JPH08145307A

JPH08145307A - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JPH08145307A
Application number: JP6291173A
Authority: JP
Inventors: Akira Maenishi; 晃前西; Masato Hosaka; 正人保坂; Jiro Suzuki; 次郎鈴木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1994-11-25
Filing date: 1994-11-25
Publication date: 1996-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】気体燃料を触媒燃焼させる触媒燃焼装置にお
いて、触媒上で生じた燃焼熱を、輻射や熱伝達を有効に
用いて燃焼室内のフィンに伝えて熱交換を行い、効率の
良い加熱やスチームの発生を行わせる。【構成】燃焼室４内に、流れ方向に沿って燃焼室４内
部方向に突出したフィン９と、フィン９との間に間隔を
おいた位置に薄板状の触媒６を設置し、フィン９の上流
部に高輻射吸収層１０を設けている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料ガスを触媒燃焼さ
せ、同時に熱交換を行い加熱やスチーム発生等を行わす
ことができる触媒燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気体燃料を触媒燃焼させて熱交換
を行う触媒燃焼装置は図７に示したような構成が一般的
であった。

【０００３】その構成について、図７を用いて説明す
る。図７において、燃料ガスはガスタンク１から燃料ガ
ス供給部であるガスノズル２により混合室３に供給さ
れ、空気と混合され燃焼室４に送られる。まず、点火装
置５により火炎が触媒６の下流部に形成される。触媒６
は火炎により昇温され、活性温度に達すると触媒燃焼を
開始する。同時に、火炎は、火炎の上流側に触媒燃焼部
が存在することになり消炎する。排気ガスは点火装置５
の下流にある排気口７より排出される。触媒燃焼が起こ
り燃焼室４が設定温度に到達すると、ガス供給制御機構
８により、ガス供給を停止し燃焼室４の温度上昇を抑え
る。また、燃焼室４が設定温度を下回った時には、再び
ガスを供給し、燃焼室４の温度を上昇させる。この動作
により、燃焼状態を安定させ、触媒６上で生じた燃焼熱
をフィン９により熱交換を行い、加熱やスチームを発生
させることのできる触媒燃焼装置として機能させる。な
お、触媒６は後述するように空気層１００を介してフィ
ン９の側面と上面を覆っている。又、縦断面図は、横断
面図の矢視方向からみた図である。又、触媒６は図面上
単なる厚さのない線で表示されているが実際は一定の厚
さを持つものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の燃焼
室構成の触媒燃焼装置では、触媒とフィンとの間に間隔
を設け空気層１００を有しているため、触媒上の燃焼熱
は熱交換部であるフィンに直接、熱伝導で伝えることは
できず、主に輻射で伝熱される。ここで、フィンの材料
は、熱伝導性や生産性を考慮してアルミが使用される
が、アルミの輻射係数は、 0.1と低いため、触媒で生じ
た燃焼熱を有効的にフィンに伝熱することができず、高
熱交換率の燃焼装置を実現できないという問題があっ
た。

【０００５】また、燃焼装置着火時には、燃焼室内に存
在する火炎や触媒燃焼への移行を燃焼装置外部から認識
することはできない。そのため、着火時に触媒燃焼装置
として稼働し始めたかどうか確認することができなかっ
た。

【０００６】さらに、触媒燃焼装置稼働時にも、実際に
触媒燃焼が安定して行われているかどうか確認すること
ができなかった。

【０００７】本発明は、上記問題点を解決し、高熱交換
率の燃焼装置を実現することを目的とするものである。

【０００８】また、着火時の触媒燃焼への移行や触媒燃
焼装置の稼動状態を確認することを目的とするものであ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の触媒燃焼装置
は、上記目的を達成するために、燃焼室内のフィンの上
流部に高輻射吸収層を設けるものであり、また、フィン
全体の表面に細かな凹凸形状を有するものである。

【００１０】また、触媒下流部近傍の燃焼室壁に着火確
認窓を設けるものである。

【００１１】さらに、触媒の下流の燃焼室壁に着火確認
窓を設け、その近傍に燃焼確認用の補助触媒を設けるも
のである。

【００１２】

【作用】本発明の燃焼室構成は、流れ方向に沿って燃焼
室内部方向に突出したフィンと、フィンを覆うように位
置させた触媒との間に空気層を設ける構造をとってい
る。そのため、触媒上で生じた燃焼熱は、輻射と熱伝達
によって、熱交換部であるフィンに伝えられる。この時
の、流れ方向の触媒の温度分布とフィン温度分布は図８
のようになる。触媒からフィンへの輻射伝熱量は、基本
的に、触媒温度とフィン温度の４乗の差と、触媒とフィ
ンの表面の輻射係数で決まる。触媒の上流部は触媒とフ
ィンとの温度差が大きいため、輻射による伝熱量が多く
なる。一方、下流部では温度差が小さいので、輻射伝熱
があまり行われない。ここで、一般に、フィン材料は熱
伝導性や加工性、コスト面からアルミが用いられる。し
かし、アルミの輻射係数は、約 0.1であるため輻射伝熱
の受熱面としてはあまり適していない。

