JPH1151333A

JPH1151333A - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JPH1151333A
Application number: JP9208172A
Authority: JP
Inventors: Akira Maenishi; 晃前西; Masato Hosaka; 正人保坂; Tatsuo Fujita; 龍夫藤田; Yoshitaka Kawasaki; 良隆川崎; Jiro Suzuki; 次郎鈴木; Motohiro Suzuki; 基啓鈴木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-08-01
Filing date: 1997-08-01
Publication date: 1999-02-26

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒体表面からの輻射を有効に利用し、熱交
換効率を高くでき、排気ガス特性の良好な触媒燃焼装置
を提供すること。【解決手段】燃料ガスと空気の混合ガスを燃焼させる
多数の連通孔で構成された触媒体７と、触媒体７を収納
し、触媒体７の上流面７ａに対向して設置した輻射受熱
板１１を側壁の一部とする燃焼室６と、燃焼室６の出口
に配設され、多数のフィン１３を固定した銅チューブ１
２とを備え、触媒体７下流面からの輻射がほぼ全量フィ
ン１３と銅チューブ１２に照射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、気体燃料または液
体燃料を触媒燃焼させ、発生した熱や排気ガスを利用
し、加熱や暖房、乾燥などを行うことを目的とする排気
ガス特性が良好な触媒燃焼装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、気体燃料や液体燃料を触媒燃焼さ
せて加熱や暖房、乾燥などを行う触媒燃焼装置は、図７
に示したような構成が一般的であった。

【０００３】その従来の触媒燃焼装置について図７を用
いて説明する。図７において、燃料供給バルブ１から供
給された燃料ガスは、空気供給バルブ２より供給された
空気と予混合室３で混合され予混合気として予熱バーナ
４に送られる。そうすると点火装置５により点火され、
予熱バーナ４に火炎を形成する。火炎により生じた高温
の排気ガスは燃焼室６内に設けられた触媒体７を加熱し
ながら通過し、排気口８より排出される。触媒体７が昇
温され活性を有する温度となれば、一旦燃料供給バルブ
１により燃料の供給を停止し消炎する。その後直ちに燃
料を再供給することにより、触媒燃焼を開始する。触媒
体は高温状態となり、触媒体上流面に対向する位置に設
けれられたガラス９を通して輻射放熱し、また排気口８
より高温の排気ガスとして放熱することで加熱や暖房を
行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この触媒燃焼は触媒の
表面で燃焼が起こるため、触媒体からは触媒体の見かけ
の表面積に応じて多量の輻射が放出される。一方、熱媒
体などを用いて熱交換し、加熱や暖房を行う触媒燃焼装
置においては、触媒体上で生じた燃焼熱を熱媒体と効率
良く熱交換させなければならない。そのためには触媒体
表面からの輻射も有効に熱交換させる必要がある。しか
し、触媒体からの輻射熱が熱交換器に伝熱されずに燃焼
器の他の外壁を加熱したり、燃焼器外に放熱されれば、
その分、触媒燃焼装置の熱交換効率は悪いものとなって
しまうという問題点があった。

【０００５】また、触媒体を有する燃焼室で熱媒体と熱
交換する場合、触媒体周囲を燃焼室に直接固定し熱伝導
により触媒体上の燃焼熱を熱交換しようとすると、燃焼
室との固定部である触媒体の周囲部では触媒体の温度が
低下する。触媒体の温度が低下すれば触媒活性が低下す
るので、未燃焼成分が排出される。また、未燃焼成分が
多量に排出されれば、安定した燃焼状態を乱すことにも
なる。したがって、触媒体と燃焼室との間に間隔を設け
るような構成とし、輻射伝熱により熱交換を行えば、伝
熱による触媒体の温度低下を少なく抑えることができ、
安定した燃焼状態を維持することができる。しかし、燃
焼室内壁近傍を混合ガスが流れることになるため、燃焼
室内壁近傍からは未燃焼成分を含んだ排気ガスが排出さ
れるという問題点があった。

