JP2720614B2 - 触媒燃焼装置 - Google Patents
触媒燃焼装置Info
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Landscapes
- Spray-Type Burners (AREA)
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は加熱、暖房、乾燥等に用
いられる放射加熱型の触媒燃焼装置に関する。
いられる放射加熱型の触媒燃焼装置に関する。
【０００２】
【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に接触さ
せ、その表面で無炎の触媒燃焼を行ういわゆる予混合型
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。
料を、空気と混合させた後に酸化反応用の触媒に接触さ
せ、その表面で無炎の触媒燃焼を行ういわゆる予混合型
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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】触媒燃焼において、空
気と予混合された燃料（たとえば、灯油）は触媒層にお
いて急激な酸化反応を生じ、反応熱と共に二酸化炭素や
水蒸気を発生する。ここでの触媒反応は、初期には触媒
層の上流側表面近傍で集中して行われ、反応熱は触媒層
からの放射によって、前面に対向して配設される熱線透
過体を経て前方に供給され、加熱、暖房等の用途に供せ
られる。ところが、触媒層の上流側表面近傍だけが集中
して、高温、酸化状態で連続使用されることから、この
付近の触媒劣化は進行し易い。
気と予混合された燃料（たとえば、灯油）は触媒層にお
いて急激な酸化反応を生じ、反応熱と共に二酸化炭素や
水蒸気を発生する。ここでの触媒反応は、初期には触媒
層の上流側表面近傍で集中して行われ、反応熱は触媒層
からの放射によって、前面に対向して配設される熱線透
過体を経て前方に供給され、加熱、暖房等の用途に供せ
られる。ところが、触媒層の上流側表面近傍だけが集中
して、高温、酸化状態で連続使用されることから、この
付近の触媒劣化は進行し易い。
【０００４】その結果、次第に上流側での触媒活性低下
が起こり、触媒反応の中心位置が上流から下流側へ移行
すると同時に、上流側表面温度も低下することになる。
また、触媒反応中心位置の下流への移行は触媒層におけ
る有効な流れ方向の厚みが短くなってくることを意味し
ており、そのために触媒燃焼の燃焼特性（ＣＯ／Ｃ
Ｏ 2、ＨＣ／ＣＯ2）も次第に悪化してくる。
が起こり、触媒反応の中心位置が上流から下流側へ移行
すると同時に、上流側表面温度も低下することになる。
また、触媒反応中心位置の下流への移行は触媒層におけ
る有効な流れ方向の厚みが短くなってくることを意味し
ており、そのために触媒燃焼の燃焼特性（ＣＯ／Ｃ
Ｏ 2、ＨＣ／ＣＯ2）も次第に悪化してくる。
【０００５】したがって、触媒反応の中心位置が上流側
から下流側への移行することにより、熱線透過体を介し
て前方に供せられていた放射熱が減少し、暖房・加熱効
率が大きく低下するという課題、また燃焼特性（ＣＯ／
ＣＯ2、ＨＣ／ＣＯ2）も悪化するという課題等があっ
た。
から下流側への移行することにより、熱線透過体を介し
て前方に供せられていた放射熱が減少し、暖房・加熱効
率が大きく低下するという課題、また燃焼特性（ＣＯ／
ＣＯ2、ＨＣ／ＣＯ2）も悪化するという課題等があっ
た。
【０００６】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、燃焼特性の悪化を抑え、長時間安定した暖房・加
熱効率を維持し得る触媒燃焼装置を提供することを目的
とする。
あり、燃焼特性の悪化を抑え、長時間安定した暖房・加
熱効率を維持し得る触媒燃焼装置を提供することを目的
とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、燃料と空気の混合室の下流に備えられた多
数の連通孔を有する触媒層と、触媒層の上流側の表面に
対向して配設された熱線透過体と、触媒層の下流側に備
えられた排気口とを有し、触媒層において連通孔の断面
積をｓ、流れ方向の厚みをｔとすると、ｔ／ｓ＝７（ｍ
ｍ-1）以上とするものである。
するために、燃料と空気の混合室の下流に備えられた多
数の連通孔を有する触媒層と、触媒層の上流側の表面に
対向して配設された熱線透過体と、触媒層の下流側に備
えられた排気口とを有し、触媒層において連通孔の断面
積をｓ、流れ方向の厚みをｔとすると、ｔ／ｓ＝７（ｍ
ｍ-1）以上とするものである。
【０００８】
【作用】触媒燃焼装置において、触媒層上流側での劣化
が進行し、触媒反応の中心位置が触媒層の上流側から下
