JPS62213610A - 燃焼式流体加熱装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、湯沸器や温風暖房器等の燃焼式流体加熱装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、燃焼式流体加熱装置において排ガス中のＣｏ、　
ＨＣ，ＮＯＸを低減するに、バーナからの燃焼ガス経路
において、バーナの直後で流体加熱用熱交換器よりも上
流側に酸化触媒層を設けるか、あるいは、流体加熱用熱
交換器よりも下流側で排ガス路に酸化触媒層を設けるか
のいずれかであった（文献を示すことができない）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、バーナの直後に酸化触媒層を設ける型式では、
酸化触媒層を通過する燃焼ガス温度が１０００℃以上も
の高温となるために、通常の酸化触媒では劣化が早く、
又、その劣化を抑制しようとすれば、酸化触媒に特殊で
高価なものが必要となったり、あるいは、酸化触媒の温
度を下げるためにバーナの燃焼負荷を制限しなければな
らなくなって装置の高能力化が阻害されたりする問題が
生じた。

一方、流体加熱用熱交換器よりも下流側で排ガス路に酸
化触媒層を設ける型式では、酸化触媒を十分に活性化で
きる温度（通常２００℃以上）を確保することができず
、そのために、Ｃｏ、ＨＣ。

ＮＯＸを十分には低減できない問題があり、かといって
酸化触媒を活性化するために熱交換器における熱交換量
を小に設計して排ガス温度を高温化するのでは、装置の
能力低下を招くと共に、排ガス熱損失による熱効率低下
を招く問題が生じる。

本発明の目的は、バーナからの燃焼ガス経路における流
体加熱用熱交換器及び酸化触媒層の合理的な配置改良に
より、装置能力並びに熱効率の向上、酸化触媒の劣化抑
制、及び、酸化触媒の十分な活性化の王者を両立する点
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明による燃焼式流体加熱装置の特徴構成は、バーナ
からの燃焼ガス経路に、夫々流体加熱用の第１熱交換器
と第２熱交換器とを燃焼ガス流動方向に並べて設け、前
記第１熱交換器と前記第２熱交換器との間に、それら側
熱交換器間の通過燃焼ガスに対して作用する酸化触媒層
を設けたことにあり、その作用・効果は次の通りである
。

〔作　用〕 つまり、上述の如き構成において、酸化触媒層よりも燃
焼ガス経路上流側に位置させる第１熱交換器の熱交換量
を熱設計上で適度に制限しておき、バーナからの高温燃
焼ガスを先ず第１熱′交換器に対して通過させることに
より、燃焼ガスの温度を酸化触媒にとって好適な温度、
すなわち、十分に活性化される温度で劣化促進には至ら
ない温度にまで降下させるのであり、そして、酸化触媒
層通過後の燃焼ガスを下流側の第２熱交換器に対して通
過させることにより、酸化触媒層通過後の燃焼ガスが保
有する熱量、すなわち、先の第１熱交換器での熱回収の
際に酸化触媒の活性化を考慮して取り残した熱量を第２
熱交換器で十分に回収させるのである。

〔発明の効果〕

その結果、下記の効果を奏する。

（イ）酸化触媒の劣化を抑制できることから、バーナの
高負荷化が可能となり、又、酸化触媒に熱耐久性に優れ
た特殊で高価な酸化触媒を用いずとも通常の酸化触媒を
用いて触媒機能を長期維持できる。

（ロ）酸化触媒を十分に活性化できることから、排ガス
中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯＸを効果的に低減でき、排ガス汚
染はもとより、ＮＯＸ等が熱交換器での発生ドレンに溶
は込むことによるドレンの酸性化に起因した装置腐食や
排水汚染等を防止できる。

（ハ）第２熱交換器での十分な熱回収により熱効率を向
上できてランニングコストを節減でき、又、その第２熱
交換器での十分な熱回収と前述バーナの高負荷化とが相
俟ってコンパクトでありな°がら′も加熱能力の大きな
装置にできる。

以上要するに、装置能力・熱効率の向上、酸化触媒の劣
化抑制、並びに、酸化触媒の十分な活性化の王者を両立
できて、加熱性能、耐久性、安全性（環境保全）、更に
は、経済性のいずれにも優れた付加価値の高い燃焼式流
体加熱装置にできた。

