KR100339734B1 - 촉매연소장치 - Google Patents

Abstract

방사열의 이용 효율이 높고 경제적이며, 가시광 성분이 풍부한 방사 파장 분포를 갖는 동시에, 소연소량의 대기 연소 상태에서도 안정된 완전 연소성과 가시 확인성이 뛰어난 촉매 연소 장치를 실현하기 위하여, 본 발명은 촉매체의 상류면에 대향하는 열선 투과창의 표면에 단파장광은 투과하고 장파장광은 반사하는 금속 또는 금속 산화물의 박막 피복을 형성한다.

또한, 하류 영역에 촉매체를 구비한 측벽에 열선 투과체를 설치한 연소실내에, 일단을 촉매체에 근접하고 타단을 연소실 상류로 향하여 개구율이 큰 금속 선재 구성의 금속 촉매체를 구비한다.

또, 혼합기체의 분출구 근방에 혼합기체의 양이 일정값 이하로 될 때의 유선에 접촉하는 위치에 높은 개구율이고 작은 용량인 보조 촉매체를 구비한다. 또한, 투과창의 외측면에 근접하여 열선 반사성을 갖는 개폐가 자유로운 덮개를 설치한다. 또, 투과창과 제 2 투과창 사이에 공기유통로를 설치하고, 제 2 투과창의 내면에 장파장의 방사 열선 반사의 박막 피복을 구비한다.

Description

촉매 연소 장치

탄화수소를 주체로 하는 연료에 대하여 산화활성을 갖는 촉매를 이용한 촉매 연소 장치는 종래부터 다수 제안되어 있지만, 그 연소 반응열의 이용 형태로서는 촉매체의 표면에서 발생하는 방사열선을 직접 또는 열선 투과창을 통하여 방사열로서 이용하는 것이 알려져 있다.

상기 종래의 기기는 촉매체의 연통 구멍에는 연료만을 공급하고, 촉매체 하류측 표면 근방으로 대기중의 산소를 확산 공급함으로써 접촉 산화시키는 타입의 것에서는 노출된 촉매체의 하류면으로부터, 또한 연료와 공기의 예비 혼합기체를 공급하여 주로 촉매체 상류 표면 근방에서 접촉 산화 반응을 시키고 촉매체의 연통 구멍을 지나 배기 가스를 방출하는 타입의 것에서는 촉매체 상류면에 대향하여 설치된 열선 투과창을 통해 상류면으로부터, 각각 열선을 방사시켜 가열이나 난방 등의 용도에 이용하고 있었다.

그러나, 상술한 종래의 촉매 연소 장치는 이러한 가열, 난방용으로서는 유용하지만, 조명용으로서 이용하고자 하면 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 촉매 연소는 연료의 산화 반응이 촉매체 표면에서 진행함으로써 반응열은 직접 촉매체에 전달되고, 여기에서 효율적으로 열방사되어 화염 연소의 배기 가스로 열방사체를 가열하는 것에 비해 높은 방사효율(연료의 반응열에 대한 방사열로서 얻어지는 것의 비율)을 얻을 수 있지만, 방사에 의해 얻어지는 열선의 파장은 촉매체의 표면 온도에 의해서 변화하는 것의 가시광 영역(파장 1μm 이하)으로부터 원적외선(파장 3∼5μm 이상)에 걸치는 넓은 파장 분포를 갖고 있고, 특히 조명 용도로 이용하는 경우에는 반드시 효율이 높은 것은 아니었다. 즉, 일반적으로 촉매연소의 실용범위는 촉매체 표면에서 반응하는 연료의 양에 대응하여 촉매체의 온도가 증감한다는 촉매 연소의 특성에 따라 단위 용적의 촉매체에 대하여 연소량의 상한은 촉매층이 가지고 있는 활성 성분(예를 들면, 백금속 금속 등)의 내열 한계 온도로 규제되고, 한쪽 연소량의 하한은 반응 완결의 하한 온도로 규제된다. 따라서, 수소나 일산화탄소 등의 저온으로 산화되기 쉬운 연료 성분의 경우에는, 촉매체 온도가 100℃ 부근에서 900℃ 정도까지 사용 가능하지만, 통상 가정에서 이용되는 탄화수소 연료인 프로판, 부탄, 등유 등에서는 하한 온도가 400℃∼500℃, 천연 가스의 주성분인 메탄에서는 650℃∼700℃가 하한 온도로 되고, 상한은 어느 것이나 내열 한계인 900℃ 정도가 되므로 여기에서 발생하는 방사열(광)의 파장 분포는, 어느 것이나 1∼3μm의 피크를 갖고, l0μm 이상의 성분을 포함하는 넓은 분포 특성을 가진 것이다. 따라서, 조명 용도로 사용할 수 있는 방사광 성분은 겨우 수% 정도로 효율이 나쁜 것으로, 대부분은 불필요한 열출력이 되는 것이었다.

한편, 종래의 촉매 연소 장치를 난방용으로 이용한 경우에도, 화염 연소의 배기 가스로 열방사체를 가열하는 것에 비해 높은 방사 효율(연료의 반응열에 대한 방사열의 비율)을 얻을 수 있지만, 방사 효율은 40∼50% 정도가 한계였다. 또한, 연소 밀도(촉매체의 주연소면의 외관 단위면적당 연소량)는 촉매체를 구성하는 기본재료 또는 가지고 있는 활성 성분의 내열 온도로 상한이 결정되며, 예를 들면 세라믹 허니콤 기본재료로 백금계의 귀금속을 활성 성분으로서 갖는 경우에는, 상용 내열 온도가 850∼900℃ 정도이고, 방사열의 발산 비율에 따라 변화하지만, 연소 밀도는 10∼15kca1/h·㎠ 정도가 한계였다. 따라서 실제로는 이 연소 밀도 이하가 되도록 연소량을 억제하거나, 또는 촉매체의 면적을 크게 하게 되고, 다량의 방사열을 작은 용적의 연소실에서 발생시키는 것은 곤란하였다.

따라서, 결국 옥외 사용에 이용하는 휴대용 난방기나 조명 기구로서는 보다 작은 연소실 용적과 보다 다량의 방사열 발생이 요구되고 있고, 그 용도에 대하여 반드시 충분한 성능을 갖는 것은 아니었다.

또한, 촉매체가 정상 연소시의 고온 적열 상태에 도달하기 위해서는 촉매체의 반응 활성이 발휘되는 온도까지 예열 승온하는 것이 필요하지만, 간헐적인 사용을 하는 경우에는, 그때마다 예열이나 착화 조작을 행하고, 촉매체가 활성 온도(연료 종류나 사용 조건에 따라 다르지만 300℃∼500℃ 정도)가 될 때까지 기다리지 않으면 안되고, 실용상 매우 부적당하다. 이 때문에 실제로는, 활성 온도를 유지할 수 있는 최저 온도 부근이 되도록 연료나 혼합기체의 공급량을 줄여 연소 반응을 계속하는, 소위 대기 연소 상태로 유지하고, 본 사용시에는 연료 공급을 증가하여순간에 필요한 열이나 빛을 얻도록 조작하게 된다. 그러나 이 대기 연소 상태에서는 일반적으로 촉매체가 적열하는(가시광을 발하는) 영역 이하의 온도가 되기 위해 연소 계속을 눈으로 확인할 수 없고, 특히 주위가 어두운 환경에서 이용되는 조명 용도의 장치에서는 존재 위치의 확인도 되지 않는다. 또, 대기 연소 상태에서도 촉매체의 온도 유지에는 상응하는 연소열이 필요하고, 카트리지식 연료 용기를 구비한 옥외 사용의 장치에서는 대기 연소 상태에서의 연료 소비량이 큰 부하가 되어 사용 가능 시간이 단축되거나 또는 매우 큰 연료 용기를 필요로 한다는 문제점이 있었다.

본 발명은 연소 반응열에 의해 발생하는 방사열선을 효과적으로 이용하는 촉매 연소 장치에 관한 것으로, 특히 반응열의 유효 이용 및 연소 안정화에 관한 것이다.

