JPS63226505A - 触媒燃焼装置 - 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 本発明は加熱、暖房、乾燥等に用いられる気体燃料また
は液体燃料の触媒燃焼装置に関するものである。

従来の技術 通常の炎燃焼を用いた燃焼機器においては、排ガス中に
窒素酸化物（ＮｏおよびＮＯ２＋これらを総称してＮ０
ｘ（ノックス）と呼ばれる）が含まれており、これが大
気中に放出されることによって様々な悪影響を及ぼして
いる。窒素酸化物の中では特にＮ　Ｏ２が人体に有害で
あり、種々の呼吸器系の疾患を引き起こす要因になって
いると言われている。一方燃料き空気の混合ガスを酸化
触媒上で無炎燃焼させるいわゆる触媒燃焼は、燃焼温度
が低いために窒素酸化物を殆ど発生せず、低ＮＯｘの燃
焼機器を可能にする。こういった理由から触媒燃焼機器
の実用化が種々図られているが、従来の触媒燃焼機器は
、例えば第３図（貞森博己；エネルギー・資源、４巻６
号、９０（１９８３））　、あるいは第４図（西野敦：
第２回触媒燃焼に関するシンポジウム予稿集、９（１９
８６））のような構成になっていた。即ち第３図におい
てはノズル３１から分岐管３２を経て供給された燃料（
都市ガス）が保温材３３を介して備えられたマット状の
触媒層３４に至り、その表面で燃焼用空気３５と接触し
て拡散型の触媒燃焼を行う。ここで燃焼反応が充分材わ
れるためには、触媒層３４の表面温度が４００℃以上で
ある必要があり、そのために点火前に予熱用電熱ヒータ
ー３６で触媒層３４を予熱する構成となっている。触媒
層３４表面で燃焼した後の排ガス３７は、保護網３８を
抜けてそのまま排出されている。また第４図においては
燃料ガス（気体燃料または液体燃料の蒸気）と空気の混
合ガスを供給管４１から供給し、邪魔板４２、ストレー
ナ−４３および金属多孔板４４を経て整流した後に触媒
層４５で予混合型の燃焼をさせている。ここでも触媒層
４５の温度を充分上げておくために、触媒層４５の上流
に予熱用電熱ヒーター４６が備えられている。触媒層４
５から出た排ガスはガラス筒４７上端の排気口４８から
直接排出される構成になっている。

上記従来の構成において、燃料および空気の供給を受け
て触媒層３４．３５上で拡散型または予混合型の触媒燃
焼を行っているが、触媒層３４．３５を通過した後の燃
焼排ガスは、不完全燃焼や燃料のスリップが生じていた
としても同等検出されることな（排出されるという課題
があった。特に第３図のような拡散型の燃焼方式では、
燃料と空気の混合や触媒層３４による酸化（燃焼）反応
が不十分となり易く、燃焼の一部がそのまま排出される
スリップ現象を招き易くなり、また触媒層３４の活性低
下によってこのスリップ量が増大しても検出する手段が
備えられていない。また第４図の予混合型燃焼方式とし
ても同様で、触媒層４５の活性低下によって一酸化炭素
や未燃ガスを排出するに至っても、これを検知する手段
が備えられていない。

発明が解決しようとする問題点 従来装置においては、初期性能は満足できるものであっ
ても長時間の使用に対する対策が施されておらず、−酸
化炭素や未燃ガスの排出による環境汚染、著しくは人体
への安全性において重大な欠点を有する。

そこで本発明では、排ガス口に浄化用触媒を備えると共
に、その前後の温度検出により可燃ガスの存在を検知し
て消火操作を行い、異常燃焼や不完全燃焼の継続を防止
し得るようにするものである。

問題点を解決するための手段 上記従来の問題点を解決するために本発明で用いる技術
的手段は、燃焼用の触媒層下流の排ガス口に排ガス浄化
用の酸化触媒を備え、この浄化触媒層の前後の温度を検
出して、その両者に所定温度以上の差が生じたときには
燃料および空気の供給を停止して消火させる制御手段を
設けるものである。

作用 本発明は上記手段により、燃焼用触媒層で完全燃焼し得
な（なるような状況（例えば触媒の活性低下や燃料／空
気比の著しい変動等）に至った場合、排ガス口に備えら
れた浄化用触媒で酸化反応を生じさせる。その反応熱に
よる温度上昇で浄化用触媒の前後に温度差が生じた時、
その差を温度検出手段で検地して消火操作を行うよう制
御するものである。従って燃焼用触媒層での不完全燃焼
を、この浄化用触媒で無害化しつつ異常状態を防止し得
るもので、安全性を確実に検知しつつ低ＮＯ、高輻射の
触媒燃焼機器を提供できるものである。

実施例 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。第
１図において１は液体燃料タンク、２は燃料供給用ポン
プ、３は送風用ファンで、両者は気化室４に連通ずる。

