JPH0367906A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 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気体燃料また
は液体燃料の触媒燃焼装置に関するものである。

従来の技術 従来の触媒燃焼装置は第７図に示すような構成になって
いる。燃料および空気は燃料タンク１に設けられたポン
プ２およびファン３により気化室４に供給され　燃料は
ヒータ５で加熱された気化室４内で気化して空気と混合
されたのちに一次燃焼部６に至り、点火装置７により点
火されてここに火炎を形成する。高温の燃焼排ガスは触
媒層８を経て排気口９から排出される力＼　その間に触
媒層８を加熱昇温させる。触媒層８が触媒燃焼を行うの
に十分な温度に達したことか検出されると（検出部は図
示せず）、　ポンプ２を停止し　−次燃焼部６の火炎を
消滅させる。この後再度ポンプ２を作動させて燃料を供
給すると、−次燃焼部６においては火炎を形成せず予混
合ガスのまま、燃料は触媒層８に到達する。ここ℃　触
媒層８は十分温度が上昇しているために　触媒燃焼を開
始し完全燃焼が行われる。触媒燃焼は触媒層８の上流側
表面で専ら進行するから、その部分は輻射放熱体となり
、ガラス窓１０を透過して全面に輻射放熱される。

発明が解決しようとする課題 従来の触媒燃焼装置（よ　燃焼により発生した熱量の大
部分を触媒層表面からの輻射により放熱する。したがっ
て、触媒燃焼装置の燃焼量を増加して加熱量や暖房負荷
などを増加するために（よ　燃焼が行われる触媒層の面
積を大きくする必要があつ九 ところ力文　燃焼機器をコンパクトにするために触媒層
の面積を小さくして、高燃焼量で燃焼を行わせると、触
媒燃焼は触媒層表面のみならず　触媒層の内部でも行わ
れるようになる。このため触媒層表面からの輻射だけで
は　触媒層の温度を低温に維持することがむずかしくな
り、触媒層の温度が非常に高温になり、触媒が活性を維
持することがむずかしくなるという課題が生じる。

本発明は上記従来技術の課題を解決することができ、且
つ、簡単な構成で、コンパクトな触媒燃焼装置を提供す
るものである。

課題を解決するための手段 本発明は多数の連通孔を有する複数個の触媒体と、複数
個の触媒体を覆う筐体とから燃焼室が構成され　燃焼室
内の流れ方向に対して触媒体を多段に配置し　各触媒体
間の燃焼室外壁面を放熱構造とし　触媒体間の全部ある
いは一部の関係において、後段の触媒体の幾何学的表面
積を削設の触媒体の幾何学的表面積より大きくする構成
に係るものである。具体的には触媒体の大きさを変える
奴　連通孔の孔径、触媒体の厚みを変えるごとにより幾
何学的表面積を変えることができる。

また　本発明は多数の連通孔を有する複数個の触媒体と
、複数個の触媒体を覆う筐体とから燃焼室が構成され　
燃焼室内の流れ方向に対して触媒体を多段に配置し　触
媒体の下流に多数の連通孔を有する多孔体を少なくとも
１段配置し　各触媒体および多孔体間の燃焼室外壁面を
放熱構造とした構成に係るものである。

また　本発明は多数の連通孔を有する複数個の触媒体と
、複数個の触媒体を覆う筐体とから燃焼室が構成され　
燃焼室内の流れ方向に対して触媒体を多段に配置し　各
触媒体間の燃焼室外壁面を放熱構造とし、燃料と燃焼用
空気とを混合した後に触媒体の最前部上流より燃焼室へ
供給し　燃料または燃焼用空気のうちの少なくとも１つ
を各触媒体間より燃焼室・＼供給する構成に係るもので
ある。

