JP4798932B2 - 燃料気化装置、触媒燃焼装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を使用する触媒燃焼装置等に関し、特に液体燃料の気化方法、特に気化に要する消費電力の低減技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体燃料を気化させる方法として、従来から、液体燃料を気化部に滴下して気化させる方法や、気化部内に設置された気化素子を経由して気化させた後に噴出させる方法等が、家庭用石油燃焼機器に利用され、良く知られている。
【０００３】
いずれの方法においても、形成される火炎の炎口部に設置された気化熱回収リングや、火炎中に一部を突出して配置された気化熱回収受熱体等から、熱伝導によって、気化部への熱回収が行われている。
【０００４】
上記従来の気化装置においては、形成される火炎およびその近傍の雰囲気温度が１１００〜１３００℃と高温であることから、炎口部に設置された気化熱回収リングや火炎中に一部を突出して配置された気化熱回収受熱体等から、熱伝導によって、気化部へ熱回収することにより、自熱燃焼が可能となる場合もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、触媒燃焼装置においては、触媒燃焼部の温度が耐熱限界の９００℃以下に制限され、より低温の熱回収源となるため、従来と同様の気化部構成によって自熱燃焼を実現することは困難であるため、気化部を加熱し続けるためのヒータが別途必要となっていた。
【０００６】
ところが、この気化部を加熱するためのヒータは、多大な消費電力を要するという課題があった。また、液体燃料を均一加熱して気化させることは困難であり、燃料の一部は再凝縮（タール化）して気化部に堆積するという不具合があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来の触媒燃焼装置および燃料気化装置の課題を解決し、気化熱を供給し続けるためのヒータを別途用いることなく、気化熱を充分に得ることのできる燃料気化装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の本発明（請求項１に対応）は、燃料を供給する燃料供給手段と、
空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料を気化させるための気化器と、
前記気化器に接触、または近接して設けられた補助触媒燃焼部と、
前記気化器と前記補助触媒燃焼部の間に、前記気化した燃料と前記空気が収納される混合気空間と、
前記混合気空間内に開口された空気供給口とを備え、
前記空気供給手段は、前記混合気空間内に空気を供給する手段であり、
前記空気は、前記気化器を貫通して、前記空気供給口より前記混合気空間内に供給され、
前記補助触媒燃焼部は、混合気の流れの上流側から下流側までに設けられた複数の仕切部を有し、
前記仕切部の全部または一部には触媒が担持され、前記混合気が流通するための混合気流通口が設けられており、
前記仕切部の少なくとも一つは、前記空気供給口より下流側に配置された空気分流口を有し、
前記空気供給口より供給される空気の一部は、前記空気分流口を通過することにより分流される燃料気化装置である。
【００１３】
また、第２の本発明（請求項２に対応）は、前記触媒は、前記仕切部の全部に担持されており、
前記仕切部の前記空気分流口の口径は、前記混合気の流れに沿って下流にあるものほど小さい第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１４】
また、第３の本発明（請求項３に対応）は、前記仕切部は、その端部が前記気化器と接触しており、
前記仕切部のうち、前記混合気の流れの上流側に位置するものは、前記混合気の流れの下流側に位置するものに、所定の間隔をおいて覆われており、
前記混合気は、前記混合気の流れの上流側に位置する前記仕切部の周囲に流通する第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１５】
また、第４の本発明（請求項４に対応）は、前記混合気の流れの上流側の前記仕切部の混合気流通口と、前記混合気の流れの下流側の前記仕切部の混合気流通口とは、前記混合気流通口の中心軸が同一軸上で重なり合わないよう設けられている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１６】
また、第５の本発明（請求項５に対応）は、前記仕切部のうち、最下流のものは、少なくとも前記触媒燃焼部と対向する面が、高放射率基材で構成されている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１７】
また、第６の本発明（請求項６に対応）は、前記仕切部のうち、最下流のものは、少なくとも前記触媒燃焼部と対向する面が、高放射率基材で被覆されている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１８】
また、第７の本発明（請求項７に対応）は、前記触媒は、前記仕切部のうち、最上流のものの前記気化器に対向する面、および最下流のものの、前記触媒燃焼部に対向する面以外の部分に担持されている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１９】
また、第８の本発明（請求項８に対応）は、前記仕切部は互いに消炎距離以下の間隔で配置されている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００２０】
また、第９の本発明（請求項９に対応）は、第１から第８のいずれかの本発明の燃料気化装置と、
前記補助触媒燃焼部の下流側に設けられた触媒燃焼部と、
前記補助触媒燃焼部と前記触媒燃焼部の間に、前記気化した燃料と前記空気が収納される第２混合気空間とを備えた触媒燃焼装置である。
【００２１】
また、第１０の本発明（請求項１０に対応）は、前記第２混合気空間内に、前記空気分流口に対向するように設けられた整流板を備えた第９の本発明の触媒燃焼装置である。
【００２２】
以上のような本発明は、その一例として、液体燃料を供給する燃料供給経路と、空気を供給する空気供給経路と、加熱ヒータを備えた気化器と、前記気化器に接触または近接配置した触媒発熱体と、前記気化器と前記触媒発熱体との間に備えた混合気空間と、前記触媒発熱体の下流に設置した複数の連通路を有する触媒燃焼部とを備えるものであって、前記触媒発熱体が、酸化触媒成分を担持し、かつ混合気流通口を有する複数の発熱体仕切部から構成され、前記複数の発熱体仕切部が混合気の流れ方向に配置され、それにより上流の発熱体仕切部を通過した混合気が下流の発熱体仕切部を順に通過することを特徴とした触媒燃焼装置である。
【００２３】
また、本発明の他の一例の触媒燃焼装置では、空気供給経路先端の空気噴出口を気化器に貫通させ、空気が気化器に接触しないようにするとともに、触媒発熱体を構成する発熱体仕切部の空気噴出口下流位置に空気分流口を設置し、一部の空気がここを通過し触媒発熱体に接触しないように、空気を分流したことを特徴としている。
【００２４】
さらに、本発明の他の一例の触媒燃焼装置では、最上流の発熱体仕切部に酸化触媒成分を担持し、最下流の発熱体仕切部を高放射率基材により構成、または少なくとも触媒燃焼部に対向する面を高放射率材料により被覆し、気化器に接触配置したことを特徴としている。
【００２５】
なおさらに、本発明の他の一例の触媒燃焼装置では、上流側の発熱体仕切部の混合気流通口を通過した混合気が下流側の発熱体仕切部に衝突するように、混合気流通口を配置としたことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の実施態様において、多数の連通孔を有して各種燃料への酸化活性を有する触媒体、液体燃料の気化装置、着火装置や流量制御装置、あるいは必要に応じて温度検出装置や駆動装置等を備えた触媒燃焼装置が必要である。
【００２７】