〔実施例〕

次に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図面は、燃焼式流体加熱装置の一例としてのガス瞬間湯
沸器を示し、下方向きに燃焼作動さセるガスバーナ（１
）を、燃焼ガス経路形成用ケーシング（２）の上端側に
装備し、ファン（３）による燃焼用空気の強制供給に伴
い、バーナ（１）による生成燃焼ガスをケーシング（２
）内において下方向き流動させ、ケーシング（２）の下
端側に接続した排気風路（４）を介して排ガスを排出さ
せるように構成しである。

図中（Ｖ）は燃料弁である。

ケーシング（２）内の燃焼ガス経路（Ｆ）において、夫
々フィンチューブ型の第１熱交換器（５）及び第２熱交
換器（６）を、その順に燃焼ガス流動方向上流側から並
べて設け、給水路（７）を第２熱交換器（６）に、かつ
、出湯栓（８）に対する給湯路（９）を第１熱交換器（
５）に接続すると共に、第１熱交換器（５）と第２熱交
換器（６）とを中間水路（１０）を介して直列に接続し
である。

つまり、給水路（７）からの供給水を第２熱交換器（６
）で前加熱した後、第１熱交換器（５）で高温加熱して
出湯栓（８）に供給するようにしである。

前記排気風路（４）をケーシング（２）の横壁に対して
接続するようにして、ケーシング（２）の底部にドレン
パン（１１）を設け、熱交換器（６）で発生して滴下し
たドレンをドレンパン（１１）で受は止めて排水路（１
２）から排出するようにしである。

尚、バーナ（１）を下向き姿勢でケーシング（２）の上
端側に配設したことによりドレン滴下によるバーナ（１
）の燃焼作動阻害は確実に回避される。ドレンは第２熱
交換器（６）において発生するが、上述の如き構成でド
レンパン（１１）が第２熱交換器（６）の直下に位置す
ることがらドレン排出は極めて良好となる。

ケーシング（２）内において第１熱交換器（５）と第２
熱交換器（６）との間に、それら画然交換器（５）　、
　（６）間の通過燃焼ガスに対して作用させる酸化触媒
層（１３）を、燃焼ガス経路（Ｆ）の経路断面の全面に
わたらせる状態に設け、その酸化触媒層（１３）の触媒
作用により排ガス中のＣｏ、、ＨＣ，Ｎｏｗ等を低減す
るようにすると共に、第１熱交換器（５）の熱交換効率
を設計上６０％〜７５％程度に制限゛し、第１熱交換器
（５）通過後における燃焼ガス温度として２００℃〜４
００℃程度を確保するようにしである。

つまり、酸化触媒層（１３）を画然交換器（５）。

（６）の間に配置して、第１熱交換器（５）通過に伴い
温度降下した燃焼ガスに対して酸化触媒を作用させるよ
うにすることで、酸化触媒の熱劣化を抑制すると共に、
その劣化抑制を裏付けとしてバーナ（１）の高負荷を可
能にしである。すなわち、バーナ（１）の燃焼室負荷を
高めることにより増加する未燃焼成分（ＣＯ，ＨＣ，Ｎ
Ｏｘ等）を下流の触媒層（１３）が酸化無害化するので
バーナ（１）を含めた燃焼室を極めて小さくすることが
でき、装置全体の小型化が可能となる。

又、第１熱交換器（５）通過に伴い燃焼ガス温度を降下
させるにしても第１熱交換器（５）の熱交換効率をあえ
て６０％〜７５％程度に制限して第１熱交換器（５）通
過後の燃焼ガス温度に２００℃〜４００℃を確保するこ
とで、劣化を抑制しながらも酸化触媒を十分に活性化さ
せてＣｏ、　ＩＣ，ＮＯｘ等を効果的に低減できるよう
にしである。

一方、第２熱交換器（６）は、極力高い熱交換効率を得
るように設計してあり、酸化触媒層（１３）通過後の燃
焼ガスが保有する熱量、すなわち、第１熱交換器（５）
での熱回収の際に酸化触媒の活性化を考慮して熱交換効
率の制限により取り残した熱量を第２熱交換器（６）で
十分に回収するようにしである。

つまり、その第２熱交換器（６）での十分な熱回収によ
り、装置熱効率を向上すると共に、前述のバーナ高負荷
化との相加で大きな加熱能力を得られるようにしである
。

尚、前述の如き合理的なドレン対策を施したことを裏付
けとして、第２熱交換器（６）においては潜熱回収をも
行わせるようにしてあり、それによって、加熱能力及び
熱効率を一層向上するようにしである。

