JPH10103615A - 触媒燃焼式流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低い空気比での燃焼が可能で、未燃焼分の排
出が無く、高い出力の流体加熱器を提供することであ
る。換言すれば、触媒部分での反応温度（燃焼温度）の
制御を行うことにより、低空気比の混合ガスであって
も、触媒の過熱による焼損や溶解を防止して安定た燃焼
状態を維持し、燃焼排ガスの低ＣＯ化を達成することで
ある。 【解決手段】 被加熱流体が流通する流体通路１と、燃
料と空気との混合ガスが流通するガス通路２とを隔壁３
によって区画し、前記ガス通路２内に、触媒部１１と、
前記隔壁３に接触させた伝熱部１４とを前記混合ガスの
流通方向に交互に配置してなる燃焼伝熱部１０を備えた
構成。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、触媒燃焼によっ
て被加熱流体を加熱する流体加熱装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年の環境問題の高まりと共に、自動車
や産業機械等からの大気汚染物質の排出量の削減に対す
る社会的要請は一段と厳しくなっており、特にＮＯx に
ついては排出量の低減が求められている。大気汚染物質
の低減化対策は従来から種々提案されており、その一つ
として、触媒燃焼方法が脚光を浴びている。この触媒燃
焼方法では触媒表面反応を利用することによって、ＣＯ
発生量を増加させずに燃焼温度を下げ、ＮＯx 発生量の
低減が図れるという利点を有する。

【０００３】一般に、触媒燃焼装置においては、比較的
高い空気比（２〜４程度）の混合ガスを供給している。
これは、理論断熱火炎温度が空気比に依存しており、空
気比が低いほど前記の火炎温度が高くなり、また、触媒
によって全燃料を燃焼させるようになるため、空気比が
低い場合には触媒の耐熱温度を越えてしまうためであ
る。

【０００４】したがって、従来は供給する混合ガスの体
積の割に、発熱量が少なく、このような触媒燃焼装置を
利用した流体加熱装置の効率の向上、換言すれば、小型
化の達成を阻害していた。

【０００５】さらに、このような触媒燃焼装置において
は、触媒の反応流路が短く、そのために燃料の未燃焼分
（ＣＯやＨＣ等）が排出される場合もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この発明が解決しよう
とする課題は、低い空気比での燃焼が可能で、未燃焼分
の排出が無く、高い出力の流体加熱器を提供することで
ある。換言すれば、触媒部分での反応温度（燃焼温度）
の制御を行うことにより、低空気比の混合ガスであって
も、触媒の過熱による焼損や溶解を防止して安定した燃
焼状態を維持し、燃焼排ガスの低ＣＯ化を達成すること
である。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、被加熱流体
が流通する流体通路と、燃料と空気との混合ガスが流通
するガス通路とを隔壁によって区画し、前記ガス通路内
に、触媒部と、前記隔壁に接触させた伝熱部とを前記混
合ガスの流通方向に交互に配置してなる燃焼伝熱部を備
えた構成により、上述の課題を解決するものである。

【０００８】この発明は、前記燃焼伝熱部を構成する触
媒部を、少なくともその下流側の触媒部より短く、触媒
密度を低く設定した構成により、上述の課題を解決す
る。さらに、この発明は、前記燃焼伝熱部における各触
媒部を、触媒部が耐熱温度以下となるように、流入する
混合ガスの酸素濃度，および燃料濃度に応じて、その長
さ、密度、触媒の種類等を設定した構成により、上述の
課題を解決するものである。

【０００９】さらに、この発明は、前記伝熱部は、前段
の触媒部で反応した混合ガスからの伝熱を、次段の触媒
部における触媒活性温度よりも若干高い温度まで行なう
ように構成したことにより、上述課題を解決するもので
ある。

【００１０】

【発明の実施の形態】この発明は、触媒燃焼によって被
加熱流体を加熱する流体加熱装置に関するものである。
この発明でいう流体加熱装置とは、蒸気ボイラ，温水ボ
イラ，温風発生器などのように流体を加熱する装置全体
を指すもので、蒸気ボイラのように被加熱流体が相変化
するものも含んでいる。したがって、この発明での被加
熱流体は、水等の液体、空気等の気体を指す。

