Die
vorliegende Erfindung betrifft einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger,
der Wärme
aufgrund der katalytischen Reaktion einer Gasmischung aus einem
Brenngas und einem sauerstoffhaltigen Gas erzeugt.The
The present invention relates to a catalytic reaction heat generator,
the heat
due to the catalytic reaction of a gas mixture from a
Fuel gas and an oxygen-containing gas generated.
Ein
herkömmlicher
katalytischer Reaktionswärmeerzeuger
schließt
generell einen katalytischen Reaktionsabschnitt, einen Brennstoffzuführabschnitt, einen
Abschnitt für
die Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas und eine Abgasleitung ein.One
conventional
catalytic reaction heat generator
includes
generally a catalytic reaction section, a fuel supply section, a
Section for
the supply of oxygen-containing gas and an exhaust pipe.
Der
katalytische Reaktionsabschnitt erzeugt Wärme aufgrund der katalytischen
Reaktion einer Gasmischung aus einem Brenngas und einem sauerstoffhaltigen
Gas (d. h. einem Gas, das Sauerstoff enthält). Der Brennstoffzuführabschnitt
liefert Brennstoff zu dem katalytischen Reaktionsabschnitt. Der Abschnitt
für die
Zufuhr von sauerstoffhaltigem Gas liefert sauerstoffhaltiges Gas
zum katalytischen Reaktionsabschnitt. Das Abgas wird über die
Abgasleitung aus dem katalytischen Reaktionsabschnitt ausgetragen.Of the
catalytic reaction section generates heat due to the catalytic
Reaction of a gas mixture of a fuel gas and an oxygen-containing
Gas (i.e., a gas containing oxygen). The fuel delivery section
supplies fuel to the catalytic reaction section. The section
for the
Supply of oxygen-containing gas provides oxygen-containing gas
to the catalytic reaction section. The exhaust gas is over the
Exhaust pipe discharged from the catalytic reaction section.
Bei
dem Brennstoff handelt es sich beispielsweise um Wasserstoff oder
ein Methangas. Bei dem sauerstoffhaltigen Gas handelt es sich um
Luft.at
The fuel is, for example, hydrogen or
a methane gas. The oxygen-containing gas is
Air.
Wenn
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger über lange
Zeit in einer Niedertemperaturumgebung bleibt, ist es erforderlich,
den katalytischen Reaktionsabschnitt auf eine relativ hohe Temperatur von
etwa 300 °C
aufzuwärmen,
um den Katalysator zu aktivieren. In diesem Fall umfaßt die Niedertemperaturumgebung
sowohl Raumtemperatur als auch niedrigere Temperaturen (z.B. –30 °) unterhalb
des Gefrierpunkts.If
the catalytic reaction heat generator over a long time
Time remains in a low-temperature environment, it is necessary
the catalytic reaction section to a relatively high temperature of
about 300 ° C
warm,
to activate the catalyst. In this case, the low temperature environment includes
both room temperature and lower temperatures (e.g., -30 °) below
Freezing point.
Um
die Temperatur des katalytischen Reaktionsabschnitts umgehend zu
erhöhen,
wird üblicherweise
ein elektrischer Wärmeerzeuger
bereitgestellt, um die Erwärmung
des Katalysators zu forcieren, wenn die Abgastemperatur niedrig
ist (siehe die japanische Patent-Offenlegungsschrift Nr. 5-98952).
Der elektrische Wärmeerzeuger
kann den Katalysator im aktivierten Zustand halten.Around
the temperature of the catalytic reaction section immediately
increase,
becomes common
an electrical heat generator
provided to the warming
to force the catalyst when the exhaust gas temperature is low
is (see Japanese Patent Laid-Open Publication No. 5-98952).
The electric heat generator
can keep the catalyst in the activated state.
Beispielsweise
wird ein elektrisch beheizbarer Katalysator (im folgenden als EHC
bezeichnet) verwendet. Bei dem Hilfs-Katalysatorträger handelt es
sich um eine Metallwabenstruktur. Wenn der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
aktiviert wird, wird der Hilfskatalysatorträger mit Strom beaufschlagt
und erzeugt Wärme,
bis die Temperatur des Katalysators das Aktivierungsniveau erreicht.For example
is an electrically heatable catalyst (hereinafter referred to as EHC
referred to) used. The auxiliary catalyst carrier is
itself around a metal honeycomb structure. When the catalytic reaction heat generator
is activated, the auxiliary catalyst carrier is energized
and generates heat,
until the temperature of the catalyst reaches the activation level.
Energieeinsparung,
Senkung der Gesamtzahl an Bauteilen und Sicherstellung einer sofortigen Aktivierung
sind jedoch wichtige Faktoren für
einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger.
In diesem Zusammenhang ist es wünschenswert,
eine Anordnung ohne EHC zu übernehmen,
die in der Lage ist, den Katalysator sofort zu aktivieren und eine
schnelle Antwort zu gewährleisten,
ohne auf einen EHC angewiesen zu sein.Energy saving,
Reduce the total number of components and ensure immediate activation
However, these are important factors for
a catalytic reaction heat generator.
In this context, it is desirable
to adopt an arrangement without EHC,
which is able to activate the catalyst immediately and one
to ensure fast response
without relying on an EHC.
Die
Erfinder der vorliegenden Erfindung sind der Meinung, daß es wichtig
ist, die Wärme,
die vom katalytischen Reaktionsabschnitt als thermische Energie
erzeugt wird, zum Heizen des Katalysators zu verwenden. Dies ist
ein Schlüsselfaktor
für die
umgehende Erhöhung
der Temperatur des Katalysators, wenn der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
in einer Niedertemperaturumgebung aktiviert wird.The
Inventors of the present invention believe that it is important
is, the heat,
that of the catalytic reaction section as thermal energy
is generated, to use for heating the catalyst. This is
a key factor
for the
immediate increase
the temperature of the catalyst when the catalytic reaction heat generator
is activated in a low temperature environment.
In
diesem Fall wird der Überschuß an sauerstoffhaltigem
Gas (d.h. ein Sauerstoffüberschuß) in der
Gasmischung, die dem katalytischen Reaktionsabschnitt zugeführt wird,
reduziert. Die Menge des sauerstoffhaltigen Gases in der Gasmischung,
die dem katalytischen Reaktionsabschnitt zugeführt wird, wird relativ klein.
Dies ist wirksam bei der Unterdrückung
von Wärmeabgabe
an das sauerstoffhaltige Gas.In
In this case, the excess of oxygen-containing
Gas (i.e., an excess of oxygen) in the
Gas mixture supplied to the catalytic reaction section
reduced. The amount of oxygen-containing gas in the gas mixture,
which is fed to the catalytic reaction section, becomes relatively small.
This is effective in suppression
of heat emission
to the oxygen-containing gas.
Bei
dem sauerstoffhaltigen Gas handelt es sich beispielsweise um Luft.
Ein Luftüberschuß in der Gasmischung
bezieht sich auf einen Überschuß von Luftmenge
zu Brennstoffmenge. Das Reduzieren eines Luftüberschusses in einer Gasmischung,
die dem katalytischen Reaktionsabschnitt zugeführt wird, entspricht einem
Senken der Luftmenge, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt
geliefert wird. Infolgedessen kann die Wärmeabgabe an die Luft unterdrückt werden.at
the oxygen-containing gas is, for example, air.
An excess of air in the gas mixture
refers to an excess of air
to fuel quantity. Reducing an excess of air in a gas mixture,
which is fed to the catalytic reaction section corresponds to a
Lower the amount of air entering the catalytic reaction section
is delivered. As a result, the heat release to the air can be suppressed.
Somit
kann die Wärme
der katalytischen Reaktion effektiv genutzt werden, um die Temperatur des
Katalysators oder des Katalysatorträgers zu erhöhen. Der Katalysator kann sofort
innerhalb kurzer Zeit auf hohe Temperaturen erwärmt werden. Die Umsetzung einer
schnellen Aktivierung des Katalysators wird wegen der Senkung der
Gesamtmenge an nicht-umgesetztem Gas, das unerwünschterweise aus dem katalytischen
System ausgetragen wird, bevorzugt.Consequently
can the heat
the catalytic reaction can be effectively used to control the temperature of the
Catalyst or catalyst carrier to increase. The catalyst can be done immediately
be heated to high temperatures within a short time. The implementation of a
rapid activation of the catalyst is due to the lowering of the
Total amount of unreacted gas that is undesirably from the catalytic
System is discharged, preferably.
Das
einfache Reduzieren des Luftüberschusses
in der Gasmischung, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt
geliefert wird, bewirkt jedoch andererseits, daß die Brenngaskonzentration der
Gasmischung, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt geliefert
wird, fett wird.The
easy reducing the excess air
in the gas mixture, in the catalytic reaction section
On the other hand, however, causes the fuel gas concentration of the
Gas mixture supplied in the catalytic reaction section
becomes, gets fat.
Im
Anfangsschritt der katalytischen Reaktion ist die Temperatur so
niedrig, daß der
Katalysator nicht ausreichend aktiviert werden kann. Eine relativ große Menge
an Brenngas bewirkt keine Reaktion im katalytischen Reaktionsabschnitt
und verläßt den katalytischen
Reaktionsabschnitt durch die Abgasleitung. Die Brenngaskonzentration
in dem Abgas, das aus dem katalytischen Reaktionsabschnitt ausgetragen
wird, ist hoch. Die Brenngaskonzentration sollte unter eine Explosionsgrenze
gedrückt
werden.In the initial step of the catalytic reaction, the temperature is so low that the catalyst can not be sufficiently activated. A relatively large amount of fuel gas causes no reaction in the catalytic reaction section and leaves the catalytic reaction section through the exhaust pipe. The fuel gas concentration in the exhaust gas discharged from the catalytic reaction section is high. The fuel gas concentration should be pushed below an explosion limit.
Es
existieren herkömmliche
Katalysatoren, die Platin, Palladium oder andere Edelmetalle enthalten.
Diese Katalysatoren werden in einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
eingebaut, um eine katalytische Reaktion mit Wasserstoff oder einem
anderen Brennstoff mit höherer
Reaktivität
zu bewirken. Dieser katalytische Reaktions wärmeerzeuger soll die Temperaturanforderungen
für eine
katalytische Reaktion erfüllen.It
exist conventional
Catalysts containing platinum, palladium or other noble metals.
These catalysts are transformed into a catalytic reaction heat generator
incorporated to a catalytic reaction with hydrogen or a
other fuel with higher
Reactivity
to effect. This catalytic reaction heat generator should the temperature requirements
for one
fulfill catalytic reaction.
Die
Umgebung des Katalysators enthält
jedoch eine beträchtliche
Menge an Feuchtigkeit. Die Feuchtigkeit verschlechtert generell
die Reaktivität des
Katalysators. In einer Niedertemperatur/Hochfeuchtigkeits-Umgebung
wird die Feuchtigkeit von dem Katalysator oder dem Katalysatorträger adsorbiert.
Die adsorbierte Feuchtigkeit verhindert, daß der Katalysator mit dem Brenngas
und der Luft in Kontakt kommt. Ferner verhindert die adsorbierte Feuchtigkeit,
daß diese
Gase in den Katalysator diffundieren. Somit wird die Reaktivität des Katalysators verschlechtert,
insbesondere wenn ein EHC verwendet wird, um die Temperatur des
Katalysators zu erhöhen.The
Contains environment of the catalyst
but a considerable one
Amount of moisture. The humidity generally deteriorates
the reactivity of the
Catalyst. In a low temperature / high humidity environment
For example, the moisture is adsorbed by the catalyst or catalyst carrier.
The adsorbed moisture prevents the catalyst from burning with the fuel gas
and the air comes into contact. Furthermore, the adsorbed moisture prevents
that these
Gases diffuse into the catalyst. Thus, the reactivity of the catalyst is deteriorated,
especially if an EHC is used to lower the temperature of the
Catalyst to increase.
ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNGSUMMARY
THE INVENTION
Angesichts
der oben beschriebenen Probleme hat die vorliegende Erfindung zum
Ziel, einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger bereitzustellen,
der in der Lage ist, die Temperatur des Katalysators sofort zu erhöhen und
die Emission von etwaigem nicht-umgesetztem Gas zu reduzieren. In view of the problems described above, the object of the present invention is to provide a catalytic reaction heat generator capable of immediately increasing the temperature of the catalyst and reducing the emission of any unreacted gas.
In
der folgenden Beschreibung der Zusammenfassung werden die Bezugszeichen
in Klammern verwendet, um die Entsprechungen mit Komponenten, Abschnitten
oder dergleichen zu zeigen, die in den folgenden bevorzugten Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung offenbart sind. Es erübrigt sich, darauf hinzuweisen,
daß die
wesentlichen Merkmale der vorliegenden Erfindung nicht so zu verstehen
sind, daß sie
auf diese praktischen Beispiele beschränkt sind.In
In the following description of the summary, the reference numerals will be used
used in brackets to identify the correspondences with components, sections
or the like shown in the following preferred embodiments
disclosed in the present invention. It is unnecessary to point out
that the
Essential features of the present invention should not be so understood
they are
are limited to these practical examples.
Um
das obige und weitere damit zusammenhängende Ziele zu erreichen,
stellt die vorliegende Erfindung einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
bereit, der einen katalytischen Reaktionsabschnitt (60),
ein Brennstoffzuführmittel
(30), ein Zuführmittel
(40) für
sauerstoffhaltiges Gas und eine Abgasleitung (80) einschließt. Der
katalytische Reaktionsabschnitt (60) erzeugt Wärme aufgrund
der katalytischen Reaktion einer Gasmischung aus einem Brenngas
und einem sauerstoffhaltigen Gas. Das Brennstoffzuführmittel
(30), das stromaufwärts
vom katalytischen Reaktionsabschnitt (60) angeordnet ist, liefert
Brennstoff in den katalytischen Reaktionsabschnitt (60).
Das Zuführmittel
(40) für
sauerstoffhaltiges Gas liefert sauerstoffhaltiges Gas in den katalytischen
Reaktionsabschnitt (60). Die Abgasleitung (80)
ist stromabwärts
vom katalytischen Reaktionsabschnitts (60) angeordnet,
um Abgas aus dem katalytischen Reaktionsabschnitt auszutragen. Ferner schließt der katalytische
Reaktionswärmeerzeuger der
Erfindung eine Umgehungsleitung (100) ein, deren eines
Ende mit der stromaufwärtigen
Seite des katalytischen Reaktionsabschnitts (60) verbunden ist,
und deren anderes Ende mit der stromabwärtigen Seite des katalytischen
Reaktionsabschnitts (60) verbunden ist. Über die
Umgehungsleitung (100) wird ein Teil des sauerstoffhaltigen
Gases, das vom Zuführmittel
(40) für
sauerstoffhaltiges Gas geliefert wird, direkt in die Abgasleitung
(80) geliefert. Somit wird das sauerstoffhaltige Gas auf
den katalytischen Reaktionsabschnitt (60) und die Umgehungsleitung (100)
aufgeteilt.To achieve the above and other related objects, the present invention provides a catalytic reaction heat generator having a catalytic reaction section (US Pat. 60 ), a fuel supply means ( 30 ), a delivery means ( 40 ) for oxygen-containing gas and an exhaust pipe ( 80 ). The catalytic reaction section ( 60 ) generates heat due to the catalytic reaction of a gas mixture of a fuel gas and an oxygen-containing gas. The fuel supply means ( 30 ) upstream of the catalytic reaction section ( 60 ), provides fuel to the catalytic reaction section ( 60 ). The delivery means ( 40 ) for oxygen-containing gas provides oxygen-containing gas in the catalytic reaction section ( 60 ). The exhaust pipe ( 80 ) is downstream of the catalytic reaction section ( 60 ) to discharge exhaust gas from the catalytic reaction section. Furthermore, the catalytic reaction heat generator of the invention includes a bypass ( 100 ), one end of which is connected to the upstream side of the catalytic reaction section (FIG. 60 ) and the other end thereof is connected to the downstream side of the catalytic reaction section (FIG. 60 ) connected is. About the bypass ( 100 ) is a part of the oxygen-containing gas, the supply of ( 40 ) for oxygen-containing gas, directly into the exhaust pipe ( 80 ) delivered. Thus, the oxygen-containing gas is transferred to the catalytic reaction section ( 60 ) and the bypass ( 100 ) divided up.
