JP2532152B2 - 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〉 本発明は液体燃料等の触媒燃焼装置に関するものであ
る。

〈従来の技術〉 従来、この種触媒燃焼装置では特公昭61−31778号公
報に示されるように、触媒燃焼に先立ち触媒体を活性化
温度以上に予熱する必要があるため、先ず予熱用バーナ
に点火し、触媒体が活性化温度に達した後、触媒燃焼に
移行させていた。

第３図によって動作を説明すると、燃焼開始時は、先
ずシーズヒータ130を通電して燃焼筒100を加熱する。こ
の燃焼筒100はアルミニュームダイカスト製であるの
で、気化面112だけでなく、拡散板122と予熱用バーナ11
1及び触媒体101も予熱される。しかし、触媒燃焼に必要
な触媒体101の活性温度は800〜1400℃であるのに対し、
灯油の場合気化面112の適温は250〜300℃であるので、
最初から触媒燃焼させることはできない。

そこで、気化面112が上記の適温に達したことを気化
面近傍の燃焼筒100に取付けた温度センサー（図示せ
ず）が検知すると、モータ115が回転し、ターボファン1
34や液体燃料霧化板133が回転される。数秒遅れて電磁
ポンプ131が作動し、液体燃料が回転しているコーン132
から上記霧化板133を伝わって気化面112に散布され、瞬
時に気化される。一方、燃焼用空気は上記ターボファン
134によって、外気取入口137,138→断熱空間139→空気
取入口140→起風室141を通り二つに分流し、一方は燃焼
用空気導入口142を通り、燃焼筒100内に入り気化面112
によって気化した液体燃料ガスと拡散板122によって混
合されて予混合ガスとなって予熱用バーナ111を通過す
る。

その時、触媒体101の裏側にある電極123がスパーク
し、予熱用バーナ111に開けた微小孔135において小さな
炎を形成し、触媒体101が加熱される。触媒体101の温度
が上記活性温度に達すれば、予混合ガス量と空気の比率
を増加させると、微小孔135における予混合ガスの通加
速度が、微小孔135における燃焼速度を上回るため炎の
保持ができなくなって、孔径が微小孔135より大きく、
且つ担持させた酸化触媒によって燃焼速度が早く、通過
速度と燃焼速度のバランスが保たれる触媒体101の小孔1
36において触媒燃焼が開始される。

〈発明が解決しようとする課題〉 ところが上記した従来の触媒燃焼装置では、予熱燃焼
から触媒燃焼への移行に際し、燃料量と送風量の両方を
変える必要があって、構造や制御系が複雑となるという
課題があった。

本発明はこのような課題を解決するためになされたも
のであって、触媒燃焼時もエジェクター方式の予熱用バ
ーナを介して燃料ガスを供給するため、予熱燃焼時の一
次空気に相当する燃焼用空気が燃料ガス量に比例して供
給される。一方、予熱用バーナの周辺から予熱燃焼時に
二次空気として供給されていた一定量の空気も予熱用バ
ーナから吐出する予混合ガスに全一次空気として混合さ
れる。したがって、予熱燃焼から触媒燃焼への移行に際
し、燃料ガス量や送風量を制御しなくてよい。また、定
常触媒燃焼時において、燃料ガス量が減少した時は空気
比率が高くなり、燃焼速度が遅くなるため、触媒体にお
ける予混合ガスの通過量が減少し、通加速度が遅くなっ
ても逆火せず構造や制御系が簡単な触媒燃焼装置を提供
することを目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 上記目的を達成するためこの発明は、予混合ガスに点
火、燃焼させて下流に設けた触媒体を加熱する予熱用バ
ーナを有し、当該触媒体が活性化温度に達した時に、上
記予熱用バーナにおける燃焼から上記触媒体を用いた触
媒燃焼に移行させる触媒燃焼装置において、上記触媒体
と予熱用バーナとの間を混合室とすると共に、この混合
室と区画された減圧室を設け、上記予熱用バーナはこの
減圧室にスロート孔を開口し、こゝに供給される燃焼用
ガス流に伴なって発生するエジェクション効果によって
一次空気を吸引して燃焼し、燃焼後のガスを上記混合室
に排出する。

一方、送風機からの風は上記混合室の外周を迂回させ
て、触媒体からの輻射熱で加熱されている混合室の側壁
で熱交換して予熱し、予熱燃焼時の一次空気は一次空気
口を介して上記減圧室に導入し、二次空気は二次空気口
を介して上記混合室に導入し、触媒燃焼時は上記一次空
気と二次空気を合わせて全一次空気としたことを特徴と
する。

〈作用〉 上記構成において、触媒燃焼用の触媒体の予熱に用い
る予熱用バーナは、燃焼用ガス流に伴って発生するエジ
ェクション効果によって燃焼用一次空気を自然に吸引し
て燃焼する。予熱用バーナの火炎燃焼によって触媒体が
所定の温度になると、一旦燃料の供給を停止して火炎を
消し、再度燃料を供給すると、今度は触媒燃焼を開始す
る。

