JPS62252812A - 触媒燃焼器 - 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 本発明は暖房、加熱、乾燥等に利用される触媒燃焼器に
関するものである。

従来の技術 触媒燃焼法は、窒素酸化物（Ｎｏｘ）ならびに−酸化炭
素（ＣＯ）排出量が著しく少ない、広いＡｌ１（空気と
燃料の比率）で安定燃焼する。広範囲に燃焼量調節が可
能などの長所を備えた燃焼方式である。この触媒燃焼法
において触媒を中心とした燃料、空気、排ガスの流路構
成方式には次の三方式が知られている。

（ム）　燃料と空気を混合した混合気を燃焼部の一方か
ら供給し、他方へ排ガスを排出する方式（例えば、特開
昭６０−１７５９１９号公報）。

（Ｂ）　　通気性の触媒層の外面を外部に開放し、触媒
層の内部から燃料を、外部から空気を供給し、触媒層か
ら外部に排ガスを排出する方式（例えば、特開昭６０−
４２５０５号公報）。

上記（ム）　、　（Ｂ）両方式における問題点を述べる
。（ム）方式においては、燃焼部の上流側に混合室を備
えるため、燃焼中に混合室の混合気に逆火しやすい欠点
があシ、種々の逆火防止法も逆火を完全に防止するに至
っていない。（Ｂ）方式においては、通気性の触媒層が
外部に暴露されるため、外部の風の影響で燃焼に変動を
受は易い欠点がある。さらに、燃焼量によって触媒層へ
供給される空気量に逆傾向の影響が生じ、燃焼量調節範
囲はおのずから狭い範囲に限定される欠点も避けられな
かった。

（Ａ）　、　（Ｂ）いづれの方式においても触媒がその
機能を寿命的に劣化した場合などに発生する不完全燃焼
を防止または不完全燃焼時に安全制御に必要な検知方法
がなかった。

上記の不完全燃焼の原因は触媒の劣化の他に供給空気の
酸素濃度の低下、ム／Ｆの変化などがあシ、それらの原
因は単独あるいは複合して発生することも不可避である
。その上、温度調節など燃焼器自体の燃焼量変化が重な
る条件下において、不完全燃焼の危険を確実に避は得る
安全制御は実用上不可能とされていた。

また、触媒燃焼自体はＮＯｘ生成量が少ない燃焼方法と
して知られているが、他の発生源からもたらされるＮＯ
ｘについては、これを減少する機能を持たなかった。

発明が解決しようとする問題点 本発明は従来困難であった逆火現象を未然に防止し、か
つ他の発生源からもたらされるＮＯｘを減少浄化する機
能を有し、さらに触媒能劣化時の不完全燃焼をはじめ、
その他の原因あるいは複数の原因が複合して生ずる不完
全燃焼をも含めて、安全状態に制御し得る触媒燃焼器を
提供しようとするものである。

問題点を解決するだめの手段 上記の問題点を解決する本発明の技術的手段は、逆火防
止については燃焼部の上流側に燃料と空気が燃焼しゃす
いム／Ｆで混合することを避け、燃料を燃焼部の一方か
ら供給し、空気を予め燃料と混合することなく直接燃焼
部に多点に分散して供給することにより行なう。

他の発生源からもたらされるＮＯｘの浄化については、
燃焼部に対する燃料と空気供給を上記のように構成する
ことにより、燃焼部に還元雰囲気中で触媒を機能せしめ
る部分を構成し、この部分においてＮＯｘを窒素に還元
せしめることにより行なう。すなわち燃焼部下部では空
気が分散供給されて非常に酸素が少ない状態であるので
還元性雰囲気となり、そこに触媒が存在し高温であるの
でＮＯｘを分解することができる。

不完全燃焼に対する安全制御については燃焼部の上流点
と下流点にそれぞれ温度検知器を設置し、前記二点間の
温度差を検知し、この温度差を設定値を限度として制御
することにより行ない、いづれも従来の問題点を解決し
たものである。

