JP2004101054A - Catalytic reaction type heating device - Google Patents

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JP2004101054A JP2002262965A JP2002262965A JP2004101054A JP 2004101054 A JP2004101054 A JP 2004101054A JP 2002262965 A JP2002262965 A JP 2002262965A JP 2002262965 A JP2002262965 A JP 2002262965A JP 2004101054 A JP2004101054 A JP 2004101054A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a catalytic reaction type heating device capable of raising temperature of catalyst quickly when starting and suppressing exhaust of not yet reacted gas. <P>SOLUTION: This catalytic reaction type heating device is provided with a gas passage 2 for heating through which high temperature gas passes, a catalytic reaction part 20 reacting mixture gas composed of fuel and air by catalyst to generate high temperature gas, a heat medium circulation passage 40 through which heat medium passes, a heat exchange part 30 arranged on the downstream side of the catalytic reaction part 20 in the gas passage 2 for heating to transmit heat of high temperature gas to heat medium, and an opening and closing valve for letting mixture gas remain in the catalytic reaction part 20. The opening and closing valve 50 is provided on the downstream side of the heat exchange part 30 in the gas passage 2 for heating to let mixture gas remain in the catalytic reaction part 20 by closing the gas passage 2 for heating. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒反応により得られる熱を利用して熱媒体を加熱する触媒反応式加熱装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、燃料と空気の混合気を触媒反応させ、この触媒反応により得られる高温ガスを利用して冷却媒体を加熱する触媒反応式加熱装置が知られている。例えば、特開平4−314613号公報に記載の触媒反応式冷媒加熱システムでは、上流側の触媒反応部にて高温ガスを得て、下流側の熱交換部で高温ガスと冷却媒体との熱交換を行って温水を得る構成をとっている。
【0003】
ところが、触媒反応式加熱装置では、一般的に常温以下の温度では触媒の活性が低く、触媒反応が緩慢である。このため、起動時に未反応ガスを多量に放出するおそれがあり、環境保全上好ましくない。このような問題に対し、上記公報記載の触媒反応式冷媒加熱システムでは、電気エネルギにより発熱する発熱体を設け、この発熱体により燃焼用の空気を加熱し、間接的に触媒を加熱するように構成されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術では、触媒の加熱に大きな電気エネルギを消費してしまうとともに、構成が複雑になるという問題がある。このため、コスト面やシステムの効率上好ましくない。
【0005】
本発明は、上記点に鑑み、起動時に触媒を速やかに昇温させ、未反応ガスが放出されることを抑制できる触媒反応式加熱装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、触媒反応を利用して熱媒体を加熱する触媒反応式加熱装置であって、高温ガスが通過する加熱用ガス経路(2)と、加熱用ガス経路(2)に設けられているとともに触媒を有し、燃料供給部(11)から供給される燃料と空気供給部(12)から供給される空気との混合ガスを触媒反応させて高温ガスを生成する触媒反応部(20)と、熱媒体が通過する熱媒体経路(40)と、加熱用ガス経路(2)における触媒反応部(20)の下流側に配置され、高温ガスの熱を熱媒体に伝える熱交換部(30)と、混合ガスを触媒反応部(20)に滞留させる滞留手段(50)とを備えることを特徴としている。
【0007】
このように混合ガスを触媒反応部(20)に滞留させることで、加熱用ガス経路(2)内での空間速度を見かけ上ゼロにすることができ、供給された混合ガスを有効に触媒反応させることができる。この反応熱により、触媒加熱用に専用の熱源を設けることなく、触媒を加熱昇温できるとともに未反応ガスの排出を防止できる。
【0008】
具体的には、請求項2に記載の発明のように、滞留手段として、加熱用ガス経路(2)における熱交換部(30)に下流側に設けられた、加熱用ガス経路(2)を開閉可能な開閉弁(50)を用い、開閉弁(50)により加熱用ガス経路(2)を閉じることで混合ガスを触媒反応部に滞留させることができる。
【0009】
また、請求項3に記載の発明では、滞留手段は、燃料供給手段(11)から触媒反応部(20)に燃料を所定燃料量供給するとともに、空気供給手段(12)から触媒反応部(20)に空気を所定空気量供給した後、所定時間経過するまで混合ガスを触媒反応部(20)に滞留させることを特徴としている。このように、混合ガスを触媒反応部(20)に滞留させる最適な時間を予め設定しておくことができる。所定時間経過後には、混合ガスが充分に触媒反応し、触媒温度が活性温度以上に上昇している。
【0010】
また、請求項4に記載の発明では、熱媒体経路(40)に設けられ、熱交換部(30)に熱媒体を供給する熱媒体供給手段(42)を備え、熱媒体供給手段(42)は、滞留手段により混合ガスを触媒反応部(20)に滞留させている間、熱媒体を熱交換部(30)に供給しないことを特徴としている。
【0011】
このように、混合ガスを触媒反応部(20)に滞留させている間、熱媒体の供給を停止しておくことで、混合ガスの反応熱が装置外部に放出するのを防止でき、早期に触媒温度を上昇させることができる。
【0012】
また、請求項5に記載の発明では、加熱用ガス経路(2)における触媒反応部(20)の下流側に配置され、加熱用ガス経路(2)内の燃料濃度を検出する燃料濃度検出手段(61)と、燃料濃度検出手段(61)により検出した燃料濃度が所定濃度以下になるまで、混合ガスを触媒反応部(20)に滞留させるように滞留手段(50)を制御する制御手段(60)とを備えることを特徴としている。
【0013】
このように、燃料濃度に基づいて滞留手段を制御することで、暖機モードから通常運転モードまでの過程を的確かつ速やかに制御することができる。
【0014】
また、請求項6に記載の発明では、触媒反応部(20)の触媒温度を検出する触媒温度検出手段(62)と、触媒温度検出手段(62)により検出した触媒温度が所定温度以下になるまで、混合ガスを触媒反応部(20)に滞留させるように滞留手段(50)を制御する制御部(60)とを備えることを特徴としている。
【0015】
このように、触媒温度に基づいて滞留手段を制御することで、暖機モードから通常運転モードまでの過程を的確かつ速やかに制御することができる。
【0016】
また、請求項7に記載の発明では、加熱用ガス経路(2)における触媒反応部(20)の上流側と下流側とを連通する混合ガス循環経路(51)と、混合ガス経路(51)に設けられ、加熱用ガス経路(2)内に存在する混合ガスを混合ガス循環経路(51)を介して触媒反応部(20)に循環させる混合ガス循環手段(52、53)とを備えることを特徴としている。
【0017】
このように混合ガスを触媒燃焼部(20)に循環させることで、混合ガスの拡散性を向上させることができ、混合ガスが触媒に接触する頻度を増加することができる。また、混合ガスに与えられた熱エネルギを触媒に回収させることができ、触媒の早期活性を図ることができる。
【0018】
