JPH11211025A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放射熱利用効率が高く、触媒燃焼の安定性と
燃焼量制御性の高い触媒燃焼装置を実現する。 【解決手段】 多数の連通孔を有する触媒体８の上流側
を覆う燃焼室壁に触媒体８より大面積の熱線透過窓１０
を設置するとともに、触媒体８周囲と熱線透過窓１０周
囲を繋ぐ前面開口形状の反射板１２を設置する。また、
熱線透過窓の外面を排ガスで覆うように排気口を熱線透
過窓下部もしくは周囲に開口配置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、触媒燃焼を用いた
燃焼装置において、特にその放射熱の有効利用に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】炭化水素を主体とする燃料に対して酸化
活性を有する触媒を用いた触媒燃焼装置は従来より多数
提案されており、そのなかでも、酸化反応の大部分が進
行する多数の連通孔を有する触媒体の上流面または下流
面の一方からの直接の熱線放射もしくは熱線透過窓を介
しての熱線放射を利用するものがある。

【０００３】上記従来の機器は、一般に主燃焼面となる
触媒体の片側表面から熱線を放射させて加熱や暖房等の
用途に供するものであった。すなわち触媒体の連通孔に
は燃料のみを供給し、触媒体下流側表面近傍で大気中の
酸素を拡散供給することによって接触酸化させる機器で
は露出された下流面から熱線を放射させて加熱や暖房等
の用途に供するものであり、一方燃料と空気の予混合気
を供給して主に触媒体上流側表面近傍で接触酸化反応を
させ触媒体の連通孔を経て排気ガスを放出する機器で
は、触媒体上流面に対向設置された熱線透過窓を介して
上流面から熱線を放射させて加熱や暖房等の用途に供す
るものであった。触媒燃焼は、燃料の酸化反応が触媒体
表面で進行することから、反応熱は直接触媒体に伝達さ
れ、ここから効率よく熱放射されて、火炎燃焼の排ガス
で熱放射体を加熱するものに比べて高い放射効率（燃料
の反応熱に対する放射熱の比率）が得られるものの、放
射熱の一部は筐体に遮られて利用できなかったり、燃焼
室側壁や熱線透過窓からの対流放熱によってロスが生じ
たりして、実際に機器前方に供給利用し得る放射効率は
４０〜５０％程度が限界であった。また、燃焼密度（触
媒体の主燃焼面の見かけ単位面積当たりの燃焼量）は、
触媒体を構成する基材または担持している活性成分の耐
熱温度で上限が決まり、例えばセラミックハニカム基材
に白金系の貴金属を活性成分として担持した場合は、常
用耐熱温度が８５０〜９００℃程度であり、放射熱の発
散比率によって変化するものの、燃焼密度は１０〜１５
ｋｃａｌ／ｈ・ｃｍ²程度が限界であった。したがって
実際には、この燃焼密度以下になるよう燃焼量を抑える
か、または触媒体の面積を大きくすることになり、多量
の放射熱を小さな容積の燃焼室で発生させることは困難
であった。屋外使用に供する携帯用暖房器や照明器具と
しては、より小さな燃焼室容積で、より多量の放射熱発
生が求められており、その用途に対して、必ずしも十分
な性能ではないものであった。一方燃焼下限は、触媒体
の温度が活性温度を維持する必要があることから、３５
０〜５００℃を確保しなければならず、微少の燃焼量で
反応を継続することは困難であった。間欠的に使用する
機器においては、使用時は最大燃焼し、未使用時は都度
の着火操作をすることなくすぐに最大燃焼へ移行できる
よう、微量の燃料消費で触媒の反応性を維持することが
望まれていた。

【０００４】図１０は、従来の触媒燃焼装置の要部断面
略図である。この動作を説明する。燃料タンク１から供
給された燃料ガス（ここではブタンを主成分とするＬＰ
Ｇガスを使用）は、調節部３によって流量を調節されな
がらノズル２より噴出され、この噴出力によりスロート
４において空気を吸引しつつ混合され予混合気１６とな
り、熱交換室１１を経て予熱されながら予混合気供給口
５に至る。予混合気供給口５から燃焼室７内に噴出され
た予混合気１６は、触媒体８に至ってここで触媒燃焼反
応を生じ、燃焼排ガスは触媒体８の連通孔を経て排気口
６から外部に排出される。一方反応熱によって赤熱状態
となった触媒体８の上流側表面からは多量の放射熱が発
散されるが、この放射熱線のうち短波長成分の大部分は
触媒体８の上流側表面に対向して設置される透過窓１０
を透過して直接前方に放出され、他の成分は透過窓１０
に吸収されてこれを昇温し、ここから再度二次放射とし
て発散される。透過窓１０の温度は、燃焼条件や構成に
よって異なるが３００〜６００℃になり、ここでの対流
熱損失は燃焼反応熱の１５〜２０％にも相当する場合が
ある。したがって、対流熱損失により放射熱の密度が少
なくなるという課題がある。

【０００５】また、一般に触媒燃焼を開始するには、触
媒を活性温度まで昇温する必要があり、本構成では燃焼
開始において、触媒の下流面で火炎燃焼を開始させ、そ
の熱によって触媒を昇温させる。すなわち燃焼開始時に
は、ハニカム状の触媒体８の連通孔を経て下流面へと流
れた予混合気１６に、点火器９を用いて着火すると、触
媒体８の下流面近傍で火炎燃焼を開始する。この火炎に
よって加熱された触媒体８は、まず下流面近傍が昇温し
てここで触媒燃焼を開始し、その燃焼熱によってさらに
上流側が加熱されていき、やがて上流面、すなわち燃焼
室７の透過窓１０に面した表面近傍での触媒燃焼へと移
行し、定常の触媒燃焼となる。

