JP3568964B2

JP3568964B2 - 触媒燃焼装置

Info

Publication number: JP3568964B2
Application number: JP52192197A
Authority: JP
Inventors: 晃前西; 正人保坂; 龍夫藤田; 良隆川崎; 次郎鈴木; 基啓鈴木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1996-12-06
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2016-12-06
Also published as: EP0807786B1; KR100452835B1; DE69627313T2; EP0807786A4; US6431856B1; CN1105869C; WO1997021957A1; CN1173919A; EP0807786A1; DE69627313D1; KR19980702191A

Description

技術分野
本発明は、気体燃料または液体燃料を気化させてを触媒燃焼させ、発生した燃焼熱や排気ガスを利用し、加熱や暖房、乾燥などを行うことを目的とする排気ガス特性が良好な触媒燃焼装置に関する。
背景技術
従来、気体燃料や液体燃料を触媒燃焼させて加熱や暖房、乾燥などを行う触媒燃焼装置は、図９に示したような構成が一般的であった。
その構成について図９を用いて説明する。図９において、１の燃料供給バルブから供給された燃料ガスは、２の空気供給バルブより供給された空気と予混合室３で混合され予混合気として予熱バーナ４に送られる。点火装置５により点火され、予熱バーナ４に火炎を形成する。火炎により生じた高温の排気ガスは燃焼室６内に設けられた触媒体７を加熱しながら通過し、排気口８より排出される。触媒体７が昇温され活性を有する温度となれば、一旦燃料供給バルブ１により燃料の供給を停止し消炎する。その後直ちに燃料を再供給することにより、触媒燃焼を開始する。触媒体は高温状態となり、触媒体上流面に対向する位置に設けられたガラス９を通して輻射放熱し、また排気口８より高温の排気ガスとして放熱することで加熱や暖房を行っていた。
触媒燃焼は表面燃焼であるため、触媒体からは触媒体の温度と触媒体の見かけの表面積に応じて多量の輻射が放出されている。熱媒体などを用いて熱交換し、加熱や暖房を行う触媒燃焼装置においては、触媒体上で生じた燃焼熱を熱媒体と効率良く熱交換させなければならない。そのためには触媒体表面からの輻射を有効に熱交換させる必要がある。しかし、触媒体からの輻射熱が熱交換器に伝熱されずに燃焼器の他の外壁を加熱したり、燃焼器外に放熱されれば、その分、触媒燃焼装置の熱交換効率は悪いものとなってしまうという問題点があった。
そこで、本発明は、上記の課題を解決するため、触媒体表面からの輻射を有効に利用する、熱交換効率の高い触媒燃焼装置を実現することを目的とする。
さらに、触媒体を燃焼室に取り付ける場合、触媒体上の燃焼熱は、燃焼室への取り付け部から熱伝導により燃焼室へ伝熱される。そのため、触媒体ホルダー近傍の触媒体では温度が下がり、局所的に触媒活性が低下して未燃焼成分を含んだ排気ガスが排出されるという問題点があった。
そこで、本発明は、触媒体の燃焼室への取り付け部から未燃焼成分が排出されることを防ぎ、排気ガス特性が良好な触媒燃焼装置を提供することを目的とする。
さらに、燃焼ガスの顕熱をフィンチューブなどの熱交換器で熱交換させる場合、熱交換器を触媒体の上方に設置すれば、燃焼器立ち上げ時には燃焼熱が燃焼器自体の昇温に奪われるので排気ガス温度はあまり高くならないので、熱交換器上で結露水が生じ触媒体を濡らす可能性があった。触媒体が結露水で濡れると、温度が下がり触媒反応が低下して局所的に反応特性が低下する可能性がある。また、熱交換器上で結露させることができないため、積極的な熱交換ができず燃焼ガス中の潜熱は回収せずに排気損失として排出しなければならなかった。