Gemäß dieser
Erfindung wird der gesamte Brennstoff vom Brennstoffzuführmittel
(30) in den katalytischen Reaktionsabschnitt (60)
geliefert. Andererseits wird das sauerstoffhaltige Gas zum Teil über eine
Leitung vom Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges Gas
zum katalytischen Reaktionsabschnitt (60) geliefert. Ferner
wird ein Teil des sauerstoffhaltigen Gases direkt über eine
andere Leitung vom Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges
Gas zur Abgasleitung (80) geliefert.According to this invention, all the fuel is removed from the fuel supply means ( 30 ) in the catalytic reaction section ( 60 ) delivered. On the other hand, the oxygen-containing gas is partly transferred via a line from the oxygen-containing gas supply means to the catalytic reaction section (FIG. 60 ) delivered. Further, part of the oxygen-containing gas is directly supplied via another line from the oxygen-containing gas supply means to the exhaust gas line (FIG. 80 ) delivered.
Gemäß dieser
Anordnung empfängt
der katalytische Reaktionsabschnitt (60) eine Gasmischung mit
einem niedrigen Überschuß an sauerstoffhaltigem
Gas. Ein Teil der Luft, die den katalytischen Reaktionsabschnitt
(60) umgeht, tritt direkt in die Abgasleitung (80)
ein und vermischt sich mit dem nicht-umgesetztem Gas, das vom katalytischen
Reaktionsabschnitt (60) abgegeben wurde. Die Luft verdünnt das nicht-umgesetzte
Gas. Somit wird ein nicht-umgesetztes Gas mit einer niedrigen Konzentration über die
Abgasleitung (80) ausgetragen.According to this arrangement, the catalytic reaction section ( 60 ) a gas mixture with a slight excess of oxygen-containing gas. Part of the air containing the catalytic reaction section ( 60 ) bypasses, enters directly into the exhaust pipe ( 80 ) and mixes with the unreacted gas coming from the catalytic reaction section ( 60 ). The air dilutes the unreacted gas. Thus, an unreacted gas with a low concentration via the exhaust pipe ( 80 ).
Der Überschuß an sauerstoffhaltigem
Gas ist identisch mit dem Luftüberschuß, wenn
es sich bei dem sauerstoffhaltigen Gas um Luft handelt. Der Luftüberschuß ist bekanntlich
die Luftmenge in einem Verbrennungsprozeß, die größer ist als die Menge, die
theoretisch für
eine vollständige
Oxidation erforderlich ist. Der Luftüberschuß stellt das Verhältnis des
aktuellen Luft/Brennstoffverhältnisses
zum theoretischen Luft/Brennstoffverhältnis dar.The excess of oxygen-containing gas is identical to the excess of air when the oxygen-containing gas is air. The excess air is known to be the amount of air in a combustion process that is greater than the amount theoretically required for complete oxidation is necessary. The excess air represents the ratio of the current air / fuel ratio to the theoretical air / fuel ratio.
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Anordnung bereit, die in der Lage
ist, die obigen Wirkungen gleichzeitig zu erzielen. In diesem Fall
ist es nicht erforderlich, die Gesamtmenge des sauerstoffhaltigen Gases,
das vom Zuführmittel
(40) für
sauerstoffhaltiges Gas geliefert wird, zu ändern.The present invention provides an arrangement capable of achieving the above effects simultaneously. In this case, it is not necessary to calculate the total amount of oxygen-containing gas from the feed ( 40 ) for oxygenated gas is to be changed.
Bei
dem Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges Gas
handelt es sich beispielsweise um eine Einrichtung, die mit einem
Ventilator oder einem Gebläse ausgestattet
ist, um sauerstoffhaltiges Gas, wie Luft, von außen zuzuführen. Diese Art von Einrichtung weist
eine ungenügende
Empfindlichkeit bei der Steuerung der Durchflußmenge des sauerstoffhaltigen
Gases auf. Es ist generell schwierig, die Durchflußmenge des
sauerstoffhaltigen Gases, die in den katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
geliefert wird, exakt zu steuern.at
the delivery means
for oxygen-containing gas
For example, it is a device that has a
Fan or a blower
is to supply oxygen-containing gas, such as air, from the outside. This type of device has
an insufficient one
Sensitivity in the control of the flow rate of the oxygen-containing
Gas on. It is generally difficult to control the flow rate of the
oxygen-containing gas entering the catalytic reaction heat generator
is delivered, exactly to control.
Die
vorliegende Erfindung stellt eine Umgehungsleitung (100)
bereit, um die Durchflußmenge des
sauerstoffhaltigen Gases, das in den katalytischen Reaktionsabschnitt
(60) geliefert wird, exakt zu ändern. Eine Öffnungs/Schließungs-Steuerung der
Umgehungsleitung (100) ist wirksam, um eine gute Empfindlichkeit
bei der Steuerung der Durchflußmenge
des sauerstoffhaltigen Gases, das in den katalytischen Reaktionsabschnitt
geliefert wird, sicherzustellen.The present invention provides a bypass line ( 100 ) ready to measure the flow rate of the oxygen-containing gas entering the catalytic reaction section ( 60 ) is to be changed exactly. An opening / closing control of the bypass ( 100 ) is effective to ensure good sensitivity in controlling the flow rate of the oxygen-containing gas supplied into the catalytic reaction section.
Eine
solche Änderung
der Durchflußmenge des
sauerstoffhaltigen Gases, das in den katalytischen Reaktionsabschnitt
(60) geliefert wird, kann nicht durch Steuern der Last
bzw. der Fördermenge des
Zuführmittels
für das
sauerstoffhaltige Gas verwirklicht werden.Such a change in the flow rate of the oxygen-containing gas entering the catalytic reaction section ( 60 ) can not be realized by controlling the load of the oxygen-containing gas supply means.
Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es nicht erforderlich, die Gesamtmenge an sauerstoffhaltigem
Gas, das von dem Zuführmittel
(40) für
sauerstoffhaltiges Gas geliefert wird, zu ändern. Die Fördermenge
des Zuführmittels
(40) für
sauerstoffhaltiges Gas kann auf einem stationären Wert gehalten werden.According to the present invention, it is not necessary to calculate the total amount of oxygen-containing gas supplied by the supply means ( 40 ) for oxygenated gas is to be changed. The delivery rate of the delivery means ( 40 ) for oxygen-containing gas can be kept at a steady state value.
Anders
ausgedrückt,
die vorliegende Erfindung kann den Mengenstrom an sauerstoffhaltigem Gas,
das in den katalytischen Reaktionsabschnitt (60) geliefert
wird, ändern,
ohne die Fördermenge des
Zuführmittels
(40) für
sauerstoffhaltiges Gas zu verändern.In other words, the present invention can control the mass flow of oxygen-containing gas entering the catalytic reaction section (FIG. 60 ), without changing the delivery rate of the delivery means ( 40 ) for oxygen-containing gas.
Auf
diese Weise liefert der katalytische Reaktionswärmeerzeuger der vorliegenden
Erfindung eine Gasmischung in den katalytischen Reaktionsabschnitt
(60), wobei der Überschuß an sauerstoffhaltigem
Gas gering ist. Obwohl der katalytische Reaktionsabschnitt (60)
Wärme erzeugt,
kann der Umfang der Wärmeabgabe
an das sauerstoffhaltige Gas auf einen niedrigeren Wert gesenkt
werden. Somit kann die vorliegende Erfindung selbst in einer Anordnung ohne
EHC die Temperatur des Katalysators umgehend steigern und kann somit
die Emission von etwaigem nicht-umgesetztem Gas senken.In this way, the catalytic reaction heat generator of the present invention provides a gas mixture in the catalytic reaction section ( 60 ), wherein the excess of oxygen-containing gas is low. Although the catalytic reaction section ( 60 ) Generates heat, the amount of heat release to the oxygen-containing gas can be reduced to a lower level. Thus, even in an arrangement without EHC, the present invention can promptly increase the temperature of the catalyst, and thus lower the emission of any unreacted gas.
Ferner
liefert der katalytische Reaktionswärmeerzeuger der vorliegenden
Erfindung einen Teil des sauerstoffhaltigen Gases direkt über eine
Umgehungsleitung (100) in die Abgasleitung (80).
Die Konzentration an nicht-umgesetztem Gas im Abgas kann gesenkt
werden.Further, the catalytic reaction heat generator of the present invention directly supplies a portion of the oxygen-containing gas via a bypass (FIG. 100 ) in the exhaust pipe ( 80 ). The concentration of unreacted gas in the exhaust gas can be lowered.
Somit
kann die vorliegende Erfindung einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
bereitstellen, der in der Lage ist, die Temperatur des Katalysators
umgehend zu erhöhen
und die Emission von etwaigem nicht-umgesetztem Gas zu senken.Consequently
For example, the present invention can provide a catalytic reaction heat generator
capable of providing the temperature of the catalyst
increase immediately
and to reduce the emission of any unreacted gas.
Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung schließt
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
ferner ein Umgehungsleitungs-Steuermit tel (110) und ein
Temperaturerfassungsmittel (90) ein. Das Umgehungsleitungs-Steuermittel
(110) ist für
die Öffnungs-
und Schließungs-Steuerung
der Umgehungsleitung (100) bereitgestellt. Das Temperaturerfassungsmittel
(90) ist bereitgestellt, um die Temperatur des Abgases
zu erfassen, das vom katalytischen Reaktionsabschnitt (60)
abgegeben wird. Das Umgehungsleitungs-Steuermittel (110)
wird aufgrund von Informationen gesteuert, die vom Temperaturerfassungsmittel
(90) geliefert werden.According to a preferred embodiment of the present invention, the catalytic reaction heat generator further includes a bypass line control means (FIG. 110 ) and a temperature sensing means ( 90 ) one. The bypass line control means ( 110 ) is for the opening and closing control of the bypass ( 100 ) provided. The temperature sensing means ( 90 ) is provided to detect the temperature of the exhaust gas emitted by the catalytic reaction section ( 60 ) is delivered. The bypass line control means ( 110 ) is controlled on the basis of information provided by the temperature sensing means ( 90 ) to be delivered.
Gemäß dieser
Ausführungsform
wird das Temperaturerfassungsmittel (90) verwendet, um
zu beurteilen, ob die Temperatur des katalytischen Reaktionsabschnitts
(60) das Aktivierungsniveau des Katalysators erreicht hat.
Das Umgehungsleitungs-Steuermittel (110), das das Öffnen/Schließen der
Umgehungsleitung (100) steuert, kann den Überschuß an sauerstoffhaltigem
Gas in einer Gasmischung, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt (60)
geliefert wird, steuern.According to this embodiment, the temperature detecting means ( 90 ) is used to judge whether the temperature of the catalytic reaction section ( 60 ) has reached the activation level of the catalyst. The bypass line control means ( 110 ), which is the opening / closing of the bypass ( 100 ) can control the excess of oxygen-containing gas in a gas mixture which enters the catalytic reaction section ( 60 ) is controlled.
Gemäß dieser
Anordnung kann der Überschuß an sauerstoffhaltigem
Gas, das in den katalytischen Reaktionsabschnitt (60) geliefert
wird, gemäß der Temperatur
des katalytischen Reaktionsabschnitts (60) angemessen angepaßt werden.According to this arrangement, the excess of oxygen-containing gas entering the catalytic reaction section ( 60 ), according to the temperature of the catalytic reaction section ( 60 ) are adjusted appropriately.
Genauer
erreicht die Temperatur des katalytischen Reaktionsabschnitts (60)
das Aktivierungsniveau des Katalysators. Danach steuert das Umgehungsleitungs-Steuerungsmittel
(110) das Öffnen/Schließen der
Umgehungsleitung (100), um die Katalysatortemperatur auf
einem erwünschten
Niveau zu halten, das zuvor mit Rücksicht auf die Wärmebeständigkeit
des katalytischen Reaktionsabschnitts (60) bestimmt wird.Specifically, the temperature of the catalytic reaction section ( 60 ) the activation level of the catalyst. Thereafter, the bypass line control means controls ( 110 ) the opening / closing of the bypass ( 100 ) to maintain the catalyst temperature at a desired Ni previously considered with regard to the heat resistance of the catalytic reaction section ( 60 ) is determined.
Nachdem
die Temperatur des katalytischen Reaktionsabschnitts (60)
das Aktivierungsniveau des Katalysators erreicht hat, kann sämtliches
sauerstoffhaltige Gas in den katalytischen Reaktionsabschnitt (60)
geliefert werden. In diesem Fall ist der Überschuß an zugeführtem sauerstoffhaltigem Gas
hoch.After the temperature of the catalytic reaction section ( 60 ) has reached the activation level of the catalyst, all oxygen-containing gas in the catalytic reaction section ( 60 ) to be delivered. In this case, the excess of oxygen-containing gas supplied is high.
Das
sauerstoffhaltige Gas hat eine ausgezeichnete Verdünnungswirkung
(d.h. eine wärmesenkende
Wirkung). Dies ist wirksam, um zu verhindern, daß die Verbrennungs temperatur
des katalytischen Reaktionsabschnitts (60) übermäßig steigt. Die
Katalysatorleistung oder der Katalysatorträger werden nicht verschlechtert.The oxygen-containing gas has an excellent dilution effect (ie, a heat-lowering effect). This is effective to prevent the combustion temperature of the catalytic reaction section ( 60 ) increases excessively. The catalyst performance or catalyst support is not degraded.
Dagegen
steuert, wenn im katalytischen Reaktionsabschnitt (60)
Niedertemperaturbedingungen herrschen, das Umgehungsleitungs-Steuermittel (110)
die Umgehungsleitung (100), damit sie sich öffnet. Der
katalytische Reaktionsabschnitt (60) kann eine Gasmischung
mit einem niedrigen Überschuß an sauerstoffhaltigem
Gas empfangen.On the contrary, if in the catalytic reaction section ( 60 ) Conditions prevail, the bypass line control means ( 110 ) the bypass ( 100 ), so that it opens. The catalytic reaction section ( 60 ) can receive a gas mixture with a slight excess of oxygen-containing gas.
Vorzugsweise
wird das Temperaturerfassungsmittel (90) stromabwärts vom
katalytischen Reaktionsabschnitt (60) bereitgestellt.Preferably, the temperature sensing means ( 90 ) downstream of the catalytic reaction section ( 60 ) provided.
Ferner
ist es bevorzugt, wenn es sich bei dem Umgehungsleitungs-Steuermittel
(110) um ein verformbares Element handelt, das sich als
Antwort auf eine Temperaturänderung
verformen kann und an einer Stelle bereitgestellt ist, wo das verformbare Element
vom Abgas, das vom katalytischen Reaktionsabschnitt abgegeben wird,
erwärmt
wird.Further, it is preferable if the bypass line control means (FIG. 110 ) is a deformable member capable of deforming in response to a temperature change and provided at a location where the deformable member is heated by the exhaust gas discharged from the catalytic reaction portion.
Gemäß dieser
Anordnung verformt sich das Umgehungsleitungs-Steuermittel (110)
als Antwort auf eine Temperaturänderung
des Abgases, das vom katalytischen Reaktionsabschnitt abgegeben
wird. Die Umgehungsleitung (100) öffnet oder schließt sich gemäß der Verformung
des Umgehungsleitungs-Steuermittels (110). Für diese
Anordnung ist kein Temperaturerfassungsmittel (90) erforderlich.According to this arrangement, the bypass line control means deforms ( 110 ) in response to a temperature change of the exhaust gas discharged from the catalytic reaction section. The bypass ( 100 ) opens or closes according to the deformation of the bypass line control means (FIG. 110 ). For this arrangement, no temperature sensing means ( 90 ) required.
In
diesem Fall handelt es sich bei dem verformbaren Element vorzugsweise
um ein bimetallisches Element oder um ein Element mit Formgedächtnis.In
In this case, the deformable element is preferably
a bimetallic element or a shape memory element.
Ferner
wird vorzugsweise ein Steuermittel (ECU) bereitgestellt, um das
Brennstoffzuführmittel (30)
so zu steuern, dass es die Menge des zugeführten Brennstoffs gemäß der Temperaturänderung
des katalytischen Reaktionsabschnitts (60) erhöht und senkt.Further, preferably, a control means (ECU) is provided to control the fuel supply means (ECU). 30 ) so as to control the amount of fuel supplied according to the temperature change of the catalytic reaction section ( 60 ) increases and decreases.
