JP3798153B2

JP3798153B2 - Catalytic combustion heating device

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Publication number: JP3798153B2
Application number: JP23117998A
Authority: JP
Inventors: 知司山田; 祥司廣瀬; 温荻野
Original assignee: Nippon Soken Inc; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp; Soken Inc
Priority date: 1997-11-13
Filing date: 1998-08-03
Publication date: 2006-07-19
Anticipated expiration: 2018-08-03
Also published as: JPH11201447A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体または気体の被加熱流体を加熱する加熱装置、特に燃料ガスを触媒によって酸化反応させ、その酸化反応熱によって被加熱流体を加熱する触媒付熱交換器を備えた触媒燃焼加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
可燃ガス（燃料ガス）を触媒を用いて酸化反応させ、発生する熱を利用して、被加熱流体を加熱するいわゆる触媒燃焼加熱装置は既に知られており、家庭用や自動車用など、各種の用途への使用が考えられている（例えば、特開平５−２２３２０１号公報等）。触媒燃焼加熱装置は、可燃ガスの流路内に、液体または気体の被加熱流体が流れるチューブを配設し、その外周に多数の触媒担持フィンを一体的に接合してなる触媒付熱交換器を備えており、上記多数のフィンには、例えば白金やパラジウムのような酸化触媒が担持してある。この触媒担持フィンを活性温度以上に加熱し、可燃ガスを接触させると、フィン表面において酸化反応が起こる。その際に発生する酸化反応熱がフィンからチューブ内に伝えられて、チューブ内を流通する被加熱流体を加熱するようになっている。
【０００３】
可燃ガスは、これを酸化させるための支燃ガス（通常、空気）と混合した後、燃料ガスとして触媒付熱交換器内に供給される。触媒による酸化反応は、非常に広い可燃ガス濃度範囲で起こるため、上流側で反応しなかった未燃ガスを下流側の触媒によって燃焼させることが可能で、熱交換器全体で燃焼を行うことができる。このため、それまで一般的であったバーナー式の加熱装置に比較して、小型で処理能力の高い加熱装置が得られる。
【０００４】
一方、触媒付熱交換器内における可燃ガスの流れの方向と被加熱流体の流れの方向が対向するように設けたものがあり、この場合、可燃ガスの濃度勾配と被加熱流体の温度勾配とが一致するため、熱交換効率を高くできることが注目されている。すなわち、燃料ガス流路の出口付近に被加熱流体の導入口を設けており、排出される直前の燃焼排気ガスを、より低温の被加熱流体が流れるチューブに接触させることで、排気ガスの熱を被加熱流体中に効率よく回収することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、支燃ガスの供給量は、通常、酸化に必要な量の１〜５倍程度の範囲とされ、熱交換効率を向上させるには、供給量をできるだけ少なくしてガス流速を低くし、発生した熱が未反応で比較的低温の可燃ガスや支燃ガスに伝達されないようにすることが好ましい。しかしながら、一方で、燃焼排気ガスには、酸化反応で生じた大量の水蒸気が含まれるため、燃焼排気ガス温度が低下すると、この水蒸気が凝縮して水滴となるおそれがある。特に、可燃ガスの流れの方向と被加熱流体の流れの方向が対向する構成においては、上述したように、燃焼排気ガスの出口付近に低温の被加熱流体が供給されるため、低温のチューブ表面やこれと一体のフィンの表面で水蒸気が凝縮して、酸化触媒の表面を濡らしてしまうおそれがある。この場合、酸化触媒が不活性となって酸化反応が妨げられ、未燃ガスが排出されてしまうといった問題があった。
【０００６】
また、支燃ガスの供給量が少ないと触媒温度が上昇しやすく、燃料ガスの不均一分布により、濃度の高い可燃ガスが供給される部位や被加熱流体の流れがスムーズになされない部位などで触媒温度が燃料の発火点（水素燃料で５７０℃）を越え、火炎が発生するおそれがある。火炎が発生すると、触媒が熱劣化を起こすことが懸念され（通常、７００℃以上で劣化）、触媒性能が低下する。ところが、上述したように、触媒反応は熱交換器全体で行われるため、火炎の発生場所が特定しがたく、火炎の検出が難しいという問題があった。
【０００７】
しかして、本発明は、水蒸気の凝縮により酸化触媒の活性が低下したり、火炎の発生により触媒が劣化したりすることを防止して、触媒性能を十分に発揮することが可能であり、熱交換効率に優れるとともに、安全で信頼性の高い触媒燃焼加熱装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明請求項１の触媒燃焼加熱装置は、可燃ガスと支燃ガスを含む燃料ガスが流通する燃料ガス流路中に、内部を被加熱流体が流れるチューブを配設し、上記チューブの外表面に燃料ガスと接触して酸化反応を生起する酸化触媒を配設して、燃料ガスの酸化反応熱により被加熱流体を加熱する触媒付熱交換器を備えている。そして、上記燃料ガス流路内の燃焼排気ガスが露点温度であるか否かを検出する手段と、この露点温度であるか否かを検出する手段の検出結果に基づいて、上記燃料ガス流路に供給される上記支燃ガスもしくは上記可燃ガスの供給量を制御する制御手段を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】
燃焼排気ガス中に含まれる水蒸気の割合およびその水蒸気が凝縮する温度（露点温度）は、供給される燃料ガスの組成によって決まり、熱交換器内の触媒の表面温度が燃料ガスを燃焼させた時の露点温度以上であれば、触媒表面に水蒸気が凝縮することを防止できる。また、支燃ガスの供給量を増大させると、酸化反応によって発生した熱の一部が、流速の高まった燃料ガスおよび燃焼排気ガスを媒体として下流側に運ばれ、熱交換器内の温度を上昇させることができる。よって、上記燃料ガス流路内の燃焼排気ガスが露点温度であるか否かを検出し、その温度が露点温度以下となった時に、上記制御手段によって支燃ガスの供給量を増大させて、燃焼排気ガスの温度、すなわち触媒の表面温度が露点温度以上になるようにすれば、水蒸気の凝縮を防止し、触媒活性の低下や未燃ガスの排出を防止できる。
【００１０】
また、可燃ガスの供給量を増大させると、酸化反応が促進されて触媒表面で発生する熱が増大し、熱交換器内の温度を上昇させる。よって、上記燃料ガス流路内の燃焼排気ガスが露点温度であるか否かを検出し、その温度が露点温度以下となった時に、上記制御手段により、上記燃料ガス流路の下流側への可燃ガスの供給量を増大させることによっても、触媒の表面温度を露点温度以上に上昇させて、水蒸気の凝縮を防止する同様の効果が得られる。かくして、触媒性能を十分に発揮させることができ、高い熱交換効率と信頼性とを両立させることができる。
【００１１】
請求項２の構成では、上記露点温度であるか否かを検出する手段は、上記燃焼排気ガスの温度を検出する手段もしくは上記チューブ外表面の温度を検出する手段とする。このように、具体的には、燃焼排気ガスの温度または上記チューブ外表面の温度を検出することで、触媒の表面温度が露点温度であるか否かを検出することができる。
【００１２】
請求項３の構成では、上記露点温度であるか否かを検出する手段を、上記燃料ガス流路の出口近傍に設ける。熱交換器内の触媒の表面温度は、上記燃料ガス流路の出口近傍で最も低くなるので、この部分における温度を検出することで、熱交換器内の触媒全体が露点温度に達しているかどうかを検出することができ、好ましい。
【００１３】
請求項４の構成のように、上記酸化触媒を上記チューブの外表面に接合したフィンに担持することもできる。この場合、上記チューブ外表面の温度を検出する手段によって、上記燃料ガス流路の出口近傍における上記フィンの表面温度を検出するようにし、検出される上記フィンの表面温度に応じて、上記制御手段により支燃ガスの供給量または上記可燃ガスの供給量を制御することで同様の効果が得られる。
【００１４】
請求項５の構成において、具体的には、上記制御手段は、上記露点温度であるか否かを検出する手段の検出結果が、供給される燃料ガス組成によって決まる露点温度以下である時に、その温度を露点温度以上に上昇させるべく上記支燃ガスの供給量を増大させる制御を行う。上記検出結果を上記制御手段に随時入力し、燃焼排気ガスの温度が露点温度以下となったら、速やかに支燃ガス供給量を増加させることで上述した効果が容易に得られる。
【００１５】
請求項６の構成のように、上記制御手段により、上記露点温度であるか否かを検出する手段の検出結果が、供給される燃料ガスの組成によって決まる露点温度以下である時に、その温度を露点温度以上に上昇させるべく、上記燃料ガス流路の下流側への上記可燃ガスの供給量を増大させる制御を行うこともできる。この場合も、上記検出結果を上記制御手段に随時入力し、燃焼排気ガスの温度が露点温度以下となったら、速やかに下流側への可燃ガス供給量を増加させることで上述した効果が容易に得られる。
【００１６】
請求項７の構成では、上記可燃ガスを上記燃料ガス流路の上流側および下流側に分配供給するための複数の可燃ガス供給口を有する可燃ガス供給部を設け、上記可燃ガス供給部内に、上記燃料ガス流路の下流側へ供給される上記可燃ガスの流量を調節するための弁部材を設ける。そして、この弁部材の弁開度を上記制御手段で調節し、燃焼排気ガスの温度が露点温度以下となった時に、弁開度を大きくして、下流側の可燃ガス供給口から上記燃料ガス流路の下流側へ供給される上記可燃ガスの量を増大させることができる。
【００１７】
請求項８の構成では、上記燃料ガスの流れの方向と上記被加熱流体の流れの方向とが対向している。水蒸気の凝縮を防止する効果は、特に、燃焼排気ガスの出口に低温の被加熱流体が導入される、上記構成において効果的に発揮される。請求項９の構成では、上記支燃ガスを空気とする。可燃ガスを酸化させるための支燃ガスとしては空気が最も一般的で経済的である。
【００１８】
本発明の課題を解決するための他の構成として、請求項１０の触媒燃焼加熱装置は、可燃ガスと支燃ガスを含む燃料ガスが流通する燃料ガスの流路中に、内部を被加熱流体が流れるチューブを配設し、上記チューブの外表面に燃料ガスと接触して酸化反応を生起する酸化触媒を配設して、燃料ガスの酸化反応熱により被加熱流体を加熱する触媒付熱交換器を備えており、さらに、上記燃料ガス流路内の燃焼排気ガスに含まれる窒素酸化物成分を検知する手段を設けるとともに、この窒素酸化物成分を検知する手段の検知結果に基づいて、上記燃料ガス流路に供給される可燃ガスおよび支燃ガスの供給量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
【００１９】
触媒燃焼器内で火炎が発生すると、正常な触媒燃焼時には発生しない窒素酸化物が発生する。一方、触媒による酸化反応は、火炎を生じる燃焼よりも低温で成り立ち、火炎が生じないような希釈燃料ガスにおいても酸化反応が可能である。つまり、窒素酸化物成分を検知する手段を用いて、燃焼排気ガス中の窒素酸化物を検知することによって、火炎が生じたことを検知することが可能であり、その際、燃料ガス中の可燃ガスの供給量を低減し、または支燃ガスの供給量を増大するような制御を行うことで火炎が生じないようにすることができる。よって、触媒の劣化を防止して、触媒性能を十分に発揮させ、高い熱交換効率と信頼性とを両立させることができる。
【００２０】
請求項１１の構成では、上記窒素酸化物成分を検知する手段を、上記燃料ガス流路の出口近傍に設ける。これにより、触媒燃焼器内における火炎の発生を確実に検出することができる。
【００２１】
請求項１２の構成において、具体的には、上記請求項１０における上記制御手段は、上記窒素酸化物成分を検知する手段によって窒素酸化物成分が検知された時に、上記燃料ガス中の可燃ガスの供給量を減少または支燃ガスの供給量を増大する制御を行う。支燃ガスの供給量を増大して燃料ガスを希釈し、さらに燃料である可燃ガスの供給量を減少あるいは停止すれば、火炎燃焼が継続できなくなり、新たな火炎の発生も防止できる。
【００２２】
本発明の課題を解決するためのさらに他の構成として、請求項１３の触媒燃焼加熱装置は、可燃ガスと支燃ガスを含む燃料ガスが流通する燃料ガス流路中に、内部を被加熱流体が流れるチューブを配設し、上記チューブの外表面に燃料ガスと接触して酸化反応を生起する酸化触媒を配設して、燃料ガスの酸化反応熱により被加熱流体を加熱する触媒付熱交換器を備え、上記可燃ガスを上記燃料ガス流路の上流側および下流側に分配供給するための、流路抵抗の異なる複数の可燃ガス供給路を有している。上記複数の可燃ガス供給路の流路抵抗は、上記燃料ガス流路の下流側における発熱量が、装置の最小出力時に、上記燃料ガス流路内の燃焼排気ガスの温度を燃料ガスの組成によって決まる露点温度以上とするに十分な量となるように設定してある。
【００２３】
複数の可燃ガス供給路を設けて、上記可燃ガスの一部を上記燃料ガス流路の下流側に直接供給することで、下流側における酸化反応を促進し、触媒表面で発生する熱を増大させることができる。従って、上記複数の可燃ガス供給路の流路抵抗を調整し、装置の最小出力時に、下流側の上記可燃ガス供給路を通じて所定量以上の可燃ガスが供給されるようにすれば、触媒の表面温度を燃焼排気ガスの露点温度以上に上昇させて、水蒸気の凝縮を防止することができる。また、燃焼排気ガスが露点温度であるか否かを検出する手段や、可燃ガスまたは支燃ガスの供給量を制御する手段が不要であるので、より簡単な構成で、触媒活性の低下や未燃ガスの排出を防止することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の触媒燃焼加熱装置の一実施の形態を説明する。図１において、触媒付熱交換器１は、両端開口の筒状容器内を燃料ガスの流路１１となしており、左端部の燃料ガス供給口１２より右端部の排気ガス口１３へ向けて（図に矢印で示す方向）、燃料ガスが流れるようになしてある。上記燃料ガス供給口１２には、燃料ガス供給部２を構成する左端閉鎖の筒状体が連結してあり、燃料ガス供給部２は下部壁に、燃料供給装置３に連通する燃料供給路３１と、支燃ガス供給装置４に連通する支燃ガス供給路４１が接続されている。しかして、燃料供給装置３から燃料となる可燃ガスが、支燃ガス供給装置４から支燃ガスが供給されて、上記燃料ガス供給部２内で混合され、燃料ガスとして、上記燃料ガス供給口１２より燃料ガス流路１１内に供給される。
【００２５】
ここで、燃料としては、例えば、水素、メタノール等の可燃ガスが、支燃ガスとしては、通常、空気が用いられ、これら可燃ガスおよび支燃ガスの供給量は、制御手段たる制御装置６にて制御される。燃料ガス中の支燃ガスの供給量は、可燃ガスをすべて酸化させるのに必要な理論空気量に対し、１〜５倍程度の範囲とされ、通常の燃焼時には、発生する熱を効率よく回収するため、触媒の耐熱温度を越えない範囲でできるだけ少量となるようにするのがよい。ただし、燃焼排気ガス中の水蒸気が凝縮するおそれがある場合には、後述するように支燃ガスを増大させる制御を行う。
【００２６】
触媒付熱交換器１の燃料ガス流路１１内には、図２のように、内部を被加熱流体が流れる多数のチューブ５が、燃料ガスの流れ方向に層状に配置されており、各チューブ５の外周には、多数のリング状のフィン５１が、ロー付け等の方法で一体的に接合してある。これらフィン５１の表面には、白金、パラジウムといった酸化触媒が担持されていて、この表面に燃料ガスが接触して酸化反応を起こすようになしてある。酸化反応により発生した熱は、フィン５１からチューブ５に伝達され、その内部を流れる被加熱流体を加熱する。
【００２７】
上記多数のチューブ５の両端は、図１において、触媒付熱交換器１の上部および下部に設けた管寄せ５２、５３にそれぞれ連結されている。これら管寄せ５２、５３は、途中複数箇所に隔壁５２１、５３１が形成されて、複数の部分に区画されており、また、下方の管寄せ５３の右端部には被加熱流体の導入管５４が、上方の管寄せ５２の左端部には被加熱流体の導出管５５が連結されている。これにより、図に矢印で示すように、燃料ガス流路１１の下流側より上流側へ向かう被加熱流体の流路が形成され、被加熱流体は、被加熱流体供給装置７によって導入管５４より導入され、チューブ５および管寄せ５２、５３内を流れながら高温に加熱され、導出管５５より外部へ導出される。被加熱流体としては、例えば水が使用され、その供給量は、上記制御装置６によって制御される。
【００２８】
ここで、チューブ５の外周に設けられるフィン５１の外径や数は、接合されるチューブ５内の被加熱流体に必要な熱量に応じて適宜設定され、本実施の形態では、燃料ガス流路１１の最上流側に位置するチューブ５の層において、上記フィン５１の外径を小さくしてある（図２）。燃料ガス流路１１の上流側では、チューブ５内の被加熱流体が高温となっているので、フィン５１の表面積を小さくして発熱を抑制し、フィン５１やチューブ５が必要以上に加熱されないようにする。また、各層におけるチューブ５の数は、上流側において多くなるようにするのがよい。これは、液体の被加熱流体が加熱されて気体に変わる時に膨張するため、総断面積を大きくしないと圧力損失が大きくなってしまうからである。また、各チューブ５は隣合う層のチューブ５間に位置するように互い違いに配置すると、燃料ガス流路１１の実質長が長くなり、熱交換効率が向上する。
【００２９】
上記燃料ガス流路１１の排気ガス口１３の管壁には、燃焼排気ガスが露点温度であるか否かを検出する手段としての温度検出装置８が設置されて、燃料ガス流路の出口近傍における燃焼排気ガスの温度を検出するようになしてある。温度検出装置８としては公知の温度センサが使用でき、また、排気ガス口１３の管壁に設置する代わりに、上記燃料ガス流路１１の最下流位置にあるフィン５１表面に設置して、フィン５１の表面温度を検出するようにしてもよい。本実施の形態では、この検出結果を基に、上記制御装置６にて支燃ガスの供給量を制御するものであり、以下、その制御方法について説明する。
【００３０】
上記構成では、被加熱流体の進行方向が燃料ガスの流れ方向と対向する方向となっており、被加熱流体は、燃料ガス流路１１の下流側、つまり排気ガス口１３に近いほど低温となる。この場合、燃焼排気ガスをより低温の被加熱流体が流れるチューブ５に接触させるので、排気ガス中の熱を効率よく回収でき、高い熱交換効率が得られるが、その反面、上流部において可燃ガスが酸化反応することにより生じた多量の水蒸気が、低温の被加熱流体が供給され続ける排気ガス口１３付近で凝縮して触媒表面を覆い、可燃ガスと触媒の接触を阻害することが懸念される。そこで、本実施の形態では、図３に示すように、温度検出装置８で検出される燃焼排気ガス温度が、露点温度より低くなった時に（図３（ａ）点）、支燃ガスの供給量を増大して排気ガス温度を上昇させる。
【００３１】
具体的には、図４のフローチャートに示すように、温度検出装置８によって燃焼排気ガス温度を検出し（ステップ１）、その温度Ｔが、燃料ガス組成によって決まる露点温度Ｔａ（可燃ガスの燃焼によって生じる水蒸気量を基に算出される露点温度）より低いかどうかを判定する（ステップ２）。Ｔ＜Ｔａとなったら、支燃ガスの供給量を所定量増加させるように、支燃ガス供給装置４に制御信号を出力する（ステップ３）。これによりガス流速が増大し、フィン５１表面で発生した熱が、燃料ガスや燃焼排気ガスに伝達されやすくなる。よって、この操作を繰り返すことで、燃料ガス流路１１の下流側のガス温度を露点温度Ｔａ（例えば水素であれば７３℃）以上に上昇させることができる。Ｔ≧Ｔａとなったら、支燃ガスの供給量を保持するように支燃ガス供給装置４に制御信号を出力する（ステップ４、５）。なお、燃焼排気ガスの温度を必要以上に高めると、熱交換効率が低下するので、温度検出装置８で検出する温度Ｔが露点温度Ｔａよりやや高い温度となるように、支燃ガスの供給量を制御する。
【００３２】
以上、本実施の形態によれば、被加熱流体の進行方向が燃料ガスの流れ方向と対向する構成であっても、燃焼排気ガスの温度が低下して、水蒸気が凝縮することを防止できる。よって、触媒が不活性となって未燃ガスが排出されるのを防止でき、信頼性を向上させるとともに、高い熱交換効率を実現できる。
【００３３】
