JPH06147471A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 気体燃料または液体燃料を触媒燃焼させて加
熱、暖房、乾燥等を行う触媒燃焼装置において、触媒の
熱的劣化を避け、低燃焼量から高燃焼量まで幅広く、燃
焼特性の良好な状態を保つ。 【構成】 燃料と空気とを混合する気化室３と、その気
化室３からのガス流方向の下流に設置されたガス透過性
の主触媒１２と、その主触媒１２のさらに下流に設置さ
れたガス透過性の補助触媒１３と、空気を供給する送風
手段４と、所定の燃焼量より小の領域では空燃比を小と
し所定の燃焼量より大の領域では空燃比を大とするよう
に送風手段４の供給空気量を制御する制御手段１０とを
備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体燃料または液体燃
料を触媒燃焼させて加熱、暖房、乾燥等を行うための触
媒燃焼装置であって、特に排ガス浄化特性に優れた触媒
燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気体燃料または液体燃料を触媒燃
焼させて加熱、暖房、乾燥等を行うための触媒燃焼装置
は図３に示したような構成が一般的であった。

【０００３】図３において、１は燃料タンク、２は燃料
タンク１から燃料を気化室３に供給する燃料ポンプ、４
は気化室３に空気を供給し気化室３で気化された燃料と
空気を混合させるためのファン、５は気化室３で気化さ
れた燃料ガスと空気が混合された予混合気を燃焼させる
予熱バーナ、６は予熱バーナ５に供給された予混合気に
着火するための点火装置、７はハニカム状の触媒、８は
排気口、９は燃焼によって発生した熱を放熱するための
ガラス面である。

【０００４】図３に示した構成において、燃料は燃料タ
ンク１から燃料ポンプ２により気化室３に供給され気化
して燃料ガスとなる。空気はファン４により気化室３に
供給されて燃料ガスと混合され、燃料ガスと空気との予
混合気は予熱バーナ５に送られ、点火装置６により点火
され火炎を形成する。火炎によって生じた高温のガス
は、触媒７を加熱しながら通過し、排気口８より排出さ
れる。触媒７が活性を示す温度になると、燃料の供給を
いったん停止させて消炎させる。その後、直ちに再び燃
料を供給し、予混合気を触媒７に直接送ることによって
触媒燃焼を開始させる。触媒燃焼を行うことによって、
触媒７は高温状態になり、輻射を伴って周りのガラス面
９より放熱する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の触媒
燃焼装置では、燃料と空気の予混合されたガスが触媒に
おいて酸化反応し、反応熱とともに二酸化炭素や水を発
生する。この時の反応熱を利用したものの一例として、
暖房器をあげることができる。暖房器は一般に、暖房を
する場所の環境や状況によって、燃焼量を変化させるこ
とが必要である。一般に、燃焼量可変幅が大きい方が、
使い勝手がよく、より快適な暖房を得ることができる。
しかし、燃焼量を大きくすると、触媒の温度が上がり、
耐熱限界温度を越えてしまい、触媒の熱的劣化を引き起
こしやすい。また、燃焼量を小さくすると、燃料供給量
が少ないため、触媒が良好な活性を発揮する温度まで上
昇せず、未燃の燃料や中間生成物が排出されることがあ
る。このように従来の触媒燃焼装置では、触媒の劣化を
抑え、また、排気ガスをクリーンな状態に保つように燃
焼させると、燃焼量可変幅をあまり大きく取ることがで
きないという問題点があった。

【０００６】本発明は上記問題を解決するもので、触媒
の熱的劣化を避け、排気ガスがクリーンな状態を維持し
つつ、低燃焼量から高燃焼量まで大きな燃焼量可変幅を
得ることができ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】上記目的を達成するため
に本発明の触媒燃焼装置は、主に触媒燃焼を行う主触媒
と、その主触媒からのガス流方向の下流に設置した、主
に排ガスの浄化を行う補助触媒と、空気を供給する送風
手段とを有し、所定の燃焼量より小さな領域では空燃比
を小さくし、所定の燃焼量より大きな領域では空燃比を
大きくするように、各燃焼量に適した空気供給量を制御
する制御手段を備えたものである。