Gemäß dieser
Anordnung kann die Brennstoff-Zufuhrmenge aufgrund der Temperaturumgebung
unter Startbedingungen angemessen gesteuert werden.According to this
Arrangement may be the fuel supply amount due to the temperature environment
adequately controlled under start conditions.
Genauer
gesagt kann, wenn der katalytische Reaktionswärmeerzeuger seinen Betrieb
in einer Niedertemperaturumgebung aufnimmt, das Brennstoffzuführmittel
(30) die Menge an zugeführtem Brennstoff
allmählich
erhöhen,
wobei die zugeführte Menge
an sauerstoffhaltigem Gas auf einem konstanten Wert gehalten wird.More specifically, when the catalytic reaction heater starts operating in a low-temperature environment, the fuel supply means (FIG. 30 ) gradually increase the amount of supplied fuel while maintaining the supplied amount of oxygen-containing gas at a constant value.
Wenn
der Katalysator unter Niedertemperatur-Startbedingungen eine niedrige
Aktivität
aufweist, ist die Menge an zugeführtem
Brennstoff relativ klein, und demgemäß weist die Gasmischung einen
höheren Überschuß an sauerstoffhaltigem
Gas auf. Wenn die Katalysatortemperatur ein ausreichend hohes Niveau
erreicht, ist die Menge an zugeführtem
Brennstoff relativ hoch, und demgemäß weist die Gasmischung einen
angemessenen Überschuß an sauerstoffhaltigem
Gas auf.If
the catalyst under low temperature starting conditions a low
activity
has, is the amount of supplied
Fuel is relatively small, and accordingly, the gas mixture has a
higher excess of oxygenated
Gas on. When the catalyst temperature is a high enough level
reached, is the amount of supplied
Fuel relatively high, and accordingly, the gas mixture has a
adequate excess of oxygenated
Gas on.
Das
sauerstoffhaltige Gas weist einen ausgezeichneten Verdünnungseffekt
auf. Nicht-umgesetztes Gas wird mit einer niedrigeren Konzentration vom
Abgaskanal abgegeben.The
oxygen-containing gas has an excellent dilution effect
on. Unreacted gas is at a lower concentration of
Exhaust duct delivered.
Wie
oben beschrieben, besteht in einer Niedertemperaturumgebung mit
hohem Feuchtigkeitsgehalt die Tendenz, daß Feuchtigkeit auf dem Katalysator
oder auf dem Katalysatorträger
adsorbiert wird. Die adsorbierte Feuchtigkeit verhindert einen Kontakt
des Katalysators mit dem Brenngas und der Luft. Ferner verhindert
die adsorbierte Feuchtigkeit, daß diese Gase in den Katalysator
diffundieren.As
described above, is in a low-temperature environment with
High moisture content tends to cause moisture on the catalyst
or on the catalyst support
is adsorbed. The adsorbed moisture prevents contact
the catalyst with the fuel gas and the air. Further prevented
the adsorbed moisture that these gases in the catalyst
diffuse.
Der
katalytische Reaktionsabschnitt ist aus einem Katalysatorträger, der
auf einem Basismaterial angeordnet ist, und einem Katalysator, der
auf diesem Katalysatorträger
angeordnet ist, aufgebaut. Der Katalysatorträger weist zahlreiche Poren
auf, um eine ausreichende Oberfläche
für die
Katalysatorquelle bereitzustellen. Das Basismaterial besteht aus keramischen
Waben.Of the
catalytic reaction section is made of a catalyst support, the
is arranged on a base material, and a catalyst, the
on this catalyst support
is arranged, constructed. The catalyst carrier has numerous pores
on to a sufficient surface
for the
To provide catalyst source. The base material is made of ceramic
Honeycomb.
Wenn
der Katalysator in einer Niedertemperatur/Hochfeuchtigkeits-Umgebung
bleibt, wird die Feuchtigkeit auf der Oberfläche des Katalysatorträgers adsorbiert
oder wird in den Poren des Katalysatorträgers adsorbiert. Somit wird
der Katalysator teilweise von Feuchtigkeit überzogen. Der Katalysator kann
durchnäßt werden.
Die adsorbierte Feuchtigkeit verhindert, daß der Katalysator mit Brenngas und
sauerstoffhaltigem Gas in Kontakt kommt. Ferner verhindert die adsorbierte
Feuchtigkeit, daß diese
Gase in den Katalysator diffundieren. Infolgedessen wird die Reaktivität des Katalysators
verschlechtert.If
the catalyst in a low temperature / high humidity environment
remains, the moisture is adsorbed on the surface of the catalyst support
or is adsorbed in the pores of the catalyst carrier. Thus, will
the catalyst partially covered by moisture. The catalyst can
be soaked.
The adsorbed moisture prevents the catalyst with fuel gas and
oxygen-containing gas comes into contact. Furthermore, the adsorbed prevents
Moisture that these
Gases diffuse into the catalyst. As a result, the reactivity of the catalyst
deteriorated.
Dieses
Phänomen
wird allgemein als kapillare Kondensation bezeichnet. Das kapillare
Kondensationsphänomen
wird häufig
in herkömmlichen
katalytischen Reaktionswärmeerzeugern
beobachtet, bevor sie den Betrieb aufnehmen.This
phenomenon
is commonly referred to as capillary condensation. The capillary
condensation phenomenon
becomes common
in conventional
catalytic reaction heat generators
observed before starting up.
Um
das genannte Problem zu lösen,
haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Forschungs- und Entwicklungsarbeit
geleistet. Gemäß den Versuchsergebnissen
hängt die
kapillare Kondensation stark von der Porengröße des Katalysatorträgers ab. Die
kapillare Kondensation tritt auf, wenn die Poren klein sind.Around
to solve the mentioned problem,
The inventors of the present invention have research and development work
done. According to the test results
depends on that
capillary condensation greatly depends on the pore size of the catalyst support. The
Capillary condensation occurs when the pores are small.
Ferner
ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung wünschenswert,
daß der
Katalysatorträger,
der in dem katalytischen Reaktionsabschnitt (60) verwendet
wird, einen Porendurchmesser aufweist, der über einem vorgegebenen Bereich
liegt. Das Phänomen
der kapillaren Kondensation tritt dann auch in einer stark feuchten
Umgebung nicht auf.Further, according to the present invention, it is desirable that the catalyst support present in the catalytic reaction section ( 60 ), has a pore diameter which is over a predetermined range. The phenomenon of capillary condensation does not occur even in a strongly humid environment.
In
dieser Hinsicht ist es bevorzugt, daß für den katalytischen Reaktionsabschnitt
(60) ein Katalysatorträger
(62) verwendet wird, dessen durchschnittlicher Porendurchmesser
gleich oder größer als
10 nm ist.In this regard, it is preferred that for the catalytic reaction section ( 60 ) a catalyst support ( 62 ) whose average pore diameter is equal to or larger than 10 nm.
Die
Verwendung eines Katalysatorträgers (62)
mit einem durchschnittlichen Porendurchmesser von gleich oder größer als
10 nm ist wirksam bei der Reduzierung der Feuchtigkeitsmenge, die
in einer Niedertemperaturumgebung mit hohem Feuchtigkeits gehalt
auf dem Katalysatorträger
adsorbiert wird. Der Katalysator kann eine angemessene Reaktivität behalten.The use of a catalyst support ( 62 ) having an average pore diameter equal to or larger than 10 nm is effective in reducing the amount of moisture adsorbed on the catalyst carrier in a high-humidity low-temperature environment. The catalyst can retain adequate reactivity.
Das
heißt,
die vorliegende Erfindung kann das kapillare Kondensationsphänomen in
einer Umgebung mit hohem Feuchtigkeitsgehalt so weit wie möglich unterdrücken, indem
sie die oben beschriebenen verschiedenen Anordnungen kombiniert.
Somit kann die vorliegende Erfindung einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
bereitstellen, der in der Lage ist, die Temperatur des Katalysators
umgehend zu erhöhen
und die Emission etwaiger nicht-umgesetzter Gase zu reduzieren.The
is called,
the present invention can the capillary condensation phenomenon in
suppress as much as possible a high humidity environment by:
it combines the various arrangements described above.
Thus, the present invention can provide a catalytic reaction heat generator
capable of providing the temperature of the catalyst
increase immediately
and to reduce the emission of any unreacted gases.
Generell
bestimmt die Porengröße des Katalysatorträgers die
Oberfläche
des Katalysatorträgers. Wenn
der Katalysatorträger
(62) einen durchschnittlichen Porendurchmesser hat, der
gleich oder größer als
10 nm ist, weist jede Pore einen großen Durchmesser auf. Wenn der
Katalysatorträger
ein begrenztes Volumen aufweist, wird die Oberfläche des Katalysatorträgers klein.In general, the pore size of the catalyst support determines the surface of the catalyst support. When the catalyst support ( 62 ) has an average pore diameter equal to or greater than 10 nm, each pore has a large diameter. When the catalyst carrier has a limited volume, the surface area of the catalyst carrier becomes small.
In
diesem Fall kann der Katalysatorträger schlechte Werte zeigen
(sowohl bei der Anzahl der Poren als auch bei der Oberfläche). Dies
beschränkt stark
die Katalysatormenge, die vom Katalysatorträger gehalten wird. Selbst wenn
ein Katalysatorüberschuß von dem
Katalysatorträger
gehalten wird, reagiert das Brenngas nicht ausreichend mit dem sauerstoffhaltigen
Gas. Das Brenngas und das sauerstoffhaltige Gas diffundieren nicht
ausreichend. Ein größerer Teil
des Katalysators wird nicht an der Reaktion teilnehmen. Somit ist
das Halten eines Katalysatorüberschusses
auf dem Katalysatorträger
keine praktikable Lösung.
Somit ist die Menge an verfügbarem Katalysator
auf dem Katalysatorträger
klein, und das Reaktionsmaß ist
auf einen geringen Wert beschränkt.In
In this case, the catalyst carrier may show bad values
(in both the number of pores and the surface). This
limited strong
the amount of catalyst held by the catalyst support. Even if
a catalyst excess of the
catalyst support
is held, the fuel gas does not react sufficiently with the oxygen-containing
Gas. The fuel gas and the oxygen-containing gas do not diffuse
sufficient. A bigger part
the catalyst will not participate in the reaction. Thus is
keeping a catalyst over
on the catalyst support
not a workable solution.
Thus, the amount of catalyst available is
on the catalyst support
small, and the reaction measure is
limited to a low value.
Angesichts
des Gesagten ist es bevorzugt, daß der katalytische Reaktionsabschnitt
(60) einen Katalysatorträger (62) mit Porendurchmessern
aufweist, die im Bereich von 1 nm bis mindestens 10 nm liegen.In view of the above, it is preferred that the catalytic reaction section ( 60 ) a catalyst support ( 62 ) having pore diameters ranging from 1 nm to at least 10 nm.
Die
Verwendung eines Katalysatorträgers (62)
mit Porendurchmessern, die in einem Bereich von 1 nm bis mindestens
10 nm stark variieren, ist erfolgreich, um einen katalytischen Reaktionsabschnitt (60)
zu verwirklichen, der gute Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation
aufweist und eine ausreichende Menge an katalytischer Reaktion sicherstellt.The use of a catalyst support ( 62 ) with pore diameters which vary greatly in a range from 1 nm to at least 10 nm, it is successful to prepare a catalytic reaction section ( 60 ), which has good capillary condensation properties and ensures a sufficient amount of catalytic reaction.
Ferner
weist der katalytische Reaktionsabschnitt (60) vorzugsweise
zwei Arten von Katalysatorträgern
(62) auf, die sich in ihren durchschnittlichen Porendurchmessern
unterscheiden.Furthermore, the catalytic reaction section ( 60 ) preferably two types of catalyst supports ( 62 ), which differ in their average pore diameters.
Gemäß dieser
Anordnung ist es möglich,
einen Katalysatorträger,
der einen geringeren Porendurchmesser aufweist, um eine ausreichende
Menge an Katalysator zu halten, mit einem anderen Katalysatorträger zu kombinieren,
der einen größeren Porendurchmesser
aufweist, um eine gute Leistung gegen die kapillare Kondensation
sicherzustellen. Somit kann der katalytische Reaktionsabschnitt
(60) gute Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation
aufweisen und kann auch für
eine ausgezeichnete Reaktivität
eine ausreichende Menge an katalytischer Reaktion sicherstellen.According to this arrangement, it is possible to combine a catalyst carrier having a smaller pore diameter to hold a sufficient amount of catalyst with another catalyst carrier having a larger pore diameter to ensure good performance against the capillary condensation. Thus, the catalytic reaction section ( 60 ) have good capillary condensation properties and can also ensure a sufficient amount of catalytic reaction for excellent reactivity.
Ferner
ist der katalytische Reaktionsabschnitt (60) vorzugsweise
in eine Vielzahl von Unterabschnitten aufgeteilt, einschließlich eines
ersten katalytischen Reaktions-Unterabschnitts
(60a), der stromaufwärtsseitig
angeordnet ist, und eines zweiten katalytischen Reaktions-Unterabschnitts,
der stromabwärtsseitig
angeordnet ist. Der durchschnittliche Porendurchmesser eines im
ersten katalytischen Reaktions-Unterabschnitt (60a) verwendeten Katalysatorträgers ist
größer als
der Porendurchmesser eines im zweiten katalytischen Reaktions-Unterabschnitt
(60b) verwendeten Katalysatorträgers.Furthermore, the catalytic reaction section ( 60 ) are preferably divided into a plurality of subsections, including a first catalytic reaction subsection ( 60a ) disposed upstream, and a second catalytic reaction sub-section disposed downstream. The average pore diameter of one in the first catalytic reaction subsection ( 60a ) is greater than the pore diameter of one in the second catalytic reaction subsection ( 60b ) used catalyst support.
Gemäß dieser
Anordnung ist der erste katalytische Reaktions-Unterabschnitt (60a)
stromaufwärtsseitig
angeordnet, und der zweite katalytische Reaktions-Unterabschnitt (60b)
ist stromabwärtsseitig
angeordnet. Der Katalysatorträger,
der im katalytischen Reaktionsabschnitt (60a) verwendet
wird, weist einen größeren Poren durchmesser
auf, um eine gute Eigenschaft gegen die kapillare Kondensation sicherzustellen.According to this arrangement, the first kata lytic reaction subsection ( 60a ) upstream, and the second catalytic reaction subsection ( 60b ) is located downstream. The catalyst support used in the catalytic reaction section ( 60a ) is used, has a larger pore diameter to ensure a good property against the capillary condensation.
Die
Reaktionswärme,
die von dem stromaufwärtsseitigen
katalytischen Reaktionsabschnitt (60a) erzeugt wird, kann
als Wärmeenergie
verwendet werden, um den stromabwärtsseitigen katalytischen Reaktionsabschnitt
(60b) zu erwärmen.
Somit kann der stromabwärtsseitig
gelegene katalytische Reaktionsabschnitt (60) die restliche
Feuchtigkeit abtrocknen und loswerden. Somit kann für einen
stromabwärtsseitigen
katalytischen Reaktionsabschnit (60b) ein Katalysatorträger verwendet
werden, der einen kleineren Porendurchmesser aufweist, um eine ausreichende
Katalysatormenge zu halten, während
die kapillare Kondensation unterdrückt wird.The heat of reaction coming from the upstream catalytic reaction section ( 60a ) can be used as heat energy to control the downstream catalytic reaction section ( 60b ) to heat. Thus, the downstream side catalytic reaction section ( 60 ) dry off the remaining moisture and get rid of it. Thus, for a downstream catalytic reaction section (US Pat. 60b ), a catalyst carrier having a smaller pore diameter to maintain a sufficient amount of catalyst while suppressing capillary condensation is used.
Infolgedessen
kann der katalytische Reaktionsabschnitt (60) gute Eigenschaften
gegen die kapillare Kondensation aufweisen und kann auch eine ausreichende
Menge an katalytischer Reaktion sicherstellen.As a result, the catalytic reaction section ( 60 ) have good capillary condensation properties and can also ensure a sufficient amount of catalytic reaction.
