(57)【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改質器に供給するための燃料のための噴霧装置（１）であって、温度調節された物質流を導入可能な接続管（４）への少なくとも１つの調量個所（５）で燃料を調量するための少なくとも１つの調量装置（２）が設けられており、接続管（４）が少なくとも１つ噴霧個所（８）を有しており、該噴霧個所（８）が少なくとも１つの調量個所（５）の流出側に配置されている形式のものにおいて、
調量装置（２）が低圧燃料噴射弁（２）として形成されていて、
低圧燃料噴射弁（２）が接続管（４）の端面（３）に形成されており、
調量個所（５）が低圧燃料噴射弁（２）に形成されていて、
調量個所（５）と噴霧個所（８）とが共通に、低圧燃料噴射弁（２）に形成されていることを特徴とする、燃料のための噴霧装置。
【請求項２】
温度調節された物質流の供給が調量個所（５）と噴霧個所（８）との間で行われる、請求項１記載の噴霧装置。
【請求項３】
温度調節された物質流が管（６）を介して供給可能である、請求項２記載の噴霧装置。
【請求項４】
管（６）が約９０°の角度をなして接続管（４）へと開口している、請求項３記載の噴霧装置。
【請求項５】
温度調節された物質流の供給が、噴霧個所（８）の流出側で行われる、請求項１から４までのいずれか１項記載の噴霧装置。
【請求項６】
燃料と物質流とから成る混合物のさらなる導入が、接続管（４）の軸線（１１）に沿って行われる、請求項５記載の噴霧装置。
【請求項７】
燃料と物質流とから成る混合物のさらなる導入が、接続管（４）の軸線（１１）に対して垂直方向で行われる、請求項５記載の噴霧装置。
【請求項８】
複数の噴霧個所（８）が設けられている、請求項１から７までのいずれか１項記載の噴霧装置。
【請求項９】
低圧燃料噴射弁（２）が、管（６）の軸線と接続管（４）の軸線（１１）とに対して所定の角度を成して傾けられている、請求項１記載の噴霧装置。
【請求項１０】
噴霧個所（８）が、単数または複数の孔を有するスワールプレートまたは噴射孔プレートまたはスワール挿入体またはスワールノズルとしての噴霧装置を有している、請求項１から９までのいずれか１項記載の噴霧装置。
【請求項１１】
噴霧個所（８）が、接続管（４）の端面（７）の丸く面取りされた角隅（１２）に少なくとも部分的に配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の噴霧装置。
【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形式の噴霧装置を起点としている。
【０００２】
燃料電池により支援された搬送システムでは、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器が、もしくは反応温度を準備するために触媒バーナーまたは後燃焼装置が使用される。
【０００３】
例えば空気、水、燃料のような、改質器により反応過程のために必要な全ての物質は理想的には改質器にガス状で供給される。しかしながら、搬送システムに搭載された燃料、例えばメタノールまたはガソリンおよび水は、有利には液状で存在しているので、改質器に供給する直前に初めて加熱し、蒸発させなければならない。これには予備蒸発器（改質器とは別個であるか、または改質器に組み込まれている）が必要である。予備蒸発器は、適宜な量のガス状燃料および水蒸気を供給することができる。
【０００４】
水蒸気はたいてい直ぐに消費されるので、化学的な改質器は、水蒸気の製造を遅れなく、例えば負荷変化時又は始動段階で要求に合わせなければならない。特にコールドスタート段階では、改質器は廃熱を提供しないので、付加的な手段が講じられなければならない。従来の蒸発器は、適宜な量のガス状の反応物を遅延なしに形成することができない。
【０００５】
従って、燃料を噴霧装置によって微細に分配されたものとして改質器にもたらすことが有利である。この場合、熱が十分であれば、蒸発プロセスは微細に分配された燃料の表面積が大きいことにより改善される。
【０００６】
例えば燃料が、とりわけ水素に改質される化学反応のために必要な温度は、いわゆる触媒バーナーによって提供される。触媒バーナーは、触媒が被覆された面を有する構成部分である。このような触媒バーナーでは、燃料・空気混合物が熱と排ガスとに変換される。この場合生じる熱は例えば周面及び／又は熱い排ガス流を介して相応の構成部分、例えば化学的な改質器または蒸発器に案内される。
【０００７】
熱への燃料の変換は、触媒層上にぶつかる燃料液滴の大きさに大きく依存している。液滴サイズが小さいほど、また触媒層が燃料液滴により均一に湿されるほど、燃料の熱への変換がいっそう完全になり、より高い効率が得られる。従って燃料はより迅速に変換され、有害物質のエミッションは減じられる。燃料液滴が大きすぎると、触媒層が被覆されてしまい、ひいては変換が緩慢になる。これにより、特にコールドスタート段階では、例えば効率が悪くなる。
【０００８】
