JPS60207818A - 液体燃料燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、液体燃料気化装置と、少なくともアルミン酸
石灰と耐熱性基骨材よりなるハニカム成型体に触媒物質
を担持した触媒体とを主として構成した液体燃料燃焼装
置に関する。

従来例の構成とその問題点 液体燃料気化装置とこの気化装置により気化した燃料ガ
スを多数のスリットを通過させた後立炎燃焼させるバー
ナーとで構成した従来の液体燃料燃焼装置は、バーナー
での高温な立炎燃焼により、空気中の酸素と窒素とが反
応し、窒素酸化物が生成し、その排ガス中に含捷れる窒
素酸化物濃度が高くなるため問題であった。

窒素酸化物は、生体に対して有害物質であるため、近年
、環境問題においてはもちろん、家庭内の燃焼機器より
発生する窒素酸化物についても大きな問題となっている
。

発明の目的 本発明は、上記の欠点を解消するためなされだものであ
り、窒素酸化物の発生がなく、無炎燃焼が可能な液体燃
料燃焼装置を提供するものである。

発明の構成 本発明は、上記の目的を達成するため以下のように液体
燃料燃焼装置を構成することを特徴とする。すなわち、
少なくとも液体燃料気化装置と、発熱体を備え、少なく
ともアルミン酸石灰と酸化ケイ素（以下Ｓｉ○２とする
）より構成されるハニカム担体に触媒物質を担持した触
媒体とから構成される液体燃料燃焼装置である。そして
、液体燃料気化装置により気化した液体燃料が、その下
流に設置された触媒体で、無炎かつ低温で触媒燃焼する
ため、発生する窒素酸化物を著しく低減可能な燃焼装置
を得ることができる。

本発明で用いる触媒体の触媒担体は、主としてアルミン
酸石灰と３１０２より形成される。アルミン酸石灰は、
水硬性セメントであり、従来の触媒担体が、焼結処理に
よって形成されるのに対して、無焼結で触媒担体を得る
ことができる。また従来のコージライトに代表される焼
結型触媒担体は、比表面積が小さく、通常ｔｓｒｒＦ／
ｙ以下であり、この担体表面に比表面積の大きな物質、
例えばアルミナ等の被覆層を形成しても１ｏ〜１５ｍ２
／１である。一方、アルミン酸石灰を用いて形成した触
媒担体は、４０ｍ２／ｙの比表面積を有し、等量の触媒
物質を担持した場合、従来の触媒担体を用いた触媒体よ
りも寿命が長い。さらにアルミン酸石灰は、固体塩基触
媒能を有しているため、タール。

オイル、ミストなどの有機物質の浄化触媒としても働く
。

アルミナセメントの好ましい組成は石灰分１６〜４ｏ重
量％、特に３ｏ〜４０重量％、アルミナ３６〜８０重量
％、特に４０〜７０重量％、酸化鉄分０．３〜２０重量
％、特に２〜１０重量％である。アルミナセメントは、
石灰分が４０重重量板上になると、担体の機械的強度は
大きくなるが、耐熱性が悪くなると共Ｋ、重金属酸化物
と高温で反応し、たとえば６５０℃以上でマンガン酸化
物がＣａＭｎＯ３等を生成し、触媒の熱破壊を招く。−
万石灰分が少ないと耐熱性は向上するが、機械的強度が
低下すると共に、成形時の養生時間が長くなり、生産性
も悪くなる。アルミナ分が３６重量％以下になると、耐
熱性は低下する。

本発明の耐熱性基骨材は、触媒体の機械的強度を向上さ
せる。アルミン酸石灰のみを用いて触媒担体を形成した
場合、機械的強度が小さいのに対し、耐熱性基骨材を添
加することにより、この機械的強度が著しく向上する。

本発明の耐熱性基骨材は、シリカ、シリカアルミナ、ア
ルミナ、コージライト、マグネシア、ジルコニアより選
ばれる。

本発明で用いるアルミン酸石灰は、触媒担体全重量に対
して、２０〜７ｏ重量係が望まましく、また耐熱性基骨
材は、３Ｑ〜８０重量％が望ましい、アルミン酸石灰が
２０重量部以下では、結合力が弱く成形できない。１だ
耐熱性基骨材が３０重量以下では十分な機械的強度が得
られない。

