JPH1137426A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒燃焼装置において、少量燃焼時でも触媒
体の放熱損失を抑制してＴＤＲ（燃焼装置における最大
燃焼量を最小燃焼量で割ったもの）を大きくする。 【解決手段】 燃焼筒１内には、内部触媒層２ａと外部
触媒層２ｂとの流力的二層構造に区画されたリング状の
主触媒体２備えており、主触媒体２の一端側に、燃料供
給用の燃料噴射ノズル１１と、エアポンプ７からの燃焼
用空気を主触媒体２に供給する一次ノズル５と、内部触
媒層２ａを通過した燃焼ガスを方向転換させる転流室１
０とを配設し、主触媒体２の他端側に、両ノズル１１お
よび５から供給された燃料と燃焼用空気の混合気を形成
する予混合室１６を配設する。混合気は予混合室１６で
方向転換して内部触媒層２ａを貫流し、転流室で再度方
向転換して外部触媒層２ｂに流入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は触媒燃焼装置に関す
るもので、例えば、暖房装置、乾燥装置等に用いて好適
なものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、燃料供給手段と燃焼用空気供給手
段とを備え、これらの供給手段により供給される燃料と
燃焼用空気との混合気を、触媒により燃焼させる触媒燃
焼装置が知られている。この触媒燃焼装置は火炎が形成
されないため、カーボンの発生が無く、また、クリーン
燃焼が可能で、特に着火、消化時の排気エミッションの
発生を大幅に抑制できるため車両等の暖房装置として注
目されている。

【０００３】しかし、暖房負荷が減少し燃焼量が相対的
に過剰になった場合、過熱防止のために、例えば、燃焼
装置の頻繁なオンオフ、ないしは、余剰な熱量を外部へ
無駄に放出することにより対処してきたが、いずれも再
起動における電力消費の増加と無駄な時間の発生、およ
び燃費効率の悪化という問題がある。このような問題を
解決するものとして、本出願人は、先に、特願平８−３
０１９１４号において、以下のようなものを提案してい
る。図１０にその構成を示す。

【０００４】燃料と燃焼用空気の混合気を触媒燃焼させ
るリング状の触媒体２、３を燃焼筒４内に備え、燃焼筒
４のうち、触媒体２、３の一端側に、燃料ノズル１０お
よび燃焼用空気の入口８を配設し、燃焼筒４内部のう
ち、触媒体２、３の他端側に、燃料と燃焼用空気の混合
気を形成する予混合室１３を配設している。そして、触
媒体２、３の一端側から、触媒体２、３の中心部の貫通
穴２ｂ、３ｂを通して、予混合室１３に向けて燃料と燃
焼用空気を供給し、予混合室１３にて燃料と燃焼用空気
とを混合する。この混合気を予混合室１３にて方向転換
させて、触媒体２、３の他端側から一端側へ向けて流
し、触媒体２、３の一端側にて触媒体通過後の排気ガス
を燃焼用空気中に還流させる。

【０００５】これによって、高いターンダウン比（燃焼
装置における最大燃焼量を最小燃焼量で割ったもの、以
下、ＴＤＲという）と、クリーン燃焼を可能としてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記の先願の触媒燃焼
装置においては、燃焼用空気に排気ガスを内部再循環す
る構成によって、最小から最大燃焼量に至るまで高効率
で安定かつクリーンな燃焼を実現しているが、本発明者
等の検討によれば、更なる最小燃焼域の拡張を図り、Ｔ
ＤＲを向上させるためには、以下のような問題があるこ
とがわかった。

【０００７】つまり、必要以上に燃焼量を減少させると
燃焼により発生する発熱量に比べ燃焼装置１本体から周
囲への放熱（主に対流伝熱、輻射伝熱）による損失熱量
の割合が大きくなり、その結果、触媒反応時における触
媒体２、３の温度は低下する。そのため、触媒反応の活
性が低下し、反応の完結性は不十分となり、排気エミッ
ションの増加、ひいては、燃焼停止に至ることがある。

【０００８】本発明は上記点に鑑みてなされたもので、
触媒燃焼装置において、少量燃焼時でも触媒体の放熱損
失を抑制してＴＤＲを大きくすることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するため、以下の技術的手段を採用する。請求項１〜９
記載の発明によれば、燃料と燃焼用空気の混合気を触媒
燃焼させるリング状の第１の触媒体（２ａ）と第１の触
媒体（２ａ）の外周に配設された第２の触媒体（２ｂ）
を燃焼筒（１）内に内蔵し、第１の触媒体（２ａ）の一
端側の部位に、燃料と燃焼用空気の供給手段（１１、１
３、７）および転流室（１０）を配設し、第１の触媒体
（２ａ）の他端側の部位に、燃料と燃焼用空気の混合気
を形成する予混合室（１６）を配設する。

