| 【発明の名称】 |
触媒燃焼装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】薮内 秀隆
【氏名】日下 貴晶
【氏名】宇野 浩
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| 【要約】 |
【課題】気体燃料または液体燃料を燃焼させ、ポータブルの小型熱源として携帯用暖房器などに応用される触媒燃焼装置において、定常燃焼時の燃焼特性を低下させずに着火性の向上を図ることを目的としている。
【解決手段】燃料ガスを噴出させるガスノズル１６と、ガスノズル１６から噴出される燃料ガスと空気とを混合して混合ガスにする混合部２０と、前記空気を供給する吸気管１８と、吸気管１８の途中に設けられ空気通路面積を可変する空気量可変手段１７と、内部に触媒体２２を有し前記混合ガスを燃焼する燃焼室２１とを備え、前記空気量可変手段１７は外部から操作可能にするとともに、点火時と点火後とで空気通路面積を可変にする。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 燃料ガスを噴出させるガスノズルと、ガスノズルから噴出される燃料ガスと空気とを混合して混合ガスにする混合部と、前記空気を供給する吸気管と、前記吸気管の途中に設けられ空気通路面積を可変する空気量可変手段と、内部に触媒体を有し前記混合ガスを燃焼する燃焼室とを備え、前記空気量可変手段を外部から操作可能にするとともに、点火時と点火後とで空気通路面積を可変にする触媒燃焼装置。
【請求項２】 空気量可変手段を、可動弁と、前記可動弁で開閉される弁座と、可動弁を開方向に付勢する付勢手段からなり、閉弁時に空気通路面積を開弁時より所定比率だけ絞るようにした請求項１記載の触媒燃焼装置。
【請求項３】 弁座側に絞り穴を設け、閉弁時に可動弁により弁座が密閉される請求項２記載の触媒燃焼装置。
【請求項４】 可動弁と弁座の少なくとも一方の当接面に弾性体を設けた請求項２または３記載の触媒燃焼装置。
【請求項５】 混合ガスに点火する点火手段を設け、前記点火手段の点火操作に連動して空気量可変手段が操作される請求項１〜４のいずれか１項記載の触媒燃焼装置。
【請求項６】 異常時に燃料ガスの供給を遮断する遮断弁を有し、遮断弁を開く開弁操作に連動して空気量可変手段が操作される請求項１記載の触媒燃焼装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、気体燃料または液体燃料を燃焼させる触媒燃焼装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の触媒燃焼装置は、例えば図６に示すような構成になっている。１はブタンやプロパン等の液化石油ガスを蓄えるガスタンクで、ガスタンク１内の燃料ガスはガス流路２を通り開閉弁３を経てガスノズル４から噴出される。ガスノズル４から噴出したガスは、ガス流の噴出効果により吸気口５から空気を吸引し、混合部６で空気と混合して混合ガスとして燃焼室７に供給される。燃焼室７の内部には触媒体８を備えており、混合ガスが触媒体８を通過するときに触媒作用によって燃焼し、燃焼熱を発生する。
【０００３】９は圧電素子などからなる点火装置で、燃焼室７の混合ガス入口７ａと反対側の面７ｂに設けた点火プラグ１０と接続されている。始動時には点火装置９を操作し点火プラグ１０から飛ばしたスパークによって、前記混合ガスに点火する。この点火によって触媒体８の下流端に火炎が形成され、この火炎によって触媒体８が加熱される。こうして触媒体８の温度が上昇して活性温度に達すると、触媒体８の表面で触媒燃焼が開始する。触媒燃焼が開始すると、触媒体８の下流にはガスが供給されなくなるため火炎は消滅する。そして燃焼室７に供給される混合ガスは、触媒体８の全体で触媒燃焼し、燃焼ガスは排気口１１から排出される。
【０００４】このような触媒燃焼装置はポータブルの小型熱源として、携帯用アイロンや衣服内暖房器、温熱治療器などに応用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の触媒燃焼装置は、始動時の着火性が十分ではないという課題を有している。
