JPS6029505A - 触媒式ヒ−タ - 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】 本発明は車両の車室の暖房、住居の暖房などのため流体
を加熱する触媒式ヒータに関する。

気体燃料および液体燃料を気化させてなる燃料（以下気
相燃料という）を酸化させて酸化熱を利用し、空気、水
などの被加熱流体を加熱するヒータは、従来より主に気
相燃料を空気中で着火する方式が用いられており次の欠
点がある。

イ）燃焼排ガス中に未燃焼カーボンが発生するとともに
ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘなど有害物質を生じやすい。

口）高温度を維持しないと連続燃焼できないため危険性
が高い。

また白金など酸化触媒を用いたヒータも存在するが発熱
量が小さいため自動車、住居などの室の＠ｍｍなどの大
熱量などを必要とする用途には不向きであった。

本発明の目的は、大熱量の発生に適すると共に燃焼排ガ
ス中の未燃焼カーボンの発生およびＣ０１ＨＣ，ＮＯＸ
など有害物質の発生を防止でき、且つ比較的低湿で連続
的に酸化反応を維持でき、安全性に優れた触媒式ヒータ
の提供にある。

本発明の触媒式ヒータは、空気の吸気口および燃料排ガ
スの排気口が設けられたヒータケースと、前記ヒータケ
ース内に設けられ、セラミック、耐熱性金属などの担体
に白金、パラジウムなどの酸化触媒を相持さＶたり、ペ
レット状の触媒により酸化触媒反応面を備え燃料を触媒
反応させるか、または発熱を伴なう還元反応を利用した
反応器と、送ＩＩＩ機、空気の対流機構など前記反応器
へ空気を供給する反応空気供給機構と、ヒータケース内
の反応器の風上に設けられ、前記反応器へ気相または液
体燃料を霧化した燃料（以下気相燃料という）を供給す
る燃料供給装置と、前記反応器内または反応器の風下に
設けられた熱交換器、および該熱交換器への被加熱流体
く空気、水など）の供給機構との組合せ、またはヒート
パイプなど反応熱を取出すための被加熱流体の熱交換機
構とから構成される。

本発明の触媒式ヒータは上記構成によりつぎの効果を秦
する。

ａ）燃料が触媒反応により酸化されるため、燃焼排ガス
中のカーボン、ＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘなど有害物質の発生
が防止できる。

ｂ）着火燃焼に較べ低温で酸化反応が持続できるため安
全性が高い。

Ｃ）反応器、燃料と空気の供給機構および熱を取り出す
熱交換器を備えるので連続して多醋の熱を発生させるこ
とができ、大熱量を必要とする用途に適する。

つぎに本発明を第１図に示す第１実施例に基づき説明す
る。

本実施例の触媒式ヒータは、空気を吸入する吸気口１Ａ
と燃焼排ガスを排出するための排気口１Ｂとを有するヒ
ータケース１と、該ケース１内に設けられた触媒反応器
２と、ケース１の吸気口１５− Ａがわに取付ＧＪられた送風機３ど、送風機３と反応器
２との中間に配置された燃料供給装置４と、前記反応ｊ
！Ａ２内に設けられた熱交換部５１および送Ｊ！Ｉ機９
Ｍ５６からなる反応熱と被加熱流体との熱交換機構５と
からなる。

ヒータケース１は、大径部１１Ａ１テーパ一部１１Ｂ、
小径部１１Ｇとからなる吸気筒１１、前記吸気筒の小径
部１１Ｃと同径の排気筒１３、吸気筒１１と排気筒１３
との間に設けられ、図示下面および図示上面に小通気孔
１５１おＪ：び１５３がたとえばマトリクス状に多数形
成され、前記排気筒１３と同径を有する反応器筒１５ど
からなり、これら８筒は直列的に締結さｂ円筒ダクト状
を呈する。吸気筒１１の前記吸気口１Ａがわ端には周辺
に前記吸気口１Ａを構成する吸気穴１７１が周設された
円板状の蓋板１７が締結され、テーパ一部１１Ｂには放
射状にスリット１８１および偏向板１８２が周設された
円板状の固定式渦流発生板１８が設けられている。

