(57)【要約】特に水素を獲得するための化学的な改質装置に供給するための燃料のための調量装置（１）が、供給導管（１２）に燃料を配量するための配量装置（２）を有しており、前記供給導管（１２）の少なくとも１つの調量開口（７）が、温度調整された材料流を搬送する搬送管（１０）に開口している。配量装置（２）を収容するための保持装置（１３）が絶縁体（６）を有しており、この絶縁体（６）は、温度調整された材料流を搬送する搬送導管（１０）から配量装置（２）を断熱する。
2005531482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特に水素を獲得するための化学的な改質装置内に供給するための流体の燃料のための調量装置（１）であって、供給導管（１２）に燃料を配量するための少なくとも１つの配量装置（２）が設けられており、前記供給導管（１２）の少なくとも１つの調量開口（７）が、温度調整された材料流内に開口している形式のものにおいて、配量装置（２）を収容するための保持装置（１３）が設けられており、該保持装置（１３）が絶縁体（６）を有しており、該絶縁体（６）が、温度調整された材料流を含有するエレメントから、前記配量装置（２）を断熱するようになっていることを特徴とする、調量装置。
【請求項２】
配量装置（２）が、燃料噴射弁である、請求項１記載の調量装置。
【請求項３】
燃料噴射弁が、低圧燃料噴射弁であり、該低圧燃料噴射弁が、１０ｂａｒまでの燃料圧により作動する、請求項２記載の調量装置。
【請求項４】
絶縁体（６）が、セラミック材料から成っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項５】
絶縁体（６）が、複数の部材から成っている、請求項１から４までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項６】
温度調整された材料流を含有するエレメントが、環状の搬送導管（１０）である、請求項１から５までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項７】
絶縁体（６）が、搬送導管（１０）を環状に包囲している、請求項６記載の調量装置。
【請求項８】
絶縁体（６）が、クリップ（８）により把持されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項９】
クリップ（８）が、環状クリップである、請求項８記載の調量装置。
【請求項１０】
クリップ（８）が、１つ又は複数の固定エレメント（９）により絶縁体（６）に固定されている、請求項８又は９記載の調量装置。
【請求項１１】
ジャケット部材（５）が、絶縁体（６）を、所定のエアギャップをもって少なくとも部分的に取り囲んでいる、請求項１０記載の調量装置。
【請求項１２】
ジャケット部材（５）が、非セラミック材料、特に金属より成っている、請求項１１記載の調量装置。
【請求項１３】
ジャケット部材（５）が、クリップ（８）にも絶縁体（６）にも接触していない、請求項１１又は１２記載の調量装置。
【請求項１４】
収容部（３）が、少なくとも１つの保持ウェブ（４）を介してジャケット部材（５）に固定されている、請求項１１から１２までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項１５】
保持ウェブ（４）が、解除可能な接合部、特にねじ込み結合部により、収容部（３）に結合されている、請求項１４記載の調量装置。
【請求項１６】
保持ウェブ（４）が、接合部、特にはんだ付け又は溶接により、ジャケット部材（５）に取り付けられている、請求項１４又は１５記載の調量装置。
【請求項１７】
少なくとも１つの保持ウェブ（４）が、平坦に形成されている、請求項１４から１６までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項１８】
調量開口（７）が、搬送導管（１０）のほぼ横方向軸線の中央で開口している、請求項６又は７記載の調量装置。
【請求項１９】
複数の調量開口（７）が設けられており、該調量開口（７）が、種々異なった孔直径を有している、請求項１から１８までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項２０】