【０００８】

【作用】本発明は上記した構成によって、所定の燃焼量
より小さな領域では空燃比を小さく、所定の燃焼量より
大きな領域では空燃比を大きくするように空気供給量を
制御する。一般に、触媒燃焼においては、空燃比を小さ
くすると触媒温度は高くなり、空燃比を大きくすると触
媒温度は低くなる。

【０００９】したがって、燃焼量の小さな領域において
は、供給空気量を減らして空燃比を小さくすれば、主触
媒の上流面近傍で燃料の燃焼をほぼ完了させ、主触媒に
局所的な高温部分をつくり主触媒の活性を向上させ、主
触媒で完全燃焼させることができる。

【００１０】一方、燃焼量の大きな領域においては、補
助触媒を用いることにより、主触媒下流面からの輻射熱
や加熱された燃焼ガスのため補助触媒が高温となり、主
触媒通過後の未燃のガスを燃焼、浄化させるだけの充分
な活性を発揮することが可能となり、しかも、空燃比を
大きくして主触媒温度を下げることができるので、主触
媒の熱的劣化を避けることができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の触媒燃焼装置について図面を
参照しながら説明する。

【００１２】図１は本発明の触媒燃焼装置の第１の実施
例を示している。図１において、従来例を示す図３と同
一部品または同一部分には同一符号を付して説明は省略
し、異なる点について説明する。図１において、１０は
燃料の供給量に応じて空気量を制御する空気量制御部、
１１は気化室３に設けられ気化室３を加熱するヒータ、
１２は予熱バーナ５からのガス流方向の下流に設けられ
たハニカム状の主触媒、１３はさらに下流に設けられた
ハニカム状の補助触媒、１４は発生した熱を放射するた
めのガラス面、８は排気口である。

【００１３】上記構成において、燃料は燃料タンク１か
ら燃料ポンプ２によりヒータ１１で暖められた気化室３
に供給され気化されて燃料ガスとなる。空気はファン４
により気化室３に供給され、燃料ガスと混合され予熱バ
ーナ５に送られる。予熱バーナ５において、空気と燃料
ガスが混合された予混合気は、点火装置６により点火さ
れ火炎を形成する。火炎により生じた高温のガスは、主
触媒１２を加熱しながら通過し、補助触媒１３を通り、
排気口８から排出される。主触媒１２が活性を示す温度
になると、燃料の供給をいったん停止させて消炎させ
る。その後、直ちに再び燃料を供給し、予混合気を主触
媒１２に直接送ることによって触媒燃焼を開始させる。

【００１４】本発明では、所定の燃焼量より小さい領域
においては、空気量制御部１０からの信号によりファン
４の送風量を少なくし、空燃比を所定の値より小さくし
て燃焼させている。これにより、主触媒１２の上流面近
傍で燃焼が完結し、主触媒１２に局所的な高温部分をつ
くることで触媒の活性を向上させている。したがって、
燃焼量が少なくても良好な燃焼特性を得ることができ、
主触媒１２において排ガスの浄化が行われる。また、所
定の燃焼量より大きな領域では、空気量制御部１０から
の信号により、ファン４の送風量を多くし、空燃比を大
きくして燃焼させている。これにより、主触媒１２の温
度が下がり、耐熱限界温度を避け触媒の劣化を防ぐこと
ができる。このとき、主触媒１２内の流れ方向の最高温
度の位置は、流速が速いため主触媒１２下流面近傍に位
置し、主触媒１２下流面は高温になっている。したがっ
て、主触媒１２の下流面からの輻射や加熱された燃焼ガ
スのため補助触媒１３は高温に維持される。補助触媒１
３が高温に維持されることにより、補助触媒１３は触媒
活性が働くのに充分な温度となり、主触媒１２を通過し
て出てきた未燃焼ガスや中間生成物を補助触媒１３で燃
焼、浄化させることができる。

【００１５】このように、所定の燃焼量より小さけれ
ば、空燃比を小さくするように空気量制御部１０でファ
ン４の送給量を制御し、また、燃焼量が大きい領域で
は、空燃比が大きくなるよう空気量を制御することで、
触媒温度を制御することにより、燃焼量可変幅を大きく
取ることができる。

