JPH05196211A

JPH05196211A - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JPH05196211A
Application number: JP21892592A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Kumazawa; 克義熊澤; Kazuo Saito; 和夫齊藤
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-08-26
Filing date: 1992-08-18
Publication date: 1993-08-06

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、短時間で効率よく、且つクリーン
に触媒体に着火することを目的とする。【構成】触媒体を、電力供給のための電極５を備えた
導電性の自己発熱型触媒体１としたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自己発熱型触媒体を用
いた触媒燃焼装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】触媒上での表面燃焼である触媒燃焼は通
常の気相燃焼と燃焼方式が全く異なるため、多くの特
徴、メリットを有している。例えば、代表的な特徴とし
て燃焼温度を１０００℃以下と低く抑えることができる
ので、サーマルＮＯ_ｘの発生を大幅に抑制できる。また
触媒上での表面燃焼のため燃焼器自身が輻射体となり、
例えば暖房器に利用した場合には快適な輻射暖房を得る
ことができる。そのほか燃焼温度が低いので火炎に対す
るおそれが少ないこと、通常の燃焼器に必要であった燃
焼室といったスペースがいらなくなるので燃焼器がコン
パクトになること、といったメリットがある。

【０００３】触媒上で良好な触媒燃焼を行わせるには、
反応ガス量が触媒容積または触媒面積に対して適正な量
であること、そして反応ガスに対して触媒が十分に活性
な温度以上に保たれる必要がある。通常、白金（Ｐｔ）
やパラディウム（Ｐｄ）などの貴金属触媒と炭化水素系
の燃焼との組合わせではこの温度は最低５００℃程度で
ある。即ち約５００℃以上にならなければ十分な反応が
得られず、それ以下の場合には、未燃ガス成分、例えば
人体に有害な一酸化炭素（ＣＯ）であるとか、臭いの原
因となる未燃炭化水素などが生じる。

【０００４】また、ストーブ等の実際の機器において
は、着火時には触媒の温度が周囲温度にまで低下してい
る。このため、そのままの状態で反応ガスを供給しても
着火せずに未反応ガスが排出されてしまう。そのため予
め触媒を予熱した後反応ガスを供給するといった着火動
作が必要になる。

【０００５】従来、一般的な予熱方法としては、触媒体
の上流側に予熱バーナ或いは予熱ヒータを設けて空気を
いったん加熱し、この加熱した空気を触媒体に送り込む
ことによって触媒体を予熱する方法を用いていた。しか
し、このような予熱を行うと次に示すような多くの問題
があった。

【０００６】即ち、予熱バーナ、予熱ヒータの何れの場
合もいったん熱媒としての空気を加熱してから触媒を間
接的に予熱するので非効率的である。つまり触媒体以外
にもたくさんの空気を加熱する必要があり、また周囲の
空気通路なども同時に加熱するので、エネルギーの大き
な無駄とともに時間的にも長くかかるといった欠点につ
ながる。また予熱空気自体に温度むらが生じるのは避け
られず、そのため触媒体の温度にもむらが生じ、着火時
に低温部を通過する反応ガスは未反応のまま触媒体を通
過し、臭気、白炎の発生といった問題が発生する。さら
に予熱バーナ或いは予熱ヒータを設置するスペースを設
ける必要があるので装置が大きくなるといった欠点もあ
る。またそれだけ余分なコストアップにもつながる。予
熱バーナとして石油バーナを用いる場合には気化器の予
熱時間等予熱バーナ自身の立上り時間が加わるためにさ
らに多くの時間が必要になる。その上予熱バーナは気相
燃焼であるため、当然ＮＯ_ｘの発生があり、着火初期と
いっても低ＮＯ_ｘといった特徴が損なわれることは好ま
しくない。また炭素は触媒毒の一種であり、予熱バーナ
の着火時或いは消火時に僅かに発生する炭素（すす）で
もそれが触媒に吸着すると触媒の性能を低下させるおそ
れがある。

【０００７】予熱ヒータを用いる場合には空気を加熱す
るための大容量のヒータを備える必要がありそれにとも
なう大容量のリレー回路や太い導線等本来燃焼器には必
要のない電気部品が増加し、コストアップの要因やまた
ランニングコストアップの要因となる。

【０００８】さらに、ストーブなどの実際の機器におい
ては、ＯＮ−ＯＦＦ運転のない快適な暖房感を得るため
に暖房能力を幅広く変化させる必要があるが、触媒燃焼
器で暖房能力、即ち燃焼量を変化させた場合にはそれに
応じて触媒の温度も変化することになる。

【０００９】図２９は、従来の触媒燃焼器の典型的な性
能特性図である。触媒温度は反応ガス量の増加とともに
上昇し、温度Ｔ₂に達したところで上流側の混合気へ逆
火する。また逆に反応ガス量を減少させると触媒温度も
低下し、温度Ｔ₁に達したところで未燃分としてのＣＯ
濃度が許容値を越える。どちらもそれぞれ燃焼の限界を
示している。即ち触媒温度がＴ₁となる反応ガス量Ｇ₁
が燃焼量の下限、Ｔ₂となるＧ₂が上限ということにな
る。通常反応ガス量Ｇ₁とＧ₂の比は最大でも１：３と
云われている。

