KR20010085935A

KR20010085935A - 촉매연소장치 및 연료기화장치

Info

Publication number: KR20010085935A
Application number: KR1020017004867A
Authority: KR
Inventors: 스즈키모토히로; 후지타다츠오; 가와사키요시타카; 데라시마데츠오
Original assignee: 마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
Priority date: 1999-08-19
Filing date: 2000-08-17
Publication date: 2001-09-07
Also published as: EP1126216A1; US6632085B1; EP1126216A4; KR100662168B1; US20040161717A1; WO2001014793A1; JP4608161B2

Abstract

액체연료를 공급하는 연료공급경로와, 공기를 공급하는 공기공급경로와, 상기 연료공급경로로부터 공급되는 연료와 상기 공기공급경로로부터 공급되는 공기를 혼합하는 혼합부와, 그 혼합부에서 혼합된 혼합기체를 가열하여 상기 액체연료를 기화시키는 기화부와, 상기 기화부의 하류측이고 그 기화부에 열전도적으로 접촉 또는 근접하여 배치되고 산화촉매성분을 담지한 촉매발열체와, 상기 촉매발열체의 하류측에 설치되고 다수의 연통구멍을 갖는 촉매연소부를 구비하고, 상기 기화부는 상기 촉매발열체로부터의 열을 이용할 수 있는 촉매연소장치.

Description

촉매연소장치 및 연료기화장치{CATALYST COMBUSTION DEVICE AND FUEL VAPORIZING DEVICE}

액체연료를 기화시키는 방법으로서 종래부터 여러 가지가 제안되고 있다. 이 중 액체연료를 기화부에 떨어뜨려 기화시키는 방법, 기화부 내에 설치된 기화소자를 경유하여 기화시킨 후 분출시키는 방법 등이 가정용 석유연소기기에 이용되고 있는 것으로 잘 알려져 있다.

어떤 방법에서나 발생되는 화염의 화구부에 설치된 기화열회수 링이나 화염 중에 일부를 돌출하여 배치된 기화열 회수수열체 등으로부터 열전도에 의해 기화부로의 열회수가 행해진다.

상기 종래의 기화장치에서는 형성되는 화염 및 그 근방의 분위기온도가 1100∼1300℃로 고온이기 때문에 화구부에 설치된 기화열회수 링이나, 화염 중에 일부를 돌출하여 배치된 기화열 회수수열체 등으로부터 열전도에 의해 기화부로의 열회수를 행함으로써 자연연소가 가능하였다.

그러나 촉매연소장치에서는 촉매연소부의 온도가 내열한계인 900℃ 이하로제한되므로 보다 저온의 열회수원이 되기 때문에 종래와 같은 기화부 구성에서는 촉매연소를 지속시키려면 기화부 가열히터에서 막대한 소비전력이 필요하다는 문제점이 있었다. 또 충분히 열량을 주지 않으면 연료의 일부는 재응축되는 문제점이 있었다.

본 발명은 액체연료를 사용하는 촉매연소장치 및 액체연료의 기화장치에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예인 연소장치의 부분단면 구성도

도 2는 본 발명의 제 2 실시예인 연소장치의 요부단면 구성도

도 3은 본 발명의 제 3 실시예인 연소장치의 요부단면 구성도

도 4는 본 발명의 제 4 실시예인 연소장치의 요부단면 구성도

도 5는 본 발명의 일실시예인 연료기화장치 및 그것을 이용한 촉매연소장치의 요부단면 구성도

도 6은 본 발명의 다른 실시예인 연료기화장치 및 그것을 이용한 촉매연소장치의 요부단면 구성도

도 7은 본 발명의 다른 실시예인 연료기화장치 및 그것을 이용한 촉매연소장치의 부분구성도

도 8은 본 발명의 다른 실시예인 연료기화장치 및 그것을 이용한 촉매연소장치의 요부단면 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 연료탱크 2 : 연료공급펌프

3 : 연료공급경로 4 : 연료분출구

5 : 공기공급팬 6 : 공기공급경로

7 : 공기분출구 8 : 기화부

9 : 기화부 가열히터 10 : 촉매발열체

11 : 연소실 12 : 촉매연소부

13 : 촉매가열히터 14 : 연소가스 배출구

15 : 혼합기체 공간 16 : 촉매발열체 연통구멍

17 : 기화부 연통구멍 18 : 분류공기구

19 : 정류판 101 : 연료공급경로

102 : 연료분출구 103 : 기화면

104 : 가열히터 105 : 공기공급경로

106 : 케이스 107 : 혼합기체 공간

108 : 공기분류구 109 : 촉매연소부

110 : 고방사율막 111 : 복사수열체

112 : 기화부 개구부 113 : 혼합기체 유통구

114 : 정류판 115 : 액체연료 분류부

120 : 연료기화장치 121 : 촉매연소장치

본 발명은 이러한 종래의 촉매연소장치의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 액체연료를 공급하는 연료공급경로와, 공기를 공급하는 공기공급경로와, 상기 연료공급경로로부터 공급되는 연료와 상기 공기공급경로로부터 공급되는 공기를 혼합하는 혼합부와, 그 혼합부에서 혼합된 혼합기체를 가열하여 상기 액체연료를 기화시키는 기화부와, 상기 기화부의 하류측이고 그 기화부에 열전도적으로 접촉 또는 근접하여 배치된 산화촉매성분을 담지한 촉매발열체와, 상기 촉매발열체의 하류측에 설치된 다수의 연통구멍을 갖는 촉매연소부를 구비하고,

상기 기화부는 상기 촉매발열체로부터의 열을 이용할 수 있는 촉매연소장치에 관한 것이다.

또 본 발명은 액체연료를 공급하는 연료공급경로와, 공기를 공급하는 공기공급경로와, 상기 연료공급경로로부터 공급되는 연료를 가열하여 기화시키는 기화부와, 상기 기화부에서 공급된 기화연료와 상기 공기공급경로로부터 공급된 공기를 혼합하는 혼합부와, 상기 혼합부의 하류측이고 상기 기화부에 열전도적으로 접촉 또는 근접하여 배치된 산화촉매성분을 담지한 촉매발열체와, 상기 촉매발열체의 하류측이고 다수의 연통구멍을 갖는 촉매연소부를 구비하고,

또 본 발명은 액체연료를 공급하는 연료공급경로와, 공기를 공급하는 공기공급경로와, 상기 연료공급경로로부터 공급되는 연료를 가열하여 상기 액체연료를 기화시키는 기화면을 갖는 기화부와, 상기 공기공급경로로부터 공급된 공기와 상기 기화부에서 기화된 연료를 혼합하는 제 1 혼합공간과, 그 제 1 혼합공간의 하류측에 제 2 혼합공간을 구비하며,

상기 공기공급경로의 선단부가 상기 기화면을 관통함으로써 상기 선단부에서 분출한 공기의 일부는 상기 기화부에서의 가열의 영향을 받지 않고 상기 제 1 혼합공간 외부로 유출되고 남은 공기는 상기 제 1 혼합공간 내에서 상기 기화한 연료와 혼합되어 혼합기체가 되어 상기 제 1 혼합공간 외부로 유출되며,

상기 제 1 혼합공간 외부에서의 제 2 혼합공간에서 상기 유출한 공기와 상기 혼합기체가 혼합되는 연료기화장치에 관한 것이다.

