JP2567992B2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、遠赤外線放射効率に優れた酸化触媒を応用
し、暖房、乾燥等に用いられる触媒燃焼装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

気体燃料及び気化された液体燃料を空気と混合させた
後に触媒層へ送って触媒と接触させ、その表面上で無炎
燃焼させる触媒燃焼装置は、窒素酸化物の放出がなく、
触媒層から放射される遠赤外線の効果でマイルドな輻射
暖房を実現する等の優れた特徴を有するため、従来より
種々提案され、一部は実用化されている。

従来より、このような触媒燃焼装置のうち、担体に耐
熱無機材料を用いて触媒層から生じる輻射熱を利用する
ものの１例として、出願人が提案した第３図（ａ），
（ｂ）に示すような構造の触媒燃焼装置がある。第３図
（ａ），（ｂ）によって説明すると、１は触媒層、10は
１次空気調整孔、11は予熱用バーナ、12は気化器、13は
２次空気孔、15は送風機、23は点火用ヒータ、25は温度
センサーである。このように比較的広い面積の触媒層１
の一枚板を触媒層の後方から前方へ予混合ガスが通過す
るように垂直方向に立て、送風機15を運転すると同時に
触媒層の背面から予熱用バーナ11に点火用ヒータ23で点
火して火炎燃焼を行い、この燃焼熱で触媒層１を加熱
し、触媒層が層火温度（活性化温度）以上に達した時点
で予熱用バーナの火炎を消火し、直ちに気化灯油と１次
空気調整孔10からの１次空気及び２次空気孔13からの２
次空気を混合してなる予混合ガスを触媒層１へ供給して
触媒燃焼を開始する構造となっている。この時、触媒層
の広い出口面を輻射に利用するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記した従来構成の触媒燃焼装置に於いては、下記の
ごとく欠点があった。

通常、同一体積の触媒層について、一定の空気比のま
まで燃焼量を絞り、触媒単位面積当たりの燃焼負荷量で
ある面負荷を低下させると触媒層の燃焼温度が低下す
る。また、燃焼用空気量を一定のまま燃焼量のみを絞る
と触媒層の燃焼温度はさらぬ急激に低下する。つまり、
最高燃焼量時に触媒層が赤熱状態で燃焼するのに対して
最低燃焼量時に触媒層は赤熱状態に達せず、常温状態と
同等の外観で燃焼する。このような最低燃焼量時におい
ては、ユーザーが燃焼状態にあるか否かを目視により簡
便に認識し難いために不安感を抱かせやすく、視覚効果
も乏しい。

従来より最低燃焼量時においても触媒層を赤熱状態と
するためには、触媒層の負荷面積を小さくすると同時に
予混合ガスの流れ方向の厚みを増して面負荷を大きくす
る必要があった。しかし、このような方法の場合、輻射
利用面である出口面の負胃面積が小さいために輻射熱量
が小さくなるという弊害が生じる。

また、従来構造の場合、触媒層の負荷面積が大きいた
め予熱動作時に均一に加熱することが困難であり、予混
合ガスを送って触媒燃焼を開始する時に温度が低い部分
から未燃ガスを排出しやすい。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る触媒燃焼装置は、上記の課題を解決する
ためになされたものであり、小さな体積の円柱状あるい
は角柱状でハリカム等の通気性に優れた断面形状をもつ
触媒ペレット複数個を耐熱性ガラス筒の中に挿入し、さ
らにこの触媒ペレット最下部にハニカム等の通気性に優
れた形状に成型した抵抗発熱性無機材料を電極と共に挿
入して触媒燃焼筒とし、この触媒燃焼筒を１個若しくは
複数個を立てて下部から予混合ガスを供給するように流
路を形成し、触媒燃焼筒の背後に触媒ペレットから放射
される赤外線を耐熱性ガラスを通して前面に反射させる
ための反射板を配設したものである。

〔作 用〕

上記の構成に於いて、触媒層の予熱動作時には触媒燃
焼筒下部の抵抗発熱性無機材料に通電を行って発熱させ
ることによりその上部に配設された触媒ペレットを熱伝
導及び自然対流伝熱によって効率良く予熱することがで
き、素早く予熱が完了する。また、触媒燃焼筒１本の負
荷面積が小さいので触媒断面での均熱化も良好であり、
未燃ガスを排出することなく確実に定常燃焼へ移行でき
る。定常燃焼時には、触媒層の負荷面積が従来構造の場
合よりも小さいため、燃焼量が小さい場合でも触媒ペレ
ット入り口部を赤熱状態に保つことができ、この赤熱部
は燃焼量に比例して上方向へ拡大するためいかなる燃焼
量においてもユーザーが燃焼状態を耐熱性ガラスを通し
て目視により簡敏に認識することができる。同時に、燃
焼によって高温となった触媒ペレットの側面から放射さ
れる赤外線を耐熱性ガラス筒を通し、反射板によって前
方へ反射させるため、大きな輻射面積の快適な輻射暖房
が行える。また、小さな触媒ペレット及び予熱用抵抗発
熱性無機材料の集合体で構成されるため個々の成型が容
易でありコストが安くなる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図、第２図に基づいて説明す
れば以下の通りである。

