JPH0989210A - 触媒燃焼装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低燃焼量領域の燃焼安定性がよく、触媒燃焼
移行時の排ガス特性がよく、高効率な輻射暖房ができる
触媒燃焼装置を提供すること。 【構成】 予混合気を噴出させる予混合気噴出孔６と、
その予混合気の噴出方向と直交する方向に空気を噴出さ
せる空気噴出孔１１と、予混合気を通して触媒燃焼を行
うための通気性を有する平面状の主触媒体１と、その主
触媒体１の予混合気上流側に、主触媒体１の上流端面が
熱線透過体３の両端を結ぶ平面よりも前方になるように
配設された略半円筒形状の熱線透過体３とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として、家庭
用、または業務用の輻射暖房に適用する触媒燃焼装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、白金やパラジウム等の貴金属を触
媒とし、天然ガス等の触媒燃焼により、触媒体を赤熱さ
せ、輻射暖房を行なう触媒燃焼装置が提案されている。
このような触媒燃焼装置により高効率な輻射暖房を実現
させるために、触媒の劣化を抑制できる範囲で触媒体温
度を高めたり、触媒体の赤熱面積を増加させる方法が適
用されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来例の触媒燃焼装置
には、以下に説明する課題がある。

【０００４】まず、触媒燃焼により、触媒体を赤熱さ
せ、快適な輻射暖房を実現しようとしても、触媒体から
放射される赤外線の大部分は、燃焼装置内で反射、吸収
され、輻射指向性が強く、有効に輻射暖房に活かされて
いなかった。次に、触媒燃焼として、低燃焼量領域で燃
焼安定性が不十分となり、燃焼量可変範囲（以下、ＴＤ
Ｒとする）を拡大し難かった。また、暖房効果を高めよ
うとして、触媒体を大きくすると、触媒体の予熱が不十
分になり、触媒燃焼移行時に排ガス特性が悪化しやすか
った。

【０００５】本発明は、従来の触媒燃焼装置のこのよう
な課題を考慮し、低燃焼量領域の燃焼安定性がよく、触
媒燃焼移行時の排ガス特性がよく、高効率な輻射暖房が
できる触媒燃焼装置を提供することを目的とするもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、予混合気を噴
出するための予混合気噴出部と、その噴出される予混合
気を通して触媒燃焼を行うための通気性を有する、例え
ば平板状の触媒体と、その触媒体の予混合気上流側の周
囲を囲むように設けられた熱線透過体とを備えた触媒燃
焼装置である。例えば、熱線透過体を略半円筒形状と
し、触媒体の上流端面を熱線透過体の両端を結ぶ平面よ
りも前方、または同位置に設置させることにより、触媒
燃焼時に平面状の触媒体の上流面が赤熱され、半球状に
放射エネルギーが射出され、触媒体からの放射エネルギ
ーは熱線透過体を透過し、有効に輻射暖房に活かされ
る。更に、予混合気を熱線透過体に衝突させることによ
って、熱線透過体の熱を強制対流熱伝達により、予混合
気に与え、燃焼安定性を向上させ、ＴＤＲを拡大する。

【０００７】また、本発明は、予混合気を通して触媒燃
焼を行うための通気性を有する触媒体と、その触媒体の
予混合気上流側に配設された熱線反射部と、表面が熱線
吸収材で被覆され、触媒体周囲を支持する支持部材とを
備え、熱線反射部は支持部材に対して熱線を反射する触
媒燃焼装置である。これにより、赤熱された触媒体から
射出される熱線の一部を熱線反射部で反射させ、触媒体
を支持する支持部材に吸収させることにより、触媒燃焼
が不安定になりやすい触媒面周囲部の温度低下を抑制し
て触媒温度分布を均一化し、燃焼安定性を向上させる。

【０００８】また、本発明は、予混合気を噴出させる予
混合気噴出孔と、その予混合気の噴出方向と交差する方
向に空気を噴出させる空気噴出孔と、予混合気を通して
触媒燃焼を行うための通気性を有する触媒体と、燃焼開
始時に予混合気噴出孔の近傍で火炎を発生させ、触媒体
を均一に加熱するように空気噴出孔から噴出する空気の
量を調節し、触媒体加熱後、予混合気の供給を一時停止
した後、再び、予混合気を供給して触媒燃焼に移行させ
る燃焼制御手段とを備えた触媒燃焼装置である。このよ
うに、燃焼開始時の火炎燃焼時の火炎形態を触媒体を均
一に加熱できるように最適化することにより、触媒燃焼
移行時に発生しやすかった未燃成分の炭化水素（ＨＣ）
や一酸化炭素（ＣＯ）を抑制し、排ガス特性を改善す
る。