【０００６】定常の触媒燃焼時には、触媒体８の上流側
表面は（供給される予混合気１６の量によって異なる
が）７００〜９００℃に達して高輝度に赤熱するが、こ
こから放射される熱線は、透過窓１０に対向する表面の
全方向、すなわち触媒体８の上流側を覆う半球面方向に
ほぼ均等に発散される。また、一般的に用いられる触媒
体１０の構成であるハニカム成形体では、上流面の正面
からは連通孔の開口があって実質の放射強度が小さく、
傾斜方向での放射強度が強くなるという特性も有する。

【０００７】透過窓１０に向かって発散された放射熱線
は前記のように直接または間接に外部へ供給されるが、
周囲方向に発散される部分は、周囲を囲む燃焼室７の壁
に吸収され、ここを加熱することになる。昇温した燃焼
室７の壁からは、一部は熱放射により、また一部は対流
伝熱により近傍の空気に熱交換され、側面ないし上方に
熱を発散することになって、前方の加熱用途には寄与し
得なくなる。したがって、有効に触媒体８の放射熱が利
用できないという課題がある。

【０００８】触媒体８から放射される熱線の一部は下部
の予混合気供給部５の周辺にも放散される。この放射熱
は、一部は反射するものの一部は吸収されてここを昇温
することになる。予混合気供給口５が著しく加熱された
場合、可燃組成状態の予混合気１６に着火して、ここで
火炎燃焼を発する場合があるという課題がある。

【０００９】ここで火炎が形成されると、危険状態では
ないものの本来の触媒体８での燃焼反応は行われず、窒
素酸化物の発生を伴うと同時に、透過窓１０を介しての
放射熱供給が著しく減退することになる。また、火炎が
透過窓１０に触れたりするとそこが変色したりして好ま
しくない。

【００１０】予混合気１６は透過窓１０に向かって噴出
されていないので、透過窓１０は予混合気１６では強制
的に冷却されず、大気あるいは予混合気１６との自然対
流熱伝達でしか熱は奪われない。したがって、有効に予
混合気１６に透過窓１０の熱を吸収させることができな
いという課題がある。

【００１１】また、燃料の供給量を少なくした場合、触
媒の全面に予混合気が均等に供給されるので、反応熱よ
り放出熱の方が多くなり、触媒の温度が低下し、微量の
燃料消費で触媒反応が維持できなくなるという課題があ
る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
機器では、放射熱があまり多く取れないという課題があ
り、また、有効に放射熱が利用できないという課題があ
り、また、有効に予混合気に透過窓の熱を吸収させるこ
とができないという課題があり、さらに、微量の燃料消
費で触媒反応を維持することができない、という課題が
あった。

【００１３】本発明は、かかる課題を解決するためにな
されたものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明では、触媒体上流面に対向する位置
に熱線透過性材料からなる透過窓を備えるとともに、触
媒体周囲から透過窓周囲に向かって拡大する熱線反射部
材を配置したことを特徴としており、さらに請求項２で
は混合気流入口を透過窓に対向する位置に設け、予混合
気を透過窓に向かって噴出したことを特徴としており、
加えて請求項３では混合気流入口を熱線反射部材に設け
たことを特徴としている。

【００１５】請求項４では、燃焼室内に傾斜配置された
触媒体と、触媒体上流面に対して平角未満の角度で対向
配置された熱線反射部材を備え、触媒体上流面および熱
線反射部材の反射面双方に対向する燃焼室壁に透過窓を
配置したことを特徴としている。

【００１６】請求項５では、相互に平角未満の角度で傾
斜対向する触媒体を燃焼室内に傾斜配置し、その両者の
上流面に傾斜対向する燃焼室壁に透過窓を配置したこと
を特徴としている。

【００１７】請求項６では、透過窓に対向させた触媒体
上流面と対向しない位置に燃料と空気の混合気流入口を
設けたことを特徴としており、さらに請求項７では、触
媒体の側壁の一部を露出突出させるとともに、この露出
側壁に対向もしくは近接並行するよう混合気流入口を設
けたことを特徴としている。

【００１８】請求項８では、触媒体とその上流面に対向
設置された透過窓を直立方向に配置するとともに、触媒
体下流に連接する排ガス出口の一部を、透過窓の下部近
傍に開口させたことを特徴としている。

【００１９】請求項９では、触媒体とその上流面に対向
設置された透過窓を水平方向に配置し、排ガスが透過窓
の周囲から上面に向けて流れるよう排ガス出口を設けた
ことを特徴としており、さらに請求項１０では、透過窓
周囲に開口された排ガス出口の外側に、透過窓上面に向
けて排ガスを誘導する整流部材を設置したことを特徴と
している。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施の形態に基づ
いて説明する。なお、本発明の実施には、多数の連通孔
を有し、各種炭化水素系燃料への酸化活性を有する触媒
体、耐熱性の熱線透過材料、着火装置等の他、流量制御
装置や混合器等、必要に応じて温度検出手段や駆動装置
等が必要となるが、これらはいずれも周知の技術であ
る。例えば触媒体は金属やセラミックのハニカム担体、
あるいはセラミック繊維の編組体に、白金やパラジウム
等の貴金属を主成分とした活性成分を担持したものが従
来より用いられている。また耐熱性の熱線透過材料とし
ては、石英ガラスや結晶化ガラス等が通常の燃焼機器で
一般に使用されている。空気や気体燃料の流量制御は、
手動のニードルバルブや電動のソレノイドバルブ等が使
われ、液体燃料の場合には電磁ポンプ等を使用してい
る。着火手段は電気加熱式のヒータ、圧電素子を用いた
放電着火、もしくはライターやマッチ等でもよい。その
他駆動部分は、手動のレバー操作もあり、自動制御のモ
ータ駆動のものもある。また空気の供給手段としては、
送風ファンを用る方法もあり、また燃料の噴出圧で自吸
するスロート構成を用いてもよく、これらはいずれも従
来から一般的に採用されている手段であり、本明細書で
はこれらについての技術的説明は省略する。

