JPH0718544B2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents

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
に関するものである。

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。

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。ここで供給される空気の酸素濃度が正
常（約21容量％）であれば完全な上記反応が行われる
が、半密閉室内で長時間連続使用した場合、あるいは同
室内で他の燃焼機器を使用している場合などには、空気
中の酸素濃度は徐々に低下し、いわゆる酸欠状態に至る
ことが知られている。

発明が解決しようとする課題 ところが上記従来の触媒燃焼装置では、酸素量が燃料に
対して当量（理論的に反応に必要な酸素量）以上あれ
ば、ほぼ燃焼を継続する特性があり、当量以下の酸素量
であっても、反応による発熱が放熱量よりも大きく、触
媒層の温度が所定値以上に保たれるならば、一酸化炭素
や未燃ガスを排出しながらも燃焼は継続されるという欠
点を有する。

このために室内空気の酸素濃度が減少して、病弱者に影
響が出始める18容量％、さらには健常者にも影響が出る
16容量％となっても燃焼反応は継続され、著しくは人畜
が死亡する危険があった。

本発明は上記従来の欠点を解消し、酸欠状態を検出し
て、不完全燃焼による有害・悪臭ガスの発生はもとよ
り、酸欠そのものによる人畜への悪影響を防止し得る触
媒燃焼装置を提供するものである。

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、触媒層の上流に補助炎口を備え、この補助炎口近傍
にイオン電流検出手段と点火手段を配設して、所定時間
毎に一定時間の間、補助炎口で火炎を形成させるよう点
火手段を動作させ、この時イオン電流検出手段において
所定の電流値が得られない場合には燃焼を中断させるよ
う制御するものである。

作用 本発明は上記手段により、室内雰囲気の酸素濃度が減少
した場合に、不完全燃焼を生ずることなく酸欠状態を早
期にかつ確実に検出し、人体に影響を及ぼす限界酸素濃
度とな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図に示す本発明の第１の実施例における触媒燃焼装
置において、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は混合室である。混合室４の出口に
は補助炎口５が備えられており、補助炎口５の近傍には
点火電極６とフレームロッド７が配設されている。補助
炎口５の上方には多数の連通孔8a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触媒層８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９が配置されている。10は制御部である。

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
補助炎口５に送られる。点火時にはまず補助炎口５にお
いて点火電極６に通電することによって点火され、ここ
で火炎燃焼を開始する。高温の排ガスは上部へ流れ、触
媒層８を昇温させる。触媒層８を加熱昇温させるに充分
な予め設定された所定時間燃焼させて触媒層８が充分な
温度に昇温した時点で、一旦燃料供給を停止し、補助炎
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。この時、混合室４を出た予混合気は上方に直立する
触媒層８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8a
を経て下流側（後面）へと流れる。また触媒層８の表面
で生じた反応熱は、透過窓９を一部は透過して、また一
部は透過窓９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。

ここで空気比を約1.5として灯油の触媒燃焼を行った場
合、酸素濃度が低下して15％となっても、総酸素量とし
ては充分確保されており、実際の酸素過剰率は1.1程度
は維持されていることになる。従って触媒層８での燃焼
反応は継続されたままになるが、酸素濃度は既に不安全
領域にある。ここで点火電極６に通電して補助炎口５で
火炎を形成させると、フレームロッド７で火炎中を流れ
るイオン電流の変化によって酸素不足状態を検出するこ
とができ、設定値を越える場合には酸欠状態にあると判
断して、制御部10を介してポンプ２を停止させ、燃焼を
中断することができる。電流値の設定条件によって、酸
素濃度18％あるいは16％でこの停止操作を行うことがで
きるから、不安全な使用状態は回避できる。

なおこの時、イオン電流が設定値を越えていなければ、
点火時と同様に一時燃料供給を中断し、火炎を消滅させ
た後に再度燃料供給を開始して、触媒燃焼に移行させる
ことができる。この操作は30分あるいは１時間といった
一定間隔で、１〜２分という短時間だけ上記火炎燃焼を
行わしめ、その間にフレームロッド７でイオン電流検出
を行うことで酸欠状態を検知することができ、しかも触
媒層８の予熱過程で用いられる点火電極６と失火・着火
ミス検知のフレームロッド７を用いて制御できることか
ら、簡便にして確実に安全性を確保できるものである。

第２図には、本発明の第２の実施例における触媒燃焼装
置を示しているが、ここでは触媒層８に熱電対11が添装
されると共に、制御回路12に接続されており、制御回路
12にてポンプ２を制御するように構成されている。