触媒燃焼部としては、金属やセラミックのハニカム担体、セラミック繊維の編組体、または多孔質焼結体等に、白金やパラジウム等の貴金属を主成分とした活性成分を担持させたものを用いることができる。
【００２８】
空気の流量制御には、手動のニードルバルブや電動のソレノイドバルブ等を使用し、液体燃料の場合には、電磁ポンプ等を使用する。その他の駆動部分は、手動のレバー操作や自動制御のモータ駆動等が可能である。
【００２９】
着火装置としては、電気ヒータや放電点火器等を使用し得る。
【００３０】
なお、これらはいずれも従来から広く採用されている手段であり、他の公知の手段でも可能である。ここでは、それらの詳細については説明を省略する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による触媒燃焼装置の部分断面構成図である。
【００３２】
図１において、１は燃料タンク、２は燃料供給ポンプ、３は燃料供給経路、４は燃料噴出口、５は空気供給ファン、６は空気供給経路、７は空気噴出口、８は気化器であり、その内側面を黒色耐熱塗料で塗装してある。
【００３３】
また、９は気化器加熱ヒータ、１０は触媒発熱体であり、触媒発熱体１０は、金属基材に白金族金属を担持した第１発熱体仕切部１１と連接する第２発熱体仕切部１２から構成される。第１発熱体仕切部１１には第１混合気流通口１３、第２発熱体仕切部１２には第２混合気流通口１４が設けられている。第１発熱体仕切部１１は気化器８と接触配置され、第２発熱体仕切部と第１発熱体仕切部１１、および第１発熱体仕切部１１と気化器８との間は、第２発熱体仕切部１２および第１発熱体仕切部１１と一体化した側壁３０で周囲を囲まれ、混合気空間１５が形成されている。なお、側壁３０は、本発明の補助触媒燃焼部の一部に相当する。
【００３４】
１６は燃焼室であり、１７は複数の連通孔を有するセラミックハニカムに白金族金属を担持した触媒燃焼部であり、１８は触媒予熱ヒータであり、１９は燃焼ガス排出口である。また、触媒発熱体１０と触媒燃焼部１７との間には、第２混合気空間３１が形成されている。
【００３５】
次に、図１に示す本実施の形態の触媒燃焼装置の動作と特性を説明する。燃料タンク１内の液体燃料（灯油を使用）を、燃料供給ポンプ２で流量制御し、燃料供給経路３を経由して燃料噴出口４から空気供給経路６内に噴出する。
【００３６】
一方、空気供給ファン５に電圧を印加して動作させ、これより適正流量の空気を供給する。空気は空気供給経路６を経由して液体燃料と混合され、空気噴出口７から気化器８内に噴出される。空気噴出口７から噴出した混合気は、気化器加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御によって２５０℃以上に制御された気化器８の対向する壁に衝突し、液体燃料は気化する。
【００３７】
気化した液体燃料を含む混合気は、混合気空間１５を流通し、第１発熱体仕切部１１に接触反応する。次いで、混合気は第１混合気流通口１３から第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間に流入し、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２とにそれぞれ担持されている触媒表面に接触反応した後、第２混合気流通口１４から排出され、第２混合気空間３１を介して、触媒燃焼部１７に供給される。
【００３８】
このとき、触媒発熱体１０においては、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間を流通する混合気の触媒表面への接触頻度が高くなり、さらに対向する面間での放射熱の授受により蓄熱効果が得られ、ハニカム型触媒と同等の高い反応効率を実現でき、且つ過燃焼せず適切な熱量が得られる。
【００３９】
また、燃料供給ポンプ２での燃焼量の調節により、触媒燃焼部１７の上流温度は、良好な燃焼排ガス特性を有し、燃焼継続可能な５００℃以上、かつ耐熱限界の９００℃以下に制御される。このとき、触媒燃焼部１７の上流に燃焼量の５０〜６０％に相当する熱放射が行われる。また、触媒発熱体１０の温度は、触媒発熱体１０での反応熱と触媒燃焼部１７から還流される放射熱により、６００〜８００℃に維持され、気化熱を提供するのに適した範囲に保持される。
【００４０】
さらに、第１発熱体仕切部１１で発生する反応熱は、気化器８との接触部分からの熱伝導と気化器８に対向する面からの熱放射によって、一方、第２発熱体仕切部１２で発生する反応熱は、第１発熱体仕切部１１を介して熱伝導によって、気化器８に伝えられる。また、触媒発熱体１０からの伝導熱と放射熱は、液体燃料の気化熱に加えて、混合気の予熱にも利用されることから、再度触媒発熱体１０を経由して触媒燃焼部１７に還流されることになる。
【００４１】
このように、触媒発熱体１０および触媒燃焼部１７での反応熱を気化器８へ還流させることにより、気化器８を２５０℃以上に制御するために要する気化器加熱ヒータ９の消費電力を大幅に低減することができると同時に、混合気を適切な温度にて予熱することにより、燃料消費量を低減すること（すなわち高い熱利用効率を実現すること）ができ、省エネルギーかつ経済性に優れた触媒燃焼装置が提供できる。
【００４２】
さらに本発明は、触媒発熱体１０から気化器８への気化熱回収の大部分を行っているので、下流に触媒燃焼部１７を設置しない場合（すなわち火炎燃焼装置）にも適用し得、応用範囲の広い気化装置が提供できる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、酸化触媒成分は、第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２の両面に担持されているが、第１発熱体仕切部１１、または第２発熱体仕切部１２のいずれかの両面、もしくは第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の対向する面のみに酸化触媒成分を担持されても良い。この場合、上記と同様の効果が得られるとともに、高価な貴金属の使用量を低減することができ、より低コストの触媒燃焼装置が実現できる。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は本実施の形態の要部断面図である。図２において、空気噴出口７の下流に設置された２０、２１は、第１空気分流口、第２空気分流口であり、分流された空気が通過する。また、触媒予熱ヒータ１８に接触配置された２２は整流板である。
【００４５】
本実施の形態の基本構成は実施の形態１と同じである。異なる点は、（１）空気噴出口７を気化器８に貫通させ、空気が気化器８に接触しないようにし、発熱体仕切部において、空気噴出口７の下流位置に空気分流口を設置し、一部の空気が空気分流口を通過し触媒燃焼部１７に接触しないように、空気を分流している点、（２）全ての発熱体仕切部（第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２）を、筒状の構成として、いずれの発熱体仕切部も、その筒状の縁部にて気化器８に接触するよう配置するとともに、上流側の第１発熱体仕切部１１の全周囲に混合気を流通させるように、上流側の第１発熱体仕切部１１を所定の間隔をおいて覆うように、下流側の第２発熱体仕切部１２を配置している点、（３）上流側の第１発熱体仕切部１１に設けられた第１混合気流通口２０は、それを通過した混合気が下流側の第２発熱体仕切部１２に衝突するように配置されている点、の計３点である。
【００４６】
次に、図２、図３において、本実施の形態の動作と特性を説明する。空気は、空気供給経路６を経由し、気化器８に貫通した先端の空気噴出口７から混合気空間１５内に噴出される。第１発熱体仕切部１１で分流された空気の一部は、気化した燃料と混合されず、第１空気分流口２０、第２空気分流口２１から直接燃焼室１６内に供給される。
【００４７】