作　　　用 この技術的手段による作用は次のよ・うになる。

一般に　触媒燃焼装置において（上　触媒体を通過する
燃料と空気の予混合ガスの空間速度が大きくなると、触
媒体で処理しきれない予混合ガスが触媒体を通過してし
まう、いわゆるスリップ現象が生じる。本発明はこの現
象を積極的に利用したもので、燃焼室内に触媒体を多段
に配置し　従来の触媒燃焼器に比べて、各段における触
媒体を通過する予混合ガスの空間速度は大きくしである
。

このたぬ　予混合ガスは触媒体をスリップレ　次段の触
媒体へ到達するようになる。ここで、各段の触媒体の幾
何学的表面積が等しいかあるいは前段より小さいと、　
スリップしてきた予混合ガスを次段の触媒体で完全燃焼
することはむずかしい。

しかし　本発明では触媒体の幾何学的表面積を前段の触
媒体の幾何学的表面積より大きくする構成にしであるの
で、前段の触媒体からスリップした予混合ガスを次段の
触媒体で完全燃焼することができる。さらに　各触媒体
間に放熱構造をとり、触媒体を通過した燃焼ガスの温度
を低下させることにより、次段の触媒体の温度上昇を防
ぎミ　触媒の活性低下を防止する効果がある。

また　高温の燃焼排ガスが必要り場合に（よ　触媒体の
下流に多孔体を設置し　この多孔体での表面燃焼を利用
することにより、高温の燃焼排ガスを得ることができる
。

また　多段での触媒燃焼が進むと、触媒体に供給される
燃料ガス量１　　予め供給された予混合ガスと燃焼ガス
の混合した高温のガスになる。そこで、触媒体間より空
気および燃料を供給することにより、燃料ガスの温度を
低下したり、触媒体の供給する燃料ガスの空気比を調節
する。このことにより、各段の触媒体の燃焼量を調節し
　触媒体の温度を最適値に維持することができる。

実施例 以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて説明する。

第１図において、１１は液体燃料タン久１２は燃料供給
用ポンプ、１３は送風用ファンで両者は気化室１４に連
通されている。気化室１４には加熱用ヒータ１５が設け
られている。気化室下流には一次燃焼部１６が備えら花
　その近傍には点火装置１７が設けられている。−次燃
焼部１６の下流には３段のハニカム状セラミックからな
る触媒体１＆１９．２０が備えられており、排気口２１
へと連通している。

２２はガラス筒で放熱構造の燃焼室を構成している。

燃料および空気はポンプ１２およびファン１３によって
気化室１４に供給され　燃料はヒータ１５で加熱された
気化室１４で気化して空気と混合された後に一次燃焼部
１６に至り、点火装置１７により点火されてここに火炎
を形成する。高温の燃焼排ガスは触媒体１＆　　１９．
　２０を経て排気口２１から排出される力丈その間に触
媒体１＆　　ＩＱ、　　２０を加熱昇温させる。触媒体
１＆　　ＩＱ、　２０が触媒燃焼を行うのに十分な温度
に達したことが検出されると（検出部は図示せず）、ポ
ンプ１２を停止し　−次燃焼部１６の火炎を消滅させる
。この後再度ポンプ１２を作動させて燃料を供給すると
、−次燃焼部１６においては火炎を形成せず予混合ガス
のまま、触媒体１８に到達する。

ここで、予混合ガスの空間速度を太きして触媒体１８に
供給すると、予混合ガスは触媒体１８だけでは一部しか
処理できずに　残りの予混合ガスは触媒体１８をスリッ
プし　次段の触媒体１９へ到達するようになる。したが
って、この時触媒体１８で処理される燃料は予混合ガス
中に含まれる燃料の一部であるために　触媒体１８で触
媒燃焼により発生する熱量に比べて、触媒体１８を通過
するガス量が大きいために　触媒体１８の温度はあまり
高温にならなＬｌ しかＬ　２段目以降の触媒体１ｇ、２０に供給される混
合ガスは前段の触媒反応で発生した燃焼ガスと、前段の
触媒をスリップした未処理の燃料ガスとが混合したもの
である。このた吹　後段はど混合気が空気予熱されたこ
とになり、触媒体を通過するガス量を大きくしてＬ　後
段の触媒体はど燃焼温度が高温になりやす賎　そこで本
発明では第１図のように各触媒体１＆　　１９．　２０
をガラス筒２で覆うことにより燃焼室を構成し　各触媒
体間に放熱構造をとり、各触媒体１＆　　１代２０から
の熱輻射を積極的に燃焼室の外へ放出することによって
燃焼ガスの温度を低下し　次段の触媒体の温度上昇を防
ぎ、触媒の活性低下を防止している。

