(57)【要約】      （修正有）【課題】プラズマ燃料改質装置は、プラズマを発生させて酸素および炭化水素燃料の混合物を、特に水素ガス及び一酸化炭素を多く含む改質ガスに変える装置。【解決手段】プラズマ燃料改質装置の、プラズマを発生させる上部電極３４と下部電極３６において、電磁放射を防ぐために上部電極３６の一部を覆うキャップ３２を設置。また、下部電極３６をハウジングで覆い、キャップ３２もハウジングに固定。さらに燃料噴射アセンブリ３０に通じる開口を、キャップ２２に設置。【選択図】図４
2004359541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマ燃料改質装置であって、
上部電極と、
前記上部電極から離間していて、電極ギャップを規定する下部電極と、
内部領域が形成されているキャップと、
を備え、
前記上部電極の少なくとも一部は前記キャップの前記内部領域に配置される。
【請求項２】
請求項１に記載のプラズマ燃料改質装置であって、
下部電極ハウジングを更に備え、
前記下部電極と前記キャップとの両方が前記下部電極ハウジングに固定されている。
【請求項３】
請求項２に記載のプラズマ燃料改質装置であって、
前記キャップは前記下部電極ハウジングにねじ止めされている。
【請求項４】
請求項１に記載のプラズマ燃料改質装置であって、
前記下部電極は前記キャップに電気的に結合されている。
【請求項５】
請求項１に記載のプラズマ燃料改質装置であって、
前記キャップは、
前記内部領域を規定する円筒形スリーブと、
前記上部電極を前記下部電極に向って押圧すべく、前記スリーブから放射状に延長しているフランジと、
を備える。
【請求項６】
請求項５に記載のプラズマ燃料改質装置であって、
燃料噴射アセンブリと、前記下部電極に係合している下部電極ハウジングと、を更に備え、
前記フランジは、前記燃料噴射アセンブリが延長して貫通する開口を規定しており、
前記スリーブは前記下部電極ハウジングにねじ止めされている。
【請求項７】
請求項１に記載のプラズマ燃料改質装置であって、
燃料噴射アセンブリを更に備え、
前記キャップには、前記燃料噴射アセンブリが前記内部領域に延長するように貫通する開口が形成されている。
【請求項８】
請求項１に記載のプラズマ燃料改質装置であって、
前記上部電極と前記キャップとは、それらの間に空気室の少なくとも一部を画成する。
【請求項９】
請求項１に記載のプラズマ燃料改質装置であって、
前記キャップは前記上部電極が放出する電磁放射を阻止するように構成されている。
【請求項１０】
燃料改質装置であって、
電極アセンブリと、
内部領域が形成されたキャップと、
を備え、
前記電極アセンブリの少なくとも一部は前記キャップの前記内部領域に配置されている。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料改質装置であって、
前記燃料改質装置はプラズマ燃料改質装置である。
【請求項１２】
請求項１０に記載の燃料改質装置であって、
前記電極アセンブリは、上部電極と、前記上部電極から離間していて電極ギャップを規定する下部電極と、を含み、
前記上部電極の少なくとも一部は前記キャップの前記内部領域に配置され、
前記上部電極は前記キャップから離間して、
前記キャップは前記下部電極に電気的に結合している。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料改質装置であって、
前記電極アセンブリは前記下部電極に電気的に結合されている下部電極ハウジングを含み、
前記キャップは前記下部電極ハウジングにねじ止めされている。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料改質装置であって、
前記キャップは、
前記内部領域を規定する円筒形スリーブと、
前記キャップが前記下部電極ハウジングにねじ止めされると、前記上部電極を前記下部電極に向って押圧すべく前記スリーブから放射状に延長しているフランジと、
を備える。
【請求項１５】
請求項１２に記載の燃料改質装置であって、
燃料噴射アセンブリを更に備え、
前記キャップは、前記燃料噴射アセンブリが前記内部領域に延長するように貫通する開口が形成されている。
【請求項１６】
請求項１２に記載の燃料改質装置であって、
前記キャップは前記上部電極が放出する電磁放射を阻止するように構成されている。
【請求項１７】
プラズマ燃料改質装置を組み立てる方法であって、
電磁キャップを電極アセンブリの少なくとも一部を囲むように進めるステップ（advancing step）を備える。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法であって、