【００１０】図３０は、暖房能力と触媒温度との関係を
示している。反応ガス量はほぼ暖房能力に対応するので
図２９と同様に暖房能力には限界があり、反応ガス量Ｇ
₁とＧ₂にそれぞれ対応する暖房能力Ｑ₁，Ｑ₂がそれ
ぞれ暖房能力の下限と上限ということになる。暖房能力
の可変幅も当然最大でも１：３程度となる。最近は住宅
の断熱性がどんどん良くなっており、一度希望の設定温
度にまで室温を上げた後はそれほど大きな暖房能力を必
要とはしない。したがってＯＮ−ＯＦＦ運転のない快適
な暖房を行うためには暖房能力可変幅が１：３程度では
十分ではなく１：１０程度が必要であると云われてい
る。当然従来の触媒燃焼器ではＯＮ−ＯＦＦ運転が必要
になり、それに伴う室温の変動からくる不快感、また同
時に省エネの観点からも問題があった。さらに触媒の温
度が暖房能力に応じて変化するために絶えずヒートショ
ックといった問題がつきまとい、ましてＯＮ−ＯＦＦ運
転ともなるとヒートショックの程度も非常に大きなもの
となり、触媒の寿命自体を短くするといった問題があっ
た。

【００１１】また、触媒燃焼器は従来の気相反応を用い
た燃焼器と異なり接触反応の一種であるため、触媒体表
面の反応によって触媒自体の温度も非常に高くなり、長
時間の使用で触媒の劣化という問題が起ってくる。触媒
劣化の代表的な症状はシンタリングと呼ばれるもので、
触媒体上で小さな粒子で均等に分布していたＰｔやＰｄ
などの活性成分が合体し、活性成分の表面積が十分取れ
なくなり全体として触媒の反応活性が低下するものであ
る。別の症状としては活性成分が蒸発してしまうもので
やはり反応活性が低下する。反応活性が低下すると十分
な反応が起らないため触媒の温度が低下する。触媒の温
度が低下すると反応活性がさらに低下するといった悪循
環となる。通常、このように劣化した触媒を使用した場
合には燃焼ガス中に未燃ガスが混ざり、悪臭や熱効率の
低下さらには有害ガスの発生といった問題を引き起す。
また、触媒の振動現象といった触媒温度の激しい振動が
生じる場合もある。したがって、この触媒燃焼器を暖房
器等へ応用する場合には触媒の劣化判断機能を設けなけ
ればならない。通常触媒の劣化判断には、未燃ガスを検
出するセンサ、例えばＣＯ（一酸化炭素）などの濃度セ
ンサによって実際に有害ガスの濃度を検出する機能を設
けたり、温度センサによって触媒の温度を検出し、ある
反応ガス量に対してほぼ一義的に決まる触媒温度よりも
低くなった場合には触媒が劣化したと判断し運転を停止
するなどの機能を設けることが考えられる。しかしなが
らこのようにすると、有害ガスが排出された後、または
触媒の温度が実際に低下した後運転を停止するので、劣
化が始まってから劣化だと判断するまではどうしても未
燃ガスの発生が生じるといった問題がある。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】触媒燃焼を開始させる
ための一般的な予熱方法としては、触媒体の上流側に予
熱バーナ或いは予熱ヒータを設け、空気をいったん加熱
しこの加熱した空気を触媒体に送り込むことによって触
媒体を予熱する方法がある。しかし、このような予熱を
行うと次に示すような多くの問題があった。

【００１３】即ち、予熱バーナ、予熱ヒータの何れの場
合もいったん熱媒としての空気を加熱してから触媒を間
接的に予熱するのでエネルギーの大きな無駄とともに時
間的にも長くかかるため非効率的である。そして予熱空
気の温度むらから触媒体の温度むらを生じ、着火時の未
燃分の発生に伴なう悪臭や白炎といった問題がある。予
熱バーナ或いは予熱ヒータを設置するスペースを設ける
必要があるので装置が大きくなるとともに余分なコスト
アップにもつながるといった欠点がある。

【００１４】予熱バーナとして石油バーナを用いる場合
には気化器の予熱時間等予熱バーナ自身の立上り時間が
加わるためにさらに多くの時間が必要になる。その上予
熱バーナは気相燃焼であるために当然ＮＯ_ｘの発生があ
り、着火初期といっても低ＮＯ_ｘといった特徴が損なわ
れる。炭素は触媒毒の一種であり、予熱バーナの着火時
或いは消火時に僅かに発生する炭素（すす）でもそれが
触媒に吸着すると触媒の性能を低下させるおそれもあ
る。

【００１５】また、従来の触媒燃焼器では能力の可変幅
を十分大きくとれないために、ＯＮ−ＯＦＦ運転を余儀
なくされ、それによって生じる暖房の不快感、さらには
燃焼の無駄、ヒートショックによる触媒寿命の低下等の
問題があった。

【００１６】さらに、従来の触媒燃焼器では触媒の劣化
判断を触媒からの有害ガスの発生や触媒の温度低下によ
って行なっていたので、触媒が劣化し始めてから実際に
劣化であると判断するまでは、触媒体から未燃ガスが排
出され、悪臭、熱効率低下、有害ガスの発生、触媒の温
度振動などが生じるといった問題があった。

【００１７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、短時間で効率よく、しかもクリーンに触媒体の着火
ができる触媒燃焼器を提供することを目的とする。

【００１８】また、効率的で快適な暖房感と長寿命の触
媒燃焼器を提供することを目的とする。

【００１９】さらに、未燃ガスを排出させない触媒体の
劣化を判断することができてクリーンで高効率の触媒燃
焼器を提供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第１に、多孔質からなる触媒体に燃料も
しくは燃料と空気の混合気を供給し、当該触媒体上で燃
焼させる触媒燃焼装置であって、前記触媒体は電力供給
のための電極を備えた導電性の自己発熱型触媒体として
なることを要旨とする。