また　第２図に示すように　触媒体を覆う燃焼室２３の
壁面に冷却フィン２４を設置　冷却ファン２５からの冷
風により燃焼室２３を強制的に冷却するこＱ− ０− とにより、燃焼ガスの温度を低下し　次段の触媒体の温
度上昇を防いでもよＬｔ 第１図に示す触媒燃焼装置において、後段の触媒体２０
の断面積を中段の触媒体１９の断面積より大きくし　中
段の触媒体１９の断面積を前段の触媒体１８の断面積よ
り大きくすることにより、混合気の流速が遅くなり、混
合ガスと触媒の接触時間を長くし　混合気をスリップし
に＜＜シている。また触媒体の断面積を前段の触媒体の
断面積より大きくすること（よ　触媒体の幾何学的表面
積を前段の触媒体の幾何学的表面積より大きくすること
になる。このために　触媒体の活性点が前段の触媒の活
性点より多くなり、前段の触媒体からスリップした予混
合ガスを次段の触媒体で処理しやすくなり、触媒体を多
段にすることにより、予混合ガスを完全燃焼することが
できる。ここでは　全部の触媒体について、その幾何学
的表面積が前段の幾何学的表面積より大きい場合につい
て述べため丈触媒体間の一部の関係について、その幾何
学的表面積が前段の幾何学的表面積より大きい場合でＬ
１２ 十分に効果がある。

次に第２図に基づいて他の実施例について説明する。第
２図において、１１は液体燃料タン久　１２は燃料供給
用ポンス　１３は送風用ファンで両者は気化室１４に連
通されている。気化室Ｉ４には加熱用ヒータ１５が設け
られている。気化室１４下流には一次燃焼部１６が備え
られ　その近傍には点火装置１７が設けられている。−
次燃焼部１６の下流には３段のハニカム状セラミックか
らなる触媒体２６．　２７．２８が備えられており、排
気口２１へと連通している。

燃焼室２３の壁面に冷却フィン２４を設（す、冷却ファ
ン２５からの冷風により燃焼室２３を強制的に冷却する
構成になっている。

ここで、触媒体２ａ、２７．２８はハニカムのセル密度
を前段のセル密度より後段の密度の方が大きくしである
。このために触媒体の連通孔径は前段の孔径よりも後段
の孔径の方が小さくなり、後段はど混合気が触媒体をス
リップしにくくなる。また触媒体のセル密度を大きくす
ると、触媒体の幾何学的表面積を大きくすることになる
から、触媒体２− の活性点が前段の触媒の活性点より多（なる。このため
に　前段の触媒体からスリップした予混合ガスを次段の
触媒体で処理しやすくなり、触媒体を多段にすることに
より、予混合ガスを完全燃焼することができる。ここで
Ｌｔ、　　全部の触媒体について、ハニカムのセル密度
が前段のセル密度より大きい場合について述べた力丈　
触媒体間の一部の関係について、そのセル密度が前段の
セル密度より大きい場合でも、十分に効果がある。

次に第３図に基づいて他の実施例について説明する。第
３図において、Ｈは液体燃料タン久　１２は燃料供給用
ポンプ、１３は送風用ファンで両者は気化室１４に連通
されている。気化室１４には加熱用ヒータ１５が設けら
れている。気化室下流には一次燃焼部１６が備えられ　
その近傍には点火装置１７が設けられている。−次燃焼
部１６の下流には３段のハニカム状セラミックからなる
触媒体２９．３０．３１が備えられており、排気口２１
へと連通している。

