KR20020092808A - 촉매 연소 장치 및 냉매 가열식 공기조화기 - Google Patents

Abstract

촉매 연소 장치에서의 이상 연소에 따른 화염을 신속하면서 정확하게 검지하고, 촉매체의 시간경과에 따른 열화나 부분 열화 및 환경에 대한 악영향을 회피할 수 있는 연소제어가 가능한 촉매 연소 장치를 실현하여, 이에 따라 배기가스의 청정도가 높은 깨끗한 냉매 가열식 공기조화기에 관한 것이다. 연료와 공기의 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급부와, 그 하류에 설치한 통기성을 갖는 촉매체와, 외주부에 위치시킨 피가열 유체 통로를 갖는 열 교환부를 구비하고, 촉매체의 상류 또는 하류의 가스통로에 온도 센서 등의 물리량 측정센서를 설치하여, 그 출력의 변화에 따라 이상 연소나 촉매 상황에 따른 연소제어를 실시한다. 또한, 피가열 유체 통로 중의 냉매를 가열하는 구성으로 했다.

Description

촉매 연소 장치 및 냉매 가열식 공기조화기{CATALYTIC COMBUSTION DEVICE AND HEAT-TRANSFER AIR-CONDITIONER}

본 발명은 난방시에 냉매를 가열하는 냉매 가열기가 설치된 냉매 가열식 공기조화기와, 냉매 가열기의 열원으로서 구비한 연소장치에 관한 것으로, 특히, 냉매 가열용으로 가장 적합한 촉매 연소 장치에 관한 것이다.

주로 냉매 가열식 공기조화기에 적용하는 것이지만, 그밖에 가정용, 또는 업무용의 급탕 장치, 난방 장치에도 적용할 수 있는 촉매 연소 장치에 관한 것이다.

냉동사이클을 이용한 공기조화기에 있어서, 한냉지에서의 난방 능력을 향상시키는 수단으로서, 냉매가열기를 설치하여 연소장치에 의해 냉매를 가열하는 방법이 사용되고 있다. 이 경우, 열펌프 방식과 냉매유량 제어 밸브를 교축하지 않는 방식이 있다. 최근들어 환경 문제에 대한 관심이 높아져 연소 장치에 대해서도 그 배기가스의 청정도에 대해 주목되고 있다.

그러나, 종래의 화염식 연소장치로 그 요구에 부응시키기는 기술적으로 어려운 면이 있었다. 화염식 연소장치에서는 연소시의 온도가 높기 때문에, 공기중의 질소가 변화되어 발생하는 NO_x(질소 산화물)의 생성을 회피하기가 기술적으로 어렵다. 또한, 냉매가열기에 있어서는 연소시의 온도가 국부적으로 높아지면 냉매 자체의 조성을 분해하는 등의 문제점이 있었다. 이 때문에 촉매 연소 장치를 이용했지만, 촉매 연소에 있어서의 여러 문제점이 있었다. 플라티늄이나 팔라듐 등의 귀금속 촉매를 코질라이트 등의 기재(基材)에 담지(擔持)한 촉매체를 사용하여 연료를 촉매연소시키고, 연소시에 발생하는 열을 급탕이나 난방에 이용하는 촉매 연소 장치가 예컨대 일본특허공개공보 제94-147419호에 공개되어 있다. 허니콤 형상으로 구성한 촉매체로부터의 복사를 받도록 열 교환부를 설치하고, 촉매 연소 개시시에는 예열 버너 등의 가열에 의해 촉매체를 활성화온도 이상으로 가열하여, 연소와 공기와의 혼합가스의 공급을 정지하여 예열 버너의 화염을 소염시킨 뒤, 다시 혼합가스를 공급하여 촉매연소시켰다.

상기에 따른 종래의 촉매 연소 장치는 화염을 생성하지 않는 촉매반응에 의해 깨끗한 배기특성으로 하여, 콤팩트한 연소부를 실현하고 있었다. 또한, 화염의 생성에 따라 생성되는 고온부를 만들지 않음으로써 촉매 연소 장치는 사용수명이 길었다. 그러나 실제 사용조건에 있어서, 장기간의 사용에 의해 촉매의 활성도가 저하되거나, 배기부로부터 촉매 연소 장치 내에 바람이 들어와 공연비가 변화되거나, 또한 연료 공급의 불균일에 의해 이상 연소(화염 연소)가 발생하여, 이들의 이상 상태에 대한 적절한 대책을 취하기는 곤란했었다. 그리고, 일단 이상 연소에 의한 화염연소가 발생하면 화염부가 이상한 고온이 되어, 촉매체을 비롯하여 촉매체부가 강하게 가열되어, 이들의 사용수명이 현저히 저하된다. 또한, 냉매 자체를 분해한다는 문제점이 발생한다.

한편, 이러한 화염을 형성하지 않는 연소 방식에서는 이들의 이상 연소의 발생이나 촉매의 활성도 저하에 따른 연소불량 상태를 검출하는 방법으로서는 고가의 배기가스 센서를 사용하여 배기가스 성분을 화학 센서로 직접 검출하는 방법이나, 촉매체의 온도를 검출하는 온도 센서를 촉매체에 배치하는 방법 등이 있다. 그러나, 이들 방법에서는 화학센서의 비용이 고가인 점과 센서 자체의 수명이 짧은 등의 문제점이 있고, 또한 온도 센서에 의해 촉매체 온도를 직접 측정하는 방법으로는 촉매체의 국부적 열화를 검출하기 어려운 등의 문제점이 있었다. 또한, 이들 방법에서는 촉매체의 시간경과에 따른 열화에 대해 정확히 연소 상태를 검지하여 제어성이 우수한 연소를 실현하는 것도 곤란했다.

또한, 촉매의 부분적인 열화를 혼합 기류의 흐름 분포와 대응시켜서 촉매체의 촉매 활성에 분포를 갖게 한 일본특허공개공보 제94-281121호에 나타낸 바와 같은 종래 예가 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 하나의 촉매체로 부분적으로 촉매 활성을 변화시키기 어려운 등의 문제점을 갖고 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 감안하여 촉매의 활성도가 저하되거나, 배기부로부터의 바람의 의도하지 않은 침입에 의해 공기와 연료와의 혼합비율을 도시한 공연비가 변화되거나, 또한 연료의 공급이 불균일해지거나 함으로써 이상 연소가 발생했을 경우에는 신속히 그 이상 연소를 검지하여 이상 연소에 기인하는 촉매체를 비롯한 연소 기구부의 열화를 방지한 연소 제어를 실시하고, 이로써 촉매 연소 장치의 장수명화(長壽命化) 및 배기가스의 환경에 대한 악영향의 억제를 도모할 수 있도록 하는 것을 목적으로 하는 것이다. 또한, 이들 제어시에 있어서 고가의 배기가스 센서를 사용하는 일이 없고, 또한 촉매체 그 자체의 온도에 의거하는 일 없이 안정된 제어를 실현할 수 있어, 촉매체의 시간경과에 따른 변화를 판단함과 동시에 촉매체의 국부적 열화를 억제하는 것이 가능한 촉매 연소 장치와 이를 이용한 냉매 가열식 공기조화기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 신뢰성이 높은 저비용의 검출부에 의해 연소 상태 및 촉매체의 열화를 검출하여, 최적의 연소 상태로 제어할 수 있는 촉매 연소 장치와 이를 이용한 냉매 가열식 공기조화기를 제공한다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도,

도 2는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도,

도 3은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도,

도 4는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도,

도 5는 본 발명의 실시예 5에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도,

도 6은 본 발명의 실시예 6에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도,

도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 12의 촉매 연소 장치를 냉매가열기에 사용한 냉매 가열식 공기조화기의 냉동사이클도,

도 8은 본 발명의 실시예 7에 있어서의 촉매 연소 장치의 사시도,

도 9는 동 온도 센서의 배치개략도,

도 10은 동 온도 센서의 커버 부착 개략도,

도 11은 동 온도 센서의 다른 예에 있어서의 커버 부착 개략도,

도 12는 본 발명의 실시예 8에 있어서의 촉매 연소 장치의 부분단면구성도,

도 13은 동 촉매 연소 장치의 제어 플로우챠트,

도 14는 본 발명의 실시예 9에 있어서의 촉매 연소 장치의 사시단면도,

도 15는 동 종단면도,

도 16은 본 발명의 실시예 9에 있어서의 온도 센서의 단면도,

도 17은 본 발명의 실시예 9에 있어서의 촉매 연소 장치의 공기비에 대한 배기가스 조성과 센서 출력의 측정결과를 도시한 도면,

도 18은 본 발명의 실시예 10에 있어서의 온도 센서의 단면도,

도 19는 본 발명의 실시예 11에 있어서의 온도 센서의 단면도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

A: 촉매 연소 장치1: 공기와 연료의 혼합가스 공급부

2: 혼합가스 분출부3: 복사 수열부

4: 히터5a, 5b, 5c: 제 1, 제 2 및 제 3 촉매체

6a, 6b, 6c: 제 1, 제 2 및 제 3 전열판

7: 열교환부8: 배기열 회수부

11: 온도 센서12: 광학 센서

13: 음향 센서14: 적외선 센서

15: 압력 센서20: 연료 공급부

21: 공기 공급부22: 송풍기

23: 혼합부36: 냉매 가열기

본 발명의 촉매 연소 장치는 이하의 구성을 갖는다.

즉, 연료를 공급하는 연료 공급 수단과, 연소에 필요한 공기를 공급하는 공기 공급 수단과, 연료와 공기의 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급부와, 혼합가스를 연소시키는 통기성이 있는 촉매체와, 혼합가스의 가스통로와, 가스통로중에 설치된 연소 검출 수단을 구비하고 있다. 또한, 연소 검출 수단은 가스통로에 설치된 혼합가스의 물리적 특성을 검출하고, 연료 공급 수단 및 공기 공급 수단을 제어한다.

이와 같이 구성함으로써, 촉매체의 열화나 외란에 의한 이상 연소 등의 연소상태를 가스통로내의 가스의 물리적 특성에 의해 검출하기 때문에, 화학센서 등의 고가의 센서를 사용하는 일이 없으면서 신뢰성 높게 검출할 수 있다. 그 때문에, 센서의 수를 늘려 분포를 측정하는 것도 가능해지고, 촉매체의 국부적 열화나 촉매의 시간경과에 따른 변화 등도 검출하는 것이 가능해진다. 이들 검출 결과에 따라연료 공급 수단이나 공기 공급 수단을 제어하여 최적의 연소 조건으로 제어하여, 깨끗하고 수명이 긴 촉매 연소 장치를 실현할 수 있다.

또한, 냉매 가열식 공기조화기는 이하의 구성을 갖는다.

즉, 실내 유닛과 적어도 압축기와 냉매가열기를 갖춘 실외 유닛을 구비하고, 난방시에 압축기로부터 토출된 냉매를 실내 유닛의 실내 열교환기로 보내고, 실내 열교환기로부터 유출된 냉매를 냉매가열기에 의해 가열하여 압축기에 보내주는 냉매가열형 공기조화기로, 냉매 가열기의 열원이 상기 촉매 연소 장치이다.

이와 같이 구성함으로써, 냉매가열의 열원으로 가장 적합한 화염 연소에 비해 저온의 연소를 안정적으로 실현할 수 있다. 또한, 촉매체의 국부적 열화를 방지하여 연소 가스가 국부적으로 고온이 되는 현상을 억제한다. 따라서, 냉매의 국부 가열에 의한 분해를 억제하여 장수명의 운전을 실현할 수 있다.

[실시예]

이하, 본 발명의 실시예에 대해 도면을 사용하여 설명한다. 도 1 내지 도 6은 본 발명의 실시예 1 내지 6의 촉매 연소 장치의 단면도이다. 이들의 촉매 연소 장치는 단면이 옆으로 긴 직육면체 형상으로 되어 있고, 열 교환부를 가지며, 상부면측과 하부면측과의 양쪽에 피가열 유체 통로가 설치되어 있다. 또한, 촉매 연소 장치는 본 실시예에서와 같은 직육면체 형상이 아니라 원주 형상일 수 있고, 그 형상은 특정되는 것이 아니다. 또한, 각 실시예에서는 복수예의 촉매체를 사용했지만, 촉매체의 개수를 특정하는 것은 아니다. 촉매체는 통기성을 갖는 코질라이트허니콤을 기재로 하여 팔라듐이나 플라티늄 등의 귀금속계 촉매를 담지한 것이 바람직하지만, 연료와 공기의 혼합가스를 촉매연소하는 것이면 무방하며, 그 형태 및 재질 등을 특정하는 것은 아니다.