Ferner
wird für
den katalytischen Reaktionsabschnitt (60) vorzugsweise
ein Katalysatorträger (62)
verwendet, der aus Keramik besteht.Further, for the catalytic reaction section ( 60 ) preferably a catalyst support ( 62 ) used, which consists of ceramic.
Ferner
handelt es sich bei dem keramischen Material vorzugsweise um Aluminiumoxid.Further
it is the ceramic material is preferably alumina.
Insbesondere
kann ein Katalysatorträger (62)
aus Aluminiumoxid gute Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation
zeigen, wenn der Katalysatorträger
(62) einen durchschnittlichen Porendurchmesser von gleich
oder größer 10 nm
aufweist.In particular, a catalyst support ( 62 ) show good properties against capillary condensation when the catalyst support ( 62 ) has an average pore diameter equal to or greater than 10 nm.
Ferner
wird für
den katalytischen Reaktionsabschnitt (60) vorzugsweise
ein Katalysator verwendet, der Edelmetall enthält.Further, for the catalytic reaction section ( 60 ) preferably uses a catalyst containing noble metal.
Ferner
handelt es sich bei dem Brenngas vorzugsweise um Wasserstoff.Further
it is the fuel gas is preferably hydrogen.
Ferner
handelt es sich bei dem sauerstoffhaltigen Gas vorzugsweise um Luft.Further
Preferably, the oxygen-containing gas is air.
Ferner
schließt
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
weiter einen Wärmetauschabschnitt (70)
ein, der zwischen dem katalytischen Reaktionsabschnitt (60)
und dem Abgaskanal (80) angeordnet ist, um Wärme aufzunehmen,
die vom katalytischen Reaktionsabschnitt (60) erzeugt wird,
und ein Heizmedium aufgrund des Wärmetauschs zwischen der aufgenommenen
Wärme und
dem Heizmedium zu erwärmen.Further, the catalytic reaction heat generator further closes a heat exchange section (FIG. 70 ) between the catalytic reaction section ( 60 ) and the exhaust channel ( 80 ) is arranged to absorb heat from the catalytic reaction section ( 60 ), and to heat a heating medium due to the heat exchange between the absorbed heat and the heating medium.
Ferner
wird die Oberfläche
des Katalysatorträgers
(62), der im katalytischen Reaktionsabschnitt (60)
verwendet wird, vorzugsweise wasserabstoßend behandelt.Furthermore, the surface of the catalyst support ( 62 ), which in the catalytic reaction section ( 60 ) is used, preferably treated water-repellent.
Diese
Anordnung verhindert wirksam, daß Feuchtigkeit auf der Oberfläche des
Katalysatorträgers
(62) oder auf den Porenoberflächen adsorbiert wird. Somit
weist der im katalytischen Reaktionsabschnitt (60) verwendete
Katalysatorträger
(62) gute Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation
auf.This arrangement effectively prevents moisture on the surface of the catalyst support ( 62 ) or adsorbed on the pore surfaces. Thus, in the catalytic reaction section ( 60 ) used catalyst support ( 62 ) good properties against the capillary condensation on.
Darüber hinaus
stellt die vorliegende Erfindung einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger bereit,
der einen katalytischen Reaktionsabschnitt (60), ein Brenngaszuführmittel
(30), ein Zuführmittel (40)
für sauerstoffhaltiges
Gas, eine Abgasleitung (80) und eine Umgehungsleitung (100)
einschließt. Der
katalytische Reaktionsabschnitt (60) erzeugt Wärme aufgrund
einer katalytischen Reaktion der Gasmischung aus einem Brenngas
und einem sauerstoffhaltigen Gas. Das Brenngaszuführmittel
(30), das stromaufwärts
vom katalytischen Reaktionsabschnitt (60) bereitgestellt
ist, liefert das Brenngas in den katalytischen Reaktionsabschnitt
(60). Das Zuführmittel
(40) für
sauerstoffhaltiges Gas, das stromaufwärts vom katalytischen Reaktionsabschnitt
(60) bereitgestellt ist, liefert das sauerstoffhaltige
Gas in den katalytischen Reaktionsabschnitt (60). Und die Abgasleitung
(80), die stromabwärts
vom katalytischen Reaktionsabschnitt (60) bereitgestellt
ist, trägt das
Abgas aus dem katalytischen Reaktionsabschnitt (60) aus.
Die Umgehungsleitung (100) liefert beim Start des katalytischen
Reaktionswärmeerzeugers
einen Teil des sauerstoffhaltigen Gases aus dem Zuführmittel
(40) für
sauerstoffhaltiges Gas in die Abgasleitung, so daß die in
den katalytischen Reaktionsabschnitt (60) einge führte Gasmischung
beim Start des katalytischen Reaktionswärmeerzeugers einen niedrigen Überschuß an sauerstoffhaltigem Gas
aufweist.In addition, the present invention provides a catalytic reaction heat generator having a catalytic reaction section ( 60 ), a fuel gas supply means ( 30 ), a delivery means ( 40 ) for oxygen-containing gas, an exhaust pipe ( 80 ) and a bypass ( 100 ). The catalytic reaction section ( 60 ) generates heat due to a catalytic reaction of the gas mixture of a fuel gas and an oxygen-containing gas. The fuel gas supply means ( 30 ) upstream of the catalytic reaction section ( 60 ) provides the fuel gas in the catalytic reaction section ( 60 ). The delivery means ( 40 ) for oxygen-containing gas upstream of the catalytic reaction section ( 60 ), the oxygen-containing gas provides in the catalytic reaction section ( 60 ). And the exhaust pipe ( 80 ) downstream of the catalytic reaction section ( 60 ), the exhaust gas from the catalytic reaction section ( 60 ) out. The bypass ( 100 ) supplies a portion of the oxygen-containing gas from the supply means (15) at the start of the catalytic reaction heat generator ( 40 ) for oxygen-containing gas in the exhaust gas line, so that in the catalytic reaction section ( 60 ) introduced gas mixture at the start of the catalytic reaction heat generator has a low excess of oxygen-containing gas.
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGSHORT DESCRIPTION
THE DRAWING
Die
obigen und weiter Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in
Zusammenschau mit den begleitenden Figuren deutlicher, in denen:The
above and further goals, features and advantages of the present
The invention will be apparent from the following detailed description
Together with the accompanying figures more clearly, in which:
1 eine schematische Ansicht
ist, das die Gesamtanordnung eines katalytischen Reaktionswärmeerzeugers
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; 1 Fig. 12 is a schematic view illustrating the overall arrangement of a catalytic reaction heat generator according to a first embodiment of the present invention;
2 eine Ansicht ist, welche
den Zustand darstellt, daß Feuchtigkeit
auf dem Katalysator oder dem Katalysatorträger, der in dem katalytischen
Reaktionsabschnitt verwendet wird, adsorbiert ist; 2 FIG. 12 is a view showing the state that moisture on the catalyst or the catalyst carrier used in the catalytic Re action section is used, adsorbed;
3A und 3B Ansichten sind, die schematisch den
Mechanismus darstellen, der eine kapillare Kondensation bewirkt,
worin 3A keine kapillare Kondensation
darstellt und 3B eine
kapillare Kondensation darstellt. 3A and 3B These are views that schematically illustrate the mechanism that causes capillary condensation in which 3A does not represent capillary condensation and 3B represents a capillary condensation.
4 ein Graph ist, der die
Beziehung zwischen der relativen Feuchtigkeit und dem Porendurchmesser
der kapillaren Kondensation gemäß der Kelvin'schen Theorie darstellt; 4 Fig. 10 is a graph showing the relationship between the relative humidity and the pore diameter of the capillary condensation according to Kelvin's theory;
5 eine schematische Ansicht
ist, welche die Gesamtanordnung eines katalytischen Reaktionswärmeerzeugers
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt; und 5 Fig. 12 is a schematic view illustrating the overall arrangement of a catalytic reaction heat generator according to a second embodiment of the present invention; and
6 eine schematische Ansicht
ist, die eine Gesamtanordnung des katalytischen Reaktionswärmeerzeugers
gemäß einer
vierten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung darstellt. 6 is a schematic view illustrating an overall arrangement of the catalytic reaction heat generator according to a fourth embodiment of the present invention.
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDESCRIPTION
THE PREFERRED EMBODIMENTS
Im
folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Figuren
beschrieben. In den Figuren sind gleiche Bezugszeichen gleichen
Bauteilen oder Abschnitten zugeordnet.in the
The following are preferred embodiments
of the present invention with reference to the accompanying figures
described. In the figures, the same reference numerals are the same
Assigned to components or sections.
Erste AusführungsformFirst embodiment
1 ist eine schematische
Ansicht, welche die Gesamtanordnung eines katalytischen Reaktionswärmeerzeugers
S1 gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt. 1 FIG. 12 is a schematic view illustrating the overall arrangement of a catalytic reaction heat generator S1 according to a first embodiment of the present invention.
Der
katalytische Reaktionswärmeerzeuger S1
gemäß dieser
Ausführungsform,
der in einem Kraftfahrzeug eingebaut ist, erzeugt Wärme aufgrund einer
katalytischen Reaktion einer Gasmischung (d.h. einer Wasserstoff/Luft-Gasmischung)
aus einem Brenngas (z.B. Wasserstoff) und einem sauerstoffhaltigen
Gas (z.B. Luft).Of the
catalytic reaction heaters S1
according to this
embodiment,
which is installed in a motor vehicle, generates heat due to a
catalytic reaction of a gas mixture (i.e., a hydrogen / air gas mixture)
from a fuel gas (e.g., hydrogen) and an oxygen-containing one
Gas (e.g., air).
Wie
in 1 dargestellt, weist
ein Gehäuse 10 des
katalytischen Reaktionswärmeerzeugers
S1 einen Gasmischabschnitt 20 auf, der stromaufwärts von
der Gasleitung angeordnet ist, um den Brennstoff (z.B. Wasserstoff)
und das sauerstoffhaltige Gas (z.B. Luft) zu mischen.As in 1 shown, has a housing 10 of the catalytic reaction heat generator S1, a gas mixing section 20 located upstream of the gas line to mix the fuel (eg, hydrogen) and the oxygen-containing gas (eg, air).
Eine
Brennstoffzuführeinrichtung 30,
die als Brennstoffzuführmittel
dient, liefert Wasserstoff (d.h. Brennstoff) in den Gasmischabschnitt 20.
In dieser Ausführungsform
wird Wasserstoff wegen dessen hervorragender Reaktivität verwendet.
Alternativ dazu kann auch Methan oder ein vergleichbares Gas als
Brennstoff für
den katalytischen Re aktionswärmeerzeuger
S1 verwendet werden. Neben der Luft können auch beliebige andere
sauerstoffhaltige Gase verwendet werden.A fuel supply device 30 serving as a fuel supply means supplies hydrogen (ie, fuel) to the gas mixing section 20 , In this embodiment, hydrogen is used because of its excellent reactivity. Alternatively, methane or a comparable gas may also be used as fuel for the catalytic reaction heat generator S1. In addition to the air, any other oxygen-containing gases can be used.
Eine
durchflußregulierende
Platte 50, die im Gasmischabschnitt 20 bereitgestellt
ist, reguliert den Luftstrom, der aus dem Luftzuführmittel 40 in
den Gasmischabschnitt 20 eingeführt wird. Bei der durchflußregulierenden
Platte 50 handelt es sich beispielsweise um eine Platte
mit zahlreichen Öffnungen.A flow regulating plate 50 that in the gas mixing section 20 is provided, regulates the flow of air from the air supply 40 in the gas mixing section 20 is introduced. In the flow-regulating plate 50 it is, for example, a plate with numerous openings.
Bei
dem Luftzuführmittel 40,
das Luft von außen
in das Gehäuse 10 einführt, handelt
es sich um einen Ventilator oder ein Gebläse, der oder das von einem
Elektromotor angetrieben wird.At the air supply means 40 , the air from the outside into the housing 10 introduces, it is a fan or a fan, which is or is driven by an electric motor.
Bei
dem Brennstoffzuführmittel 30,
das Wasserstoff in den Gasmischabschnitt 20 liefert, handelt es
sich um einen elektrisch angetriebenen Injektor, der die Menge des
zugeführten
Brennstoffs durch Ändern
des Brennstoff- (Wasserstoff-) Drucks und der Injektionszeit variabel
steuert.In the fuel supply means 30 , the hydrogen in the gas mixing section 20 is an electrically driven injector that variably controls the amount of fuel supplied by changing the fuel (hydrogen) pressure and the injection time.
In
dem Gehäuse 10 ist
ein katalytischer Reaktionsabschnitt 60 stromabwärts vom
Gasmischabschnitt 20 bereitgestellt. Der katalytische Reaktionsabschnitt 60 erzeugt
Wärme aufgrund
der katalytischen Reaktion einer Gasmischung aus dem Brennstoff
(Wasserstoff), der vom Brennstoffzuführmittel 30 geliefert
wird, und der Luft (dem sauerstoffhaltigen Gas), das vom Luftzuführmi durch
die durchflußregulierende
Platte 50 geliefert wird.In the case 10 is a catalytic reaction section 60 downstream of the gas mixing section 20 provided. The catalytic reaction section 60 generates heat due to the catalytic reaction of a gas mixture of the fuel (hydrogen), that of the Brennstoffzuführmittel 30 is supplied, and the air (the oxygen-containing gas) from the Luftzuführmi through the flow-regulating plate 50 is delivered.
Der
katalytische Reaktionsabschnitt 60 ist aus einem Katalysatorträger, der
auf einem Basismaterial (Substrat) angeordnet ist, und einer Katalysatorquelle,
die von diesem Katalysatorträger
getragen wird, aufgebaut. Der Katalysatorträger weist zahlreiche Poren
auf, die eine ausreichende Oberfläche sicherstellen, um die Katalysatorquelle
zu tragen.The catalytic reaction section 60 is composed of a catalyst carrier disposed on a base material (substrate) and a catalyst source carried by this catalyst carrier. The catalyst support has numerous pores which ensure sufficient surface area to support the catalyst source.
Das
Basismaterial, das im katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verwendet
wird, besteht aus keramischen Waben. Gemäß dieser Ausführungsform handelt
es sich bei dem Basismaterial um einen Cordierit-Monolithen (2MgO·2Al2O3·5SiO2), bei dem es sich um einem Mischkörper aus
Aluminiumoxid (Al2O3),
Magnesiumoxid (MgO) und Siliciumdioxid (SiO2)
handelt.The base material used in the catalytic reaction section 60 is used, consists of ceramic honeycomb. According to this embodiment, the base material is a cordierite monolith (2MgO.2Al 2 O 3 .5SiO 2 ) which is a mixed body of alumina (Al 2 O 3 ), magnesia (MgO) and silica (SiO 2 ) 2 ) acts.
Bei
dem Katalysator, der in dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verwendet
wird, handelt es sich um ein keramisches Material oder um Aktivkohle.
Gemäß dieser
Ausführungsform
handelt es sich bei dem Katalysatorträger um ein Aluminiumoxid mit
zahlreichen Poren.For the catalyst in the catalytic reaction section 60 is used, it is a ceramic material or activated carbon. According to this embodiment, the catalyst carrier is a multi-pore alumina.
Ferner
handelt es sich bei der Katalysatorquelle, die in dem katalytischen
Reaktionsabschnitt 60 verwendet wird, um einen Edelmetallkatalysator oder
um Metalloxid. Gemäß dieser
Ausführungsform handelt
es sich bei der Katalysatorquelle um einen Katalysator, der Platin
(Pt), Palladium (Pd) oder andere Edelmetalle enthält.Further, the catalyst source that is in the catalytic reaction section 60 is used to a noble metal catalyst or metal oxide. According to this embodiment, the catalyst source is a catalyst containing platinum (Pt), palladium (Pd) or other noble metals.
Gemäß dieser
Ausführungsform
wird ein Wärmetauschabschnitt 70 in
der Gasleitung des Gehäuses 10 stromabwärts vom
katalytischen Reaktionsabschnitt 60 bereitgestellt. Der
Wärmetauschabschnitt 70 empfängt Wärme, die
von dem katalytischen Reaktionsabschnitt erzeugt wird. Der Wärmetauschabschnitt 70 enthält ein Heizmedium.
