WO1997021957A1 - Dispositif de combustion catalytique - Google Patents

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WO1997021957A1
WO1997021957A1 PCT/JP1996/003582 JP9603582W WO9721957A1 WO 1997021957 A1 WO1997021957 A1 WO 1997021957A1 JP 9603582 W JP9603582 W JP 9603582W WO 9721957 A1 WO9721957 A1 WO 9721957A1
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heat
catalyst body
catalytic
radiation
combustion
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PCT/JP1996/003582
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Akira Maenishi
Masato Hosaka
Tatsuo Fujita
Yoshitaka Kawasaki
Jiro Suzuki
Motohiro Suzuki
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12—Radiant burners
    • F23D14/18—Radiant burners using catalysis for flameless combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F23C6/045—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection with staged combustion in a single enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
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    • F24H1/0045—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters using fluid fuel with catalytic combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F24H1/22—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating
    • F24H1/40—Water heaters other than continuous-flow or water-storage heaters, e.g. water heaters for central heating with water tube or tubes

Definitions

  • the present invention aims to perform catalytic combustion of a gaseous or liquid fuel by vaporizing the gaseous or liquid fuel, and to perform heating, heating, drying, etc., using generated combustion heat and exhaust gas.
  • the present invention relates to a catalytic combustion device having good exhaust gas characteristics.
  • a catalytic combustion device for performing heating, heating, drying, and the like by catalytically burning a gaseous fuel or a liquid fuel generally has a configuration as shown in FIG.
  • the fuel gas supplied from the fuel supply valve 1 is mixed with the air supplied from the air supply valve 2 in the premixing chamber 3 and sent to the preheating parner 4 as a premixed gas. It is ignited by the ignition device 5 and forms a flame in the preheating burner 4.
  • the high-temperature exhaust gas generated by the flame passes through the catalyst 7 provided in the combustion chamber 6 while heating, and is discharged from the exhaust port 8.
  • the fuel supply is once stopped by the fuel supply valve 1 to extinguish the flame. Immediately after that, refueling starts catalytic combustion.
  • the catalyst body is in a high temperature state, and radiates and radiates heat through the glass 9 provided at a position facing the upstream side of the catalyst body, and radiates heat as high-temperature exhaust gas from the exhaust port 8. Heating and heating were done by doing. Since catalytic combustion is surface combustion, a large amount of radiation is emitted from the catalytic body according to the temperature of the catalytic body and the apparent surface area of the catalytic body. In a catalytic combustion device that heats and heats by exchanging heat using a heat medium, the combustion heat generated on the catalyst body must be efficiently exchanged with the heat medium. For that purpose, it is necessary to effectively exchange radiation from the surface of the catalyst body.
  • an object of the present invention is to realize a catalytic combustion device with high heat exchange efficiency that effectively utilizes radiation from the surface of a catalyst body in order to solve the above-mentioned problems.
  • the heat of combustion on the catalyst body is transferred to the combustion chamber by heat conduction from the attachment part to the combustion chamber.
  • the temperature of the catalyst body near the catalyst body holder decreases, the catalyst activity decreases locally, and exhaust gas containing unburned components is discharged.
  • an object of the present invention is to provide a catalytic combustion device that prevents unburned components from being discharged from a portion where a catalyst body is attached to a combustion chamber, and has excellent exhaust gas characteristics. Furthermore, when the sensible heat of the combustion gas is exchanged by a heat exchanger such as a fin tube, if the heat exchanger is installed above the catalyst body, the combustion ripening of the combustor itself will occur when the combustor is started. Since the exhaust gas temperature did not rise so much because of the temperature rise, there was a possibility that dew condensation occurred on the heat exchanger and wet the catalyst. If the catalyst body gets wet with dew water, the temperature will drop and the catalytic reaction will decrease, which may locally reduce the reaction characteristics. In addition, since condensation cannot be formed on the heat exchanger, aggressive replacement cannot be performed, and Latent heat had to be discharged as exhaust loss without recovery.
  • a heat exchanger such as a fin tube
  • the present invention provides a heat exchanger above the heat exchanger, and discharges the dew water generated on the heat exchanger to the outside of the combustor to locally control the combustion characteristics due to the dew water.