【０００６】すなわち、従来の触媒燃焼装置ではガスノズル４から噴出したガスと吸気口５から吸引される空気との空燃比は固定であるから、定常燃焼時に完全燃焼させるために空気量を多めに設定すると始動時の着火性が劣り、点火装置９を何回も操作しないと点火しない場合が発生していた。特に外気温が低いときには、ガスになかなか点火せず、一旦点火しても消えてしまうという場合もあった。
【０００７】ガスが完全燃焼する理論空燃比を１とし、これに対する実際の空気量を空気過剰率ｍで表すと、一般的にはｍ＝０．８〜０．９の範囲で着火性が最も優れると言われている。しかしながら、この状態で定常燃焼させると未燃ガスや一酸化炭素が発生し、燃料消費量が大きく経済性が悪いだけでなく、人体に対しても好ましくないものである。したがって、ｍ＝１．０を越える範囲（ｍ＝１．１〜１．２）で定常燃焼させるのが通常である。
【０００８】この問題を解決するために、例えば吸気口５の入口にバイメタル等の熱応動体を有した空気弁を設けて、始動時の燃焼室７の温度が低いときには弁で空気量を絞り、燃焼開始後温度が上がれば自動的に弁が開いて空気量を増やすものが開発されているが、熱応動体に熱を導く必要があるために構成上の制約が大きかった。さらに、熱応動体を有した空気弁は徐動式のものでは定常燃焼時の空気量がなかなか安定せず、反転式のものでは定常燃焼時の空気量に切替わるのに時間がかかるという課題もあった。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は燃料ガスと空気とを混合して混合ガスにする混合部に空気を供給する吸気管と、吸気管の途中に設けられ空気通路面積を可変する空気量可変手段を備え、空気量可変手段は外部から操作可能にするとともに、点火時と点火後とで空気通路面積を可変にする触媒燃焼装置としている。
【００１０】
【発明の実施の形態】請求項１に記載した発明は、燃料ガスを噴出させるガスノズルと、ガスノズルから噴出される燃料ガスと空気とを混合して混合ガスにする混合部と、前記空気を供給する吸気管と、前記吸気管の途中に設けられ空気通路面積を可変する空気量可変手段と、内部に触媒体を有し前記混合ガスを燃焼する燃焼室とを備え、前記空気量可変手段を外部から操作可能にするとともに、点火時と点火後とで空気通路面積を可変にして、始動時の着火性を向上した触媒燃焼装置としている。
【００１１】請求項２に記載した発明は、空気量可変手段を、可動弁と、前記可動弁で開閉される弁座と、可動弁を開方向に付勢する付勢手段からなり、閉弁時に空気通路面積を開弁時より所定比率だけ絞る構成とし、点火時に可動弁を操作することで始動時の着火性を向上した触媒燃焼装置としている。
【００１２】請求項３に記載の発明は、弁座側に絞り穴を設け、閉弁時に可動弁により弁座が密閉される構成とし、動作信頼性の高い空気量可変手段を有する触媒燃焼装置としている。
【００１３】請求項４に記載した発明は、可動弁と弁座の少なくとも一方の当接面に弾性体を設けて、小さい操作力でも確実に動作する空気量可変手段を有する触媒燃焼装置としている。
【００１４】請求項５に記載した発明は、混合ガスに点火する点火手段を設け、前記点火手段の点火操作に連動して空気量可変手段が操作され、操作性にすぐれた触媒燃焼装置としている。
【００１５】請求項６に記載した発明は、異常時に燃料ガスの供給を遮断する遮断弁を有し、遮断弁を開く開弁操作に連動して空気量可変手段が操作されるようにして、操作性にすぐれた触媒燃焼装置としている。
【００１６】
【実施例】（実施例１）以下本発明の第１の実施例について説明する。図１は本実施例の触媒燃焼装置の構成を示す断面図である。１２はブタンやプロパン等の液化石油ガスを蓄えるガスタンクである。ガスタンク１２内の燃料ガスは、ガス流路１３を通り開閉弁１４を経て燃焼器１５のガスノズル１６から噴出するようになっている。１７は燃焼器１５の吸気管１８に接続した空気量可変手段である。
