JPH0752011B2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents

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触媒燃焼装置
に関するものである。

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層に接触させ、その表面
で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が、触媒層の構成はハニカ
ム、マット、あるいはクロス状のものが単一層で用いら
れるのが一般的であった。

このような触媒燃焼装置では、空気と予混合された燃料
は触媒層において酸化反応を生じ、反応熱と共に二酸化
炭素や水を発生する。ここで供給される空気の酸素濃度
が正常（約21容量％）であれば完全な上記反応が行われ
るが、半密閉室内で長時間連続使用した場合、あるいは
同室内で他の燃焼機器を使用している場合などには、空
気中の酸素濃度は徐々に低下し、いわゆる酸欠状態に至
ることが知られている。

発明が解決しようとする課題 ところが従来の触媒燃焼装置では、酸素量が燃料に対し
て当量（理論的に反応に必要な酸素量）以上あれば、ほ
ぼ燃焼を継続する特性があり、当量以下の酸素量であっ
ても、反応による発熱が放熱量よりも大きく、触媒層の
温度が所定値以上に保たれるならば、一酸化炭素や未燃
ガスを排出しながらも燃焼は継続されるという欠点を有
する。

このために室内空気の酸素濃度が減少して、病弱者に影
響が出始める18容量％、さらには健常者にも影響が出る
16容量％となっても燃焼反応は継続され、著しくは人畜
が死亡する危険があった。

本発明は上記従来の欠点を解消し、酸欠状態を検出し
て、不完全燃焼による有害・悪臭ガスの発生はもとよ
り、酸欠そのものによる人畜への悪影響を防止し得る触
媒燃焼装置を可能にするものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために、本発明の触媒燃焼装置は、
温度検出手段を付設した触媒層を２層設けると共に、下
流側触媒層の上流に開口した二次空気供給部を備え、上
流側触媒層に供給する混合気中の空気量を一定間隔の所
定時間内のみ所定の割合で減少させ、温度検出手段によ
って検出される触媒層の温度差が所定値以下に達した
時、燃料の供給を停止する制御手段を備えたものであ
る。

作用 本発明は上記手段により、室内雰囲気の酸素濃度が減少
した場合に、不完全燃焼を生ずることなく酸欠状態を早
期にかつ確実に検出し、人体に影響を及ぼす限界酸素濃
度となる以前に燃焼を停止させ、安全性の高い触媒燃焼
装置を提供できるものである。

実 施 例 以下、本発明の第１の実施例における触媒燃焼装置を添
付図面に基づいて説明する。

第１図において、１は燃料タンク、２は燃料用ポンプ、
３は送風用のファン、４は混合室で、混合室４の出口に
は予熱用の炎口５と点火装置６が備えられている。炎口
５の上方には多数の連通孔7aを穿設したシリカ・アルミ
ナを主成分とするハニカル状セラミック平板に白金属の
活性成分を担持させた主触媒層７が直立して備えられ、
その上流面（前面）に対向してガラス板からなる透過窓
８が配置されている。また主触媒層７の下流側上方には
多数の連通孔9aを有する補助触媒層９が備えられてい
る。また主触媒層７の上流側表面および補助触媒層９の
上流側表面に接して、温度検出用の熱電対10a、10bが配
設されており、両者は制御回路11に接続され、この制御
回路11にて燃料用ポンプ２およびファン３を駆動制御す
るようにしている。またファン３の出口から分岐して二
次空気管12が備えられており、補助触媒層９の上流側に
開口した二次空気口13に連接されている。

次に動作について詳述すると、燃料用ポンプ２から供給
された燃料（灯油）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５に送られる。点火時にはまず炎口５において点火
装置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、主触媒層７および補助触媒
層９を昇温させる。主触媒層７が充分な温度に昇温した
ことが熱電対10aによって検出された時点で一旦燃料供
給を停止し、炎口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
方に直立する主触媒層７に至るが、ここは充分昇温され
ているから、主に上流側（前面）表面で触媒燃焼を生じ
つつ、連通孔7aを経て下流側（後面）へと流れる。燃焼
排ガスは更に上方へと流れ、二次空気口13から供給され
る空気と混合されて補助触媒層９と接触し、未燃成分が
共存する場合にはここで完全に酸化された後に、清浄排
ガスとなって連通孔9aを経て上部へと排出される。従っ
て予混合状態の偏りや温度のむら等により主触媒層７で
は完全燃焼し得なかった場合でも、その下流にある補助
触媒層９で反応を完結することができ、不完全燃焼によ
る未燃成分をそのまま排出することは避けられる。また
燃焼によって主触媒層７表面に生じた熱は、透過窓８を
一部は透過して、また一部は透過窓８を加熱することに
よってここからの二次輻射としてそれぞれ前面に放散さ
れ、加熱や暖房等に供せられる。

