JPH09178106A - 触媒燃焼式流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 触媒燃焼温度の制御と熱交換効率の向上を両
立でき、ＮＯx の排出を低減することができ、小型化可
能な触媒燃焼式流体加熱装置を得ること。 【解決手段】 被加熱流体が流通する流体通路(1) と、
燃料と燃焼用空気との混合ガスが流通するガス通路(2)
と、前記流体通路(1) と前記ガス通路(2) とを区画する
隔壁(3) と、前記ガス通路(2) 内に前記隔壁(3) と接触
状態で配置される伝熱部材(4) とを備え、前記伝熱部材
(4) は、前記混合ガスの流通隙間(17)を多数有するとと
もに、少なくとも前記流通隙間(17)の壁面に触媒反応面
(18)を有する構成。

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、触媒燃焼式流体
加熱装置に関し、更に詳細には、触媒燃焼温度の制御と
熱交換効率の向上を両立し、燃焼排ガスの低ＮＯx 化を
図った触媒燃焼式流体加熱装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃焼機器を備えた流体加熱装置、例えば
炉筒煙管ボイラにおいては、気体、或は液体の燃料を燃
焼させ、この際に生じる熱によって、水等の被加熱流体
を加熱している。ところで、前記炉筒煙管ボイラにおい
ては、燃料の燃焼によって発生する高温の熱ガスからの
熱回収を効率良く行うために、熱ガスを流通させる煙管
内に乱流促進体を設ける場合がある。この乱流促進体
は、前記熱ガスの流れをかき乱すことによって対流伝熱
効率を向上させるもので、金属製の平板を捩じった形状
の所謂ツイストテープと称される形態のものが一般的で
ある。しかし、前述の乱流促進体においては、煙管のよ
うな円形断面でしか十分な機能を発揮せず、任意の断面
形状の熱ガスの流路においては、その流路全体に亘って
乱流を惹起するためには、構造が複雑になってしまう。
更に、このような乱流促進体を熱ガスの流路内に設ける
と、圧損が増大することになるが、前記伝熱効率の向上
は、この圧損の増大の割に少ない。そのため、圧損の増
大に伴って送風手段の容量を増加させる必要が生じる。

【０００３】また、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ＮＯ
x については排出量の低減が求められている。一般に、
ボイラ、或は燃焼炉等のような燃焼機器を利用する産業
機械においては、燃料を理論燃焼空気量で燃焼させるの
が最もエネルギー効率のよい燃焼であるが、実際には燃
料と空気の混合不完全或は燃焼遅れ等のために理論空気
量よりも僅かに多くの空気を供給して燃焼させている。
そのため、このような燃焼機器における理論空気比に近
い火炎燃焼では、燃焼反応領域が高温となり、この高温
の領域において空気中の窒素が酸化されてサーマルＮＯ
x （thermal ＮＯx ）が発生する。しかしながら、通常
の火炎を発生する燃焼ではＮＯx （特に前記のサーマル
ＮＯx ）を低減するために燃焼温度を低下させると、逆
にＣＯの発生が増加するトレードオフの関係にあり、火
炎燃焼の方式の改善によってある程度はＮＯx 、ＣＯの
発生を抑制できるものの本質的な解決には至っていな
い。

【０００４】前記の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。しかしながら、ＰｔやＰｄを始めとする貴
金属、Ｃｅ，Ｌａ，Ｙ等の希土類元素、或は両者の混合
物を担持した燃焼触媒は、低温活性が高い反面、高温
（現状の燃焼触媒では 1,000℃以上）では揮散、固相反
応が起こり易く、熱安定性、即ち、耐熱性に問題があ
る。

【０００５】従って、これら低温活性の高い燃焼触媒を
ボイラや燃焼炉用等の燃焼機器、即ち、バーナに適用す
る際には、燃焼触媒の熱負荷を適正な範囲に制御する必
要があるが、この際の温度制御が難しい。また、前記の
ような構成では、触媒燃焼に対する予混合気（気体燃料
と燃焼用空気を予め混合したもの）の空間速度を適切な
範囲に保ち十分な触媒反応時間を確保するために、大き
な触媒容量が必要とされる。また前記予混合気の予熱に
要する熱量が大きくなる等の点が問題となる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、この発明が解
決しようとする課題は、触媒燃焼温度の制御と熱交換効
率の向上を両立でき、ＮＯx の排出を低減することがで
き、小型化可能な触媒燃焼式流体加熱装置を得ることで
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記の課題
を解決するためになされたもので、被加熱流体が流通す
る流体通路と、燃料と燃焼用空気との混合ガスが流通す
る通路と、前記流体通路と前記ガス通路とを区画する隔
壁と、前記ガス通路内に前記隔壁と接触状態で配置され
る伝熱部材とを備え、前記伝熱部材は、前記混合ガスの
流通隙間を多数有するとともに、少なくとも前記流通隙
間の壁面に触媒反応面を有することを第１の特徴とし、
前記伝熱部材は、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てあることを第２の特徴とし、前
記ガス通路内の下流側において、触媒を担持していない
伝熱部材を配置したことを第３の特徴とし、前記ガス通
路は、触媒の反応温度に昇温するための予熱手段を備え
ていることを第４の特徴とする触媒燃焼式流体加熱装置
である。

