(57)【要約】  本発明は、特に、水素を得るための化学的な改質器または熱を発生させるための後燃焼装置内に供給するための液体燃料用の調量装置（１）に関する。この調量装置（１）は、燃料を配量管路（８）内に配量するための少なくとも１つの配量装置（２）と、配量管路（８）に接続されている、燃料を配量室内に放出する処理ユニット（７）とを有している。この処理ユニット（７）は、約１５００Ｈｚの周波数で開閉する純粋な機械式の弁（１１）として形成されている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料のための調量装置（１）、特に化学的な改質器、熱を発生させるための後燃焼装置および排ガス系またはパティキュレートフィルタ内に供給するための調量装置（１）であって、燃料を配量管路（８）内に配量するための少なくとも１つの配量装置（２）と、前記配量管路（８）に接続されている、燃料を配量室内に放出する処理ユニット（７）とを有している形式のものにおいて、
前記処理ユニット（７）は、純粋な機械式の弁（１１）として形成されていることを特徴とする、調量装置。
【請求項２】
前記弁（１１）は、外向きに開放する前記弁（１１）として形成されている、請求項１記載の調量装置。
【請求項３】
前記弁（１１）は、弁ピン（１４）と戻しばね（１５）とを有している、請求項１または２記載の調量装置。
【請求項４】
前記弁ピン（１４）は、前記戻しばね（１５）が支持されるカラー（１８）を有している、請求項３記載の調量装置。
【請求項５】
前記弁ピン（１４）は、弁座（１７）と協働する弁皿（１６）を有している、請求項３または４記載の調量装置。
【請求項６】
前記弁（１１）は、約１５００Ｈｚの周波数で開閉する、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】
前記処理ユニット（７）内に、フィルタスクリーン（１０）が取り付けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項８】
前記処理ユニット（７）は、冷却リブが設けられている収容体内に挿入されている、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】
前記配量管路（８）と前記配量装置（２）とは、アダプタ（６）によって液密に、着脱可能に接続されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の調量装置。
【請求項１０】
前記アダプタ（６）は、空気供給部（９）を有しており、該空気供給部（９）は、前記アダプタ（６）内で前記配量管路（８）と接続している、請求項９記載の調量装置。
【請求項１１】
前記配量装置（２）は、燃料噴射弁である、請求項１から１０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の上位概念に記載の調量装置から出発する。
【０００２】
背景技術
燃料電池補助式の運送システムにおいては、炭化水素を含有する燃料、たとえばガソリン、エタノールまたはメタノールから必要な水素を得るために、いわゆる化学的な改質器が用いられる。特に冷間始動段階において熱を発生させるために、触媒燃焼器や後燃焼装置が用いられる。
【０００３】
改質器によって反応プロセスに必要とされる全ての物質、たとえば空気、水および燃料は、反応領域に、理想的にはガス状または少なくとも噴霧状態で供給される。しかしながら燃料、たとえばメタノールまたはガソリンおよび水は、運送システムに搭載するにあたって有利には液状で存在するので、それらは改質器の反応領域に達する直前になって初めて処理しなければならない。このことによって、たとえば適量の燃料または他の物質を微細に噴霧して供給する調量装置が要求される。
【０００４】
たとえば燃料をとりわけ水素に改質する化学反応のために必要な温度は、いわゆる触媒燃焼器または後燃焼装置によって提供される。触媒燃焼器は、触媒で層形成した複数の平面を有する構成要素である。この触媒燃焼器内では、燃料−空気−混合気が熱と排ガスとに変化させられ、この場合生じる熱は、たとえば周面および／または高温の排ガス流を介して、適切な構成要素、たとえば化学的な改質器または気化器に案内される。
【０００５】
燃料の熱への変換は、触媒層に生じる燃料滴サイズに大きく左右される。滴サイズが小さいほど、また触媒層が燃料滴によってより均一に湿潤されるほど、燃料が熱へより完全に変換され、効率がより高くなる。その上燃料は素早く変換され、有害物質エミッションは低減される。大きすぎる燃料滴は触媒層の占拠につながり、ひいては変換が緩慢にしか行われなくなる。このことは、特に冷間始動段階において、たとえば効率の悪化につながる。
【０００６】
水素はたいていの場合すぐに消費されるので、化学的な改質器は、水素の生産を、たとえば負荷変動時または始動段階において遅滞なく要求に適合できなければならない。特に冷間始動段階においては付加的な措置を講じなければならない。というのも、改質器に排熱が供給されていないからである。汎用の気化器は、適量のガス状の反応物を遅滞なく発生させることができない。