도 l은 본 발명의 제 1 실시예로서의 연소장치의 부분 단면 구성도이다.

도 2는 상기 연소 장치의 열방사 특성도이다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예로서의 연소 장치의 주요부에 대한 개략 단면도이다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예로서의 연소 장치의 주요부에 대한 개략 단면도이다.

도 5는 본 발명의 제 4 실시예로서의 연소 장치의 전체 단면도이다.

도 6은 상기 연소 장치의 주요부에 대한 수평 단면도이다.

도 7은 본 발명의 제 5 실시예로서의 연소 장치의 주요부에 대한 개략 단면도이다.

도 8은 본 발명의 제 6 실시예로서의 연소 장치의 주요부에 대한 개략 단면도이다.

도 9는 상기 연소 장치의 주요부에 대한 수평 단면도이다.

도 10은 본 발명의 제 7 실시예로서의 연소 장치의 단면 구성도이다.

도 11은 본 발명의 제 8 실시예로서의 연소 장치의 단면 구성도이다.

도 l2는 본 발명의 제 9 실시예로서의 연소 장치의 단면 구성도이다.

도 l3은 본 발명의 제 10 실시예로서의 연소 장치의 단면 구성도이다.

(부호의 설명)

1 : 연료 탱크 2 : 제어 밸브

3 : 혼합기 4 : 예비 혼합실

40 : 정류판 41 : 연소실

5 : 분출구 6 : 촉매체

7 : 점화기 8 : 배기유통로

9 : 투과창 90 : 가동창

10 : 피복층 11 : 유량 제어 밸브

12, 120 : 금속 촉매체 13 : 반사판

14 : 보조 촉매체 15 : 반사 커버

16 : 검사창 17 : 오목면 거울 구성부

18 : 제 2 투과창 19 : 공기유통로

본 발명의 목적은 이러한 종래의 촉매 연소 장치의 여러가지 문제점을 해결하기 위한 것이다.

상기 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 촉매 연소 장치에서는, 촉매체의 상류면과 대향하는 위치의 예비 혼합실의 벽에 열선의 투과창을 설치함과 동시에, 이 투과창 표면에 가시광을 투과하여 적외선을 반사하는 금속 또는 금속 산화물의 박막 피복을 구비한 구성으로 한 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 예비 혼합실의 예비 혼합기체 도입부에 감열 변형성의 금속(바이메탈이나 형상 기억합금 등)으로 된 유량 제어 밸브를 설치하고, 촉매체 온도에 대응하여 유로의 개구 제어를 하는 구성으로 하고 있다. 또, 상기 투과창을 2층에 설치하고, 그 외측층의 투과창 표면에만 상기 박막 피복을 구비하고, 또한 이 외측층의 투과창을 착탈이 자유로운 구성으로 하고 있다.

또한, 측벽에 열선투과성 재료로 이루어지는 투과창을 구비한 연소실의 하류단 근방에 다수의 연통 구멍을 갖는 촉매체를 구비하는 동시에, 하류단을 촉매체에 근접하고 상류단을 예비 혼합기체 분출구로 향하여 투과창과 대략 평행 위치에 설치된 철망, 확장 금속(expand metal) 등의 개구율이 큰 금속선재 구성물에 산화 촉매 성분을 갖게 한 금속 촉매체를 구비한 것을 특징으로 한다. 이 금속 촉매체를 예비 혼합기체의 흐름 방향에 대하여 길이가 다른 동시에 서로 간격을 두고, 또한 선단 위치를 일치시키지 않도록 배치한 통형상 또는 판형상의 다층 구조로 하고 있다. 또, 금속 촉매체를 상류측에 선단부를 갖고 하류측의 촉매체 근방에 저부를 갖는, 원추 또는 각뿔형상으로 하고 있다. 덧붙여, 투과창을 연소실의 대략 전체 둘레에 걸쳐 배치하는 동시에, 투과창의 적어도 일부의 외측에 근접시켜 열선의 반사체를 첨가 장치하고 있다.

또, 본 발명의 촉매 연소 장치에서는 다수의 연통 구멍을 갖는 촉매체와 그 전면에 대향하여 구비된 열선 투과창 사이에 개설된 혼합기체 분출구 근방에, 혼합기체의 양이 일정값 이하로 될 때의 유선에 접촉하는 위치에서 높은 개구율로 소용량의 보조 촉매체를 구비한 것을 특징으로 한다. 또한 혼합기체 유량의 제어수단과 연동하여 혼합기체의 양이 일정값 이하일 때에 투과창 외면을 덮는 개폐가 자유로운 덮개를 구비하고 있다. 또한, 투과창을 2층에 설치하고, 외측의 투과창 내면에 장파장의 방사열선 반사의 박막 피복을 구비하는 동시에, 양투과창 사이에 대기의 유통 유로를 구성하고 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명의 실시예는 다수의 연통 구멍을 갖고 각종 탄화수소 연료로의 산화 활성을 갖는 촉매체, 내열성의 열선 투과 재료, 열선의 반사 재료, 개구율이 큰 금속 촉매체 등 외에, 착화 장치나 유량 제어 장치, 연료와 공기의 혼합기체, 혹은 필요에 따라 액체 연료의 기화기, 온도 검출 장치나 구동 장치 등이 필요하게 된다. 촉매체는 금속이나 세라믹의 허니콤 담체(honeycomb carrier), 혹은 세라믹 섬유의 편조체, 다공질 소결체 등에 백금이나 파라듐 등의 귀금속을 주성분으로 한 활성 성분을 갖는 것을 이용하고, 또한 내열성의 열선 투과 재료로서는 석영 유리나 결정화 유리 등을 이용한다. 개구율이 큰 금속 촉매체로서는 철-크롬-알루미늄계의 내열성 금속으로 이루어지는 철망이나 확장 금속에 백금속의 귀금속을 갖게 한 것이 사용되고,적외선의 반사 재료로서는 산화주석이나 ITO(인듐-주석의 복합산화물) 등의 금속 산화물이나 알루미늄, 동 등의 금속의 증착 박막 등이 사용된다. 또한 공기나 기체 연료의 유량 제어에는 수동의 니들 밸브나 전동의 솔레노이드 밸브 등이 사용되고, 액체 연료의 경우에는 전자 펌프 등을 사용한다. 그 밖의 구동 부분은 수동의 레버 조작, 자동 제어의 모터 구동 등이 가능하고, 착화 장치로서는 전기 히터나 방전 점화기 등을 사용할 수 있다. 또 이들은 모두 종래부터 널리 채용되어 있는 수단이며, 다른 공지 수단에서도 가능하다. 여기에서는 그들의 상세한 설명을 생략하기로 한다.

( 제 1 실시예 )

도 1은 본 발명에 의한 촉매 연소 장치의 1실시예의 부분 단면 구성도, 도 2는 그 방사 특성도이다. 도 1에서 1은 연료 탱크, 2는 연료의 분출량을 제어하는 제어 밸브, 3은 연료와 공기의 혼합기체, 4는 예비 혼합실이고, 혼합기(3)와 예비 혼합실(4)은 분출구(5)로 연통되어 있다. 6은 세라믹 허니콤에 백금속의 귀금속을 갖게 한 촉매체, 7은 전기 히터로 이루어지는 점화기, 8은 배기유통로이다. 9는 결정화 유리로 이루어지는 투과창으로, 촉매체(6)에 대향하는 위치에 구비되고 있고, 그 내측 표면에는 ITO(In과 Sn의 복합산화물)의 증착에 의해 형성된 박막의 피복층(1O)이 구비되어 있다.