本発明で用いる触媒体はハニカム成形体である。

多孔質成形体では、圧力損失が大きく、また燃料ガスの
チャンネリングなどにより、燃焼が不均一となり望まし
くない、一方ハニカム成形体ではこのような問題がない
。

本発明の触媒体の構成成分としてさらに望ましくは、酸
化チタンを用いるのがよい。酸化チタンは、耐熱性、耐
Ｓ○２　被毒性に優れ、壕だ、その上に担持された触媒
物質、例えば白金のンンクリング防止効果も有する。

本発明の触媒体は、発熱体を備える。本発明の発熱体と
しては種々のものを用いることができ必ずしも１つに限
定されない、例えば、ニクロムヒータ、シーズヒーター
、ＰＴＣサーミスタなどがあり、またその設置方法も、
触媒体に接して用いる方法と、触媒体内に埋設する方法
がある。

本発明の触媒体に用いる触媒物質は、少なくともロジウ
ム、パラジウム、ルテニウムよりなる群より選ばれる金
属と白金より構成される。

白金は、良好な炭化水素、−酸化炭素浄化能を有し、耐
被毒性能も良好であるが、耐熱性がなく、約６ｏ○℃か
らでシンタリングが起こりやすくなり、浄化性能を劣化
させる。この白金に他の白金族金属を合わせて用いるこ
とにより耐熱性は向上する。特にパラジウムが望ましい
。

本発明に用いる液体燃料気化装置は、その気化方法が、
ポット式、射出霧化式、超音波式、ロータリ一式、吸い
上げ体加熱式のいづれをも用いることができるが、特に
吸い上げ体加熱式が望ましい。

吸い上げ体加熱式液体燃料気化装置は次の様に構成され
る。すなわち発熱体を備えた液体燃料吸い上は体と、燃
焼用空気供給口、液体燃料供給口。

液体燃料貯蓄槽、気化室より構成される。上記の液体燃
料気化装置は、他の気化方法を用いた気化装置に用いら
れる複雑な制御機構を用いずに、容易に液体燃料の気化
量を可変可能である。これは、液体燃料吸い上げ体中に
付設した発熱体からの熱が、直接液体燃料の気化−に効
率よく用いられるためであり、この発熱体の温度を制御
することによゆ、液体燃料の気化量は、非常に幅広く、
捷だ容易に可変できる。

また、この吸い上げ体加熱式気化装置と、発熱体を備え
た触媒体とを同時に用いることにより、非常に広範囲な
空気−燃料混合比で、液体燃料を燃料させることができ
る。

本発明の燃焼装置では、まず付設した発熱体により、触
媒体を活性な温度まで昇温する。ここにおいて、本発明
のアルミン酸石灰を用いた触媒体は活性化される温度が
低く、はｌ’ｆ２００℃以上で活性化し、燃料ガスの触
媒燃焼が可能となる。これに前記した気化装置より気化
した液体燃料と空気との混合ガスが送られ、触媒燃焼を
行なう。従来の前述したバーナーでは、燃焼バランスの
崩れない空燃比範囲が非常に狭いのに対して、本発明の
燃焼装置は広範囲な、特に燃料の希薄な混合ガスでも燃
焼可能である。

まだ、気化装置は長期間の使用により、すべて内部にタ
ールを蓄積し気化能力が低下し、使用不能となるため、
一定期間の使用後は、これを内部に有する発熱体により
燃焼あるいは分解し、再使用可能としなければならない
。この再使用処理の時に発生するタールの分解ガスは悪
臭を放つため問題となっていたが、本発明の触媒体を用
いることにより、発生した分解ガスを触媒体で触媒燃焼
させることができるだめ、再使用処理の場合にも燃焼装
置より悪臭が発生しない。

さらＫ、燃焼装置の消火時にも、従来の燃焼装置では、
未燃焼の液体燃料ガスが少量バーナーより漏れ出て悪臭
を発生させるが、これについても上記と同様にして触媒
体を用いることにより解決できる。