【００２１】（実施の形態１）図１は、本発明の一実施
の形態である触媒燃焼装置の要部断面図である。図２は
その正面図である。図１において、１は燃料タンク、２
は燃料を噴出するノズル、３は燃料噴出量の調節部であ
る。また４はノズル２から噴出する燃料によって空気を
吸引し予混合気１６を生成するスロート、５は予混合気
供給口である。６は燃焼排ガスが排出される排気口で、
予混合気供給口５と排気口６との間に燃焼室７が構成さ
れている。８はセラミックハニカムに白金属の貴金属を
担持した触媒体、９は点火器である。また１０は耐熱ガ
ラスからなる透過窓であり、触媒体８上流側に位置する
燃焼室７の壁面に設置されている。また１１は、触媒体
８の下流側に位置する燃焼室７と壁面を介して隣接する
熱交換室である。ここで透過窓１０の面積は触媒体８よ
り大きくなっており、かつ触媒体８の上流側表面周囲と
透過窓１０の周囲を繋いで、反射板１２が配置されてい
る。触媒体８および透過窓１０は図２に示すように、略
同心円状に配置されており、また反射板１２はこの両者
を包んで前方に拡大する円筒形で、その一部に予混合気
供給口５が開口されている。

【００２２】次に、本実施の形態の動作について説明す
る。燃料タンク１から供給された燃料ガス（ここではブ
タンを主成分とするＬＰＧガスを使用）は、調節部３に
よって流量を調節されながらノズル２より噴出され、こ
の噴出力によりスロート４において空気を吸引しつつ混
合され予混合気１６となり、熱交換室１１を経て予熱さ
れながら予混合気供給口５に至る。予混合気供給口５か
ら燃焼室７内に噴出された予混合気１６は、触媒体８に
至ってここで触媒燃焼反応を生じ、燃焼排ガスは触媒体
８の連通孔を経て排気口６から外部に排出される。一方
反応熱によって赤熱状態となった触媒体８の上流側表面
からは多量の放射熱が発散されるが、この放射熱線のう
ち短波長成分の大部分は触媒体８の上流側表面に対向し
て設置される透過窓１０を透過して直接前方に放出さ
れ、他の成分は透過窓１０に吸収されてこれを昇温し、
ここから再度二次放射として発散される。なお触媒体８
の下流側では、燃焼室７壁面を介して排ガスの保有熱が
熱交換室１１を流れる予混合気１６に供給され、予混合
気供給口５に至る予混合気１６の温度を上昇させてい
る。また燃焼開始時には、ハニカム状の触媒体８の連通
孔を経て下流面へと流れた予混合気１６に、点火器９を
用いて着火すると、触媒体８の下流面近傍で火炎燃焼を
開始する。この火炎によって加熱された触媒体８は、ま
ず下流面近傍が昇温してここで触媒燃焼を開始し、その
燃焼熱によってさらに上流側が加熱されることを繰り返
し、やがて上流面、すなわち燃焼室７の透過窓１０に面
した表面近傍での触媒燃焼へと移行し、定常の触媒燃焼
となる。

【００２３】定常の触媒燃焼時には、触媒体８の上流側
表面は（供給される予混合気１６の量によって異なる
が）７００〜９００℃に達して高輝度に赤熱するが、こ
こから放射される熱線は、透過窓１０に対向する表面の
全方向、すなわち触媒体８の上流側を覆う半球面方向に
ほぼ均等に発散される。透過窓１０に向かって発散され
た放射熱線は前記のように直接または間接に外部へ供給
されるが、周囲方向に発散される部分は、周囲を囲む燃
焼室７壁に吸収され、ここを加熱することになる。昇温
した燃焼室７の壁からは、一部は熱放射により、また一
部は対流伝熱により近傍の空気に熱交換され、側面ない
し上方に熱を発散することになって、前方の加熱用途に
は寄与し得なくなる。ここで透過窓１０を触媒体８上流
面の面積より大として、さらに触媒体８周囲と透過窓１
０周囲を繋ぐ形状の透過窓１０周囲に向かって拡大する
円筒形状の反射板１２を備えることにより、触媒体８上
流面から周囲方向に発散された放射熱が、反射板１２に
よって前方の透過窓１０に反射集中され、周囲への熱損
失なくほぼ全量を有効に利用することが可能になる。

【００２４】また、一般的に用いられる触媒体８構成で
あるハニカム成形体では、上流面の正面からは連通孔の
開口があって実質の放射強度が小さく、傾斜方向での放
射強度が強くなるという特性を有するが、本構成とする
ことによって、最も放射強度が強く、赤熱状態も均一に
見える傾斜方向視野が透過窓に対向することになり、放
射熱の利用効率からも、また視覚的にも違和感のない状
態で燃焼熱を有効利用することが可能となる。