【０００８】

【発明の実施の形態】この発明の実施の基本的な形態
は、水、蒸気等の被加熱流体が流通する流体通路と、燃
料と燃焼用空気との混合ガスを流通させるガス通路とを
隔壁によって区画し、前記ガス通路内に、混合ガスの流
通隙間を多数有するとともに、少なくとも前記流通隙間
の壁面に触媒反応面を有する伝熱部材を、前記隔壁と接
触状態で配置した構成である。尚、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、液体燃料を含むも
のである。気体燃料の場合は、予め燃焼用空気と混合し
た予混合気や、ガス通路内において伝熱部材蒸留側で燃
焼用空気と混合したもの等であり、液体燃料の場合に
は、予め、周知の手段によって気化、或いは微粒子化し
たものを前記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、伝熱部材における触媒反
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、従って、気体燃料、或いは、気化させた液
体燃料を、燃焼用空気と予め混合し、予混合気の形で供
給するのが好ましい。この構成により、ガス通路を流れ
る混合ガスは、前記伝熱部材の流通隙間において、触媒
反応面において触媒反応により燃焼し、この際に生じる
熱は、即座に触媒反応面（即ち、伝熱部材表面）に伝達
され、この伝熱部材から前記隔壁を介して被加熱流体に
伝熱される。即ち、この発明の触媒燃焼式流体加熱装置
は、ガス通路を流れる混合ガスについて、前記伝熱部材
において、燃焼反応を伴いながら被加熱流体への伝熱を
行う。従って、触媒反応に関る伝熱部材の温度が制御さ
れて、燃焼温度は比較的低温の領域に維持され、サーマ
ルＮＯx 生成の要因となる局所的な高温領域も発生しな
い。

【０００９】前記伝熱部材に形成する流通隙間は、断面
三角形、四角形、六角形、円形断面の貫通孔を多数形成
し、伝熱部材自体をハニカム形状とすることによって構
成するが、適宜断面の波板と平板を積層することによっ
て流通隙間を形成したものでも、また、発泡金属等のよ
うな多孔質のもの、金属ウール状のものであってもよ
い。また、前記伝熱部材における触媒反応面は、触媒反
応に寄与する面積を増大させるために伝熱部材（流通隙
間を含む。）の全体に形成してもよいが、少なくとも前
記流通隙間の壁面には形成する必要があり、更に、流通
隙間においても、壁面全体に形成する他、例えば、上流
側のみや、壁面の周面に長手方向に沿って１乃至複数箇
所設ける等壁面の一部には設ける必要がある。即ち、触
媒反応面は、触媒反応により混合ガスの全量が燃焼する
ように設ける必要があり、更に、触媒反応による発熱量
と伝熱部材による被加熱流体への伝熱量とによって、前
記触媒反応面が劣化したり、伝熱部材自体が焼損するこ
との無いように、適切な温度範囲（即ち、触媒活性の生
じる温度以上で伝熱部材や触媒の耐熱温度以下）が維持
されるように、その面積や形成箇所を調整して設ける。
この触媒反応面を形成するために用いる触媒は、その活
性物質が、例えば低温活性の高いＡｇ，Ｐｔ，Ｐｄ等の
貴金属、Ｃｅ，Ｌａ，Ｙ等の希土類元素、或は両者の混
合物である。また、複合酸化物、或いは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。このような触媒は、前記伝熱部材の表面に、直
接、或は、ステンレス，セラミック製等の構造体を介し
て間接的に設けることによって、触媒反応面を形成す
る。また、伝熱部材自体は、ステンレス、インコネル、
ＳｉＮ（窒化珪素）、或いは熱伝導性セラミック等高温
耐久性及び熱伝導度の高い材料が好ましく、このような
材料を使用することにより、隔壁への熱伝導を大きくし
温度上昇を抑制することができる。前記伝熱部材は、前
記ガス通路内に一個所に単段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。この場合には、多段階に燃焼が行な
われるため、上流側の伝熱部材において未反応の混合ガ
スが下流側の伝熱部材において捕捉され確実に燃焼す
る。従って、排出されるＣＯ等の未燃分が無く、燃料の
利用効率が高い。また、このように伝熱部材を多段に配
置することにより、前記ガス通路、並びに流体通路の流
路長を適宜に設定できることになり、この流路全体に亘
って均一な熱伝達を可能とする。また、このように多段
に伝熱部材を設ける場合において、前記ガス通路内の下
流側に、触媒を担持していない伝熱部材を配置すること
も可能である。この構成によると前記伝熱部材において
は触媒による燃焼反応は生じないが、この伝熱部材は上
流側で回収しきれなかった熱を隔壁に効果的に伝えるこ
とになる。