【０００７】
したがって、燃料を調量装置によって微細に分散させた状態に良好に処理し、かつ／または燃料を良好に気化できる箇所および面、たとえば反応室内、改質器または触媒燃焼器の前混合チャンバ内、円筒形の燃焼室の内面もしくは触媒燃焼器の内側面に燃料を良好にもたらして分散させることが重要である。さらに、燃料クラウドを、その幾何学形状、拡散速度およびスワール形成に関して、燃焼室および燃焼室内に存在する条件に適合できるということが有意義である。
【０００８】
既に、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５１６９７号明細書において、特に水素を得るための化学的な改質器内、または熱を発生させるための後燃焼装置内に供給するための液体燃料用の調量装置が公知である。この調量装置は、燃料を、配量管路と、この配量管路に接続された、配量室内に開口する少なくとも１つの噴射開口を備えたノズルボディとに配量するための、燃料噴射弁としての少なくとも１つの配量装置を有している。この調量装置のノズルボディには、下流側に支持エレメントが固定されており、この支持エレメントは、噴射開口を含む構成要素と上流側に配置されたスワールインサートとを備えている。
【０００９】
さらに、既にドイツ連邦共和国特許出願公開第１０２５１６９９号明細書において、特に水素を得るための化学的な改質器、または熱を発生させるための後燃焼装置に供給するための液体燃料用の調量装置が公知である。この調量装置は、燃料を、配量管路と、この配量管路に接続された、配量室内に開口する少なくとも１つの噴射開口を備えたノズルボディとに配量するための、燃料噴射弁としての少なくとも１つの配量装置を有している。この調量装置のノズルボディは、このノズルボディにディスク状の噴射口インサートが設けられるように形成されており、この噴射口インサートに、少なくとも１つの噴射開口が成形されている。
【００１０】
発明の開示
これに対して、独立請求項の特徴部に記載の構成を有する、本発明による調量装置の利点によれば、燃料もしくは燃料−ガス−混合気の噴霧および分散が大幅に改善される。特にこの調量装置は、周辺環境温度が特に高い場合でも問題なく使用することができる。この調量装置は、特に燃料電池（触媒）、排ガス後処理またはパティキュレートフィルタ再生に使用することができる。というのも、これらの用途では温度が７００℃まで達するが、この調量装置は、有利な構成でこの温度に耐えられるからである。本発明による調量装置は、極めて簡単かつ確実に、ひいては安価に製造することができる。さらに、規格化された、大量生産で製造された構成要素を使用することができる。特に、処理ユニットとして使用される純粋な機械式の弁は、極めて簡単な構造を有していて、調量装置に特に簡単に組み込むことができる。
【００１１】
従属請求項に記載の構成によって、独立請求項に記載した調量装置の有利な形態が得られる。
【００１２】
有利には、配量管路と配量装置とは、アダプタによって液密に、しかも着脱可能に接続されている。これによって組立てが容易になる。
【００１３】
別の１形態では、配量管路と配量装置とを接続しているアダプタが空気供給部を有しており、この場合この空気供給部は、アダプタ内で配量管路と接続されている。これによって、既に配量管路内で混合気形成を開始することができ、この場合この配量管路に配量される燃料および／または配量されるガスは、空気と混合される。これによって、空気を含有する燃料および／または配量されるガスの噴霧および混合気形成が全体的に改善される。さらに、不都合な残留燃料もしくは残留ガスが、空気供給部を通るたとえば空気によって、たとえば停止段階またはアイドリング段階の前に排出されることに基づいて、空気供給によって、配量管路は、不都合な残留燃料もしくは残留ガスから解放することができる。これによって、配量室または周辺環境への制御されない燃料排出が防止される。
【００１４】
有利には、配量装置として、たとえば内燃機関を備えた往復ピストン機械に使用されるような燃料噴射弁が使用される。そのような弁の使用は幾つかの利点を有している。そのような弁は、たとえば特に精確な燃料配量を許容し、この場合複数のパラメータ、たとえばデューティ比、クロック周波数および場合によってはストローク長に関して配量を制御することができる。この場合ポンプ圧の影響は、管路断面積に関して燃料の体積流量を制御する配量装置に比べてごく僅かしかみられず、調量範囲は極めて大きくなっている。
【００１５】
さらに燃料噴射弁は、広く実証され、特性において公知で、安価で、使用される燃料に対して化学的に安定していて、信頼性の高い構成要素であり、とりわけ、このことは、配量装置による断熱に基づいて良好に使用可能である、いわゆる低圧燃料噴射弁に当てはまる。
【００１６】
配量装置は、有利には壁厚を減じた幾つかの箇所を有しており、これらの箇所は、配量装置の熱伝導率を減少させることも、冷却体として機能することもできる。
【００１７】
複数部分から成る調量装置の構造によって、安価な製造と、規格化された構成要素の使用とが達成される。
【００１８】