そこで、本発明は上記課題を解決するため、熱交換器の上方に熱交換器を設け、熱交換器上で生じた結露水を燃焼器外に排出することで、結露水による燃焼特性の局所的な乱れを防ぎ、安定した燃焼状態を継続することを目的とするものである。また同時に、燃焼ガス中の潜熱回収により、熱交換効率の非常に高い触媒燃焼装置を実現することを目的とする。
発明の開示
第１の本発明は、燃料を供給する燃料供給部と、
燃焼用の空気を供給する空気供給部と、
前記燃料供給部から供給される燃料と前記空気供給部から供給される空気とを混合して混合ガスを作る予混合室と、
前記混合ガスを燃焼させる多数の連通孔を有する触媒体と、
その触媒体を収納し、前記触媒体の前記混合ガスの流れ方向の上流側面に対向して設置された輻射受熱板を有する燃焼室と、
前記輻射受熱板に設けた第１の熱媒体流路と、
前記触媒体の前記混合ガスの流れ方向下流に設けた、第２の熱媒体流路を有する熱交換部とを備え、
前記熱交換部から排出される排気の温度がその排気の露点温度以下であることを特徴とする触媒燃焼装置である。
また、第２の本発明は、前記熱交換部は多数のフィンと、前記フィン間に設けた排気経路から構成されていることを特徴とする上記第１の本発明の触媒燃焼装置である。
また、第３の本発明は、前記フィンが触媒体面に対して斜めに設置されていることを特徴とする上記第２の本発明の触媒燃焼装置である。
また、第４の本発明は、少なくとも前記第１の熱媒体流路が設けられた前記輻射受熱板の表面に輻射吸収層が設けられていることを特徴とする上記第１〜３のいずれかの本発明の触媒燃焼装置である。
次に、以下の如く本発明の作用の例を示す。
一般に、触媒燃焼装置は触媒体の上流部が最も高温状態となる条件で燃焼させ、高温の触媒体上流面からの多量の輻射放熱を利用する。
そこで、見かけの触媒体表面積が広い板状の触媒体を用い、その触媒体に対向する位置に輻射受熱部を設ければ、触媒体表面からの多量の輻射伝熱を輻射受熱部で受熱することができる。受熱した輻射受熱部には熱媒体の流路が密着あるいは内蔵されているので熱媒体の流路に伝熱し、さらに流路内の熱媒体と熱交換を行う。
ここで、輻射受熱部への伝熱は、輻射伝熱であるため、触媒体全体から均一に熱を奪うことができる。そのため、触媒体の一部から直接熱伝導により燃焼熱を奪う時に生じる温度むらができないので、安定した燃焼状態を維持したまま触媒体上の多量の燃焼熱を熱媒体に伝えることができる。また、輻射受熱部による積極的な熱交換により、触媒体の最高温度部である上流面の温度を下げることができるので、触媒体を耐熱限界温度まで上昇させずに燃焼量を大きくすることができる。よって、熱媒体を用いて熱交換を行う触媒燃焼装置をコンパクトに実現できる。
さらに、板状の触媒体の両面に対向させて第１及び第２の輻射受熱部を設ければ、触媒体の両面からの輻射を第１及び第２の輻射受熱部で捉え、熱交換させると同時に、触媒燃焼装置外壁を第１及び第２の輻射受熱部で構成することになるので、燃焼燃焼装置外壁の温度を低く保つことができる。そのため、触媒燃焼装置外壁からの自然対流放熱や輻射放熱による放熱損失を少なくすることができ、熱交換効率を高くすることができる。
また、触媒体の第２の輻射受熱部への放熱により、それと対向する側の触媒体の温度が下がり、触媒体内の熱伝導により第１の輻射受熱部と対向する側の触媒体の温度も下がるので、燃焼量をさらに大きくすることができる。したがって、熱交換効率の高い触媒燃焼装置をさらにコンパクトに実現することができる。
また、燃焼室の下流側に第２の触媒体を設ければ、第２の触媒体からの輻射熱も輻射受熱部で受熱することができるので、触媒燃焼装置としてさらに熱交換効率を高めることができる。同時に、第１の触媒体から若干排出される未燃焼成分を燃焼させ、排気ガス特性の良好な触媒燃焼装置を実現できる。
さらに、輻射受熱部の表面に輻射吸収層を設ければ、触媒体表面からの輻射を非常に効率良く輻射受熱部で受熱することができるので、熱交換効率をさらに高めることができる。
触媒体で生じた燃焼ガス中の顕熱を回収するための熱交換部の上に触媒体を配置すれば、たとえ何らかの条件で熱交換部上に結露水が生じても、結露水は熱交換部から排気方向である下方へ落下し燃焼器の外部に排出される。