【００１０】更に、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱
装置は、触媒反応を開始させるために、触媒が活性化す
る温度まで昇温させておく必要があり、そのために、触
媒の反応温度に昇温するための予熱手段を前記ガス通路
内に設けている。この予熱手段は、触媒自体、或は混合
ガスを加熱するように構成されるものであって、前記触
媒自体を加熱する場合には、電熱ヒータやバーナ等の適
宜の予熱手段を前記伝熱部材の近傍に配置して、この伝
熱部材を加熱することによって行ない、混合ガス自体を
加熱する場合には、前記の電熱ヒータや燃焼バーナ等の
加熱手段をガス通路の上流側、或は混合ガスの供給部に
設けることにより、混合ガスを直接、或は燃料と混合す
る前の空気を加熱することによって行う。このような予
熱手段によって加熱する伝熱部材は、少なくとも上流側
のものについて必要である。その理由は、少なくとも上
流側で触媒反応が開始すれば、後流側においてはその触
媒反応による燃料の反応熱によって加熱されるからであ
る。また、混合ガス自体を加熱する場合には、まず燃料
過剰の混合ガスを燃焼させ、この際の燃焼ガスに燃焼用
空気を所定の空気比まで追加供給することにより、伝熱
部材に所定温度に昇温した混合ガスを供給するようにし
てもよい。

【００１１】

【実施例】以下、この発明を流体加熱装置としての蒸気
ボイラに適用した具体的な実施例を図面に基づいて詳細
に説明する。尚、図１は、この発明に係る触媒燃焼式流
体加熱装置の第１実施例を説明するための縦断面図、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
伝熱部材の構成例を示す要部の拡大図である。図１にお
いて、被加熱流体を流通させる流体通路(1) は、筒状の
隔壁(3) の内部に形成されている。この隔壁(3) の外周
側は、混合ガスを流通させるガス通路(2) とされてお
り、更にこのガス通路(2) は、外壁(5) によって外界と
遮断されている。即ち、前記流体通路(2) 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。
従って、前記流体通路(1) とガス通路(2) とは、前記隔
壁(3) によって明確に区画されており、更に前記ガス通
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。前記ガス通路(2) 内には、混合ガス
の流通隙間(17)を多数備えた伝熱部材(4)を前記隔壁(3)
と接触状態で配置してある。前記流体通路(1) の上流
端（図１の下方側）には、下部ヘッダ(6) を接続してあ
り、この下部ヘッダ(6) には周知の給水手段（図示省
略）からの水が、給水配管(7) を介して供給される。一
方、前記流体通路(1) の下流端（図１の上方側）には、
上部ヘッダ(8) を接続してあり、この上部ヘッダ(8) に
は、蒸気配管(9)を介して、更に気水分離器(10)が接続
される。この気水分離器(10)上端の蒸気出口管(11)から
所定の蒸気使用機器に給蒸され、分離された液滴分は、
降水管(12)を介して再び下部ヘッダ(6) に供給される。
前記ガス通路(2) を構成する外壁(5) の下部には、混合
ガスとしての予混合気を前記ガス通路(2) 内に供給する
ための混合ガス配管(13)が接続されており、前記外壁
(5) の上部には、反応後の混合ガスを排ガスとして系外
に排出するための排気管(14)を設けてある。