５は気化室４の加熱用ヒーターである。気化室下流には
一次燃焼部６が備えられ、その近傍には点火装置７が配
設されている。

一次燃焼室６の下流側には金属多孔板からなる隔離材８
および白金系触媒を担持させたハニカム状セラミックか
らなる燃焼用触媒層９が備えられており、排気口１０へ
七連通している。１１はガラス窓である。燃焼用触媒層
９には温度検出用の熱電対１２が備えられ、ポンプ２に
連接する燃料のリターンバイブ１３に備えられた電磁弁
１４と制御回路１５（詳細省略）を経て連動するよう結
合されている。

ここで排気口１０にはハニカム状セラミックに白金系触
媒を担持させた浄化用触媒１６が備えられており、その
前後に温度検出用熱電対１７ａ１１７ｂが配設されてい
る。熱電対１７ａ、１７ｂは演算回路１８（詳細省略）
を経て制御回路１５、更にはポンプ２およびファン３へ
と連結されている。

次にその動作について詳述すると、燃料および空気はポ
ンプ２およびファン３によって気化室４に供給され、燃
料はヒーター５で加熱された気化室４内で気化して空気
と混合された後に一次燃焼部６に至り、点火装置７によ
って点火されてここに火炎を形成する。この時リターン
バイブ１３に備えられた電磁弁１４は閉塞状態にある。

高温の燃焼排ガスは隔離材８および燃焼用触媒層９を経
て排気口１０から排出されるが、その間に燃焼用触媒層
９を加熱昇温させる。燃焼用触媒層９が触媒燃焼を行う
に充分なｔ温度に達したことが熱電対１２で検出される
と、熱電対１２に接続する制御回路１５が電磁弁１４を
解放し、ポンプ２から送出される燃料の一部がリターン
バイブ１３を経てタンク１に還流される。従って一次燃
焼部６においては安定な炎燃焼を継続するに充分な燃料
が無く、吹き飛び（ブローオフ）状態となる。

従って混合ガスは未燃焼のまま放出されるが、ここで下
流には充分温度の上昇した燃焼用触媒層９があるから、
ここで触媒燃焼を開始して完全燃焼が行われる。即ち触
媒燃焼は、通常の炎燃焼の燃焼可能濃度範囲に比べて充
分大きな燃焼範囲を有するから、−火燃焼部６で燃焼継
続不可能な濃度範囲であるにも拘らず完全燃焼ができる
ものである。

また触媒燃焼は酸化触媒層９の上流側表面で専ら進行す
るから、その部分は輻射放熱体となり、ガラス窓１１を
透過して前面に輻射放熱されろ。

一方燃焼排ガスは酸化触媒層９で完全燃焼が行われるか
ら一酸化炭素や未燃ガスを含まず、また無炎で１０００
℃以下の燃焼が行われるから窒素酸化物も殆ど無＜、清
浄な排ガスとして排気口１０より排出される。

実際の燃焼では例えば燃料に灯油を用いた場合、−火燃
焼部９で燃焼を継続し得る空気比（燃料に対する当量空
気量に対しての実際の空気量の比）は約１．７が上限で
あるが、点火時の空気比を１．３〜１．５とし触媒燃焼
に移行した後の空気比を１．９〜２．０とすると、極め
て安定にかつスムーズに両者の移行が行え、しかも共に
完全燃焼ができる。

ところで長時間の使用後には、燃料中に含まれる硫黄分
による被毒、あるいは熱劣化等により燃焼用触媒層９の
活性が低下することがある。また燃料と空気の比が外部
要因（例えば空気温度の変１ヒや電圧変動によるファン
３からの送風量変化、およびポンプ２からの送油量変化
など〉によって太き（変動した時、燃焼用触媒層９での
完全燃焼が損なわれる場合がある。こういった時、燃焼
用触媒層９の下流の排ガス中に一酸化炭素や未燃焼の燃
料ガスが含まれることになるが、ここて＋ＪＦ気口１０
には浄化用触媒１６が備えられており、ある程度のこれ
ら可燃ガスは酸化除去することができる。

同時に浄化用触媒１６の前後に備えられた熱電対１７ａ
、１７ｂにおいては、上流側の熱電対１７ａが燃焼用触
媒層９から排出された排ガス温度を検出するに対して、
下流側の熱電対１７　））では浄化用触媒１６における
酸化反応熱を加えた温度を検知することになる。従って
両者にはここでの反応熱に相当する温度差が生じ、この
温度差（１，□。

’　１７２　）によって燃焼用触媒層９での不完全燃焼
が検出できることになる。かくして熱電対１７ａ、１７
ｂ間の温度差か得られた時、４；制御回路Ｉ５を介して
ポンプ２およびファン３を停止して消火すれば、未燃ガ
スや一酸化炭素等を排出することは避けられる。