【００２５】そしてこの反射板１２に開口されている予
混合気供給口５からは燃料と空気との予混合気１６が噴
出される。反射板１２は触媒体上流面周囲から透過窓１
０周囲に向かって拡大しているので、予混合気供給口５
から噴出される予混合気１６は透過窓１０に向かって斜
めに噴出される。斜めに噴出された予混合気１６は、か
なりの流速で透過窓１０と接触するので、強制対流熱伝
達により透過窓１０の熱を多量に奪い、そののち、触媒
体８に供給される。したがって、透過窓１０の温度は低
下して二次放射は減少し、そのぶん触媒体８から放射さ
れ、透過窓１０を透過して直接前方に放出される放射熱
が多くなり、高温加熱や高照度の照明が可能になる。こ
こで、予混合気１６が透過窓１０に向かって噴出されな
い場合は、透過窓１０の熱を自然対流熱伝達でしか奪わ
ないので、本発明より回収熱は少なくなる。

【００２６】なお、透過窓１０の大きさおよび反射板１
２の開放角度は、前方の熱線被照射物の形状や用途によ
って任意に設定でき、例えば比較的大面積の加熱暖房等
に使用する場合は広角にして広い範囲を均等加熱すれば
よく、一方集中加熱や放射熱線のうち可視光線を用いた
照明用途等の場合は狭角として集中させることにより、
高温加熱や高照度の照明が可能になる。また反射板１２
の材質は、耐熱性と反射率に優れたものが好ましく、鏡
面処理したステンレス板や、各種の金属メッキ処理、酸
化錫や酸化チタン等の被膜処理等が利用可能である。

【００２７】（実施の形態２）図３は、本発明の他の実
施の形態である触媒燃焼装置の要部断面略図である。本
実施の形態は、燃焼室内に配置する触媒体を傾斜設置す
るとともに、その上流面に所定の角度を有して対向配置
された熱線反射部材を備えたもので、基本的な構成およ
び燃焼操作は実施の形態１と同様である。したがって、
異なる点を中心に説明する。

【００２８】図３において、燃焼室７内に備えられた多
数の連通孔を有する触媒体８を、透過窓１０に対して上
流面が傾斜対向するよう傾斜させて配置し、同時に触媒
体８の上流面と端部を近接させながら所定の角度を有し
て対向配置された熱線反射部材１３を、同じく透過窓１
０に対して反射面が傾斜対向するよう設置されている。
すなわち、透過窓１０と触媒体１０上流面および熱線反
射部材１３の反射面の三者が相互に傾斜対向する形状と
なっている。

【００２９】上記構成において、触媒体８の上流表面か
ら放散される放射熱線のうち、透過窓１０に対向する部
分は直接（前記同様二次放射も含めて）前方に供給さ
れ、一方熱線反射部材１３に対向する部分は、ここで反
射された後に同じく透過窓１０を介して前方に供給され
る。触媒体１０における燃焼負荷は、安定燃焼の温度条
件からほぼ固定されるが、この構成にすることにより、
同じ燃焼量でありながらあたかも触媒体１０を拡大した
ような、広い面積での赤熱が可能になり、局所集中のな
い広範囲の加熱や暖房が可能になる。また、一般的に用
いられる触媒体１０の構成であるハニカム成形体では、
上流面の正面からは連通孔の開口があって実質の放射強
度が小さく、傾斜方向での放射強度が強くなるという特
性を有するが、本構成とすることによって、最も放射強
度が強く、赤熱状態も均一に見える傾斜方向視野が透過
窓に対向することになり、放射熱の利用効率からも、ま
た視覚的にも違和感のない状態で燃焼熱を有効利用する
ことが可能となる。なお熱線反射部材１３は、触媒体１
０の上流側全面を覆うように設置するのが最も効果的で
あるが、予混合気１６の通過のためにはその一部に通過
口１５を開口すればよい。また熱線反射部材１３は、鏡
面加工のステンレス板等で構成されるが、反射率は１０
０％とはならず、幾分かは熱吸収も生じて温度上昇する
ことになる。ここで通過口１５を適宜分散させて複数開
口しておけば、予混合気１６が通過する時にここで熱交
換され、熱線反射部材１３の過熱とこれによる裏面への
熱損失を防止できるとともに、予混合気１６の予熱がで
き、触媒体１０での反応性を促進する効果もあって、一
層の安定燃焼と熱の有効利用が可能になる。

【００３０】また、触媒体１０と熱線反射部材１３との
対向角度は、上記のように全面での熱線利用の用途によ
って平角未満内で任意に選択し得るが、鈍角にした場合
は広範囲での低負荷加熱となり、鋭角にした場合は高負
荷集中加熱になる。加えて特に鋭角にした場合は、熱線
反射部材１３からの反射熱線の一部が再度触媒体１０の
方向に還元され、触媒体１０の温度を一層高める作用を
行うことになる。実質燃焼量を小さくしてより高温とす
るには有効な作用で、波長の短い可視光線を積極的に利
用する照明用途には、この構成が好ましい。まお熱線反
射部材１３は必ずしも平板である必要はなく、前方への
熱線放射の分布を変化させるために、湾曲させる等の適
宜な変更は可能で、本発明の効果を損なうものではな
い。