また、請求項8に記載の発明では、混合ガス循環手段は、燃料供給手段(11)から供給される燃料、空気供給手段(12)から供給される空気、またはこれらの混合ガスの少なくとも1つの流体エネルギを利用して混合ガス経路(51)に混合ガスを循環させるエジェクタ(53)であることを特徴としている。
【0019】
このような構成により、混合ガス循環経路(51)に混合ガスを循環させるために専用の動力を用いる必要がなく、装置の簡素化および省動力化を図ることができる。
【0020】
また、請求項9に記載の発明では、熱交換部(30)に、触媒反応部(20)が形成されていることを特徴としている。
【0021】
このような構成により、暖機中に触媒反応が急激に進行し、触媒反応熱が過昇温した場合にも、熱交換部(30)内の熱媒体の存在により、触媒の熱暴走を回避することが可能となる。さらに、触媒反応部と熱交換部とを一体化することにより、装置全体の小型化を図ることができる。
【0022】
また、請求項10に記載の発明では、燃料は水素であることを特徴としている。水素は反応性が高いため、より低温で自立反応による暖機が行うことができる。また、触媒反応式加熱装置を、水素を燃料とする例えば燃料電池システムの暖機用熱源等として好適に用いることができる。
【0023】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【0024】
【発明の実施の形態】
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について図1〜図4に基づいて説明する。本第1実施形態の触媒反応式加熱装置は、触媒反応により得られる熱を利用して熱媒体を加熱し、熱媒体を介して被加熱体を加熱するものである。
【0025】
図1は、本第1実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。図1に示すように、触媒反応式加熱装置では、ケーシング1により加熱用ガスが通過する加熱用ガス経路2が形成されている。加熱用ガス経路2の最上流側には、燃料と空気との混合ガスを供給する混合ガス供給部10が設けられている。混合ガス供給部10は、燃料を供給する燃料供給部11、空気を供給する空気供給部12、燃料および空気を混合する混合部13を有している。なお、本第1実施形態では、燃料として反応性に優れた水素を用いている。
【0026】
加熱用ガス経路2における混合ガス供給部10の下流側には、触媒反応部20が設けられている。触媒反応部20では、混合ガス供給部10から供給される混合ガスを触媒反応させ、高温の燃焼ガスを発生させる。
【0027】
図2は触媒反応部20の斜視図である。触媒反応部20には例えば図2(a)に示すモノリス触媒を用いることができる。モノリス触媒には、セラミックのモノリスを担体として、低温においても反応活性に優れる白金(Pt)やパラジウム(Pd)に代表される貴金属類や金属酸化物が酸化触媒として担持されている。触媒反応部20として、図2(a)に示すモノリス触媒に代えて、図2(b)に示すペレット触媒を用いることもできる。
【0028】
加熱用ガス経路2における触媒反応部20の下流側には、熱交換部30が設けられている。熱交換部30では、触媒反応部20にて発生した高温ガスの熱を熱媒体に伝えるものである。本第1実施形態では、熱媒体として冷却水を用いている。
【0029】
図3は熱交換部30の斜視図である。熱交換部30には任意の熱交換器を用いることができ、例えば図3(a)に示すフィン31と扁平チューブ32とからなるフィンチューブ型熱交換器を用いることができる。フィン31やチューブ32といった熱伝導部材は、アルミニウムを用いている。フィン31により高温ガスが通過する加熱用ガス経路2が構成され、チューブ32により冷却水が通過する熱媒体経路3が構成される。高温ガスは、隣り合うフィン31の隙間を通過し、冷却水はチューブ32内部を通過する。
【0030】
熱交換部30として、図3(a)に示す熱交換器に代えて、図3(b)に示すプレート状のフィン31と円管状のチューブ32からなる熱交換器を用いることもできる。
【0031】
熱交換部30の熱媒体経路3にて加熱された冷却水(熱媒体)は、熱媒体循環経路(熱媒体経路)40を介して被加熱体41に循環し、被加熱体41を加熱する。熱媒体循環経路40には、冷却水を循環させるための循環ポンプ(熱媒体供給手段)42が設けられている。本第1実施形態のように、触媒反応させる燃料として水素を用いる場合には、被加熱体41として水素を燃料とする燃料電池を好適に用いることができる。
【0032】
加熱用ガス経路2における熱交換部30の下流側には、加熱用ガス経路2を開閉可能なシャットバルブ(滞留手段)50が設けられている。このシャットバルブ50は、加熱用ガス経路2を必ずしも遮断できるものである必要はなく、シャットバルブ50を閉じたときに混合ガスの抵抗となって、混合ガスを加熱用ガス経路2内に封入できるものであればよい。
【0033】
また、触媒反応式加熱装置には、各種制御を行う制御部60が設けられている。制御部60は、燃料供給装置11、空気供給装置12、熱媒体循環ポンプ42、シャットバルブ50に制御信号を出力するように構成されている。
【0034】
次に、上記構成の触媒反応式加熱装置の作動について図4のフローチャートに基づいて説明する。図4は、触媒反応式加熱装置の低温起動時における暖機モードの作動を示している。
【0035】
まず、燃料供給装置11から所定量の燃料を供給し、空気供給装置12から所定量の空気を供給する(S10)。このとき、シャットバルブ50は開放状態とし、熱媒体循環ポンプ42は停止しておく。燃料と空気は混合部13にて混合され混合ガスが生成され、混合ガスが触媒反応部20に供給される。低温状態では、触媒反応部20の触媒は活性温度に達していないので、混合ガスの多くは触媒反応部20にて反応しないまま、熱交換部30側に流れる。
【0036】
次に、シャットバルブ50を閉じる(S11)。これにより、混合ガスは、加熱用ガス経路2内に封入されることになる。これにより、触媒反応部20に混合ガスを滞留させることができ、触媒反応部20で混合ガスの触媒反応が進行する。触媒反応部20にて酸化されたガスは、加熱用ガス経路2内の濃度勾配により拡散する。一方、触媒反応部20では混合ガス濃度が低くなっているので、他の部位に存在している未反応の混合ガスが新たに拡散により触媒反応部20にもたらされる。触媒反応部20では、混合ガスの酸化により発熱することで触媒温度が上昇する。この結果、触媒の活性が上昇するため、連鎖的に未反応の混合ガスの酸化が促進される。
【0037】
このとき、熱媒体循環ポンプ42が停止しているので冷却水が循環せず、触媒反応によって発生した熱が冷却水により装置外部に運び出されるのを防止できる。
【0038】
シャットバルブ50の閉鎖により混合ガスの封入は、所定時間が経過するまで行う(S12)。この所定時間は、供給した混合ガスの量、触媒の量、反応速度に基づいて予め決定されている。すなわち、混合ガス量が多いほど反応時間が長くなり、触媒の量が多い場合には反応時間が短くなる。また、反応速度は、触媒温度によって変化し、温度が高いほど反応速度が速くなる。
【0039】
上記所定時間経過後、シャットバルブ50を開放する(S13)。これにより、加熱用ガス経路2内で充分に酸化されたガスが装置外に排出される。そして、燃料および空気の供給を開始し(S14)、冷却水の循環を開始する(S15)。これにより、暖機モードから通常運転モードに入る。このとき、触媒反応部20の触媒は、反応熱により活性温度以上に上昇していると考えられるので、通常運転モードで連続的に燃料および空気を供給しても、触媒反応部20で充分に触媒反応させることができ、未反応ガスの排出を抑制することができる。
【0040】
以上のように、触媒温度が低い起動時にシャットバルブ50により、混合ガスを触媒反応部20に滞留させることで、加熱用ガス経路2内の空間速度を見かけ上ゼロにすることができ、未反応ガスの排出を抑制しつつ、混合ガスを触媒反応させ、触媒温度を上昇させることができる。これにより、触媒加熱用の熱源を設けることなく、速やかに触媒を加熱昇温させることができるとともに、未反応ガスの排出を抑制することができる。
【0041】
また、混合ガスを触媒反応部20に滞留させている間、冷却水の循環を停止しておくことで、混合ガスの反応熱が装置外部に放出するのを防止でき、早期に触媒温度を上昇させることができる。
【0042】
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図5に基づいて説明する。本第2実施形態は、上記第1実施形態に比較して、燃料濃度を検出する燃料濃度検出手段を設けた点が異なるものである。上記第1実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【0043】
図5は、本第2実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。図5に示すように、加熱用ガス経路2に燃料(水素)の濃度を検出する水素センサ61(燃料濃度検出手段)が設けられている。本第2実施形態では、水素センサ61を、加熱用ガス経路2における熱交換部30の下流側に設けている。水素センサ61のセンサ信号は、制御部60に入力される。