  • the purpose of this method is to prevent mechanical disturbance and maintain a stable combustion state.
  • the objective is to realize a catalytic combustion device with extremely high heat exchange efficiency by recovering the latent heat in the combustion gas.
  • the invention according to claim 1 is a fuel supply unit for supplying fuel, an air supply unit for supplying air for combustion, a fuel supplied from the fuel supply unit, and a fuel supply from the air supply unit.
  • a premixing chamber that mixes air to form a mixed gas, a plate-like catalyst body made of a porous body that catalytically burns the mixed gas, and a plate provided downstream of the premixing chamber, And a combustion chamber having a first radiant receiving part arranged as a part of a side wall disposed opposite to one of both surfaces of the catalyst body.
  • the first radiation heat receiving section may have a heat medium flow path in close contact or with a built-in heat medium flow path.
  • a second radiation heat receiving portion disposed opposite to the other of the two surfaces of the catalyst body may be a part of a side wall.
  • the second radiation heat receiving section may have a heat medium flow path in close contact or with a built-in heat medium flow path.
  • a plate-shaped second catalyst body made of a porous body is provided at an outlet of the combustion chamber. It may be.
  • a radiation absorption layer may be provided on a surface of the first radiation heat receiving portion of the combustion chamber portion.
  • a radiation absorption layer may be provided on the surface of the second radiation heat receiving portion inside the combustion chamber.
  • the catalytic combustion device may further include a heat exchange unit provided downstream of the combustion chamber, and the combustion chamber may be located above the heat exchange unit.
  • a catalyst body having a plurality of communication holes for burning a mixed gas of fuel and air, and the catalyst body is housed, and is opposed to an upstream side surface in a flow direction of the mixed gas of the catalyst body.
  • a combustion chamber having a radiant heat receiving body installed as a first heat medium flow passage provided in a radiant heat receiving plate, and a second heat medium flow passage provided downstream of the catalyst body and having a large number of fins.
  • the catalytic combustion device includes a heat medium flow path and an exhaust path provided between the fins, and a large number of the fins are disposed at positions opposed to at least both ends of the catalyst body.
  • a catalytic combustion device burns under the condition that the upstream part of the catalyst body is at the highest temperature, and utilizes a large amount of radiation ripening from the upstream surface of the high temperature catalyst body.
  • a plate-shaped catalyst with a large apparent catalyst surface area is used and a radiation heat receiving part is provided at a position facing the catalyst, a large amount of radiant heat transfer from the catalyst body surface is received by the radiation heat receiving part. be able to.
  • the radiated heat receiving part receives or has a built-in heat medium flow path, which transfers heat to the heat medium flow path and further exchanges heat with the heat medium in the flow path.
  • the heat transfer to the radiant heat receiving portion is radiant heat transfer, so that heat can be uniformly removed from the entire catalyst body.
  • the temperature unevenness that occurs when heat of combustion is removed from a part of the catalyst body by direct heat conduction cannot be achieved, and a large amount of combustion ripening on the catalyst body can be transmitted to the heat medium while maintaining a stable combustion state.
  • the temperature of the upstream surface which is the highest temperature part of the catalyst body, can be lowered by the active ripening exchange by the radiant heat receiving part, the amount of combustion can be reduced without raising the catalyst body to the ripening resistance temperature. It can be larger. Therefore, the catalytic combustion device S that performs heat exchange using a heat medium can be compactly realized.
  • first and second radiation heat receiving portions are provided opposite to both surfaces of the plate-like catalyst body, radiation from both surfaces of the catalyst body is captured by the first and second radiation heat reception portions, and heat exchange is performed.
  • the outer wall of the catalytic combustion device is composed of the first and second radiation heat receiving portions, the temperature of the outer wall of the combustion combustion device can be kept low. Therefore, heat radiation loss due to natural convection heat radiation and radiant heat radiation from the outer wall of the catalytic combustion device can be reduced, and the mature exchange efficiency can be increased.
  • the temperature of the catalyst body on the side facing the first radiation heat receiving part decreases due to the heat radiation to the second radiation heat receiving part of the catalyst body, and the temperature of the catalyst body on the side facing the first radiation heat receiving part also decreases due to the heat conduction in the catalyst body.
