JPH0362970B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、湯沸器や温風暖房器等の燃焼式流体
加熱装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、燃焼式流体加熱装置において排ガス中の
CO、HC、NO_xを低減するに、バーナからの燃
焼ガス経路において、バーナの直後で流体加熱用
熱交換器よりも上流側に酸化触媒層を設けるか、
あるいは、流体加熱用熱交換器よりも下流側で排
ガス路に酸化触媒層を設けるかのいずれかであつ
た（文献を示すことができない）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、バーナの直後に酸化触媒層を設ける型
式では、酸化触媒層を通過する燃焼ガス温度が
1000℃以上もの高温となるために、通常の酸化触
媒では劣化が早く、又、その劣化を抑制しようと
すれば、酸化触媒に特殊で高価なものが必要とな
つたり、あるいは、酸化触媒の温度を下げるため
にバーナの燃焼負荷を制限しなければならなくな
つて装置の高能力化が阻害されたりする問題が生
じた。

一方、流体加熱用熱交換器よりも下流側で排ガ
ス路に酸化触媒層を設ける型式では、酸化触媒を
十分に活性化できる温度（通常200℃以上）を確
保することができず、そのために、CO、HC、
NO_xを十分には低減できない問題があり、かと
いつて酸化触媒を活性化するために熱交換器にお
ける熱交換量を小にして排ガス温度を高温化する
のでは、装置の能力低下を招くと共に、排ガス熱
損失による熱効率低下を招く問題が生じる。

本発明の目的は、バーナからの燃焼ガス経路に
おける流体加熱用熱交換器及び酸化触媒層の合理
的な配置改良により、装置能力並びに熱効率の向
上、酸化触媒の劣化抑制、及び、酸化触媒の十分
な活性化の三者を両立を図り、また、燃焼ガス中
の水分が熱交換器で結露することによつて発生す
るドレンが原因となつての酸化触媒の劣化損傷を
合わせて抑制防止する点にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による燃焼式流体加熱装置の特徴構成
は、バーナからの燃焼ガス経路に、夫々流体加熱
用の第１熱交換器と第２熱交換器とを燃焼ガス流
動方向に並べて設け、前記燃焼ガス経路において
前記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間に、
それら両熱交換器間の通過燃焼ガスに対して作用
する酸化触媒層を設け、被加熱流体経路において
前記第１熱交換器よりも上流側に位置させて燃焼
ガスから潜熱回収させる前記第２熱交換器を、燃
焼ガス流動方向において前記酸化触媒層の下流側
に配置してあることにあり、そして、その作用・
効果は次の通りである。

〔作用〕

つまり、上述の如き構成において、酸化触媒層
よりも燃焼ガス経路上流側に位置させる第１熱交
換器の熱交換量を熱設計上で適度に制限してお
き、バーナからの高温燃焼ガスを先ず第１熱交換
器に対して通過させることにより、燃焼ガスの温
度を酸化触媒にとつて好適な温度、すなわち、十
分に活性化される温度で劣化促進には至らない温
度にまで降下させるのであり、そして、酸化触媒
層通過後の燃焼ガスを下流側の第２熱交換器に対
して通過させることにより、酸化触媒層通過後の
燃焼ガスが保有する熱量、すなわち、先の第１熱
交換器での熱回収の際に酸化触媒の活性化を考慮
して取り残した熱量を第２熱交換器で十分に回収
させるのである。

また、そのように第２熱交換器で十分に熱回収
させるべく、被加熱流体経路において第１熱交換
器よりも上流側（すなわち、第１熱交換器よりも
通過被加熱流体の温度が低温となる側）に第２熱
交換器を位置させて、第２熱交換器により燃焼ガ
スの潜熱をも回収させる構成では、燃焼ガス中水
分の凝縮によるドレンが第２熱交換器において発
生するが、上述特徴構成においては、その第２熱
交換器を、燃焼ガス流動方向において酸化触媒層
の下流側に配置してあるので、第２熱交換器で発
生したドレンが燃焼ガスによつて吹き飛ばされる
ようなことがあつても、そのドレンが酸化触媒層
に吹き付けられる虞は無い。

〔発明の効果〕

その結果、下記の効果を奏する。

(イ) 酸化触媒の劣化を抑制できることから、バー
ナの高負荷化が可能となり、又、酸化触媒に熱
耐久性に優れた特殊で高価な酸化触媒を用いず
とも通常の酸化触媒を用いて触媒機能を長期維
持できる。

(ロ) 酸化触媒を十分に活性化できることから、排
ガス中のCO、HC、NO_xを効果的に低減でき、
排ガス汚染はもとより、NO_x等が熱交換器で
の発生ドレンに溶け込むことによるドレンの酸
性化に起因した装置腐食や排水汚染等を防止で
きる。

