JPH081282B2

JPH081282B2 - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JPH081282B2
Application number: JP62060629A
Authority: JP
Inventors: 良隆川崎
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-03-16
Filing date: 1987-03-16
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPS63226505A

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気体燃料ま
たは液体燃料の触媒燃焼装置に関するものである。

従来の技術通常の炎燃焼を用いた燃焼機器においては、排ガス中
に窒素酸化物（NOおよびNO₂：これらを総称してNO_x（ノ
ックス）と呼ばれる）が含まれており、これが大気中に
放出されることによって様々な悪影響を及ぼしている。
窒素酸化物の中では特にNO₂が人体に有害であり、種々
の呼吸器系の疾患を引き起こす要因になっていると言わ
れている。一方燃料と空気の混合ガスを酸化触媒上で無
炎燃焼させるいわゆる触媒燃焼は、燃焼温度が低いため
に窒素酸化物を殆ど発生せず、低NO_xの燃焼機器を可能
にする。こういった理由から触媒燃焼機器の実用化が種
々図られているが、従来の触媒燃焼機器は、例えば第３
図（貞森博己；エネルギー・資源、４巻６号、90（198
3））、あるいは第４図（西野敦：第２回触媒燃焼に関
するシンポジウム予稿集、９（1986））のような構成に
なっていた。即ち第３図においてはノズル31から分岐管
32を経て供給された燃料（都市ガス）が保温材33を介し
て備えられたマット状の触媒層34に至り、その表面で燃
焼用空気35と接触して拡散型の触媒燃焼を行う。ここで
燃焼反応が充分行われるためには、触媒層34の表面温度
が400℃以上である必要があり、そのために点火前に予
熱用電熱ヒーター36で触媒層34を予熱する構成となって
いる。触媒層34表面で燃焼した後の排ガス37は、保護網
38を抜けてそのまま排出されている。また第４図におい
ては燃料ガス（気体燃料または液体燃料の蒸気）と空気
の混合ガスを供給管41から供給し、邪魔板42、ストレー
ナー43および金属多孔板44を経て整流した後に触媒層45
で予混合型の燃焼をさせている。ここでも触媒層45の温
度を充分上げておくために、触媒層45の上流に予熱用電
熱ヒーター46が備えられている。触媒層45から出た排ガ
スはガラス筒47上端の排気口48から直接排出される構成
になっている。

上記従来の構成において、燃料および空気の供給を受
けて触媒層34、35上で拡散型または予混合型の触媒燃焼
を行っているが、触媒層34、35を通過した後の燃焼排ガ
スは、不完全燃焼や燃料のスリップが生じていたとして
も何等検出されることなく排出されるという課題があっ
た。特に第３図のような拡散型の燃焼方式では、燃料と
空気の混合や触媒層34による酸化（燃焼）反応が不十分
となり易く、燃焼の一部がそのまま排出されるスリップ
現象を招き易くなり、また触媒層34の活性低下によって
このスリップ量が増大しても検出する手段が備えられて
いない。また第４図の予混合型燃焼方式としても同様
で、触媒層45の活性低下によって一酸化炭素や未燃ガス
を排出するに至っても、これを検知する手段が備えられ
ていない。

発明が解決しようとする問題点従来装置においては、初期性能は満足できるものであ
っても長時間の使用に対する対策が施されておらず、一
酸化炭素や未燃ガスの排出による環境汚染、著しくは人
体への安全性において重大な欠点を有する。

そこで本発明では、排ガス口に浄化用触媒を備えると
共に、その前後の温度検出により可燃ガスの存在を検知
して消火操作を行い、異常燃焼や不完全燃焼の継続を防
止し得るようにするものである。

問題点を解決するための手段上記従来の問題点を解決するために本発明で用いる技
術的手段は、燃焼用の触媒層下流の排ガス口に排ガス浄
化用の酸化触媒を備え、この浄化触媒層の前後の温度を
検出して、その両者に所定温度以上の差が生じたときに
は燃料および空気の供給を停止して消化させる制御手段
を設けるものである。

作用本発明は上記手段により、燃焼用燃料層で完全燃焼し
得なくなるような状況（例えば触媒の活性低下や燃料／
空気比の著しい変動等）に至った場合、排ガス口に備え
られた浄化用触媒で酸化反応を生じさせる。その反応熱
による温度上昇で浄化用触媒の前後に所定値以上の温度
差が生じた時、その差を温度検出手段で検地して消化操
作を行うよう制御するものである。従って燃焼用触媒層
での不完全燃焼を、この浄化用触媒で無害化しつつ異常
状態を防止し得るもので、安全性を確実に検知しつつ低
NO_x、高輻射の触媒燃焼機器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図において１は液体燃料タンク、２は燃料供給用ポ
ンプ、３は送風用ファンで、両者は気化室４に連通す
る。５は気化室４の加熱用ヒーターでるあ。気化室下流
には一次燃焼部６が備えられ、その近傍には点火装置７
が配設されている。