실시예 1

도 1에 도시한 촉매 연소 장치(A)는 전체적으로 직육면체 형상의 하우징으로 되어 있어 그 한쪽 끝에는 공기와 연료와의 혼합가스 공급부(1)가 구성되어 있고, 촉매 연소 장치(A) 내에 혼합가스를 분출하는 혼합가스 분출부(2)가 혼합가스 공급부(1)에 설치되고 있다. 그리고 복사 수열부(受熱部)(3), 히터(4), 제 1 촉매체(5a), 제 1 전열판(6a), 제 2 촉매체(5b), 제 2 전열판(6b), 제 3 촉매체(5c), 제 3 전열판(6c), 배기열 회수부(8)가 열 교환부(7)에 결합되어, 배기구(10)를 향해 혼합가스가 흐르는 하류 방향으로 순서대로 설치되어 있다. 또한, 복사 수열부(3)와 제 1 촉매체(5a) 사이의 가스 통로에는 온도 센서(11)가 설치되어 있다. 또한, 열 교환부(7)의 외주부에는 피가열 유체인 냉매가 흐르는 피가열 유체 통로(9)가 설치되어 있다. 전열판(7)은 열 교환부(7) 방향으로 대류 열전달 특성을 향상시키면서, 또한 유효 전열면적을 증가시킬 수 있다. 또한, 제 2 촉매체(5b)나 제 3 촉매체(5c)는 연소량을 크게 했을 때에 혼합가스의 공급량을 많게 하면, 제 1 촉매체(5a)만으로는 완전 연소되지 않는 미연소된 혼합가스를 연소시키는 것을 목적으로 하고 있다.

상기 제 1 촉매체(5a)의 단위면적당 허니콤 격자수는 제 2 촉매체(5b)의 단위면적당 허니콤 격자수보다 적게 하여 혼합가스의 유통이 잘 이루어지도록 통기성이 좋게 되어 있다. 또한 촉매를 담지하는 기재로서는 코질라이트 허니콤이 아니라 금속이나 탄화규소로 할 수 있다. 그리고 복사 수열부(3) 및 배기열 회수부(8)는 다수의 핀 형상으로 되어 있고, 제 1 전열판(6a), 제 2 전열판(6b), 제 3 전열판(6c)은 연소가스의 흐름 방향으로 수직인 평판 형상으로 되어 있어, 모두 열 교환부(7)와 일체화되어 있다. 제 1 전열판(6a), 제 2 전열판(6b), 제 3 전열판(6c)과 열 교환부(7)의 각 개구부는 연소가스가 사행(蛇行)되도록 배치한다.

본 실시예 1에 있어서, 연소 개시시에는 히터(4)에 통전하여 촉매체(5a)를 활성화 온도 이상으로 예열한 뒤, 히터(4)로의 통전을 정지시키고, 혼합가스를 혼합가스 공급부(1)로부터 공급하여 혼합가스 공급부(1)에 설치한 혼합가스 분출부(2)로부터 분출하여 촉매체(5a)로 촉매 연소를 개시시킨다. 촉매 연소시에는 제 1 촉매체(5a)가 적열(赤熱)되고, 방사 에너지가 방출된다. 이 방사 에너지는 복사 수열부(3)를 주로 한 열 교환부(7)에서 흡수되어 다시 열에너지로 변환됨으로써, 열 교환부(7)로 방사전열(放射傳熱)된다. 또한, 열에너지는 열전도에 의해 열 교환부(7)로부터 피가열 유체 통로(9)를 통과하고, 대류열전달에 의해 피가열 유체 통로(9)내의 피가열 유체인 냉매에 전열된다. 방사 전열은 흐름을 흐트러뜨리지 않기 때문에 제 1 촉매체(5a)에서의 연소 반응이 저해되는 일이 없고, 피가열 유체로의 열 교환량을 증가시키더라도 연소 안정성을 확보할 수 있다. 연소량을 증가시켜 가면, 연료의 일부가 제 1 촉매체(5a)에서 반응하는 일없이, 제 2 촉매체(5b)에 도달하여 촉매연소를 개시하게 된다. 또한, 연소량을 증가시키면, 연료의 일부는 제 3 촉매체(5c)에 도달하여 촉매연소를 개시한다. 연소가스가 제 1전열판(6a), 제 2 전열판(6b), 제 3 전열판(6c)에 의해 사행하면서 통과함으로써 경계층의 발달을 억제하여 대류열전달 특성을 향상시킴과 동시에 유효 전열면적도 증가시킬 수 있다. 즉, 제 1 전열판(6a), 제 2 전열판(6b), 제 3 전열판(6c)에는 제 1 촉매체(5a), 제 2 촉매체(5b), 제 3 촉매체(5c)로부터의 방사 에너지가 방사전열될 뿐 아니라, 대류열전달에 의해서도 현저히 전열성능을 높이는 것이 가능해진다. 이들 효과는 전열판(6a) 만으로도 유효하지만, 전열판의 수가 많을수록 전열효과는 더욱 커진다.

제 3 전열판(6c)을 통과한 연소가스는 배기열 회수부(8)에서 배기열을 회수한 뒤, 배기구(10)로부터 외부로 배출된다. 배기구(10)의 상류에 배기열 회수부(8)를 설치하고, 배기열 회수부(8)를 열 교환부(7)와 일체화함으로써 열저항을 저감시켜서 효율적으로 배기열을 회수하여 피가열 유체로의 전열 성능을 높이고, 촉매 연소 장치를 구비한 기기로서의 고효율화를 촉진할 수 있다.

정상 연소중에 촉매의 활성저하나, 배기부로부터의 바람의 침입에 의한 공연비의 변화, 또한 연료 공급의 불균일함 등 어떠한 원인으로 소정의 공연비를 얻을 수 없어 제 1 촉매체(5a)의 표면에 연료의 비율이 증가한 부분이 출현하면 이상 연소로 이행하여 화염이 발생한다. 열 교환부(7)내에 화염이 발생하면, 제 1 촉매체(5a), 복사 수열부(3) 등은 화염에 노출되어 고온이 되어 그 열화가 현저히 진행된다. 또한, 화염 연소상태에서는 배기가스 중의 NO_x(질소 산화물) 농도가 상승하여 촉매 연소 장치의 특징인 깨끗한 연소를 실현할 수 없다.

한편, 온도 센서(11)의 출력신호는 촉매연소 상태에서는 촉매 상에서 안정된 발열 반응이 진행되기 때문에 그 출력신호는 크게 변동하는 일이 없다. 그러나, 이상 연소로 이행하여 화염이 생성되면 화염의 상태는 불안정하여, 온도 센서(11)의 출력신호는 비교적 작은 진폭으로 변동한다. 이 출력의 변동은 온도 센서(11)의 설치위치를 촉매체(5a)와 복사 수열부(3) 사이의 범위에서 이동하여도 설치위치에 관계없이 존재한다. 그래서 이 온도 센서(11)의 출력신호를 전기적으로 처리하여 대략 10 Hz 이상의 주기로 10% 이상 변동하는 경우는 이상 연소상태에 있다고 판단할 수 있다. 연소 상태의 이상을 검출했을 경우에는 연소를 정지시켜 이상 연소의 원인을 제거하는 등 소정의 보호동작을 취함으로써 이상 연소에 의한 고온으로부터 촉매체를 비롯한 연소부 구성요소를 보호하여 촉매 연소 장치를 구비한 기기의 장수명화를 실현하고, 배기특성 악화에 따른 환경에의 악영향도 회피할 수 있다.

또한, 보통은 제 1 촉매체(5a)에 근접한 부분에서의 이상 연소가 많지만, 제 2 촉매체(5b), 또는 제 3 의 촉매체(5c)에 근접한 부분에서 이상 연소가 발생할 수 있다. 따라서, 온도 센서(11)를 추가로 제 2 촉매체(5b), 제 3 촉매체(5c)에 근접하는 혼합가스의 가스통로에도 설치하여, 제 2 촉매체(5b), 제 3 촉매체(5c) 부분의 이상 연소에 대처하는 것도 가능하다.

실시예 2

도 2는 본 발명의 실시예 2에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도이다.

도 2에 도시한 촉매 연소 장치에 있어서 실시예 1에 있어서의 촉매 연소 장치와 동일한 구성부분에 대해서는 실시예 1에 있어서의 촉매 연소 장치의 부호와 동일 부호를 부여하여 설명을 생략한다. 실시예 2가 실시예 1과 다른 점은 제 1 촉매체(5a)와 혼합가스 분출부(2) 사이의 가스통로 내의 빛을 검출할 수 있도록 광학 센서(12)를 설치하고 있는 점이다.

본 실시예 2에 있어서도 실시예 1에 도시한 촉매연소상태와 같이 정상 연소중에 촉매의 활성 저하나, 배기부(10)로부터의 바람의 침입에 의한 공연비의 변화, 추가로 연료 공급의 불균일함 등, 어떠한 원인으로 소정의 공연비를 얻을 수 없어 제 1 촉매체(5a)의 표면에 연료의 비율이 증가한 부분이 출현하면 이상 연소로 이행되어 버려 화염이 발생한다. 열 교환부(7) 내에 화염이 발생하면, 제 1 촉매체(5a), 복사 수열부(3) 등은 화염에 노출되어 고온이 되어 그 열화가 현저히 진행된다. 또한, 화염 연소 상태에서는 배기가스 중의 NO_x농도가 상승하여, 촉매 연소 장치의 특징인 깨끗한 연소를 실현할 수 없다. 또한, 제 1 촉매체(5a)의 상류부가 이상 연소로 이행할 때, 이행의 순간에 발화된 부분의 주위에 큰 화염이 발생하여, 촉매 연소상태와 비교하여 매우 밝은 상태가 된다. 광학 센서(12)는 제 1 촉매체(5a)와 혼합가스 분출부(2) 사이의 가스통로의 빛을 검출할 수 있도록 설치되어 출력이 크게 변동한다. 이 광학 센서(12)의 출력신호를 전기적으로 처리하여, 대략 20% 이상 출력이 변동했을 경우에는 이상 연소상태에 있다고 판단할 수 있다. 연소 상태의 이상을 검출했을 경우에는 연소를 제어하여 이상 연소의 원인을 제거하는 등의 소정의 보호동작을 취함으로써 이상 연소에 의한 고온으로부터촉매체를 비롯한 연소부 구성요소를 보호하여 촉매 연소 장치를 구비한 기기의 장수명화를 실현하고, 배기특성 악화에 따른 환경에의 악영향도 회피하는 것이 가능해진다.

실시예 2에서는 제 1 촉매체(5a)에 근접한 연소부에 광학 센서(12)를 배치했지만, 반드시 온도가 높은 연소부에 장착할 필요는 없다. 그 때문에, 비교적 내열 온도가 낮은 저렴한 센서를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 실시예 2에서는 광학 센서(12)의 출력 신호의 변동으로 이상 연소를 검출했지만, 미리 정한 정상 연소시의 출력치 범위로부터의 일탈에 의해 이상 연소 검출을 할 수 있다.

실시예 3

도 3은 본 발명의 실시예 3에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도이다.

실시예 3에 있어서의 촉매 연소 장치가 실시예 1이나 2에 도시한 촉매 연소 장치와 다른 점은 온도 센서나 광학 센서를 대신하여 촉매체(5a)와 혼합가스 공급부(1) 사이의 가스통로 내부의 음향 특성을 검지할 수 있도록 음향 센서(13)를 설치하고 있는 점이다. 그리고, 실시예 1과 동일한 구성 부분에는 동일 부호를 부여하고 설명을 생략한다.