【００１０】さらに、第１の触媒体（２ａ）の一端側か
ら、第１の触媒体（２ａ）の中心部貫通穴（２ｃ）を通
して、予混合室（１６）に向けて燃料と燃焼用空気を供
給し、予混合室（１６）にて燃料と燃焼用空気とを混合
する。そして、この混合気を予混合室（１６）で方向転
換させて、第１の触媒体（２ａ）内をその他端側から一
端側へ向けて流し、転流室（１０）にて第１の触媒体
（２ａ）を通過した燃焼ガスを再度方向転換させて、第
２の触媒体（２ｂ）内へ向けて流すことを特徴としてい
る。

【００１１】なお、転流室（１０）にて第１の触媒体
（２ａ）通過後の燃焼ガスを再度方向転換させるとは、
全ての第１の触媒体（２ａ）通過後の燃焼ガスを再度方
向転換させるだけでなく、一部を再度方向転換させるこ
とも含む。このように、混合気は、第１の触媒体（２
ａ）を通過した後、その外周に配設された第２の触媒体
（２ｂ）を通過し、各触媒体において燃焼する。従っ
て、第２の触媒体（２ｂ）の燃焼熱によって、第１の触
媒体（２ａ）の断熱保温性の確保および触媒活性化の促
進が図られる。

【００１２】そのため、少量燃焼時においては、放熱損
失が抑制され触媒反応の活性低下が防止された第１の触
媒体（２ａ）において、主に触媒反応を完結させること
ができる。また、第１の触媒体（２ａ）の未燃焼ガス
は、第２の触媒体（２ｂ）にて燃焼するので、多量燃焼
時においても触媒反応が完結できる。よって、従来装置
に比べて最小燃焼域を拡張してＴＤＲを大きくし、最小
から最大燃焼量に至るまで高効率でクリーンな燃焼を実
現することができる。

【００１３】ここで、上記した第２の触媒体（２ｂ）に
よる第１の触媒体（２ａ）の断熱保温性の確保および触
媒活性化の促進を図るためには、請求項２記載の発明の
ように、第２の触媒体（２ｂ）の体積が、第１の触媒体
（２ａ）の体積よりも大きくしたものにできる。また、
請求項３記載の発明によれば、第１の触媒体（２ａ）と
第２の触媒体（２ｂ）とは、予混合室（１６）を形成す
る壁面によって区画されていることを特徴とする。それ
によって、両触媒体（２ａ、２ｂ）を区画するために、
特別な壁構造等を設けなくともよく、簡便な構成とでき
る。

【００１４】また、第１の触媒体（２ａ）および第２の
触媒体（２ｂ）は、請求項４記載の発明のように、一体
に成形されたものにすれば、製造コストを安価とでき
る。また、請求項５記載の発明のように、互いに別個の
触媒体として構成すれば、互いの触媒性能を変えたもの
とするのに便利である。また、請求項６記載の発明によ
れば、予混合室（１６）の外周囲に、第２の触媒体（２
ｂ）を通過した後の燃焼ガスが流動する流路（２１、２
１ａ）が設けられていることを特徴とする。それによっ
て、予混合室（９ａ）が燃焼ガスにより加熱されるの
で、燃料の気化が促進され、混合気を形成しやすくでき
る。

【００１５】また、上記したように、第１の触媒体（２
ａ）にて先に燃焼を行い、未燃焼ガスを第２の触媒体
（２ｂ）にて燃焼する構成としているが、請求項７記載
の発明のように、第１の触媒体（２ａ）の触媒担持量
が、第２の触媒体（２ｂ）の触媒担持量よりも多いもの
にすれば、第１の触媒体（２ａ）が第２の触媒体（２
ｂ）よりも低温で活性化することとなり、燃焼立ち上げ
時間の短縮と一層の低負荷域まで安定した燃焼が可能と
なる。

【００１６】また、請求項８記載の発明のように、第１
および第２の触媒体（２ａ、２ｂ）の触媒は、貴金属粒
子であり、その粒径は、第１の触媒体（２ａ）の方が第
２の触媒体（２ｂ）よりも小さいものとしても、第１の
触媒体（２ａ）の方が、実質的に触媒の反応表面積を大
きくできるので、上記請求項７の発明と同様の作用効果
が得られる。

【００１７】また、請求項９記載の発明によれば、第２
の触媒体（２ｂ）の出口側に、暖房用の熱媒体と、第２
の触媒体（２ｂ）を通過した後の燃焼ガスとを熱交換し
て、暖房用の熱媒体を加熱する熱交換器（３０、４０）
を内蔵しているから、熱媒体加熱用の熱交換器（３０、
４０）をも一体化したコンパクトな触媒燃焼装置を提供
できる。

【００１８】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すもの
である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。 （第１実施形態）図１は本発明の第１実施形態を示すも
ので、本例の燃焼装置は自動車用暖房装置に適用したも
ので、図１の上下方向は車両搭載時の上下方向と一致し
ている。Ａは燃焼装置であり、図１において上下方向に
軸を有する有底円筒形状の燃焼筒１により、燃焼装置Ａ
の本体形状が区画形成されている。