よって、触媒体を濡らして燃焼状態を乱すことはなく、安定した燃焼状態を維持することができる。ここで、火炎燃焼の場合には燃焼ガス中にNOxが含まれるので、結露水のpH値は３以下であるが、触媒燃焼の場合にはNOxはほとんど含まれないので結露水中には燃焼ガス中のCO₂やH₂Oの溶解成分以外はほとんど含まれていない。したがって、pH6であり、熱交換器が結露水により腐食されることもない。
これにより、積極的な熱交換を行い、燃焼ガス中の潜熱を回収することが可能となるので、熱交換効率の非常に高い触媒燃焼装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明の第１の実施の形態である触媒燃焼装置の構成図である。
図２は本発明の第２の実施の形態である触媒燃焼装置の構成図である。
図３は本発明の第３の実施の形態である触媒燃焼装置の構成図である。
図４は本発明の第４の実施の形態である触媒燃焼装置の構成図である。
図５は本発明の第５の実施の形態である触媒燃焼装置の構成図である。
図６は本発明の第６の実施の形態である触媒燃焼装置の構成図である。
図７は本発明の第７の実施の形態である触媒燃焼装置の構成図である。
図８は上記第５の実施の形態の触媒燃焼装置におけるフィンの取り付け状態の別の例を示す図である。
図９は従来の触媒燃焼装置の構成図である。
（符号の説明）
7 触媒体
10 熱媒体流路
11 輻射受熱板
12 熱媒体流路
13 輻射受熱板
14 第１の触媒体
15 第２の触媒体
16 高輻射吸収層
17 銅チューブ
18 輻射吸収層
19 輻射受熱板
20 銅チューブ
21 フィン
22 排気経路
23 輻射吸収層
24 熱交換器
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
本発明の第１の実施の形態である触媒燃焼装置について、その構成図である図１を参照しながら説明する。燃料ガス供給量を制御する燃料供給バルブ１と、空気供給量を制御する空気供給バルブ２があり予混合室３と接続している。予混合室３の下流には予熱バーナ４が、さらに下流には見かけの表面積が広い板状のセラミックハニカムを基体とする触媒体７が設けられ、排気口８へと続いている。触媒体７の上流面に対向する位置には熱媒体流路10を密着した輻射受熱板11を備えている。
上記構成において、燃料供給バルブ１より供給された燃料ガスと空気供給バルブ２から供給された空気は予混合室３で混合され予熱バーナ４に供給される。予熱バーナ４近傍の点火装置５により、予熱バーナ４に火炎が形成され、火炎より生じる高温の排気ガスにより触媒体７は昇温される。この時、熱媒体流路16には熱媒体を流しておく。触媒体７が活性を有する温度となれば、燃料供給バルブ１により一旦燃料ガスの供給を停止し消炎させる。その後直ちに、燃料供給バルブ１により燃料ガスを供給することにより触媒体７で触媒燃焼を開始する。
熱媒体は、熱媒体流路10を通過する間に多量の熱を受け取り昇温され高温の熱媒体となる。この熱媒体を利用すれば、特定の物や場所だけを加熱したり暖房したりすることができる。例えば、熱媒体を水として直接利用すれば給湯器の実現が可能であり、また床下に巡らした配管に熱媒体を流せば床暖房として利用することができる。
触媒燃焼時には、板状の触媒体７の上流面は、燃焼熱により800℃〜850℃の高温状態となっており、触媒体７の上流面からは多量に輻射放熱している。触媒体７上流面の対向した位置には輻射受熱板11を設置しているので、輻射受熱板11は触媒体７からの多量の輻射を受熱している。輻射受熱板11には熱媒体流路10が密着され熱媒体が流されているので、輻射受熱板11が受け取った熱量は熱伝導により熱媒体に伝熱され、熱媒体は昇温する。
ここで、本構成では、触媒７から輻射受熱板11への伝熱は輻射により行われているため、触媒体７表面全体から均一に熱を奪うことができるため、たとえ多量に熱を奪ったとしても触媒体７の表面は均一な温度となっている。もし、触媒体７の熱を直接的に熱伝導で伝熱させるならば、熱を奪う部分の近傍の触媒温度が低下し、触媒体７上で温度むらができて燃焼状態が不安定になる可能性が生じる。
