JPH05340515A - 触媒燃焼装置と触媒燃焼開始方法 - Google Patents
触媒燃焼装置と触媒燃焼開始方法Info
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- JPH05340515A JPH05340515A JP4149160A JP14916092A JPH05340515A JP H05340515 A JPH05340515 A JP H05340515A JP 4149160 A JP4149160 A JP 4149160A JP 14916092 A JP14916092 A JP 14916092A JP H05340515 A JPH05340515 A JP H05340515A
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- Japan
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- catalyst layer
- combustion
- catalytic combustion
- auxiliary
- auxiliary catalyst
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/12—Radiant burners
- F23D14/18—Radiant burners using catalysis for flameless combustion
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Spray-Type Burners (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は触媒燃焼装置と触媒燃焼開始方法に
関するもので、弱燃焼時の燃焼特性を改善し、TDR
(燃焼装置における強燃焼時と弱燃焼時との燃焼量の比
率)のより大きな燃焼装置の提供と装置の触媒燃焼を短
時間に開始する触媒燃焼開始方法の提供を目的とする。 【構成】 主触媒層8の炎口部側に熱容量の小さな補助
触媒層7を設け、燃焼量の小さい時には補助触媒層7の
みで触媒燃焼させる触媒燃焼装置。また、熱容量の小さ
な補助触媒層7を予熱後、前記補助触媒層7で触媒燃焼
を開始させ、その後に予混合気速度を上昇させることに
より触媒燃焼の位置を補助触媒層7から主触媒層8に移
行させて触媒燃焼させる触媒燃焼開始方法である。
関するもので、弱燃焼時の燃焼特性を改善し、TDR
(燃焼装置における強燃焼時と弱燃焼時との燃焼量の比
率)のより大きな燃焼装置の提供と装置の触媒燃焼を短
時間に開始する触媒燃焼開始方法の提供を目的とする。 【構成】 主触媒層8の炎口部側に熱容量の小さな補助
触媒層7を設け、燃焼量の小さい時には補助触媒層7の
みで触媒燃焼させる触媒燃焼装置。また、熱容量の小さ
な補助触媒層7を予熱後、前記補助触媒層7で触媒燃焼
を開始させ、その後に予混合気速度を上昇させることに
より触媒燃焼の位置を補助触媒層7から主触媒層8に移
行させて触媒燃焼させる触媒燃焼開始方法である。
Description
【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ものである。
いられる触媒燃焼装置に関するものである。
【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、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。
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、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。
【0003】このような装置において問題となること
は、一つは燃焼装置における強燃焼時と弱燃焼時との燃
焼量の比率(以下、TDRと表記)のより大きな燃焼装
置、もう一つは触媒燃焼を開始させる時の着火方法であ
る。
は、一つは燃焼装置における強燃焼時と弱燃焼時との燃
焼量の比率(以下、TDRと表記)のより大きな燃焼装
置、もう一つは触媒燃焼を開始させる時の着火方法であ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】燃焼装置の最大燃焼量
を大きくするためには、触媒層中での滞留時間を考慮し
流れ方向の厚みをある程度長くすれば良好な燃焼特性が
得られるようになる。しかし、触媒層の厚みを長くする
と触媒層外周部では伝熱により発生した燃焼熱も逃げ易
くなるので、触媒層中心部と外周部では温度差がつき易
くなる。その結果燃焼装置の可能な最小燃焼量は弱燃焼
時における触媒層外周部温度から律される触媒低温活性
で決ってくる。したがって触媒層の厚みを長くすると最
大燃焼量は大きくなるが、最小燃焼量もある程度大きく
なってしまうのでTDRの大きな燃焼装置を提供する方
法としては不十分であった。