  • the amount of combustion can be further increased. Therefore, a catalytic combustion device with high heat exchange efficiency can be realized more compactly.
  • the second catalytic body is provided downstream of the combustion chamber, radiant heat from the second catalytic body can be received by the radiant heat receiving portion, so that the heat exchange efficiency can be further improved as a catalytic combustion device. Can be.
  • the catalyst body is placed on the heat exchange section for recovering the sensible heat in the combustion gas generated by the catalyst body, even if condensation water is generated on the heat exchange section under some conditions, the condensation water From the exchange part, it falls down in the exhaust direction and is discharged outside the combustor.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a catalytic combustion device e according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a catalytic combustion device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a configuration diagram of a catalytic combustion device according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram of a catalytic combustion device according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a configuration diagram of a catalytic combustion device according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram of a catalytic combustion device according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a configuration diagram of a catalytic combustion device according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing another example of the fin attachment state in the catalytic combustion device of the fifth embodiment.
  • FIG. 9 is a configuration diagram of a conventional catalytic combustion device.
  • a catalytic combustion device will be described with reference to FIG.
  • a fuel supply valve 1 for controlling the fuel gas supply amount and an air supply valve 2 for controlling the air supply amount, which are connected to the premixing chamber 3.
  • a preheating burner 4 is provided downstream of the premixing chamber 3, and a catalyst body 7 based on a plate-shaped ceramic honeycomb having a large apparent surface area is provided downstream of the premixing chamber 3, and leads to an exhaust port 8. .
  • a radiation heat receiving plate 11 At a position facing the upstream surface of the catalyst body 7, a radiation heat receiving plate 11 in which the heat medium flow path 10 is in close contact is provided.
  • the fuel gas supplied from the fuel supply valve 1 and the air supplied from the air supply valve 2 are mixed in the premixing chamber 3 and supplied to the preheating parner 4.
  • a flame is formed in the preheating parner 4 by the ignition device 5 near the preheating parner 4, and the temperature of the catalyst body 7 is increased by high-temperature exhaust gas generated from the flame.
  • the heat medium is allowed to flow through the heat medium flow path 16.
  • the temperature of the catalyst 7 becomes active, the supply of the fuel gas is temporarily stopped by the fuel supply valve 1 to extinguish the flame. Immediately thereafter, the fuel gas is supplied by the fuel supply valve 1 to start catalytic combustion by the catalyst 7.
  • the heat medium receives a large amount of heat while passing through the heat medium passage 10, and is heated to become a high-temperature heat medium.
  • this ripening medium it is possible to heat or heat only specific objects or places.
  • a water heater can be realized by directly using a heat medium as water, and it can be used as floor heating by flowing a heat medium through a pipe laid under the floor.
  • the upstream surface of the plate-shaped catalytic body 7 is heated to 800 to 850 ° C It is in a high temperature state, and radiates and radiates a large amount from the upstream surface of the catalyst body 7. Since the radiation heat receiving plate 11 is installed at a position facing the upstream side of the catalyst 7, the radiation heat receiving plate 11 receives a large amount of radiation from the catalyst 7. Since the heat medium flow path 10 is in close contact with the radiation heat receiving plate 11 and the heat medium is flowing, the amount of heat received by the radiation heat receiving plate 11 is transferred to the heat medium by heat conduction, and the heat medium rises. Warm up.
  • the combustion heat can be transferred to the heat medium without disturbing the combustion state of the catalyst.
  • the radiant heat receiving plate 11 of the heat receiving portion has a low temperature. Therefore, the catalyst body 7 radiates and radiates multi-firing combustion heat from the upstream face, and the temperature of the catalyst body 7 upstream face decreases. At the time of catalytic combustion, since the temperature of the upstream part of the catalyst 7 is the highest, the maximum temperature of the catalyst 7 is lowered by a large amount of radiation ripening.
  • a catalytic combustion device S according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the catalytic combustion device according to the present embodiment A radiant heat receiving plate 13 in which a heat medium flow path 12 is adhered is also provided at a position facing the downstream surface.
  • the downstream surface of the catalyst body 7 is also in a high temperature state. Radiant heat can also be exchanged with the heat medium, and the heat exchange efficiency as a catalytic combustion device can be increased.