作用 上記手段の作用について下記に説明する。まず、逆火防
止については燃焼部の上流側に逆火を生ずるようなム／
Ｆの空燃混合状態を作らないので、当然、逆火現象を未
然に防止し得る。次に、他の発生源からもたらされるＮ
Ｏｘについては還元雰囲気における触媒の還元機能によ
りＮＯｘを窒素に還元せしめる。

次に、安全制御については下記に述べる。

（１）　　点火直前の予熱時においては、上流点温度検
知器が予め設定された温度を越えることにょシ、予熱が
完了したことを検知した上で点火のシーケンスに進める
ことにょシ、予熱不十分にょる不完全燃焼を防止し、安
全状態を維持することができる。

（２）点火時においては、上流点温度検知器が予め設定
された上記（１）の設定温度より高い温度を越えること
により、点火を検知することができる。

定められた時間以内に点火検知できない時は、強制的に
燃料の供給を停止し、安全状態にもどす。

（３）吹き飛びが生じた場合は、上流点温度検知器が、
燃焼中のシーケンスにも関わらず異常低温を示すことに
より検知でき、強制的に燃料供給を停止して安全状態に
もどす。

（４）　　正常燃焼時は上流点温度検知器が上流点温度
検知器よシ高い温度を検知するが、機器に供給される空
気に酸素濃度低下が生じた場合、Ａ／Ｆが変化した場合
ならびに触媒能が劣化した場合あるいは前記の各状況が
複合して生じた場合などの原因により、実際の燃焼状況
が不完全撚に近づいた場合は、上流点温度検知器と上流
点温度検知器が検知する温度の差が縮小し、極端にはマ
イナスの差を示すようになる。その温度差が定められた
範囲を外れることにより、強制的に燃料供給を停止し、
安全状態にもどす。

実施例 第１図、第２図の実施例について以下に説明する。

１は高シリカガラスからなる燃焼管、２は燃焼管１の内
側にスパイラルに構成したヒーター、３はヒーター２と
ともに燃焼管１の内側に構成した触媒体で、シリカ、ア
ルミナなどの担体に白金。

パラジュウムなどの触媒を担持させてなる。４は空気供
給管で送風機６に連通ずるとともに触媒体３に対向する
面に多数の空気孔６を備え、一部に燃料供給部７に向か
う空気孔８を備える。９は燃料供給管で燃料タンク１ｏ
の燃料を燃料ポンプ１１により燃料供給部７に供給する
。１２は触媒体３がのぞむ燃焼部、１３は燃焼部１２に
連通ずる排出路、１４は排出口、１６は本体、１６は反
射板である。なお、１７は温度差検知器で熱電対からな
る上流点温度検知器と上流点温度検知器から構成されて
おシ、１７２Ｌは上流点温度検知位置を示し、１７ｂは
下流点温度検知位置を示す。

１８は空気吸込口である。

次に、この実施例の動作状況について説明する。

この実施例の動作にあたっては、まず、ヒーター２に通
電し、触媒体３を活性化温度（約３６０°Ｃ以上）に予
熱する。次に、送風機６と燃料ポンプ１１を駆動し、空
気と燃料を送る。燃料供給部Ｔに送られた燃料はヒータ
ー２で予熱された燃焼管１と、空気供給管４の内部で予
熱された空気で昇温気化され、空気とともに燃焼部１２
にはいり、触媒体３０表面で燃焼する。燃焼開始後暫時
の後触媒体３を赤熱せしめるに至る。ヒーター２はこの
間適時通電を停止する。燃焼中、燃焼熱の一部は燃焼管
１を通じて外部へ輻射線として供給され、他の一部は排
ガスとともに排出路１３．排出口１４を経由して外部に
供給される。

燃焼量の調節は燃焼部１２に供給する燃料と空気の供給
量を調節することたより実施される。

消火に当たっては燃料ポンプ１１を停止し、遅れて送風
機６を停止する。

また、触媒体３の能力低下その他の原因で不完全燃焼に
陥る場合の安全制御は次のように行なわれる。即ち、燃
焼状態が不完全燃焼に近づくことにより、温度差検知器
１７が示す温度差（上流点温度から下流点温度を差し引
いた値）が縮小し、この温度差が予め設定された値に達
することにより、強制消火せしめる。