Das Heizmedium wird aufgrund des Wärmetauschs zwischen der empfangenden
Wärme und
dem Heizmedium erwärmt.According to this embodiment, a heat exchange section 70 in the gas line of the housing 10 downstream of the catalytic reaction section 60 provided. The heat exchange section 70 receives heat generated by the catalytic reaction section. The heat exchange section 70 contains a heating medium. The heating medium is heated due to the heat exchange between the receiving heat and the heating medium.
Obwohl
nicht auf einen speziellen Typ beschränkt, handelt es sich bei dem
Wärmetauschabschnitt 70 dieser
Ausführungsform
um einen Wärmetauscher
vom Rippen/Rohr-Typ, der aus zahlreichen Rippen besteht, die aus
laminierten Röhren
zusammengesetzt sind. Das Reaktionsgas des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 passiert
die Lücken zwischen
den laminierten Röhren.
Währenddessen fließt Kühlwasser
in der Röhre.Although not limited to a specific type, it is the heat exchange section 70 of this embodiment, a fin / tube type heat exchanger consisting of numerous fins composed of laminated tubes. The reaction gas of the catalytic reaction section 60 happens the gaps between the laminated tubes. Meanwhile, cooling water flows in the tube.
Somit
ermöglicht
der Wärmetauschabschnitt 70 den
Wärmetausch
zwischen der Wärme,
die vom katalytischen Reaktionsabschnitt 60 erzeugt wird, und
dem Kühlwasser.
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist eine Kühlwasserleitung 72 mit
dem Wärmetauschabschnitt 70 verbunden.
Ferner ist eine Umwälzpumpe
(nicht dargestellt) in der Kühlwasserleitung 72 bereitgestellt,
um das Kühlwasser
umzuwälzen.Thus, the heat exchange section allows 70 the heat exchange between the heat from the catalytic reaction section 60 is generated, and the cooling water. According to this embodiment, a cooling water pipe 72 with the heat exchange section 70 connected. Further, a circulating pump (not shown) in the cooling water pipe 72 provided to circulate the cooling water.
Die
Gasleitung im Gehäuse 10 ist
als Abgasleitung 80 stromabwärts vom Wärmetauschabschnitt 70 ausgebildet.
Das Abgas, das aus dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 ausgetragen
wird, strömt
in die Abgasleitung 80 und verläßt den katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
S1. Genauer erzeugt der katalytische Reaktionsabschnitt 60 aufgrund
einer katalytischen Reaktion ein erwärmtes Gas. Das erzeugte erwärmte Gas
passiert zuerst den Wärmetauschabschnitt 70,
in dem die Temperatur des Gases durch Wärmetausch sinkt. Das abgekühlte Gas
gelangt dann in die Abgasleitung 80.The gas line in the housing 10 is as an exhaust pipe 80 downstream of the heat exchange section 70 educated. The exhaust gas that comes from the catalytic reaction section 60 discharged, flows into the exhaust pipe 80 and leaves the catalytic reaction heat generator S1. More specifically, the catalytic reaction section generates 60 due to a catalytic reaction, a heated gas. The generated heated gas first passes through the heat exchange section 70 , in which the temperature of the gas decreases by heat exchange. The cooled gas then enters the exhaust pipe 80 ,
Ferner
ist eine Temperaturerfassungseinrichtung 90 in der Gasleitung
des Gehäuses 10 bereitgestellt.
Die Temperaturerfassungseinrichtung 90 erfaßt die Temperatur
eines Abgases, das aus der katalytischen Reaktion stammt, die im
katalytischen Reaktionsabschnitt 60 bewirkt wird. Somit
kann die Temperaturerfassungseinrichtung 90 die Temperatur des
katalytischen Reaktionsabschnitts 60 erfassen, wenn der
katalytische Reaktionsabschnitt 60 in Betrieb ist. Die
Temperaturerfassungseinrichtung 90 ist stromabwärts vom
katalytischen Reaktionsabschnitt 60 bereitgestellt. Die
Temperaturerfassungseinrichtung 90 befindet sich in dem
Freiraum zwischen dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 und
dem Wärmetauschabschnitt 70.Furthermore, a temperature detection device 90 in the gas line of the housing 10 provided. The temperature detection device 90 detects the temperature of an exhaust gas that originates from the catalytic reaction in the catalytic reaction section 60 is effected. Thus, the temperature detection device 90 the temperature of the catalytic reaction section 60 capture when the catalytic reaction section 60 is in operation. The temperature detection device 90 is downstream of the catalytic reaction section 60 provided. The temperature detection device 90 is located in the space between the catalytic reaction section 60 and the heat exchange section 70 ,
Bei
der Temperaturerfassungseinrichtung 90 handelt es sich
beispielsweise um einen Sensor vom Thermistor-Typ, einen Sensor
vom Typ Thermoelement, einen optischen Sensor oder irgendeinen anderen
Temperatursensor. Die Temperaturerfassungseinrichtung 90 kann
an jedem anderen Ort eingebaut werden, solange sie die Temperatur
eines Abgases erfassen kann, das aus der katalytischen Reaktion resultiert,
die im katalytischen Reaktionsabschnitt 60 bewirkt wird.
Daher ist es möglich,
die Temperaturerfassungseinrichtung 90 im katalytischen
Reaktionsabschnitt 60 bereitzustellen.In the temperature detection device 90 For example, it may be a thermistor-type sensor, a thermocouple type sensor, an optical sensor, or any other temperature sensor. The temperature detection device 90 can be installed at any other location as long as it can detect the temperature of an exhaust gas resulting from the catalytic reaction occurring in the catalytic reaction section 60 is effected. Therefore, it is possible to use the temperature detecting device 90 in the catalytic reaction section 60 provide.
Ferner
ist gemäß dieser
Ausführungsform ein
Steuerabschnitt 200 (z.B. eine ECU, die in einem Kraftfahrzeug
eingebaut ist) mit dem katalytischen Reaktionswärmeerzeuger verbunden. Der
Steuerabschnitt 200 steuert den Betrieb der Brennstoffzuführeinrichtung 30,
um die Menge des zugeführten Brennstoffs
variabel anzupassen. Der Steuerabschnitt 200 steuert den
Betrieb der Luftzuführeinrichtung 40,
um die zugeführte
Luftmenge variabel anzupassen. Der Steuerabschnitt 200 steuert
den Betrieb der Umwälzpumpe,
mit der der Wärmetauschabschnitt 70 ausgerüstet ist.
Ferner empfängt
der Steuerabschnitt 200 ein Erfassungssignal von der Temperaturerfassungseinrichtung 90.Further, according to this embodiment, a control section 200 (For example, an ECU, which is installed in a motor vehicle) connected to the catalytic reaction heat generator. The control section 200 controls the operation of the fuel supply 30 to variably adjust the amount of fuel supplied. The control section 200 controls the operation of the air supply 40 to variably adjust the amount of air supplied. The control section 200 controls the operation of the circulation pump, with which the heat exchange section 70 equipped. Further, the control section receives 200 a detection signal from the temperature detection device 90 ,
Wie
oben beschrieben, schließt
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
S1 dieser Ausführungsform
den katalytischen Reaktionsabschnitt 60, die Brennstoffzuführeinrichtung 30,
die Luftzuführeinrichtung 40 (d.h.
ein Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges
Gas) und die Abgasleitung 80 ein. Der katalytische Reaktionsabschnitt 60 erzeugt
Wärme aufgrund der
katalytischen Reaktion einer Gasmischung aus dem Brenngas und dem
sauerstoffhaltigen Gas. Das Brennstoffzuführmittel 30, das stromabwärts vom
katalytischen Reaktionsabschnitt 60 bereitgestellt ist, liefert
den Brennstoff (z.B. Wasserstoff) in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60.
Die Luftzuführeinrichtung 40 (d.h.
ein Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges Gas),
die stromaufwärts
vom katalytischen Reaktionsabschnitt 60 bereitgestellt
ist, liefert das sauerstoffhaltige Gas (z.B. Luft) in den katalytischen
Reaktionsabschnitt 60. Die Abgasleitung 80, die
stromabwärts
vom katalytischen Reaktionsabschnitt 60 bereitgestellt
ist, trägt
das Abgas aus dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 aus.As described above, the catalytic reaction heater S1 of this embodiment closes the catalytic reaction section 60 , the fuel supply device 30 , the air supply device 40 (ie, an oxygen-containing gas supply means) and the exhaust pipe 80 one. The catalytic reaction section 60 generates heat due to the catalytic reaction of a gas mixture of the fuel gas and the oxygen-containing gas. The fuel supply means 30 , downstream of the catalytic reaction section 60 is provided, provides the fuel (eg, hydrogen) in the catalytic reaction section 60 , The air supply device 40 (ie, an oxygen-containing gas supply means) upstream of the catalytic reaction section 60 is provided, provides the oxygen-containing gas (eg, air) in the catalytic reaction section 60 , The exhaust pipe 80 downstream of the catalytic reaction section 60 is provided, carries the exhaust gas from the catalytic reaction section 60 out.
Außerdem schließt der katalytische
Reaktionswärmeerzeuger
S1 dieser Ausführungsform
eine Umgehungsleitung 100 ein, deren eines Ende mit der stromaufwärtigen Seite
des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 verbunden ist,
und deren anderes Ende mit dem stromabwärtigen Ende des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 verbunden
ist. Die Umgehungsleitung 100 liefert einen Teil der Luft
(d.h. des sauerstoffhaltigen Gases), die von der Luftzuführeinrichtung 40 (d.h.
dem Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges
Gas) geliefert wird, direkt in die Abgasleitung 80. Somit
wird die Luft (d.h. das sauer stoffhaltige Gas) auf den katalytischen
Reaktionsabschnitt 60 und die Umgebungsleitung 100 aufgeteilt.In addition, the catalytic reaction heater S1 of this embodiment closes a bypass passage 100 one whose one end is connected to the upstream side of the catalytic reaction portion 60 and the other end thereof to the downstream end of the catalytic reaction section 60 connected is. The bypass line 100 provides a portion of the air (ie, the oxygen-containing gas) from the air supply 40 (ie, the oxygen-containing gas supply means) is delivered directly into the exhaust pipe 80 , Thus, the air (ie, the oxygen-containing gas) becomes the catalytic reaction section 60 and the environmental line 100 divided up.
Genauer
handelt es sich gemäß dieser
Ausführungsform
bei der Umgehungsleitung 100 um eine unabhängige Leitung,
die von der Gasleitung im Gehäuse 10 getrennt
ist. Ein Einlaß der
Umgehungsleitung 100 öffnet
sich zu einem Teil des Gehäuses 10, der
stromabwärts
von der Luftzuführeinrichtung 40 und
stromaufwärts
von der Durchflußregulierungsplatte 50 angeordnet
ist. Ein Auslaß der
Umgehungsleitung 100 öffnet
sich zur Abgasleitung 80.More specifically, according to this embodiment, it is the bypass line 100 around an independent pipe leading from the gas line in the housing 10 is disconnected. An inlet of the bypass 100 opens to a part of the case 10 , which is downstream of the air supply 40 and upstream of the flow control plate 50 is arranged. An outlet of the bypass 100 opens to the exhaust pipe 80 ,
Der
katalytische Reaktionswärmeerzeuger S1
dieser Ausführungsform
arbeitet auf die folgende Weise. Der katalytische Reaktionswärmeerzeuger S1
erzeugt in erster Linie Wärme
aufgrund einer katalytischen Reaktion (d.h. einer Oxidationsreaktion) eines
zugeführten
Brennstoffs (d.h. Wasserstoff und überträgt die erzeugte Wärme über den
Wärmetauschabschnitt 70 auf
das Kühlwasser,
um das Kühlwasser
zu erwärmen.The catalytic reaction heat generator S1 of this embodiment operates in the following manner. The catalytic reaction heat generator S1 primarily generates heat due to a catalytic reaction (ie, an oxidation reaction) of a supplied fuel (ie, hydrogen, and transfers the generated heat via the heat exchange section 70 on the cooling water to heat the cooling water.
Wenn
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
S1 den Betrieb aufnimmt, sendet der Steuerabschnitt 200 zunächst Signale
an die Brennstoffzuführeinrichtung 30,
die Luftzuführeinrichtung 40,
den Wärmetauschabschnitt 70 bzw.
die Umwälzpumpe. Ferner
empfängt
der Steuerabschnitt 200 ein Erfassungssignal von der Temperaturerfassungseinrichtung 90.When the catalytic reaction heater S1 starts operating, the control section sends 200 initially signals to the fuel supply 30 , the air supply device 40 , the heat exchange section 70 or the circulation pump. Further, the control section receives 200 a detection signal from the temperature detection device 90 ,
Die
Brennstoffzuführeinrichtung 30 liefert Wasserstoff
(d.h. Brennstoff) zum Gasmischabschnitt 20. Die Luftzuführeinrichtung 40 liefert
Luft (d.h. sauerstoffhaltiges Gas) zum Gasmischabschnitt 20.
Der Wasserstoff und die Luft werden in dem Gasmischabschnitt 20 zu
einer Gasmischung zusammengemischt. Dann wird die Gasmischung von
dem Gasmischabschnitt 20 in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geschickt.
Der katalytische Reaktionsabschnitt 60 erzeugt aufgrund
einer katalytischen Reaktion ein Hochtemperaturgas.The fuel supply device 30 delivers hydrogen (ie fuel) to the gas mixing section 20 , The air supply device 40 supplies air (ie, oxygen-containing gas) to the gas mixing section 20 , The hydrogen and the air are in the gas mixing section 20 mixed together to a gas mixture. Then the gas mixture from the gas mixing section 20 in the catalytic reaction section 60 cleverly. The catalytic reaction section 60 generates a high-temperature gas due to a catalytic reaction.
Gemäß dieser
Ausführungsform
läuft eine chemische
Reaktion des Wasserstoffs (Brennstoff) und der Luft (sauerstoffhaltiges
Gas) gemäß der vorliegenden
chemischen Formel 1 ab. H2 + O2/2 → H2O (1) According to this embodiment, a chemical reaction of the hydrogen (fuel) and the air (oxygen-containing gas) according to the present chemical formula 1 proceeds. H 2 + O 2/2 → H 2 O (1)
Wie
in dieser Formel 1 gezeigt, läuft
die theoretische chemische Reaktion mit 1 Mol Sauerstoff und ½ Mol Sauerstoff
ab. Die Luft enthält
etwa 20 % Sauerstoff. Der Rest der Luft besteht aus Stickstoff. In
Hinblick auf die Zusammensetzung der Luft sollte der Luftüberschuß bestimmt
werden. Es ist überflüssig, darauf
hinzuweisen, daß der
Luftüberschuß anders
ist, wenn es sich bei dem Brennstoff um Methan (CH4)
handelt.As shown in this formula 1, the theoretical chemical reaction proceeds with 1 mole of oxygen and ½ mole of oxygen. The air contains about 20% oxygen. The rest of the air is nitrogen. With regard to the composition of the air, the excess air should be determined. It is needless to say that the excess air is different when the fuel is methane (CH 4 ).
Um
zu bewirken, daß die
in der oben beschriebenen chemischen Formel dargestellte katalytische
Reaktion abläuft,
paßt gemäß dieser
Ausführungsform
der Steuerabschnitt 200 das Verhältnis von Wasserstoff und Luft
solchermaßen
an, daß der katalytische
Reaktionsabschnitt 60 unter normalen Betriebsbedingungen
ein Hochtemperaturgas erzeugt, dessen Temperatur (d.h. Verbrennungstemperatur)
etwa 600 °C
beträgt.
In diesem Fall liegt das Luftüberschußverhältnis (d.h.
das Überschußverhältnis des
sauerstoffhaltigen Gases) bei etwa 5.In order to cause the catalytic reaction represented by the above-described chemical formula to proceed, the control section is adopted according to this embodiment 200 the ratio of hydrogen and air in such a way that the catalytic reaction section 60 under normal operating conditions produces a high temperature gas whose temperature (ie combustion temperature) is about 600 ° C. In this case, the excess air ratio (ie, the excess ratio of the oxygen-containing gas) is about 5.
Wie
auf dem technischen Gebiet der herkömmlichen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger bekannt
ist, ist, wenn der Luftüberschuß hoch ist,
die Verbrennungstemperatur niedrig. Wenn der Luftüberschuß niedrig
ist, ist die Verbrennungstemperatur hoch.As
known in the art of conventional catalytic reaction heaters
is, if the air surplus is high,
the combustion temperature is low. When the air surplus is low
is, the combustion temperature is high.