【００１１】さて、この発明の触媒燃焼式流体加熱装置
は、被加熱流体が流通する流体通路と、燃料と空気との
混合ガスが流通するガス通路とを隔壁によって区画し、
前記ガス通路内に、触媒部と、隔壁に接触させた伝熱部
とを混合ガスの流通方向に交互に配置してなる燃焼伝熱
部を備えた構成である。この構成によると、触媒部にお
ける触媒反応により、混合ガスの温度が上昇するが、す
ぐに伝熱部内に流入し、被加熱流体と隔壁を介して熱交
換した後、温度が低下した状態で、次の触媒部に流入す
る。この繰り返しにより、触媒部が過熱することなく、
空気比の低い混合ガスの燃焼を行える。

【００１２】そのために、この発明では、前記燃焼伝熱
部を構成する触媒部を、少なくともその下流側の触媒部
より短く、触媒密度を低く設定した構成とし、さらに、
燃焼伝熱部における各触媒部は、触媒部が耐熱温度以下
となるように、流入する混合ガスの酸素濃度，および燃
料濃度に応じて、その長さ、密度、触媒の種類等を設定
した構成とする。前記触媒部の密度とは、単位容積当り
の触媒反応面の面積である。ここで、最上流側の初段の
触媒部においては、空気比が低く、燃料濃度，および酸
素濃度の高い混合ガスが流入するため、触媒反応により
温度が急激に上昇する。また、混合ガスは、次の触媒部
に流入する際には、上流側の触媒部での燃焼により燃料
濃度、および酸素濃度が低下している。そこで、上述の
ように最上流側の初段の触媒部の長さを短く設定するこ
とにより触媒部の過熱を防止する。さらに、上述のよう
に、下流側の触媒部ほど容積当りの触媒密度を大きくし
たり、触媒部を混合ガスの流通方向に長く設定すること
によって、所定の温度を維持するように構成する。さら
に、前記伝熱部では、前段の触媒部で反応した混合ガス
からの伝熱を、次段の触媒部における触媒活性温度より
も若干高い温度まで行なう。ここで、前記触媒活性温度
とは、触媒が活性化して触媒反応を開始し、この反応を
維持し得る温度である。

【００１３】以上のように、この発明の触媒燃焼式流体
加熱装置においては、各段の触媒部による温度上昇と、
伝熱部による温度低下とを交互に繰り返すことにより、
混合ガスの温度を、触媒部の耐熱温度と触媒活性を発揮
する温度の間に制御する。

【００１４】さらに、この発明の触媒燃焼式流体加熱装
置は、ガス通路内の燃焼伝熱部の下流側に、触媒部より
なるガス処理部を備えた構成である。このガス処理部
は、上流側の燃焼伝熱部において、未燃の燃料（炭化水
素）やＣＯが生じたとしても、ガス処理部の触媒部によ
って完全に燃焼させて、これらの排出を防止する。要す
るに、ガス処理部は、燃焼伝熱部で、混合ガス中の燃料
をどれだけ反応させるように設定するかによって、残り
の燃料を反応させ、これ以降に未燃の燃料（炭化水素）
やＣＯなどが排出されるのを防止するように、その触媒
部の長さ、密度、触媒の種類等を設定した構成とする。
この場合には、後述するように、このガス処理部の下流
に熱回収部を設けて、ガス処理部からの混合ガスをから
さらに熱回収を行うのが好ましい。

【００１５】さらに、この発明の触媒燃焼式流体加熱装
置は、前記ガス通路内の燃焼伝熱部の下流側に、前記隔
壁に接続した伝熱部材よりなる熱回収部とを備えた構成
により、前記触媒部、あるいはガス処理部で反応した燃
焼ガスからさらに熱回収を行なう。

【００１６】ここで、この発明では、以上のように、前
記触媒部と伝熱部を交互に配置するが、両者の個数は同
数とは限らない。すなわち、燃焼伝熱部の最上流側と最
下流側とに触媒部を配置する場合も含んでいる。この場
合においては、燃焼伝熱部の下流側に、上述のガス処理
部や、熱回収部を設けるのが好ましい。

