JPH04124511A - 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 本発明は加熱、暖房、乾燥等に用いられる触媒燃焼装置
に関するものである。

従来の技術 灯油等の液体燃料や都市ガス等の気体燃料を、空気と混
合させた後に酸化反応用の触媒層に接触させ、その表面
で無炎の触媒燃焼を行わしめる、いわゆる予混合型の触
媒燃焼装置は、気体燃料用を中心に従来より種々提案さ
れ、一部は実用化されている。そして、触媒層の構成は
ハニカム、マット、あるいはクロス状のものが単一層で
用いられるのが一般的であった。

発明が解決しようとする課題 上記従来の構成において、空気と予混合された燃料は触
媒層において酸化反応を生し、反応熱と共に二酸化炭素
や水を発生する。ここで主触媒層の温度と予混合ガスと
触媒層との接触時間が充分であれば完全な上記反応が行
われるが、主触媒層の周縁部等の低温部分や、長時間使
用して活性が低下（活性温度が上昇）した場合は、完全
燃焼ができずに燃料の一部や中間生成物がスリップする
現象が生ずることになる。これらの主触媒層で燃焼しき
れなかった未燃成分を、下流側に設けた補助触媒層で完
全反応させ、未燃ガスが排出される事を防止する案がな
されている。しかし、主触媒層を通過したガスの温度は
周囲への放熱により低下して、補助触媒層の温度は主触
媒層の温度より低くなるので、主触媒層と補助触媒層の
活性温度が同しものであれば、特に触媒層の温度が低下
する弱燃焼時においては、補助触媒層の温度が活性温度
に達しないために未燃ガスが反応せず、−酸化炭素や未
燃ガスが多量に排出され、著しくは人体への安全性にお
いて重大な欠点を有するものであった。

本発明は上記従来の問題を解決するもので、燃焼量が変
っても常に安定した触媒作用を発揮できる燃焼装置を提
供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明で用いる技術的手段は
、燃料上空気の混合室の下流に主触媒層と補助触媒層を
備えると共に、該主触媒層と補助触媒層との間を連結す
る壁面に断熱材を形成するものである。

作用 本発明は上記手段により、主触媒層を通過したガスの温
度低下を防止し、主触媒層で燃焼しきれなかった未燃成
分を、下流側の補助触媒層で完全反応させ、燃焼量可変
幅の拡大をはかるとともに、長期間に亘って不完全燃焼
による有害・悪臭ガスの発生を防止して、清浄な排ガス
特性の維持を可能にするものである。

実施例 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。第
１図において１はノズルで燃料タンク（図示せず）から
ポンプ２によって燃料が供給される。３は送風用のファ
ン、４は混合室で、混合室４の出口には予熱用の炎口５
が備えられている。

炎口５の上方には多数の連通孔６ａを穿設したソリ力・
アルミナを主成分とするハニカム状セラミック平板に白
金属を主成分とした活性成分を担持させた主触媒層６が
直立して備えられ、その上流面（前面）に対向して耐熱
ガラス板からなる透過窓７が配置されている。また主触
媒層６の下流側（ｆ面）には多数のＪａ通孔８ａを有す
る補助触媒層８が備えられている。補助触媒層８は投影
面積が主触媒層６の２０％で、主触媒層６と同材料の担
体に白金属を主体としてパラジウムなどを添加した活性
成分を担持することにより活性温度を低下させたものを
使用した。主触媒層６と補助触媒層８との間を連結する
壁面９の外面には断熱材１０が形成されている。断熱材
ｌＯは繊維状、フオーム状の多孔体で、ガラス、セラミ
ックなどの耐熱性材料が好ましい。また主触媒層６の上
流側表面および補助触媒層８の上流側表面に接して、温
度検出用の熱電対１１ａ、１１ｂが配設されており、両
者は＠御回路（図示せず）に接続されている。