다음에, 본 실시예의 동작과 특성에 대하여 설명하기로 한다. 연료 탱크(1)에 내장되는 연료(여기에서는 부탄가스를 사용)는 제어 밸브(2)의 해방에 의해 고압으로 방출되고, 내부에 노즐과 슬롯을 구비한(도시 생략) 혼합기(3) 내에서 노즐로부터 분출된 가스흐름으로 주위의 공기를 흡입하면서 혼합되고, 분출구(5)를 거쳐 예비 혼합실(4)로 공급된다. 연소 초기에서는 촉매체(6)의 연통 구멍을 통해 배기유통로(8)에 도달한 예비 혼합기체에 점화기(7)로의 통전으로 착화되고, 우선 촉매체(6)의 하류측(즉, 배기유통로(8)측) 근방에서 화염 연소를 시작한다. 이 화염에 의해 가열된 촉매체(6)는 하류측 표면 근방이 최초로 승온하여 여기서 촉매 연소를 시작하고, 그 연소열에 의해 다시 상류측이 가열되는 것을 반복하여, 결국은 상류면(즉, 예비 혼합실(4)에 대향하는 면)의 표면 근방에서의 촉매 연소로 이행하여 정상 연소가 된다. 이 상태에서는 촉매체(6)의 상류측 표면은(공급되는 예비 혼합실의 양에 따라 다르지만) 600∼700℃에 도달하고, 간신히 적열을 시작한다. 촉매체(6)의 표면에서는 투과창(9)을 향하여 열선이 방사되고, 통상의 결정화 유리로서는 파장 5μm 이하의 방사열선의 대부분은 투과하여 전방에 공급되지만, 여기에 ITO 박막의 피복층(10)이 존재하기 때문에 2μm 정도 이하의 단파장 성분은 투과하지만, 그 이상의 파장 성분은 여기서 반사되고, 다시 촉매체(6)에 흡수되어 그 온도 상승을 초래한다. 이 때문에 AV에 촉매체(6)는 온도가 더욱 상승하여 고휘도의 적열 상태가 되고, 단파장 성분의 방사량의 증가를 초래한다. 이 장파장 성분의 열선 회수, 고온화와 재방사의 반복에 의해 적은 연료 공급량으로 다량의 단파장의 방사광을 발하는 것이 가능하게 되는 동시에, 촉매체(6)의 고온 유지에 의해 반응 완결성은 촉진되어, 메탄과 같이 지극히 반응하기 어려운 연료 성분을 이용한 경우라도, 배기유통로(8)에 미연소 성분을 배출하지 않고 완전 연소를 확보할 수 있다.

도 2를 바탕으로, 상기 연소시의 특성을 설명하기로 한다. 투과창(9)에 피복층(10)을 설치하지 않은 경우(도 2에서 실선으로 도시)에는, 투과창(9)을 구성하는 결정화 유리의 투과율의 영향을 받아, 3μm 부근과 5μm 이상의 범위에서 방사 강도는 감쇠하지만, 투과창(9)에서 흡수된 열선이 투과창(9) 자체의 온도를 상승시켜, 여기에서 2차 방사로서 재공급되고, 이 양자의 합성으로 장파장 영역에까지 큰 방사 강도를 갖는 광범위한 파장 분포가 된다. 이에 대하여 피복층(10)을 설치한 경우(도 2에서 일점쇄선으로 도시함)에는 간신히 투과창(9)으로부터의 2차 방사는 있지만, 대부분은 2㎛ 이하의 영역에 한정된 방사 특성이 되고, 특히 가시광선 영역(파장 1μm 미만)에 강한 피크를 갖게 된다. 이렇게 하여, 촉매 연소에 의해 얻어진 방사광 중, 조명에 기여하지 않은 장파장 성분을 제거하여 효율적으로 조명광을 얻을 수 있는 동시에, 제거한(여기서는 반사되고 있음) 장파장 성분이 촉매체(6)의 온도 상승으로 환원되어 다시 단파장 성분으로 변환시킬 수 있다. 더구나 이 작용은 소량의 연료 공급으로도 높은 반응 온도를 유지할 수 있고, 난연성의 연료(메탄 가스나 희박 혼합 가스 등)라도 완전 연소를 유지 확보할 수 있는 것으로, 경제적인 연소 조명 기기를 제공할 수 있는 것이다.

또 여기서, 피복층(l0)은 투과창(9)의 내측 표면에 설치하고 있지만, 외측 표면에 피복해도 유사한 효과는 얻어지고, 더구나 박막의 피복층(10)의 열적 열화가 경감되기도 하며, 피복층(10)을 구성하는 재료에 따라서는 외측 표면에 형성되는 것이 바람직한 경우도 있다. 단, 피복층(10)이 내측 표면에 있는 쪽이 촉매체(9)로부터의 방사열로 투과창(9)이(열선의 흡수에 의해) 가열되고, 여기서부터의 2차 방사량을 증대시킨다는 손실을 억제하는 것이 가능하여, 보다 높은 에너지 효율을 확보할 수 있다. 또한, 피복층(10)의 재료로서는 가시광 투과성을 갖는 금속 또는 금속 산화물의 박막이라면 종류를 막론하고, 예를 들면 금 등의 금속이나 산화은, 산화티탄, 산화인듐 등의 금속산화물, 혹은 이들의 복합물이라도 되고, 또 방사광의 장파장으로부터 단파장으로의 파장 변환을 하기 위해 피복층(10)에 예를 들면 Eu나 YV₄같은 파장 변환 재료를 부가하는 것도 가능하며, 어느 것이나 상기 효과를 손상하는 것이 아니다.

( 제 2 실시예 )

본 발명의 제 2 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예는 예비 혼합실(4)로의 예비 혼합기체 도입부인 분출구(5)에 감열 변형성 금속으로 된 유량 제어 밸브를 설치하고, 촉매체(6)의 표면 온도에 대응하여 유로의 개폐를 행하게 하는 구성으로 한 것이며, 기본 성능은 제 1 실시예와 마찬가지지만 예비 혼합기체 공급량을 자기 제어하는 구성으로 되어 있는 점이 다르다. 따라서, 다른 점을 중심으로 본 실시예를 설명한다.

도 3은 본 실시예의 주요부 개략 단면도이다. 도 3에서 예비 혼합기체를 예비 혼합실(4)로 도입하는 분출구(5)의 상부에, 그 자체의 온도 변화에 의해 만곡 변형하는 바이메탈로 이루어지는 덮개 형상의 유량 제어 밸브(11)가 구비되어 있고, 촉매체(6)의 온도가 상승했을 때에는 분출구(5)를 폐쇄하는 방향으로, 한편 촉매체(6)의 온도가 저하했을 때에는 분출구(5)를 해방하는 방향으로 만곡 변형하여, 통과하는 예비 혼합기체의 유량을 자동 조절하는 구성으로 되어 있다. 이렇게 함으로써, 피복층(10)에서 반사된 장파장의 열선이 촉매체(6)를 매우 승온시키는 경우에는 유량 제어 밸브(11)가 분출구(5)의 개구 면적을 축소시켜, 예비 혼합기체 공급량을 제한하여 촉매체(6)의 과열을 방지하여 열의 열화를 억제할 수 있다. 한편 촉매체(6)의 온도가 저하하여 완전 연소를 유지할 수 없게 되는 상태일 때에는 유량 제어 밸브(11)가 반대로 만곡하여 분출구(5)의 개구 면적을 증가시켜, 예비 혼합기체의 유입량을 증대시켜 촉매체(6)의 온도를 승온 유지하는 작용을 한다. 이렇게 함으로써 제어 밸브(2)로 그때마다 조절하지 않고 충분한 방사광과 반응성을 확보하면서 열적인 촉매체(6)의 손상도 방지할 수 있고, 장기간에 걸쳐 안정된 성능을 확보하는 것이 가능해진다. 따라서, 조명 성능이 특히 뛰어난 것으로 된다.

여기서 이용하고 있는 유량 제어 밸브(11)의 재질은 온도에 따라 연속적으로 변형하는 바이메탈이 바람직하지만, 용도에 따라서는 비연속적인 온/오프를 반복하는 형상 기억합금으로 구성한 것이어도 되고, 특히 촉매체(6)를 열용량이 큰 세라믹 허니콤이나 세라믹 소결체로 구성한 것에서는 온/오프 제어에도 급격한 온도 저하에 의한 불완전 연소 반응이 생기는 것을 피할 수 있기 때문에 후자의 재질로도 충분히 대응할 수 있다.

