JPH04297709A - 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】

【０００１】

【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。

【０００２】

【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に接触さ
せ、その表面で無炎の触媒燃焼を行ういわゆる予混合型
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。

【０００３】触媒燃焼において、空気と予混合された燃
料（たとえば、灯油）は触媒層において急激な酸化反応
を生じ、反応熱と共に二酸化炭素や水蒸気を発生する。 ここでの触媒反応は、初期には触媒層の上流側表面近傍
で集中して行われ、反応熱は触媒層からの放射によって
、前面に対向して配設される熱線透過体を経て前方に供
給され、加熱、暖房等の用途に供せられる。ところが、
触媒層の上流側表面近傍だけが集中して、高温、酸化状
態で連続使用されることから、この付近の触媒劣化は進
行し易い。その結果、次第に上流側から触媒活性の低下
が起こり、触媒反応の中心位置が上流から下流側へ移行
していく。これは触媒層における有効な流れ方向の厚み
が短くなってくることを意味しており、そのために触媒
燃焼の燃焼特性（ＣＯ／ＣＯ２、ＨＣ／ＣＯ２）も次第
に悪化してくる。

【０００４】このような触媒層の劣化を検出する手段と
しては、触媒層（主触媒層）の下流後方に補助触媒層を
設ける方法がすでに提案されている。これは触媒層（主
触媒層）が劣化してきて、触媒層（主触媒層）中で完全
燃焼しきれず、スリップしたＣＯ、ＨＣを補助触媒層で
触媒燃焼させ、それによって生じた反応熱を補助触媒層
上流側、下流側の温度差で検出して、信号を得る方法で
あった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の触媒燃焼装置において、触媒反応の中心位置が上流か
ら下流側へ移行し、上流側表面温度がかなり低下してき
ても、触媒層（主触媒層）の厚みが充分に厚ければ燃焼
特性（ＣＯ／ＣＯ２、ＨＣ／ＣＯ２）は極端に悪化して
こないことが明らかとなってきた。したがって、触媒層
（主触媒層）の劣化が進行しているにもかかわらず、補
助触媒層上流側と下流側との温度差は初期とあまり変化
がなく、従来の装置では触媒燃焼装置における触媒層の
劣化を知らせる手段として不充分であるという課題があ
った。

【０００６】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、触媒層上流側と下流側の温度差の変化から信号を
得て、触媒層の劣化時期または異常燃焼を知らせること
により安全で快適な暖房を可能とする触媒燃焼装置を提
供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、燃料と空気の混合室の下流に備えられた多
数の連通孔を有する触媒層と、触媒層の下流側に備えら
れた排気口とを有し、触媒層の上流側と下流側との温度
差を検出し、その温度差が所定の範囲を越えた場合には
、触媒層の寿命時期または異常燃焼として信号が得られ
るように設定されたものである。

【０００８】また、触媒層の上流側と下流側との温度差
はそれぞれの温度を検出する方法で行う構成としたもの
である。

【０００９】また、触媒層の上流側の表面に対向して熱
線透過体が配設された構造を有するものである。

【００１０】

【作用】空気と予混合された燃料（たとえば、灯油）を
空燃比２付近に設定した時の触媒燃焼では、反応は触媒
層の上流側表面近傍で集中して行われることから、上流
側の温度が高く、下流側に進行するに連れて温度が低下
し、上流側と下流側には一定の温度差が生じる。触媒層
で劣化が始まると触媒反応の中心位置が上流から下流側
へと徐々に移行し、上流側温度が低下し、逆に下流側の
温度は上昇してくる。したがって本発明によれば触媒層
上流側と下流側との温度差として予め所定値を設定し、
その温度を越えた場合にはそれを検知できるように制御
機構を設けることにより、触媒層で経時的に進行してい
る劣化（触媒層の寿命時期）を装置利用者に知らせるこ
とが可能となる。触媒層上流側表面温度の経時変化は装
置利用者に不信感を招く原因となるが、これは触媒層の
寿命時期として装置利用者に知らせ、触媒層の交換を喚
起することができる。