さらにこのような噴霧装置は、尿素・水溶剤の調量のために、排ガス後処理のために排ガス噴流内で直接使用することができる。
【０００９】
例えば米国特許第３９７１８４７号特許明細書により、燃料を改質するための装置が公知である。燃料はこの中で、改質器から比較的離された調量装置から長い供給ラインを介して温度調節された物質流内へと調量されて供給され、調量開口を介して供給ラインの終端部で物質流内に分配される。物質流は実際の改質プロセスの場所へと流れる。
【００１０】
上記引用文献により公知の装置における欠点は特に、長い供給ラインにより、燃料の調量に関して、特に大きな負荷変更またはウォームスタート段階の際に、遅れと不正確性が生じることである。例えば停止段階後に、燃料が温度作用により供給ラインから蒸発する間に、燃料調量が再び行われると、温度調節された物質流に燃料が調量されて供給されるのが遅れ、供給ラインにおけるまず最初に再び充填すべき死体積による改質プロセスが生じる。同様の問題は、負荷が特に小さい場合に生じる。さらに、長い供給ラインはコンパクトな構成形式ではなく、エラーが生じやすくさせ、組み付けの手間を高める。
【００１１】
発明の効果
これに対して、請求項１の特徴を備えた本発明による噴霧装置は、有利には低圧燃料噴射装置の形の調量装置と、任意の形の調量個所および噴霧装置を組み合わせることにより、コンパクトな構成形式が得られ、かつ高い温度のもとでも微細な混合処理が可能である。
【００１２】
従属請求項に記載の構成により、独立請求項に記載の噴霧装置の有利な別の構成が得られる。
【００１３】
有利には調量装置として、例えば内部燃焼を行う行程ピストン装置により公知の燃料噴射弁が使用される。このような弁の使用はいくつかの利点を有している。即ちこのような装置により特に正確な燃料調量の制御もしくは調節が可能である。この場合、調量は複数のパラメータ、例えばオン・オフレシオ、クロック周波数、場合によっては行程長さのようなパラメータを介して制御することができる。この場合、ポンプ圧の依存性は、ライン横断面を介して燃料の体積流を制御する調量装置の場合よりもずっと少なく、調量範囲は著しく大きい。さらに、上述した燃料噴射弁は、多重的に信頼される、特性が公知の、安価な、使用される燃料に対して化学的に安定的で確実な構成部分であって、この場合、このことは特に、熱的な分離に基づきここで使用可能である、いわゆる低圧燃料噴射装置に当てはまることである。
【００１４】
有利にはさらに、温度調整された材料流、例えば空気流の供給は、調量個所と噴霧個所との間でも、噴霧個所の流出側でも可能である。これにより任意の組み込み位置のためにコンパクトな構成が得られる。
【００１５】
さらに有利には、複数の調量開口が接続管の表面にわたって分配されていて、このようにして調量して導入したい構成部分への混合物の特に均質な分配が得られる。
【００１６】
特に有利な構成では、調量個所および噴霧個所が共通に燃料噴射弁に配置されている。燃料噴射弁は任意の角度で接続管へと噴射できるので、複雑な組み込み位置も実現可能である。
【００１７】
実施例の説明
次に図面につき本発明の実施例を説明する。
【００１８】
低圧燃料噴射弁２のパラメータの適当な選択により、燃料電池構成要素のためのメタノール改質およびガソリン改質のために必要な貫流パラメータｑｄｙｎとＱｓｔａｔとが実現される。さらに低圧燃料噴射弁２の領域における温度が、安価な大量生産の燃料噴射弁を使用できるように、できるだけ低く維持されることが重要である。しかしながらさらに、噴霧装置１の運転時における温度の差異が著しく変動することも注意されなければならない。つまり、コールドスタート段階にでは２０〜３０℃の温度しか生じないが、全負荷運転では５００〜８００℃まで生じる。相応して燃料はコールドスタートの際に極めて微細に調量可能で、均一に分配可能でなければならない。さもないと燃料の緩慢な熱的変換により効率が失われるからである。
【００１９】
以下に記載する本発明により形成された噴霧装置１の実施例は、前述した状況を考慮しており、堅牢な構造のもとで熱い雰囲気における簡単な調量および噴霧、種々様々な空間的状況での使用、標準的な低圧燃料噴射弁の使用を可能にする。
【００２０】
図面には、説明を簡単にするために同じ構成部分にはそれぞれ同じ符号が付与されている。矢印はそれぞれ燃料流と空気流を表している。
【００２１】
図１に概略的に示した本発明による噴霧装置１の第１実施例は、低圧燃料噴射弁２の使用のための噴霧装置１として構成されている。この噴霧装置１は、特に水素を得るための図示されていない化学的な改質器または触媒燃焼器に燃料を供給し噴霧するために適している。
【００２２】
低圧燃料噴射弁２は第１実施例では、接続管４の流入側３に配置されている。接続管４はこの場合、低圧燃料噴射弁２の流出側に調量個所５が設けられているように構成されている。この調量個所５は、接続管４に噴射される燃料の量を制限する。
【００２３】