侍≠台楚÷ シマニ、逆火防止の効果について述べる。

逆火防止の第１の要件は燃焼部の上流に燃焼し易い混合
気を作らないことである。燃料供給部へ空気を供給する
場合も極く少量の空気を供給するにとどめ、他の大部分
の空気は燃料と混合することなく直接燃焼部へ多点に分
散して供給する。この方法により燃焼量の調節、空気と
燃料の流量バラツキ、周囲温度、風の影響などの変動要
素下においても完全に逆火を防止し得たので、逆火セン
サーと制御部を省略することが出来た。

次に、他の発生源からもたらされるＣｏ、ＮＯｘの浄化
効果について述べる。

上記の通り、本発明においては燃焼部へ空気を分散して
供給するので、燃焼部の最下流部以外の上流部において
は燃料と空気の供給量の比が化学量論的に燃料の多い状
態、つまり還元性雰囲気にある。従って、この部分にお
いては触媒は燃料成分を酸化する酸化触媒として作用す
るとともに、空気中に混在する他の発生源からもたらさ
れるＮＯｘを窒素に還元する触媒として作用する。なお
、他の発生源からもたらされるＣＯについては全域の触
媒が酸化触媒として作用する。この結果、他の発生源（
７）ＧＯがｔｓ　ｐｐｍ　Ｎｏｘが０．２　ｐｐＨ混在
する空気で本発明の触媒燃焼器を燃焼せしめた場合、排
ガス中のＧＯは１　ｐｐｍ以下、ＮＯｘは０．１　ｐｐ
ｍ以下に減少した。これは本発明の触媒燃焼器がＧＯｌ
ＮＯｘの発生がほぼ零であるとともに、他の発生源のＧ
ｏ、ＮＯｘをも浄化していることに他ならない。

次に、不完全燃焼に対する安全制御について述べる。

本発明の触媒燃焼器においては、燃焼部の上流点温度検
知器と下流点温度検知器の差を検知する温度差検知器１
７が設置される。このふたつの温度検知器の検知温度と
触媒能力との関係を示すと、第３図と第４図の通りであ
る。なお、第３図はこの燃焼器の最大燃焼量の場合、第
４図は同じく最小燃焼量の場合を示し、いずれも実線は
全く劣化していない触媒体を使用した場合、破線は排ガ
ス中の一酸化炭素の増加が始まるターニングポイントに
相当するかなり劣化した触媒体を使用した場合を示す。

また、矢印ムは上流点温度検知器の検知温度が実線から
破線の間に示した変化を表わし、矢印Ｂは下流点温度検
知器の検知温度の場合の同様の変化を示す。

第３図と第４図から共通的に言えることは次の通りであ
る。

（１１−）　　触媒劣化により触媒体の最高温度位置が
下流方向へ移動する事。

（ｂ）　　触媒体の最高温度位置が最下流点に近づくと
排ガス悪化のターニングポイントが近づく事。

（Ｃ）　　仮に安全制御を無効化し、上記のターニング
ポイントを越えて燃焼継続し、不完全燃焼の原因が増え
続ける場合は、排ガス中の一酸化炭素は増え続けるとと
もに、差の値はさらに小なる値を示す。

（ｄ）　　最大燃焼量あるいは最小燃焼量を燃焼させた
場合も、上流点温度検知器の検知温度から下流点温度検
知器の検知温度を差し引いた差の値は新品触媒の場合最
大燃焼量において１２°Ｃ２最小燃焼量において１６°
Ｃを示しているが、劣化触媒の場合ターニングポイント
においてマイナス６°Ｃを示しておシ、燃焼量の変化に
係わらず上記の差の値とその縮小方向の限度設定値だけ
で不完全燃焼が安全制御し得る。