調量開口（７）が、温度調整された材料流に対して向けられている、請求項１から１９までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項２１】
調量開口（７）が、温度調整された材料流の方向に対して半径方向に向けられている、請求項１から２０までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項２２】
搬送導管（１０）が、軸線方向の延在部に横断面狭隘部を有している、請求項６又は７又は１８記載の調量装置。
【請求項２３】
供給導管（１２）が、熱吸収を改良するための手段を有している、請求項１から２２までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項２４】
熱吸収を改良するための手段が、吸熱フィンである、請求項２３記載の調量装置。
【請求項２５】
吸熱フィンが、はんだ付け又は溶接により、供給導管（１２）に固定されている、請求項２４記載の調量装置。
【請求項２６】
調量管が、搬送導管（１０）の軸線方向の延びに対して直角に延びている、請求項６，７，１８又は２２記載の調量装置。
【請求項２７】
供給導管（１２）が、軸線方向の延在部に、少なくとも１つの壁厚さを減じられた箇所又は壁厚さを減じられた範囲を有している、請求項２３から２５までのいずれか１項記載の調量装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の調量装置に関する。
【０００２】
燃料電池により支持される搬送システムでは、炭化水素を含有する燃料から必要な水素を獲得するために、いわゆる化学的な改質装置が使用される。
【０００３】
全ての改質装置では、反応プロセスのために必要な成分、例えば空気、水及び燃料が、理想的には改質装置にガス状の状態で供給される。しかしながら、燃料、例えばメタノール又はガソリン、及び水は、搬送システムでは有利には流体の形で提供されているので、改質装置に供給される直前にまず加熱されることにより、気化されなければならない。このことは、ガス状の燃料及び水蒸気の対応した量を提供することのできる前蒸発器を必要とする。この場合には、改質装置の廃熱のほとんどが蒸発のために使用される。
【０００４】
水素は大部分がすぐに使用されるので、化学的な改質装置は、水素の生成を遅延なしに例えば負荷変動時、始動段階時に、需要に適合させることができる状態になければならない。特にコールドスタート段階には付加的な手段が講じられなければならない。なぜならば、改質装置は廃熱を提供しないからである。従来の蒸発器は、ガス状の反応物の対応した量を形成することのできる状態にはない。
【０００５】
それ故、燃料を噴霧装置により微細に分配された形で改質装置内に持ち込み、十分な熱供給時に微細に分配された燃料の高い表面により蒸発プロセスが改善されることは有意義である。
【０００６】
例えば、合衆国特許３９７１８４７号明細書につき、燃料を改質するための装置が公知である。この明細書では、燃料は比較的遠く隔たった配量装置から長い供給導管を介して、温度調整された材料流内に配量され、供給導管の終端部に設けられた調量開口を介して材料流内に分配される。この材料流は、本来の改質プロセスが行われる箇所まで流れる。
【０００７】
上記明細書につき公知の装置では、特に長い供給導管が燃料を配量する場合に、特に著しい負荷変化又はウォームスタート段階には遅延及び不正確さにつながることが不利である。例えば、停止段階ののちに、燃料が温度作用により供給導管から蒸発する間に燃料配量が再び行われる場合には、まず供給導管内の再び充填されるべきデッドスペース容量により、温度調節された材料流への燃料の遅延された調量及び改質プロセスがもたらされる。同じ問題が、特に負荷がよりわずかである場合に生じる。さらに、長い供給導管がコンパクトな構成形式にとって妨げとなり、エラー傾向及び組付けの手間が高まる。
【０００８】
発明の利点
これに対して、請求項１の特徴部に記載の本発明による調量装置は、配量装置を、温度調整された材料流を搬送する搬送装置から熱的に連結解除することにより、配量装置と調量開口との間の供給導管の長さ、ひいてはこの供給導管内に存在するデッドスペース容量が著しく低減されているという利点を有する。著しく低減されたデッドスペース容量により、特に熱特性、より長い停止状態の後の始動特性、及び調量装置若しくは改質装置の低負荷特性が改良される。
