JPH06235506A - 燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 効率よく短時間にしかも均一、クリーンに自
己発熱型触媒体１５の予熱を行うことができ、さらに触
媒反応の輻射熱を気化器３における燃料のガス化に有効
利用し、自己発熱型触媒体１５近傍の過度の温度上昇を
抑制する。 【構成】 燃料供給ポンプ１により供給した燃料を電気
ヒータ１９ａ，１９ｂによって加熱しガス化する気化器
３と、ガス化した燃料と燃焼用空気との混合気を作る混
合管９と、混合管９の下流に設けられ燃料と空気とを均
一に混合させる混合室１３とを有し、混合室１３の下流
側に導電性の自己発熱型触媒体１５を設けるとともに、
気化器３と混合室１３の周壁１３ａとを熱伝導の良好な
部材で一体成形した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、触媒を利用した燃焼
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】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ＮＯｘ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
温度が低いので火災に対する危険性が少ないこと、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。触媒上で良好な触媒燃焼を行わせるに
は、反応ガスに対して触媒が充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料との組み
合わせではこの温度は最低３００℃程度である。すなわ
ち約３００℃以上にならなければ充分な反応は生じな
い。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ために、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。そのためあらかじ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。

【０００３】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あるいは予熱ヒータを設け、空気
を一旦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。このよう
な予熱を行うと、次のような多くの問題点があった。

【０００４】予熱バーナ，予熱ヒータどちらの場合も、
一旦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点が発生する。さらに予熱バー
ナある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。

【０００５】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ち上がり
時間が加わるためにさらに多くの時間が必要になる。そ
のうえ予熱バーナは気相燃焼であるために当然ＮＯｘの
発生があり、着火初期といっても低ＮＯｘ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あるいは消化時に僅か
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虞もある。

【０００６】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
伴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ラン
ニングコストアップの要因となる。

【０００７】一方、従来の燃焼器は、燃料と燃焼空気と
の混合気を金属製あるいはセラミック製燃焼プレート上
で点火ヒータあるいは点火トランスを用いた放電により
点火して燃焼させていた。この場合、燃焼プレート上の
一点からの火炎伝播により燃焼プレート全体に燃焼領域
を拡げて行くので、どうしても着火遅れを生じる部分が
出てくる。周囲温度が低い初期着火の場合はなおさらで
ある。室外設置の燃焼器、あるいは室内設置型の燃焼器
でも強制給排気型の燃焼器であれば、さほど気にならな
いが、室内開放型のファンヒータ等では臭気の点で不快
である。定常燃焼中の燃焼改善を施した良好なバーナで
も、この点は改善しがたいのが現状である。

【０００８】このような事情から、上記燃焼器に触媒燃
焼を組み合わせることが考えられる。しかし、従来の触
媒を燃焼プレートに用いた場合には、前述したような不
具合の他に、次のような問題を生じてしまうため、何の
改善にもつながらない欠点がある。それは燃焼プレート
裏面（上流側）の温度が上昇して近傍の温度が上昇し逆
火を生じる。一部予混合バーナのように、混合気におけ
る空気比の小さいものはなおさらである。触媒担持量を
少なくすれば温度は低下するが、反応ガスを処理しきれ
なくなり不完全燃焼を起こすもとになる。触媒の体積、
混合室の大きさを充分大きくして空気量を増大する工夫
をすれば解決の方向になるが、コンパクト化の面からは
遠のいてしまう。

【０００９】

【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
熱バーナあるいは予熱ヒータを設け、空気を一旦加熱し
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。このような予熱を行うと次の
ような多くの問題点があった。

【００１０】予熱バーナあるいは予熱ヒータどちらの場
合も、一旦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
分の発生にともなう悪臭や白炎といった問題点がある。

【００１１】さらに予熱バーナある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。

【００１２】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ち上がり
時間が加わるためにさらに多くの時間が必要になる。そ
のうえ予熱バーナは気相燃焼であるために当然ＮＯｘの
発生があり、着火初期といっても低ＮＯｘといった特徴
が損なわれる。また炭素は触媒毒の一種であり、予熱バ
ーナの着火時あるいは消化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
る虞もある。

【００１３】また、触媒燃焼を、燃料と燃焼用空気との
混合気を金属製あるいはセラミック製の燃焼プレート上
で燃焼させる燃焼器に適用した場合には、燃焼プレート
裏面（上流側）の温度が上昇して近傍の温度が上昇し逆
火を生じてしまう。この対策として、触媒担持量を少な
くすると不完全燃焼を起こし、また触媒の体積、混合室
の大きさを充分大きくすると、コンパクト化の面からは
遠のいてしまう。