実施例の説明 本発明を添付図面の一実施例に基づいて説明する。

第１図において、１は触媒体、２は発熱体、３は液体燃
料吸い上げ体内部に一設置された発熱体、４は液体燃料
吸い上げ体、６！′ｉ空気流入口、６は液体燃料流入口
、７は気化室、８は貯油槽、９は液体燃料と空気との混
合ガス流出口である。

液体燃料は、燃料タンク１０より液体燃料流入口６を通
して貯油槽８に送られる。同様に燃焼用空気も、燃焼用
空気供給機１１により、燃焼用空気供給口６を通して液
体燃料気化装置Ａに送られる。

上記構成において、作動スイッチ（図示せず）が入ると
発熱体２に通電され触媒体１が加熱される。触媒体１の
温度は温度センサー１２で検知シ、触媒体１の温度が２
００℃に達すると、液体燃料吸い上げ体４に内蔵された
発熱体３に通電される。

液体燃料の気化が始まり、気化室７にこの液体燃料気化
ガスが充満するようになった時、タイマーの働きによ怜
遅延されていた燃焼用空気供給機１１が作動開始する。

燃焼用空気供給機１１から送られる空気と、気化された
液体燃料は、気化室７で混合され、混合ガス流出口９か
ら触媒体の方に送られる。混合ガス流出口９より送られ
た燃料−空気混合ガスは、拡散板１３により拡散混合さ
れ、さらに整流用ネット１４によ−）て整流され、混合
室１４′に送られる。混合室１４′で十分に混合された
混合ガスは触媒体１に送られ、ここで触媒燃焼する。燃
料ガスの触媒燃焼が開始され、触媒体の温度が３０Ｑ℃
を超えると、発熱体２の通電が停止され、以後触媒燃焼
による発熱で燃料ガスの燃焼が継続される。

第１図の燃焼装置において、触媒体１の外周囲に設けら
れた外殻１５は、耐熱性ガラスで形成される。

燃料ガスが触媒体１により触媒燃焼する際、燃焼によっ
て発生するエネルギーは、燃焼熱に変換されるだけでな
く、触媒体からの熱輻射エネルギーとして放出される。

この輻射エネルギーは、遠赤外線として主に放出される
ため、暖房等に有効に利用するためには、本発明のよう
な耐熱性のガラスを外殻１５に用いることが望ましい。

触媒体１の斜視図を第２図に示した。

第１図において、拡散板１３と整流ネット１４を用いる
かわりに、本発明で用いる触媒体のハニカム担体を用い
ることも可能である。

本発明の触媒体に付設される発熱体は、種々の設置方法
をとることができる。第３図（、）に示すように発熱体
１６を触媒体１７に接して設置する方法、第３図（ｂ）
のように発熱体１８を触媒体に埋設する方法、第３図（
Ｃ）のように触媒体２１．２１’の間に発熱体２０を設
置する方法を用いることができる。ここにおいて、加熱
効率のよい第３図（ｂ）。

（Ｃ）の設置方法が望せしい。

本発明で用いる発熱体としては種々のものを用いること
ができるが、第４図（ａ）に示すニクロムヒータ２２あ
るいは第４図すに示すＰＴＣザーミスタ２４などがあり
、シーズヒーターなども用いることができる。

次に具体的実施例により、本発明をより詳しく説明する
。

本実施例で用いた燃焼装置を第６図に示した。

第５図において、２６は触媒体、２７は発熱体、２８は
液体燃料気化装置、２９は燃焼用空気供給機、３ｏは液
体燃料タンクである。

本実施例で用いた触媒体は、すべて厚さ１０＋ｍ＋。

直径１５０閣、セル壁厚０．３　＋＋ｍ　、セルピッチ
１．３圏の円板状ハニカム成形体を用いた。

本実施例で用いた液体燃料気化装置２８は、吸い上は体
加熱式気化装置である。また、発熱体２７は、ニクロム
ヒーターを用いた。

〔実施例１〕 アルミン酸石灰５０重量部と耐熱性基骨材プリカ５ｏ重
量部とを混合した後、水を加えよく練り合わせたものを
押し出し機により所定の・・ニカム状に成型し、養生硬
化させた後、１２０℃で乾燥し担体１を得た、この担体
１に塩化白金酸および塩化パラジウムを用いて、白金３
０１１ｐ、パラジウム１６１ｎ９を熱分解法により担持
し、触媒体１を得た。