【００１７】以上の各触媒部において、この触媒部と隔
壁との間に断熱層を介在することにより、触媒部におけ
る熱の授受を阻止し、触媒反応、およびこの反応による
温度上昇の制御が容易になる。この断熱層は、セラミッ
ク、耐火モルタルなどの一般的な耐熱性の断熱材によっ
て構成するのが好ましい。なお、隔壁と対面する触媒部
の周面に触媒反応面を形成せず、前記触媒部と隔壁との
間に隙間を設けてこの空間によって触媒部と隔壁とを熱
的に遮断する構成としてもよい。

【００１８】ここで、この発明の触媒燃焼式流体加熱装
置において、燃焼伝熱部，ガス処理部の各触媒部は、触
媒自体で構成したもの、触媒を適宜の材質の部材に、直
接、あるいは、触媒の担持体層を介して担持して構成し
たものを含む。この触媒部に用いる触媒は、例えば、低
温活性の高いＡｇ，Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属や、これらと
Ｃｅ，Ｌａ，Ｙ等の希土類元素の混合物である。また、
複合酸化物、あるいはＳｉＣ（炭化珪素）等のような低
温活性の低い触媒も使用することができる。このような
触媒物質は、ハニカム形状やペレット形状などの構造体
の表面に担持させて、その表面に触媒反応面を形成する
が、この際、前記構造体がアルミナやシリカ、またはそ
れらの複合酸化物などのセラミック系の材料の場合に
は、その表面に直接担持させ、前記構造体がステンレス
鋼などの金属材料の場合には、その表面にアルミナやシ
リカ、またはそれらの複合酸化物などからなる触媒担体
層を形成し、触媒担持体層に担持させる。ここで、前記
構造体は、ステンレス鋼などの耐熱性金属材料や、Ｓｉ
Ｎ（窒化珪素），コージェライトなどのセラミック系の
材料など、高温耐久性の高い材料が好ましい。

【００１９】前記触媒部は、混合ガスを流通させ、触媒
と接触させるための流通隙間を備えるが、この流通隙間
は、三角形、四角形、六角形、円形断面などの多数の貫
通孔を備えたハニカム形状とすることによって形成する
他、適宜断面の波板と平板を積層することによって形成
したもの、フィン状の部材を多数配置して形成したもの
を含む。ここで、燃焼伝熱部における触媒部は、その触
媒反応面の面積、担持する触媒の量や密度を、基本的に
は混合ガス中の燃料が完全に燃焼するように設定する
が、ガス処理部を設ける場合には、ガス処理部を出るま
でに、完全に燃焼するように設定する。

【００２０】この発明の触媒燃焼式流体加熱装置におい
て、前記伝熱部や熱回収部を構成する伝熱部材は、ガス
通路内の高温の混合ガスから隔壁を介して被加熱流体へ
の伝熱を行うものであるから、少なくとも隔壁に対して
接触させて取り付ける。この伝熱部材は、フィン状の部
材のほか、上述のようなハニカム形状の部材や、波板と
平板を積層して構成した部材などである。

【００２１】前記熱回収部は、前記ガス通路内に一個所
に単段で設ける形態のみならず、前記ガス通路内におい
て混合ガスの流れ方向に多段に配置した形態でもよい。

【００２２】ここで、この発明において、前記隔壁は、
例えば、内部に流体通路を設けた伝熱管や、内部にガス
通路を設けた煙管として構成される。さらに、流体通路
とガス通路は、隔壁によって区画されておれば、１系統
に限らない。例えば、隔壁によって区画した流体通路と
ガス通路の組を複数組配置したものであっても、さら
に、隔壁を多重の筒形状に構成して、それぞれの隙間を
流体通路、およびガス通路としてもよい。前者の場合に
は、複数の流体通路の各端部を、ヘッダのような共通の
流路に接続して、所謂多管式流体加熱装置として適用す
ることも可能である。後者の場合には、一方の通路が他
方の通路の周囲を交互に取り巻く形態となる。また、ガ
ス通路内の混合ガスと流体通路内の被加熱流体の流れ方
向は、同方向であっても、逆方向であってもよい。特
に、空気比の低い混合ガスを燃焼させる場合、混合ガス
と被加熱流体の流れ方向を同方向とすると、冷たい被加
熱流体によって伝熱部材を介して混合ガスを冷却できる
ため、触媒部の劣化を防止し、伝熱部材の小型化を達成
できる。

