(57)【要約】いくつかの局面に従い、能動制御された温度を有する蒸発経路中の液体を蒸発させるための装置が開示される。装置は、第2の本体の空洞の断面形状および寸法と実質的に等しい断面形状および寸法を有し、それにより第2の本体に非永久的に挿入可能である、第1の本体を含み得る。表面の嵌合および／または位置合わせを行う際に第1の本体と第2の本体との間で蒸発経路を作り出すように、第1の本体の外表面、第2の本体の空洞を形成する内表面、またはその両方を改変することができる。液体蒸発器は、液体を含む流体用の蒸発経路入口、蒸気を主に含む流体用の蒸発経路出口、ならびに第1の本体、第2の本体、またはその両方と熱連通しているヒーターをさらに含み得る。ヒーターは、蒸発経路の温度の能動制御を与える。2010518353.tif 000003
2010518353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
蒸発経路、およびバーナーの運転速度とは無関係に蒸発経路の温度の能動制御を与えるヒーターを特徴とし、蒸発経路と流体連通している燃焼室に導入する前に蒸発経路で液体が蒸発する、
液体蒸発器およびバーナーを含む広範な運転範囲において液体を蒸発させるための装置。
【請求項２】
蒸発経路の温度の能動制御が、最大で少なくとも10対1の運転範囲ターンダウン比で生じる、請求項1記載の装置。
【請求項３】
蒸発した燃料が取り外し可能なオリフィスを通じて燃焼室内に噴射される、請求項1記載の装置。
【請求項４】
燃焼室が液体蒸発器と熱連通しており、かつ蒸発用の熱の少なくとも一部が燃焼室から伝達される、請求項1記載の装置。
【請求項５】
燃焼室に流れる酸化体ガスが、燃焼室の外部の少なくとも一部の上を流れることで予熱される、請求項1記載の装置。
【請求項６】
燃焼室の上流の酸化体ガスの流路に位置し、燃焼室に流れる酸化体ガスの流れ分配、熱伝達、またはその両方を与える、流れ分配インサートをさらに含む、請求項1記載の装置。
【請求項７】
流れ分配インサートが熱伝導性発泡体を含む、請求項6記載の装置。
【請求項８】
蒸発経路が、2つの分離可能な嵌合した表面間に形成された通路を含む、請求項1記載の装置。
【請求項９】
ヒーターが、液体蒸発器と流体連通している燃焼室からの再循環燃焼ガスを制御されたスキームで少なくとも部分的に利用する熱交換器を含む、請求項1記載の装置。
【請求項１０】
外表面を有し、かつ第2の本体の空洞の断面形状および寸法と実質的に等しい断面形状および寸法を有し、それにより該空洞に非永久的に挿入可能である、第1の本体であって、第1および第2の本体を非永久的に嵌合させる際に、第1の本体の外表面、第2の本体の空洞の内表面、またはその両方が、第1と第2の本体間の蒸発経路を規定する、第1の本体；
液体を含む流体用の蒸発経路入口；
蒸気を主に含む流体用の蒸発経路出口；ならびに
蒸発経路の温度を能動制御し、第1の本体、第2の本体、またはその両方と熱連通しているヒーター
を特徴とする液体蒸発器を含む、広範な運転範囲において液体を蒸発させるための装置。
【請求項１１】
蒸発経路がスクリューのスクリューねじ山と、嵌合した表面の嵌合ねじ山との間で形成された通路を含み、スクリューねじ山、嵌合ねじ山、またはその両方が通路を規定するように改変されている、請求項1〜10のいずれか一項記載の装置。
【請求項１２】
改変されたねじ山が、切断、切込み、取り外しが行われているねじ山、またはその組み合わせを含む、請求項11記載の装置。
【請求項１３】
液体が燃料油を含む、請求項1〜12のいずれか一項記載の装置。
【請求項１４】
燃焼室が30分を超える時間、実質的に定常な速度で、蒸発した燃料の燃焼による熱を伝達するように構成されている、請求項13記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
背景