또 본 발명은 액체연료를 공급하는 연료공급경로와, 공기를 공급하는 공기공급경로와, 상기 연료공급경로로부터 공급되는 연료를 가열하여 상기 액체연료를 기화시키는 기화면을 갖는 기화부를 구비하며,

상기 기화부는 상자형상의 케이스로 형성되고 그 케이스의 내부에 상기 연료공급경로의 선단부과 상기 공기공급경로의 선단부가 배치되어 있고, 상기 연료공급경로의 선단부는 상기 케이스의 저부에 있는 기화면을 향하여 연료를 분출하고, 그케이스의 내부에서 기화한 연료와 상기 공기공급경로의 선단부에서 분출하는 공기가 혼합되어 상기 케이스의 측면에 있는 개구부에서 외부로 유출되는 연료기화장치에 관한 것이다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

본 발명의 실시에는 다수의 연통구멍을 갖고 각종 연료로의 산화활성을 갖는 촉매체, 액체연료의 기화부 외에 착화장치나 유량제어장치 또는 필요에 따라 온도검출장치나 구동장치 등이 필요하다. 촉매체로서는 금속이나 세라믹의 허니콤 담체또는 세라믹섬유의 편조체, 다공질 소결체 등에 백금이나 팔라듐 등의 귀금속을 주성분으로 한 활성성분을 담지시킨 것을 이용하고 또 공기도입 다공체로서는 세라믹의 허니콤 구조체 또는 세라믹 섬유의 편조체, 다공질 소결체 등을 이용할 수 있다. 또 공기의 유량제어에는 수동의 니들밸브나 전동의 솔로이드 밸브 등이 사용되고, 액체연료의 유량제어에는 전자펌프 등을 사용한다. 그 밖의 구동부분은 수동의 레버조작, 자동제어의 모터구동 등이 가능하고, 착화장치로서는 전기 히터나 방전점화기 등을 사용할 수 있다. 또 이들은 모두 종래부터 널리 채용되고 있는 수단이고, 다른 공지의 수단이라도 가능하다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 발명에 관한 촉매연소장치의 실시예인 부분단면 구성도이다.

도 1에서 1은 연료탱크, 2는 연료공급펌프, 3은 연료공급경로, 4는 연료분출구, 5는 공기공급팬, 6은 공기공급경로, 7은 공기분출구, 8은 기화부이고, 내측면은 흑색내열도료로 도장되어 있다.

또 9는 기화부 가열히터, 10은 금속기재에 백금속의 귀금속을 담지시킨 촉매발열체이고, 기화부(8)와 접촉하도록 설치된다.

또 11은 연소실, 12는 다수의 연통구멍을 갖는 세라믹 허니콤에 백금속의 귀금속을 담지시킨 촉매연소부이고, 13은 촉매가열히터, 11은 연소가스 배출구이다.

다음으로 도 1에서 본 실시예의 동작과 특성에 대하여 설명한다. 연료탱크(1) 내의 액체연료(여기에서는 등유를 사용)는 연료공급펌프(2)에서 유량이 제어된 후 연료공급경로(3)를 경유하여 연료분출구(4)로부터 공기공급경로내(6)로 분출된다.

또 공기는 적정한 공기유량이 되도록 전압을 인가받은 공기공급팬(1)에 의해 공급되고, 공기공급경로(6)를 경유하여 액체연료와 혼합한 후 공기분출구(7)로부터 기화부(8) 내로 분출된다.

또 공기분출구(7)로부터 분출되는 예비혼합기체는 기화부 가열히터(9)의 온-오프 제어에 의해 250℃ 이상으로 제어되는 기화부(8)의 대향하는 벽에 충돌하고, 여기에서 액체연료의 기화가 행해진다.

또 기화된 액체연료와 공기의 예비혼합기체의 대부분은 직접 촉매연소부(12)에 공급된다.

여기에서 연소량에 대응하여 연료공급펌프(2)에서 공급량을 조절함으로써 촉매연소부(12)의 상류 표면의 온도는 양호한 연소배기가스특성을 갖는 동시에 계속해서 연소할 수 있는 500℃ 이상이되 내열한계인 900℃ 이하로 제어된다.

이 때 공급되는 액체연료의 발열량의 50∼60%에 상당하는 열량이 촉매연소부(12)의 상류측으로 방사된다. 또 예비혼합기체의 일부는 기화부(8)에 접촉 배치된 촉매발열체(10)에 접촉하여 촉매반응이 행해진다(단 예비혼합기체가 촉매발열체(10)로 접촉하는 빈도는 연소량에 대응하여 변화한다). 이 때 이 촉매반응에 의해 발생하는 열과 촉매연소부(12)로부터 환류되는 방사열에 의해 촉매발열체(10)는 촉매활성의 저하에 현저한 영향을 주지 않는 400∼600℃ 정도의 온도로 유지된다.

또 촉매발열체(10)에서 발생하는 반응열의 일부는 열전도에 의해 접촉배치된기화부(8)에 전해진다. 또 촉매발열부(12)의 상류측으로 방사되는 열의 일부는 촉매발열체(10)의 개구부를 경유하여 직접 기화부(8)로 환류된다.

또 기화부(8)에서 촉매발열체(10)로부터의 전도열 및 촉매연소부(12)로부터의 방사열은 액체연료의 기화열과 동시에 예비혼합기체의 예열에도 이용되기 때문에 이들의 일부는 다시 촉매연소부(12)로 환류된다.

이와 같이 촉매발열체(10) 및 촉매연소부(12)에서 반응열이 기화부(8)로 환류되는 효과에 의해 기화부(8)를 250℃ 이상으로 제어하는 데에 필요한 기화부 가열히터(9)의 소비전력을 대폭 줄일 수 있는 동시에 예비혼합기체의 예열효과에 의해 연료소비량을 저감하는 것, 즉 높은 열이용 효율을 실현하는 것이 가능해진다. 이 때문에 에너지절감과 경제성이 우수한 열이용 효율이 높은 촉매연소장치를 제공할 수 있다.

(제 2 실시예)

본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 기본 구성은 제 1 실시예와 같지만, 기화부(8)와 촉매연소부(12) 사이에 혼합기체가 촉매연소부(12)로 흐르는 것을 제약하는 제약수단(210)을 구비하고 있는 점이 다르므로 이 상위점을 중심으로 설명한다.

도 2는 본 실시예의 요부단면도이다. 여기에서 15는 혼합기체의 공간부이고, 기화부(8)와 촉매발열체(10) 사이에 설치되고, 혼합기체가 유통하는 공간으로 되어 있다. 또 16은 촉매발열체(10)에 형성된 연통구멍이다. 촉매발열체(10)는 상자형상을 하고 있고, 상기 기화부(8)를 덮도록 열전도적으로 연결 배치된다. 그 촉매발열체(10)의 저부와 측부에는 촉매발열체 연통구멍(6)이 형성되고, 거기에서 혼합기체가 촉매발열체(10)의 외부로 유출된다. 이러한 촉매발열체(10)가 본 발명의 제약수단(210)의 전부 또는 일부를 구성한다.

또 본 명세서에서 말하는 상자형상에는 직방체형상은 물론 원통형상도 포함하며, 또 각부(角部)의 형상은 90도의 것 뿐만아니라 둥근형상의 것도 널리 포함한다.

다음으로 도 2에서 본 실시예의 동작과 특성에 대하여 설명한다.

제 1 실시예와 마찬가지로 공기분출구(7)로부터 분출되는 예비혼합기체는 기화부 가열히터(9)의 온-오프 제어에 의해 250℃ 이상으로 제어되는 기화부(8)의 대향하는 벽에 충돌하고 여기서 액체연료의 기화가 행해진다.

기화된 액체연료와 공기의 예비혼합기체는 혼합기체 공간(15)을 경유한 후 기화부(8)에 접촉 배치된 촉매발열체(10)에 접촉 반응하여 촉매발열체 연통구멍(16)을 통과하여 촉매연소부(12)에 공급된다.

이 때 이 촉매반응에 의해 발생하는 열과 촉매연소부(12)로부터 환류되는 방사열에 의해 촉매발열체(10)의 온도는 600∼800℃로 유지된다.

