(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気量過多の希薄混合気を供給する混合気供給手段と、該混合気供給手段からの希薄混合気を流通させることで触媒燃焼し該混合気を昇温する触媒体と、該触媒体から流出する混合気を気相燃焼させる燃焼室とを備えたものに於いて、前記触媒体は波形の金属シートから成る支持体の片面だけに触媒を塗布し、螺旋状に巻き上げてハニカム状に構成し、前記燃焼室は扁平箱状で一端に触媒体と連結する連結部を設けると共に、他端には気相燃焼後の燃焼ガスを放出する放出部を備え、更にこの連結部と放出部とを連通する蛇行状の流通路とで構成された事を特徴とする触媒燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は家庭用の給湯機や、ファンヒ−タ等の暖房器の燃焼部を構成する触媒燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種のものに於いては、例えば特開平２−２３８２０６号公報に開示されている如く、燃料ガスをプレヒ−タで触媒活性化温度まで加熱後、触媒燃焼領域で触媒燃焼させ、次に気相燃焼領域で気相燃焼させることで、ＮＯｘ等の有害物質を発生させない燃焼方法を提供するものであった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところでこの従来のものでは、燃焼量を大きくする為に燃料ガス量及び燃焼空気量を増加させると、気相燃焼を完結し完全燃焼するまでに時間がかかり、長い気相燃焼領域が必要となり、器具が大型化してしまいこれをそのまま小型の家庭用の器具に利用することは出来ないと言う問題点を有するものであった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
この発明はこの点に着目し上記欠点を解決する為、特にその構成を、空気量過多の希薄混合気を供給する混合気供給手段と、該混合気供給手段からの希薄混合気を流通させることで触媒燃焼し該混合気を昇温する触媒体と、該触媒体から流出する混合気を気相燃焼させる燃焼室とを備えたものに於いて、前記触媒体は波形の金属シートから成る支持体の片面だけに触媒を塗布し、螺旋状に巻き上げてハニカム状に構成し、前記燃焼室は扁平箱状で一端に触媒体と連結する連結部を設けると共に、他端には気相燃焼後の燃焼ガスを放出する放出部を備え、更にこの連結部と放出部とを連通する蛇行状の流通路とで構成されたものである。
【０００５】
【作用】
気化ヒ−タ２によって気化可能温度まで加熱された混合気供給手段を構成する気化ポット１内に、燃料である燃油を噴霧すると共に、空気比２近傍の燃焼空気を供給して、予混合して空気量過多の希薄混合気を形成する。
【０００６】
そしてこの希薄混合気は、気化ポット１上方に連通したハニカム状の触媒体８内に流入し、支持体１０に形成された触媒１２上で反応する事による発熱で加熱された触媒体８との熱交換により、希薄混合気は更にこの温度を上昇させる。
【０００７】
更に希薄混合気は触媒体８より流出して該触媒体８上方に連通する燃焼室１４の流通路１８内に流入し、ここで着火手段２１で着火されることで、高温状態で燃焼可能となった希薄混合気が気相燃焼を行うものであり、この流通路１８は蛇行状に構成されており長い燃焼領域を形成するので、燃焼量が増加されても気相燃焼が完結した燃焼ガスを放出部１６から放出し、室内の温風暖房が行えるものである。
【０００８】
従って、長い燃焼室１４を蛇行状の流通路１８で形成することで、コンパクトな燃焼室１４でありながら燃焼量が増加されても、低ＮＯｘの家庭用機器の燃焼装置を提供出来るものである。
【０００９】
更に流通路１８には断熱材１７が装填され且つこの断熱材１７は燃焼室１４壁との間には空隙１９が形成されているので、流通路１８の温度低下を防止して気相燃焼の促進が計られると共に、燃焼時と消火時との温度差による燃焼室１４自体の膨張、収縮を空隙１９が吸収して、断熱材１７の破損を防止することが出来るものである。
【００１０】
又フレームロッド２０を対流ファン２２と対向する燃焼室１４背面に取り付けたことで、高温の気相燃焼に晒されるフレームロッド２０を対流ファン２２の送風で確実に冷却することが出来、炎検知の追従性の向上が計られるものである。
【００１１】
【実施例】
