JPH07269857A

JPH07269857A - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JPH07269857A
Application number: JP6317394A
Authority: JP
Inventors: Fusao Hirasawa; 房男平澤; Miya Sasaki; 美弥佐々木
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-03-31
Filing date: 1994-03-31
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】触媒体の燃焼状態をより正確に把握できるよ
うにする。【構成】導電性の触媒体１１における混合気の流れ方
向の下流側表面からフレームロッド３７を挿入し、触媒
体１１の内部で発生する気相燃焼火炎を検出する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、燃料と空気との混合
気が供給される触媒体上で燃焼する触媒燃焼装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来のブンゼン燃焼器の場合、失火や着
火ミスを検出して燃料供給を停止させるために、フレー
ムロッドと呼ばれる火炎検出手段が用いられている。フ
レームロッドは燃焼火炎の中に挿入して設置されるもの
で、燃焼器における導電性部材からなる炎孔部とフレー
ムロッドとの間に交流の電圧を印加すると、火炎の整流
作用で直流電流が得られことが知られている。この直流
電流が、炎孔部とフレームロッドとの間に流れている
と、燃焼火炎が形成されていることになり、一方流れて
いない場合には燃焼火炎が発生していない状態になるた
め、この状態では燃料供給を停止させることで安全性が
図られる。

【０００３】フレームロッドを使用して火炎検出を行っ
ている例としては、特開平２−３０６０１８号公報に記
載された触媒燃焼装置がある。この公報記載の技術は、
混合室の混合気出口に点火電極を備えた補助炎口を設
け、補助炎口の下流に触媒体を設置したもので、前記補
助炎口の近傍に補助炎口で発生する火炎を検出するフレ
ームロッドを設置している。

【０００４】上記触媒燃焼装置は、燃料供給後点火電極
によって補助炎口にて燃焼火炎を発生させ、この火炎の
高温ガスによって触媒体を昇温させる。ここで、燃料供
給を一旦停止させ、補助炎口の火炎を消滅させてから、
再度燃料の供給を開始し、充分昇温している触媒体での
燃焼を開始させる。その後、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補助炎口に
点火して燃焼火炎を発生させ、このときの火炎をフレー
ムロッドにより検出する。このときの検出電流値が設定
値以下のときには、室内の酸素濃度が低下している状態
で触媒燃焼が継続しているとして、燃料供給を停止して
触媒燃焼を停止させる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の触媒燃焼装置では、触媒体の上流側に設置さ
れた補助炎口にて火炎が形成されるため、火炎の後部か
らＮＯｘやＣＯの排出量が多くなるほか、フレームロッ
ドによる火炎の検出は、補助炎口において行っているた
め、触媒体自体の燃焼状態を正確に把握できないという
不具合がある。フレームロッドを触媒体の表面近傍に設
置したとしても、触媒燃焼は、燃料と空気との混合気が
燃焼反応する触媒体の表面に１〜２ｍｍ幅の孔が多数形
成されて、その表面では火炎が形成されず、いわゆる表
面燃焼であると考えられているため、フレームロッドに
より触媒体の燃焼状態を把握することは困難と思われ
る。

【０００６】そこで、この発明は、触媒体の燃焼状態を
より正確に把握できるようにすることを目的としてい
る。

【０００７】

【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、燃料と空気との混合気が触媒体に供給
されて触媒燃焼が行われる触媒燃焼装置において、前記
触媒体内に、触媒体側の導電性部材との間に交流電圧が
印加されることにより、導電性部材との間に燃焼火炎を
介して直流電流が流れる火炎検出手段を設けた構成とし
てある。

【０００８】

【作用】このような構成の触媒燃焼装置によれば、触媒
体に対し混合気が供給される表面で触媒反応して表面燃
焼するとともに、この表面から反対側の面にわたる触媒
体の内部では、気相燃焼（火炎燃焼）が発生しており、
この気相燃焼部の火炎を触媒体内に設けた火炎検出手段
により検出することで、触媒体の燃焼状態を把握するこ
とが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づき説明
する。図１は、この発明の一実施例を示す触媒燃焼装置
の全体構成を示す正面断面図である。筐体１の内部の一
方の側部には液体燃料である石油を入れる石油タンク３
が収納され、石油タンク３の図中で左側方には触媒燃焼
器５が設置されている。石油タンク３内の石油は、その
底部から流出して油溜め７に送られた後、フィルタによ
って埃が除かれ、電磁ポンプ８により触媒燃焼器５に供
給される。