流側へと移行し、触媒層における有効な流れ方向の厚み
が短くなってくると、触媒層中で燃焼が完結できずにわ
ずかなＣＯやＨＣが排出されるようになる。しかし、本
発明によれば、触媒層の連通孔の断面積と流れ方向の厚
みとの関係を所定の比以上に設定しているため、触媒反
応の中心位置が上流側から下流側へと少しぐらい移行し
ても、燃焼特性を良好な状態に維持することが可能とな
る。
が進行し、触媒反応の中心位置が触媒層の上流側から下
流側へと移行し、触媒層における有効な流れ方向の厚み
が短くなってくると、触媒層中で燃焼が完結できずにわ
ずかなＣＯやＨＣが排出されるようになる。しかし、本
発明によれば、触媒層の連通孔の断面積と流れ方向の厚
みとの関係を所定の比以上に設定しているため、触媒反
応の中心位置が上流側から下流側へと少しぐらい移行し
ても、燃焼特性を良好な状態に維持することが可能とな
る。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１は本発明の一実施例の触媒燃焼装置の
全体構成を示す要部断面図であり、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の出口には補助炎口５が備えられて
おり、補助炎口５の近傍には点火電極６が配設されてい
る。補助炎口５の上方には多数の連通孔８を穿設したハ
ニカム状セラミックス平板にＰｔ／Ｐｄの活性成分を担
持させた触媒層７が直立して備えられ、その上流面（前
面）に対向して熱線透過体９が配置されている。１０は
排気口である。
て説明する。図１は本発明の一実施例の触媒燃焼装置の
全体構成を示す要部断面図であり、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の出口には補助炎口５が備えられて
おり、補助炎口５の近傍には点火電極６が配設されてい
る。補助炎口５の上方には多数の連通孔８を穿設したハ
ニカム状セラミックス平板にＰｔ／Ｐｄの活性成分を担
持させた触媒層７が直立して備えられ、その上流面（前
面）に対向して熱線透過体９が配置されている。１０は
排気口である。
【００１０】次にその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内で気化されるとともに充分
予混合されて上部の補助炎口５に送られる。点火時には
まず補助炎口５において点火電極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、触媒層７を昇温させる。所定時間燃焼させて触媒層
７が充分な温度に昇温した時点で、一旦燃料供給を停止
し、補助炎口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８を経て下流側（後面）へと流れる。また触媒層
７の上流側表面で生じた反応熱は、熱線透過体９を一部
は透過して、また一部は熱線透過体９を加熱することに
よってここからの二次放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。
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内で気化されるとともに充分
予混合されて上部の補助炎口５に送られる。点火時には
まず補助炎口５において点火電極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、触媒層７を昇温させる。所定時間燃焼させて触媒層
７が充分な温度に昇温した時点で、一旦燃料供給を停止
し、補助炎口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８を経て下流側（後面）へと流れる。また触媒層
７の上流側表面で生じた反応熱は、熱線透過体９を一部
は透過して、また一部は熱線透過体９を加熱することに
よってここからの二次放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。
【００１１】（実施例１）シリカ・アルミナ・チタニア
を主成分とする厚み5.0mm、7.5mm、10mm、15mmのハニカ
ム状セラミックス（１５０□mm、４００セル／inch2、リフ゛
厚0.15mm）にＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯ2粉末（比表面
積１２０ｍ2／ｇ）１０００ｇ、アルミナ含有率１０ｗ
ｔ％のウォッシュコートバインダー １００ｇ、硝酸ア
ルミニウム９水塩 ８５ｇ、水 １３００ｇおよびジニ
トロジアンミン白金水溶液とジニトロジアンミンパラジ
ウム水溶液をそれぞれＰｔ、Ｐｄ換算で５ｇ、４ｇ加え
てなるウォッシュコートスラリーをそれぞれ２３ｇ、３
４ｇ、４５ｇ、６８ｇ被覆した触媒燃焼用触媒Ａ（ｔ／
ｓ＝約4.4）、Ｂ（ｔ／ｓ＝約6.7）、Ｃ（ｔ／ｓ＝約8.