( 제 3 실시예 )

본 발명의 제 3 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예는 기본 구성은 제 1 실시예와 동일하지만, 투과창을 2층에 구성한 점이 다르다.

이 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

도 4는 본 실시예의 주요부 개략 단면도이다. 도 4에서 촉매체(6)의 상류면에 대향하여 고정 설치된 투과창(9)과 개폐가 자유롭게 설치된 가동창(90)의 2층을 구비하고 있고, 가동창(90)의 내측 표면에 ITO 박막의 피복층(1O)을 증착시키고 있다. 가동창(90)을 눕혀서 전체면을 해방했을 때에는 촉매체(6)의 상류측 적열면이 고정 투과창(9)만으로 덮여 있고, 앞서 도 2의 실선으로 도시된 바와 같은 전파장 영역에 걸친 방사열선의 공급을 얻을 수 있다. 한편 가동창(90)을 세워 투과창(9)에 밀착시킨 경우에는, 피복층(10)의 존재에 의해 장파장의 열선이 반사 제거되고, 가시광이 많은 단파장 방사의 장치로 변한다. 이렇게 함으로써, 동일한 촉매 연소 장치를 이용하여 가열이나 난방 용도에 사용할 때는 가동창(90)을 열고, 조명 용도로 이용하는 경우는 가동창(90)을 닫는 간단한 조작에 의해, 즉시 또한 용이하게 바꿀 수 있고, 예를 들면 옥외에서의 작업이나 오락에 사용할 때에 매우 효과적이고 편리한 것이 된다.

( 제 4 실시예 )

본 발명의 제 4 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예는 기본 구성은 제 1 실시예와 유사하지만, 촉매체(6)의 상류에 개구율이 큰 금속 촉매체를 설치하고 있는 점이 다르다. 이 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

도 5는 본 실시예의 전체 단면도, 도 6은 그 주요부의 수평단면도이다. 도 5에 서 예비 혼합실(4) 하부에 연속하여 접속된 분출구(5)와 배기유통로(8) 사이에 연소실(41)이 구성되어 있고, 연소실(4l)의 상류에는 분출구(5)로부터 분출된 예비 혼합기체를 수평방향으로 분산시키는 정류판(40)이, 또한 배기유통로(8) 근방에는 세라믹 허니콤에 백금속의 귀금속을 갖게 한 촉매체(6)가 구비되어 있다. 또한 9는통형상의 내열 유리로 이루어지는 투과창이고, 촉매체(6) 상류측에 위치하는 연소실(41)의 주위 벽면을 구성하고 있다. 또한 12 및 120은 촉매체(6)의 상류면에 한쪽 끝을 근접하고, 타단을 분출구(5) 방향으로 연장한 통형상의 금속 촉매체로, 확장 금속의 표면에 백금속의 귀금속을 갖게 하고 있다. 여기서 외측의 금속 촉매체(12)는 길고, 내측의 금속 촉매체(120)는 짧게 구성되어 있고, 선단(즉 분출구(5)측의 단부)의 위치가 겹치지 않도록 배치되어 있다. 또한 도 6에 도시된 바와 같이, 금속 촉매체(12 및 120)는 동심원 구성으로 되어 있고, 양자 사이에는 간격이 설치된다. 또, 도 5의 투과창(9)의 내측, 외측 등에 상술한 바와 같은 박막을 형성해도 된다.

다음으로, 본 실시예의 동작에 대하여 설명하기로 한다. 연료 탱크(1)로부터 공급된 연료가스(여기서는 부탄을 주성분으로 하는 LPG를 사용)는 제어 밸브(2)로 유량을 조절한 후에 혼합기(3) 내에서 공기와 혼합되어 분출구(5)로 흐른다. 분출구(5)로부터 예비 혼합실(4)을 지나 연소실(41)로 분출된 미리 혼합된 공기는 정류판(40)에서 직경방향으로 적절히 분산된 후, 허니콤 형상의 촉매체(6)로 향하여 흐르고, 그 연통 구멍을 지나서 하류면으로 흐른다. 여기에서 점화기(7)에 통전하여 예비 혼합기체에 착화하면 촉매체(6)의 하류측 표면 근방으로 화염 연소를 시작한다. 이 화염에 의해 가열된 촉매체(6)는 우선 하류면 근방이 승온하여 여기서 촉매 연소를 시작하고, 그 연소열에 의해 다시 상류측이 가열되는 것을 반복하여, 결국 촉매체(6)의 상류면, 즉 연소실(41)에 면한 표면 근방에서의 촉매 연소로 이행하여, 정상 연소가 된다. 이 상태에서, 촉매체(6)의 상류측 표면은(공급되는 예비 혼합기체의 양에 다라 다르지만) 700∼900℃에 도달하여 고휘도로 적열하지만, 여기에서 방사되는 열선중 단파장의 열선은 투과창(9)을 지나 직접, 장파장의 열선은 일단 투과창(9)에 흡수된 후 여기서부터의 2차 방사로서, 함께 주위 하방으로 향하여 방출된다. 동시에 이 방사열은 촉매체(6)의 상류면 근방에 설치된 금속 촉매체(12, l20)에도 공급되고, 거기에서 열 흡수된다. 금속 촉매체(12 및 120)는 개구율이 크고 열용량이 작은 금속선재로 기본재료가 구성되어 있으므로 촉매체(6)로부터의 방사열로 용이하게 가열되어, 근접 위치에서 촉매 반응이 시작된다. 이윽고 그 반응열 및 촉매체(6)로부터의 방사열이 금속 촉매체(12 및 120)의 기본재료를 구성하는 금속선재의 양호한 열전도성에 의해, 연소 반응 위치의 약간 상류를 가열하도록 작용하고, 차례로 이것을 반복하여 선단 부분에서도 반응이 행하여지고, 적열 상태로 된다. 금속 촉매체(12 및 l20)의 구조가 개구율이 큰 망형상이기 때문에 이 주위를 흐르는 예비 혼합기체의 전량은 반응하지 않고 하류에 도달하고, 고밀도의 세공이 있는 촉매체(6)로 포획 집합되어 연소를 완결한다.

그런데, 예비 혼합기체의 흐름 방향에 대하여 평행하게 설치되어 있는 금속 촉매체(12 및 120)에서는 상류측 부분은 미반응 연료와의 접촉 기회가 크고, 고휘도로 적열하지만, 하류측 부분에서는 연료의 잔존량이 감쇠하고 있고, 적열 휘도는 저하한다는 특성을 나타낸다. 금속 촉매체(12)의 단독설치에서도 단면 형상이나 길이에 의해 거의 전역이 적열하는 상태는 얻어지지만, 촉매체(6)에서의 반응 성분을 남긴 뒤에 최대한의 반응을 금속 촉매체(12)로 행하려면 혼합기체의 흐름에 대하여 직각방향으로 다층의 금속 촉매체(12, 120,···)를 설치하는 것이 효과적이다.이 때, 금속 촉매체(l2, 120,···)는, 하류단은 촉매체(6)로부터의 열을 받기 위해 이것과 근접하고 있을 필요가 있고, 설치 위치는 거의 규정된다. 한편, 고적열 휘도로 되는 선단(상류방향)부분은 투과창(9)으로부터의 열방사를 분산시키기 위해서도 위치를 가지런하게 하지 않는 편이 바람직하고, 분산시킨 다단(다층) 구조로 함으로써 투과창(9)의 (흐름 방향의) 전역에 걸쳐 적열하게 되고, 시각적으로도 방사 효율로부터도 효과적이다. 이렇게 하여, 연소 위치를 일부에 집중시키지 않고, 연소실(41)의 공간을 충분히 활용하여 방사열의 발생을 촉진할 수 있고, 방사 효율(연소열에 대한 방사열의 발생량)도 60∼70%로, 종래보다 훨씬 높일 수 있다. 금속 촉매체(12, l20,····)의 설치는 본 실시예와 같이 다중의 통형 구성으로 해도 되고, 또한 이 경우에도 내측으로 차례로 짧게 하는 것도, 외측으로 차례로 짧게 하는 것도 가능하며, 또 단순한 철망이나 확장 금속, 펀칭 메탈 등의 평판을 다층으로 나열해도 되고, 형상에 특이성은 없다. 단, 고온에 노출되기 때문에 열변형이 생기기 어려운 원통 형상이 가장 안정되고, 장기간 사용에 견딜 수 있다는 효과가 있다. 또한 금속 촉매체의 기본재료로서는 철망이나 확장 금속 외에 개구율이 큰 펀칭 메탈이나 금속섬유의 편조체 등이어도 되고, 열용량이 작고 개구 면적이 크며, 또 열전도가 좋은 구성재료라면 본 발명의 효과는 얻을 수 있게 된다.