を大きくするためには、触媒層中での滞留時間を考慮し
流れ方向の厚みをある程度長くすれば良好な燃焼特性が
得られるようになる。しかし、触媒層の厚みを長くする
と触媒層外周部では伝熱により発生した燃焼熱も逃げ易
くなるので、触媒層中心部と外周部では温度差がつき易
くなる。その結果燃焼装置の可能な最小燃焼量は弱燃焼
時における触媒層外周部温度から律される触媒低温活性
で決ってくる。したがって触媒層の厚みを長くすると最
大燃焼量は大きくなるが、最小燃焼量もある程度大きく
なってしまうのでTDRの大きな燃焼装置を提供する方
法としては不十分であった。
【0005】また、触媒燃焼を開始させる時に触媒層は
充分活性な温度にまで昇温されていれば、臭気の発生は
なくクリーンに触媒燃焼させることができるが、触媒層
を均一に充分活性な温度まで短時間で昇温させる方法は
問題点が多かった。具体的には、触媒層を充分活性な温
度まで昇温する一つの方法として、触媒層の予混合気流
入側に炎口部を設け、燃料と空気の予混合気を炎口部で
一定時間火炎燃焼させていた。この方法は触媒層を比較
的短時間で充分活性な温度にまで昇温できたが、この方
法でも容積の大きな触媒層を充分活性な温度にするには
時間がかかり過ぎ、触媒層炎口部側表面を均一に加熱す
るにも不充分であった。
充分活性な温度にまで昇温されていれば、臭気の発生は
なくクリーンに触媒燃焼させることができるが、触媒層
を均一に充分活性な温度まで短時間で昇温させる方法は
問題点が多かった。具体的には、触媒層を充分活性な温
度まで昇温する一つの方法として、触媒層の予混合気流
入側に炎口部を設け、燃料と空気の予混合気を炎口部で
一定時間火炎燃焼させていた。この方法は触媒層を比較
的短時間で充分活性な温度にまで昇温できたが、この方
法でも容積の大きな触媒層を充分活性な温度にするには
時間がかかり過ぎ、触媒層炎口部側表面を均一に加熱す
るにも不充分であった。
【0006】本発明は上記課題を解決するもので、TD
Rのより大きな燃焼装置を提供すること、また触媒層を
充分活性な温度まで短時間にかつ均一に加熱し、触媒燃
焼を開始させる方法を提供することを目的としている。
Rのより大きな燃焼装置を提供すること、また触媒層を
充分活性な温度まで短時間にかつ均一に加熱し、触媒燃
焼を開始させる方法を提供することを目的としている。
【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、主触媒層の炎口部側に熱容量の小さな補助
触媒層を設けるという構成である。また、熱容量の小さ
な触媒層を予熱後、前記補助触媒層で触媒燃焼を開始さ
せた後、次に予混合気速度を上昇させることにより触媒
燃焼の位置を補助触媒層から主触媒層に移行させて触媒
燃焼させるという触媒燃焼開始方法である。
するために、主触媒層の炎口部側に熱容量の小さな補助
触媒層を設けるという構成である。また、熱容量の小さ
な触媒層を予熱後、前記補助触媒層で触媒燃焼を開始さ
せた後、次に予混合気速度を上昇させることにより触媒
燃焼の位置を補助触媒層から主触媒層に移行させて触媒
燃焼させるという触媒燃焼開始方法である。
【0008】
【作用】本発明は上記した構成により、通常燃焼時には
主触媒層で触媒燃焼が行われ良好な燃焼特性を得ること
ができ、弱燃焼時には補助触媒層に触媒燃焼の中心位置
(燃焼熱によって最も高温になる位置)が来るように設
定されているので補助触媒層中に発生した燃焼熱が留ま
り易く、触媒層を高温に維持でき、また流れ方向の厚み
も短いので外周部の放熱も比較的少ない。その結果主触
媒層だけを使用した場合に比べると、さらに小さな燃焼
量でも良好な燃焼特性が得られる。
主触媒層で触媒燃焼が行われ良好な燃焼特性を得ること
ができ、弱燃焼時には補助触媒層に触媒燃焼の中心位置
(燃焼熱によって最も高温になる位置)が来るように設
定されているので補助触媒層中に発生した燃焼熱が留ま
り易く、触媒層を高温に維持でき、また流れ方向の厚み
も短いので外周部の放熱も比較的少ない。その結果主触
媒層だけを使用した場合に比べると、さらに小さな燃焼
量でも良好な燃焼特性が得られる。
【0009】また、触媒燃焼開始時には補助触媒層を予
熱し、その後補助触媒層で触媒燃焼(弱燃焼モード)さ
せる。ここで予熱に必要な時間は主触媒層を予熱する場
合に比べると格段に短い。また、補助触媒層で発生した
燃焼熱は対流および輻射により主触媒層を予熱すること
となり、従来のように炎口部火炎の排ガスで主触媒層を
予熱する場合に比べると、主触媒層炎口部側表面をはる
かに均一に予熱することが可能である。主触媒層が充分
に予熱された時点で予混合気速度を上昇させ、触媒燃焼
の位置を補助触媒層から主触媒層に移行させるものであ
る。
熱し、その後補助触媒層で触媒燃焼(弱燃焼モード)さ
せる。ここで予熱に必要な時間は主触媒層を予熱する場
合に比べると格段に短い。また、補助触媒層で発生した
燃焼熱は対流および輻射により主触媒層を予熱すること
となり、従来のように炎口部火炎の排ガスで主触媒層を
予熱する場合に比べると、主触媒層炎口部側表面をはる