一方、残りの空気は、混合気空間１５内を流通し、気化器８で気化した燃料と混合し、第１発熱体仕切部１１と接触反応する（適正な空気流量に対して空気不足の状態）。さらに、混合気は、第１混合気流通口１３から第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間に流入し、一旦第２発熱体仕切部１２に衝突し、拡散、混合された後、第１発熱体仕切部１１の外側および第２発熱体仕切部１２の内側にそれぞれ担持された触媒表面に接触反応する。次いで、混合気は第２混合気流通口１４から排出され、燃焼室１６内に供給される。
【００４８】
このように、第１発熱体仕切部１１の全周囲に混合気を流通させるように第２発熱体仕切部１２および側壁３０ａを配置することにより、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間の反応面積を大きくし、流通する混合気の触媒表面への接触頻度を高め、さらに対向する面間での放射熱の授受により蓄熱効果を得ることができた。従って、ハニカム型触媒と同等の高い反応効率を実現でき、且つ過燃焼せず適切な熱量が得られた。
【００４９】
上記のように分流された空気は、整流板２２に衝突して燃焼室１６の周囲に形成される混合気流側への流れを形成し、ここで混合気と混合され、触媒燃焼部１７に供給される。このとき、触媒発熱体１０を通過してきた混合気は、前述したように、燃焼用空気への放熱量を抑制し得るため、適正流量に対して空気不足の状態になっているが、触媒発熱体１０で発生する反応熱と触媒燃焼部１７から還流される放射熱により、触媒発熱体１０の温度は実施の形態１と同等の６００〜８００℃に維持される。
【００５０】
さらに、触媒発熱体１０で発生する反応熱は、気化器８との接触部分からの熱伝導と、第１発熱体仕切部１１の気化器８に対向する面からの熱放射により、気化器８に伝えられる。第２発熱体仕切部１２は、第１発熱体仕切部１１の全周囲に混合気を流通させるように配置されているため、反応面積が大きく、各部の反応熱量も多い。
【００５１】
また、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化熱としてのみ利用され、気化器８への別途供給熱量を、混合気として気化させた場合の１／８〜１／６に低減することができる。同時に、触媒発熱体１０と接触する混合気の流量を低減することにより、触媒発熱体１０から混合気への熱回収量を低減していることから、全燃焼量域に渡り気化器８を２５０℃以上に制御するために要する気化器加熱ヒータ９の消費電力をゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
【００５２】
また、本願発明の触媒燃焼装置において、図３（発熱体仕切部の上面図）に示すように、第１混合気流通口１３を通過した混合気が下流側の第２発熱体仕切部に効果的に衝突するように第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の各々の混合気流通口をずらして配置することが好ましい。なぜなら、この構成により、混合気中の燃料と空気の混ざり具合を良くし、かつ触媒との反応を良くすることができ、空気を分流する場合や流量の少ない低燃焼量域においても均一な混合気を触媒燃焼部１７に供給することができるからである。このとき、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２のそれぞれの混合気流通口の、その中心軸が、互いに同一軸上で重なり合わないようにするのが望ましい。
【００５３】
このように、良好な燃焼排ガスの特性を有する、燃焼量可変幅の大きい快適性に優れた触媒燃焼装置が実現できる。
【００５４】
なお、上記の本実施の形態では、酸化触媒成分を第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２の全面に担持させているが、実施の形態１と同様、第１発熱体仕切部１１もしくは第２発熱体仕切部１２のいずれかの両面、または第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の対向する面のみに酸化触媒成分を担持しても良い。この場合も上記と同様の効果が得られ、さらに、高価な貴金属の使用量が低減できるため、より低コストの触媒燃焼装置となる。
【００５５】
また、上記の実施の形態では、第１空気分流口２０と第２空気分流口２１の口径を等しくしたが、第２空気分流口２１の口径を第１空気分流口２０より小さくすることが好ましい。これにより、低燃焼量域では第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間で空気不足が生じ、反応熱が気化器８に十分に回収されず、全燃焼量域に渡る気化器加熱ヒータ９の消費電力のゼロを実現し得ない、という課題が解決できる。
【００５６】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は本実施の形態の要部断面図である。
【００５７】
図４では、第１空気分流口２０が開設された第１発熱体仕切部１１と空気分流口を開設しない第２発熱体仕切部１２とは、消炎距離（消炎距離は燃料種によって異なる）以下の間隔で設置しており、本実施の形態では１．５ｍｍの間隔で設置している。この間隔は燃料種によって異なるが、混合気が流れ得る間隔であって、３．０ｍｍ以下の間隔であれば任意でよい。また、第１発熱体仕切部１１には酸化触媒成分を担持させ、第２発熱体仕切部１２の両面を高放射率材料により被覆している。
【００５８】
本実施の形態の基本構成は実施の形態２と同じである。異なる点は、（１）最上流の第１の発熱体仕切部１１に酸化触媒成分を担持し、最下流の発熱体仕切部の触媒燃焼部に対向する面を高放射率材料により被覆し、気化器に接触配置している点、発熱体仕切部を消炎距離以下の間隔で配置している点である。
【００５９】
次に、図４において本実施の形態の動作と特性について説明する。空気は空気供給経路６を経由して、気化器８に貫通した先端の空気噴出口７から混合気空間１５内に噴出された後、第１発熱体仕切部１１で分流された空気の一部は、気化した燃料と混合されず、第１空気分流口２０を通過し、第２発熱体仕切部１２に衝突した後、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２との間の空間にに流入する。
【００６０】
また、第１混合気流通口１３から第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間に流入した混合気は、第２発熱体仕切部１２に衝突、流入した空気と混合し、第１発熱体仕切部１１の触媒表面に接触反応した後、第２混合気流通口１４から排出され、燃焼室１６内に供給される。
【００６１】
このように、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間を流通する混合気の触媒表面への接触頻度を高くし、さらに反応熱により昇温した第１発熱体仕切部１１と触媒燃焼部１７からの放射熱を吸収した第２発熱体仕切部１２の対向する面間での放射熱の授受により蓄熱効果を得ることにより、ハニカム型触媒と同等の高い反応効率を得ることができ、且つ過燃焼せず適切な熱量が得られる。
【００６２】
また、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間で十分に拡散混合された均一な混合気を、触媒燃焼部１７に供給することが可能となり、良好な燃焼排ガスの特性を実現し得る。
【００６３】
さらに、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２を消炎距離以下の間隔で設置していることから、燃料濃度むら等の原因で局所的な高温領域が存在する場合にも、この領域を起点とする発火を抑制し得る。
【００６４】
この場合、第１発熱体仕切部１１で発生する反応熱により、第１発熱体仕切部１１の温度は６００〜８００℃に維持される。また、第１発熱体仕切部１１と触媒燃焼部１７からの放射熱の９０％以上を吸収する第２発熱体仕切部１２の温度は、３５０〜５５０℃に維持される。
【００６５】