또 여기서, 점화기(7)를 촉매체(6)의 하류면 근방에 설치하여, 하류면에서의 화염 연소로부터 연소를 시작시키고 있지만, 촉매체(6)의 온도를 상승시키는 수단이 있으면 이 구성 방법에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 분출구(5) 근방에 점화 수단을 설치하여 최초는 여기서 화염을 형성시키고, 촉매체(6)가 소정의 온도이상으로 된 것을 온도 검지 수단으로 검출하거나 또는 승온하는 것에 충분한 시간을 계속하는 타이머 조작 등에 의해 촉매체(6)가 승온한 시점에서 일단 연료 공급을 정지하여 화염을 소실시키고, 그 후 다시 연료 공급을 재개하고 촉매 연소 반응을 시작시키는 방법도 있고, 혹은 촉매체(6) 근방에 전기 가열 수단을 첨가 장치하여 소정 온도까지 전기 가열에 의해 승온하는 등의 방법을 이용해도 되고, 어느 것이나 상기 방사 특성의 효과를 손상하는 것은 아니다. 그러나 상기한 바와 같이, 촉매체(6)의 하류면에서 화염을 형성시키고, 자동적으로 안정된 촉매 연소로 이행시키는 수단을 이용함으로써 복잡한 조작이나 검지, 혹은 보조기능 부품을 필요로 하지 않고, 다량의 전기 입력도 필요로 하지 않은 것으로, 실제 사용상 유효한 수단이다.

( 제 5 실시예 )

본 발명의 제 5 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예는 연소실(41)내에 배치하는 금속 촉매체(12)의 구성을, 상류에 선단부를 향한 원추 또는 각뿔형상으로 구성한 것으로, 그 밖의 구성 및 기본 성능은 제 4 실시예와 같지만, 금속 촉매체(12)의 면을 예비 혼합기체 흐름에 대하여 연속한 경사면을 구성하도록 한 점이 다르다. 따라서, 다른 점을 중심으로 본 실시예를 설명하기로 한다.

도 7은 본 실시예의 주요부에 대한 개략 단면도이다. 도 7에서 촉매체(6)의 상류면 근방에 하부를 배치하여, 상류 방향으로 선단을 향한 원추형상의 금속 촉매체(12)를 배치하고 있고, 정류판(40)을 통해 대략 바로 위로 흐르는 예비 혼합기체의 유선에 대하여 금속 촉매체(12)의 벽면이 경사하여 배치된다. 이 때문에연소실(41)의 중심부분으로서는 금속 촉매체(12)의 선단 부분에, 주변 부분에서는 상방의 저부 근방에 각각 예비 혼합기체가 접촉하고, 각각의 부분에서 연료의 일부가 반응하게 되므로 금속 촉매체(12)의 전역에 걸쳐 고휘도로 적열하게 되어 방사열의 발생 비율은 더욱 높아진다. 또한 금속 촉매체(12)를 복수 구비하고, 그 위치 관계를 유지하는 등의 복잡함은 없고, 더구나 열변형에 대해서도 강한 구조를 이룰 수 있으므로 성능면에서나 가격면에서도 바람직한 것이 된다. 물론 여기서 금속 촉매체(12)는 개구율이 큰 재질로 구성되어 있으므로 통과하는 연료의 전량이 반응하는 것은 아니고, 상당한 부분은 미반응인 채로 통과하고, 하류에 설치되는 세라믹 허니콤의 촉매체(6)로 완전 반응된다. 금속 촉매체(12)의 직경이나 높이에 대해서는 그 구성 재료의 수단(소선의 굵기나 눈의 거칠기, 눈의 형상이나 방향성 등)에 의해서 변화하는 것으로, 여기에서 반응하는 연료의 양과 촉매체(6)로 반응시키는 양의 밸런스를 고려하여 임의로 구성할 수 있다. 또한, 본 실시예와 같은 원추형상으로 한정되지 않고, 삼각뿔이나 사각뿔과 같은 다각 방추형상으로 하는 것도 가능하며, 본 발명의 효과를 손상하는 것은 아니다. 또, 도 7의 투과창(9)의 내측, 외측 등에 상술한 바와 같은 박막을 형성해도 된다.

( 제 6 실시예 )

본 발명의 제 6 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예는 기본 구성은 제 5 실시예와 동일하지만, 투과창(9)의 외측에 반사판을 설치한 점이 다르다. 그 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

도 8은 본 실시예의 주요부 개략 단면도, 도 9는 그 주요부 수평단면도이다.도 8에서, 촉매체(6)의 상류측에 직립 설치된 금속 촉매체(l2)의 주위를 원통형의 내열 유리로 구성된 투과창(9)을 배치하는 동시에, 투과창(9)에 대향시켜 그 대략 반둘레를 덮는 반사판(13)을 설치하고 있다. 촉매체(6)의 상류면에서 연소 반응이 행하여진 결과, 여기가 적열하여 주위를 포함하는 아래쪽으로 향하여 열선이 방사되지만, 그 일부는 투과창(9)을 통해 연소실(41)의 외부 주변으로도 방산된다. 외부로 방출된 방사열은 반사판(13)을 설치함으로써 다시 연소실(41) 내부로 반사에 의해 환원되고, 금속 촉매체(12)의 가열에 이용된다. 이렇게 하여 금속 촉매체(12)는 온도 상승에 의해 적열 휘도를 증가하고, 반사판(13)이 위치되지 않은 쪽으로 강한 방사를 발하게 된다. 방향성을 갖는 가열 장치로서 본 실시예를 이용하는 경우에는 적은 연료 소비량으로 다량의 방사열을 공급할 수 있게 되고, 또한 조명 등의 단파장 성분의 방사광을 이용하는 경우에 유효하다. 또, 촉매체(6)로부터의 직접적인 전도열 및 방사열 공급이나, 금속 촉매체(12) 상에서의 자기 연소열에서는 안정 연소를 유지할 수 없는 난연성 재료(예를 들면, 메탄 등)를 이용한 경우라도, 반사판(13)을 통한 열회수에 의해, 반응 유지하기에 충분한 온도를 확보할 수 있어 안정된 높은 적열 연소를 얻을 수 있다.

투과창(9)은 본 실시예와 같이 반드시 원통형상으로 할 필요는 없고, 주위방향으로 분산된 복수의 평면형상의 투과창(9)을 갖는 각기둥형으로 해도 된다. 또한 연소실(41)의 일부를 금속벽으로 구성하고, 필요한 방향에만 투과창(9)을 배치하는 것도 가능하다. 반사판(l3)도 방사열의 공급 각도나 반사열의 요구 정도 등에 따라 타원형상, 다각형상, 평판형상 등 임의로 설정할 수 있고, 설치 위치도 본 실시예와 같이 투과창(9)으로부터 떨어진 위치로 해도, 투과창(9)에 밀착하더라도 되고, 또 투과창(9)을 구성하는 내열성 유리의 표면에 산화주석 등의 금속 박막을 증착 등의 수단으로 밀착시키는 등의 방법도 가능하고, 어느 것이나 상기 효과를 발휘할 수 있다.

