JP7131968B2 - 燃焼装置 - Google Patents
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Description
本発明は、バーナと、バーナから噴出する混合気の燃焼空間を囲う燃焼筐と、燃焼筐内に配置された熱交換器とを備える燃焼装置であって、燃焼排ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を還元触媒により浄化できるようにしたものに関する。
従来、この種の燃焼装置として、熱交換器に還元触媒を担持させると共に、バーナへのガス供給路から分岐したバイパス管を介して熱交換器の配置部に燃料ガスを還元剤として供給し、燃焼排ガス中のＮＯｘを還元触媒上で燃料ガスと反応させて還元浄化するものが知られている(例えば、特許文献１参照)。
然し、このものでは、バイパス管が高温の燃焼排ガスに晒されるためヒートストレス等により劣化しやすく、バイパス管からのガス漏れを生ずる危険がある。
本発明は、以上の点に鑑み、熱交換器に担持させた還元触媒にガス漏れの危険を生ずることなく還元剤を供給できるようした燃焼装置を提供することをその課題としている。
上記課題を解決するために、本発明は、バーナと、バーナから噴出する混合気の燃焼空間を囲う燃焼筐と、燃焼筐内に配置された熱交換器とを備える燃焼装置であって、熱交換器に燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒を担持させるものにおいて、燃焼筐内のバーナと熱交換器との間に、バーナの燃焼量を所定量以上にしたときにバーナの火炎が触れる部分に位置させて、火炎が触れることで不完全燃焼を生じさせるサブ熱交換器が配置され、この不完全燃焼で発生する燃焼中間生成物と未燃燃料成分との少なくとも一方が熱交換器に担持させた還元触媒に還元剤として供給されることを特徴とする。
本発明によれば、バーナの燃焼量を所定量以上とした、燃焼排ガス中のＮＯｘが増加する状態では、サブ熱交換器に火炎が触れて不完全燃焼することで発生する燃焼中間生成物と未燃燃料成分との少なくとも一方が熱交換器に担持させた還元触媒に還元剤として供給される。そのため、燃焼排ガス中のＮＯｘが還元触媒上で燃焼中間生成物や未燃燃料成分と反応して還元浄化される。そして、本発明によれば、熱交換器の配置部にバイパス管で燃料ガスを供給する必要がないため、バイパス管からのガス漏れの危険を生ずることがなく、安全である。
ところで、熱交換器は、熱交換効率を向上させ、且つ、触媒担持面積を広く確保する上で、多数のフィンとこれらフィンを貫通するパイプとを有するフィンアンドチューブ型熱交換器で構成することが望ましい。一方、サブ熱交換器もフィンアンドチューブ型熱交換器で構成したのでは、フィンに火炎が触れて、フィンが過熱劣化しやすく、耐久性が悪化する。そのため、耐久性を確保するには、サブ熱交換器は、パイプのみで構成することが望ましい。
図１を参照して、本発明の実施形態の燃焼装置は、バーナ１と、バーナ１から噴出する混合気の燃焼空間を囲う燃焼筐２と、燃焼筐２内に配置された熱交換器３とを備えている。バーナ１は、下面が開放された箱形のバーナボディ１１と、バーナボディ１１の下面を覆う燃焼板１２とで構成されている。バーナボディ１１の上部側面には流入口１１ａが開設されており、この流入口１１ａに図外のファンを介して混合気（燃料ガスと空気との混合ガス）が供給される。燃焼板１２は、中央部に大きな開口部を有する額縁状であって、この開口部に金属繊維製ニット１２ａを装着している。そして、バーナボディ１１内に供給された混合気が金属繊維製ニット１２ａを介して下向きに噴出し、全一次燃焼するようにしている。
熱交換器３は、図１の紙面直交方向に積層した多数のフィン３１とこれらフィン３１を貫通するパイプ３２とを有するフィンアンドチューブ型熱交換器で構成されており、パイプ３２に流す水を燃焼排ガスとの熱交換で加熱する。また、燃焼筐２は、熱交換器３の収納部から更に下方に延長されており、この延長部分にパイプ４１のみで構成される潜熱回収型の第２の熱交換器４を配置している。そして、第２の熱交換器４を熱交換器３の上流側に接続し、第２の熱交換器４で加熱された水を熱交換器３で更に加熱するようにしている。第２の熱交換器４を通過した燃焼排ガスは、燃焼筐２の延長部分の下面に接続される図外の排気ダクトを介して外部に排出される。