【0044】
本第2実施形態では、上記図4のフローチャートのS11〜S13において、水素センサ61にて検出した水素濃度が、所定濃度以下となるまで、シャットバルブ50を閉じておき、触媒反応の進行により水素濃度が所定濃度以下となったときにシャットバルブ50を開放する。
【0045】
このように、未反応ガス濃度である水素濃度に基づいてシャットバルブ50の開閉制御を行うことで、暖機モードから通常運転モードまでの過程を的確かつ速やかに制御することができる。
【0046】
(第3実施形態)
次に、本発明の第3実施形態について図6に基づいて説明する。本第3実施形態は、上記第1実施形態に比較して、触媒温度を検出する触媒温度検出手段を設けた点が異なるものである。上記各実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【0047】
図6は、本第3実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。図6に示すように、触媒反応部20には、触媒の温度を検出する温度センサ(触媒温度検出手段)62が設けられている。温度センサ62のセンサ信号は、制御部60に入力される。
【0048】
本第3実施形態では、上記図4のフローチャートのS11〜S13において、温度センサ62にて検出した触媒温度が、所定温度以上となるまで、シャットバルブ50を閉じておき、触媒反応の進行により触媒温度が所定温度以上となったときにシャットバルブ50を開放する。
【0049】
以上の構成によっても、上記第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0050】
(第4実施形態)
次に、本発明の第4実施形態について図7に基づいて説明する。本第4実施形態は、上記第1実施形態に比較して、未反応の混合ガスを循環させる混合ガス循環経路を設けた点が異なるものである。上記各実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【0051】
図7は、本第4実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。図7に示すように、加熱用ガス経路2における触媒反応部20の上流側と下流側とを連通する混合ガス循環経路51が設けられている。混合ガス循環経路51には、混合ガスを循環させる混合ガス循環ポンプ(混合ガス循環手段)52が設けられている。本第4実施形態では、加熱用ガス経路2における触媒反応部20の下流側から上流側に混合ガスを循環させるように構成されている。
【0052】
このような構成により、シャットバルブ50を閉じる暖機モード時に混合ガスを触媒燃焼部20に循環させることで、混合ガスの拡散性を向上させることができ、混合ガスが触媒に接触する頻度を増加することができる。また、混合ガスに与えられた熱エネルギを触媒や熱交換部30に回収させることができ、触媒の早期活性に結びつけることができる。
【0053】
(第5実施形態)
次に、本発明の第5実施形態について図8に基づいて説明する。本第5実施形態は、上記第4実施形態に比較して、混合ガス循環手段の構成が異なるものである。上記各実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【0054】
図8は、本第5実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。図8に示すように、混合ガス循環経路51は混合ガス供給部10の下流側に合流している。この合流部にはエジェクタ効果により混合ガス循環経路51の混合ガスを循環させるエジェクタ部(混合ガス循環手段)53が設けられている。エジェクタ部53は、混合ガス供給部10から供給される混合ガスの流体エネルギを利用し、混合ガス循環経路51の混合ガスを吸引して循環させるものである。本第5実施形態では、混合ガスが噴出するノズルを複数設けている。
【0055】
このような構成により、混合ガス循環経路51に混合ガスを循環させるために専用の動力を用いる必要がなく、装置の簡素化および省動力化を図ることができる。
【0056】
(第6実施形態)
次に、本発明の第6実施形態について図9、図10に基づいて説明する。本第6実施形態は、上記第2実施形態に比較して、触媒反応部と熱交換部を一体化した点が異なるものである。上記各実施形態と同様の部分は同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【0057】
図9は本第6実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図であり、図10は本第6実施形態の触媒反応部20および熱交換部30の斜視図である。図9に示すように、触媒反応部20と熱交換部30は一体化されている。図10に示すように、熱交換部30におけるフィン31表面に酸化触媒が担持されている。さらに、チューブ32表面に酸化触媒を担持してもよい。このように熱交換部30における混合ガスが通過する部位に酸化触媒を担持することにより、触媒反応部20を形成することができ、触媒反応部20と熱交換部30を一体化することができる。
【0058】
このような構成により、暖機モード中に反応熱のコントロールが容易になる。すなわち、暖機中に触媒反応が急激に進行し、触媒反応熱が過昇温した場合にも、熱交換部30内の冷却水(熱媒体)の存在により、触媒の熱暴走を回避することが可能となる。さらに、触媒反応部と熱交換部とを一体化することにより、装置全体の小型化を図ることができる。
【0059】
(他の実施形態)
なお、上記各実施形態の構成は、適宜組み合わせて実施することができる。
【0060】
また、上記各実施形態の構成において、シャットバルブ50を設けず、滞留手段として、燃料供給装置11から所定燃料量の燃料を供給し、空気供給装置12から所定空気量の空気を供給することで、触媒反応部20に混合ガスを滞留させてもよい。これにより、新たに供給される燃料、空気によって圧送されることがないので、燃料、空気の供給を停止するだけでも、ある程度の混合ガスを触媒反応部20に滞留させることができる。
【0061】
また、上記第2実施形態では、燃料濃度を検出する燃料濃度検出手段として水素センサ61を用いたが、これに限らず、例えば酸素濃度を検出する酸素センサ(O2センサ)を用いることもできる。燃料の触媒燃焼と同時に酸素も消費されるため、酸素センサにて酸素濃度を検出することで、間接的に燃料濃度を検出することができる。
【0062】
また、上記第5実施形態のエジェクタ部53は、混合ガスの流体エネルギを利用して加熱用ガス経路2内の混合ガスを循環させたが、これに限らず、燃料供給装置11から供給される燃料、空気供給装置12から供給される空気、またはこれらの混合ガスの少なくとも1つの流体エネルギを利用するものであればよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。
【図2】第1実施形態の触媒反応部の斜視図である。
【図3】第1実施形態の熱交換部の斜視図である。
【図4】第1実施形態の触媒反応式加熱装置の作動を示すフローチャートである。
【図5】第2実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。
【図6】第3実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。
【図7】第4実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。
【図8】第5実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。
【図9】第6実施形態の触媒反応式加熱装置の全体構成を示す概念図である。
【図10】第6実施形態の触媒反応部および熱交換部の斜視図である。
【符号の説明】
10…混合ガス供給部、11…燃料供給部、12…空気供給部、20…触媒反応部、30…熱交換部、40…熱媒体循環経路、41…被加熱体、42…熱媒体循環ポンプ、50…シャットバルブ、60…制御部。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a catalytic reaction heating device that heats a heat medium using heat obtained by a catalytic reaction.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been known a catalytic reaction type heating device in which a mixture of fuel and air is subjected to a catalytic reaction, and a cooling medium is heated using a high-temperature gas obtained by the catalytic reaction. For example, in the catalytic reaction type refrigerant heating system described in JP-A-4-314613, a high-temperature gas is obtained in an upstream catalytic reaction section, and a heat exchange between the high-temperature gas and a cooling medium is performed in a downstream heat exchange section. To obtain warm water.