かに均一に予熱することが可能である。主触媒層が充分
に予熱された時点で予混合気速度を上昇させ、触媒燃焼
の位置を補助触媒層から主触媒層に移行させるものであ
る。
【0010】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【0011】図1に示すように、1は燃料タンク、2は
燃料用ポンプ、3は一次空気送風用のファン、4は混合
室で、混合室4の出口には炎口部5が備えられており、
炎口部5の近傍には点火電極6が配設されている。炎口
部5の上方にはハニカム状セラミックス繊維にPt/P
dを担持させた補助触媒層7が直立して備えられ、補助
触媒層7の排気口側に対向してハニカム状セラミックス
(シリカ・アルミナ・チタニアを主成分とする)にウォ
ッシュコートしてPt/Pdを担持させた主触媒層8が
配置されている。主触媒層8で燃焼した排ガスは空気送
風用のファン9で送られてくる空気一緒に排気口10へ
と導かれる。
燃料用ポンプ、3は一次空気送風用のファン、4は混合
室で、混合室4の出口には炎口部5が備えられており、
炎口部5の近傍には点火電極6が配設されている。炎口
部5の上方にはハニカム状セラミックス繊維にPt/P
dを担持させた補助触媒層7が直立して備えられ、補助
触媒層7の排気口側に対向してハニカム状セラミックス
(シリカ・アルミナ・チタニアを主成分とする)にウォ
ッシュコートしてPt/Pdを担持させた主触媒層8が
配置されている。主触媒層8で燃焼した排ガスは空気送
風用のファン9で送られてくる空気一緒に排気口10へ
と導かれる。
【0012】上記構成において動作について詳述する。
燃料用ポンプ2から供給された燃料(灯油等)とファン
3から供給された空気は、混合室4内で気化されると共
に充分予混合されて上部の炎口部5に送られる。点火時
にはまず炎口部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、補助触媒層7を昇温させる。補助触媒層7が充分
な温度に昇温した時点で、一旦燃料供給を停止し、炎口
部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
補助触媒層7に至るが、ここは充分昇温されているか
ら、触媒燃焼を生じつつ、排ガスは排気口側の主触媒層
8へと流れ、主触媒層8炎口部側表面の予熱に使用され
る。所定時間補助触媒層7で触媒燃焼(弱燃焼モード)
させた後、予混合気速度を上昇させると補助触媒層7中
で触媒燃焼の中心位置(最も高温になる位置)を維持で
きなくなり主触媒層8へと触媒燃焼の中心位置が移行す
る(中から強燃焼モード)。この時、空気送風用のファ
ン9も始動させる。しかし、燃焼装置の燃焼量が小さく
なった場合(弱燃焼モード)には触媒燃焼の中心位置が
再び補助触媒層7に戻り、良好な燃焼特性を維持でき
る。
燃料用ポンプ2から供給された燃料(灯油等)とファン
3から供給された空気は、混合室4内で気化されると共
に充分予混合されて上部の炎口部5に送られる。点火時
にはまず炎口部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、補助触媒層7を昇温させる。補助触媒層7が充分
な温度に昇温した時点で、一旦燃料供給を停止し、炎口
部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
補助触媒層7に至るが、ここは充分昇温されているか
ら、触媒燃焼を生じつつ、排ガスは排気口側の主触媒層
8へと流れ、主触媒層8炎口部側表面の予熱に使用され
る。所定時間補助触媒層7で触媒燃焼(弱燃焼モード)
させた後、予混合気速度を上昇させると補助触媒層7中
で触媒燃焼の中心位置(最も高温になる位置)を維持で
きなくなり主触媒層8へと触媒燃焼の中心位置が移行す
る(中から強燃焼モード)。この時、空気送風用のファ
ン9も始動させる。しかし、燃焼装置の燃焼量が小さく
なった場合(弱燃焼モード)には触媒燃焼の中心位置が
再び補助触媒層7に戻り、良好な燃焼特性を維持でき
る。
【0013】そこで次のような補助触媒層と主触媒層と
を使用し、図1に示されるような燃焼装置を組み立て、
触媒面150mm×150mmの部分で灯油触媒燃焼を行
い、燃焼特性(HC、CO)を測定評価した。
を使用し、図1に示されるような燃焼装置を組み立て、
触媒面150mm×150mmの部分で灯油触媒燃焼を行
い、燃焼特性(HC、CO)を測定評価した。
【0014】アルミナシリカ繊維からなる気孔率50%
のコルゲート状セラミックス(155mm×155mm×3
mm、200セル/inch2、リフ゛厚0.30mm)にBaO・Al2
O3・CeO2粉末(比表面積120m2/g)1000
g、アルミナ含有率10wt%のウォッシュコートバイ
ンダー 50g、硝酸アルミニウム9水塩 85g、水
1500g、イソプロピルアルコール150gおよびジ
ニトロジアンミン白金水溶液とジニトロジアンミンパラ
ジウム水溶液をそれぞれPt、Pd換算で5g、5g加
えてなるウォッシュコートスラリーで10g被覆し、補