図５は、本発明の第２の実施の形態を示すものである。本実施の形態の基本構成は上記第１の実施の形態と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。本実施の形態では被加熱流体と燃料ガスの流れ方向とを同じ向きとしてあり、熱交換器の右端部に燃料ガス供給部２を設けて、燃料ガス流路１１内を、燃料ガスが、図の右方より左方へ流れるようにしてある。上流側（図の右方）でチューブ５で、フィン５１の枚数を多くしてあるのは、本実施の形態では、被加熱流体と燃料ガスの流れ方向が同じであるので、燃料の濃いガスで多量の熱が発生しても、温度の低い被加熱流体によって熱を吸収することで、効率よく被加熱流体を加熱できるようにするためである。
【００３４】
このような構成では、排気ガス口１３に近いほど被加熱流体は高温となるので、燃焼排気ガス中の水蒸気の凝縮による触媒活性の低下のおそれは小さいが、燃料ガス中の可燃ガス濃度が部分的に高くなるなどにより、熱交換器１内で火炎が発生しても検知されにくい構造となっている。そこで、本実施の形態では、燃料ガス流路１１の排気ガス口１３の管壁に、燃焼排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を検知する手段たるＮＯｘ検知装置９を設置し、その結果を基に、制御手段６にて、これらガスの供給量を制御する。熱交換器１内で火炎が発生すると、正常な触媒燃焼では発生しないＮＯｘが生成することから、これを利用して火炎の発生を検知することができる。ＮＯｘ検知装置９としては、公知のＮＯｘセンサ４３が使用される。以下、その制御方法について説明する。
【００３５】
図６に示すように、燃料供給装置３からの可燃ガス（燃料）供給量および支燃ガス供給装置４からの支燃ガス供給量は、燃料の種類や熱交換器形状等によって、予め、決められた量となっている。制御手段６は、図７のフローチャートに示すように、ＮＯｘ検知装置９からの信号を基に、ＮＯｘ濃度＞０かどうかを判定し（ステップ１、２）、ＮＯｘが検知されると、まず、支燃ガスの供給量を増大（ここでは最大量とする）して燃焼ガスを希釈する（ステップ３、図６（ｂ））。火炎燃焼は、希釈ガス中では継続しにくいため、これによりＮＯｘ濃度が低下する。次に、再度、ＮＯｘ濃度の検出を行い（ステップ４）、ＮＯｘ濃度＞０である場合には、燃料供給量を減少させる（ステップ５、図６（ｃ））。次いで、引き続きＮＯｘ濃度の検出を行い（ステップ６）、ＮＯｘ濃度が０となるまでこれを繰り返す。
【００３６】
以上、本実施の形態によれば、ＮＯｘを検知することで、火炎の発生を速やかに検出し、これに基づいて支燃ガスまたは可燃ガスの供給量を制御することで、異常燃焼を抑制することができる。よって、安定した触媒燃焼を行うことができ、高温で触媒が劣化するのを防止して、信頼性を向上させることができる。なお、可燃ガスおよび支燃ガス供給量の制御方法は、上記図６に示したものに限らず、ＮＯｘを検知したら、直ちに可燃ガスを減少または供給停止するようにしてもよい。
【００３７】
上記第２の実施の形態におけるＮＯｘ検知装置９を用いた制御は、被加熱流体と燃料ガスの流れ方向が対向する構成の触媒燃焼加熱装置に適用することもできる。この場合、高濃度ガスが供給される燃料ガス流路１１の上流側において、高温の被加熱流体が流れるので、フィン５１やチューブ５が高温となりやすく、火炎が発生しやすいため、ＮＯｘ検知装置９を設けることで異常燃焼の防止がより効果的になされる。また、第１の実施の形態の構成と、第２の実施の形態の構成とを組み合わせても、もちろんよく、この場合、水蒸気の凝縮防止と、火炎燃焼の防止が同時になされ、触媒性能をさらに向上させることができる。
【００３８】
図８（ａ）、（ｂ）は本発明の第３の実施の形態を示すものである。その基本構成は上記第１の実施の形態と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。本実施の形態では、可燃ガスと支燃ガスを混合する燃料ガス供給部２を設けておらず、燃料ガス流路１１の左端部には、図略の支燃ガス供給装置に接続される支燃ガス供給口１４が形成してある。可燃ガスは、図１（ｂ）に示すように、触媒付熱交換器１の側部に設けた可燃ガス供給部１５から、複数の燃料供給口１６を通じて燃料ガス流路１１内に分配供給され、支燃ガスと混合しつつ排気口１３へ向かう。このように、本実施の形態では、燃料ガスは、燃料ガス流路１１内を被加熱流体と対向する方向に（図の左方から右方へ）流れる。
【００３９】
燃料ガス流路１１内には、３層のチューブ５の層５Ａ〜５Ｃが形成してあり、複数の燃料供給口１６は、最上流のチューブ層５Ａの上流側と、最下流のチューブ層５Ｃの上流側に、それぞれ所定数形成されている（図１（ａ））。可燃ガス供給部１５の左端部には、図略の可燃ガス供給装置が接続してあり、また、可燃ガス供給部１５内には、弁部材たる絞り弁１７が配設されて、その弁開度を変更することで、下流側の燃料供給口１６を通じて最下流のチューブ層５Ｃに供給される可燃ガスの流量を調整できるようになしてある。絞り弁１７の弁開度は、排気口１３内に設けた温度検出装置８で検出した燃焼排気ガスの温度を基に、制御装置６にて制御される。
【００４０】
次に、本実施の形態における可燃ガス流量の制御方法について説明する。温度検出装置８で検出される燃焼排気ガス温度が、露点温度より低くなった時（図９（ａ）点）、上記第１の実施の形態では、支燃ガスの供給量を増大することによって排気ガス温度を上昇させたが、本実施の形態では、燃料ガス流路１１の下流側に供給される可燃ガスの量を増大して排気ガス温度を上昇させる。
【００４１】
具体的には、図１０のフローチャートに示すように、温度検出装置８によって燃焼排気ガス温度を検出し（ステップ１）、その温度Ｔが、燃料ガス組成によって決まる露点温度Ｔａ（可燃ガスの燃焼によって生じる水蒸気量を基に算出される露点温度）より低いかどうかを判定する（ステップ２）。Ｔ＜Ｔａとなったら、最下流のチューブ層５Ｃへの可燃ガスの供給量を所定量増加させるように、絞り弁１７に制御信号を出力して、弁開度を大きくする（ステップ３）。これにより、最下流のチューブ層５Ｃにおける酸化反応が活発化し、フィン５１表面で発生する熱量が増大する。よって、この操作を繰り返すことで、燃料ガス流路１１の下流側のフィン５１表面の温度を、燃料ガスの燃焼時の露点温度Ｔａ（例えば水素であれば７３℃）以上に上昇させることができる。Ｔ≧Ｔａとなったら、可燃ガスの供給量を保持するように絞り弁１７に制御信号を出力する（ステップ４、５）。なお、下流側のフィン５１表面の温度を必要以上に高めると、触媒表面温度と燃料ガスの温度差を増大させて、燃焼排気ガスの温度を高める結果となり、全体の熱交換効率が低下するので、制御装置６は、温度検出装置８で検出する温度Ｔが露点温度Ｔａ付近となるように、可燃ガスの供給量を制御する。
【００４２】
以上、本実施の形態によれば、被加熱流体の進行方向が燃料ガスの流れ方向と対向する場合に生じる、燃焼排気ガスの温度低下の問題を、燃料ガスの流路１１の下流側へ供給される可燃ガスの供給量を制御することで、解決することができる。よって、水蒸気の凝縮により触媒が不活性となって、未燃ガスが排出されるのを防止でき、信頼性の向上と高い熱交換効率を実現できる。
【００４３】
なお、本実施の形態では、最上流の層５Ａの上流側と、最下流の層５Ｃの上流側に、それぞれ３個の燃料供給口１６を形成したが、燃料供給口１６の数や設置位置は必ずしもこれに限らず、各層に必要な量の可燃ガスが分離供給可能なように、必要に応じて適宜決定することができる。
【００４４】
図１１（ａ）、（ｂ）は本発明の第４の実施の形態を示すもので、その基本構成は上記第３の実施の形態と同様であり、以下、相違点を中心に説明する。本実施の形態では、可燃ガス供給部１５内に絞り弁１７を設けず、燃料ガス流路１１の上流側への可燃ガス供給路となる可燃ガス供給口１６ａと、下流側への可燃ガス供給路となる可燃ガス供給口１６ｂの流路抵抗を変更して、それぞれに必要な量の可燃ガスが供給されるようにする。具体的には、上流側の可燃ガス供給口１６ａの大きさを下流側の可燃ガス供給口１６ｂよりも大きくして、上流側に十分な量の可燃ガスが供給されるように、かつ下流側の可燃ガス供給口１６ｂの総断面積が、装置の使用最小出力において、最下流のチューブ層５Ｃのフィン５１表面が濡れないために必要な可燃ガスが吹き出すに十分な大きさとなるように調整される。本実施の形態では、温度検出装置８および制御装置６は設置しない。
【００４５】
上記構成によれば、触媒燃焼装置の使用最小出力において、可燃ガス供給口１６ｂを通じて最下流のチューブ層５Ｃに所定量以上の可燃ガスが供給されるように調整してあるので、酸化反応で発生する熱によりフィン５１表面を露点温度以上に保持して、水蒸気が凝縮するのを防止できる。高出力時には、可燃ガス供給部１５内の流速が高くなり、より多くの燃料が上流側の燃料供給口１６ａから最上流のチューブ層５Ａに供給される。そして、上流側でチューブ５内に吸収されなかった熱が燃焼ガスに奪われて下流側のチューブ５へ伝達され、最下流のチューブ層５Ｃの温度を上昇させるので、触媒表面が濡れるのを防止できる。このように、本実施の形態では、温度の検出や可燃ガスの供給量の調整を行うことなく、下流側のチューブ５表面の温度を露点温度以上に保持することができる。よって、部品点数を削減するとともに、制御を簡素化し、安価で効率の高い触媒燃焼加熱装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す触媒燃焼加熱装置の全体断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】第１の実施の形態における支燃ガス流量と燃焼排気ガス温度の関係を示す図である。
【図４】第１の実施の形態における支燃ガスの供給量の制御方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態を示す触媒燃焼加熱装置の全体断面図である。
【図６】第２の実施の形態における支燃ガスおよび燃料供給量の制御方法を説明するための図である。
【図７】第２の実施の形態における支燃ガスおよび燃料供給量の制御方法を示すフローチャートである。
【図８】（ａ）は本発明の第３の実施の形態を示す触媒燃焼加熱装置の全体断面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図９】第３の実施の形態における可燃ガス流量と燃焼排気ガス温度の関係を示す図である。
【図１０】第３の実施の形態における可燃ガスの供給量の制御方法を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）は本発明の第４の実施の形態を示す触媒燃焼加熱装置の全体断面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。
【符号の説明】
１熱交換器
１１燃料ガス流路
１２燃料ガス供給口
１３排気ガス口（出口）
１４支燃ガス供給口
１５可燃ガス供給部
１６可燃ガス供給口
１６ａ、１６ｂ可燃ガス供給口（可燃ガス供給路）
１７絞り弁（弁部材）
２燃料ガス供給部
３燃料供給装置
３１燃料供給路
４支燃ガス供給装置
４１支燃ガス供給路
５チューブ
５１フィン
５２、５３管寄せ
５４被加熱流体導入路
５５被加熱流体導出路
６制御装置（制御手段）
７被加熱流体供給装置
８温度検出装置（露点温度であるか否かを検出する手段）
９ＮＯｘ検知装置（窒素酸化物成分を検出する手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a heating device for heating a fluid to be heated in liquid or gas, and in particular, a catalytic combustion heating device having a heat exchanger with a catalyst for oxidizing a fuel gas by a catalyst and heating the fluid to be heated by the oxidation reaction heat. About.
[0002]
[Prior art]
A so-called catalytic combustion heating device that heats a fluid to be heated by using a catalyst to oxidize a combustible gas (fuel gas) and generate heat is already known. The use for a use is considered (for example, Unexamined-Japanese-Patent No. 5-223201 etc.). The catalytic combustion heating apparatus is a heat exchanger with a catalyst in which a tube through which a fluid to be heated such as a liquid or a gas flows is disposed in a flow path of a combustible gas, and a large number of catalyst supporting fins are integrally joined to the outer periphery thereof. The above-mentioned numerous fins carry an oxidation catalyst such as platinum or palladium. When this catalyst-carrying fin is heated to an activation temperature or higher and brought into contact with a combustible gas, an oxidation reaction occurs on the fin surface. Oxidation reaction heat generated at that time is transmitted from the fins into the tube to heat the fluid to be heated flowing in the tube.
[0003]
The combustible gas is mixed with a combustion support gas (usually air) for oxidizing it, and then supplied as a fuel gas into the heat exchanger with catalyst. Since the oxidation reaction by the catalyst occurs in a very wide combustible gas concentration range, the unburned gas that has not reacted on the upstream side can be burned by the catalyst on the downstream side, and the entire heat exchanger can be burned. it can. For this reason, compared with the conventional burner type heating apparatus, a small-sized heating apparatus with high processing capability can be obtained.
[0004]
On the other hand, there are those in which the direction of the flow of the combustible gas and the direction of the flow of the heated fluid in the heat exchanger with catalyst are opposed to each other. In this case, the concentration gradient of the combustible gas and the temperature gradient of the heated fluid Therefore, it is attracting attention that heat exchange efficiency can be increased. That is, an inlet for the heated fluid is provided near the outlet of the fuel gas flow path, and the combustion exhaust gas immediately before being discharged is brought into contact with the tube through which the lower temperature heated fluid flows, thereby Can be efficiently recovered in the heated fluid.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Here, the supply amount of combustion-supporting gas is usually in the range of about 1 to 5 times the amount necessary for oxidation, and in order to improve the heat exchange efficiency, the supply amount is reduced as much as possible to lower the gas flow rate. It is preferable that the generated heat is not transferred to the unreacted and relatively low temperature combustible gas or combustion support gas. However, on the other hand, since the combustion exhaust gas contains a large amount of water vapor generated by the oxidation reaction, when the temperature of the combustion exhaust gas decreases, the water vapor may condense into water droplets. In particular, in the configuration in which the flow direction of the combustible gas and the flow direction of the heated fluid are opposed, as described above, the low temperature heated fluid is supplied near the outlet of the combustion exhaust gas. In addition, the water vapor may condense on the surface of the fin integrated therewith and the surface of the oxidation catalyst may be wetted. In this case, there has been a problem that the oxidation catalyst is inactivated, the oxidation reaction is hindered, and the unburned gas is discharged.
[0006]