【００３１】（実施の形態３）図４は、本発明の他の異
なる実施の形態である触媒燃焼装置の要部断面略図であ
る。本実施の形態は、燃焼室内に配置する複数の触媒体
を所定の角度を有しつつ上流面を対向させて傾斜設置す
るとともに、その双方の触媒の上流面に傾斜対向して熱
線反射部材を備えたもので、基本的な構成および燃焼操
作は実施の形態２と同様である。したがって、異なる点
を中心に説明する。

【００３２】図４において、燃焼室７内に備えられた多
数の連通孔を有する複数の触媒体８を、透過窓１０に対
して上流面が傾斜対向しつつ相互にも端部を近接させな
がら所定の角度を有して対向するよう傾斜させて配置
し、双方の触媒体８の上流面と透過窓１０とが略三角形
を構成するよう設置されている。

【００３３】上記構成において、触媒体８の上流表面か
ら放散される放射熱線のうち、透過窓１０に対向する部
分は直接前方に供給され、対向する触媒体８に向かう成
分はその温度上昇に寄与することになる。触媒体８の対
向角が鈍角の場合には、対向する触媒体８への放射熱供
給は比較的小さいが、前述のように放射強度が強く赤熱
状態も均一に見える傾斜方向視野が透過窓に対向するこ
とになり、放射熱の利用効率からも、また視覚的にも違
和感のない状態で燃焼熱を有効利用することが可能とな
る。一方鋭角で対向させた場合には、触媒体８上流面か
ら発散される放射熱のかなりの部分が対向する触媒体８
へ供給され、温度を上昇を導くことになる。これが相互
に生ずることから、触媒体８の燃焼負荷が小さい場合で
も十分反応性を確保できるとともに、実質の燃焼量を小
さくしても高温を得ることが可能となって、特に波長の
短い可視光線を積極的に利用する照明用途には、この構
成が有効となる。なお触媒体８の大きさは双方同じであ
る必要はなく、また触媒体８と透過窓１０とで構成する
三角形構成は、必ずしも正三角形または二等辺三角形と
する必要もなく、前方への熱線放射の分布を変化させる
ために適宜な配分構成は可能で、本発明の効果を損なう
ものではない。

【００３４】（実施の形態４）図５は、本発明の他の異
なる実施の形態である触媒燃焼装置の要部断面略図であ
る。本実施の形態では触媒燃焼に関わる基本の構成およ
び特性は実施の形態１と同じであるが、予混合気１６の
供給部と触媒体との位置構成が異なる。この相違点を中
心に説明する。

【００３５】図５において、触媒体８の上流側に対向し
て耐熱ガラスで構成された透過窓１０を配置するととも
に、触媒体と透過窓１０の間の燃焼室７下方に、触媒体
１０上流表面とは対向しないよう位置を後退させて予混
合気供給口５を開口設置している。

【００３６】上記構成において、触媒体８の上流面で燃
焼反応が行われた結果、ここが赤熱して前方に向かって
熱線が放射されるが、その一部は周囲方向、すなわち下
部の予混合気供給部５の周辺にも放散される。この放射
熱を受けた金属部分は、一部は反射するものの一部は吸
収されてここを昇温することになるが、予混合気供給口
５が著しく加熱された場合、可燃組成状態の予混合気１
６に着火して、ここで火炎燃焼を発する場合がある。こ
こで火炎が形成されると、危険状態ではないものの本来
の触媒体８での燃焼反応は行われず、窒素酸化物の発生
を伴うと同時に、透過窓１０を介しての放射熱供給が著
しく減退することになる。予混合気供給口５を、触媒体
８上流面とは対向しない位置に後退させて設置すること
により、放射熱を受けての異常過熱は避けられ、上記の
ような火炎形成には至ることなく、安定した触媒燃焼を
継続し、排ガスのクリーンな高放射型燃焼を維持継続で
きるものである。なお、予混合気供給口５の開口方向
は、いずれを向いても特性上問題はないが、噴出した予
混合気１６が一旦周囲壁面へ衝突した後に触媒体８へ供
給されるよう構成することによって、より混合が促進さ
れ、また部分的な流れの偏りがなく均等な供給状態とな
し得る。また透過窓１０に衝突させる構成とすれば、触
媒体８からの放射熱を吸収して昇温している透過窓１０
からの熱回収もでき、触媒体８の温度上昇とともに、透
過窓１０外部表面からの対流熱損失の低減にもなり、熱
利用効率の向上に有効である。

【００３７】（実施の形態５）図６は、本発明の他の異
なる実施の形態である触媒燃焼装置の要部断面略図であ
る。本実施の形態では基本の構成および特性は実施の形
態４と同じであるが、予混合気１６の供給部と触媒体と
の位置構成が異なる。この相違点を中心に説明する。