前記キャップを前記電極アセンブリに固定することを更に備える。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法であって、
前記電極アセンブリは、上部電極と、前記上部電極から離間していて電極ギャップを規定する下部電極と、を備え、
前記進めるステップは、前記キャップを前記上部電極の少なくとも一部を囲むように進めることを含む。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法であって、
前記キャップを、前記下部電極に電気的に結合している下部電極ハウジングにねじ止めすることを更に備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して燃料改質装置およびシステム、及びそれらに関連する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ燃料改質装置は、炭化水素燃料を、水素リッチガスなどの改質ガスに改質する。車両及び定置発電機に搭載されているプラズマ燃料改質装置の場合、改質装置が生じる改質ガスは、内燃機関の動作中に燃料或いは燃料添加剤として用いることができる。また、改質ガスは、内燃機関と関連し取付けられている排気ガス抑制装置（emission abatement device）を再生或いはコンディショニングするように利用するか、或いは燃料電池の燃料として利用することができる。
【特許文献１】米国特許第５，４２５，３３２号
【特許文献２】米国特許第５，４３７，２５０号
【特許文献３】米国特許第５，４０９，７８４号
【特許文献４】米国特許第５，８８７，５５４号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本開示によると、プラズマ燃料改質装置が提供される。プラズマ燃料改質装置は、電極アセンブリ及びキャップを備えている。キャップは内部領域を規定して、その中に電極アセンブリの少なくとも一部が配置されている。
【０００４】
例示する実施例では、電極アセンブリは、上部電極と、上部電極から離間していて電極ギャップを規定するような下部電極とを備えている。上部電極の少なくとも一部は内部領域に配置されている。キャップは下部電極に電気的に結合され、上部電極が放出する磁気放射を阻止するような構成である。
【０００５】
本開示に関する前記及び他の特徴は、下記の説明及び添付の図面から明らかになるだろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
＝＝＝図面の詳細な説明＝＝＝
本開示の概念は種々の改良及び代替の態様が可能でありながら、特定の模範的な実施例が図面に例示されており、本明細書に詳細に説明される。しかし、本明細書が開示している特定の態様に本開示を限定する意図はなく、逆に、添付の請求項が定めている発明の精神及び範囲内に準ずる全ての変更、等価物、及び代案を保護する意図があるとするものとする。
【０００７】
ここで図１を参照すると、燃料改質装置１０が示されている。燃料改質装置１０は、プラズマ燃料改質装置として実施されている。プラズマ燃料改質装置はプラズマ（電気的に加熱されたガス）を使用して、酸素および炭化水素燃料の混合物を、特に水素ガス及び一酸化炭素を多く含む改質ガスに変える。プラズマ燃料改質装置を含むシステムは、Rabinovichらによる米国特許第５，４２５，３３２号と、Rabinovichらによる米国特許第５，４３７，２５０号と、Brombergらによる米国特許第５，４０９，７８４号と、Cohnらによる米国特許第５，８８７，５５４号とに開示されており、それらの開示は本明細書に援用されている。プラズマ燃料改質装置を含むシステムの更なる例は、２００２年５月３０日付で出願され出願係属中の「放出体積が増大された低電流プラズマトロン燃料コンバーター」という名称のA.Rabinovich，N. Alexeev，L. Bromberg，D. Cohn，及びA. Samokhinによる米国特許出願第１０／１５８，６１５号と、２００３年４月１１日付で出願され出願係属中の「空気流制御を分離したプラズマトロン燃料コンバーター」という名称のA.Rabinovich，N. Alexeev，L. Bromberg，D. Cohn，及びA. Samokhinによる米国特許出願第１０／４１１，９１７号とが開示され、両方の出願の開示は本明細書に援用されている。
【０００８】