【００２０】２は燃焼筒１に内蔵された主触媒体であ
り、上下方向に複数の流通孔を有するハニカム状の担体
２ｄに、Ｐｔ、Ｐｄなどの貴金属を触媒として担持した
ハニカム構造で、その中心部に貫通穴２ｃを有する円筒
形状をなし、リング状断面とする。ここで、担体２ｄ
は、セラミックス又は耐熱金属の粉末混合材を押し出し
成形等により成形後、焼結するか、又は、平板と波板の
金属板を円筒状に巻き上げ成形したものである。

【００２１】主触媒体２は、貫通穴２ｃを内包する内部
触媒層（第１の触媒体）２ａと、円筒の外周側面を保有
する外部触媒層（第２の触媒体）２ｂとから構成されて
おり、流力的な二層構造が形成されているが、上記した
ように、実体は、両触媒層２ａおよび２ｂが一体成形さ
れた単一構造を成している。両触媒層２ａおよび２ｂの
境界をなす担体２ｄの流通孔２ｅは、孔の上下に渡って
コージェライト等が充填されており、内部触媒層２ａの
外周（外部触媒層２ｂの内周）に円筒状に配置されてい
る。なお、内部触媒層２ａと外部触媒層２ｂとの体積比
は、各々の触媒層２ａ、２ｂの必要燃焼量に対応させ
て、例えば、１：２の様に設定してよい。

【００２２】また、主触媒体２の貫通穴２ｃの内周面に
は、供給した燃料を一時吸収して気化させるための、金
網等からなる多孔質の燃料蒸発体３が設置してある。そ
して、主触媒体２の外周側面と燃焼筒１の内壁面との間
には、断熱材４が円筒状に配設されており、主触媒体２
は断熱材４を介して、燃焼筒１の内壁面に支持固定され
ている。

【００２３】５は一次ノズルで、燃焼筒１の上端面を区
画するサイドプレート６の中央部に備えられ、内部触媒
層２ａの一端側に隣接して配設されている。この一次ノ
ズル５は耐熱金属にて成形され、その下端部側に漏斗状
に細く絞られた絞り部５ａを有し、この絞り部５ａから
主触媒体２の貫通穴２ｃに燃焼用空気および燃料を導入
する。

【００２４】ここで、上記燃焼用空気は、エアポンプ
（燃焼空気供給手段）７により供給され、空気入口８か
ら一次ノズル５の内側空間すなわち流路５ｂへ送られ
る。空気入口８は、サイドプレート６の上部に配設され
たケース９の壁面に形成され、ケース９の内外を連通し
ている。このケース９は、空気入口８からの燃焼様空気
を導入し一様化するものであり、燃焼様空気を一次ノズ
ル５へ導入するエア導入室９ａを区画形成している。

【００２５】そして、この一次ノズル５の外周側には、
サイドプレート６、燃焼筒１および主触媒体２の上端面
によって区画された転流室１０が形成されている。転流
室１０は、内部触媒層２ａの下流および外部触媒層２ｂ
の上流側に位置しており、内部触媒層２ａからの燃焼ガ
スを方向転換させて外部触媒層２ｂに送り込むためのも
のである。

【００２６】また、一次ノズル５は、主触媒体２の貫通
穴２ｃと同軸心状に配設され、この貫通穴２ｃと絞り部
５ａとの間にリング形状の二次ノズル５ｃを形成してい
る。上記の転流室１０は、この二次ノズル５ｃによっ
て、主触媒体２の貫通穴２ｃとも連通している。この二
次ノズル５ｃは、転流室１０からの燃焼ガスの一部を主
触媒体２の貫通穴２ｃ内に還流するためのものである。

【００２７】１１は燃料噴射ノズルであり、一次ノズル
５の流路５ｂに臨み同心位置に配設され、ケース９の上
面に保持固定されている。燃料噴射ノズル１１は、燃料
タンク１２から燃料ポンプ１３により送られた液体燃料
（例えば、灯油）を、主触媒体２の貫通穴２ｃの軸心方
向に沿い噴射する。つまり、一次ノズル５の流路５ｂ内
に、エアポンプ７からの空気入口８と燃料噴射ノズル１
１が開口するようになっている。ここで、本例では、燃
料噴射ノズル１１と燃料ポンプ１３とにより燃料供給手
段を構成している。

【００２８】１４は始動用触媒体であり、燃焼筒１内に
おいて、通電により自己発熱し反応すると共に、主触媒
体２を輻射および対流により予熱するように、内部触媒
層２ａの下流及び貫通穴２ｃの上流に相対向して設置さ
れている。始動用触媒体１４は、内部触媒層２ａとほぼ
等しい外径の円盤形状をなすハニカム１４ａと、ハニカ
ム１４ａの中央部に取り付けられた中心電極棒１５とを
備えている。