さらに、第１発熱体仕切部１１で発生する反応熱は、気化器８との接触部分からの熱伝導と気化器８に対向する面からの熱放射により気化器８に伝えられる。また、第２発熱体仕切部１２で吸収される第１発熱体仕切部１１および触媒燃焼部１７からの放射熱は、接触部分からの熱伝導により気化器８に伝えられる。
【００６６】
一方、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化熱としてのみ利用され、気化器８への別途供給熱量を、混合気として気化させる場合の１／８〜１／６に低減することができる。
【００６７】
同時に、空気を分流して触媒発熱体１０と接触する混合気流量を低減することにより、触媒発熱体１０から混合気への熱回収量を低減していることから、全燃焼量域に渡り気化器８を２５０℃以上に制御するために要する気化器加熱ヒータ９の消費電力をゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
【００６８】
以上のように、本発明により、ランニングコストの低い経済性に優れた触媒燃焼装置が提供できる。さらに、第２発熱体仕切部１２に酸化触媒成分を担持しないため、高価な貴金属の使用量を低減することができ、より低コストの触媒燃焼装置を実現できる。
【００６９】
なお、本実施の形態において、第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２はともに気化器８に接触配置されているが、第１発熱体仕切部１１を第２発熱体仕切部１２に接触配置しても良い。この場合も上記と同様の効果が得られる。また、触媒発熱体１０を第１発熱体仕切部１１、第２発熱体仕切部１２の２部構成としているが、３部構成以上とした場合でも、上記と同様の効果が得られる。
【００７０】
以上、本発明を液体燃料の燃焼装置で実施したが、本発明はこれに限定されるものでなく、以下のような場合も本発明に含まれる。
【００７１】
すなわち、上記では、触媒体の担体としてセラミックハニカムを用いているが、予混合気が流通し得る多数の連通孔を有するものであればその素材や形状に限定はなく、例えばセラミックや金属の焼結体、金属ハニカムや金属不織布、セラミック繊維の編組体等が利用可能である。また、形状も平板に限らず、湾曲形状や筒状あるいは波板状など、素材の加工性と用途に応じて任意に設定し得る。
【００７２】
活性成分としては、白金、パラジウム、ロジウム等の白金属の貴金属が一般的であるが、これらの混合体や他の金属やその酸化物、およびこれらとの混合組成であっても良く、燃料種や使用条件に応じた活性成分の選択が可能である。
【００７３】
また、本実施の形態の触媒発熱体は２つの発熱体仕切部から構成されているが、発熱体仕切部は３つ以上の複数あればなおよい。特に、図２では上流側の発熱体仕切部を覆うように下流側の発熱体仕切部を配置し、さらに空気噴出口が気化器を貫通しているが、必ずしも両方の構成をとる必要はない。
【００７４】
なお、上記の各実施の形態において、燃料タンク１、燃料供給ポンプ２，燃料供給経路３は本発明の燃料供給手段の一例であり、空気供給ファン５、空気供給経路６は本発明の空気供給手段の一例であり、気化器８は本発明の気化器の一例であり、気化器８内の空間および混合気空間１５は本発明の混合気空間の一例であり、第２混合気空間３１は本発明の第２混合気空間の一例である。触媒燃焼部１７は本発明の触媒燃焼部の一例であり、触媒発熱体１０は本発明の補助触媒燃焼部の一例であり、第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２は本発明の仕切部の一例である。また、第１混合気流通口１３および第２混合気流通口１４は本発明の流通口の一例である。
【００７５】
また、第１空気分流口２０および第２空気分流口２１は本発明の空気分流口の一例である。
【００７６】
また、上記の実施の形態において、液体燃料は灯油であるとしたが、他にガソリン、メタノール、エタノール等であってもよい。
【００７７】
また、触媒は白金族金属であるとしたが、本発明の触媒はＭｎ、Ｃｕ、Ｃｏ等の酸化物等であってもよい。
【００７８】
また、側壁３０は気化器８と第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２との周囲に設けられ、本発明の補助触媒燃焼部の一部として、混合気空間を形成するものとして説明を行ったが、本発明の仕切部は、触媒燃焼装置の外壁に接触するように実現してもよい。
【００７９】
また、実施の形態１，２では、酸化触媒成分は、第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２の両面に担持されているとしたが、第１発熱体仕切部１１、または第２発熱体仕切部１２のいずれかの両面、もしくは第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の対向する面のみに酸化触媒成分を担持されても良い。すなわち、本発明の仕切部はその全部または一部に触媒を担持していればよい。ただし上記の説明において、全部とは複数の全ての仕切部または一個の仕切部の全ての部分を意味し、一部とは、複数の仕切部のうち一部の一枚または複数の仕切部を意味するか、または一枚の仕切部の一部分を意味する。
【００８０】
また、上記の実施の形態においては、触媒燃焼装置に付いて説明を行ったが、本発明は、触媒燃焼装置に限定されるものではなく、燃料を気化させるための燃料気化装置として実現してもよい。例えば、上記の各実施の形態においては、触媒燃焼部１７および触媒余熱ヒータ１８を省いた構成とすれば、燃料気化装置を実現することができる。このような燃料気化装置は、例えば火炎燃焼装置などに用いることができる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明により、熱利用効率が高く燃焼量可変幅の大きい、快適性に優れた燃料気化装置または触媒燃焼装置が提供できた。また、本発明により、高価な白金族金属等の貴金属の使用量を低減し、低コストの燃料気化装置または触媒燃焼装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施の形態における燃焼装置の部分断面構成図
【図２】 本発明の第２実施の形態における燃焼装置の要部断面構成図
【図３】 本発明の第３実施の形態における第１、第２発熱体仕切部の上面図
【図４】 本発明の第３実施の形態における燃焼装置の要部断面構成図
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ 燃料供給ポンプ
３ 燃料供給経路
４ 燃料噴出口
５ 空気供給ファン
６ 空気供給経路
７ 空気噴出口
８ 気化器
９ 気化器加熱ヒータ
１０ 触媒発熱体
１１ 第１発熱体仕切部
１２ 第２発熱体仕切部
１３ 第１混合気流通口
１４ 第２混合気流通口
１５ 混合気空間
１６ 燃焼室
１７ 触媒燃焼部
１８ 触媒予熱ヒータ
１９ 燃焼ガス排出口
２０ 第１空気分流口
２１ 第２空気分流口
２２ 整流板
３０ 側壁
３１ 第２の混合気空間
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体燃料を使用する触媒燃焼装置等に関し、特に液体燃料の気化方法、特に気化に要する消費電力の低減技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
液体燃料を気化させる方法として、従来から、液体燃料を気化部に滴下して気化させる方法や、気化部内に設置された気化素子を経由して気化させた後に噴出させる方法等が、家庭用石油燃焼機器に利用され、良く知られている。
【０００３】
いずれの方法においても、形成される火炎の炎口部に設置された気化熱回収リングや、火炎中に一部を突出して配置された気化熱回収受熱体等から、熱伝導によって、気化部への熱回収が行われている。
【０００４】