또 촉매발열체(10)에서 발생하는 반응열의 일부는 접촉 설치된 부분으로부터의 열전도 및 기화부(8)에 대향하는 면에서의 열방사에 의해 기화부(8)에 전해진다.

또 기화부(8)에서 촉매발열체(10)로부터의 전도열 및 방사열은 액체연료의 기화열과 동시에 예비혼합기체의 예열에도 이용되므로 이들의 일부는 다시 촉매발열체(10)를 경유하여 촉매연소부(12)로 환류된다.

이와 같이 촉매발열체(10) 및 촉매연소부(12)에서의 반응열이 기화부(8)로 환류되는 효과에 의해 기화부(8)를 250℃ 이상으로 제어하는 데에 필요한 기화부 가열히터(9)의 소비전력을 대폭 줄일 수 있는 동시에 예비혼합기체의 예열효과에 의해 연료소비량을 줄이는 것, 즉 높은 열이용 효율을 실현하는 것이 가능해진다.

또 촉매발열체(10)가 상자형상을 하고 있으므로 촉매발열체(10)에 혼합기체가 충분히 공급되어 촉매발열체(10)의 반응이 더욱 활발히 행해지는 장점이 있다.

또 촉매발열체(10)가 상자형상을 하고 있으므로 혼합기체가 그 내부에서 충분히 혼합되어 외부로 배출된다는 장점도 있다.

이 때문에 에너지절감과 경제성이 우수한 열이용 효율이 높은 촉매연소장치를 제공할 수 있다.

또 이와 같이 촉매발열체(10)로부터 기화부(8)로의 대부분의 열회수를 하고 있기 때문에 하류에 촉매연소부(12)를 설치하지 않은 경우에도, 즉 화염연소장치에도 적용할 수 있으며 응용범위가 넓은 기화장치를 제공할 수 있다.

또 본 실시예에서 촉매발열체(10)는 전체가 금속기재로 구성되어 있지만 촉매발열체 연통구멍(16)의 근방을 백금속의 귀금속을 담지시킨 다수의 연통구멍이 형성된 세라믹 허니콤으로 치환해도 되고 상기와 같은 효과가 얻어지는 동시에 장기간 사용시의 촉매활성이 낮아지는 관점을 고려하는 경우에는 보다 양호한 효과를 얻을 수 있다.

(제 3 실시예)

본 발명의 제 3 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 기본구성은 제 2 실시예와 같지만 공기공급경로로부터 공급되는 공기가 기화부에 접촉하여 그 공기가 가능한 한 가열되는 일이 없도록 공기공급경로의 선단부의 공기분출구를 기화부에 관통시키고 있는 점, 연료공급경로의 일부를 기화부 내부에 설치하고 있는 점이 다르다. 따라서 그 상위점을 중심으로 설명한다.

도 3은 본 실시예의 요부단면도이다.

여기에서 17은 기화부 관통구멍이고, 공기공급경로(6)의 선단부의 공기분출구(7)를 기화부 관통시킨다.

연료탱크(1) 내의 액체연료는 연료공급펌프(2)에서 유량 제어된 후 기화부(8) 내부에 매설된 연료공급경로(3)를 경유한다.

연료공급경로(3)는 기화부 가열히터(9)의 온-오프 제어에 의해 250℃ 이상으로 제어되므로 기화부(8) 내부를 경유할 때 액체연료의 기화가 행해진 후 연료분출구(4)로부터 공기공급경로내(6)로 분출된다.

여기에서 연료공급경로(3)를 기화부(8) 내부에 배치한 부분의 주위는 기화부 가열히터(9)에 의해 피복되기 때문에 기화부(8)로부터의 방열을 억제하는 단열효과도 있다.

또 공기는 적정한 공기유량이 되도록 전압이 인가받은 공기공급팬(1)에 의해 공급되고, 공기공급경로(6)를 경유하여 연료가스와 혼합한 후 공기분출구(7)로부터 혼합기체 공간(15) 내로 분출된다.

또 기화된 액체연료와 공기의 예비혼합기체는 공기공급경로(6) 선단부의 공기분출구(7)를 기화부(8)에 관통하도록 설치하고 있으므로 기화부(8)에 직접 접촉하지 않고 공기혼합기체 공간(15)에 유입하여 그 공간(15)을 경유한 후 기화부(8)에 접촉 배치된 촉매발열체(10)에 접촉 반응하여 촉매발열체 연통구멍(16)을 통과하여 촉매연소부(12)에 공급된다. 또 공기분출구(7)를 기화부(8)에 관통시킨다고 해도 본 실시예에서는 엄밀히 말하면 기화부(8)의 일부에는 접촉하고 있다. 그러나 공기의 분출방향을 바로 위로 하고 있으므로 기화부(8)의 가열의 영향은 거의 받지 않는다고 해도 되고 실질적으로 공기분출구(7)는 기화부(8)를 완전히 관통하고 있다고 해도 된다.

또 촉매발열체(10)에서 발생하는 반응열의 일부는 접촉 설치하고 있는 부분으로부터의 열전도 및 기화부(8)에 대향하는 면에서의 열방사에 의해 기화부(8)에 전해진다.

또 기화부(8)에서 촉매발열체(10)로부터의 전도열 및 방사열은 액체연료의 기화에만 이용되므로 기화부(8)로의 공급열량을 예비혼합기체로서 기화하는 경우의 1/8∼1/6로 줄일 수 있게 된다.

이와 같이 기화부(8)를 250℃ 이상으로 제어하는 데에 필요한 기화부 가열히터(9)의 소비전력을 거의 0으로 줄일 수 있어 자열연소를 실현할 수 있다.

이 때문에 가동비용이 낮고 경제성이 우수한 촉매연소장치를 제공할 수 있다.

또 이와 같이 촉매발열체(10)로부터 기화부(8)로의 대부분의 열회수를 행하고 있기 때문에 하류에 촉매연소부(12)를 설치하지 않은 경우에도, 즉 화염연소장치에도 적용할 수 있으며 응용범위가 넓은 기화장치를 제공할 수 있다.

또 본 실시예에서 기화된 액체연료를 연료분출구(4)로부터 일단 공기공급경로(6) 내에 분출하고 있지만 직접 혼합기체 공간(15) 내에 분출한 후 공기와 혼합해도 되고 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(제 4 실시예)

본 발명의 제 4 실시예에 대하여 설명한다. 본 실시예는 기본구성은 제 3 실시예와 같지만 일부의 공기가 촉매발열체(10)에 접촉하지 않도록 촉매발열체(10)의 공기분출구(7)의 하류위치에 분류공기구(18)를 설치하고 있는 점, 분류공기구(18)의 하류의 촉매연소부(12)에 근접하는 위치에 분류공기와 혼합기체의 혼합을 촉진하는 정류판(19)을 가열히터(13)에 접촉시킨 상태로 설치하고 있는 점, 연료공급경로(3)로부터 공급되는 액체연료가 기화부(8)에 충돌하도록 연료공급경로(3)의 선단부의 연료분출구(4)를 배치하고 있는 점이 다르다. 따라서 그 상위점을 중심으로 설명한다.

도 4는 본 실시예의 요부단면도이다. 여기에서 촉매발열체(10)의 중앙에 설치된 개구부는 분류공기구(18)이고 분류된 공기가 통과한다.

또 정류판(19)이 분류공기구(18)의 하류에 배치되고, 이 정류판(19)은 촉매연소부(12)를 가열하기 위한 가열히터(13)에 접촉하여 배치된다. 여기서 정류판(19)은 금속 기재에 백금속의 귀금속을 담지시킨 구성으로 되어 있다.

다음으로 도 4에서 본 실시예의 동작과 특성에 대하여 설명한다.