ここで空気比を1.8〜2.0として灯油の触媒燃焼を行った
場合の、主触媒層７と補助触媒層９の表面温度の変化を
酸化濃度の変動に従って見ると、第２図（ａ）のように
なっている。即ち燃焼反応は主触媒層７の上流側表面で
ほぼ完遂し、触媒表面温度は約860℃となっている。こ
の時補助触媒層９の表面温度は、主触媒層７から排出さ
れる燃焼排ガスによって加熱されるのみで、約550℃に
留まっている。酸素濃度を低下させていっても、酸素量
としては十分確保されているから（酸素濃度15％として
も実際の酸素過剰率は1.3〜1.4）、主触媒層７と補助触
媒層９の温度差（D1）はほとんど変化しない。ここで混
合室４に供給する空気量を３割程度減少させると、主触
媒層７における空気比は1.3〜1.4となり、酸素濃度20％
以上では完全燃焼できるものの、酸素濃度18％になると
実際の酸素過剰率は1.1〜1.2となり、一酸化炭素や未燃
ガスを発生する状態になる。これらの可燃成分は、二次
空気口13から供給された空気と混合して補助触媒層９に
到り、ここで燃焼反応を生じるから、第２図（ｂ）に示
したように、主触媒層７の温度は低下し、補助触媒層９
の温度が上昇するという変化が現れる。酸素濃度が更に
低下すれば、主触媒層７での燃焼量はますます低下し、
代わって補助触媒層９での燃焼量はますます増加するか
ら、両者の温度は徐々に近付き、やがては逆転すること
になる。そこで両者の温度差（D2）を所定の値に設定し
ておき、この温度差以下となれば燃料供給を停止するよ
う制御すれば、酸欠状態でなお燃焼を継続することは回
避され、人畜への悪影響は防止することができる。

温度差の設定条件は、制御限界酸素濃度、総燃焼量、主
触媒層７と補助触媒層９との面積比、設定空気比等の条
件によって変化するが、装置の設計条件に応じて設定す
れば良い。また総燃焼量を変化させた場合の設定値（D
2）の変動に対しても、制御回路11に予め記憶させてお
けば容易に対応できる。また混合室４に供給する空気量
を常時このような限界値にしておくことは、燃料供給量
や空気供給量の変動に対して不安定であり、基本的には
主触媒層７で完全燃焼を行わしめるために、通常は十分
量の空気供給をすることが好ましい。従って30分あるい
は１時間といった一定間隔で、２〜３分という短時間だ
け上記空気量変化の操作を行うことが有効であり、この
所定時間内のみ所定の割合で空気量を減少させる操作を
一定間隔で繰り返すことによって、その都度酸欠状態の
有無を監視できることになる。

第３図は、本発明の第２の実施例における触媒燃焼装置
を示しているが、ここでは二次空気管12の中間に開閉弁
を有する流路制御器14を備えており、一定時間毎に短時
間流路を解放するよう構成している。流路制御器14を解
放した場合には、混合室４に供給されていた空気の一部
が、二次空気管12を経て二次空気口13に供給されること
になる。従って混合室４への空気は減少し、同時に補助
触媒層９上流への空気供給が開始されて、前記第１の実
施例と同様の効果が得られる。

この構成にした場合、ファン３の制御には特別な操作が
要らず、また通常の燃焼時には二次空気口13から余剰の
空気が供給されないから、補助触媒層９を冷却すること
もなく、補助触媒層９を十分高温に維持できるから、未
燃成分や一酸化炭素の完全浄化性能を確保することがで
きる。

なお、上記いずれの実施例の場合においても、温度検出
手段として熱電対10a、10bを使用しているが、温度を検
出する手段であれば任意に選定することが可能であり、
例えばサーミスタのような抵抗温度計や光を用いた放射
温度計等も使用できる。

また主触媒層７あるいは補助触媒層９には、ここではセ
ラミックハニカムを担体として用いているが、発泡セラ
ミックやセラミック織布、不織布等でも良く、上記効果
を妨げるものではない。

発明の効果 以上のように本発明によれば、温度検出手段を付設した
触媒層を２段設けると共に、下流側触媒層の上流に開口
した二次空気供給部を備え、上流側触媒層に供給する混
合気中の空気量を一定間隔で所定時間内のみ減少させる
操作を繰り返し、その空気量減少時において、温度検出
手段によって検出される触媒層の温度差が所定値以下に
達した時、燃料の供給を停止する制御手段を備えること
により、室内雰囲気の酸素濃度が減少した場合に、不完
全燃焼を生ずることなく酸欠状態を早期にかつ確実に検
出し、人体に影響を及ぼす限界酸素濃度となる以前に燃
焼を停止させ、安全性の高い燃焼装置を提供できるもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例における触媒燃焼装置の
縦断面図、第２図（ａ）（ｂ）はその温度特性図、第３
図は本発明の第２の実施例における触媒燃焼装置の縦断
面図である。 ２……燃料用ポンプ、３……ファン、４……混合室、７
……主触媒層、９……補助触媒層、10a、10b……熱電
対、11……制御回路、12……二次空気管、13……二次空
気口、14……流路制御器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃料および空気の混合室と、この混合室の
   下流に備えられ多数の連通孔を穿設した主触媒層と、こ
   の主触媒層の下流側に備えられ多数の連通孔を穿設した
   補助触媒層と、前記主触媒層および補助触媒層の温度検
   出手段と、前記補助触媒層の上流に開口した二次空気供
   給部と、前記混合室に供給する空気を一定間隔の所定時
   間内のみ所定の割合で減少させる制御手段と、前記温度
   検出手段に連動して両者の温度差が所定値以下に達した
   時燃料の供給を停止する制御手段とを有することを特徴
   とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】燃料および空気の混合室と、この混合室の
   下流に備えられ多数の連通孔を穿設した主触媒層と、こ
   の主触媒層の下流側に備えられ多数の連通孔を穿設した
   補助触媒層と、前記主触媒層および補助触媒層の温度検
   出手段と、前記補助触媒層の上流に開口した二次空気供
   給部と、前記混合室と二次空気供給部の両者に連通する
   空気供給手段と、一定間隔の所定時間のみ前記二次空気
   供給部と前記空気供給手段とを連通させる流路制御手段
   と、前記温度検出手段に連動して両者の温度差が所定値
   以下に達した時燃料の供給を停止する制御手段とを有す
   ることを特徴とする触媒燃焼装置。