JP2797840B2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents
触媒燃焼装置Info
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
- F23D—BURNERS
- F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
- F23D14/12—Radiant burners
- F23D14/18—Radiant burners using catalysis for flameless combustion
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Spray-Type Burners (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は加熱、暖房、乾燥等に用
いられる触媒燃焼装置に関するものである。
いられる触媒燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】灯油等の液体燃料や都市ガス等の気体燃
料を、空気と混合させた後に酸化反応用の触媒に接触さ
せ、無炎の触媒燃焼を行わしめるいわゆる予混合型の触
媒燃焼装置は、気体燃料用を中心に従来より種々提案さ
れ、一部は実用化されている。
料を、空気と混合させた後に酸化反応用の触媒に接触さ
せ、無炎の触媒燃焼を行わしめるいわゆる予混合型の触
媒燃焼装置は、気体燃料用を中心に従来より種々提案さ
れ、一部は実用化されている。
【０００３】このような装置において問題となること
は、燃焼装置における強燃焼時と弱燃焼時との燃焼量の
比率（以下、ＴＤＲと表記）のより大きな燃焼装置であ
る。
は、燃焼装置における強燃焼時と弱燃焼時との燃焼量の
比率（以下、ＴＤＲと表記）のより大きな燃焼装置であ
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】触媒燃焼装置の最大燃
焼量を大きくするためには、触媒層中での滞留時間を考
慮し流れ方向の長さをある程度長くすれば良好な燃焼特
性が得られるようになる。しかし、触媒層外周部では伝
熱により発生した燃焼熱も逃げ易くなるので、触 媒層中
心部と外周部では温度差がつき易くなる。燃焼装置にお
ける可能な最小燃焼量は弱燃焼時における触媒層外周部
温度から律される触媒低温活性で決ってくる。したがっ
て単に触媒層の流れ方向の長さを長くしただけでは、最
大燃焼量は大きくなるが、外部への放熱が増加するため
最小燃焼量もある程度大きくなってしまうので、ＴＤＲ
の大きな燃焼装置を提供する方法としては不十分であっ
た。
焼量を大きくするためには、触媒層中での滞留時間を考
慮し流れ方向の長さをある程度長くすれば良好な燃焼特
性が得られるようになる。しかし、触媒層外周部では伝
熱により発生した燃焼熱も逃げ易くなるので、触 媒層中
心部と外周部では温度差がつき易くなる。燃焼装置にお
ける可能な最小燃焼量は弱燃焼時における触媒層外周部
温度から律される触媒低温活性で決ってくる。したがっ
て単に触媒層の流れ方向の長さを長くしただけでは、最
大燃焼量は大きくなるが、外部への放熱が増加するため
最小燃焼量もある程度大きくなってしまうので、ＴＤＲ
の大きな燃焼装置を提供する方法としては不十分であっ
た。
【０００５】本発明は上記課題を解決するもので、ＴＤ
Ｒのより大きな触媒燃焼装置を提供することを目的とし
ている。
Ｒのより大きな触媒燃焼装置を提供することを目的とし
ている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、 燃料の供給部と、燃焼用空気の供給部
と、燃料および燃焼用空気の供給量を変化させる手段
と、燃料と燃焼用空気の混合部と、燃焼室と、前記燃焼
室内に設けられた多数の連通孔を有する主触媒層と補助
触媒層からなり、前記補助触媒層は前記主触媒層の上流
に空間を有すると同時に、強燃焼時に触媒活性化温度以
上となる位置に設けられ、前記補助触媒層の熱容量が前
記主触媒層よりも小さく、流れ方向の長さが前記主触媒
層よりも短いことを特徴とする触媒燃焼装置である。ま
た、前記補助触媒層が無機繊維を主成分とした構造体に
触媒が担持されていることを特徴とする触媒燃焼装置で
ある。
するために、 燃料の供給部と、燃焼用空気の供給部
と、燃料および燃焼用空気の供給量を変化させる手段
と、燃料と燃焼用空気の混合部と、燃焼室と、前記燃焼
室内に設けられた多数の連通孔を有する主触媒層と補助
触媒層からなり、前記補助触媒層は前記主触媒層の上流
に空間を有すると同時に、強燃焼時に触媒活性化温度以
上となる位置に設けられ、前記補助触媒層の熱容量が前
記主触媒層よりも小さく、流れ方向の長さが前記主触媒