【００３８】図６において、多数の連通孔を有する触媒
体８の側面を露出した形で突出設置し、この側面部に対
向させた位置に予混合気供給口５を開口設置している。

【００３９】上記構成において、通常燃焼時には予混合
気供給口５から噴出された予混合気１６は、触媒体８の
下部側面に衝突して分散された後、触媒体８の連通孔へ
流れて触媒燃焼反応を行う。この場合は予混合気１６が
衝突する触媒体８側面部でも燃焼反応を行おうとする
が、温度の低い予混合気１６が大量に衝突するために冷
却作用が大きく、ここでの反応は抑制される。一方予混
合気１６の供給量を大きく減少させた時、上記の冷却作
用は軽減され、衝突面でも燃焼反応が維持継続されるこ
とになる。供給される予混合気１６の量が微量であるた
めに、この衝突面近傍での反応で燃料はほとんど消費さ
れることになり、図６の網掛け部Ａで示されるように、
触媒体８の下部側面のみが赤熱する状態で維持される。
触媒体の他の部分は、ここで反応した後の燃焼排ガスで
保温される状況になっており、予混合気１６の供給が増
加した時には触媒燃焼が滞りなく開始できるよう維持さ
れる。一般に触媒燃焼を開始するには、触媒体８を活性
温度まで昇温する必要があり、本構成でも初期の燃焼開
始においては、前述同様に点火器９で触媒体８下流面で
の火炎燃焼を開始させ、その熱によって触媒体８の温度
上昇を導いているが、それ以降の燃焼調節の際には都度
の点火器９動作を必要とせず、予混合気１６の供給量の
増減によって、触媒体８全体での高負荷燃焼と、触媒体
８下部側面部での微少燃焼の間の繰り返し制御により、
適度な過熱暖房の制御が可能になる。同時に、微少の燃
焼量ながら局部で集中反応するため、触媒燃焼反応の継
続が可能となり、かつ触媒体８の一部が赤熱状態である
から、燃焼継続中を目視確認もでき、安全に使用できる
ものである。なお予混合気供給口５は、本実施の形態の
ように触媒体８の露出側面に対向させても、あるいは側
面に並行するよう近接して開口してもよく、予混合気１
６の流量や流速に応じて適宜選択可能である。

【００４０】（実施の形態６）図７は、本発明の他の異
なる実施の形態である触媒燃焼装置の要部断面略図であ
る。本実施の形態では基本の構成および特性は実施の形
態５と同様であるが、排ガス排出の位置構成が異なる。
この相違点を中心に説明する。

【００４１】図７において、触媒体８の下流側に連通し
て設けられる排気口６を、直立設置された触媒体８に対
向して直立する透過窓１０の下部近傍に開口設置してい
る。

【００４２】上記構成において、触媒体８上流表面から
放散された放射熱は、一部は透過窓１０を透過して直接
前方に供給されるが、他の部分、特に波長の長い放射成
分は一旦透過窓１０に吸収され、昇温した透過窓１０か
らの二次放射として前方へ供給されることになる。昇温
した透過窓１０の表面は大気中に開放されており、ここ
に接触する外気との間でも熱交換され、昇温した外気が
上昇気流となって逸散することになるから、透過窓１０
の外面近傍では常に低温の外気による対流熱放散が行わ
れ、前方への熱放射を損なう作用が働いている。この作
用は透過窓１０が直立状態で設置される場合に顕著であ
る。透過窓１０の温度は、燃焼条件や構成によって異な
るが３００〜６００℃になり、ここでの対流熱損失は燃
焼反応熱の１５〜２０％にも相当する場合がある。ここ
で、透過窓１０の下部近傍に排気口６を開口し、高温の
排ガスを噴出させれば、高温の排ガスが透過窓１０の外
面に沿って上昇し、保温および断熱層を形成することに
なるから、上記のような低温外気による対流熱損失は防
止でき、触媒体８からの放射熱は大きな損失なく前方へ
の放射熱供給に利用できる。排ガス温度は、触媒体８下
流で熱交換して予混合気１６の加熱に利用したとして
も、なお３００℃以上の温度は維持されており、保温断
熱効果は十分大きいものである。また、排ガス中には水
蒸気や二酸化炭素も含まれ、放射熱線のわずかな吸収は
あるが、この量はわずかであり、触媒体８および透過窓
１０からの放射熱供給を損なうことは無視し得る。また
排気口６は、全数を透過窓１０下部近傍に設けてもよい
が、上記の保温断熱層を形成する作用を維持できればよ
く、一部の排ガスを噴出させるだけで効果は十分発揮で
き、その場合は、透過窓１０に排ガスが流出しない位置
に設けた大気排気口１７から余分の排ガスを排出すれば
よい。

【００４３】（実施の形態７）図８は、本発明の他の異
なる実施の形態である触媒燃焼装置の要部断面略図であ
る。本実施の形態では基本の構成および特性は実施の形
態６と同様であるが、触媒および透過窓の設置構成と排
ガス排出の位置構成が異なる。この相違点を中心に説明
する。

【００４４】図８において、触媒体８およびその上流面
に対向する透過窓１０を水平状態に設置しており、触媒
体８下流側に連通して設けられる排気口６を、透過窓１
０の周囲近傍から透過窓１０上面方向に開口設置してい
る。

【００４５】上記構成において、触媒体８上流表面から
放散された放射熱を受けて昇温する透過窓１０上面で
は、接触する外気に熱交換されて上昇気流を生じ、ここ
に周囲から低温外気が流入して順次熱逸散する作用が働
く。透過窓１０が直立している場合ほど顕著ではないも
のの、この対流熱損失は無視できない量で、燃焼熱の利
用効率を低下させるものである。ここで排気口６を透過
窓１０の周囲に、透過窓１０の上面に向けて開口するこ
とによって、高温の排ガスが透過窓１０上面を覆い保温
断熱層を形成することになるから、低温外気の流入によ
る対流熱損失は軽減され、放射率の高い触媒燃焼装置を
提供できることになる。この構成にすることにより、こ
の燃焼部を水平設置したり直立させたりの方向任意な機
器として使用する場合にも対応可能で、触媒燃焼の設置
方向任意性を活かしながら高い熱利用効率を維持するこ
とができるものである。