【０００９】
さらに、温度調整された材料流を搬送する搬送導管の近傍に配量装置を取り付けることができ、これにより、改質装置のコンパクトで、信頼性良く、かつ安価な構成形式が可能であることは有利である。さらに、前記配量装置は、温度負荷可能性及び温度特性に関して高められた要請を充たす必要はなく、したがって、すでに幾重にも信頼性が実証され、使用されている公知の燃料噴射弁を使用することができる。
【００１０】
従属請求項に記載の手段により、請求項１に記載の調量装置の有利な発展形が可能である。
【００１１】
有利には、配量装置としては、例えば内燃機関を有する行程ピストン機械により公知になっている燃料噴射弁が使用される。このような弁の使用は複数の利点を有している。それ故、これらの弁は燃料配量の特に正確な制御若しくは調整を可能にし、この場合に配量は複数のパラメータ、例えばパルス・デューティレシオ、クロック周波数、及び場合によっては行程長さを介して制御することができる。この場合に、ポンプ圧との関連性は、導管横断面を介して燃料の容量流を調整する配量装置の場合よりも著しくわずかにしか際だっておらず、調量範囲は遥かにに大きい。さらに、前記燃料噴射弁は、特性において幾重にも実証された、使用される燃料に対して化学的に安定的で信頼性良い安価な公知の構成部材である。このことは特に、熱的な連結解除に基づきここで使用可能である、いわゆる低圧燃料噴射弁にいえることである。
【００１２】
さらに、絶縁体がセラミック材料から成っていることは有利である。なぜならば、セラミック材料は特に耐熱性があり、熱を劣悪に伝導するからである。さらに前記絶縁体が複数の部分から成っている場合には、例えば組付け、特に取外しが著しく簡易化される。絶縁体が搬送導管を環状に包囲している場合には、この絶縁体により、搬送導管への形状接続的な結合が形成される。
【００１３】
有利には、絶縁体はクリップ、特に環状クリップにより把持され、固定エレメントにより固定される。セラミック材料は一般に加工しにくく壊れやすいので、絶縁体は有利には非セラミックの、特に金属のジャケット部材により、少なくとも部分的に形状接続的に取り囲まれており、これにより、別の構成部材を絶縁体に形状接続的に結合することができる。絶縁体がクリップにより把持されており、かつ絶縁体がジャケット部材による少なくとも部分的に包囲されていることにより、ジャケット部材をクリップ及び固定エレメントから熱絶縁された形で配置することが可能である。
【００１４】
有利には、さらに本発明による調量装置は、燃料噴射弁を収容する収容部を備えた保持ウェブが、解除可能な接合部、例えばねじ込み結合部により結合されることにより、さらに発展させることができる。このことは、組込み特性にポジティブな作用を有しており、例えば非金属の支持円板により特に収容部を保持ウェブに対して付加的に熱絶縁することを容易に可能にする。保持ウェブを平坦に形成することにより、機械的安定性が良好な場合に縮小された熱伝導する横断面が得られる。
【００１５】
調量装置が搬送導管のほぼ半径方向中央に配置されている場合には、供給された燃料は特に一様に分配される。燃料の特に良好で微細な分配を、複数の調量開口、特に種々異なった孔直径を有する複数の調量開口により得ることもできる。この場合に、これらの調量開口は、温度調整された材料流の流れ方向に対して半径方向に向けられていてもよい。温度調整された材料流の流れ方向に対して燃料を供給することによっても、燃料の特に有利な分配が達成される。
【００１６】
有利には、搬送導管は軸線方向の延在部に横断面狭隘部を有している。これにより、燃料は材料流と遙かに良好に混合することができ、このことにより、燃料へのより良好な熱伝導により、燃料は遙かに早く蒸発することができる。
【００１７】
改質装置からの改良された吸熱のためには、供給導管には、熱吸収を改良するための手段、例えば吸熱フィン（Ｗａｅｒｍｅｆａｈｎｅｎ）を設けることができる。有利には、これらの手段は、保持可能で、安定的な耐熱性の、良好に熱伝導する接合法、例えば溶接又ははんだ付けにより供給導管に取り付けられる。
【００１８】
調量管は、有利には多数の壁厚を減じられた箇所を有している。これらの箇所は管の熱伝導率を低減し、場合によっては冷却体として働くこともできる。