【００１２】前記伝熱部材(4) は、例えば、図２(a) 〜
(d) に示すように、ハニカム状の多孔質のものとするこ
とによって多数の流通隙間(17)を得ている。そして、こ
の流通隙間(17)の壁面を触媒反応に寄与する触媒反応面
(18)としてある。即ち、前記伝熱部材(4) における流通
隙間(17)は、図２(a) に示すような略六角形断面のも
の，図２(b) に示すような略四角形断面のもの，図２
(c) に示すような略三角形断面のもの，図２(d) に示す
ような、平板(15)と波板(16)を交互に組合せて略三角形
断面の流通隙間(17)を形成したもの等、種々の形態のも
のが利用でき、これらを適宜に選択して用いる。更に、
触媒反応面(18)については、前記伝熱部材(4) における
流通隙間(17)内において、混合ガスに接する壁面に触媒
（燃焼触媒）を担持させることにより、この壁面を触媒
反応面(18)として形成してある。この触媒反応面(18)を
形成する触媒としては、以下のようなものである。即
ち、前記触媒は、その活性物質が、例えば低温活性の高
いＡｇ，Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属、Ｃｅ，Ｌａ，Ｙ等の希
土類元素、或は両者の混合物である。また、複合酸化物
或いは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。また、伝熱部材(4) 自体
は、ステンレス、インコネル、ＳｉＮ（窒化珪素）、或
いは熱伝導性セラミック等高温耐久性、及び熱伝導度の
高い材料が好ましく、このような材料を使用することに
より、後述するように、触媒反応面(18)からの熱伝導を
大きくし温度上昇を抑制することができる。また、伝熱
部材(4) を、それ自体が触媒活性を有し熱伝導性も高い
ＳｉＣ等の材料を用いて形成することにより、伝熱部材
(4) 自体に触媒活性を備えさせてもよい。即ち、触媒反
応面(18)を伝熱部材(4) 自体の表面としてもよい。

【００１３】さて、この実施例において、前記伝熱部材
(4) は、共に筒状をなす隔壁(3) と外壁(5) との間に形
成される断面環状のガス通路(2) 内に挿入配置されるも
のであるため、同じく環状をなしており、このガス通路
(2) の上流側から下流側へ向けて所定の個数（図１に示
す実施例では３個）を配置してある。そして、前記伝熱
部材(4) の内周側と外周側はそれぞれ前記隔壁(3) と外
壁(5) に接触状態で配置してある。この際、図２(a) 〜
(d) に示すように、伝熱部材(4) において各流通隙間(1
7)を区画する壁面のエッジ部分が、前記隔壁(3) の外周
面に接触するように配置すると、隔壁(3) や伝熱部材
(4) の熱膨張を吸収し、熱応力による破損を防止する上
で有利であり、特に、平板(15)と波板(16)を前記隔壁
(4) に巻き付けて図２(d) に示すような構造の伝熱部材
(4) を得る場合には、隔壁(3) と伝熱部材(4) とを均一
に接触させることが容易になる。尚、この実施例におい
て、前記伝熱部材(4) を外壁(5) に接触させてあるの
は、取付の便宜のためで、伝熱の点からいえば少なくと
も隔壁(3) に接触させてあれば良い。更に、これらの伝
熱部材(4) のうち上流側のものの近傍には、伝熱部材
(4) を加熱することによって触媒活性を高めるための予
熱手段(19)を設けてある。この予熱手段(19)は、この実
施例においては、前記外壁(5) の周囲に巻回するように
取付けた伝熱ヒータとしてある。

【００１４】以下では、この第１実施例における被加熱
流体の加熱要領を説明する。まず、予混合気を前記混合
ガス配管(13)から前記ガス通路(2) 内に導入し、この予
混合気を、前記伝熱部材(4) の触媒反応面(18)に接触さ
せることによって触媒燃焼を開始する。尚、この第１実
施例において、触媒燃焼を開始するにあたっては、触媒
自体或は予混合気を予熱する必要があり、そのために、
前記伝熱部材(4) の触媒反応面(18)を、予熱手段(19)を
用いて触媒燃焼が開始する温度（例えば 300〜 350℃）
にまで昇温しておく。