【０００９】また、本発明は、空気比１未満の予混合気
を供給するための予混合気噴出部と、その予混合気を通
して触媒燃焼を行うための通気性を有する触媒体と、予
混合気を空気比１以上で触媒燃焼させるために触媒体の
下流面近傍に空気を供給する空気供給部とを備えた触媒
燃焼装置である。これにより、触媒体上流面近傍で空気
比１未満の還元雰囲気で低温活性を高めながら触媒燃焼
させるとともに、触媒体下流面近傍で未燃成分を完全酸
化させて排ガス特性も良好にする。この方法は特に燃焼
安定性が不十分となりやすい低燃焼量領域で有効とな
り、ＴＤＲ拡大が可能となる。

【００１０】

【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。 （実施の形態１）図１は、本発明にかかる実施の形態１
の触媒燃焼装置の断面図であり、図２は、その実施の形
態１のＡＡにおける断面図である。本実施の形態１の触
媒燃焼装置の主要部は主触媒体１、主触媒体支持部２、
熱線透過体３、上反射板４、下反射板５であり、主触媒
体１は通気性を有する平面状のコージライトハニカムを
担体とし、パラジウム、白金等の貴金属系触媒を担持し
たものである。熱線透過体３は略半円筒形状のガラスで
形成しており、主触媒体１の予混合気上流側に、主触媒
体１に対向させるように直立させ、主触媒体１の上流端
面を熱線透過体３の両端を結ぶ平面よりも前方に設置さ
せている。本実施の形態では、主触媒体１の上流端面が
熱線透過体３の両端を結ぶ平面よりも前方になるように
設置させているが、これを主触媒体１の上流端面が熱線
透過体３の両端を結ぶ平面と同位置になるようにしても
良い。

【００１１】又、下反射板５には、予混合気を熱線透過
体３に衝突させる予混合気噴出孔６を有する予混合気分
岐管７、予混合気供給管８、空気供給管９、保炎リング
１０を設置しており、予混合気に直交して空気を噴出さ
せる空気噴出孔１１も設けている。予混合気噴出孔６近
傍に点火ヒーター１２の発熱部が位置するように、点火
ヒーター１２を支柱１３に取り付けている。下反射板５
の下部には前カバー１４を設けており、支柱１３や前カ
バー１４は底板１５に固定している。

【００１２】一方、主触媒体１の下流側には排気筒１
６、排気ダクト１７を設けており、排気筒１６の内部に
は補助触媒体１８を設置している。補助触媒体１８は主
触媒体１と同様、通気性を有するコージライトハニカム
を担体とし、パラジウム、白金等の貴金属系触媒を担持
したものである。排気ダクト１７の下流側には排気孔１
９を有する排気カバー２０を設けており、排気カバー２
０の上部には天板２１を設け、底板１５と天板２１を後
板２２で固定している。

【００１３】上述の予混合気噴出孔６及び予混合気分岐
管７が予混合気噴出部を構成している。又、図示してい
ないが、予混合気噴出孔６からの予混合気の噴出量や噴
出のタイミング、空気噴出孔１１からの空気の噴出量や
噴出のタイミング、及び点火ヒーター１２の点火等を制
御する燃焼制御手段が設けられている。

【００１４】次に、上記実施の形態１の触媒燃焼装置の
動作について、図面を参照しながら説明する。

【００１５】まず、予混合気供給管８に予混合気を供給
すると、予混合気は予混合気分岐管７の予混合気噴出孔
６からほぼ水平方向に噴出し、予熱された点火ヒーター
１２により、着火して予混合気噴出孔６近傍に火炎を形
成する。この状態で主触媒体１を加熱した後、予混合気
の供給を停止し、再び、予混合気を供給して触媒燃焼に
移行させる。そうすると、触媒燃焼により、主触媒体１
の上流面が赤熱され、半球状に放射エネルギーが射出さ
れる。主触媒体１の予混合気上流側には、略半円筒形状
の熱線透過体３を、主触媒体１の上流端面が熱線透過体
３の両端を結ぶ平面よりも前方（同位置でも可）になる
ように設置しているため、主触媒体１からの放射エネル
ギーは熱線透過体３を透過し、有効に輻射暖房に活かさ
れる。ここで、熱線透過体３の特性上、特定波長の赤外
線は透過できずに熱線透過体３に吸収されるが、二次輻
射として熱線透過体３から放射エネルギーを射出するた
め、熱線透過体３を略半円筒形状とすることにより、輻
射効率を著しく、高めることができる。又、主触媒体１
を平面状とすることにより、機械的強度、加工性を高め
るとともに、触媒燃焼の均一化を図りやすくなる。一
方、主触媒体１を通過した排気ガスは排気筒１６内の補
助触媒体１８で浄化され、排気ダクト１７を通り、排気
カバー２０の排気孔１９から排出される。

