JP2001021111A

JP2001021111A - 触媒付加熱装置

Info

Publication number: JP2001021111A
Application number: JP11190003A
Authority: JP
Inventors: Tomoji Yamada; 知司山田; Shoji Hirose; 祥司廣瀬; Yasushi Araki; 康荒木
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1999-07-05
Filing date: 1999-07-05
Publication date: 2001-01-26

Abstract

(57)【要約】【課題】触媒付熱交換器の各チューブの層に内部を流
れる被加熱流体の状態に応じた必要な熱量を確保し、チ
ューブおよびフィンの異常昇温を防止して、安全で小型
かつ熱交換効率の高い触媒付加熱装置とする。【解決手段】触媒付熱交換器の筒状容器１内にガス流
路１１を形成し、流体タンク３、４にて連結される複数
のチューブ２の層２Ａ〜２Ｄを形成する。チューブ２の
層２Ａ〜２Ｄ内は、ガス流れの下流側から上流側へ向か
う被加熱流体の流路としてあり、高温の被加熱流体が流
れる上流側のチューブ２の層２Ａ、２Ｂには酸化触媒を
担持せずに、ガス流路１１の上流側端部に配設したバー
ナ５の燃焼熱で加熱し、チューブ２やフィン２１の異常
昇温を防止する。バーナ５の燃焼ガス温度が急激に低下
する下流側のチューブ２の層２Ｃ、２Ｄにはフィン２１
に酸化触媒を担持して、可燃ガス供給ダクト６から可燃
ガス供給口６１を経て可燃ガスをそれぞれ供給し、可燃
ガスを触媒燃焼させることで不足する熱量を補う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用あるいは自
動車用の熱源等に用いられ、燃料ガスの触媒による酸化
反応熱を利用して被加熱流体を加熱する触媒付加熱装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】可燃ガスを酸化触媒を用いて燃焼させ、
その際に発生する熱で被加熱流体を加熱する、いわゆる
触媒付加熱装置が知られており、家庭用、自動車用など
様々な用途への使用が可能である。かかる触媒付加熱装
置は、例えば、容器内に、可燃ガスと支燃ガス（通常、
空気）を含む燃料ガスが導入されるガス流路に設けて、
該ガス流路に、内部を被加熱流体流路とする複数のチュ
ーブを配設し、各チューブの外周に多数のフィンを一体
的に接合した触媒付熱交換器を備えている。フィンの表
面には、例えば白金やパラジウム等の酸化触媒を担持し
てあり、これら触媒担持フィンに燃料ガスが接触する
と、フィン表面で酸化反応が生起する。これにより発生
する酸化反応熱がフィンからチューブ内に伝えられ、チ
ューブ内を流通する被加熱流体を加熱するようになって
いる。

【０００３】触媒による酸化反応は、広い可燃ガス濃度
範囲で起こり、上流側で反応しなかった未燃ガスを下流
側の触媒によって燃焼させることが可能である。つま
り、熱交換器全体で燃焼を行うことができ、一般的なバ
ーナー式の加熱装置に比較して、小型で処理能力が高
い。さらに、触媒付熱交換器内の被加熱流体の流路を、
ガス流れの下流側から上流側へ向けて被加熱流体が流れ
るように構成すると、ガス流路の出口側において、排気
ガスが低温の被加熱流体が流れるチューブに接触するた
め、排気ガスの熱をより低温の被加熱流体に伝達するこ
とが可能で、熱交換効率を高めることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、近年、このよ
うな触媒付加熱装置を、天然ガスを改質した水素を燃料
とする天然ガス改質式の燃料電池において、天然ガスの
改質装置に供給する高温の水蒸気を得るために利用する
ことが検討されている。この場合、可燃ガスとして、改
質装置で生成した余剰の水素を利用すると効率的である
が、被加熱流体（水）を、可燃ガス（水素）の発火温度
（５７０℃）以上、通常、６００〜７００℃程度の高温
ガスにまで加熱する必要がある。このため、燃料ガスが
火炎燃焼して、フィンやチューブが異常昇温し、装置の
性能に悪影響を及ぼすおそれがあって、実用化には至っ
ていない。