各熱交換器（５）　、　（６）の熱交換効率設定は、熱
交換器における燃焼ガスのバイパス率調整やフィン効率
調整、又、第２熱交換器（６）を前加熱用°として用い
ると共に第１熱交換器（５）を後加熱用として用いるこ
と等により行っである。

又、酸化触媒層（１３）は、コージライトの多孔板状母
材に、パラジウムや白金等の酸化触媒被膜を形成して構
成しである。

Ｃ別実施例〕 次に本発明の別実施例を説明する。

前述実施例においては、ドレン対策上、バーナ（１）を
下方向きに配置して燃焼ガス経路（Ｆ）を下方向きとし
たが、バーナ（１）の向き、並びに、燃焼ガス経路（Ｆ
）の向きは特に限定されるものでは無く、バーナ（１）
及び燃焼ガス経路（Ｆ）を上向きにしたり横向きにして
も良い。

第１及び第２熱交換器（５）　、　（６）の加熱対象流
体は水に限定されるものでは無く、例えば、それら熱交
換器（５）　、　（６）で空気を加熱するようにして温
風暖房器等を構成するようにしても良く、又、画然交換
器（５）　、　（６）の一方で水を、かつ、他方で空気
を各別に加熱する等、再熱交換器（５）。

（６）の加熱対象流体を互いに異ならせても良い。

第１及び第２熱交換器（５）　、　（６）で同一の流体
を加熱する場合、それら熱交換器（５）　、　（６）を
被加熱流体供給系に対して直列に接続するに代え、並列
に接続するようにしても良く、又、直列に接続する場合
、酸化触媒層（１３）よりも下流側に位置する熱交換器
（６）を前加熱用とした方が加熱効率上有利ではあるが
、被加熱流体供給系に対する再熱交換器（５）　、　（
６）の接続順序は特に限定されるものでは無い。

熱交換器（５）　、　（６）夫々の具体的形状・構造は
種々の改良が可能であり、又、３個以上の熱交換器を燃
焼ガス流動方向に並設しても良い。

酸化触媒層（１３）の具体的形状構造は、多孔板状形状
や金網形状に形成したり、あるいは、粒状酸化触媒の充
填層構造に構成する等、種々の改良が可能であり、又、
母材に対して酸化触媒を付着する型式に代えて、酸化触
媒そのものを多孔板状形状や金網形状等に形成する型式
でも良い。

更に、使用する酸化触媒としては、バラジューム、白金
、ロジューム、クローム、コバルト等、種々のものを適
用できる。

燃焼ガス流動方向において酸化触媒層（１３）よりも上
流側に位置する熱交換器（５）を通過した燃料ガスの温
度を２００℃以上とするように、その熱交換器（５）を
設計すれば、酸化触媒を十分に活性化することができる
が、通常、酸化触媒は２００℃程度で急速に活性化が進
み、２００℃よりもやや高温で活性化が平衡に達するこ
とから、酸化触媒層（１３）よりも上流側に位置する熱
交換器（５）を通過した後の燃料ガスの温度を２００℃
〜４００℃程度に調整するのが好適である。

又、酸化触媒層（１３）よりも上流側に位置する熱交換
器（５）を通過した後の燃焼ガスを具体的に何℃に調整
するかは、使用する酸化触媒に応じて、また、装置の具
体構成に応じて適宜決定すれば良く、更に、その調整の
ために採用する具体的設計手段も不問である。

バーナ（１）への供給燃料はガス燃料に限定されるもの
ではない。

本発明は、湯沸器や風呂加熱装置、あるいは、温風暖房
器や温風乾燥器等、種々の用途の燃焼式加熱装置に適用
できる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示す湯沸器の構成図である。 （１）・・・・・・バーナ、（５）・・・・・・第１熱
交換器、（６）・・・・・・第２熱交換器、（１３）・
・・・・・酸化触媒層、（Ｆ）・・・・・・燃焼ガス経
路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. バーナ（１）からの燃焼ガス経路（Ｆ）に、夫々流体加
   熱用の第１熱交換器（５）と第２熱交換器（６）とを燃
   焼ガス流動方向に並べて設け、前記第１熱交換器（５）
   と前記第２熱交換器（６）との間に、それら両熱交換器
   間の通過燃焼ガスに対して作用する酸化触媒層（１３）
   を設けた燃焼式流体加熱装置。