【００１３】そこで、フィン表面に高輻射吸収層を設け
れば受熱性が良くなると考えられるが、フィン上に被膜
を形成することになるので、断熱層として働き、熱伝達
を阻害する。しかし、輻射伝熱量が多いフィン上流部で
は、高輻射吸収層による輻射量の増加に比べて熱伝達が
阻害されることによる伝熱量の減少が少ないため、高輻
射吸収層により伝熱量を増加させることができる。一
方、輻射伝熱量の少ないフィン下流部では、高輻射吸収
層による熱伝達の阻害量が大きく作用するので、高輻射
吸収層を設けない方が伝熱量は多い。よって、輻射伝熱
量が多い触媒温度が高い領域に対するフィン部（フィン
の上流部）の表面のみに、高輻射吸収層を設ければ、効
率よく熱交換を行うことができる。

【００１４】また、断熱作用を有する高輻射吸収層を設
けず、フィンの表面に細かな凹凸を形成すれば、フィン
表面上で触媒からの輻射を乱反射させるだけでなく、フ
ィンの表面積を増やすことができるのでフィン表面への
輻射の再入射回数を増やすことができる。そのため、フ
ィンへの輻射の吸収率を高めることができ、輻射伝熱量
を増やすことができる。この方法では、フィンの表面形
状を変化させるので断熱層は存在せず、熱伝達を阻害す
ることはない。したがって、フィン全体に細かな凹凸を
設けることで、フィン全体において熱交換率の向上をも
たらすことができる。

【００１５】触媒燃焼装置の着火時には、触媒の下流側
に火炎を形成して触媒燃焼に移行させる。このとき、火
炎により触媒下流部が昇温されるので、触媒燃焼移行開
始時には、触媒下流部から触媒燃焼が開始し、この部分
が赤熱する。この赤熱が燃料ガス供給側である触媒上流
側に移行する。そこで、触媒下流部を見ることができる
燃焼室壁に着火確認窓を設けると、触媒燃焼移行時の触
媒下流部の赤熱を視覚的に捉えることができるので、着
火時に、触媒燃焼装置の稼動が確実に行われたどうか確
認することができる。

【００１６】また、触媒燃焼装置稼働時には、ガス供給
制御機構によりガスの供給と停止を行い触媒燃焼装置と
しての温度コントロールを行う。ガス供給停止状態から
再供給し始めた瞬間には、触媒は自然放熱などにより温
度が低下しており、触媒の活性状態はあまり良好でな
い。そのため、ガスの再供給により触媒燃焼が再開され
た時には、燃料ガスが供給される触媒上流部でのスリッ
プ分が多くなり、触媒中央部や下流部での反応量が多く
なる。ここで、触媒下流部の触媒担持量を多くすると、
ガスが再供給されたとき、触媒下流部に存在する未燃焼
ガスが触媒活性が良好な触媒下流部で反応して赤熱す
る。よって、触媒下流部近傍の燃焼室壁に着火確認窓を
設ければ、触媒燃焼装置の稼動開始の確認だけでなく、
触媒燃焼装置の稼動状態を確認することもできる。

【００１７】また、触媒の下流に燃料ガスの流れをさえ
ぎるように補助触媒を設ければ、流れに沿って設置され
た触媒よりも燃料ガスに対する接触性が増し、反応率が
向上する。したがって、ガスが再供給された時に触媒か
ら排出される未燃焼ガスを燃焼させ赤熱させることがで
きる。この赤熱が見える位置に着火確認窓を設ければ、
触媒燃焼装置の稼働状態を確認することができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の触媒燃焼装置について図面を
参照しながら説明する。