燃料改質装置１０が生成する水素リッチガスは、火花点火式ガソリンエンジンなどの内燃機関（図示しない）に供給しても良い。この場合、内燃機関は改質ガスを、唯一の燃料源として燃焼させるか、或いは、炭化水素燃料の燃料添加剤として燃焼させる。一方、燃料改質装置１０が生成する水素リッチガスは、アルカリ型燃料電池（ＡＦＣ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体高分子型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ）などの燃料電池（図示しない）、或いは他の任意の種類の燃料電池に供給しても良い。この場合、燃料電池は電気エネルギーの生成のときに水素リッチガスを利用する。燃料改質装置１０からの水素リッチガスは、ＮＯｘトラップまたは煤フィルターなどの排気ガス抑制装置に供給しても良く、それらの再生を促進させる。
【０００９】
図１に示すように、燃料改質装置１０は、プラズマ発生器１２と反応器１４とを備えている。プラズマ発生器１２は、電力供給源１６からの電力を用いてプラズマアークを発生させる。空気供給源１８からの空気と燃料供給源２０からの炭化水素燃料との混合物は、プラズマアーク中を通過して反応器１４へと入り、炭化水素燃料を改質ガスに改質する。電力は、電力供給口２２からさし込まれている電力コネクタ（図示しない）を使用して、プラズマ発生器１２に導入される。空気は、一対の上方空気入口２４、２５と下方空気入口２６とを通りプラズマ発生器１２に導入される。燃料は、燃料噴射アセンブリ２８を通りプラズマ発生器１２に導入される。
【００１０】
プラズマアークは電極アセンブリ３０によって形成される。燃料改質装置１０の作動中、電極アセンブリ３０は、近くの電気系統に干渉するおそれのある電磁放射を発生する。電磁キャップ３２は、電極アセンブリ３０が放出する電磁放射を阻止するために使用される。
【００１１】
図４〜７に示すように、電極アセンブリ３０は、環状上部電極３４と環状下部電極３６とを備えている。上部電極３４は電力供給源１６に電気的に結合している。特に、電力供給源１６に電気的に結合している電力コネクター（図示しない）は環状上部電極ハウジング３７に取り付けられ、環状上部電極ハウジング３７は上部電極３４に接触して電力を供給する。下部電極３６は、アース３８に電気的に結合しており、上部電極３４から離して配置され、その間に電極ギャップ４０を形成する。電力供給源１６に電圧が印加されると、上部及び下部電極３４、３６が協働して電極ギャップ４０にプラズマアークを形成する。
【００１２】
キャップ３２は、上部電極３４が放出する電磁放射を阻止するような構成である。上部電極３４の少なくとも一部は、キャップ３２の円筒形スリーブ３９に規定されている内部領域４２に配置されている。キャップ３２は、環状下部電極ハウジング４４と下部電極ハウジングに係合している下部電極３６とを介し、アース３８に電気的に結合して、キャップ３２が阻止する電磁放射を放電するようになっている。
【００１３】
キャップ３２と、下部電極ハウジング４４と、下部電極３６とは、上部電極３４及び上部電極ハウジング３７から電気的に絶縁されている。下部絶縁体４６は、上部電極３４と下部電極ハウジング４４との間に配置されている。ガスケット４８は上部電極３４と下部絶縁体４６との間にシールを設ける。ガスケット５０は、下部電極ハウジング４４と下部絶縁体４６との間にシールを設けている。上部絶縁体５２は、上部電極ハウジング３７とスペーサー５４との間に配置される。
【００１４】
図４〜７に示すように、キャップ３２はプラズマ発生器１２の部品を所定の位置に保持するように構成されている。キャップ３２のスリーブ３９は下部電極ハウジング４４にねじ込まれて、ハウジング４４に固定される。スリーブ３９から放射状に内側に延長しているフランジ５６はスペーサー５４と係合して、スリーブ３９がハウジング４４にねじ込まれると、フランジ５６とハウジング４４との間の部品を下部電極３６に向けて押圧する。特に、フランジ５６は、スペーサー５４と、上部絶縁体５２と、上部電極ハウジング３７と、上部電極３４と、下部絶縁体４６と、ガスケット４８、５０と、を下部電極３６に向けて押圧する。
【００１５】
燃料噴射アセンブリ２８は燃料を内部領域４２に噴射する。そのため、図４〜７に示すように、燃料噴射アセンブリ２８は開口５８を通り内部領域４２に延長する。フランジ５６には開口５８が形成されている。
【００１６】
図５に示すように、燃料噴射アセンブリ２８からの燃料は、上部混合室６０の中に噴射される。加圧空気は、上部空気入口２４から、上部電極ハウジング３７に形成されている空気通路６２を通り、上部電極ハウジング３７と燃料噴射アセンブリ２８との間に形成される環状空気通路６４を通り、上部混合室６０へと流れる。