【００２１】第２に、上記第１の構成において、前記自
己発熱型触媒体は、ＳｉＣ、主成分がＳｉＣ，ＴｉＢ₂
又は主成分がＴｉＢ₂、フェライト系ステンレスの何れ
かからなる触媒担体に触媒被覆層を形成してなることを
要旨とする。

【００２２】第３に、上記第１又は第２の構成におい
て、前記電極は、前記自己発熱型触媒体に対し互いに対
向する位置に取付けられた一対の電極よりなることを要
旨とする。

【００２３】第４に、上記第１又は第２の構成におい
て、前記自己発熱型触媒体は、燃料もしくは燃料と空気
との混合気の流入方向とほぼ直交する断面がほぼ円形で
あり、この自己発熱型触媒体の外周部２箇所から中心部
近傍にかけて電気的絶縁手段を設け、この電気的絶縁手
段によって二つに分割される部位の外周部それぞれに電
極を設けることを要旨とする。

【００２４】第５に、導電性の自己発熱型触媒体と、該
自己発熱型触媒体に通電して加熱するための通電手段
と、前記自己発熱型触媒体に燃料もしくは燃料と空気の
混合気からなる反応ガスを供給する反応ガス供給手段
と、前記自己発熱型触媒体の温度を検知する温度検知手
段と、着火時に前記通電手段を制御して前記自己発熱型
触媒体を予熱し前記温度検知手段で検知された温度が予
熱温度に達した後、前記反応ガス供給手段を制御して前
記自己発熱型触媒体に反応ガスを供給する制御手段とを
有することを要旨とする。

【００２５】第６に、上記第５の構成において、前記制
御手段は、未着火時における再着火制御動作において、
前記自己発熱型触媒体の予熱温度を初期予熱温度よりも
高くなるように制御することを要旨とする。

【００２６】第７に、上記第５の構成において、前記温
度検知手段は、前記自己発熱型触媒体の上流側に設けら
れ当該自己発熱型触媒体の温度を非接触で検知する赤外
線検出手段又は前記自己発熱型触媒体の電気抵抗値を検
出しこの電気抵抗値から一義的に決定される温度を当該
自己発熱型触媒体の温度として検知する抵抗値型温度検
知手段の何れかであることを要旨とする。

【００２７】第８に、上記第５の構成において、前記温
度検知手段は、前記自己発熱型触媒体の一部に非導電性
触媒部を形成し、この非導電性触媒部に設けられた接触
式温度検知手段であることを要旨とする。

【００２８】第９に、上記第５の構成において、前記制
御手段は、着火時に前記自己発熱型触媒体の温度勾配
が、通電による予熱時の温度勾配よりも急になった時に
当該自己発熱型触媒体が着火したと判断する機能を有す
ることを要旨とする。

【００２９】第１０に、導電性の自己発熱型触媒体と、
該自己発熱型触媒体に通電して加熱するための通電手段
と、前記自己発熱型触媒体に燃料もしくは燃料と空気の
混合気からなる反応ガスを供給する反応ガス供給手段
と、前記自己発熱型触媒体の温度を検知する温度検知手
段と、触媒燃焼時に前記自己発熱型触媒体が十分活性と
なる温度領域になるように前記通電手段の通電量を制御
する制御手段とを有することを要旨とする。

【００３０】第１１に、上記第１０の構成において、前
記制御手段は、触媒燃焼時以外にも前記通電手段の通電
量を制御することを要旨とする。

【００３１】第１２に、導電性の自己発熱型触媒体と、
該自己発熱型触媒体に通電して加熱するための通電手段
と、前記自己発熱型触媒体に燃料もしくは燃料と空気の
混合気からなる反応ガスを供給する反応ガス供給手段
と、前記自己発熱型触媒体の温度を検知する温度検知手
段と、触媒燃焼時に前記自己発熱型触媒体の温度がほぼ
一定になるように前記通電手段の通電量を制御するとと
もに前記反応ガス量にほぼ一義的に対応する通電量に対
し実際の通電量が大きくなった場合前記自己発熱型触媒
体の劣化とみなして燃焼を停止させる制御手段とを有す
ることを要旨とする。

【００３２】

【作用】第１ないし第９の構成によれば、触媒体の予熱
を触媒体への通電による自己発熱によって行わせるため
に、空気のような熱媒を用いた間接的な加熱に比べて、
無駄なエネルギーを用いることがなくしかも短時間で予
熱し着火を完了させることができる。さらに触媒体を均
一に予熱することができるので、未燃分を出さないクリ
ーンな着火が可能となる。

【００３３】第１０及び第１１の構成によれば、触媒燃
焼中には反応ガスの量に関わらず触媒体の温度を一定に
することができるので、燃焼量の下限をほぼゼロにまで
拡大できる。また燃焼時以外にも触媒体を通電で加熱す
ることにより暖房能力の下限をほぼゼロにまで拡大でき
る。したがって暖房能力の可変幅はほぼ無限に近いレベ
ルまで拡大でき、従来の触媒燃焼器のようにＯＮ−ＯＦ
Ｆ運転をする必要がなくなり、効率的で快適な暖房感が
得られるとともに長寿命の触媒燃焼装置の実現が可能と
なる。