【００１９】図１は本第１の発明の一実施例を示してい
る。燃料ガスを蓄えるガスタンク１と、ガスタンク１か
ら燃料ガスを供給するガスノズル２と、ガスノズル２か
ら噴出された燃料ガスを空気と混合する混合室３と、混
合室３の下流に設置された燃焼室４から構成されてい
る。燃焼室４内には、流れ方向に沿って燃焼室４内部方
向に突出したフィン９と、フィン９を覆いフィン９と間
隔を設けた位置に薄板状の触媒６を設置している。さら
に、フィン９の上流部の表面には、高輻射吸収層１０を
設けている。

【００２０】上記構成において、燃料ガスはガスタンク
１からガスノズル２により混合室３に供給され、空気と
混合され４の燃焼室に送られる。点火装置５により火炎
が触媒６の下流部に形成される。触媒６は火炎により昇
温され、活性温度に達すると触媒燃焼を開始する。同時
に、火炎は、火炎の上流側に触媒燃焼部が存在すること
になり消炎する。排気ガスは点火装置５の下流にある排
気口７より排出される。触媒６上で生じた燃焼熱は、輻
射と熱伝達によってフィン９に伝えられ熱交換を行う。

【００２１】このとき、触媒６の上流部で生じた燃焼熱
は、触媒６上流部温度と、それに対向するフィン９上流
部温度の差が大きいので、触媒６から燃焼ガス、そして
フィン９へと伝わる熱伝達よりも、主に輻射によってフ
ィン９に伝熱される。ここで、フィン９の上流部の表面
には、高輻射吸収層１０を設けてあるので、触媒６から
の輻射は非常に高い割合でフィン９に吸収されることに
なる。一方、触媒６の下流部で生じた燃焼熱の伝熱は、
触媒６の下流部温度とフィン９の下流部温度の差が小さ
いので輻射による伝熱よりも熱伝達の方が支配的に働
く。よって、フィン９の下流部に高輻射吸収層１０を形
成すれば、輻射による伝熱性の向上を期待できないばか
りでなく、アルミより熱伝導性が悪い高輻射吸収層１０
が断熱層として働くので熱の伝達性をも悪くする。した
がって、触媒６とフィン９との温度差が小さいフィン９
下流部では、高輻射吸収層１０を設けず熱伝達による伝
熱量を確保する構成をとり、熱伝達をできるだけ有効に
用いる伝熱を行っている。以上のように、上記構成をと
ることで輻射と熱伝達を最大限利用することで、フィン
９全体として熱交換率を向上させることができる。

【００２２】なお、高輻射吸収層としては、酸化被膜を
形成したり高輻射吸収剤を塗布したりすればよい。

【００２３】図２は、本第２の発明の実施例を示してい
る。本第１の発明と同様の構成において、フィンの表面
に細かな凹凸形状を設け、フィン１１としている。

【００２４】本第１の発明と同様、触媒６上で生じた燃
焼熱は、主に輻射によりフィン９に伝熱される。しか
し、アルミ製であるフィン９の輻射係数は約 0.1と低い
値であり、輻射の吸収性が悪いものである。しかし、表
面に凹凸形状を設けたフィン１１を用いて、触媒６上の
燃焼熱からの輻射がフィン１１上で反射した時には、乱
反射させて再びフィン１１に入射するようにすれば、フ
ィン１１への入射回数を増やすことができ、フィン１１
内に吸収される可能性を高くすることができる。その結
果、フィン１１への伝熱性を高め、熱交換率を向上させ
ることができる。

【００２５】このような表面の凹凸形状は、一般に、サ
ンドブラストなどを用いれば効果的に作り出すことがで
きる。

【００２６】図３は、本第３の発明の第１の実施例を示
している。燃料ガスを蓄えるガスタンク１と、ガスタン
ク１から燃料ガスを供給するガスノズル２と、ガスノズ
ル２から噴出された燃料ガスを空気と混合する混合室３
と、混合室３の下流に設置された燃焼室４から構成され
ている。燃焼室４内には、流れ方向に沿って燃焼室４内
部方向に突出したフィン９と、フィン９を覆う位置に薄
板状の触媒６を設置している。触媒６の下流には点火装
置５が、さらに下流には排気口７を有している。触媒６
の下流部の燃焼室４の壁には着火確認窓１２を設けてい
る。

【００２７】上記構成において、燃料ガスはガスタンク
１からガスノズル２により混合室３に供給され、空気と
混合され４の燃焼室に送られる。点火装置５により点火
を行い、触媒６下流に火炎を形成する。触媒６の下流部
は火炎により昇温され、触媒６下流部より触媒燃焼を開
始し赤熱する。この赤熱が燃料ガス供給側である触媒上
流側に移行する。排気ガスは点火装置５の下流にある排
気口７より排出される。触媒６上で生じた燃焼熱は、フ
ィン９に伝えられ熱交換を行う。