即ち、触媒劣化、酸欠、異常ム／Ｆ、過剰燃焼量それら
の複合など、燃焼反応の完了位置が触媒体の下流方向に
移動した時（即ち、不完全燃焼に近づいた時）は、上記
の差は縮小し、また、逆に燃焼量が過剰に減少した場合
など燃焼反応の完了位置が触媒体の上流方向に移動した
時は、上記の差は拡大する。従って、これらの変動要因
が単独あるいは複合した状態に対して、上記のふたつの
検知温度の差の値を限界設定値で制御することにより、
不完全燃焼に対する安全制御が可能である。

実施例における強制消火の限度設定値は零°Ｃである。

従ってマイナスθ°Ｃにターニングポイント、　　の不
完全燃焼に対して十分余裕のある未然の安全制御ができ
る。

なお、上記の実施例では温度差検知器１７には２個の熱
電対を用いたが、所要位置間の温度差を検知し得る他の
方法を用いることも可能である。

また、不完全燃焼に対する安全制御に関する本発明の方
法は、上記の実施例に限定されず、触媒がのぞむ燃焼部
の上流から下流に向かって燃焼が進行する構成をとるあ
らゆる触媒燃焼器に採用して、同様の効果を発揮し得る
。さらに、燃焼時の燃焼部温度が上記の実施例と異なる
設計の場合、燃料う モ 猿 雪 以上のように本発明においては逆火防止、ＣＯ２Ｎｏ、
の浄化および不完全燃焼の安全制御を可能とする。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の触媒燃焼器の縦断面図、第
２図は同燃焼器の要部縦断面図、第３図は同燃焼器の最
大燃焼量の場合の安全制御に関する説明図、第４図は同
燃焼器の最小燃焼量の場合の安全制御に関する説明図で
ある。 １・・・・・・燃焼管、２・・・・・・ヒーター、３・
・・・・・触媒体、４・・・・・・空気供給管、５・・
・・・・送風機、６・・・・・・空気孔、７・・・・・
・燃料供給部、８・・・・・・燃料供給部に向う空気孔
、９・・・・・・燃料供給管、１０・・・・・・燃料夕
／り、１１・・・・・・燃料ポンプ、１２・・・・・・
燃焼部、１４・・・・・・排出口、１７・・・・・・温
度差検知器、１７１Ｌ・・・・・・上流点温度検知器の
検知位置、１７ｂ・・・・・・下流点温度検知器の検知
位置。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第　２　図 １２■脆帥 第３図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部から遮蔽された内部に構成した触媒体と、こ
   の触媒体がのぞむ燃焼部と、この燃焼部に燃料を供給す
   る燃料供給部と、前記燃焼部に複数の空気孔から空気を
   分散供給する空気供給部と、前記燃焼部から外部に連通
   する燃焼排ガスの排出路を備えることを特徴とする触媒
   燃焼器。
2. （２）内面に触媒を形成した燃焼部の下部に設けた液体
   燃料供給管と、複数の空気孔を有し前記燃焼部の上部か
   ら下部にかけて設けた空気供給管と、前記燃焼部の上部
   に設けた燃焼排ガスの排出口と、前記空気供給管の上部
   から空気を送る送風機を具備し、前記燃焼部上流側に還
   元性燃焼雰囲気を形成させることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の触媒燃焼器。
3. （３）燃料と空気を供給されて接触燃焼せしめる触媒体
   と、この触媒体がのぞむ燃焼部と、この燃焼部に燃料を
   供給する燃料供給部ならびに空気を供給する空気供給部
   を備え、前記燃焼部の上流から下流に向かって燃焼が進
   行し、前記燃焼部の最下流部から外部に連通する燃焼排
   ガスの排出路を有し、前記燃焼部の上流点と下流点の少
   なくとも２点の温度差を検知する温度差検知器と、この
   温度検知器の検知する温度差により安全制御を行なう制
   御部を備えることを特徴とする触媒燃焼器。
4. （４）温度差検知器の下流点温度検知器の検知位置が前
   記燃焼部の最下流点近傍位置であり、上流点温度検知器
   の検知位置が前記燃焼部の中間帯であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第３項記載の触媒燃焼器。