【００４６】（実施の形態８）図９は、本発明の他の異
なる実施の形態である触媒燃焼装置の要部断面略図であ
る。本実施の形態では基本の構成および特性は実施の形
態７と同様であるが、排ガス排出の誘導構成が異なる。
この相違点を中心に説明する。

【００４７】図９において、触媒体８およびその上流面
に対向する透過窓１０を水平状態に設置しており、触媒
体８下流側に連通して設けられる排気口６を透過窓１０
の周囲に設けるとともに、ここから排出される排ガスを
透過窓１０上面方向に誘導する整流部材１４を設置して
いる。

【００４８】上記構成において、排気口６から透過窓１
０の周囲に噴出された排ガスは、整流部材１４によって
誘導されながら透過窓１０の上面に向けて流れ、高温の
排ガスが透過窓１０上面を覆い保温断熱層を形成するこ
とになる。特に分散開口する排気口６から流出する高温
排ガスを、整流部材１４が膜状の気流として平滑化した
後に透過窓１０上面へ導くから、低温外気の流入をより
確実に阻止し得るもので、対流熱損失の軽減による放射
率の増加を促進できることになる。本構成においても実
施の形態６同様、水平設置したり直立させたりの方向任
意な機器として使用する場合にも対応可能で、触媒燃焼
の設置方向任意性を活かしつつ高い熱利用効率を維持で
きるものである。

【００４９】以上、本発明を、気体燃料の燃焼加熱器に
実施した形態で説明したが、本発明はこれに限定される
ものでないことは勿論である。すなわち、以下のような
場合も本発明の効果は発揮される。

【００５０】燃料種として液体燃料を使用する場合も適
用できる。この場合には、予混合室の上流で液体燃料を
気化させる手段が付加される。また触媒体の担体にはセ
ラミックハニカムを用いているが、予混合気が流通し得
る多数の連通孔を有するものであれば、その素材や形状
に限定はなく、例えばセラミックや金属の焼結体、金属
ハニカムや金属不織布、セラミック繊維の編組体等が利
用可能である。また活性成分としては、白金、パラジウ
ム、ロジウム等の白金属の貴金属が一般的であるが、こ
れらの混合体や他の金属やその酸化物との混合組成であ
ってもよい。燃料種や使用条件に応じた活性成分の選択
が可能である。また予混合気の供給手段としては、空気
を自己吸引するものでも燃料および空気を強制供給する
ものでもよく、いずれも本発明の効果は得られるもので
ある。

【００５１】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明に係る
触媒燃焼装置は、触媒体上流面に対向して透過窓を設置
し、触媒体上流から透過窓に向かって拡大する熱線反射
部材を設けたことを特徴とし、熱線を反射させることに
より高い放射効率を得て、有効な加熱暖房作用あるいは
照明効果を確保することができるものである。加えて、
予混合気を透過窓に向かって噴出したことを特徴とし、
透過窓の熱を回収して熱利用効率を向上させるものであ
る。加えて、混合気の入口を熱線反射部材に設けたこと
を特徴とし、さらに効率的に透過窓の熱を回収して熱利
用効率を向上させるものである。

【００５２】また、本発明に係る触媒燃焼装置は、燃焼
室内に触媒体を傾斜して配置し、かつ触媒体に対して平
角未満の角度で対向して熱線反射部材を配置したことを
特徴とし、熱線を効率的に透過窓へと誘導して熱利用効
率を高め、高温放射を確保するものである。

【００５３】また、本発明に係る触媒燃焼装置は、燃焼
室内に上流面を平角未満の角度で対向するよう相互に傾
斜して触媒体を配置したことを特徴とし、熱線を効率的
に透過窓へと誘導して熱利用効率を高め、高温放射を確
保するものである。

【００５４】また、本発明に係る触媒燃焼装置は、混合
気流入口を触媒体上流面に対向しない位置に設けたこと
を特徴とし、予混合気供給口の過熱による火炎燃焼の発
生を防止し、クリーンで安定した触媒燃焼を維持させる
ものである。さらに、予混合気を触媒体の側面の一部に
衝突させたことを特徴とし、微少燃焼量時の触媒燃焼の
継続と燃焼の確認ができるものである。

【００５５】また、本発明に係る触媒燃焼装置は、排ガ
ス出口の少なくとも一部を透過窓の下部近傍に設け、排
ガスを透過窓近傍に排出したことを特徴とし、対流熱損
失を減少させて高い放射効率を得、有効な加熱暖房作用
あるいは照明効果を確保することができるものである。

【００５６】また、本発明に係る触媒燃焼装置は、触媒
体および透過窓を水平方向に配置するとともに、排ガス
出口を透過窓の周囲から透過窓上面に流れるよう設けた
ことを特徴とし、さらにその構造として、排ガス出口周
囲に排ガス出口から排出される排ガスを透過窓上面側へ
誘導する整流部材を設けたことを特徴とし、対流熱損失
を減少させて高い放射効率を得、有効な加熱暖房作用あ
るいは照明効果を確保することができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態である触媒燃焼装置の要
部断面図