(ハ) 第２熱交換器での十分な熱回収により熱効果
を向上できてランニングコストを節減でき、
又、その第２熱交換器での十分な熱回収と前述
バーナの高負荷化とが相俟つてコンパクトであ
りながらも加熱能力の大きな装置にできる。

(ニ) 熱交換器で発生するドレンが燃焼ガスによつ
て酸化触媒層に吹き付けられることによる触媒
の劣化損傷を防止できる。

以上要するに、装置能力・熱効率の向上、酸化
触媒の劣化抑制、並びに、酸化触媒の十分な活性
化の三者を両立できて、加熱性能、耐久性、安全
性（環境保全）、更には、経済性のいずれにも優
れ、加えて、酸化触媒に対するドレンの悪影響を
回避することにも優れた付加価値の高い燃焼式流
体加熱装置にできた。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

図面は、燃焼式流体加熱装置の一例としてのガ
ス瞬間湯沸器を示し、下方向きに燃焼作動させる
ガスバーナ１を、燃焼ガス経路形成用ケーシング
２の上端側に装備し、フアン３による燃焼用空気
の強制供給に伴い、バーナ１による生成燃焼ガス
をケーシング２内において下方向き流動させ、ケ
ーシング２の下端側に接続した排気風路４を介し
て排ガスを排出させるように構成してある。

図中Ｖは燃料弁である。

ケーシング２内の燃焼ガス経路Ｆにおいて、
夫々フインチユーブ型の第１熱交換器５及び第２
熱交換器６を、その順に燃焼ガス流動方向上流側
から並べて設け、給水路７を第２熱交換器６に、
かつ、出湯栓８に対する給湯路９を第１熱交換器
５に接続すると共に、第１熱交換器５と第２熱交
換器６とを中間水路１０を介して直列に接続して
ある。つまり、給水路７からの供給水を第２熱交
換器６で前加熱した後、第１熱交換器５で高温加
熱して出湯栓８に供給するようにしてあり、ま
た、このように給水路７において第１熱交換器５
よりも上流側（すなわち、第１熱交換器５よりも
給水温度が低温となる側）に位置させた第２熱交
換器６での前加熱では、燃焼ガスから潜熱をも回
収させるようにしてある。

前記排気風路４をケーシング２の横壁に対して
接続するようにして、ケーシング２の底部にドレ
ンパン１１を設け、熱交換器６で発生して滴下し
たドレンをドレンパン１１で受け止めて排水路１
２から排出するようにしてある。

尚、バーナ１を下向き姿勢でケーシング２の上
端側に配設したことによりドレン滴下によるバー
ナ１の燃焼作動阻害は確実に回避される。ドレン
は第２熱交換器６において発生するが、上述の如
き構成でドレンパン１１が第２熱交換器６の直下
に位置することからドレン排出は極めて良好とな
る。

ケーシング２内において第１熱交換器５と第２
熱交換器６との間に、それら両熱交換器５，６間
の通過燃焼ガスに対して作用させる酸化触媒層１
３を、燃焼ガス経路Ｆの経路断面の全面にわたら
せる状態に設け、その酸化触媒層１３の触媒作用
により排ガス中のCO、HC、NO_x等を低減する
ようにすると共に、第１熱交換器５の熱交換効率
を設計上60％〜75％程度に制限し、第１熱交換器
５通過後における燃焼ガス温度として200℃〜400
℃程度を確保するようにしてある。

つまり、酸化触媒層１３を両熱交換器５，６の
間に配置して、第１熱交換器５通過に伴い温度降
下した燃焼ガスに対して酸化触媒を作用させるよ
うにすることで、酸化触媒の熱劣化を抑制すると
共に、その劣化抑制を裏付けとしてバーナ１の高
負荷を可能にしてある。すなわち、バーナ１の燃
焼室負荷を高めることにより増加する未燃焼成分
（CO、HC、NO_x等）を下流の触媒層１３が酸化
無害化するのでバーナ１を含めた燃焼室を極めて
小さくることができ、装置全体の小型化が可能と
なる。

又、第１熱交換器５通過に伴い燃焼ガス温度を
降下させるにしても第１熱交換器５の熱交換効率
をあえて60％〜75％程度に制限して第１熱交換器
５通過後の燃焼ガス温度に200℃〜400℃を確保す
ることで、劣化を抑制しながらも酸化触媒を十分
に活性化させてCH、HC、NO_x等を効果的に低
減できるようにしてある。

一方、第２熱交換器６は、極力高い熱交換効率
を得るように設計してあり、酸化触媒層１３通過
後の燃焼ガスが保有する熱量、すなわち、第１熱
交換器５での熱回収の際に酸化触媒の活性化を考
慮して熱交換効率の制限により取り残した熱量を
前述の如く潜熱分まで第２熱交換器６で十分に回
収するようにしてある。