付着物の形成および流路の目詰まりは、固体付着物を形成する傾向がある液体の蒸発を含むほぼあらゆる用途が直面する課題であり得る。1つの例示的用途は、燃焼室に燃料を導入する前に行われ得るような燃料油の蒸発である。完全に蒸発する温度が、燃料の分解が生じ得る温度と同様であるため、燃料油の蒸発は困難である。高燃料圧の使用または圧縮空気への噴霧によって噴霧を実現し得る、燃焼室への噴霧スプレーの導入は、例示的な代替案であるが、高圧系または圧縮空気系は、高燃料圧または圧縮空気を与えることに関連する寄生動力コストの増加、装置の要件、および／または騒音が理由でしばしば望ましくない。さらに、噴霧のアプローチは、蒸発が必要な用途、例えば燃料油が燃焼しない用途において、典型的には好適ではない。蒸発に関連する問題は、広範な運転範囲にわたる用途で実行する際になおいっそう明らかになり得る。したがって、付着物の形成、流路の目詰まり、または噴霧のための高燃料管路圧の必要もしくは圧縮空気の利用なしに、広範な運転範囲において液体を蒸発可能な装置の必要性が存在する。
【発明の概要】
【０００２】
以下、本発明の態様を、下記の添付図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【０００３】
【図１】図1aは、ねじ山付きの第1および第2の本体を含む液体蒸発器の一態様の断面の図である。図1bは、ねじ山付きの第1および第2の本体を含む液体蒸発器の一態様の嵌合している表面の詳細図である。
【図２】ねじ山付きではない第1および第2の本体を含む液体蒸発器の一態様の断面の図である。
【図３】テクスチャー加工された表面を有するテーパー状の第1および第2の本体を含む液体蒸発器の一態様を示す図である。
【図４】テーパー状の第1および第2の本体を含む液体蒸発器の一態様の図である。
【図５】電気カートリッジヒーターを利用する液体蒸発器の一態様の図である。
【図６】抵抗体ヒーターを利用する液体蒸発器の一態様の断面の図である。
【図７】液体燃料蒸発器および燃焼器の一態様の図である。
【発明を実施するための形態】
【０００４】
詳細な説明
本開示の少なくともいくつかの局面では、能動制御された温度を有する蒸発経路中の液体を蒸発させるための装置が表される。一態様では、液体蒸発器は、第2の本体の空洞の断面形状および寸法と実質的に等しい断面形状および寸法を有し、それにより第2の本体中に非永久的に挿入可能である、第1の本体を含む。表面の嵌合および／または位置合わせを行う際に第1の本体と第2の本体との間に蒸発経路を作り出すように、第1の本体の外表面、第2の本体の空洞を形成する内表面、またはその両方を改変することができる。液体蒸発器は、液体を含む流体用の蒸発経路入口、蒸気を主に含む流体用の蒸発経路出口、ならびに第1の本体、第2の本体、またはその両方と熱連通しているヒーターをさらに含み得る。ヒーターは、蒸発経路の温度の能動制御を与える。
【０００５】
本明細書で使用する、第2の本体中への第1の本体の非永久的挿入とは、第2の本体に対して第1の本体を非破壊的に挿入および分離する能力を意味する。第1および第2の本体を分離する能力は、例えば、第2の本体から第1の本体を取り除かなければ接近不可能な場合がある蒸発経路および任意の組立体または構造の洗浄および／または保守を容易にすることができる。2つの本体を接合することで実質的に漏出の無い合体を形成できる。第1の本体を第2の本体中に留めるために、必要に応じて任意の様々な機構を使用できる。固定機構の例は、スクリューねじ山、固定タブ、圧縮フィッティング、摩擦フィッティング、締付ジョー、締付スタッドなどを含み得るが、それに限定されるわけではない。
【０００６】
第1の本体の外表面、および／または第2の本体の空洞を形成する内表面に対する改変により、第1の本体の外表面、第2の本体の空洞を形成する内表面、またはその両方に沿って形成された通路を含む蒸発経路を得ることができ、したがって、2つの本体および／または表面を嵌合させる際に、流体が通路を通じて流れることができる。いくつかの態様では、通路を湾曲させることで蒸発経路の長さを増加させており、これにより、多くの場合、熱伝達の時間および／または距離の量を増加させることができる。
【０００７】