( 제 7 실시예 )

본 발명의 제 7 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예는 기본 구성은 제 1 실시예와 같지만, 연소실(41) 내에 보조 촉매체를 구비한 점이 다르다. 그 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

도 l0은 본 실시예의 단면 구성도이다. 도 10에서, 예비 혼합실(4) 내에 개구된 분출구(5) 근방에는, 촉매체(6)와 투과창(9) 사이에 경사된 형상으로, 철-크롬-알루미늄계 금속의 철망에 백금속의 귀금속을 갖게 한 보조 촉매체(14)가 설치되어 있다. 연료 탱크(1)로부터 공급되는 연료(여기서는 부탄가스를 사용)는 제어 밸브(2)로 유량 조절되고 고압으로 방출되어 내부에 노즐과 슬롯을 구비한(도시 생략) 혼합기(3) 내에서 노즐로부터 분출된 가스흐름으로 주위의 공기를 흡입하면서 혼합되고, 분출구(5)를 거쳐 예비 혼합실(4)로 공급되어 촉매체(6) 상류면(즉, 투과창(9)에 대향하는 면)의 표면 근방으로 촉매 연소가 행하여진다. 연소 배기가스는 촉매체(6)의 연통 구멍을 지나서 하류의 배기유통로(8)를 통하여 배출된다. 또한 연소열에 의해 승온 적열된 촉매체(6) 상류 표면에서는 다량의 열선이 방사되지만, 가시광을 중심으로 하는 단파장 성분은 직접 피복층(10) 및 투과창(9)을 투과하여 전면에 방출되고, 일부 열선은 투과창(9) 내에 흡수된 후, 여기부터의 2차 방사로서 같이 전방으로 방출된다. 또한 장파장 성분의 대부분은 피복층(10)으로 반사되어 촉매체(6)측으로 환류되고, 촉매체(6)의 온도를 더욱 높이고, 한층 다량으로 단파장 성분이 풍부하던 방사열선을 발생하도록 작용한다. 이렇게 하여 예비 혼합실(4) 전면의 투과창(9)으로부터는 대부분의 가시광과 일부 장파장 열선이 방출되어, 조명 등의 용도에 이용된다. 여기서 제어 밸브(2)를 조작하여 혼합기(3)로 분출되는 연료의 양을 감소시킬 때, 혼합기(3)로 흡인되는 공기량도 감소하여 분출구(5)로부터 공급되는 혼합기체의 양(동시에 유속)도 감소하고, 촉매체(6)에서의 반응열이 감소하기 때문에 여기에서의 온도도 저하한다. 혼합기(3)에 공급되는 연료의 유량 저하를 최대 연소(촉매체(6)의 상류 표면 온도가 850∼900℃가 되도록 설정)의 50%∼30%로 하면 촉매체(6)의 표면 온도는 600℃ 이하로 되고, 눈으로는 적열이 검출되지 않게 되고, 연소 반응은 계속되지만, 투과창(9)으로부터는 가시광이 거의 발생하지 않는, 소위 대기 연소 상태가 된다. 여기에서, 수평 방향 전방으로 향하여 개구되는 분출구(5)의 근방에 보조 촉매체(14)를 경사 배치하면 혼합기체의 양이 많고 유속이 큰 대연소량의 영역에서는 실선 화살표(A)로 나타낸 바와 같은 주된 유선(流線)주류선을 통하여 혼합기체가 흐르고, 보조 촉매체(14) 상에서는 거의 촉매 연소 반응이 생기지 않고, 촉매체(6)에서 발생하는 방사열을 받아 300℃∼5OO℃의 보온 상태로 유지될 뿐이다. 한편 혼합기체의 양을 일정값 이하로 감소시켰을 때는 유속이 저하하는 한편, 예비 혼합실(4)내의 상승 기류에 영향되어, 파선 화살표(B)로 나타낸 바와 같은 유선이 되고, 보조 촉매체(14)에 접촉하여 흐른다. 이 때 보조 촉매체(14)는 촉매 반응 가능한 온도로 보온되어 있기 때문에여기에서 연소 반응을 시작하지만, 소열용량의 보조 촉매체(14)로 집중한 연소 반응이 행하여지기 때문에 보조 촉매체(14)의 온도는 700 ℃∼800℃의 적열 상태가 된다. 동시에 보조 촉매체(14)의 개구율이 크기 때문에 여기서 전량의 연료가 반응하는 일은 없고, 하류가 되는 촉매체(6)에도 충분한 연료가 공급되어 촉매체(6)의 반응 활성이 유지되는 온도(약 400℃ 이상)는 확보되고, 대기 연소 상태를 계속한다. 적열한 보조 촉매체(14)로부터 발하는 가시광은 투과창(9)을 지나 전방으로 공급되고, 이렇게 하여 대기 연소 상태이면서 일부가 적열하는 상태를 확보할 수 있고, 연소 계속을 확인할 수 있게 된다. 이 상태에서의 전연료 소비량은 촉매체(6)의 활성 온도가 유지되고, 보조 촉매체(14)를 눈으로 확인할 수 있는 적열이 확보될 만한 최소한의 양으로 되고, 경제성이 뛰어난 것으로 된다. 특히 연료 탱크(1)를 구비한 이동식 장치에 있어서는, 연료의 충전이나 용기 교환의 빈도가 감소하여 사용에도 뛰어난 것이다. 또 연료 공급량을 증가시켜 통상의 사용으로 되돌렸을 때에는 촉매체(6)가 항상 활성 온도 상태로 유지되기 때문에 순간적으로 원래의 적열 상태로 되고, 동시에 보조 촉매체(l4)는 혼합기체의 유선으로부터 벗어나기 때문에 적열하지 않은 대기 상태에 되돌아가게 된다.

본 실시예에서는 가시광 이용을 목적으로 한 장치를 예로 들었지만, 투과창(9)에 피복층(10)을 첨가 장치하지 않은 열이용 주체의 장치에 있어서도, 상기 작용 효과는 동일하게 발휘된다. 또한, 보조 촉매체(14)는 분출구(5)로부터 공급되는 혼합기체의 유선에 대응한 위치에 고정 설치하고 있지만, 제어 밸브(2)의 동작에 합쳐서 이것과 기계적으로 연동시키거나 혹은 예비 혼합실(4) 근방의 온도검출에 의해 간접적인 연동 동작(예를 들면, 바이메탈 구동 등)에 의해 보조 촉매체(14)를 가동 설치로 해도 되고, 이렇게 하면 보다 확실히 적열과 대기 상태를 확보할 수 있다.

( 제 8 실시예 )

본 발명의 제 8 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예는, 투과창(9)의 외측에 열선을 반사하는 반사 커버를 개폐가 자유롭게 구비하고, 연소량 제어와 연동시킨 구성으로 한 것이고, 작용 효과의 대부분은 제 7 실시예와 유사하지만, 대기 연소시의 열선의 이용 형태가 다르다. 따라서, 다른 점을 중심으로 본 실시예를 설명하기로 한다.