よって、輻射受熱板11を用いたことにより、触媒体の燃焼状態を乱すことなく熱媒体に燃焼熱を伝熱することができる。
また、上記のように触媒体７上流面からの輻射熱は、ほとんど熱媒体に伝熱されるので、受熱部の輻射受熱板11は低い温度となっている。したがって、触媒体７は上流面から多量の燃焼熱を輻射放熱することになり、触媒体７上流面の温度が低下する。触媒燃焼時には触媒体７の上流部の温度が最も高くなっているので、多量の輻射放熱により触媒体７の最高温度が下がることになる。
このため、燃焼量を大きくしても、触媒体７が耐熱限界温度まで昇温し難くなるので、燃焼量を増やすことができ、燃焼量に対してコンパクトな触媒燃焼装置を実現することができる。
本発明の第２の実施の形態である触媒燃焼装置について、その構成図である図２を参照しながら説明する。本実施の形態における触媒燃焼装置は、触媒体７の下流面の対向する位置にも熱媒体流路12を密着させた輻射受熱板13を備えている。
触媒燃焼時には、触媒体７の下流面も高温状態となっているので、この触媒体７下流面からの輻射を受ける位置に輻射受熱板13を設けることで、触媒体７下流面からの輻射放熱も熱媒体と熱交換させる事ができ、触媒燃焼装置としての熱交換効率を高くすることができる。また、この熱交換によって触媒体７下流面の温度が低下するので、触媒体７の上流面の温度も低下する。したがって、さらに燃焼量を増やすことができるため、さらにコンパクトな触媒燃焼装置が可能となる。
なお、輻射受熱板11と13は燃焼室６の壁を構成している上、触媒体７での燃焼熱はほとんど熱媒体と熱交換されるので、燃焼室６の壁温はあまり上がらない。そのため、触媒燃焼装置壁からの自然対流熱伝達や輻射による放熱損失がほとんど存在しないため、熱交換効率を高くすることができる。
本発明の第３の実施の形態である触媒燃焼装置について、その構成図である図３を参照しながら説明する。本実施の形態における触媒燃焼装置は、板状セラミックハニカムを基体とする第１の触媒体14と輻射受熱板13の下流に板状のセラミックハニカムを基体とする第２の触媒体15とを備えている。
触媒燃焼時には第１の触媒体14からの高温の排気ガスにより、第２の触媒体15は昇温され触媒活性を有する温度となっている。したがって、第１の触媒体14からの燃焼ガスに含まれる若干の未燃焼成分は第２の触媒体15で完全燃焼し、未燃焼成分を含まない排気ガスとして排気口８より排出される。
この時、第２の触媒体15の上流面も第１の触媒体14からの燃焼ガスと第２の触媒体15での燃焼熱により高温状態となっており、第２の触媒体15の上流面から輻射による放熱が行われている。
ところで、第２の触媒体15の上流側には輻射受熱板13が設けられているので、第２の触媒体15の上流面からの輻射は輻射受熱板13で受熱され、熱媒体と熱交換される。
これにより、第１の触媒体14の上流面と下流面、さらに第２の触媒体15の上流面からの輻射放熱を熱媒体と熱交換する事ができるので、非常に熱交換効率の高い触媒燃焼装置を実現することができる。
本発明の第４の実施の形態である触媒燃焼装置について、その構成図である図４を参照しながら説明する。本実施の形態における触媒燃焼装置は、輻射受熱板11の内側表面に黒色塗料を塗装した高輻射吸収層16を備えている。
黒色塗料の輻射係数は0.9〜1.0であるので、触媒体７上流面からの輻射は非常に効率よく高輻射吸収層16で受熱され、輻射受熱板11に伝熱され熱媒体と熱交換される。従って、熱交換効率を向上させることができる。熱交換効率の向上により、触媒体７上流面から輻射受熱板11への伝熱量、つまり触媒体７上流面からの放熱量が増加するので、触媒体７上流面の温度は低下する。
これにより、耐熱限界温度以下で燃焼量を大きくすることができるので、触媒燃焼装置をコンパクトにすることができる。