  • the temperature of the downstream surface of the catalyst 7 is reduced by the heat exchange, and the temperature of the upstream surface of the catalyst 7 is also reduced. Therefore, since the amount of combustion can be further increased, a more compact catalytic combustion device can be realized.
  • the heat receiving plates 11 and 13 constitute the wall of the combustion chamber 6, and the heat of combustion in the catalyst 7 is almost completely exchanged with the heat medium. Does not go up. Therefore, there is almost no heat dissipation loss due to natural convection heat transfer or radiation from the walls of the catalytic combustion device, so that the heat exchange efficiency can be increased.
  • the catalytic combustion device according to the present embodiment includes a first catalyst body 14 having a plate-shaped ceramic honeycomb as a base and a second catalyst having a plate-shaped ceramic honeycomb as a base downstream of the radiation heat receiving plate 13. Medium 15 is provided.
  • the high temperature exhaust gas from the first catalytic body 14 raises the temperature of the second catalytic body 15 to a temperature having catalytic activity. Therefore, some unburned components contained in the combustion gas from the first catalyst body 14 are completely burned by the second catalyst body 15 and are discharged from the exhaust port 8 as exhaust gas containing no unburned components. .
  • the upstream surface of the second catalyst body 15 is also in a high temperature state due to the combustion gas from the first catalyst body 14 and the heat of combustion in the second catalyst body 15, and the second catalyst body 15 1 5 upstream Radiation is radiated from the surface.
  • the radiation heat receiving plate 13 is provided on the upstream side of the second catalyst body 15, the radiation from the upstream surface of the second catalyst body 15 is received by the radiation heat reception ⁇ 13, Heat exchange with heat carrier.
  • a catalytic combustion apparatus S according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the catalytic combustion device according to the present embodiment includes a high radiation absorption layer 16 in which a black paint is applied to the inner surface of radiation heat receiving plate 11.
  • the radiation coefficient of the black paint is 0.9 to 1.0
  • the radiation from the upstream surface of the catalyst 7 is very efficiently received by the high radiation absorption layer 16 and transferred to the radiation heat receiving plate 11. Heat exchange with heat carrier. Therefore, the heat exchange efficiency can be improved.
  • the amount of combustion can be increased below the ripening limit temperature, so that the catalytic combustion device can be made compact.
  • the high radiation absorbing layer formed on the entire upstream side of 7 can reliably receive heat and exchange heat with the heat medium.
  • a new layer having a large radiation coefficient may be formed on the surface of the radiation heat receiving plate 11, such as the above-mentioned black paint coating or plating,
  • the radiation coefficient may be increased by forming fine irregularities on the surface of the radiation heat receiving plate using a sample or the like.
  • a fin tube type-type ripening exchanger for recovering ripening in the exhaust gas is installed downstream of the catalyst 7 or the second catalyst 15. If the heat medium is flown to recover the exhaust heat, the heat exchange efficiency can be further increased.
  • a catalytic combustion device according to a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the catalytic combustion device has a fuel supply valve 1 for controlling a fuel gas supply amount and an air supply valve 2 for controlling an air supply amount, and is connected to a premixing chamber 3. Downstream of the premixing chamber 3 is a preheating parner 4, which leads to a combustion chamber 6.
  • a catalyst body 7 having a ceramic honeycomb having a large number of communication holes as a carrier, and a first heat medium flow path at a position opposed to the upstream surface 7a of the catalyst body 7 for water.
  • a radiation heat receiving plate 19 provided with a radiation absorbing layer 18 is provided in close contact with the flowing tube 17.
  • a copper tube 20 of a second heat medium flow path, to which a number of fins 21 are fixed and connected to the copper tube 17, is provided at the outlet of the combustion chamber 6.
  • the outlet of the combustion chamber 6 is connected to an exhaust port 8.
  • the fins 21 are provided on the copper tube 20 in a state where the fins 21 are provided at a narrow interval and the exhaust path 22 is provided.
  • the fuel gas supplied from the fuel supply valve 1 and the air supplied from the air supply valve 2 are mixed in the premixing chamber 3 and supplied to the preheating burner 4. At this time, flush the copper tubes 17 and 20 with water.
  • a flame is formed in the preheating parner 4 by the ignition of the ignition device 5 near the preheating parner 4, and the catalyst 7 is raised by high-temperature exhaust gas generated from the flame.