이하에 그 작용에 대해 설명한다. 정상운전까지의 내용은 상기 실시예 1나 2와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

정상연소 중에 촉매의 활성 저하나, 배기부로부터의 바람의 침입에 의한 공연비의 변화, 또한 연료 공급의 불균일함 등 어떠한 원인으로 소정의 공연비를 얻을 수 없어 촉매체(5a)의 표면에 연료의 비율이 증가한 부분이 출현하면 이상 연소로 이행되어 버려 화염이 발생한다. 열 교환부(7)의 내부에 화염이 발생하면 제 1 촉매체(5a), 복사 수열부(3) 등은 화염에 노출되어 고온이 되어 그 열화가 현저히 진행된다. 또한, 화염 연소상태에서는 배기가스 중의 NOx 농도가 상승하여 촉매 연소 장치의 특징인 깨끗한 연소를 실현할 수 없다.

한편, 제 1 촉매체(5a)의 상류부가 이상 연소로 이행할 때, 반응상태가 변화되기 때문에 순간적으로 압력이 변화되어 음파가 되어 주위에 전파된다. 이 때, 제 1 촉매체(5a)와 혼합가스 공급부(1) 사이의 가스통로 내부의 소리를 검출할 수 있도록 설치되어 있는 음향 센서(13)는 그 음파를 검출하여 출력이 크게 변화된다. 그래서 이 음향 센서(13)의 출력신호를 전기적으로 처리하여 대략 20% 이상 출력이 변동했을 경우에는 이상 연소상태에 있다고 판단할 수 있다. 이상을 검출했을 경우에는 연소를 제어하여 이상 연소의 원인을 제거하는 등의 소정의 보호동작을 취함으로써 이상 연소에 의한 고온으로부터 촉매체를 비롯한 연소부 구성요소를 보호하여 촉매 연소 장치를 구비한 기기의 장수명화를 실현하고, 배기특성 악화에 따른 환경에의 악영향도 회피할 수 있다.

실시예 3에서는 제 1 촉매체(5a)에 근접한 연소부에 음향 센서(13)를 배치했지만, 반드시 온도가 높은 연소부에 장착할 필요는 없다. 그 때문에, 비교적 내열온도가 낮은 저렴한 음향 센서를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 실시예 3에서는 음향 센서(13)의 출력신호의 변동으로 이상 연소를 검출했지만, 미리 정한 정상연소시의 출력치 범위로부터의 일탈을 사용하여 이상 연소 검출을 하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시예 4

도 4는 본 발명의 실시예 4에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도이다.

실시예 4에 있어서의 촉매 연소 장치가 실시예 1 내지 3에 도시한 촉매 연소 장치와 다른 점은 온도 센서나 광학 센서 및 음향 센서를 대신하여 촉매체(5a)와 혼합가스 공급부(1) 사이의 가스통로의 적외선을 검출할 수 있도록 적외선 센서(14)를 설치하고 있는 점이다. 그리고 실시예 1과 동일한 구성부분에 대해서는 동일 부호를 부여하여 설명은 생략한다.

이하에 그 작용에 대해 설명한다. 정상 운전까지의 내용은 상기 실시예 1내지 3과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

정상 연소 중에 촉매의 활성저하나, 배기부로부터의 바람의 침입에 의한 공연비의 변화, 또한 연료공급의 불균일함 등 어떠한 원인으로 소정의 공연비를 얻을 수 없어 촉매체(5a)의 표면에 연료의 비율이 증가한 부분이 출현하면 이상 연소로 이행되어 버려 화염이 발생한다. 열 교환부(7)의 내부에 화염이 발생하면, 제 1 촉매체(5a), 복사 수열부(3) 등은 화염에 노출되어 고온이 되어 그 열화가 현저히 진행된다. 또한, 화염 연소상태에서는 배기가스 중의 NOx 농도가 상승하여 촉매 연소 장치의 특징인 깨끗한 연소를 실현할 수 없다.

한편, 제 1 촉매체(5a)의 상류부가 이상 연소로 이행되면 제 1 촉매체(5a)의 표면온도는 반응상태가 변화되기 때문에 크게 변화된다. 이 때, 제 1 촉매체(5a)와 혼합가스 공급부(1) 사이의 가스통로 내부에 설치되어 있는 적외선 센서(14)는 제 1 촉매체(5a)의 표면에서 방출되는 적외선을 검출하여 출력이 크게 변화된다.그래서 이 적외선 센서(14)의 출력신호를 전기적으로 처리하여 대략 20% 이상 출력이 변동했을 경우에는 이상 연소상태에 있다고 판단할 수 있다. 이상을 검출했을 경우에는 연소를 제어하여, 이상 연소의 원인을 제거하는 등의 소정의 보호동작을 취함으로서 이상 연소에 의한 고온으로부터 촉매체를 비롯한 연소부 구성요소를 보호하여 촉매 연소 장치를 구비한 기기의 장수명화를 실현하고, 배기특성 악화에 따른 환경에의 악영향도 회피할 수 있다.

실시예 4에서는 제 1 촉매체(5a)에 근접한 연소부에 적외선 센서(14)를 배치했지만, 반드시 연소부에 장착할 필요는 없다. 그 때문에, 비교적 내열온도가 낮은 저렴한 적외선 센서를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 실시예 4에서는 적외선 센서(14)의 출력신호의 변동으로 이상 연소를 검출했지만, 미리 정한 정상연소시의 출력치 범위로부터의 일탈을 사용하여 이상 연소 검출을 하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시예 5

도 5는 본 발명의 실시예 5에 있어서의 촉매 연소 장치의 단면도이다.

실시예 5에 있어서의 촉매 연소 장치가 실시예 1 내지 4에 도시한 촉매 연소 장치와 다른 점은 온도 센서, 광학 센서, 음향 센서, 적외선 센서 등의 센서를 대신하여 제 1 촉매체(5a)와 혼합가스 공급부(1) 사이의 열 교환부(7) 내부의 압력을 검출할 수 있도록 압력 센서(15)를 설치하고 있는 점이다. 그리고 실시예 1과 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

이하에 그 작용에 대해 설명한다. 정상운전까지의 내용은 상기 실시예 1내지 4와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

정상 연소 중에 촉매의 활성 저하나, 배기부로부터의 바람의 침입에 의한 공연비의 변화, 또한 연료 공급의 불균일함 등 어떠한 원인으로 소정의 공연비를 얻을 수 없어 제 1 촉매체(5a)의 표면에 연료의 비율이 증가한 부분이 출현하면 이상 연소로 이행하여 화염이 발생한다. 연소기 내부에 화염이 발생하면, 제 1 촉매체(5a), 복사 수열부(3) 등은 화염에 노출되어 고온이 되어 그 열화가 현저히 진행된다. 또한, 화염연소상태에서는 배기가스 중의 NOx 농도가 상승하여 촉매 연소 장치의 특징인 깨끗한 연소를 실현할 수 없다.

한편, 제 1 촉매체(5a)의 상류부가 이상 연소로 이행하는 순간은 반응 상태가 변화되기 때문에 순간적으로 압력이 변화되어 주위에 전파된다. 압력 센서(15)는 촉매체(5a)와 혼합가스 공급부(1) 사이에 열 교환부(7) 내부의 압력을 검출할 수 있도록 설치되고, 그 압력을 검출하여 출력이 크게 변화된다. 이 압력 센서(15)의 출력신호를 전기적으로 처리하여, 대략 20% 이상 출력이 변동했을 경우에는 이상 연소상태에 있다고 판단할 수 있다. 이상을 검출했을 경우에는 연소를 제어하여 이상 연소의 원인을 제거하는 등의 소정의 보호동작을 취함으로써 이상 연소에 의한 고온으로부터 촉매체를 비롯한 연소부 구성요소를 보호하여 촉매 연소 장치를 구비한 기기의 장수명화를 실현하고, 배기특성 악화에 따른 환경에의 악영향도 회피하는 것이 가능해진다.

실시예 5에서는 제 1 촉매체(5a)에 근접한 연소부에 압력 센서(15)를 배치했지만, 반드시 온도가 높은 연소부에 장착할 필요는 없다. 그 때문에, 비교적 내열온도가 낮은 저렴한 압력 센서를 사용하는 것이 가능하다. 또한, 실시예 5에서는 압력 센서(15)의 출력신호의 변동으로 이상 연소를 검출했지만, 미리 정한 정상연소시의 출력치 범위로부터의 일탈을 사용하여 이상 연소검출을 하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한 실시예 5에서는 절대압을 검출할 수 있는 압력 센서를 사용했지만, 대기압에 대한 차압을 검출하는 차압 센서를 사용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

실시예 6

실시예 6에서의 촉매 연소 장치는 연료 공급부(20), 공기 공급부(21), 송풍기(22), 연료와 공기를 혼합하는 혼합부(23)를 구비하고 있는 점에서 상기한 실시예 1 내지 5에 기재된 촉매 연소 장치와 구성상 상이하며, 온도 센서, 광학 센서, 음향 센서, 적외선 센서, 압력 센서 등의 센서를 구비하고 있지 않고, 다른 구성부분은 상술한 실시예 1 내지 5와 동일하다. 그리고, 실시예 1과 동일한 구성부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명을 생략한다.

이하에 실시예 6에 있어서의 촉매 연소 장치의 작용에 대해 설명한다. 우선, 연소 개시시에는 히터(4)에 통전하여 제 1 촉매체(5a)를 활성화 온도 이상으로 예열한 뒤, 히터(4)로의 통전을 정지하고, 연료 공급부(20)로부터 공급한 연료와 공기 공급부(21)로부터 공급된 공기를, 혼합부(23)에서 혼합하여 가스 분출부(2)로부터 분출하고, 제 1 촉매체(5a)에서 촉매연소를 개시시킨다. 그리고 촉매 연소시에서의 제 1 촉매체(5a), 제 2 촉매체(5b), 제 3 촉매체(5c), 제 1 전열판(6a), 제 2 전열판(6b), 제 3 전열판(6c)의 작용은 상술한 실시예 1 내지 5와 동일하다.

정상 연소 중에 촉매의 활성 저하나, 배기부로부터의 바람의 침입에 의한 공연비의 변화, 또한 연료 공급의 불균일함 등 어떠한 원인으로 소정의 공연비를 얻을 수 없어 제 1 촉매체(5a)의 표면에 연료의 비율이 증가한 부분이 출현하면 이상 연소로 이행하여 화염이 발생한다. 연소장치 내부에 화염이 발생하면, 제 1 촉매체(5a), 복사 수열부(3) 등은 화염에 노출되어 고온이 되어 그 열화가 현저히 진행된다. 또한, 화염 연소상태에서는 배기가스 중의 NOx 농도가 상승하여 촉매연소기의 특징인 깨끗한 연소를 실현할 수 없다.

또한, 제 1 촉매체(5a)의 상류부가 이상 연소로 이행하는 경우에는 반응 상태가 변화되기 때문에, 순간적으로 압력이 변화되어 주위에 전파되고, 공기 공급부(21)로 연소용 공기를 공급하는 송풍기(22)는 압력상승을 받아 송풍 부하가 변화된다. 따라서, 송풍기(22)의 부하의 증가를 전기적으로 처리하여, 대략 20% 이상 부하가 증가했을 경우에는 이상 연소상태에 있다고 판단할 수 있다. 이상을 검출했을 경우에는 연소를 제어하여 이상 연소의 원인을 제거하는 등의 소정의 보호동작을 취함으로써 이상 연소에 의한 고온으로부터 촉매체를 비롯한 연소부 구성요소를 보호하여 촉매 연소 장치를 구비한 기기의 장수명화를 실현하고, 배기특성 악화에 따른 환경에의 악영향도 회피하는 것이 가능해진다.

실시예 6에서는 송풍기(22)의 부하 변동으로 이상 연소를 검출했지만, 미리 정한 정상 연소시의 부하 범위로부터의 일탈을 사용하여 이상 연소 검출을 하더라도 동일한 효과가 얻어진다.

다음에, 상기 실시예 1 내지 실시예 6에 도시한 촉매 연소 장치를 냉매 가열기에 사용한 냉매 가열식 공기조화기에 대해 설명한다.

도 7은 냉매 가열식 공기조화기의 냉동사이클도이다. 실외 유닛에 있어서의 압축기(31)는 사방(四方) 밸브(32)에 접속되어 있다. 사방 밸브(32)에는 실내 열교환기(33)가 접속되어 있다. 실내 열교환기(33)의 액측의 관로에는 냉매유량 제어밸브(34)가 설치되어 있다. 냉매유량 제어밸브(34)는 난방 운전시에 개방되고, 냉방운전때에는 폐쇄되는 이방(二方) 밸브(35)를 통해 냉매 가열기(36)에 접속되어 있다. 냉매 가열기(36)에는 연소용의 공기를 공급하는 버너 모터(37)와 연소용의 연료를 공급하는 전자 펌프(38)가 설치되어 있다. 냉매 가열기(36)는 어큐뮬레이터(39)에 접속되고, 어큐뮬레이터(39)가 압축기(31)에 접속됨으로써 난방 운전용의 사이클이 구성되어 있다.