【００３４】第１２の構成によれば、触媒体が或程度劣
化しても劣化による温度低下を触媒体への通電量の制御
によって防止し、触媒活性に最適な温度に保持できるの
で、触媒の活性を維持することが可能となる。また触媒
体の劣化を未燃ガスを排出させないで判断することが可
能となる。したがって、クリーンで高効率な触媒燃焼装
置の実現が可能となる。

【００３５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。本実施例は、石油ストーブに適用されている。

【００３６】図１ないし図１１は、本発明の第１実施例
を示す図である。

【００３７】まず、図１を用いて、触媒燃焼装置の全体
構成を説明する。同図中１は電気電導度をもたせた自己
発熱型触媒体（以下、単に触媒体ともいう）、２は燃料
である石油の蒸気を燃焼用空気に混合させるための蒸気
噴出管、３は燃焼用空気供給口、４は石油蒸気と燃焼用
空気の混合気である反応ガスを触媒体１に供給するため
の反応ガス供給ダクトであり、蒸気噴出管２及び反応ガ
ス供給ダクト４等により反応ガス供給手段が構成されて
いる。５は触媒体１に通電し加熱するための通電手段と
しての電極である。石油蒸気は気化器６より供給され
る。また燃焼用空気は室外より吸気管１４を通って空気
供給ファン７により供給されるようになっている。８は
触媒体１で反応した燃焼ガスが通る排気ダクト、９は燃
焼ガスがもつ熱を気化器に回収するための熱回収交換
器、１０は熱回収熱交換器９で回収しきれなかった熱を
対流ファン１３によって室内へ運び暖房するための熱交
換器、１２は熱交換された燃焼ガスが通る排気管であ
る。触媒体１の上流側には温度検知手段として非接触の
温度センサ１７が設けられており、触媒体１の温度を検
出するようになっている。この温度センサ１７は触媒体
１からの赤外線を検出し、その温度を求めるものであ
る。石油は石油タンク１５に貯えられる。また１６は各
要素部品を制御する制御手段としての制御回路基板であ
る。１１は耐熱ガラス窓であり、触媒体１からの輻射熱
を室内へ透過し、効果的な輻射暖房を得るために設けら
れている。

【００３８】図２は、触媒体１の構成例を示しており、
触媒体１としてハニカム担体を利用した場合の触媒体１
Ａの横断面図である。同図中２０は導電性の触媒担体、
２１は触媒担持層である。触媒担体２０としては、導電
性セラミックスとして知られている炭化珪素ＳｉＣ、Ｓ
ｉＣを主成分としたセラミックス、ホウ化チタンＴｉＢ
₂又はＴｉＢ₂を主成分としたセラミックスの何れかを
使用することができる。

【００３９】図３は触媒体１の他の構成例を示してい
る。同図中２２は非導電性の触媒担体であり、その表面
に導電性のセラミックス２３をコーティングしさらにそ
の上に触媒担持層２４をコーティングしてある。一般に
導電性のセラミックスはコスト的に割高であるがこのよ
うな構成の触媒体１Ｂにすると低コストでしかも触媒担
体２２として十分な耐熱性を有するセラミックスを自由
に選択できる。なお、触媒体１の形状はハニカム担体に
限定されるわけではなく、コルゲート型、発泡型等多孔
質セラミックスであればよい。また、非導電性の触媒担
体としてフェライト系ステンレスを使用してもよい。

【００４０】図４は触媒体１に通電するための電極５の
取付方法を示したものである。２つの電極５は触媒体１
に対して互いに対向する位置に取付けることによって触
媒体１に均一に電流を流すことができる。一般に電極５
は銅板等の金属で作られるが、セラミックスに比べて耐
高温性が十分ではなく、触媒燃焼が始まって電極周囲の
温度が高温になると電極５が加熱され、最悪の場合は溶
融といったおそれもでてくる。そこで図４に示されてい
るように電極５近傍の触媒体１に触媒を担持しない領域
２５を設けることによって電極５の過熱を防止すること
ができる。つまり触媒が担持されていない領域２５では
反応が起こらないので電極５が高温にさらされることは
ない。図５はこの効果をさらに高めたものであり、電極
５自身に放熱フィン５ａを設けることによって電極５の
過熱を一層効果的に防止することが可能となる。

【００４１】図６は、触媒体１を、反応ガスが流入する
方向とほぼ直交する断面が円形となるような円板状に形
成した例を示している。この触媒体１は、相対向する外
周部２箇所から中心部５３近傍にかけて半径方向に延長
される切欠部５５ａ，５５ｂを形成してあり、この切欠
部５５ａ，５５ｂによって形成される空隙５７ａ，５７
ｂが電気的絶縁手段となる。切欠部５５ａ，５５ｂによ
り、中央部５３を除き２つに分割される部位の各外周部
には、銀ペーストなどを塗布して一対の電極５９，５９
を形成してある。

【００４２】図７及び図８は、触媒体１の切欠部５５ａ
（５５ｂ）が形成された部位の拡大図であり、切欠部５
５ａ（５５ｂ）の幅ｄ_aは、触媒体１のセル数で区切ら
れた空間の幅ｄ_oとの間で、ｄ_a≦ｄ_oの関係にある。
すなわち、セル数で区切られた空間を中心部５３を除き
半径方向に１列壊した形になる。もちろん複数列のセル
を壊してもよいが、燃焼性に影響のない間隔にすること
を考慮すると、ｄ_a≦ｄ_oがよい。