【０００５】一方、高温の水蒸気を得るために一般的な
バーナー式の加熱装置を用いた場合には、熱交換器を構
成する材料の耐熱温度を考慮して、燃焼ガス温度が８０
０℃程度となるように可燃ガス量を調整したり、空気過
剰率を高くして希釈する必要がある。このような構成で
は、燃焼ガス温度が低下するガス流路の出口側のいくつ
かのチューブの層において、チューブ内を流れる被加熱
流体に必要な熱量が確保できず、熱量を増大するために
装置が大型化する問題があった。また、支燃ガスを供給
するためのポンプの体格が大きくなり、消費動力もしく
は電力が増大するといった問題がある。

【０００６】本発明は、上記実情に鑑みなされたもの
で、触媒付熱交換器内に設けた被加熱流体流路の各部位
に、内部を流れる被加熱流体の状態に応じて必要な熱量
を供給可能であり、被加熱流体を可燃ガスの発火温度以
上に加熱する場合においても、チューブおよびフィン等
の部材の異常昇温を防止することができ、安全で小型か
つ熱交換効率の高い触媒付加熱装置を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の触媒付加熱装置は、容器内に、可燃ガス
および支燃ガスを含む燃料ガスが流れるガス流路と被加
熱流体が流れる被加熱流体流路を接触させて配し、上記
ガス流路内に燃料ガスと接触して発熱反応を生起する酸
化触媒層を設けた触媒付熱交換器を備えている。上記ガ
ス流路の上流側端部にはバーナを配設し、該バーナに燃
料ガスとなる可燃ガスと支燃ガスを供給する燃料ガス供
給手段を設ける一方、上記ガス流路内の、上記燃料ガス
の燃焼ガス温度が奪熱により急激に低下する部位に可燃
ガスを供給する可燃ガス供給手段を設け、上記部位より
下流側にのみ上記酸化触媒層を設けている。

【０００８】上記構成では、上記被加熱流体が高温とな
る上記触媒付熱交換器の上流側をバーナ燃焼部として、
上記酸化触媒層を設けず、上記バーナによる燃焼ガスの
熱で上記被加熱流体を加熱するようにしたので、燃料ガ
スが火炎燃焼してフィンやチューブ等の部材が異常昇温
するのを防止できる。上記バーナの燃焼ガスは、例え
ば、上記被加熱流体が沸騰状態にある上記被加熱流体流
路と接触した後で、急激に温度が低下するため、この部
位より下流側を上記酸化触媒層を形成した触媒燃焼部と
して、上記可燃ガス供給手段によって可燃ガスを供給す
る。上記バーナの燃焼ガス温度は、可燃ガスの発火点よ
りも十分低くなっているので、この低温の燃焼ガスに可
燃ガスを混合することで、酸化触媒による酸化反応熱を
生じさせ、必要な熱量を確保することができる。よっ
て、安全で、しかも上記被加熱流体流路の各部位に必要
な熱量を効率よく得ることができ、小型かつ熱交換効率
の高い触媒付加熱装置が実現できる。

【０００９】請求項２の構成では、上記触媒付熱交換器
が、液体の上記被加熱流体を高温の蒸気に加熱するもの
とする。例えば、数百℃程度の高温の水蒸気を生成する
場合には、上記被加熱流体の流路の出口近傍において、
上記酸化触媒層表面の温度が上記可燃ガスの発火点を越
えるおそれがある。本発明は、このような場合に特に有
効で、安全性を大きく向上させることができる。

【００１０】請求項３の構成では、上記可燃ガス供給手
段が、上記燃料ガスの燃焼ガス温度が急激に低下する部
位より下流側に位置する上記酸化触媒層に、内部を流れ
る被加熱流体の状態に応じた量の可燃ガスを分配供給す
るための可燃ガス分配手段を備えている。

