JPH07110124A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】一酸化炭素や炭化水素の発生を検出せずに、不
完全燃焼等の異常燃焼を検知する構成とすることによ
り、失火等の危険性をなくした触媒燃焼装置を提供する
ことを目的とする。 【構成】触媒９の下流に直交流熱交換器１０を配置し、
この直交流熱交換器１０にて燃焼ガスにより燃焼用空気
を予熱する触媒燃焼装置１において、直交流熱交換器１
０の燃焼ガス流路部に燃焼触媒の触媒成分を担持する一
方、直交流熱交換器１０の燃焼ガス流路部の入口部ｃと
出口部ｄの温度差に基づいて不完全燃焼等の異常燃焼の
度合いを判定し、異常燃焼の度合いが小なることが判定
されたときに燃焼を継続し、度合いが大なることが判定
されたときに燃焼を停止するように、燃料供給手段Ａと
燃焼用空気供給手段Ｂの制御を行う構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、触媒燃焼装置に関し、
特に、異常燃焼を検出する技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料供給手段と燃焼用空気供給手
段とを備え、前記燃料供給手段により供給された燃料と
前記燃焼用空気供給手段により供給された燃焼用空気と
の混合ガスを触媒により燃焼するようにした触媒燃焼装
置が知られている。この触媒燃焼装置にあっては、火炎
が形成されないために、現在社会問題となっている窒素
酸化物の生成が大幅に抑制され、又、ＣＯ、ＨＣ等の排
出も極めて少ないという利点がある。

【０００３】かかる触媒燃焼装置において触媒燃焼を安
定して行うためには、触媒と燃焼用空気を予熱する必要
があるが、若しこの予熱を電気ヒータで行うと消費電力
の大きくなり、ガスバーナで行うと窒素酸化物の生成が
抑制できないという問題があった。このような問題を解
決するため、特願平４−１８２５９号並びに特願平４−
２７７９１４号に示されているように、触媒の下流側に
直交流熱交換器を配置し、この直交流熱交換器にて燃焼
ガスエネルギーの一部を回収して燃焼用空気の予熱に利
用し、電気ヒータやガスバーナ等の別途設けた加熱手段
を使用せずに、燃焼用空気を予熱して安定した燃焼を行
い得る触媒燃焼装置が提案されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、触媒燃焼装
置にあっては、不完全燃焼等の異常燃焼が起こると次の
問題がある。即ち、通常の火炎燃焼では、赤火やリフテ
ィングといった不完全燃焼が生じると、これをフレーム
ロッドやＣｄｓ等で容易に検知することができるため、
すぐに燃焼を止めることができ安全であるが、触媒燃焼
では不完全燃焼が生じても、触媒の作用で燃焼が継続さ
れ、一酸化炭素や炭化水素が発生し続けるので危険であ
る。上述した直交流熱交換器を設けて、燃焼用空気の予
熱を行う場合、燃焼温度の低下と燃焼用空気温度の低下
の発生は、相互の低下が相互の原因と結果となり、最終
的には上記のように燃焼を止め得る場合もあるが、燃焼
を止めるまでに時間がかかるので、同様に危険である。

【０００５】従って、以上のような不完全燃焼時に安全
を確保するため、一酸化炭素や炭化水素の発生を検出し
て、不完全燃焼を検知する方法が必要であるが、現状で
は一酸化炭素や炭化水素のセンサは使用温度条件が精々
２００°Ｃまでであり、水や二酸化炭素等の共存ガスの
影響を受けるため使用できないのが実情である。そこ
で、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、一酸化
炭素や炭化水素の発生を検出せずに、不完全燃焼等の異
常燃焼を検知する構成とすることにより、一酸化炭素や
炭化水素が発生し続ける危険性をなくした触媒燃焼装置
を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１の発
明にあっては、燃料供給手段と燃焼用空気供給手段とを
備え、前記燃料供給手段により供給された燃料と前記燃
焼用空気供給手段により供給された燃焼用空気との混合
ガスを触媒により燃焼し、該触媒の下流側に配置され燃
焼ガスが流通する熱交換器により前記燃焼用空気を燃焼
ガスと熱交換させて予熱する触媒燃焼装置において、前
記熱交換器の燃焼ガス流路部に燃焼用触媒の触媒成分を
担持させる一方、前記燃焼ガス流路部の入口部と出口部
の温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段によ
り検出された入口部と出口部の温度の差に基づいて異常
燃焼の度合いを判定する判定手段とを設けた。