反応器２は、本実施例では第２図に示す如く、−６＝ 装着時にヒータケース１の軸方向となる多数の貫通した
断面四角形の軸方向通気穴２１が形成されると共に、該
軸方向通気穴２１と直交方向く第１図において上下方向
）に前記軸方向通気穴２１と独立して多数の断面四角形
の直交通気穴２２が設けられた立方または長方体状のハ
ニカム状またはマトリクス状を呈し、大きな正の温度抵
抗特性（ＰＴＣ特性）を有する磁器（ＰＴＣセラミック
）製のモノリス担体２３と、該担体２３の軸方向の両端
面に溶射などにより形成された導電層２４および２５と
、前記軸方向通気穴２１の内壁２１Ａに担持された白金
、パラジウム、その他の酸化触媒とからなる。この担体
２３は前記反応器筒１５内に設けられ、該担体２３の外
形に対応した穴が設けられたステイ１５５および１５７
に外周が気密に嵌着されて反応器筒１５内に取付けられ
ている。また導電層２４および２５には第１図に示す如
く導電線２７および２８が接続されている。

送風機３は、前記ヒータケースの蓋板１７の中心に設け
られたモータ取付穴１７２にモータハウジンク３１内が
わから差し込まれて、フランジ部３２がビス３４により
着板１７に固着されたモータ３３と、吸気筒１１内に突
出されたモータ３３の出力軸３Ｇに取付けられた軸流式
送風ファン３５とからなる。

燃料供給装置４は、液体燃料を霧化するための超音波振
動子４１と液体燃料供給機構４６とからなる。

超音波振動子４１は外周にフランジ部４２Ａが周設され
て円筒状の基体４２と、該基体４２を挾むよう基体４２
の両面に貼着された電極板４３と、一方の該電極板４３
の両面に積み重ねられた電気絶縁板４４と、一方の電気
絶縁板４４に貼着されたホーンである共振部４５とを直
列的に一体化して構成され、前記フランジ部４２Ａを吸
気筒１１の内周壁に溶接した通気穴１９Ａ付環板状フラ
ンジ１９にビス１９Ｂで締結して吸気筒１１内に同軸的
に装着されている。

液体燃料供給機構４６は、前記共振部４５の先端４５Δ
から軸心に沿って形成され、先端開口は前記渦流発生板
１８の中心に段（）られた小孔１８３に連通し、共振部
側力に開［１した側方開口を有する燃料通路４７と、先
端が該燃料通路４７の側方開口に密閉接合され、ヒータ
ケース１の外部へ突出された燃料パイプ４８と、図示し
ない燃料ポンプとからなる。

熱交換機構５は、前記触媒の担体２３に形成された前記
直交通気穴２２、反応器筒１５に形成された前記小通気
孔１５１および１５３とからなる熱交換部５１と、これ
ら小通気孔１５１および１５３を囲んで取付けられた送
風がわダクト５１および吹出がわダクト５８と、送風が
ねダクト５７から送風する送風機構５６とからなる。

前記送風機３のモータ３３、送風機５９のモータ５９Ａ
１超音波振動子４１の電極板４３、図示しない燃料ポン
プ、および担体２３へ通電は、電源６１、スイッチ６２
および超音波発振回路６３と、これらを接続するリード
線からなる電気回路６によりなされる。

スイッチ６２がＯＮされると、正の温度抵抗係数を有す
る担体２３は通電され、設定された触媒が活性となる温
度まで急速に加熱される。一方、送ｆｆ１ｌ１３のモー
タ３３も回転し、送風ファン３５により蓋板９− １７の吸気穴１７１がら空気をヒータケース１の吸気筒
１１内に吸い込む。吸入空気は超音波振動子４１を冷却
しつ゛つ、フランジ１９の通気穴１９Ａを通過し、吸気
筒１１内に設置された前記渦流発生板１８により旋回流
どなり、吸気筒の小径部１１Ｃ内で渦流となる。超音波
振動子４１は、スイッチ６２のＯＮにより超音波発振回
路６３を介して電極板４３に通電されることににす、図
示しない燃料ポンプから送り出された燃料を共振部４５
の先端にて微粒化（霧化）し、霧化された燃料は渦流発
生板１８により発生せしめられた旋回流によって均一に
混合され、気化されながら触媒反応器２に供給される。