【００１０】触媒燃焼器５は、上部に開口部９ａを備え
た触媒筒９を有し、この触媒筒９内の下方に、触媒体１
１が配置されている。

【００１１】触媒体１１は、円筒状の支持筒１３の上端
に装着されており、支持筒１３の下端は、燃焼筒９の内
壁に周縁が固定される支持板１５上に装着されている。
支持板１５には、この支持板１５の上下相互間を連通す
る連通孔が、支持筒１３の内外それぞれにおいて形成さ
れており、支持筒１３内における支持板１５上には、石
油タンク３から送られた石油を気化させる気化器１７が
設置されている。

【００１２】触媒筒９は支持台１９上に設置されてお
り、この支持台１９の内側にはモータ２１により回転す
る燃焼用空気供給ファン２３が設置されている。燃焼用
空気供給ファン２３から送られる燃焼用空気の大部分
は、気化器１７で気化された燃料蒸気と支持筒１３内の
混合室２４で混合して混合気となり、触媒体１１に供給
される。燃焼用空気供給ファン２３の下方には、モータ
２５により回転し室内空気を循環させる室内空気循環フ
ァン２７が設けられている。

【００１３】触媒筒９の上端の開口部９ａから排出され
る燃焼ガスは、上記室内空気循環ファン２７により送ら
れる対流空気に伴われて、筐体１の前面の排出口から温
風として外部に排出されて暖房に供される。

【００１４】図２は、触媒体１１が通電によって発熱可
能な導電性部材から構成される例を示しており、触媒体
１１における混合気の流れ方向下流側の面（図１中で上
面）の一部を拡大して示した斜視図である。この触媒体
１１は、金属製からなる平板状の薄板２９の両面に絶縁
板３１を配置し、さらにその一方の絶縁板３１に、白金
やパラジウム（Ｐｄ）などの触媒層が形成される波板状
の導電性の触媒担体３３を配置し、これを一組として幾
層にも渦巻状に巻き込んで円盤状としてある。薄板２９
及び触媒担体３３は、フェライト系ステンレス箔などで
よく、これら両者は両端部にて接触して電気的に導通し
ている。絶縁板３１は、シリカ製の絶縁テープなどでよ
い。

【００１５】触媒体１１には、図示しない一対の電極が
装着され、この電極を介して通電することで触媒体１１
は自己発熱し、混合気が供給される前に予熱動作がなさ
れ、着火が容易なものとなる。

【００１６】波板状の触媒担体３３により、混合気の通
過する多数の連通孔が形成されているが、この連通孔の
通路幅は１〜２ｍｍ程度であり、この複数の連通孔のう
ちの一つを他のものより大きくし、この大きくした連通
孔３５内に、触媒体１１における混合気の下流側表面か
ら火炎検出手段としてのフレームロッド３７が挿入配置
されている。通常、フレームロッド３７は直径が１〜
１．５ｍｍ程度であるため、連通孔を大きくすること
で、フレームロッド３７の挿入が可能となる。

【００１７】フレームロッド３７が挿入される連通孔３
５は、渦巻状の触媒体１１を作製した後、一つの波状部
分を潰すことで形成する。

【００１８】互いに電気的に導通状態にある触媒担体３
３及び薄板２９は接地されており、これら触媒担体３３
及び薄板２９とフレームロッド３７との間に交流の電圧
が印加される構成となっている。フレームロッド３７に
は、マイクロコンピュータなどから構成される制御回路
３９が接続されており、制御回路３９は、着火完了後フ
レームロッド３７が検出する直流電流値が所定値以下の
とき電磁ポンプ８を停止させる。