【０００６】また、燃焼はほとんど触媒体の上流部で行
われ、触媒体上流面は高温状態となりやすいため、燃焼
条件によっては触媒体が耐熱限界を越えてしまうという
問題点があった。

【０００７】さらに、触媒体を燃焼室に取り付ける場
合、触媒体上の燃焼熱は、燃焼室への取り付け部から熱
伝導により燃焼室へ伝熱される。そのため、触媒体ホル
ダー近傍の触媒体では温度が下がり、局所的に触媒活性
が低下して未燃焼成分を含んだ排気ガスが排出されると
いう問題点があった。

【０００８】本発明は、従来のこのような課題を考慮
し、触媒体表面からの輻射を有効に利用し、熱交換効率
の高い触媒燃焼装置を提供することを目的とする。

【０００９】また本発明は、触媒体を内蔵する燃焼室で
熱交換を行う構成の場合に、安定した燃焼状態を確保
し、排気ガス特性の良好な触媒燃焼装置を提供すること
を目的とする。

【００１０】また本発明は、触媒体上流面の温度上昇を
抑え、触媒体上流部が耐熱限界を越えないようにできる
触媒燃焼装置を提供することを目的とする。

【００１１】また本発明は、触媒体の燃焼室への取り付
け部から未燃焼成分が排出されることを防ぎ、排気ガス
特性が良好な触媒燃焼装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、燃
料と空気の混合ガスを燃焼させる多数の連通孔を有する
触媒体と、その触媒体を収納し、触媒体の混合ガスの流
れ方向の上流側面に対向して設置された輻射受熱板を有
する燃焼室と、輻射受熱板に設けた第１の熱媒体流路
と、触媒体の流れ方向の下流に設けられ、多数のフィン
を有する第２の熱媒体流路と、フィン間に設けた排気経
路とを備え、多数のフィンは触媒体の少なくとも両端部
に対向した位置に配置されている触媒燃焼装置である。

【００１３】この構成で、例えば、フィンを設ける間隔
を短くしたり、流れ方向の長さを長くしたりすることに
より、フィンと第２の熱媒体流路に対して触媒体下流面
からの輻射がほぼ全量照射する。

【００１４】請求項４の本発明は、燃料と空気を混合し
て混合ガスを生成する予混合室と、混合ガスを燃焼させ
る多数の孔を有する触媒体と、予混合室と連通し、触媒
体を収納する燃焼室とを備え、触媒体の側面の全部又は
一部がその側面に対向する燃焼室の内壁から輻射熱を受
けるように、燃焼室内に露出しており、混合ガスが、触
媒体の側面と燃焼室の内壁との間の隙間を通過して排気
できないように、燃焼室内に閉止部が設けられている触
媒燃焼装置である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に、本発明をその実施の形態
を示す図面に基づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明の第１の実施の形態の触媒
燃焼装置の構成図である。すなわち、この触媒燃焼装置
は、燃料ガス供給量を制御する燃料供給バルブ１と、空
気供給量を制御する空気供給バルブ２があり予混合室３
と接続している。予混合室３の下流には予熱バーナ４が
あり、燃焼室６へと続いている。燃焼室６には多数の連
通孔を有するセラミックハニカムを担体とした触媒体７
と、触媒体７の上流面７ａの対向する位置には第１の熱
媒体流路であり水が流れる銅チューブ９を密着して、輻
射吸収層１０を設けた輻射受熱板１１が設置されてい
る。さらに、燃焼室６の出口には、多数のフィン１３を
固定し、銅チューブ９と連結されている第２の熱媒体流
路の銅チューブ１２が設けられている。その燃焼室６の
出口は排気口８へとつながっている。また、フィン１３
は、狭い間隔でフィン１３を設け、排気経路１４とした
状態で銅チューブ９に設置されている。