[0003]
However, in a catalytic reaction type heating device, the activity of the catalyst is generally low at a temperature lower than room temperature, and the catalytic reaction is slow. For this reason, a large amount of unreacted gas may be released at the time of startup, which is not preferable in terms of environmental conservation. To cope with such a problem, in the catalyst reaction type refrigerant heating system described in the above publication, a heating element that generates heat by electric energy is provided, and the heating element heats combustion air to indirectly heat the catalyst. It is configured.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional technology, there is a problem that a large amount of electric energy is consumed for heating the catalyst and the configuration is complicated. Therefore, it is not preferable in terms of cost and system efficiency.
[0005]
In view of the above, an object of the present invention is to provide a catalytic reaction-type heating device that can quickly raise the temperature of a catalyst at the time of startup and can suppress emission of unreacted gas.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a catalytic reaction heating device for heating a heat medium by utilizing a catalytic reaction, wherein a heating gas path (2) through which a high-temperature gas passes; A catalyst is provided in the heating gas path (2) and has a catalyst. The mixed gas of the fuel supplied from the fuel supply unit (11) and the air supplied from the air supply unit (12) undergoes a catalytic reaction. A catalyst reaction section (20) for generating a high-temperature gas, a heat medium path (40) through which a heat medium passes, and a downstream side of the catalyst reaction section (20) in the heating gas path (2) are provided. It is characterized by comprising a heat exchange section (30) for transferring heat to a heat medium, and a retaining means (50) for retaining the mixed gas in the catalytic reaction section (20).
[0007]
By causing the mixed gas to stay in the catalytic reaction section (20) in this way, the space velocity in the heating gas path (2) can be made apparently zero, and the supplied mixed gas can be effectively subjected to the catalytic reaction. Can be done. By this reaction heat, the temperature of the catalyst can be heated and the unreacted gas can be prevented from being discharged without providing a dedicated heat source for heating the catalyst.
[0008]
Specifically, as in the second aspect of the present invention, the heating gas path (2) provided on the downstream side of the heat exchange section (30) in the heating gas path (2) is used as the retaining means. By using the openable and closable on-off valve (50) and closing the heating gas path (2) by the on-off valve (50), the mixed gas can be retained in the catalyst reaction section.
[0009]
According to the third aspect of the present invention, the stagnation means supplies a predetermined amount of fuel from the fuel supply means (11) to the catalyst reaction section (20), and supplies the fuel from the air supply means (12) to the catalyst reaction section (20). ), The mixed gas is retained in the catalytic reaction section (20) until a predetermined time elapses after supplying a predetermined amount of air. As described above, the optimum time for retaining the mixed gas in the catalytic reaction section (20) can be set in advance. After the elapse of the predetermined time, the mixed gas has sufficiently catalyzed, and the catalyst temperature has risen to the activation temperature or higher.
