is detected, and the ignition in the gas phase combustion section is confirmed.
[0008]
However, it is difficult to apply such flame detection to a hybrid combustion apparatus in which the position and movement of the flame in the gas phase combustion unit are different from those described above.
In particular, a gas phase combustion part extending from one end side of the inner cylinder to the outside of the inner cylinder is provided between the inner cylinder provided with the combustion catalyst part inside one end and the inner cylinder and the combustion catalyst part. In a hybrid catalytic combustion apparatus having a shape in which the shape of the gas phase combustion part is folded from the upper side of the combustion catalyst part to the outside of the inner cylinder, the catalyst combustion part is Since a flame is formed in the upper gas phase combustion section and the flame moves to the outside of the downstream inner cylinder, it is difficult to apply the flame rod method as it is.
[0009]
Therefore, in view of the circumstances as described above, the present invention realizes a technique for detecting a flame in a gas phase combustion section and monitoring abnormal combustion in the gas phase combustion section in such a hybrid catalytic combustion apparatus. The purpose is to do.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
[Configuration 1]
As described in claim 1, the hybrid catalytic combustion apparatus according to the present invention includes a combustion catalyst unit that allows a mixture of combustion air and fuel to pass through and catalytically oxidizes a part of the fuel, and the combustion catalyst unit. A gas phase combustion section provided on the downstream side in the flow direction of the air-fuel mixture and gas phase combustion of the remaining portion of the fuel,
The inner cylinder provided with the combustion catalyst part inside one end part, and the inner cylinder and the combustion catalyst part between the one end part side of the inner cylinder and the outer side of the inner cylinder A hybrid catalytic combustion apparatus comprising an outer member forming a gas phase combustion section,
At least three frame rods are disposed along the flow direction of the air-fuel mixture in the gas phase combustion section, and
The at least three frame rods;As a frame rod of them,It includes a frame rod provided in a corner portion that is above the one end of the inner cylinder of the gas phase combustion section and outside the inner cylinder,
A frame current detecting means for detecting a frame current flowing between the frame rods by applying a voltage between the frame rods is provided.
[0011]
[Configuration 2]
In the hybrid catalytic combustion apparatus according to the present invention, as described in
The frame current detection means is means for applying a voltage to each of the poles of the frame rod and detecting a frame current flowing between the poles.
[0012]
[Configuration 3]
According to the hybrid catalytic combustion apparatus of the present invention, as described in claim 3, in addition to the configuration of the hybrid catalytic combustion apparatus having the
When the temperature detected by the temperature detection means becomes a predetermined temperature or less, or when the frame current detected by the frame current detection means becomes a predetermined current value or less, a predetermined safety control is performed. A safety control means is provided for execution.
[0013]
[Configuration 4]
According to a fourth aspect of the present invention, in addition to the configuration of the hybrid catalytic combustion device having the first to third configurations, the hybrid catalytic combustion device according to the present invention is based on the temperature detected by the temperature detecting means. Control means for controlling the power of the air supply means for supplying the working air is provided.
[0014]
[Configuration 5]
According to a fifth aspect of the present invention, a fan heater includes the hybrid catalytic combustion device according to any one of the first to fourth aspects described above, and the combustion exhaust gas discharged from the gas phase combustion section is diluted with air to the outside. It is characterized by being discharged as warm air.
[0015]
[Function and effect]
In the hybrid combustion apparatus of the present invention, the combustion catalyst part is provided inside one end of the inner cylinder, and the gas phase combustion part is provided between the inner cylinder and the combustion catalyst part and the outer member. Thus, the air-fuel mixture in which a part of the fuel is burned in the combustion catalyst part is discharged from the end part of the inner cylinder and introduced into the gas phase combustion part formed around the inner cylinder, and the remaining part of the fuel is vaporized. It can be made to burn, the outer surface of an inner cylinder and a combustion catalyst part can be heated directly by the gas phase combustion, and the heat loss to the exterior can be controlled.