【００１９】上記のように構成された触媒燃焼装置にお
いて、燃料タンク３からの燃料が気化器１７に送られて
気化し、この気化燃料と燃焼用空気供給ファン２３から
送られる燃焼用空気とが混合して形成される混合気が触
媒体１１に供給される。触媒体１１は、この時点では電
極を介して通電することで自己発熱して予熱動作がなさ
れ、触媒燃焼に必要な５００℃程度の温度まで上昇して
いる。昇温している触媒体１１に混合気が供給される
と、触媒体１１は容易に着火し燃焼に至る。

【００２０】このような触媒体１１の燃焼時には、触媒
体１１は混合気が供給される上流側表面にて、いわゆる
表面燃焼が行われるとともに、この表面部分から下流側
にわたる内部では気相燃焼（火炎燃焼）が行われる。こ
の状態で、フレームロッド３７と触媒担体３３及び薄板
２９との間に交流の電圧を印加し、フレームロッド３７
に直流電流が発生しない場合には、触媒体１１の内部に
火炎が発生せず、失火や着火ミスが発生したとして、制
御回路３９は電磁ポンプ８の駆動を停止して燃料供給を
停止する。

【００２１】また、特に気密性の高い室内では、新しい
空気の供給が少なくなると、酸素濃度が低下するが、こ
の酸素濃度が規定値を下回った状態での火炎に対応する
所定値以下の電流値がフレームロッド３７を介して検出
されたときには、室内の酸素濃度が不足気味であるとし
て、制御回路３９は電磁ポンプ８の駆動を停止して燃料
供給を停止する。

【００２２】このように、上記実施例では、触媒体１１
内における火炎をフレームロッド３７により検出し、触
媒体１１の燃焼状態を直接監視するようにしているの
で、触媒体１１の燃焼状態を正確に把握することが可能
となり、安全性がより向上する。

【００２３】図３は、触媒体１１を前記図２における導
電性のものに代えてセラミック製としたものである。こ
の場合の触媒担体はコージェライトからなるセラミック
製であり、この触媒担体に白金，Ｐｄ（パラジウム）な
どの触媒層が形成されている。このセラミック製の触媒
体１１は、１〜２ｍｍ角で上下に連通する多数のセル３
８が形成されており、セル３８を幾つか削除して形成し
た通路断面が正方形状の空間部における四方の壁面に接
地電極３９が嵌入されている。接地電極３９は、導電性
の金属板を折り曲げて中空状に形成したもので、これに
よって形成される火炎形成領域４１に、前記図２に示し
たものと同様なフレームロッド３７が、混合気の流れ方
向の下流側から挿入されている。

【００２４】図３における触媒体１１の場合は、その上
流側に設けた予熱ヒータなどで空気を一旦加熱し、この
加熱した空気を触媒体１１に送り込むことによって触媒
体１１を予熱する。予熱後、触媒体１１が所定温度に達
したら、燃料を供給して触媒体１１での燃焼を開始させ
る。このとき、混合気は矢印Ｇのように接地電極３９内
の火炎形成領域４１に流入し、この流入した混合気は、
触媒体１１の上流側表面での触媒燃焼の影響を受けて着
火し燃焼に至る。

【００２５】接地電極３９に囲まれた火炎形成領域４１
内での燃焼は、触媒燃焼ではなく、予混合の火炎燃焼で
ある。予混合燃焼が正常に行われるには、火炎形成領域
４１の容積及び、火炎形成領域４１での混合気の流れる
距離が、ある程度必要であり、これを考慮して火炎形成
領域４１の大きさが設定されている。このように設定さ
れた火炎形成領域４１において、混合気の吹き出し流速
と燃焼速度とがバランスした状態で火炎が形成される。

【００２６】そして、この火炎をフレームロッド３７が
検出するが、この火炎は予混合燃焼によるものであるた
め、火炎検出がより確実にでき、しかも予混合燃焼部は
触媒燃焼部と同一の混合気によって反応が進行するた
め、触媒燃焼状態が変化した場合、これに対応して予混
合燃焼部での燃焼変化が発生することになるので、前記
図２の場合と同様に触媒体１１の燃焼状態を的確に把握
することが可能となる。