【００１１】また、本発明によれば空燃比変動から起こ
りうる異常燃焼を検知することも可能である。触媒燃焼
では設定された空燃比に対して、空燃比がそれより小さ
くなると触媒層上流側と下流側との温度差が大きくなり
、逆に空燃比がそれより大きくなると触媒層上流側と下
流側との温度差が小さくなる傾向を示す。したがって、
設定された空燃比を絶えず保持していれば、触媒層上流
側と下流側との温度差はある範囲内でなければならない
。しかし、燃料を供給するポンプまたは送風用のファン
等による故障から空燃比が設定値からずれる場合も想定
され、その場合には触媒燃焼の燃焼特性（ＣＯ／ＣＯ２
、ＨＣ／ＣＯ２）に問題が生じてくる。本発明はこのよ
うなトラブルも未然に防止することができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明の一実施例の触媒燃焼装置の
全体構成を示す縦断面図であり、図において１は燃料タ
ンク、２は燃料用ポンプ、３は送風用のファン、４は混
合室で、混合室４の出口には補助炎口５が備えられてお
り、補助炎口５の近傍には点火電極６が配設されている
。補助炎口５の上方には多数の連通孔８を穿設したハニ
カム状セラミックス平板にＰｔ／Ｐｄの活性成分を担持
させた触媒層７が直立して備えられ、その上流面（前面
）に対向して熱線透過体９が配置されている。また、触
媒層７の上流側表面と下流側表面に接して、温度検出用
の熱電対１１ａ、１１ｂが配設されており、両者は制御
回路１２に接続され、この制御回路１２により燃料用ポ
ンプ２、送風用のファン３を駆動制御するようにしてい
る。１０は排気口である。

【００１３】次にその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、混合室４内で気化されるとともに充分
予混合されて上部の補助炎口５に送られる。点火時には
まず補助炎口５において点火電極６によって点火され、
ここで火炎燃焼を開始する。高温の排ガスは上部へ流れ
、触媒層７を昇温させる。所定時間燃焼させて触媒層７
が充分な温度に昇温したことが熱電対１１ａまたは１１
ｂで検出された時点で、一旦燃料供給を停止し、補助炎
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
。この時、混合室４を出た予混合気は上方に直立する触
媒層７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）表面で触媒燃焼を生じつつ、連通孔８を
経て下流側（後面）へと流れる。また触媒層７の上流側
表面で生じた反応熱は、熱線透過体９を一部は透過して
、また一部は熱線透過体９を加熱することによってここ
からの二次放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。

【００１４】ここで、触媒層７を空燃比１．８、燃焼量
２２００ｋｃａｌ／ｈの条件で灯油の触媒燃焼を行った
場合の触媒層７の厚さ方向の温度分布を熱電対１１ａ，
１１ｂで測定した結果を図２に示す。触媒層７としては
、１５０□×１２ｍｍ、３００セル／ｉｎｃｈ２、リフ
゛厚０．２５ｍｍのハニカム状セラミックスにＰｔ／Ｐ
ｄが担持されたＢａＯ・Ａｌ２Ｏ３・ＣｅＯ２被覆層を
有するものを使用した。

【００１５】図２からわかるように触媒層７の上流側温
度と下流側温度との間に初期には最上流地点から約０．
５ｍｍ程度下流側で温度ピークを示し、約２５０℃程度
の温度差がある。さらに、図３に空燃比１．８、燃焼量
２２００ｋｃａｌ／ｈの条件で触媒燃焼装置の寿命試験
を７０００ｈ行った後の触媒層７の厚さ方向の温度分布
を示す。図３から、触媒層７の温度ピーク位置が７００
０ｈ後には最上流地点から約３．０ｍｍ程度下流側まで
移行していることがわかる。この結果、触媒層７の上流
側温度は約５０℃低下し、下流側温度は逆に約２５℃上
昇し、温度差は約１７５℃となった。したがって、初期
に設定する温度差限界を基準値から３０％下げた値とす
れば、この触媒層７は約７０００ｈで寿命時期に達した
こととなり、装置利用者にはその寿命を知ることができ
る。

【００１６】使用開始初期および７０００ｈ使用後の燃
焼特性を（表１）に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】上記したように７０００ｈ後には触媒層７
の上流側と下流側との温度差はかなり低下し、触媒層７
は交換することが好ましい寿命時期にきていることを示
しているが、（表１）に示す燃焼特性からは依然優れ性
能を維持していることがわかる。

【００１９】このような場合には、完全燃焼しきれずス
リップしたＣＯ，ＨＣを補助触媒層で触媒燃焼させても
、発熱量はほとんどなく、従来提案されていた方法では
意味をなさない。