Also, if the amount of combustion support gas is small, the catalyst temperature is likely to rise, and due to the uneven distribution of fuel gas, it can be used in parts where high concentration of combustible gas is supplied or where the flow of heated fluid is not smooth. The catalyst temperature may exceed the ignition point of the fuel (570 ° C. for hydrogen fuel), and a flame may be generated. When a flame is generated, there is a concern that the catalyst may be thermally deteriorated (usually, deterioration at 700 ° C. or higher), and the catalyst performance is lowered. However, as described above, since the catalytic reaction is performed in the entire heat exchanger, there is a problem that it is difficult to specify the place where the flame is generated and it is difficult to detect the flame.
[0007]
Thus, the present invention can prevent the catalyst activity from being deteriorated due to the condensation of water vapor and the catalyst from being deteriorated due to the generation of a flame, and can fully exhibit the catalyst performance. An object of the present invention is to provide a catalytic combustion heating apparatus that is excellent in exchange efficiency and safe and highly reliable.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problems, the catalytic combustion heating apparatus according to claim 1 of the present invention arranges a tube through which a fluid to be heated flows in a fuel gas passage through which a fuel gas containing a combustible gas and a combustion support gas flows. A heat exchanger with a catalyst that heats the fluid to be heated by the oxidation reaction heat of the fuel gas, provided with an oxidation catalyst that contacts the fuel gas and causes an oxidation reaction on the outer surface of the tube. . And based on the detection result of the means for detecting whether the combustion exhaust gas in the fuel gas flow path is at the dew point temperature and the means for detecting whether it is the dew point temperature, the fuel gas flow path Control means for controlling the supply amount of the combustion-supporting gas or the combustible gas supplied to the vehicle is provided.
[0009]
The proportion of water vapor contained in the combustion exhaust gas and the temperature at which the water vapor condenses (dew point temperature) is determined by the composition of the supplied fuel gas. When the surface temperature of the catalyst in the heat exchanger burns the fuel gas If it is more than this dew point temperature, it can prevent that water vapor | steam condenses on the catalyst surface. In addition, when the supply amount of the combustion support gas is increased, a part of the heat generated by the oxidation reaction is carried downstream using the fuel gas and the combustion exhaust gas with increased flow velocity as a medium, and the temperature in the heat exchanger is increased. Can be raised. Therefore, it is detected whether or not the combustion exhaust gas in the fuel gas flow path has a dew point temperature, and when the temperature falls below the dew point temperature, the supply amount of the combustion support gas is increased by the control means, If the temperature of the combustion exhaust gas, that is, the surface temperature of the catalyst is equal to or higher than the dew point temperature, it is possible to prevent condensation of water vapor and to prevent a decrease in catalyst activity and discharge of unburned gas.
[0010]
Further, when the supply amount of the combustible gas is increased, the oxidation reaction is promoted to increase the heat generated on the catalyst surface, thereby increasing the temperature in the heat exchanger. Therefore, it is detected whether or not the combustion exhaust gas in the fuel gas flow path has a dew point temperature, and when the temperature falls below the dew point temperature, the control means causes the fuel gas flow path to flow downstream of the fuel gas flow path. By increasing the supply amount of the combustible gas, a similar effect can be obtained in which the surface temperature of the catalyst is raised to the dew point temperature or more and the condensation of water vapor is prevented. Thus, the catalyst performance can be sufficiently exhibited, and both high heat exchange efficiency and reliability can be achieved.
[0011]
In the second aspect of the present invention, the means for detecting whether or not the dew point temperature is the means for detecting the temperature of the combustion exhaust gas or the means for detecting the temperature of the outer surface of the tube. Thus, specifically, it is possible to detect whether the surface temperature of the catalyst is the dew point temperature by detecting the temperature of the combustion exhaust gas or the temperature of the outer surface of the tube.
[0012]
According to a third aspect of the present invention, means for detecting whether or not the dew point temperature is present is provided in the vicinity of the outlet of the fuel gas flow path. Since the surface temperature of the catalyst in the heat exchanger is the lowest near the outlet of the fuel gas flow path, whether or not the entire catalyst in the heat exchanger has reached the dew point temperature by detecting the temperature in this part. Can be detected.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, the oxidation catalyst can be supported on a fin joined to the outer surface of the tube. In this case, the surface temperature of the fin in the vicinity of the outlet of the fuel gas flow path is detected by means for detecting the temperature of the outer surface of the tube, and the control means is in accordance with the detected surface temperature of the fin. The same effect can be obtained by controlling the supply amount of the combustion-supporting gas or the supply amount of the combustible gas.
[0014]
In the configuration of claim 5, specifically, when the detection result of the means for detecting whether or not the dew point temperature is equal to or lower than a dew point temperature determined by a supplied fuel gas composition, Control is performed to increase the supply amount of the combustion support gas in order to raise the temperature to the dew point temperature or higher. When the detection result is input to the control means as needed, and the temperature of the combustion exhaust gas becomes equal to or lower than the dew point temperature, the above-described effect can be easily obtained by quickly increasing the supply amount of the combustion support gas.
[0015]
When the detection result of the means for detecting whether or not the dew point temperature is equal to or less than the dew point temperature determined by the composition of the supplied fuel gas, the temperature is reduced by the control means. Control can be performed to increase the supply amount of the combustible gas to the downstream side of the fuel gas flow path in order to raise the dew point temperature or higher. Also in this case, when the detection result is input to the control means at any time and the temperature of the combustion exhaust gas becomes equal to or lower than the dew point temperature, the above-described effect can be easily achieved by quickly increasing the amount of combustible gas supplied to the downstream side. can get.
[0016]
In the configuration of claim 7, a combustible gas supply unit having a plurality of combustible gas supply ports for distributing and supplying the combustible gas to the upstream side and the downstream side of the fuel gas flow path is provided, and the combustible gas supply unit includes: A valve member is provided for adjusting the flow rate of the combustible gas supplied to the downstream side of the fuel gas passage. The valve opening of the valve member is adjusted by the control means, and when the temperature of the combustion exhaust gas becomes equal to or lower than the dew point temperature, the valve opening is increased and the fuel gas is supplied from the downstream combustible gas supply port. The amount of the combustible gas supplied to the downstream side of the flow path can be increased.
[0017]
In the configuration of the eighth aspect, the flow direction of the fuel gas and the flow direction of the fluid to be heated are opposed to each other. The effect of preventing the condensation of water vapor is particularly effective in the above configuration in which a low-temperature fluid to be heated is introduced at the outlet of the combustion exhaust gas. In the configuration of claim 9, the combustion supporting gas is air. Air is the most common and economical support gas for oxidizing the combustible gas.
[0018]
As another configuration for solving the problems of the present invention, the catalytic combustion heating apparatus according to claim 10 includes a fluid to be heated in a flow path of the fuel gas in which the fuel gas including the combustible gas and the combustion support gas flows. A heat exchange with a catalyst that heats the fluid to be heated by the heat of oxidation reaction of the fuel gas by arranging an oxidation catalyst that generates an oxidation reaction by contacting the fuel gas on the outer surface of the tube. And a means for detecting the nitrogen oxide component contained in the combustion exhaust gas in the fuel gas flow path, and based on the detection result of the means for detecting the nitrogen oxide component, Control means for controlling the supply amount of the combustible gas and the combustion support gas supplied to the fuel gas flow path is provided.