【００２９】ハニカム１４ａは、例えばステンレス材
（ＳＵＳ４３０）等の導電性メタル箔をコルゲート状に
巻いてハニカム形状としたもの、あるいは、焼結金属を
押し出し成形してモノリスに成形したものが用いられ、
Ｐｔ等の触媒を担持した構成となっている。中心電極棒
１５は、後述する予混合室１６の底壁に保持固定され、
それによって、始動用触媒体１４が内部触媒層２ａの下
端側に対向配置されている。中心電極棒１５は、絶縁部
材１７を介して予混合室１６底壁を電気絶縁して貫通
し、締結ナット１８により予混合室１６底壁に固定さ
れ、後述する制御装置（ＥＣＵ）２４に電気的に接続可
能となっている。

【００３０】また、ハニカム１４ａの外周側面には、外
周カバー１４ｂが設けられており、ハニカム１４ａは外
周カバー１４ｂを介して、予混合室１６の側壁内面に支
持されている。従って、始動用触媒体１４の通電経路
は、中心電極棒１５からハニカム１４ａを経て外周カバ
ー１４ｂ及び予混合室１６から燃焼筒１へアースされ
る。

【００３１】予混合室１６は液体燃料と燃焼用空気の混
合を行うもので、燃焼筒１内部のうち、主触媒体２及び
始動用触媒体１４の他端側（下端側）に配置されてい
る。予混合室１６は、貫通穴２ｃからの流出流を反転さ
せ始動用触媒体１４および内部触媒層２ａへ案内するた
めの予混合空間１６ａを形成するように、始動用触媒体
１４を、内部触媒層２ａに対向し接近する位置に保持す
る。

【００３２】１９は耐熱金属からなる金網状の燃料蒸発
体であり、予混合室１６の底壁内面から側面にかけての
広い面積にわたって配置してある。燃料蒸発体１９は、
液体燃料を気化し燃焼用空気との混合を促進するもので
あり、金網状の部材（ウイック）の他に、発泡金属部
材、薄板状の多孔質セラミック部材等を使用できる。ま
た、両触媒層２ａおよび２ｂの境界をなす担体２ｄの流
通孔２ｅと対応する位置には、リング状のパッキン２０
が配設されている。そして、予混合室１６および始動用
触媒体１４からの流出流が内部触媒層２ａに流入し外部
触媒層２ｂの下流側には流出しないように、予混合室１
６を形成する外周側壁のリング状の上端面１６ｂが、パ
ッキン２０を介して主触媒体２の他端側（下端側）に当
接している。

【００３３】なお、本例では、主触媒体２がハニカム構
造であるため、主触媒体２の両触媒層２ａおよび２ｂの
境界は、パッキン２０を介し予混合室１６の外周側壁の
上端面１６ｂと主触媒体２とが当接ないし近接するた
め、その境界はハニカムを形成する貫流方向に沿う隔壁
により区分される。そのため、流通孔２ｅには、コージ
ェライト等が充填されていないものであってもよい。

【００３４】なお、本例では、燃焼筒１の内部におい
て、触媒体２、３を収納している部分により燃焼室が構
成される。２１は、排気ガス室であり、燃焼筒１の内部
において、外部触媒層２ｂの下端側（つまり下流側）、
且つ予混合室１６の外周囲に配設されている。排気ガス
室２１は、予混合室１６の外周側壁、外部触媒層２ｂの
下端面および燃焼筒１により区画され、外部触媒層２ｂ
からの燃焼ガス（排気ガス）が流動する流路として構成
されており、予混合室１６を排気ガスにより加熱し、燃
料の気化を促進する。

【００３５】排気ガス室２１の底面には、排気ガス出口
２２が形成されており、外部触媒層２ｂからの燃焼ガス
（排気ガス）を外部へ流出させる。２３は排気ガス室２
１のうち排気ガス出口２２付近に配設された温度検出器
（サーミスタ）である。なお、排気ガス出口２２から排
出された排気ガスは図示しない熱交換器に送られ、ここ
で排気ガスと水（暖房用熱媒体）との間で熱交換を行っ
て水を加熱し、この加熱された温水をポンプにて空調装
置のヒータコアに送り、このヒータコアで空調空気を加
熱して、車室内を暖房するようになっている。

【００３６】図２は第１実施形態の電気制御ブロック図
であり、２４は燃焼装置Ａにおける上記電気機器（７、
１３、１５）を制御する制御装置（ＥＣＵ）で、２５は
燃焼装置Ａの運転スイッチである。次に、上記構成にお
いて作動を説明する。いま、運転スイッチ２５を投入す
ると、制御装置２４により、まず始動用触媒体１４の中
心電極棒１５へ通電され、始動用触媒体１４が自己発熱
し、輻射熱および自然対流により、内部触媒層２ａ、燃
料蒸発体１９及び３の予熱を行う。