【００１６】上述のように、排気ガスを前方に排出させ
る複数の排気孔１９を有する排気カバー２０を熱線透過
体３の上方に設けることにより、排熱の一部を排気カバ
ー２０で回収し、排気カバー２０から射出される放射エ
ネルギーとして、輻射暖房に有効利用することができ
る。

【００１７】又、主触媒体１の予混合気上流側に熱線透
過体３が配設されているので、予混合気を予混合気噴出
孔６から噴出させて熱線透過体３に衝突させる構成とす
ることにより、熱線透過体３の熱を強制対流熱伝達によ
り、予混合気に与え、燃焼安定性を向上させ、触媒燃焼
としてＴＤＲを拡大することが可能となる。

【００１８】更に、主触媒体１の予混合気上流側に熱線
反射部（図示せず）を設け、主触媒体１を支持する支持
部材である金属製の主触媒体支持部２の表面を熱線吸収
材で被覆し、赤熱された主触媒体１から射出される熱線
の一部を熱線反射部で反射させ、主触媒体支持部２の表
面に吸収させることにより、触媒燃焼が不安定になりや
すい触媒面周囲部の温度低下を抑制して触媒温度分布を
均一化し、燃焼安定性を向上させることができる。

【００１９】以上のように、燃焼開始時に予混合気噴出
孔６の近傍に火炎を発生させ、空気噴出孔１１から噴出
する空気の量を調節して火炎燃焼時の火炎形態を主触媒
体１を均一に加熱できるように最適化することにより、
触媒燃焼移行時に発生しやすかった未燃成分のＨＣやＣ
Ｏを抑制し、排ガス特性を改善することが可能となる。
ここで、空気噴出孔１１から噴出する空気を予混合気噴
出孔６から噴出する予混合気に直交させているため、空
気比の変化により、容易に火炎形態を変化させることが
できる。暖房効果を高めようとして、触媒体を大きくす
ると、触媒体の予熱が不十分になり、触媒燃焼移行時に
排ガス特性が悪化しやすかったため、この方法は暖房効
果向上に有効である。 （実施の形態２）次に、本発明の実施の形態２について
説明する。図３は、本発明にかかる実施の形態２の触媒
燃焼装置の断面図である。図３において、本実施の形態
２の触媒燃焼装置では、図１の触媒燃焼装置に、更に排
気筒１６の下部に二次空気噴出孔２３を有する二次空気
分岐管２４、二次空気供給管２５を設けている。この二
次空気噴出孔２３、二次空気分岐管２４、及び二次空気
供給管２５が空気供給部を構成している。

【００２０】本実施の形態２では、主触媒体１の上流側
に空気比１未満の予混合気を供給し、主触媒体１の下流
面近傍に二次空気噴出孔２３から二次空気を供給して空
気比１以上とすることにより、主触媒体１の上流面近傍
で空気比１未満の還元雰囲気で低温活性を高めながら触
媒燃焼させるとともに、主触媒体１の下流面近傍で未燃
成分を完全酸化させて排ガス特性も良好にする。この方
法は特に燃焼安定性が不十分となりやすい低燃焼量領域
で有効となり、ＴＤＲ拡大が可能となる。メタン等の反
応性が悪い燃料ガスについても還元雰囲気で触媒燃焼さ
せることにより、安定燃焼範囲が拡大する。

【００２１】上述のように、主触媒体１を直立させ、主
触媒体１の下流面に沿って下から上へ二次空気を供給す
ることにより、主触媒体１の下流面近傍における拡散を
促進し、未燃成分の酸化反応性を向上させることができ
る。

【００２２】以上のように、本発明の触媒燃焼装置によ
れば、触媒体の予混合気上流側に略半円筒形状の熱線透
過体を設け、触媒体の上流端面からの放射エネルギーを
有効に利用することにより、高効率輻射暖房を実現する
ことができ、また、予混合気を熱線透過体に衝突させる
ことによって、強制対流熱伝達により、熱線透過体の熱
で予混合気を予熱し、燃焼安定性を向上させ、ＴＤＲを
拡大することが可能となる。

【００２３】又、熱線の一部を熱線反射部で反射させ、
触媒体を支持する金属表面に吸収させることにより、触
媒燃焼が不安定になりやすい触媒面周囲部の温度低下を
抑制して触媒温度分布を均一化し、燃焼安定性を向上さ
せることができる。

