JPH01306709A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、燃料を燃焼用空気と共に触媒体に洪　　′給
して酸化反応を生起して触媒燃焼させ、発生する熱量を
暖房器具、乾燥装置、調理器具等の加熱源に用いられる
触媒燃焼装置に関するものである。

（従来技術〕 従来の触媒燃焼装置は、第３図図示のように、液体燃料
のタンク１、燃料ポンプ２、予混合室３、整流板４、触
媒体５、空気予熱器６及び送風機７により構成されてい
る（特開昭６１−１３４５１５号）。空気予熱器６は、
具体的には予熱バーナあるいは電気ヒータまたは、それ
らと熱交換する部分よりなり、始動時は予熱バーナある
いは電気ヒータを用い、定常燃焼中はいずれかを用いる
。

そして、液体燃料は燃料ポンプ２で加圧され、噴霧ノズ
ル８で微粒化を行い、予混合室３内へ導かれる。一方、
燃焼用空気は空気予熱器６で加熱された後、予混合室内
に導かれる。予混合室は通常断面が円または矩形となっ
ており、下流に行くにしたがって断面積が拡大し、触媒
体５に接続される構造となっている。噴霧ノズル８で微
粒化された液体燃料は空気予熱器６で加熱された燃焼用
空気と共に旋回しながら予混合室内において蒸発しつつ
、燃焼用空気と混合し、整流板４を経て触媒体５に達し
、触媒作用により燃焼して高温燃焼ガスとなり、空気予
熱器６を経て放出される。

しかし、この従来装置は予混合室の他に空気予熱器６を
必要とするため、装置自体が大型化し、また構成が複雑
となり、コストの増加を招く。さらに、従来装置は、空
気予熱器６で予熱した空気で予混合室３を加熱するため
、空気予熱温度が低下すると予混合室の壁温も低下し、
予混合室壁に衝突した燃料は蒸発することな（付着して
しまうため燃焼が不安定となる。そこで、空気を常に高
温に予熱しなければならず、そのために必要な空気予熱
装置は大型化し、コスト高となる。空気予熱装置、予混
合室、および両者を結ぶ空気配管の温度が高いため、そ
れらの外壁から大気中への熱損失が大きいという実用上
解決すべき問題を有する。

従来のその他の触媒燃焼装置は、第４図に示すように、
予熱用の電気ヒータ９を備えた気化器１０に燃焼筒１１
が接続されている。気化器１ｏの側端には燃焼用空気導
入路１２と燃料供給管１３が設けられ、気化器１０内に
は燃料の霧化および拡散装置１４が設けられている。そ
の下流の燃焼筒１１には、拡散板１５、保炎板１６、逆
火防止板１７、触媒体１８が設置される。なお、保炎板
１６、の直後に点火装置１９が設けられている（特開昭
５９−１２２１８号）。

そして、この従来装置は始動時にまず電気ヒータ９によ
り気化器１０を予熱する。気化器１ｏの温度が十分上昇
した後、燃料および燃焼用空気が供給され、混合気が形
成される。そして点火装置１９により、保炎板１６の小
孔の出口に沿って小さな火炎を形成し触媒加熱を行う。

触媒温度が十分上昇した後、燃料供給を一旦停止する、
あるいは燃料および空気の供給量を数倍上げて火炎を吹
き消し触媒燃焼へ移行する。

しかし、この従来装置は気化器加熱用に電気ヒータ９を
必要とする。そして触媒燃焼中、保炎板１６に燃料が付
着してしまい燃焼が不安定になる。

しかも、触媒燃焼へ移行するのに燃料あるいは空気流量
を変化させる必要があるが、その時に触媒温度も急に変
化し、熱衝撃による触媒寿命低下を招く恐れがある。空
気流量を低下した時に逆火し、保炎板１６に再び火炎が
形成してしまうといった実用上解決すべき問題がある。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点を解決するため、排気通路における
燃焼ガスの熱を有効利用することにより予混合室を加熱
して燃料を気化促進すると共に燃焼用空気を予熱するこ
とにより、触媒体上における酸化能力を増大させ燃焼性
能の向上及び燃焼領域の拡大を図り、ＮｏＸの発生を無
くし、さらに構造が小型で簡素な熱損失の少ない触媒燃
焼装置を提供するにある。