上記従来の気化装置においては、形成される火炎およびその近傍の雰囲気温度が１１００〜１３００℃と高温であることから、炎口部に設置された気化熱回収リングや火炎中に一部を突出して配置された気化熱回収受熱体等から、熱伝導によって、気化部へ熱回収することにより、自熱燃焼が可能となる場合もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、触媒燃焼装置においては、触媒燃焼部の温度が耐熱限界の９００℃以下に制限され、より低温の熱回収源となるため、従来と同様の気化部構成によって自熱燃焼を実現することは困難であるため、気化部を加熱し続けるためのヒータが別途必要となっていた。
【０００６】
ところが、この気化部を加熱するためのヒータは、多大な消費電力を要するという課題があった。また、液体燃料を均一加熱して気化させることは困難であり、燃料の一部は再凝縮（タール化）して気化部に堆積するという不具合があった。
【０００７】
本発明は、かかる従来の触媒燃焼装置および燃料気化装置の課題を解決し、気化熱を供給し続けるためのヒータを別途用いることなく、気化熱を充分に得ることのできる燃料気化装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、第１の本発明（請求項１に対応）は、燃料を供給する燃料供給手段と、
空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料を気化させるための気化器と、
前記気化器に接触、または近接して設けられた補助触媒燃焼部と、
前記気化器と前記補助触媒燃焼部の間に、前記気化した燃料と前記空気が収納される混合気空間と、
前記混合気空間内に開口された空気供給口とを備え、
前記空気供給手段は、前記混合気空間内に空気を供給する手段であり、
前記空気は、前記気化器を貫通して、前記空気供給口より前記混合気空間内に供給され、
前記補助触媒燃焼部は、混合気の流れの上流側から下流側までに設けられた複数の仕切部を有し、
前記仕切部の全部または一部には触媒が担持され、前記混合気が流通するための混合気流通口が設けられており、
前記仕切部の少なくとも一つは、前記空気供給口より下流側に配置された空気分流口を有し、
前記空気供給口より供給される空気の一部は、前記空気分流口を通過することにより分流される燃料気化装置である。
【００１３】
また、第２の本発明（請求項２に対応）は、前記触媒は、前記仕切部の全部に担持されており、
前記仕切部の前記空気分流口の口径は、前記混合気の流れに沿って下流にあるものほど小さい第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１４】
また、第３の本発明（請求項３に対応）は、前記仕切部は、その端部が前記気化器と接触しており、
前記仕切部のうち、前記混合気の流れの上流側に位置するものは、前記混合気の流れの下流側に位置するものに、所定の間隔をおいて覆われており、
前記混合気は、前記混合気の流れの上流側に位置する前記仕切部の周囲に流通する第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１５】
また、第４の本発明（請求項４に対応）は、前記混合気の流れの上流側の前記仕切部の混合気流通口と、前記混合気の流れの下流側の前記仕切部の混合気流通口とは、前記混合気流通口の中心軸が同一軸上で重なり合わないよう設けられている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１６】
また、第５の本発明（請求項５に対応）は、前記仕切部のうち、最下流のものは、少なくとも前記触媒燃焼部と対向する面が、高放射率基材で構成されている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１７】
また、第６の本発明（請求項６に対応）は、前記仕切部のうち、最下流のものは、少なくとも前記触媒燃焼部と対向する面が、高放射率基材で被覆されている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１８】
また、第７の本発明（請求項７に対応）は、前記触媒は、前記仕切部のうち、最上流のものの前記気化器に対向する面、および最下流のものの、前記触媒燃焼部に対向する面以外の部分に担持されている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００１９】
また、第８の本発明（請求項８に対応）は、前記仕切部は互いに消炎距離以下の間隔で配置されている第１の本発明の燃料気化装置である。
【００２０】
また、第９の本発明（請求項９に対応）は、第１から第８のいずれかの本発明の燃料気化装置と、
前記補助触媒燃焼部の下流側に設けられた触媒燃焼部と、
前記補助触媒燃焼部と前記触媒燃焼部の間に、前記気化した燃料と前記空気が収納される第２混合気空間とを備えた触媒燃焼装置である。
【００２１】
また、第１０の本発明（請求項１０に対応）は、前記第２混合気空間内に、前記空気分流口に対向するように設けられた整流板を備えた第９の本発明の触媒燃焼装置である。
【００２２】
以上のような本発明は、その一例として、液体燃料を供給する燃料供給経路と、空気を供給する空気供給経路と、加熱ヒータを備えた気化器と、前記気化器に接触または近接配置した触媒発熱体と、前記気化器と前記触媒発熱体との間に備えた混合気空間と、前記触媒発熱体の下流に設置した複数の連通路を有する触媒燃焼部とを備えるものであって、前記触媒発熱体が、酸化触媒成分を担持し、かつ混合気流通口を有する複数の発熱体仕切部から構成され、前記複数の発熱体仕切部が混合気の流れ方向に配置され、それにより上流の発熱体仕切部を通過した混合気が下流の発熱体仕切部を順に通過することを特徴とした触媒燃焼装置である。
【００２３】
また、本発明の他の一例の触媒燃焼装置では、空気供給経路先端の空気噴出口を気化器に貫通させ、空気が気化器に接触しないようにするとともに、触媒発熱体を構成する発熱体仕切部の空気噴出口下流位置に空気分流口を設置し、一部の空気がここを通過し触媒発熱体に接触しないように、空気を分流したことを特徴としている。
【００２４】
さらに、本発明の他の一例の触媒燃焼装置では、最上流の発熱体仕切部に酸化触媒成分を担持し、最下流の発熱体仕切部を高放射率基材により構成、または少なくとも触媒燃焼部に対向する面を高放射率材料により被覆し、気化器に接触配置したことを特徴としている。
【００２５】
なおさらに、本発明の他の一例の触媒燃焼装置では、上流側の発熱体仕切部の混合気流通口を通過した混合気が下流側の発熱体仕切部に衝突するように、混合気流通口を配置としたことを特徴としている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。本発明の実施態様において、多数の連通孔を有して各種燃料への酸化活性を有する触媒体、液体燃料の気化装置、着火装置や流量制御装置、あるいは必要に応じて温度検出装置や駆動装置等を備えた触媒燃焼装置が必要である。
【００２７】
触媒燃焼部としては、金属やセラミックのハニカム担体、セラミック繊維の編組体、または多孔質焼結体等に、白金やパラジウム等の貴金属を主成分とした活性成分を担持させたものを用いることができる。
【００２８】
空気の流量制御には、手動のニードルバルブや電動のソレノイドバルブ等を使用し、液体燃料の場合には、電磁ポンプ等を使用する。その他の駆動部分は、手動のレバー操作や自動制御のモータ駆動等が可能である。
【００２９】
着火装置としては、電気ヒータや放電点火器等を使用し得る。
【００３０】
なお、これらはいずれも従来から広く採用されている手段であり、他の公知の手段でも可能である。ここでは、それらの詳細については説明を省略する。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１による触媒燃焼装置の部分断面構成図である。
【００３２】
図１において、１は燃料タンク、２は燃料供給ポンプ、３は燃料供給経路、４は燃料噴出口、５は空気供給ファン、６は空気供給経路、７は空気噴出口、８は気化器であり、その内側面を黒色耐熱塗料で塗装してある。
【００３３】