【００２３】この発明において混合ガスとは、燃料と燃
焼用空気の混合物全般を指すものであり、燃料は気体燃
料だけでなく、液体燃料を含む。気体燃料の場合は、予
め燃焼用空気と混合した混合ガスや、触媒部上流側の流
路で燃焼用空気と混合しながら供給するものである。前
記液体燃料の場合には、予め、周知の手段によって気
化、あるいは微粒子化したものを気体燃料と同等に取り
扱う。この発明においては、触媒燃焼を行うため、触媒
部における触媒反応面に至るまでに燃料と燃焼用空気と
が混合しているのが好ましく、したがって、気体燃料、
あるいは気化させた液体燃料を混合ガスの形で供給する
のが好ましい。

【００２４】

【実施例】以下、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装
置を、蒸気ボイラに適用した第一実施例について、図１
〜３を参照しながら詳細に説明する。なお、図１は、こ
の発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第一実施例の構
成を示す説明図、図２は、この発明に係る触媒燃焼式流
体加熱装置における触媒部の構成例を示す説明図、図３
は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置における伝
熱部の構成例を示す説明図、図４は、この発明に係る触
媒式流体加熱装置における混合ガスの温度の変化を示す
線図である。

【００２５】図１に示す第一実施例は、この発明に係る
触媒燃焼式流体加熱装置を蒸気ボイラとした具体例であ
って、被加熱流体は水である。この被加熱流体が流通す
る流体通路１と、燃料と空気の混合ガス、および混合ガ
スが燃焼して生成される排ガスが流通するガス通路２を
隔壁３によって区画してある。この第一実施例において
のガス通路２は、前記流体通路１の周囲を取り巻いた形
状になっている。すなわち、前記隔壁３を伝熱管として
構成し、その内側に水を供給し、外側に混合ガスを供給
して燃焼させる形態となっている。さらに前記ガス通路
２は、外壁５によって外界と遮断されている。すなわ
ち、前記流体通路１の外側を取り巻くようにガス通路２
を配置した構成となっている。したがって、流体通路１
とガス通路２とは、隔壁３によって区画されており、さ
らにガス通路２はこの隔壁３と外壁５とによって閉鎖さ
れた空間とされている。

【００２６】前記流体通路１の上流端（図１の下方側）
には、周知の給水手段（図示省略）からの給水配管７を
接続してある。一方、前記流体通路１の下流端（図１の
上方側）には、蒸気配管８を接続してあり、この蒸気配
管８から所定の蒸気使用機器に蒸気を供給する。

【００２７】さて、前記ガス通路２内には、触媒部１１
と、隔壁３に接触させた伝熱部１４とを、混合ガスの流
れ方向に複数段、交互に配置してなる燃焼伝熱部１０を
設けてある。この第一実施例においての混合ガスの流れ
方向は、図１における下方から上方への向きであり、前
記被加熱流体の流れ方向と同じとしてある。前記触媒部
１１は、混合ガスの流通隙間１８（図２参照）を多数備
えており、各流通隙間１８の壁面に触媒を担持してあ
る。

【００２８】この発明の第一実施例における触媒部１１
は、図２に示すように、波板形状の部材１６と平帯形状
の部材１７とを同時に渦巻状に巻いた構成としてある。
そして、前記波板形状の部材１６と平帯形状の部材１７
に触媒を担持して構成してある。そして、燃焼伝熱部１
０を構成する触媒部１１のうち、少なくとも最上流側の
初段の触媒部１１が、他の触媒部１１より短く、触媒密
度を低く設定した構成とする。これは、最上流側におい
ては、空気比が低く、燃料濃度，および酸素濃度の高い
混合ガスが流入し、触媒反応により温度が急激に上昇す
るため、この初段の触媒部１１の長さ、あるいは触媒密
度を低く設定する。また、混合ガスは、次の触媒部に流
入する際には、上流側の触媒部での燃焼により燃料およ
び酸素の濃度が低下している。そこで、この混合ガスの
触媒反応によって加熱される各触媒部１１が耐熱温度以
下となるように、上流側から流入する混合ガスの酸素濃
度，燃料濃度，および温度に応じて、触媒部１１の長
さ、密度、触媒の種類等を設定するが、このとき、下流
側の触媒部１１ほど容積当りの触媒密度を大きくした
り、触媒部１１の長さを混合ガスの流通方向に長く設定
することによって、所定の温度を維持するように構成す
る。