연료탱크(1) 내의 액체연료는 연료공급펌프(2)에서 유량제어된 후 연료공급경로(3)를 경유하여 연료분출구(4)로부터 혼합기체 공간(15) 내로 분출된다.

또 연료분출구(4)로부터 분출되는 액체연료는 기화부 가열히터(9)의 온-오프 제어에 의해 250℃ 이상으로 제어되는 기화부(8)의 대향하는 벽에 충돌하고 여기서 액체연료가 기화된다.

또 공기는 적정한 공기유량이 되도록 전압을 인가받은 공기공급팬(1)에 의해 공급되고 공기공급경로(6)를 경유하여 공기분출구(7)로부터 혼합기체 공간(15) 내로 분출되지만, 공기공급경로(6) 선단부의 공기분출구(7)를 기화부(8)에 관통하도록 설치하고 있기 때문에 공기는 기화부(8)에 직접 접촉하지 않고 바로 촉매연소부(12)방향으로 흐르고 그 공기의 일부는 분류공기구(18)로부터 외부로 기화된 액체연료와 혼합하지 않고 직접 연소실(11) 내로 공급된다.

또 분류공기구멍(18)에서 외부로 유출하지 않은 공기는 기화부(8)의 대향하는 벽에 충돌하여 기화된 액체연료와 혼합기체 공간(15) 내에서 혼합된 후 기화부(8)에 접촉 배치된 촉매발열체(10)에 접촉 반응하고(단 적정한 공기유량에 대하여 공기부족의 조건), 촉매발열체 연통구멍(16)을 통과한다.

한편 분류공기구(18)를 통과한 공기는 정류판(19)으로의 충돌에 의해 연소실(11)의 중심주위에 형성되는 예비혼합기체의 흐름으로 향하는 흐름을 형성하고, 여기에서 예비혼합기체와 혼합된 후 촉매연소부(12)에 공급된다.

이 때 이 촉매반응에 의해 발생하는 열과 촉매연소부(12)로부터 환류되는 방사열에 의해 적정한 공기유량에 대하여 공기부족의 조건으로 되어 있으므로 촉매발열체(10)의 온도는 제 3 실시예보다 낮고 촉매활성의 저하에 현저한 영향을 주지 않는 500∼700℃로 유지된다.

또 정류판(19)은 50℃ 정도의 저온의 분류된 공기와 접촉하지만, 촉매연소부(12) 근방에 설치되어 있으므로 타르의 부착을 억제할 수 있다.

또 타르가 부착된 경우에도 촉매연소를 시작하기 전의 촉매연소부 가열히터(13)로의 통전에 의해 정류판(19)도 온도가 상승하고 여기에 담지된 촉매 표면에서 타르의 분해반응이 행해지므로 타프의 축적에 의한 악취 등의 문제를 야기하지 않는다.

또 촉매연소부(12)에서의 연소배기가스의 특성에 대해서도 양호하므로 정류판(19)을 설치함으로써 예비혼합기체를 공급하는 경우와 같은 정도의 혼합특성을 실현할 수 있다.

또 촉매발열체(10)에서 발생하는 반응열의 일부는 접촉설치하고 있는 부분으로부터의 열전도 및 기화부(8)에 대향하는 면으로부터의 열방사에 의해 기화부(8)에 전해진다.

또 기화부(8)에서 촉매발열체(10)로부터의 전도열 및 방사열은 액체연료의 기화에만 이용되므로 기화부(8)로의 공급열량을 예비혼합기체로서 기화하는 경우의 l/8∼1/6로 줄일 수 있다.

덧붙여서 공기를 분류하여 촉매발열체(10)와 접촉하는 예비혼합기체의 유량을 줄임으로써 촉매발열체(10)로부터 예비혼합기체로의 열회수량을 감소시키고 있기 때문에 이와 같이 기화부(8)를 250℃ 이상으로 제어하는 데에 필요한 기화부 가열히터(9)의 소비전력을 전체 연소량 영역에 걸쳐 0으로 줄일 수 있어 자열소성을 구현할 수 있다.

또 본 실시예에서 정류판(19)을 촉매연소부 가열히터(13)에 접촉 설치하고 있지만, 격리 설치해도 되고 정류판(19)을 촉매연소부(12)의 근방에 배치하면 상기와 같은 효과가 얻어진다.

또 촉매발열체(10)에 개구한 분류공기구(18)로부터 분류된 공기를 유통시키고 있지만, 기화부(8)의 상류에서 미리 분류한 후(도 4에서의 6' 참조), 연소실(11)내에 공급해도 되고 연소장치의 구성은 약간 복잡하게 되지만 상기와 같은 효과가 얻어진다.

또 점화수단으로서는 촉매연소부 가열히터(12)를 이용한 촉매연소부의 상류로부터의 가열상승방식을 이용하고 있지만, 화염연소에 의해 촉매연소를 개시시키는 경우에 이용하는 점화기로서 압전착화기를 이용하는 경우에는 무전원의 촉매연소장치를 구현할 수 있다.

이상 본 발명을 액체연료의 촉매연소장치에 실시한 예로 설명하였지만, 본발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 다음과 같은 경우도 본 발명에 포함된다.

촉매연소부의 담체에는 세라믹 허니콤을 이용하고 있지만, 예비혼합기체가 유통할 수 있는 다수의 연통구멍을 갖는 것이면 그 소재나 형상에 제한은 없고, 예컨대 세라믹이나 금속의 소결체, 금속허니콤이나 금속부직포, 세라믹섬유의 편조체 등이 이용가능하고, 형상도 평판에 한정되지 않고 만곡형상이나 통형상 또는 파형판형상 등 소재의 가공성과 용도에 따라 임의로 설정할 수 있다.

또 활성성분으로서는 백금, 팔라듐, 로듐 등의 백금속의 귀금속이 일반적이지만, 이들의 혼합체나 다른 금속이나 그 산화물 및 이들과의 혼합조성이어도 되고 연료종류나 사용조건에 따른 활성성분의 선택이 가능하다.

또 연소실의 둘레벽에는 열선을 투과하는 결정화 유리나 석영유리 등으로 이루어지는 열선투과창 또는 열선투과창 대신에 표면의 방사율이 높고 열전도성이 양호한 재료로 구성되는 2차 방사체 또는 동파이프 등으로 이루어지는 열매체유로를 장치한 방사수열체 등을 설치해도 되고 어떤 경우에도 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또 점화수단으로서는 전기 히터를 이용한 촉매연소부의 상류로부터의 가열상승방식을 이용하고 있지만, 화염연소를 시작시키는 점화기로서는 압전착화기를 이용하는 것도 무전원 기기를 완성시키는 것에 유효한 수단이다.

다음으로 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

(제 5 실시예)

도 5는 본 발명의 일실시예인 연료기화장치 및 그것을 이용한 촉매연소장치의 요부단면 구성도이다. 101은 연료공급경로, 102는 연료분출구, 103은 기화부(103')의 기화면, 104는 가열히터, 105는 공기공급경로이고, 선단부를 기화면(103)의 일부에 관통시키고 있다. 또 기화부(103')는 상자형상을 하고 있고 그 하면에 가열히터(104)가 부착된다.

107은 제 1 혼합기체 공간의 일례로서의 혼합기체 공간이다. 107'는 제 2 혼합기체 공간이다. 108은 공기분류구, 109는 촉매연소부이며, 혼합기체 공간(107)의 하류에 배치되고 세라믹 허니콤에 백금족 촉매성분을 담지하고 있다. 110은 고방사율막이고, 혼합기체 공간(107)을 형성하는 케이스(106)의 촉매연소부(109)측 표면을 피복하고 있다. 제 1 혼합기체 공간(107)은 상자형상의 케이스(106)로 형성되고, 상기 기화부(103')를 덮도록 배치된다. 또 케이스(106)는 기화부(103')와 열전도적으로 연결된다.