つまり、その第２熱交換器６での十分な熱回収
により、装置熱効率を向上すると共に、前述のバ
ーナ高負荷化との相加で大きな加熱能力を得られ
るようにしてある。

また、第２熱交換器６で発生したドレンは燃焼
ガスによつて吹き飛ばされる可能性があるが、そ
のようなドレンの吹き飛ばしが生じたとしても、
第２熱交換器６は酸化触媒層１３よりも燃焼ガス
流動方向の下流側に配置してあるので、吹き飛ば
されたドレンが酸化触媒層１３に当たつて酸化触
媒の劣化損傷を引き起こす虞はない。

各熱交換器５，６の熱交換効率設定は、熱交換
器における燃焼ガスのバイパス率調整やフイン効
率調整、又、第２熱交換器６を前加熱用として用
いると共に第１熱交換器５を後加熱用として用い
ること等により行つてある。

又、酸化触媒層１３は、コージライトの多孔板
状母材に、パラジウムや白金等の酸化触媒被膜を
形成して構成してある。

〔別実施例〕

次に本発明の別実施例を説明する。

前述実施例においては、ドレン対策上、バーナ
１を下方向きで配置して燃焼ガス経路Ｆを下方向
きとしたが、つまり、第２熱交換器６での発生ド
レンが滴下により酸化触媒層１３の上に落下する
のを防止する上では、第２熱交換器６を酸化触媒
層１３の下方に配置するのが好ましいが、バーナ
１の向き、並びに、燃焼ガス経路Ｆの向きには特
に限定されるものでは無く、バーナ１及び燃焼ガ
ス経路Ｆを上向きにしたり横向きにしても良い。

第１及び第２熱交換器５，６の加熱対象流体は
水に限定されるものでは無く、例えば、それら熱
交換器５，６で空気を加熱するようにして温風暖
房器を構成するようにしても良い。

熱交換器５，６夫々の具体的形状・構造は種々
の改良が可能であり、又、３個以上の熱交換器を
燃焼ガス流動方向に並設しても良い。

酸化触媒層１３の具体的形状構造は、多孔板状
形状や金網形状に形成したり、あるいは、粒状酸
化触媒の充填層構造に構成する等、種々の改良が
可能であり、又、母材に対して酸化触媒を付着す
る型式に代えて、酸化触媒そのものを多孔板状形
状や金網形状等に形成する型式でも良い。

更に、使用する酸化触媒としては、パラジユー
ム、白金、ロジユーム、クローム、コバルト等、
種々のものを適用できる。

燃焼ガス流動方向において酸化触媒層１３より
も上流側に位置する熱交換器５を通過した燃料ガ
スの温度を200℃以上とするように、その熱交換
器５を設計すれば、酸化触媒を十分に活性化する
ことができるが、通常、酸化触媒は200℃程度で
急速に活性化が進み、200℃よりもやや高温で活
性化が平衡に達することから、酸化触媒層１３よ
りも上流側に位置する熱交換器５を通過した後の
燃焼ガスの温度を200℃〜400℃程度に調整するの
が好適である。

又、酸化触媒層１３よりも上流側に位置する熱
交換器５を通過した後の燃焼ガスを具体的に何℃
に調整するかは、使用する酸化触媒に応じて、ま
た、装置の具体構成に応じて適宜決定すれば良
く、更に、その調整のため採用する具体的設計手
段も不問である。

バーナ１への供給燃料はガス燃料に限定される
ものではない。

本発明は、湯沸器や風呂加熱装置、あるいは、
温風暖房器や温風乾燥器等、種々の用途の燃焼式
加熱装置に適用できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す湯沸器の構成図で
ある。 １……バーナ、５……第１熱交換器、６……第
２熱交換器、１３……酸化触媒層、Ｆ……燃焼ガ
ス経路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バーナ１からの燃焼ガス経路Ｆに、夫々流体
   加熱用の第１交換器５と第２熱交換器６とを燃焼
   ガス流動方向に並べて設け、前記燃焼ガス通路Ｆ
   において前記第１熱交換器５と前記第２熱交換器
   ６との間に、それら両熱交換器間の通路燃焼ガス
   に対して作用する酸化触媒層１３を設け、被加熱
   流体経路において前記第１熱交換器５よりも上流
   側に位置させて燃焼ガスから潜熱回収させる前記
   第２交換器６を、燃焼ガス流動方向において前記
   酸化触媒層１３の下流側に配置してある燃焼式流
   体加熱装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の燃焼式流体加
   熱装置であつて、燃焼ガスから潜熱回収する前記
   第２熱交換器６を前記酸化触媒層１３の下方に配
   置してある燃焼式流体加熱装置。