  • the temperature of the catalyst 7 becomes active, the supply of the fuel gas is temporarily stopped by the fuel supply valve 1 to extinguish the flame.
  • the fuel By supplying the fuel gas through the supply valve 1, catalytic combustion is started by the catalyst 7.
  • the high-temperature exhaust gas discharged from the catalyst body 7 is discharged from the exhaust port 8 through the exhaust path 22.
  • Steady upstream face 7 a of the catalytic body 7 at the time of combustion is 8 0 0 ° C ⁇ 8 5 0 ° C
  • the downstream surface has a 6 0 0 ° C ⁇ 7 5 0 e C
  • the downstream A large amount of radiation is radiated from the surface.
  • the fins 13 are provided at sufficiently small intervals, most of the radiation from the downstream surface of the catalyst 7 is directly applied to the fins 21 or the copper tubes 20.
  • the fins 21 are generally made of copper, the radiation coefficient is 0.2 to 0.3.
  • part of the radiation is transferred to the fins 21 and the copper tubes 20 and exchanges heat with water, but part of the radiation is reflected by the surfaces of the fins 21 and the copper tubes 20 and irradiates the downstream surface of the catalyst 7. Is done.
  • the downstream surface of the catalyst body 7 is irradiated, heat conduction to the downstream side in the catalyst body 7 is suppressed, so that the temperature of the entire catalyst body 7 rises. Accordingly, the temperature of the high-temperature surface 7a of the catalyst body 7 becomes even higher, and a large amount of radiation occurs from the upstream surface 7a of the catalyst body 7.
  • the fins 21 may be made longer in the bending direction so that almost all radiation from the downstream surface of the catalyst 7 is irradiated to the copper tubes and fins. Further, the fins 21 may be arranged only at positions facing at least both ends of the catalyst body 7. This solves the problem that the temperature of the catalytic body near the catalytic body holder drops as described in the section of the prior art, the catalytic activity decreases locally, and exhaust gas containing unburned components is discharged. To do that.
  • the fins 21 are installed in a direction perpendicular to the surface of the catalyst body 7.
  • the present invention is not limited to this.
  • FIG. A configuration in which 1 is provided radially with respect to the surface of the catalyst 7 may be employed.
  • all the fins may be installed diagonally in the same direction.
  • the fin 21 may be bent in the middle as shown in FIG.
  • a catalytic combustion device according to a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • the radiation absorbing layer 23 is provided on the surfaces of the fins 21 and the copper tubes 20 in addition to the configuration of the fifth embodiment.
  • the radiation applied to fins 21 and copper tubes 20 from the downstream surface of catalyst body 7 is efficiently absorbed by radiation absorption layer 23 and exchanged with water. Therefore, almost all the radiation from the downstream surface of the catalyst body 7 is absorbed by the fins 21 and the copper tubes 20 and can exchange heat, so that a catalytic combustion device with high heat exchange efficiency can be realized.
  • a black paint having a high radiation coefficient may be thinly applied to the surfaces of the fins 21 and the copper tube 20, or the surface state may be roughened by blast treatment or the like to increase the radiation coefficient. Is also good.
  • a catalytic combustion device according to a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
  • a radiation heat receiving plate 19 provided with a heat medium flow path 17, and a heating medium can flow downward of the catalyst body 7.
  • a fin tube type heat exchanger 24 is installed.
  • the catalytic combustion device positively utilizes this fact so that the temperature of the exhaust gas discharged from the exhaust heat exchanger is lower than the dew point temperature in the exhaust heat exchanger.
  • the operation of the catalytic combustion device S having the above effects will be described with reference to FIG.
  • the combustion gas generated by the catalyst body 7 enters the heat exchanger 24, undergoes heat exchange, and is discharged downward. Even if dew water is generated on the heat exchanger 24, it falls down in the direction of exhausting the combustion gas according to the gravity, which affects the combustion state of the catalyst body 7 above the heat exchanger 24. Absent. Therefore, the heat exchanger 24 actively exchanges heat, and the latent heat of H 20 in the combustion gas can also be exchanged.
