(57)【要約】  発明は、近位端（１ｐ）および遠位端（１ｄ）を有するハウジング（１′）を備える概ね円筒状のリアクタチャンバ（１）を備えるバーナに関する。リアクタチャンバ（１）の遠位端には、触媒（４）が設けられる。燃料入口（７）がリアクタチャンバの近位端に設けられる。近位端でのリアクタ壁に配列される複数の空気入口（２２，２３；２４）も存在する。空気入口は、リアクタチャンバ内に注入される空気の回転する流れを設けるように構成される。燃料入口（７）と触媒（４）との間の位置でのリアクタチャンバの断面にわたって延在するフローホモジナイザ（８；３０）も設けられる。
2014530339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
近位端（１ｐ）および遠位端（１ｄ）を有するハウジング（１′）を含む、概ね円筒状のリアクタチャンバ（１）と、
前記リアクタチャンバ（１）の前記遠位端に設けられる触媒（４）と、
前記近位端での前記リアクタの壁に配列され、かつ、まわりに配列された混合手段（６ａ）の提供により、前記リアクタチャンバ内に注入される空気の回転する流れを設けるように構成された複数の空気入口（２２，２３；２４）と、
前記リアクタチャンバの前記近位端に設けられ、かつ、前記空気の回転する流れ中に燃料を注入するように配列される燃料入口（７）と、
前記燃料入口（７）と前記触媒（４）との間の位置で前記リアクタチャンバの断面にわたって延在するフローホモジナイザ（８；３０）とを備える、バーナ。
【請求項２】
前記燃料入口は、燃料噴霧化ノズル（７′）を備える、請求項１に記載のバーナ。
【請求項３】
前記空気入口は、前記回転を引き起こすように、実質的に接線方向に前記空気の流れの向きを変えるように配列されるフラップ（２４ｂ）により一部が覆われたアパーチャ（２４ａ）を備える、請求項１に記載のバーナ。
【請求項４】
前記フローホモジナイザは、有孔仕切り部材（３０，３２；３６，３８）を備える、請求項１〜３のいずれかに記載のバーナ。
【請求項５】
前記フローホモジナイザはメッシュ（３６，３８）である、請求項４  ５に記載のバーナ。
【請求項６】
前記フローホモジナイザ（８；３０）は、有孔でない中心部分（３１）を備える、請求項４または５に記載のバーナ。
【請求項７】
前記ハウジングは、冷却ジャケット（１２）を設けるように二重壁（５′，５″）である、請求項１〜６のいずれかに記載のバーナ。
【請求項８】
前記冷却ジャケット（１２）に入る遠位の水入口（１２in）と、前記冷却ジャケット（１２）から出る近位の水出口（１２out）とをそれぞれ有する、請求項７に記載のバーナ。
【請求項９】
前記フラップは、前記リアクタの壁に対して１５〜６０°の角度を形成する、請求項３に記載のバーナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用途および固定用途のために、液体燃料の触媒燃焼を最適化するためのリアクタシステムに関連する。
【背景技術】
【０００２】
発明の背景
先行技術による触媒バーナでは、触媒が最適な方法で用いられること、すなわち、触媒を流れる気体ができるだけ均質となることが望まれる。空燃比が過剰な燃料に偏ると、いわゆる「ホットスポット」が起こり、触媒に損傷を引き起こすおそれがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
したがって、燃料および空気の完全な混合が必要となる。
先行技術においては、空気および燃料を混合した後、混合物をリアクションチャンバ内に流して点火を行うことが知られている。このことは、リアクションチャンバが十分に長ければ、不均質性は十分に長い距離をわたって均一化されるため、全く問題ない。しかしながら、スペースを節約したり、または小さなコンパートメントに収めるためにリアクタを短くすると、この均一化が達成できない。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明の概要
上述の問題を考慮して、発明者らは、非常に良好な混合が達成されることにより、不均一な燃焼によって引き起こされる触媒への損傷のリスクを緩和するリアクタを考案した。
【０００５】
第１の局面では、燃料および空気の混合が向上された触媒燃焼用リアクタを備える新しいバーナが提供される。バーナは請求項１に規定され、近位端および遠位端を有するハウジングを含む、概ね円筒状のリアクタチャンバと、リアクタチャンバの遠位端に設けられる触媒と、リアクタチャンバの近位端に設けられる燃料入口と、近位端のリアクタ壁に配列され、かつ、リアクタチャンバ内に注入される空気の回転する流れを設けるように構成された複数の空気入口と、燃料入口と触媒との間の位置でリアクタチャンバの断面にわたって延在するフローホモジナイザとを備える。