[0016]
When starting the operation of such a hybrid catalytic combustion apparatus, first, an air-fuel mixture with an air ratio capable of gas phase ignition is ignited by spark discharge or the like in the gas phase combustion section. Since this flame has a high adiabatic theoretical combustion temperature, the corner above the one end of the inner cylinder of the gas phase combustion section is-It is formed in the upper part of the catalyst upstream of the part. Therefore, at the time of such ignition, a positively charged particle (for example, H, for example) is considered that the combustion reaction is most actively performed at a high temperature in the vicinity of the frame rod provided in the upper part of the catalyst and contributes to the rectifying action.ThreeO+, CThreeHThree +Etc.) exist. On the other hand, in the vicinity of the frame rod provided at the corner portion, the combustion reaction is almost finished, and the concentration of positively charged particles is reduced. Due to the concentration difference of the positively charged particles, when a constant AC voltage is applied between the two frame rods, that is, between the two poles, the positively charged particles are captured only when the frame rod in the upper part of the catalyst has a negative potential. The frame current in a pulsating state flows in one direction. Therefore, the flame current detecting means for detecting the flame current can obtain the flame current signal together with the ignition, and can detect that the flame is normally formed and a flame is formed in the upper part of the catalyst.
[0017]
Further, after ignition, the temperature of the air-fuel mixture flowing in the inner cylinder or in the upstream side thereof rises due to heat transfer from the gas phase combustion section, and catalytic contact oxidation in the combustion catalyst section is started. It shifts to hybrid combustion which performs both combustion and gas phase combustion. And the flame formed in the catalyst upper part moves to the side part which is the downstream of the corner part of the gas phase combustion part. This is because about 50% of the fuel is burned by catalytic oxidation, and as a result, the fuel concentration of the air-fuel mixture supplied to the gas phase combustion section decreases, so that the gas phase oxidation rate becomes slow and a flame is formed. This is because the period of time becomes longer.
[0018]
As a result, the number of positively charged particles is the largest in the vicinity of the frame rod in the side portion on the downstream side of the gas phase combustion section, and the vicinity of the frame rod in the upper portion of the catalyst and the corner portion is reduced. In this state, due to the difference in the concentration of positively charged particles between the side part and the corner part, a frame current in a pulsating state flows in one direction between the two frame rods, that is, between the two poles. . Therefore, the flame current detection means for detecting the flame current can obtain the flame current signal even after the start of the hybrid combustion, and detects that a flame is normally formed in the side part of the gas phase combustion part. Can do.
[0019]
Thus, in the hybrid catalytic combustion apparatus of the present invention, for example, the frame current is detected using the frame rod at the corner portion as one pole and the two frame rods sandwiching the frame rod as the other pole. The presence of flame can always be detected over a wide range from the upper part of the catalyst to the side part in the combustion section.
Of course, there may be a plurality of each frame rod, and at the time of ignition and hybrid combustion, within the range where the electric field reaches effectively, one frame rod is always away from the flame, and the other two are flames with the same pole. It may be located near the center and capture positively charged particles.
[0020]
In the hybrid catalytic combustion apparatus of the present invention, the reduction of the flame current detected by the flame current detection means reflects that the flame is not present at a predetermined position, and the combustion catalyst part or its outlet part Combining the detection result of the temperature detection means for detecting the temperature and the detection result of the flame current detection means, when the outlet temperature of the combustion catalyst part becomes a predetermined temperature or less, or the flame current is a predetermined current value or less By providing safety control means for executing predetermined safety control that stops the operation of the hybrid catalytic combustion device or reduces the amount of combustion air and fuel to be supplied, etc. High double safety structure.
Therefore, the fan heater provided with such a hybrid catalytic combustion device has high reliability of safety control when abnormal combustion occurs, and can suppress indoor air contamination due to incomplete combustion or the like.