[0019]
When a flame is generated in the catalytic combustor, nitrogen oxides are generated that are not generated during normal catalytic combustion. On the other hand, the oxidation reaction by the catalyst is performed at a lower temperature than the combustion that generates the flame, and the oxidation reaction is possible even in the diluted fuel gas that does not generate the flame. In other words, it is possible to detect that a flame has occurred by detecting nitrogen oxides in the combustion exhaust gas using a means for detecting nitrogen oxide components. It is possible to prevent a flame from occurring by performing a control that reduces the gas supply amount or increases the support gas supply amount. Therefore, deterioration of the catalyst can be prevented, the catalyst performance can be sufficiently exhibited, and both high heat exchange efficiency and reliability can be achieved.
[0020]
In the structure of Claim 11, the means for detecting the nitrogen oxide component is provided in the vicinity of the outlet of the fuel gas flow path. Thereby, generation | occurrence | production of the flame in a catalyst combustor can be detected reliably.
[0021]
In the configuration of claim 12, specifically, the control means in claim 10 is configured such that when the nitrogen oxide component is detected by the means for detecting the nitrogen oxide component, the combustible gas in the fuel gas is detected. Control to decrease the supply amount or increase the supply amount of combustion-supporting gas. If the supply amount of the combustion support gas is increased to dilute the fuel gas and the supply amount of the combustible gas as the fuel is decreased or stopped, flame combustion cannot be continued and the generation of a new flame can be prevented.
[0022]
As still another configuration for solving the problems of the present invention, the catalytic combustion heating apparatus according to claim 13 is a fluid to be heated in a fuel gas passage through which a fuel gas containing a combustible gas and a combustion support gas flows. A heat exchange with a catalyst that heats the fluid to be heated by the heat of oxidation reaction of the fuel gas by arranging an oxidation catalyst that generates an oxidation reaction by contacting the fuel gas on the outer surface of the tube. A plurality of combustible gas supply paths having different flow path resistances for distributing and supplying the combustible gas to the upstream side and the downstream side of the fuel gas flow path. The flow resistance of the plurality of combustible gas supply passages is such that when the calorific value downstream of the fuel gas passage is the minimum output of the apparatus, the temperature of the combustion exhaust gas in the fuel gas passage depends on the composition of the fuel gas. It is set so that the amount is sufficient to exceed the determined dew point temperature.
[0023]
By providing a plurality of combustible gas supply paths and supplying a part of the combustible gas directly to the downstream side of the fuel gas flow path, the oxidation reaction on the downstream side is promoted and the heat generated on the catalyst surface is increased. be able to. Therefore, if the flow resistance of the plurality of combustible gas supply paths is adjusted so that a predetermined amount or more of combustible gas is supplied through the combustible gas supply path on the downstream side at the minimum output of the apparatus, the surface of the catalyst The temperature can be raised above the dew point temperature of the combustion exhaust gas to prevent water vapor condensation. In addition, since a means for detecting whether or not the combustion exhaust gas is at the dew point temperature and a means for controlling the supply amount of the combustible gas or the combustion support gas are not required, the catalyst activity is reduced or not reduced with a simpler configuration. The emission of fuel gas can be prevented.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a catalytic combustion heating apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, the catalyst-equipped heat exchanger 1 has a fuel gas flow path 11 inside a cylindrical container having both ends open, and is directed from a fuel gas supply port 12 at the left end toward an exhaust gas port 13 at the right end. The fuel gas flows (in the direction indicated by the arrow in the figure). The fuel gas supply port 12 is connected to a cylindrical body closed at the left end constituting the fuel gas supply unit 2, and the fuel gas supply unit 2 is connected to the fuel supply unit 3 at the lower wall. And the combustion support gas supply path 41 connected to the combustion support gas supply device 4 is connected. Thus, the combustible gas that is the fuel from the fuel supply device 3 is supplied from the combustion support gas supply device 4 and mixed in the fuel gas supply unit 2, and the fuel gas supply port is used as the fuel gas. 12 is supplied into the fuel gas passage 11.
[0025]
Here, for example, a combustible gas such as hydrogen or methanol is used as the fuel, and air is normally used as the support gas. The supply amount of the combustible gas and the support gas is supplied to the control device 6 as control means. Controlled. The supply amount of combustion support gas in the fuel gas is in the range of about 1 to 5 times the theoretical air amount required to oxidize all combustible gas, and efficiently recovers the generated heat during normal combustion. Therefore, it is preferable to make the amount as small as possible without exceeding the heat-resistant temperature of the catalyst. However, when there is a possibility that water vapor in the combustion exhaust gas may condense, control to increase the combustion support gas is performed as described later.
[0026]
In the fuel gas flow path 11 of the heat exchanger with catalyst 1, as shown in FIG. 2, a number of tubes 5 through which the fluid to be heated flows are arranged in layers in the fuel gas flow direction. A large number of ring-shaped fins 51 are integrally joined to the outer periphery of 5 by a method such as brazing. An oxidation catalyst such as platinum or palladium is supported on the surfaces of the fins 51, and fuel gas comes into contact with the surfaces to cause an oxidation reaction. The heat generated by the oxidation reaction is transmitted from the fin 51 to the tube 5 and heats the fluid to be heated that flows inside the tube 5.
[0027]
Both ends of the multiple tubes 5 are connected to headers 52 and 53 provided at the upper and lower portions of the heat exchanger with catalyst 1 in FIG. These headers 52 and 53 are divided into a plurality of portions with partition walls 521 and 531 formed at a plurality of locations on the way, and a heated fluid introduction tube 54 is provided at the right end of the lower header 53. A heated fluid outlet pipe 55 is connected to the left end of the upper header 52. Thereby, as shown by the arrows in the figure, a flow path of the heated fluid is formed from the downstream side of the fuel gas flow path 11 to the upstream side, and the heated fluid is supplied from the introduction pipe 54 by the heated fluid supply device 7. It is introduced, heated to a high temperature while flowing through the tube 5 and the headers 52 and 53, and led out to the outside from the lead-out pipe 55. For example, water is used as the fluid to be heated, and the supply amount is controlled by the control device 6.
[0028]
Here, the outer diameter and the number of the fins 51 provided on the outer periphery of the tube 5 are appropriately set according to the amount of heat required for the heated fluid in the tube 5 to be joined. In the present embodiment, the fuel gas flow path 11, the outer diameter of the fin 51 is made small in the layer of the tube 5 located on the most upstream side (FIG. 2). Since the fluid to be heated in the tube 5 is at a high temperature on the upstream side of the fuel gas flow path 11, the surface area of the fin 51 is reduced to suppress heat generation so that the fin 51 and the tube 5 are not heated more than necessary. To. In addition, the number of tubes 5 in each layer is preferably increased on the upstream side. This is because the liquid to-be-heated fluid expands when it is heated to change to a gas, and therefore the pressure loss increases unless the total cross-sectional area is increased. Further, if the tubes 5 are alternately arranged so as to be positioned between the tubes 5 of the adjacent layers, the substantial length of the fuel gas passage 11 is increased, and the heat exchange efficiency is improved.
[0029]