【００１７】１９は前記空気量可変手段１７の一端に設けられ外気を取入れる吸気口で、後述のバルブ機構を介して吸気管１８と連通している。２０はガスノズル１６から噴出した燃料ガスと吸気口１９から吸引した空気とを混合する混合部、２１は内部に触媒体２２を備えた燃焼室である。２３は圧電素子などからなる点火装置で、燃焼室２１に設けた点火プラグ２４と接続されている。この点火装置２３と点火プラグ２４は点火手段を構成している。２５は燃焼ガスを外部へ排出する排気口である。
【００１８】図２に空気量可変手段１７の構造を示す。２６は摺動軸２７の一端に取り付けられた可動弁で、摺動軸２７がバルブケース２８に設けた穴を摺動することにより図の左右方向に動く。可動弁２６が左方向に動き、弁座２９に当接してこれを密閉することにより閉弁するようになっている。可動弁２６の弁面にはゴム等からなる弾性体３０が設けられ、弁座２９との密閉性を向上し小さい操作力で確実に密閉される。
【００１９】また、可動弁２６はスプリングからなる付勢手段３１により開方向に付勢されており、通常は図２（ａ）に示すように開弁状態であるが、図２（ｂ）に示すようにバルブケース２８の外部から摺動軸２７を押すことにより閉弁状態になる。弁座２９の側面には、空気量可変手段１７の入口側（吸気口１９）と出口３３側とを連通するとともに弁座２９の開口面積より比較的小さい開口面積を有する絞り穴３２が設けられている。したがって、開弁状態のとき吸気は矢印Ａにように吸気口１９から入り、矢印Ｂのように可動弁２６と弁座２９の間を通って出口３３から出るが、閉弁状態のときは矢印Ｃのように絞り穴３２を通って出口３３へ出ることになり空気通路面積が減少して流路抵抗により吸気流量は低減する。
【００２０】以上のように構成された触媒燃焼装置について、以下その動作について説明する。この触媒燃焼装置を始動するときは、まず開閉弁１４を開いてガスノズル１６から燃料ガスを噴出させると同時に、空気量可変手段１７の摺動軸２７を押して閉弁する。ガスノズル１６から噴出した燃料ガスは、ガス流の噴出効果によって吸気口１９から空気を吸引するが空気量可変手段１７は閉弁状態であるため吸気流量は絞られている。
【００２１】この状態で点火装置２３を操作し点火プラグ２４から飛ばしたスパークによって混合部２０から燃焼室２１に供給される混合ガスに点火する。このとき吸気流量が絞られ空気過剰率ｍは１．０以下に抑えられているので、低温時でも容易に点火することができる。点火後触媒体２２の下流端に火炎が形成されれば空気量可変手段１７の摺動軸２７を放して開弁すると吸気流量が増加して空気過剰率ｍは１．０を越えるため未燃ガスや一酸化炭素を発生することなく定常燃焼させることができる。
【００２２】図３は、吸気口１９の直径を６mm、絞り穴３２の直径を１．４mm（空気通路面積比約１／２０）にしたときのバルブ開閉時の燃料ガスの流量と空気過剰率ｍとの関係を測定したグラフである。燃料ガスの流量が変化してもバルブ閉状態ではｍ＝０．８〜０．９、バルブ開状態ではｍ＝１．０５〜１．２の範囲になっているのが分かる。
【００２３】このように、外部操作で空気通路面積を可変できる空気量可変手段１７を設けこれを点火時に操作することにより、着火性の向上と定常燃焼時の排ガス特性の向上の両立が可能になる。
【００２４】また、空気量可変手段１７のバルブ機構の空気通路面積の変更を空気通路の切り換えで行なっているので常に安定した比率で面積が可変でき、弁座２９側に設けた絞り穴３２の直径を決めるだけで容易に面積比率が設定できるものである。
【００２５】なお、本実施例では、空気量可変手段１７は燃焼室１５の真横に配置されているが、組み込む機器に応じて、吸気管１８を延長するだけで熱の授受等を考慮する必要がなく、容易に操作しやすい位置に配置することができる。
【００２６】（実施例２）次に、本発明の第２の実施例について説明する。図４は本実施例の触媒燃焼装置の構成を示す断面図である。図において、ガスタンク１２、ガス流路１３、開閉弁１４、燃焼器１５、ガスノズル１６、空気量可変手段１７、吸気管１８、吸気口１９、混合部２０、燃焼室２１、触媒体２２、点火装置２３、点火プラグ２４、排気口２５、摺動軸２７は、実施例１と全く同様の構成になっている。