【００２９】一方、前記伝熱部１４は、触媒部１１から
の高温の燃焼ガスを流入し、この燃焼ガスが保有する熱
を、隔壁３を介して流体流路１内部の被加熱流体に伝熱
するものである。この伝熱部１４は、前段（上流側）の
触媒部１１で反応した混合ガスからの伝熱を、次段（後
流側）の触媒部１１における触媒活性温度よりも若干高
い温度まで行なう。ここで、前記触媒活性温度とは、触
媒が活性化して触媒反応を開始し、この反応を維持し得
る温度である。

【００３０】この伝熱部１４は、例えば、図３に示すよ
うに、隔壁３の外表面から放射状に延びる多数の伝熱フ
ィン１５によって構成する。この第一実施例において
は、各段の伝熱部１４は、隔壁（伝熱管３）の軸方向か
ら見て、隣合う伝熱部１４の伝熱フィン１５の周方向の
配設ピッチを同じとし、一方の伝熱部１４の伝熱フィン
１５の間に他方の伝熱部１４の伝熱フィン１５が位置す
るように配置し、後流側の触媒部１１においての径方向
断面での温度分布を小さくしている。

【００３１】以上の燃焼伝熱部１０の下流側には、ガス
処理部２０を設けてある。このガス処理部２０は、図示
する実施例においては、前述同様の構成の触媒部２１を
三段有している。このガス処理部２０における触媒部２
１と、前記燃焼伝熱部１０の触媒部１１との相違点は、
ガス通路２内における混合ガスの流通方向に比較的長く
設定し、触媒の密度を増加させた点である。すなわち、
ガス処理部２０においては、上流側の燃焼伝熱部１０で
の触媒反応により、混合ガス中の燃料が消費され、酸素
濃度の低い混合ガスとなって流入するためである。その
ため、ガス処理部２０においても、下流側の触媒部２１
ほど流通隙間１８の相当直径を小さくして単位容積当り
の触媒表面積を増加させたり、また、混合ガスの流れ方
向の長さを長く設定するなどして、酸素濃度の低い混合
ガスであっても、発熱量を大きくし、しかも確実に燃焼
させることができる。

【００３２】このガス処理部２０の下流側には、前記燃
焼伝熱部１０における伝熱部１４と同様の構成の熱回収
部３０を設けてある。

【００３３】さて、以上構成の触媒燃焼式流体加熱装置
において、その作用について説明する。先ず、適宜の予
熱手段により、少なくとも燃焼伝熱部１０の触媒部１１
を予熱する。この予熱手段は前述のように、触媒部１１
自体を加熱するもの、高温の空気を供給することによっ
て加熱するものである。そして、触媒反応を開始し得る
温度になった状態で、ガス通路２への混合ガスの供給を
開始する。この混合ガスは、一般的な触媒燃焼装置に用
いる混合ガスの空気比（２〜５程度）に比べてかなり低
く、一般的な火炎燃焼装置に用いる混合ガスの程度の空
気比（１〜１．５程度）である。従来の、火炎による燃
焼を行わず、触媒反応のみで燃焼を行う燃焼装置では、
触媒の焼損や溶融を回避するため、このような空気比の
低い混合ガスを供給することなはい。

【００３４】前記燃焼伝熱部１０の触媒部１１は、既に
予熱され、触媒燃焼が可能な温度まで昇温しているた
め、混合ガスの到達により、即座に燃焼反応を開始す
る。混合ガスは、触媒燃焼により、触媒部１１を通過し
ながら高温のガスとなって排出される。触媒燃焼開始後
は、前記触媒部１１、および触媒部１１からの高温ガス
は、その温度が上昇する。さらに、燃焼伝熱部１０にお
いては、上流側の触媒部１１における容積当りの触媒密
度を下流側のものを小さく、あるいはその流路長を短く
設定してあるため、最初の触媒部１１においては、混合
ガスの温度が、触媒１１の耐熱温度に達する前に触媒部
１１から流出する。そして、この触媒部１１内での触媒
反応により高温となった混合ガスは、次段の伝熱部１４
に流入する。