【００１１】上記可燃ガス分配手段を設けることによ
り、上記被加熱流体流路の各層ごとに異なる必要熱量に
応じた可燃ガスを分配供給することができる。従って、
低温の被加熱流体が流れる最下流の層において、酸化触
媒表面で上記燃焼ガス中に含まれる水が凝縮したり、逆
に排気ガス温度が必要以上に高温となって熱交換効率が
低下することを防止して、より効率よく熱交換を行うこ
とができる。

【００１２】請求項４の構成のように、具体的には、上
記ガス流路内に内部を上記被加熱流体流路とするチュー
ブを配設した構成とすることができる。この場合には、
上記燃料ガスの燃焼ガス温度が急激に低下する部位より
下流側において、上記チューブの外表面に上記酸化触媒
層を設ける。

【００１３】あるいは、請求項５の構成のように、多数
の仕切板を平行配設して隣接する２枚の仕切板間に上記
ガス流路と上記被加熱流体流路とを交互に形成した構成
とすることもできる。この場合には、上記燃料ガスの燃
焼ガス温度が急激に低下する部位より下流側において、
上記ガス流路の内表面に上記酸化触媒層を設ける。

【００１４】請求項６の構成では、上記被加熱流体流路
を、内部を流れる被加熱流体の状態に応じた複数の層に
分割し、これら複数の層のうち、被加熱流体が液体から
気体に変化する沸騰部となる層を複数設ける。そして、
そのガス流れの上流側から第一層目直後の部位を、上記
燃料ガスの燃焼ガス温度が急激に低下する部位とする。

【００１５】被加熱流体を加熱して高温の蒸気とする場
合、必要となる熱量の大半は、被加熱流体が液体から気
体になるための蒸発潜熱であり、さらに上記被加熱流体
が沸騰状態にある時の流路内壁面から被加熱流体への熱
伝達率は、例えば、ガス化した被加熱流体を加熱する時
に比べて格段に高い。このため、上記バーナで生成した
燃焼ガスは、上記ガス流路の最上流の蒸気過熱部を通過
した後も極端に温度低下することはなく、熱交換器中で
最も熱量が必要で、かつ最も熱が被加熱流体に伝わりや
すい部位、つまり被加熱流体流路において被加熱流体が
沸騰状態にある層に達する。燃焼ガスの熱はこの沸騰部
の第一層目を通過したところで急激に低下するため、液
沸騰部を複数層とすると第二層目以降で熱量が不足する
が、ここに上記可燃ガス供給手段によって可燃ガスを供
給して触媒燃焼させることで、上記第二層目以降にも十
分な熱量を与えることができる。

【００１６】請求項７の構成では、上記触媒付熱交換器
内における上記被加熱流体と上記燃料ガスの進行方向を
逆方向とする。上記被加熱流体が上記燃料ガスと対向す
る方向に流れる時、火炎燃焼や上記ガス流路の下流側で
の発熱量の低下といった問題が生じやすいため、本発明
の構成とすることによる効果が高い。また、熱交換効率
を高めることができる利点がある。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の触媒付
装置の第１の実施の形態を説明する。図１（ａ）、
（ｂ）は、触媒付加熱装置の主要部を構成する触媒付熱
交換器の断面図で、両端がテーパ状に縮径する筒状容器
１は内部をガス流路１１となしており、その左端部に燃
料ガス供給手段を構成する支燃ガス供給口１２を、右端
部に排気口１３をそれぞれ設けて、図の左方から右方へ
向けて燃料ガスおよび燃焼ガスが流れるようになしてあ
る。燃料ガスは可燃ガスと支燃ガスの混合気からなり、
可燃ガスとしては、例えば、水素等が、支燃ガスとして
は、通常、空気が使用される。