また、本実施形態では、図２に示す如く、熱交換器３に燃焼排ガス中のＮＯｘを還元する白金パラジウム等の還元触媒３３を担持させている。具体的には、熱交換器３のフィン３１及びパイプ３２の外表面に還元触媒３３を担持させている。更に、燃焼筐２内のバーナ１と熱交換器３との間に、バーナ１の燃焼量を所定量以上にしたときにバーナ１の火炎が触れる部分に位置させて、火炎が触れることで不完全燃焼を生じさせるサブ熱交換器５が配置されている。そして、サブ熱交換器５に火炎が触れて不完全燃焼することで発生するＣＯ（一酸化炭素）等の燃焼中間生成物とＨＣ（炭化水素）等の未燃燃料成分との少なくとも一方が熱交換器３の配置部に還元剤として供給されるようにしている。尚、サブ熱交換器５は、熱交換器３の下流側又は上流側に接続される。
以上の構成によれば、バーナ１の燃焼量を所定量以上とした、燃焼排ガス中のＮＯｘが増加する状態では、燃焼排ガス中のＮＯｘが熱交換器３に担持された還元触媒３３上で燃焼中間生成物や未燃燃料成分と反応して還元浄化される。そして、上記従来例の如く熱交換器３の配置部にバイパス管で燃料ガスを供給する必要がないため、バイパス管からのガス漏れの危険を生ずることがなく、安全である。
ところで、熱交換器３は、熱交換効率を向上させ、且つ、触媒担持面積を広く確保する上で、本実施形態の如くフィンアンドチューブ型熱交換器で構成することが望ましい。一方、サブ熱交換器５もフィンアンドチューブ型熱交換器で構成したのでは、フィンに火炎が触れて、フィンが過熱劣化しやすく、耐久性が悪化する。そこで、本実施形態では、サブ熱交換器５をパイプ５１のみで構成して、耐久性を確保できるようにしている。
尚、還元触媒３３が劣化すると、燃焼中間生成物のひとつであるＣＯが還元触媒３３上でＣＯ２に効率よく変換されなくなり、外部に排出される燃焼排ガス中のＣＯ濃度が高くなってしまう。そのため、サブ熱交換器５のパイプ５１の配置や熱交換器３のパイプ３２の配置を工夫することにより、サブ熱交換器５の排ガス流れ方向下流端部分と熱交換器３の排ガス流れ方向中間部分との間の領域Ｈでの燃焼排ガスの温度が４００～９００℃になるようにすることが望ましい。これによれば、還元触媒３３が劣化して、還元触媒３３上でＣＯがＣＯ２に変換されなくても、４００～９００℃の温度帯で温度平衡によりＣＯがＣＯ２に変化し、ＣＯ濃度を低くすることができる。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、バーナ１として混合気を下向きに噴出する全一次燃焼式のものを用いているが、混合気を上向きに噴出するバーナを用いてもよく、更に、ブンゼン燃焼式バーナや濃淡燃焼式バーナを用いることも可能である。また、第２の熱交換器５は省略してもよい。
１…バーナ、２…燃焼筐、３…熱交換器、３１…フィン、３２…パイプ、３３…還元触媒、５…サブ熱交換器、５１…パイプ。
Claims (2)
- バーナと、バーナから噴出する混合気の燃焼空間を囲う燃焼筐と、燃焼筐内に配置された熱交換器とを備える燃焼装置であって、熱交換器に燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元する還元触媒を担持させるものにおいて、
燃焼筐内のバーナと熱交換器との間に、バーナの燃焼量を所定量以上にしたときにバーナの火炎が触れる部分に位置させて、火炎が触れることで不完全燃焼を生じさせるサブ熱交換器が配置され、この不完全燃焼で発生する燃焼中間生成物と未燃燃料成分との少なくとも一方が熱交換器に担持させた還元触媒に還元剤として供給されることを特徴とする燃焼装置。 - 前記熱交換器は、多数のフィンとこれらフィンを貫通するパイプとを有するフィンアンドチューブ型熱交換器で構成されるが、前記サブ熱交換器は、パイプのみで構成されることを特徴とする請求項１記載の燃焼装置。
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