なお、輻射受熱板11だけでなく燃焼室６の内面にも高輻射吸収層を設け、輻射受熱板11との熱伝導性を高めれば、触媒体７上流面からの輻射放熱を触媒体７の上流側全面に形成された高輻射吸収層で確実に受熱して熱媒体と熱交換させることができる。
また、高輻射吸収層16としては、上記のような黒色塗料の塗装やメッキなどのように輻射受熱板11表面に輻射係数の大きい新たな層を形成しても良いし、サンドブラストなどにより輻射受熱板表面に細かな凹凸形状を形成して輻射係数を高めても良い。
また、上記第１から第４の実施の形態において、触媒体７又は第２の触媒体15の下流に排気ガス中の顕熱を回収するフィンチューブタイプなどの熱交換器を設置し熱媒体を流し排熱回収すれば、さらに熱交換効率を高めることができる。
本発明の第５の実施の形態である触媒燃焼装置について、その構成図である図５を参照しながら説明する。本実施の形態における触媒燃焼装置は、燃料ガス供給量を制御する燃料供給バルブ１と、空気供給量を制御する空気供給バルブ２があり予混合室３と接続している。予混合室３の下流には予熱バーナ４があり、燃焼室６へと続いている。燃焼室６には多数の連通孔を有するセラミックハニカムを担体とした触媒体７と、触媒体７の上流面7aの対向する位置には第１の熱媒体流路であり水が流れる銅チューブ17を密着して、輻射吸収層18を設けた輻射受熱板19が設置されている。さらに、燃焼室６の出口には、多数のフィン21を固定し、銅チューブ17と連結されている第２の熱媒体流路の銅チューブ20が設けられている。その燃焼室６の出口は排気口８へとつながっている。また、フィン21は、狭い間隔でフィン21を設け、排気経路22とした状態で銅チューブ20に設置されている。
上記構成において、燃料供給バルブ１より供給された燃料ガスと空気供給バルブ２から供給された空気は予混合室３で混合され予熱バーナ４に供給される。このとき銅チューブ17と20には水を流しておく。予熱バーナ４近傍の点火装置５の点火により、予熱バーナ４に火炎が形成され、火炎より生じる高温の排気ガスにより触媒体７は昇温される。触媒体７が活性を有する温度となれば、燃料供給バルブ１により一旦燃料ガスの供給を停止し消炎される。その後直ちに、燃料供給バルブ１により燃料ガスを供給することにより触媒体７で触媒燃焼を開始する。触媒体７から排出される高温の排気ガスは排気経路22を通り排気口８から排出される。
定常燃焼時には触媒体７の上流面7aは800℃〜850℃、下流面は600℃〜750℃となっており、触媒体７の上、下流面からは多量に輻射放熱している。ここで、フィン13は十分狭い間隔で設置されているので、触媒体７下流面からの輻射のほとんどは直接フィン21あるいは銅チューブ20に照射される。ここで、フィン21は一般的に銅であるので、輻射係数は0.2〜0.3である。したがって、輻射の一部はフィン21や銅チューブ20に伝熱して水と熱交換されるが、一部はフィン21や銅チューブ20の表面で反射され触媒体７下流面に照射される。触媒体７下流面に照射されると触媒体７内の下流側への熱伝導が抑えられるため触媒体７全体が昇温する。したがって、高温の触媒体７上流面7aはさらに高温となり、触媒体７上流面7aからは多量の輻射が起こる。触媒体７上流面7aに対向した位置には、内面に輻射吸収層18を設け、銅チューブ17を密着させた輻射受熱板19があるため、触媒体７上流面7aからの輻射は輻射受熱板19に伝熱され水と熱交換を行う。つまり、フィン21や銅チューブ20で反射された輻射も水と熱交換される。また、触媒体７上の燃焼熱で生じた高温の排気ガスは、排気経路22の通過時にフィン21や銅チューブ20と熱伝達により伝熱し水と熱交換を行う。よって、触媒体７表面からの輻射をほとんど触媒燃焼装置外に放熱させることなく熱交換させることができるので、熱交換効率の高い触媒燃焼装置を実現することができる。
なお、フィン21を流れ方向にさらに長いものとし、触媒体７下流面からの輻射がほぼ全量銅チューブやフィンに照射される構成としてもよい。