또 그 혼합기체 공간(107)을 형성하는 케이스(106)의 저부(도면 상은 위에 존재한다)에는 공기분류구(108)가 형성된다. 이 공기분류구(108)의 테두리(60)는 혼합기체 공간(107)의 내부쪽을 향하여 돌출하고 있다.

또 연료공급경로(101)의 선단부는 기화부(103')의 기화면(103)으로 향하고 있고, 액체연료가 기화면(103)으로 충돌하도록 되어 있다. 또 공기공급경로(105)는 그 공기를 케이스(106)의 저부의 중앙으로 향하여 분출할 수 있도록 배치된다. 그리고 상술한 바와 같이 그 저부의 중앙에는 공기분류구(108)가 열려 있다.

연료기화장치(120)는 연료공급경로(101), 연료분출구(102), 기화면(103), 공기공급경로(105), 제 1 혼합기체 공간(107), 제 2 혼합기체 공간(107') 및 공기분류구(108)로 구성되고, 그것에 촉매연소부(109)를 조합하여 촉매연소장치(121)를 구성한다. 가열히터(104)는 상승시 등 기화면(103)의 온도가 부족하여 기화가 충분히 행해지지 않을 때에 이용한다.

다음으로 본 실시예의 작용을 설명한다.

공급되는 액체연료(여기서는 등유를 사용)는 연료공급경로(101)를 경유하여 선단부의 연료분출구(102)로부터 기화면(103)으로 분사된다. 여기서 기동시 및 열량 부족시에는 설치된 가열히터(104)의 온-오프 제어에 의해 기화면(103)의 온도는 연료의 기화온도 이상(등유에서는 250℃ 이상)을 유지하도록 제어되어 있고, 여기서 액체연료가 기화된다. 물론 히터(104)의 전력공급이 없더라도 기화면(103)의 온도가 높으면 기화는 행해진다.

또 선단부를 기화면(103)에 관통시킨 공기공급경로(105)를 경유하여 공급되는 연소용 공기는 곧바로 상방으로 흐르고 대부분은 공기분류구(108)로부터 외부로 배출되고 일부는 혼합기체 공간(107)으로 흐른다.

이 분류된 일부의 공기는 기화면(103)과 혼합기체 공간(107) 내를 순환하고, 여기에서 기화면(103)에서 기화된 액체연료와 혼합되고 다시 공기공급경로(105)로부터 공급되는 공기의 흐름을 타면서 혼합된 후 공기분류구(108)를 거쳐 혼합기체 공간(107)의 외부로 배출된다.

이와 같이 구성함으로써 공기공급경로(105)로부터 공급되는 공기의 일부는 그대로 기화부(103')에 접촉하는 일 없이, 즉 기화부(103')를 가열하는 열에 의해 가열되는 일 없이 혼합기체 공간(107)의 외부로 배출되고, 남은 공기는 혼합기체공간(107) 내를 흐르면서 기화한 연료와 혼합되고, 혼합기체 공간(107)의 외부로 나간다.

이로 인하여 양호한 혼합특성을 구현할 수 있고 혼합기체 공간(107)을 순환하여 기화면(103)에 접촉하는 공기유량은 공기공급경로(105)로부터 직접 혼합기체 공간(107)의 외부로 나가는 공기가 없는 경우에 비하여 적어진다. 그 결과, 기화시에 불필요하게 공기를 가열하는 일이 없고, 그 가열에너지는 액체연료의 기화에 효율적으로 이용되어 기화에 필요한 열량이 대폭 절감되는 효과를 얻을 수 있다.,

또 공기분류구(108)로부터 배출된 혼합기체는 제 2 혼합기체 공간(107')에서 다시 혼합되고 그 하류에 설치된 촉매연소부(109)에 공급되고, 여기에서 산화반응이 행해진다.

이 반응열에 의해 촉매연소부(109)의 상류 표면의 온도는 계속해서 연소할 수 있는 500℃ 이상 또한 내구성을 고려한 온도한계의 900℃ 이하로 유지된다.

이 때 촉매연소부(109) 상의 촉매연소에 의해 공급되는 액체연료의 발열량의 50∼60%에 상당하는 열량이 촉매연소부(109)의 상류측으로 방사된다.

여기서 제 1 혼합기체 공간(107)의 케이스(106)는 고방사율막(110)으로 피복되어 있기 때문에 촉매연소부(109)로부터 도달하는 방사열 중 90% 이상은 고방사율막(110)에서 흡수된 후 케이스(106)의 기화면(103)에 대향하는 면에서 2차 열방사를 행한다. 또 케이스(106)의 열은 기화부(103')의 기화면(103)으로 케이스(106)에 연접하고 있는 부분으로부터 열전도에 의해 전해져 액체연료의 기화에 이용된다.

그 결과 촉매연소부(109)로부터의 연소열로 연료가 기화되고 가열히터(9)의전력이 거의 필요하지 않게 되는 효과를 얻을 수 있다. 또 촉매연소부(109)로부터의 방사열은 액체연료의 기화와 동시에 예비혼합기체의 예열에도 이용되기 때문에 이들의 일부는 다시 촉매연소부(109)로 환류되어 에너지가 불필요하게 되지 않는 효과를 얻을 수 있다.

이상 에너지절감과 경제성이 우수한 열이용 효율이 높은 촉매연소장치를 제공할 수 있다는 것을 설명하였다.

또 본 실시예에서 케이스(106)의 촉매연소부(109)측 표면을 고방사율막(110)으로 피복하고 있지만 케이스(106) 자체를 고방사율의 기재로 구성해도 된다.

또 케이스(106)를 동이나 알루미늄 등의 열전도율이 높은 기재로 구성할 경우 또는 접촉열저항을 억제하도록 기화면(103)과 일체로 구성으로 하는 경우에는 촉매연소부(109)의 상류 표면으로부터의 방사열을 보다 효율적으로 기화면(103)에 전할 수 있게 되어 상기와 동등 이상의 효과를 기대할 수 있다.

또 공기공급경로(105)를 상류측에서 분기하는 한편 105'를 도면에 도시된 바와 같이 제 1 혼합기체 공간(107)을 완전히 통과하지 않고 직접 제 2 혼합기체 공간(107')으로 유도해도 된다.

(제 6 실시예)

도 6은 본 발명이 다른 실시예인 연료기화장치 및 그것을 이용한 촉매연소장치의 요부단면 구성도, 도 7은 동장치의 부분구성도이다.

본 실시예는 기본구성은(제 5 실시예)의 연료기화장치 및 그것을 이용한 촉매연소장치와 같지만, 케이스(106)에 혼합기체 공간(107) 내를 유통하는 혼합기체를 외부로 배출하는 혼합기체 유통구(113)를 설치하고 있는 점, 공기분류구(108)의 하류에 정류판(100)을 설치하고 있는 점, 기화면(103)을 대략 연직방향에 설치하는 동시에 하단을 연료분출구(102)보다 낮은 위치로 하고 있는 점, 연료분출구(102)보다 낮은 위치에 액체연료 분류부(1l5)를 설치하고 있는 점, 가열히터(104)를 기화면(103)의 이면을 따라 설치하고 있는 점이 다르다. 따라서 그 상위점을 중심으로 설명한다.

연료기화장치(120)는 연료공급경로(101), 연료분출구(102), 기화면(103), 공기공급경로(105), 케이스(106), 제 1 혼합기체 공간(107), 제 2 혼합기체 공간, 공기분류구(108)로 구성되고, 그것에 촉매연소부(109)를 조합하여 촉매연소장치(121)를 구성한다. 가열히터(104)는 상승시 등 기화면(103)의 온도가 부족하여 기화가 충분히 행해지지 않을 때에 이용한다.