一態様では、蒸発経路の温度は、電気熱を与えるヒーターを通じて能動制御される。あるいは、ヒーターは熱交換器を含み得る。いくつかの態様では、ヒーターは、第1の本体、第2の本体、および／またはその両方と熱連通していることにより、蒸発経路を加熱することができる。例示的な電気ヒーターは、カートリッジヒーター、加熱ストリップ、および放射ヒーターを含み得るが、それに限定されるわけではない。熱交換器は、液体蒸発器の上流および／または下流の単位プロセスからの熱を含むがそれに限定されるわけではない、任意の様々な熱源を利用できる。
【０００８】
特定の一態様によれば、図1aおよび1bを参照すると、第1の本体101は、スクリューねじ山103を有するスクリューを含む。第2の本体102の空洞を形成する内表面は、スクリューねじ山に対応する空洞ねじ山104を含む。蒸発経路は、スクリューねじ山、空洞ねじ山、またはその両方に対する改変により形成された通路105を含む。ねじ山に関して、例示的な改変は、スクリューねじ山を構成するリブ、空洞ねじ山を構成するリブ、またはその両方の少なくとも一部に対して切断、切込み、および／または取り外しを行うことを含み得るが、それに限定されるわけではない。したがって、第1の本体101を第2の本体102にねじ込むことができ、かつ改変されたねじ山は流体の流れの蒸発経路を与えることができる。図1aに示す態様の詳細図である図1bを参照すると、空洞ねじ山104の先端が中ぐり（すなわち切断）されて内径がより大きくなり、それにより、スクリューねじ山103を嵌合させる際に、中ぐりされた空洞ねじ山104とスクリューねじ山103との間に通路105が形成される。
【０００９】
代替の態様では、蒸発経路は、第1の本体の外表面、第2の本体の空洞を形成する内表面、またはその両方に形成された1つまたは複数の通路を含み得る。そのような態様では、本体のいずれかから突出しているスタッド、リブ、または他の構造が存在していても存在していなくてもよい。そのような代替の態様に関して、本明細書で使用する例示的改変は、エッチングされた表面、成形された表面、溝付きの表面、切込みを有する表面、およびテクスチャー加工された表面を含み得るが、それに限定されるわけではない。例えば、図2に示す態様を参照すると、第1の本体と第2の本体との間の界面の拡大断面図は、蒸発経路が、第1の本体201の表面中に形成された通路202を含み得ることを示している。第1の本体を第2の本体中に挿入し、かつ／または表面を嵌合させた場合に、第2の本体203の空洞の表面204は漏出の無い封止を形成することができる。
【００１０】
突出物が存在しない場合、第1の本体を第2の本体中に、例えば摩擦フィッティングを用いて留めることができ、第1の本体、および第2の本体の空洞の形状および寸法は小さな許容差の範囲内で製造される。さらに、第1の本体、および第2の本体の空洞を円錐状にテーパー加工するか、または実質的に球状（例えばボールソケット型）に形づくることができる。さらに、第1の本体、および第2の本体の空洞の表面をテクスチャー加工（例えば研磨）して、2つの本体間の合体を容易にすることができる。比較目的での摩擦フィッティングの一例は、研磨されたガラスフィッティング間の合体であるが、本発明の態様はガラス材料に限定されるわけではない。同様に、図3に示す態様を参照すると、第1の本体301および第2の本体302の嵌合表面304をテクスチャー加工することができる。例示的なテクスチャー加工は、研磨された表面を含み得るが、それに限定されるわけではない。図3にも示すように、第1の本体を第2の本体にさらに安定させるために、保持クリップ303を任意で使用できる。あるいは、図4に示す態様を参照すると、第2の本体403に対する第1の本体401の挿入の深さに対して、スクリューねじ山の短いセグメント402を使用して2つの本体を一緒に留めることができ、スクリューねじ山のセグメントは蒸発経路404から分離することができる。2つの本体を一緒に留めることに関しては、本明細書の他の箇所に記載されており、かつ当技術分野で公知である可能性のあるさらに他の技術が存在し、これらの技術は本発明の範囲に包含される。
【００１１】