A temperature detection device 8 is installed on the tube wall of the exhaust gas port 13 of the fuel gas passage 11 as a means for detecting whether or not the combustion exhaust gas has a dew point temperature, and is near the outlet of the fuel gas passage. The temperature of the combustion exhaust gas at is detected. A known temperature sensor can be used as the temperature detection device 8, and instead of being installed on the tube wall of the exhaust gas port 13, it is installed on the surface of the fin 51 at the most downstream position of the fuel gas flow path 11, and the fin The surface temperature of 51 may be detected. In the present embodiment, the supply amount of the combustion support gas is controlled by the control device 6 based on the detection result, and the control method will be described below.
[0030]
In the above configuration, the traveling direction of the fluid to be heated is opposite to the flow direction of the fuel gas, and the fluid to be heated becomes lower in the downstream side of the fuel gas flow path 11, that is, closer to the exhaust gas port 13. . In this case, the combustion exhaust gas is brought into contact with the tube 5 through which the lower temperature fluid to be heated flows, so that the heat in the exhaust gas can be efficiently recovered and high heat exchange efficiency can be obtained. There is a concern that a large amount of water vapor generated by the oxidation reaction of the catalyst condenses near the exhaust gas port 13 where the low-temperature heated fluid is continuously supplied, covers the catalyst surface, and hinders contact between the combustible gas and the catalyst. . Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 3, when the combustion exhaust gas temperature detected by the temperature detection device 8 becomes lower than the dew point temperature (point (a) in FIG. 3), the supply of combustion supporting gas is performed. Increase the amount to increase the exhaust gas temperature.
[0031]
Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 4, the temperature detection device 8 detects the combustion exhaust gas temperature (step 1), and the temperature T is determined by the dew point temperature Ta determined by the fuel gas composition (by combustion of the combustible gas). It is determined whether the temperature is lower than the dew point temperature calculated based on the amount of water vapor generated (step 2). When T <Ta, a control signal is output to the combustion support gas supply device 4 so as to increase the supply amount of the support gas by a predetermined amount (step 3). As a result, the gas flow rate increases, and the heat generated on the surface of the fin 51 is easily transferred to the fuel gas and the combustion exhaust gas. Therefore, by repeating this operation, the gas temperature on the downstream side of the fuel gas channel 11 can be raised to the dew point temperature Ta (for example, 73 ° C. for hydrogen) or higher. When T ≧ Ta, a control signal is output to the support gas supply device 4 so as to maintain the supply amount of the support gas (steps 4 and 5). Note that, if the temperature of the combustion exhaust gas is increased more than necessary, the heat exchange efficiency is lowered. Therefore, the supply amount of the combustion support gas is set so that the temperature T detected by the temperature detection device 8 is slightly higher than the dew point temperature Ta. To control.
[0032]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to prevent the steam from condensing due to a decrease in the temperature of the combustion exhaust gas even if the traveling direction of the heated fluid is opposite to the flow direction of the fuel gas. Therefore, it can prevent that a catalyst becomes inactive and unburned gas is discharged | emitted, and while improving reliability, high heat exchange efficiency is realizable.
[0033]
FIG. 5 shows a second embodiment of the present invention. The basic configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and the following description will focus on the differences. In the present embodiment, the fluid to be heated and the flow direction of the fuel gas have the same direction, the fuel gas supply unit 2 is provided at the right end of the heat exchanger, and the fuel gas flows in the fuel gas flow path 11. It flows from the right side to the left side. The reason why the number of fins 51 is increased in the tube 5 on the upstream side (to the right in the drawing) is that the flow direction of the fluid to be heated and the fuel gas is the same in the present embodiment. This is because even if a large amount of heat is generated, the fluid to be heated can be efficiently heated by absorbing the heat with the fluid to be heated having a low temperature.
[0034]
In such a configuration, the closer to the exhaust gas port 13, the higher the temperature of the fluid to be heated. Therefore, even if a flame is generated in the heat exchanger 1, the structure is difficult to detect. Therefore, in the present embodiment, a NOx detector 9 that is a means for detecting nitrogen oxide (NOx) in the combustion exhaust gas is installed on the tube wall of the exhaust gas port 13 of the fuel gas passage 11 and the result is obtained. Based on this, the control unit 6 controls the supply amount of these gases. When a flame is generated in the heat exchanger 1, NOx that does not occur in normal catalytic combustion is generated, and this can be used to detect the occurrence of a flame. A known NOx sensor 43 is used as the NOx detection device 9. Hereinafter, the control method will be described.
[0035]
As shown in FIG. 6, the amount of combustible gas (fuel) supplied from the fuel supply device 3 and the amount of fuel supplied from the support gas supply device 4 are determined in advance depending on the type of fuel, the shape of the heat exchanger, and the like. It has become the amount. As shown in the flowchart of FIG. 7, the control means 6 determines whether or not the NOx concentration> 0 based on the signal from the NOx detecting device 9 (steps 1 and 2). When NOx is detected, The supply amount of the combustion support gas is increased (here, the maximum amount) to dilute the combustion gas (step 3, FIG. 6B). Since the flame combustion is difficult to continue in the diluted gas, the NOx concentration is thereby lowered. Next, the NOx concentration is detected again (step 4). If NOx concentration> 0, the fuel supply amount is decreased (step 5, FIG. 6 (c)). Subsequently, the NOx concentration is continuously detected (step 6), and this is repeated until the NOx concentration becomes zero.
[0036]
As described above, according to the present embodiment, by detecting NOx, the occurrence of a flame is detected quickly, and the supply amount of combustion-supporting gas or combustible gas is controlled based on this to suppress abnormal combustion. be able to. Therefore, stable catalyst combustion can be performed, and the catalyst can be prevented from deteriorating at a high temperature, and the reliability can be improved. Note that the control method of the supply amount of the combustible gas and the support gas is not limited to that shown in FIG. 6, and when NOx is detected, the combustible gas may be reduced or stopped immediately.
[0037]
The control using the NOx detecting device 9 in the second embodiment can also be applied to a catalytic combustion heating device having a configuration in which the flow direction of the fluid to be heated and the fuel gas face each other. In this case, since the high-temperature fluid to be heated flows on the upstream side of the fuel gas passage 11 to which the high-concentration gas is supplied, the fins 51 and the tubes 5 are likely to become high temperature and a flame is easily generated. By providing this, abnormal combustion can be prevented more effectively. Of course, the configuration of the first embodiment and the configuration of the second embodiment may be combined. In this case, condensation of water vapor and prevention of flame combustion are performed at the same time, further improving the catalyst performance. Can be improved.
[0038]
FIGS. 8A and 8B show a third embodiment of the present invention. The basic configuration is the same as that of the first embodiment, and the difference will be mainly described below. In the present embodiment, the fuel gas supply unit 2 for mixing the combustible gas and the combustion support gas is not provided, and a support connected to a combustion support gas supply device (not shown) is provided at the left end of the fuel gas passage 11. A fuel gas supply port 14 is formed. As shown in FIG. 1B, the combustible gas is distributed and supplied into the fuel gas flow path 11 through the plurality of fuel supply ports 16 from the combustible gas supply unit 15 provided on the side of the heat exchanger 1 with catalyst. Then, it goes to the exhaust port 13 while being mixed with the combustion supporting gas. Thus, in the present embodiment, the fuel gas flows in the fuel gas flow path 11 in a direction opposite to the fluid to be heated (from the left to the right in the figure).