一次燃焼室６の下流側には金属多孔板からなる隔離材
８および白金系触媒を担持させたハニカム状セラミック
からなる燃焼用触媒層９が備えられており、排気口10へ
と連通している。11はガラス窓である。燃焼用触媒層９
には温度検出用の熱電対12が備えられ、ポンプ２に連接
する燃料のリターンパイプ13に備えられた電磁弁14と制
御回路15（詳細省略）を経て連動するよう結合されてい
る。

ここで排気口10にはハニカム状セラミックに白金系触
媒を担持させた浄化用触媒16が備えられており、その前
後に温度検出用熱電対17a、17bが配設されている。熱電
対17a、17bは演算回路18（詳細省略）を経て制御回路1
5、更にはポンプ２およびファン３へと連結されてい
る。

次にその動作について詳述すると、燃料および空気は
ポンプ２およびファン３によって気化室４に供給され、
燃料はヒーター５で加熱された気化室４内で気化して空
気と混合された後に一次燃焼部６に至り、点火装置７に
よって点火されてここに火炎を形成する。この時リター
ンパイプ13に備えられた電磁弁14は閉塞状態にある。

高温の燃焼排ガスは隔離材８および燃焼用触媒層９を
経て排気口10から排出されるが、その間に燃焼用触媒層
９を加熱昇温させる。燃焼用触媒層９が触媒燃焼を行う
に充分な温度に達したことが熱電対12で検出されると、
熱電対12に接続する制御回路15が電磁弁14を解放し、ポ
ンプ２から送出される燃料の一部がリターンパイプ13を
経てタンク１に還流される。従って一次燃焼部６におい
ては安定な炎燃焼を継続するに充分な燃料が無く、吹き
飛び（ブローオフ）状態となる。

従って混合ガスは未燃焼のまま放出されるが、ここで
下流には充分温度の上昇した燃焼用触媒層９があるか
ら、ここで触媒燃焼を開始して完全燃焼が行われる。即
ち触媒燃焼は、通常の炎燃焼の燃焼可能濃度範囲に比べ
て充分大きな燃焼範囲を有するから、一次燃焼部６で燃
焼継続不可能な濃度範囲にあるにも拘らず完全燃焼がで
きるものである。

また触媒燃焼は酸化触媒層９の上流側表面で専ら進行
するから、その部分は輻射放熱体となり、ガラス窓11を
透過して全面に輻射放熱される。一方燃焼排ガスは酸化
触媒層９で完全燃焼が行われるから一酸化炭素や未燃ガ
スを含まず、また無炎で1000℃以下の燃焼が行われるか
ら窒素酸化物も殆ど無く、清浄な排ガスとして排気口10
より排出される。

実際の燃焼では例えば燃料に灯油を用いた場合、一次
燃焼部９で燃焼を継続し得る空気比（燃料に対する当量
空気量に対しての実際の空気量の比）は約1.7が上限で
あるが、点火時の空気比を1.3〜1.5とし触媒燃焼に移行
した後の空気比を1.9〜2.0とすると、極めて安定にかつ
スムーズに両者の移行が行え、しかも共に完全燃焼がで
きる。

ところで長時間の使用後には、燃料中に含まれる硫黄
分による被毒、あるいは熱劣化等により燃焼用触媒層９
の活性が低下することがある。また燃料と空気の比が外
部要因（例えば空気温度の変化や電圧変動によるファン
３からの送風量変化、およびポンプ２からの送油量変化
など）によって大きく変動した時、燃焼用触媒層９での
完全燃焼が損なわれる場合がある。こういった時、燃焼
用触媒層９の下流の排ガス中に一酸化炭素や未燃焼の燃
料ガスが含まれることになるが、ここで排気口10には浄
化用触媒16が備えられており、ある程度のこれら可燃ガ
スは酸化除去することができる。

同時に浄化用触媒16の前後に備えられた熱電対17a、1
7bにおいては、上流側の熱電対17aが燃焼用触媒層９か
ら排出された排ガス温度（t_17a）を検出するに対して、
下流側の熱電対17b（ここでの温度t_17bは通常、上記t
_17aより低い値を示す）では浄化用触媒16における酸化
反応熱を加えた温度を検知することになる。従って両者
にはここでの反応熱に相当する温度差が生じ、この温度
差（t_17b−t_17a）によって燃焼用触媒層９での不完全燃
焼が検出できることになる。かくして熱電対17a、17b間
に所定値以上の温度差（例えばt_17b−t_17a＞０）が得ら
れた時、制御回路15を介してポンプ２およびファン３を
停止して消化すれば、未燃ガスや一酸化炭素等を排出す
ることは避けられる。