공급되는 액체연료는 연료펌프(21)로부터 연료공급경로(101)를 경유하여 선단부의 연료분출구(102)로부터 기화면(103)으로 분출된다. 여기에서 기동시 및 열량의 부족시에는 설치된 가열히터(104)에 의해 기화면(103)은 연료의 기화온도 이상(등유에서는 250℃ 이상)을 유지하도록 제어된다.

물론 히터(104)의 전력공급이 없더라도 기화면(103)의 온도가 높으면 기화는 행해진다. 연소량이 작은 경우에는 액체연료가 기화면(103)에 충돌한 후 전량이 순간적으로 기화된다.

연소량이 큰 경우에는 충돌 후에 전량이 순간적으로 기화되지 않고, 도 7에 도시된 바와 같이 일부의 액체상태의 연료는 기화면(103)을 따라 흐르고기화면(103) 상으로 돌출 배치되어 있는 액체연료 분류부(115)에 충돌한다.

액체연료 분류부(115)는 돌출되어 배치되어 있으므로 액체연료는 빠르게 분산된다. 분산됨으로써 액체연료가 기화면(103)과 접촉하는 면적이 늘어나 열을 받기 쉽게 된다.

이렇게 하여 액체연료는 기화면(103)으로부터 열을 얻어 액체상태의 연료가 기화된다.

이와 같이 기화면(103)을 따라 액체연료를 분산 기화시키는 구성에 의해 액체연료를 균일하게 가열하여 기화시키는 것이 가능해져 연료의 일부가 재응축되는 것을 피할 수 있다.

또 가열히터(104)를 기화면(103)을 따라 배치한다. 이 기화면(103)을 따라 가열히터(104)를 배치하는 구성에 의해 가열히터(104)의 발열은 효율적으로 액체연료의 기화열로서 이용되고 가열히터(104)에서의 소비전력을 줄일 수 있다.

또 송풍팬(22)으로부터 선단부를 기화면(103)에 관통시킨 공기공급경로(105)를 경유하여 공급되는 연소용 공기는 분류구(108)에 의해 분류되고 일부 공기는 제 1 혼합기체 공간(107) 내에 유통되고 여기에서 기화면(103)에서 기화된 연료와 혼합된 후 케이스(106)에 설치된 혼합기체 유통구(113)를 통과하여 혼합기체 공간(107) 외부로 배출된다.

또 나머지의 대부분의 공기는 기화면(103)에 직접 접촉하는 일 없이 공기분류구(108)를 거쳐 직접 혼합기체 공간(107) 외부로 배출된다.

또 공기분류구(108)를 거쳐 직접 혼합기체 공간(107) 외부로 배출된 공기는공기분류구(108)의 하류에 설치된 정류판(114)에 충돌한 후 분산되고 이 주위를 유통하는 혼합기체 유통구(113)로부터 배출된 혼합기체로 향하는 흐름을 형성하여 혼합기체와 혼합된다. 따라서 혼합기체 공간(107) 내는 온도 저하가 작으므로 기화한 액체연료는 재응축되지 않는다.

이와 같이 분류구(108)에 의해 공기를 분류하고 일부 공기를 직접 혼합기체 공간(107) 외부로 배출하고, 기화면(103)에 접촉시키는 유량을 줄이는 구성에 의해 기화에 필요한 열량을 대폭 줄일 수 있게 된다.

이 때문에 가동비용이 낮고 경제성이 우수한 연료기화장치(120)를 제공할 수 있다.

또 이와 같이 분류한 공기를 정류판(114)에 충돌시켜 혼합하는 구성에 의해 균일한 혼합기체를 공급할 수 있기 때문에 하류측에 화염연소나 촉매연소 등의 임의의 연소부를 설치하는 것도 가능하고, 응용범위가 넓은 연료기화장치(120)를 제공할 수 있다.

그리고 균일하게 혼합된 예비혼합기체는 촉매연소부(109)에서 촉매연소하여 복사열을 발한다. 그 열은 수열팬(26a) 및 연소통(26)을 거쳐 수열튜브(25)에 전해 져 내부를 흐르는 매체에 회수된다.

또 일부 복사열은 방사율이 높은 재료로 구성된 케이스(106)에서 효율적으로 흡수되고, 기화면(103)으로 운반되어 연료의 기화에 이용된다. 또 촉매연소부(109)로부터 배출되는 연소가스로부터도 배기통(27)으로부터 방출될 때까지 수열핀(26a)에서 열회수되어 수열튜브(25)를 거쳐 매체로 열이 회수된다.

매체는 펌프(24)의 동작에 의해 순환하고 있고, 외부방열기(23)에 운반되면 여기서 열을 방출하고 외부에서 열원으로서 이용된다.

이상과 같이 연료기화장치 및 그것을 이용한 촉매연소장치를 구성함으로써 연료기화에 필요한 전력을 절감하여 재응축하지 않은 연료기화장치 및 촉매연소장치를 제공할 수 있었다.

또 본 실시예에서 연소용 공기를 분류하는 장소를 기화면(103)의 하류측에 설치하고 있지만, 기화면(103)보다 상류측에 설치하여 미리 분류한 후 연소용 공기를 공급해도 되고 연료기화장치(120)의 구성은 약간 복잡하게 되지만 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다(도 5의 105' 참조).

(제 7 실시예)

도 8은 본 발명이 다른 실시예인 촉매연소장치의 요부단면도이다. 본 실시예서는 기본 구성은 제 5 실시예의 연료기화장치 및 그것을 이용한 촉매연소장치와 같지만, 기화면(103)과 복사수열체(111)를 일체로 구성으로 하고 있는 점, 촉매연소부(109)를 복사수열체(111)에 대향배치하고 있는 점, 복사수열체(111)를 방사율이 높은 재료(10)로 피복하고 있는 점, 기화면(103)을 복사수열체(111)의 위치보다 촉매연소부(109)측으로 돌출시키고 있는 점, 기화면(103)의 이면을 방사율이 높은 재료(10)로 피복하고 있는 점이 다르다. 그 상위점을 중심으로 설명한다.

연료기화장치(120)는 연료공급경로(101), 연료분출구(102), 상자형상의 기화부(103')의 기화면(103), 공기공급경로(105)로 구성되고, 그것에 촉매연소부(109)를 조합하여 촉매연소장치(121)를 구성하고, 또 고방사율막(110)을 적어도기화면(103)의 이면의 촉매연소부(109)측 표면을 고방사율로 하기 위해 설치하고, 연료기화장치(120)의 성능을 향상시키기 위해 이용한다. 가열히터(104)는 기화면(103)의 온도가 부족할 때 이용한다. 기화부(103')는 상자형상을 하고 있고 그 저부가 기화면(103)을 형성하며 측면(3a)에는 기화부 개구부(112)가 형성된다.

또 연료공급경로(101)와 공기공급경로(105)는 모두 수평으로 연료, 공기를 방출하고 기화면(103)으로 충돌시킨다.

또 복사수열체(111)는 기화면(103)과 열전도적으로 일체로 구성되어 있고, 촉매연소부(109)는 복사수열체(111)의 하류에 배치된다. 요컨대 판형상 복사수열체 (111)는 촉매연소부(109)와 대향한 상태로 되어 있고, 또 그 복사수열체(111)의 중앙에 상기 상자형 기화부(103')가 배치되고 촉매연소부(109)측으로 돌출하고 있다.

공급되는 액체연료는 연료공급경로(101)를 경유하여 선단부의 연료분출구(102)로부터 기화면(103)으로 분사된다. 또 연소용 공기도 연료공급경로(101)의 주위에 배치된 공기공급경로(105)를 경유하여 기화면(103)으로 분출된다. 기화면(103)은 연직으로 되어 있다.