【００４３】図９は、図６における空隙５７ａ，５７ｂ
による電気的絶縁手段を、耐熱性のある絶縁部材６１
ａ，６１ｂで構成したものである。絶縁部材６１ａ，６
１ｂは、切欠部５５ａ，５５ｂを形成した後に充填して
もよく、また図１０のように触媒体１に対して一体成形
してもよい。

【００４４】このように構成された触媒体１の電極５９
に通電すると、電流の集中する中央部５３から発熱を開
始して外周側に向かって高温域が広がって行き、放熱ロ
スが比較的少く、周方向全域にわたり均一な温度分布が
得られる。このようにして予熱された触媒体１に反応ガ
スが供給されると、触媒体１の表面で触媒反応が始まり
発熱する。触媒反応時には、この反応面に電極５９がさ
らされることがないため、電極５９の信頼性が高まる。
また、図１１に示すように、触媒体１の外周部付近に温
度センサ６３を設置しておけば、反応ガスを供給するタ
イミングを検出することが容易にでき、臭気，白煙など
の発生の不具合もない。なお、上記図６の実施例におけ
る触媒体１の構成は、図７及び図８に示すように、前記
図２と同様に導電性の触媒担体２０に触媒担持層２１を
形成しているが、前記図３のように、非導電性の触媒担
体の表面に導電性のセラミックスをコーティングし、さ
らにその上に触媒担持層をコーティングする構成でもよ
い。

【００４５】図１２は、上述のように構成された触媒燃
焼装置の着火シーケンスの例を示している。スタート時
反応ガスが供給される前に触媒体１に通電することによ
って触媒体１を予熱し（ステップ２７）、反応ガスに対
して十分に活性な状態になってから（ステップ２８）反
応ガスを供給する（ステップ２９）ことによって着火動
作を完了する。

【００４６】触媒体１の予熱をこのようにして行うと、
従来のように、熱媒体として空気を加熱する必要もな
く、また加熱空気が通るダクト系への加熱やダクト系か
らの放熱もないので短時間でしかも効率的に触媒体１の
予熱を行うことができる。しかも予熱バーナや予熱ヒー
タといった要素部品を必要とせず機器内のスペースがそ
の分だけ不要になるのでシステムを全体的に小さくする
ことができる。さらに触媒体１を電流がほぼ一様に流れ
るので、触媒体１全体が均一に加熱され着火時における
未燃分の排出を大幅に抑制することができる。従来のよ
うに、予熱バーナを用いた場合にはＮＯ_ｘの発生やすす
の発生が見られたが、本実施例ではそれらの心配はな
く、また触媒毒も出ないために触媒の寿命を長くするこ
ともできる。図１３ないし図１６には、本発明の第２実
施例を示す。この実施例は、上記第１実施例と比べて着
火時の制御内容等が異なっている。

【００４７】図１３は、この実施例における着火シーケ
ンスの第１例を示している。スタート時反応ガスが供給
される前に触媒体１に通電することによって触媒体１を
予熱し（ステップ３１）、触媒体１の温度が反応ガスに
対して十分に活性な温度Ｔｃ以上になってから反応ガス
を供給することによって着火動作を完了する（ステップ
３２，３３）。通常、触媒体１の活性温度Ｔｃは３００
℃以上である。触媒体１はいったん着火すると反応によ
って加熱されるので、その後触媒体１への通電はオフし
てもよい（ステップ３４）。触媒体１の予熱をこのよう
にして行うと、従来のように熱媒体として空気を加熱す
る必要もなく、また加熱空気が通るダクト系への加熱や
ダクト系からの放熱もないので短時間でしかも効率的に
触媒体１の予熱を行うことができる。さらに、着火時に
おける未燃分の排出を大幅に抑制することができ、また
触媒毒も出ないために触媒の寿命を長くすることができ
る。

【００４８】図１４は、この実施例における着火シーケ
ンスの第２例を示す。この例では、触媒体１の温度を検
知する代りに、触媒体１の予熱時間を予め定めて触媒体
１の予熱を完了するものである（ステップ３５）。触媒
体１の熱容量はほぼ一定なので加熱に要する時間ｔ₁は
やはり一定となり制御が非常に単純になるといった特徴
がある。

【００４９】図１５は、この実施例における着火シーケ
ンスの第３例を示す。この例では反応ガスを供給した後
触媒体１が着火したかどうかを判断し（ステップ３
６）、着火している場合には触媒体１への通電をオフし
（ステップ３４）、着火していない場合には反応ガスの
供給を遮断する制御をするものである（ステップ３
７）。着火した後は通電する必要がないので電気の無駄
を極力少なくすることができる。

【００５０】図１６は、この実施例における着火シーケ
ンスの第４例を示す。この例は触媒体１の未着火時の再
着火方法を示すものである。反応ガス供給後着火確認を
行った後（ステップ３６）、未着火となった場合にはい
ったん反応ガスを遮断し（ステップ３７）、触媒体１に
滞留している未燃ガスをパージした後（ステップ３
８）、再着火モードに入る。ここで再着火する場合予め
設定された触媒活性温度を基準に若干（図ではα）温度
を上げた新しい触媒活性温度を定義し、再度着火モード
に入るものである（ステップ３９）。αの値は通常２０
℃程度である。このようにすると触媒体１が長時間の使
用のため劣化が進み、着火しにくくなっている場合でも
容易に着火させることが可能となる。勿論、劣化が進み
過ぎて定常時の反応に支障を来たすような場合は除く
が、それは新しく設定された触媒活性温度の値に制限を
設けることによって判断する。通常この限界は５００℃
程度である。