[0039]
Layers 5A to 5C of three layers of tubes 5 are formed in the fuel gas flow path 11, and a plurality of fuel supply ports 16 are provided on the upstream side of the most upstream tube layer 5A and the most downstream tube layer 5C. A predetermined number of each is formed on the upstream side of (Fig. 1 (a)). A combustible gas supply device (not shown) is connected to the left end of the combustible gas supply unit 15, and a throttle valve 17, which is a valve member, is disposed in the combustible gas supply unit 15. By changing the degree, the flow rate of the combustible gas supplied to the most downstream tube layer 5C through the downstream fuel supply port 16 can be adjusted. The opening degree of the throttle valve 17 is controlled by the control device 6 based on the temperature of the combustion exhaust gas detected by the temperature detection device 8 provided in the exhaust port 13.
[0040]
Next, a method for controlling the combustible gas flow rate in the present embodiment will be described. When the combustion exhaust gas temperature detected by the temperature detection device 8 becomes lower than the dew point temperature (point (a) in FIG. 9), in the first embodiment, by increasing the supply amount of the combustion support gas, Although the exhaust gas temperature is raised, in this embodiment, the amount of combustible gas supplied to the downstream side of the fuel gas passage 11 is increased to raise the exhaust gas temperature.
[0041]
Specifically, as shown in the flowchart of FIG. 10, the temperature detection device 8 detects the combustion exhaust gas temperature (step 1), and the temperature T is dew point temperature Ta determined by the fuel gas composition (by combustion of the combustible gas). It is determined whether the temperature is lower than the dew point temperature calculated based on the amount of water vapor generated (step 2). When T <Ta, a control signal is output to the throttle valve 17 to increase the valve opening so that the amount of combustible gas supplied to the downstreammost tube layer 5C is increased by a predetermined amount (step 3). As a result, the oxidation reaction in the most downstream tube layer 5C is activated, and the amount of heat generated on the surface of the fin 51 is increased. Therefore, by repeating this operation, the temperature of the surface of the fin 51 on the downstream side of the fuel gas passage 11 can be raised to a dew point temperature Ta (for example, 73 ° C. for hydrogen) or more during combustion of the fuel gas. . When T ≧ Ta, a control signal is output to the throttle valve 17 so as to maintain the supply amount of the combustible gas (steps 4 and 5). If the temperature on the surface of the fin 51 on the downstream side is increased more than necessary, the temperature difference between the catalyst surface temperature and the fuel gas is increased, and the temperature of the combustion exhaust gas is increased, resulting in a decrease in the overall heat exchange efficiency. The control device 6 controls the supply amount of the combustible gas so that the temperature T detected by the temperature detection device 8 is near the dew point temperature Ta.
[0042]
As described above, according to the present embodiment, the problem of the temperature drop of the combustion exhaust gas that occurs when the traveling direction of the fluid to be heated faces the flow direction of the fuel gas is supplied to the downstream side of the fuel gas flow path 11. This can be solved by controlling the amount of supplied combustible gas. Therefore, it is possible to prevent the catalyst from becoming inactive due to the condensation of the water vapor and discharging the unburned gas, thereby improving the reliability and realizing high heat exchange efficiency.
[0043]
In the present embodiment, three fuel supply ports 16 are formed on the upstream side of the most upstream layer 5A and on the upstream side of the most downstream layer 5C. However, the number and installation positions of the fuel supply ports 16 are different. However, the present invention is not limited to this, and can be appropriately determined as necessary so that a necessary amount of combustible gas can be separately supplied to each layer.
[0044]
FIGS. 11A and 11B show a fourth embodiment of the present invention, the basic configuration of which is the same as that of the third embodiment, and the differences will be mainly described below. In the present embodiment, the throttle valve 17 is not provided in the combustible gas supply unit 15, the combustible gas supply port 16 a serving as a combustible gas supply path to the upstream side of the fuel gas passage 11, and the combustible gas supply to the downstream side The flow resistance of the combustible gas supply port 16b serving as a path is changed so that a necessary amount of combustible gas is supplied to each. Specifically, the size of the upstream side combustible gas supply port 16a is made larger than that of the downstream side combustible gas supply port 16b so that a sufficient amount of combustible gas is supplied to the upstream side and the downstream side. The total cross-sectional area of the combustible gas supply port 16b is adjusted so as to be large enough to blow out the combustible gas necessary for preventing the surface of the fin 51 of the most downstream tube layer 5C from getting wet at the minimum use power of the apparatus. The In the present embodiment, the temperature detection device 8 and the control device 6 are not installed.
[0045]
According to the above configuration, the minimum amount of use of the catalytic combustion apparatus is adjusted so that a predetermined amount or more of the combustible gas is supplied to the most downstream tube layer 5C through the combustible gas supply port 16b. It is possible to prevent the water vapor from condensing by keeping the surface of the fin 51 at or above the dew point temperature by the heat to be generated. At the time of high output, the flow velocity in the combustible gas supply unit 15 increases, and more fuel is supplied from the upstream fuel supply port 16a to the uppermost tube layer 5A. Then, heat that has not been absorbed in the tube 5 on the upstream side is taken away by the combustion gas and transferred to the downstream tube 5 to increase the temperature of the most downstream tube layer 5C, thereby preventing the catalyst surface from getting wet. it can. As described above, in the present embodiment, the temperature of the surface of the tube 5 on the downstream side can be maintained at the dew point temperature or higher without detecting the temperature or adjusting the supply amount of the combustible gas. Therefore, the number of parts can be reduced, the control can be simplified, and an inexpensive and highly efficient catalytic combustion heating apparatus can be realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall sectional view of a catalytic combustion heating apparatus showing a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a combustion support gas flow rate and a combustion exhaust gas temperature in the first embodiment.
FIG. 4 is a flowchart showing a method of controlling the supply amount of combustion support gas in the first embodiment.
FIG. 5 is an overall cross-sectional view of a catalytic combustion heating apparatus showing a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram for explaining a control method of combustion support gas and fuel supply amount in the second embodiment.
FIG. 7 is a flowchart showing a control method of combustion support gas and fuel supply amount in the second embodiment.
8A is an overall sectional view of a catalytic combustion heating apparatus showing a third embodiment of the present invention, and FIG. 8B is a sectional view taken along line BB in FIG. 8A.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the combustible gas flow rate and the combustion exhaust gas temperature in the third embodiment.
FIG. 10 is a flowchart showing a method for controlling the supply amount of combustible gas in the third embodiment.
11A is an overall sectional view of a catalytic combustion heating apparatus showing a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 11B is a sectional view taken along the line CC of FIG.
[Explanation of symbols]
1 heat exchanger
11 Fuel gas flow path
12 Fuel gas supply port
13 Exhaust gas outlet (exit)
14 Combustion gas supply port
15 Combustible gas supply unit
16 Combustible gas supply port
16a, 16b Combustible gas supply port (combustible gas supply path)
17 Throttle valve (valve member)
2 Fuel gas supply section
3 Fuel supply device
31 Fuel supply path
4 Combustion gas supply device
41 Combustion gas supply path
5 tubes
51 fins
52, 53
54 Heated fluid introduction path
55 Heated fluid outlet
6. Control device (control means)
7 Heated fluid supply device
8 Temperature detector (means to detect whether or not the dew point temperature)
9 NOx detector (means for detecting nitrogen oxide components)