助触媒層とした。次にシリカ・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(155mm×155
mm×15mm、400セル/inch2、リフ゛厚0.15mm)にBaO
・Al2O3・CeO2粉末(比表面積120m2/g)1
000g、アルミナ含有率10wt%のウォッシュコー
トバインダー 50g、硝酸アルミニウム9水塩 85
g、水 1300gおよびジニトロジアンミン白金水溶
液とジニトロジアンミンパラジウム水溶液をそれぞれP
t、Pd換算で5g、5g加えてなるウォッシュコート
スラリーで50g被覆し、主触媒層とした。
のコルゲート状セラミックス(155mm×155mm×3
mm、200セル/inch2、リフ゛厚0.30mm)にBaO・Al2
O3・CeO2粉末(比表面積120m2/g)1000
g、アルミナ含有率10wt%のウォッシュコートバイ
ンダー 50g、硝酸アルミニウム9水塩 85g、水
1500g、イソプロピルアルコール150gおよびジ
ニトロジアンミン白金水溶液とジニトロジアンミンパラ
ジウム水溶液をそれぞれPt、Pd換算で5g、5g加
えてなるウォッシュコートスラリーで10g被覆し、補
助触媒層とした。次にシリカ・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(155mm×155
mm×15mm、400セル/inch2、リフ゛厚0.15mm)にBaO
・Al2O3・CeO2粉末(比表面積120m2/g)1
000g、アルミナ含有率10wt%のウォッシュコー
トバインダー 50g、硝酸アルミニウム9水塩 85
g、水 1300gおよびジニトロジアンミン白金水溶
液とジニトロジアンミンパラジウム水溶液をそれぞれP
t、Pd換算で5g、5g加えてなるウォッシュコート
スラリーで50g被覆し、主触媒層とした。
【0015】比較例として、実施例と同じ主触媒層だけ
を使用して触媒燃焼させ、特性評価試験を行った。
を使用して触媒燃焼させ、特性評価試験を行った。
【0016】その結果として図2に(a)には実施例、
(b)には従来例を示した。横軸は空気過剰率、縦軸は
予混合気速度とし、HC/CO2特性が1×10-4以下
となる領域を示した。燃焼特性のCO/CO2特性はH
C/CO2特性に比べ、広い領域で良好であったので、
試験結果を示すことは省略した。
(b)には従来例を示した。横軸は空気過剰率、縦軸は
予混合気速度とし、HC/CO2特性が1×10-4以下
となる領域を示した。燃焼特性のCO/CO2特性はH
C/CO2特性に比べ、広い領域で良好であったので、
試験結果を示すことは省略した。
【0017】その結果、本実施例では比較例に比べると
弱燃焼量での燃焼特性が向上していることがわかる。し
たがって従来よりもTDRの大きな燃焼装置が可能とな
ったことがわかる。また、触媒燃焼の開始時間でも比較
例に比べると約15秒短縮が可能であった。
弱燃焼量での燃焼特性が向上していることがわかる。し
たがって従来よりもTDRの大きな燃焼装置が可能とな
ったことがわかる。また、触媒燃焼の開始時間でも比較
例に比べると約15秒短縮が可能であった。
【0018】本実施例では補助触媒層としてアルミナシ
リカ繊維からなる気孔率50%のコルゲート状セラミッ
クスを使用したが、熱容量を小さくしかつある程度の機
械的強度を有するものにするため気孔率は50%〜80
%にすることが好ましい。さらにコルゲート状セラミッ
クスの流れ方向の厚みは弱燃焼時にだけ補助触媒層で触
媒燃焼し、中燃焼時から強燃焼時にかけては主触媒層に
触媒燃焼の中心位置が移行するように設定するため2〜
4mmとかなり薄くする必要があった。
リカ繊維からなる気孔率50%のコルゲート状セラミッ
クスを使用したが、熱容量を小さくしかつある程度の機
械的強度を有するものにするため気孔率は50%〜80
%にすることが好ましい。さらにコルゲート状セラミッ
クスの流れ方向の厚みは弱燃焼時にだけ補助触媒層で触
媒燃焼し、中燃焼時から強燃焼時にかけては主触媒層に
触媒燃焼の中心位置が移行するように設定するため2〜
4mmとかなり薄くする必要があった。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、主触媒層の炎口部側に
熱容量の小さな補助触媒層を設けることにより燃焼装置
における強燃焼時と弱燃焼時との燃焼量の比率の大きな
触媒燃焼装置が提供でき、また熱容量の小さな触媒層を
予熱後、前記補助触媒層で触媒燃焼を開始させた後、次
に予混合気速度を上昇させることにより触媒燃焼の位置
を補助触媒層から主触媒層に移行させて触媒燃焼させる
短時間に触媒燃焼を開始する方法を提供できる。
熱容量の小さな補助触媒層を設けることにより燃焼装置
における強燃焼時と弱燃焼時との燃焼量の比率の大きな
触媒燃焼装置が提供でき、また熱容量の小さな触媒層を
予熱後、前記補助触媒層で触媒燃焼を開始させた後、次
に予混合気速度を上昇させることにより触媒燃焼の位置
を補助触媒層から主触媒層に移行させて触媒燃焼させる