次にこの発明に係る触媒燃焼装置を暖房器のファンヒ−タに備えた一実施例で説明する。
１は上部に気化ヒ−タ２を鋳込んだアルミダイキャスト製の気化ポットで、一側部に燃焼ファン３からの燃焼空気を送風路４を介して吹き出す噴出口５が連通すると共に、該噴出口５には電磁ポンプ（図示せず）と連通し燃油を噴霧するノズル６が備えられ、気化ガスと燃焼空気の予混合気を形成し混合気供給手段を構成するものであり、上部には一体の吸熱筒７を突出成形している。
【００１２】
８は上記気化ポット１の吸熱筒７内方に備えられた触媒体で、吸熱筒７との間にはアルミ片から成るヒートバック調節部材９が備えられ、材質の変更による熱伝導率の変化で気化ポット１へのヒートバック量を調節するようにしている。
【００１３】
前記触媒体８は、波形の金属シ−トから成る支持体１０の片面にウォッシュコ−ト層１１を形成し、ここにパラジウム、白金又は（パラジウム或いは白金を主成分とし）これに銀、金、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、又はイリジウムから選択される、１つ又はそれ以上の補助触媒を包含する触媒１２を塗布し焼成した後、支持体１０を螺旋状に巻上げこれを金属筒１３内に収納してハニカム状に構成したものであり、触媒１２の活性時には混合気の流入で化学反応である触媒燃焼を行うものである。
【００１４】
１４は触媒体８上方に連通する扁平箱状の燃焼室で、一端には吸熱筒７外周まで覆い触媒体８と連通する連結部１５を設けると共に、他端には気相燃焼後の燃焼ガスを放出する上方開口の放出部１６が備えられ、更にこの連結部１５と放出部１６との間を内方に装填されたアルミナ系の断熱材１７で構成した蛇行状の流通路１８で連通して、燃焼量が増加した気相燃焼でも十分燃焼が完結する長さの流通路１８を確保するものであり、ここでは安定した気相燃焼を得る為に、流通路１８の内径を触媒体８と同一径の３５ｍｍとし、最大燃焼量５２００ｋｃａｌ／ｈに対して、長さ８００ｍｍの流通路１８としているもので、燃焼室１４内では着火時は火炎燃焼し、触媒体８温度が活性化温度に達した後は気相燃焼を行うものである。
【００１５】
更に上記流通路１８は、２つのＵ字路を有する折り返し経路としてコンパクト化を計っていると共に、断熱材１７と燃焼室１４壁面との間には空隙１９を形成して、ステンレス製の燃焼室１４の熱による膨張、収縮により断熱材１７の破損を防止しているものであり、又断熱材１７により流通路１８内の熱が外方へ逃げることを防止して気相燃焼の促進を計っているものである。
【００１６】
２０は電極式の着火手段２１と共に触媒体８直上に備えられた炎検知用のフレームロッドで、燃焼室１４背面で対流ファン２２と対向する位置に取り付けられ、対流ファン２２からの送風で冷却され、特に消火時の追従性を良好に保持するものである。
【００１７】
２３は仕切板２４上に立設した燃焼室１４を覆う遮熱枠で、対流ファン２２によって送風される室内空気を、燃焼室１４の放出部１６から放出される燃焼ガスと共に温風として本体枠２５前面の温風吹出口２６に案内するものである。
【００１８】
２７は遮熱枠２３上面との間に冷却路２８を形成し、対流ファン２２の送風の一部を冷却風として流通させることで、本体枠２５上部の温度上昇を抑制する仕切枠である。
【００１９】
２９は対流ファン２２のファンカバー、３０は気化ポット１のバーナカバーである。
又３１は本体枠２５上部に備えられた操作部、３２はカートリッジタンク（図示せず）を本体枠２５内に出し入れする為のタンク蓋、３３は下皿である。
【００２０】
次にこの一実施例の作動について説明する。
今気化ヒ−タ２に通電し気化ポット１が加熱されて気化可能温度に達することで、先ず燃焼ファン３から燃焼空気が供給され、この空気量が安定した所でノズル６から燃油が噴霧されて予混合気が形成されるが、この時の予混合気は触媒体８がまだ加熱されておらず常温であるので、空気比１の状態のままであり、そのまま触媒体８を通って燃焼室１４で着火手段２１で着火され、図７に示す如く着火時は普通の火炎燃焼を行うものであり、この火炎燃焼は最大火力燃焼である。
【００２１】
そしてこの火炎燃焼で触媒体８が加熱され、触媒の活性化温度の２５０℃以上になると、これを温度センサや運転、着火からのタイマカウント等によって検出し、燃油量を減少させて行き空気比２近傍となるように設定する。
【００２２】