  • the radiant heat from the upstream surface of the catalyst body is exchanged by the radiant heat receiving plate 19 on the upstream side of the catalyst body 7, heat exchange is performed as a whole of the combustor. ⁇ A very high efficiency catalytic combustion system S can be realized.
  • a drain channel for collecting and discharging dew water may be provided below the heat exchanger 24.
  • an igniter may be provided downstream of the catalyst (first catalyst) as the ignition means.
  • a flame is formed on the downstream surface of the catalyst, and the temperature of the catalyst body is increased by the flame.
  • the temperature of the catalyst reaches an active temperature, catalytic combustion starts spontaneously, but at the same time, the flame on the downstream side of the catalyst is supplied with exhaust gas generated by catalytic combustion, and the flame extinguishes. Therefore, if the igniter is installed downstream of the catalyst body, the flame combustion during preheating naturally can be performed without controlling the fuel supply.
  • a preheated mixture may be locally heated to a temperature higher than the ignition temperature by using a ceramic heater, or a method may be used in which a igniter is used to spark the catalyst frame or the S wall of the catalyst combustion device. May be used.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY As is apparent from the above, the present invention provides a radiant heat receiving plate provided with a heat medium flow path by using a plate-shaped catalyst body to generate a large amount of widthwise radiation heat from the surface of the catalyst body. By receiving heat and exchanging heat with the heat medium, a compact catalytic combustion device S with high heat exchange efficiency can be realized. Furthermore, by irradiating almost all of the radiation from the downstream surface of the catalyst body to the fins and the heat medium flow path, which are the heat exchange sections, it is possible to realize a catalytic combustion apparatus with even higher heat exchange efficiency.

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Description

明 細 書 触媒燃焼装置 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パーナ 4に送られる。 点火装置 5により点火さ れ、 予熱バ一ナ 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れら 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。 し力 し、 触媒体からの輻射熟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、 触媒体ホルダ一近 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-フ'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¾すれば、 燃焼器立ち上げ時には燃焼熟が燃焼器自体の 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、 積極的な熟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 請求項 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、 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 Sされる第 1の輻射受熟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。
なお、 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內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、 前記燃焼室內部の前記第 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 ているとしてもよレ、。
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。
請求項 9の本発明は、 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、 輻射受熟板に設けた第 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熟媒体下流面から の輻射がほぼ全量照射する。
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熟を利用する。
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熟交換を 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 体上の多量の燃焼熟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 極的な熟交換により、 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、 触媒体を耐熟限界温度まで上畀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 Sをコンパク トに実現で さる。
さらに、 板状の触媒体の両面に対向させて第 1及び第 2の賴射受熱部を設けれ 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 ®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、 熟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、 幅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 ΝΟχが含まれる ので、 結露水の ρΗ値は 3以下であるが、 触媒燃焼の場合には ΝΟχはほとんど含まれ ないので結露水中には燃焼ガス中の Ci や Η20の溶解成分以外はほとんど含まれて いない。 したがって、 ρΗ 6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、 穠極的な熟交換を行い、 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 S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 e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
1 0 熱媒体流路
1 1 輻射受熱板
1 2 熱媒体流路
1 3 輻射受熱板
1 4 第 1の触媒体
1 5 第 2の触媒体
1 6 高輻射吸収屑
1 7 銅チューブ
1 8 輻射吸収層
1 9 輻射受熱板
2 0 鋦チューブ
2 1 フィン
2 2 排気経路
2 3 輻射吸収層