Claims

可燃ガスと支燃ガスを含む燃料ガスが流通する燃料ガス流路中に、内部を被加熱流体が流れるチューブを配設し、上記チューブの外表面に燃料ガスと接触して酸化反応を生起する酸化触媒を配設して、燃料ガスの酸化反応熱により被加熱流体を加熱する触媒付熱交換器を備えた触媒燃焼加熱装置において、上記燃料ガス流路内の燃焼排気ガスが露点温度であるか否かを検出する手段を設けるとともに、この露点温度であるか否かを検出する手段の検出結果に基づいて、上記燃料ガス流路に供給される上記支燃ガスもしくは上記可燃ガスの供給量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする触媒燃焼加熱装置。A tube through which the fluid to be heated flows is disposed in the fuel gas flow path through which the fuel gas containing the combustible gas and the combustion supporting gas flows, and an oxidation reaction is caused by contacting the fuel gas on the outer surface of the tube. In a catalytic combustion heating apparatus provided with an oxidation catalyst and equipped with a heat exchanger with a catalyst for heating the fluid to be heated by the oxidation reaction heat of the fuel gas, the combustion exhaust gas in the fuel gas flow path has a dew point temperature And a supply amount of the combustion-supporting gas or the combustible gas supplied to the fuel gas passage based on the detection result of the means for detecting whether or not the dew point temperature is provided. A catalytic combustion heating apparatus comprising a control means for controlling