【０００６】
第２の局面では、燃料および空気の向上された混合を有する燃料の触媒燃焼の方法が提供される。方法は請求項１１に規定される。
【０００７】
したがって、方法は次の２つの主な特徴に基づく。１）リアクタ内に流される空気をチャンバ内部で回転させることにより、空気を燃料と効率的に混合させる乱流を引き起こすための手段の提供；２）例示的な実施形態では、入口からある距離を隔ててリアクタチャンバの断面にまたがるメッシュの形態の、２次ミキサの提供。この２次ミキサは、乱流を分解し、混合気の実質的に完全な均質化を引き起こすとともに、２次ミキサの後で実質的に直線状の流れを引き起こす。
【０００８】
発明に従う混合システムにより発生される、完全に均質な混合および直線状の流れによる利点は、次の４つの点に要約され得る。
【０００９】
１．製品のより短い寿命につながるおそれのある、触媒におけるホットスポットの形成を解消する。
【００１０】
２．触媒全体がプロセス中に利用されることを確実にし、結果的に、触媒サイズおよび材料の最適化が得られ、触媒ヒータの作動コストが低下する。
【００１１】
３．直線状および均質な流れを達成するために必要とされる混合物の滞留時間が、リアクタ中での強制的な流れの安定化により最小化されるため、触媒リアクタのサイズが最適化される。
【００１２】
４．混合気の回転動作により、中心部の前方流れ動作が発生し、この流れ動作により、燃料がリアクタの壁に接触することが防止されることにより、リアクタ中での煤形成が防止される。
【００１３】
本発明の適用性のさらなる範囲は、以下に示す詳細な説明および付随の図面から明らかになるであろう。以下の詳細な説明および付随の図面は例示として示されるに過ぎず、本発に関して限定的とみなされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】バーナの概略断面図である。
【図２】ディストリビュータの一実施形態を示す図である。
【図３ａ】ホモジナイザを図示する図である。
【図３ｂ】別のホモジナイザを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
好ましい実施形態の詳細な説明
図１に概略的に示す新しい触媒リアクタシステムは、全体が１で示される概ね円筒状のリアクタを備え、リアクタは、１ｐおよび１ｄでそれぞれ示される近位端および遠位端を有する。燃料２および空気３は別々にリアクタに導入され、その後混合されて均質な混合物を形成した後、触媒４と接触される。好ましい実施形態では、リアクタシステムは、触媒リアクタからの排出の形成を減少するための内部冷却システム５′，５″，１２も備える。燃料が空気と混合され点火されて、炎７″を生じる前に燃料を噴霧化するように適合されたノズル７′を備える燃料注入手段７が、近位端１ｐのリアクタ端壁に設けられる。
【００１６】
新しいリアクタシステムの本質的な特徴は、燃料および空気を非常に効率的に混合し、かつ、触媒をできるだけ効率的に利用する目的で混合された気体の流れを均質化するために設けられた手段である。
【００１７】
図１中では、混合手段は６ａで概略的に示され、燃料噴霧化ノズル７′のまわりに円周方向に設けられる開口を示す。図２と関連して以下にさらに説明するように、これらの開口の形状は幅広い限定の範囲内で変更できる。混合手段６ａの重要な機能的特徴は、円筒状リアクタチャンバ内部で空気を回転させることが可能であることである。
【００１８】
円筒状リアクタチャンバの内壁に沿った空気の激しい回転のおかげで、燃料、空気および炎中に生じる燃焼気体の非常に効率的な混合が起きる。
【００１９】
この激しい混合は、リアクタ内部での極端に乱れた流れを引き起こし、特に、回転する空気はリアクタ壁に最も緊密な、空気の「じゅうたん」を設ける。じゅうたんは、煤形成が効率的に阻害されるか、またはリアクタ壁上で起きることすら防止される点で、炎から壁を保護する。
【００２０】
激しい混合の別の効果は、このように引き起こされた気体の乱流が、混合気中の燃料の不均質な濃度を示すことである。これにより、触媒中のホットスポットが引き起こされ、触媒の早過ぎる劣化および、それによるより短い寿命が引き起こされるおそれがある。
【００２１】