【００１５】前記の触媒反応による燃焼は、触媒反応面
(18)では接触反応による燃焼であるが、この触媒反応面
(18)から離れた場所では気相反応による燃焼を生じる。
そして、この燃焼反応は、前記伝熱部材(4) に形成した
流通隙間(17)を予混合気（混合ガス）が通過する際に行
なわれるものであり、このような狭い空間内での反応で
あることから、これらの燃焼反応によって生成される熱
は、触媒反応面(18)から伝熱部材(4) 自体に即座に伝熱
され、この伝熱部材(4) から隔壁(3) を介して前記流体
通路(1) 内の被加熱流体に速やかに伝達される。このよ
うに触媒反応によって発生した熱が速やかに被加熱流体
に伝達されるため、前記伝熱部材(4) が過熱することは
なく、触媒反応に好適な温度に保たれた状態で、前記被
加熱流体への伝熱が行われる。即ち、この流通隙間(17)
内では、前記伝熱部材(4) の触媒反応面(18)での燃焼の
促進と、前記伝熱部材(4) を介しての被加熱流体への伝
熱が略同時に生じる。そして、この触媒反応は、予混合
気がガス通路(2) 内に配置した複数の伝熱部材(4) を通
過する際に行われる。従って、前記ガス通路(2) 内に流
入した予混合気は、その上流側から下流側に向けて流通
し、その間に伝熱部材(4) の触媒反応面(18)によって触
媒燃焼を行いながら、被加熱流体への伝熱を行う。この
ため、ガス通路(2) の上流側から下流側にかけて燃焼ガ
ス温度の差が小さく、また、伝熱面（伝熱壁）での熱回
収を高い効率で行える。この触媒燃焼過程において、予
混合気の未燃焼部分が生じたとしても、伝熱部材(4) を
多段に配置してあるため、上流側の伝熱部材(4) におい
て、予混合気の全量が反応せず、一部（隔壁(4) 側等の
ように冷却されやすい箇所を通過する予混合気）が未反
応のまま下流側に流出したとしても、下流側の伝熱部材
(4) を通過する際には、上流側の伝熱部材(4) において
発生した高温のガス体によって十分な反応温度となって
いるため、この未反応の混合ガスは、触媒反応を生じ、
完全に燃焼する。このとき、上流側の伝熱部材(4) か
ら、予混合気の未燃焼部分が排出されたとしても、前述
のように、次の伝熱部材(4) との間に所定の隙間を介在
させることにより、この間において、燃焼ガスと未燃焼
部分とが均一に混合するため、次の伝熱部材(4) におい
て、効率よく燃焼する。従って、予混合気はガス通路
(2) 内を流動する過程において、被加熱流体への伝熱を
行いながら燃焼し、被加熱流体への伝熱を終了した燃焼
ガスは前記排出管(14)から系外に排出される。

【００１６】このように、触媒反応によって生成する熱
は速やかに被加熱流体に伝達されるため、前記ガス通路
(2) 内の燃焼温度（排ガス温度）は、一定の温度領域に
制御され、伝熱部材(4) が過熱して焼損する恐れがな
い。また、この触媒燃焼に際しては前記触媒反応によっ
て生成する熱が速やかに被加熱流体に伝達されるため、
急速な燃焼反応を生じることが無く、この点においても
一定の温度領域に制御され、過熱の恐れがない。また、
この際の燃焼形態は、触媒反応による発熱により、伝熱
部材(4) が赤熱するが、明確に目視し得るような炎を発
しない、言わば非火炎燃焼であるので燃焼音が発生せ
ず、従来に比べ非常に静かな流体の加熱を行うことがで
きる。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、伝熱部材において触媒反応による燃焼
を行いながら、同時に被加熱流体への伝熱を行う構成で
あるため、燃焼温度の制御と熱交換効率の向上を両立で
き、ＮＯx （サーマルＮＯx ）をほとんど発生しない省
エネルギー，クリーン燃焼を達成する。更に、この発明
に係る触媒燃焼式流体加熱装置では、基本的に触媒燃焼
を行うため、予混合気は、広い空気比の範囲で燃焼可能
であるが、燃焼及び熱交換を高効率で行うためには空気
比は１．０〜１．５が好ましい。尚、図１に示す第１実
施例において、前記ガス通路(2) 内に多段にわたって設
けた伝熱部材(4) のうち、ガス通路(2) の下流側の伝熱
部材(4) を、触媒を担持していないものとしてもよい。
この場合、下流側の伝熱部材(4) においては触媒による
燃焼反応は生じないが、この伝熱部材(4) は上流側での
回収しきれなかった熱を隔壁(3) に効果的に伝える熱回
収機能を発揮するため、伝熱量の向上を図ることがで
き、しかも、触媒を担持させない分、コストの上昇を抑
えることができる。

【００１７】次に、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱
装置の第２実施例を、図３に基づいて説明する。尚、図
３は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第２実
施例を説明するための縦断面図である。この第２実施例
は、前記第１実施例のガス通路(2) の外側に、第２の流
体通路(1')を設けたものである。第２実施例において、
流体通路(1) 、ガス通路(2) 、並びにこれらを区画する
隔壁(3) は、前記第１実施例と同様の管状のものである
が、前記第２の流体通路(1')とガス通路(2) を区画する
第２の隔壁(3')を、前記外壁(5) に換えて、ガス通路
(2) を取り巻くようにコイル状に巻回してなる伝熱管(2
0)を利用することによって形成している。即ち、前記第
２の流体通路(1')は、このコイル状に巻回してなる伝熱
管(20)内部に形成される螺旋状の流路となり、このコイ
ル状の伝熱管(20)の巻回部分の内周側が前記第２の隔壁
(3')となる。そして、このコイル状の伝熱管(20)は、例
えば、節炭器として機能させる場合には、前記給水配管
(7) と給水手段との間に接続し、蒸気過熱器として機能
させる場合には、前記蒸気出口管(11)の後流側と蒸気使
用機器との間に接続する。ここで、この第２実施例にお
ける他の構成、並びに加熱要領は、前記第１実施例と同
様であるのでその詳細説明を省略し、相違点について説
明する。

