JPS6131778B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はガス燃料または気化させた液体燃料を
燃焼させ、その熱排気ガスを室内に放出して暖房
を行う暖房器に関し、暖房効率を上げるために暖
房器前面下部より、クリーンな熱排気ガスと赤外
輻射線を豊富に放出することを目的とするもので
ある。

従来この種の室内に熱排気ガスが放出する温風
器の燃焼法はガス燃料あるいは石油燃料を問わ
ず、全て炎を形成させて燃焼させる形態を採つて
いた。

この種の温風器はポータブル石油ストーブと同
じく、燃焼排気ガスは全て室内に排出されるの
で、熱的には100％暖房のために利用されている
が、欠点としては炎で燃焼させているため、窒素
酸化物が室内に放出される。

また消火時に臭気が放出されたり、室内の酸素
が不足した場合には不完全燃焼によるCOが排出
されるものであつた。

本発明による触媒燃焼暖房器はこれらの欠点の
大部分を取り除くことのできる燃焼器で、定常燃
焼時には炎を形成していないため、NOの排出は
ほとんど無く、またCOおよび臭気の排出もほと
んどなく、さらに触媒燃焼形態の特徴を生かした
赤熱触媒体からの輻射熱を室内に放散されるの
で、輻射、対流両面からの暖房が可能である。

以下本発明の一実施例を添付図面とともに説明
する。

第１図において、アルミニウムのダイカストで
作られている縦型の円筒形の燃焼筒１の下端に
は、耐熱性無機質からなり、小孔２を多数穿つた
触媒担体の表面に酸化触媒を担持させて形成した
触媒体３を設置し、その裏側には赤熱した触媒体
３から逆火することを防止するため、触媒を担持
させていない耐熱性無機質でできている逆火防止
板４が置かれている。逆火防止板４には触媒体３
の小孔２よりさらに小さな微小孔５が開いてお
り、微小孔５から通過する燃料気流の流速はその
燃料の燃焼速度より大きくしてある。さらに逆火
防止板４の裏には燃料と空気の混合を良くするた
め複数枚のパンチングメタルからできている拡散
板６が置かれている。燃焼筒１の上部は液体燃料
をその表面において気化させるための気化面７が
あり、さらに気化面７の周囲には燃焼初期に気化
面７を加熱させるためのシーズヒータ８がアルミ
ダイカストの中に埋め込まれている。以上述べた
ものが一体となり、触媒燃焼バーナの主要部が形
成されている。燃焼筒１の最上部には燃焼空気を
送り込むための入口である燃焼空気導入口９が開
けられている。燃焼筒１の上方には燃焼空気を送
り込み、かつ液体燃料を微粒子にするためのモー
タ１０があり、主軸が縦方向になるよう設置され
ている。モータ１０の下方に延びている主軸の下
端は燃焼筒１の最上部に開けられた燃焼空気導入
口９に突入しており、その先端は液体燃料を気化
面７に向け微粒子にして吹き当てるために液体燃
料霧化板１２、さらに霧化された液体燃料を軸方
向に広く拡散させるための燃料拡散板１３を接続
させている。液体燃料霧化板１２と主軸１１との
間には円錐台形コーン１４を置き、液体燃料をス
ムーズに液体燃料霧化板１２に導く役割を果たし
ている。主軸１１の中央部には主軸１１に直接接
続されたターボフアン１５があり、ターボフアン
１５は複数段、図では２段に設けており、各ター
ボフアン１５の吐出側にはバーナケース１６に固
定されたガイド羽根１７を設けている。ターボフ
アン１５とガイド羽根１７の組合せによつて起風
室を構成しており、その組合せ段数を増すことに
より静圧を大きくすることができる。バーナケー
ス１６の下部には希釈空気入口１９があり、ここ
を通過した空気は燃焼筒１の外壁の熱を吸収しな
がら希釈室２０で熱排気ガスと混合希釈され、温
風吹出し口２１より室内に放出されるようになつ
ている。またバーナケース１６の胴壁には空気取
入口２２が設けられている。供給される液体燃料
は暖房器下部にある電磁ポンプ２３より、オイル
タンク（図示せず）中の液体燃料を送り出し、液
体燃料パイプ２４を通つてコーン１４の表面上に
到達するようになつている。触媒体１と逆火防止
板４との間には点火のための電極２５が燃焼筒１
壁に取り付けられている。また触媒体１下部には
間隙を開けて反射ミラー２６が燃焼筒１軸方向と
45゜角に設置されている。これら全体をさらに覆
うように外装体２７があり、外装体２７の内側に
は断熱空隙２８が設けられ、外装体２７の一部に
は外気取入口２９，３０があり、最下端には設置
台３１と接続され一体となつている。