【００１９】
本発明の実施例を図面に簡易化して示し、次の説明にさらに詳しく説明する。
【００２０】
本発明による調量装置１の図１に示した実施例が、低圧燃料噴射弁により使用するための調量装置１の形で構成されている。この調量装置１は、水素を獲得するための化学的な改質装置（図示しない）内に燃料を供給及び噴霧するために適している。
【００２１】
調量装置１は、保持装置１３と、本実施例では、低圧燃料噴射弁の形で構成されている配量装置２と、温度調整された材料流を搬送する管状の搬送導管１０と、供給導管１２とから成っている。この供給導管１２の、搬送導管１０内に位置する終端部は調量装置７内に開口している。
【００２２】
保持装置１３は、主に収容部３から成っている。この収容部３は、配量装置２の流出側の部分を収容するために働き、この配量装置２に、簡単なクリップの形の固定エレメント１４により固定されており、かつ前記保持装置１３は、前記収容部３と配量装置２とをジャケット部材５に結合し／このジャケット部材５から離隔するための保持ウェブ４から成っている。このジャケット部材５は、搬送導管１０を環状に把持する絶縁体６を環状に取り囲んでいる。前記ジャケット部材５の近傍で同様に環状に搬送導管１０の周囲に延びているクリップ８は、絶縁体６若しくはこの絶縁体の個々の部分（実施例では２つの半割シェル）を搬送導管１０の周囲に固定する。この場合、クリップ８は固定エレメント９により固定されており、この固定エレメント９は、本実施例ではねじの形で構成されており、クリップ８の側方の拡大部を押圧し、これにより絶縁体６をクランプしている。
【００２３】
収容部３は、搬送導管１０に向いていない方の切欠きにより、配量装置２の流出側の部分を嵌合い精度良く収容する。配量装置２の流出開口（図示しない）の範囲（図示しない）にシール（図示しない）を嵌合し、挿入することにより、前記流出開口は気密に供給導管１２に結合され、この供給導管１２は、収容部３の、搬送導管１０に向いている方の側を貫通係合する。本実施例では、測定装置２と収容部３との間の安定的な接合部は省略してよい。なぜならば、一般に約１０ｂａｒまでのみの燃料圧による負荷される低圧燃料噴射弁が使用されるからである。したがって、例えば頑丈なねじ込み結合によりシール時に大きい力が伝達される必要はない。圧力負荷される全ての構成部材は、したがってよりわずかな強さに設計し、より安価に形成することができる。
【００２４】
２つの保持ウェブ４が、収容部３の、搬送導管１０に向けられた下側の範囲で向かい合った側において、保持ウェブ４を貫通係合し、かつ収容部３の雌ねじに係合するねじ１５により、側方で固定されている。この場合に、断熱のためには、保持ウェブ４と収容部３との間には、例えば、非金属の支持円板を挿入することができる。前記保持ウェブ４は、この箇所を起点として金属部材５まで続いており、そこで溶接結合によりジャケット部材５に固定されている。この場合に、この範囲では保持ウェブ４は次のように、すなわち、保持ウェブ４がジャケット部材５の形状に追従し、これにより、保持ウェブ４とジャケット部材５との間により大きい結合面が得られるように成形されている。
【００２５】
供給導管１２は、収容部３を起点として両方の保持ウェブ４の間で、搬送導管１０に対して直角に、搬送導管１０に対して長手方向に、ジャケット部材５の側部に延びる切欠きを介して、絶縁体６と、搬送導管１０の壁とを貫通して、本実施例において搬送導管１０の流出開口１１に向けられている調量開口７まで延びている。この場合に、この調量開口７はノズルの形で形成されていてもよい。調量開口７は、燃料を例えば４００℃〜６００℃までの間で温度調整された材料流に供給する。この材料流は、例えば空気と水蒸気との混合物から成っている。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明による調量装置の実施例の概略的な説明である。
【図１】
2005531482.tif 000003
【国際調査報告】
2005531482.tif 000004
2005531482.tif 000005
2005531482.tif 000006
2005531482.tif 000007
2005531482.tif 000008
2005531482.tif 000009