空気燃料混合気は反応器２内で軸方向通気穴２１の壁面
の酸化融媒に接触され、反応温度に達すると燃料を比較
的低温にて酸化さ「、燃焼排ガスとなり、排気筒１３内
へ送り出される。スイッチ６２のＯＮと共に熱交１＊ｌ
ｌｌｌ５の送風機５９も駆動され、被加熱流体である空
気は送風がねダク１−５７、小通気孔１５１を介して触
媒担体２３の直交方向通気穴２２を通過し、小通１０− 気孔１５３から吹出がわダクト５８へ送風され、ダクト
５８から自動車の車室など暖房目的部に吹出される。こ
のにうに本実施例では超音波振動子４１にて液体燃料を
極めて微粒子に霧化しているため、燃焼の気化がスムー
ズでも触媒による反応を迅速に促進できる。また一端触
媒反応が生じた後は反応熱により触媒は活性化温度を維
持できるためｌ１体への通電は停止しても良く、また通
電する場合においても担体が大きなＰＴＣ特性を有する
ため消費電力が少なく、長時間にわたる暖房も可能とな
る。また、着火燃焼に比較し反応滉麿が低温であり、火
炎を出さないため、安全性にもすぐれる。

第３図および第４図は反応器２の第２および第３実施例
を示す。

第３図においては立方体状担体２３の軸方向通気穴２１
に多数のフィン２１１を設け、触媒の担持てきる表面積
の増大を計っており、また第４図では軸方向通気穴２１
を断面花びら形にし、多数の放熱フィン２１２を周設し
て触媒の担持できる表面積の増大を図っている。これに
より燃料空気混合気の反応面積が増大でき、反応速度が
増大できる。なお、これら表面積の増大手段は直交通気
穴に施されても良く、この場合は被加熱流体への熱の伝
達率が増大できる。

第５図は、本発明の超音波振動子の他の実施例を示づ側
面図であり、この超音波振動子４１は、超音波発振回路
６３から二叉状を早Ｊる二つの脚部４Ａおよび４８Ｂに
それぞれ逆方向に巻設された構成を有し、＝一般に磁歪
撮動子と呼ばれるものである。

コイル４９に通電することにより超音波振動子４１を振
ｖＪＩ！シめると共にホーン状の共振部４５により振動
を拡大し、燃料バイア４８から導入された燃料を霧化す
るものである。本実施例で示す如く磁歪振動子を用いて
も第１の実施例と同様な効果を得ることが可能となる。

第６図は反応器２の第４実施例を示す。

本実施例では円柱状のハニカム状またはマ］−リクス状
のセラミック製モノリス担体２３に軸方向通気穴２１と
直交通気穴２２とを設けている。

第７図は第１図に示した触媒式ヒータを利用した自動車
の暖房およびフロントガラスの解氷装置を示す。第１図
と同一符号は同一物を示す。１は自動車、７１はそのエ
ンジンルーム、７２は車室、７３はフ［１ントガラス、
１４は自動中の空気調和装置、７５はフロントガラスの
解氷装置、７６は排気管である。

触媒式ヒータはエンジンルーム７１内にヒータケース１
が略水平となり送ｆｆ１機３が前となるよう装着され、
熱交換機構５は空気調和装置１４に連結され、排気筒１
３は排気管７６とフロントガラスの解氷装置７５とに連
結されている。空気調和装置Ｆ？７４はベンチレーショ
ン吹出ロア４１、デフロスタ吹出口１４２、足元吹出口
１４３を備えたダクト７４５と、該ダクト７４５内に設
けられ、これら吹出口からの吹出モードを切変えるため
のダンパ７４６および１４１とを備える。フロントガラ
ス解氷装置７５は、前記排気筒１３と排気管７６との連
結部に設けたダンパ７１に１３− より排気筒と連結される入口１５１と、フロン１〜ガラ
ス７３の前部に燃焼排ガスが吹出す吹出ロア５２とを備
えた燃焼排ガス吹田管から構成される。これにより車室
１２の暖房と、フロントガラス７３の外面の氷結の解凍
および内面のくもりの防＋を効＜同時になされる。この
場合、フロン１−ガラス１３に吹出される高温の燃焼排
ガス中には、前述の如く未燃焼カーボンが吸込まれない
ためフロン１〜ガラス１３の汚れが防止でき、且つＣＯ
なと有害物も含まれないため車室に吸込まれても安全性
が高い。