次に動作について詳述すると、燃料用ポンプ２から供給
された燃料（灯油）とファン３から供給された空気は、
ノズルｌおよびその外周から噴出し混合室４内で気化さ
れると共に充分予混合されて上部の炎口５に送られる。

点火時にはまず炎口５において点火され、ここで火炎燃
焼を開始する。

高温の排ガスは上部へ流れ、主触媒Ｎ６および補助触媒
層８を昇温させる。主触媒層６が充分な温度に昇温した
ことが熱電対１１ａによって検出された時点で一旦燃料
供給を停止し、炎口５の火炎を消滅させてから再度燃料
の供給を開始する。混合室４を出た予混合気は上方に直
立する主触媒層６に至るが、ここは充分昇温されている
から、主に上流側（前面）表面で触媒燃焼を住しつつ、
連通孔６ａを経て下流側（後面）へと流れる。次いで燃
焼排ガスは補助触媒層８と接触し、未燃成分が共存する
場合にはここで完全に酸化された後に、清浄排ガスとな
って連通孔８ａを経て上部へと排出される。従って温度
のむら等により主触媒層６では完全燃焼し得なかった場
合でも、その下流にある補助触媒層８で反応を完結する
ことができ、従来のように不完全燃焼による未燃成分を
そのまま排出することは避けられる。また長期間の使用
によって主触媒層６の活性が低下した場合においても、
補助触媒層８がその活性を補い得るから、長寿命で安定
した性能を維持できる。また燃焼によって主触媒層６表
面に生した熱は、透過窓７を一部は透過して、また一部
は透過窓７を加熱することによってここからの二次輻射
としてそれぞれ前面に放散され、加熱や暖房等に供せら
れる。

ここで強燃焼で１００００時間連続燃焼させた後に、燃
焼量と、主触媒層６と補助触媒層８の温度の変化、およ
び主触媒層６下流と補助触媒層８下流の排ガス中の一酸
化炭素濃度との関係は、第２図のようになっている。即
ち初期においては弱燃焼においても燃焼反応は主触媒層
６の上流側表面でほぼ完遂し、−酸化炭素の発生はなか
った。しかし１００００時間経過した時点では、主触媒
層温度が約５００°Ｃ（図中Ｏ印、燃焼量約１０００１
ｃａ　ｌ／ｈに相当する）以下では、主触媒層６では完
全燃焼できなくなり、−酸化炭素が発生している（・印
）、これは触媒表面の細孔の溶融閉塞や活性成分の凝集
などが原因である。ところが、この状態では、補助触媒
層８の浄化作用が働き、最終の排ガス中には一酸化炭素
が含まれず、清浄な排ガスを維持しており（ム印）、こ
のような状態でも実用上は問題ない。

しかし、この時の補助触媒層８の温度は約４５０“Ｃで
、主触媒層６より５０°Ｃ低い温度を示している（Δ印
）、ここで主触媒層６と補助触媒Ｎ８との間を構成する
壁面９に形成されている断熱材ｌＯを取り除くと補助触
媒層８の温度は約４００”Ｃで、さらに５０°Ｃ低下す
る（×印）、従ってここで、断熱材１０を取り除くこと
により補助触媒層８の温度が低下して、主触媒層６で発
生した一酸化炭素（および未燃の燃料もある）は補助触
媒層８で十分に浄化されないまま排出される結果となる
。補助触媒層８の活性温度をさらに低くすれば一酸化炭
素の発生を防止することは可能であるが、大幅に活性温
度を下げることは触媒寿命を低下させる傾向を示すため
、最小限にとどめることが好ましい。

また、初期においても主触媒層６の温度と補助触媒層８
の温度との関係は間挿の傾向を示す。すなわち、主触媒
層６を通過したガスは周囲への放熱により低下して、補
助触媒層８の温度は主触媒層６の温度より低くなるので
、これを断熱材１０を形成して防止することにより、弱
燃焼側での燃焼可能領域（−酸化炭素などの発生しない
範囲）を拡大させ、機器の燃焼量可変幅を拡大させるこ
とができる。