なお、比較のために、同形状のコージライトおよびムラ
イトの焼結ハニカム成形体を調整し、アルミナをウォッ
シュコートした担体とした後、それぞれ白金３ｏｑ、パ
ラジウム１６ツを触媒体１と同様の方法により調整し、
ムライト触媒体（参考例１）、コルシライト触媒体（参
考例２）を得た。

上記３種の触媒体について、第６図に示す実験装置を用
いて、連続燃焼実験を行ない、その排ガス中に含寸れる
有害物質、窒素酸化物（以下ＮＯｘとする）と炭化水素
化合物（以下ＨＣとする）の測定を行なった。結果を第
１表に示す。なお、第１表中には、燃焼開始後３０分経
過した時の排ガス中有害成分濃度と６００時間経過後の
有害成分濃度を示した。

結果から明らかなように、燃焼初期においては、３種の
触媒体は、同等の良好な触媒能を示したが、５００時間
経過後は、ムライト触媒（参考例１）、コージライト触
媒（参考例２）のＨＣ濃度が増大し、劣化しているのに
対し、アルミ／酸石灰とＳ　ｒ　０２　を用いた本発明
の触媒体を用いたものは、余り劣化が見られなかった。

〔実施例２〕 実施例１で調整しだ担体１に、硝酸ロジウム、および塩
化白金酸を用いて、白金３Ｑ■、ロジウム１５キを担持
した触媒体２を調整した。

〔実施例３〕 実施例１で調整した担体１に、硝酸ルテニウムおよび塩
化白金酸を用いて、白金３０■、ルテニウム１６■を担
持した触媒体３を調整した。

さらに比較のだめに、実施例１で調整した担体１に、塩
化白金酸を用いて、白金４５■を担持した触媒体４（参
考例３）を調整した。

以上、触媒体１〜４について、実施例１と同様の連続燃
焼実験を行ない、燃焼開始から３０分および５００時間
経過後の排ガス中に含まれるＮＯｘおよびＨＣの濃度を
測定した結果を第２表に示したＯ 結果から明らかなように、白金を単独で用いた触媒より
も、他の白金族金属を同時に用いた触媒体の方が寿命が
長く優れていた。特に、白金とパラジウムを用いた触媒
体が最も優れていた。

〔実施例４〕 アルミン酸石灰４０重量％　、　ＳｉＯ２４０重量％。

ＴｌＯ２２０重量％用いて、実施例１と同様の方法によ
り調整したノ・ニカム担体に、塩化白金酸および塩化パ
ラジウムを用いて、白金３ｏη、パラジウム１５■を担
持した触媒体５を調整した。

触媒体５について、実施例１と同様の連続燃焼験を行な
い、排ガス中の有害成分濃度を測定した。結果を第２表
に示した。

以　下　余　白 第２表より明らかなように、酸化チタンを用いることに
より、触媒体の寿命が改善された。

さらに、第５図で示される燃焼装置において用いられて
いる触媒体を有する燃焼のかわりに、従来の立炎式バー
すを用いて燃焼実験を行なった。

（従来例１）結果を第３表に示す。

第３表 第３表より明らかなように、従来の燃焼方法に対して、
本発明の燃焼方法によれば、発生する窒素酸化物量を約
２０分の１にすることができる。

本発明の触媒体に用いる触媒物質としては、前記した白
金族金属に加えて、希土類金属酸化物および遷移金属酸
化物を用いることがさらに望ましい。

触媒物質としての白金族金属を担持するために用いられ
る試薬は、種々のものが考えられ、実施例中で示した試
薬に限定されるものではない。たとえば白金を担持する
ために用いうる試薬としては、テトラクロロ白金酸Ｈ２
ＰｔＣｌ４．ヘキサクロに白金酸Ｈ２ＰｔＣｌ６．白金
ジアミノシナイトライトＰｔ（ＮＨ３）２．（Ｎｏ２）
２などがあり、マタルテニウム、ロジウムについても塩
化ルテニウム、塩化ロジウムを用いることもできる。