【図２】同触媒燃焼装置の正面図

【図３】本発明の他の実施の形態である触媒燃焼装置の
要部断面略図

【図４】本発明の他の異なる実施の形態である触媒燃焼
装置の要部断面略図

【図５】本発明の他の異なる実施の形態である触媒燃焼
装置の要部断面略図

【図６】本発明の他の異なる実施の形態である触媒燃焼
装置の要部断面略図

【図７】本発明の他の異なる実施の形態である触媒燃焼
装置の要部断面略図

【図８】本発明の他の異なる実施の形態である触媒燃焼
装置の要部断面略図

【図９】本発明の他の異なる実施の形態である触媒燃焼
装置の要部断面略図

【図１０】従来の触媒燃焼装置の要部断面略図

【符号の説明】

１ 燃料タンク ２ ノズル ３ 調節部 ４ スロート ５ 予混合気供給口 ６ 排気口 ７ 燃焼室 ８ 触媒体 ９ 点火器 １０ 透過窓 １１ 熱交換室 １２ 反射板 １３ 熱線反射部材 １４ 整流部材 １５ 通過口 １６ 予混合気 １７ 大気排気口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田口 清 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 藤田 重彦 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多数の連通孔を有する基材に燃料の酸化活
   性を有する触媒を担持させた触媒体と、前記触媒体を収
   納する燃焼室と、前記燃焼室の前記触媒体上流側に配設
   された燃料と空気との混合気流入口と、前記燃焼室側壁
   の前記触媒体上流面へ対向する位置に備えられた熱線透
   過性材料からなる透過窓とを備え、前記触媒体上流面周
   囲から前記透過窓周囲に向かって拡大する熱線反射部材
   を配設したことを特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】前記混合気流入口を前記透過窓に対向する
   位置に設け、前記燃料と前記空気との混合物からなる予
   混合気を前記透過窓に向かって噴出したことを特徴とす
   る請求項１記載の触媒燃焼装置。
3. 【請求項３】前記混合気流入口を前記熱線反射部材に設
   けたことを特徴とする請求項１または２記載の触媒燃焼
   装置。
4. 【請求項４】上流側に燃料と空気との混合気流入口を、
   下流側に排ガス出口を設けた燃焼室と、前記燃焼室内に
   傾斜して備えられた多数の連通孔を有する基材に燃料の
   酸化活性を有する触媒を担持させた触媒体と、前記触媒
   体上流面に対して平角未満の角度で対向して配置された
   熱線反射部材とを有し、前記触媒体上流面および前記熱
   線反射部材の反射面に傾斜対向する前記燃焼室側壁に熱
   線透過性材料からなる透過窓を備えたことを特徴とする
   触媒燃焼装置。
5. 【請求項５】上流側に燃料と空気との混合気流入口を、
   下流側に排ガス出口を設けた燃焼室と、前記燃焼室内に
   上流面を平角未満の角度で対向するよう相互に傾斜して
   備えられた多数の連通孔を有する基材に燃料の酸化活性
   を有する触媒を担持させた触媒体と、前記傾斜対向する
   触媒体の双方の上流面に傾斜対向する前記燃焼室側壁に
   熱線透過性材料からなる透過窓を備えたことを特徴とす
   る触媒燃焼装置。
6. 【請求項６】多数の連通孔を有する基材に燃料の酸化活
   性を有する触媒を担持させた触媒体と、前記触媒体を収
   納する燃焼室と、前記燃焼室の前記触媒体上流側に配設
   された燃料と空気との混合気流入口と、前記燃焼室側壁
   の前記触媒体上流面へ対向する位置に備えられた熱線透
   過性材料からなる透過窓とを備え、前記混合気流入口を
   前記触媒体上流面に対向しない位置に設けたことを特徴
   とする触媒燃焼装置。
7. 【請求項７】前記触媒体の側面の一部が露出されるよう
   突出支持するとともに、前記混合気流入口を露出された
   前記触媒体側面に対向もしくは近接並行させて設け、前
   記混合気流入口から噴出される混合気を前記触媒体の側
   面の一部に衝突させたことを特徴とする請求項６記載の
   触媒燃焼装置。
8. 【請求項８】多数の連通孔を有する基材に燃料の酸化活
   性を有する触媒を担持させた触媒体と、前記触媒体を収
   納する燃焼室と、前記燃焼室の前記触媒体上流側に配設
   された燃料と空気との混合気流入口と、前記燃焼室側壁
   の前記触媒体上流面へ対向する位置に備えられた熱線透
   過性材料からなる透過窓と、前記燃焼室の前記触媒体下
   流側に配設された排ガス出口とを備え、前記透過窓を略
   直立方向に配置するとともに、前記排ガス出口の少なく
   とも一部を前記透過窓の下部近傍に設け、排ガスを前記
   透過窓近傍に排出したことを特徴とする触媒燃焼装置。
9. 【請求項９】多数の連通孔を有する基材に燃料の酸化活
   性を有する触媒を担持させた触媒体と、前記触媒体を収
   納する燃焼室と、前記燃焼室の前記触媒体上流側に配設
   された燃料と空気との混合気流入口と、前記燃焼室側壁
   の前記触媒体上流面へ対向する位置に備えられた熱線透
   過性材料からなる透過窓と、前記燃焼室の前記触媒体下
   流側に配設された排ガス出口とを備え、前記触媒体およ
   び前記透過窓を水平方向に配置するとともに、前記排ガ
   ス出口を前記透過窓の周囲近傍から前記透過窓上面方向
   に流れるよう設けたことを特徴とする触媒燃焼装置。
10. 【請求項１０】前記排ガス出口を前記透過窓周囲近傍に
    設けるとともに、前記排ガス出口周囲に前記排ガス出口
    から排出される排ガスを前記透過窓上面側へ誘導する整
    流部材を設けたことで、前記排ガス出口を前記透過窓の
    周囲近傍から前記透過窓上面方向に流れるように構成し
    た請求項９記載の触媒燃焼装置。