触媒燃焼時もこの予熱用バーナを利用して燃焼用全一
次空気の一部を燃焼用ガス量に比例させて供給すると共
に、予熱燃焼時の燃焼用二次空気を上記予熱用バーナか
ら供給される予混合ガスと混合室にて混合し、全一次空
気式燃焼用ガスとして触媒体に供給して触媒燃焼するこ
とができる。

また、送風機から送られる燃焼用の空気は、上記混合
室の周囲を迂回する時に予熱されており、送風経路全体
が温められているので、気化した燃焼用ガスは予熱用バ
ーナ等に接触しても凝縮することはない。

〈実施例〉 以下、本発明をその実施例を示す図面に基づいて詳述
する。第１図は本実施例に係る触媒燃焼装置の概略断面
図であり、第２図は第１図のＡ−Ａ′における断面図で
ある。１は遠赤外線放射効率の優れた耐熱性無機質担体
にPt、Rh、Pd、Ru、Ir等の白金族金属の酸化触媒のうち
少なくとも１種類以上を担持させた触媒体であり、箱体
２の開口部に持着されている。箱体２は外箱３、中箱４
と内箱５とで略３重に構成されている。内箱底面5aの上
方にはバーナ取付板６が内箱５内面に四辺を密接して取
着されている。バーナ取付板６と内箱底面5aの間には、
第１の仕切板７と第２の仕切板８が四辺をバーナ取付板
６と内箱５に密接して取着されて減圧室９を形成してい
る。減圧室９側壁には調整孔10が設けられ、予熱用バー
ナ11のスロート部11aに供給される１次空気を略大気圧
に調整できるようになっている。仕切板７には予熱用バ
ーナのスロート部11aが埋設されている。仕切板８には
気化器12のノズル部12aが埋設されており、スロート部1
1aの中心軸軸はノズル部12aの中心軸と略一致するよう
に配設されている。内箱底面5aには１つ以上の二次空気
孔13が設けられている。外箱底面と中箱底面及び外箱側
壁とで包囲される空気は加圧室14を形成し、送風機15か
ら送られる燃焼用全空気は外箱側壁に設けられた送風口
15aから先ず加圧室14に入る。

次に、外箱３と中箱４の空間を通って上方に送られ
る。そうして、箱体２の上部に達した上記全空気は中箱
天面と中箱天面及び中箱側壁とで形成される戻口19から
中箱側壁4bと内箱側壁5bとの空間20を下方に進む。その
後、この全空気は予熱燃焼時の呼び方で一次空気と二次
空気に別れ、一次空気は調整孔10から減圧室９に入り、
気化器のノズル部12aから噴出する気化ガスのエジェク
ション効果によって予熱用バーナのスロート部11aに吸
込まれる。一方の二次空気は二次空気孔13から予熱用バ
ーナ11とバート取付板６の間隙を通って混合室21へ供給
される。また、内箱側壁5bには予熱燃焼時の火炎又は触
媒燃焼時の予混合ガスと二次空気孔から供給される燃焼
用空気の混合と拡散を促進し、触媒体１に均一な燃焼
熱、又は予混合ガスを供給するための断面ヘ字状の拡散
板22が取着してある。この拡散板22の曲げ角度を調整す
ることによって、触媒体１を予熱するための火炎燃焼時
及び触媒燃焼時の触媒体１の均熱化が図られるように形
成されている。

次に触媒燃焼装置の動作について説明する。まず気化
器12の予熱ヒータ（図示せず）と点火用ヒータ23に通電
する。気化器12の温度が例えば灯油の場合250〜300℃に
なると、送油ポンプ（図示せず）を動作させて気化器12
に灯油を供給する。気化器12の中で灯油は直ちに気化し
てノズル部12aから予熱用バーナのスロート部11aに向か
って噴出する。同時に送風機15が動作し、燃焼用全空気
が箱体２内を上記した経路を通って送られる。予熱時の
一次空気は調整孔10を通って減圧室９へ流入する。減圧
室９内の圧力は大気圧に近くなっている。従って、上記
ノズル部12aからの燃焼用ガスの噴出量及び噴出速度に
比例した一次空気が供給されるように形成されており、
液体燃料量と一次空気量の比率が燃焼適正範囲である例
えば1.0〜1.5に自律調整されるようになっている。予熱
用バーナ11の中で混合された燃焼用ガスと一次空気の予
混合ガスは予熱用バーナの炎口11bから吐出される。こ
の時点火ヒータ23が赤熱しているため、予混合ガスは引
火して火炎燃焼を開始する。この火口11bの上方に固設
されているフレームセンサー24が炎口11bでの火炎燃焼
を検知すると点火用ヒータ23への通電を停止し、以後約
１分間火炎燃焼を継続させる。その時、上記二次空気孔
13を通り、バーナ取付板６と予熱バーナ11の間隙から混
合室21に供給される二次空気は拡散板22によって火炎と
均一に混合、拡散されて二次燃焼を行ない触媒体１を加
熱する。

