(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の触媒処理用、及び該触媒処理に先立って又は後における、前記流体と別の流体媒体との間における熱交換用の装置であって、
前記装置が、流体媒体の間における熱交換用の少なくとも二つの独立回路を有しているプレート式熱交換器（１）を具備していて、
前記回路が複数の相互接続した積層プレート（２）により形成されており、
前記プレート式熱交換器（１）が、各回路のための、入口開口部（９，１１）と出口開口部（１０，２２）とを有していて、
入口開口部（１１）と出口開口部（２２）との各々が、熱交換器の該積層プレート（２）における共通な方向にほぼ直交して該プレート式熱交換器（１）の中へ延伸している、ほぼ円筒状のポート（７，８）に連通し、各ポート（７，８）が該回路の一つに連通している、
ところの装置において、
前記ポートの少なくとも一つ（７）が、シールされ（１２）かつ該プレート式熱交換器（１）の開口部に取りはずし可能（１４）に接続されたワイヤメッシュ触媒要素（２１）を含んでいて、該ポート（７）を通過する該流体が、同時に該ワイヤメッシュ触媒要素（２１）を強制通過されることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記ワイヤメッシュ触媒要素（２１）が空気と共に燃料を燃焼するための点火器（２０）と共に該プレート式熱交換器の入口ポート（７）の中に取りつけられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記ワイヤメッシュ触媒要素（２１）が、該プレート式熱交換器（１）において予熱された流体の触媒分解のための、該プレート式熱交換器の出口ポート（７）に取りつけられていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記ワイヤメッシュ触媒要素（２１）が、流路に直列に配置された少なくとも二つの独立したワイヤメッシュ触媒（１５，１７，１９）を備えていることを特徴とする、請求項２又は３に記載の装置。
【請求項５】
前記少なくとも二つの独立したワイヤメッシュ触媒の少なくとも一つ（１７，１９）が、ほぼ円筒状であり、該ポート（７）のほぼ全長にわたって延在していることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記少なくとも二つの独立したワイヤメッシュ触媒の一つ（１５）が球面形状の一部であることを特徴とする、請求項４に記載の装置。
【請求項７】
前記少なくとも二つのワイヤメッシュ触媒（１５，１７，１９）が、セラミックに保持された、金属のＰｄグループの金属又は適切な金属酸化物を含んでいて、そのセラミックは耐熱金属か耐熱合金かにより作られたネットにより担持されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、流体の触媒処理用、及び該触媒処理に先立って又は後における、前記流体と別の流体媒体との間における熱交換用の装置に関するものであって、前記装置が、流体媒体の間における熱交換用の少なくとも二つの独立回路を有しているプレート式熱交換器を具備していて、
前記回路が複数の相互接続した積層プレートにより形成されており、
前記プレート式熱交換器が、各回路のための、入口開口と出口開口部とを有していて、
入口開口部と出口開口部との各々が、熱交換器の該積層プレートにおける共通な方向にほぼ直交して該プレート式熱交換器の中へ延伸している、ほぼ円筒状のポートに連通している。
【０００２】
衛生設備用温水及び家庭暖房用温水を提供するために、ガス燃料及び空気又は霧化液体燃料及び空気の触媒燃焼用バーナを有するボイラを使用することは公知である。排ガスはボイラの燃焼室を出た後に熱交換器を通過する。触媒燃焼は非常にクリーンな排ガスをもたらす効果的な燃焼を提供する。特に、ＮＯX の含有が非常に低下する。排ガスと加熱される水との間の熱交換はプレート式熱交換器において最も効率良く達成されていることも公知である。触媒式バーナとプレート式熱交換器との組合せはクリーンな燃焼及びコンパクトで軽量構造の利点を有する装置をもたらすであろう。
【０００３】
高温で使用するために、プレート式熱交換器は熱交換用プレートを一体にろう付け又は溶接により最も効果的に製造される。しかしながら、一般的に触媒燃焼に使用する触媒は、高温である溶接又ははんだ付け処理により発生する気化された材料により悪影響を受けた、貴金属又は金属酸化物を含んでいる。このように、熱交換器の製造プロセスにおいて触媒材料を含めることは適切なものではない。
【０００４】
本発明によると、熱交換器のポートの少なくとも一つが、ポートにおいて、シールされかつプレート式熱交換器の開口部に取りはずし可能に接続されたワイヤメッシュ触媒要素を含んでいて、ポートを通過する流体が、同時にワイヤメッシュ触媒要素を強制通過されている。
【０００５】
装置が例えば天然ガス又は霧化液体燃料を空気と共に燃焼するために使用される場合、空気と共に燃料を燃焼するための点火器ならびに前記ワイヤメッシュ触媒要素がプレート式熱交換器の入口ポートの中に取りつけられている。
【０００６】
しかしながら、もしワイヤメッシュ触媒要素が、プレート式熱交換器において予熱された流体の触媒分解のための、プレート式熱交換器の出口ポートに取りつけられているなら、プレート式熱交換器に触媒要素を取りつけるのと同様の方法が、例えばメチルアルコールを蒸発し続いて触媒分解するための装置に使用されてもよい。メチルアルコールの触媒分解は、電気を提供するための燃料電池に利用してもよい水素の生成をもたらすであろう。
【０００７】
本発明のより詳細な説明及び利点が、添付図面を参照した好適な実施例の以下の説明により明瞭になるであろう。
【０００８】