層よりも短いことを特徴とする触媒燃焼装置である。ま
た、前記補助触媒層が無機繊維を主成分とした構造体に
触媒が担持されていることを特徴とする触媒燃焼装置で
ある。
【０００７】
【作用】本発明は上記の構成により、強燃焼時には主触
媒層で触媒燃焼が行われ良好な燃焼特性を得ることがで
き、弱燃焼時には、熱容量の小さな補助触媒層に触媒燃
焼の中心位置（燃焼熱によって最も高温になる位置）が
来るようになっている。強燃焼時、主触媒層に主燃焼位
置がある、すなわち混合気速度が早く流れ方向の長さが
主触媒層よりも短い補助触媒層では燃焼が不可能な場合
でも、補助触媒層が主触媒からの燃焼熱の一部を受け、
触媒活性化温度以上となる位置に配置されていることに
よって、弱燃焼すなわち混合気速度が減少した場合に、
補助触媒層で燃焼することが可能となる。補助触媒層
は、主触媒層よりも熱容量が小さく速やかに燃焼が移行
するとともに、流れ方向の厚みが短く外周部の放熱が少
なくな り、補助触媒層中に発生した燃焼熱が留まり易く
なるため、補助触媒層を高温に維持できる。その結果、
単に主触媒層だけを使用した場合に比べると、さらに小
さい燃焼量でも良好な燃焼特性が得られ、ＴＤＲを大き
くとれるというものである。またこの効果は補助触媒層
に熱容量が小さく、断熱性の高い無機繊維からなる基材
を用いることによりさらに効果的に発揮できる。
媒層で触媒燃焼が行われ良好な燃焼特性を得ることがで
き、弱燃焼時には、熱容量の小さな補助触媒層に触媒燃
焼の中心位置（燃焼熱によって最も高温になる位置）が
来るようになっている。強燃焼時、主触媒層に主燃焼位
置がある、すなわち混合気速度が早く流れ方向の長さが
主触媒層よりも短い補助触媒層では燃焼が不可能な場合
でも、補助触媒層が主触媒からの燃焼熱の一部を受け、
触媒活性化温度以上となる位置に配置されていることに
よって、弱燃焼すなわち混合気速度が減少した場合に、
補助触媒層で燃焼することが可能となる。補助触媒層
は、主触媒層よりも熱容量が小さく速やかに燃焼が移行
するとともに、流れ方向の厚みが短く外周部の放熱が少
なくな り、補助触媒層中に発生した燃焼熱が留まり易く
なるため、補助触媒層を高温に維持できる。その結果、
単に主触媒層だけを使用した場合に比べると、さらに小
さい燃焼量でも良好な燃焼特性が得られ、ＴＤＲを大き
くとれるというものである。またこの効果は補助触媒層
に熱容量が小さく、断熱性の高い無機繊維からなる基材
を用いることによりさらに効果的に発揮できる。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
しながら説明する。
しながら説明する。
【０００９】図１に示すように、１は燃料タンク、２は
燃料用ポンプ、３は一次空気送風用のファン、４は混合
室で、混合室４の出口には炎口部５が備えられており、
炎口部５の近傍には点火電極６が配設されている。炎口
部５の上方にはハニカム状セラミックス繊維にＰｔ／Ｐ
ｄを担持させた補助触媒層７が直立して備えられ、補助
触媒層７の排気口側に対向してハニカム状セラミックス
（シリカ・アルミナ・チタニアを主成分とする）にウォ
ッシュコートしてＰｔ／Ｐｄを担持させた主触媒層８が
配置されている。主触媒層８で燃焼した排ガスは空気送
風用のファン９で送られてくる空気一緒に排気口１０へ
と導かれる。
燃料用ポンプ、３は一次空気送風用のファン、４は混合
室で、混合室４の出口には炎口部５が備えられており、
炎口部５の近傍には点火電極６が配設されている。炎口
部５の上方にはハニカム状セラミックス繊維にＰｔ／Ｐ
ｄを担持させた補助触媒層７が直立して備えられ、補助
触媒層７の排気口側に対向してハニカム状セラミックス
（シリカ・アルミナ・チタニアを主成分とする）にウォ
ッシュコートしてＰｔ／Ｐｄを担持させた主触媒層８が
配置されている。主触媒層８で燃焼した排ガスは空気送
風用のファン９で送られてくる空気一緒に排気口１０へ
と導かれる。
【００１０】上記構成において動作について詳述する。
燃料用ポンプ２から供給された燃料（灯油等）とファン
３から供給された空気は、混合室４内で気化されると共
に充分予混合されて上部の炎口部５に送られる。点火時
にはまず炎口部５において点火電極６によって点火さ
れ、ここで火炎燃焼を開始する。高温の排ガスは上部へ
流れ、補助触媒層７を昇温させる。補助触媒層７が充分
な温度に昇温した時点で、一旦燃料供給を停止し、炎口
部５の火炎を消滅させてから再度燃料の供給を開始す
る。この時、混合室４を出た予混合気は上方に直立する
補助触媒層７に至るが、ここは充分昇温されているか
ら、触媒燃焼を生じつつ、排ガスは排気口側の主触媒層
８へと流れ、主触媒層８炎口部側表面の予熱に使用され
る。所定時間補助触媒層７で触媒燃焼（弱燃焼モード）
させた後、予混合気速度を上昇させると補助触媒層７中
で触媒燃焼の中心位置（最も高温になる位置）を維持で
きなくなり主触媒層８へと触媒燃焼の中心位置が移行す