これによって気化ポット１内では希薄混合気が形成され、これが活性化温度に達した触媒体８内に流入することで、該触媒体８内では、触媒１２によって燃料と空気とを反応させる触媒燃焼が発生して混合気は温度上昇し、気化ポット１内では１２０〜１５０℃の混合気が、触媒体８内では８００〜９００℃に急速に昇温され、図７の過渡状態を経て燃焼室１４内で自己着火現象によって着火して１２００〜１５００℃の気相燃焼を行うものである。
【００２３】
又この気相燃焼が行われる燃焼室１４内の流通路１８は、蛇行状でコンパクトでありながら長い燃焼領域を形成するので、最大燃焼量５２００ｋｃａｌ／ｈと言う大きな燃焼量で燃焼完結までに時間がかかったとしても燃焼室１４内で確実に気相燃焼を完結させることが出来、従ってこの燃焼後放出部１６から放出される燃焼ガスは、対流ファン２２の送風で温風吹出口２６から温風として吹き出されることで室内の暖房を行うものであるが、希薄混合気の燃焼による暖房であるからＮＯｘ値は１〜２０ＰＰｍで、通常この種ファンヒータのＮＯｘ値１１０〜１２０ＰＰｍに対して極めて低い値であり、環境や人への影響が少ない低公害の暖房器を提供出来るものである。
【００２４】
一方１２００〜１５００℃の高温の気相燃焼が燃焼と消火を繰り返すことで、ステンレス製の燃焼室１４自体が膨張、収縮するが、内方に装填された断熱材１７との間には空隙１９が形成されているので、この膨張、収縮分が空隙１９によって吸収され断熱材１７が破損することを確実に防止することが出来、極めて高温な燃焼でも強固の燃焼室１４で長期に渡って安心して使用出来るものである。
【００２５】
更に着火、消火の検知を行うフレームロッド２０を対流ファン２２と対向する燃焼室１４背面に取り付けることで、高温の燃焼に晒されて特に消火時の追従性が低下するフレームロッド２０の取り付け部分を、対流ファン２２の送風で良好に冷却出来、消火時の追従性を向上させることが出来るものである。
【００２６】
又触媒体８をパラジウムを主成分とする触媒１２で、且つ支持体１０の片面だけにこの触媒１２を塗布したことで、支持体１０の触媒１２を有する壁面から触媒１２を有さず混合気のみが流通する壁面への熱伝導によって、熱が分散し触媒体８はその温度を７５０〜９５０℃に保つことが出来、温度上昇によって溶解したり失火する等の心配がなく、常に良好な触媒燃焼が得られるものである。
【００２７】
尚ここでは石油ファンヒータを実施例として説明したが、その他ガスファンヒータや石油、ガスの給湯機でも良く、同様な効果を有するものである。
【００２８】
【発明の効果】
要するにこの発明は、空気量過多の希薄混合気を供給する混合気供給手段と、該混合気供給手段からの希薄混合気を流通させることで触媒燃焼し該混合気を昇温する触媒体と、該触媒体から流出する混合気を気相燃焼させる燃焼室とを備えたものに於いて、前記触媒体は波形の金属シートから成る支持体の片面だけに触媒を塗布し、螺旋状に巻き上げてハニカム状に構成し、前記燃焼室は扁平箱状で一端に触媒体と連結する連結部を設けると共に、他端には気相燃焼後の燃焼ガスを放出する放出部を備え、更にこの連結部と放出部とを連通する蛇行状の流通路とで構成されたものであるから、触媒体は触媒を有する壁面から触媒を有さず混合気のみが流通する壁面への熱伝導によって、熱が分散し触媒体はその温度を保つことが出来、温度上昇によって溶解したり失火する等の心配がなく、常に良好な触媒燃焼が得られるものであり、更に燃焼量が多い気相燃焼でもコンパクトな燃焼室で確実に燃焼を完結させることが出来、低ＮＯｘの燃焼装置を一般家庭用の機器として提供出来るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明一実施例の触媒燃焼装置を付した暖房器の斜視図。
【図２】同断面図。
【図３】同要部断面図。
【図４】同触媒体の斜視図。
【図５】同触媒体の平面図。
【図６】同触媒体の拡大断面図。
【図７】同着火時の特性図。
【符号の説明】
１  気化ポット
８  触媒体
１４  燃焼室
１５  連結部
１６  放出部
１７  断熱材
１８  流通路
１９  空隙
２０  フレームロッド
２２  対流ファン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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