【００１４】そこで、この発明は、効率よく短時間にし
かも均一、クリーンに触媒体の予熱を行うことができ、
さらに触媒反応の輻射熱を燃料のガス化に有効利用し、
触媒体近傍の過度の温度上昇を抑制することを目的とし
ている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、この発明は、燃料供給手段により供給した燃料を加
熱手段によって加熱しガス化する気化器と、このガス化
した燃料と燃焼用空気との混合気を作る混合管と、この
混合管の下流に設けられ火炎を形成する燃焼プレート
と、この燃焼プレートと前記混合管との間に設けられ前
記混合気を燃焼プレートに均一に送り込むための混合室
とからなる燃焼装置において、前記燃焼プレートを導電
性の自己発熱型触媒体で構成するとともに、前記気化
器、混合管及び混合室のうち、少なくとも気化器及び混
合室を熱伝導の良好な部材で一体成形したものである。

【００１６】

【作用】このような構成の燃焼装置によれば、触媒体の
予熱は触媒体への通電による自己発熱によってなされ、
空気のような熱媒を用いた間接的な加熱に比べ、無駄な
エネルギを用いることがなく、しかも短時間で予熱し着
火が完了する。さらに触媒体が均一に予熱され、未燃分
を出さないクリーンな着火が可能となる。また余分なス
ペースを必要としないことから、触媒燃焼器のコンパク
ト化、及び低コスト化が達成される。また、触媒体から
発生する輻射熱は、混合室と一体となった気化器に熱伝
導されて燃料のガス化に有効利用され、これにより燃焼
中の消費電力が軽減されるとともに、触媒体近傍の過度
の温度上昇が抑制されて逆火などの不具合が防止され
る。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照してこの発明の実施例を説
明する。図１は、この発明の一実施例を適用した石油フ
ァンヒータの断面図である。この石油ファンヒータは、
燃料供給手段としての燃料供給ポンプ１から供給された
燃料である灯油を気化させる気化器３を備えている。燃
料供給ポンプ１は、室温と設定温度との差によってあら
かじめ定められた流量を吐出するように制御される。気
化器３には、図１中で右側端部に下方に突出する突出部
３ａが形成され、この突出部３ａに、気化器３で気化し
た燃料を吹き出すノズル５が装着されている。ノズル５
の前方であって気化器３の下方には、ノズル５から噴出
した灯油蒸気が周囲の空気７を巻き込んだ状態の混合気
を導入する混合管９が設けられている。混合管９の入口
端部９ａは、ノズル５近傍の空気を巻き込みやすいよう
にベルマウス形状を呈している。

【００１８】混合管９は、この入口端部９ａから下流側
に向かって徐々に通路断面積が拡がる末広がり形状を呈
し、その出口端部９ｂは気化器３の構成部材１１に接続
され、気化器３の上部に画成された混合室１３に開口し
ている。混合室１３の周壁１３ａは、気化器３の構成部
材１１と熱伝導の良好な部材で一体に成形されている。
周壁１３ａの上端には電気伝導度をもたせた燃焼プレー
トとなる自己発熱型触媒体１５が装着されており、この
触媒体１５の両端には一対の電極１７ａ，１７ｂが取り
付けられている。

【００１９】気化器３は、図１のＡ−Ａ断面図である図
２に示すように、両側部に加熱手段としての一対の電気
ヒータ１９ａ，１９ｂを内蔵しており、暖房運転中は図
示しない制御装置により一定温度にコントロールされて
いる。両電気ヒータ１９ａ，１９ｂ相互間には、燃料供
給ポンプ１から送られる燃料を導入する燃料入口通路２
１と、下流端が突出部３ａ内のノズル通路２３に連通す
る燃料出口通路２５と、燃料入口通路２１の下流端と燃
料出口通路２３の上流端とを接続する折り返し通路２７
とが形成されている。

【００２０】自己発熱型触媒体１５の下流側には、温風
を室内に対流させる対流ファン２９が設けられている。

【００２１】このような構成の石油ファンヒータにおい
て、暖房開始時の動作状況を説明する。制御装置からの
指令により、気化器３の電気ヒータ１９ａ，１９ｂと自
己発熱型触媒体１５の電極１７ａ、１７ｂに通電し、気
化器３及び触媒体１５を規定の温度に上昇させる。気化
器３及び触媒体１５が規定の温度に達すると、室温と設
定温度との差に応じた灯油が燃料供給ポンプ１により気
化器３へ供給される。気化器３は、電気ヒータ１９ａ，
１９ｂへの通電により、あらかじめ決められた温度（３
００℃）になっているので、灯油は蒸気になりノズル５
から混合管９に向かって噴出する。ノズル５から噴出し
た灯油蒸気は、ノズル５近傍の空気７を巻き込んで混合
管９内に流入する。燃焼用空気の供給は、上記したよう
なノズル５からの噴出によるエジェクタ効果を利用した
ものでもよく、燃焼ファンを別途設けた方式でもよい。