る（中から強燃焼モード）。この時、空気送風用のファ
ン９も始動させる。しかし、燃焼装置の燃焼量が小さく
なった場合（弱燃焼モード）には触媒燃焼の中心位置が
再び補助触媒層７に戻り、良好な燃焼特性を維持でき
る。
燃料用ポンプ２から供給された燃料（灯油等）とファン
３から供給された空気は、混合室４内で気化されると共
に充分予混合されて上部の炎口部５に送られる。点火時
にはまず炎口部５において点火電極６によって点火さ
れ、ここで火炎燃焼を開始する。高温の排ガスは上部へ
流れ、補助触媒層７を昇温させる。補助触媒層７が充分
な温度に昇温した時点で、一旦燃料供給を停止し、炎口
部５の火炎を消滅させてから再度燃料の供給を開始す
る。この時、混合室４を出た予混合気は上方に直立する
補助触媒層７に至るが、ここは充分昇温されているか
ら、触媒燃焼を生じつつ、排ガスは排気口側の主触媒層
８へと流れ、主触媒層８炎口部側表面の予熱に使用され
る。所定時間補助触媒層７で触媒燃焼（弱燃焼モード）
させた後、予混合気速度を上昇させると補助触媒層７中
で触媒燃焼の中心位置（最も高温になる位置）を維持で
きなくなり主触媒層８へと触媒燃焼の中心位置が移行す
る（中から強燃焼モード）。この時、空気送風用のファ
ン９も始動させる。しかし、燃焼装置の燃焼量が小さく
なった場合（弱燃焼モード）には触媒燃焼の中心位置が
再び補助触媒層７に戻り、良好な燃焼特性を維持でき
る。
【００１１】そこで次のような補助触媒層と主触媒層と
を使用し、図１に示されるような燃焼装置を組み立て、
触媒面１５０mm×１５０mmの部分で灯油触媒燃焼を行
い、燃焼特性（ＨＣ、ＣＯ）を測定評価した。
を使用し、図１に示されるような燃焼装置を組み立て、
触媒面１５０mm×１５０mmの部分で灯油触媒燃焼を行
い、燃焼特性（ＨＣ、ＣＯ）を測定評価した。
【００１２】アルミナシリカ繊維からなる気孔率５０％
のコルゲート状セラミックス（１５５mm×１５５mm×３
mm、２００セル／inch２、リフ゛厚0.30mm）にＢａＯ・Ａｌ２
O３・ＣｅＯ２粉末（比表面積１２０ｍ２/ｇ）１０００
ｇ、アルミナ含有率１０ｗｔ％のウォッシュコートバイ
ンダー ５０ｇ、硝酸アルミニウム９水塩 ８５ｇ、水
１５００ｇ、イソプロピルアルコール１５０ｇおよび
ジニトロジアンミン白金水溶液とジニトロジアンミンパ
ラジウム水溶液をそれぞれＰｔ、Ｐｄ換算で５ｇ、５ｇ
加えてなるウォッシュコートスラリーで１０ｇ被覆し、
補助触媒層とした。次にシリカ・アルミナ・チタニアを
主成分とするハニカム状セラミックス（１５５mm×１５
５mm×１５mm、４００セル／inch２、リフ゛厚0.15mm）にＢ
ａＯ・Ａｌ２O３・ＣｅＯ２粉末（比表面積１２０ｍ２/
ｇ）１０００ｇ、アルミナ含有率１０ｗｔ％のウォッシ
ュコートバインダー ５０ｇ、硝酸アルミニウム９水塩
８５ｇ、水 １３００ｇおよびジニトロジアンミン白金
水溶液とジニトロジアンミンパラジウム水溶液をそれぞ
れＰｔ、Ｐｄ換算で５ｇ、５ｇ加えてなるウォッシュコ
ートスラリーで５０ｇ被覆し、主触媒層とした。
のコルゲート状セラミックス（１５５mm×１５５mm×３
mm、２００セル／inch２、リフ゛厚0.30mm）にＢａＯ・Ａｌ２
O３・ＣｅＯ２粉末（比表面積１２０ｍ２/ｇ）１０００
ｇ、アルミナ含有率１０ｗｔ％のウォッシュコートバイ
ンダー ５０ｇ、硝酸アルミニウム９水塩 ８５ｇ、水
１５００ｇ、イソプロピルアルコール１５０ｇおよび
ジニトロジアンミン白金水溶液とジニトロジアンミンパ
ラジウム水溶液をそれぞれＰｔ、Ｐｄ換算で５ｇ、５ｇ
加えてなるウォッシュコートスラリーで１０ｇ被覆し、
補助触媒層とした。次にシリカ・アルミナ・チタニアを
主成分とするハニカム状セラミックス（１５５mm×１５
５mm×１５mm、４００セル／inch２、リフ゛厚0.15mm）にＢ
ａＯ・Ａｌ２O３・ＣｅＯ２粉末（比表面積１２０ｍ２/
ｇ）１０００ｇ、アルミナ含有率１０ｗｔ％のウォッシ
ュコートバインダー ５０ｇ、硝酸アルミニウム９水塩
８５ｇ、水 １３００ｇおよびジニトロジアンミン白金
水溶液とジニトロジアンミンパラジウム水溶液をそれぞ
れＰｔ、Ｐｄ換算で５ｇ、５ｇ加えてなるウォッシュコ
ートスラリーで５０ｇ被覆し、主触媒層とした。
【００１３】比較例として、実施例と同じ主触媒層だけ
を使用して触媒燃焼させ、特性評価試験を行った。
を使用して触媒燃焼させ、特性評価試験を行った。
【００１４】その結果として図２に（ａ）には実施例、
（ｂ）には従来例を示した。横軸は空気過剰率、縦軸は
予混合気速度とし、ＨＣ／ＣＯ２特性が１×１０−４以
下となる領域を示した。燃焼特性のＣＯ／ＣＯ２特性は
ＨＣ／ＣＯ２特性に比べ、広い領域で良好であったの
で、試験結果を示すことは省略した。
（ｂ）には従来例を示した。横軸は空気過剰率、縦軸は
予混合気速度とし、ＨＣ／ＣＯ２特性が１×１０−４以
