JPH0432601A - 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放射加熱型の
触媒燃焼装置に関する。

従来の技術 一般に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わせ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。

触媒燃焼において、空気と予混合された燃料は充分な活
性を有する触媒層に導かれると急激な酸化反応を生じ、
反応熱とともに二酸化炭素や水蒸気を発生する。ここで
の触媒反応は、触媒層の上流側表面付近で集中して起こ
り、その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１線透過体を経て前方に供給され、
加熱、暖房等の用途に併せられる。

発明が解決しようとする課迎 ところで、触媒層の上流側表面付近だけが集中して、高
温状態で連続使用されると、この付近の触媒劣化が最も
進み易くなる。したがって、触媒燃焼装置の最大燃焼量
は触媒層上流付近の触媒耐熱温度を基準に規制されてき
た。

また、触媒燃焼装置の最小学焼量についても、弱燃焼時
の触媒層上流側付近温度における触媒活性、すなわち、
触媒層が低温活性を有する限界温度を基準に規制されて
きた。

従来の触媒燃焼装置は触媒層における耐熱寿命温度と低
温活性温度を基準に燃焼量の範囲を設定し、その領域内
を空燃比一定で制御していた。

今後の好ましい燃焼装置としてはＴＤＲ（燃焼装置にお
ける強撚焼時と弱燃焼時との燃焼量の比率）をもっと大
きくする必要がある。その理由は、燃焼装置をある一定
の大きさの部屋だけで使用するわけではなく、あるとき
には小さな部屋から大きな部屋に、またその反対に部屋
移動させて使用する場合も考えられるからである。さら
に、ときには少しだけの暖房がほしいこともある。その
場合には従来の燃焼装置では燃焼量があまシ小さく絞れ
ないので、燃焼装置をオンオフ制御させながら使用して
きた。しかし、着火、消火にともなう多大な臭気発生が
問題となっていた。

触媒燃焼装置において、従来よりもＴＤＲを大きくする
ためには、上述した触媒層の耐熱寿命温度と低温活性を
有する限界温度を改善しなければならなかった。しかし
、触媒層の特性を飛躍的に向上させることはなかなか困
難なことである。

本発明は上記従来の問題点を触媒燃焼装置の制御面から
見直し、長時間安定した暖房・加熱効率を維持し、ＴＤ
Ｒの大きな触媒燃焼装置を可能にすることを目的とする
ものである。

課題を解決するための手段 前記目的を達成するために本発明の第１の課題解決手段
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、前記触媒層の上流側表面に対向して配
設された熱線透過体と、前記触媒層の下流側に設けられ
た排気口を備え、燃焼量が小から大となるにともないし
だいに空燃比を大きくなるように制御する手段を有する
触媒燃焼装置の構成としたものである。

また第２の課題解決手段は空燃比１．１〜２．５の幅に
おいて燃焼量が小から大となるにともない、しだいに空
燃比が大きくなるように制御する手段を有する触媒燃焼
装置の構成としたものである。

作　　　用 上記構成の本発明触媒燃焼装置は、強撚焼時（最大燃焼
量）には空燃比を大きくし、触媒層の上流側付近がなる
べく高温に曝されることを防ぎ、耐熱寿命に対する負荷
を緩和する。また弱燃焼時（最小燃焼量）には空燃比を
小さくし、触媒層の上流側付近がなるべく低温になるこ
とを防ぎ、触媒の低温活性が維持できるように予混合気
をう甘くコントロールする。そのことにより、触媒特性
が従来の−１までも、従来より大きなＴＤＲを得ること
ができる。

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は燃料タンクであり、燃料は燃料用ポン
プ２によって混合室４に送られるようになっており、ま
た燃焼用空気は送風用のファン３によって混合室４に送
られるようになっている。前記混合室４の出７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７　ａ　ヲ９．ｔしたシリカ・アルミナ・チタニア
を主成分とするハニカム状士うシノクヌ平板に白金族金
属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８が配置さ
れている。そして、前記燃料用ポンプ２はマイクロコン
ピュータをもつ制御部１０により、あらかじめ組まれた
プログラムにより送り量を可変制御するようになってい
る。なお、図示点線で示すように燃料ポンプ２の送り量
を一定とし、ファン３を可変制御するようにしてもよい
０図中の９は排気口を示す。

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）はファン３がら供給された空気と混
合室４内で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時点で、−たん燃料供
給を停止し、補助炎口６の火炎を消滅消せてから再度燃
料の供給を開始する。このとき、混合室４を出だ予混合
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７ａを経て下流側（後面）へと流れる
。また触媒層７の表面で生じた反応熱は、熱線透過体８
を一部は透過して、また一部は熱線透過体８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。

（実施例１） シリカ・アルミナ・チタニアを主成分とするハニカム状
セラミックス（１５０口×１０罪、３００セル／１ｎｃ
ｈ　　　リプ厚０．２５ｍ）にＢａＯ−Ａ１２０３−Ｃ
ｅ　０２粉末（比表面積１２０ｒｌ／９　）　１ｏ○ｙ
、アルミナ含有率１０ｗｔ％のウォッシュコートバイン
ダ５００ＬｆｆＡｔアルミニウム９水４１０７ｇ。