【００３７】運転スイッチ２５の投入から所定時間ｔ１
（図３参照）が経過すると、制御装置２４内のタイマー
手段によりエアポンプ７および燃料ポンプ１３に通電さ
れるため、燃焼用空気及び燃料の供給を開始する。ここ
で、燃焼用空気及び燃料の供給量は、最初は、制御装置
２４により両ポンプ６、１２の回転数を低回転数に設定
して、微小量（例えば、最大燃焼量の１／１０程度）と
する。この理由は、最初から燃焼用空気を多量に流す
と、始動用触媒１３及び燃料蒸発体１９および３が冷却
されるため、良好な触媒反応が行われない恐れがあるた
めである。

【００３８】液体燃料は燃料噴射ノズル１１から一次ノ
ズル５の流路５ｂから貫通穴２ｃに向けて噴霧状に噴射
される。また、燃焼用空気は空気入口８からエア導入室
９ａを通って一次ノズル５へ送られる。そして、燃料噴
射ノズル１１から噴霧された液体燃料は、始動用触媒１
３の中央部１４ｃおよび燃料蒸発体１９、３で蒸発し、
予混合空間１６ａで折り返しつつ燃焼用空気と混合され
る。この混合気は、昇温した始動用触媒体１４をその下
方から上方へ向かって貫流し、始動用触媒体３で先行的
に酸化反応し、高温の燃焼ガスを発生する。

【００３９】この結果、主触媒体２の内部触媒層２ａ
は、始動用触媒体３からの輻射、及び高温の燃焼ガスが
貫通して、速やかに加熱、活性化される。そして、燃料
と空気の供給開始してから図３に示す所定時間ｔ２が経
過後、燃焼量を徐々に増量していくと、燃料とエアの混
合気は、内部触媒層２ａでも反応を開始し、さらに高温
となった燃焼ガスは、一部が二次ノズル５ｃを通り再循
環され、残りは転流室１０で、再度方向転換して外部触
媒層２ｂに流入する。

【００４０】外部触媒層２ｂに流入した燃焼ガスは、外
部触媒層２ｂをその上方から下方に向かって貫流し、加
熱、活性化し反応を完結して、温度上昇した燃焼ガス
は、排気ガス室２１に流入し、排気ガス出口２２から排
気ガスとなって排出される。なお、図３に示す所定時間
ｔ３経過後、温度検出器２３が所定温度（例えば灯油燃
料の場合、約３００〜５００℃）に到達した時点で、主
触媒２全体が活性化されたと判断し、制御装置２４によ
り始動用触媒体１４の中心電極棒１５への通電を停止
し、以後、温度検出器２３で排気ガス温度を検知しなが
ら定常燃焼へ移行する。

【００４１】定常燃焼中の燃焼用空気は、主に、再循環
された燃焼ガスとの混合により直接加熱され、さらにサ
イドプレート６の両面での燃焼ガスとの熱交換の効果も
加わる。ここで、再循環される燃焼ガスは燃焼ガス流の
途中で還流されることになるが、低熱負荷時の場合で
も、内部触媒層２ａ内で反応がほぼ完結するので、外部
触媒層２ｂの出口燃焼ガスにほぼ等しい温度の燃焼ガス
を還流させることができる。

【００４２】この結果、寒冷時において、特に必要な燃
焼用空気の予熱操作が、例えば電熱式吸気ヒータ等を常
時用いずとも、安定燃焼を継続するに必要な燃焼用空気
温度（灯油燃料の場合、約２００℃）を維持することが
できる。ところで、上記燃焼開始から上記定常燃焼中に
おいては、一次ノズル５の絞り部５ａから燃焼空気が貫
通穴２ｃ内に向けて増速噴流状に供給される事により生
ずるエジェクタ効果により、二次ノズル５ｃ付近が減圧
され、この二次ノズル５ｃを通って、転流室１０内の燃
焼ガスの一部が貫通穴２ｃ内に還流される。ここで、燃
焼空気と燃料の混合気は、前記燃焼ガスの一部を混合し
つつ、貫通穴２ｃの下流側に向かい、その速度成分は圧
力に変換され、圧力を回復し、始動用触媒体１４、内部
触媒層２ａ、外部触媒層２ｂを貫流する。

【００４３】上記のように本実施形態の装置では、転流
室１０の燃焼ガスの一部を燃焼空気中に再循環させるこ
とにより、高温の燃焼ガス熱で燃焼用空気を昇温、予熱
すると共に、燃料噴射ノズル１１から噴射される燃料噴
霧の気化混合を促進し、かつ、内部触媒層２ａおよび外
部触媒層２ｂを活性状態に維持できるので、寒冷時にお
いても良好な触媒燃焼を実現する。