【００３５】この伝熱部１４内においては、高温の混合
ガスの熱を伝熱フィン１５，隔壁３を介して流体通路１
内の被加熱流体に伝熱するため、混合ガスの温度は急速
に低下する。この際の伝熱による混合ガスの温度低下
は、混合ガスが次の触媒部１１内に流入した際に、充分
触媒反応を開始し得る温度である。

【００３６】そして、次の段の触媒部１１内に流入した
混合ガスは、即座に触媒反応を開始し、その温度が上昇
する。ここで、この触媒部１１に流入した混合ガスは、
前記上流側の触媒部１１での触媒反応により燃料が消費
され、燃料濃度、および酸素濃度が減少している。その
ため、この触媒部１１の容積当りの触媒密度を増加さ
せ、あるいはその流路長を長く設定して反応を継続さ
せ、触媒部１１の出口における混合ガス温度を高く維持
している。この温度は、前述同様に、触媒部１１の耐熱
温度より低い温度である。そして、この触媒部１１内で
の触媒反応により高温となった混合ガスは、さらに次段
の伝熱部１４に流入する。以上のように、触媒反応と伝
熱を繰返しながら、混合ガスを燃焼させるとともに、被
加熱流体を加熱を行う。

【００３７】さらに、この燃焼伝熱部１０から流出する
混合ガスは、ガス処理部２０に流入する。このガス処理
部２０の触媒部２１では、混合ガスの流通方向に長く設
定することにより、触媒部２１内での滞留時間を長く
し、未燃焼分を完全に反応させる。すなわち、上流側の
触媒部１１において、ほとんどの燃料が反応し、このガ
ス処理部２０における混合ガス中の燃料は僅かなものと
なっているためである。さらに、このガス処理部２０で
は、下流側ほど容積当たりの触媒密度を高めてあり、こ
れによっても前記未燃焼分を完全に燃焼させる。

【００３８】さらに、ガス処理部２０で未燃焼分を完全
に反応させた混合ガスは、高温の排ガスとして熱回収部
３０に流入する。この排ガスは、前記ガス処理部２０に
おいて、触媒反応により昇温している。この昇温の度合
は、このガス処理部２０では、未燃焼分の反応によるも
のであるため、前記の燃焼伝熱部１０ほどの昇温ではな
いが、この際に発生する熱を含めて熱回収部３０におい
てはさらに被加熱流体への伝熱を行う。そして、この伝
熱により、低温となった混合ガスを排出する。このガス
処理部２０までで、前記流体通路１内の被加熱流体は、
十分な伝熱を行ない、蒸気となる。

【００３９】以上のように、この発明に係る触媒燃焼式
流体加熱装置によれば、燃焼伝熱部１０において、混合
ガス中の燃料を多段階に分けて断熱状態で反応させ、触
媒部１１の間に配置した伝熱部１４によって被加熱物に
伝熱することにより、空気比の低い混合ガスであっても
触媒部１４の過度の上昇を抑え、触媒部１１の焼損や溶
融を招くこと無く安定した燃焼を行いながら、伝熱を行
うことができる。この際、混合ガスは、触媒部１１と伝
熱部１４を交互に通過することにより、昇温と冷却を繰
返すが、これにより混合ガスは一定の温度範囲内に制御
される。

【００４０】ここで、図４は、この発明に係る触媒式流
体加熱装置における混合ガスの温度の変化を示す線図で
ある。この線図は、前記構成の触媒燃焼式流体加熱装置
において、空気比１．２及び１．１の混合ガスを、発熱
量に換算して、８．１４ｋｗ供給した場合について、前
記ガス通路２の流路方向長さを横軸に、混合ガス温度を
縦軸にとって示すものである。なお、この図４におい
て、横軸上の黒塗り四角部分は触媒部１１，２１の配置
範囲であり、横軸上の白抜きの四角部分は、伝熱部１
４，３１の設置範囲である。図４に示すように、この発
明の触媒燃焼式流体加熱器においては、低い空気比の混
合ガスを供給しても、触媒部の温度は全て触媒の耐熱温
度以下であり、従来不可能とされていた通常の燃焼装置
と同様の空気比の混合ガスを、触媒に劣化や焼損を生じ
ること無く安定して燃焼している。