냉방시에 사용되는 실외 열교환기(40)는 한쪽 끝이 사방 밸브(32)와 접속됨 과 동시에 다른쪽 끝이 냉매유량 제어밸브(34)와 이방 밸브(35)와의 사이의 부분 관로에 접속되어 있다. 역지(逆止) 밸브(42a, 42b)는 난방 운전시에 실외 열교환기(40)에 냉매가 흐르지 않도록 하는 밸브이다.

냉방시의 냉동 사이클에 대해 설명한다. 냉방시에는 이방 밸브(35)를 폐쇄하여 냉매가열기(36)에 냉매가 흐르지 않도록 한다. 그리고 사방 밸브(32)가 코일통전 ON 상태에서 화살표 A 방향으로 냉매가 흐르도록 전환되고, 압축기(31)로부터 토출된 냉매가 실외 열교환기(40)로 흘러 들어오고, 여기에서 실외 팬(41)으로 방열하여, 액화된 냉매는 역지 밸브(42b)를 지나서 메인 냉매유량 제어밸브(34)에서 교축 팽창을 받는다. 가스 냉매는 이 실내 열교환기(33)에서 실내 팬(43)의 작용에 의해 대기로부터 흡열을 실시한다. 그리고 사방 밸브(32) 및 역지 밸브(42a)를 거쳐서 어큐뮬레이터(39)에서 순환하는 냉동 사이클을 구성한다.

난방시의 냉동 사이클에 대해 설명한다. 이 난방시에는 사방 밸브(32)가 코일 통전 OFF 상태에서 화살표 B의 방향으로 냉매가 흐르도록 전환되고, 또한 이방 밸브(35)가 열린다. 그러면 압축기(31)로부터 토출된 냉매가 사방 밸브(32)를 거쳐 실내 열교환기(33)로 흘러 들어온다. 실내 팬(43)으로부터의 송풍에 의해 방열된 액냉매는 냉매유량 제어밸브(34)를 통과하고, 개방 상태의 이방 밸브(35)를 통과하여 냉매 가열기(36)로 흘러 들어온다. 그리고 냉매가열기(36)에서 연소열을 수열하고, 어큐뮬레이터(39)로 순환함으로써 냉동 사이클이 구성된다.

다음에 난방시의 운전 동작에 대해 설명한다. 실내기(도시하지 않음)가 난방 운전의 신호를 수신하면, 우선, 사방 밸브(32)의 코일 통전이 OFF 상태, 이방 밸브(35)를 폐쇄한다. 또한 냉매유량 제어밸브(34)는 요구 능력에 필요한 냉매량을 제어하는 설정 개방도로 된다. 그리고, 냉매가열기(36)에 연소준비 신호가 지시되고, 압축기(31)를 구동시켜 역지 밸브(42a)로부터 실외 열교환기(40)를 지나서 역지 밸브(42b)에 이르는 관로의 냉매를 냉매가열기(36)를 통해서 회수한다. 이 냉매의 회수에 의해 실외 열교환기(40)가 부압으로 되면, 이방 밸브(35)를 개방한다.

이와 같이 냉매가열기(36)가 연소하기 이전에 충분한 양의 냉매를 순환시킴 으로써 연소가 개시되었을 때의 냉매 가열기(36)의 오버슈트 현상을 방지할 수 있다. 냉매 가열기(36)가 연소가능 상태가 되면, 전자펌프(38)로부터 연소 연료를보냄과 동시에 버너모터(37)에 의해 연소용의 공기를 보내어 연소를 개시한다. 또한, 이 난방운전시의 냉매유량 제어밸브(34)는 히트 펌프식 냉동사이클에 있어서의 교축 역할은 하고 있지 않다.

또한, 상기의 냉동 사이클에서 사용되는 이방 밸브(35)는 일반적으로 코일 통전시가 개방, 코일 비통전시가 폐쇄 상태이다.

냉매가열기(36)는 도 1 내지 도 6에 도시한 실시예 1 내지 6에 있어서의 촉매 연소 장치(A)에 상당하고, A의 열 교환부(7)와, 피가열 유체 통로(9)에 의해 냉매가 연소열을 수열한다. 이와 같이, 본 실시예의 촉매 연소 장치를 냉매 가열식 공기조화기의 열원으로서 사용함으로써 이상 연소에 대응가능한 안정된 난방운전이 가능해진다.

실시예 7

도 8은 본 실시예 7에 있어서의 촉매 연소 장치의 사시단면도이다. 본 실시예 7에 있어서의 촉매 연소장치의 주요부는 연료 공급부(101), 공기 공급부(102), 상기 연료 공급부(101)로부터의 연료 가스와 공기 공급부(102)로부터의 공기를 혼합하는 혼합가스 공급부(103), 혼합가스 분출부(104), 제 1 복사 수열부(105), 상기 복사 수열부(105)보다 혼합가스의 흐름에 있어서의 하류에 배치한 히터(106), 제 1 촉매체(107), 제 2 복사 수열부(108), 제 2 촉매체(109), 배기열 회수부(110), 배기구(111), 열 교환부(112)로 구성하고 각 구성부분은 상기 순서에 따라 촉매 연소 장치내에 연결하여 설치하고 있다. 그리고 상기 촉매 연소 장치의 상부면에는 피가열 유체 통로(113)가 형성되어 있다. 제 1 촉매체(107)의 상류면근방의 가스 통로에는 상류측 온도 센서(114a, 114b)를 설치하고, 제 1 촉매체(107)의 하류면 근방의 가스 통로인 제 1 촉매체(107)와 제 2 촉매체(109)와의 사이에는 하류측 온도 센서(115a, 115b)를 설치하고 있다.

제 1 촉매체(107), 제 2 촉매체(109)는 통기성을 갖는 코질라이트 허니콤을 기재로 하여, 팔라듐, 백금 등의 귀금속계 촉매를 담지한 것이다. 제 1 촉매체(107)의 단위 면적당 허니콤 격자수를 제 2 촉매체(109)의 단위면적당 허니콤 격자수보다도 적게 하여 통기성을 좋게 하고 있다. 제 1 촉매체(107)의 기재는 코질라이트 허니콤이 아니라, 금속이나 탄화규소로 할 수 있다. 제 1 복사 수열부(105),제 2 복사 수열부(108), 배기열 회수부(110)는 연소 가스의 흐름 방향에 평행한 다수의 핀 형상으로 되어 있고, 모두 열 교환부(112)와 일체화되어 있다.

다음에, 이러한 구성을 갖는 본 실시예 7에 있어서의 촉매 연소 장치의 동작에 대해 설명한다.

우선, 연소 개시시에는 히터(106)에 통전하여 착화원이 되도록 표면 온도를 상승시킨 뒤, 공기 공급부(102)로부터 연소용 공기를 흘리고, 연료 공급부(101)로부터 연료를 흘려서 화염을 혼합가스 분출부(104)와 제 1 촉매체(107)와의 사이에 형성한다. 수초내에(약 5초 이내) 제 1 촉매체(107)는 활성화 온도 이상으로 예열 되므로, 히터(106)로의 통전을 정지시키고, 공기 유량을 증가시켜서 화염을 없앤 뒤, 소정의 혼합가스 농도로 설정하여 제 1 촉매체(107)로 촉매 연소를 개시한다.

촉매 연소시에는 제 1 촉매체(107)가 적열되고, 방사 에너지가 방출된다.이 방사 에너지는 제 1 복사 수열부(105)를 주로 한 열 교환부(112)로 흡수되어 다시 열 에너지로 변환됨으로써 열 교환부(112)로 방사전열된다.

또한, 열에너지는 열전도에 의해 열 교환부(112)로부터 피가열 유체 통로(113)를 통과하여 대류열전달에 의해 피가열 유체 통로(113) 내의 피가열 유체로 전열된다.

방사전열은 피가열 유체의 흐름을 흐트러뜨리지 않기 때문에 제 1 촉매체(107)에서의 연소 반응이 저해되는 일이 없고, 피가열 유체로의 열 교환량을 증가시켜도 연소 안정성을 확보할 수 있다.

연소량을 증가시켜 가면, 연료의 일부가 제 1 촉매체(107)로 반응하는 일없이 제 2 촉매체(109)에 도달하여 촉매 연소를 개시하게 된다.

제 2 복사 수열부(108)에서도 제 1 복사 수열부(105)와 동일한 전열이 촉진되고, 통과한 연소가스는 배기열 회수부(110)에서 배기열이 회수된 뒤, 배기구(111)로부터 외부로 배출된다.

촉매 연소시에는 제 1 촉매체(107)의 내부에 최고 온도를 나타내는 부분이 존재하기 때문에 배기가스 온도를 측정하고 있는 상류측 온도 센서(114a, 114b)나 하류측 온도 센서(115a, 115b)는 최고 온도의 위치를 검출하여 출력을 나타내게 된다.

혼합가스 농도를 거의 일정하게 하여 연료 유량을 증가시키면, 최고 온도의 위치가 하류측으로 이동함과 동시에 발생 열량이 증가하기 때문에, 제 1 촉매체(107)의 하류면 근방에 설치한 하류측 온도 센서(115a, 115b)의 출력은 연소량에 거의 비례하여 증가한다. 즉, 하류측 온도 센서(115a, 115b)의 출력이 고온을 나타낼(하류측의 온도가 높을) 때에는 연료 유량이 크고, 저온을 나타낼(하류측의 온도가 낮을)때에는 연료유량은 작다는 관계가 발견된다. 이 때, 하류측 온도 센서(115a, 115b)의 출력은 연료 유량에 지배되고 있어 혼합가스 농도에 의한 영향은 적다.

한편, 연료유량을 거의 일정하게 하여 혼합가스 농도를 증가시키면, 최고온도의 위치가 상류로 이동하기 때문에, 상류측 온도 센서(114a, 114b)의 출력이 증가한다. 즉 이 혼합가스 농도가 높을 때에는 상류측 온도가 높고, 하류측 온도는 낮은 값을 나타낸다. 즉, 상류측의 온도가 낮을 때에는 혼합가스 농도는 낮다고 하는 관계가 발견된다. 특히, 상류측 온도 센서(114a, 114b)의 출력은 혼합가스 농도에 강하게 지배되고 있고, 연료 유량이 현저히 변화하지 않으면 연료유량에 의한 영향은 거의 고려할 필요가 없다.

이와 같이, 본 실시예에 의한 촉매 연소장치에 따르면, 하류측 온도 센서(115a, 115b)의 출력으로 연소량을 검지하고, 상류측 온도 센서(114a, 114b)의 출력으로 혼합가스 농도를 검지함으로써, 제 1 촉매체(107) 및 제 2 촉매체(109)의 크기에 관계없이 표면 온도를 전체적으로 정확하게 검출하여 연소 상태를 파악할 수 있다. 화염의 이온전류를 기초로 연소상태를 검지하는 종래의 화염연소방식에서 조차 혼합가스 농도를 정확하게 파악하기는 곤란하며, 본 실시예의 연소검지방식은 간이한 구성으로 우수한 정밀도의 검지 성능을 확보할 수 있는 것이다.

또한, 제 1 촉매체(107)의 상류면 좌우에 설치된 상류측 온도 센서(114a,114b)의 출력차를 검지하고, 연소운전상태에 있어서 각각의 센서 출력차(예컨대 약 100℃ 이상)를 검출했을 경우에는 촉매의 열화로 판단하여 연소를 종료시킨다.

그리고, 상류측 온도 센서(114a, 114b)의 설치에 의해 제 1 촉매체(107)의 상류측의 촉매 열화상태를 검출할 수 있어 연소기기로서의 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 제 1 촉매체(107)의 하류면 좌우에 설치된 하류측 온도 센서(115a, 115b)의 출력차를 검지하고, 연소운전상태에 있어서 각각의 센서 출력차(예컨대 약 100℃ 이상)를 검출했을 경우에는 촉매 열화로 판단하여 연소를 종료시킨다.

