JP3020393B2

JP3020393B2 - 発熱装置

Info

Publication number: JP3020393B2
Application number: JP5251509A
Authority: JP
Inventors: 徹生寺島; 浩直沼本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1993-10-07
Filing date: 1993-10-07
Publication date: 2000-03-15
Anticipated expiration: 2015-03-15
Also published as: JPH07103425A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアイロン、スチーマ、調
理器、コーヒーメーカ等に用いられ、気体燃料または液
体燃料を燃焼して、その燃焼熱を熱源とする発熱装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】一般にアイロン、スチーマ、調理器、コ
ーヒーメーカ等の熱源としては電気ヒータが用いられて
いるが、近年この電気ヒータに代わって気体燃料および
液体燃料を熱源とした発熱装置の開発が進められてい
る。気体燃料や液体燃料を熱源として用いる発熱装置は
触媒作用を利用した触媒燃焼が用いられており、この触
媒燃焼は触媒の作用により燃料を触媒の表面において無
炎、低温で燃焼させることができる燃焼方式である。触
媒燃焼を利用した発熱装置の場合、燃焼室における燃焼
熱を効率高く発熱部に伝えるために、燃焼室の内壁にフ
ィン等の受熱部を設け、この受熱部の表面と燃焼室の内
壁面とに触媒層を形成することにより、燃焼室の熱を発
熱部に伝えるように構成されていた。また、触媒層が活
性化温度以上に維持されていれば、一度燃料バルブを閉
じて燃料供給を停止し、再供給する操作を行っても再着
火し、再燃焼することも可能である。この触媒燃焼の特
徴を活かして、燃焼室や発熱部の温度により燃料バルブ
を開閉する制御をすることにより、発熱装置を所望温度
となるように温度制御をするようになっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の発熱装置は以上
のように構成されているために、燃料ガスと空気の混合
ガスが燃焼室に供給されると、燃焼の大部分が触媒層に
最初に接触する燃焼室の上流部分で行われるが、上流部
分より低温となる燃焼室の下流部分では効果的な燃焼が
行われなかった。このため、従来の発熱装置では、上流
部分で燃焼されなかった未反応の燃料ガスが下流でも燃
焼されずに排気されてしまう割合が多く、燃焼効率の低
い装置となっていた。また、発熱部の温度制御のための
再着火操作をする際に、発熱装置が所望温度以上になっ
て燃料ガスを一度供給停止にし、再度供給し燃焼を再開
する場合に、失火する場合があった。これは触媒層温度
が冷却され過ぎるために、所望温度に設定すると流速や
周囲環境温度の変化に対して余裕度がなくなるためであ
り、結果として再着火可能な温度範囲が制限されてい
た。このため、発熱装置を所望の温度で維持しつつ触媒
燃焼を断続的に行うことが困難であった。本発明は上記
のような問題点を解消して、燃焼効率が高く、かつ再着
火可能な温度範囲を広げて確実に発熱状態を得ることを
目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係わる発熱装置
は、開閉制御可能なバルブを介してタンク内の燃料を噴
射するノズル、前記ノズルから噴射された燃料を空気と
混合する混合室、前記混合室に連通し、前記混合室で作
られた混合ガスが供給される燃焼室、前記燃焼室の外壁
面に接触した発熱部、前記燃焼室の上流部分における内
壁面に設けられ、前記混合ガスの流れ方向に対して実質
的に平行に配設された受熱部、前記燃焼室の上流部分に
おける内壁面および前記受熱部の表面に接触して設けら
れ、かつ前記燃焼室の下流部分において前記燃焼室の内
壁面との間に隙間を有して配設された触媒体、を具備す
るものである。

【０００５】

【作用】本発明における発熱装置は、ノズルより噴出し
た燃料のガスがそのガス流の誘引作用により周りの空気
を吸引して、混合室内で均一に混合され、燃焼室内へ供
給される。燃焼室に供給された混合ガスは、高温に維持
された触媒体に接触して触媒燃焼が行われ、その熱は燃
焼室内のフィン等の受熱部や燃焼室の内壁等を介して発
熱部に導入される。この触媒燃焼において、燃焼室下流
部分における特に外部環境の影響を受けやすい内壁面と
触媒体との間には隙間が形成されているために、下流部
分における触媒体の熱は発熱部に伝導されずにその温度
が高く維持され、触媒体全体は活性化されている。