【００５１】図１７ないし図２１には、本発明の第３実
施例を示す。

【００５２】まず、温度検知手段の構成例から述べる。

【００５３】図１７は触媒体１の温度をその触媒体１の
電気抵抗値から求める抵抗値型温度検知手段における電
気抵抗値と温度との関係を示したものである。通常、電
気抵抗値は温度と一義的な関係にあり、使用する触媒体
１の種類によってその特性は変化する。同図は電気抵抗
値が温度とともに増加していく特性を持つ触媒体１の場
合を示している。これより電気抵抗値を求めることによ
って触媒体１の温度が間接的に求められるわけである。

【００５４】図１８（ａ）は触媒体１へ温度センサを取
付けた接触式温度検知手段の例を示すものである。同図
（ｂ）はセンサ取付部を拡大して示したものである。１
は触媒体、５は触媒体１へ通電するための一対の電極、
２５は触媒体１のなかでも触媒を担持していない部分、
４１は非導電部、４２は非導電部に設けられた接触式温
度センサである。このようにセンサを取付けた部分には
通電時でも電気が流れないために接触式の温度センサで
も触媒体１の温度を測定することができる。

【００５５】図１９は、制御手段による本触媒燃焼装置
の着火判断動作の第１例を示している。触媒体１の温度
が予め設定された通電による予熱温度よりも高くなった
時に、反応による発熱が始まったと考え、触媒体１の着
火と判断するものである。同図は着火時における触媒温
度が時間とともにどのように変化しているのかを示した
ものである。触媒体１に通電を始めることによって触媒
体１の温度が上昇し、予め設定された予熱温度に達した
後、反応ガスが供給される。このとき反応ガスが反応を
始めるまで触媒温度は若干低下し、反応が始まると急激
に温度が上昇していく。そこで着火判断温度を予熱温度
よりも高く設定し、触媒温度がこの着火判断温度を超え
たときに触媒体１が着火したと判断するものである。図
２０は着火時の通電リレーと空気供給ファン７及び燃料
弁のタイミングチャートを示すものである。スタートと
同時に触媒体１の通電が始まり、触媒温度が予熱温度に
到達したらまずはじめに空気供給ファン７が動作し、燃
焼装置内をプリパージし、その後燃料弁が開かれて燃料
が供給される。

【００５６】図２１は、制御手段による本触媒燃焼装置
の着火判断動作の第２例を示している。この着火判断で
は触媒体１の温度勾配を利用して反応が開始したかどう
かを判断するものである。スタート時通電によって触媒
温度が上昇し始めるがその時の傾きをαとし、予熱温度
に到達した後、反応ガスが供給された後の温度勾配をβ
とする。触媒体１が着火したと判断するまでは触媒体１
への通電は継続されるので、触媒体１の温度勾配は反応
が始まった後は通電による温度上昇と反応による温度上
昇が加えられるので当然反応が始まった後は温度勾配が
急になる。したがって着火判断基準として次式を定義
し、この条件が満たされたときに触媒が着火したと判断
するものである。

【００５７】β＞α 図２２ないし図２４には、本発明の第４実施例を示す。

【００５８】この実施例は、制御手段により、触媒燃焼
中には、反応ガスの量に関らず触媒体への通電量を制御
して触媒体の温度を一定に制御するようにしたものであ
る。まず、図２２は、本触媒燃焼装置の反応ガス量と触
媒温度、ＣＯ発生量との関係である。実線が触媒温度を
示し、２点鎖線がＣＯ発生量を示し、破線はＣＯ発生量
の許容値を示している。同図に示すように本触媒燃焼装
置では反応ガス量に関わらず触媒温度を反応に最適な温
度一定にできるのでＣＯの排出量は極めて少なくなると
ともに、反応ガス量をほぼゼロまで拡大することができ
る。ここでＴ₃は逆火直前の温度である。

【００５９】図２３は反応ガス量と触媒温度及び通電量
との関係を示している。実線が触媒温度を示し、一点鎖
線が通電量を示している。触媒体１の温度を一定にする
ためには、反応ガス量が少ないときは通電量を大きく
し、反応ガス量が多い時は通電量を小さくすることにな
る。実際は最大反応ガス量Ｇ₃において通電量はゼロ、
反応ガスゼロにおいて通電量は最大値ＶＭをとることに
なる。

【００６０】図２４は暖房能力と触媒温度及び通電量の
関係を示している。実線が触媒温度を示し、一点鎖線が
通電量を示している。暖房能力Ｑ₄からＱ₃までは触媒
燃焼領域であり、通電量を制御することによって触媒温
度を一定温度Ｔ₃に保っている。通電量は前に述べたよ
うに、反応ガス量、即ち燃焼量（暖房能力）の増加とと
もに小になるように制御される。

【００６１】図２５ないし図２８には、本発明の第５実
施例を示す。

【００６２】この実施例は、触媒体が或る程度劣化して
も劣化による温度低下を触媒体への通電量の制御によっ
て防止するようにしたものである。

【００６３】図２５は反応ガス供給量を一定にしたとき
の触媒燃焼装置の運転時間と触媒体１への通電時間及び
触媒温度との関係を示している。触媒体１は使用時間と
ともに除々に劣化していくため、触媒体１の温度を一定
に保つために通電量を触媒体１の劣化とともに増加して
いく様子が示されている。ここでＶＭは触媒体１の劣化
判断のしきい値であり、触媒体１への通電量がＶＭを超
えた場合にはその触媒体１は劣化していると判断する点
である。即ち通電量を検知することによって触媒体１の
劣化程度を判断できることを示している。