【００１７】
図６に示すように、上部空気混合室６０からの空気燃料混合物（air-fuel mixture）はノズル６６を通り増速されて中間混合室６８に流れ込み、そこで更なる加圧空気と混合する。追加の空気は上方空気入口２５から、上部電極３４に形成される空気通路７０を通り、上部電極ハウジング３７と調整可能なダイヤフラム７４との間に形成される環状空気通路７２を通り、中間混合室６８へ流れる。ダイヤフラム７４は上部電極３４の環状段面７６に近づくように或いはそれから離れるように軸方向に移動することができ、止めねじ７８を緩めて中間混合室６８の大きさを調整するようになっている。
【００１８】
空気は、空気通路６２、７０の間を図４〜７に示す環状空気室７９を通って流れることができる。空気室７９は、キャップ３２と、上部電極ハウジング３７、上部電極３４、及び絶縁体４６との間に形成されている。
【００１９】
図７に示すように、中間混合室６８からの空気燃料混合物は、下方混合室８０内へ流れ、そこでさらに加圧空気と混合して、プラズマアークと接触する。追加の空気は下方空気入口２６から環状空気室８０を通り、下部電極ハウジング４４に設けられる複数のスワールホール８２（swirl holes）を通り下方混合室８０内に流れる。スワールホール８２は、電極ギャップ４０を通って径方向内方への空気流を生じ、プラズマアークを内側へ「曲げる」ようにする。このようにプラズマアークを曲げることで、噴射される燃料が確実にプラズマアーク３２中を通るようにしている。また、このようにプラズマアークを曲げることで、電極３４、３６の侵食を減少させる。燃料は、プラズマアークを通り反応器１４を通り流れながら、改質ガスに改質される。
【００２０】
燃料改質装置１０を組み立てる間に、キャップ３２は上部電極３４の少なくとも一部を囲むように移動されて、上部電極３４から放出される電磁放射を阻止するようになる。キャップ３２は下部電極ハウジング４４に固定され、このようにキャップ３２がハウジング４４にねじ止めされると下部電極３６にも固定される。キャップ３２がハウジング４４にねじ止めされると、フランジ５６は上部電極３４を下部電極３６に向って押圧し、それらの間に電極ギャップ４０を形成する。
【００２１】
電極ギャップ４０の幅は調整することができる。電極ギャップ調整スペーサー８４は、下部電極３６と下部電極ハウジング４４との間に配置される。スペーサー８４の厚さを利用して電極ギャップ４０の寸法を規定する。より厚いスペーサー８４を用いて、電極ギャップ４０を広げることができる。より薄いスペーサー８４を用いて、電極ギャップ４０を狭めることができる。スペーサー８４は、例えば、ＨＡＳＴＥＬＬＯＹ（登録商標）Ｘから成形される。
【００２２】
本開示は図面及び前述の説明で詳細に例示され説明されたが、このような例示及び説明は模範的であり限定するような特性はないものとする。例示的な実施例のみが示され説明されているが、本開示の精神内での全ての変更及び改良の保護が求められると解釈される。
【００２３】
本明細書に記載されている装置、方法、及びシステムの種々の特徴から、本開示の多数の利点が生じている。本開示の代替の実施例は記載される全ての特徴を含まないかもしれないが、それでも上記の特徴の少なくともいくつかの利点を享受するだろう。添付の請求項に定められる本発明の精神及び範囲内に及ぶ本開示の特徴を一つ以上組み込んでいる装置、方法、及びシステムの実現を、当業者は自身で簡単に考案することができるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、実線で示されるプラズマ発生器と点線で示される反応器とを有するプラズマ燃料改質装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、プラズマ発生器の立面図である。
【図３】図３は、プラズマ発生器の上面図である。
【図４】図４は、図３の線４−４に沿ったプラズマ発生器の断面図である。
【図５】図５は、図３の線５−５に沿ったプラズマ発生器の断面図である。
【図６】図６は、図３の線６−６に沿ったプラズマ発生器の断面図である。
【図７】図７は、図３の線７−７に沿ったプラズマ発生器の断面図である。
【符号の説明】
【００２５】
１６  電力供給源、
１８  空気供給源、
２０  燃料供給源、
３０  電極アセンブリ、
３４  上部電極、
３６  下部電極、
４２  内部領域
【図１】
2004359541.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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