下となる領域を示した。燃焼特性のＣＯ／ＣＯ２特性は
ＨＣ／ＣＯ２特性に比べ、広い領域で良好であったの
で、試験結果を示すことは省略した。
【００１５】その結果、本実施例では比較例に比べると
弱燃焼量での燃焼特性が向上していることがわかる。し
たがって従来よりもＴＤＲの大きな燃焼装置が可能とな
ったことがわかる。また、触媒燃焼の開始時間でも比較
例に比べると約１５秒短縮が可能であった。
弱燃焼量での燃焼特性が向上していることがわかる。し
たがって従来よりもＴＤＲの大きな燃焼装置が可能とな
ったことがわかる。また、触媒燃焼の開始時間でも比較
例に比べると約１５秒短縮が可能であった。
【００１６】本実施例では補助触媒層としてアルミナシ
リカ繊維からなる気孔率５０％のコルゲート状セラミッ
クスを使用したが、熱容量を小さくしかつある程度の機
械的強度を有するものにするため気孔率は５０％〜８０
％にすることが好ましい。さらにコルゲート状セラミッ
クスの流れ方向の厚みは弱燃焼時にだけ補助触媒層で触
媒燃焼し、中燃焼時から強燃焼時にかけては主触媒層に
触媒燃焼の中心位置が移行するように設定するため２〜
４ｍｍとかなり薄くする必要があった。
リカ繊維からなる気孔率５０％のコルゲート状セラミッ
クスを使用したが、熱容量を小さくしかつある程度の機
械的強度を有するものにするため気孔率は５０％〜８０
％にすることが好ましい。さらにコルゲート状セラミッ
クスの流れ方向の厚みは弱燃焼時にだけ補助触媒層で触
媒燃焼し、中燃焼時から強燃焼時にかけては主触媒層に
触媒燃焼の中心位置が移行するように設定するため２〜
４ｍｍとかなり薄くする必要があった。
【００１７】
【発明の効果】本発明によれば、ＴＤＲ（強燃焼時と弱
燃焼時との燃焼量の比率）の大きな触媒燃焼装置が提供
できる。
燃焼時との燃焼量の比率）の大きな触媒燃焼装置が提供
できる。
【図１】本発明の一実施例による触媒燃焼装置の構成を
示す縦断面図
示す縦断面図
【図２】 （ａ） 図１の触媒燃焼装置についての燃焼特性（ＨＣ
／ＣＯ２)を示す図 （ｂ） 従来の触媒燃焼装置についての燃焼特性（ＨＣ
／ＣＯ２)を示す図
／ＣＯ２)を示す図 （ｂ） 従来の触媒燃焼装置についての燃焼特性（ＨＣ
／ＣＯ２)を示す図
１ 燃料タンク ２ 燃料用ポンプ ３ 送風用ファン ４ 混合室 ５ 炎口部 ６ 点火電極 ７ 補助触媒層 ８ 主触媒層 ９ 送風用ファン １０ 排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F23D 11/40 F23C 11/00 306
Claims (2)
- 【請求項１】 燃料の供給部と、燃焼用空気の供給部
と、燃料および燃焼用空気の供給量を変化させる手段
と、燃料と燃焼用空気の混合部と、燃焼室と、前記燃焼
室内に設けられた多数の連通孔を有する主触媒層と補助
触媒層からなり、前記補助触媒層は前記主触媒層の上流
に空間を有すると同時に、強燃焼時に触媒活性化温度以
上となる位置に設けられ、前記補助触媒層の熱容量が前
記主触媒層よりも小さく、流れ方向の長さが前記主触媒
層よりも短いことを特徴とする触媒燃焼装置。 - 【請求項２】前記補助触媒層が無機繊維を主成分とした
構造体に触媒が担持されていることを特徴とする触媒燃
焼装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4149160A JP2797840B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 触媒燃焼装置 |
| US08/073,892 US5352114A (en) | 1992-06-09 | 1993-06-09 | Catalytic burning apparatus and catalytic burning method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4149160A JP2797840B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 触媒燃焼装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05340515A JPH05340515A (ja) | 1993-12-21 |
| JP2797840B2 true JP2797840B2 (ja) | 1998-09-17 |
Family
ID=15469106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4149160A Expired - Fee Related JP2797840B2 (ja) | 1992-06-09 | 1992-06-09 | 触媒燃焼装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5352114A (ja) |