【０００６】

【実施例】実施例１以下、本発明の発熱装置の実施例１を図面を参照して説
明する。図１は本発明の実施例１の平面断面図、図２は
図１の発熱装置の側面断面図、図３は図１の発熱装置の
ＩＩＩ−ＩＩＩ線による断面図、図４は図１のＩＶ−Ｉ
Ｖ線による断面図である。図１及び図２において、実施
例１の発熱装置は、燃料としてのプロパン、ブタン等の
液化ガスが封入されたボンベ１とノズル２との間にバル
ブ３を設けて、ボンベ１から供給される燃料ガスの流量
をコントロールできるように構成されている。ノズル２
より噴出したガスは、ガス流の誘引作用により周りの空
気が吸引されて、混合室４内で均一に混合され、燃焼室
５に供給されるように構成されている。燃焼室５は金属
製の箱体で構成された発熱部６の内部に形成されてい
る。燃焼室５の内壁面には混合ガスの流れ方向と略平行
に複数枚の受熱部としてのフィン７が設けられており、
燃焼室５の大きさを変更せずに、燃焼室５の内壁面の表
面積を大きくしている。図３の燃焼室５の上流部分の断
面図に示されているように、燃焼室５の上流部分にはそ
の内壁面およびフィン７の表面を覆うように触媒層８が
密着して設けられており、この触媒層８は、Ｆｅ−Ｃｒ
−Ａｌ等の耐熱性金属からなる触媒担体に、白金系金
属、金、銀等を金属酸化物に担持したもの又はコバル
ト、鉄、マンガン、クロム、銅等の遷移金属酸化物等の
被膜を形成したものである。触媒として特に好ましいの
は白金系金属である。

【０００７】実施例１の発熱装置において、図１及び図
２に示すように、燃焼室５の下流部分にはフィン７が形
成されておらず、下流部分の触媒層８は燃焼室５の内壁
面５ｃに対して隙間１２を有して配設されている。図４
は、燃焼室５の下流部分の垂直断面図であり、触媒層８
が燃焼室５の内壁面５ｃに対して隙間１２を有して配設
されていることを示している。図３及び図４に示すよう
に、燃焼室５における触媒層８の上流部分と下流部分と
は実質的に同一の垂直断面形状を有して、上流部分の触
媒層８は燃焼室５の内壁面とフィン７の表面に密着して
配設されており、下流部分の触媒層８は燃焼室５の内壁
面との間に隙間１２を有して配設されている。前記燃焼
室５における下流部分の末端近傍には、排気口９が設け
られており、触媒層８の間を通過したガスが排気口９よ
り排気されるように構成されている。また、燃焼室５の
下流部分の末端近傍には圧電着火素子１０が設けられて
おり、発熱部６の外壁側面にはバルブ３を開閉制御する
温度検出部１１が設けられている。

【０００８】上記のように構成された実施例１の発熱装
置の燃焼動作について説明する。最初の着火動作におい
て、バルブ３を開くと、ノズル２より燃料ガスが混合室
４に供給される。燃料ガスの噴出力により誘引された空
気は燃料ガスと混合室４において混合されて、燃焼室入
口５ａに供給される。燃焼室入口５ａに供給された混合
ガスは、燃焼室５内の触媒層８の間を通過して、燃焼室
入口５ａに対向する下流の端部に配設された燃焼室の対
向内壁面５ｂに吹きつけられる。この対向内壁面５ｂに
吹きつけられた混合ガスは、対向内壁面５ｂの近傍にお
いて、流速が非常に遅くなり、流れが淀む領域が発生す
る。この領域に圧電着火素子１０が配置されており、こ
の圧電着火素子１０により発生したスパークで混合ガス
が着火する。

