JPS63226507A - 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）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。特
にＮ　Ｏ２は人体に有害であり、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
料と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
ど発生ぜず、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ノ２図ら
れているが、従来の触媒燃焼機器は、例えば第７図（貞
森博己；エネルギー・資源、４ヲ６号、９０　（，１９
８３））　、あるいは第８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（１９８６））のよう
な構成になって（＼た。第７図においてはノズル３１か
ら分岐管３２および保温材３３を経て供給された燃料（
都市ガス：矢印Ｇ）がマット状の触媒層３４に至り、そ
の表面で燃焼用空気（矢印Ａ）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行われるためには、
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３５で触媒層３４を予熱する構成となっている。

また第８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（矢印Ｍ）を供給管４１か
ら供給し、邪魔板４−２、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。

」二足従来の構成において、点火時の触媒層予熱用に大
容量の電熱用電源が必要であり、また予熱に要する電気
容量を数百ワット（Ｗ）としてもなお数分にわたる予熱
時間が必要になるという課題があった。これは第７図ま
たは第８図のいずれのものにおいても、予熱過程では空
気や燃料ガスまたは混合ガスの流れがない状態で予熱用
電熱ヒーター３５．４６が通電されるから、触媒層３４
．４５は輻射（および一部伝導）伝熱によって加熱され
るのみであるという理由による。

そこで本発明者は先に、予熱用電熱ヒーターを用いずに
、触媒層の上流で炎燃焼する一次燃焼部を備え、その燃
焼熱で触媒層を所定温度まで加熱して、しかる後に燃料
あるいは空気の量を制御することにより一次燃焼部での
火炎を吹き飛び（ブローオフ）させて触媒層へと燃焼位
置を移行させる方法を発明し、その制御方法と共に提案
した。

発明が解決しようとする問題点 しかしながら、この方法では燃料の自己燃焼熱（燃焼排
ガスの保有熱）で触媒層の予熱を行うもので、短時間で
予熱を完了し得るものであるが、一次燃焼部での吹き飛
びを行わせるためには空気／燃料比を太き（変化させる
必要があり、希薄燃料燃焼に近（なるために排ガス量が
増加し、従って排ガスが保有したまま排出される燃焼熱
が多（なって熱効率が低下し、また希薄燃料燃焼に近い
が故に触媒層の酸化活性に対する負荷も増加して、完全
燃焼し難（なったりあるいは多量の触媒が必要になると
いう欠点があった。

本発明は上記従来の欠点を解消し、一次燃焼部での燃焼
熱によって触媒層が所定温度に加熱された後に、僅かの
空気／燃料比の変化で容易にかつ確実に触媒層での燃焼
へと移行させるものである。

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、燃料供給部と触媒層との間に一次燃焼部を備
え、触媒層の温度検出手段と連動させた空気または／お
よび燃料供給量の制御手段を設けると共に、一次燃焼部
の炎口形状を、保炎性の低い略無縁の平面形とするもの
である。

作用 本発明は上記手段により、点火初期においては一次燃焼
部で完全燃焼し得る空気／燃料比に制御して燃料および
空気を供給し、一次燃焼部で発生した高温の排ガスによ
って下流の触媒層を加熱する。温度検出手段により触媒
層が所定温度に昇温したことが検出されると、これに連
動した空気７／燃料制御手段が燃料の減少または／およ
び空気の増加を行い、一次燃焼部での燃焼可能な空気、
／燃料比を越えさせてここで吹き飛び（ブローオフ）を
生じさせ、燃焼位置を触媒層へと移行させるものであり
、特に一次燃焼部が僅かの燃料減少または／および空気
の増加によって吹き飛びを生じ易い略無縁の平面形状と
し、燃焼位置の移行には大きな空気／燃料比の変化を必
要とせず、容易にかつ確実に燃焼位置を移行して定常の
触媒燃焼へと導くことができる。

実施例 以下本発明の実施例を添１１図面に基づいて説明する。

第２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。−次燃焼室６の下流側には金属多孔板
〈パンチングメタル〉からなる隔離材８および酸化触媒
層９が備えられており、排気口１０へと連通している。

１１はガラス窓である。ここで酸化触媒層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
のリターンパイプ１３に備えられた電磁弁１４と制御回
路１５（詳細は省略）を経て連動するよう結合されてい
る。

ここで一次燃焼部６は第１図に示すように先端が肉薄の
筒状体で構成され、炎口６．ａとなる上端は略無縁の平
面形状となっている。また中央開口部の底面には、金網
からなる防爆体６ｂが配設されている。次に動作につい
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。この時リターンパイプ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および酸化触媒層９を経て排気口１０から排出
されるが、その間に酸化触媒層９を加熱昇温さぜる。酸
化触媒Ｐ：！Ｊ９が触媒燃焼を行うに充分な温度に達し
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を解放するよう制御し、
ポンプ２から送出される燃料の一部がリターンパイプ１
３を経てタンク１に還流される。

従って一次燃焼部６においては燃焼を継続するに充分な
燃料が無い、いわゆる希薄燃料混合ガスとなって吹き飛
び（ブローオフ）状態となり、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酸化
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、
一次燃焼部６で燃焼継続不可能な濃度範囲であるにも拘
らず完全燃焼かできるものである。

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る。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、また無炎てＬＯＯＯ℃以下の燃焼が行われるか
ら窒素酸化物も殆ど無く、清浄な排ガスとして排気口１
０より排出される。かくして輻射効率が高く排ガスら清
浄で、特に有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。