本発明の実施例中で、触媒体は鉛直方向に設置して用い
たが、この設置方法も、これに限定されるものではなく
、傾斜を設けたり、あるいは水平に設置して用いてもよ
い。

〔実施例５〕 さらに、本発明のような、液体燃料ガスを触媒燃焼させ
るためには、１ず、燃焼開始前に、触媒体を加熱、昇温
させ、活性化しておく必要がある。

触媒体の加熱方法には種々の方法が考えられるが、本発
明では、触媒体に発熱体を設置して、この発熱体により
触媒体を加熱する。

本発明の触媒加熱方法と、他の方法とを比較するだめに
次の実験を行なった。

触媒体として、 実施例１で調整した本発明の触媒体１を用い、また第５
図に示した実験装置を用いて、以下の様な、触媒燃焼を
行なう前の３種の触媒加熱方法に関する燃焼実験を行な
った。

触媒加熱方法 １　本発明の発熱体にクロムヒーター）を用いた加熱方
法（実施例）。

２　第５図の実験装置において、発熱体２７を用いず、
触媒体２６と気化装置２８の間の触媒体２６の直前に設
置したパイロットバーナーを用い、このバーナー炎によ
る加熱方法（参考例４）０ ３　第５図実験装置において、発熱体２７を用いず、気
化装置２８で気化した燃料ガスを触媒体２６上で立炎燃
焼させ、その燃焼熱によシ触媒体を加熱する方法（参考
例５）。

なお上記参考例４，６での着火は、同時に設置したイグ
ナイタによって行なった。触媒加熱時の排ガス中に含１
れる窒素酸化物濃度を測定し、第４表にまとめた。

第４表 第４表より明らかなように、参考例４，５の触媒加熱方
法では、多量の窒素酸化物が排出され望１しくない。一
方、本発明によれば、触媒加熱時の窒素酸化物の排出を
無くすことができる。

〔実施例６〕 耐熱性基骨材として、シリカアルミナ、アルミナ、ジル
コニアを用いて、実施例１に示したと同様の方法により
触媒担体２，３．４を調整し、乾示した。

第５表より明らかなように耐熱性骨材を用いることによ
り、高温状態におかれた後も機械的強度の劣化が非常に
少なかった。また耐熱性基骨材としてコージライト、マ
グネシアを用いた場合も同様に良好な結果が得られた。

以　下　余　白　窺 禮 減 発明の効果 以上のように、不発゛明によれば、窒素酸化物の発生が
１１とんとなく、かつ炭化水素化合物量も少なく、無炎
燃焼が可能な液体燃料燃焼装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例にかかる液体燃料燃焼装置
の要部を断面した構成図、第２図は同触媒体の斜視図、
第３図６．ｂ、ｃは同触媒体に対する発熱体の設置例を
示す断面図、第４図ａ、ｂは同触媒体に使用した発熱体
の例を示す断面図、第６図は、本発明の他の一実施例に
かかる液体燃料燃焼装置の要部を断面した構成図である
。 １．２６・・・触媒体、２，２７・・・発熱体、Ａ。 ２８・　・・液体燃料気化装置。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも、液体燃料気化装置と、発熱体を備え
   た触媒体とから構成され、かつ、前記触媒体が、少なく
   ともアルミン酸石灰と耐熱性基骨材より構成される触媒
   担体と、少なくとも、ロジウム、パラジウム、ルテニウ
   ムよりなる群より選ばれる金属と白金より構成される触
   媒物質とより構成されることを特徴とする液体燃料燃焼
   装置。
2. （２）液体燃料気化装置が発熱体を備えた液体燃料吸い
   上げ体と、燃焼用空気供給口、液体燃料供給口、液体燃
   料貯蓄槽、気化室を備えてなることを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の液体燃料燃焼装置。
3. （３）耐熱性基ｔａが、プリ力、プリ力アルミナ。 アルミナ、コージライト、マグネシア、ジルコニアより
   選ばれることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   液体燃料燃焼装置。