(57)【要約】燃料のための噴霧装置（１）、特に水素を得るための化学的な改質器に供給するための噴霧装置（１）であって、燃料噴射弁（２）と噴霧管（４）と給気部（５）と少なくとも１つの調量開口（６）とが設けられている。噴霧管（４）が、少なくとも１つの第１の区分（９）と少なくとも１つの第２の区分（１０）とを備えており、第１の区分（９）と第２の区分（１０）との外径および／または壁厚がそれぞれ異なっている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料のための噴霧装置（１）、特に水素を得るための化学的な改質器に供給するための噴霧装置（１）であって、
燃料噴射弁（２）と噴霧管（４）と給気部（５）と少なくとも１つの調量開口（６）とが設けられている形式のものにおいて、
噴霧管（４）が、少なくとも１つの第１の区分（９）と少なくとも１つの第２の区分（１０）とを備えており、第１の区分（９）と第２の区分（１０）との外径および／または壁厚がそれぞれ異なっていることを特徴とする、噴霧装置。
【請求項２】
第１の区分（９）の内径が、第２の区分（１０）の内径よりも大きくなっている、請求項１記載の噴霧装置。
【請求項３】
第２の区分（１０）が、第１の区分（９）の流出側に形成されている、請求項１または２記載の噴霧装置。
【請求項４】
第２の区分（１０）において、複数のレベル（７）にそれぞれ複数の孔（８）が形成されている、請求項３記載の噴霧装置。
【請求項５】
第２の区分（１０）が、複数の領域（１１，１２）に分けられている、請求項１または２記載の噴霧装置。
【請求項６】
噴霧管（４）の外径が、第１の領域（１１）で、第２の領域（１２）よりも大きくなっている、請求項５記載の噴霧装置。
【請求項７】
第２の領域（１２）が、レベル（７）と一致している、請求項６記載の噴霧装置。
【請求項８】
第２の領域（１２）に、それぞれ複数の孔（８）が形成されている、請求項７記載の噴霧装置。
【請求項９】
第１の区分（９）の壁厚と、第２の区分（１０）の壁厚とが同じ大きさである、請求項３記載の噴霧装置。
【請求項１０】
レベル（７）ごとの孔（８）の直径が、流出方向でみて次第に増加している、請求項９記載の噴霧装置。
【請求項１１】
噴霧管（４）の外側加工が、旋削、切削または浸食によって行われるようになっている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の噴霧装置。
【請求項１２】
孔（８）の直径が、約１００μｍから２５０μｍまでの値を有している、請求項３または９または１０記載の噴霧装置。
【請求項１３】
孔（８）の直径と長さとの比が、１以上である、請求項１２記載の噴霧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念に記載の形式の噴霧装置に関する。
【０００２】
背景技術
燃焼電池により支持された搬送系では、炭化水素を含有する燃料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使用される。
改質器による反応経過のために必要な全ての物質、たとえば空気、水および燃料は、理想的にはガス状態で改質器に供給される。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、搬送系において、有利には液状で処理されるので、蒸発させるために、改質器に供給される直前にはじめて加熱する必要がある。このことによって、適量のガス状の燃料および水蒸気を提供することのできる前蒸発器が必要となる。
【０００３】
水素は多くの場合即座に消費されるので、化学的な改質器は、水素の生産を遅れなしに、たとえば負荷交番時に、または始動段階で、要求に適合できるようにする必要がある。特に冷間始動（コールドスタート）段階では追加的な手段を講じる必要がある。なぜならば改質器は廃熱を提供しないからである。従来慣用の蒸発器は、適量のガス状の反応体を遅れなしに発生させることはできない。
【０００４】
したがって噴霧装置によって微細に分配された状態で燃料を改質器に導入することが有利であり、この場合十分な熱供給で、蒸発プロセスは、微細に分配された燃料の大きな表面積によって改善される。
【０００５】
たとえば米国特許第３９７１８４７号明細書から、改質器に燃料を調量供給するための装置が公知である。ここでは燃料は、改質器から比較的遠くに離れた調量部から、長い供給管路と簡単な形式のノズルとを介して、温度調節された物質流に調量される。この場合燃料は、先ず、燃料を渦動して燃料を配分しようとするノズルの流出開口の下流側に配置された衝突薄板に衝突し、次いで蒸発プロセスにとって必要な比較的長い蒸発区間を介して、改質器の反応領域に到達する。長い供給管路によって、調量装置は、改質器の熱作用から絶縁することができる。
【０００６】
特に前掲米国特許第３９７１８４７号明細書から公知の装置の欠点によれば、ノズルの簡単な構造と衝突薄板の配置構成とによって、燃料の所望の調量供給が、たとえば大きな熱供給を有する改質器の領域で、不十分にしか行うことができない。このことは、長くて大容量の蒸発区間が必要であるので、比較的大きな所要スペースをもたらす。
【０００７】
さらに冷間始動運転状態で問題が生じる。なぜならば長くて大容量の蒸発区間は、ゆっくりにしか温度上昇せず、さらに比較的大きな熱が利用されずに排出されるからである。
【０００８】
特に前掲米国特許第３９７１８４７号明細書で開示された、ノズルと衝突薄板との配置構成によって、中空円筒内面を均等に燃料で湿潤することができず（この場合中空円筒体の特定の面は燃料による湿潤から除外される）、または調量された燃料量を調量室における熱供給の分配に適合させることができない。また調量過程によって生じる燃料クラウドの形状に不十分にしか影響を及ぼすことができない。