また、９は気化器加熱ヒータ、１０は触媒発熱体であり、触媒発熱体１０は、金属基材に白金族金属を担持した第１発熱体仕切部１１と連接する第２発熱体仕切部１２から構成される。第１発熱体仕切部１１には第１混合気流通口１３、第２発熱体仕切部１２には第２混合気流通口１４が設けられている。第１発熱体仕切部１１は気化器８と接触配置され、第２発熱体仕切部と第１発熱体仕切部１１、および第１発熱体仕切部１１と気化器８との間は、第２発熱体仕切部１２および第１発熱体仕切部１１と一体化した側壁３０で周囲を囲まれ、混合気空間１５が形成されている。なお、側壁３０は、本発明の補助触媒燃焼部の一部に相当する。
【００３４】
１６は燃焼室であり、１７は複数の連通孔を有するセラミックハニカムに白金族金属を担持した触媒燃焼部であり、１８は触媒予熱ヒータであり、１９は燃焼ガス排出口である。また、触媒発熱体１０と触媒燃焼部１７との間には、第２混合気空間３１が形成されている。
【００３５】
次に、図１に示す本実施の形態の触媒燃焼装置の動作と特性を説明する。燃料タンク１内の液体燃料（灯油を使用）を、燃料供給ポンプ２で流量制御し、燃料供給経路３を経由して燃料噴出口４から空気供給経路６内に噴出する。
【００３６】
一方、空気供給ファン５に電圧を印加して動作させ、これより適正流量の空気を供給する。空気は空気供給経路６を経由して液体燃料と混合され、空気噴出口７から気化器８内に噴出される。空気噴出口７から噴出した混合気は、気化器加熱ヒータ９のＯＮ−ＯＦＦ制御によって２５０℃以上に制御された気化器８の対向する壁に衝突し、液体燃料は気化する。
【００３７】
気化した液体燃料を含む混合気は、混合気空間１５を流通し、第１発熱体仕切部１１に接触反応する。次いで、混合気は第１混合気流通口１３から第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間に流入し、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２とにそれぞれ担持されている触媒表面に接触反応した後、第２混合気流通口１４から排出され、第２混合気空間３１を介して、触媒燃焼部１７に供給される。
【００３８】
このとき、触媒発熱体１０においては、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間を流通する混合気の触媒表面への接触頻度が高くなり、さらに対向する面間での放射熱の授受により蓄熱効果が得られ、ハニカム型触媒と同等の高い反応効率を実現でき、且つ過燃焼せず適切な熱量が得られる。
【００３９】
また、燃料供給ポンプ２での燃焼量の調節により、触媒燃焼部１７の上流温度は、良好な燃焼排ガス特性を有し、燃焼継続可能な５００℃以上、かつ耐熱限界の９００℃以下に制御される。このとき、触媒燃焼部１７の上流に燃焼量の５０〜６０％に相当する熱放射が行われる。また、触媒発熱体１０の温度は、触媒発熱体１０での反応熱と触媒燃焼部１７から還流される放射熱により、６００〜８００℃に維持され、気化熱を提供するのに適した範囲に保持される。
【００４０】
さらに、第１発熱体仕切部１１で発生する反応熱は、気化器８との接触部分からの熱伝導と気化器８に対向する面からの熱放射によって、一方、第２発熱体仕切部１２で発生する反応熱は、第１発熱体仕切部１１を介して熱伝導によって、気化器８に伝えられる。また、触媒発熱体１０からの伝導熱と放射熱は、液体燃料の気化熱に加えて、混合気の予熱にも利用されることから、再度触媒発熱体１０を経由して触媒燃焼部１７に還流されることになる。
【００４１】
このように、触媒発熱体１０および触媒燃焼部１７での反応熱を気化器８へ還流させることにより、気化器８を２５０℃以上に制御するために要する気化器加熱ヒータ９の消費電力を大幅に低減することができると同時に、混合気を適切な温度にて予熱することにより、燃料消費量を低減すること（すなわち高い熱利用効率を実現すること）ができ、省エネルギーかつ経済性に優れた触媒燃焼装置が提供できる。
【００４２】
さらに本発明は、触媒発熱体１０から気化器８への気化熱回収の大部分を行っているので、下流に触媒燃焼部１７を設置しない場合（すなわち火炎燃焼装置）にも適用し得、応用範囲の広い気化装置が提供できる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、酸化触媒成分は、第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２の両面に担持されているが、第１発熱体仕切部１１、または第２発熱体仕切部１２のいずれかの両面、もしくは第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の対向する面のみに酸化触媒成分を担持されても良い。この場合、上記と同様の効果が得られるとともに、高価な貴金属の使用量を低減することができ、より低コストの触媒燃焼装置が実現できる。
【００４４】
（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は本実施の形態の要部断面図である。図２において、空気噴出口７の下流に設置された２０、２１は、第１空気分流口、第２空気分流口であり、分流された空気が通過する。また、触媒予熱ヒータ１８に接触配置された２２は整流板である。
【００４５】
本実施の形態の基本構成は実施の形態１と同じである。異なる点は、（１）空気噴出口７を気化器８に貫通させ、空気が気化器８に接触しないようにし、発熱体仕切部において、空気噴出口７の下流位置に空気分流口を設置し、一部の空気が空気分流口を通過し触媒燃焼部１７に接触しないように、空気を分流している点、（２）全ての発熱体仕切部（第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２）を、筒状の構成として、いずれの発熱体仕切部も、その筒状の縁部にて気化器８に接触するよう配置するとともに、上流側の第１発熱体仕切部１１の全周囲に混合気を流通させるように、上流側の第１発熱体仕切部１１を所定の間隔をおいて覆うように、下流側の第２発熱体仕切部１２を配置している点、（３）上流側の第１発熱体仕切部１１に設けられた第１混合気流通口２０は、それを通過した混合気が下流側の第２発熱体仕切部１２に衝突するように配置されている点、の計３点である。
【００４６】
次に、図２、図３において、本実施の形態の動作と特性を説明する。空気は、空気供給経路６を経由し、気化器８に貫通した先端の空気噴出口７から混合気空間１５内に噴出される。第１発熱体仕切部１１で分流された空気の一部は、気化した燃料と混合されず、第１空気分流口２０、第２空気分流口２１から直接燃焼室１６内に供給される。
【００４７】
一方、残りの空気は、混合気空間１５内を流通し、気化器８で気化した燃料と混合し、第１発熱体仕切部１１と接触反応する（適正な空気流量に対して空気不足の状態）。さらに、混合気は、第１混合気流通口１３から第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間に流入し、一旦第２発熱体仕切部１２に衝突し、拡散、混合された後、第１発熱体仕切部１１の外側および第２発熱体仕切部１２の内側にそれぞれ担持された触媒表面に接触反応する。次いで、混合気は第２混合気流通口１４から排出され、燃焼室１６内に供給される。
【００４８】
このように、第１発熱体仕切部１１の全周囲に混合気を流通させるように第２発熱体仕切部１２および側壁３０ａを配置することにより、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間の反応面積を大きくし、流通する混合気の触媒表面への接触頻度を高め、さらに対向する面間での放射熱の授受により蓄熱効果を得ることができた。従って、ハニカム型触媒と同等の高い反応効率を実現でき、且つ過燃焼せず適切な熱量が得られた。
【００４９】
上記のように分流された空気は、整流板２２に衝突して燃焼室１６の周囲に形成される混合気流側への流れを形成し、ここで混合気と混合され、触媒燃焼部１７に供給される。このとき、触媒発熱体１０を通過してきた混合気は、前述したように、燃焼用空気への放熱量を抑制し得るため、適正流量に対して空気不足の状態になっているが、触媒発熱体１０で発生する反応熱と触媒燃焼部１７から還流される放射熱により、触媒発熱体１０の温度は実施の形態１と同等の６００〜８００℃に維持される。