[0010]
Further, in the invention according to claim 4, a heating medium supply means (42) is provided in the heating medium path (40) and supplies the heating medium to the heat exchange section (30). Is characterized in that the heating medium is not supplied to the heat exchange section (30) while the mixed gas is retained in the catalytic reaction section (20) by the retention means.
[0011]
In this way, by stopping the supply of the heat medium while the mixed gas is retained in the catalytic reaction section (20), it is possible to prevent the reaction heat of the mixed gas from being released to the outside of the apparatus, and to quickly The catalyst temperature can be raised.
[0012]
Further, in the invention according to claim 5, a fuel concentration detecting means which is arranged downstream of the catalytic reaction section (20) in the heating gas path (2) and detects the fuel concentration in the heating gas path (2). (61) control means (50) for controlling the staying means (50) so that the mixed gas stays in the catalytic reaction section (20) until the fuel concentration detected by the fuel concentration detecting means (61) becomes equal to or lower than a predetermined concentration. 60).
[0013]
As described above, by controlling the stagnation means based on the fuel concentration, the process from the warm-up mode to the normal operation mode can be accurately and promptly controlled.
[0014]
In the invention according to claim 6, the catalyst temperature detecting means (62) for detecting the catalyst temperature of the catalyst reaction section (20) and the catalyst temperature detected by the catalyst temperature detecting means (62) become equal to or lower than a predetermined temperature. And a control unit (60) for controlling the staying means (50) so that the mixed gas stays in the catalyst reaction unit (20).
[0015]
Thus, by controlling the staying means based on the catalyst temperature, the process from the warm-up mode to the normal operation mode can be accurately and promptly controlled.
[0016]
Further, in the invention according to claim 7, a mixed gas circulation path (51) that connects the upstream side and the downstream side of the catalytic reaction section (20) in the heating gas path (2), and a mixed gas path (51). And a mixed gas circulating means (52, 53) for circulating the mixed gas present in the heating gas path (2) to the catalytic reaction section (20) via the mixed gas circulating path (51). It is characterized by.
[0017]
By circulating the mixed gas in the catalytic combustion section (20) in this way, the diffusibility of the mixed gas can be improved, and the frequency of contact of the mixed gas with the catalyst can be increased. Further, the heat energy given to the mixed gas can be recovered by the catalyst, and the catalyst can be activated early.
[0018]
Further, in the invention described in claim 8, the mixed gas circulating means includes at least one of fuel supplied from the fuel supply means (11), air supplied from the air supply means (12), or a mixed gas thereof. An ejector (53) for circulating a mixed gas through a mixed gas path (51) using fluid energy is characterized.
[0019]
With such a configuration, it is not necessary to use a dedicated power to circulate the mixed gas in the mixed gas circulation path (51), and the apparatus can be simplified and power can be saved.
[0020]
The invention according to claim 9 is characterized in that a catalyst reaction section (20) is formed in the heat exchange section (30).
[0021]
With such a configuration, even when the catalytic reaction rapidly progresses during warm-up and the heat of the catalytic reaction rises excessively, the thermal medium in the heat exchange section (30) prevents the thermal runaway of the catalyst. It is possible to do. Further, by integrating the catalytic reaction section and the heat exchange section, the size of the entire apparatus can be reduced.
[0022]
Further, the invention according to claim 10 is characterized in that the fuel is hydrogen. Since hydrogen has high reactivity, warming-up by a self-sustaining reaction can be performed at a lower temperature. Further, the catalytic reaction type heating device can be suitably used as a heat source for warming up a fuel cell system using hydrogen as a fuel, for example.
[0023]
In addition, the code | symbol in the parenthesis of each said means shows the correspondence with the concrete means described in embodiment mentioned later.
[0024]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
(1st Embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The catalytic reaction heating device according to the first embodiment heats a heat medium by using heat obtained by a catalytic reaction, and heats an object to be heated via the heat medium.
[0025]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the catalytic reaction heating device of the first embodiment. As shown in FIG. 1, in the catalytic reaction heating device, a heating gas path 2 through which a heating gas passes is formed by a casing 1. A mixed gas supply unit 10 that supplies a mixed gas of fuel and air is provided at the most upstream side of the heating gas path 2. The mixed gas supply section 10 has a fuel supply section 11 for supplying fuel, an air supply section 12 for supplying air, and a mixing section 13 for mixing fuel and air. In the first embodiment, hydrogen having excellent reactivity is used as the fuel.
[0026]
A catalytic reaction section 20 is provided downstream of the mixed gas supply section 10 in the heating gas path 2. In the catalytic reaction section 20, the mixed gas supplied from the mixed gas supply section 10 is subjected to a catalytic reaction to generate high-temperature combustion gas.
[0027]
FIG. 2 is a perspective view of the catalytic reaction section 20. For the catalyst reaction section 20, for example, a monolith catalyst shown in FIG. The monolith catalyst uses a ceramic monolith as a carrier and supports noble metals and metal oxides typified by platinum (Pt) and palladium (Pd) having excellent reaction activity even at low temperatures as an oxidation catalyst. As the catalyst reaction section 20, a pellet catalyst shown in FIG. 2B can be used instead of the monolith catalyst shown in FIG.
[0028]
A heat exchange unit 30 is provided downstream of the catalytic reaction unit 20 in the heating gas path 2. The heat exchange section 30 transfers the heat of the high-temperature gas generated in the catalytic reaction section 20 to the heat medium. In the first embodiment, cooling water is used as a heat medium.
[0029]
FIG. 3 is a perspective view of the heat exchange unit 30. An arbitrary heat exchanger can be used for the heat exchange unit 30, and for example, a fin tube type heat exchanger including a fin 31 and a flat tube 32 shown in FIG. 3A can be used. The heat conducting members such as the fins 31 and the tubes 32 use aluminum. The fin 31 constitutes a heating gas passage 2 through which a high-temperature gas passes, and the tube 32 constitutes a heating medium passage 3 through which cooling water passes. The hot gas passes through the gap between the adjacent fins 31, and the cooling water passes through the inside of the tube 32.
[0030]
Instead of the heat exchanger shown in FIG. 3A, a heat exchanger composed of a plate-like fin 31 and a circular tube 32 shown in FIG.
[0031]
The cooling water (heat medium) heated in the heat medium path 3 of the heat exchange unit 30 circulates through the heat medium circulation path (heat medium path) 40 to the body 41 to be heated, and heats the body 41 to be heated. . The heat medium circulation path 40 is provided with a circulation pump (heat medium supply means) 42 for circulating the cooling water. When hydrogen is used as the fuel for the catalytic reaction as in the first embodiment, a fuel cell using hydrogen as the fuel can be suitably used as the heated body 41.
