(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加熱流体を流す流路をなす被加熱流体流路と、供給された燃料および該燃料の燃焼ガスを被加熱流体の流れと並行であって異なる向きに流す流路をなすと共に該流路の少なくとも一部に前記被加熱流体流路と熱交換可能な熱交換部位を有する燃料燃焼流路とを備える燃焼加熱装置であって、
前記燃料燃焼流路は、前記燃料を燃焼する触媒の担持量が前記被加熱流体の上流側より下流側の方が多くなるように前記触媒を担持する触媒担持部と、該触媒を担持しない非触媒担持部とを備える
燃焼加熱装置。
【請求項２】
前記燃料燃焼流路は、前記触媒担持部の少なくとも一部を前記熱交換部位に形成すると共に前記非触媒担持部の少なくとも一部を該熱交換部位に形成してなる請求項１記載の燃焼加熱装置。
【請求項３】
前記燃料燃焼流路は、該流路の入口部から所定範囲内の部位に前記触媒担持部を設けると共に該触媒担持部の後段から該流路の出口部までに前記非触媒担持部を設けてなる請求項１または２記載の燃焼加熱装置。
【請求項４】
前記所定範囲は、前記燃料燃焼流路の入口部から該流路の容積の３０〜６０％の範囲である請求項３記載の燃焼加熱装置。
【請求項５】
前記所定範囲は、前記熱交換部位の入口から該熱交換部位の容積の３０〜６０％の範囲である請求項３記載の燃焼加熱装置。
【請求項６】
被加熱流体を流す流路をなす被加熱流体流路と、供給された燃料および該燃料の燃焼ガスを被加熱流体の流れと並行であって異なる向きに流す流路をなすと共に該流路の少なくとも一部に前記被加熱流体流路と熱交換可能な熱交換部位を有する燃料燃焼流路とを備える燃焼加熱装置であって、
前記燃料燃焼流路は、前記燃料を燃焼する触媒の担持量が前記被加熱流体の上流側より下流側の方が多くなるように前記触媒の担持量を変更して該流路の入口部から出口部に担持させてなる
燃焼加熱装置。
【請求項７】
前記燃料燃焼流路は、該流路の前段部分が該流路の後段部分より前記触媒の担持量が多くなるよう該触媒を担持してなる請求項６記載の燃焼加熱装置。
【請求項８】
前記燃料燃焼流路は、前記熱交換部位の前段部分が該熱交換部位の後段部分より前記触媒の担持量が多くなるよう該触媒を担持してなる請求項６記載の燃焼加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼加熱装置に関し、詳しくは、被加熱流体の流路をなす被加熱流体流路と、供給された燃料および燃料の燃焼ガスの流路をなすと共に流路の少なくとも一部に被加熱流体流路と熱交換可能な熱交換部位を有する燃料燃焼流路とを備える燃焼加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の燃焼加熱装置としては、燃料燃焼流路の入口部から出口部に渡って設けられたフィンに酸化触媒を担持したものが提案されている（例えば、特開平１０−１４８４０２号公報など）。この装置では、燃料燃焼流路の入口側で酸化触媒を担持したフィンの表面積を小さくすることによって入口側での発熱量を抑え、フィンなどの異常昇温を防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした燃焼加熱装置では、燃料燃焼流路の入口部から出口部にかけて全面に触媒が担持されており、製造コストが高くなってしまう。また、酸化触媒を担持した部分は熱伝導率が低いアルミナなどでコーティングする場合が多く、この場合、被加熱流体路と燃料燃焼流路との熱交換効率が低下してしまう。
【０００４】
本発明の燃焼加熱装置は、製造コストを抑えることを目的の一つとする。また、本発明の燃焼加熱装置は、被加熱流体路と燃料燃焼流路との熱交換効率を向上させることを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の燃焼加熱装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の第１の燃焼加熱装置は、
被加熱流体を流す流路をなす被加熱流体流路と、供給された燃料および該燃料の燃焼ガスを被加熱流体の流れと並行であって異なる向きに流す流路をなすと共に該流路の少なくとも一部に前記被加熱流体流路と熱交換可能な熱交換部位を有する燃料燃焼流路とを備える燃焼加熱装置であって、
前記燃料燃焼流路は、前記燃料を燃焼する触媒の担持量が前記被加熱流体の上流側より下流側の方が多くなるように前記触媒を担持する触媒担持部と、該触媒を担持しない非触媒担持部と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の第１の燃焼加熱装置では、燃料燃焼流路は触媒担持部と非触媒担持部とを備えているため、装置全体での触媒の担持量を減少させることができる。その結果、製造コストを抑えることができる。