그리고, 하류측 온도 센서(115a, 115b)에 의해 제 1 촉매체의 하류측 및 제 2 촉매체 상류의 열화상태를 검출할 수 있고, 혼합가스 농도에 편차가 있을 경우라도 온도차로 판단하기 때문에 열화 상태를 확실히 판단하여 연소기기로서의 신뢰성을더욱 확보할 수 있다.

또한, 제 1 촉매체(107)의 촉매체를 중심으로 하는 부재의 시간 경과에 따른 변화에 대해서는 연소시의 최고 온도의 위치가 하류측으로 이동하는 것에 착안하여 하류측 온도 센서(115a, 115b)의 출력과 상류측 온도 센서(114a, 114b)의 출력차를 검지하여 연소를 종료시킨다.

그리고, 상류측 및 하류측 온도 센서에 의해 제 1 촉매체와 제 2 촉매체의 열화 상태를 폭넓은 연소 운전상태의 범위로 검출할 수 있고, 혼합가스 농도에 편차가 있을 경우라도 온도차이로 판단하기 때문에 확실히 검출할 수 있어 연소기기로서의 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 제 1 촉매체(107)의 상류면 또는 하류면 좌우에 설치된 상류측 온도 센서(114a, 114b)와 하류측 온도 센서(115a, 115b)에 내열 온도(예컨대 600℃) 상한이 있을 경우에는 도 9에 도시한 바와 같이, 그 온도 센서(116)를 촉매체(117)의 상류 또는 하류면에서 소정거리 X(예컨대 10 mm)만큼 이격시켜 설치함으로써, 최대연소시에 촉매체(117)의 표면온도가 고온(예컨대 800 ℃ 이상)이 되어도 직접 촉매의 고온이 되는 표면 온도의 영향을 받지 않기 때문에 온도 센서(116)를 내열온도 이하로 검출할 수 있다.

그리고, 어떠한 고온의 연소상태에서도 저비용이면서 저렴한 온도 센서를 사용했을 경우라도 온도 센서 자신의 신뢰성을 유지함과 동시에 연소기기로서의 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 촉매체(107)의 상류면 또는 하류면의 좌우에 설치된 상류측과 하류측의 온도 센서(116)에 내열온도(예컨대 600 ℃) 상한이 있는 경우에서는 도 10에 도시한 바와 같이 온도 센서(116)에 원통상의 내열성 커버(118)를 설치하거나, 도 11에 도시한 바와 같이 평판상의 내열성 커버(119)를 설치함으로써, 최대연소시에 촉매체의 표면온도가 고온(예컨대 700 ℃ 이상)이 되어도 촉매체의 표면 온도를 정밀도 좋게, 또한 온도 센서(116)의 내열온도 이하로 측정 검출할 수 있다.

그리고, 과도시에 온도 센서(116)의 근방에서 만일 화염이 발생하여 고온이 된 연소상태에서도 온도 센서(116) 자신의 신뢰성을 더욱 유지함과 동시에, 연소기기로서의 신뢰성을 확보할 수 있다.

단, 상기 온도 센서의 커버(118 또는 119)의 대신에, 미리 열 교환부(112)의안쪽으로 돌출된 형상의 것을 일체형으로 형성하여 온도 센서를 보호하는 경우라도 상기 내용과 동일한 의미를 갖는 것이다.

또한, 촉매체(107)의 상류면 좌우에 설치된 상류측 온도 센서(114a, 114b) 또는 촉매체(107)의 하류측 온도 센서(115a, 115b)의 출력이나, 각각의 센서 출력치 또는 출력차로부터 판단하여, 각각의 센서온도 출력치가 하나라도 미리 기준치로서 설정되어 있는 온도(예컨대 약 900℃) 이상이면 발화현상으로 간주하고, 또는 상류면 및 하류면 좌우의 센서출력차가 미리 기준치로서 설정되어 있는 온도(예컨대 약 100℃ 이상)를 검출했을 경우나 상류측과 하류측의 온도 센서의 출력차이가 미리 설정되어 있는 온도차(예컨대 400℃) 이상을 검출했을 경우에는 부분 열화로 판단하여 연소를 종료시킨다.

그리고, 상류측 및 하류측 온도 센서의 출력치와 미리 기억되어 있는 온도의 값을 비교함으로써 제 1 촉매체와 제 2 촉매체의 열화 상태 및 발화 현상을 확실히 검출할 수 있고, 제어성이 높고, 또한 연소기기로서의 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 촉매체(107)의 상류면 좌우에 설치된 상류측 온도 센서(114a, 114b) 또는 촉매체(107)의 하류측 온도 센서(115a, 115b)의 각각의 센서출력차를, 기억하고 있는 전회의 운전상태의 출력차이와 비교하여 출력차가 전회의 운전시의 온도(예컨대 약 100℃) 이상을 검출했을 경우에는 부분 열화로 판단하여 연소를 종료시킨다.

또한, 대형의 연소기를 구성하고, 더 큰 능력을 필요로 하는 경우에 2개 이상 복수의 촉매체, 및 복수의 온도 센서를 사용하여 구성했을 경우라도 상기에 도시한 바와 같이 제어성이 높고, 또한 연소기기로서의 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 상기에 설명한 본 실시예 7에 의한 촉매 연소 장치 각부의 온도거동 동작은 일실시예를 도시한 것으로, 촉매체의 허니콤의 형상이나 구조, 종류, 크기, 담지량에 따라 반드시 연소유량에 의해 상류와 하류의 온도가 결정된다고는 할 수 없다. 또한, 촉매체의 갯수는 2개 이상, 온도 센서의 갯수도 한정되지 않는다. 또한, 온도나 연소상태를 검출가능한 센서를 대용하여도 상관없다.

또한, 본 실시예 7에 있어서의 촉매 연소 장치를 도 7의 냉매가열기(36)의 열원으로서 적용했을 경우, 촉매의 열화상태를 확실히 파악하여 안정적인 연소를 하고, 이로써 안정된 난방운전이 실현된다.

실시예 8

도 12는 본 발명에 따른 촉매 연소 장치의 실시예 8에 있어서의 부분단면구성도이다. 실시예 8에 있어서의 촉매 연소 장치의 주요부분은 연료 공급 수단인 연료 공급부(201), 공기 공급 수단인 공기 공급부(202), 액체연료 등을 기화시키는 기화기(203), 기화기 가열히터(204), 기화기 온도 검출부(205), 촉매 발열체(206), 혼합기류 통로(207), 연소부인 촉매체(208)로 구성하며, 각 구성부분은 상기의 순서대로 촉매 연소 장치내에 연속 설치되어 있다.

촉매 발열체(206)는 금속 기재에 백금속의 귀금속을 담지시키고 있다. 또한, 촉매 발열체(206)는 기화기(203)와 접촉하도록 배치되어 있다. 또한, 촉매 발열체(206)에는 연료와 공기의 혼합기체가 통과하는 혼합기류 통로(207)가 있다.

촉매체(208)는 복수의 연통공을 갖는 세라믹 허니콤에 백금족의 귀금속을 담지시킨 것으로 촉매연소시킨다.

또한, 촉매 예열히터(209), 상류측 온도 센서(210)(여기에서는 서미스터를 사용함), 하류측 온도 센서(211)(여기에서는 서미스터를 사용함), 연소실(212), 연소가스 배출구(213), 보조 촉매체(214)를 설치하고 있다. 촉매 연소 장치의 외주부에는 열 교환부(215)가 설치되고, 추가로 열 교환부(215)에는 피가열 유체 통로(216)가 설치되어 있다.

다음에, 도 12에 있어서 본 실시예 8의 동작과 특성에 대해 설명한다. 공급되는 액체 연료(여기에서는 등유를 사용함)는 연료 공급부(201)를 경유하여, 기화기(203)를 향해 분출된다. 여기에서, 기화기(203)는 기화기 온도 센서(205)로 온도를 검출하여, 기화기 가열히터(204)의 ON-OFF에 의해 250℃ 이상으로 제어되어 있고, 연료는 여기에 충돌하여 액체연료의 기화가 이루어진다. 또한, 공기 공급부(202)를 경유하여 공급되는 공기의 일부는 촉매 발열체(206)에 충돌한 뒤, 내부를 순환하여 기화한 액체연료와 혼합된 뒤, 혼합기류 통로(207)로부터 분출되어 촉매체(208)에 공급된다. 촉매체(208)에 공급된 혼합기체는 세라믹 허니콤 상에 담지된 백금족 귀금속의 촉매작용에 의해 표면에서 연소하여 연소 배기가스가 되고, 또한, 연소배기가스중에 미미하게 남은 미연소 가스가 보조 연소촉매(214)에 있어서 완전연소되어 연소가스 배출구(213)로부터 외부로 배출된다.

다음에 정상연소를 개시하고 나서의 제어에 대해 설명한다. 도 13은 본 발명의 연소제어의 플로우를 도시한 플로우챠트이다.

정상 운전으로 이행되고 나서 30분 이내에는 보통의 제어만이 이루어지고,각 온도 센서(205, 210, 211)의 출력을 기초로 이상 유무를 판단하여 운전을 계속하거나 정지하거나 한다.

정상 운전으로 이행하여 30분을 경과하면, 본 발명의 체크 루프로 이행된다. 우선, 패턴 체크가 이루어져 촉매의 연소 상태를 체크하여 결과에 따라 스윙 연소, 즉 연소를 정지하거나, 재연소하거나, 또한 표시, 설정 변경이 이루어진다. 또한 연소가 최저능력인 경우에는 타르 제거조작을 행하여 보통의 제어로 되돌아간다. 또한, 적산(積算)의 운전 시간이 24시간을 경과하면 체크 모드로 이행되고 연소 촉매의 활성도 저하를 검출하면 운전을 정지한다. 보통의 제어의 내용은 다음과 같다.

정상 연소를 유지하기 위해서는 촉매체(208)의 온도가 백금족 귀금속의 활성온도 이하가 되지 않도록 유지하는 것이 필수적이다. 한편, 촉매체(208)의 온도를 너무 높이면 촉매체(208)의 기재인 세라믹, 그 밖의 구성 부재에 악영향을 끼쳐, 연소장치로서의 신뢰성에 문제가 생기기 때문에 주의가 필요하다.

연소 상태의 제어는 연료의 공급량과 연소용 공기의 공급량 및 기화기 가열히터(204)의 통전량에 의해 제어되고 있다. 도 12에서 도시한 구성의 촉매 연소 장치에서는 촉매체(208)의 상류 온도로 350℃ 내지 700℃, 하류온도로 450℃ 내지 900℃의 범위가 정상운전의 범위이다. 각 연소량에 대한 연소 공기의 양은 실험적으로 요청된 최적치가 설정되어 있다.

촉매 연소 장치의 신뢰성을 좌우하는 최대 요소는 촉매체(208) 및 보조 촉매체(214) 자체의 열화이다. 열화에 대해서도 크게 두 종류가 있어, 화학적인 수명(활성의 저하)과 물리적인 수명(기재의 크랙, 막힘 등)이 있다. 연소량이 변화되면 촉매체(208), 보조 촉매체(214) 자체의 온도는 크게 변화된다. 그러나, 반대로 동일 연소량이면 각부의 온도는 동일한 온도 패턴을 나타낸다. 그래서, 우선 각 연소량에 있어서 기화부 온도 센서(205), 상류측 온도 센서(210), 하류측 온도 센서(211)가 검출하는 온도를 나타내는 기준 온도의 패턴을 기억하는 기억수단(도시하지 않음)을 설치하여, 각각의 연소량으로 연소가 안정되었을 때(예컨대 연소량 변경 30분후)의 온도를 기억하도록 한다. 그리고, 다음 번에 그 연소량으로 운전했을 때에 검출되는 각부 온도를, 기억하고 있는 기준온도와 비교하여 실험적으로 미리 구한 오차범위(예컨대 5%) 보다도 크게 변화되었을 경우에는 이상 연소 상태로 판단하여 연료공급을 정지하여 소화처리를 행한다. 예컨대, 화학적인 수명, 즉 촉매체의 활성이 저하되었을 경우, 본 실시예 8에 있어서의 촉매 연소 장치에서는 촉매체(218)의 활성이 보조 촉매체(214)의 활성보다도 먼저 저하되기 때문에, 상류측 온도 센서(210)가 검출하는 온도가 저하되고, 하류측 온도 센서(211)가 검출하는 온도가 상승하는 변화를 보이기 때문에 촉매의 열화를 검출하는 것이 가능해진다. 한편, 물리적인 수명, 즉 촉매체의 기재의 크랙이나 막힘이 발생했을 경우에는 상술한 기준 온도의 온도패턴에서 벗어나기 때문에 검출이 가능하다. 이와 같이 촉매 활성의 저하에 대해 상류측 온도 센서와 하류측 온도 센서의 출력패턴으로부터 판단하는 것이 가능해진다.