流れを均質化し、乱回転を実質的に直線状の流れに変えることにより、このようなホットスポットのリスクが生じることを解消するために、「フローホモジナイザ」８がノズル７と触媒４との間の位置でリアクタ中に位置付けられる。ホモジナイザ８は、横方向／半径方向においてチャンバ全体にわたって延在する。好適には、ホモジナイザはメッシュであるか、または有孔プレートである。乱流がホモジナイザに当たると、流れはより小さな流れに分解され、完全な混合を引き起こすことにより、混合気中のいかなる濃度差も均一化される。
【００２２】
ここで、図２を参照して、新しい混合特徴を説明する。
新しい混合特徴は、ノズルとディストリビュータプレート２０のまわりとの間の位置でノズル７のまわりに同心円状に配列されるバッフル状の要素２４を備える。これらのバッフル２４は、円形のセグメントに対応するディストリビュータプレート２０における部分に穴を開けるか、または切抜きをし、セグメントの一部分を取付けられたままにするか、またはプレート２０と一体化したままにすることにより作られる。これにより、ディストリビュータプレート２０の平面から角度をなして突出するように上向きに曲げられ得る、折りたたみ可能な「フラップ」が形成される。図２中では、これは破線２５により示される。好ましくは、曲げ線２５が半径方向に延在せず、むしろ半径に対して角度をなして延在するように、各セグメントの内側部分は外側部分より短い。したがって、図２中に見られるように、後ろ側から入る空気はフラップ２４に当たることにより、渦流を形成するように横方向に向きが変えられる。図示する実施形態では、６つのフラップが存在するが、個数は重要ではなく、リアクタのサイズおよび形状に依存して変更され得る。
【００２３】
空気流の向きを変えるための手段には数多くの可能な構成が存在し、記載するものの他に、アパーチャ自体をボアが角度を形成するように作ることが想定され得る。しかしながら、混合用のディストリビュータの具体的な設計は、空気が供給される方法に依存し、発明的作業の必要性なく、当業者の分野に関する構成の問題であろう。
【００２４】
発明の別の重要な特徴は、上に簡単に述べたホモジナイザの提供である。
図３ａは、本発明の実施形態で実施されるホモジナイザ３０の一例を示す。ホモジナイザ３０は、リアクタチャンバを２つのコンパートメント、すなわち、混合が行なわれる第１のコンパートメントと、流れが「直線化」される、すなわち、気体の実質的に直線状の流れを示すように均質化される、第１のコンパートメントの下流の第２のコンパートメントとに分割する壁の形態の、仕切り部材を備える。
【００２５】
図３ａに示す第１の実施形態では、ホモジナイザ８は異なるサイズの複数の開口３２を有する。図示する実施形態では、２つのサイズが示されるが、３つまたは４つ以上ものサイズが用いられ得る。ホモジナイザ３０の中心部には、開口は全く存在しないため、炎（図１中の７″）が、第２のコンパートメントに入り、触媒４に損傷を引き起こし得ることを防止する炎シールド８′として機能する領域３１が設けられる。
【００２６】
開口３２の機能は、流れがホモジナイザ８に当たるときに第１の混合コンパートメントにおいて乱れた回転流を分解することである。明らかに、流れる気体の少なくとも一部が開口３２を通過する一方で、一部は開口３２の間の壁区域により反射される。この結果、最終的に、流れる気体中によりずっと多くの前方に向けられる運動量が生じ、第２のコンパートメント中では実質的に直線状の流れが生じる。このように、気体流れ中の熱含量のばらつきが第２のコンパートメントで均一化され、上記のホットスポットがより一層生じにくくなる。
【００２７】
図３ｂは、本発明で実施され得るホモジナイザの別の実施形態を概略的に図示する。ホモジナイザは、四角形の開口３８を形成するように、好ましくは垂直に配列されるやや太い棒３６からなるメッシュ３４（一部のみを図示する。メッシュはリアクタの円形断面の全体を覆う）を備える。これらの開口３８は、図３ａ中の先の実施形態における開口と実質的に同じように機能する。
【００２８】
好ましい実施形態では、リアクタ全体が水を冷却することにより冷却される。リアクタ用のハウジングを二重壁とすることにより、二重壁ハウジング内部の円周方向のコンパートメント（図１中の５による）に冷却水を通過させることができる。水Ｗが遠位端の入口１２inを介して入り、出口１２outを介して近位端で出ている図１中に見られるように、冷却水は、好ましくは、逆流で冷却システムを通過される。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【国際調査報告】
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