【０００７】請求項２の発明にあっては、前記判定手段
により異常燃焼の度合いが小なることが判定されたとき
に燃焼を継続し、度合いが大なることが判定されたとき
に燃焼を停止するように、前記燃料供給手段と燃焼用空
気供給手段の制御を行う制御手段を設けた。

【０００８】

【作用】請求項１の発明にあっては、触媒において例え
ば不完全燃焼等の異常燃焼が生じた場合には、未燃物を
含んだ燃焼ガスが熱交換器に入ると、未燃物が燃焼して
温度上昇が起こる。このとき、熱交換器の燃焼ガス流路
部の入口温度と出口温度との温度差は、正常燃焼時の値
とは異なる。即ち、温度検出手段により前記燃焼ガス流
路部の入口温度と出口温度との差をモニターしている
と、不完全燃焼時にはその検出値が正常燃焼時との値と
異なる値を示すので不完全燃焼等の異常燃焼が検知でき
る。そして、例えば、正常燃焼時との値の差が小さい場
合は異常燃焼の度合いが小なると判定する。この場合
は、請求項２の発明から明らかなように、燃焼を継続す
る。又、正常燃焼時との値の差が大きい場合は異常燃焼
の度合いが大なると判定する。この場合は、請求項２の
発明から明らかなように、燃焼を停止する。

【０００９】上記のように異常燃焼の度合いが小なる場
合は、未燃物が触媒成分が担持された熱交換器にて完全
燃焼するので、安全性に問題がない。そして、熱交換器
の温度は触媒を出た燃焼ガス温度よりも十分に低いので
触媒成分の劣化が起こらず、長期間の信頼性を有する異
常燃焼検知構造が提供される。

【００１０】

【実施例】以下、添付された図面を参照して本発明を詳
述する。本発明の一実施例を示す図１において、触媒燃
焼装置１の本体２の下流側周壁には燃焼用空気の入口部
３が、下流側端壁には燃焼ガスの出口部４が、夫々設け
られている。前記本体２の上流側端部内には、前記燃焼
用空気と後述する噴射燃料との混合管５が設けられてお
り、該混合管５に対応する本体２周壁には燃料噴射ノズ
ル６が貫通取付されている。この燃料噴射ノズル６の先
端噴孔６ａは混合管５内に臨まされている。又、燃料噴
射ノズル６の後端部には図示しない燃料供給源から燃料
が供給される燃料供給管７が接続される。

【００１１】本発明の燃料供給手段Ａは、前記燃料供給
源と燃料噴射ノズル６と燃料供給管７とを含んで構成さ
れる。前記混合管５の直下流の本体２周壁には、先端部
が本体２内側に臨む点火プラグ８が貫通取付される。そ
して、本体２内には、触媒９と直交流熱交換器１０とが
配設される。即ち、前記点火プラグ８の下流側には触媒
９が配設され、この触媒９の下流に直交流熱交換器１０
が配設される。

【００１２】前記直交流熱交換器１０は、前記燃焼用空
気と後述する燃焼ガスとを直交させて流通させることに
より、燃焼用空気を燃焼ガスと熱交換して加熱するもの
であり、長手方向に沿って延びる燃焼用空気流路部と長
手方向と直交する方向に沿って延びる燃焼ガス流路部と
が設けられている。そして、前記燃焼用空気流路部の入
口部ａと出口部ｂは、直交流熱交換器１０の長手方向両
端部に形成され、前記燃焼ガス流路部の入口部ｃと出口
部ｄは、直交流熱交換器１０の長手方向と直交する方向
の両端部に形成される。