１ｏｏｏｏ時間以後もさらに燃焼を継続すると、触媒の
活性は燃焼時間とともに低下して、主触媒層６での反応
量が低下するため、主触媒層６の温度は徐々に低下する
。これに対して補助触媒層８では、主触媒層６からの排
ガス中に一酸化炭素（および未燃の燃料もある）が増加
してくるに従って、その燃焼熱によって表面温度は上昇
し、やがて主触媒層６の表面温度と補助触媒層８の表面
温度は逆転する。さらに燃焼を継続して飲方時間に達す
ると、主触媒層６の下流では著しい量の一酸化炭素が発
生するが、下流に補助触媒層８があるために、最終の排
ガスはなお清浄を保っており、この時点でも実用上問題
はない。ただ主触媒層７の活性低下は明らかであり、こ
の状態で使用を停止させることが、安全性の面からより
確実である。ここで触媒表面温度はこのように明らかな
逆転現象が見られ、主触媒層６の劣化を確実に検出する
ことが可能である。なお両者の温度差の設定値は、補助
触媒層８の性能、あるいは燃焼条件によって適当な温度
差を選択することができるが、いずれにしても最終の排
ガス中に一酸化炭素や臭気物質の排出がなく、長時間に
亘って安全に使用できるものである。またポンプ２やフ
ァン３の流量変化によって燃焼状態が異常をきたした場
合においても、−酸化炭素や未燃ガスの主触媒層７から
の排出程度によって補助触媒層９の温度上昇、即ち両者
の温度差縮小の程度が決まり、異常検出が可能となるか
ら、常に安全を確保することができる。

また補助触媒層８は、その大きさを主触媒Ｉ！６に比べ
て充分小さくしてお（ことによって、単位表面当りの可
燃成分処理量が増加するので、結果として温度上昇の変
化が大きくなる。したがって、主触媒層の劣化すなわち
一酸化炭素などの発生をより早期に検出することができ
る。

さらに温度検出手段については、本実施例では接触型の
温度検出方法である熱電対を用いているが、サーミスタ
や非接触の赤外１ｓ温度センサでもよく、赤外線温度セ
ンサは特にガラスによる減衰やほこり等の影響を受けな
い波長選択型の赤外線温度センサが好ましい。

発明の効果 以上のように本発明によれば、燃料と空気の混合室の下
流に主触媒層と補助触媒層を備えるとともに、主触媒層
と補助触媒層との間を連結する壁面に断熱材を形成して
放熱を防止することにより、燃焼量可変幅の拡大をはか
るとともに、主触媒層で燃焼しきれなかった未燃成分を
下流側の補助触媒層で完全反応させ、長期間に亘って不
完全燃焼による有害・悪臭ガスの発生を防止して、清浄
な排ガス特性の維持を可能にした安全性の高い燃焼装置
を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の触媒燃焼装置の縦断面図、
第２図はその燃焼特性図である。 ２・・・・−・燃料用ポンプ、３・・・・・・ファン、
４・・・・・・混合室、６・・・・・・主触媒層、８−
・・・・・補助触媒層、ＩＯ・・−・・・断熱材、 １１ａ。 １１ｂ・・・−・−熱電対。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料と空気の混合室と、前記混合室の下流に備え
   られた多数の連通孔を穿設する主触媒層と、前記主触媒
   層下流側に備えられた多数の連通孔を穿設する補助触媒
   層とを備え、主触媒層と補助触媒層との間を連結する壁
   面に断熱材を形成した触媒燃焼装置。
2. （２）補助触媒層の活性温度を主触媒層の活性温度より
   低くした請求項１記載の触媒燃焼装置。
3. （３）補助触媒層の投影面積を主触媒層の投影面積より
   小とした請求項１記載の触媒燃焼装置。
4. （４）触媒層の温度を検出する温度検出手段を主触媒層
   および補助触媒層にそれぞれ設けた請求項１記載の触媒
   燃焼装置。