Das
vom katalytischen Reaktionsabschnitt 60 erzeugte Hochtemperaturgas
strömt
in den Wärmetauschabschnitt 70.
Der Wärmetauschabschnitt 70 kühlt das
Hochtemperaturgas durch Wärmetausch
mit dem Kühlwasser
ab. Das heißt,
der Wärmetauschabschnitt 70 nimmt
die Wärme
auf, die vom katalytischen Reaktionsabschnitt 60 erzeugt wird
und bewirkt einen Wärmetausch
zwischen der aufgenommenen Wärme
und dem Kühlwasser,
das als Heizmedium dient.That of the catalytic reaction section 60 generated high-temperature gas flows into the heat exchange section 70 , The heat exchange section 70 cools the high-temperature gas by heat exchange with the cooling water. That is, the heat exchange section 70 absorbs the heat from the catalytic reaction section 60 is generated and causes a heat exchange between the absorbed heat and the cooling water, which serves as a heating medium.
Das
Gas, das vom Wärmetauschabschnitt 70 abgekühlt wurde,
strömt
in die Abgasleitung 80 und verläßt anschließend den katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
S1. Das Kühlwasser,
das im Wärmetauschabschnitt 70 erwärmt wurde,
strömt
in geeignete Bereiche eines Kraftfahrzeugs, um diese Bereiche zu
erwärmen.
Auf diese Weise kann die Wärme
der katalytischen Reaktion, die von dem katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
S1 erzeugt wurde, genutzt werden.The gas coming from the heat exchange section 70 was cooled, flows into the exhaust pipe 80 and then leaves the catalytic reaction heat generator S1. The cooling water in the heat exchange section 70 has been heated, flows into suitable areas of a motor vehicle to heat these areas. In this way, the heat of the catalytic reaction generated by the catalytic reaction heat generator S1 can be utilized.
Gemäß dieser
Ausführungsform
liefert beim Anlaufbetrieb des Reaktions-Reaktionswärmeerzeugers
S1 die Brennstoffzuführeinrichtung 30 Wasserstoff
(Brennstoff) in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60.
Gleichzeitig liefert die Luftzuführeinrichtung 40 Luft
(sauerstoffhaltiges Gas) in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60.
In diesem Fall wird die Luft (d.h. das sauerstoffhaltige Gas) auf
den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 und die Abgasleitung 100 aufgeteilt.
Das heißt,
diese Ausführungsform stellt
eine Leitung bereit, die mit dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verbunden
ist, um die Luft direkt in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 zu lenken.
Ferner stellt diese Ausführungsförm eine
andere Leitung bereit, die den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 umgeht,
um die Luft direkt in die Abgasleitung 100 zu lenken.According to this embodiment, in the start-up operation of the reaction reaction heat generator S1, the fuel supply device supplies 30 Hydrogen (fuel) in the catalytic reaction section 60 , At the same time supplies the air supply 40 Air (oxygen-containing gas) in the catalytic reaction section 60 , In this case, the air (ie, the oxygen-containing gas) on the catalytic reaction section 60 and the exhaust pipe 100 divided up. That is, this embodiment provides a conduit that communicates with the catalytic reaction section 60 is connected to the air directly into the catalytic reaction section 60 to steer. Further, this embodiment provides another conduit containing the catalytic reaction section 60 bypasses the air directly into the exhaust pipe 100 to steer.
Gemäß der Anordnung
dieser Ausführungsform
bewirkt der katalytische Reaktionsabschnitt 60 eine katalytische
Reaktion einer Gasmischung mit einem niedrigen Luftüberschuß. Genauer
weist, wenn das Luft-Überschußverhältnis der
Gasmischung insgesamt bei 5 liegt, die Gasmischung, die in den katalytischen
Reaktionsabschnitt 60 geliefert wird, ein niedrigeres Luft-Überschußverhältnis von
etwa 3 auf.According to the arrangement of this embodiment, the catalytic reaction section functions 60 a catalytic reaction of a gas mixture with a low excess air. More specifically, when the total air-excess ratio of the gas mixture is 5, the gas mixture entering the catalytic reaction section 60 is delivered, a lower air excess ratio of about 3 on.
Andererseits
kann in der Abgasleitung 80 die Luft, die von der Umgehungsleitung 100 geliefert wird,
sich mit dem nicht-umgesetzten Gas vermischen, das aus dem katalytischen
Reaktionsabschnitt 60 ausgetragen wird. Genauer umgeht
in dem obigen Fall, wo das Luft-Überschußverhältnis der Gasmischung
insgesamt bei 5 liegt, eine Luftmenge, die, bezogen auf das Luft-Überschußverhältnis, 2
(= 5 – 3)
entspricht, den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 und
gelangt direkt in die Abgasleitung 80.On the other hand, in the exhaust pipe 80 the air coming from the bypass 100 is supplied, mix with the unreacted gas from the catalytic reaction section 60 is discharged. More specifically, in the above case where the total air-excess ratio of the gas mixture is 5, an amount of air corresponding to 2 (= 5 - 3) in terms of the excess air ratio bypasses the catalytic reaction section 60 and gets directly into the exhaust pipe 80 ,
Demgemäß kann in
der Abgasleitung 80 die Umgehungsluft das nicht-umgesetzte
Gas (d.h. den nicht-umgesetzten Wasserstoff) verdünnen. Der
katalytische Reaktionswärmeerzeuger
S1 gibt Abgas ab, welches nicht-umgesetztes Gas enthält, das
angemessen auf eine niedrigere Konzentration verdünnt wurde.
In diesem Fall kann die Luftzuführeinrichtung 40 (d.h.
das Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges
Gas) die Gesamtmenge an zugeführter
Luft (d.h. an sauerstoffhaltigem Gas) beibehalten.Accordingly, in the exhaust pipe 80 the bypass air dilutes the unreacted gas (ie, the unreacted hydrogen). The catalytic reaction heater S1 discharges exhaust gas containing unreacted gas appropriately diluted to a lower concentration. In this case, the air supply 40 (ie, the oxygen-containing gas supply means) maintains the total amount of supplied air (ie, oxygen-containing gas).
Bei
dem Luftzuführmittel 40 handelt
es sich beispielsweise um einen Ventilator oder ein Gebläse, das
die Luft von außen
zuführt.
Diese Art von Einrichtung weist eine ungenügende Antwortempfindlichkeit bei
der Steuerung der Luftdurchflußmenge
auf. Es ist generell schwierig, den Strom der Luft (d.h. des sauerstoffhaltigen
Gases), der in den katalytischen Reaktionswärmeerzeuger geliefert wird,
exakt zu steuern.At the air supply means 40 it is, for example, a fan or a fan that supplies the air from the outside. This type of device has an insufficient response sensitivity in the control of the air flow rate. It is generally difficult to precisely control the flow of air (ie, the oxygen-containing gas) supplied to the catalytic reaction heater.
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist die Umgehungsleitung 100 bereitgestellt, um die Durchflußmenge der
Luft, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert
wird, zu ändern.
Eine solche Änderung
der Durchflußmenge
der Luft, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert
wird, kann nicht durch Steuern der Fördermenge des Luftzuführmittels 40 erreicht
werden.According to this embodiment, the bypass is 100 provided to the flow rate of air entering the catalytic reaction section 60 is delivered, change. Such a change in the flow rate of air entering the catalytic reaction section 60 can not be delivered by controlling the delivery rate of the air supply 40 be achieved.
In
dieser Hinsicht ist es gemäß dieser
Ausführungsform
nicht erforderlich, die Gesamtmenge der Luft, die von der Luftzuführeinrichtung 40 geliefert wird,
zu ändern.
Die Fördermenge
der Luftzuführeinrichtung
kann auf einem konstanten Wert gehalten werden. So kann diese Ausführungsform
die Durchflußmenge
der Luft, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert
wird, ändern,
ohne die Fördermenge
des Luftzuführmittels 40 zu ändern.In this regard, according to this embodiment, it is not necessary to measure the total amount of air supplied by the air supply device 40 is delivered, change. The delivery rate of the air supply device can be kept at a constant value. Thus, this embodiment can control the flow rate of air entering the catalytic reaction section 60 is delivered without changing the delivery rate of the air supply means 40 to change.
Gemäß dieser
Ausführungsform
weist die Gasmischung, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert
wird, einen niedrigen Luftüberschuß auf. Obwohl
der katalytische Reaktionsabschnitt 60 Wärme erzeugt,
kann die Menge der an die Luft abgegebenen Wärme auf einen niedrigeren Wert gesenkt
werden. Somit kann diese Ausführungsform die
Temperatur des Katalysators umgehend erhöhen und demgemäß die Emission
von etwaigem nicht-umgesetztem Gas sogar in einer Anordnung ohne
EHC senken.According to this embodiment, the gas mixture entering the catalytic reaction section 60 is delivered, a low air excess. Although the catalytic reaction section 60 Heat generated, the amount of heat released into the air can be reduced to a lower value. Thus, this embodiment can promptly increase the temperature of the catalyst and accordingly lower the emission of any unreacted gas even in an arrangement without EHC.
Ferner
wird gemäß dieser
Ausführungsform ein
Teil der Luft direkt über
die Umgehungsleitung 100 in die Abgasleitung 80 geliefert.
Die Konzentration an nicht-umgesetztem Gas im Abgas kann gesenkt
werden.Further, according to this embodiment, part of the air is directly via the bypass line 100 in the exhaust pipe 80 delivered. The concentration of unreacted gas in the exhaust gas can be lowered.
Somit
stellt diese Ausführungsform
einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
bereit, der in der Lage ist, die Temperatur des Katalysators umgehend
zu erhöhen
und die Emission an etwaigem nicht-umgesetztem Gas zu senken.Consequently
represents this embodiment
a catalytic reaction heat generator
ready, which is able to promptly change the temperature of the catalyst
to increase
and to reduce the emission of any unreacted gas.
Ferner
kann gemäß dieser
Ausführungsform die
Brennstoffzuführeinrichtung 30 den
Druck des Brennstoffs (d.h. des Wasserstoffs) und die Einspritzzeit ändern, um
die Menge des eingespritzten Brennstoffs zu ändern. Vorzugsweise wird die
Menge des eingespritzten Brennstoffs durch die Brennstoffzuführeinrichtung 30 gemäß der Temperaturänderung des
katalytischen Reaktionsabschnitts 60 geändert. Dies ist wirksam, um
die Menge des eingespritzten Kraftstoffs gemäß der Temperaturumgebung unter den
Startbedingungen angemessen einzustellen.Further, according to this embodiment, the fuel supply device 30 change the pressure of the fuel (ie, the hydrogen) and the injection time to change the amount of injected fuel. Preferably, the amount of fuel injected by the fuel supply device 30 according to the temperature change of the catalytic reaction section 60 changed. This is effective to appropriately set the amount of the injected fuel according to the temperature environment under the starting conditions.
Genauer
erfaßt
die Temperaturerfassungseinrichtung 90 die Temperatur des
Abgases, das aus dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 ausgetragen
wird. Die Brennstoffmenge kann durch Steuern der Brennstoffzuführeinrichtung 30 aufgrund
von Informationen, die von der Temperaturerfassungseinrichtung 90 geliefert
werden, erhöht
oder gesenkt werden.More specifically, the temperature detecting means detects 90 the temperature of the exhaust gas coming from the catalytic reaction section 60 is discharged. The amount of fuel may be controlled by controlling the fuel supply 30 based on information provided by the temperature sensing device 90 be delivered, raised or lowered.
Ferner
wird das folgende Verfahren angewendet. Wenn die Temperaturerfassungseinrichtung 90 erfaßt, daß die Katalysatortemperatur
bei einer ausreichend hohen Temperatur angekommen ist (z.B. 300 °C), steuert
der Steuerabschnitt 200 die Brennstoffzuführeinrichtung 30 so,
daß die
zugeführte
Brennstoffmenge sinkt.Further, the following method is used. When the temperature detecting device 90 detects that the catalyst temperature has arrived at a sufficiently high temperature (eg, 300 ° C), controls the control section 200 the fuel supply device 30 so that the amount of fuel supplied decreases.
In
diesem Fall weist die Gasmischung, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert wird,
ein hohes Luft-Überschußverhältnis auf
(d.h. Luft-Überschußverhältnis =
7). Dies ist wirksam, um zu verhindern, daß die Verbrennungstemperatur
in dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 übermäßig steigt.
Es ist möglich,
die Temperatur unter Berücksichtigung
der Wärmebeständigkeit
des Katalysators festzusetzen.In this case, the gas mixture that enters the catalytic reaction section 60 is delivered, a high air excess ratio (ie, air excess ratio = 7). This is effective to prevent the combustion temperature in the catalytic reaction section 60 increases excessively. It is possible to set the temperature in consideration of the heat resistance of the catalyst.
Wie
auf dem technischen Gebiet der katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
bekannt ist, ist, wenn das Luft-Überschußverhältnis hoch
ist, die Verbrennungstemperatur niedrig. Wenn das Luft-Überschußverhältnis niedrig
ist, ist die Verbrennungstemperatur hoch. Zu verhindern, daß die Verbrennungstemperatur
im katalytischen Reaktionsabschnitt 60 zu stark steigt,
ist wirksam, um zu verhindern, daß der Katalysator und der Katalysatorträger aufgrund zu
großer
Hitze Schaden nehmen.As is known in the technical field of the catalytic reaction heat generator, when the air excess ratio is high, the combustion temperature is low. When the air excess ratio is low, the combustion temperature is high. To prevent the combustion temperature in the catalytic reaction section 60 increases too much, is effective to prevent damage to the catalyst and the catalyst support due to excessive heat.
Ferner
kann das folgende Steuerverfahren angewendet werden, wenn die Brennstoffzuführeinrichtung 30 die
Menge des zugeführten
Brennstoffs aufgrund der Temperaturinformationen über den
katalytischen Reaktionsabschnitt 60 erhöht oder senkt.Further, the following control method can be applied when the fuel supply device 30 the amount of fuel supplied due to the temperature information on the catalytic reaction section 60 increases or decreases.
Wenn
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
seinen betrieb in einer Niedertemperaturumgebung aufnimmt, steuert
der Steuerabschnitt 200 das Luftzuführmittel (d.h. das Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges
Gas) aufgrund der Temperaturinformationen über den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 erhöht oder
senkt.When the catalytic reaction heater starts operating in a low temperature environment, the control section controls 200 the air supply means (ie, the oxygen-containing gas supply means) due to the temperature information on the catalytic reaction section 60 increases or decreases.
Wenn
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger 60 den
Betrieb in einer Niedertemperaturumgebung aufnimmt, steuert der
Steuerabschnitt 200 die Luftzuführeinrichtung (d.h. das Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges
Gas) 40 so, daß die
Menge an zugeführter
Luft (d.h. an sauerstoffhaltigem Gas) auf einem konstanten Wert
bleibt. Währenddessen
steuert der Steuerabschnitt 200 das Brennstoffzuführmittel 30 so,
daß die
Menge an zugeführtem
Brennstoff allmählich
steigt.When the catalytic reaction heat generator 60 starts the operation in a low-temperature environment, controls the control section 200 the air supply means (ie, the oxygen-containing gas supply means) 40 such that the amount of supplied air (ie, oxygen-containing gas) remains at a constant value. Meanwhile, the control section controls 200 the fuel supply means 30 such that the amount of fuel supplied gradually increases.
Wenn
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
unter Niedertemperaturbedingungen (d.h. bei einer Temperatur, die
unterhalb des Gefrierpunkts liegt) arbeitet, reicht die Aktivität des Katalysators nicht
aus. Die Menge an zugeführtem
Brennstoff ist relativ gering. Die Gasmischung weist ein hohes Überschußverhältnis an
sauerstoffhaltigem Gas auf (z.B. Luft-Überschußverhältnis = 7). Wenn der Katalysator
eine ausreichend hohe Temperatur erreicht (z.B. 300 °C), reicht
die Aktivität
des Katalysators aus. Die Menge an zugeführtem Brennstoff ist relativ groß. Die Gasmischung
weist ein angemessenes Überschußverhältnis an
sauerstoffhaltigem Gas auf (z.B. Luft-Überschußverhältnis = 5).If
the catalytic reaction heat generator
under low temperature conditions (i.e., at a temperature,
below freezing) works, the activity of the catalyst is not enough
out. The amount of supplied
Fuel is relatively low. The gas mixture has a high excess ratio
oxygen-containing gas (e.g., excess air ratio = 7). If the catalyst
reaches a sufficiently high temperature (e.g., 300 ° C) is sufficient
the activity
of the catalyst. The amount of fuel supplied is relatively large. The gas mixture
indicates an appropriate excess ratio
oxygen-containing gas (e.g., excess air ratio = 5).