[0032]
On the downstream side of the heat exchange section 30 in the heating gas path 2, a shut valve (retaining means) 50 capable of opening and closing the heating gas path 2 is provided. The shut valve 50 does not necessarily need to be able to shut off the heating gas path 2. When the shut valve 50 is closed, it becomes a resistance of the mixed gas, and the mixed gas can be sealed in the heating gas path 2. Anything should do.
[0033]
Further, the catalytic reaction heating device is provided with a control unit 60 for performing various controls. The control unit 60 is configured to output control signals to the fuel supply device 11, the air supply device 12, the heat medium circulation pump 42, and the shut valve 50.
[0034]
Next, the operation of the catalytic reaction type heating device having the above-described configuration will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 4 shows the operation in the warm-up mode when the catalytic reaction heating device is started at a low temperature.
[0035]
First, a predetermined amount of fuel is supplied from the fuel supply device 11, and a predetermined amount of air is supplied from the air supply device 12 (S10). At this time, the shut valve 50 is opened, and the heat medium circulation pump 42 is stopped. The fuel and air are mixed in the mixing section 13 to generate a mixed gas, and the mixed gas is supplied to the catalytic reaction section 20. In the low temperature state, since the catalyst in the catalyst reaction section 20 has not reached the activation temperature, most of the mixed gas flows toward the heat exchange section 30 without reacting in the catalyst reaction section 20.
[0036]
Next, the shut valve 50 is closed (S11). Thereby, the mixed gas is sealed in the heating gas path 2. As a result, the mixed gas can be retained in the catalyst reaction section 20, and the catalytic reaction of the mixed gas proceeds in the catalyst reaction section 20. The gas oxidized in the catalytic reaction unit 20 is diffused by the concentration gradient in the heating gas path 2. On the other hand, since the mixed gas concentration is low in the catalytic reaction section 20, unreacted mixed gas existing in other parts is newly introduced to the catalytic reaction section 20 by diffusion. In the catalyst reaction section 20, the temperature of the catalyst rises due to heat generation due to oxidation of the mixed gas. As a result, the activity of the catalyst increases, and the oxidation of the unreacted mixed gas in a chain is promoted.
[0037]
At this time, since the heat medium circulation pump 42 is stopped, the cooling water does not circulate, so that the heat generated by the catalytic reaction can be prevented from being carried out of the apparatus by the cooling water.
[0038]
The sealing of the mixed gas by closing the shut valve 50 is performed until a predetermined time elapses (S12). The predetermined time is determined in advance based on the amount of the supplied mixed gas, the amount of the catalyst, and the reaction speed. That is, the larger the amount of the mixed gas, the longer the reaction time, and the longer the amount of the catalyst, the shorter the reaction time. The reaction rate changes depending on the catalyst temperature, and the higher the temperature, the faster the reaction rate.
[0039]
After the elapse of the predetermined time, the shut valve 50 is opened (S13). Thereby, the gas sufficiently oxidized in the heating gas path 2 is discharged out of the apparatus. Then, supply of fuel and air is started (S14), and circulation of cooling water is started (S15). As a result, the normal operation mode is entered from the warm-up mode. At this time, the catalyst in the catalyst reaction unit 20 is considered to have risen to the activation temperature or higher due to the reaction heat. Therefore, even if the fuel and air are continuously supplied in the normal operation mode, the catalyst reaction unit 20 does not Catalytic reaction can be performed, and emission of unreacted gas can be suppressed.
[0040]
As described above, the space velocity in the heating gas path 2 can be made apparently zero by causing the mixed gas to stay in the catalyst reaction section 20 by the shut valve 50 at the time of startup when the catalyst temperature is low, and The catalyst temperature can be raised by causing the mixed gas to undergo a catalytic reaction while suppressing the emission of gas. Thereby, the catalyst can be heated and heated quickly without providing a heat source for heating the catalyst, and the emission of unreacted gas can be suppressed.
[0041]
In addition, by stopping the circulation of the cooling water while the mixed gas is retained in the catalyst reaction section 20, the reaction heat of the mixed gas can be prevented from being released to the outside of the apparatus, and the catalyst temperature can be quickly increased. Can be done.
[0042]
(2nd Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in that a fuel concentration detecting means for detecting the fuel concentration is provided. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. Only different parts will be described.
[0043]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the catalytic reaction heating device of the second embodiment. As shown in FIG. 5, the heating gas path 2 is provided with a hydrogen sensor 61 (fuel concentration detecting means) for detecting the concentration of fuel (hydrogen). In the second embodiment, the hydrogen sensor 61 is provided downstream of the heat exchange unit 30 in the heating gas path 2. The sensor signal of the hydrogen sensor 61 is input to the control unit 60.
[0044]
In the second embodiment, in steps S11 to S13 in the flowchart of FIG. 4, the shut valve 50 is closed until the hydrogen concentration detected by the hydrogen sensor 61 becomes equal to or lower than a predetermined concentration. When the concentration falls below a predetermined concentration, the shut valve 50 is opened.
[0045]
As described above, by performing the opening / closing control of the shut valve 50 based on the hydrogen concentration which is the unreacted gas concentration, the process from the warm-up mode to the normal operation mode can be accurately and promptly controlled.
[0046]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the first embodiment in that a catalyst temperature detecting means for detecting a catalyst temperature is provided. The same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only different parts will be described.
[0047]
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the catalytic reaction heating device of the third embodiment. As shown in FIG. 6, the catalyst reaction section 20 is provided with a temperature sensor (catalyst temperature detecting means) 62 for detecting the temperature of the catalyst. The sensor signal of the temperature sensor 62 is input to the control unit 60.
[0048]
In the third embodiment, in steps S11 to S13 of the flowchart of FIG. 4 described above, the shut valve 50 is closed until the catalyst temperature detected by the temperature sensor 62 becomes equal to or higher than a predetermined temperature. When the temperature becomes equal to or higher than the predetermined temperature, the shut valve 50 is opened.
[0049]
With the above configuration, the same effect as in the second embodiment can be obtained.
[0050]
(Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that a mixed gas circulation path for circulating an unreacted mixed gas is provided. The same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only different parts will be described.