上記露点温度であるか否かを検出する手段は、上記燃焼排気ガスの温度を検出する手段もしくは上記チューブ外表面の温度を検出する手段である請求項１記載の触媒燃焼加熱装置。2. The catalytic combustion heating apparatus according to claim 1, wherein the means for detecting whether or not the dew point temperature is a means for detecting the temperature of the combustion exhaust gas or a means for detecting the temperature of the outer surface of the tube.

上記露点温度であるか否かを検出する手段を、上記燃料ガス流路の出口近傍に設けた請求項１記載の触媒燃焼加熱装置。The catalytic combustion heating apparatus according to claim 1, wherein means for detecting whether or not the dew point temperature is provided in the vicinity of an outlet of the fuel gas flow path.

上記酸化触媒は、上記チューブの外表面に接合したフィンに担持され、上記チューブ外表面の温度を検出する手段は上記燃料ガス流路の出口近傍における上記フィンの表面温度を検出する手段である請求項２記載の触媒燃焼加熱装置。The oxidation catalyst is carried on a fin joined to the outer surface of the tube, and the means for detecting the temperature of the outer surface of the tube is means for detecting the surface temperature of the fin in the vicinity of the outlet of the fuel gas flow path. Item 3. The catalytic combustion heating apparatus according to Item 2.

上記制御手段は、上記露点温度であるか否かを検出する手段の検出結果が、供給される燃料ガスの組成によって決まる露点温度以下である時に、その温度を露点温度以上に上昇させるべく上記支燃ガスの供給量を増大させる制御を行う請求項１または２記載の触媒燃焼加熱装置。When the detection result of the means for detecting whether or not the dew point temperature is equal to or lower than the dew point temperature determined by the composition of the supplied fuel gas, the control means is configured to increase the temperature above the dew point temperature. The catalytic combustion heating apparatus according to claim 1 or 2, wherein control for increasing a supply amount of the fuel gas is performed.

上記制御手段は、上記露点温度であるか否かを検出する手段の検出結果が、供給される燃料ガスの組成によって決まる露点温度以下である時に、その温度を露点温度以上に上昇させるべく、上記燃料ガス流路の下流側への上記可燃ガスの供給量を増大させる制御を行う請求項１または２記載の触媒燃焼加熱装置。When the detection result of the means for detecting whether or not the dew point temperature is equal to or lower than the dew point temperature determined by the composition of the supplied fuel gas, the control means is configured to increase the temperature above the dew point temperature. The catalytic combustion heating apparatus according to claim 1 or 2, wherein control is performed to increase the supply amount of the combustible gas to the downstream side of the fuel gas flow path.

上記可燃ガスを上記燃料ガス流路の上流側および下流側に分配供給するための複数の可燃ガス供給口を有する可燃ガス供給部を設け、上記可燃ガス供給部内に、上記燃料ガス流路の下流側へ供給される上記可燃ガスの流量を調節するための弁部材を設けて、該弁部材の弁開度を上記制御手段で調節するようになした請求項６記載の触媒燃焼加熱装置。A combustible gas supply unit having a plurality of combustible gas supply ports for distributing and supplying the combustible gas to the upstream side and the downstream side of the fuel gas channel is provided, and the combustible gas supply unit has a downstream side of the fuel gas channel. 7. A catalytic combustion heating apparatus according to claim 6, wherein a valve member for adjusting the flow rate of the combustible gas supplied to the side is provided, and the valve opening degree of the valve member is adjusted by the control means.

上記燃料ガスの流れの方向と上記被加熱流体の流れの方向が対向している請求項１ないし７のいずれか記載の触媒燃焼加熱装置。The catalytic combustion heating apparatus according to any one of claims 1 to 7, wherein a flow direction of the fuel gas and a flow direction of the heated fluid are opposed to each other.

上記支燃ガスが空気である請求項１ないし８のいずれか記載の触媒燃焼加熱装置。The catalytic combustion heating apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the combustion supporting gas is air.

可燃ガスと支燃ガスを含む燃料ガスが流通する燃料ガス流路中に、内部を被加熱流体が流れるチューブを配設し、上記チューブの外表面に燃料ガスと接触して酸化反応を生起する酸化触媒を配設して、燃料ガスの酸化反応熱により被加熱流体を加熱する触媒付熱交換器を備えた触媒燃焼加熱装置において、上記燃料ガス流路内の燃焼排気ガスに含まれる窒素酸化物成分を検知する手段を設けるとともに、この窒素酸化物成分を検知する手段の検知結果に基づいて、上記燃料ガス流路に供給される上記可燃ガスおよび上記支燃ガスの供給量を制御する制御手段を設けたことを特徴とする触媒燃焼加熱装置。A tube through which the fluid to be heated flows is disposed in the fuel gas flow path through which the fuel gas containing the combustible gas and the combustion supporting gas flows, and an oxidation reaction is caused by contacting the fuel gas on the outer surface of the tube. In a catalytic combustion heating apparatus provided with an oxidation catalyst and having a heat exchanger with catalyst for heating a fluid to be heated by oxidation reaction heat of fuel gas, nitrogen oxidation contained in combustion exhaust gas in the fuel gas passage Control for providing a substance component detecting means and controlling the supply amount of the combustible gas and the combustion supporting gas supplied to the fuel gas flow path based on the detection result of the means for detecting the nitrogen oxide component A catalytic combustion heating apparatus provided with means.

上記窒素酸化物成分を検知する手段を、上記燃料ガス流路の出口近傍に設けた請求項１０記載の触媒燃焼加熱装置。The catalytic combustion heating apparatus according to claim 10, wherein means for detecting the nitrogen oxide component is provided in the vicinity of an outlet of the fuel gas flow path.

上記制御手段は、上記窒素酸化物成分を検知する手段によって窒素酸化物成分が検知された時に、上記可燃ガスの供給量を減少あるいは上記支燃ガスの供給量を増大させる制御を行う請求項１０または１１記載の触媒燃焼加熱装置。The control means performs control to decrease the supply amount of the combustible gas or increase the supply amount of the combustion support gas when the nitrogen oxide component is detected by the means for detecting the nitrogen oxide component. Or the catalyst combustion heating apparatus of 11.

可燃ガスと支燃ガスを含む燃料ガスが流通する燃料ガス流路中に、内部を被加熱流体が流れるチューブを配設し、上記チューブの外表面に燃料ガスと接触して酸化反応を生起する酸化触媒を配設して、燃料ガスの酸化反応熱により被加熱流体を加熱する触媒付熱交換器を備えた触媒燃焼加熱装置において、上記可燃ガスを上記燃料ガス流路の上流側および下流側に分配供給するための、流路抵抗の異なる複数の可燃ガス供給路を設けるとともに、上記燃料ガス流路の下流側における発熱量が、装置の最小出力時に、上記燃料ガス流路内の燃焼排気ガスの温度を燃料ガスの組成によって決まる露点温度以上とするに十分な量となるように、上記複数の可燃ガス供給路の流路抵抗を設定したことを特徴とする触媒燃焼加熱装置。A tube through which the fluid to be heated flows is disposed in the fuel gas flow path through which the fuel gas containing the combustible gas and the combustion supporting gas flows, and an oxidation reaction is caused by contacting the fuel gas on the outer surface of the tube. In the catalytic combustion heating apparatus having a catalyst heat exchanger for disposing an oxidation catalyst and heating the fluid to be heated by the oxidation reaction heat of the fuel gas, the combustible gas is supplied to the upstream side and the downstream side of the fuel gas channel. Provided with a plurality of combustible gas supply paths having different flow path resistances, and the amount of heat generated on the downstream side of the fuel gas flow path is reduced to the combustion exhaust gas in the fuel gas flow path at the minimum output of the apparatus. A catalytic combustion heating apparatus, wherein the flow resistances of the plurality of combustible gas supply paths are set so that the gas temperature becomes an amount sufficient to be equal to or higher than a dew point temperature determined by the composition of the fuel gas.