【０００８】
こうした本発明の第１の燃焼加熱装置において、前記燃料燃焼流路は、前記触媒担持部の少なくとも一部を前記熱交換部位に形成すると共に前記非触媒担持部の少なくとも一部を該熱交換部位に形成してなるものとすることもできる。非触媒担持部は触媒を担持する際に用いられる熱伝導率の低いアルミナなどのコーティングを行なう必要がないため、熱交換効率を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明の第１の燃焼加熱装置において、前記燃料燃焼流路は、該流路の入口部から所定範囲内の部位に前記触媒担持部を設けると共に該触媒担持部の後段から該流路の出口部までに前記非触媒担持部を設けてなるものとすることもできる。燃料の燃焼は燃料燃焼流路の入口部から所定の範囲内の部位の触媒担持部で行なわれ、触媒担持部の後段から出口部までの非触媒担持部では燃料の燃焼は行なわれず燃焼ガスによる熱交換が行なわれる。非触媒担持部は触媒を担持する際に用いられる熱伝導率の低いアルミナなどのコーティングを行なう必要がないため、一様にアルミナなどのコーティングを行なう装置と比較して、熱交換効率を向上させることができる。この態様の本発明の燃焼加熱装置において、前記所定範囲は、前記燃料燃焼流路の入口部から該流路の容積の３０〜６０％の範囲であるものとしたり、前記熱交換部位の入口から該熱交換部位の容積の３０〜６０％の範囲であるものとすることもできる。
【００１０】
本発明の第２の燃焼加熱装置は、
被加熱流体を流す流路をなす被加熱流体流路と、供給された燃料および該燃料の燃焼ガスを被加熱流体の流れと並行であって異なる向きに流す流路をなすと共に該流路の少なくとも一部に前記被加熱流体流路と熱交換可能な熱交換部位を有する燃料燃焼流路とを備える燃焼加熱装置であって、
前記燃料燃焼流路は、前記燃料を燃焼する触媒の担持量が前記被加熱流体の上流側より下流側の方が多くなるように前記触媒の担持量を変更して該流路の入口部から出口部に担持させてなる
ことを要旨とする。
【００１１】
この本発明の第２の燃焼加熱装置は、触媒の担持量を適宜変更するので、一様に触媒の担持量を設定した場合と比較して、燃料を効率よく燃焼させることができると共に、触媒の担持量を減少させることができる。この結果、装置全体として効率が向上するとともに、製造コストを下げることができる。
【００１２】
この本発明の第２の燃焼加熱装置において、前記燃料燃焼流路は、該流路の前段部分が該流路の後段部分より前記触媒の担持量が多くなるよう該触媒を担持してなるものとすることもできる。触媒の担持量を燃料燃焼流路の前段部分で多くすることにより、前段部分でより多くの燃料の燃焼を行なうことができる。この結果、前段部分の温度を高くすることができる。なお、燃料燃焼流路の後段部分の触媒の担持量を前段部分より少なくする他、後段部分の触媒の担持量を零にすることもできる。
【００１３】
本発明の第２の燃焼加熱装置において、燃料燃焼流路は、前記熱交換部位の前段部分が該熱交換部位の後段部分より前記触媒の担持量が多くなるよう該触媒を担持してなるものとすることもできる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例である燃焼加熱装置１００の構成の概略を示す構成図である。燃焼加熱装置１００は、被加熱流体の流路をなす被加熱流体流路１０と、燃焼ガスの流路をなし被加熱流体流路１０と略直交しつづら折り状に迂流する燃料燃焼流路２０と、被加熱流体流路１０及び燃料燃焼流路２０の一部分をなし被加熱流体と燃焼ガスとの熱交換を行なう熱交換器３０，３２，３４とを備える。
【００１６】
被加熱流体流路１０の被加熱流体供給口１２から供給された被加熱流体は、入口側マニホールド１１と多孔質材料より形成され被加熱流体の液面を安定させる多孔質入口部材１４とを介して熱交換器３４に流入し、熱交換器３４，３２，３０において熱交換により蒸気化され、多孔質入口部材１４と同一の材料により形成され被加熱流体の液飛び出しを防止する多孔質出口部材１６と出口側マニホールド１３とを介して、被加熱流体排気口１８から排出される。一方、燃焼流路２０の燃料供給口２２に供給された燃料は、熱交換器３０に流入し、熱交換器３０で燃焼されて燃焼ガスとなった後、第１折り曲げ部２４を介して熱交換器３２に流入し、更に第２折り曲げ部２６を介して熱交換器３４に流入し、第３折り曲げ部２８を介して燃料ガス排気口２９から排出される。
【００１７】