【０００９】上記のように着火された火炎により触媒層
８が加熱されて、触媒層８の温度は活性温度に達する。
活性温度に達した触媒層８の表面では触媒燃焼が始ま
り、圧電着火素子１０近傍の火炎には混合ガスが供給さ
れなくなり、火炎は消滅する。以後、燃焼室５内に供給
された混合ガスは、燃焼室５内の触媒層８で触媒燃焼が
行われる。発熱部６の温度は、発熱部６の外壁に設けら
れた温度検出部１１により常に検出されており、発熱部
６の温度が消火設定温度になると、温度検出部１１がそ
の温度を検出して、バルブ３の閉栓信号を出力する。こ
の閉栓信号を受けたバルブ３は閉じられて燃料ガスの供
給が停止される。次に、発熱部６の温度が着火設定温度
になると、温度検出部１１が開栓信号を出力して、バル
ブ３が開かれ、燃料ガスの供給が開始される。燃焼室５
内へ再び供給された燃料ガスは、混合室４において空気
と混合され、燃焼室５に供給される。燃焼室５に供給さ
れた混合ガスは、燃焼室５内の触媒層８の間を通って流
れる。このとき、触媒層８の表面において、再び燃焼が
広がっていき、発熱部６の温度を上昇させている。上記
の再燃焼動作において、バルブ３が開かれて混合ガスが
燃焼室５に供給された瞬間には、触媒層８の上流部分が
混合ガスにより冷却されるために、再燃焼を始めるのは
主に触媒層８の下流部分からである。

【００１０】以上のように、燃焼室５の上流部分におい
て、触媒層８はフィン７や燃焼室５の上流部分の内壁面
に密着して配設されているため、触媒層８における燃焼
熱が発熱部６へ伝導される。図５は混合ガスの流れ方向
における触媒層８の温度分布を示す図であり、実施例１
の発熱装置と従来の発熱装置とを比較して示している。
図５に示すように、従来の発熱装置は触媒層８の上流部
分において主に燃焼しており、上流部分から下流部分に
かけて急激な温度勾配ができている。従って、上流部分
において、未反応の燃料ガスは下流部分において燃焼さ
れずにそのまま排気される割合が大きくなっている。一
方、実施例１の発熱装置は、従来の装置に比べて温度勾
配が緩やかであり、触媒層８の下流部分においても触媒
温度は活性温度以上（約１９０℃以上）に保たれてお
り、上流部分において未反応の燃料ガスが下流部分にお
いて燃焼されている。

【００１１】

【表１】

【００１２】表１に示す温度は、発熱部６の側壁温度が
２００℃に達したときにバルブ３を閉じて燃料ガスの供
給を停止した後、触媒層８を再着火できる発熱部６の側
壁温度を示している。表１に示すように、従来の発熱装
置では発熱部６の温度が１８５℃で再着火可能であった
が、実施例１の発熱装置では、従来の装置より１５℃低
く１７０℃となっている。このように、本発明に係る実
施例１の発熱装置では、触媒層８が再着火されるときの
発熱部６の側壁温度が温度検出部１１において従来に比
べて低く選べるため、触媒層８を再着火するときの発熱
部６の温度範囲が広くなっている。実施例１における発
熱部６の温度制御は、バルブ３の開閉制御による燃料ガ
スの供給／停止によって行われるが、触媒層８を再着火
するための発熱部６の温度範囲が広いため、触媒層８を
容易に再着火温度に維持できるため、実施例１の発熱装
置は安定した温度制御が可能となっている。

【００１３】さらに、図４に示すように、触媒層８の下
流部分が燃焼室５の内壁面５ｃに対して断熱されている
ために、触媒層８の下流部分は上流部分からの触媒層８
自身の熱伝導によって加熱されるが、触媒層８の下流部
分の熱は外部へ熱伝導されにくいため、触媒層８の下流
部分は比較的高温に保持されている。このために、触媒
層８の上流部分における未反応ガスを下流部分において
燃焼させることができるため、実施例１の発熱装置は燃
焼効率の高い装置となっている。なお、下流部分の触媒
層８と燃焼室５の内壁面との間の隙間１２にセラミック
繊維等の断熱材を充填することにより、触媒層８の下流
部分はさらに隙間１２におけるガスの対流等による冷却
効果が低くなり、触媒層８の下流部分を高温に保持でき
る。故に、実施例１の発熱装置はさらに燃焼効率の高
い、安定して温度制御のできる装置となる。

【００１４】図６は実施例１の燃焼室におけるフィン等
の変形例を示す側面断面図である。図６に示すように、
触媒層８を支持するフィン７や燃焼室５の内壁面を上流
部分から下流部分にかけて傾斜的に形成して、触媒層８
との隙間を徐々に広げるように構成することにより、こ
の変形例の発熱装置は、発熱部６の壁面温度分布をより
均一にでき、優れた燃焼効率を有する装置となる。さら
に、上流部分の触媒層８の触媒担体にFe-Cr-Al等の耐熱
性金属を用い、下流部分の触媒担体にはアルミナーシリ
カ系繊維を用いることにより、さらに再着火温度を低く
することのできる、燃焼効率の高い発熱装置を得ること
ができる。また、従来の発熱装置における燃焼室の形状
においてもこれらの材料を用いることにより、比較的良
好な燃焼効率を示し、再着火可能な温度も下げることが
できる。