8）、Ｄ（ｔ／ｓ＝約13.3）を用いて触媒層７を作製し
た。
を主成分とする厚み5.0mm、7.5mm、10mm、15mmのハニカ
ム状セラミックス（１５０□mm、４００セル／inch2、リフ゛
厚0.15mm）にＢａＯ・Ａｌ2Ｏ3・ＣｅＯ2粉末（比表面
積１２０ｍ2／ｇ）１０００ｇ、アルミナ含有率１０ｗ
ｔ％のウォッシュコートバインダー １００ｇ、硝酸ア
ルミニウム９水塩 ８５ｇ、水 １３００ｇおよびジニ
トロジアンミン白金水溶液とジニトロジアンミンパラジ
ウム水溶液をそれぞれＰｔ、Ｐｄ換算で５ｇ、４ｇ加え
てなるウォッシュコートスラリーをそれぞれ２３ｇ、３
４ｇ、４５ｇ、６８ｇ被覆した触媒燃焼用触媒Ａ（ｔ／
ｓ＝約4.4）、Ｂ（ｔ／ｓ＝約6.7）、Ｃ（ｔ／ｓ＝約8.
8）、Ｄ（ｔ／ｓ＝約13.3）を用いて触媒層７を作製し
た。
【００１２】（実施例２）シリカ・アルミナ・チタニア
を主成分とする厚み7.5mm、10mm、15mm、20mmのハニカ
ム状セラミックス（１５０□mm、３００セル／inch2、リフ゛
厚0.25mm）に実施例１と同様に調製したウォッシュコー
トスラリーをそれぞれ３０ｇ，４０ｇ、６０ｇ、８０ｇ
被覆した触媒燃焼用触媒Ｅ（ｔ／ｓ＝約5.4），Ｆ（ｔ
／ｓ＝約7.2），Ｇ（ｔ／ｓ＝約10.8），Ｈ（ｔ／ｓ＝
約14.4）を用いて触媒層７を作製した 。 （実施例３）シリカ・アルミナ・チタニアを主成分
とする厚み10mm、15mm、20mmのハニカム状セラミックス
（１５０□mm、２００セル／inch2、リフ゛厚0.30mm）に実施
例１と同様に調製したウォッシュコートスラリーをそれ
ぞれ３０ｇ、４５ｇ、６０ｇ被覆した触媒燃焼用触媒Ｉ
（ｔ／ｓ＝約4.7），Ｊ（ｔ／ｓ＝約7.0），Ｋ（ｔ／ｓ
＝約9.4）を用いて触媒層７を作製した。
を主成分とする厚み7.5mm、10mm、15mm、20mmのハニカ
ム状セラミックス（１５０□mm、３００セル／inch2、リフ゛
厚0.25mm）に実施例１と同様に調製したウォッシュコー
トスラリーをそれぞれ３０ｇ，４０ｇ、６０ｇ、８０ｇ
被覆した触媒燃焼用触媒Ｅ（ｔ／ｓ＝約5.4），Ｆ（ｔ
／ｓ＝約7.2），Ｇ（ｔ／ｓ＝約10.8），Ｈ（ｔ／ｓ＝
約14.4）を用いて触媒層７を作製した 。 （実施例３）シリカ・アルミナ・チタニアを主成分
とする厚み10mm、15mm、20mmのハニカム状セラミックス
（１５０□mm、２００セル／inch2、リフ゛厚0.30mm）に実施
例１と同様に調製したウォッシュコートスラリーをそれ
ぞれ３０ｇ、４５ｇ、６０ｇ被覆した触媒燃焼用触媒Ｉ
（ｔ／ｓ＝約4.7），Ｊ（ｔ／ｓ＝約7.0），Ｋ（ｔ／ｓ
＝約9.4）を用いて触媒層７を作製した。
【００１３】このようにして得られた触媒層７を使用し
て灯油を燃料とする触媒燃焼装置の連続寿命試験を行っ
た。燃焼条件は空燃比（空気／燃料）１．８、燃焼量２
２００ｋｃａｌ／ｈとした。（表１）に初期と５０００
ｈ後の燃焼特性を示す。
て灯油を燃料とする触媒燃焼装置の連続寿命試験を行っ
た。燃焼条件は空燃比（空気／燃料）１．８、燃焼量２
２００ｋｃａｌ／ｈとした。（表１）に初期と５０００
ｈ後の燃焼特性を示す。
【００１４】
【表１】 図２、図３は（表１）に示す結果をグラフ化したもので
あり、図２はＣＯ／ＣＯ2特性、図３はＨＣ／ＣＯ2特性
である。図から明らかなようにｔ／ｓ＝７（ｍｍ-1）以
上の触媒燃焼装置においては5000h後も優れた燃焼特性
を維持していることがわかる。反対に、連通孔の断面積
と流れ方向の厚みとの比が不充分な触媒層を用いた触媒
燃焼装置では連続試験後の、特にＨＣ／ＣＯ2特性の劣
化が著しくなっていた。
あり、図２はＣＯ／ＣＯ2特性、図３はＨＣ／ＣＯ2特性