熱電対17a、17bでの温度差は浄化用触媒16に至る排ガ
ス中の可燃ガス濃度に応じて増減するが、可燃ガスの有
無を検知するためには熱電対17a、17bの設置された部分
にのみ酸化触媒を担持させれば充分であるが、前記の如
く多少の可燃ガスはこの浄化用触媒16で浄化できるか
ら、全体に触媒を担持させ、温度差（t_17b−t_17a）があ
る程度以上の値になった時消火動作になるよう制御する
ことも可能で、寿命を長くすると共に温度検出の誤差に
よる誤作動を回避することもできる。かくして触媒燃焼
に特有の高輻射にして排ガスも清浄で、特に有害な窒素
酸化物が殆ど発生しない触媒燃焼ができるものである。

また他の実施例を第２図に示す。第２図におては21は
燃焼供給管、22は分岐管、23は多孔板で、その下流側に
マット状の燃焼用触媒層24が備えられている。25は燃焼
用空気を供給する空気供給管で、26はガラス窓、27は排
気口、28は予熱用ヒーターである。ここで排気口27には
ハニカム状セラミックに酸化触媒を担持させた浄化用触
媒29を備えており、その前後に熱電対30a、30bを配設し
ている。

この構成において次にその動作を説明する。予熱用ヒ
ーター28によって所定温度に加熱された燃焼用触媒層24
に、燃料供給管21から分岐管22および多孔板23を経て燃
料が分散供給され、ここに空気供給管25から空気が供せ
られて、燃焼用触媒24表面で拡散型の触媒燃焼をする。
燃焼熱は大部分が輻射放熱されて、ガラス窓26を経て前
方へ供給される。排ガスは排気口27から排出されるが、
ここでも前記実施例と同様に、排ガス中に可燃ガスが混
入している場合、浄化用触媒29によって浄化（酸化）さ
れつつ排ガス温度を上昇させることになる。

従ってここに配置された熱電対30a、30b間に安定燃焼
状態とは異なる温度差が生じ、その温度差が所定値以上
に達すると演算回路および制御回路（共に図示せず）を
経て燃料と空気の供給を停止するよう制御される。この
場合空気はファン等で強制給気するものでも、あるいは
対流によって自然給気するものでもよいが、自然給気の
場合には当然制御は燃料の供給停止のみである。

このような拡散型触媒燃焼では従来例（例えば第３
図）と同様に燃料のスリップが生じ易いが、排気口に浄
化用触媒29が備えられているために完全燃焼した後に排
出することができ、環境を汚染したり人体に悪影響を及
ぼすことは回避され得る。燃料のスリップの生ずること
は構成上やむを得ないが、浄化用触媒29で処理可能な上
限濃度での発生温度差（t_MAX）に対してt_30b−t_30a＜t
_MAXとなる範囲で燃焼停止の制御を行えば、寿命による
活性劣化やその他の異常燃焼を検出しつつクリーンな燃
焼状態を維持でき、燃焼方式にによらず安全で快適な燃
焼装置を提供できる。

発明の効果以上の様に本発明によれば、燃焼用触媒層下流の排気
口に浄化用触媒を備え、その前後での温度差を検出し
て、所定温度を越えた場合に燃焼を停止するような制御
を行うことにより、触媒活性の低下や空気／燃料比の異
常等によって未燃ガスや一酸化炭素を発生する状況に至
ってもそれを外部に排出することなく、また限度を越え
ると燃焼を停止するよう制御されて、安全性に優れた低
NO_xで高輻射の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図は本発明の一実施例なる触媒燃焼装置の部分断面
図、第２図は本発明の他の実施例の要部断面図、第３図
および第４図は従来例の触媒燃焼装置の断面図である。 9,24……燃焼用触媒層、10,27……排気口、15……制御
回路、16,29……浄化用触媒、17a,17b,30a、30b……熱
電対、18……演算回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料供給部と、空気供給部と、少なくとも
前記燃料供給部下流に備えられた燃料触媒層と、前記燃
焼触媒層の下流に設けられた排ガス口と、前記排ガス口
に設けた一酸化炭素あるいは未燃ガスの浄化用触媒と、
前記浄化用触媒の上下流側に各々配した温度検出手段
と、前記温度検出手段の両者に所定値以上の温度差が生
じた時に燃料および空気の供給を停止するよう連動して
制御する手段を備えた触媒燃焼装置。