水１４０Ｑｇおよびジニトロジアンミン白金水溶液トシ
ニトロジアンミンパラジウム水溶’ｆＨを’ｃれぞれＰ
ｔ、Ｐｄ換算で１０夕、５ｇ加えてなるウォッシュコー
トスラリーで４０ｇ被覆した。その後、得られた触媒を
使用して、第１図のような構成で燃焼装置を組立、触媒
燃焼装置の燃焼特性範囲を測定した。その結果を第２図
に示した。

ここで、横軸は空燃比を表し、縦軸は燃焼量を示してい
る。また、実線は触媒層上流側表面付近の温度を表し、
点線（・・・・・・）ばＣｏ／Ｃｏ２”　１　Ｘｌ　０
−　’点線（−一一ンは炭化水素（ＨＣ）＝１０ｐｐｍ
を表している。

この図よシ、空燃比が約１．１以下になると触媒燃焼に
酸素不足の条件となシ、ＣＯの発生が多くなっている。

また、同じ燃焼量では空燃比が大きくなると触媒層上流
側表面付近の温度が低下し、Ｃｏ、ＨＣが発生し易くな
っている。さらに触媒層上流側表面付近の温度が約４０
０℃弱になってきても触媒の低温活性に限界があり、Ｃ
Ｏの発生が多くなっている。したがって、最適な燃焼範
囲は強引に言うと大体三角形で表されることになった。

具体的に説明すると、り焼装置を従来どおり空燃比１．
５ぐらいで燃焼量を可変させるよυも、だとえは弱燃焼
時には空燃比１．３ぐらいに設定し、強燃焼になるにし
たがって空燃比を２．０ぐらいまで大きくしていくよう
に制御すれば、空燃比１．５の燃焼量２００ｏｈ／ｈで
触媒層上流側表面付近の温度がｆＵ９００℃の条件にな
っていたものを空燃比２．○とすることにより、約８５
０　’Ｃぐらいにまで低下させることが可能となること
がわかった。

丑だ、同じ約９００℃の条件で比較すると空・犬比２．
０では２７００　Ｋｔｒｌ／　ｈまで燃焼量を増加させ
ることが可能であることがわかった。

ところが、空燃比を大きくするためにそれだけ送風用の
ファンの能力も必要となって、ファンの騒音という新た
な問題にもなってくる。また、空燃比を大きくし、触媒
層上流表面付近の温度を低下させ過ぎると、触媒層表面
が赤熱しなくなり、それは利用者に熱線透過体を通して
視覚的暖房効果を与えるのにマイナスとなる。したがっ
て、空燃比は大きくても２．５以下にすることが好まし
いと考えられる。

次に、上記触媒燃焼装置を使用し、以下のような寿命試
験を行った。

条件（１）空燃比１．５の強燃焼、　　２０００　Ｋｔ
ｒｌ／’ｈ　　で３０分間き焼抜、同じ空燃比１．６の
弱燃焼。

４００　Ｋａｒｔ／　ｈで３０分間燃焼させることを１
サイクルとしだ。

条件（２）空燃比２．○の強？：焼、２０００　ｋｎｌ
／　ｈで３０分間撚焼焼抜空燃比１．３の弱欲焼、４０
０Ｕ／ｈで３０分間燃焼させることを１サイクルとした
。

その結果、従来の条件１では２０００サイクルぐらいか
ら徐々に触媒が劣化してきたが、本実施例の条件２では
５０ｏＯサイクルでも触媒の劣化は起きていなかった。

発明の効果 以上の実施例の説明より明らかなように本発明によれば
、燃料と空気との予混合気を燃焼量が小から大となるに
ともないしだいに空燃比を大きくなるように制御するこ
とにより、触媒層上流側付近の温度変化を好ましい燃焼
条件に適合するよう緩やかに制御することができ、ＴＤ
Ｒの大きな触媒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
図はその燃焼特性範囲図である。 ２・・・・・・学科用ポンプ、３・・・・・・送風用の
ファン、４・・・・・・混合室、７・・・・・・触媒層
、了ａ・・・・・・連通孔、８・・・・・・熱線透過体
、１０・・・・・・制御部。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名２−
　ガへ］１用ｒ”ｆｉ’Ｊフ ３一体２搏り現ファン ←−ぢ堕侭乍 イ０−−＊’ｌ　４ｉＦ　２

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （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、前記触媒層の上流側表面に対向
   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、燃焼量が小から大となるにと
   もない空燃比も大きくなるように制御する制御手段を有
   する触媒燃焼装置。
2. （２）空燃比１．１〜２．５の幅において燃焼量が小か
   ら大となるにともない空燃比も大きくなるように制御す
   る制御手段を有する請求項１記載の触媒燃焼装置。