図１及び２に示すように、プレート式熱交換器１がプレート間における、異なる二つの流体媒体用の二つの隔離されたチャンネル装置を形成するための、多数の積層プレート２で構成されている。図３に示すように、プレート２各々が、積層プレート内で四つのポートを形成する四つの穴３，４，５及び６を備えていて、その四つのポートは、熱を交換するための二つの流体媒体各々用の入口ポート及び出口ポートである。図２は、燃料と空気の燃焼による排ガス用入口ポート７と、前記排ガスを低温度で装置から排出するための出口ポート８とを示している。図１において、符号９は加熱される水用の入口を示し、符号１０は加熱された水用の出口を示している。
【０００９】
図２に詳しく示すように、燃料と空気との導入用メタルチューブ１１がフランジ１２に取りつけられていて、そのフランジ１２はエンドプレート１３をボルト１４で積層プレート２に係合されている。球面の一部として形成された第一ガス透過ネット１５が、メタルチューブ１１の下端に接続している。チューブプレート１１の下端もメタルシール用プレート１６を担持していて、そのメタルシート用プレート１６は放射状面に延在し、かつ第二チューブ状ガス透過ネット１７を担持している。前記第二チューブ状ネット１７はディスク状メタルシール用プレート１８を担持していて、そこから第二ネット１８より直径の大きな第三チューブ状ネット１９が、上向きに延伸してかつプレート１６へ固定的に接続している。電気式点火器２０が、フランジ１２に取りつけられかつ燃焼を開始するようになっている。部品１１，１２及び１５〜２０が、ボルト１４による接続のために取り外し及び交換が容易なバーナユニット２１を形成している。ユニット２１は分解して図４に示され、構成部品は分解して図示されている。
【００１０】
ガス透過ネット１５，１７及び１９が好ましくはＫａｎｔｈａｌ（商標名）として販売されているタイプの合金ベースのワイヤメッシュで構成されていて、Ｋａｎｔｈａｌは主に鉄、クロム及びアルミニウムから成り、かつ広く高温用電気加熱式コイルとして使用されている。ワイヤメッシュが、パラジウムグループ又は適切な金属酸化物のような触媒材料にドープされた、セラミック・コーティング例えばシリカ又はアルミニウム合金を施されている。外部ガス透過ネット１９の直径は入口ポート７の直径より僅かに小さくて、その入口ポート７は、ガス−空気混合体の燃焼により発生した燃焼ガス用であり、かつプレート２における穴３により形成されている。好ましくは穴３はプレートの他の穴４〜６の直径より小さい。
【００１１】
入口ポート７及び出口ポート８は、二回路の従来形プレート式熱交換器と同様にプレート２により形成されたチャンネルを介して連通している。ポート８は排ガス出口チューブ２２と連通している。加熱される水用入口９と水出口１０はプレート２により形成され、かつプレート式熱交換器を通して排ガスをガイドするチャンネルに隣接して配置されたチャンネルを介して連通している。
【００１２】
図１〜４に示す装置は以下のように運転する：
燃料混合体（例えば天然ガス又は霧化液体燃料）及び空気がチューブ１１を下向きに通過し、第一及び第二触媒ネット１５及び１７により区切られたスペースへ流れ込む。ここで燃料−空気混合体が、電気式点火器２０−従来形の、スパークプラグ又は電気ヒータコイル−により点火される。燃料混合体が三つのネット１５，１７及び１９を通過すると燃焼は完了する。最高燃焼温度は約８００℃である。燃焼ガスはプレート２により形成されたチャンネルのお互いを介してプレート式熱交換器通過する。他チャンネルは燃焼ガスにより加熱される水の流路に使用される。技術的に公知なように、プレート式熱交換器はその体積に比較して大きな熱交換容量を有していて、さらに排ガス出口チューブ２２を介して装置から排出される排ガスの温度は、加熱された水温を数℃上廻るだけである。公知である触媒燃焼は、最小の過剰空気で行なわれ、非常にクリーンな排ガス−ＮＯX の含有に関してさえも−を提供する。さらに高い熱効率が達成される。
【００１３】
前述の装置は、入口ポート７の内側にバーナユニット２１を配置することにより非常にコンパクトな構造になっている。ユニット２１の取りつけ方法は、ネット１５，１７及び１９を包含している触媒から離間してプレート２を一体にろう付け又は溶接することを可能にしている。ポート７からポート８への燃焼ガスの流れは、流路の流れ抵抗により形成された流路に従うものとなるであろう。最小の抵抗は最小の流路距離によりもたらされるだろう。熱交換器の全体積を利用するために、厚さを変更した第三ネット１９−即ち出口ポート８真近に配置されたネット１９の一部が二重ワイヤメッシュで作られた−を使用することは利点があるかも知れない。このことが図５に示されていて、出口ポート８真近のネット１９の一部にネット部品１９ａが追加されている。
ユニット２１は必要に応じて組み込み式触媒バーナの組合せを取りかえることが容易であり、さらにプレート式熱交換器は熱容量に対して軽重量かつ小体積で非常にすぐれたものとなっている。
【００１４】
前述の装置は、接触分解に先立って予熱を必要とする流体の接触分解に使用してもよい。例えばメタノールが、チューブ２２から導入され、前段の出口１０から前段の入口９へ熱交換器を通過した高温水により予熱されてもよい。予熱されたメタノールは、触媒ネット１９，１７及び１５を通過する際分解される。チューブ１１を介して装置から排出される流れは、燃料電池に利用する酸素及び水素源とされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明における燃料を空気とともに燃焼し家庭で使用する水を加熱するための装置の斜視図である。
【図２】  図２は、図１における線II−IIで切断した断面図である。
【図３】  図３は、図１及び２に示す装置における隣接した二枚の熱交換プレートの斜視図であって、二枚のプレートは離間している。
【図４】  図４は、図２に示すバーナの部品の分解斜視図である。
【図５】  図５は、図２に示すタイプの装置に使用されている触媒燃焼装置の修正した実施例の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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