【００１８】第２実施例においては、前述同様にして予
混合気の燃焼を行い、発生した熱を前記隔壁(3) を介し
て流体通路(1) 内の被加熱流体に伝熱するが、これと同
時に第２の隔壁(3')を介して、第２の流体通路(1')内、
即ち伝熱管(20)内の被加熱流体に伝熱する。従って、第
２実施例においては、前記２つの流体通路(1),(1')の間
にガス通路(2) が挟まれた形に構成されているため、ガ
ス通路(2) 内において予混合気の燃焼反応によって発生
する熱は、伝熱部材(4) から前記ガス通路(2)の内側と
外側に位置するガス通路(1) ，第２のガス通路(1')内を
流れる被加熱流体に伝熱されるため、熱の有効利用がで
きる。

【００１９】次に、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱
装置の第３実施例を、図４に基づいて説明する。尚、図
４は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第３実
施例を説明するための図面であって、図４(a) は縦断面
図、図４(b) は図４(a) のIV−IV線断面図である。この
第３実施例のものは、複数のガス通路(2) を流体通路
(1) が取り巻くように配置した構成例を示すもので、具
体的には煙管式ボイラと同様な形態となっている。即
ち、図４に示すように、筒状容器(21)内を流体通路(1)
とし、この筒状容器(21)内に、複数の筒状の隔壁(3) を
貫通させて配置することにより、この隔壁(3) 内をガス
通路(2) としてある。前記隔壁(3) の一方の開口端は、
前記筒状容器(21)の同じ側の端部に気密状態で取付けた
前側外壁(22)内に開口しており、この前側外壁(22)内に
は、混合ガス配管(13)から混合ガスが供給される。前記
隔壁(3) の他方の開口端は、前記筒状容器(21)の同じ側
の端部に気密状態で取付けた後側外壁(23)内に開口して
おり、この後側外壁(23)にはその上部に排気管(14)を接
続してある。即ち、これら複数の隔壁(3) は、煙管とし
て機能するものである。また、前記筒状容器(21)の下部
には給水配管(7) を、上部には蒸気配管(9) を接続して
あり、筒状容器(21)内への被加熱流体の供給、並びに伝
熱により発生した蒸気の供給は、前述した各実施例同様
に給水配管(7) 、並びに蒸気配管(9) から行なわれる。
そして、前記複数の隔壁(3) 内には、多数の流通隙間(1
7)と触媒反応面(18)を有する伝熱部材(4) を、前記隔壁
(3) の断面全体に亘って、即ちこの隔壁(3) の内周面全
体と接触するように配置してある。前記複数の隔壁(3)
内には、上流側から下流側へ向けて所定個数（図４に示
す実施例では各ガス通路(2) 内に３個毎）を配置してあ
る。

【００２０】この第３実施例においては、前述同様に、
混合ガス配管(13)から供給された予混合気を、前側外壁
(22)内の空間を介して、各隔壁(3) 内に形成されるガス
通路(2) 内に導入し、このガス通路(2) 内に配置した伝
熱部材(4) によって触媒燃焼を行う。この触媒燃焼によ
って発生した熱は、前述同様に、伝熱部材(4) を介して
隔壁(3) に伝達され、この隔壁(3) の外周の被加熱流体
を加熱する。従って、この第３実施例においては、熱の
発生部分であるガス通路(2) の外周を被加熱流体が取巻
いた状態となっているため、予混合気の燃焼によって得
られる熱は、前記排気管(14)から排気ガスとともに排出
される熱を除いて、効果的に有効利用ができる。尚、こ
の発明における触媒燃焼式流体加熱装置においては、ガ
ス通路(2) 内における混合ガスの燃焼は触媒反応による
ものであり、しかも燃焼反応を行いながら伝熱されるも
のであるため、排気ガスの温度は、極めて低温であるた
め、排気ガスによって排出される熱は、極めて僅かであ
る。