【００２７】なお、予混合燃焼によってＮＯｘの発生が
懸念されるが、火炎形成領域４１で発生する火炎の大き
さは極めて小さく、したがってＮＯｘの発生量は極めて
少いので、特に問題となることはない。

【００２８】図４は、図３の実施例の変形例で、接地電
極４３によって囲まれる火炎形成領域４５を、混合気の
流入する上流側で狭く、下流側で広くするよう段差を設
け、これにより火炎の安定化を図ったものである。触媒
燃焼の場合、燃料と空気との混合気が、空気比：実際燃
焼に使用した空気量／（燃焼量×理論空気量）で２．５
〜４．０程度であって、ブンゼン燃焼器での１．３〜
１．５に比べると非常に薄く（空気量が多い）、また接
地電極内の燃焼は予混合燃焼であることからＮＯｘの発
生を抑制させるために燃焼面積をできるだけ小さくする
必要があり、このため接地電極内での燃焼火炎は吹き飛
び状態となりやすい。そこで、図４のように火炎形成領
域４５における下流側の流路を拡大することで、発生し
た火炎Ａは吹き飛び状態が回避され拡大部にて安定した
ものとなり、フレームロッド３７による火炎検出がより
確実なものとなる。

【００２９】上記図４における接地電極４３は、火炎形
成領域４５の通路面積が小さく通路断面形状が正方形の
上流側部分４３ａと、同通路面積が大きく通路断面形状
が正方形の下流側部分４３ｂと、上流側部分４３ａ及び
下流側部分４３ｂ相互を接続する水平部分４３ｃとから
構成されている。一方、触媒体１１の接地電極４３が嵌
入される空間部は、接地電極４３の外形と同様な形状と
なるよう複数のセルを潰すことによって段差部を有する
ものとしてある。

【００３０】図５は、前記図３におけるフレームロッド
３７に円盤状のターゲット４７を付加したものである。
ターゲット４７は、混合気の流れ方向とほぼ直交する方
向に拡大するもので、その設置位置は、火炎形成領域４
１の混合気が流出する側の開口部付近で、大きさは火炎
形成領域４１の開口部面積より若干小さい面積を有する
ものとする。

【００３１】このようなターゲット４７を設けること
で、火炎形成領域４１内に流入した混合気はターゲット
４７の面に案内されて横方向に拡がり、このような混合
気が燃焼して発生する火炎はターゲット４７により押さ
えられて安定したものとなり、フレームロッド３７によ
る火炎検出がより確実なものとなる。また、この場合、
火炎の状態を図３の場合と同等とすれば、ターゲット４
７を設けて火炎を安定させられる分だけ、火炎形成領域
４１の大きさは図３の場合より小さくてよい。この結
果、触媒体１１の削除領域は少なくて済み、触媒燃焼に
よる燃焼能力を考慮した場合には好ましいものとなる。

【００３２】図６は、フレームロッド３７が混合気の流
れ方向と直交する方向に向けて配置した例を示してい
る。この場合、触媒体１１において、外周面から中心部
に達する切欠によって形成される空間部内の三方の壁面
に、接地電極４９が設けられている。接地電極４９は、
導電性の金属板を折り曲げて形成したもので、これによ
って形成される火炎形成領域５１に、触媒体１１の外周
側からフレームロッド３７を挿入配置してある。

【００３３】この例では、フレームロッド３７が触媒体
１１の半径方向に沿って配置されているので、燃料と燃
焼用空気との混合気濃度が触媒体１１の位置によって偏
った場合でも、検出不能となる状態が回避されやすいも
のとなる。

【００３４】図７（ａ），（ｂ）は、気化器１３からの
燃料蒸気の一部を燃料導出管５５を通してパイロットバ
ーナ５７に導き、パイロットバーナ５７での燃焼火炎
を、フレームロッド３７で検出するようにしたものであ
る。図７（ａ）は、パイロットバーナ５７を触媒体１１
の下流側近傍の支持筒１３に装着したものであり、図７
（ｂ）は、パイロットバーナ５７を触媒体１１に形成し
た貫通孔１１ａ内に設置したものである。図７（ａ）の
場合は、パイロットバーナ５７に点火装置を設ける必要
があるが、図７（ｂ）の場合は不要である。