【００２０】つぎに、触媒燃焼装置において空燃比１．
８、燃焼量１５００ｋｃａｌ／ｈの条件で燃焼していた
時、突然送風用のファン３に異常が発生して、空燃比１
．８が１．４まで減少したとすると触媒層７の温度分布
は図４から図５に示すように変化し、温度差は約３２０
℃に増大する。また、空燃比１．８、燃焼量１６００ｋ
ｃａｌ／ｈの条件で燃焼していた時、突然燃料用ポンプ
２に異常が発生して、空燃比１．８が２．２まで増大し
たとすると触媒層７の温度分布は図４から図６に示すよ
うに変化し、温度差は約１７０℃に減少する。したがっ
て、初期に触媒層７の上流側、下流側との温度差にある
値を基準とした所定の範囲を設けておけば、上記のよう
な装置トラブルから発生する異常燃焼を未然に検知し、
装置を安全に停止させることが可能となる。

【００２１】上記実施例では、触媒層７の上流側と下流
側の温度をそれぞれ熱電対で検出する場合について説明
したが、本発明として、検出する手段は熱電対に限定さ
れるわけではなく、また触媒層７の上流側と下流側との
温度差が所定の範囲を越えた時それが信号として得られ
る方法であれば他のいかなる手段をも用いることができ
る。

【００２２】また上記実施例では、熱線透過体９を通し
て輻射熱を利用者に提供する場合について説明したが、
触媒燃焼装置を低温（触媒層７の上流側温度７００℃以
下）だけで使用する場合には輻射熱を利用者に提供する
必要のない場合もある。その場合にも本発明の制御は効
果的に機能できる。

【００２３】このように上記実施例によれば、触媒層７
の上流側と下流側の温度差の変化から信号を得て、触媒
層７の劣化時期または異常燃焼を知らせることにより安
全で快適な暖房を行うことができる。

【００２４】

【発明の効果】上記実施例より明らかなように本発明は
、燃料と空気の混合室の下流に備えられた多数の連通孔
を有する触媒層と、触媒層の下流側に備えられた排気口
とを有し、触媒層の上流側と下流側との温度差を検出し
、その温度差が所定の範囲を越えた場合には触媒層の寿
命時期または異常燃焼として信号が得られるように設定
しているため、安全でかつ快適な暖房を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における触媒燃焼装置の全体
構成を示す要部断面側面図

【図２】同実施例において空燃比１．８、燃焼量２２０
０ｋｃａｌ／ｈの条件で燃焼させた初期触媒層の厚さ方
向の温度分布を示す特性図

【図３】同実施例において空燃比１．８、燃焼量２２０
０ｋｃａｌ／ｈの条件で燃焼させた７０００ｈ後の触媒
層の厚さ方向の温度分布を示す特性図

【図４】同実施例において空燃比１．８、燃焼量１６０
０ｋｃａｌ／ｈの条件で燃焼させた初期触媒層の厚さ方
向の温度分布を示す特性図

【図５】同実施例において空燃比１．８、燃焼量１６０
０ｋｃａｌ／ｈの条件から空気供給量が変動し、空燃比
１．４になった時の触媒層の厚さ方向の温度分布を示す
特性図

【図６】同実施例において空燃比１．８、燃焼量１６０
０ｋｃａｌ／ｈの条件から燃料供給量が変動し、空燃比
２．２になった時の触媒層の厚さ方向の温度分布を示す
特性図

【符号の説明】

４　　混合室 ７　　触媒層 ８　　連通孔 ９　　熱線透過体 １０　　排気口

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と空気の混合室の下流に備えられた多
   数の連通孔を有する触媒層と、前記触媒層の下流側に備
   えられた排気口とを有し、前記触媒層の上流側と下流側
   との温度差を検出し、その温度差が所定の範囲を越えた
   場合には触媒層の寿命時期または異常燃焼として信号が
   得られるように設定された触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】燃料と空気の混合室の下流に備えられた多
   数の連通孔を有する触媒層と、前記触媒層の下流側に備
   えられた排気口とを有し、前記触媒層の上流側温度と下
   流側温度とを検出し、その温度差が所定の範囲を越えた
   場合には触媒層の寿命時期または異常燃焼として信号が
   得られるように設定された触媒燃焼装置。
3. 【請求項３】燃料と空気の混合室の下流に備えられた多
   数の連通孔を有する触媒層と、前記触媒層の上流側の表
   面に対向して配設された熱線透過体と、前記触媒層の下
   流側に備えられた排気口とを有し、前記触媒層の上流側
   温度と下流側温度とを検出し、その温度差が所定の範囲
   を越えた場合には触媒層の寿命時期または異常燃焼とし
   て信号が得られるように設定された触媒燃焼装置。