【００２８】従来の触媒燃焼装置のように着火確認窓１
２を設けなければ、着火時に火炎が形成されて確実に触
媒燃焼に移行しているかどうか確認できない。もし、触
媒燃焼が行われていなければ、未燃焼ガスを排気口７よ
り排出することになる。また、着火動作を行ったことに
より、触媒燃焼が行われていなくても触媒燃焼装置とし
て稼動しているものと誤解を与えることになる。このよ
うなことが起こることを、着火確認窓１２を設けること
で未然に防ぐことができるのである。

【００２９】図４は、本第４の発明の第１の実施例を示
している。第３の発明の構成において、触媒６の下流に
着火確認窓１２を設け、その近傍に補助触媒１３を設け
ている。

【００３０】触媒燃焼装置が稼動し始め、燃焼室４が設
定温度に到達すると、ガス供給制御機構８により、ガス
供給を停止し燃焼室４の温度上昇を抑える。また、燃焼
室４が設定温度を下回った時には、再びガスを供給し、
燃焼室４の温度を上昇させる。ガス供給停止状態から、
再供給し始めた瞬間には、触媒６は自然放熱などで温度
が下がっており触媒活性があまり良好ではない。そのた
め、燃料ガスが供給される触媒６上流部でのスリップ分
が多くなり、触媒６の中央部や下流部での反応量が多く
なる。ここで、特に触媒６は触媒下流部の担持量が多く
なっているので活性状態が良く、未燃焼ガスと非常に良
く反応して激しく赤熱する。したがって、着火確認窓１
２から触媒６下流部を見ることにより、触媒燃焼装置の
稼動開始の確認だけでなく、触媒燃焼装置の稼動状態を
確認することができる。

【００３１】図５は、本第４の発明の第１の実施例を示
している。

【００３２】燃料ガスを蓄えるガスタンク１と、ガスタ
ンク１から燃料ガスを供給するガスノズル２と、ガスノ
ズル２から噴出された燃料ガスを空気と混合する混合室
３と、混合室３の下流に設置された燃焼室４から構成さ
れている。燃焼室４内には、流れ方向に沿って燃焼室４
内部方向に突出したフィン９と、フィン９を覆う位置に
薄板状の触媒６を設置している。触媒６の下流には点火
装置５が、さらに下流には排気口７を有している。触媒
６の下流の燃焼室４の壁には着火確認窓１４を設け、そ
の近傍に燃料ガスの流れをさえぎるように補助触媒１５
を設置している。

【００３３】上記構成において、燃料ガスはガスタンク
１からガスノズル２により混合室３に供給され、空気と
混合され４の燃焼室に送られる。点火装置５により点火
を行い、触媒６下流に火炎を形成する。触媒６の下流部
は火炎により昇温され、触媒６下流部より触媒燃焼を開
始する。排気ガスは点火装置５の下流にある排気口７よ
り排出される。触媒６上で生じた燃焼熱は、フィン９に
伝えられ熱交換を行う。

【００３４】上記のように、触媒燃焼装置稼動時のガス
再供給時には、触媒６の温度が低下しているので触媒活
性が良好でなく、触媒６の上流部では燃料ガスのスリッ
プが起こり、触媒６の中央部や下流部で主に燃焼が起こ
っている。従って、触媒６からも未燃焼ガスが多く排出
されている。ここで、補助触媒１５は燃料ガスの流れを
妨げるように設けられているので、燃料ガスの流れに沿
って設置されている触媒６に比べて未燃焼ガスに対する
接触性が増し、反応性が非常に高くなる。したがって、
燃料ガス再供給時に、補助触媒１５で触媒燃焼が起こり
激しく赤熱させることができる。着火確認窓１４から、
この赤熱を見れば触媒燃焼稼動装置の稼働状態を確認す
ることができる。

【００３５】図６は第４の発明の第２の実施例を示して
いる。ネット形状の触媒を補助触媒１６としている。

【００３６】補助触媒１６をネット形状としているの
で、燃料ガスの流れを妨げるように設置しても、流れを
あまり乱すことなく上記効果を発揮させることができ
る。また、補助触媒１６の熱容量も小さくすることがで
きるので、少しの未燃焼ガスで補助触媒１６を昇温さ
せ、赤熱させることができる。つまり、燃料ガス供給の
制御に対して敏感に反応することになり、流れを乱さず
に、かつ応答性良く触媒燃焼装置の稼動状態を確認する
ことができる。