도 l1은 본 실시예의 단면 구성도이다. 도 11에서 l5는 예비 혼합실(4)내 전면의 투과창(9) 외측에 구비되고, 제어 밸브(2)와 연동하여 (상세한 도시 생략) 개폐가 자유롭게 한 반사 커버로, 반사 커버(15)의 보조 촉매체(14) 전방 위치에는 검사창(16)이 개설되어 있다. 반사 커버(15)는 스테인리스판으로 구성되고, 그 내면은 거울면 연마되어 있다. 여기서, 제어 밸브(2)의 동작에 의해서 혼합기(3)로의 연료 공급량을 감소시켰을 때, 이와 연동하여 반사 커버(15)는 도 11의 상태와 같이 투과창(9)의 외측면을 덮도록 이동한다. 촉매체(6)로부터 방사된 열선은 직접 투과창(9)을 투과하고, 혹은 투과창(9)에 흡수된 후에 여기부터의 2차 방사로서 전방으로 공급되지만, 여기에 거울면에서 반사율이 높은 반사 커버(15)가 존재함에 따라, 방사열은 거의 외부로 방산되지 않고, 반사되어 다시 촉매체(6)로 환류되어 온도 상승에 제공된다. 이 때문에, 미량의 연료 공급이라도 충분히 촉매체(6)가 활성 온도 상태로 유지되고, 대기 상태에서의 연료 소비량을 현저히 삭감할 수 있다. 한편 혼합기체의 유로 변경에 의해 연소 반응을 시작하여, 적열 상태가 된 보조 촉매체(14)로부터는 가시광이 방사되지만, 이것은 그 전방 부분에 개설된 검사창(16)을 통해 전방으로 제공되어 연소가 계속되는 것을 눈으로 확인할 수 있다. 또 장치의 연소가 계속되는 것을 눈으로 확인할 필요가 없는 경우에는, 보조 촉매체(14) 및 반사 커버(l5)에 개설된 검사창(16)은 필요 없게 되고, 이 양자는 필요에 따라 설치 활용하면 된다. 또, 반사 커버(15)는 반드시 제어 밸브(2)와 기계적으로 연동할 필요는 없고, 적당 부위의 온도 검지와 연동한 기계적 또는 전기 동작적 연동이어도 되고, 수동의 개별 동시 조작 형식을 채택하는 것도 가능하다. 요컨대, 커버(l5)는 분리 가능하게 한다. 이렇게 하여, 대기 연소시의 연료 소비량의 삭감과, 촉매체(6)의 확실하고 충분한 온도 유지를 가능하게 하는 것이다. 또, 도 11의 투과창(9)의 내측, 외측 등에 상술한 바와 같은 박막을 형성해도 된다.

( 제 9 실시예 )

본 발명의 제 9 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예는 기본 구성은 제 8 실시예와 같지만, 반사 커버(15)의 구성과 대기 연소 상태 확인을 위한 적열 부위 구성이 다르다. 이 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

도 12는 본 실시예의 단면 구성도이다. 도 12에서 15는 투과창(9)의 전면을 대기 연소시에 덮는 반사 커버로, 그 내측에는 촉매체(6)의 일부에 초점을 갖는 오목면 거울 구성부(l7)가 구비되고 있고, 또한 그 중앙부에는 검사창(16)이 개설되어 있다. 여기서, 연료 공급량을 감소시킨 대기 연소시, 이것과 (기계적, 전기적또는 수동적으로) 연동하여 반사 커버(15)는 도 l2의 상태와 같이 투과창(9)의 외측면을 덮도록 이동한다. 촉매체(6)로부터 방사된 열선은 직접 투과창(9)을 투과하고, 혹은 투과창(9)에 흡수된 후에 여기부터의 2차 방사로서 전방에 공급되지만, 그 전방에는 오목면 거울 구성부(17)가 있고, 방사열은 거의 외부로 방사되지 않고 반사되어 다시 촉매체(6)로 환류된다. 반사열선은 오목면 거울 구성부(17)의 초점위치로 되는 촉매체(6)의 중앙부를 향해서 집중되기 때문에(파선 화살표(C)로 나타냄), 촉매체(6)의 중앙부만이 온도 상승하여 적열되어 가시광 방사상태로 된다. 이 적열 상태는 오목면 거울 구성부(17)의 중앙에 개설된 검사창(16)으로부터 눈으로 볼 수 있고(파선 화살표(D)로 나타냄), 이렇게 하여 대기 연소이더라도 연소가 계속되는 것의 확인이 가능해진다. 촉매체(6)로부터 방산되는 열선은 오목면 거울 구성부(17)에서 대부분이 반사 환류되기 때문에 일부(즉 초점 위치 부근)를 적열시켜도 약간의 연소열로 충분하게 되어, 연료의 절감과 촉매체(6)의 보온 대기 상태 유지 및 눈으로의 확인을 무리없이 경제적으로 양립 가능하게 하는 것이다. 또, 오목면 거울 구성부(17)의 초점 위치는 반드시 촉매체(6)의 중앙으로 할 필요는 없고, 검사창(l6)의 위치도 초점 위치에 대응한 적당 위치에 개설하는 것이 가능하다. 또한 상기 제 8 실시예와 같이, 반사 커버(15)는 반드시 제어 밸브(2)와 기계적으로 연동할 필요는 없고, 적당 부위의 온도 검지와 연동한 기계적 또는 전기 동작적 연동이라도 되고, 수동의 개별 동시 조작 형식을 채택하는 것으로도 가능하다. 요컨대, 커버(l5)는 분리 가능하게 한다.

( 제 10 실시예 )

본 발명의 제 l0 실시예에 대하여 설명하기로 한다. 본 실시예의 기본 구성은 제 7 실시예와 같지만, 투과창의 구성이 다르다. 그 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.

도 13은 본 실시예의 단면 구성도이다. 도 13에서 투과창(9)의 외측 전면에 간격을 두고 제 2 투과창(l8)을 배치하고 있고, 그 내측면에 장파장의 열선을 반사하는 박막 ITO(인듐-주석의 복합산화물)의 피복층(10)을 첨가 장치시키고 있다. 또한 투과창(9)과 제 2 투과창(18) 사이에는 공기유통로(19)가 형성되어 있고, 그 상부는 대기로 해방되고, 하부는 혼합기(3)에 연통되어 있다. 여기에서, 연료 공급량의 대소에 관계없이 연소시에는 촉매체(6)로부터 방사된 열선의 일부는 투과창(9) 을 투과하고, 일부는 투과창(9)에 흡수된 후에 여기에서 2차 방사되어 전방으로 공급되지만, 그 전방에는 장파장 성분을 반사하는 피복층(10)을 구비한 제 2 투과창(18)이 존재하기 때문에 가시광을 중심으로 하는 단파장의 방사 성분은 전방으로 공급되지만, 장파장의 방사 성분(투과창(9)을 투과한 것의 일부 및 2차 방사된 것의 대부분)은 피복층(l0)으로 반사되고 우선 투과창(9)에 환류되며, 여기의 온도를 상승시킨다. 온도 상승한 투과창(9)으로부터는 다시 내측으로 열방산되므로 촉매체(6)의 온도를 상승시키고, 작은 연소량으로 고온으로 유지할 수 있고, 고온(즉, 가시광 성분이 풍부함)으로 고효율의 방사를 가능하게 한다. 이 작용은, 저온 반응으로 대부분이 장파장 성분의 방사를 하는 저연소량 상태, 즉 대기 연소 상태에서 보다 효과가 발휘되고, 대기 연소시의 연료 소비 삭감에 유효하다. 한편 온도가 상승한 투과창(9)의 외측에 형성되어 있는 공기유통로(l9)는, 제 2 투과창(18)에 대한 열적인 완충영역으로서 작용하고, 피복층(l0) 구성 재료의 열적인 열화(반사율의 저하)를 방지하여 장기간에 걸친 안정 성능을 확보할 수 있게 된다. 또 여기를 통과하는 대기는 열선의 흡수에 의해 온도가 상승하고 있는 투과창(9) 및 제 2 투과창(18)과 접촉하여 승온하지만, 이 회수열을 혼합기(3)에 도입하여 연소용 공기에 이용하면(도 13 중 파선 화살표(E)로 나타냄), 촉매체(6)의 온도 유지 및 연소 온도 상승에 유효하고, 한층 연료 소비량을 삭감하는 것이 가능하다. 아울러 외부에 노출된 제 2 투과창(l8)의 온도 저하도 촉진되고, 가시광의 투과를 손상하지 않고 화상 등의 위험성을 피할 수 있게 되고, 경제적이고 안전하며 또한 안정된 연소 유지가 가능해지는 것이다. 또 공기유통로(19)를 유통시키는 대기는 상기한 바와 같이 연소용 공기로서 재이용하는 것이 가장 유효하지만, 상하에 개구를 설치하여 대기를 자연 유통시키는 구성으로 하여도 되고, 또한, 가연 한계 농도 이하의 예비 혼합기체를 유통시켜도 되고, 제 2 투과창(18)의 온도 저하는 가능하고, 피복층(8)의 열적 열화 방지나 안전성 확보에는 충분히 효과를 발휘할 수 있다.