【００１５】実施例２以下、本発明の発熱装置の実施例２を図面を参照にして
説明する。図７は本発明の発熱装置の実施例２を示す側
面断面図である。実施例２の発熱装置において、前述の
実施例１と同じ構成、機能を有するものには、同じ符号
を付してその説明を省略する。図７に示すように、燃焼
室５内において対向して配設された触媒層８は、その上
流部分から下流部分に行くにしたがい徐々に接近するよ
うに配置されており、触媒層８の下流部分では、触媒層
８とフィン７および燃焼室５の内壁面５ｃとの間には隙
間が形成されている。上記のように触媒層８の対向面の
間隔が上流部分に比べて下流部分の方が狭くなるように
構成されているために、上流部分で未反応であった燃料
ガスが下流部分において触媒層８と確実に接触して、効
率的に燃焼された。なお、実施例２では、触媒層８の対
向面の間隔が上流から下流にかけて狭くなるように構成
したが、フィン７の間隔を上流から下流にかけて狭くな
るようにし、それに沿って触媒層８の間隔を狭くしても
同様の効果が発揮できる。

【００１６】

【表２】

【００１７】表２は、従来例、実施例１および実施例２
のそれぞれの各発熱装置において、イソブタン（５００
ｋｃａｌ／ｈ）を燃料とした場合の燃焼効率を示したも
のである。表２に示すように、実施例１及び実施例２の
発熱装置は、従来の発熱装置に比べて燃焼効率が飛躍的
に向上しており、触媒層８の上流部分における未反応ガ
スが下流部分において反応していることがわかる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、燃焼装
置の上流部分では触媒層をフィン等の受熱部と燃焼室の
内壁面に密着するように設けて発熱部に熱供給をしつ
つ、下流部分では触媒層を受熱部と燃焼室の内壁面に対
して断熱部としての隙間を設けることにより、再着火可
能な温度範囲を広くし、下流部分の反応効率を高くする
ことができるため、断続燃焼を所望温度で容易に維持で
き、かつ燃焼効率の高い発熱装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の発熱装置の平面断面図。

【図２】図１の発熱装置の側面断面図。

【図３】図１の発熱装置における燃焼室の上流部分の断
面図。

【図４】図１の発熱装置における燃焼室の下流部分の断
面図。

【図５】触媒層にける温度分布図。

【図６】実施例１の発熱装置の変形例を示す側面断面
図。

【図７】本発明の実施例２の発熱装置を示す側面断面
図。

【符号の説明】

１ボンベ２ノズル３バルブ４混合室５燃焼室６発熱部７フィン８触媒層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭61−37369（ＪＰ，Ａ) 特開平２−223709（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−174416（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−62416（ＪＰ，Ａ) 特開平１−200105（ＪＰ，Ａ) 特開平６−42726（ＪＰ，Ａ) 実開平２−140125（ＪＰ，Ｕ) 特表昭59−501518（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F23D 14/18 F23C 11/00 306

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】開閉制御可能なバルブを介してタンク内
の燃料を噴射するノズル、前記ノズルから噴射された燃料を空気と混合する混合
室、前記混合室に連通し、前記混合室で作られた混合ガスが
供給される燃焼室、前記燃焼室の外壁面に接触した発熱部、前記燃焼室の上
流部分における内壁面に設けられ、前記混合ガスの流れ
方向に対して実質的に平行に配設された受熱部、前記燃焼室の上流部分における内壁面および前記受熱部
の表面に接触して設けられ、かつ前記燃焼室の下流部分
において前記燃焼室の内壁面との間に隙間を有して配設
された触媒体、を具備することを特徴とする発熱装置。
【請求項２】前記燃焼室の下流部分における内壁面と
前記触媒体との間の隙間が下流へ行くにしたがい徐々に
広くなるように構成された請求項１記載の発熱装置。
【請求項３】前記燃焼室内に配設された前記触媒体に
おける隣接する触媒層の間隔が上流から下流へ行くにし
たがい徐々に接近するように配設された請求項１記載の
発熱装置。