なお、上記触媒体３の触媒担体を形成する耐熱
性無機質としては、ムライト、αアルミナ、コー
デイエライト、ムライト−ジルコン、ムライト−
αアルミナ、炭化硅素および窒化硅素の少なくと
も一種類を使用した。また、酸化触媒としては
Pt、Pd、Rh、RuおよびIr等の白金族金属のうち
少なくとも１種類以上組み合せたもの、または
Co、Ni、Fe、Mn、Cu、CrおよびZn等の遷移金
属の酸化物のうち少なくとも１種類以上組み合せ
たもの、あるいは白金族金属と遷移金属酸化物を
組み合せたものを用いた。

次に上記構成におけるその作用を説明する。先
ず燃焼筒１の内部に埋め込まれているシーズヒー
タ８に電流が流れ、燃焼筒１自身が加熱される。
燃焼筒１の気化面７における温度が250〜300℃に
なるとモータ１０が回転し始め、数秒遅れて液体
燃料を送入するための電磁ポンプ２３が動き、液
体燃料パイプ２４を通り、モータ１０と連なつて
いる主軸１１の先端に位置している円錐台形のコ
ーン１４の側壁に噴出される。噴出された液体燃
料は回転しているコーン１４の側壁に添つて流
れ、液体燃料霧化板１２に移り、遠心力により液
体燃料霧化板１２の縁から微粒子となつて気化面
７に吹き飛ばされる。吹き飛んでいる微粒子は途
中で燃料拡散板１３により軸方向にさらに広く拡
散され、また粒子自体さらに細かく分割させられ
る。液体燃料の微粒子は加熱された気化面７に当
り、その箇所で気化される。一方モータ１０の回
転により主軸１１と連結されているターボフアン
１５が風圧を起生すると、燃焼用空気が外気取入
口２９，３０→断熱空隙２８→空気取入口２２→
モータケース１６内→起風室１８を通り二つに分
流し、一方は燃焼空気導入口９を通り、燃焼筒１
内に入り気化面７によつて蒸発させられた液体燃
料気体とともに拡散板６及び逆火防止板４を通過
し、触媒体３表面において酸化発熱を起こさせ
る。また他方の空気は希釈用空気として希釈用空
気入口１９より燃焼筒１の外側を通り、希釈室２
０に入り、燃焼排気ガスと混合され、温風吹出し
口２１より室内に排出される。

点火時には触媒体３の裏側にある電極２５がス
パークし、逆火防止板４に開けた微小孔５におい
て小さな炎を形成し、触媒体３を加熱する。触媒
体３の温度が活性温度に上がつた後、燃料及び燃
焼空気を増加させ、触媒体３上において触媒燃焼
させる。逆火することのない安定した触媒燃焼を
継続させる条件としては燃料気流を燃焼速度以上
に上げるか、空気過剰にして炎燃焼以外の範囲に
することが必要である。定常燃焼時には触媒体３
の温度は約800℃より1400℃間の温度に保たれ、
赤熱した状態となり、その表面から放出される赤
外熱線は下部の反射ミラー２６に反射され、温風
吹出し口２１から室内に放射される。

触媒体３の骨格である耐熱性無機質は触媒担体
としての役割を有し、その組成はそれぞれの燃焼
設定温度により各種のものが考えられるが、特に
セラミツク質中でも比較的低温の場合はコーデイ
エライト（2MgO・5SiO₂・2Al₂O₃）、高温の場合
はムライト−ジルコン（3Al₂O₃・2SiO₂−
SiO₂ZrO₂）、炭化硅素（SiC）、および窒化硅素
（Si₃N₄）などが良い性能を示した。

担持させる酸化触媒は最も良いのが白金族金属
で、特にPt、Pdが最も良い。NiあるいはCoの酸
化金属触媒も900℃以上の温度にする場合にはか
なり優秀な性能を示すがAl₂O₃系統の担体を用い
ると高温によりある種のスピネルを形成し、触媒
性能をかなり劣化させてしまう恐れがあるので注
意を要する。

次に触媒体３についての具体例を次に示す。

触媒担体材料：炭化硅素（SiC） 空隙率：約30％ 形状：80φ×40（セル孔1.5mm角、セル厚1.0） 上記炭化硅素担体に酸化ジルコニウム微粒子を
担持させるために次の混合液を作成する。硝酸ジ
リコニウムとイオン交換水を重量比１：20の割合
で充分撹拌混合させ、この中に10％アルミナゾル
を先述の硝酸ジリコニウム溶液の中に小量ずつ撹
拌しながら10重量％程度加えたものの中に上記炭
化硅素担体を浸し、温風中で乾燥させる工程を３
〜４回繰り返した後、500℃空気中で３時間焼成
する。このものを再度冷却した後、塩化白金酸水
溶液の中に充分浸漬させ、温風中で乾燥させる。
この工程を２〜３回繰り返し、担持量は白金重量
で担体１箇当り0.1ｇ〜0.3ｇとなるように溶液濃
度や繰り返し浸漬回数を調節する。さらにこれを
600℃空気中で２時間焼成したものを使用した。