【００１８】触媒付加熱装置は、容器１の左半部内をバ
ーナ燃焼部、右半部内を触媒燃焼部としている。図１
（ｂ）に示すように、支燃ガス供給口１２内には、可燃
ガスの噴出口５１とこれに対向する点火プラグ５２を有
する公知のバーナ５が配設してあり、噴出口５１には燃
料ガス供給手段を構成する可燃ガス供給路１４が接続さ
れている。噴出口５１から噴出する可燃ガスは、図略の
支燃ガス供給路から支燃ガス供給口１２内に導入される
支燃ガスと混合されて、点火プラグ５２により着火、燃
焼するようになしてある。支燃ガスおよび可燃ガスの流
量や混合比は、ガス流路１１に流入する燃焼ガスが装置
の耐熱温度以下の所定温度（例えば、８００℃程度）と
なるように適宜調整される。また、噴出口５１の下流に
は、流路を横切って整流板５３が配設され、燃焼ガスが
ガス流路１１内に均等に流入するようにしてある。

【００１９】ガス流路１１内には、内部を被加熱流体流
路とする多数のチューブ２が配設してある。各チューブ
２は、ガス流れと直交する方向（図１（ａ）の上下方
向）に延び、その両端は、容器１の筒壁に沿って設けた
一対の流体タンク３、４にそれぞれ接続されている。こ
れら複数のチューブ２は、燃料ガスの流れ方向に層状に
並列配置されており（図１（ｂ））、ここでは、４層の
チューブ２の層２Ａ〜２Ｄが形成してある。各チューブ
２の外周には、リング状の多数のフィン２１がロー付け
等の方法で一体に接合され、触媒燃焼部となる容器１右
半部内の２つのチューブ２の層２Ｃ、２Ｄでは、これら
フィン２１の表面にアルミナ等の多孔質体を担体として
白金、パラジウム等の酸化触媒を担持した酸化触媒層が
形成してある。フィン２１の表面に加えてチューブ２外
表面に酸化触媒層を形成することもでき、必要な発熱量
に応じて適宜調整すればよい。

【００２０】流体タンク３、４は内部が仕切壁によって
複数の流体溜３１、３２、流体溜４１〜４３にそれぞれ
区画されており、最下流の層２Ｄを構成する複数のチュ
ーブ２は、その両端の流体溜３１、４１に連結されてい
る（図１（ａ））。同様に、中間の層２Ｃを流体溜３
１、４２、中間の層２Ｂを流体溜３２、４２に、最上流
の層２Ａを流体溜３２、４３に連結し、流体溜４１に被
加熱流体の導入管４４を、流体溜４３に導出管４５を連
結することで、図に矢印で示すように、燃料ガス流路１
１内をジグザクに、下流側より上流側へ向かう被加熱流
体の流路が形成される。被加熱流体としては、例えば水
が使用され、流路内を流通する間に高温の蒸気に加熱さ
れる。ここでは、最下流の層２Ｄが液昇温部、中間の層
２Ｂ、２Ｃが沸騰部、最上流の層２Ａが蒸気過熱部とな
るように、導出管４５内に設置した温度検出器４６の結
果を基に、被加熱流体の流量や発熱量等を制御してい
る。

【００２１】図１（ｂ）のように、容器１の両側部に
は、可燃ガス供給手段となる可燃ガス供給ダクト６が設
置されている。可燃ガス供給ダクト６は、触媒燃焼部を
構成するチューブ２の各層２Ｃ、２Ｄに可燃ガスを供給
するためのもので、上記容器１の側壁を貫通して上記燃
料ガスの流路１１内に開口し、これら各層２Ｃ、２Ｄに
可燃ガスを分配する可燃ガス分配手段となる複数の可燃
ガス供給口６１を有している（図１（ｂ））。可燃ガス
供給口６１は、上記チューブ２の層２Ｃ、２Ｄの上流側
にそれぞれ所定数形成されて（図１（ａ））、各層に必
要な量の可燃ガスを分離供給するようになしてある。例
えば、被加熱流体は沸騰状態である時に熱伝達率が高
く、また液体から気体になるために多くの熱量を必要と
することから、沸騰部の上記チューブの層２Ｃに、液昇
温部の最下流の層２Ｄよりも多くの可燃ガス供給口６１
を形成している。なお、可燃ガス供給口６１の数は、内
部を流れる被加熱流体の状態に応じて適宜変更すること
ができる。