또한, 기화부 온도 센서(205), 상류측 온도 센서(210), 하류측 온도 센서(211)가 검출하는 온도를 기억하는 기억수단(도시하지 않음)을 설치하여, 그제품이 각각의 연소량으로 처음으로 사용될 때의, 연소가 안정되었을 때(예컨대 연소량 변경 30분후)의 온도를 기억하도록 한다. 그 이후 그 연소량으로 운전했을 때에 검출되는 각부의 온도를 기억되어 있는 기준온도와 비교하여 실험적으로 미리 구한 오차범위(예컨대 5%)보다도 크게 변화되었을 경우에는 이상 연소상태로 판단하여 연료공급을 정지하여 소화처리를 한다. 이와 같이 처리함으로써 촉매 활성의 저하에 대해 적절히 대처할 수 있다.

이상으로 설명한 경우는 목표 온도를 고정하여 제어하는 경우이지만, 촉매 연소 장치에 있어서 촉매가 그 사용시간에 따라 열화해 가는 것을 피할 수 없다. 그래서, 장기 사용에 대응하기 위해서는 각 연소량에 대한 각 온도 센서에서의 목표온도를 사용시간에 따라 변경하도록 하면 좋다. 즉, 사용시간을 기억하는 수단을 설치하여(도시하지 않음), 각 연소량의 목표온도를 사용시간의 함수로서 변화시킨다. 미리 실험적으로 상류측 온도 센서(210), 하류측 온도 센서(211)가 검출하는 온도를 각 연소량에 대해 사용 시간에 대한 변화를 구하고, 그 결과를 목표온도, 즉 기준온도로 하는 것이다. 이 목표온도를 기준으로 그 연소량으로 운전했을 때에 검출되는 각부의 측정온도를 비교하여 실험적으로 미리 구한 오차범위(예컨대 5%)보다도 크게 변화되었을 경우에는 이상 연소상태로 판단하여 연료공급을 정지시키고 소화처리를 한다. 이 처리에 의해 종래 검출곤란했던 촉매 활성의 저하에 대해 장기간 적절하게 대처할 수 있다.

일반적인 촉매 연소 장치는 복수의 연통공을 갖는 촉매체(208)의 단면적에 대해 공기 공급부(202)의 단면적이 작은 구성으로 되어 있기 때문에, 기화된 연료와 연소공기의 혼합공기가 부분적으로 보다 많이 공급되어 촉매체(208)의 표면에 온도가 높은 부분이 생성되기 쉽다. 이러한 고온 부분의 생성은 촉매 연소 장치의 열화를 빠르게 하거나 촉매체의 응력 균열을 유발하기 때문에 바람직하지 않다.

그러나, 일반적인 연소제어에서는 연소량 설정에 대해 공급하는 공기량은 조건이 동일하면 일정 값으로 정해져 있다. 그 때문에, 촉매체(208)가 부분적인 열화가 촉진되는 경우가 많다. 그래서, 일정 조건에서의 운전이 장시간, 예컨대 30분이상 계속되었을 경우에 촉매체부(208)의 고온 부분을 이동시키기 때문에 연소공기의 공급량을 미미하게 변동시킨다. 이 제어는 도 13의 스윙연소이며, 예컨대 주기 2분, 공급량의 변동폭 ±3%으로 하면, 연소실(212) 내에서의 혼합기체의 흐름이 변화되어 촉매체(8) 표면의 고온부가 이동한다. 이와 같이 촉매체(208)의 온도분포를 보다 균일하게 함으로써 촉매 연소 장치의 수명을 길게 할 수 있다.

또한, 도 12의 구성에 따른 촉매 연소 장치의 경우, 같은 연소량 설정으로 장시간 운전했을 경우에는 기화기(203)에 있어서도 동일 장소에서 연료의 기화가 연속적으로 이루어지기 때문에 신뢰성상의 과제가 발생할 우려가 있다. 그래서, 연소 공기의 공급량을 변화시키는 것을 상술했지만, 연소 공기의 공급량은 변화시키는 일없이 공급 연료의 양을 약간 변동시킬 수 있다. 예컨대 주기 2분, 공급량의 변동폭 ±3%로 하면, 기화기(203) 상에서 연료가 기화하는 부분이 이동하고, 또한 연소실(212) 내에서의 혼합기체의 흐름이 변화되어 촉매체(208) 표면의 고온부도 이동한다. 이와 같이 기화기(203) 상에서의 기화부를 분산시켜 더욱 촉매체(208)의 온도분포도보다 균일하게 함으로써 촉매 연소 장치의 수명을 길게할 수 있다.

또한, 촉매 연소 장치의 신뢰성을 저하시키는 요소로서 다음에 들 수 있는 것이 액체연료를 사용하는 연소장치의 공통적인 과제인 기화부로의 타르 석출이 있다. 촉매 연소 장치에서는 화염을 사용하지 않기 때문에 일반적인 연소기보다도 전반적으로 온도가 낮다. 그 때문에, 액체 연료의 고비등점 성분의 재응축을 주요인으로 하는 타르 생성이 일어나기 쉽다. 그래서, 도 13에 도시한 타르 제거조작을 실시한다. 이 조작은 예컨대, 가장 타르를 생성하기 쉬운 최저 연소량에서의 연소가 장시간(예컨대 2시간 이상)연속되었을 경우에는 단시간(예컨대 10분간) 동안만 연소량을 10% 정도 높이는 것이다. 이 조작에 의해 연소기내의 온도를 올림으로써 타르의 석출을 억제할 수가 있어 연소장치로서의 신뢰성을 높일 수 있다. 또한, 동일조건으로 장시간 운전하면 혼합가스의 분포에 의해 촉매체 그 자체에 타르가 생성되는 경우가 있지만, 본 실시예에 도시한 스윙 연소 등을 함으로써 타르 생성을 억제할 수 있다.

상기한 바와 같은 다양한 수단을 강구하더라도 장기간에 걸쳐 촉매 연소 장치를 사용해가면 조금씩이긴 하지만 촉매체(208)는 그 활성이 저하되어 간다. 이 활성저하를 확실히 포착하여, 이상 연소를 일으키기 전에 안전하게 정지시키기 위해서 촉매의 활성을 직접 확인하기 위한 동작을 설정했다. 요컨대, 운전시간을 적산하는 타이머를 설치하여 적산운전시간이 24시간에 달하면 다음과 같이 동작한다. 촉매의 활성은 그 온도가 낮을수록 낮아진다. 그래서, 소정의 연소량으로 정상 연소시키고, 충분히 안정되었을 때에 연료의 공급을 정지시킨다. 그리고 상류측 온도 센서(210), 하류측 온도 센서(211)가 검출하는 촉매체(208)의 온도가 저하되어 소정 온도에 도달했을 때에 다시 연료를 공급한다. 이 때 촉매체(208)의 촉매 활성이 충분히 높으면 그 온도에서 촉매 반응을 재개하고, 반응열에 의해 연소부의 온도가 상승하여 다시 안정연소로 이행한다. 그러나, 촉매의 활성이 저하되면 촉매 반응이 충분히 일어나지 않기 때문에 연소부의 온도가 상승하지 않고 소화되어 버린다. 즉, 상술한 연료공급을 정지하여 온도 저하될 때의, 다시 연료를 공급하는 소정온도를 변경하여 그 각 온도에서의 촉매연소반응의 개시에 따라 촉매활성을 평가해 두면, 이 현상을 이용하여 촉매 연소 장치의 촉매활성을 확인하는 것이 가능해진다. 도 12에서 도시한 촉매 연소 장치의 경우, 실제의 연소량을 최고연소량의 1/2, 연료 재공급 온도를 350℃(상류 온도)로 설정함으로서 문제없이 동작하는 것이 실험적으로 확인할 수 있었다. 활성 저하에 따라 소화되어 버렸을 경우에는 다시 소정의 점화 조작을 실시할 수 있다. 또한, 체크 모드를 한번 실시한 뒤에는 운전 시간을 적산하는 타이머를 리셋하여 다시 적산을 개시하여 24시간 간격으로 체크모드를 실시하도록 한다.

상기 조작에 의해 촉매활성의 저하를 확인했을 경우에도 바로 연소장치가 운전불가능하게 되는 것은 아니다. 그래서, 사용자에게 촉매의 활성이 저하되었음을 알리는 "알림 표시부"(도시하지 않음)를 설치하여 사용자에게 유지의 필요성을 알리도록 한다. 이에 따라 촉매 연소 장치를 제품으로써 신뢰성을 높일 수 있다.

연소 촉매의 활성 저하에 의해, 보다 높은 촉매활성이 요구되는 연소 조건(즉 최대 연소량 및 최소 연소량)에서 촉매체가 이상온도가 되어 종종 운전이 정지되는 것을 생각할 수 있어 사용자에 대해 불편함을 준다. 그래서, 촉매활성이 저하되었음을 확인했을 경우에는 연소량을 제한하여 운전하도록 제어를 변경한다. 이에 따라, 보다 편리성이 높은 제품으로 할 수 있다.

이상 나타낸 본 실시예 8에서는 상류측 온도 센서(210), 하류측 온도 센서(211)에 서미스터를 적용하고 있지만, 촉매체(208)의 상류, 하류 온도와 상관있는 위치에 설치하면 내열성이 높고, 사용온도 범위가 넓은 시즈식 열전대 등의 다른 온도검출수단일 수 있고, 상기와 동일한 효과를 얻을 수 있는 것이다. 또한, 제어 시퀀스 중의 상류측 온도 센서(210), 하류측 온도 센서(211)의 소정온도는 온도검출수단의 종류나 설치 장소 등에 의존하는 것으로, 반드시 상기 온도에 한정되는 것은 아니다. 마찬가지로 각 모드의 실시 타이밍 등의 시간에 대해서도 반드시 상기 시간에 한정되는 것은 아니다.

이상, 본 발명을 액체연료의 연소장치에 실시한 예로 설명했지만, 이하와 같은 경우도 본 발명에 포함된다. 연료종으로서는, 기화기 주변의 구성 이외는, 배관공급되는 기체연료로도, 연료탱크로부터 공급되는 액화가스 연료와 같은 고압공급의 가스연료를 사용하는 경우도 적용할 수 있다.

또한, 촉매체의 담체에는 세라믹 허니콤을 사용하고 있지만, 혼합기체가 유통할 수 있는 복수의 연통공을 갖는 것이면, 그 소재나 형상에 한정은 없고, 예컨대 세라믹이나 금속의 소결체, 금속 허니콤이나 금속 부직포, 세라믹 섬유의 편조체 등이 이용가능하고, 형상도 평판에 한정되지 않고, 만곡 형상이나 통형상 혹은 골판형상 등, 소재의 가공성과 용도에 따라 임의로 설정할 수 있다. 또한, 활성성분으로서는 플라티늄, 팔라듐, 로듐 등의 백금속의 귀금속이 일반적이지만, 이들의 혼합체나 다른 금속이나 그 산화물, 및 이들과의 혼합조성일 수 있고, 연료종이나 사용조건에 따른 활성성분의 선택이 가능하다.

또한, 본 실시예 8에 따른 촉매 연소 장치를 도 7의 냉매가열기(36)의 열원으로서 적용하면, 촉매의 상황을 판단하여 촉매 상황에 따른 최적의 운전이 가능해지기 때문에 장기의 안정된 냉매가열을 실현할 수 있음과 동시에 안정난방운전이 가능해진다.

실시예 9

본 발명의 실시예 9에 대해 설명한다. 도 14는 실시예 9의 사시단면도, 도 15는 동 종단면도, 도 16은 실시예 9에 있어서의 센서의 단면도이다.