[0051]
FIG. 7 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the catalytic reaction heating device according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 7, a mixed gas circulation path 51 that connects the upstream side and the downstream side of the catalytic reaction section 20 in the heating gas path 2 is provided. The mixed gas circulation path 51 is provided with a mixed gas circulation pump (mixed gas circulation means) 52 for circulating the mixed gas. In the fourth embodiment, the mixed gas is circulated from the downstream side to the upstream side of the catalytic reaction section 20 in the heating gas path 2.
[0052]
With such a configuration, by circulating the mixed gas to the catalytic combustion unit 20 in the warm-up mode in which the shut valve 50 is closed, the diffusibility of the mixed gas can be improved, and the frequency of contact of the mixed gas with the catalyst increases. can do. In addition, the heat energy given to the mixed gas can be recovered by the catalyst and the heat exchange unit 30, and can be linked to early activation of the catalyst.
[0053]
(Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fifth embodiment differs from the fourth embodiment in the configuration of the mixed gas circulation means. The same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only different parts will be described.
[0054]
FIG. 8 is a conceptual diagram showing the entire configuration of the catalytic reaction heating device of the fifth embodiment. As shown in FIG. 8, the mixed gas circulation path 51 joins the downstream side of the mixed gas supply unit 10. An ejector section (mixed gas circulation means) 53 for circulating the mixed gas in the mixed gas circulation path 51 by an ejector effect is provided at the junction. The ejector unit 53 uses the fluid energy of the mixed gas supplied from the mixed gas supply unit 10 to suck and circulate the mixed gas in the mixed gas circulation path 51. In the fifth embodiment, a plurality of nozzles from which the mixed gas is jetted are provided.
[0055]
With such a configuration, it is not necessary to use a dedicated power to circulate the mixed gas in the mixed gas circulation path 51, and the apparatus can be simplified and power can be saved.
[0056]
(Sixth embodiment)
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The sixth embodiment is different from the second embodiment in that the catalytic reaction section and the heat exchange section are integrated. The same parts as those in the above embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Only different parts will be described.
[0057]
FIG. 9 is a conceptual diagram showing the overall configuration of the catalytic reaction heating device of the sixth embodiment, and FIG. 10 is a perspective view of the catalytic reaction section 20 and the heat exchange section 30 of the sixth embodiment. As shown in FIG. 9, the catalytic reaction section 20 and the heat exchange section 30 are integrated. As shown in FIG. 10, an oxidation catalyst is carried on the surface of the fin 31 in the heat exchange unit 30. Further, an oxidation catalyst may be supported on the surface of the tube 32. By supporting the oxidation catalyst at the portion of the heat exchange unit 30 through which the mixed gas passes, the catalyst reaction unit 20 can be formed, and the catalyst reaction unit 20 and the heat exchange unit 30 can be integrated. .
[0058]
Such a configuration facilitates control of reaction heat during the warm-up mode. That is, even when the catalytic reaction rapidly progresses during warm-up and the heat of the catalytic reaction rises excessively, the thermal runaway of the catalyst is avoided by the presence of the cooling water (heat medium) in the heat exchange unit 30. Becomes possible. Further, by integrating the catalytic reaction section and the heat exchange section, the size of the entire apparatus can be reduced.
[0059]
(Other embodiments)
Note that the configurations of the above embodiments can be implemented in appropriate combinations.
[0060]
Further, in the configuration of each of the above embodiments, the shut valve 50 is not provided, and a predetermined amount of fuel is supplied from the fuel supply device 11 and the predetermined amount of air is supplied from the air supply device 12 as the stagnation means. Alternatively, the mixed gas may be retained in the catalyst reaction section 20. As a result, the fuel and air that are newly supplied are not pumped, so that a certain amount of mixed gas can be retained in the catalyst reaction unit 20 only by stopping the supply of fuel and air.
[0061]
In the second embodiment, the hydrogen sensor 61 is used as the fuel concentration detecting means for detecting the fuel concentration. However, the present invention is not limited to this. For example, an oxygen sensor (O2 sensor) for detecting the oxygen concentration can be used. Since oxygen is consumed simultaneously with the catalytic combustion of the fuel, the fuel concentration can be indirectly detected by detecting the oxygen concentration with the oxygen sensor.
[0062]
Further, the ejector unit 53 of the fifth embodiment circulates the mixed gas in the heating gas path 2 using the fluid energy of the mixed gas, but is not limited thereto, and is supplied from the fuel supply device 11. What is necessary is just to use at least one fluid energy of fuel, air supplied from the air supply device 12, or a mixed gas thereof.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a catalytic reaction heating device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a perspective view of a catalytic reaction unit according to the first embodiment.
FIG. 3 is a perspective view of a heat exchange unit according to the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the catalytic reaction heating device of the first embodiment.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an overall configuration of a catalytic reaction heating device according to a second embodiment.
FIG. 6 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a catalytic reaction heating device according to a third embodiment.
FIG. 7 is a conceptual diagram showing an overall configuration of a catalytic reaction heating device according to a fourth embodiment.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing the overall configuration of a catalytic reaction heating device according to a fifth embodiment.
FIG. 9 is a conceptual diagram showing an overall configuration of a catalytic reaction heating device according to a sixth embodiment.
FIG. 10 is a perspective view of a catalyst reaction unit and a heat exchange unit according to a sixth embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Mixed gas supply part, 11 ... Fuel supply part, 12 ... Air supply part, 20 ... Catalytic reaction part, 30 ... Heat exchange part, 40 ... Heat medium circulation path, 41 ... Heated body, 42 ... Heat medium circulation pump , 50 ... shut valve, 60 ... control unit.

Claims (10)

触媒反応を利用して熱媒体を加熱する触媒反応式加熱装置であって、
高温ガスが通過する加熱用ガス経路(2)と、
前記加熱用ガス経路(2)に設けられているとともに触媒を有し、燃料供給部(11)から供給される燃料と空気供給部(12)から供給される空気との混合ガスを触媒反応させて前記高温ガスを生成する触媒反応部(20)と、
熱媒体が通過する熱媒体経路(40)と、
前記加熱用ガス経路(2)における前記触媒反応部(20)の下流側に配置され、前記高温ガスの熱を前記熱媒体に伝える熱交換部(30)と、
前記混合ガスを前記触媒反応部(20)に滞留させる滞留手段(50)とを備えることを特徴とする触媒反応式加熱装置。
A catalytic reaction heating device that heats a heating medium using a catalytic reaction,
A heating gas path (2) through which the hot gas passes;
A catalyst is provided in the heating gas path (2) and has a catalyst. The mixed gas of the fuel supplied from the fuel supply unit (11) and the air supplied from the air supply unit (12) undergoes a catalytic reaction. A catalytic reaction section (20) for generating the high-temperature gas;
A heating medium path (40) through which the heating medium passes;
A heat exchange unit (30) disposed downstream of the catalytic reaction unit (20) in the heating gas path (2) and transmitting heat of the high-temperature gas to the heat medium;
A catalytic reaction type heating device comprising: a retaining means (50) for retaining the mixed gas in the catalytic reaction section (20).