点火時には第１の実施例と同様に、点火電極６によって
補助炎口５に火炎を形成させる。同時にフレームロッド
７ではミス着火・失火を検出する。ここで触媒層８が所
定温度に昇温したことが熱電対11によって検出される
と、制御回路12を介して一次ポンプ２を停止させ、補助
炎口５の火炎を消滅させてから、再度燃料供給を開始
し、触媒層８での触媒燃焼を行う。所定時間経過後に燃
料供給を停止して燃焼操作を中断し、その後、上記の点
火操作に戻れば、触媒層８は昇温しているから、短時間
のみ補助炎口５で火炎燃焼が行われ、以下速やかに火炎
燃焼停止−燃料供給再開−触媒燃焼開始の操作が行われ
ることになる。

酸欠状態になっている場合には、この短時間の火炎燃焼
の間にフレームロッド７によって異常が検知され、燃焼
を停止することができ、不安全状態を回避することがで
きる。こうすることによって、触媒層７の温度が完全燃
焼できる状態にあることが常に確認できると共に、点火
−燃焼操作の繰り返しであるから、制御上の複雑な操作
も必要なく、確実かつ簡便に酸欠状態での使用を防止す
ることができる。

なお、上記実施例ではいずれの場合においても、燃焼用
空気は全量混合室４に供給しているが、一部を補助炎口
５の近傍に供給して、部分予混合の拡散燃焼併用の燃焼
とした方が、イオン電流の変動が大きく、フレームロッ
ド７の検出精度を向上させるに有効であり、触媒層８の
完全燃焼性を損なうことなく一層確実な酸欠検出を行う
ことができる。

また第２の実施例では、温度検出手段として熱電対11を
使用しているが、温度を検出する手段であれば任意に選
定することが可能であり、例えばサーミスタのような抵
抗温度計や光を用いた放射温度計等も使用できる。

また両実施例共に、触媒層８にはセラミックハニカムを
担体として用いているが、発泡セラミックやセラミック
織布、不織布等でも良く、上記効果を妨げるものではな
い。

発明の効果 以上のように本発明によれば、触媒層の上流に補助炎口
を備え、この補助炎口近傍にイオン電流検出手段と点火
手段を配設して、所定時間毎に一定時間の間、補助炎口
で火炎を形成させるよう点火手段を動作させ、この時イ
オン電流検出手段において所定の電流値が得られない場
合には燃焼を中断させるよう制御することにより、室内
雰囲気の酸素濃度が減少した場合に、不完全燃焼を生ず
ることなく酸欠状態を早期にかつ確実に検出し、人体に
影響を及ぼす限界酸素濃度となる以前に燃焼を停止さ
せ、安全性の高い触媒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図は本発明の第１の実施例における触媒燃焼装置の
縦断面図、第２図は本発明の第２の実施例における触媒
燃焼装置の縦断面図である。 ２……ポンプ、３……ファン、４……混合室、６……点
火電極、７……フレームロッド、８……触媒層、10……
制御部、11……熱電対、12……制御回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料と空気の混合室と、この混合室の下流
   に備えられた補助炎口と、この補助炎口の下流に備えら
   れ多数の連通孔を有する触媒層と、前記補助炎口近傍に
   配設されたイオン電流検出手段及び点火手段とを備え、
   前記点火手段に通電して前記補助炎口に火炎を形成さ
   せ、前記触媒層温度が充分上昇し得た時点で一旦燃料供
   給を停止し、前記補助炎口の火炎を消滅させた後に、再
   度燃料供給を開始して、前記触媒層での触媒燃焼を開始
   させるものにして、以降所定時間毎に前記点火手段に通
   電して前記補助炎口に火炎を形成、一定時間後に前記の
   燃料供給停止−火炎消滅−燃料供給再開−触媒燃焼開始
   の一連の操作を繰り返して行わしめる様操作すると共
   に、前記補助炎口において火炎を形成すべき操作時間の
   間にあって前記イオン電流検出手段において所定の電流
   値が得られない時には、燃焼を中断させる制御手段を備
   えたことを特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】燃料と空気の混合室と、この混合室の下流
   に備えられた補助炎口と、この補助炎口の下流に備えら
   れ多数の連通孔を有する触媒層と、前記触媒層の温度検
   出手段と、前記補助炎口近傍に配設されたイオン電流検
   出手段及び点火手段とを備え、燃料供給を開始すると同
   時に前記点火手段に通電して前記補助炎口に火炎を形成
   さると共に、前記触媒層温度が所定値に達すると一時燃
   料供給を中断して火炎を消滅させた後、燃料供給を再開
   して触媒燃焼に移行させるものにして、前記燃料供給開
   始−点火手段動作−補助炎口での火炎形成火炎から触媒
   燃焼移行および燃料供給停止にいたる一連の操作を所定
   時間毎に繰り返し行うと共に、前記補助炎口において火
   炎を形成すべき操作時間の間にあって前記イオン電流検
   出手段において所定の電流値が得られない時には、燃焼
   を中断させる制御手段を備えたことを特徴とする触媒燃
   焼装置。