【００４１】前記第一実施例において、燃焼伝熱部１０
における触媒部１１と隔壁３、および外壁５との間に
は、セラミックなどの適宜の断熱部材を利用した断熱層
１２，１３を介在させてあり、また、ガス処理部２０に
おける触媒部２１と隔壁３、および外壁５との間には、
断熱層２２，２３を介在させてある。このように、各触
媒部１１，２１に断熱層１２，１３，２２，２３を介在
することにより、各触媒部１１，２１における放熱を極
力抑制して熱の授受を燃焼によるもののみとし、前記混
合ガスを断熱状態で反応させることにより、この反応状
態を安定させる。すなわち、被加熱流体等への伝熱によ
る触媒部１１，２１の温度変化を抑制し、触媒反応を極
力安定させている。

【００４２】つぎに、この発明に係る触媒燃焼式流体加
熱装置の第二実施例について図５を参照しながら説明す
る。なお、図５は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱
装置の第二実施例の構成を示す説明図である。図示する
第二実施例は、ガス通路２の外側を流体流路１が取り囲
むように構成したものである。この構成によると、ガス
通路２内において発生した熱は、排気と共に排出される
分を除けば、すべてガス通路２の外側に位置する流体通
路１内の被加熱流体に伝熱されるため、外部への放熱が
少なく、熱効率が向上する。

【００４３】さらに、この発明の各実施例においては、
流体通路１とガス通路２とを隔壁３で区画して、一方の
通路が他方の通路の周囲を取り巻く構成としてあるが、
この発明においては、流体通路の外周をガス通路が取り
巻き、さらにその外周を流体通路が取り巻くように構成
してもよい。さらに、以上の各実施例に示す流体加熱装
置は、一本の伝熱管を使用した所謂モノチューブ形式の
ものであるが、複数の伝熱管を各端部においてヘッダで
連結した、所謂多管式流体加熱装置として適用すること
も可能である。さらに、以上の各実施例における伝熱部
１４，ならびに熱回収部３０は、伝熱フィン１５，３１
を周方向に半ピッチずらせて配置したものとしている
が、同じピッチで配置したものでもよい。この場合、前
記熱回収部３０における伝熱フィン３１は、熱回収部３
０全長にわたる長いものを使用でき、部品点数および組
付け工数を削減できる。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係る触
媒燃焼式流体加熱装置によれば、被加熱流体が流通する
流体通路と、燃料と空気との混合ガスが流通するガス通
路とを隔壁によって区画し、前記ガス通路内に、触媒部
と、前記隔壁に接触させた伝熱部とを混合ガスの流通方
向に交互に配置してなる燃焼伝熱部を備えた構成によっ
て、混合ガスは、触媒部での燃焼による温度上昇と、伝
熱部での被加熱流体への伝熱による温度低下を繰り返し
ながら、ガス通路内を流通するため、空気比の低い混合
ガスであっても、触媒部に焼損や溶融を生じること無
く、安定した定常燃焼が可能になる。

【００４５】特に、前記燃焼伝熱部を構成する触媒部
を、少なくともその下流側の触媒部より短く、触媒密度
を低く設定することにより、混合ガスの空気比が低くて
も、この初段の触媒部の過熱を防止することができる。
さらに、前記燃焼伝熱部の各触媒部は、触媒部が耐熱温
度以下となるように、流入する混合ガスの酸素濃度，お
よび燃料濃度に応じて、その長さ、密度、触媒の種類等
を設定することにより、各触媒部において段階的に混合
ガス中の燃料を反応させ、全体として効率良く混合ガス
を反応させることができる。さらに、前記燃焼伝熱部に
おける伝熱部は、前段の触媒部で反応した混合ガスから
の伝熱を、次段の触媒部における触媒活性温度よりも若
干高い温度まで行なうようにすることにより、触媒反応
を安定して持続させることができる。