Wenn
die zugeführte
Brennstoffmenge auf diese Weise gesteuert wird, können die
temperaturerhöhenden
Eigenschaften des Katalysators nicht so hoch gesteigert werden.
Jedoch ist unmittelbar nachdem der katalytische Reaktionswärmeerzeuger den
Betrieb aufnimmt, die Menge an zugeführtem Brennstoff gering, und
der Brennstoff verbrennt leicht. Die Luft hat eine ausgezeichnete
Verdünnungswirkung.
Das ausgetragene nicht-umgesetzte Gas
weist eine niedrigere Konzentration auf.If
the supplied
Fuel quantity is controlled in this way, the
temperature-raising
Properties of the catalyst can not be increased so much.
However, immediately after the catalytic reaction heater is the
Operation, the amount of supplied fuel low, and
the fuel burns easily. The air has an excellent
Dilution effect.
The discharged unreacted gas
has a lower concentration.
Wie
aus der vorherigen Beschreibung hervorgeht, stellt diese Ausführungsform
einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
bereit, der einen katalytischen Reaktionsabschnitt, ein Brennstoffzuführmittel,
ein Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges
Gas, eine Abgasleitung und eine Umgehungsleitung umfaßt. Der
katalytische Reaktionsabschnitt erzeugt Wärme aufgrund der katalytischen
Reaktion eiern Gasmischung aus Brenngas und sauerstoffhaltigem Gas.
Das Brennstoffzuführmittel,
das stromaufwärts vom
katalytischen Reaktionsabschnitt bereitgestellt ist, liefert Brennstoff
in den katalytischen Reaktionsabschnitt. Das Zuführmittel für das sauerstoffhaltige Gas,
das stromaufwärts
vom katalytischen Reaktionsabschnitt bereitgestellt, liefert sauerstoffhaltiges Gas
in den katalytischen Reaktionsabschnitt. Die Abgasleitung, die stromabwärts vom
katalytischen Reaktionsabschnitts bereitgestellt ist, trägt Abgas
aus dem katalytischen Reaktionsabschnitt aus. Unter Anlaufbedingungen
des katalytischen Reaktionswärmeerzeugers
liefert die Umgehungsleitung einen Teil des sauerstoffhaltigen Gases
aus dem Zu führmittel für sauerstoffhaltiges
Gas in die Abgasleitung, so daß die
Gasmischung, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt geliefert
wird, unter Anlaufbedingungen des katalytischen Reaktionswärmeerzeugers
eine niedrige Überschußrate an
sauerstoffhaltigem Gas aufweist. Anders ausgedrückt, in dieser Ausführungsform
wird eine Umgehungsanordnung verwendet, um eine Gasmischung, in
der ein fettes Brennstoffverhältnis
vorliegt, in den katalytischen Reaktionsabschnitt zu liefern, wenn
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
im Anlaufen ist.As
from the previous description, this embodiment provides
a catalytic reaction heat generator
providing a catalytic reaction section, a fuel delivery means,
a delivery means
for oxygenated
Gas, an exhaust pipe and a bypass line comprises. Of the
catalytic reaction section generates heat due to the catalytic
Reaction eggs gas mixture of fuel gas and oxygen-containing gas.
The fuel supply means,
the upstream of the
provided catalytic reaction section provides fuel
in the catalytic reaction section. The supply means for the oxygen-containing gas,
the upstream
provided by the catalytic reaction section, provides oxygen-containing gas
in the catalytic reaction section. The exhaust pipe, downstream of the
provided catalytic reaction section carries exhaust gas
from the catalytic reaction section. Under startup conditions
of the catalytic reaction heat generator
the bypass provides a portion of the oxygen-containing gas
from the oxygenating agent
Gas in the exhaust pipe, so that the
Gas mixture supplied in the catalytic reaction section
under start-up conditions of the catalytic reaction heat generator
a low excess rate
having oxygen-containing gas. In other words, in this embodiment
a bypass arrangement is used to form a gas mixture, in
the a rich fuel ratio
is present to provide in the catalytic reaction section, if
the catalytic reaction heat generator
is starting up.
Anordnung
zur Verhinderung von kapillarer Kondensationarrangement
to prevent capillary condensation
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist der katalytische Reaktionsabschnitt 60 aus dem Katalysatorträger, der
auf dem Basismaterial aufgebracht ist, und der Katalysatorquelle
aufgebaut, die von dem Katalysatorträger getragen wird. Der Katalysatorträger, der
aus keramischen Waben oder dergleichen besteht, weist zahlreiche
Poren auf, die eine ausreichende Oberfläche sicherstellen, um die Katalysatorquelle
zu tragen.According to this embodiment, the catalytic reaction section 60 from the catalyst carrier deposited on the base material and the catalyst source carried by the catalyst carrier. The catalyst carrier, which consists of ceramic honeycomb or the like, has numerous pores, which ensure a sufficient surface area to support the catalyst source.
Um
das Phänomen
der kapillaren Kondensation zu unterdrücken, kann in dem katalytischen
Reaktionsabschnitt 60 dieser Ausführungsform eine der folgenden
variablen Anordnungen zur Verhinderung der kapillaren Kondensation
verwendet werden.In order to suppress the phenomenon of capillary condensation, in the catalytic Re action section 60 In this embodiment, one of the following variable capillary condensation preventing arrangements can be used.
Das „kapillare
Kondensationsphänomen" tritt auf, wenn
der Katalysator in einer Niedertemperatur/Hochfeuchtigkeits-Umgebung
gehalten wird. Die Feuchtigkeit, die in einer solchen Umgebung vorliegt, hat
die Tendenz, sich auf der Oberfläche
des Katalysatorträgers
oder in den Poren des Katalysatorträgers niederzuschlagen. Somit
wird der Katalysator teilweise von Feuchtigkeit überzogen. Der Katalysator kann
durchnäßt werden.
Die adsorbierte Feuchtigkeit verhindert, daß der Katalysator mit Wasserstoff
(d.h. Brennstoff) und Luft (d.h. sauerstoffhaltigem Gas) in Kontakt
kommt. Ferner verhindert die adsorbierte Feuchtigkeit, daß diese
Gase in den Katalysator diffundieren. Infolgedessen wird die Reaktivität des Katalysators
verschlechtert.The "capillary
Condensation phenomenon "occurs when
the catalyst in a low temperature / high humidity environment
is held. The moisture that exists in such an environment has
the tendency to be on the surface
of the catalyst carrier
or precipitate in the pores of the catalyst support. Consequently
the catalyst is partially covered by moisture. The catalyst can
be soaked.
The adsorbed moisture prevents the catalyst from reacting with hydrogen
(i.e., fuel) and air (i.e., oxygen-containing gas) in contact
comes. Further, the adsorbed moisture prevents them
Gases diffuse into the catalyst. As a result, the reactivity of the catalyst
deteriorated.
Zunächst schlagen
die Erfinder dieser Erfindung einen ersten Aufbau vor, der dadurch
gekennzeichnet, ist, daß der
Katalysatorträger,
der in dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verwendet
wird, einen durchschnittlichen Porendurchmesser von gleich oder
größer 10 nm
aufweist.First, the inventors of this invention propose a first construction which is characterized in that the catalyst support contained in the catalytic reaction section 60 is used, has an average pore diameter equal to or greater than 10 nm.
Durch
Forschungs- und Entwicklungsarbeit haben die Erfinder dieser Erfindung
die erste Anordnung als vielversprechende Anordnung für die Verhinderung
des kapillaren Phänomens
entwickelt. Nach Meinung der Erfinder hängt die kapillare Kondensation
stark von der Porengröße jedes
Katalysatorträgers
ab. Die kapillare Kondensation tritt auf, wenn die Porengröße gering
ist.By
Research and development work has the inventors of this invention
the first arrangement as a promising arrangement for the prevention
of the capillary phenomenon
developed. According to the inventors, the capillary condensation depends
strong of the pore size of each
catalyst support
from. The capillary condensation occurs when the pore size is low
is.
2 ist eine Ansicht, die
schematisch den Zustand zeigt, daß Feuchtigkeit auf dem Katalysator oder
auf dem Katalysatorträger,
der im katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verwendet wird,
adsorbiert ist. 2 Fig. 12 is a view schematically showing the state that moisture on the catalyst or on the catalyst carrier in the catalytic reaction section 60 is used, adsorbed.
Der
Katalysatorträger 62,
der aus γ-Aluminium
besteht, ist auf dem Basismaterial 61 aufgebracht, das
aus Cordierit besteht. Ein Katalysator 66, beispielsweise
Platin, Palladium oder dergleichen, wird auf der Oberfläche des
Katalysatorträgers 62 oder
in den Poren 64 gehalten.The catalyst carrier 62 , which consists of γ-aluminum, is on the base material 61 applied, which consists of cordierite. A catalyst 66 For example, platinum, palladium or the like becomes on the surface of the catalyst carrier 62 or in the pores 64 held.
In 2 ist die Feuchtigkeit W,
die in der rechten Pore adsorbiert ist, gasförmig. Der Katalysator 66 wird
von der Feuchtigkeit W nicht durchnäßt. Der Katalysator 66 kann
mit dem Brennstoffgas ,G' und
der Luft ,A' in
Kontakt kommen und demgemäß eine Reaktion
bewirken.In 2 For example, the moisture W adsorbed in the right pore is gaseous. The catalyst 66 is not soaked by the moisture W. The catalyst 66 can come into contact with the fuel gas, G 'and the air, A' and thus cause a reaction.
In 2 kondensiert die Feuchtigkeit
in der linken Pore 64 jedoch zu Wasser, und demgemäß ist die
linke Pore 64 teilweise mit verflüssigter Feuchtigkeit ,W' gefüllt. Anders
ausgedrückt,
in der linken Pore 64 ist eine kapillare Kondensation zu
erkennen. Der Katalysator 66, der von der kondensierten Feuchtigkeit
,W' durchnäßt ist,
kann nicht mit dem Brenngas ,G' oder
der Luft ,A' in
Kontakt kommen und bewirkt demgemäß keine katalytische Reaktion.In 2 The moisture in the left pore condenses 64 however, to water, and accordingly, the left pore 64 partially filled with liquefied moisture, W '. In other words, in the left pore 64 is a capillary condensation to recognize. The catalyst 66 which is drenched by the condensed moisture, W ', can not come into contact with the fuel gas, G' or the air, A ', and accordingly causes no catalytic reaction.
Die 3A und 3B sind Ansichten, die schematisch den
Mechanismus darstellen, der eine kapillare Kondensation bewirkt.
Wie oben beschrieben, hängt
die kapillare Kondensation stark von der Porengröße des Katalysatorträgers 62 ab.
Eine kapillare Kondensation tritt auf, wenn die Porengröße gering
ist.The 3A and 3B are views that schematically illustrate the mechanism that causes capillary condensation. As described above, the capillary condensation is strongly dependent on the pore size of the catalyst support 62 from. Capillary condensation occurs when the pore size is low.
Eine
Pore 64 des Katalysatorträgers 52, die in 3A dargestellt ist, weist
einen großen
Durchmesser auf. Die adsorbierte Feuchtigkeit W ist gasförmig und
kondensiert nicht zu Wasser. Andererseits weist eine Pore 62 des
Katalysatorträgers 62,
die in 3B dargestellt
ist, einen kleinen Durchmesser auf. Die adsorbierte Feuchtigkeit
W kondensiert aufgrund der Oberflächenspannung ohne weiteres
zu Wasser.A pore 64 of the catalyst carrier 52 , in the 3A is shown, has a large diameter. The adsorbed moisture W is gaseous and does not condense to water. On the other hand, a pore points 62 of the catalyst carrier 62 , in the 3B is shown, a small diameter. The adsorbed moisture W readily condenses to water due to the surface tension.
Die
folgende Formel 1 entspricht der Kelvin'schen Theorie, die die Bedingungen (Erzeugung und
Zeitablauf) der kapillaren Kondensation bestimmt. In(p/p0)
= 2Vm·γ·cosθ/(r·R·T) (2)worin (p/p0) die relative Feuchtigkeit darstellt, Vm
das molekulare Wasservolumen darstellt, γ die Oberflächenspannung des Wassers darstellt, θ den Kontaktwinkel
zwischen Wasser und Katalysatorträger darstellt, ,r' den Radius der Pore 64 darstellt,
R eine Gaskonstante darstellt und T die absolute Temperatur darstellt.The following formula 1 corresponds to Kelvin's theory, which determines the conditions (generation and timing) of capillary condensation. In (p / p 0 ) = 2Vm · γ · cosθ / (r · R · T) (2) where (p / p 0 ) represents the relative humidity, Vm represents the molecular volume of water, γ represents the surface tension of the water, θ represents the contact angle between water and catalyst support, 'r' the radius of the pore 64 R represents a gas constant and T represents the absolute temperature.
4 zeigt die Beziehung zwischen
der relativen Feuchtigkeit (Einheiten: RH%) und dem Porendurchmesser
des Katalysatorträgers 62,
der gemäß der Kelvin'schen Theorie die
kapillare Kondensation bewirkt (Einheiten: nm), ausgehend von einem
Katalysatorträger 62,
der aus γ-Aluminium
besteht. 4 shows the relationship between the relative humidity (units: RH%) and the pore diameter of the catalyst carrier 62 which, according to Kelvin theory, causes the capillary condensation (units: nm) starting from a catalyst support 62 , which consists of γ-aluminum.
In 4 stellt die Abszisse die
relative Feuchtigkeit dar, und die Ordinate stellt den Porendurchmesser
dar, durch den eine kapillare Kondensation bewirkt wird (obwohl
in der Zeichnung als „Porendurchmesser
der kapillaren Kondensation" bezeichnet).
Der schraffierte Bereich unterhalb der in 4 dargestellten Kurve stellt einen Bereich
dar, wo eine kapillare Kondensation beobachtet wird.In 4 the abscissa represents the relative humidity, and the ordinate represents the pore diameter through which capillary condensation is effected (though referred to in the drawing as "pore diameter of the capillary condensation") 4 The curve shown represents an area where capillary condensation is observed.
Wie
aus 4 hervorgeht, kommt
es leicht zu einer kapillaren Kondensation, wenn der Katalysatorträger 62 in
einer Umgebung mit hoher Feuchtigkeit gehalten wird. Ferner kommt
es nicht leicht zu einer kapillaren Kondensation, wenn die Porengröße des Katalysatorträgers hoch
ist.How out 4 As can be seen, capillary condensation easily occurs when the catalyst support 62 is kept in a high humidity environment. Furthermore, capillary condensation does not readily occur when the pore size of the catalyst support is high.
Wenn
beispielsweise die relative Feuchtigkeit 60 RH% beträgt, ist
aus 4 ersichtlich, daß eine kapillare
Kondensation auftritt, wenn der Porendurchmesser gleich oder kleiner
als etwa 4 nm ist. Und es kommt zu keiner kapillaren Kondensation, wenn
der Porendurchmesser größer als
etwa 4 nm ist.For example, when the relative humidity is 60 RH%, it is off 4 It can be seen that capillary condensation occurs when the pore diameter is equal to or less than about 4 nm. And there is no capillary condensation when the pore diameter is greater than about 4 nm.
Ferner
geht aus 4 hervor, daß, wenn
die relative Feuchtigkeit etwa 80 % beträgt, keine kapillare Kondensation
auftritt, wenn der Porendurchmesser gleich oder größer als
10 nm ist.Further, go out 4 when the relative humidity is about 80%, capillary condensation does not occur when the pore diameter is equal to or larger than 10 nm.
Aus
den obigen Ergebnissen geht hervor, daß es bevorzugt ist, eine erste
Anordnung als Aufbau zu verwenden, der die kapillare Kondensation hemmt.