【００３５】パイロットバーナ５７は、図８に示すよう
に、燃料導出管５５の端部に接続される燃料ノズル５９
を備えている。燃料ノズル５９の周囲は、一次空気孔６
１を備えた筒体６３により覆われており、筒体６３の上
部開口には保炎ネット６５が装着されている。

【００３６】図７（ａ），（ｂ）いずれの場合も、パイ
ロットバーナ５７での燃焼には、気化器１７から導かれ
る燃料蒸気に対する空気比が、従来のブンゼンバーナの
場合とほぼ同様に１．２５〜１．４程度となるように空
気量を制御する。なお、触媒体１１としては、図２のよ
うな導電性のものでもよく、また図３のようにセラミッ
ク製のものでもよい。

【００３７】上記図７（ａ），（ｂ）の例では、触媒体
１１及びパイロットバーナ５７に供給する燃料蒸気は互
いに共通しているので、パイロットバーナ５７での火炎
の変化を検出することで、触媒体１１の燃焼変化を把握
することが可能であり、しかも従来のブンゼンバーナと
同様な火炎をフレームロッド３７で検出するので、より
確実に火炎検出が可能となる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば、触媒体内に、触媒体側の導電性部材との間に電圧
が印加されることにより導電性部材との間に燃焼火炎を
介して電流が流れる火炎検出手段を設ける構成としたた
め、触媒体の燃焼状態をより正確に把握することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示す触媒燃焼装置の全体
構成を示す正面断面図である。

【図２】図１の触媒燃焼装置に使用される触媒体を導電
性とした場合の下流側表面の一部を拡大して示した斜視
図である。

【図３】触媒体をセラミック製とした場合の斜視図であ
る。

【図４】図３の変形例を示す触媒体の断面図である。

【図５】図３のさらに他の変形例を示す触媒体の斜視図
である。

【図６】フレームロッドを触媒体の横方向から挿入した
場合の断面図である。

【図７】パイロットバーナでの炎をフレームロッドで検
出するようにした場合の断面図である。

【図８】パイロットバーナの詳細を示す部分断面図であ
る。

【符号の説明】

５触媒燃焼器１１触媒体３３触媒担体（導電性部材）３７フレームロッド（火炎検出手段）３９，４３，４９接地電極４７ターゲット（拡大部）５５燃料導出管５７パイロットバーナ（補助燃焼部）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料と空気との混合気が触媒体に供給さ
れて触媒燃焼が行われる触媒燃焼装置において、前記触
媒体内に、触媒体側の導電性部材との間に交流電圧が印
加されることにより、導電性部材との間に燃焼火炎を介
して直流電流が流れる火炎検出手段を設けたことを特徴
とする触媒燃焼装置。
【請求項２】触媒体内に空間部を形成し、この空間部
内の壁面に接地電極を設け、この接地電極の近傍に火炎
検出手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の触媒
燃焼装置。
【請求項３】空間部における混合気の流れ方向下流側
部位を、混合気の流れ方向とほぼ直交する方向に拡大さ
せたことを特徴とする請求項２記載の触媒燃焼装置。
【請求項４】火炎検出手段における混合気の流れ方向
下流側部位に、混合気の流れ方向とほぼ直交する方向に
突出する拡大部を設けたことを特徴とする請求項２記載
の触媒燃焼装置。
【請求項５】火炎検出手段を混合気の流れ方向とほぼ
直交する方向に延長して配置したことを特徴とする請求
項２記載の触媒燃焼装置。
【請求項６】燃料と空気との混合気が触媒体に供給さ
れて触媒燃焼が行われる触媒燃焼装置において、前記燃
料の一部を導く燃料導出管を前記触媒体が収納される燃
焼器内に連通接続して補助燃焼部を形成し、この補助燃
焼部の近傍に、補助燃焼部における導電性部材との間に
交流電圧が印加されることにより、導電性部材との間に
燃焼火炎を介して直流電流が流れる火炎検出手段を設け
たことを特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項７】補助燃焼部を触媒体内に配置したことを
特徴とする請求項６記載の触媒燃焼装置。