【００３７】なお、補助触媒１６はネット形状でなくコ
イル形状や、さらに流れの抵抗となり難い形状としても
よい。また、金属ネットに触媒を担持したものでなく、
触媒作用のある白金線を用いてもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、フィンの上流部の表面に高輻射吸収層を設けること
で、輻射伝熱と熱伝達を有効に利用し、触媒燃焼装置の
熱交換率を向上することができる。

【００３９】また、フィンの表面に小さな凹凸形状を設
けることで触媒からの輻射を乱反射させ、フィンへの吸
収量を増やし、熱交換率を高めることができる。

【００４０】また、触媒下流部の燃焼室壁に設けた着火
確認窓により、触媒燃焼装置の稼動開始を確認すること
ができる。

【００４１】さらに、触媒下流部の触媒担持量を多くす
れば、触媒燃焼装置の稼動状態を確認することができ
る。

【００４２】また、触媒の下流に補助触媒を設けること
でも、触媒燃焼装置の稼動状態を確認することができ
る。

【００４３】さらに、補助触媒をネット形状とすれば、
流れを乱すことなく効果的に触媒燃焼装置の状態を認識
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本第１の発明の一実施例の触媒燃焼装置の断面
図

【図２】本第２の発明の一実施例の触媒燃焼装置の断面
図

【図３】本第３の発明の第１の実施例の触媒燃焼装置の
断面図

【図４】本第３の発明の第２の実施例の触媒燃焼装置の
断面図

【図５】本第４の発明の第１の実施例の触媒燃焼装置の
断面図

【図６】本第４の発明の第２の実施例の触媒燃焼装置の
断面図

【図７】従来の触媒燃焼装置の断面図

【図８】本発明の作用を説明するための温度分布図

【符号の説明】

４燃焼室５点火装置６触媒８ガス供給制御機構９フィン１０高輻射吸収層１１フィン（細かな凹凸表面形状）１２着火確認窓１３触媒（下流部触媒担持量：多）１４着火確認窓１５補助触媒１６補助触媒（ネット形状）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガス供給部と、前記燃料ガス供給部の
下流に設けた燃料ガスと空気とを混合する混合室と、前
記混合室の下流に設けた燃焼室とを備え、前記燃焼室内
に流れ方向に沿って前記燃焼室内部方向に突出したフィ
ンと、前記燃焼室内に前記フィンとの間に間隔を設ける
状態で前記フィンを覆うように位置させた薄板状の触媒
を有し、前記フィンの上流部の表面に高輻射吸収層を設
けたことを特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項２】燃料ガス供給部と、前記燃料ガス供給部の
下流に設けた燃料ガスと空気とを混合する混合室と、前
記混合室の下流に設けた燃焼室とを備え、前記燃焼室内
に流れ方向に沿って前記燃焼室内部方向に突出したフィ
ンと、前記燃焼室内に前記フィンとの間に間隔を設ける
状態で前記フィンを覆うように位置させた薄板状の触媒
を有し、前記フィンの表面を細かな凹凸形状としたこと
を特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項３】燃料ガス供給部と、前記燃料ガス供給部の
下流に設けた燃料ガスと空気とを混合する混合室と、前
記混合室の下流に設けた燃焼室とを備え、前記燃焼室内
に流れ方向に沿って前記燃焼室内部方向に突出したフィ
ンと、前記燃焼室内に前記フィンを覆うように位置させ
た薄板状の触媒と、前記燃焼室内の前記触媒の下流に設
けた点火装置と、前記触媒下流部近傍の燃焼室壁に着火
確認窓を設けたことを特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項４】触媒下流部の触媒担持量を多くしたことを
特徴とする請求項３記載の触媒燃焼装置。
【請求項５】燃料ガス供給部と、前記燃料ガス供給部の
下流に設けた燃料ガスと空気とを混合する混合室と、前
記混合室の下流に設けた燃焼室と、前記燃料ガス供給部
からの燃料ガスの供給量を制御するガス供給制御機構と
を備え、前記燃焼室内には流れ方向に沿って前記燃焼室
内部方向に突出したフィンと、前記燃焼室内に前記フィ
ンを覆うように位置させた薄板状の触媒と、前記燃焼室
内の前記触媒の下流に設けた点火装置と、前記触媒下流
の燃焼室壁に着火確認窓を設け、前記着火確認窓近傍に
燃料ガスの流れをさえぎるように補助触媒を設けたこと
を特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項６】補助触媒をネット形状としたことを特徴と
する請求項５記載の触媒燃焼装置。