2 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袷バルブ 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の下流には予熱バ一ナ 4が、 さらに下流には見かけの表面積が広い板状のセ ラミックハ二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 1 0を密着した輻射受熱板 1 1 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で混合され予熱パーナ 4に供給される。 予 熱パーナ 4近傍の点火装置 5により、 予熱パーナ 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 1 6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袷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 1 0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。 この熟媒体を利用すれば、 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で〜 850°C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辐射受熱板 1 1を設置しているので、 輻射受熱板 1 1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 1 1には熱媒体流 路 1 0が密着され熱媒体が流されているので、 輻射受熟板 1 1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 1 1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熟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 1 1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 1 1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 fi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つているの で、 多量の輻射放熟により触媒体 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、 燃焼量を增やすことができ、 燃焼量に対してコンパク 卜な触媒燃焼装置 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 S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 1 2を密着させた輻射受熱板 1 3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 1 3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 卜な触媒燃焼装置が可能とな る。
なお、 轘射受熱板 1 1と 1 3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熟交換されるので、 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 ックハ二カムを基体とする第 1の触媒体 1 4と輻射受熱板 1 3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 1 5とを備えている。
触媒燃焼時には第 1の触媒体 1 4からの高温の排気ガスにより、 第 2の触媒体 1 5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 1 4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 1 5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 1 5の上流面も第 1の触媒体 1 4からの燃焼ガスと第 2 の触媒体 1 5での燃焼熱により高温状態となっており、 第 2の触媒体 1 5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 1 5の上流側には輻射受熱板 1 3が設けられているの で、 第 2の触媒体 1 5の上流面からの輻射は輻射受熱扳 1 3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 1 4の上流面と下流面、 さらに第 2の触媒体 1 5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 Sについて、 その構成図である図 4を参照し 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 1 1の内側表面に黒色塗料を塗装した高輻射吸収層 1 6を備えている。
黒色塗料の輻射係数は 0. 9〜： I. 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 1 6で受熱され、 輻射受熱板 1 1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 1 1への伝熱: a、 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、 耐熟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卜にすることができる。
なお、 輻射受熱板 1 1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 1 1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 1 6としては、 上記のような黒色塗料の塗装ゃメツキなど のように輻射受熱板 1 1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 フ'ラス卜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 1 5の下流に排気ガス中の顕熟を回収するフィンチュ-フ 'タイプなどの熟交換器を設置し 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 袷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の下流には予熱パーナ 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二カム を担体とした触媒体 7と、 触媒体 7の上流面 7 a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鋦チュ-フ' 1 7を密着して、 輻射吸収層 1 8を設けた輻射受 熱板 1 9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 2 1を 固定し、 銅チューブ 1 7と連結されている第 2の熱媒体流路の銅チューブ 2 0が 設けられている。 その燃焼室 6の出口は排気口 8へとつながつている。 また、 フ イン 2 1は、 狭い間隔でフィン 2 1を設け、 排気経路 2 2とした状態で銅チュー ブ 2 0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から供袷された空気は予混合室 3で混合され予熱バ一ナ 4に供給される。 こ のとき銅チューブ 1 7と 2 0には水を流しておく。 予熱パーナ 4近傍の点火装置 5の点火により、 予熱パーナ 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^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。 触媒体 7から排出される高温の排気ガスは排気経路 2 2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 7 aは 8 0 0 °C〜8 5 0 °C、 下流面は 6 0 0 °C〜7 5 0 eC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 1 3は十分狭い間隔で設 S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 2 1あるいは銅チューブ 2 0に照射される。 ここで、 フィン 2 1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 2 1や銅チューブ 2 0に伝熱して水と熱交換さ れるが、 一部はフイン 2 1や銅チューブ 2 0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 7 a はさらに高温となり、 触媒体 7上流面 7 aからは多量の輻射が起こる。 触媒体 7 上流面 7 aに対向した位置には、 内面に輻射吸収層 1 8を設け、 銅チューブ 1 7 を密着させた輻射受熱板 1 9があるため、 触媒体 7上流面 7 aからの輻射は輻射 受熱板 1 9に伝熱され水と熱交換を行う。 つまり、 フィン 2 1や銅チューブ 2 0 で反射された輻射も水と熟交換される。 