【００５０】
さらに、触媒発熱体１０で発生する反応熱は、気化器８との接触部分からの熱伝導と、第１発熱体仕切部１１の気化器８に対向する面からの熱放射により、気化器８に伝えられる。第２発熱体仕切部１２は、第１発熱体仕切部１１の全周囲に混合気を流通させるように配置されているため、反応面積が大きく、各部の反応熱量も多い。
【００５１】
また、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化熱としてのみ利用され、気化器８への別途供給熱量を、混合気として気化させた場合の１／８〜１／６に低減することができる。同時に、触媒発熱体１０と接触する混合気の流量を低減することにより、触媒発熱体１０から混合気への熱回収量を低減していることから、全燃焼量域に渡り気化器８を２５０℃以上に制御するために要する気化器加熱ヒータ９の消費電力をゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
【００５２】
また、本願発明の触媒燃焼装置において、図３（発熱体仕切部の上面図）に示すように、第１混合気流通口１３を通過した混合気が下流側の第２発熱体仕切部に効果的に衝突するように第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の各々の混合気流通口をずらして配置することが好ましい。なぜなら、この構成により、混合気中の燃料と空気の混ざり具合を良くし、かつ触媒との反応を良くすることができ、空気を分流する場合や流量の少ない低燃焼量域においても均一な混合気を触媒燃焼部１７に供給することができるからである。このとき、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２のそれぞれの混合気流通口の、その中心軸が、互いに同一軸上で重なり合わないようにするのが望ましい。
【００５３】
このように、良好な燃焼排ガスの特性を有する、燃焼量可変幅の大きい快適性に優れた触媒燃焼装置が実現できる。
【００５４】
なお、上記の本実施の形態では、酸化触媒成分を第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２の全面に担持させているが、実施の形態１と同様、第１発熱体仕切部１１もしくは第２発熱体仕切部１２のいずれかの両面、または第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の対向する面のみに酸化触媒成分を担持しても良い。この場合も上記と同様の効果が得られ、さらに、高価な貴金属の使用量が低減できるため、より低コストの触媒燃焼装置となる。
【００５５】
また、上記の実施の形態では、第１空気分流口２０と第２空気分流口２１の口径を等しくしたが、第２空気分流口２１の口径を第１空気分流口２０より小さくすることが好ましい。これにより、低燃焼量域では第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間で空気不足が生じ、反応熱が気化器８に十分に回収されず、全燃焼量域に渡る気化器加熱ヒータ９の消費電力のゼロを実現し得ない、という課題が解決できる。
【００５６】
（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態について説明する。図４は本実施の形態の要部断面図である。
【００５７】
図４では、第１空気分流口２０が開設された第１発熱体仕切部１１と空気分流口を開設しない第２発熱体仕切部１２とは、消炎距離（消炎距離は燃料種によって異なる）以下の間隔で設置しており、本実施の形態では１．５ｍｍの間隔で設置している。この間隔は燃料種によって異なるが、混合気が流れ得る間隔であって、３．０ｍｍ以下の間隔であれば任意でよい。また、第１発熱体仕切部１１には酸化触媒成分を担持させ、第２発熱体仕切部１２の両面を高放射率材料により被覆している。
【００５８】
本実施の形態の基本構成は実施の形態２と同じである。異なる点は、（１）最上流の第１の発熱体仕切部１１に酸化触媒成分を担持し、最下流の発熱体仕切部の触媒燃焼部に対向する面を高放射率材料により被覆し、気化器に接触配置している点、発熱体仕切部を消炎距離以下の間隔で配置している点である。
【００５９】
次に、図４において本実施の形態の動作と特性について説明する。空気は空気供給経路６を経由して、気化器８に貫通した先端の空気噴出口７から混合気空間１５内に噴出された後、第１発熱体仕切部１１で分流された空気の一部は、気化した燃料と混合されず、第１空気分流口２０を通過し、第２発熱体仕切部１２に衝突した後、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２との間の空間にに流入する。
【００６０】
また、第１混合気流通口１３から第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間に流入した混合気は、第２発熱体仕切部１２に衝突、流入した空気と混合し、第１発熱体仕切部１１の触媒表面に接触反応した後、第２混合気流通口１４から排出され、燃焼室１６内に供給される。
【００６１】
このように、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間を流通する混合気の触媒表面への接触頻度を高くし、さらに反応熱により昇温した第１発熱体仕切部１１と触媒燃焼部１７からの放射熱を吸収した第２発熱体仕切部１２の対向する面間での放射熱の授受により蓄熱効果を得ることにより、ハニカム型触媒と同等の高い反応効率を得ることができ、且つ過燃焼せず適切な熱量が得られる。
【００６２】
また、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の間で十分に拡散混合された均一な混合気を、触媒燃焼部１７に供給することが可能となり、良好な燃焼排ガスの特性を実現し得る。
【００６３】
さらに、第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２を消炎距離以下の間隔で設置していることから、燃料濃度むら等の原因で局所的な高温領域が存在する場合にも、この領域を起点とする発火を抑制し得る。
【００６４】
この場合、第１発熱体仕切部１１で発生する反応熱により、第１発熱体仕切部１１の温度は６００〜８００℃に維持される。また、第１発熱体仕切部１１と触媒燃焼部１７からの放射熱の９０％以上を吸収する第２発熱体仕切部１２の温度は、３５０〜５５０℃に維持される。
【００６５】
さらに、第１発熱体仕切部１１で発生する反応熱は、気化器８との接触部分からの熱伝導と気化器８に対向する面からの熱放射により気化器８に伝えられる。また、第２発熱体仕切部１２で吸収される第１発熱体仕切部１１および触媒燃焼部１７からの放射熱は、接触部分からの熱伝導により気化器８に伝えられる。
【００６６】
一方、触媒発熱体１０からの伝導熱および放射熱は、液体燃料の気化熱としてのみ利用され、気化器８への別途供給熱量を、混合気として気化させる場合の１／８〜１／６に低減することができる。
【００６７】
同時に、空気を分流して触媒発熱体１０と接触する混合気流量を低減することにより、触媒発熱体１０から混合気への熱回収量を低減していることから、全燃焼量域に渡り気化器８を２５０℃以上に制御するために要する気化器加熱ヒータ９の消費電力をゼロに低減することができ、自熱燃焼を実現し得る。
【００６８】
以上のように、本発明により、ランニングコストの低い経済性に優れた触媒燃焼装置が提供できる。さらに、第２発熱体仕切部１２に酸化触媒成分を担持しないため、高価な貴金属の使用量を低減することができ、より低コストの触媒燃焼装置を実現できる。
【００６９】
なお、本実施の形態において、第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２はともに気化器８に接触配置されているが、第１発熱体仕切部１１を第２発熱体仕切部１２に接触配置しても良い。この場合も上記と同様の効果が得られる。また、触媒発熱体１０を第１発熱体仕切部１１、第２発熱体仕切部１２の２部構成としているが、３部構成以上とした場合でも、上記と同様の効果が得られる。