【００１７】上記構成において、燃料供給バルブ１より
供給された燃料ガスと空気供給バルブ２から供給された
空気は予混合室３で混合され予熱バーナ４に供給され
る。このとき銅チューブ９と１２には水を流しておく。
予熱バーナ４近傍の点火装置５の点火により、予熱バー
ナ４に火炎が形成され、火炎より生じる高温の排気ガス
により触媒体７は昇温される。触媒体７が活性を有する
温度となれば、燃料供給バルブ１により一旦燃料ガスの
供給を停止し消炎させる。その後直ちに、燃料供給バル
ブ１により燃料ガスを供給することにより触媒体７で触
媒燃焼を開始する。触媒体７から排出される高温の排気
ガスは排気経路１４を通り排気口８から排出される。

【００１８】定常燃焼時には触媒体７の上流面７ａは８
００℃〜８５０℃、下流面は６００℃〜７５０℃となっ
ており、触媒体７の上、下流面からは多量に輻射放熱し
ている。ここで、フィン１３は狭い間隔で設置されてい
るので、触媒体７下流面からの輻射のほとんどは直接フ
ィン１３あるいは銅チューブ１２に照射される。ここ
で、フィン１３は一般的に銅であるので、輻射係数は
０．２〜０．３である。したがって、輻射の一部はフィ
ン１３や銅チューブ１２に伝熱して水と熱交換される
が、一部はフィン１３や銅チューブ１２の表面で反射さ
れ触媒体７下流面に照射される。触媒体７下流面に照射
されると触媒体７内の下流側への熱伝導が抑えられるた
め触媒体７全体が昇温する。したがって、高温の触媒体
７上流面７ａはさらに高温となり、触媒体７上流面７ａ
からは多量の輻射が起こる。触媒体７上流面７ａに対向
した位置には、内面に輻射吸収層１０を設け、銅チュー
ブ９を密着させた輻射受熱板１１があるため、触媒体７
上流面７ａからの輻射は輻射受熱板１１に伝熱され水と
熱交換を行う。つまり、フィン１３や銅チューブ１２で
反射された輻射も水と熱交換される。また、触媒体７上
の燃焼熱で生じた高温の排気ガスは、排気経路１４の通
過時にフィン１３や銅チューブ１２と熱伝達により伝熱
し水と熱交換を行う。よって、触媒体７表面からの輻射
をほとんど触媒燃焼装置外に放熱させることなく熱交換
させることができるので、熱交換効率の高い触媒燃焼装
置を実現することができる。

【００１９】なお、フィン１３を流れ方向に長いものと
し、触媒体７下流面からの輻射がほぼ全量銅チューブや
フィンに照射される構成としてもよい。

【００２０】また、上記第１の実施の形態では、フィン
１３を触媒体７の面に対して垂直な方向に設置したが、
これに限らず、例えば、図６に示すように、フィン１３
を触媒体７の面に対して斜めに設置した構成としてもよ
い。あるいは又、全てのフィンを同方向の斜めに設置し
てもよい。

【００２１】図２は、本発明の第２の実施の形態の触媒
燃焼装置の構成図である。本実施の形態では、上記第１
の実施の形態の構成に更に、フィン１３と銅チューブ１
２の表面に輻射吸収層１５を設けている。

【００２２】本実施の形態では、触媒体７下流面からフ
ィン１３や銅チューブ１２に照射された輻射は、輻射吸
収層１５により効率よく吸収され、水と熱交換される。
そのため、触媒体７下流面からの輻射はほぼ全量フィン
１３と銅チューブ１２に吸収され、熱交換することがで
きるので、熱交換効率の高い触媒燃焼装置を実現するこ
とができる。

【００２３】なお、輻射吸収層１５としては、輻射係数
の高い黒色塗料を薄くフィン１３と銅チューブ１２表面
に塗装してもよいし、ブラスト処理などで表面状態を荒
くして輻射係数を高めてもよい。

【００２４】図３は、本発明の第３の実施の形態の触媒
燃焼装置の構成図である。すなわち、この触媒燃焼そう
ちは、燃料ガス供給量を制御する燃料供給バルブ１と、
空気供給量を制御する空気供給バルブ２があり予混合室
３と接続している。予混合室３の下流には多数の孔を有
する触媒体１７があり、触媒体１７の周囲を取り囲むよ
うに燃焼室１６が設置され、燃焼室１６は排気口８へと
続いている。触媒体１７の流れ方向側壁と燃焼室１６の
内壁との間には隙間が設けられており、この隙間には流
路の閉止部である流れ止め１９が設けられている。触媒
体１７の上流部には、点火装置を有する予熱バーナ（図
中省略）があり、燃焼室１６の外側には熱媒体である水
を流す銅チューブ１８が密着して設けられている。