【００６４】図２６は反応ガス量に対する通電量を示し
ており、触媒体１がまだ新しい時を実線で示し触媒劣化
の判断を行うしきい値を破線で示してある。Ｇ₃は供給
する反応ガスの最大値でこのときは新しい触媒体の場合
は通電量がゼロとなる。そして使用時間の経過とともに
通電量は増加し、破線の領域に達したときに触媒が劣化
したと判断する。すなわち劣化したときは装置を自動的
に止めることになる。

【００６５】図２７は触媒の劣化判断機能を組み込んだ
制御方法の一例を示している。この制御方法では、定常
燃焼に移ってから（ステップ４９）、常時触媒体１が劣
化しているかどうかを判断するシーケンスを組込み（ス
テップ５０）、そこでＹＥＳの場合には反応ガスを遮断
し（ステップ５１）、触媒体１への通電を停止し（ステ
ップ５２）、装置全体を停止させる。

【００６６】図２８は触媒劣化のモニターを組込んだ場
合の制御方法の一例を示している。この例では触媒体１
が劣化したと判断したら（ステップ５０）、反応ガスを
遮断し（ステップ５１）、通電を停止した後触媒劣化モ
ニターをＯＮさせるようにする（ステップ５２，５
３）。

【００６７】

【発明の効果】以上説明したように、第１ないし第９の
発明によれば、触媒体の予熱を触媒体への通電による自
己発熱によって行わせるようにしたため、空気のような
熱媒を用いた間接的な加熱に比べて、無駄なエネルギー
を用いることがなくしかも短時間で予熱し着火を完了す
ることができる。また触媒体を均一に予熱することがで
きるので、未燃分を出さないクリーンな着火が可能とな
る。

【００６８】第１０及び第１１の発明によれば、触媒燃
焼時に触媒体への通電量を制御して触媒体が十分活性と
なる温度領域に保持されるようにしたため、触媒燃焼中
には反応ガスの量に関わらず触媒体の温度を一定にする
ことができて燃焼量の下限をほぼゼロにまで拡大するこ
とができる。したがって暖房能力の可変幅はほぼ無限に
近いレベルまで拡大でき、従来の触媒燃焼装置のように
ＯＮ−ＯＦＦ運転をする必要がなく、効率的で快適な暖
房感が得られるとともに長寿命の触媒燃焼装置を実現す
ることが可能となる。

【００６９】また、第１２の発明によれば、触媒燃焼時
に触媒体の温度が一定となるように触媒体への通電量を
制御するとともに反応ガス量にほぼ一義的に対応する通
電量に対し実際の通電量が大きくなった場合、触媒体の
劣化とみなすようにしたため、触媒体が或る程度劣化し
ても劣化による温度低下を触媒体への通電量の制御によ
って防止し、触媒活性に最適な温度に保持できて触媒の
活性を維持することができる。また、触媒体の劣化を未
燃ガスを排出させることなく判断することができる。し
たがってクリーンで高効率の触媒燃焼装置を提供するこ
とが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る触媒燃焼装置をストーブに適用し
た第１実施例の内部構成を示す斜視図である。