여기에서 기화면(103)은 연료의 기화온도 이상(등유에서는 250℃ 이상)이 되도록 제어되어 있고, 액체연료는 기화면(103)에 충돌후 기화되는 동시에 기화한 연료증기는 분산되어 이 주위를 유통하는 공기측으로의 흐름을 형성하여 공기와 혼합되어 혼합기체가 된다.

이 때 기화면(103)에서 기화되지 않은 액체연료도 기화면(103)이 연직으로 되어 있으므로 기화면(103)을 따라 흘러 기화면(103)과 복사수열체(111)를 결합하고 있는 부재(3a)의 아래쪽에 고여 여기서 열을 얻어 기화한다.

이 혼합기체는 기화부 개구부(112)를 경유하여 하류에 설치된 촉매연소부(109)에 공급되고 여기에서 산화반응이 행해진다. 이 반응열에 의해 촉매연소부(109)의 상류 표면의 온도는 계속 연소할 수 있는 500℃ 이상이되 내구성을 고려한 온도한계인 900℃ 이하로 유지된다.

이 때 공급되는 액체연료의 발열량의 50∼60%에 상당하는 열량이 촉매연소부(109)의 상류측으로 방사된다. 여기에서 복사수열체(111)는 기화면(103)과 일체로 구성되어 있고, 촉매연소부(109)는 복사수열체(111)의 하류에 배치되어 있으므로 기화면(103)의 이면 및 복사수열체(111)는 촉매연소부(109)에 대향하고 있고, 그들의 전부 또는 일부는 고방사율막(110)으로 피복되어 있다.

그 결과 촉매연소부(109)로부터 발생하는 방사열중 90% 이상, 즉 발열량중 50% 이상은 복사면(3)의 이면 및 복사수열체(111)에서 흡수된다.

또 기화면(103)을 복사수열체(111)로부터 촉매연소부(109)측으로 돌출시키고 있으므로 보다 넓은 범위로부터의 방사열이 그 이면에 도달한다. 여기서의 흡수열은 외부로 방열되지 않고 직접 액체연료의 기화열로서 이용되기 때문에 연료의 일부가 재응축되는 것을 피할 수 있으며 가열히터(104)의 소비전력을 절감하는 효과가 있다. 또 촉매연소부(109)로부터의 방사열은 예비혼합기체의 예열에도 이용되어 다시 촉매연소부(109)로 환류된다.

이와 같이 기화면(103)을 복사수열체(111)로부터 촉매연소부(109)측으로 돌출시킨 구성에 의해 별도 유로제어부 등을 설치하는 일 없이 더욱 간단한 구성으로가열히터(104)에서의 소비전력을 대폭 절감하는 효과가 있다.

이로부터 에너지절감과 경제성이 우수한 열이용 효율이 높은 촉매연소장치(121)를 제공할 수 있다. 또 기화부 개구부(112)를 화구로 해도 화염으로부터의 복사열이 복사수열체(111) 및 기화부 개구부(112)를 가열하여 열전도로 기화면(103)을 가열하므로 화염연소장치의 연료기화장치(120)로서도 적용할 수 있는 것이며 응용범위가 넓은 연료기화장치(120)를 제공할 수 있다.

또 본 실시예에서 복사수열체(111)의 촉매연소부(109)측 표면을 고방사율막(110)으로 피복하고 있지만, 복사수열체(111) 자체를 고방사율의 기재로 구성해도 되고 상기와 같은 효과를 얻을 수 있다.

또 복사수열체(111)를 동이나 알루미늄 등의 열전도율이 높은 기재로 구성하는 경우에는 촉매연소부(109)의 상류 표면으로부터의 방사열을 더욱 효율적으로 기화면(103)에 전하는 것이 가능해져 더욱 상기와 동등 이상의 효과를 기대할 수 있다.

또 상기 제 5 실시예∼제 7 실시예에서는 액체연료의 촉매연소장치 및 연료기화장치로 설명하였지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니고 다음과 같은 경우도 본 발명에 포함된다.

촉매연소부의 담체에는 세라믹 허니콤을 이용하고 있지만, 예비혼합기체가 유통할 수 있는 다수의 연통구멍을 갖는 것이면, 그 소재나 형상에 한정은 없다. 예컨대 세라믹이나 금속의 소결체, 금속 허니콤이나 금속부직포, 세라믹섬유의 편조체 등이 이용가능하고, 형상도 평판에 한정되지 않고 만곡형상이나 통형상 또는판형상 등 소재의 가공성과 용도에 따라 임의로 설정할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 관한 촉매연소장치에서는 기화부를 정온 이상으로 제어하는 데에 필요한 기화부 가열히터의 소비전력을 대폭 줄일 수 있기 때문에 에너지절감과 경제성이 우수한 열이용 효율이 높은 촉매연소장치를 제공할 수 있다.

또 공기공급경로로부터 공급되는 공기가 가능한 한 기화부에 접촉하지 않도록 한 구성에 의해 촉매발열체로부터의 전도열 및 방사열은 액체연료의 기화에 주로 이용되기 때문에 기화부로의 공급열량을 예비혼합기체로서 기화를 행하는 경우의 1/8∼1/6로 줄일 수 있다.

이와 같이 기화부를 정온 이상으로 제어하는 데에 필요한 기화부 가열히터의 소비전력을 전체 연소량 영역에 걸쳐 거의 0으로 줄일 수 있어 자열 연소를 실현할 수 있으므로 가동비용이 낮고 경제성이 우수한 촉매연소장치를 제공할 수 있다.

또 이와 같이 촉매발열체로부터 기화부로의 대부분의 열회수를 하고 있기 때문에 하류에 촉매연소부를 설치하지 않은 경우에도, 즉 화염연소장치에도 적용할 수 있어 응용범위가 넓은 기화장치를 제공할 수 있다.

또 화염연소에 의해 촉매연소를 개시시키는 경우의 점화기로서 압전착화기를이용하는 경우에는 설치장소 등의 자유도가 높은 무전원 촉매연소장치를 구현할 수 있다.

Claims

액체연료를 공급하는 연료공급경로와, 공기를 공급하는 공기공급경로와, 상기 연료공급경로로부터 공급되는 연료와 상기 공기공급경로로부터 공급되는 공기를 혼합하는 혼합부와, 그 혼합부에서 혼합된 혼합기체를 가열하여 상기 액체연료를 기화시키는 기화부와, 상기 기화부의 하류측이고 그 기화부에 열전도적으로 접촉 또는 근접하여 배치된 산화촉매성분을 담지한 촉매발열체와, 상기 촉매발열체의 하류측에 설치된 다수의 연통구멍을 갖는 촉매연소부를 구비하고,

상기 기화부는 상기 촉매발열체로부터의 열을 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 1항에 있어서,

상기 기화부와 상기 촉매연소부 사이에 상기 혼합기체의 상기 촉매연소부로의 흐름을 제약하는 제약수단이 설치된 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 1항에 있어서,

상기 촉매발열체는 상기 기화부에 열전도에서 보아 일체적으로 연결되어 있고, 상자형상을 하고 있고, 상기 기화부의 내부공간과 연통하는 공간부를 갖고, 이 상자형상의 촉매발열체의 저부에는 복수개의 구멍이 형성되고, 이 저부의 존재에 의해 상기 혼합기체의 상기 촉매연소부로의 흐름이 제어되는 것을 특징으로 하는촉매연소장치.
제 3항에 있어서,

상기 혼합기체는 상기 상자형상의 촉매발열체의 공간부에서 추가로 혼합되는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
액체연료를 공급하는 연료공급경로와, 공기를 공급하는 공기공급경로와, 상기 연료공급경로로부터 공급되는 연료를 가열하여 기화시키는 기화부와, 상기 기화부에서 공급된 기화연료와 상기 공기공급경로로부터 공급된 공기를 혼합하는 혼합부와, 상기 혼합부의 하류측이고 상기 기화부에 열전도적으로 접촉 또는 근접하여 배치된 산화촉매성분을 담지한 촉매발열체와, 상기 촉매발열체의 하류측이고 다수의 연통구멍을 갖는 촉매연소부를 구비하고,