실시예 9에 있어서의 촉매 연소 장치는 혼합가스 공급부(417), 촉매 연소실(418), 피가열 유체 통로(419)에 의해 주요부가 구성된다. 또한, 혼합가스 공급부(417)는 혼합가스 흐름 방향에 대해 혼합가스 도입부(420), 혼합가스 기화실(421), 혼합가스 분출부(422)로 구성되며, 혼합가스 기화실(421)의 외주부에는 매립 히터(423)가 배치되어 있다. 촉매 연소실(418)은 혼합가스 흐름 방향에 대해 순차적으로 제 1 수열부(424), 예열 히터(425a, 425b), 제 1 촉매체(426), 제 2 수열부(427), 제 1 정류판(428), 제 2 촉매체(429), 제 2 정류판(430), 제 3 촉매체(431), 제 3 정류판(432), 제 3 수열부(433), 배기가스 유출부(434)로 구성되며, 피가열 유체 통로(419)(동배관)는 촉매 연소실(418)의 외통 하우징(435)에 용접되어 구성된다. 또한 제 1 수열부(424), 제 2 수열부(427), 제 1 정류판(428),제 2정류판(430), 제 3 정류판(432), 제 3 수열부(433)는 외통 하우징(435)과 일체로 구성하며, 알루미늄재를 사용했다. 제 1 촉매체(426), 제 2 촉매체(429), 제 3 촉매체(431)는 연통공을 갖는 코질라이트 허니콤을 기체(基體)로 하여, 팔라듐 촉매를 활성알루미나 담체에 담지한 것이다. 제 1 수열부(424), 제 2 수열부(427)는 제 1 촉매체(426)로부터의 복사, 배기열을 받기 쉽도록 제 1 촉매체(426)의 통기구멍에 대면시키고, 제 3 수열부(433)는 제 3 촉매체(431)로부터의 배기열을 받기 쉽도록 배치하고 있다. 제 1 정류판(428), 제 2 정류판(430)은 제 2 촉매체(429)로의 혼합가스 정류작용과 제 2 촉매체(429)로부터의 수열작용을 가지며, 제 2 정류판(430), 제 3 정류판(432)은 제 3 촉매체(431)로의 혼합가스 정류작용과 제 3 촉매체(431)로부터의 수열작용을 갖고 있다. 예열 히터는 250 W 사양을 2개 사용하며, 제 1 촉매체는 150 ×70 ×20,200셀/in²에 Pd를 3g/l로 담지한 것, 제 2 촉매체는 150 ×70 ×10,400셀/in²에 Pd를 3g/l로 담지한 것, 제 3 촉매체는 150 ×70 ×10,400셀/in²에 Pd를 3g/l로 담지한 것을 사용했다.

도 16의 연소배기가스센서(450)는 제 3 촉매체(431)의 하류부, 제 3 정류판(432) 부근에 고정했다. 연소배기가스센서(450)는 활성 온도 센서(450a)와 불활성 온도 센서(450b)로 구성되고, 활성 온도 센서(450a)는 외표면에 촉매층(452)을 설치한 온도 센서(451a), 불활성 온도 센서(450b)는 활성 온도 센서(450a)의 촉매층(452)과 동등한 열전도율의 완충층(453)을 설치한 온도 센서(451b)이다.

다음에, 동작에 대해서 설명한다. 우선, 연소 개시시에는 예열 히터(425a, 425b)에 통전하여 제 1 촉매체(426)를 활성화 온도 이상, 약 350℃로 예열한 후, 예열 히터(425a, 425b)로의 통전을 정지시키고, 혼합가스를 혼합가스 공급부(417)로부터 공급하여 제 1 촉매체(426)로 촉매 연소를 개시시킨다. 그 후, 제 1 촉매체(426)로부터의 배기열에 의해 제 2 촉매체(429)가 가열되고, 제 2 촉매체(429)로도 촉매 연소를 개시한다. 촉매 연소시에는 제 1 촉매체(426) 및 제 2 촉매체(429)로 대부분의 연소가 완결되고, 제 3 촉매체로는 제 2 촉매체 통과후에 남은 약간의 미연소 배기가스를 정화하는 작용을 갖는다. 연소 반응열이 촉매체로부터 복사 에너지로서 사출된다. 이 복사 에너지는 제 1 수열부(424) 등으로 흡수되어 다시 열 에너지로 변환됨으로써, 피가열 유체 통로(419)로 전열된다. 또한, 열 에너지는 열전도에 의해 피가열 유체 통로(419)로부터 열전달에 의해 통로(동배관)내의 피가열 냉매로 전열되는 복사전열은 흐름을 흐트러뜨리지 않기 때문에, 제 1 촉매체(426), 제 2 촉매체(429)에 있어서의 연소반응은 저해되는 일이 없고, 피가열 냉매로의 열 교환량을 증가시켜도 연소 안정성을 확보할 수 있다. 촉매체의 통기공에 대면시킨 수열부를 설치하고, 촉매체와 수열부를 교대로 복수조 설치함으로써, 촉매체로부터 수열부로의 복사 전열을 촉진함과 동시에 촉매체에 있어서의 고연소량시에 있어서, 고온이 되기 쉬운 촉매체의 촉매 표면온도를 저감할 수 있다. 촉매 연소실(418) 내에서 혼합기체의 흐름 방향을 각각의 수열부와 각각의 정류판을 활용하여 사행시킴으로써 내부에서의 열매체 체류시간을 길게할 수 있다. 이에 따라 수열부에서의 수열 효과 향상, 접촉시간 증가를 도모할 수 있다. 제 3촉매체(431)를 통과한 배기가스는 배기가스 유출부(434)를 통과하여 외부로 배출된다. 연통공을 갖는 허니콤 격자 형상의 기체에 촉매를 담지한 촉매체로 함으로써, 열응력에 대한 강도 등을 높이고 내수성을 향상시킬 수 있다. 고연소량시에 있어서, 보통 고온이 되기 쉬운 촉매체의 촉매 표면온도를 저감하여 내열한계온도 이하로 억제하고, 고부하 타입의 열교환 일체형 촉매 연소식 열원기를 실현할 수 있기 때문에 기기의 소형화가 가능해진다.

연소 배기가스 센서(450)는 제 3 정류판(432) 부근에 고정되어 항상 연소배기가스에 접촉하고 있지만, 촉매연소가 정상적인 연소를 하고 있을 때에는 제 1 촉매체(426) 및 제 2 촉매체(429)로 대부분의 연소가 완결되고, 제 3 촉매체로 제 2 촉매체 통과 후에 남은 약간의 미연소된 배기가스도 정화되어 있기 때문에 활성 온도 센서(450a)에 설치된 촉매층은 아무런 발열 반응을 일으키지 않기 때문에 2개의 온도 센서(450a, 450b)가 검출하는 온도는 거의 동일하다. 그러나, 촉매연소가 정상 연소상태의 범위를 일탈하면 제 1 촉매체(426) 및 제 2 촉매체(429)로 연소가 완결되지 않고, 또한 제 3 촉매체로 정화를 완료할 수도 없기 때문에, 미연소 가스가 연소 배기가스 센서(450)부에 도달한다. 그러면 활성 온도 센서(450a)에 설치된 촉매층은 주위의 미연소가스와 반응하여 발열반응을 일으킨다. 그러나, 불활성 온도 센서(450b)는 발열반응을 일으키지 않기 때문에 2개의 온도 센서(450a, 450b)가 검출하는 온도에 차이가 발생한다. 이 온도차이를 검출함으로써 이상한 연소상태를 검출할 수 있게 된다.

일반적으로 연소촉매는 연료중의 불순물 등에 의해 시간의 경과에 따라 활성이 저하되는 경향이 있다. 활성이 저하된 연소촉매는 처리할 수 있는 연료가 적어져 미연소가스를 생성하게 된다. 따라서 본 실시예에 나타낸 연소배기가스센서는 촉매의 열화 판정에 특히 유효하다.

도 17은 실시예 9에 의해 얻어진 촉매 연소 장치를 사용하여 공기비(공급 공기량/이론 공기량)를 변화시켰을 경우에, 실제의 배기가스 조성인 HC/CO₂와 상술한 센서출력을 비교하여 나타내고 있다. 도면으로부터, 예컨대 공기비가 1.8에 있어서 실제 배기가스 조성이 극소치를 나타내고 있는 것과 마찬가지로 본 발명 센서로도 그 출력이 극소치를 나타내며, 양자간의 측정결과는 잘 일치하고 있음을 알 수 있다.

실시예 10

실시예 10에서 사용하는 연소 배기가스 센서(460)를 도 18에 도시한다. 연소 배기가스 센서(460)는 활성 온도 센서(460a)와 불활성 온도 센서(460b)로 구성되며, 활성 온도 센서(460a)는 표면에 촉매층(462)을 설치한 송풍판(464a)에 온도 센서(461a)와 단열층(465a)을 구비한 것, 불활성 온도 센서(460b)는 표면에 완충층(463)을 설치한 송풍판(464b)에 온도 센서(461b)와 단열층(465b)을 구비한 것이다. 제 1 송풍판(460a)의 표면에 촉매층(462)을 설치하고, 제 2 송풍판(460b)의 표면은 불활성인 채로 하여 각각의 송풍판의 온도를 온도 센서로 검출하도록 한 것이다(실시예 9에서는 온도 센서 표면에 직접 촉매체를 도포하여 검출온도에 차이를 갖게 했다). 송풍판(464a, 464b)은 제 3 촉매체(431)의 하류부, 제 3정류판(432) 부근에 고정시켰다. 동작은 실시예 9와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

상기 구성으로 함으로써 배기가스 상태를 상시 감시하면서 연소상태를 제어할 수 있기 때문에, 촉매의 열화 등 시간 경과에 따른 변화에도 대응가능하여 항상 이상적인 촉매연소 상태를 유지하여 NOx(질소 산화물)의 발생을 회피하는 것이 가능해진다. 또한, 사용하는 센서도 저렴한 온도 센서의 응용품이기 때문에 기기의 가격을 낮게 억제하는 것이 가능해진다.

실시예 11

실시예 11에서 사용하는 연소 배기가스 센서(470)를 도 19에 도시한다. 연소 배기가스 센서(470)는 한 면에 활성 온도 센서(471a), 촉매층(472), 단열층(475a)을 설치하고, 반대면에 불활성 온도 센서(471b), 완충층(473), 단열층(475b)을 설치한 단열성 소재의 송풍판(474)이다. 송풍판(474)의 한 면에 촉매층을 설치하고, 이면에 촉매층과 동등한 흡방열(吸放熱) 특성의 완충층을 설치하며, 기재에 단열성을 갖게 하여 촉매층의 발열을 이면에 전달하지 않는 구성으로 하여 각각의 면의 온도를 온도 센서로 검출하도록 한 것이다(실시예 9에서는 온도 센서 표면에 직접 촉매체를 도포하여 검출온도에 차이를 갖게 했다). 송풍판(474)은 제 3 촉매체(431)의 하류부, 제 3 정류판(432) 부근에 양면에 균일하게 연소 공기가 닿도록 연소공기의 흐름과 평행한 방향을 향해 고정시켰다. 동작은 실시예 10과 동일하기 때문에 설명을 생략한다.

상기 구성으로 함으로써 배기가스 상태를 상시 감시하면서 연소상태를 제어할 수 있기 때문에, 촉매의 열화 등 시간의 경과에 따른 변화에도 대응가능하여 항상 이상적인 촉매연소상태를 유지하여 NOx(질소 산화물)의 발생을 회피하는 것이 가능해진다. 또한, 사용하는 센서도 저렴한 온도 센서의 응용품이기 때문에 기기의 가격을 낮게 억제하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 실시예 9, 10, 11의 촉매 연소 장치를 도 7의 냉매 가열식 공기조화기의 열원기로하여 적용하면, 낮은 바깥 기온에서도 쾌적한 난방을 안정하고 깨끗한 연소상태로 실현할 수 있다.

본 발명에 따른 촉매 연소 장치에서는 연소 상태의 각종 검출 및 각종 연소제어의 수단에 의해 연소상태가 정상인지 이상인지를 판단하고, 촉매체의 활성도를 판정함으로써 촉매체의 국부적인 열화를 방지하고, 또한, 액체 연료에 대해서는 타르의 생성을 방지하도록 연소상태를 제어할 수 있다. 이에 따라, 신뢰성이 높은 촉매 연소 장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 촉매 연소 장치를 냉매 가열기의 열원으로서 사용함으로써, 배기 가스의 청정도가 높고, 신뢰성이 높은 냉매 가열식 공기조화기를 제공할 수 있다.