熱電対１７　ａ　％　１７　ｂでの温度差は浄化用触媒
１６に至る排ガス中の可燃ガス濃度に応じて増減するが
、可燃ガスの有無を検知するためには熱電対１７ａ、１
７ｂの設置された部分にのみ酸化触媒を担持させれば充
分であるが、前記の如（多少の可燃ガスはこの浄化用触
媒１６で浄化できるから、全体に触媒婆担持させ、温度
差（ｔ１７ｂ−ｔ１７ａ）がある程度以上の値になった
時消火動作になるよう制御することも可能で、寿命を長
（すると共に温度検出の誤差による誤作動を回避するこ
ともできる。か（して触媒燃焼に特有の高輻射にして排
ガスも清浄で、特に宵害な窒素酸化物が殆ど発生しない
触媒燃焼ができるものである。

また他の実施例を第２図に示す。第２図において２１は
燃料供給管、２２は分岐管、２３は多孔板で、その下流
側にマット状の燃焼用触媒層２４が備えられている。２
５は燃焼用空気を供給する空気供給管で、２６はガラス
窓、２７は排気口、２８は予熱用ヒーターである。ここ
で排気口２７にはハニカム状セラミックに酸化触媒を担
持させた浄化用触媒２９を備えており、その前後に熱電
対３０ａ、３０ｂを配設している。

この構成において次にその動作を説明する。予熱用ヒー
ター２８によって所定温度に加熱された燃焼用触媒層２
４に、燃料供給管２１から分岐管２２および多孔板２３
を経て燃料が分散供給され、ここに空気供給管２５がら
空気が供せられて、燃焼用触媒２４表面で拡散型の触媒
燃焼をする。燃焼熱は大部分が輻射放熱されて、ガラス
窓２６を経て前方へ供給される。排ガスは排気口２７か
ら排出されるが、ここでも前記実施例と同様に、排ガス
中に可燃ガスが混入している場合、浄化用触媒２９によ
って浄化（酸化）されつつ排ガス温度を上昇させること
になる。

従ってここに設置された熱電対３０ａ、３０ｂ間に温度
差が生じ、その温度差が所定量に達すると演算回路およ
び制御回路（共に図示せず）を経て燃料と空気の供給を
停止するよう制御される。

この場合空気はファン等で強制給気するものでも、ある
いは対流によって自然給気するものでもよいが、自然給
気の場合には当然制御は燃料の供給停止のみである。

このような拡散型触媒燃焼では従来例（例えば第３図）
と同様に燃料のスリップが生じ易いが、排気口に浄化用
触媒２９が備えられているために完全燃焼した後に排出
することができ、環境を汚染したり人体に悪影響を及ぼ
すことは回避され得る。燃料のスリップの生ずることは
構成上やむを得ないが、浄化用触媒２９で処理可能な上
限濃度での発生温度差（ｔ　　　）に対してｔ３０ｂ−
ｔ３０ａＡＸ 〈ｔＭＡｘとなる範囲で燃焼停止の制御を行えば、寿命
による活性劣化やその他の異常燃焼を検出しつつクリー
ンな燃焼状態を維持でき、燃焼方式にによらず安全で快
適な燃焼装置を提供できる。

発明の効果 以上の様に本発明によれば、燃焼用触媒層下流の排気口
に浄化用触媒を備え、その前後での温度差を検出して、
所定温度を越えた場合に燃焼を停止するような制御を行
うことにより、触媒活性の低下や空気／燃料比の異常等
によって未燃ガスや一酸化炭素を発生する状況に至って
もそれを外部に排出することな（、また限度を越えると
燃焼を停止するよう制御されて、安全性に優れた低ＮＯ
ｘで高輻射の触媒燃焼装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例なる触媒燃焼装置の部分断面
図、第２図は本発明の他の実施例の要部断面図、第３図
および第４図は従来例の触媒燃焼装置の断面図である。 ９．２４・・・燃焼用触媒層、１０．２７・・・排気口
、１５・・・制御回路、１６．２９・・・浄化用触媒、
１７ａ、１７ｂ、３０ａ、３０ｂ−・・熱電対、１８・
・・演算回路。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　はか１名第１図 ｖ！、覧汁 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）燃料供給部と、空気供給部と、少なくとも前記燃
   料供給部下流に備えられた燃焼触媒層と、前記燃焼触媒
   層の下流に設けられた排ガス口と、前記排ガス口に設け
   た一酸化炭素あるいは未燃ガスの浄化用触媒と、前記浄
   化用触媒の上下流側の各々配した温度検出手段と、前記
   温度検出手段の両者に所定の温度差が生じた時に燃料お
   よび空気の供給を停止するよう連動して制御する手段を
   備えた触媒燃焼装置。
2. （２）排ガス口に多孔質材料からなるフィルターを備え
   、前記フィルターの一部に酸化触媒を担持させてその担
   持部前後に温度検出手段を配設した特許請求の範囲第１
   項記載の触媒燃焼装置。