本明細書に記載の態様では、蒸発経路の温度を制御するヒーターを、第1の本体または第2の本体内に埋め込むことができる。例えば、図5に示す態様を参照すると、電気カートリッジヒーター501を第1の本体502の空洞内に据え付けることができる。あるいは、図6に示す態様を参照すると、抵抗体601を第2の本体602内に埋め込むことができる。別の変形では、ヒーターは液体蒸発器および／または蒸発経路を単に取り囲むことができる。例えば、加熱ストリップ、および／または熱交換器の経路は第2の本体の周囲を覆うことができる。
【００１２】
本明細書の他の箇所で記すように、付着物の形成、液体管路の目詰まり、または高圧供給管路の利用なしに、広範な運転範囲において液体を蒸発可能な液体蒸発器は、液体蒸発を必要とする様々な用途に関連する課題に対処することができる。さらに、洗浄および保守のために蒸発経路に接近する能力は、管路のファウリングが予防努力および系の設計にもかかわらず生じる場合に有利である。
【００１３】
本明細書の他の箇所に記載の液体蒸発器の恩恵を享受し得る用途の一例は、液体燃料蒸発器およびバーナーである。したがって本発明の一態様は、蒸発経路、および液体燃料バーナーの運転速度とは無関係に蒸発経路の温度の能動制御を与えるヒーターを含む、液体燃料蒸発器およびバーナーを包含する。液体燃料バーナーは、液体燃料蒸発経路出口と流体連通している燃焼室をさらに含み、液体燃料を含む液体は、燃焼室への導入前に蒸発する。好ましい一態様では、液体燃料は実質的に完全に蒸発する。本明細書に記載の液体燃料蒸発器およびバーナーは、おそらく任意の液体燃料を用いて使用できるが、燃料油の燃焼に特に適している。例示的な燃料油は、JP-8、ディーゼル燃料、および他の低揮発性燃料を含み得るが、それに限定されるわけではない。
【００１４】
液体燃料蒸発器およびバーナーのいくつかの態様は、2つの嵌合した表面間に形成された通路を含む、本明細書の他の箇所に記載の蒸発経路を含み得る。表面は、洗浄、保守、または他の予期しない目的のために分離できる。特定の一態様では、蒸発通路は、スクリューのスクリューねじ山と、嵌合した表面の嵌合ねじ山との間で形成された通路を含んでおり、スクリューねじ山、嵌合ねじ山、またはその両方は通路を与えるように改変されている。
【００１５】
本明細書の他の箇所に記載のように、蒸発経路の温度はヒーターを通じて能動制御できる。一態様では、燃焼室は液体蒸発器と熱連通しており、蒸発用の熱の少なくとも一部は燃焼室から伝達される。燃焼室からの熱伝達は伝導性、対流性、および／または放射性であり得る。燃焼室からの熱の使用によりヒーターに対する加熱負荷を減少させることができるが、ヒーターは、蒸発経路の温度の能動制御を実質的に担っていると考えられる。したがって、本態様では、燃焼室からのエネルギー取り込みの速度は、バーナー運転の範囲において、燃料蒸発に必要な速度未満でなければならない。
【００１６】
ヒーターが熱交換器を含む態様では、熱源として燃焼室からの熱を制御されたスキームで少なくとも部分的に利用することができる。例えば、熱交換器は、燃焼室からの再循環燃焼ガスを制御されたスキームで利用することができる。
【００１７】
いくつかの態様では、燃焼室へ流れる酸化体ガスを予熱し、それによりピーク燃焼温度を向上させるために、燃焼室からの熱を使用することもできる。例えば、酸化体ガスを燃焼室の外部の少なくとも一部の上に流すことができる。あるいは、燃焼ガスを熱源として利用する熱交換器を、酸化体ガスの予熱に使用することができる。
【００１８】
他の態様では、燃焼室へ流れる酸化体ガスの流れ分配を与える流れ分配インサートを利用できる。インサートは、燃焼室の上流の酸化体ガスの流路（すなわち、酸化体ガスが燃焼室に流れるような流路）に位置し得る。流れ分配インサートは、熱伝導性であり得、かつ酸化体ガスに対する熱伝達の増大のために広い表面積を有し得る。例示的な流れ分配インサートは、燃焼室および酸化体ガスと熱連通している熱伝導性発泡体を含み得る。
【００１９】