調量個所５の流出側の任意の個所で、別の管６が接続管４へと開口している。別の管６からは空気流が接続管４へと導入可能である。管６はこの場合、任意の角度を成して、有利には９０°をなして接続管４へと開口している。
【００２４】
接続管４の流出側の端面７には噴霧個所８が設けられている。この噴霧個所８で、接続管４内で空気と燃料から形成された混合物が噴霧される。噴霧は、例えば噴霧プレート、スワールプレートまたは任意の別のスワールまたは噴霧挿入体を使用して噴霧個所８で行われる。噴霧される噴流の噴流開放角αはこの場合、任意に、噴霧装置の適当な選択により諸条件に合わせられる。
【００２５】
図２Ａおよび図２Ｂには本発明により構成された噴霧装置１の第２実施例が原理的な図として組み込み状態で示されている。図１に示した実施例とは異なり、管６からの空気の供給はオプショナルなものである。実際の混合物形成は管区分９内で接続管４の流出側で行われる。このような実施例の利点は、空気流が噴霧個所８の流出側で直接に、既に噴霧された燃料に導入され、これにより混合物の良好な分布が得られることにある。
【００２６】
管区分９が接続管４に対して直角に配置されていることにより、図２Ａおよび図２Ｂに示した実施例では別のジオメトリが得られる。これにより場合によっては、詳しくは図示していない他の構成部分（図２Ｂおよび図４Ｂにおける１０）に対して最良の組み込み位置が得られる。
【００２７】
図３に示した実施例は、図１および図２に示した実施例から成る組み合わせである。この場合も、第２実施例と同様に、空気流は噴霧個所８の後方で初めて供給されるが、調量して導入すべき構成部分は、第１実施例と同様に接続管４の軸線１１の方向に配置される。
【００２８】
図４Ａと図４Ｂとに本発明により形成された調量装置の別の実施例が示されている。この調量装置は特に狭い組み込み位置に適している。この場合、図１に示した第１の実施例と同様に空気流が管６を介して噴霧個所８の手前で導入される。噴霧は多数の噴霧個所８を介して行われ、これらの噴霧個所は挙動のために最適な任意の配置で接続管４の面にわたって分配されていて良い。噴霧個所８を出た個々の燃料流が交差することにより特に均質な分配が可能である。
【００２９】
図４Ｂには、図４Ａに示された実施例のための組み込み状況の一例が示されている。この実施例は、組み込み長さが短いために特にコンパクト性が高いことが特徴である。
【００３０】
図５には別の構成の実施例が示されている。この実施例では低圧燃料噴射弁２は接続管４の流入側ではなく、自由に選択可能な角度α（燃料噴射弁２から噴射される噴流の開放角）とγ（噴流の傾斜角）とを成して側方に配置されている。この場合、調量個所５と噴霧個所８とが重なっていて、既に噴霧された燃料混合物は、図２に示した実施例のように上述した角度を成して空気流に直接もたらされる。調量・噴霧は、減径された横断面の領域で比較的高い流れ速度のもとで行われる。この場合、有利には、１つの別個の噴霧個所を設けない状態でコンパクトな構成形式が可能である。
【００３１】
図６には本発明により構成された調量装置の別の実施例が示されている。この実施例は、図４Ａおよび図４Ｂに示した実施例と同様に特に狭い組み込み位置に適している。この場合、空気流は、図１に示した第１の実施例と同様に管６を介して噴霧個所８の手前で導入される。噴霧は多数の噴霧個所８を介して行われる。これらの噴霧個所８は、挙動のために最適な任意の配置で接続管４の面にわたって分配されていて良い。噴霧個所８を出た個々の燃料噴流が交差することにより特に均質な分配が可能である。
【００３２】
図４Ａおよび図４Ｂに示した実施例とは異なり、第６実施例は、接続管４の端面の領域でも、特に丸く面取りされた角隅１２に噴霧個所８を有している。これにより噴霧は、接続管４よりも長い空間でも行われる。噴霧個所８の噴流開放角αはこの場合、その他の噴霧個所８の噴流開放角αと同じに、または必要に応じてそれより小さくまたは大きく選択することができる。
【００３３】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、任意の別の噴霧装置のためにも使用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明による噴霧装置の第１実施例を概略的に示した図である。
【図２Ａ】本発明による噴霧装置の第２実施例を概略的に示した図である。
【図２Ｂ】図２Ａに示した実施例の組み込み状態を概略的に示した図である。
【図３】本発明による噴霧装置の第３実施例を概略的に示した図である。
【図４Ａ】本発明による噴霧装置の第４実施例を概略的に示した図である。
【図４Ｂ】図４Ａに示した実施例の組み込み状態を概略的に示した図である。
【図５】本発明による噴霧装置の第５実施例を概略的に示した図である。
【図６】本発明による噴霧装置の第６実施例を概略的に示した図である。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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