〔発明の構成〕

本発明の触媒燃焼装置は、燃料供給源に連通ずる燃料供
給装置と、空気供給源に連通ずる空気供給通路と、該燃
料供給装置から供給される燃料と空気供給通路から供給
される燃焼用空気を混合し　　　′て混合気を形成する
予混合室と、該混合気を供給し酸化反応を生起して触媒
燃焼させると共に燃焼室内に設置する触媒体と、該燃焼
室内の触媒体からの燃焼ガスを排出する排気通路を具備
する触媒燃焼装置において、 前記予混合室の外側に所定間隔を設けて燃焼室と連通Ｊ
るＩＪＩ気通気合路画形成すると共に該排気通路の外側
に所定間隔を設けて前記予混合室と連通ずる空気供給通
路を区画形成し排気通路の燃焼ガスにより予混合室を加
熱して燃料を気化し、かつ空気供給通路内の燃焼用空気
を予熱せしめてなる構成である。

〔発明の効果〕

上記構成からなる本発明の触媒燃焼装置は、予混合室の
外側に所定間隔を設けて排気通路を区画形成すると共に
、該排気通路の外側に所定間隔を設けて空気供給通路を
区画形成することにより、排気通路における燃焼ガスの
熱を有効活用して予混合室を確実に加熱して燃料の蒸発
気化を促進し、かつ燃焼用空気を的確に予熱することが
できるため、触媒体上の酸化能力を増大でき、始動時か
ら定常燃焼中までに至る燃焼性能の向上及び燃焼領域の
問題を実奏しＮＯＸの発生を無くし、構造小型で簡素な
熱損失の極めて少ないといった実用上優れた効果を有す
る。具体的には、燃焼用空気の予熱温度を燃料が完全に
蒸発気化する温度より下げても、予混合室壁は燃焼ガス
により加熱され、液体燃料の蒸発温度以上に保たれるた
め予混合室内壁に衝突した燃料は迅やかに蒸発し、空気
と効率良く混合し、良好な混合気を形成することができ
る。したがって、燃焼用空気の予熱温度を下げても良く
、必要な空気予熱のため関連構成は小さくて筒車なもの
で良い。また高温の燃焼ガスを取り囲むように、燃焼用
空気の供給通路が形成しであるため燃焼装置外壁の温度
が低い。このため、外壁から周囲大気への熱損失が極め
て小さいのである。

〔その他の発明の説明〕

燃料供給装置は、二流体（気液）噴霧ノズルで、その燃
料微粒化用空気に旋回を与える構造とすることにより、
燃料を微粒化特性良好で広い噴霧角でもって供給するこ
とができ、燃料が分散し燃焼用空気と良好に混合できる
。このため、燃焼用空気に旋回を与えなくても燃料噴霧
と空気が速やかに混合する。予混合気全体は旋回しない
ため旋回流を抑制する様な整流板等を必要としない。

また、予混合室入口に点火装置を設けることにより、始
動時のみ点火装置により燃料供給装置からの燃料に点火
し、予混合室に火炎形成をする。

このため、触媒加熱と同時に予混合室も加熱することが
できる。したがって、最初に予混合室を加熱する電気ヒ
ータ等の加熱装置を全く必要としない。

さらに、予混合室に旋回流を作るための旋回機構を設け
、またこの旋回機構を通る旋回空気導入路と迂回路とを
設けることにより、始動時には旋回空気導入路を用い、
て予混合室に旋回流を形成し保炎することができる。ま
た触媒加熱後、空気供給を迂回路に切り換える構成とす
ることができる。

この時予混合室にはもはや旋回流がなく、火炎は保炎さ
れず吹き飛び、燃料は触媒体上で燃焼することができる
。

このように、旋回流により保炎するため、保炎板等を必
要としない。しかも空気供給通路を切り換えるだけで火
が消え、触媒燃焼へ移行する。火を消すのに燃料を一旦
停止したり、空気流量を増加させる等の流量変化を伴わ
ない。そのため触媒温度の急激な変化が避けられ、触媒
寿命を著しく延長することができる実用的効果を有する
。