前記滞留手段は、前記加熱用ガス経路(2)における前記熱交換部(30)に下流側に設けられた、前記加熱用ガス経路(2)を開閉可能な開閉弁(50)であり、
前記開閉弁(50)により前記加熱用ガス経路(2)を閉じることで前記混合ガスを前記触媒反応部に滞留させることを特徴とする請求項1に記載の触媒反応式加熱装置。
The retention means is an on-off valve (50) provided on the downstream side of the heat exchange section (30) in the heating gas path (2) and capable of opening and closing the heating gas path (2);
The catalytic reaction heating device according to claim 1, wherein the mixed gas is retained in the catalytic reaction section by closing the heating gas path (2) by the on-off valve (50).
前記滞留手段は、前記燃料供給手段(11)から前記触媒反応部(20)に燃料を所定燃料量供給するとともに、前記空気供給手段(12)から前記触媒反応部(20)に空気を所定空気量供給した後、所定時間経過するまで前記混合ガスを前記触媒反応部(20)に滞留させることを特徴とする請求項1または2に記載の触媒反応式加熱装置。The stagnation unit supplies a predetermined amount of fuel from the fuel supply unit (11) to the catalyst reaction unit (20), and supplies air from the air supply unit (12) to the catalyst reaction unit (20) with a predetermined amount of air. The catalytic reaction heating device according to claim 1 or 2, wherein the mixed gas is retained in the catalytic reaction section (20) until a predetermined time has elapsed after the supply. 前記熱媒体経路(40)に設けられ、前記熱交換部(30)に前記熱媒体を供給する熱媒体供給手段(42)を備え、
前記熱媒体供給手段(42)は、前記滞留手段により前記混合ガスを前記触媒反応部(20)に滞留させている間、前記熱媒体を前記熱交換部(30)に供給しないことを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の触媒反応式加熱装置。
A heat medium supply means (42) provided in the heat medium path (40) for supplying the heat medium to the heat exchange section (30);
The heat medium supply means (42) does not supply the heat medium to the heat exchange section (30) while the mixed gas is retained in the catalyst reaction section (20) by the retention means. The catalytic reaction heating device according to any one of claims 1 to 3.
前記加熱用ガス経路(2)における前記触媒反応部(20)の下流側に配置され、前記加熱用ガス経路(2)内の燃料濃度を検出する燃料濃度検出手段(61)と、
前記燃料濃度検出手段(61)により検出した燃料濃度が所定濃度以下になるまで、前記混合ガスを前記触媒反応部(20)に滞留させるように前記滞留手段(50)を制御する制御手段(60)とを備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の触媒反応式加熱装置。
A fuel concentration detector (61) disposed downstream of the catalytic reaction section (20) in the heating gas path (2), for detecting a fuel concentration in the heating gas path (2);
Control means (60) for controlling said staying means (50) such that said mixed gas stays in said catalytic reaction section (20) until the fuel concentration detected by said fuel concentration detecting means (61) becomes equal to or lower than a predetermined concentration; The catalytic reaction heating device according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記触媒反応部(20)の触媒温度を検出する触媒温度検出手段(62)と、
前記触媒温度検出手段(62)により検出した触媒温度が所定温度以下になるまで、前記混合ガスを前記触媒反応部(20)に滞留させるように前記滞留手段(50)を制御する制御部(60)とを備えることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の触媒反応式加熱装置。
Catalyst temperature detecting means (62) for detecting a catalyst temperature of the catalyst reaction section (20);
A control unit (60) that controls the staying unit (50) so that the mixed gas stays in the catalyst reaction unit (20) until the catalyst temperature detected by the catalyst temperature detecting unit (62) falls below a predetermined temperature. The catalytic reaction heating device according to any one of claims 1 to 4, further comprising:
前記加熱用ガス経路(2)における前記触媒反応部(20)の上流側と下流側とを連通する混合ガス循環経路(51)と、
前記混合ガス経路(51)に設けられ、前記加熱用ガス経路(2)内に存在する前記混合ガスを前記混合ガス循環経路(51)を介して前記触媒反応部(20)に循環させる混合ガス循環手段(52、53)とを備えることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の触媒反応式加熱装置。
A mixed gas circulation path (51) communicating the upstream side and the downstream side of the catalytic reaction section (20) in the heating gas path (2);
A mixed gas provided in the mixed gas path (51) and circulating the mixed gas present in the heating gas path (2) to the catalytic reaction section (20) via the mixed gas circulation path (51). The catalytic reaction heating device according to any one of claims 1 to 6, further comprising a circulation means (52, 53).
前記混合ガス循環手段は、前記燃料供給手段(11)から供給される燃料、前記空気供給手段(12)から供給される空気、またはこれらの混合ガスの少なくとも1つの流体エネルギを利用して前記混合ガス経路(51)に前記混合ガスを循環させるエジェクタ部(53)であることを特徴とする請求項7に記載の触媒反応式加熱装置。The mixed gas circulating means uses the fuel supplied from the fuel supply means (11), the air supplied from the air supply means (12), or the mixed gas using at least one fluid energy of the mixed gas. The catalytic reaction heating device according to claim 7, characterized by an ejector section (53) for circulating the mixed gas through a gas path (51). 前記熱交換部(30)に、前記触媒反応部(20)が形成されていることを特徴とする請求項1ないし8のいずれか1つに記載の触媒反応式加熱装置。The catalytic reaction heating device according to any one of claims 1 to 8, wherein the catalyst reaction unit (20) is formed in the heat exchange unit (30). 前記燃料は水素であることを特徴とする請求項1ないし9のいずれか1つに記載の触媒反応式加熱装置。The catalytic reaction heating device according to any one of claims 1 to 9, wherein the fuel is hydrogen.
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