短時間に触媒燃焼を開始する方法を提供できる。
【図1】本発明の一実施例による触媒燃焼装置の構成を
示す縦断面図
示す縦断面図
【図2】(a)は図1の触媒燃焼装置についての燃焼特
性(HC/CO2)を示す図 (b)は従来の触媒燃焼装置についての燃焼特性(HC
/CO2)を示す図
性(HC/CO2)を示す図 (b)は従来の触媒燃焼装置についての燃焼特性(HC
/CO2)を示す図
1 燃料タンク 2 燃料用ポンプ 3 送風用ファン 4 混合室 5 炎口部 6 点火電極 7 補助触媒層 8 主触媒層 9 送風用ファン 10 排気口
Claims (3)
- 【請求項1】主触媒層と、前記主触媒層より熱容量の小
さな補助触媒層とを備えたことを特徴とする触媒燃焼装
置。 - 【請求項2】強燃焼時に主に燃焼させる主触媒層と、弱
燃焼時に主に燃焼させる補助触媒層とを備えたことを特
徴とする触媒燃焼装置。 - 【請求項3】熱容量の小さな補助触媒層を予熱した後、
前記補助触媒層で触媒燃焼を開始させ、次に予混合気速
度を上昇させることにより主触媒層に触媒燃焼を移行さ
せることを特徴とする触媒燃焼開始方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4149160A JP2797840B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 触媒燃焼装置 |
US08/073,892 US5352114A (en) | 1992-06-09 | 1993-06-09 | Catalytic burning apparatus and catalytic burning method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4149160A JP2797840B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 触媒燃焼装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH05340515A true JPH05340515A (ja) | 1993-12-21 |
JP2797840B2 JP2797840B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=15469106
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4149160A Expired - Fee Related JP2797840B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 触媒燃焼装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5352114A (ja) |
JP (1) | JP2797840B2 (ja) |
Cited By (1)
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US6394789B1 (en) * | 1998-12-18 | 2002-05-28 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Catalyst combustion device |
US6470876B1 (en) * | 1999-08-10 | 2002-10-29 | The Coleman Company, Inc. | Catalytic heater assembly |
WO2001014793A1 (fr) * | 1999-08-19 | 2001-03-01 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Dispositif a combustion catalytique et dispositif de vaporisation de combustible |
EP1306615B1 (en) * | 2000-07-28 | 2009-09-09 | Panasonic Corporation | Fuel vaporizer and catalyst combustion equipment |
ATE449937T1 (de) * | 2006-09-06 | 2009-12-15 | Electrolux Home Prod Corp | Gasbrenner für kochgeräte |
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JPH0484009A (ja) * | 1990-07-25 | 1992-03-17 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 触媒燃焼器 |
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