【００２２】可燃ガスの供給ダクト６には、導入側端部
（図１（ｂ）の左端部）に絞り弁６２が設けられ、この
弁開度を調整することにより、図略の可燃ガス供給路か
ら導入される可燃ガスの流量を制御することができる。
また、支燃ガス供給口１２から供給される支燃ガス量
は、熱交換器全体で消費する可燃ガスに対する支燃ガス
の過剰率が２程度になるようにするとよく、燃焼ガスに
触媒燃焼に十分な量の支燃ガスが含まれるので、触媒燃
焼部のチューブ２の層２Ｃ、２Ｄには可燃ガス供給口６
１からそれぞれ必要な量の可燃ガスのみを供給すればよ
い。

【００２３】なお、本実施の形態では、チューブ２外周
のフィン２１の取付間隔や面積、チューブ２の径や数
は、ここでは各層２Ａ〜２Ｄで同一としてあるが、接合
されるチューブ２内の被加熱流体に必要な熱量に応じて
適宜変更することもできる。

【００２４】上記構成の触媒付加熱装置の作動を以下に
説明する。図１において、可燃ガス供給路１４より上記
バーナ５に供給される可燃ガスに、支燃ガス供給口１２
に導入される支燃ガスを混合して、燃焼させると、高温
の燃焼ガスがガス流路１１内に導入される。燃焼ガスの
熱は、上記チューブ２の層２Ａ〜２Ｄを通過する間にフ
ィン２１およびチューブ２を介して、内部を流れる被加
熱流体に吸収される。この時、各層に吸入される熱量を
グラフにして図２に示す。ここで、被加熱流体を高温の
蒸気に加熱する際に必要となる熱量の大半は、被加熱流
体が液体から気体になるための蒸発潜熱であり、被加熱
流体が沸騰状態にあるチューブ２の層２Ｂ、２Ｃに比べ
て他の層２Ａ、２Ｄでは、チューブ２内表面から被加熱
流体への熱伝達率が低い。従って、ガス流路１１に流入
した燃焼ガスは、蒸気過熱部のチューブ２の層２Ａを通
過した後も極端に温度低下することはなく、最も熱量が
必要で、最も熱伝達率熱が高いチューブ２の層２Ｂに達
する。

【００２５】本実施の形態では沸騰部を二層設けてお
り、図２に示すように、燃焼ガスの熱は第一層目のチュ
ーブ２の層２Ｂを通過したところで急激に低下するため
に、バーナ燃焼による発熱量だけでは、第二層目のチュ
ーブ２の層２Ｃに必要な熱量を確保することができな
い。そこで、この低温の燃焼ガスに上記可燃ガス供給ダ
クト６から可燃ガスを供給し、フィン２１に担持した酸
化触媒を用いて触媒燃焼させる。これにより、第二層目
のチューブ２の層２Ｃに必要な熱量を確保することがで
きる。また、可燃ガスを各層２Ｃ、２Ｄにそれぞれ対応
して可燃ガス供給口６１を設けたので、各層２Ｃ、２Ｄ
に必要に応じた量の可燃ガスを分配供給することがで
き、例えば、最下流のチューブ２の層２Ｄで、燃焼ガス
中の水分が凝縮したり、逆に排気ガス温度が不必要に高
くなるのを防止することができる。