また、空気供給を迂回路に切り換えた後は予混合室内に
旋回流がなく保炎機能がない。このため、逆火して再び
予混合室に火炎ができてしまうということが全くな（信
頼性、安全性に優れている。

〔実施例〕

以下、本発明に係る触媒燃焼装置の実施例を説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す概略断面図で、矩形状
の触媒体２０は、複数の通気路２１が貫通するハニカム
状の骨格構造体で各種の金属あるいは金属酸化物（ＰＬ
、Ｐｄ等の貴金属あるいはＮ　　′ｉ、Ｃｏ等の遷移金
属の酸化物）を担持させた耐熱性セラミックスから成る
。該触媒体２０は縦型の中空有蓋筒状のガラスより成る
燃焼筒２２内に支持部材２３により設置されている。該
燃焼筒２２内は触媒体２によりその長手方向に沿いかつ
横断面半円に分割され、該触媒体２０の通気路２１を介
して互いに連通ずると共に左右相対向し底部が独立開口
する複数の燃焼室２４．２５が区画形成されている。該
燃焼筒２２は中心部に予混合室２６をその外側まわりに
環状の燃焼ガスの排気通路２７を、さらにその外側まわ
りに環状の燃焼用の空気供給通路２８をそれぞれ壁部に
より区画形成した多重の中空円筒体２９の一端に一体的
に取り付けられている。そして、前記一方の燃焼室２４
は底部開口を燃料と燃焼用空気の混合気を形成する予混
合室２６の一端に連通されている。また該予混合室の外
側まわり、熱交換用の壁部２６゛により区画形成した排
気通路２７はその一端が前記他方の燃焼室２５の底部開
口に連通されていると共に他端を外部に開口連通して成
る。さらに該排気通路２７の外側まわりに、内外に径方
向に突設する伝熱フィンＦを設けた熱交換用の壁部２７
゛により区画形成した空気供給通路２８は一端が環状開
口２９及び供給口３０を介して予混合室２６の他端に連
通されている。空気供給通路２８の他端は空気供給源と
しての空気ポンプ３１に前記供給口３０と連通ずる旋回
空気導入路３２及び環状開口２９と連通ずる迂回路３３
を介して連通されている。該旋回空気導入路３２は供給
口３０を介して予混合室２６内において燃焼用空気の旋
回流を形成すべく該予混合室２６の円周に対して接線的
に連通されている。予混合室２６はその上流側としての
底部他端に燃料供給源３４に燃料ポンプ３５を介して連
通ずる燃料ノズル３６と点火用スパークプラグ３７と炎
センサ３８をそれぞれ取り付けて成る。

燃料ノズル３６は、その燃料微粒化用空気が旋回流とな
り予混合室２６の上流側へ噴出する構造とした二流体噴
霧式の燃料ノズル３６である。また炎センサ３８は火炎
からの光を検知して信号を出力するものを用いて成る。

燃料供給源３４からの燃料は、例えば軽油で燃料ポンプ
３５により燃料ノズル３６へ供給可能な構成にしである
。空気の一部は空気ポンプ３１から分岐路３９を介して
燃料ノズル３６へ送られ燃料微粒化用空気となり、残り
は空気切換弁４０により旋回空気導入路３２あるいは迂
回路３３のいずれか一方に切り換えられて供給される構
成である。

上記構成からなる本実施例の触媒燃焼装置は始動時にあ
っては、空気切換弁４０を図中ａの位置に設定して、空
気ポンプ３１の作動により燃焼用空気を旋回空気導入路
３２から供給し予混合室２６内に旋回流を形成する。次
にスパークプラグ３７を作動し、燃料ポンプ３５を作動
し軽油を燃料ノズル３６に供給する。該燃料ノズル３６
からの燃料噴霧がスパークにより着火し予混合室２６内
に火炎が形成され、火炎による燃焼ガスにより予混合室
２６の壁部２６°および触媒体２０をそれぞれ効率良く
的確に加熱させる。このため、本実施例の触媒装置はそ
の始動時においても従来のごとき電気ヒータ等の加熱装
置が全く不要である。