【００２７】本実施例では点火手段を構成する点火装置２３の押しボタン３４が、始動ボタン３５を操作することにより押されるようになっており、同時に始動ボタン３５と連動してバルブリンク３６で空気量可変手段１７の摺動軸２７を押すようになっている。３７は燃焼室１５の外郭に設けたガラス等からなるのぞき窓で、燃焼室２１内を外部から見れるようになっている。
【００２８】以上のような構成で、この触媒燃焼装置を始動するときは開閉弁１４を開いてから始動ボタン３５を押すと、点火装置２３の押しボタン３４が押されて点火プラグ２４からスパークが飛ぶ。同時に空気量可変手段１７の摺動軸２７はバルブリンク３６によって押され空気量可変手段１７のバルブは閉状態になっており吸気流量は絞られている。そしてこのスパークによって混合部２０から燃焼室２１に供給される混合ガスに点火するが、このとき吸気流量が絞られ空気過剰率ｍは１．０以下に抑えられているので低温時でも容易に点火することができる。
【００２９】そして、のぞき窓３７を見ながら点火が確認できた時点で始動ボタン３４を放せば、空気量可変手段１７の摺動軸２７は付勢手段３１により元の位置に戻るからバルブは開状態となり吸気流量が増加して空気過剰率ｍは１．０を越えるため未燃ガスや一酸化炭素を発生することなく定常燃焼させることができる。
【００３０】このように、本実施例では始動ボタン３４を操作するだけで、点火装置２３の操作と空気量可変手段１７の操作が同時にでき、簡単に始動が可能になり、のぞき窓３７で点火を確認しながら操作するから点火後すぐにｍ＝１．０以上でクリーンに燃焼させることができるものである。
【００３１】（実施例３）次に、本発明の第３の実施例について図５を用いて説明する。図において、ガスタンク１２、ガス流路１３、燃焼器１５、ガスノズル１６、空気量可変手段１７、吸気管１８、吸気口１９、混合部２０、燃焼室２１、触媒体２２、点火装置２３、点火プラグ２４、排気口２５、摺動軸２７、押しボタン３４、始動ボタン３５、バルブリンク３６、のぞき窓３７は実施例２と同様の構成になっており、開閉弁１４の代わりに燃焼器１５に取り付けられた熱電対や熱発電半導体からなる熱電素子４０の出力により異常を検知して燃料ガスの供給を遮断するガス遮断装置４１を設けている。
【００３２】ガス遮断装置４１は電磁石４２、遮断弁４３、バネ４４、プッシュロッド４５からなり、電磁石４２に電力供給がない場合は遮断弁４３はバネ４４により押圧され閉状態にあるためガスタンク１２の燃料ガスはガスノズル１６に供給されない。電磁石４２に電力を供給している状態で、始動ボタン３５を操作するとプッシュロッド４５が押されバネ４４の付勢力に抗して遮断弁４３を開くと電磁石４２の吸着力で開状態のまま保持され燃料ガスがガスノズル１６に供給されるものである。
【００３３】本実施例では正常燃焼しているときは熱電素子４０の熱起電力により電磁石４２に電力を供給するが、例えば運転中の立ち消えや始動時の不着火等の異常時には燃焼器１５の温度低下が起こるので熱電素子４０は電磁石４２に十分な電力が供給できず、バネ４４の付勢力により遮断弁４３が閉じて燃料ガスの供給を停止するようになっている。
【００３４】本実施例はこのガス遮断装置４１のプッシュロッド４５と空気量可変手段１７の摺動軸２７とをリンク４６で連結したもので、始動ボタン３５を操作することにより、点火装置２３の押しボタン３４と、空気量可変手段１７の摺動軸２７と、プッシュロッド４５が同時に押されるようになっている。
【００３５】以上のような構成で、この触媒燃焼装置を始動するときは始動ボタン３５を押すと、まず遮断弁４３が開きガスの供給が開始し、少し遅れて空気量可変手段１７の摺動軸２７はバルブリンク３６によって押され空気量可変手段１７のバルブは閉状態になっており吸気流量は絞られと同時に、点火装置２３の押しボタン３４が押されて点火プラグ２４からスパークが飛ぶ。そしてこのスパークによって混合部２０から燃焼室２１に供給される混合ガスに点火するが、このとき吸気流量が絞られ空気過剰率ｍは１．０以下に抑えられているので低温時でも容易に点火することができる。そして、正常に着火すれば燃焼器１５の温度が上昇して熱電素子４０の起電力により遮断弁４３は保持されガス供給が継続する。