本発明に係る触媒燃焼装置においえ、第１図及び第２
図に示すように、1Aは触媒燃焼筒であり１本もしくは複
数本が垂直方向に立っている。2Aはディフューザ室であ
り触媒燃焼筒１を下部から堅く支持するとともに底面開
口部から送られる予混合ガスを触媒燃焼筒へ通過する天
井開口部へ均等に供給する箱難室である。3Aは混合室で
あり図示しない送油ポンプより送油パイプ4Aを通って送
られる燃料を送風機5Aより圧送される燃焼用空気と混合
して予混合ガスを生成する。尚、燃料が液体燃料の場合
は混合室3Aの中に燃料気化のためのヒータが設置されて
いる。6Aは廃棄ダクトであり触媒燃焼筒1Aを上部で堅く
支持するとともに触媒燃焼筒に通過する底面開口部から
送られる燃焼ガスを集めて上面開口部から大気中へ排出
する箱難室である。触媒燃焼筒1Aは主に、熱透過率に優
れた筒状耐熱性ガラス筒12Aと、円柱状もしくは角柱状
で断面がハニカム構造等の通気性に優れた形状に成型し
たコージュライト等の耐熱性無機材料を担体として用い
この表面に白金族金属等の酸化触媒を担持して成る触媒
ペレット11A数個及び触媒ペレットと同形状で炭化珪素
等の抵抗発熱性無機材料によって成型された予熱用ヒー
タ13Aの１個から成り、耐熱性ガラス筒12Aの中に入口側
最上流部に予熱用ヒータ13Aがまたその上部下流側には
数個の触媒ペレット11Aが積み重ねて挿入されている。
予熱用ヒータ13Aの外周２箇所には電圧を印加するため
の電極が取り付けられており、その下端部のディフュー
ザ室2Aとの接続部は絶縁シール剤によって絶縁保持され
ている。16Aは温度センサーでありそれぞれの触媒燃焼
筒の最上部に取り付けられている。7Aはガード網であり
運転時に高温となる触媒燃焼筒１を託って安全性を確保
する。8Aは反射板でありキャビネット9A内で触媒燃焼筒
1Aの背後を囲むように配置されている。10Aは温風口で
ありキャビネット９の天井に位置し、排気ダクト6Aから
排出される熱風を上方へ排出する。

上記構成を有する触媒燃焼装置の動作は、触媒燃焼に
先立って触媒層を着火温度以上に加熱する予熱動作と、
着火温度に達した触媒層に一定燃焼量の予混合ガスを送
って触媒燃焼を開始し任意の燃焼量の予混合ガスを触媒
層内で無炎燃焼させる定常燃焼動作とから構成される。

予熱動作においては、まず、予熱用ヒータ13Aに通電
を行う。通電により予熱用ヒータが発熱し、その直上の
触媒ペレットから次第に上方の触媒ペレットへと熱伝導
及び自然対流により伝熱を行う。こうしてそれぞれの触
媒燃焼筒に取り付けられた温度センサー16Aのいずれも
が触媒ペレット温度が着火温度（例えば300℃）に達し
たと前記の温度センサー16Aの出力に基づいて図示しな
いコントロールユニットが判断したら、予熱用ヒータへ
の通電を停止し、同時に送風機5Aにより弱送風を開始す
ると共に燃料パイプから燃料供給を開始して混合室3Aで
予混合ガスを生成し、ディフューザ室2Aへ送る。ディフ
ューザ室2Aで予混合ガスは均一に流路を広げて触媒燃焼
筒1Aへ送られ、触媒燃焼を開始する。即ち、予熱動作を
終了し、定常燃焼動作へと移行する。