また、保炎板等無しでも予混合室２６に形成された旋回
流により、火炎が安定し保炎される。ここで火炎が形成
されると炎センナ３８の出力がＯＮとなり、その後直ち
にスパークプラグ３７の作動を停止する。

一定時間燃焼後、空気切換弁４０を第１図中すの位置に
切り換えると空気は迂回路３３を通って供給され、予混
合室２６内に旋回流の流通が無くなり、火炎が吹き飛び
触媒燃焼へ移行する。すなわち本実施例の触媒燃焼装置
は燃料および空気流量一定のまま゛触媒燃焼へと移行で
きる。また、予混合室２６内には旋回流が無いため逆火
して、再び火炎ができるといった実用上の不都合がない
。

迂回路３３から環状間口２９を介して予混合室２６内に
流入する空気は熱交換用壁部２７°と空気供給通路２８
の外筒壁で形成される空間を通過する。このとき該燃焼
用空気は熱交換器用の壁部２７°により予熱される。予
熱された空気は予混合室２６内に流入し、燃料ノズル３
６から供給された燃料と混合し予混合気となり、その下
流の一方の燃焼室２４の触媒体２０で燃焼する。燃焼ガ
スは予混合室２６の壁部２６′と２７゛を加熱した後に
排気通路２７を通って触媒燃焼装置の外部へ排出される
。このとき第１図中の符号Ａ、Ｂ、Ｃで示す部分の温度
を測定したところ、それぞれ約Ａ：２１０°ＣＳＢ：９
００°ＣＳＣ：４２０″Ｃであった。一方燃料として用
いた軽油が完全に蒸発するのに必要な温度は約３６０℃
である。したがって空気予熱温度（Ａ点の温度）は低い
にもかかわらず、予混合室２６の熱交換用の壁部２６゛
は燃料が完全に蒸発するのに必要な温度以上に保たれる
。よって燃料が付着することな（安定して触媒燃焼させ
ることができる。

第２図は本発明の他の実施例の触媒燃焼装置を示すもの
で、前述した実施例とは触媒体４１が円筒状で横型の両
端開口する燃焼筒４２内にその長手方向に対し直交横断
して設置され、上下相対向する複数の燃焼室４３．４４
を形成した点が異なる。これにより上方の燃焼室４４は
一端が外部に排気通路４５を介して連通ずると共に側端
が熱交換用の壁部４６．４７゛により区画形成される排
気通路４日を介して連通して成る。また下方の燃焼室４
３は予混合室４７の一端に開口連通されている。その他
は前述の実施例と同様であるので同一符号を付して説明
を省略する。

上記構成からなる他の実施例は、燃焼ガス全部ではなく
、その一部を用いて予混合室４８の熱交換用の壁部４６
および空気供給通路２８の熱交換器用の壁部４７の加熱
を効率良く的確に行うことができその他は前述した実施
例と全く同じ効果を実奏する。

上記実施例では二流体噴霧式の燃料ノズルを用いたが、
超音波ノズル、渦巻噴射ノズル等を用いても良い。

また、上記実施例では空気の予熱を熱交換器で燃焼ガス
との熱交換により行ったが、燃焼ガスの一部を空気と混
合することにより予熱することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す概略断面図である。第２
図は本発明のその他の実施例を示す概略断面図である。 第３図及び第４図は従来装置をそれぞれ示す概略断面図
である。 図中

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 燃料供給源に連通する燃料供給装置と、空気供給源に連
   通する空気供給通路と、該燃料供給装置から供給される
   燃料と空気供給通路から供給される燃焼用空気を混合し
   て混合気を形成する予混合室と、該混合気を供給し酸化
   反応を生起して触媒燃焼させると共に燃焼室内に設置す
   る触媒体と、該燃焼室内の触媒体からの燃焼ガスを排出
   する排気通路を具備する触媒燃焼装置において、 前記予混合室の外側に所定間隔を設けて燃焼室と連通す
   る排気通路を区画形成すると共に該排気通路の外側に所
   定間隔を設けて前記予混合室と連通する空気供給通路を
   区画形成し排気通路の燃焼ガスにより予混合室を加熱し
   て燃料を気化し、かつ空気供給通路内の燃焼用空気を予
   熱せしめることを特徴とする触媒燃焼装置。