【００２１】次に、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱
装置の第４実施例を、図５に基づいて説明する。尚、図
５は、この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第４実
施例を説明するための図面であって、図５(a) は縦断側
面図、図５(b) は図５(a) の正面図、図５(c) は図５
(a) の背面図、図５(d) は図５(a) のV −V 線断面図で
ある。この第４実施例のものは、１つのガス通路(2) を
複数の流体通路(1) が取り巻くように配置した構成例を
示すもので、例えば、温水ボイラとして利用することが
できる。即ち、前記流体通路(1) は、管状容器(24)内に
形成されており、この管状容器(24)を所定本数を束ねた
形態に組合せてある。そして、管状容器(24)で囲まれて
形成される空間をガス通路(2) としてある。図５に示す
実施例では４本の管状容器(24)を用いているため、四角
形状に束ねてあり、これら管状部材(24)の隣り合うもの
同志を密着状態で気密に接合することにより、その内部
に断面四角星型のガス通路(2) を形成してある。従っ
て、この管状容器(24)の壁面が、前記隔壁(3) となる。
前記各管状容器(24)の一方の端部には給水配管(7) を、
他方の端部には温水配管(25)を接続してあり、各管状容
器(24)内への被加熱流体の供給、並びに各管状容器(24)
からの温水の供給は、各管状容器(24)の一端側（図５
(a) の右側）に接続した給水配管(7) 、並びに他端側
（図５(a) の左側）に接続した温水配管(25)から行なわ
れる。前記各管状容器(24)の端部は、前記ガス通路(2)
が開口しており、この開口の一方（図５(a) の左側）を
第１閉鎖部材(26)で、他方（図５(a) の右側）を第２閉
鎖部材(27)によって封鎖している。更に、前記第１閉鎖
部材(26)には、混合ガス配管(13)を接続してあり、前記
第２閉鎖部材(27)には、排気管(14)を接続してある。そ
して、前記複数の管状容器(24)によって囲まれたガス通
路(2) 内には、前述の各実施例同様に、多数の流通隙間
(17)と触媒反応面(18)を有する伝熱部材(4)を前記ガス
通路(2) の断面全体に亘って、即ち、隔壁(3) の内周面
全体と接触するように配置してある。前記伝熱部材(4)
は、この第４実施例においても、ガス通路(2) の上流側
（図５(A) の右側）から下流側（図５(A) の左側）に、
所定個数（図示する実施例では３個）を配置してある。

【００２２】この第５実施例においては、前述同様に、
混合ガス配管(13)から供給された予混合気を、各管状容
器(24)間のガス通路(2) 内に導入し、このガス通路(2)
内に配置した伝熱部材(4) によって触媒燃焼を行う。こ
の触媒燃焼によって発生した熱は、前述同様に、伝熱部
材(4) を介して隔壁(3) としての管状容器(24)に伝達さ
れ、各管状容器(24)内の被加熱流体を加熱する。従っ
て、この第４実施例においても、第３実施例同様に、熱
の発生部分であるガス通路(2) の外周を被加熱流体が取
巻いた状態となっているため、効果的に伝熱が行なわれ
る。しかも、この第４実施例における流体加熱装置は、
その外形が流体通路(1) を構成する管状容器(24)の本数
によって規定されるため、コンパクトに構成できるとい
う利点がある。この実施例において、管状容器(24)の本
数は、前記の４本に限らず、３本を三角形状に組合せた
もの、６本を六角形状に組合せたもの等適宜変更可能で
あり、更に隣合う管状容器(24)同志を密着させず適宜の
間隔をおいて配置し、この管状容器(24)間の隙間を適宜
の閉鎖部材によって塞いで構成してもよい。また、この
場合において、各管状容器(24)は、すべて同じものを用
いる必要は無く、外径の大きなものと小さなものを交互
に配置したものであってもよい。例えば、隣合う管状容
器(24)同志を密着させず適宜の間隔をおいて配置し、こ
の管状容器(24)間の隙間を小径の管状容器を用いて塞い
で構成してもよい。

【００２３】以上のように、この発明に係る触媒燃焼式
流体加熱装置は、混合ガスの流通隙間(17)と、少なくと
もこの流通隙間(17)の壁面に形成した触媒反応面(18)を
有する伝熱部材(4) を、流体通路(1) とガス通路(2) と
を区画する隔壁(3) に接触させた状態で、前記ガス通路
(2) 内に配置することにより、上述の機能を発揮するも
のであるから、前記伝熱壁としての隔壁(3) の構成や、
この隔壁(3) によって形成される流体通路(1) 及びガス
通路(2) の形状は自在に選択でき、設計の自由度が高
く、広い適用性を有するものである。