【００４６】さらに、この発明に係る触媒燃焼式流体加
熱装置によれば、前記燃焼伝熱部の下流側に、触媒部よ
りなるガス処理部を備えた構成により、燃焼伝熱部にお
いて未燃焼分が生じたとしても確実に反応し、未燃焼分
の排出を防止できる。

【００４７】さらに、この発明に係る触媒燃焼式流体加
熱装置によれば、前記ガス通路内の燃焼伝熱部の下流側
に、前記隔壁に接続した伝熱部材よりなる熱回収部とを
備えた構成により、前記燃焼伝熱部で回収しきれなかっ
た混合ガスの熱も回収でき、熱効率を向上することがで
きる。さらに、前記ガス処理部の下流側に熱回収部を備
えた構成によると、前記燃焼伝熱部で回収しきれなかっ
た混合ガスの熱の他に、ガス処理部において、未燃焼分
を反応させた際の熱も回収できるため、熱効率を向上す
ることができる。

【００４８】さらに、この発明においては、前記燃焼伝
熱部やガス処理部における触媒部を断熱層を介して隔壁
に取り付けてあり、この触媒部では被加熱流体などとの
熱の授受を行うこと無く反応するため、触媒反応温度が
安定し、しかも、反応温度の制御が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第一
実施例の構成を示す説明図である。

【図２】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置におけ
る触媒部の構成例を示す説明図である。

【図３】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置におけ
る伝熱部の構成例を示す説明図である。

【図４】この発明に係る触媒式流体加熱装置における混
合ガスの温度の変化を示す線図である。

【図５】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第二
実施例の構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 流体通路 ２ ガス通路 ３ 隔壁 １０ 燃焼伝熱部 １１ 触媒部 １２ 断熱層 １４ 伝熱部 １５ 伝熱フィン（伝熱部材） ２０ 排ガス処理部 ２１ 触媒部 ３０ 熱回収部 ３１ 伝熱フィン（伝熱部材）

フロントページの続き (72)発明者 二神 一浩 愛媛県松山市堀江町７番地 株式会社三浦 研究所内 (72)発明者 二宮 夏彦 愛媛県松山市堀江町７番地 株式会社三浦 研究所内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被加熱流体が流通する流体通路１と、燃
   料と空気との混合ガスが流通するガス通路２とを隔壁３
   によって区画し、前記ガス通路２内に、触媒部１１と、
   前記隔壁３に接触させた伝熱部１４とを前記混合ガスの
   流通方向に交互に配置してなる燃焼伝熱部１０を備えた
   ことを特徴とする触媒燃焼式流体加熱装置。
2. 【請求項２】 前記燃焼伝熱部を構成する触媒部１１
   を、少なくともその下流側の触媒部１１より短く、触媒
   密度を低く設定したことを特徴とする請求項１記載の触
   媒燃焼式流体加熱装置。
3. 【請求項３】 前記燃焼伝熱部１０における各触媒部１
   １は、触媒部１１が耐熱温度以下となるように、流入す
   る混合ガスの酸素濃度，および燃料濃度に応じて、その
   長さ、密度、触媒の種類等を設定したことを特徴とする
   請求項１、又は請求項２記載の触媒燃焼式流体加熱装
   置。
4. 【請求項４】 前記伝熱部１４は、前段の触媒部１１で
   反応した混合ガスからの伝熱を、次段の触媒部１１にお
   ける触媒活性温度よりも若干高い温度まで行なうことを
   特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の触媒
   燃焼式流体加熱装置。
5. 【請求項５】 前記ガス通路２内の燃焼伝熱部１０の下
   流側に、前記隔壁３との間に、触媒部２１よりなるガス
   処理部２０を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求
   項４の何れかに記載の触媒燃焼式流体加熱装置。
6. 【請求項６】 前記ガス通路２内の燃焼伝熱部１０の下
   流側に、前記隔壁３に接続した伝熱部材３１よりなる熱
   回収部３０とを備えたことを特徴とする請求項１乃至請
   求項５の何れかに記載の触媒燃焼式流体加熱装置。
7. 【請求項７】 前記各触媒部１１，２１は、隔壁３との
   間に断熱層１２，２２を有していることを特徴とする請
   求項１乃至請求項６の何れかに記載の触媒燃焼式流体加
   熱装置。