蒸発経路の設計および能動温度制御により、本明細書に記載の液体燃料蒸発器およびバーナーの態様を、付着物形成を最小限にしながら広範な運転範囲において長時間運転することが可能になる。したがって、いくつかの態様では、蒸発経路の温度の能動制御は、最大で少なくとも5対1、かつ好ましくは最大で少なくとも10対1の運転範囲ターンダウン比で生じる。さらに、本明細書に記載の液体燃料蒸発器およびバーナーの態様の少なくともいくつかは、少なくとも30分間、実質的に定常な速度で熱を吐き出すことができる。設計および／または能動温度制御にもかかわらず付着物が形成される場合、蒸発経路を形成する分離可能な本体を有する態様は、洗浄および保守のために蒸発経路を露出させることができる。
【００２０】
実施例：液体燃料蒸発器および燃焼器
図7を参照すると、液体燃料蒸発器701および燃焼器702を含む液体燃料蒸発器およびバーナーの一態様が図示される。本態様では、蒸発経路712は、第2の本体714の切断された空洞ねじ山と第1の本体715のスクリューねじ山との間に形成された通路を含む。液体燃料供給管717は、蒸発経路712に燃料を供給する。第1の本体715に挿入された電気ヒーターカートリッジ703によって燃料に熱を加える。蒸発温度を制御するために、蒸発経路に沿って、または他の箇所に、温度プローブ（図示せず）を配置できる。本態様ではバーナーカップ711内に燃料を噴射するノズル704を含む出口を通じて、蒸発した燃料は流出することができる。任意の保持リング713は、液体蒸発器組立体をさらに安定させ、かつ／または蒸発経路を封止し、それにより蒸発経路712からデバイス外への燃料漏出を防ぐために役立ち得る。
【００２１】
バーナーカップ711内のインパクションプレート710は、バーナーカップ外への直接の経路を燃料が通ることを防ぐことができる。酸化体ガスは、酸化体ガス入口708を通じて燃焼器702に入り、デバイスの外周の周囲に実質的に均等に分配される。酸化体ガスの分配は、酸化体ガス流れ分配インサート705が作り出す圧力降下により促進される。本態様では、流れ分配インサートは、多孔質金属発泡体の環状リングを含む。燃料の燃焼から熱を受ける流れ分配インサートは、そこを通って流れる酸化体ガスの予熱に役立つこともできる。次に、酸化体ガスは、ガスをさらに予熱可能なバーナーカップ711の外側上を移動し、バーナーカップ内のルーバー状スロット716に入る。ルーバーは、バーナーカップ内で渦巻きを引き起こすことで、燃料と空気との混合を改善し、カップ外への放射熱伝達を減少させることができる。バーナーカップを出口709に対してテーパー状にすることで、バーナーカップ外への放射熱損失をさらに減少させることができる。点火器口707をバーナーカップの下流に位置づけることで、燃料を最初に点火することができる。例示的運転中に、点火器からバーナーカップ中に炎をフラッシュバックさせる濃混合気を用いて低流量でバーナーを起動できる。点火後に流量は増加可能である。燃焼ガス流出口706を通じて燃焼ガスを放出する。いくつかの態様では、熱交換器および／または液体蒸発器領域に燃焼ガスを送ることで、燃焼ガスからの熱をリサイクルできる。
【００２２】
本発明のいくつかの態様を図示および説明してきたが、本発明のより広範な局面において、本発明から逸脱せずに多くの変更および改変を行うことができることは、当業者には明らかであると考えられる。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨及び範囲内にある全てのそのような変更および改変を包含するように意図されている。
【図１】
2010518353.tif 000004
【図２】
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【図３】
2010518353.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2010518353.tif 000009
【図７】
2010518353.tif 000010
【国際調査報告】
2010518353.tif 000011
2010518353.tif 000012
2010518353.tif 000013
2010518353.tif 000014
2010518353.tif 000015