である。図から明らかなようにｔ／ｓ＝７（ｍｍ-1）以
上の触媒燃焼装置においては5000h後も優れた燃焼特性
を維持していることがわかる。反対に、連通孔の断面積
と流れ方向の厚みとの比が不充分な触媒層を用いた触媒
燃焼装置では連続試験後の、特にＨＣ／ＣＯ2特性の劣
化が著しくなっていた。
【００１５】触媒Ｇについて、さらに8000h後の燃焼特
性を測定した。その結果ＣＯ／ＣＯ2(×10-5)＝４、Ｈ
Ｃ／ＣＯ2(×10-5)＝５と良好であった。しかし触媒層
７の厚み方向温度分布を測定すると、図４に示すように
初期に比べて温度ピーク位置は約2.5mm下流側に移行
し、上流側温度は約７０℃低下していた。これは触媒層
７の表面からの輻射による暖房・加熱効率が経時的に低
下してきていることを意味する。
性を測定した。その結果ＣＯ／ＣＯ2(×10-5)＝４、Ｈ
Ｃ／ＣＯ2(×10-5)＝５と良好であった。しかし触媒層
７の厚み方向温度分布を測定すると、図４に示すように
初期に比べて温度ピーク位置は約2.5mm下流側に移行
し、上流側温度は約７０℃低下していた。これは触媒層
７の表面からの輻射による暖房・加熱効率が経時的に低
下してきていることを意味する。
【００１６】したがって、ここまで燃焼の中心位置が下
流側に移行していれば、この触媒層７はたとえ燃焼特性
が悪化していなくとも、これ以上使用することなく、寿
命時期に達していると判断し、触媒層７を交換すること
が望ましい（上流側温度における初期からの低下限界温
度を何度に決めるかは使用条件によっても変わる）。連
通孔８の断面積と流れ方向の厚みとの比は充分大きくす
ることが必要であるが、時間経過とともに触媒層７の上
流側は劣化し、触媒層表面温度は低下してくるので、む
やみに連通孔８の断面積と流れ方向の厚みとの比を大き
くするのではなく、ｔ／ｓ＝７〜１２（ｍｍ-1）程度と
することが触媒層７の効率的な活用方法と考えられる。
流側に移行していれば、この触媒層７はたとえ燃焼特性
が悪化していなくとも、これ以上使用することなく、寿
命時期に達していると判断し、触媒層７を交換すること
が望ましい（上流側温度における初期からの低下限界温
度を何度に決めるかは使用条件によっても変わる）。連
通孔８の断面積と流れ方向の厚みとの比は充分大きくす
ることが必要であるが、時間経過とともに触媒層７の上
流側は劣化し、触媒層表面温度は低下してくるので、む
やみに連通孔８の断面積と流れ方向の厚みとの比を大き
くするのではなく、ｔ／ｓ＝７〜１２（ｍｍ-1）程度と
することが触媒層７の効率的な活用方法と考えられる。
【００１７】このように上記実施例によれば、触媒層７
の連通孔８の断面積をｓ、流れ方向の厚みをｔとした場
合、ｔ／ｓ＝７〜１２（ｍｍ-1）程度とすることによ
り、燃焼特性、特に長時間連続使用時の燃焼特性が向上
するという効果が得られる。
の連通孔８の断面積をｓ、流れ方向の厚みをｔとした場
合、ｔ／ｓ＝７〜１２（ｍｍ-1）程度とすることによ
り、燃焼特性、特に長時間連続使用時の燃焼特性が向上
するという効果が得られる。
【００１８】
【発明の効果】本発明は上記実施例より明らかなよう
に、燃料と空気の混合室の下流に備えられた多数の連通
孔を有する触媒層と、触媒層の上流側の表面に対向し
て、配設された熱線透過体と、触媒層の下流側に備えら
れた排気口とを有し、触媒層の連通孔の断面積をｓ、流
れ方向の厚みをｔとすると、ｔ／ｓ＝７（ｍｍ-1）以上
としたものであり、燃焼特性の悪化を抑え、長時間安定
した暖房、加熱、乾燥等を行うことができる。
に、燃料と空気の混合室の下流に備えられた多数の連通
孔を有する触媒層と、触媒層の上流側の表面に対向し
て、配設された熱線透過体と、触媒層の下流側に備えら
れた排気口とを有し、触媒層の連通孔の断面積をｓ、流