【００４４】また、サイドプレート６における熱交換作
用により燃焼用空気を燃焼ガスにより昇温することがで
き、予熱効果をさらに高めることができる。そして、燃
焼停止をするときは、運転スイッチ２５をオフすると、
制御装置２４は燃料ポンプ１３を直ちに停止させるが、
エアポンプ７は所定時間ｔ４の間、作動を継続させ、燃
焼筒１内の残存燃料を燃焼させ、その後燃焼筒１内部の
冷却を行う（ポストパージ運転）。パージ運転中、しば
らくは、温度検出器２３は作動している。そして、所定
時間ｔ４経過後に、エアポンプ７も停止させ、全機器が
停止する。

【００４５】ところで、本実施形態によれば、触媒体
２、３が活性化された状態で燃料の供給、停止を行うた
め、着火、消化時にも排気エミッションがほとんど排出
されず、クリーンな燃焼を行うことができる。また、一
般に、放熱損失低減のためには、最小燃焼量に見合う最
小の触媒体体格にして、その外表面積を極力小さくし、
且つ、輻射伝熱面積をも低減することが考えられるが、
高ＴＤＲとすべく十分な最大燃焼量とするために、それ
に見合う触媒体体格を確保する必要もあり、この相矛盾
する要件に応えなければならない。

【００４６】その点、本実施形態によれば、混合気は、
内部触媒層２ａを通過した後、その外周に配設された外
部触媒層２ｂを通過し、各触媒層２ａ、２ｂにおいて燃
焼するため、外部触媒層２ｂの燃焼熱によって、内部触
媒層２ａの断熱保温性の確保および触媒活性化の促進が
図られる。そのため、少量燃焼時においては、放熱損失
が抑制され触媒反応の活性低下が防止された内部触媒層
２ａにおいて、主に触媒反応を完結させることができ
る。また、内部触媒層２ａの未燃焼ガスは、外部触媒層
２ｂにて燃焼するので、多量燃焼時においても触媒反応
が完結できる。よって、従来装置に比べて最小燃焼域を
拡張してＴＤＲを大きくし、最小から最大燃焼量に至る
まで高効率でクリーンな燃焼を実現することができる。

【００４７】また、本実施形態によれば、外部触媒層２
ｂの体積を内部触媒層２ａの体積よりも大きく（例え
ば、内部：外部＝１：２）しているから、各触媒層の必
要燃焼量を確保でき、外部触媒層２ｂによる内部触媒層
２ａの断熱保温性の確保および触媒活性化の促進を図る
ことができる。また、本実施形態によれば、上述のよう
に、両触媒層２ａおよび２ｂの境界は、実質的に、予混
合室１６を形成する外周側壁によって区画されているた
めに、特別な壁構造等を設けなくともよく、簡便な構成
とできる。

【００４８】また、本実施形態によれば、両触媒層２ａ
および２ｂは、一体成形品であるので、製造コストを安
価なものにできる。また、本実施形態によれば、排気ガ
ス室２１は予混合室１６の外周囲に位置するため、予混
合室１６が排気ガスにより加熱されるので、燃料の気化
が促進され、混合気を形成しやすくできる。

【００４９】以下、第２〜第６実施形態について述べる
が、主として第１実施形態と異なる部分について述べ、
同一構成部分については、図中同符号を付して説明を省
略する。 （第２実施形態）図４は本発明による第２実施形態を示
す。これは、第１実施形態に対して、触媒燃焼を完結し
た高温の燃焼ガス（排気ガス）で、熱媒体（例えば、
水）を加熱するチューブフィンタイプの熱交換器３０
を、燃焼装置Ａの本体内部すなわち排気ガス室２１内に
収納した構成であり、この熱交換器３０は、外部触媒層
２ｂの出口側に設置されている。

【００５０】熱交換器３０は、長円断面のウォータチュ
ーブ３１と波板状の複数のフィン３２、および熱媒体の
入口および出口のパイプ３３、３４からなる。ウォータ
チューブ３１の周囲に、外部触媒層２ｂを通過した後の
燃焼ガス（排気ガス）に接触するフィン３２が接合さ
れ、ウォータチューブ３１とパイプ３３、３４とは連通
し接続されている（図５参照）。

【００５１】入口パイプ３３からの熱媒体は、ウォータ
チューブ３１内を流動し、排気ガスと熱交換して出口パ
イプ３４から流出し、車両用暖房装置における空気通路
内に設置されたヒータコア（暖房用熱交換器、図示せ
ず）に温水ポンプ（図示せず）により圧送される。そし
て、このヒータコアにおいて送風機（図示せず）により
送風される空気と熱媒体とを熱交換して、送風空気を加
熱し、この加熱後の温風を車室内に吹き出すようになっ
ている。

【００５２】ここで、熱交換器３０の材質は、本例で
は、例えばステンレス、アルミニウム等を使用し、各接
合部は例えばろう付けで接合される。３５は、水温セン
サで、熱媒体出口側の出口パイプ３４に設置してある。
暖房能力の制御は、ＥＣＵにより、例えば水温センサ３
５の検出温度と設定温度とを比較して燃焼量を増減し調
節する。