【０００９】
発明の利点
これに対して、本発明による、独立請求項の特徴部に記載の構成を有する噴霧装置の利点によれば、噴霧装置の噴霧管の内径を少なくとも部分的に減少することによって、燃料は、調量室に作用する熱供給と調量室の幾何学形状とに応じて微細に噴霧して、均質に分配して導入することができる。
【００１０】
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噴霧装置の別の有利な実施形態が得られる。
【００１１】
有利には、噴霧管は２つの区分に分けられており、第１の区分が比較的大きな内径を、また第２の区分が比較的小さな内径を有しており、この場合比較的小さな内径を有する区分は、比較的大きな内径を有する区分の下流側に配置されている。
【００１２】
別の有利な実施形態によれば、第２の区分の別の区切りが、内径の減少された領域で行われており、内径の減少された領域は、比較的大きな内径を有する領域と交互に位置する。
【００１３】
さらに有利には、一定の内径を有する噴霧管と、流出方向に向かってレベルごとに次第に拡張する孔とを、噴霧を改善するために使用することもできる。
【００１４】
この場合流出方向でみて次第に増加する孔直径と先細の内径との組み合わせは、特に有利である。
【００１５】
実施例の説明
本発明の実施例を図示し、以下に詳しく説明する。
【００１６】
以下に説明する、本発明による噴霧装置１の実施例によって、丈夫な構造で高温の雰囲気内で簡単に調量および噴霧を行うこと、種々異なる空間的な位置関係で使用すること、また標準型の低圧燃料噴射弁を使用することができる。本発明による噴霧装置１は、水素を得るための図示していない化学的な改質器に燃料を供給して噴霧するのに適している。
【００１７】
図１には、本発明による構成手段を用いるのに適した噴霧装置１を示す原理図である。噴霧装置１は、燃料噴射弁２を備えており、燃料噴射弁２は、ねじ締結部もしくはアダプタ３によって、または適当な手段、たとえば溶接もしくはろう接によって、噴霧管４と結合されている。ねじ締結部もしくはアダプタ３に給気部５を設けることができ、給気部５は、燃料噴射弁２によって噴射される燃料噴流に空気を送り込む。少なくとも１つの調量開口６を介して、燃料−空気−混合物は噴霧管４に調量供給される。
【００１８】
噴霧管４は、様々なレベル７に孔８を備えており、孔８を通って、燃料−空気−混合気は噴霧されて、改質器の別の構成要素に導入される。孔８の特別な配置構成ならびに孔８の作用については、図２Ａおよび図２Ｂにつき詳しく説明する。
【００１９】
図２Ａには、本発明による噴霧装置１の噴霧管４の流出側部分を概略的に断面図で示した。図２Ａから判るように、噴霧管４は、流出方向でみて先細になっている。ここでは噴霧管４は、第１の区分９を備えており、第１の区分９は、第２の区分１０よりも大きな直径、特に外径を有している。第２の区分１０には、矢印で示した複数のレベル７で、燃料−空気−混合気を噴霧するための複数の孔８が設けられている。
【００２０】
孔８の領域において噴霧管４の外径が縮小されていることによって、噴霧管４の壁厚は大幅に減少することができる。したがって１よりも極めて大きな直径／長さ比が得られ、したがって噴流の噴霧および拡張が大幅に改善される。
【００２１】
図２Ｂには、本発明による構成手段を備えた噴霧管４の別の実施例を示した。ここでは噴霧管４の外径は、第１の区分９に対して、第２の区分１０の全長にわたって縮小されておらず、様々なレベル７に配置された孔８の領域においてのみ縮小されている。したがって第２の区分１０は、噴霧管４の外径が交互に増減する複数の部分領域１１，１２に分けられている。
【００２２】
噴霧管４の外径を縮小するための手段として、たとえば旋削、研削または浸食が提案される。
【００２３】
できるだけ小さな所要空気量で良好な噴霧を得るために、孔８に約１００〜２５０μｍの直径が所望される。孔８の直径と長さとの間の比が≧１の有利な値を占める場合、噴霧管４の壁厚は約０．１〜０．２５ｍｍである。
【００２４】
選択的に孔８は、直径に関して次のように設計することができ、つまり噴霧管４の縮小を省略できるように設計することができる。この場合孔８の直径は、流出方向で連続するレベル７において次第に増加する。レベル７の数ならびにレベル７ごとの孔８の数は、任意の形式で噴霧形成要求に適合させることができる。
【００２５】
有利には、様々な選択的な実施例がまとめて用いられ、たとえば流出方向でみて次第に増加する孔直径を有する先細の噴霧管４が用いられる。
【００２６】
本発明は、記載の実施例に制限されるものではなく、任意の別の噴霧装置１に関して使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明による構成手段を用いるのに適した噴霧装置全体の原理を概略的に示す図である。
【図２Ａ】本発明による噴霧装置の第１実施例を示す図である。
【図２Ｂ】本発明による噴霧装置の第２実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  噴霧装置、  ２  燃料噴射弁、  ３  アダプタ、  ４  噴霧管、  ５  給気部、  ６  調量開口、  ７  レベル、  ８  孔、  ９  第１の区分、  １０  第２の区分、  １１，１２  部分領域
【図１】
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【国際調査報告】
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