【００２５】上記構成において、燃料供給バルブ１より
供給された燃料ガスと空気供給バルブ２から供給された
空気は予混合室３で混合され予熱バーナ（図中省略）に
供給される。点火装置（図中省略）により、予熱バーナ
に火炎が形成され、火炎より生じる高温の排気ガスによ
り触媒体１７は昇温される。触媒体１７が活性を有する
温度となれば、燃料供給バルブ１により一旦燃料ガスの
供給を停止し消炎させる。その後直ちに、燃料供給バル
ブ１により燃料ガスを供給することにより触媒体１７で
触媒燃焼を開始する。触媒体１７上で生じた燃焼熱は触
媒体１７の高温の排気ガスとして排気口８から放熱され
ると同時に、触媒体１７の外周部より燃焼室１６内面へ
輻射伝熱され、燃焼室１６に密着している銅チューブ１
８内の水と熱交換される。

【００２６】触媒体１７は燃焼室１６の内面と隙間を設
ける位置に位置決めされているため、触媒体１７上で生
じた燃焼熱は輻射伝熱により、触媒体１７の外周部より
燃焼室１６の内面に伝熱される。熱伝導による伝熱の場
合は固体内の温度勾配により伝熱を行うため、熱交換部
近傍の触媒体上では温度が低くなる。しかし、輻射によ
る伝熱は非接触状態で伝熱するので触媒体の温度を高い
状態に維持することができる。従って、安定した触媒の
温度状態を保つことができる。また、流れ止め１９によ
り混合ガスは高温の触媒体１７の内側だけを流れるた
め、混合ガスはほとんど燃焼する。よって、本構成によ
り、安定した燃焼状態で熱交換を行い、排気ガス特性が
良好な触媒燃焼装置として実現することができる。

【００２７】図４は、本発明の第４の実施の形態の触媒
燃焼装置の構成図である。すなわち、この触媒燃焼装置
は、燃料ガス供給量を制御する燃料供給バルブ１と、空
気供給量を制御する空気供給バルブ２があり予混合室３
と接続している。予混合室３の下流には予熱バーナ（図
中省略）があり、燃焼室１６へと続いている。燃焼室１
６内には多数の連通孔を有する触媒体１７があり、燃焼
室１６外側には熱媒体である水を流す銅パイプ１８が密
着して設けられている。燃焼室１６の下流側には排気口
８が設けられている。触媒体１７はホルダー２０により
触媒体１７の上流部で燃焼室１６に取り付けられ、同時
に触媒体１７の側面と燃焼室１６の内面の間の隙間に混
合ガスが流れない構成となっている。

【００２８】上記構成において、燃料供給バルブ１より
供給された燃料ガスと空気供給バルブ２から供給された
空気は予混合室３で混合され予熱バーナ（図中省略）に
供給される。予熱バーナ近傍の点火装置（図中省略）に
より、予熱バーナ４に火炎が形成され、火炎より生じる
高温の排気ガスにより触媒体１７は昇温される。触媒体
１７が活性を有する温度となれば、燃料供給バルブ１に
より一旦燃料ガスの供給を停止し消炎させる。その後直
ちに、燃料供給バルブ１により燃料ガスを供給すること
により触媒体１７で触媒燃焼を開始する。触媒体１７上
で生じた燃焼熱は触媒体１７の高温の排気ガスとして排
気口８から放熱されると同時に、触媒体１７の外周部よ
り燃焼室１６内壁へ輻射伝熱され、燃焼室１６に密着し
ている銅チューブ１８内の水と熱交換される。