【００１３】かかる直交流熱交換器１０は、前記燃焼用
空気の入口部３と対応する本体２内の空間部１１に、そ
の長手方向が本体２中心軸方向と直交するように配設さ
れる。前記燃焼用空気の入口部３には送風機１２の吐出
口１２ａが送風管１３を介して接続され、この吐出口１
２ａは前記直交流熱交換器１０の燃焼用空気入口部ａに
連通される。

【００１４】本発明の燃焼用空気供給手段Ｂは、前記送
風機１２と送風管１３とを含んで構成される。前記本体
２の周部には、前記直交流熱交換器１０の燃焼用空気の
出口部ｂと本体２の下流側端部内の混合管５とを連絡す
る連絡通路部１４が設けられている。ここで、前記直交
流熱交換器１０の燃焼ガス流路部に燃焼用触媒の触媒成
分を担持させる一方、前記燃焼ガス流路部の入口部ｃと
出口部ｄの温度を検出する温度検出手段としての温度セ
ンサ１５，１６が夫々設けられている。

【００１５】又、前記両温度センサ１５，１６により夫
々検出された入口部ｃと出口部ｄの温度の差に基づいて
異常燃焼の度合いを判定する判定手段と、この判定手段
により異常燃焼の度合いが小なることが判定されたとき
に燃焼を継続し、度合いが大なることが判定されたとき
に燃焼を停止するように、前記燃料供給手段Ａと燃焼用
空気供給手段Ｂの制御を行う制御手段とがコントローラ
Ｃに装備される。

【００１６】かかる構成の触媒燃焼装置の作用について
説明する。前記混合管５は、触媒燃焼が開始されるまで
は燃焼用空気を加熱するバーナとしての役割を果たす。
即ち、送風機１２により供給された燃焼用空気は直交流
熱交換器１０、連絡通路部１４を経て混合管５に至り、
該混合管５において燃料噴射ノズル６により噴射された
燃料と混合する。燃焼用空気と燃料との予混合ガスは、
点火プラグ８により点火され、燃焼（バーナ燃焼）が開
始される。燃焼ガスは触媒９を通過して直交流熱交換器
１０に入る。これにより、直交流熱交換器１０におい
て、送風機１２により供給された燃焼用空気は燃焼ガス
と熱交換されて加熱される。燃焼用空気が触媒の燃焼開
始温度になると、一度燃料の供給を停止して消炎し、し
ばらくしてから燃料を再び供給すると、触媒燃焼が開始
される。触媒燃焼時には、燃焼ガスが直交流熱交換器１
０において燃焼用空気を加熱し、安定した燃焼が継続さ
れる。

【００１７】ここで、上記の燃焼状態における触媒９と
直交流熱交換器１０の燃焼ガスの温度について、図２の
燃焼温度プロフィルを参照しつつ説明する。即ち、不完
全燃焼時には正常燃焼時よりも、触媒９の燃焼ガス出口
部において燃焼ガス温度が低く、従って、直交流熱交換
器１０の燃焼ガス入口部ｃにおいても燃焼ガス温度が低
くなる。しかし、不完全燃焼により生成した未燃物は、
燃焼用触媒の触媒成分が担持された直交流熱交換器１０
において燃焼するため、直交流熱交換器１０の燃焼ガス
出口部ｄにおいては、不完全燃焼時と正常燃焼時とで直
交流熱交換器１０の燃焼ガス出口部ｄの温度は等しくな
る。このため、不完全燃焼時には、直交流熱交換器１０
の燃焼ガス入口部ｃの温度と出口部ｄの温度との温度差
の値が、正常燃焼時の同様の温度差の値よりもΔＴだけ
小さくなる。このΔＴは不完全燃焼の度合いが大きくな
る程高くなるので、ΔＴを基準に不完全燃焼の度合いを
判定することができる。