【００２６】このように、上記構成の触媒付加熱装置に
よれば、バーナ５による燃焼熱が不足する部位に、酸化
触媒を担持して可燃ガスを適切に分配供給することによ
り、被加熱流体の温度が高いガス流路１１の上流側にお
けるフィン２１やチューブ２の異常昇温を防止でき、し
かも、チューブ２の各層２Ａ〜２Ｄの各層に必要な熱を
与えることができる。よって、装置の体格を大きくする
ことなく、小型で安全性の高い触媒付加熱装置を得られ
る。また、支燃ガスを含む燃焼ガスに、可燃ガス供給口
６１から各層に必要な可燃ガスのみを分配供給すればよ
いので、発熱量の調整が容易で、制御性に優れる。例え
ば、触媒付熱交換器に導入される被加熱流体の温度が極
端に低く、被加熱流体を沸騰させるために必要な熱量が
比較的大きい場合などに有効で、効率よく被加熱流体を
所定温度まで昇温させることができる。

【００２７】図３、４に本発明の第２の実施の形態を示
す。本実施の形態では、触媒燃焼加熱装置の触媒付熱交
換器が、積層型の基本構成を有している点で、上記第１
の実施の形態と異なっている。図３において、矩形断面
の容器１内は、隔壁１５、１６によって、熱交換部とそ
の上下の流体タンク３、４に区画されている。熱交換部
は、図４の左右方向に多数の仕切板７を平行配設して、
隣接する２枚の仕切板７間にガス流路１１と被加熱流体
流路２２とを交互に形成してなり、その上半部内をバー
ナ燃焼部、下半部内を触媒燃焼部としている。

【００２８】各ガス流路１１は、図３のように、その内
部に仕切用のスペーサ１７、１８、１９を配設すること
により、上下方向に４分割されている（１１Ａ〜１１
Ｄ）。そして、図の上方から下方へ向けてジグザクに燃
料ガスが流れるように、最上流部１１Ａの左端部に支燃
ガス供給口１２を、最下流部１１Ｄの左端部に排気口１
３を配設し、中間部１１Ｂの右端部と最上流部１１Ａ、
左端部と中間部１１Ｃをそれぞれ流路７１、７２で、中
間部１１Ｃの左端部と中間部１１Ｂ、右端部と最下流部
１１Ｄをそれぞれ流路７２、７３で連結してある。ま
た、支燃ガス供給口１２内には、上記第１の実施の形態
と同様のバーナ５が配設してある。

【００２９】一方、図４のように、各被加熱流体流路２
２の上下端は、隔壁１５、１６を貫通してそれぞれ流体
タンク３、４に連通している。そして、図３のように、
下方の流体タンク４に被加熱流体の導入管４４を、上方
の流体タンク３に導出管４５を連結することで、図の下
方から上方へ、すなわち燃料ガス流路１１の下流側より
上流側へ向けて被加熱流体が流れるようになしてある。
本実施の形態では、被加熱流体流路２２内を、ガス流路
１１の各部１１Ａ〜１１Ｄに対応する４つの層２２Ａ〜
２２Ｄに分けており、例えば、燃料ガス流路１１の最下
流部１１Ｄに対応する第４層２２Ｄが液昇温部、中間部
１１Ｂ、１１Ｃに対応する第２層２２Ｂ、第３層２２Ｃ
が沸騰部、最上流部１１Ａに対応する第１層２２Ａが蒸
気加熱部となるようにする。そして、導出管４５内に設
置した温度検出器４６の結果を基に、被加熱流体の流
量、発熱量等を制御している。

【００３０】ここで、各燃料ガス流路１１の各部１１Ａ
〜１１Ｄには、矩形断面の波板状のフィン７４が挿通配
設してある。フィン７４は、流路壁となる２枚の仕切板
７間に挟持されて、各部１１Ａ〜１１Ｄ内をさらに多数
の流路に区画している。また、触媒燃焼部となる熱交換
部下半部（１１Ｃ、１１Ｄ）内に位置するフィン７４お
よび仕切板７の表面には、アルミナ等の多孔質体を担体
として白金、パラジウム等の酸化触媒を担持した酸化触
媒層が形成してある。なお、フィン７４を矩形断面形状
とすると仕切板７との接触面積が大きくなり、伝熱性能
が向上する。