【００３６】したがって、のぞき窓３７を見ながら点火が確認できた時点で始動ボタン３４を放せば、ガス供給された状態で空気量可変手段１７の摺動軸２７は付勢手段３１により元の位置に戻るからバルブは開状態となり吸気流量が増加して空気過剰率ｍは１．０を越えるため未燃ガスや一酸化炭素を発生することなく定常燃焼させることができる。
【００３７】このように、異常時にガス供給を遮断する遮断弁４３を有する触媒燃焼装置にあっては、この遮断弁４３の開弁操作に空気量可変手段１７の摺動軸２７を連動させれば始動ボタン３４を操作するだけで始動でき、特に空気量可変手段１７の操作を意識する必要がなくなるものである。
【００３８】なお、本実施例ではガス遮断装置４１が熱電素子４０の起電力により保持される方式のものについて述べたが、例えば電池を用いてサーミスタなどの温度検知手段を有する制御回路の出力により保持されるものであっても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００３９】
【発明の効果】請求項１に記載した発明は、燃料ガスを噴出させるガスノズルと、ガスノズルから噴出される燃料ガスと空気とを混合して混合ガスにする混合部と、前記空気を供給する吸気管と、前記吸気管の途中に設けられ空気通路面積を可変する空気量可変手段と、内部に触媒体を有し前記混合ガスを燃焼する燃焼室とを備え、前記空気量可変手段を外部から操作可能にするとともに、点火時と点火後とで空気通路面積を可変にして始動時の着火性を向上した触媒燃焼装置を実現するものである。
【００４０】請求項２に記載した発明は、空気量可変手段を、可動弁と、前記可動弁で開閉される弁座と、可動弁を開方向に付勢する付勢手段からなり、閉弁時に空気通路面積を開弁時より所定比率だけ絞り、点火時に可動弁を操作することで始動時の着火性を向上した触媒燃焼装置を実現するものである。
【００４１】請求項３に記載の発明は、弁座側に絞り穴を設け、閉弁時に可動弁により弁座が密閉される構成とし、動作信頼性の高い空気量可変手段を有する触媒燃焼装置を実現するものである。
【００４２】請求項４に記載した発明は、可動弁と弁座の少なくとも一方の当接面に弾性体を設けて、小さい操作力でも確実に動作する空気量可変手段を有する触媒燃焼装置を実現するものである。
【００４３】請求項５に記載した発明は、混合ガスに点火する点火手段を設け、前記点火手段の点火操作に連動して空気量可変手段が操作され操作性にすぐれ、始動時の着火性を向上した触媒燃焼装置を実現するものである。
【００４４】請求項６に記載した発明は、異常時に燃料ガスの供給を遮断する遮断弁を有し、遮断弁を開く開弁操作に連動して空気量可変手段が操作されるようにして操作性にすぐれ、始動時の着火性を向上した触媒燃焼装置を実現するものである。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００５８２１
【氏名又は名称】松下電器産業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年１２月１３日（１９９９．１２．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９７４４５
【弁理士】
【氏名又は名称】岩橋 文雄 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１７３９０６（Ｐ２００１−１７３９０６Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年６月２９日（２００１．６．２９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−３５２９３１ |
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