| JP (1) | JP2797840B2 (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997048945A1 (fr) * | 1996-06-17 | 1997-12-24 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Chambre de combustion catalytique |
| JPH1122916A (ja) * | 1997-07-04 | 1999-01-26 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 燃焼装置 |
| EP1058055B1 (en) * | 1998-12-18 | 2009-10-14 | Panasonic Corporation | Catalytic combustion device |
| US6470876B1 (en) * | 1999-08-10 | 2002-10-29 | The Coleman Company, Inc. | Catalytic heater assembly |
| US6632085B1 (en) * | 1999-08-19 | 2003-10-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Catalyst combustion device and fuel vaporizing device |
| US6676406B2 (en) * | 2000-07-28 | 2004-01-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Fuel evaporation apparatus and catalytic combustion apparatus |
| EP1898153B1 (en) * | 2006-09-06 | 2009-11-25 | Electrolux Home Products Corporation N.V. | Gas burner for cooking appliances |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3810732A (en) * | 1971-07-01 | 1974-05-14 | Siemens Ag | Method and apparatus for flameless combustion of gaseous or vaporous fuel-air mixtures |
| US3954387A (en) * | 1972-06-08 | 1976-05-04 | J. Tennant & Sons (Warrington) Limited | Burners |
| US4154568A (en) * | 1977-05-24 | 1979-05-15 | Acurex Corporation | Catalytic combustion process and apparatus |
| US4397356A (en) * | 1981-03-26 | 1983-08-09 | Retallick William B | High pressure combustor for generating steam downhole |
| JPH06103092B2 (ja) * | 1988-08-04 | 1994-12-14 | 松下電器産業株式会社 | 触媒燃焼装置 |
| JPH02242003A (ja) * | 1989-03-14 | 1990-09-26 | Sharp Corp | 気化燃焼装置および該装置の使用方法 |
| JP2805997B2 (ja) * | 1990-07-25 | 1998-09-30 | 松下電器産業株式会社 | 触媒燃焼器 |
| GB9027331D0 (en) * | 1990-12-18 | 1991-02-06 | Ici Plc | Catalytic combustion |
-
1992
- 1992-06-09 JP JP4149160A patent/JP2797840B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-06-09 US US08/073,892 patent/US5352114A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05340515A (ja) | 1993-12-21 |
| US5352114A (en) | 1994-10-04 |
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