【００３１】図５（ａ）、（ｂ）のように、各被加熱流
体流路２２内にも、矩形断面の波板状のフィン２３が挿
通配設されて、さらに多数の流路に区画されている。こ
の時、被加熱流体流路２２のフィン２３と燃料ガス流路
１１のフィン７４とは、流路方向が互いに直交するよう
に配され、平板状の仕切板７を挟んで、これらフィン２
３とフィン７３とを交互に積層することで熱交換部が構
成される。

【００３２】図４に示すように、容器１の側部には、可
燃ガス供給手段となる可燃ガス供給ダクト６が設置され
ている。可燃ガス供給ダクト６は、触媒燃焼部を構成す
る燃料ガス流路１１の各部１１Ｃ、１１Ｄに可燃ガスを
供給するためのもので、これら各部１１Ｃ、１１Ｄに可
燃ガスを分配する可燃ガス分配手段となる複数の可燃ガ
ス供給口６１を有している（図３）。可燃ガス供給口６
１は、各部１１Ｃ、１１Ｄ上流側にそれぞれ開口して、
各部に必要な量の可燃ガスを分離供給するようになして
あり、具体的には中間部１１Ｃ上流の流路７２に２ヵ
所、最下流部１１Ｄ上流の流路７３に１ヵ所形成され
る。これは、被加熱流体流路２２内を流れる被加熱流体
が沸騰状態である時に熱伝達率が高く、また液体から気
体になるために多くの熱量を必要とするためで、沸騰部
となる被加熱流体流路２２の第３層２２Ｃに対応する中
間部１１Ｃに、液昇温部の第４層２２Ｄに対応する最下
流部１１Ｄよりも多くの可燃ガスを供給している。な
お、可燃ガス供給口６１の数は、内部を流れる被加熱流
体の状態に応じて適宜変更することができる。

【００３３】可燃ガスの供給ダクト６の上部に接続され
る導入管６３（図４）内には、絞り弁６２が設けられ、
この弁開度を調整することにより、図略の可燃ガス供給
路から導入される可燃ガスの流量を制御することができ
る。本実施の形態においても、触媒付熱交換器の上流側
を酸化触媒を担持しないバーナ燃焼部としたので、燃料
ガスの火炎燃焼を防止することができる。また、沸騰部
を二層（第２層２２Ｂと第３層２２Ｃ）設けて、第二層
目に対応するガス流路１１の中間部１１Ｃより下流を酸
化触媒層を形成した触媒燃焼部とし、可燃ガス供給ダク
ト６から可燃ガスを供給するようにしたので、燃焼ガス
温度が低下する第二層目に必要な熱量を確保することが
できる。さらに、可燃ガス供給口６１を中間部１１Ｃ、
最下流部１１Ｄの上流に設けたので、それぞれに必要な
量の可燃ガスを分配供給することができる。よって、効
率よく被加熱流体を所定温度に昇温させる同様の効果が
得られる。

【００３４】また、上記積層型の触媒付熱交換器は、体
積当たりの比表面積を大きくできるので、小型化が容易
である。さらに、積層型の触媒付熱交換器は、プレス成
形した各構成部材を積層して一体ロー付けすることによ
り容易に製作できるため、コストの低減が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示し、（ａ）は触
媒燃焼加熱装置の主要部を構成する触媒付熱交換器の縦
断面図、（ｂ）は（ａ）のＩｂ−Ｉｂ線断面図で、触媒
付熱交換器の横断面図である。