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 2 2の通過時にフィン 2 1や銅チューブ 2 0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 ®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 2 1を^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 2 1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 2 1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 2 1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 2 1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 2 1と 銅チューブ 2 0の表面に輻射吸収層 2 3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 2 1や銅チューブ 2 0に照射さ れた輻射は、 輻射吸収層 2 3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 2 1と銅チューブ 2 0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 2 3としては、 輻射係数の高い黒色塗料を薄くフィン 2 1と 銅チューブ 2 0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 1 7を備えた輻射受熱板 1 9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-フ 'タイプの熱交換器 2 4を設置している。
ここで、 触媒燃焼は排ガス中に N O X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 p H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、 p Hが 6前後の値を示す。 したがって、 熱交換器 2 4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、 熟交換器 2 4に流入した燃 焼ガスは、 熱交換器 2 4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 p Hが 6前後であるために、 熱交換 器 2 4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 2 4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 S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 2 4に入り、 熱交換されて下方に排出さ れる。 熱交換器 2 4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 2 4の上方にある触媒体 7の燃焼状態に影饗を 与えない。 よって、 熱交換器 2 4で積極的に熱交換を行い、 燃焼ガス中の H20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 1 9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 换効率の非常に高い触媒燃焼装 Sを実現できる。
なお、 熱交換器 2 4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
i
から触媒燃焼へ移行させることができる。 なお、 点火装 g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、 ィグナイタ一 を用いて触媒体フレームや触媒燃焼装 S壁などにスパークさせる方式を用いても 良い。 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 面からの多量の幅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 S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篋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熟交換器によって燃焼 ガス中の H20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

請 求 の 範 囲
1 . 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力 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 の両面の内の少なくとも一方の面に対向して配置される第 1の輻射受熱部を自ら の側壁の一部とする、 燃焼室と
を備えたことを特徴とする触媒燃焼装苗。
2 . 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ことを特徴 とする請求項 2記載の触媒燃焼装置。
3 . 燃焼室は、 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の輻射受熱部をみずからの側壁の一部とすることを特徴とする請求項 2記載の 触媒燃焼装置。
4 . 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ことを特徴 とする請求項 3記載の触媒燃焼装置。
5 . 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 れていることを特徴とする請求項 3又は 4記載の触媒燃焼装蜃。
6 . 燃焼室内部の第 1の輻射受熱部の表面に輻射吸収層が設けられている ことを特徴とする請求 1から 5のいずれかに記載の触媒燃焼装置。
7 . 燃焼室内部の第 2の輻射受熱部の表面に輻射吸収層が設けられている ことを特徴とする請求項 3、 4又は 5記載の触媒燃焼装置。
8 . 触媒燃焼装置は、 更に、 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、 前記熱交換部の上方に位置することを特徴とする請求項 1又は
2記載の触媒燃焼装置。
9 . 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、 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、
前記フィン間に設けた排気経路とを備え、
前記多数のフィンは前記触媒体の少なくとも両端部に対向した位置に配置され ていることを特徴とする触媒燃焼装笸。
1 0 . 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 9記載の触媒燃焼装置。
1 1 . 熱媒体流路及びフィン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 9、 又は 1 0記載の触媒燃焼装置。
1 2 . 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触媒体と、
その触媒体を収納する燃焼室と、 その燃焼室の下方側に配置された熱交換部とを備え、
前記熱交換部から排出される排気の温度がその熱交換器の露点温度以下である ことを特徴とする触媒燃焼装置。
補正書の請求の範囲
[ 1 9 9 7年 5月 2 2口 （2 2 . 0 5 . 9 7 ) 国際事務局受理：出願当初の請求の範囲 1一 3は補正 された ；他の請求の範囲は変更なし。 （ 1頁） ]
1 (捕正後） . 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都と、
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 両面の内の少なく とも一方の面に対向して配置される第 1の輻射受熱部を自らの 側壁の一部とする、 燃焼室と、
を備え、 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ことを 特徴とすることを特徴とする触媒燃焼装置。
2 (削除）
3 (補正後） . 燃焼室は、 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の輻射受熱部をみずからの側壁の一部とすることを特徴とする請求 項 1記載の触媒燃焼装置。
4 . 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ことを特徴 とする請求項 3記載の触媒燃焼装置。
5 . 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 れていることを特徴とする請求項 3又は 4記載の触媒燃焼装置。
6 . 燃焼室内部の第 1の輻射受熱部の表面に輻射吸収層が設けられている ことを特徴とする請求項 1力 ら 5のいずれかに記載の触媒燃焼装置。
7 . 燃焼室内部の第 2の輻射受熱部の表面に輻射吸収層が設けられている
補正された ffi^ (条約 ¾ ^条) 条約第 1 9条 （1 ) に基づく説明書 請求の範囲第 1項は熱媒体流路を有するので、 引用例 J P 6— 1 4 7 4 1 9とは 異なった構成となり、 効果としても、 引用例のような高燃焼負荷をねらったもの ではなく、 熱媒体を用いて熱交換を行い、 得られた熱媒体中の熱を利用しようと するものである。
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