이상, 본 발명을 연료 탱크를 이용한 기체 연료의 연소기로 실시한 예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이것에 한정되는 것이 아님은 물론이다. 즉, 다음과 같은 경우도 본 발명에 포함된다.

연료종류로서는 도시 가스와 같이 배관 공급되는 기체 연료라도 되고, 또한 등유같은 액체 연료를 사용하는 경우도 적용할 수 있다. 도시 가스와 같은 저압 공급의 가스 연료의 경우에는 필요에 따라 송풍팬과 같은 공기 공급 수단이 부가되고, 또한 액체 연료를 사용하는 경우에는, 예비 혼합기의 상류에서 액체 연료를 기화시키는 수단이 부가된다.

촉매체의 담체에는 세라믹 허니콤을 이용하고 있지만, 예비 혼합기체가 유통할 수 있는 다수의 연통 구멍을 갖는 것이면, 그 소재나 형상에 한정이 있는 것은 아니며, 예를 들면 세라믹이나 금속의 소결체, 금속 허니콤이나 금속 부직포, 세라믹 섬유의 편조체 등이 이용 가능하고, 형상도 평판에 한정되지 않고, 만곡 형상이나 통형상 혹은 골함석 형상 등, 소재의 가공성과 용도에 따라 임의로 설정할 수 있다. 또한 활성 성분으로서는 백금, 파라듐, 로듐 등의 백금속 귀금속이 일반적이지만, 이들의 혼합체나 다른 금속이나 그 산화물 및 이들과의 혼합 조성이어도 되고, 연료종류나 사용 조건에 따른 활성 성분의 선택이 가능하다.

또한, 점화 수단으로서는 전기 히터를 이용한 촉매체 하류에서의 직접 착화 방식을 이용하고 있지만, 촉매체의 온도를 상승시키는 수단이라면 이 구성 방법으로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 분출구 근방에 착화기를 설치하여 최초는 여기서 화염을 형성시키고, 고온 배기 가스에 의한 가열로 촉매체가 소정 온도의 활성도가 된 시점에서 일단 연료 공급을 정지하여 화염을 소멸시키고, 그 직후 다시 연료 공급을 재개하여 촉매 연소 반응을 시작시키는 방법도 있고, 혹은 촉매체 근방에 전기 가열 수단을 설치하여 소정 온도까지 전기 가열에 의해 승온하는 방법을 이용해도 되며, 어느 것이나 상기 본 발명의 효과를 손상하는 것이 아니다. 그러나 상기한 바와 같이, 촉매체 하류면에서 화염을 형성시키고, 자동적으로 안정된 촉매 연소로 이행시키는 수단을 이용함으로써 복잡한 제어, 검지나 그를 위한 보조 부품을 필요로 하지 않고, 또한 다량의 전기 입력을 필요로 하지 않고, 특히 옥외 사용기기에의 응용시에는 실제 사용상 유효한 수단이다. 또, 화염 연소를 개시하는 점화기에서는 압전 착화기를 이용하는 것도 무전원 기기를 완성시키는 데에 유효한 수단이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 촉매 연소 장치는 고온으로 다량의 열선 방사를 발하는 촉매체 상류면으로부터의 방사열 중, 단파장 방사 열선은 투과시키고, 장파장 방사 열선은 반사하여 다시 촉매체로 환원함으로써 적은 연료 사용량으로 효율적으로 가시광이 풍부한 방사광을 얻을 수 있는 것으로, 불필요한 열출력을 억제한 에너지 효율이 높은 조명용 연소장치를 제공할 수 있는 것이다. 동시에 이 열환원 작용에 의해, 촉매체를 항상 고활성 상태로 유지하여 완전 연소를 확보하는 동시에, 난연성 연료나 희박 예비 혼합기체를 이용한 경우라도 불완전 연소하는 것을 방지할 수 있어 깨끗한 배기 가스 특성을 얻을 수 있다.

또한, 촉매체의 온도 상태에 대응하여 개폐하는 유량 제어 밸브를 병설함으로써, 촉매의 열손상도 없고 또한 불완전 연소도 없는 안정된 완전 연소 상태를 유지 확보할 수 있는 것이다. 또 투과창을 2층에 설치하고, 장파장 열선의 반사파막을 가동창측에 구비함으로써 가열 용도에도 조명 용도에도 임의로 선택하여 이용되는 다용도 기기로 할 수 있는 것으로, 옥외 용도 등에 편리성이 높은 연소 장치를 제공할 수 있는 것이다.

또한, 투과창에 대향하는 위치에 설치한 개구율이 크고 열용량이 작고 또한 열전도에 뛰어난 금속 촉매체를 고온 적열시킴으로써, 작은 연소실 용적 내에서 다량의 연소 반응을 시킬 수 있는 동시에, 높은 방사 효율을 얻을 수 있고, 유효한 가열 난방 작용 혹은 조명 효과를 확보할 수 있는 것이다. 또한, 연료의 반응성에 따라, 안정 연소를 유지하기 위한 방사열 피드백이 가능하고, 메탄 등의 난연성 연료를 이용하더라도 방사 효율이 높은 완전 연소를 가능하게 하는 것이다.

또, 혼합기체의 분출구 근방에 혼합기체의 양이 일정값 이하가 될 때의 유선에 접촉하는 위치이고 높은 개구율로 소용량의 보조 촉매체를 구비함으로써, 대기 연소 상태에서의 최저한 반응 온도를 확보하면서 연소가 계속되는 것을 눈으로 확인할 수 있게 하는 경제적이고 조작성이 풍부한 연소 장치를 제공할 수 있다. 또한, 투과창의 외측면에 근접하여 열선 반사성을 갖는 개폐가 자유로운 덮개를 설치함으로써 대기 연소시의 연료 소비량을 현저히 삭감하고, 또한 필요에 따라 연소 계속의 확인도 행할 수 있는 양의 변동 제어 범위를 확대시킬 수 있는 동시에, 임의의 타이밍에서 순간적이고 또한 간편 용이하게 제어 가능한 연소장치를 제공할 수 있는 것이다. 덧붙여, 상기 투과창과 제 2 투과창 사이에 공기유통로를 설치하고, 제 2 투과창의 내면에 장파장의 방사 열선 반사의 박막 피복을 구비함으로써 연소열의 유효 이용 및 대기 연소시의 안정 연소성을 확보하면서 외장부(外裝部) 온도를 저하시켜 경제성과 편리성 및 안정성이 높은 연소 장치를 제공할 수 있는 것이다.

Claims (4)

1. 다수의 연통 구멍을 갖는 촉매체와, 상기 촉매체의 상류측 표면을 덮는 연료와 공기의 예비 혼합기체를 도입하는 공간을 구성하는 예비 혼합실과, 상기 예비 혼합실의 상기 촉매체에 대향하는 위치에 설치된 열선 투과성 재료로 이루어지는 투과창을 구비하고, 상기 투과창의 표면을 가시광을 투과하여 적외선을 반사하는 금속 또는 금속 산화물의 박막으로 피복한 것을 특징으로 하는 촉매 연소 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 투과창의 피복 박막을 상기 촉매체에 대향하는 쪽의 표면에 구비한 것을 특징으로 하는 촉매 연소 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 투과창의 피복 박막은 파장 변환 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 촉매 연소 장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 투과창을 2층으로 설치하는 동시에, 상기 박막 피복을 외측의 투과창 표면에만 구비하고, 또한 그 외측의 투과창을 착탈이 자유롭게 설치한 것을 특징으로 하는 촉매 연소 장치.