【図２】第１の実施の形態の効果を説明するための図
で、各チューブの層における発熱量とフィン温度を示す
図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態を示す触媒燃焼加熱
装置の触媒付熱交換器の断面図で、図４のＩＩＩ−ＩＩ
Ｉ線断面図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態における触媒付熱交
換器の断面図である。

【図５】（ａ）は図３のＶａ−Ｖａ線断面図、（ｂ）は
図４のＶｂ−Ｖｂ線断面図である。

【符号の説明】

１容器１１ガス流路１２支燃ガス供給口（燃料ガス供給手段）１３排気口１４可燃ガス供給路（燃料ガス供給手段）２チューブ２１フィン２Ａ最上流の層２Ｂ、２Ｃ中間の層２Ｄ最下流の層３、４流体タンク３１、３２流体溜４１〜４３流体溜４４被加熱流体導入管４５被加熱流体導出管５バーナ６可燃ガス供給ダクト（可燃ガス供給手段）６１可燃ガス供給口（可燃ガス分配手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者廣瀬祥司愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地株式会社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者荒木康愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3K065 TA09 TA14 TB12 TC01 TD05 TF01 TK02 TK04 TM02 TP08 3K091 AA12 AA17 BB02 CC06 CC22 FB03 FB32 5H027 AA02 BA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】容器内に、可燃ガスおよび支燃ガスを含
む燃料ガスが流れるガス流路と被加熱流体が流れる被加
熱流体流路を接触させて配し、上記ガス流路内に燃料ガ
スと接触して発熱反応を生起する酸化触媒層を設けた触
媒付熱交換器を備える触媒付加熱装置であって、上記ガ
ス流路の上流側端部にバーナを配設し、該バーナに燃料
ガスとなる可燃ガスと支燃ガスを供給する燃料ガス供給
手段を設ける一方、上記ガス流路内の、上記燃料ガスの
燃焼ガス温度が奪熱により急激に低下する部位に可燃ガ
スを供給する可燃ガス供給手段を設け、上記部位より下
流側にのみ上記酸化触媒層を設けたことを特徴とする触
媒付加熱装置。
【請求項２】上記触媒付熱交換器が、上記被加熱流体
を液体から高温の蒸気に加熱するものである請求項１記
載の触媒付加熱装置。
【請求項３】上記可燃ガス供給手段が、上記燃料ガス
の燃焼ガス温度が急激に低下する部位より下流側に位置
する上記酸化触媒層に、内部を流れる被加熱流体の状態
に応じた量の可燃ガスを分配供給するための可燃ガス分
配手段を備えている請求項１または２記載の触媒付加熱
装置。
【請求項４】上記触媒付熱交換器が、上記ガス流路内
に内部を上記被加熱流体流路とするチューブを配設して
なり、上記燃料ガスの燃焼ガス温度が急激に低下する部
位より下流側において、上記チューブの外表面に上記酸
化触媒層を設けた請求項１ないし３のいずれか記載の触
媒付加熱装置。
【請求項５】上記触媒付熱交換器が、多数の仕切板を
平行配設して隣接する２枚の仕切板間に上記ガス流路と
上記被加熱流体流路とを交互に形成してなり、上記燃料
ガスの燃焼ガス温度が急激に低下する部位より下流側に
おいて、上記ガス流路の内表面に上記酸化触媒層を設け
た請求項１ないし３のいずれか記載の触媒付加熱装置。
【請求項６】上記被加熱流体流路を、内部を流れる被
加熱流体の状態に応じた複数の層に分割し、これら複数
の層のうち、被加熱流体が液体から気体に変化する沸騰
部となる層を複数設けて、そのガス流れの上流側から第
一層目直後の部位を、上記燃料ガスの燃焼ガス温度が急
激に低下する部位となした請求項１ないし５のいずれか
記載の触媒付加熱装置。
【請求項７】上記触媒付熱交換器内における上記被加
熱流体と上記燃料ガスの進行方向が逆方向である請求項
１ないし６のいずれか記載の触媒付加熱装置。