【００７０】
以上、本発明を液体燃料の燃焼装置で実施したが、本発明はこれに限定されるものでなく、以下のような場合も本発明に含まれる。
【００７１】
すなわち、上記では、触媒体の担体としてセラミックハニカムを用いているが、予混合気が流通し得る多数の連通孔を有するものであればその素材や形状に限定はなく、例えばセラミックや金属の焼結体、金属ハニカムや金属不織布、セラミック繊維の編組体等が利用可能である。また、形状も平板に限らず、湾曲形状や筒状あるいは波板状など、素材の加工性と用途に応じて任意に設定し得る。
【００７２】
活性成分としては、白金、パラジウム、ロジウム等の白金属の貴金属が一般的であるが、これらの混合体や他の金属やその酸化物、およびこれらとの混合組成であっても良く、燃料種や使用条件に応じた活性成分の選択が可能である。
【００７３】
また、本実施の形態の触媒発熱体は２つの発熱体仕切部から構成されているが、発熱体仕切部は３つ以上の複数あればなおよい。特に、図２では上流側の発熱体仕切部を覆うように下流側の発熱体仕切部を配置し、さらに空気噴出口が気化器を貫通しているが、必ずしも両方の構成をとる必要はない。
【００７４】
なお、上記の各実施の形態において、燃料タンク１、燃料供給ポンプ２，燃料供給経路３は本発明の燃料供給手段の一例であり、空気供給ファン５、空気供給経路６は本発明の空気供給手段の一例であり、気化器８は本発明の気化器の一例であり、気化器８内の空間および混合気空間１５は本発明の混合気空間の一例であり、第２混合気空間３１は本発明の第２混合気空間の一例である。触媒燃焼部１７は本発明の触媒燃焼部の一例であり、触媒発熱体１０は本発明の補助触媒燃焼部の一例であり、第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２は本発明の仕切部の一例である。また、第１混合気流通口１３および第２混合気流通口１４は本発明の流通口の一例である。
【００７５】
また、第１空気分流口２０および第２空気分流口２１は本発明の空気分流口の一例である。
【００７６】
また、上記の実施の形態において、液体燃料は灯油であるとしたが、他にガソリン、メタノール、エタノール等であってもよい。
【００７７】
また、触媒は白金族金属であるとしたが、本発明の触媒はＭｎ、Ｃｕ、Ｃｏ等の酸化物等であってもよい。
【００７８】
また、側壁３０は気化器８と第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２との周囲に設けられ、本発明の補助触媒燃焼部の一部として、混合気空間を形成するものとして説明を行ったが、本発明の仕切部は、触媒燃焼装置の外壁に接触するように実現してもよい。
【００７９】
また、実施の形態１，２では、酸化触媒成分は、第１発熱体仕切部１１および第２発熱体仕切部１２の両面に担持されているとしたが、第１発熱体仕切部１１、または第２発熱体仕切部１２のいずれかの両面、もしくは第１発熱体仕切部１１と第２発熱体仕切部１２の対向する面のみに酸化触媒成分を担持されても良い。すなわち、本発明の仕切部はその全部または一部に触媒を担持していればよい。ただし上記の説明において、全部とは複数の全ての仕切部または一個の仕切部の全ての部分を意味し、一部とは、複数の仕切部のうち一部の一枚または複数の仕切部を意味するか、または一枚の仕切部の一部分を意味する。
【００８０】
また、上記の実施の形態においては、触媒燃焼装置に付いて説明を行ったが、本発明は、触媒燃焼装置に限定されるものではなく、燃料を気化させるための燃料気化装置として実現してもよい。例えば、上記の各実施の形態においては、触媒燃焼部１７および触媒余熱ヒータ１８を省いた構成とすれば、燃料気化装置を実現することができる。このような燃料気化装置は、例えば火炎燃焼装置などに用いることができる。
【００８１】
【発明の効果】
本発明により、熱利用効率が高く燃焼量可変幅の大きい、快適性に優れた燃料気化装置または触媒燃焼装置が提供できた。また、本発明により、高価な白金族金属等の貴金属の使用量を低減し、低コストの燃料気化装置または触媒燃焼装置を提供できた。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施の形態における燃焼装置の部分断面構成図
【図２】 本発明の第２実施の形態における燃焼装置の要部断面構成図
【図３】 本発明の第３実施の形態における第１、第２発熱体仕切部の上面図
【図４】 本発明の第３実施の形態における燃焼装置の要部断面構成図
【符号の説明】
１ 燃料タンク
２ 燃料供給ポンプ
３ 燃料供給経路
４ 燃料噴出口
５ 空気供給ファン
６ 空気供給経路
７ 空気噴出口
８ 気化器
９ 気化器加熱ヒータ
１０ 触媒発熱体
１１ 第１発熱体仕切部
１２ 第２発熱体仕切部
１３ 第１混合気流通口
１４ 第２混合気流通口
１５ 混合気空間
１６ 燃焼室
１７ 触媒燃焼部
１８ 触媒予熱ヒータ
１９ 燃焼ガス排出口
２０ 第１空気分流口
２１ 第２空気分流口
２２ 整流板
３０ 側壁
３１ 第２の混合気空間
Claims (10)
- 燃料を供給する燃料供給手段と、
空気を供給する空気供給手段と、
前記燃料を気化させるための気化器と、
前記気化器に接触、または近接して設けられた補助触媒燃焼部と、
前記気化器と前記補助触媒燃焼部の間に、前記気化した燃料と前記空気が収納される混合気空間と、
前記混合気空間内に開口された空気供給口とを備え、
前記空気供給手段は、前記混合気空間内に空気を供給する手段であり、
前記空気は、前記気化器を貫通して、前記空気供給口より前記混合気空間内に供給され、
前記補助触媒燃焼部は、混合気の流れの上流側から下流側までに設けられた複数の仕切部を有し、
前記仕切部の全部または一部には触媒が担持され、前記混合気が流通するための混合気流通口が設けられており、
前記仕切部の少なくとも一つは、前記空気供給口より下流側に配置された空気分流口を有し、
前記空気供給口より供給される空気の一部は、前記空気分流口を通過することにより分流される燃料気化装置。 - 前記触媒は、前記仕切部の全部に担持されており、
前記仕切部の前記空気分流口の口径は、前記混合気の流れに沿って下流にあるものほど小さい請求項１に記載の燃料気化装置。 - 前記仕切部は、その端部が前記気化器と接触しており、
前記仕切部のうち、前記混合気の流れの上流側に位置するものは、前記混合気の流れの下流側に位置するものに、所定の間隔をおいて覆われており、
前記混合気は、前記混合気の流れの上流側に位置する前記仕切部の周囲に流通する請求項１に記載の燃料気化装置。 - 前記混合気の流れの上流側の前記仕切部の混合気流通口と、前記混合気の流れの下流側の前記仕切部の混合気流通口とは、前記混合気流通口の中心軸が同一軸上で重なり合わないよう設けられている請求項１に記載の燃料気化装置。
- 前記仕切部のうち、最下流のものは、少なくとも前記触媒燃焼部と対向する面が、高放射率基材で構成されている請求項１に記載の燃料気化装置。
- 前記仕切部のうち、最下流のものは、少なくとも前記触媒燃焼部と対向する面が、高放射率基材で被覆されている請求項１に記載の燃料気化装置。
- 前記触媒は、前記仕切部のうち、最上流のものの前記気化器に対向する面、および最下流のものの、前記触媒燃焼部に対向する面以外の部分に担持されている請求項１に記載の燃料気化装置。
- 前記仕切部は互いに消炎距離以下の間隔で配置されている請求項１に記載の燃料気化装置。
- 請求項１から８の何れか１項に記載の燃料気化装置と、
前記補助触媒燃焼部の下流側に設けられた触媒燃焼部と、
前記補助触媒燃焼部と前記触媒燃焼部の間に、前記気化した燃料と前記空気が収納される第２混合気空間とを備えた触媒燃焼装置。 - 前記第２混合気空間内に、前記空気分流口に対向するように設けられた整流板を備えた請求項９に記載の触媒燃焼装置。
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