Claims (45)

1. 연료를 공급하는 연료 공급 수단과,

   연소에 필요한 공기를 공급하는 공기 공급 수단과,

   연료와 공기의 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급부와,

   상기 혼합가스를 연소시키는 통기성이 있는 촉매체와,

   상기 혼합가스의 가스통로와,

   상기 가스통로 중에 설치된 연소 검출 수단을 구비한

   촉매 연소 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   연소 검출 수단은 가스통로 내 혼합가스의 물리적 특성을 검출하여, 연료 공급 수단 및 공기 공급 수단을 제어하는 것을 특징으로 하는

   촉매 연소 장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   물리적 특성은 온도인 것을 특징으로 하는

   촉매 연소 장치.
4. 실내 유닛과 적어도 압축기와 냉매가열기를 갖춘 실외 유닛을 구비하며,

   난방시에 압축기로부터 토출된 냉매를 상기 실내 유닛의 실내 열교환기에 보내고, 상기 실내 열교환기로부터 유출된 냉매를 상기 냉매가열기에 의해 가열하여 압축기에 보내 주는 냉매가열형 공기조화기에 있어서,

   상기 냉매가열기의 열원이 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 촉매연소 장치인 것을 특징으로 하는

   냉매 가열식 공기조화기.
5. 연료를 공급하는 연료 공급 수단과,

   연소에 필요한 공기를 공급하는 공기 공급 수단과,

   연료와 공기의 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급부와,

   상기 혼합가스를 연소시키는 통기성이 있는 촉매체와,

   상기 혼합가스의 가스통로를 구비하고,

   상기 혼합가스 공급부와 상기 촉매체와의 사이에 상기 혼합가스의 물리적 특성을 검지하는 센서를 설치하고, 상기 센서의 신호출력에 따라 상기 혼합가스의 연소를 제어하는 것을 특징으로 하는

   촉매 연소 장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   외주부에 피가열 유체 통로를 설치한 열 교환부를 가지며, 혼합가스의 흐름 방향으로 돌출하여 상기 열 교환부에 접속된 전열판을 가스통로에 배치한 것을 특징으로 하는

   촉매 연소 장치.
7. 제 5 항에 있어서,

   센서가 온도 센서이며, 상기 온도 센서가 촉매 연소시에 검지하는 온도변화에 따라 혼합가스의 연소를 제어하는 것을 특징으로 하는

   촉매 연소 장치.
8. 제 5 항에 있어서,

   센서가 광학 센서이며, 상기 광학 센서가 촉매 연소시에 검지하는 광학 특성의 변화에 따라 혼합가스의 연소를 제어하는 것을 특징으로 하는

   촉매 연소 장치.
9. 제 5 항에 있어서,

   센서가 음향 센서이며, 상기 음향 센서가 촉매 연소시에 검지하는 음향특성의 변화에 따라 혼합가스의 연소를 제어하는 것을 특징으로 하는

   촉매 연소 장치.
10. 제 5 항에 있어서,

    센서가 적외선 센서이며, 상기 적외선 센서가 촉매 연소시에 검지하는 적외선 특성의 변화에 따라 혼합가스의 연소를 제어하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
11. 제 5 항에 있어서,

    센서가 압력 센서이며, 상기 압력 센서가 촉매 연소시에 검지하는 압력 변화에 따라 혼합가스의 연소를 제어하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
12. 제 5 항에 있어서,

    공기 공급 수단으로서 송풍기를 가지며, 촉매 연소시에 있어서의 상기 송풍기의 부하 변동을 검지함으로써 혼합가스의 연소를 제어하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
13. 제 5 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,

    촉매체를 가스 통로의 흐름 방향으로 복수열 배치한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
14. 연료를 공급하는 연료 공급 수단과,

    연소에 필요한 공기를 공급하는 공기 공급 수단과,

    연료와 공기의 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급부와,

    상기 혼합가스를 연소시키는 통기성이 있는 촉매체와,

    상기 혼합가스의 가스통로를 구비하고,

    상기 촉매체의 상기 가스통로의 상류측에 배치된 적어도 하나의 상류측 온도 센서와 상기 촉매체의 상기 가스통로의 하류측에 배치된 적어도 하나의 하류측 온도 센서의 양쪽 온도 센서, 또는 상기 상류측 온도 센서와 상기 하류측 온도 센서의 어느 한쪽의 온도 센서를 설치한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
15. 제 14 항에 있어서,

    외주부에 피가열 유체 통로를 설치한 열 교환부를 가지며, 혼합가스의 흐름 방향으로 돌출하여 상기 열 교환부에 접속된 전열판을 가스 통로에 배치한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
16. 제 14 항에 있어서,

    복수의 상류측 온도 센서간의 출력차에 따라서 연료와 공기의 혼합가스 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
17. 제 14 항에 있어서,

    복수의 하류측 온도 센서간의 출력차에 따라서 연료와 공기의 혼합가스 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
18. 제 14 항에 있어서,

    복수의 상류측 온도 센서간의 출력차, 또는 복수의 하류측 온도 센서간의 출력차가 소정치 이상인 경우에 연소를 정지시키는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,

    온도 센서를 촉매체의 면에서 소정거리만큼 이격시켜 배치한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
20. 제 19 항에 있어서,

    내열커버를 설치한 온도 센서인 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
21. 제 14 항에 있어서,

    상류측 온도 센서와 하류측 온도 센서의 각각의 출력치가 미리 설정된 기준치와 비교하여 소정의 차이를 갖는 경우에는 연소를 정지시키는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
22. 제 14 항에 있어서,

    상류측 온도 센서와 하류측 온도 센서의 각각의 출력치가 전회 촉매 연소시의 기억 출력치와 비교하여 소정의 차이가 있는 경우에는 연소를 정지하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
23. 제 14 항에 있어서,

    복수의 상류측 온도 센서간의 출력차, 또는 복수의 하류측 온도 센서간의 출력차와 미리 설정된 기준치를 비교하여 소정의 차이가 있는 경우에는 연소를 정지하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
24. 제 14 항에 있어서,

    복수의 상류측 온도 센서간의 출력차, 또는 복수의 하류측 온도 센서간의 출력차가 전회 촉매 연소시에 기억한 출력차와 비교하여 소정의 차이가 있는 경우에는 연소를 정지하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
25. 제 14 항에 있어서,

    복수의 촉매체와, 상기 복수의 촉매체의 각각에 상류측 온도 센서와 하류측 온도 센서의 양쪽의 온도 센서 또는 어느 한쪽의 온도 센서를 설치한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
26. 연료를 공급하는 연료 공급 수단과,

    연소에 필요한 공기를 공급하는 공기 공급 수단과,

    연료와 공기의 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급부와,

    상기 혼합가스를 가열하는 가열수단을 갖춘 기화기와,

    상기 혼합가스를 연소시키는 통기성이 있는 촉매체와,

    상기 혼합가스의 가스통로를 구비하고,

    상기 기화기에는 기화기 온도 센서, 상기 촉매체의 상류에는 상류측 온도 센서, 상기 촉매체의 하류에는 하류측 온도 센서를 각각 설치하고,

    소정 연소량에 있어서의 안정연소시의 상기 기화기 온도 센서의 기준온도와, 상기 상류온도 센서의 기준온도와, 상기 하류온도 센서의 기준온도를 미리 설정하여, 각각의 측정온도와 각각의 기준온도를 비교함으로써 정상 연소인지 이상 연소인지를 판단하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
27. 제 26 항에 있어서,

    외주부에 피가열 유체 통로를 설치한 열 교환부를 가지며, 혼합가스의 흐름 방향으로 돌출하여 상기 열 교환부에 접속된 전열판을 가스통로에 배치한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
28. 제 26 항에 있어서,

    기준 온도는 전회 연소시에 설정한 온도인 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
29. 제 26 항에 있어서,

    기준온도는 사용 초기에 설정한 온도인 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
30. 제 26 항에 있어서,

    기준온도는 적산(積算) 연소 경과시간에 따라 정해진 온도인 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
31. 제 26 항에 있어서,

    적산 연소 경과시간이 소정치로 된 경우, 소정의 연소량으로 정상연소시킨 뒤에 연료의 공급을 일단 정지시키고, 상류측 온도 센서와 하류측 온도 센서로 검출하는 온도가 소정의 온도까지 저하된 뒤에, 다시 연료를 공급하여 상기 상류측 온도 센서 및 상기 하류측 온도 센서에 있어서의 온도가 상승하는지의 여부를 검출하고, 촉매의 활성도를 확인하는 수단을 마련한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
32. 제 31 항에 있어서,

    촉매의 활성도가 소정치로 저하된 것을 검출한 경우에는 촉매연소의 연소량을 작게 하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
33. 제 26 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,

    연소상태가 이상인 경우에 그 연소이상을 표시하는 표시장치나, 촉매연소부의 촉매의 활성도가 소정치로 저하된 경우에 그 촉매 활성도 저하를 표시하는 표시장치 중 어느 하나를 구비한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
34. 연료를 공급하는 연료 공급 수단과,

    연소에 필요한 공기를 공급하는 공기 공급 수단과,

    연료와 공기의 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급부와,

    상기 혼합가스를 연소시키는 통기성이 있는 촉매체와,

    상기 혼합가스의 가스통로를 구비하고,

    동일 연소조건으로 연속운전하는 경우, 소정시간 경과후에 소정시간 동안 연소조건을 변화시키는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
35. 제 34 항에 있어서,

    외주부에 피가열 유체 통로를 설치한 열 교환부를 가지며, 혼합가스의 흐름 방향으로 돌출되어 상기 열 교환부에 접속된 전열판을 가스 통로에 배치한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
36. 제 34 항에 있어서,

    공기의 공급량 또는 연료의 공급량을 변동시켜 연소조건을 변화시키는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
37. 제 36 항에 있어서,

    공기의 공급량 또는 연료의 공급량의 변동폭은 ±3% 이내인 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
38. 제 34 항에 있어서,

    혼합가스를 가열하는 가열수단을 구비한 기화기를 가지며,

    소정의 연소량보다 낮은 연소량으로 연속운전하는 경우, 소정시간 경과 후에 소정시간 동안 연소량을 증가시켜 운전하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
39. 제 38 항에 있어서,

    연소량의 증가량은 소정 연소량의 10% 이내이며, 연소량을 증가시킨 운전시간이 10분 이내인 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
40. 연료를 공급하는 연료 공급 수단과,

    연소에 필요한 공기를 공급하는 공기 공급 수단과,

    연료와 공기의 혼합가스를 공급하는 혼합가스 공급부와,

    상기 혼합가스를 연소시키는 통기성이 있는 하나 이상의 촉매체와,

    상기 혼합가스의 가스통로를 구비하고,

    상기 가스통로의 최하류부에 설치된 상기 촉매체로부터 배출되는 연소배기가스의 상태를, 촉매반응에 의한 발열을 측정하는 센서에 의해 검출하는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
41. 제 40 항에 있어서,

    외주부에 피가열 유체 통로를 설치한 열 교환부를 가지며, 혼합가스의 흐름 방향으로 돌출되어 상기 열 교환부에 접속된 전열판을 가스 통로에 배치한 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
42. 제 40 항에 있어서,

    센서가, 외표면에 촉매체를 도포한 온도 센서와 촉매체를 도포하지 않은 온도 센서와의 한 쌍의 온도 센서인 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
43. 제 40 항에 있어서,

    센서가, 표면에 촉매체를 도포한 수풍체(受風體)를 설치한 온도 센서와,

    표면에 촉매체를 도포하지 않은 수풍체를 설치한 온도 센서와의 한 쌍의 온도 센서인 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
44. 제 40 항에 있어서,

    센서가, 단열성 기재의 한 면에는 촉매체를 설치하고, 반대면에는 촉매체와 동일 열전도율의 완충층을 설치하고, 각각의 면에 온도 센서를 설치하고 있는 것을 특징으로 하는

    촉매 연소 장치.
45. 촉매 연소 장치의 연소 배기가스 상태를 검출하는 센서에 있어서,

    센서에 설치한 촉매체에서의 연소배기가스의 발열반응을 측정함으로써 배기가스 중의 미연소성분의 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는

    센서.