【００２２】混合管９に流入した混合気は、混合室１３
内にて燃料と空気とが均一に混合された後、自己発熱型
触媒体１５に送られる。自己発熱型触媒体１５は、前述
したようにあらかじめ決められた温度にコントロールさ
れていて混合気が到達すると触媒反応を開始する。その
後、自己発熱型触媒体１５は赤熱して温度上昇し、混合
室１３に接する上流側及び、これと反対側の下流側から
輻射熱を出す。この上流側の輻射熱を、混合室１３の周
壁１３ａと一体形成されている気化器３で吸熱し、灯油
をガス化するエネルギに供する。気化器３の微妙な温度
コントロールは電気ヒータ１９ａ，１９ｂによって行
う。このことで自己発熱型触媒体１５の近傍温度は、極
端に上昇することはなく逆火等の不具合を生じることも
ない。また、触媒反応による輻射熱を灯油のガス化に利
用できるので、燃焼中の消費電力を軽減できる。

【００２３】自己発熱型触媒体１５の下流側の排出ガス
は対流ファン２７によって暖房に供される。もちろん輻
射開放窓等の工夫を施せば、赤熱する自己発熱型触媒体
１５の下流側の輻射も暖房に利用できる。一体成形部
は、混合室１３及び気化器３のみならず、混合管９にま
で及んでもよい。また、導電性の自己発熱型触媒体１５
は触媒を担持しない状態で応用した場合、触媒担持時に
比べると効果は薄れるが、低外気温時の着火性能を従来
技術より向上することができる。

【００２４】燃焼初期において混合ガスが通過する自己
発熱型触媒体１５は、全面が触媒活性化温度になってい
るので、着火遅れが原因で発生する不快な臭気もなく排
出ガスもクリーンである。このように自己発熱型触媒体
１５を応用することで、排出ガスがクリーンで臭気がな
い理想的なファンヒータが得られる。

【００２５】自己発熱型触媒体１５の担体は、セラミッ
クスや金属のハニカム構造、あるいは箔を積層したも
の、プレートに複数の炎口を設けたもの、発泡あるいは
ネット形状でもよい。但し、材質が金属の場合には、そ
の表面を非導電性の処理を施し、触媒剥離防止処理を行
って触媒を担持する。

【００２６】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、気化器、混合管及び混合室のうち、少なくとも気
化器と混合室とを熱伝導の良好な部材を用いて一体成形
し、混合室の下流に設置する燃焼プレートに導電性の自
己発熱型触媒を用い、着火時に触媒体に通電することに
より触媒体を予熱するようにしたため、次のような優れ
た効果を奏する。

【００２７】（１）触媒反応の輻射熱を、気化器におけ
る燃料ガス化のエネルギとして用いることができるの
で、気化器を加熱する加熱手段の入力を低減でき省エネ
ルギにつながる。

【００２８】（２）自己発熱型触媒体近傍の極端な温度
上昇を防止できるので、逆火等の不具合を生じなくな
る。

【００２９】（３）触媒体を電気によって直接加熱する
ので、短時間でしかも効率的に触媒体の予熱をすること
ができる。

【００３０】（４）触媒体を均一に加熱できるので、着
火時の未燃分の発生を抑制し、クリーンな着火が可能と
なる。また、消火時においても触媒体に余熱があり、残
存燃料を触媒により分解できるので、臭気の発生を抑制
できる。

【００３１】（５）予熱バーナあるいは予熱ヒータを設
置するスペースが不要となるので、機器自体をコンパク
トにすることができる。

【００３２】（６）予熱バーナを使用した時のようにＮ
Ｏｘの発生やすすの発生がなく、クリーンな燃焼が可能
となると同時に触媒体の寿命も長くすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す燃焼装置を適用した
石油ファンヒータの断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１ 燃料供給ポンプ（燃料供給手段） ３ 気化器 ９ 混合管 １３ 混合室 １５ 自己発熱型触媒体（燃焼プレート） １９ａ，１９ｂ 電気ヒータ（加熱手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 如海 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料供給手段により供給した燃料を加熱
   手段によって加熱しガス化する気化器と、このガス化し
   た燃料と燃焼用空気との混合気を作る混合管と、この混
   合管の下流に設けられ火炎を形成する燃焼プレートと、
   この燃焼プレートと前記混合管との間に設けられ前記混
   合気を燃焼プレートに均一に送り込むための混合室とか
   らなる燃焼装置において、前記燃焼プレートを導電性の
   自己発熱型触媒体で構成するとともに、前記気化器、混
   合管及び混合室のうち、少なくとも気化器及び混合室を
   熱伝導の良好な部材で一体成形したことを特徴とする燃
   焼装置。