[0021]
The temperature detecting means detects the start of catalytic combustion when the control means controls the power of the air supply means to switch the supply amount of combustion air before and after the start of catalytic combustion. It can also be used as a temperature detection means.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
As an embodiment of the present invention, a combustion apparatus 50 (an example of a hybrid catalytic combustion apparatus) that uses natural gas city gas as fuel gas G and a
FIG. 1 is an overall schematic view of a
[0023]
With reference to FIGS. 1 and 2, the
The
[0024]
The preheating
The
[0025]
The
The
[0026]
The outer surface of the
[0027]
The
[0028]
The
In order to return the heat to the upstream side by radiant heat to the lower side of the
Further, the upper portion of the
The
[0029]
Further, a temperature sensor 21 (an example of a temperature detection unit) that detects a temperature immediately after the outlet of the
The
As such a
[0030]
The gas
[0031]
Further, the gas
[0032]
The
[0033]
Each of the
As shown in FIG. 2, the frame current detecting means 25 uses the
[0034]
The fan device 1 provided in the
[0035]
The fuel cutoff valve 3, the
[0036]
Next, a result of a combustion test performed on the
Combustion test with methane as the main component, calorific value 46MJ / mThree(Normal) (11000 kcal / mThree(Normal)) city-supplied natural gas city gas. The exhaust gas was sampled at the outlet of the
In addition, automatic control of combustion and data recording were performed using an externally installed personal computer as the
In the combustion test, the
[0037]
In the automatic combustion control, the
[0038]
Then, combustion is performed based on the detection result of the
[0039]
[Expression 1]
Va [V] = 0.0045 × T11 [° C.] + 9.91
[0040]
Next, the
[0041]
[Expression 2]
Va [V] = 0.01 × T11 [° C.] + 8.0
[0042]
In such a combustion start operation, the motor drive voltage for the
[0043]
After reaching the hybrid combustion, the combustion amount is changed on the basis of the initial value table of the outlet temperature T11 of the
[0044]
FIG. 4 is a graph plotting the combustion aspect in the high combustion region from the start of combustion. After the start of combustion by homogeneous gas phase combustion in the gas
[0045]
The flame current (measured by converting to voltage as described above) is 3 μA in about 15 seconds after the start of the combustion of the hybrid catalyst, and the effectiveness as flame detection at the time of ignition can be demonstrated first. When shifting to hybrid combustion, it temporarily decreased but increased with the progress of combustion. After that, even if it changes from 3.5 kW (3000 kcal / h) to 4.1 kW (3500 kcal / h), a high level of flame current is maintained, and a flame is stably formed in the gas phase combustion section. I understand. The flame current temporarily decreases immediately after the start of catalytic combustion because the flame located in the upper part of the catalyst moves to the side part in the gas phase combustion part. This is because the charged particle concentration difference between the
[0046]
Next, when the combustion amount is 2.4 kW (2100 kcal / h), the outlet temperature T11 of the
If the catalyst outlet temperature T11 is set to 750 ° C., the CO concentration increases rapidly, indicating that incomplete combustion has occurred. At this time, the flame current is reduced to 0.5 μA, and the effectiveness as flame detection during incomplete combustion can be verified.
Next, when the catalyst outlet temperature T11 is increased to 800 ° C., the CO concentration is reduced to the original 5 ppm or less, and it can be seen that the combustion has returned to good combustion. Therefore, with this combustion amount, if the catalyst outlet temperature T11 is controlled around 800 ° C. and the lower limit value of the flame current is about 2 μA, a double combustion safety structure can be obtained. Then, when the catalyst outlet temperature T11 and the flame current are less than or equal to these values in this combustion amount, the operation of the
[0047]
FIG. 6 shows the results when the same measurement as in FIG. 5 is performed at a combustion amount of 1.1 kW (1000 kcal / h).
In this case, it can be seen that incomplete combustion occurs when the catalyst outlet temperature T11 reaches 800 ° C. At this time, the frame current has decreased to 0.3 μA. However, if the catalyst outlet temperature T11 is 840 ° C., the flame current increases to 0.7 μA and returns to the original good combustion.
[0048]
As a result, the correlation between the catalyst outlet temperature T11 and the flame current is good in a wide range from the combustion start operation of the homogeneous gas phase combustion to the hybrid combustion 4.1 kW to 0.7 kW (3500 to 600 kcal / h) in the steady state. Each value can be monitored to realize a double safety structure of hybrid combustion.
[0049]
In these tests, the responsiveness of the
[0050]
[Comparative Example 1]
Next, as a first comparative example, except for the frame rod, the structure is the same as that of the
[0051]
[Comparative Example 2]
Next, as a second comparative example, a combustion apparatus having a configuration similar to that of the
[0052]
The fuel supplied to the hybrid catalytic combustion apparatus described so far is not limited to city gas and natural gas, but various fuels such as LPG and kerosene vaporized gas can be used.
[0053]
【The invention's effect】
The hybrid catalyst combustion apparatus of the present invention and a fan heater equipped with the hybrid catalyst combustion apparatus can always monitor the presence of a flame in the gas phase combustion section downstream of the combustion catalyst section from the start of combustion. Heavy combustion safety can be achieved, and safety can be greatly improved.
In addition, a commercially available fan heater is equipped with this hybrid catalytic combustion device, which enables high air ratio operation, suppresses the generation of NOx, a pollutant, to the limit, and makes the fan heater recognized as an environmentally friendly device. Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic diagram showing an embodiment of a hybrid catalytic combustion apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic side sectional view of the combustion apparatus shown in FIG.