ところで点火時の一次燃焼部６での炎燃焼において、従
来の炎燃焼専用の燃焼部は第３図６°に示すように、防
爆体６ｂ’に重ねて備えられた炎口６ａ’の周縁や中央
部に閉空間を有する、いわゆる有縁形状となっ・ており
、このためにその閉空間において高温の排ガスが循環Ｍ
Ｅ　（矢印Ｒ）を形成して保炎性を高め、火炎を安定化
させている。

ところが本発明の一次燃焼部６では逆に先端肉薄の筒状
体で形成され、炎口６　ａが閉空間を有しないような一
様平面となっているから、高温排カスの循環流は生ずる
ことなく、従って僅かな空気／燃料比の変化によってこ
こでの火炎は容易に吹き飛びを生ずることになる。

実際の燃焼では例えば燃料に灯油を用いた場合、一次燃
焼部６〈あるいは６′〉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
、従来の炎燃焼用炎口６ａ”では約１．７が上限である
が、本発明の炎］】６ａを用いた場合、安定燃焼の上限
空気比は約１．４となっている。従って点火時の空気比
を１．２〜１．３として一次燃焼部６で炎燃焼させ、酸
化触媒層９が昇温した後に空気比を１．５〜１．６とす
ると、確実に一次燃焼部での吹き飛びが生じて触媒燃焼
へと移行する。が（して極めて安定にかつスムーズに両
者の移行が行え、しがら共に完全燃焼ができる。また触
媒燃焼時においてら空気比が過大にならず、余剰空気の
少ない状態で安定燃焼できるから、対流熱損失も小さく
、かつ酸化触媒層９における空間速度も小さくでき、そ
の負荷も低減できることになる。

さらにこのような操作をすることにより点火直後に大き
な燃焼量が得られるから、暖房や加熱の立ち上がり時間
も短縮され、かつ酸化触媒層９の温度上昇に要する時間
も僅かでよ（なり、従来数分を要していたものが数十秒
で触媒燃焼へ移行できろように、なる。従って熱容量の
大きな酸化触媒層９を加熱するのに大電力を必要とせず
、短時間で定常燃焼に移行できる触媒燃焼装置である。

なおここで燃料と空気の比が外部要因（例えば空気温度
の変化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）によって変動した
時、特に全空気を予混合して供給する場合には一次燃焼
部６から気化室４に逆火する場合もあり得るが、炎口６
ａの上流側近傍に金網、金属多孔板、発泡金属等の防爆
体６ｂを備えておけば、ここで放熱されて逆火を抑える
ことができる。防爆体６ｂの位置は、第１図のように一
次燃焼部６の底部でも、あるいは第４図に示したように
炎口６ａと同位置でもよく、いずれも充分な効果が得ら
れる。

また炎口６ａの平面形状は、単純な円形でも上記効果は
得られるが、火炎の吹き飛びを更に生じ易くするには第
５図、あるいは第６図のように矩形、長方形やそれに類
似の多角形等、頂部を有する形状にするのが効果的であ
る。頂部は特に炎口６ａの放熱を促進するから、保炎性
が一層低下することによるものである。

なお酸化触媒層９が所定温度にまで昇温した時の空気や
燃料の操作は、上記のように燃料を減少しても、あるい
は逆に空気を増加させても、更には両者同時に制御して
もよく、同様の効果が得られる。またこの実施例のよう
な完全予混合型の燃焼方式に限らず、一部を予混合させ
たものや、一次燃焼部６において拡散燃焼する如く予混
合させない方式であっても、制御する空気比の絶対値は
異なるものの同じように用いることができる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、燃料または／および空気
の量を僅かに変化させることにより、燃焼位置を一次燃
焼部（炎燃焼）から酸化触媒層（触媒燃焼）へと容易に
かつ確実に移行させることができ、予熱用の電熱ヒータ
ーを用いずに短時間で定常の触媒燃焼へと移行できると
共に、低ＮＯで高輻射にして熱効率の高い触媒燃焼装置
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要部断面
図、第２図はその触媒燃焼装置の部分切断図、第３図は
従来の炎燃焼装置の要部作用説明図、第４図、第５図お
よび第６図は本発明の他の実施例の要部断面図または要
部平面図、第７図および第８図は従来例の触媒燃焼装置
の断面図である。 ２・・・ポンプ、６・・・一次燃焼部、６ａ・・・炎口
、６ｂ・・・防爆体、９・・・酸化触媒層、１２・・・
熱電対、１３・・・リターンパイプ、１４・・・電磁弁
、１５・・・制御回路。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 第３図 第７図 若 第８図 介

Claims (4)

【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一次燃焼部と、前記一次燃焼
   部近傍に配設した点火手段と、前記一次燃焼部および空
   気供給部の下流に備えられた酸化触媒層と、前記触媒層
   の温度検出手段と、前記温度検出手段と連動して前記燃
   料供給部と空気供給部の少なくとも一方の流量を制御す
   る手段を備え、前記一次燃焼部の炎口を略無縁の平面形
   状とした触媒燃焼装置。
2. （２）一次燃焼部の炎口を、少なくとも先端縁部が肉薄
   の筒状体で構成した特許請求の範囲第１項記載の触媒燃
   焼装置。
3. （３）一次燃焼部の炎口水平断面を矩形、長方形もしく
   は類似の多角形とした特許請求の範囲第２項記載の触媒
   燃焼装置。
4. （４）一次燃焼部の炎口近傍の上流に金網あるいはパン
   チングメタル等の金属多孔板を備えた特許請求の範囲第
   １項、第２項または第３項記載の触媒燃焼装置。