【図２】第１実施例における自己発熱型触媒体の構成例
を示す拡大断面図である。

【図３】第１実施例における自己発熱型触媒体の他の構
成例を示す拡大断面図である。

【図４】第１実施例における自己発熱型触媒体への電極
取付構造を示す斜視図である。

【図５】第１実施例に適用する放熱フィンを持つ電極の
構造を示す斜視図である。

【図６】第１実施例における自己発熱型触媒体の他の例
を示す斜視図である。

【図７】図６の自己発熱型触媒体の要部の一例を示す拡
大断面図である。

【図８】図６の自己発熱型触媒体の要部の他の例を示す
拡大断面図である。

【図９】図６の自己発熱型触媒体の変形例を示す斜視図
である。

【図１０】図９の自己発熱型触媒体の成形例を示す要部
の斜視図である。

【図１１】図６の自己発熱型触媒体に温度センサを設け
た例を示す斜視図である。

【図１２】第１実施例における着火シーケンスの例を示
すフローチャートである。

【図１３】本発明の第２実施例における着火シーケンス
の第１例を示すフローチャートである。

【図１４】第２実施例における着火シーケンスの第２例
を示すフローチャートである。

【図１５】第２実施例における着火シーケンスの第３例
を示すフローチャートである。

【図１６】第２実施例における着火シーケンスの第４例
を示すフローチャートである。

【図１７】本発明の第３実施例において触媒体の温度を
検知するための触媒体の電気電導度と触媒温度との関係
を示す図である。

【図１８】第３実施例における触媒体への接触式温度セ
ンサの取付構造を示す斜視図である。

【図１９】第３実施例における着火判断動作の第１例を
示す図である。

【図２０】第３実施例における着火時の各種バルブ、リ
レー等のタイミングチャートを示す図である。

【図２１】第３実施例における着火判断動作の第２例を
示す図である。

【図２２】本発明の第４実施例における反応ガス量と触
媒温度及びＣＯ発生量との関係を示す図である。

【図２３】第４実施例における反応ガス量と触媒温度及
び触媒体への通電量との関係を示す図である。

【図２４】第４実施例において暖房能力に対する触媒温
度及び触媒体への通電量を示す図である。

【図２５】本発明の第５実施例において反応ガス供給量
を一定にしたときの装置使用時間に対する通電量及び触
媒温度の関係を示す図である。

【図２６】第５実施例において反応ガス量が変化した場
合の通電量の変化を示す図である。

【図２７】第５実施例において触媒体の劣化判断機能を
組込んだ制御方法を示すフローチャートである。

【図２８】第５実施例において触媒劣化モニターを組込
んだ場合の制御方法を示すフローチャートである。

【図２９】従来の触媒ストーブにおける反応ガス量と触
媒温度及びＣＯ発生量との関係を示す図である。

【図３０】従来の触媒ストーブにおける暖房能力と触媒
温度との関係を示す図である。

【符号の説明】

１自己発熱型触媒体２蒸気噴出管４蒸気噴出管等とともに反応ガス供給手段を構成する
反応ガス供給ダクト５，５９電極（通電手段）７空気供給ファン１６制御回路基板（制御手段）１７赤外線温度センサ（赤外線温度検知手段）２０導電性の触媒担体２１，２４触媒担持層４１非導電部４２接触式温度センサ（接触式温度検知手段）５７ａ，５７ｂ空隙（電気的絶縁手段）６１ａ，６１ｂ絶縁部材（電気的絶縁手段）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多孔質からなる触媒体に燃料もしくは燃
料と空気の混合気を供給し、当該触媒体上で燃焼させる
触媒燃焼装置であって、前記触媒体は電力供給のための
電極を備えた導電性の自己発熱型触媒体としてなること
を特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項２】前記自己発熱型触媒体は、ＳｉＣ、主成
分がＳｉＣ，ＴｉＢ₂又は主成分がＴｉＢ₂、フェライ
ト系ステンレスの何れかからなる触媒担体に触媒被覆層
を形成してなることを特徴とする請求項１記載の触媒燃
焼装置。
【請求項３】前記電極は、前記自己発熱型触媒体に対
し互いに対向する位置に取付けられた一対の電極よりな
ることを特徴とする請求項１又は２記載の触媒燃焼装
置。
【請求項４】前記自己発熱型触媒体は、燃料もしくは
燃料と空気との混合気の流入方向とほぼ直交する断面が
ほぼ円形であり、この自己発熱型触媒体の外周部２箇所
から中心部近傍にかけて電気的絶縁手段を設け、この電
気的絶縁手段によって二つに分割される部位の外周部そ
れぞれに電極を設けたことを特徴とする請求項１又は２
記載の触媒燃焼装置。
【請求項５】導電性の自己発熱型触媒体と、該自己発
熱型触媒体に通電して加熱するための通電手段と、前記
自己発熱型触媒体に燃料もしくは燃料と空気の混合気か
らなる反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記自
己発熱型触媒体の温度を検知する温度検知手段と、着火
時に前記通電手段を制御して前記自己発熱型触媒体を予
熱し前記温度検知手段で検知された温度が予熱温度に達
した後、前記反応ガス供給手段を制御して前記自己発熱
型触媒体に反応ガスを供給する制御手段とを有すること
を特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項６】前記制御手段は、未着火時における再着
火制御動作において、前記自己発熱型触媒体の予熱温度
を初期予熱温度よりも高くなるように制御することを特
徴とする請求項５記載の触媒燃焼装置。
【請求項７】前記温度検知手段は、前記自己発熱型触
媒体の上流側に設けられ当該自己発熱型触媒体の温度を
非接触で検知する赤外線検出手段又は前記自己発熱型触
媒体の電気抵抗値を検出しこの電気抵抗値から一義的に
決定される温度を当該自己発熱型触媒体の温度として検
知する抵抗値型温度検知手段の何れかであることを特徴
とする請求項５記載の触媒燃焼装置。
【請求項８】前記温度検知手段は、前記自己発熱型触
媒体の一部に非導電性触媒部を形成し、この非導電性触
媒部に設けられた接触式温度検知手段であることを特徴
とする請求項５記載の触媒燃焼装置。
【請求項９】前記制御手段は、着火時に前記自己発熱
型触媒体の温度勾配が、通電による予熱時の温度勾配よ
りも急になった時に当該自己発熱型触媒体が着火したと
判断する機能を有することを特徴とする請求項５記載の
触媒燃焼装置。
【請求項１０】導電性の自己発熱型触媒体と、該自己
発熱型触媒体に通電して加熱するための通電手段と、前
記自己発熱型触媒体に燃料もしくは燃料と空気の混合気
からなる反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記
自己発熱型触媒体の温度を検知する温度検知手段と、触
媒燃焼時に前記自己発熱型触媒体が十分活性となる温度
領域になるように前記通電手段の通電量を制御する制御
手段とを有することを特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項１１】前記制御手段は、触媒燃焼時以外にも
前記通電手段の通電量を制御することを特徴とする請求
項１０記載の触媒燃焼装置。
【請求項１２】導電性の自己発熱型触媒体と、該自己
発熱型触媒体に通電して加熱するための通電手段と、前
記自己発熱型触媒体に燃料もしくは燃料と空気の混合気
からなる反応ガスを供給する反応ガス供給手段と、前記
自己発熱型触媒体の温度を検知する温度検知手段と、触
媒燃焼時に前記自己発熱型触媒体の温度がほぼ一定にな
るように前記通電手段の通電量を制御するとともに前記
反応ガス量にほぼ一義的に対応する通電量に対し実際の
通電量が大きくなった場合前記自己発熱型触媒体の劣化
とみなして燃焼を停止させる制御手段とを有することを
特徴とする触媒燃焼装置。