図２は、熱交換器３０の構造を例示した概略図である。熱交換器３０は、図示するように、図中上下に開放口を有する波板付きの被加熱流体流路部材４０と、図中左右に開放口を有する波板付きの燃料燃焼流路部材４２とが交互に積層されて構成されている。燃料燃焼流路部材４２の波板の表面にはアルミナでコーティングされた上に燃料を燃焼する燃焼触媒、例えば白金触媒などが担持されており、燃料が燃料燃焼流路部材４２を流れる際に燃焼触媒上で燃焼するようになっている。一方、被加熱流体は、被加熱流体流路部材４０の鉛直下側から上側に流れ、燃料燃焼流路部材４２の左側から右側に流れる燃焼ガスと熱交換し、加熱されるようになっている。
【００１８】
熱交換器３２，３４は熱交換器３０と同様に構成されているが、熱交換器３２，３４の燃料燃焼流路部材４２に相当する部材（以下、燃焼ガス流路部材とする）の波板には燃焼触媒が担持されていない。すなわち、燃料の燃焼を行なわない構造となっており、単に、燃焼ガスと被加熱流体とが熱交換するようになっている。
【００１９】
なお、熱交換器３０の容積、即ち燃焼触媒が担持されている部位の容積は、熱交換器３０，３２，３４の総容積に対して４０％程度になるように構成されている。
【００２０】
以上、説明した実施例の燃焼加熱装置１００では、燃焼触媒を担持する熱交換器３０で燃料を燃焼すると共に被加熱流体と熱交換し、燃焼触媒を担持しない熱交換器３２，３４で燃焼ガスと被加熱流体との熱交換することができる。また、熱交換器３２，３４では燃焼触媒が担持されていないから、装置全体で燃焼触媒の担持量を減少させることができる。その結果、製造コストを抑えることができる。しかも、燃焼触媒の担持に伴ってコーティングされる熱伝導率の低いアルミナがコーティングされないから、熱交換の効率を高くすることができる。
【００２１】
実施例の燃焼加熱装置１００では、燃焼触媒が担持されている部分の容積は、燃焼加熱装置１００が備える熱交換器３０，３２，３４の総容積に対して４０％程度としたが、燃焼触媒を担持させる容積は被加熱流体を蒸気化させるのに必要な燃焼ガス流量や熱量などで適宜定まるものであるので、これに限定されず、３０％〜６０％の範囲、好ましくは４０〜５０％とすることもできる。
【００２２】
また、実施例の燃焼加熱装置１００では、熱交換器３０は燃焼触媒を担持し，熱交換器３２，３４は燃焼触媒を担持しないものとしたが、燃焼触媒の担持量を熱交換器３０の入口部から変更させて担持させることもできる。例えば、入口部の燃焼触媒の担持量を多くし、出口部の燃焼触媒の担持量を少なくすることもできる。こうすれば、入口部で多くの燃料を燃焼し、多くの熱を得ることができる。
【００２３】
実施例の燃焼加熱装置１００では、第１折り曲げ部２４や第２折り曲げ部２６は燃焼触媒を担持しないものとしたが、第１折り曲げ部２４や第２折り曲げ部２６の一部に燃焼触媒を担持させるものとしてもよい。この場合、燃焼触媒を担持している部分の容積を全容積の３０〜６０％、好ましくは４０〜５０％とし、残りの部分には燃焼触媒を担持しないようにすることもできる。
【００２４】
実施例の燃焼加熱装置１００では、燃料燃焼流路２０をつづら折り状とし、熱交換器３０，３２，３４の燃料燃焼流路部材４２や燃焼ガス流路部材に流れる燃料や燃焼ガスと、被加熱流体流路部材４０に流れる被加熱流体とが略直交するようにしたが、燃料燃焼流路部材４２や燃焼ガス流路部材と被加熱流体流路１０とを並行に配置し、燃焼ガスの流れる方向と被加熱流体との流れる方向とが並行となるようにしてもよい。例えば、図３に例示する燃焼加熱装置３６Ｂのように燃焼ガスと被加熱流体との流れる方向が並行で同じ向きとなるようにしたり、図４に例示する燃焼加熱装置３６Ｃのように、燃焼ガスと被加熱流体との流れる方向が並行で異なる向きになるようにしてもよい。この場合も、燃焼触媒は燃焼ガスの入口側から３０〜６０％、好ましくは４０〜５０％担持させればよい。図３，図４では、ハッチングを施している熱交換器３０Ｂ，３０Ｃに燃焼触媒を担持させている。
【００２５】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  実施例の燃焼加熱装置１００の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  熱交換器３０の構造を例示する概略図である。
【図３】  燃焼ガスと被加熱流体との流れる方向が並行で同じ向きとした燃焼加熱装置３６Ｂの構成を示す概略図である。
【図４】  燃焼ガスと被加熱流体との流れる方向が並行で異なる向きとした燃焼加熱装置３６Ｃの構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０  被加熱流体流路、２０  燃料燃焼流路、３０，３２，３４  熱交換器、４０  被加熱流体流路部材、４２  燃料燃焼流路部材、１００  燃焼加熱装置。
【図１】
0004325067.tif 000002
【図２】
0004325067.tif 000003
【図３】
0004325067.tif 000004
【図４】
0004325067.tif 000005