【００１８】従って、ΔＴがある値未満で安全と判断さ
れれば、コントローラＣから燃料供給手段Ａと燃焼用空
気供給手段Ｂに供給継続を指令して燃焼を継続し、ある
値以上で危険と判断されれば、コントローラＣから燃料
供給手段Ａと燃焼用空気供給手段Ｂに供給停止を指令し
て燃焼を停止するようにする。不完全燃焼の度合いが小
さい場合は、未燃物が触媒成分が担持された熱交換器に
て完全燃焼しているので、安全性に問題がない。そし
て、直交流熱交換器１０の温度は触媒を出た燃焼ガス温
度よりも十分に低いので触媒成分の劣化が起こらず、長
期間の信頼性を有する異常燃焼検知構造が提供される。

【００１９】尚、以上のように、特定の実施例を参照し
て本発明を説明したが、本発明はこれに限定されるもの
ではなく、当該技術分野における熟練者等により、本発
明に添付された特許請求の範囲から逸脱することなく、
種々の変更及び修正が可能であるとの点に留意すべきで
ある。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の発明に
あっては、触媒の下流に熱交換器を配置し、この熱交換
器にて燃焼ガスにより燃焼用空気を予熱する触媒燃焼装
置において、熱交換器の燃焼ガス流路部に燃焼用触媒の
触媒成分を担持させる一方、熱交換器の燃焼ガス流路部
の入口部と出口部の温度差に基づいて不完全燃焼等の異
常燃焼の度合いを判定する構成としたから、異常燃焼時
に安全性を確保することができる。

【００２１】請求項２の発明にあっては、異常燃焼の度
合いが小なることが判定されたときに燃焼を継続し、度
合いが大なることが判定されたときに燃焼を停止するよ
うに、燃料供給手段と燃焼用空気供給手段の制御を行う
構成としたから、不完全燃焼が生じた場合に燃焼が継続
されてしまうという問題がなく、一酸化炭素や炭化水素
が発生し続けるのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に係る触媒燃焼装置の一実施例を示す
縦断面図

【図２】 正常燃焼時と不完全燃焼時の、触媒及び直交
流熱交換器における燃焼ガスの燃焼温度プロフィルを示
す図

【符号の説明】

１ 触媒燃焼装置 ２ 本体 ６ 燃料噴射ノズル ７ 燃料供給管 ９ 触媒 １０ 直交流熱交換器 １２ 送風機 １３ 送風管 １５ 温度センサ １６ 温度センサ Ａ 燃料供給手段 Ｂ 燃焼用空気供給手段 Ｃ コントローラ ｃ 入口部 ｄ 出口部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮島 信行 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本石 油株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 水野 康 神奈川県横浜市中区千鳥町８番地 日本石 油株式会社中央技術研究所内 (72)発明者 竹内 朝光 東京都港区西新橋一丁目３番12号 日本石 油株式会社開発部内 (72)発明者 小沢 澄夫 新潟県白根市大字和泉651番地 ダイニチ 工業株式会社内 (72)発明者 渡辺 美幸 新潟県白根市大字和泉651番地 ダイニチ 工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料供給手段と燃焼用空気供給手段とを備
   え、前記燃料供給手段により供給された燃料と前記燃焼
   用空気供給手段により供給された燃焼用空気との混合ガ
   スを触媒により燃焼し、該触媒の下流側に配置され燃焼
   ガスが流通する熱交換器により前記燃焼用空気を燃焼ガ
   スと熱交換させて予熱する触媒燃焼装置において、前記
   熱交換器の燃焼ガス流路部に燃焼用触媒の触媒成分を担
   持させる一方、前記燃焼ガス流路部の入口部と出口部の
   温度を検出する温度検出手段と、該温度検出手段により
   検出された入口部と出口部の温度の差に基づいて異常燃
   焼の度合いを判定する判定手段とを設けたことを特徴と
   する触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】前記判定手段により異常燃焼の度合いが小
   なることが判定されたときに燃焼を継続し、度合いが大
   なることが判定されたときに燃焼を停止するように、前
   記燃料供給手段と燃焼用空気供給手段の制御を行う制御
   手段を設けたことを特徴とする触媒燃焼装置。