JPH06103092B2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents

触媒燃焼装置

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JPH06103092B2
JPH06103092B2 JP63194966A JP19496688A JPH06103092B2 JP H06103092 B2 JPH06103092 B2 JP H06103092B2 JP 63194966 A JP63194966 A JP 63194966A JP 19496688 A JP19496688 A JP 19496688A JP H06103092 B2 JPH06103092 B2 JP H06103092B2
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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。
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が、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じ、反応熱と共に二酸化炭素
や水を発生する。ここで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、触媒層の周縁部等の低温部分や、予混合気の過
濃あるいは過希薄部分と接触した位置では、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。特に長時間使用して触媒の活性が低
下した場合には、一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欠点を解消し、不完全燃焼による有
害・悪臭ガスの発生を防止して、長期間に亘る清浄な排
ガス特性の繊維を可能にするものである。
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
を備えると共に、両者に温度検出手段を配設して、両者
の温度差が所定値以下となった時に燃料および空気の供
給を停止する制御手段を備えた構成とするものである。
作用 本発明は上記手段により、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を生ずることなく清浄な排ガス
の発生を維持する共に、主触媒層の活性劣化を早期にか
つ確実に検出し、最終の排ガス中に一酸化炭素や悪臭物
質が混合される以前に燃焼を停止させ、安全性の高い燃
焼装置を提供できるものである。
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の出口には予
熱用の炎口５と点火装置６が備えられている。炎口５の
上方には多数の連通孔7aを穿設したシリカ・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の活性
成分を担持させた主触媒層７が直立して備えられ、その
上流面（前面）に対向してガラス板からなる透過窓８が
配置されている。また主触媒層７の下流側上方には多数
の連通孔9aを有する補助触媒層９が備えられている。ま
た主触媒層７の上流側表面および補助触媒層９の上流側
表面に接して、温度検出用の熱電対10a,10bが配設され
ており、両者は制御回路11を介して燃料用ポンプ２およ
びファン３に連接されている。
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、
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
装置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、主触媒層７および補助触媒
層９を昇温させる。主触媒層７が充分な温度に昇温した
ことが熱電対10a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。燃焼排ガスは
更に上部へと流れて補助触媒層９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9aを経て上部へと排出される。従って
予混合状態の偏りや温度のむら等により主触媒層７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９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７の活性が低
下した場合においても、補助触媒層９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７表面に生じた熱は、透過窓８を一
部は透過して、また一部は透過窓８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。
ここで主触媒層７と補助触媒層９の温度の変化、および
主触媒層７下流と補助触媒層９下流の排ガス中の一酸化
炭素濃度を、燃焼継続時間に従って見ると、第２図のよ
うになっている。即ち初期においては燃焼反応は主触媒
層７の上流側表面でほぼ完遂し、一酸化炭素の発生もな
く、また触媒表面温度は約800℃となっている。
この補助触媒層９の表面温度は、主触媒層７から排出さ
れる燃焼排ガスによって加熱されるのみで、約400℃に
留まっている。
燃焼継続時間を増加していくと、主触媒層７の上流側か
ら活性の低下（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）が生じ、燃焼反応の位置は徐々
に下流側へと移行し、熱電対10aで検出される温度はや
や低下していく。数千時間までは反応位置の変化はある
ものの、主触媒層７内で反応は完結し、ここからの排ガ
ス中には一酸化炭素の発生は見られないが（○印）、主
触媒層７の表面温度（△印）は徐々に低下している。さ
らに燃焼を続けるとやがて主触媒層７では完全燃焼でき
なくなり、約10000時間で一酸化炭素が発生している。
ところがこの状態では、補助触媒層９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
排ガスを維持している（●印）。主触媒層７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補助触媒層９の表
面温度（▲印）は上昇し、着20000時間で主触媒層７の
表面温度と補助触媒層９の表面温度は逆転している。さ
らに燃焼を継続して数万時間に達すると、主触媒層７の
下流では著しい量の一酸化炭素が発生しているが、下流
に補助触媒層９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、安全上の面からより確実である。
ここで触媒表面温度はこの図のように明らかな逆転現象
が見られ、この現象は燃焼量や予混合ガスの流速、ある
いは雰囲気温度等の条件によっても（温度レベルの差は
あっても）大きな変化なく主触媒層７の劣化を確実に検
出することが可能である。補助触媒層９についても劣化
傾向はあるが、通常の暴露温度が主触媒層７に比べては
るかの低く、触媒活性の劣化は温度に対して指数関数的
に軽減されることから、補助触媒層９の劣化については
何等心配はない。
なお両者の温度差の設定値は、例えば300℃にしておけ
ば主触媒層７下流で極く僅かの一酸化炭素が検出される
状態で停止の制御が働くし、100℃にするとさらに劣化
が進んだ状態となり、０℃（等温）とすると数百ppmの
一酸化炭素が発生している状態、−100℃で1000ppm程度
の一酸化炭素発生の状態まで至る。補助触媒層９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。また燃料用ポンプ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
いても一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。
また熱電対10a,10bの位置については、反応量の変化と
比例して温度が変化するために、どの位置であっても相
応の温度差検出はできるが、特に主触媒層７において
は、最も温度低下（即ち活性低下）の早期に現れる上流
側表面を選択することが高感度の検出を可能にする。ま
た補助触媒層９の大きさは、主触媒層７に比べて充分小
さくしておくことによって、単位表面当りの可燃性分処
理量が増え、温度上昇も早くなるから、主触媒層７の劣
化＝一酸化炭素等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、非接触の赤
外温度センサでもよく、この場合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共に、両者に温度
検出手段を配設して、両者の温度差が所定値以下となっ
た時に燃料および空気の供給を停止する制御手段を備え
た構成とすることにより、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を生ずることなく清浄な排ガスの
発生を維持すると共に、主触媒層の活性劣化を早期にか
つ確実に検出し、最終の排ガス中に一酸化炭素や悪臭物
質が混合される以前に燃焼を停止させ、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、７
……主触媒層、９……補助触媒層、10a,10b……熱電
対、11……制御回路。
フロントページの続き (72)発明者 保坂 正人 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−162821（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−175919（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項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、前記主触媒層と補助触媒層の温度検出手段
    と、前記温度検出手段に連動して、両者の温度差が所定
    値以下に達した時燃料および空気の供給を停止する制御
    手段とを有する触媒燃焼装置。
  2. 【請求項２】温度検出手段を主触媒層および補助触媒層
    のそれぞれ上流側表面に接触するよう配設した請求項１
    記載の触媒燃焼装置。
  3. 【請求項３】補助触媒の投影面積を主触媒の投影面積よ
    り小とした請求項１記載の触媒燃焼装置。
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