【００２９】触媒体１７での燃焼は、混合ガスが供給さ
れた触媒体１７の上流部で大部分行われている。そのた
め触媒体１７の上流部は、高温状態となり触媒の耐熱限
界を超えるという可能性がある。しかし、本実施の形態
では、触媒体１７の上流部にホルダー２０を接続し、燃
焼室１６に取り付けているため、熱伝導により触媒体１
７の上流部の燃焼熱が燃焼室１６に伝熱される。そのた
め、触媒体１７の上流部の温度を下げることができ、耐
熱限界以下にする事ができる。また、ホルダー２０によ
り混合ガスは触媒体１７の側面と燃焼室１６との隙間を
流れず、触媒体１７で囲まれたところを流れるので、輻
射伝熱により安定した燃焼状態で熱交換することがで
き、排気ガス特性が良好な燃焼を行わせることができ
る。したがって、触媒体１７上流面が耐熱限界温度を越
えることを防止し、排気ガス特性が良好な触媒燃焼装置
を実現することができる。

【００３０】図５は、本発明の第５の実施の形態の触媒
燃焼装置の構成図である。すなわち、この触媒燃焼装置
は、燃料ガス供給量を制御する燃料供給バルブ１と、空
気供給量を制御する空気供給バルブ２があり予混合室３
と接続している。予混合室３の下流には予熱バーナ（図
中省略）があり、燃焼室１６へと続いている。燃焼室１
６内には多数の連通孔を有する触媒体１７があり、燃焼
室１６外側には熱媒体である水を流す銅パイプ１８が密
着して設けられている。燃焼室１６の下流側には排気口
８が設けられている。触媒体１７はホルダー２１により
触媒体１７の下流部で燃焼室１６に取り付けられ、同時
に触媒体１７の側面と燃焼室１６の内面の間の隙間に混
合ガスが流れない構成となっている。

【００３１】上記構成において、燃料供給バルブ１より
供給された燃料ガスと空気供給バルブ２から供給された
空気は予混合室３で混合され予熱バーナ（図中省略）に
供給される。予熱バーナ近傍の点火装置（図中省略）に
より、予熱バーナ４に火炎が形成され、火炎より生じる
高温の排気ガスにより触媒体１７は昇温される。触媒体
１７が活性を有する温度となれば、燃料供給バルブ１に
より一旦燃料ガスの供給を停止し消炎させる。その後直
ちに、燃料供給バルブ１により燃料ガスを供給すること
により触媒体１７で触媒燃焼を開始する。触媒体１７上
で生じた燃焼熱は触媒体１７の高温の排気ガスとして排
気口８から放熱されると同時に、触媒体１７の外周部よ
り燃焼室１６内壁へ輻射伝熱され、燃焼室１６に密着し
ている銅チューブ１８内の水と熱交換される。

【００３２】ここで、触媒体１７を燃焼室１６に取り付
けているホルダー２１では、熱伝導により触媒体１７の
燃焼熱が燃焼室１６に伝熱され、触媒体１７の温度が局
所的に低下する。触媒の温度が下がれば触媒活性が低下
し、混合ガスは完全燃焼できずに未燃焼成分を含んだ排
気ガスとして触媒体１７下流部から排出されることにな
る。しかし、本構成では触媒体１７の下流部にホルダー
２１を取り付けているため、温度低下が起こるのは触媒
体１７の下流部である。ここで、触媒燃焼は触媒体１７
の上流部でほとんど完結しているので、触媒体１７下流
部では未燃焼成分はほとんど存在しない。したがって、
ホルダー２１により触媒体１７の下流部の温度低下を引
き起こしても、排気ガス特性には影響を及ぼさない。そ
の上、ホルダー２１により、触媒体１７と燃焼室１６と
の間は混合ガスが流れないので、混合ガスは触媒活性が
良好な触媒体１７内部のみを通過するので、ほとんど完
全燃焼させることができる。よって、排気ガス特性が非
常に良好な触媒燃焼装置を実現することができる。

【００３３】なお、上記実施の形態では、いずれも立ち
上げ時の触媒体の昇温を予熱バーナに火炎を形成して行
ったが、セラミックヒータなどの電気ヒータを触媒体上
流部や下流部に設けて触媒体を加熱する方式としてもよ
い。