FIG. 3 is an enlarged perspective view of a heat exchange fin.
FIG. 4 is a graph showing a state of combustion start and a high combustion amount of the hybrid catalytic combustion device
FIG. 5 is a graph showing a change state of the flame current due to a change in the catalyst outlet temperature of the hybrid catalytic combustion apparatus.
FIG. 6 is a graph showing a change state of the flame current due to a change in the catalyst outlet temperature of the hybrid catalytic combustion apparatus.
[Explanation of symbols]
1 Fan device
1a Fan for combustion
4 Mixture flow path
11 Combustion catalyst section
12 Gas phase combustion section
14 Heat exchanger of discharge section
15 outlet
16 Gas phase combustion part heat transfer converter
19 Heat exchange fins
18 Preheating part
20 inner cylinder
21 Temperature sensor (temperature detection means)
22 External material
24a Frame rod
24b Frame rod
24c frame rod
25 Frame current detection means
50 Combustion device (hybrid catalytic combustion device)
100 fan heater
A Air
E Combustion exhaust gas
H Warm air for heating
Claims (5)
一方の端部の内側に前記燃焼触媒部を設けた内筒と、前記内筒及び前記燃焼触媒部との間に、前記内筒の前記一方の端部側から前記内筒の外側に渡る前記気相燃焼部を形成する外部材とを備えたハイブリッド触媒燃焼装置であって、
前記気相燃焼部の前記混合気の流れ方向に沿って、少なくとも3つのフレームロッドを配設して備えると共に、
前記少なくとも3つのフレームロッドが、それらのうちのフレームロッドとして、前記気相燃焼部の前記内筒の前記一方の端部の上方側且つ前記内筒の外側であるコーナー部位に設けられたフレームロッドを間に含むものであり、
前記フレームロッド間に電圧を印加し、前記フレームロッド間に流れるフレーム電流を検出するフレーム電流検出手段を備えたハイブリッド触媒燃焼装置。A combustion catalyst part that catalytically oxidizes a part of the fuel by passing a mixture of combustion air and fuel; and a remaining part of the fuel provided downstream of the combustion catalyst part in the flow direction of the mixture A gas phase combustion section for gas phase combustion,
The inner cylinder provided with the combustion catalyst part inside one end part, and the inner cylinder and the combustion catalyst part between the one end part side of the inner cylinder and the outer side of the inner cylinder A hybrid catalytic combustion apparatus comprising an outer member forming a gas phase combustion section,
At least three frame rods are disposed along the flow direction of the air-fuel mixture in the gas phase combustion section, and
Said at least three frames rod, as a frame rod of them, flame rod which is provided at a corner portion which is outside of the upper and the inner cylinder of the one end of the inner cylinder of the gas-phase combustion portion Between
A hybrid catalytic combustion apparatus comprising flame current detection means for applying a voltage between the flame rods and detecting flame current flowing between the flame rods.
前記フレーム電流検出手段が、前記フレームロッドの両極間の夫々に電圧を印加し、前記両極間に流れるフレーム電流を検出する手段である請求項1に記載のハイブリッド触媒燃焼装置。Said at least three frames rod, a flame rod which is provided as one pole in the corner portion, the Corner of the catalyst upper part and the gas phase combustion portion on the upstream side of the corner portion of the gas-phase combustion portion Each frame rod provided as the other pole on the side part downstream of the part,
2. The hybrid catalytic combustion apparatus according to claim 1, wherein the flame current detection means is means for applying a voltage to both of the poles of the flame rod and detecting a flame current flowing between the poles.
前記温度検出手段により検出された前記温度が所定温度以下となったとき、又は、前記フレーム電流検出手段により検出された前記フレーム電流が所定の電流値以下となったときに、所定の安全制御を実行する安全制御手段を備えた請求項1又は2に記載のハイブリッド触媒燃焼装置。Temperature detecting means capable of detecting the temperature of the combustion catalyst part or the outlet part of the combustion catalyst part,
When the temperature detected by the temperature detection means becomes a predetermined temperature or less, or when the frame current detected by the frame current detection means becomes a predetermined current value or less, a predetermined safety control is performed. The hybrid catalytic combustion apparatus according to claim 1, further comprising a safety control means to be executed.
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