触媒ペレット集合体は設定された燃焼量ならばいかな
る燃焼量の予混合ガスでも完全燃焼するのに十分な空間
速度を与える体積に設計されているため、CO,HC等の臭
気ガスを排出することなく着火→昇温→定常弱燃焼へと
移行し、上流側触媒ペレットが赤熱状態（650〜750℃）
で温度が安定状態に達する。また、定常燃焼時には、燃
料送出量及び送風機5Aの送風量を制御し、常に予混合ガ
ウの理論空気量に対する燃焼用供給空気量の体積比（即
ち空気比）を２〜４程度とし、かう触媒ペレット11Aの
最高温度が800℃を越えないように温度センサー16Aを用
いて常に燃焼量に対して適切な送風量に制御することに
より、予混合ガスの逆火及び不完全燃焼を防止しつつ燃
焼量を増減させることができる。このとき、触媒ペレッ
トは低燃焼量時には上流側に近い極一部分だけが赤熱状
態になるのに対して燃焼量の増大とともに赤熱部が上方
へ拡大する。完全燃焼した排気ガスは、触媒ペレット11
Aから排出した後、排気ダクト6Aを通り、温風風10Aより
温風として放出される。一方、触媒ペレットからは、耐
熱性ガラス筒12Aを介して赤外線が放射される。従っ
て、前記の温風による対流暖房と赤外線による輻射暖房
とが同時に行われることになる。

消火時には、送風機5Aを除く他の機器への通電を遮断
し、送風機5Aのみを数十秒間作動させ送風を行い、触媒
燃焼筒を主とするシステムの冷却を行う。このとき、触
媒ペレットは比較的大きな熱容量を持つため、予混合ガ
スの供給を急に遮断しても通常の火炎を伴う燃焼のよう
に消火後しばらくCO,HC等の臭気ガスを排出することな
く、触媒ペレット上において完全に酸化される。

〔発明の効果〕

本発明に係る触媒燃焼装置は、小さな体積の円柱状あ
るいは角柱状のハニカム断面触媒ペレット複数個を耐熱
性ガラス筒の中に挿入し、さらにこの触媒ペレット最下
部にハニカム等の通気性に優れた形状に成型した抵抗発
熱性無機材料を電極と共に挿入して触媒燃焼筒とし、こ
の触媒燃焼筒を１個若しくは複数個を立てて下部から予
混合ガスを供給するように流路を形成し、触媒燃焼筒の
背後に触媒ペレットから放射される赤外線を耐熱性ガラ
スを通して前面に反射させるための反射板を配設したも
のである。これにより、以下の諸効果を奏する。

（１） 燃焼量に比例して触媒ペレットの赤熱部が流れ
方向に拡大するため、ユーザーにとって燃焼状態を耐熱
性ガラス筒を通して目視により簡便に確認でき、運転時
の不安感を抱かせることがない。また、触媒ペレット側
面からの輻射熱を耐熱性ガラス煤を通して反射板により
前方へ反射させるための大きな輻射熱量が得られる。

（２） 触媒層の予熱動作時には触媒燃焼筒下部の抵抗
発熱無機材料に通電を行って発熱させることによりその
上部に配設された触媒ペレットを熱伝導及び自然対流伝
熱によって効率良く予熱することができ、素早く予熱か
完了する。また、予熱する触媒層の面積が小さいため、
予熱時の触媒ペレット断面における均熱化が容易であ
り、未燃ガスを排出する事なく確実に定常燃焼へ移行で
きる。

（３） 小さな触媒ペレット及び予熱用抵抗発熱性無機
材料の集合体で構成されるため個々の成型が容易であり
コストが安くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す全体図、第２図は触媒
燃焼筒断面図である。第３図（ａ），（ｂ）は従来例を
示すもので平面図、側面図である。 1Aは触媒燃焼筒、3Aは混合室、5Aは送風機、10Aは温風
口、11Aは触媒ペレット、12Aは耐熱性ガラス、13Aは予
熱用ヒータ、16Aは温度センサーである。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気体燃料或は気化した液体燃料を燃焼用空
   気と混合させて予混合ガスとなし、触媒層へ送って無炎
   燃焼させる触媒燃焼装置において、ハニカム等の通気性
   に優れた酸化触媒層を小さな円柱状若しくは角柱状に成
   型したものを触媒ペレットとし、熱透過性に優れた耐熱
   性ガラス筒の中に触媒ペレットを複数個挿入して成る触
   媒燃焼筒を１個若しくは複数個立ててこの中を予混合ガ
   スが下方から通過するよう流路を構成し、触媒ペレット
   側面からの輻射熱を耐熱性ガラス筒を通して前方へ反射
   させる反射板を触媒燃焼筒背後に配設したことを特徴と
   する触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】前記触媒燃焼筒内の触媒ペレット下部に触
   媒ペレットと同一外形でハニカム等の通気性に優れた断
   面形状に成型した抵抗発熱性無機材料を予熱用ヒータと
   して配設したことを特徴とする特許請求の範囲第一項記
   載の触媒燃焼装置。