本例では灯油など液体燃料を用いた例を示した
が、都市ガスやプロパンなどガス燃料を用いても
原理的には同じで、その場合には当然ながら液体
燃料を蒸発させる機構を必要としないので構造的
には非常に簡単なものとなる。

触媒燃焼器を運転することにより約800kcal〜
3500kcal/hの出力を得ることができた。その時の
触媒体３の温度は800kcal/hの時には約700℃、
3500kcal/hの時には約1300℃にも達する。

この時のCOはほとんど零である。またNOも
1000℃以下はほとんど零であり、1300℃において
も3ppmと炎燃焼に比較すると圧倒的に少ない。

第２図は密閉した室（６畳和室）において従来
の炎で燃焼させるタイプの石油温風暖房器（約
3000kcal/h）………図面上ではａ、ポータブル石
油ストーブ（約2000kcal/h）………図面上では
ｂ、本実施例による触媒燃焼暖房器（約3000kca
ｌ／ｈ）………図面上ではｃ、を連続燃焼させ、そ
の時の室内のNOx濃度を測定したものである。

第２図からも分るように本実施例による触媒燃
焼暖房器の場合40分経過した場合NOx濃度が
0.05ppmであるのに対し、従来スタイルの温風機
の場合6.8ppm、ポータブル石油ストーブの場合
0.45ppmと圧倒的な差となつて表われる。特に最
近NOxの環境問題が注目され、環境基準が
0.04ppmに設定されており、家庭用室内排気型の
バーナとして今後大いに期待される。

また本実施例では温風吹出し口２１を外装体２
１の下部に位置させているため、室内暖房機とし
て足元を温める快適なものとなる。

本発明の触媒燃焼暖房器による効果を次に説明
する。

(i) 通常の燃焼のように炎を出さずに燃焼を行な
うことができるので燃焼室を極端に小さくする
ことができ、コンパクトな機器の設計が可能と
なる（厳密な意味では多少気相反応があるので
若干の空間は必要−例えば2CO＋O₂→2CO₂）。

(ii) 炎燃焼のような高温にならないのでNOxの
発生は著るしく押れられ、ほとんどNOxの発
生が問題とならない。

(iii) 燃料と燃焼空気との混合比が非常に巾広くと
れる。従つて空気量を変えることなく燃料の量
を調節するだけで燃焼カロリーを変化させるこ
とができる。

(iv) 通常炎を形成して燃焼させる燃焼器を消火さ
せた場合には燃焼上の各バランスが急速に崩れ
るため未燃の炭化水素、一酸化炭素および臭気
が排出される。特に灯油や軽油など液体燃料を
用いる場合は著しく、本現象は程度の差はあれ
さけがたいものであつたが、本発明による触媒
燃焼暖房器の場合燃料の如可を問わず、消火す
る場合に於てもほとんど放出されない。すなわ
ち燃料の供給を止めても触媒体はある程度の熱
容量を有しているため、こららの成分は触媒上
において完全に酸化されるのである。

(v) 下部から温風及び赤外輻射線が放出されるた
め快適な暖房効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による触媒燃焼暖房
器の断面図、第２図は密閉した室において各種の
燃焼器を燃焼させた場合の室内におけるNOx量
を示す特性図である。 ３……触媒体、２０……温風吹出し口、２６…
…反射ミラー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外装体内に耐熱性無機質よりなる触媒担体に
   酸化触媒を担持させて形成した触媒体と温風吹出
   用のフアンを設け、この触媒体下に反射ミラーを
   設け、この反射ミラーの前方に対応する外装体部
   分に温風吹出し口を設け、上記触媒体を通つた熱
   排気ガス及び触媒体からの輻射熱を温風吹出し口
   から外装体外に放出させる触媒燃焼暖房器。 ２ 耐熱性無機質としてムライト、αアルミナ、
   コーデイエラクト、ムライト−ジルコン、ムライ
   ト−αアルミナ、炭化硅素および窒化硅素の少な
   くとも一種類を使用した特許請求の範囲第１項に
   記載の触媒燃焼暖房器。 ３ 酸化触媒としてはPt、Pd、Ph、RuおよびIn
   等の白金族金属のうち少なくとも１種類以上組み
   合せたもの、またはCo、Ni、Fe、Mn、Cu、Cn
   およびZn等の遷移金属の酸化物のうち少なくと
   も１種類以上組み合せたもの、あるいは白金族金
   属と遷移金属酸化物を組み合せたものを用いた特
   許請求の範囲第１項に記載の触媒燃焼暖房器。