【００２４】

【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、ガス通路内に、混合ガ
スの流通隙間を多数有するとともに、少なくとも前記流
通隙間の壁面に触媒反応面を有する伝熱部材を配置し、
この伝熱部材を被加熱流体の通路を区画する隔壁に接触
させて取付けたことにより、前記混合ガスは、触媒の働
きによって燃焼を行いながら伝熱を行うため、前記伝熱
部材の温度調節を効果的に行うことができ、しかも、前
記伝熱部材は、被加熱流体への伝熱により、熱を奪われ
るため、従来の単なる触媒燃焼バーナを用いたものに比
べて多量の混合ガスを供給することができ、この点にお
いて伝熱量を増大できることになる。従って、この発明
に係る触媒燃焼式流体加熱装置によれば、小型化が達成
できることになる。また、伝熱部材の多数の流通隙間の
壁面に触媒反応面を形成することにより流通隙間内の断
面全体で燃焼反応を行え、この流通隙間はガス通路内全
体に亘って配置できることになるため、装置の設計の自
由度が高くなるとともに、装置の小型化に貢献する。更
に、前記ガス通路内で発生した燃焼ガスは、伝熱部材か
ら隔壁を介して被加熱流体へ速やかに熱交換するため、
燃焼温度は比較的低温の領域に維持され、サーマルＮＯ
x 生成の要因となる局所的な高温領域の発生も無い。従
って、燃焼排気ガス中のＮＯx 濃度を大幅に低減でき、
大気汚染の防止に貢献できるだけでなく燃焼排気ガスの
人体への悪影響を軽減できる。更に、この発明に係る触
媒燃焼式流体加熱装置によれば、触媒反応面を有する伝
熱部材を隔壁に接触させた状態で配置してあるから、触
媒反応部分と伝熱壁とを接触させた構造であり、伝熱部
材からの放熱が促進され触媒温度が耐熱限界以上になる
ことを抑制すると共に、熱交換効率を改善する。加え
て、触媒燃焼による伝熱部材を介した隔壁への加熱は火
炎燃焼に比べて均一であることから、一般的な火炎燃焼
のように局所的な高温部ができることによる受熱面の焼
損及びスケール付着が抑制できる。更にまた、前記伝熱
部材をガス通路内に多段に配置することにより、混合ガ
スにおける燃料と燃焼用空気の混合が十分でない場合に
も、燃焼ガスは、未燃焼部分と共に、触媒燃焼反応面の
隙間を再混合しながら上流から下流へと移動し燃焼する
ため、燃焼効率が高く、未燃物の発生が少なく、しか
も、触媒燃焼温度の過度の上昇が抑制され、燃焼触媒の
熱劣化、或いは焼損を低減できる。また、このように伝
熱部材を多段に配置することにより、前記ガス通路、並
びに流体通路の流路長を適宜に設定できることになり、
このガス通路全体に亘って均一な熱伝達が可能になる。
更に、前記ガス通路の下流側において、触媒反応面を有
していない伝熱部材を配置することにより、この伝熱部
材は上流側で回収しきれなかった熱を隔壁に効果的に伝
えることになり、熱回収率を向上することができる。

【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１
実施例を説明するための縦断面図である。

【図２】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置におけ
る伝熱部材の構成例を示す要部の拡大図である。

【図３】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第２
実施例を説明するための縦断面図である。

【図４】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第３
実施例を説明するための図面であって、図４(a) は縦断
面図、図４(b) は図４(a) のIV−IV線断面図である。

【図５】この発明に係る触媒燃焼式流体加熱装置の第４
実施例を説明するための図面であって、図５(a) は縦断
側面図、図５(b) は図５(a) の正面図、図５(c) は図５
(a) の背面図、図５(d) は図５(a) のV −V 線断面図で
ある。

【符号の説明】

(1) 流体通路 (2) ガス通路 (3) 隔壁 (4) 伝熱部材 (5) 外壁 (19) 予熱手段

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (4)

【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、
   燃料と燃焼用空気との混合ガスが流通するガス通路(2)
   と、前記流体通路(1) と前記ガス通路(2) とを区画する
   隔壁(3) と、前記ガス通路(2) 内に前記隔壁(3) と接触
   状態で配置される伝熱部材(4) とを備え、前記伝熱部材
   (4) は、前記混合ガスの流通隙間(17)を多数有するとと
   もに、少なくとも前記流通隙間(17)の壁面に触媒反応面
   (18)を有することを特徴とする触媒燃焼式流体加熱装
   置。
2. 【請求項２】 前記伝熱部材(4) は、前記ガス通路(2)
   内において混合ガスの流れ方向に多段に配置してあるこ
   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】 前記ガス通路(2) 内の下流側において、
   触媒反応面(18)を有していない伝熱部材(4) を配置した
   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】 前記ガス通路(2) は、触媒の反応温度に
   昇温するための予熱手段(19)を備えていることを特徴と
   する請求項１，請求項２，又は請求項５記載の触媒燃焼
   式流体加熱装置。