상기 기화부는 상기 촉매발열체로부터의 열을 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치,
제 5항에 있어서,

상기 기화부는 열전도적으로 상기 촉매발열체에 연결하고 상기 연료공급경로는 상기 기화부를 관통하는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 6항에 있어서,

상기 촉매발열체는 상자형상을 하고 있고, 이 상자형상의 촉매발열체의 저부에는 복수개의 구멍이 형성되며, 상기 공기공급경로의 공기분출노즐은 그 상자형상의 촉매발열체의 저부로 직교하도록 배치되어 있고, 상기 기화부를 관통한 상기 연료공급경로의 연료분출구는 상기 공기공급경로 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 5항에 있어서,

상기 공기공급경로로부터 공급된 공기가 분류되고, 일부는 상기 혼합부로 공급되는 동시에 남은 일부는 상기 촉매연소부로 공급되는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 7항에 있어서,

상기 상자형상의 촉매발열체 저부의 상기 공기분출노즐로부터 분출한 공기가 충돌하는 위치에는 상기 복수개의 구멍보다 큰 직경의 분류공기구가 형성되고, 상기 공기분출노즐로부터 분출한 공기는 그 일부가 상기 분류공기구로부터 나오고 남는 일부는 상기 상자형상의 촉매발열체의 공간부를 유통하는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 5항에 있어서,

상기 공기공급경로의 공기분출노즐은 상기 기화부를 관통하여 상기 촉매발열체의 근방에 배치되고, 상기 연료공급경로의 연료분출구는 상기 기화부에 배치되는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치,
제 9항에 있어서,

상기 분류공기구로부터 분출한 공기가 흐르는 하류측에는 그 공기의 흐름을 변경하는 정류판이 설치된 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 11항에 있어서,

상기 촉매연소부의 상류에 상기 촉매연소부를 가열하기 위한 가열히터가 근접하여 설치되고, 상기 정류판이 상기 가열히터에 접촉 배치되는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 12항에 있어서,

상기 정류판은 산화촉매성분을 담지하는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 1항 또는 제 5항에 있어서,

상기 기화부에 있는 기화면은 실질상 연직방향에 설치되고, 상기 연료공급경로의 선단부보다 낮은 위치에 상기 액체연료를 분류하는 액체연료 분류부가 설치된 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
액체연료를 공급하는 연료공급경로와, 공기를 공급하는 공기공급경로와, 상기 연료공급경로로부터 공급되는 연료를 가열하여 상기 액체연료를 기화시키는 기화면을 갖는 기화부와, 상기 공기공급경로로부터 공급된 공기와 상기 기화부에서 기화된 연료를 혼합하는 제 1 혼합공간과, 그 제 1 혼합공간의 하류측에 제 2 혼합공간을 구비하며,

상기 공기공급경로의 선단부가 상기 기화면을 관통함으로써 상기 선단부에서 분출한 공기의 일부는 상기 기화부에서의 가열의 영향을 받지 않고 상기 제 1 혼합공간 외부로 유출되고 남은 공기는 상기 제 1 혼합공간 내에서 상기 기화한 연료와 혼합되어 혼합기체가 되어 상기 제 1 혼합공간 외부로 유출되며,

상기 제 1 혼합공간 외부에서의 제 2 혼합공간에서 상기 유출된 공기와 상기 혼합기체가 혼합되는 것을 특징으로 하는 연료기화장치,
제 15항에 있어서,

상기 기화부는 상자형상을 하고 있고, 상기 기화면은 그 화분형상의 기화부의 저부에 형성되며, 상기 제 1 혼합공간은 상기 상자형상의 기화부를 덮도록 배치된 상자형상의 케이스로 형성되고 그 케이스 외부에 상기 제 2 혼합공간이 형성되며,

상기 케이스형상의 제 1 혼합공간의 저부는 상기 공기공급경로의 선단부와 대면하고 있고, 그 선단부에서 분출하는 공기가 충돌하는 저부의 위치에는 공기를 분류하는 공기분류구가 형성되고,

상기 공기공급경로의 선단부에서 분출한 공기는 그 일부가 상기 공기분류구로부터 상기 기화한 연료와 혼합되지 않고 유출되며, 남는 일부는 상기 케이스형상의 제 1 혼합공간에서 상기 기화한 연료와 혼합하여 혼합기체가 된 후 상기 공기분류구로부터 유출되며,

상기 공기분류구로부터 유출된 공기와 상기 혼합기체는 상기 제 2 공기혼합공간에서 추가로 혼합하는 것을 특징으로 하는 연료기화장치.
제 15항에 있어서,

상기 공기공급경로는 도중에서 분기하고, 상기 선단부와는 다른 선단부는 직접 상기 제 2 혼합공간으로 배치된 것을 특징으로 하는 연료기화장치
제 15항에 있어서,

상기 기화부에 있는 기화면은 실질상 연직방향으로 설치되고, 상기 연료공급경로의 선단부보다 낮은 위치에 상기 액체연료를 분류하는 액체연료 분류부가 설치된 것을 특징으로 하는 연료기화장치.
액체연료를 공급하는 연료공급경로와, 공기를 공급하는 공기공급경로와, 상기 연료공급경로로부터 공급되는 연료를 가열하여 상기 액체연료를 기화시키는 기화면을 갖는 기화부를 구비하며,

상기 기화부는 상자형상의 케이스로 형성되고 그 케이스의 내부에 상기 연료공급경로의 선단부와 상기 공기공급경로의 선단부가 배치되어 있고, 상기 연료공급경로의 선단부는 상기 케이스의 저부에 있는 기화면으로 향하여 연료를 분출하고, 그 케이스의 내부에서 기화한 연료와 상기 공기공급경로의 선단부에서 분출하는 공기가 혼합되어 상기 케이스의 측면에 있는 개구부로부터 외부로 유출되는 것을 특징으로 하는 연료기화장치.
청구항 15에 기재한 연료기화장치를 이용한 촉매연소장치에 있어서, 상기 제 2 혼합공간의 하류측에 설치된 다수의 연통구멍을 갖는 촉매연소부를 추가로 구비하고,

상기 기화부는 상기 촉매연소부로부터의 열을 이용할 수 있는 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
청구항 16에 기재한 연료기화장치를 이용한 촉매연소장치에 있어서, 상기 제 2 혼합공간의 하류측에 설치된 다수의 연통구멍을 갖는 촉매연소부를 추가로 구비하고,

상기 기화부는 상기 케이스에 열전도적으로 연결되어 있고, 상기 케이스의 상기 촉매연소부측의 표면에 다른 부분보다 방사율이 높은 막이 형성된 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
청구항 19에 기재한 연료기화장치를 이용한 촉매연소장치에 있어서, 상기 기화부의 하류측에 설치된 다수의 연통구멍을 갖는 촉매연료부를 추가로 구비하고,

상기 케이스의 기화면이 있는 저부의 상기 촉매연소부측의 표면의 전부 또는 일부에 다른 부분보다 방사율이 높은 막이 형성된 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 22항에 있어서,

상기 촉매연소부에 대향하도록 배치되고, 상기 기화부와 열전도적으로 연결된 복사수열체를 구비하고, 상기 상자형상의 케이스는 그 복사수열체보다 상기 촉매연소부측으로 돌출되어 형성된 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.
제 23항에 있어서,

상기 복사수열체의 전부 또는 일부는 그 밖의 부분보다 방사율이 높은 막이 형성된 것을 특징으로 하는 촉매연소장치.