各触媒体２Ｑ、　　３Ｑ、　　３１をガラス筒で覆うこ
とにより燃焼室２２を構成し　各触媒体２９．　３Ｑ、
　　３１からの熱輻射を積極的に燃焼室２２の外へ放出
することによって、燃焼ガスの温度を低下し　次段の触
媒体の温度上昇を防ぎミ　触媒の活性低下を防止してい
る。

ここで、触媒体２Ｑ、　　３ＣＫ３１は触媒体の厚みを
前段の厚みより後段の厚みの方が厚くしである。このた
めに触媒体を通過する混合気力上　触媒体と接触する時
間（よ　前段の触媒体よりも後段の触媒体の方が長くな
り、後段はど混合気が触媒体をスリップしにくくなる。

ま１＝　　触媒体の厚みを厚くすると、触媒体の幾何学
的表面積を大きくすることになるから、触媒体の活性点
が前段の触媒の活性点より多くなる。このために　前段
の触媒体からスリップした予混合ガスを次段の触媒体で
処理しやず（なり、触媒体を多段にすることにより、予
混合ガスを完全燃焼することができる。ここでは全部の
触媒体について、触媒体の厚みが前段の触媒体の厚みよ
り厚い場合について述べた力曳　触媒体間の一部の関係
について、その触媒体の厚みが前段の触媒体の厚みより
厚い場合でも、十分に効果がある。

１３− ４ 次に第４図に基づいて他の実施例について説明する。第
４図において、１１は液体燃料タン久　１２は燃料供給
用ポンプ、１３は送風用ファンで両者は気化室１４に連
通されている。気化室１４には加熱用ヒータ１５が設け
られている。気化室１４下流には一次燃焼部１６が備え
られ　その近傍には点火装置１７が設けられている。−
次燃焼部１６の下流には３段のハニカム状セラミックか
らなる触媒体３２．　３ａ。

３４と触媒を担持していない多孔体３５が備えられてお
り、排気口２１へと連通している。各触媒体３２゜３３
．３４と多孔体３５をガラス筒２２で覆うことにより燃
焼室２２を槽底し　各触媒体３２．　３＆　　３４から
の熱輻射を積極的に燃焼室２２の外へ放出することによ
って、燃焼ガスの温度を低下し　次段の触媒体の温度上
昇を防ぎミ　触媒の活性低下を防止している。

一般に触媒の耐熱温度は１０００℃以下であり、触媒燃
焼器の燃焼排ガス温度も１０００℃以下である。

しかし　触媒燃焼器をタービンなどの熱源として使用す
る場合には１２００℃以上の高温の燃焼排ガスが必要に
なる。そこで本発明のように多段の触媒体３２．　３３
．３４の下流に触媒未担持のセラミック多孔体３５を設
けることにより、多段の触媒をスリップしてきた混合気
を多孔体３５で表面燃焼させることにより高温の燃焼排
ガスを得ることができる。な抵　燃焼ガス中に含まれる
ＮＯｘを低減するうえでは多孔体３５表面での燃焼温度
を１２００℃〜１４００℃程度に抑えることが望ましい
。

次に第５図に基づいて他の実施例について説明する。第
５図において、１１は液体燃料タン久　１２は燃料供給
用ポンプ、１３は送風用ファンで両者は気化室１４に連
通されている。気化室１４には加熱用ヒータ１５が設け
られている。気化室１４下流には一次燃焼部１６が備え
られ　その近傍には点火装置１７が設けられている。−
１次燃焼部１６の下流には３段のハニカム状セラミック
からなる触媒体３６．　３７．３８が備えられており、
排気口２１へと連通している。

各触媒体３代３７．３８をガラス筒で覆うことにより燃
焼室２２を槽底し　各触媒体３氏３７．３８からの熱輻
射を積極的に燃焼室２２の外へ放出することによって、
燃焼ガスの温度を低下し　次段の触媒体の５− ６− 温度上昇を防ぎミ　触媒の活性低下を防止している。