【００２４】又、火炎燃焼時の火炎形態を触媒体を均一
に加熱できるように最適化することにより、触媒燃焼移
行時に発生しやすかった未燃成分のＨＣやＣＯを抑制
し、排ガス特性を改善することが可能となる。

【００２５】又、触媒体上流面近傍で空気比１未満の還
元雰囲気で低温活性を高めながら触媒燃焼させるととも
に、触媒体下流面近傍で未燃成分を完全酸化させること
により、燃焼安定性が不十分となりやすい低燃焼量領域
における燃焼特性を改善し、ＴＤＲ拡大が可能となる。

【００２６】なお、上記実施の形態では、いずれも熱線
透過体の形状を略半円筒形状としたが、これに限らず、
触媒体からの熱線を効率よく透過できれば、例えば多角
形等、他の形状であってもよい。

【００２７】また、上記実施の形態では、いずれも予混
合気の噴出方向と空気の噴出方向を直交する方向とした
が、これに限らず、触媒体を均一に加熱できる範囲で調
節できれば、直交していなくても交差していればよい。

【００２８】

【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、低燃焼量領域の燃焼安定性がよく、触媒燃焼移
行時の排ガス特性がよく、高効率な輻射暖房ができると
いう長所を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる実施の形態１の触媒燃焼装置の
断面図である。

【図２】上記実施の形態１の触媒燃焼装置のＡＡにおけ
る断面図である。

【図３】本発明にかかる実施の形態２の触媒燃焼装置の
断面図である。

【符号の説明】

１ 主触媒体 ３ 熱線透過体 ６ 予混合気噴出孔 １１ 空気噴出孔 １２ 点火ヒーター １６ 排気筒 １８ 補助触媒体 ２０ 排気カバー ２３ 二次空気噴出孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前西 晃 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

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予混合気を噴出するための予混合気噴出
   部と、その噴出される予混合気を通して触媒燃焼を行う
   ための通気性を有する、平板状の触媒体と、その触媒体
   の予混合気上流側の周囲を囲むように設けられた熱線透
   過体とを備えたことを特徴とする触媒燃焼装置。
2. 【請求項２】 予混合気を噴出するための予混合気噴出
   部と、その噴出される予混合気を通して触媒燃焼を行う
   ための通気性を有する、触媒体と、その触媒体の予混合
   気上流側の周囲を囲むように設けられた熱線透過体とを
   備え、 前記予混合気噴出部は、前記予混合気を前記熱線透過体
   に衝突させるように噴出させる予混合気噴出孔を有する
   ことを特徴とする触媒燃焼装置。
3. 【請求項３】 熱線透過体は円筒形であることを特徴と
   する請求項１、又は２記載の触媒燃焼装置。
4. 【請求項４】 熱線透過体の上方に設けられ、前記予混
   合気が前記触媒体を通過して生成した排気ガスを前方に
   排出させる複数の排気孔を有する排気カバーを備えたこ
   とを特徴とする請求項１、又は２記載の触媒燃焼装置。
5. 【請求項５】 予混合気を通して触媒燃焼を行うための
   通気性を有する触媒体と、その触媒体の予混合気上流側
   に配設された熱線反射部と、表面が熱線吸収材で被覆さ
   れ、前記触媒体周囲を支持する支持部材とを備え、前記
   熱線反射部は前記支持部材に対して熱線を反射すること
   を特徴とする触媒燃焼装置。
6. 【請求項６】 予混合気を噴出させる予混合気噴出孔
   と、その予混合気の噴出方向と交差する方向に空気を噴
   出させる空気噴出孔と、前記予混合気を通して触媒燃焼
   を行うための通気性を有する触媒体と、燃焼開始時に前
   記予混合気噴出孔の近傍で火炎を発生させ、前記触媒体
   を均一に加熱するように前記空気噴出孔から噴出する空
   気の量を調節し、前記触媒体加熱後、前記予混合気の供
   給を一時停止した後、再び、前記予混合気を供給して触
   媒燃焼に移行させる燃焼制御手段とを備えたことを特徴
   とする触媒燃焼装置。
7. 【請求項７】 空気比１未満の予混合気を供給するため
   の予混合気噴出部と、その予混合気を通して触媒燃焼を
   行うための通気性を有する触媒体と、前記予混合気を空
   気比１以上で触媒燃焼させるために前記触媒体の下流面
   近傍に空気を供給する空気供給部とを備えたことを特徴
   とする触媒燃焼装置。
8. 【請求項８】 触媒体は直立して設けられており、前記
   空気供給部は、前記触媒体の下流面に沿って下から上へ
   空気を供給することを特徴とする請求項７記載の触媒燃
   焼装置。