また、フィン21は前記触媒体７の少なくとも両端部に対向した位置に配置されるだけでもよい。これは、従来技術のところで述べたような、触媒体ホルダー近傍の触媒体では温度が下がり、局所的に触媒活性が低下して未燃焼成分を含んだ排気ガスが排出されるという課題を、解決するためである。
また、上記第１の実施の形態では、フィン21を触媒体７の面に対して垂直な方向に設置したが、これに限らず、例えば、図８（ａ）に示すように、フィン21を触媒体７の面に対して放射状に設置した構成としてもよい。あるいは、全てのフィンを同方向の斜めに設置してもよい。あるいは（ｂ）に示すようにフィン21を途中で屈曲させてもよい。
本発明の第６の実施の形態である触媒燃焼装置について、その構成図である図６を参照しながら説明する。上記第５の実施の形態の構成に更に、フィン21と銅チューブ20の表面に輻射吸収層23を設けている。
本実施の形態では、触媒体７下流面からフィン21や銅チューブ20に照射された輻射は、輻射吸収層23により効率よく吸収され、水と熱交換される。そのため、触媒体７下流面からの輻射はほぼ全量フィン21と銅チューブ20に吸収され、熱交換することができるので、熱交換効率の高い触媒燃焼装置を実現することができる。
なお、輻射吸収層23としては、輻射係数の高い黒色塗料を薄くフィン21と銅チューブ20表面に塗装してもよいし、ブラスト処理などで表面状態を荒くして輻射係数を高めてもよい。
本発明の第７の実施の形態である触媒燃焼装置について、その構成図である図７を参照しながら説明する。触媒体７の上流面に対向する位置には、熱媒体流路17を備えた輻射受熱板19があり、触媒体７の下方向には熱媒体を流すことができるフィンチューブタイプの熱交換器24を設置している。
ここで、触媒燃焼は排ガス中にNOxがほとんど含まれいないことが知られている。このために、排ガスを凝縮した場合、火炎燃焼の場合には凝縮水のpHが３より小さくなることに対し、触媒燃焼の場合は、凝縮水中に硝酸がほとんど含まれないために、pHが６前後の値を示す。したがって、熱交換器24の表面で燃焼ガス中に含まれる水分が結露したとしても、触媒燃焼の場合は、結露水により熱交換器表面が腐食するということはない。
本実施の形態における触媒燃焼装置は、このことを積極的に利用したもので、排気熱交換器から排出される排気ガスの温度が排気熱交換器における露点温度以下になるようにしている。このような構成にすると、熱交換器24に流入した燃焼ガスは、熱交換器24の表面で熱交換する際、熱交換表面で結露する。前述のように、触媒燃焼による燃焼ガスの結露水はpHが６前後であるために、熱交換器24の表面に結露水が付着しても何ら問題がない。このために、触媒燃焼により排出された燃焼ガスを熱交換器24で熱交換する場合は、従来の顕熱交換に加えて、潜熱交換をも行うことも可能となるので、熱交換効率を従来の火炎燃焼方式に比べて向上することができる。
上記の効果を有する触媒燃焼装置の動作を図７を参照しながら説明する。
触媒体７で生じた燃焼ガスは熱交換器24に入り、熱交換されて下方に排出される。熱交換器24上で結露水が生じても、重力に従い燃焼ガスの排出方向である下方に落下するので、熱交換器24の上方にある触媒体７の燃焼状態に影響を与えない。よって、熱交換器24で積極的に熱交換を行い、燃焼ガス中のH₂Oの潜熱も熱交換することができる。また、触媒体７の上流側では輻射受熱板19により、触媒体上流面からの輻射熱を熱交換しているので、燃焼器全体として熱交換効率の非常に高い触媒燃焼装置を実現できる。
なお、熱交換器24の下方に、結露水を集め排出するドレンの流路を設けても良い。
また、上記第１から第７の実施の形態において、点火手段として触媒体（第１の触媒体）の下流側に点火装置を設置してもよい。この場合、点火時に火炎は触媒体下流面に形成され、触媒体は火炎により昇温される。触媒体が活性を有する温度になると自然に触媒燃焼を開始するが、同時に触媒体下流面の火炎には触媒燃焼で生じた排気ガスが供給されるので火炎は消炎する。したがって、点火装置を触媒体の下流側に設置すれば、燃料供給の制御なしに自然と予熱時の火炎燃焼から触媒燃焼へ移行させることができる。なお、点火装置としては、セラミックヒータを用いて予混合気を局所的に発火温度以上にしても良いし、イグナイターを用いて触媒体フレームや触媒燃焼装置壁などにスパークさせる方式を用いても良い。