【００５３】本実施形態によれば、熱媒体加熱用の熱交
換器３０を排気ガス室２１内に収納することにより一体
化したコンパクトな触媒燃焼装置を提供できる。 （第３実施形態）図６は本発明による第３実施形態を示
す。これは、第２実施形態のチューブフィンタイプの熱
交換器３０の代わりに、熱交換器４０を触媒燃焼装置Ａ
自身に一体化した構成としている。

【００５４】図６において、高温の燃焼ガス（排気ガ
ス）と熱媒体との熱交換を行う熱交換器４０は、燃焼筒
１の内側に配設された内筒４１に複数の放射状フィン４
２が取り付けられた構成を有している。燃焼筒１と内筒
４１との間の円筒状空間は、螺旋状の仕切り板４３によ
り、螺旋状の通路４４を形成している。内筒４１の内側
空間は排気ガス室２１として構成されており、フィン４
２は内筒４１から排気ガス室２１内に配置されている。

【００５５】この螺旋状の通路４４の一端部に熱媒体の
入口パイプ４５が配置され、燃焼筒１に固定されてい
る。また、螺旋状の通路４４の他端部（図６中、燃焼筒
１の円周方向で１８０°対称位置）に熱媒体の出口パイ
プ４６が配置され、燃焼筒１に固定されている。本実施
形態によれば、熱交換器４０の構成を簡素化することが
できる。

【００５６】熱媒体は、入口パイプ４５から螺旋状の通
路４４を通過し、排気ガスと熱交換して昇温され、出口
パイプ４６からヒータコア（図示せず）へ圧送される。
暖房能力の制御は、ＥＣＵおよび水温センサ３５を用い
て、第２実施形態と同様に行われる。 （第４実施形態）図７は本発明による第４実施形態を示
す。第１実施形態では、主触媒体２は一体成形品で流動
様式のみを分割構成としたが、本実施形態では、内部触
媒層２ａと外部触媒層２ｂをそれぞれ別個の触媒体と
し、（図示せず）１の予混合室１６の外周側壁の上端面
１６ｂを一次ノズル５に対向して延設した構成に相当す
るものである。

【００５７】予混合室１６の外周側壁から延びる円筒セ
パレータ１６ｃの内側に内部触媒層２ａを、外側に外部
触媒層２ｂを、各々耐熱弾性材５０、５１を介して保持
する構成としている。よって、本実施形態では、第１実
施形態に示すようなパッキン２０は無い。このようにす
ると、内部触媒層２ａの保温性の向上と温度分布に起因
する熱応力の軽減効果が得られる。

【００５８】また、各触媒層２ａ、２ｂを別体の触媒体
としているので互いの触媒性能を変えたものとするのに
便利である。 （第５実施形態）図８は本発明による第５実施形態を示
す。第１〜第４実施形態では、予混合室１６が燃焼筒１
と一体を成した構造であるのに対し、本実施形態では予
混合室１６を別体構成の部品としている。

【００５９】予混合室１６は、その外周側壁が下方に向
かってすぼまった略円錐形底部１６ｄを有し、この底部
１６ｄと燃焼筒１の底面１ａとの間に、排気ガス室２１
に連なり且つ高温の排気ガスが流動する流路２１ａを備
えている。それによって、第１〜第４実施形態の排気ガ
ス室２１構造と比べて、予混合空間１６ａの燃料蒸発体
１９を加熱して、未蒸発燃料の気化を促進する効果がよ
り高いレベルで得られる。 （第６実施形態）図９は本発明による第６実施形態を示
す。本実施形態では、第１〜第５実施形態の始動用触媒
体１４の代わりに、電熱ヒータ６０を配置したもので、
例えばシーズヒータの表面に触媒を添着し渦巻き状に曲
げたものであり、予混合室１６を通して燃焼筒１の底面
に正極側の電気端子６１ａと負極側の電気端子６１ｂを
配置してある。この電熱ヒータ６０は、上記の始動用触
媒体１４の役目を果たすことができる。 （他の実施形態）なお、上記各実施形態においては、内
部触媒層２ａと外部触媒層２ｂとを同じ仕様としている
が、内部触媒層２ａを、担持する触媒（貴金属）の量を
増加するか、担持する触媒の粒径を小さくし表面積を増
加する等して、外部触媒層２ｂよりも低温で活性化する
構成としてもよく、この結果、、燃焼立ち上げ時間の短
縮と一層の低負荷域まで安定した燃焼が可能となる。

【００６０】また、上記各実施形態では、始動用触媒体
１４のハニカム１４ａを円盤状としたが、主触媒体２と
同様なリング状としてもよい。この場合、始動時に燃焼
用空気および燃料の混合気を始動用触媒体１４で予熱お
よび気化する即効性はやや低減するが、始動用触媒体１
４を貫流する燃料と空気の混合気の圧力損失を低減でき
るので、エアポンプ７の駆動力を低減できる。