温度センサー25によって触媒体１の温度が触媒燃焼に
必要な活性温度、例えば750℃になったことが検知され
ると５〜６秒間上記送油ポンプを停止させ、予熱用バー
ナ11での火炎燃焼を停止する。その後送油を再開する
と、上記炎口11bから吐出する予混合ガスは点火ヒータ2
3への通電が行なわれていないため、炎口11bにおける火
炎燃焼をすることができない。そうして、予熱バーナ11
の周囲から供給される予熱時の二次空気と拡散板22によ
って混合、拡散され火炎燃焼が困難な希薄な全一次空気
の予混合ガスとなって触媒体１に到達する。触媒体１は
熱容量があり、火炎燃焼停止から短時間しか経過してお
らず、触媒燃焼に必要な活性温度例えば500〜750℃を保
持しているので直ちに触媒燃焼を開始する。

触媒体１は予混合ガスが完全に燃焼するために十分な
大きさを有しており、CO、HC、NO_X等の有害ガスを殆ん
ど発生しない。また、予混合ガスの空燃比は２〜４位に
なっているのでまず逆火することはない。しかし、強い
逆風や何等かの異常によって逆火し、予熱バーナの炎口
11bにおける火炎燃焼が発生した場合は、フレームセン
サー24の検知に基づき燃焼を停止させるようになってい
る。

定常触媒燃焼時は燃焼用全空気の送風量は一定のま
ま、送油ポンプによる送油量を変えるだけで、燃焼用空
気量を変えなくても初熱量を変えることができる。触媒
体１の温度は常に500〜750℃に保持されるようになって
いる。この時、特に内箱側壁5bの温度は触媒体予熱時に
は予熱用バーナ11による火炎燃焼の熱で触媒燃焼時には
触媒体１の輻射熱で温度上昇する。しかし、燃焼用全空
気がこの側壁5bと中箱側壁4bの空間20を通過するとき熱
交換を行い、上記側壁5bと4bだけでなく箱体２全体を冷
却し、この全空気は温められて約100℃になる。従っ
て、ノズル部12aから噴出した気化ガスが予熱用バーナ1
1の中や拡散板22に触れても凝縮しない。

消火する時は送油ポンプを停止しても気化器12や予熱
用バーナ11から触媒体１に至る経路の燃料が瞬時には無
くならないため、送風機15も同時に停止させると未燃焼
ガスが発生し臭気の原因となるため、又触媒体１は熱容
量があってしばらくは活性温度を維持しているため、送
風機15の停止を１分間位遅らせて燃料を完全に燃焼させ
てしまうと共に触媒燃焼装置の冷却も行う。

〈発明の効果〉 本発明の触媒燃焼装置は以上のように構成されたもの
であるので、予熱燃焼から触媒燃焼に移行する際も送風
量を変える必要がないから、送風機の回転数を制御した
り、ダンパーの切換により送風量を制御する場合に比
し、構造及び制御系の簡素化が図れ、しかも、送風機の
みが何等かの故障で急に止まってしまった場合も、予熱
用バーナー上で完全燃焼できるので未燃焼のガスを排出
することがなく、そのうち触媒体の温度変化から異常を
検知して停止できるので、常に安全を維持することがで
き、そのうえ予熱通路で一次空気及び二次空気を予熱す
るので、気化器等への通電が軽減され、消費電力の低減
を図ることができる等本発明は優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に係る触媒燃焼装置の概略を示す正面断
面図、第２図は第１図に示すＡ−Ａ′の概略断面図、第
３図は従来の触媒燃焼装置を示す側面断面図である。 １……触媒体、２……箱体、11……予熱用バーナ、12…
…気化器、13……二次空気孔、22……拡散板

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】予混合ガスに点火、燃焼させて下流に設け
   た触媒体を加熱する予熱用バーナを有し、当該触媒体が
   活性化した時に上記予熱用バーナにおける燃焼から上記
   触媒体を用いた触媒燃焼に移行する触媒燃焼装置におい
   て、上記触媒体と予熱用バーナとの間を混合室とすると
   共にこの混合室と区画された減圧室を設け、上記予熱用
   バーナはこの減圧室にスロート孔を開口し、ここに供給
   される燃焼用ガス流に伴って発生するエジェクション効
   果によって一次空気を吸引して燃焼を行い、燃焼後のガ
   スを上記混合室へ流出させるバーナとし、且つ、燃焼用
   送風機にて送風される一次空気及び二次空気を上記混合
   室の外周を迂回させて上記混合室の壁面で熱交換して予
   熱する予熱通路を設け、上記予熱通路で予熱した一次空
   気を上記減圧室に導く一次空気口と上記予熱通路で予熱
   した二次空気を混合室に導く二次空気口を設けた触媒燃
   焼装置。