【００１６】次に、図２に本発明の触媒燃焼装置の第２
の実施例を示す。この実施例では、主触媒１２の近傍に
主触媒１２を加熱する加熱部１５と、主触媒１２の温度
を検知する温度検知部１６を設置している。主触媒１２
の温度に対応した温度検知部１６からの信号によって、
加熱制御部１７において加熱部１５の加熱量を制御して
いる。

【００１７】図２に示す構成により、燃焼量が小さな領
域のように、主触媒１２の温度が低く、触媒活性が充分
に発揮できない温度においては、温度検知部１６からの
信号に応じて加熱部１５での加熱量を加熱制御部１７で
制御して、主触媒１２の温度を高め活性温度に導く。ま
た、燃焼量が大きな領域のように、触媒燃焼の反応熱で
充分な活性温度が得られていることが温度検知部１６か
らの信号により判定されると、加熱により主触媒１２の
温度が耐熱限界温度を越えないように、加熱制御部１７
により加熱部１５による加熱を停止させる。

【００１８】特に、燃焼量の小さい領域において、空燃
比を小さくして主触媒１２を局所的に高温にすると同時
に、主触媒１２の温度を検知しながら加熱部１５を用い
て主触媒１２を加熱して、主触媒１２の触媒活性が最良
となる温度に維持することにより、主触媒１２の活性を
より一層向上させ、さらに低燃焼量まで燃焼特性の良好
な領域を広げることができる。

【００１９】このように、主触媒１２の温度を検知しな
がら燃焼量全体にわたって、加熱部１５を用いて制御す
ることで、主触媒１２の温度を精度良く制御でき、低燃
焼量から高燃焼量まで、さらに大きな燃焼量可変幅を得
ることができる。

【００２０】ここで、図２のように加熱部１５を本実施
例のように主触媒１２の下流に設置すれば補助触媒１３
への加熱効果も期待でき、補助触媒１３をも最適な活性
温度にすることができる。また、加熱部１５は主触媒１
２の上流側に設置してもよく、主触媒１２を加熱すると
同時に、燃焼前の予混合気を加熱することもでき、主触
媒１２での反応性を高めることもできる。

【００２１】また、以上の説明では、液体燃料を用いる
場合について説明したが、本発明によればガス燃料を用
いた場合についても同様の効果が得られる。

【００２２】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、主触媒
と補助触媒を設けた触媒燃焼装置において、所定の燃焼
量より小さな領域では空燃比を小さくし、所定の燃焼量
より大きな領域では空燃比を大きくすることで、触媒温
度を耐熱限界温度まで上昇させることがないので、触媒
を熱劣化させることなく、燃焼量の幅広い範囲で良好な
燃焼特性を有する触媒燃焼器を得ることができる。

【００２３】また、主触媒近傍に加熱部と主触媒の温度
を検知する温度検知部を設け、主触媒の温度に応じて加
熱量を加減し、主触媒の温度を精度良く制御すれば、さ
らに大きな燃焼量可変幅の触媒燃焼器を得ることができ
る。

【００２４】上記のように、クリーンな燃焼状態で燃焼
量を幅広い範囲で精度良く制御できることにより、暖房
や乾燥などの熱源としてのみならず、多目的な用途に使
用することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の触媒燃焼装置の断面図

【図２】本発明の第２の実施例の触媒燃焼装置の断面図

【図３】従来の触媒燃焼装置の断面図

【符号の説明】

３ 気化室（予混合室） ４ ファン（送風手段） １０ 空気量制御装置（制御手段） １２ 主触媒 １３ 補助触媒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料と空気とを混合する予混合室と、そ
   の予混合室からのガス流方向の下流に設置されたガス透
   過性の主触媒と、その主触媒のさらに下流に設置された
   ガス透過性の補助触媒と、空気を供給する送風手段と、
   所定の燃焼量より小の領域では空燃比を小とし所定の燃
   焼量より大の領域では空燃比を大とするように前記送風
   手段の供給空気量を制御する制御手段とを備えた触媒燃
   焼装置。
2. 【請求項２】 主触媒近傍にその主触媒を加熱する加熱
   部と、前記主触媒の温度を検知する温度検知部と、前記
   主触媒の温度に応じて加熱部による加熱量を制御する制
   御手段とを有する請求項１記載の触媒燃焼装置。