れ方向の厚みをｔとすると、ｔ／ｓ＝７（ｍｍ-1）以上
としたものであり、燃焼特性の悪化を抑え、長時間安定
した暖房、加熱、乾燥等を行うことができる。
【図１】本発明の一実施例における触媒燃焼装置の全体
構成を示す要部断面側面図
構成を示す要部断面側面図
【図２】一実施例の触媒燃焼装置の燃焼特性（ＣＯ／Ｃ
Ｏ2）を測定した結果を示す特性図
Ｏ2）を測定した結果を示す特性図
【図３】一実施例の触媒燃焼装置の燃焼特性（ＨＣ／Ｃ
Ｏ2）を測定した結果を示す特性図
Ｏ2）を測定した結果を示す特性図
【図４】一実施例の触媒燃焼装置において空燃比１．
８、燃焼量２２００ｋｃａｌ／ｈで燃焼させた時の触媒
層の厚み方向の温度分布を示す特性図
８、燃焼量２２００ｋｃａｌ／ｈで燃焼させた時の触媒
層の厚み方向の温度分布を示す特性図
４ 混合室 ７ 触媒層 ８ 連通孔 ９ 熱線透過体 10 排気口
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−55409（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−306712（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−306020（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】燃料と空気の混合室の下流に備えられた多
数の連通孔を有する触媒層と、前記触媒層の上流側の表
面に対向して配設された熱線透過体と、前記触媒層の下
流側に備えられた排気口とを有し、前記触媒層において
連通孔の断面積をｓ、流れ方向の厚みをｔとすると、ｔ
／ｓ＝７（ｍｍ-1）以上であることを特徴とする触媒燃
焼装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6164491A JP2720614B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 触媒燃焼装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6164491A JP2720614B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 触媒燃焼装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04297708A JPH04297708A (ja) | 1992-10-21 |
| JP2720614B2 true JP2720614B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=13177136
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6164491A Expired - Lifetime JP2720614B2 (ja) | 1991-03-26 | 1991-03-26 | 触媒燃焼装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2720614B2 (ja) |
-
1991
- 1991-03-26 JP JP6164491A patent/JP2720614B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04297708A (ja) | 1992-10-21 |
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