【００６１】また、本発明では、燃料として灯油などの
液体燃料に限らず、天然ガス等の気体燃料を使用して実
施することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す縦断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態における電気制御ブロッ
ク図である。

【図３】本発明の第１実施形態の作動説明図である。

【図４】本発明の第２実施形態を示す縦断面図である。

【図５】上記第２実施形態の熱交換器の上面図である。

【図６】本発明の第３実施形態を示す縦断面図である。

【図７】本発明の第４実施形態を示す縦断面図である。

【図８】本発明の第５実施形態を示す縦断面図である。

【図９】本発明の第６実施形態を示す縦断面図である。

【図１０】従来の触媒燃焼装置を示す縦断面図である。

【符号の説明】

１…燃焼筒、２ａ…内部触媒層、２ｂ…外部触媒層、２
ｃ…貫通穴、７…エアポンプ、１０…転流室、１１…燃
料噴射ノズル、１３…燃料ポンプ、１６…予混合室、２
１…排気ガス室、２１ａ…流路、３０、４０…熱交換
器。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料を供給する燃料供給手段（１１、１
   ３）と、 燃焼用空気を供給する燃焼用空気供給手段（７）と、 前記燃料と前記燃焼用空気の混合気を触媒燃焼させる第
   １の触媒体（２ａ）および第２の触媒体（２ｂ）と、 これら両触媒体（２ａ、２ｂ）を内蔵する燃焼筒（１）
   とを備え、 前記第１の触媒体（２ａ）は、その中心部に貫通穴（２
   ｃ）を有するリング形状に形成され、前記第２の触媒体
   （２ｂ）は、前記第１の触媒体（２ａ）の外周に配設さ
   れており、 前記第１の触媒体（２ａ）の一端側には、前記燃料供給
   手段（１１、１３）、前記燃焼用空気供給手段（７）、
   および、前記第１の触媒体（２ａ）を通過した燃焼ガス
   を方向転換させて前記第２の触媒体（２ｂ）に送り込む
   転流室（１０）が配設され、 前記第１の触媒体（２ａ）の他端側の部位には、前記混
   合気を形成する予混合室（１６）が配設されており、 前記第１の触媒体（２ａ）の一端側から、前記貫通穴
   （２ｃ）を通して、前記予混合室（１６）に向けて前記
   燃料と前記燃焼用空気を供給し、前記予混合室（１６）
   において前記燃料と前記燃焼用空気とを混合し、 この混合気を前記予混合室（１６）で方向転換させて、
   前記第１の触媒体（２ａ）内をその他端側から一端側へ
   向けて流し、 前記第１の触媒体（２ａ）を通過した燃焼ガスを、転流
   室（１０）で再度方向転換させて、前記第２の触媒体
   （２ｂ）内へ向けて流すことを特徴とする触媒燃焼装
   置。
2. 【請求項２】 前記第２の触媒体（２ｂ）の体積が、前
   記第１の触媒体（２ａ）の体積よりも大きいことを特徴
   とする請求項１に記載の触媒燃焼装置。
3. 【請求項３】 前記第１の触媒体（２ａ）と前記第２の
   触媒体（２ｂ）とは、前記予混合室（１６）を形成する
   壁面によって区画されていることを特徴とする請求項１
   または２に記載の触媒燃焼装置。
4. 【請求項４】 前記第１の触媒体（２ａ）および前記第
   ２の触媒体（２ｂ）は、一体に成形されたものであるこ
   とを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載
   の触媒燃焼装置。
5. 【請求項５】 前記第１および第２の触媒体（２ａ、２
   ｂ）は、互いに別個の触媒体として構成されることを特
   徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の触媒
   燃焼装置。
6. 【請求項６】 前記予混合室（１６）の外周囲に、前記
   第２の触媒体（２ｂ）を通過した後の燃焼ガスが流動す
   る流路（２１、２１ａ）が設けられていることを特徴と
   する請求項１ないし５のいずれか１つに記載の触媒燃焼
   装置。
7. 【請求項７】 前記第１の触媒体（２ａ）の触媒担持量
   が、前記第２の触媒体（２ｂ）の触媒担持量よりも多い
   ことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１つに記
   載の触媒燃焼装置。
8. 【請求項８】 前記第１および第２の触媒体（２ａ、２
   ｂ）の触媒は、貴金属粒子であり、その粒径は、前記第
   １の触媒体（２ａ）の方が前記第２の触媒体（２ｂ）よ
   りも小さいことを特徴とする請求項１ないし７のいずれ
   か１つに記載の触媒燃焼装置。
9. 【請求項９】 前記第２の触媒体（２ｂ）の出口側に、
   暖房用の熱媒体と、前記第２の触媒体（２ｂ）を通過し
   た後の燃焼ガスとを熱交換して、暖房用の熱媒体を加熱
   する熱交換器（３０、４０）を内蔵していることを特徴
   とする請求項１ないし８に記載の触媒燃焼装置。