本発明の実施例を図面に簡単に示し、以下に詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明による調量装置の１実施例を示す概略図である。
【図２】本発明による調量装置の下流側の端部に設けられた処理ユニットを示す図である。    実施例の説明
【００２０】
本発明による調量装置１の図１に示した実施例は、低圧燃料噴射弁の用途のための調量装置１として形成されている。調量装置１は、特に燃料もしくは燃料−ガス−混合気を、水素を得るための図示していない化学的な改質器、または熱を発生させるための図示していない後燃焼装置の、図示していない配量室に供給し、噴霧するために適している。しかしながら基本的にこのような調量装置１は、特に高温周辺環境において燃料を調量するために適している。たとえばガソリン、ディーゼル燃料、エタノール、メタノール、尿素水溶液などの媒体を調量するための公知の噴射弁は約１５０℃の周辺温度に設計されている一方で、本発明による調量装置１は、前述の燃料電池に使用する他に、排ガス後処理またはパティキュレートフィルタの再生に使用することもできる。というのも、これらの用途では温度が７００℃まで達するが、調量装置１は、有利な構成でこの温度に耐えられるからである。
【００２１】
調量装置１は、本実施例では低圧燃料噴射弁として形成されている配量装置２と、この配量装置２を収容するためのアダプタ６と、たとえば１０〜１００ｃｍの長さの管状の配量管路８と、選択的にアダプタ６に設けることができる空気供給部９と、混合気形成処理ユニット７とから成っている。配量装置２は、典型的な噴射弁構造で形成されていて、流入側に燃料接続部１３を有している。たとえば電磁作動式のアクチュエータを励磁するために、配量装置２は電気接続部５を有している。この配量装置２の下流側の端部では、配量管路８への燃料または燃料−ガス−混合気の配量が行われ、この場合アダプタ６は、配量装置２と配量管路８とを外側に対して液密に接続している。空気供給部９はアダプタ６に開口しており、そうして配量管路８と接続している。
【００２２】
処理ユニット７は配量管路８と液密に接続されている。この配量管路８自体は、たとえばステンレス鋼から成る規格化された金属管から成っている。配量管路８は単数または複数の部分から形成することができ、この場合複数部分から成る配量管路８の構成では、液圧式に密な接続エレメントが使用される。
【００２３】
燃料は、調量装置１の運転時に配量装置２を通流し、公知のようにシール座の開閉によって配量管路８に配量される。アダプタ６を介して配量管路８に開口している空気供給部９によって、混合気形成のために空気または別のガス、たとえば改質プロセスまたは燃料電池プロセスから発生した可燃の残留ガスを供給することができる。続いて、燃料もしくは燃料−ガス−混合気は、配量管路８を通って処理ユニット７に流れ、そこから、燃料は図示していない配量室に調量される。さらに、空気供給部９を通って、空気を、たとえばアイドリング段階または停止段階の直前に、配量管路８を制御して空にするために供給することができる。
【００２４】
配量管路８によって、配量装置２（特に配量装置２の、高温と大きい温度変動とに対して敏感な図示していないシール座）は、図示していない配量室内のたとえば５００℃の温度から断熱されている。配量管路８の長さ、材料および形状は、特に熱的および空間的条件に応じて選択される。有利には配量管路８は、断熱を補助するか、または冷却体として作用することができる、壁厚を減じた箇所を有していてもよい。
【００２５】
図２には、調量装置１の下流側の端部に設けられている処理ユニット７を拡大図で示した。ここでは処理ユニット７は純粋な機械式の弁１１として形成されている。処理ユニット７内には選択的にフィルタスクリーン１０を取り付けることができる。処理ユニット７の下流側の端部は、弁ピン１４と戻しばね１５とを備えた実際の弁１１によって形成されている。弁ピン１４は、上流側の端部に、戻しばね１５を支持することができるカラー１８を有している一方で、弁ピン１４の下流側の端部には弁皿１６が設けられている。弁ピン１４の弁皿１６は、円錐台状に形成された弁座１７と協働してシール座を形成している。機械式の弁１１は外向きに開放する弁であるため、戻しばね１５のばね力に基づいて、処理ユニット７の無圧状態では、弁皿１６は弁座１７に接触する。
【００２６】
弁１１は、たとえば約３．６バールの超過圧で自動的に開放し、この場合、既に配量装置２によって担われている配量機能を有していない。弁１１は約１５００Ｈｚの周波数で開閉し、したがって「がたつき」が生じる恐れもあるが、噴霧内に極めて微細な滴で放出される燃料の、極めて良好な混合気形成および噴霧をもたらす。噴霧の質は、生じ得る空気による補助によってさらに改善される。
【００２７】
処理ユニット７の熱負荷を減じるため、この処理ユニット７は、さらに付加的に、冷却リブの設けられている収容体内に取り付けることができる。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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