なお、上述の発明は、燃料を供給する燃料供給部と、燃焼用の空気を供給する空気供給部と、前記燃料供給部から供給される燃料と前記空気供給部から供給される空気とを混合して混合ガスを作る予混合室と、その混合ガスを触媒燃焼する、多孔質体で構成された板状の触媒体と、前記予混合室の下流側に設けられ、前記板状の触媒体を収納し、その触媒体の両面の内のどちらか一方の面に対向して配置される第１の輻射受熱部を側壁の一部とする燃焼室とを備えたことを特徴とする触媒燃焼装置である。
また、前記第１の輻射受熱部は、熱媒体流路を密着又は内蔵しているとしてもよい。
また、前記燃焼室は、前記触媒体の両面の内のもう一方の面に対向して配置される第２の輻射受熱部を側壁の一部とするとしてもよい。
また、前記第２の輻射受熱部は、熱媒体流路を密着又は内蔵しているとしてもよい。
また、前記燃焼室の出口に、多孔質体で構成された板状の第２の触媒体が具備されているとしてもよい。
また、前記燃焼室内部の前記第１の輻射受熱部の表面に輻射吸収層が設けられているとしてもよい。
また、前記燃焼室内部の前記第２の輻射受熱部の表面に輻射吸収層が設けられているとしてもよい。
また、前記触媒燃焼装置は、更に、前記燃焼室の下流側に設けられた熱交換部を備え、前記燃焼室は、前記熱交換部の上に位置するとしてもよい。
また、上述の他の発明は、燃料と空気の混合ガスを燃焼させる多数の連通孔を有する触媒体と、前記触媒体を収納し、触媒体の混合ガスの流れ方向の上流側面に対向して設置された輻射受熱体を有する燃焼室と、輻射受熱板に設けた第１の熱媒体流路と、触媒体の流れ方向の下流に設けられ、多数のフィンを有する第２の熱媒体流路と、フィン間に設けた排気経路とを備え、多数のフィンは触媒体の少なくとも両端部に対向した位置に配置されている触媒燃焼装置である。
この構成で、例えば、フィンを設ける間隔を短くしたり、流れ方向の長さを長くしたりすることにより、フィンと第２の熱媒体流路に対して熱媒体下流面からの輻射がほぼ全量照射する。
産業上の利用可能性
以上のことから明らかなように、本発明は、板状の触媒体を用いて、触媒体表面からの多量の輻射熱を熱媒体流路を設けた輻射受熱板で受け取り熱媒体と熱交換させることで、熱交換効率の高い触媒燃焼装置をコンパクトに実現できる。
さらに、触媒体下流面からの輻射をほぼ全量熱交換部であるフィンと熱媒体流路に照射させることで、さらに熱交換効率の高い触媒燃焼装置を実現することができる。
さらに、熱交換器の上に触媒体を配置すれば、結露水が生じても安定した燃焼状態を維持することができ、さらに積極的に熱交換すれば熱交換器によって燃焼ガス中のH₂Oの潜熱も回収でき、熱交換効率が非常に高い触媒燃焼器を実現できる。

Claims

燃料を供給する燃料供給部と、
燃焼用の空気を供給する空気供給部と、
前記燃料供給部から供給される燃料と前記空気供給部から供給される空気とを混合して混合ガスを作る予混合室と、
前記混合ガスを燃焼させる多数の連通孔を有する触媒体と、
その触媒体を収納し、前記触媒体の前記混合ガスの流れ方向の上流側面に対向して設置された輻射受熱板を有する燃焼室と、
前記輻射受熱板に設けた第１の熱媒体流路と、
前記触媒体の前記混合ガスの流れ方向下流に設けた、第２の熱媒体流路を有する熱交換部とを備え、
前記熱交換部から排出される排気の温度がその排気の露点温度以下であることを特徴とする触媒燃焼装置。
前記熱交換部は多数のフィンと、前記フィン間に設けた排気経路から構成されていることを特徴とする請求項１記載の触媒燃焼装置。
前記フィンが触媒体面に対して斜めに設置されていることを特徴とする請求項２記載の触媒燃焼装置。
少なくとも前記第１の熱媒体流路が設けられた前記輻射受熱板の表面に輻射吸収層が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の触媒燃焼装置。