【００３４】また、上記実施の形態のいずれにおいて
も、触媒体の担体として、多数の連通孔を有するセラミ
ックハニカム体を用いてもよいし、高耐熱性の金属薄板
により多数の連通孔を有する形状を形成して用いてもよ
い。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、触媒表面からの輻射をほぼ全量熱交換部である
フィンと熱媒体流路に照射することで、熱交換効率を高
くできるという長所を有する。

【００３６】また本発明は、触媒体側面と燃焼室内壁の
間に隙間を設け、その隙間に閉止部を設ける構成とすれ
ば、安定した燃焼状態で熱交換を行うことができ、排気
ガス特性が良好となる。

【００３７】また本発明は、触媒体側面と燃焼室内壁の
間に隙間を設け、触媒体の上流部を触媒体の燃焼室への
取り付け部とする構成にすれば、触媒体上流部が耐熱限
界を超えることを防ぎ、かつ燃焼特性が良好となる。

【００３８】また本発明は、触媒体側面と燃焼室内壁の
間に隙間を設け、触媒体の下流部を触媒体の燃焼室への
取り付け部とする構成にすれば、触媒体取り付け部での
触媒温度の低下による未燃焼成分の排出を防ぎ、排気ガ
ス特性が非常に良好となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の触媒燃焼装置の構
成図である。

【図２】本発明の第２の実施の形態の触媒燃焼装置の構
成図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の触媒燃焼装置の構
成図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態の触媒燃焼装置の構
成図である。

【図５】本発明の第５の実施の形態の触媒燃焼装置の構
成図である。

【図６】上記第１の実施の形態の触媒燃焼装置における
フィンの取り付け状態の別の例を示す図である。

【図７】従来の触媒燃焼装置の構成図である。

【符号の説明】

６、１６燃焼室７、１７触媒体９、１２、１８銅チューブ１０、１５輻射吸収層１１輻射受熱板１３フィン１４排気経路１９流れ止め２０、２１ホルダー

フロントページの続き (72)発明者川崎良隆大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鈴木次郎大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者鈴木基啓大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料と空気の混合ガスを燃焼させる多数
の連通孔を有する触媒体と、その触媒体を収納し、前記
触媒体の前記混合ガスの流れ方向の上流側面に対向して
設置された輻射受熱板を有する燃焼室と、前記輻射受熱
板に設けた第１の熱媒体流路と、前記触媒体の流れ方向
の下流に設けられ、多数のフィンを有する第２の熱媒体
流路と、前記フィン間に設けた排気経路とを備え、前記
多数のフィンは前記触媒体の少なくとも両端部に対向し
た位置に配置されていることを特徴とする触媒燃焼装
置。
【請求項２】フィンが前記触媒体面に対して斜めに設
置されていることを特徴とする請求項１記載の触媒燃焼
装置。
【請求項３】第２の熱媒体流路及び前記フィンの表面
に輻射吸収層が設けられていることを特徴とする請求項
１、又は２記載の触媒燃焼装置。
【請求項４】燃料と空気を混合して混合ガスを生成す
る予混合室と、前記混合ガスを燃焼させる多数の孔を有
する触媒体と、前記予混合室と連通し、前記触媒体を収
納する燃焼室とを備え、前記触媒体の側面の全部又は一
部がその側面に対向する前記燃焼室の内壁から輻射熱を
受けるように、燃焼室内に露出しており、前記混合ガス
が、前記触媒体の側面と前記燃焼室の内壁との間の隙間
を通過して排気できないように、前記燃焼室内に閉止部
が設けられていることを特徴とする触媒燃焼装置。
【請求項５】閉止部は、前記触媒体の上流側端部、又
は下流側端部に設けられ、前記燃焼室と接続されたホル
ダーであることを特徴とする請求項４記載の触媒燃焼装
置。
【請求項６】燃焼室の一部、又は全部に熱媒体流路が
密着あるいは内蔵されていることを特徴とする請求項
４、又は５記載の触媒燃焼装置。