第８図は本発明の触媒式ヒータの他の実施例を示ず。第
１図と同一符号は同一物を示す。本実施例では熱交換機
構において送ｆｆ１機を廃止した構成を有する。

８はヒータケースであり、吸気外筒８１、温風排出筒８
２からなる外筒８Ａと、前部に通気穴８３が周設され、
中間内部に渦流発生板１８が取付けられたテーパ一部８
４１および小径部８４２とを有する吸気内筒８４、外周
に多数の放熱フィン８６が周設された１４− 排気内筒８７、および吸気内筒８４と排気内筒８７との
間に介在されたケース８５を直列的に締結してな１内筒
８Ｂとからなり外筒８Ａ内に内筒８Ｂを同軸的に固定し
て槙成される。本実施例では送風機３による送風は一部
が通気穴８３から内筒と外筒との隙間８８に供給されて
被加熱流体となり、他部は渦流発生板１８を介して反応
器９へ供給され反応空気とされる。隙間８８に供給され
た空気は放熱フィン８６で熱交換され、外筒に取付けら
れた温気ダクト８９から車室などへ供給される。また内
筒へ供給された燃料と混合された反応器９にて酸化され
る。

本実施例においては送風機が１つで反応空気と被加熱流
体となる空気とを供給でき、装置のコンパクト化に有効
である。

第９図、第１０図は触媒反応器の第５、第６の実施例を
示す断面図である。

第９図に示す触媒反応器９は、円柱型の７１〜リクス構
造を有した担体９１と、その上流面および下流面に溶射
して形成した電極層９２および電極層９３とからなる。

担体９１の材質はアルミナ、ムライト、コープイライト
、ジルコニアなどのセラミック焼結体からなり、軸方向
の多数の穴１０３の壁面には白金、パラジウムの負金属
やその酸化物コバルト、銅、クロム、マンガン酸化物な
どの酸化触媒が担持されている。隔壁１０２により区画
された穴１０３は中間壁１０４ど路壁１０５のどちらか
一方により分割され、中間壁１０４を有した開空部１０
６と路壁１０５を有した聞空部１０７は互いにとなり合
わせになっている。中間壁１０４の上流の隔壁１０２に
は、路壁１０５を有した開空部１０７と連通するよう穴
１０８が設けられており、一方、路壁１０５を有した開
空部１０７の上流の隔壁１０２においても中間壁１０４
の下流の開空部１０９と連通するよう穴１１０が設けら
れている。上流から開空部１０６へ流入した混合気は、
隔壁１０２に付着すると共に、穴１０８を通過し、開空
部１０７へ流入し、穴１１０を通過し冊空部１０９から
下流へ流出する。一方、開空部１０７へ流入した混合気
も、隔壁１０２に付着しながら、穴１１０を通過し、間
空部１０９から下流へ流出される。穴１０３の壁面に吸
着された燃料は、電極層９２と電極層９３に通電され、
反応温度にまで昇温された触媒上で酸化する。本実施例
は触媒の面積を有効に使用することができるため、燃料
をすばやく均一に反応させることができる。

第１０図は、触媒の第６の実施例を示すもので、前方開
口空間１１１と後方開口空間１１２を相互に設けた触媒
担体９５に両開口空間１１１．１１２が連通するよう開
口穴１１３．１１４．１１５を上流、中流、下流の３段
階に設けたことを特徴とするものである。

前方開口１１６から流入した混合気は、隔壁１１７に付
着しつつ、開口穴１１３．１１４．１１５のいずれかを
通り、後方開口空間１１２へ流入し、後方開口１１８か
ら流出される。本実施例においても第１０図の実施例と
同様な効果が期待できる。