また　燃焼用空気は一部バイパス経路３９を経て、各触
媒体間より燃焼室２２へ供給している。

ここで気化室１４で混合される燃料と空気の混合比を当
量比を１以下にして燃焼室２２に供給する。

触媒体３６において、供給された混合気の当量比か１以
下であるから、触媒体３６で燃焼する燃料ガス量は気化
室１４に供給された空気量に応じた燃料ガス量だけであ
る。残りの燃料ガス量が前段の触媒体３６では処理され
ずに中段の触媒体３７に供給される。ここで空気口４０
から燃焼用空気が再び燃焼室２２内に供給される。この
とき、前段の触媒体３６からの熱輻射が燃焼室２２壁面
のガラス筒から外へ放射されることや燃焼ガスが低温の
燃焼用空気と混合することなどから、燃焼ガスの温度上
昇は最低限に抑えられる。

中段の触媒体３７でも燃焼を当量比１以下で行うように
燃焼用空気を供給するために　空気口４ｏから供給され
た空気量に応じた燃料ガス量だけが燃焼し　残りの燃料
ガスが後段の触媒体３８に供給される。このとき、中段
の触媒体３７からの熱輻射が燃焼室２２壁面のガラス筒
から外へ放射されることや燃焼ガスが低温の燃焼用空気
と混合することなどから、燃焼ガスの温度上昇は最低限
に抑えられる。

後段の触媒体３８では残りの燃料ガスをすべて燃焼する
ために　空気口４１から当量比が１以上になるように燃
焼用空気を燃焼室２２に供給する。後段の触媒体３８で
は当量比が１以上であるために　残った燃焼ガスはすべ
て処理することができ、燃焼排ガス中に未燃成分は存在
しない。

このように燃焼室２２に当量比１以下の混合気を供給し
　最終段の触媒体以外の触媒体においては当量比が１以
下になるように　各触媒体間より燃焼室２２に燃焼用空
気を供給することにより、各触媒体３６．　３７．３８
での燃焼量を調節じ　触媒体の温度を最適値に維持する
ことができる。

次に第６図に基づいて他の実施例について説明する。第
６図において、１１は液体燃料タン久　１２は燃料供給
用ポンプ、１３は送風用ファンで両者は７ １ｇ− 気化室１４に連通されている。気化室１４には加熱用ヒ
ータ１５が設けられている。気化室１４下流には一次燃
焼部１６が備えられ　その近傍には点火装置１７が設け
られている。−次燃焼部１６の下流には３段のハニカム
状セラミックからなる触媒体４２．　４＆４４が備えら
れており、排気口２１へと連通している。

各触媒体４衣４３．４４をガラス筒で覆うことにより燃
焼室２２を構成し　各触媒体４２．　４３．　４４から
の熱輻射を積極的に燃焼室２２の外へ放出することによ
って、燃焼ガスの温度を低下し　次段の触媒体の温度上
昇を防ぎミ　触媒の活性低下を防止している。

また　燃焼用空気は一部バイパス経路３９を経て、燃料
ガスは一部バイパス経路４５を経て、各触媒体間より燃
焼室２２へ供給している。

ここで気化室１４から供給された予混合気は触媒体４２
で燃焼する。このとき、燃焼ガスは前段の触媒体４２か
らの熱輻射が燃焼室２２壁面のガラス筒から外へ放射さ
れることにより冷却される。さらに空気口４６より燃焼
用空気を供給し燃焼ガスの温度をさらに冷却する。そし
て中段の触媒体４３の直前９− で燃料ガスロ４７より燃料ガスを供給し　最適な空燃比
で触媒体４３で燃焼を行わせる。このとき、燃焼ガスは
中段の触媒体４３からの熱輻射が燃焼室２２壁面のガラ
ス筒から外へ放射されることにより冷却される。さらに
空気口４８より燃焼用空気を供給し燃焼ガスの温度をさ
らに冷却する。そして後段の触媒体４４の直前で燃料ガ
スロ４９より燃料ガスを供給し　最適な空燃比で後段の
触媒体４４で燃焼を行わせる。