なお、触媒の担体は、ハニカムまたはマトリクス以外の
たとえば粒状、棒状、綿状構造でもよく、−に流と下流
の間を連通し、かつ、混合気と接触す１７− る面積を上流面Ｊ：り大きくなるような構造であればど
んな構造でもよい。また燃料供給機構は、気体燃料を供
給しても良く、反応熱取出し機構は液体その他に流体に
より反応熱を取出す構造であっても良い。さらには空気
供給機構は、ヒータケースを立て、空気の対流を利用し
たものでも良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の触媒式ヒータの第１実施例を示す断面
図、第２図は触媒反応器の第１実施例の斜視図、第３図
は触媒反応器の第２実施例の斜視図、第４図は触媒反応
器の第３実施例の斜視図、第５図は燃料供給装置の他の
実施例の正面図、第６図は触媒反応器の第４実施例の断
面図、第７図は本発明の触媒式ヒータを用いた自動車用
暖房装置および解氷装置の断面図、第８図は本発明の第
２実施例を示す断面図、第９図は触媒反応器の第５実施
例の斜視図、第１０図は触媒反応器の第６実施例の斜視
図である。 図中　１・・・ヒータケース　２・・・触媒反応器１８
− ３・・・送風機　４・・・燃料供給装置　５・・・熱交
換機構−１９− 手続補正書 １．事イ′［の表示　昭和５８年特許願第１３８４６２
号２、発明の名称 触！Ａ１式ヒータ ３、補正をする習 事１′１どの関係　特許出願人 住　所　愛知県刈谷市昭和町１丁目１１地氏　名　＜　
４２６）日本？！装株式会社代表当　戸　１）憲　菖 ４、代理人〒４６５電話０５２−７７３−２４４９６、
補正の対９　明ｌｌｌ１書の特許請求の範囲および発明
の詳細な説明の欄 別　紙 １、特許請求の範囲を以下の文章とする。 １）吸気口および排気口を備えたヒータケースと、該ヒ
ータケース内に設けられ、燃料を触媒反応させる反応器
と、前記反応器へ気相または霧相燃料を供給する燃料供
給装置と、前記反応器へ空気を供給する空気供給機構と
、前記反応器で発生した反応熱と被加熱流体との熱交ｌ
ｌＡｌ１ｌ構とからなる触媒式ヒータ。 ２）反応器は一定方向の多数の通気穴が設けられたハニ
カム状またはマトリクス状のセラミック製担体に酸化触
媒を担持させてなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の触媒式ヒータ。 ３）担体は正の温度抵抗係数を有する導電性レラミック
製であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
触媒式ヒータ。 ４）燃料供給装置は、液体燃料を霧化する超音−１＝ 波振動子と、該振動子へ液体燃料を供給づ−る液体燃料
供給機構とからなることを特徴とする特許請求の範囲第
１項記載の触媒式ヒータ。 ５）空気供給機構は、気相または霧相燃料を反応器方向
に流動させる送風ファンであることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の触媒式ヒータ。 ０）反応熱の熱交換ｍ構は、反応器の下流に設けられた
１ノ１気筒の外周に形成された放熱フィンと、該排気筒
外周に設けられた外筒と、前記排気筒と外筒との隙間へ
の被加熱流体供給機構どからなることを特徴とする特許
請求の範囲第１項記載の触媒式ヒータ。 ７）反応熱の熱交換機ｌＩ４は、前記ハニカム状または
マトリクス状のセラミック焼結体に前記通気穴と独立し
て直交方向に設けられた多数の通気穴と、該通気穴への
被加熱流体供給機構とからなることを特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の触媒式ヒータ。 ２、発明の詳細な説明の欄 第１８ページ第３行目 「反応熱取出し機構」を 「反応熱の熱交換機構」とする。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）吸気口および排気口を備えたヒータケースと、該ヒ
   ータケース内に設けられ、燃料を触媒反応させる反応器
   と、前記反応器へ気相または霧相燃料を供給する燃料供
   給装置と、前記反応器へ空気を供給する空気供給機構と
   、前記反応器で発生した反応熱と被加熱流体との熱交換
   機構とからなる触媒式ヒータ。 ２）反応器は一定方向の多数の通気穴が設けられたハニ
   カム状またはマトリクス状のセラミック製担体に酸化触
   媒を担持させてなることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の触媒式ヒータ。 ３）担体は正の温度抵抗係数を有する導電性セラミック
   製であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   触媒式ヒータ。 ４）燃料供給装置は、液体燃料を霧化する超音波振動子
   と、該振動子へ液体燃料を供給する液体燃料供給ＩＩＩ
   ｍとからなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の触媒式ヒータ。 ５）空気供給機構は、気相または霧相燃判を反応器方向
   に流動させる送風ファンであることを特徴とする特許゛
   請求の範囲第１項記載の触媒式ヒータ。 ６）反応熱の取出し機構は、反応器の下流に設けられた
   排気筒の外周に形成された放熱フィンと、該排気筒外周
   に設Ｕられた外筒と、前記排気筒と外筒との隙間への被
   加熱流体供給機構とからなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の触媒式ヒータ。 ７）反応熱の取出し機構は、前記ハニカム状またはマト
   リクス状のセラミック焼結体に前記通気穴と独立し−Ｃ
   直交方向に設けられた多数の通気穴と、該通気穴への被
   加熱流体供給機構とからなることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の触媒式ヒータ。