このように　各触媒体間より空気を供給することにより
燃焼ガス温度を低下し　さらに燃料ガスを供給すること
により、後段の触媒体の空気比調節することができる。

このために　各段の触媒体の燃焼量を調節し　触媒体の
温度を最適値に維持することができる。

上記実施例は石油燃焼についての場合である力交ガス燃
料等についても同様な結果が得られており、燃料種を限
定するのものではない。また　触媒体の材質や形状等に
よっても大きな差異はなく、セラミック繊維の編組体や
金属ハニカム体を用いて一加一 も同様な結果が得られている。

発明の効果 以上のように本発明において（よ　燃焼室内に触媒体を
多段に配置し　燃焼室壁面を放熱構造とし各触媒体の燃
焼量を調節することにより、触媒体の温度を最適値にし
て触媒の活性を維持し　且つコンパクトな触媒燃焼装置
にすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１は第２＠第３＠第４猛第５＠第 ６図は夫々本発明の各実施例における触媒燃焼装置の断
面は　第７図は従来例の触媒燃焼装置の断面図である。 １８．１東２０，２瓜２７．２＆２９．３０．３１．３
乙　３友３４、　３６．　３７．３８．４乙　４友　４
４・・・触媒体　２乙　２３・・・燃焼部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）多数の連通孔を有する複数個の触媒体と、前記複
   数個の触媒体を覆う筺体とから燃焼室が構成され、前記
   燃焼室内の流れ方向に対して前記触媒体を多段に配置し
   、前記各触媒体間の燃焼室外壁面を放熱構造とし、触媒
   体間の全部あるいは一部の関係において、後段の触媒体
   の幾何学的表面積を前段の触媒体の幾何学的表面積より
   大きくしたことを特徴とする触媒燃焼装置。
2. （２）多数の連通孔を有する複数個の触媒体と、前記複
   数個の触媒体を覆う筺体とから燃焼室が構成され、前記
   燃焼室内の流れ方向に対して前記触媒体を多段に配置し
   、前記各触媒体間の燃焼室外壁面を放熱構造とし、触媒
   体間の全部あるいは一部の関係において、後段の触媒体
   の連通孔の孔径を前段の触媒体の連通孔の孔径より小さ
   くしたことを特徴とする触媒燃焼装置。
3. （３）多数の連通孔を有する複数個の触媒体と、前記複
   数個の触媒体を覆う筺体とから燃焼室が構成され、前記
   燃焼室内の流れ方向に対して前記触媒体を多段に配置し
   、前記各触媒体間の燃焼室外壁面を放熱構造をとし、触
   媒体間の全部あるいは一部の関係において、後段の触媒
   体の厚みを前段の触媒体の厚みより厚くしたことを特徴
   とする触媒燃焼装置。
4. （４）多数の連通孔を有する複数個の触媒体と、前記複
   数個の触媒体を覆う筐体とから燃焼室が構成され、前記
   燃焼室内の流れ方向に対して前記触媒体を多段に配置し
   、前記触媒体の下流に多数の連通孔を有する多孔体を少
   なくとも１段配置し、前記各触媒体および多孔体間の燃
   焼室外壁面を放熱構造としたことを特徴とする触媒燃焼
   装置。
5. （５）多数の連通孔を有する複数個の触媒体と、前記複
   数個の触媒体を覆う筺体とから燃焼室が構成され、前記
   燃焼室内の流れ方向に対して前記触媒体を多段に配置し
   、前記各触媒体間の燃焼室外壁面を放熱構造とし、燃料
   と燃焼用空気とを混合した後に前記触媒体の最前部上流
   より前記燃焼室へ供給し、燃料または燃焼用空気のうち
   の少なくとも１つを前記各触媒体間より燃焼室へ供給す
   るように構成したことを特徴とする触媒燃焼装置。