Der erste Aufbau dieser Ausführungsform schließt den Katalysatorträger 62 ein,
der im katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verwendet wird.
Der Katalysatorträger 62 des
ersten Aufbaus weist einen durchschnittlichen Porendurchmesser von
gleich oder größer als
10 nm auf. Beispielsweise kann bevorzugt α-Aluminium als Katalysatorträger verwendet werden,
der einen Porendurchmesser von gleich oder größer 10 nm aufweist.From the above results, it is apparent that it is preferable to use a first arrangement as a structure which inhibits the capillary condensation. The first structure of this embodiment includes the catalyst carrier 62 one in the catalytic reaction section 60 is used. The catalyst carrier 62 of the first construction has an average pore diameter equal to or larger than 10 nm. For example, α-aluminum may preferably be used as the catalyst carrier having a pore diameter equal to or larger than 10 nm.
Die
Verwendung eines Katalysatorträgers 62 mit
einem durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 nm ist wirksam
bei der Reduzierung des Feuchtigkeitsgehalts, der in einer Niedertemperatur/Hochfeuchtigkeits-Umgebung
auf dem Katalysator 66 oder dem Katalysatorträger 62 adsorbiert
wird. Der Katalysator 66 kann somit eine angemessene Reaktivität im katalytischen
Reaktionsabschnitt 60 aufrechterhalten.The use of a catalyst carrier 62 with an average pore diameter of 10 nm is effective in reducing the moisture content in a low temperature / high humidity environment on the catalyst 66 or the catalyst support 62 is adsorbed. The catalyst 66 can thus have adequate reactivity in the catalytic reaction section 60 maintained.
Das
heißt,
durch Verwenden des ersten Aufbaus kann diese Ausführungsform
das kapillare Kondensationsphänomen
unterdrücken,
so weit es in einer Hochfeuchtigkeits-Umgebung möglich ist. Der Katalysatorträger 62 kann
gute Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation aufweisen. Somit
kann diese Ausführungsform
einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
bereitstellen, der in der Lage ist, die Temperatur des Katalysators
umgehend zu erhöhen
und die Emission von etwaigem nicht-umgesetztem Gas zu senken.That is, by using the first structure, this embodiment can suppress the capillary condensation phenomenon as far as it is possible in a high-humidity environment. The catalyst carrier 62 may have good properties against capillary condensation. Thus, this embodiment can provide a catalytic reaction heat generator capable of promptly increasing the temperature of the catalyst and reducing the emission of any unreacted gas.
Generell
bestimmt die Größe des Porendurchmessers
des Katalysatorträgers
die Oberfläche des
Katalysatorträgers.
Wenn der Katalysatorträger 62 einen
durchschnittlichen Porendurchmesser aufweist, der gemäß der ersten
Anordnung bei mehr als 10 nm aufweist, weist jede Pore einen großen Durchmesser
auf. Wenn der Katalysatorträger
ein begrenztes Volumen hat, wird die Oberfläche des Katalysatorträgers klein.In general, the size of the pore diameter of the catalyst support determines the surface of the catalyst support. When the catalyst carrier 62 has an average pore diameter of more than 10 nm according to the first arrangement, each pore has a large diameter. When the catalyst carrier has a limited volume, the surface area of the catalyst carrier becomes small.
In
diesem Fall weist der Katalysatorträger schlechte Eigenschaften
auf (was die Zahl der Poren betrifft und ebenso was die Oberfläche betrifft).
Dies schränkt
die Menge des Katalysators, der von dem Katalysatorträger gehalten
wird, stark ein. Selbst wenn ein Katalysatorüberschuß auf dem Katalysatorträger gehalten
wird, reagiert der Brennstoff nicht ausreichend mit dem sauerstoffhaltigen
Gas. Das Brenngas und das sauerstoffhaltige Gas diffundieren nicht
in ausreichendem Maß.
Ein größerer Teil
des Katalysators ist nicht an einer Reaktion beteiligt. Somit ist
das Halten eines Katalysatorüberschusses
auf dem Katalysatorträger
nicht praktikabel. Somit ist die Menge des verfügbaren Katalysators klein und
das Reaktionsmaß ist
auf einen niedrigen Wert beschränkt.In
In this case, the catalyst carrier has poor properties
on (as far as the number of pores is concerned, as well as the surface).
This restricts
the amount of catalyst held by the catalyst support
will, strong. Even if a catalyst excess is held on the catalyst carrier
the fuel does not react sufficiently with the oxygenated one
Gas. The fuel gas and the oxygen-containing gas do not diffuse
to a sufficient extent.
A bigger part
the catalyst is not involved in a reaction. Thus is
keeping a catalyst over
on the catalyst support
not practicable. Thus, the amount of available catalyst is small and
the reaction measure is
limited to a low value.
Angesichts
des gesagten, schlagen die Erfinder dieser Erfindung die folgende
Anordnung zur Verhinderung einer kapillaren Kondensation als zweite
Anordnung vor.in view of
of the foregoing, the inventors of this invention propose the following
Arrangement for preventing capillary condensation as the second
Arrangement before.
Die
zweite Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorträger 62,
der im katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verwendet wird,
einen Porendurchmesser im Bereich von 1 nm bis 10 nm aufweist.The second arrangement is characterized in that the catalyst carrier 62 , that in the catalytic reaction section 60 is used, has a pore diameter in the range of 1 nm to 10 nm.
Die
Verwendung des Katalysatorträgers 63 mit
einem Porendurchmesser, der in einem großen Bereich von 1 nm bis mindestens
10 nm variiert, ist wirksam bei der Verwirklichung eines katalytischen Reaktionsabschnitts 60,
der gute Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation zeigt und
eine ausreichende Menge an katalytischer Reaktion sicherstellt.The use of the catalyst carrier 63 with a pore diameter varying in a wide range of 1 nm to at least 10 nm is effective in realizing a catalytic reaction section 60 which exhibits good capillary condensation properties and ensures a sufficient amount of catalytic reaction.
Ferner
kann gemäß der zweiten
Anordnung eine Oberfläche
des Katalysatorträgers 62,
der einen geringen Porendurchmesser aufweist (z.B. unter 10 nm)
eine größere Menge
an Katalysator tragen. Eine andere Oberfläche des Katalysatorträgers 62 mit
einem größeren Porendurchmesser
(z.B. über
10 nm) kann zufriedenstellende Eigenschaften gegen eine kapillare
Kondensation zeigen. Die Wärme
einer katalytischen Reaktion, die in der Region erzeugt wird, wo
der Porendurchmesser groß ist,
kann wirksam als thermische Energie verwendet werden, um die Feuchtigkeit
in der Region zu trocknen, wo der Porendurchmesser klein ist.Further, according to the second arrangement, a surface of the catalyst carrier 62 which has a small pore diameter (eg below 10 nm) carrying a larger amount of catalyst. Another surface of the catalyst carrier 62 with a larger pore diameter (eg over 10 nm) can show satisfactory properties against capillary condensation. The heat of a catalytic reaction generated in the region where the pore diameter is large can be effectively used as thermal energy to dry the moisture in the region where the pore diameter is small.
Somit
kann in dieser Ausführungsform
durch Verwendung der zweiten Anordnung ein katalytischer Reaktionsabschnitt 60 verwirklicht
werden, der in der Lage ist, für
eine ausgezeichnete Reaktivität
eine größere Menge
an Katalysator zu tragen sowie gute Eigenschaften gegen die kapillare
Kondensation sicherzustellen.Thus, in this embodiment, by using the second arrangement, a catalytic reaction section 60 can be realized, which is able to carry a larger amount of catalyst for excellent reactivity and to ensure good properties against the capillary condensation.
Ferner
schlagen die Erfinder der vorliegenden Erfindung die folgende Anordnung
zur Verhinderung der kapillaren Kondensation als dritte Anordnung
vor, um Wirkungen zu erzielen, die denen der zweiten Anordnung ähnlich sind.Further, the inventors of the present invention propose the following arrangement for preventing capillary condensation as a third arrangement to obtain effects similar to those of the present invention second arrangement are similar.
Die
dritte Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysatorträger 62,
der in dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verwendet
wird, mindestens zwei Arten von Katalysatorträgern 62 aufweist,
die sich in ihren durchschnittlichen Porendurchmessern unterscheiden.The third arrangement is characterized in that the catalyst carrier 62 in the catalytic reaction section 60 is used, at least two types of catalyst supports 62 which differ in their average pore diameters.
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist es möglich,
einen ersten Katalysatorträger,
der einen kleineren durchschnittlichen Porendurchmesser aufweist, um
eine ausreichende Katalysatormenge zu halten, und einen zweiten
Katalysatorträger,
der einen größeren durchschnittlichen
Porendurchmesser aufweist, um gute Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation
zu haben, zu kombinieren.According to this
embodiment
Is it possible,
a first catalyst carrier,
which has a smaller average pore diameter
to keep a sufficient amount of catalyst, and a second
Catalyst support,
the larger average
Pore diameter has good properties against capillary condensation
to have, to combine.
Somit
kann durch Verwendung der dritten Anordnung diese Ausführungsform
einen katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verwirklichen,
der in der Lage ist, eine größere Katalysatormenge
für eine ausgezeichnete
Reaktivität
zu tragen und außerdem gute
Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation bereitzustellen.Thus, by using the third arrangement, this embodiment can use a catalytic reaction section 60 which is capable of carrying a larger amount of catalyst for excellent reactivity and also provides good capillary condensation properties.
Beispielsweise
ist Aktivkohle oder γ-Aluminium
ein bevorzugtes Material für
den ersten Katalysatorträger
mit einem kleineren durchschnittlichen Porendurchmesser gemäß der dritten
Anordnung. Und α-Aluminium
ist ein bevorzugtes Material für
den zweiten Katalysatorträger
mit einem größeren durchschnittlichen
Porendurchmesser gemäß der dritten Anordnung.For example
is activated carbon or γ-aluminum
a preferred material for
the first catalyst support
with a smaller average pore diameter according to the third
Arrangement. And α-aluminum
is a preferred material for
the second catalyst carrier
with a larger average
Pore diameter according to the third arrangement.
Zweite AusführungsformSecond embodiment
5 ist eine schematische
Darstellung, die die Gesamtanordnung eines katalytischen Reaktionswärmeerzeugers
S2 gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt. 5 Fig. 12 is a schematic diagram illustrating the overall arrangement of a catalytic reaction heat generator S2 according to a second embodiment of the invention.
Der
katalytische Reaktionswärmeerzeuger S2
gemäß dieser
Ausführungsform
schließt,
wie der katalytische Wärmeerzeuger
der ersten Ausführungsform
einen katalytischen Reaktionsabschnitt 60, eine Brennstoffzuführeinrichtung 30,
eine Luftzuführeinrichtung 40 (d.h.
ein Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges
Gas), eine Abgasleitung 80 und eine Umgehungsleitung 100 ein.
Die Luft wird teilweise von der Luftzuführeinrichtung 40 zum
katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert und teilweise über die Umgehungsleitung 100 zur
Abgasleitung 80 geliefert.The catalytic reaction heat generator S2 according to this embodiment, like the catalytic heat generator of the first embodiment, includes a catalytic reaction section 60 , a fuel supply device 30 , an air supply device 40 (ie, an oxygen-containing gas supply means), an exhaust pipe 80 and a bypass line 100 one. The air is partly from the air supply 40 to the catalytic reaction section 60 delivered and partly via the bypass line 100 to the exhaust pipe 80 delivered.
Gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist zusätzlich
eine Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 bereitgestellt,
um die Umgehungsleitung 100 offen und geschlossen zu steuern. 5 zeigt ein Sperrventil,
das als Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 dieser
Ausführungsform
dient.In addition, according to the second embodiment, a bypass line controller is provided 110 provided to the bypass line 100 open and closed to control. 5 shows a check valve, which serves as a bypass line control device 110 this embodiment is used.
Das
Sperrventil 110 wird von einem Elektromotor angesteuert.
Der Steuerabschnitt 200 steuert den Betrieb des Sperrventils 110.
Gemäß der in 5 dargestellten Anordnung
ist das Sperrventil 110 in der Nähe des Auslasses der Umgehungsleitung 100 angeordnet.
Das Sperrventil 110 kann jedoch auch in jedem anderen Abschnitt
in der Umgehungsleitung 100 angeordnet sein.The check valve 110 is controlled by an electric motor. The control section 200 controls the operation of the shut-off valve 110 , According to the in 5 The arrangement shown is the check valve 110 near the outlet of the bypass 100 arranged. The check valve 110 However, in any other section in the bypass line 100 be arranged.
Ferner
schließt
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
S2 gemäß dieser
Ausführungsform wie
in der oben beschriebenen ersten Ausführungsform eine Temperaturerfassungseinrichtung 90 ein, die
die Temperatur des Abgases erfaßt,
das vom katalytischen Reaktionsabschnitt 60 abgegeben wird.Further, the catalytic reaction heat generator S2 according to this embodiment includes temperature detection means as in the first embodiment described above 90 a, which detects the temperature of the exhaust gas, that of the catalytic reaction section 60 is delivered.
Der
Steuerabschnitt 200 führt
eine Öffnungs- und
Schließungssteuerung
der Umgehungsleitung 100 durch Steuern des Sperrventils
(d.h. der Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung) 110 aufgrund
von Informationen durch, die er von der Temperaturerfassungseinrichtung 90 erhält.The control section 200 performs an opening and closing control of the bypass line 100 by controlling the shut-off valve (ie, the bypass line controller) 110 due to information provided by the temperature sensing device 90 receives.
Gemäß dieser
Anordnung erfaßt
die Temperaturerfassungseinrichtung 90 die Temperatur des katalytischen
Reaktionsabschnitts 60. Der Steuerabschnitt 200 beurteilt
aufgrund der Temperaturinformationen, die von der Temperaturerfassungseinrichtung 90 erhalten
werden, ob der Katalysator die Aktivierungstemperatur aufweist.
Ferner bewirkt der Steuerabschnitt 200, daß das Sperrventil 110 die Umgehungsleitung
offen und geschlossen steuert und paßt dementsprechend das Luft-Überschußverhältnis einer
Gasmischung, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert
wird, an. Somit ermöglicht
die zweite Ausführungsform,
daß der
Steuerungsabschnitt 200 in Übereinstimmung mit der Temperatur
des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 ein ge eignetes
Luft-Überschußverhältnis für die Gasmischung
einstellt, die in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert
wird.According to this arrangement, the temperature detecting means detects 90 the temperature of the catalytic reaction section 60 , The control section 200 judged based on the temperature information supplied by the temperature detecting means 90 be obtained whether the catalyst has the activation temperature. Further, the control section causes 200 in that the check valve 110 the bypass line controls open and closed and, accordingly, adjusts the excess air ratio of a gas mixture entering the catalytic reaction section 60 is delivered to. Thus, the second embodiment enables the control section 200 in accordance with the temperature of the catalytic reaction section 60 sets a ge suitable excess air ratio for the gas mixture, in the catalytic reaction section 60 is delivered.
Genauer
erreicht die Temperatur des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 den
Aktivierungsgrad des Katalysators. Danach bewirkt der Steuerabschnitt 200,
daß das
Sperrventil 110 die Umgehungsleitung 100 offen/geschlossen
steuert, um die Katalysatortemperatur auf einer gewünschten
Höhe zu
halten, die zuvor unter Berücksichtigung
der Wärmebeständigkeit
des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 bestimmt wird.More specifically, the temperature of the catalytic reaction section reaches 60 the degree of activation of the catalyst. Thereafter, the control section causes 200 in that the check valve 110 the bypass 100 open / closed controls to maintain the catalyst temperature at a desired level previously taking into account the heat resistance of the catalytic reaction section 60 is determined.
Gemäß dieser
Anordnung wird, nachdem die Temperatur des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 den
Aktivierungsgrad des Katalysators erreicht hat, sämtliche
Luft in den katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert.
In diesem Fall ist der Luftüberschuß hoch.
Die Luft hat eine ausgezeichnete Verdünnungswirkung (d.h. Wärmeabgabewirkung).
Dies ist wirksam, um zu verhindern, daß die Verbrennungstemperatur
des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 übermäßig steigt.
Die Leistung des Katalysators oder des katalytischen Reaktionsabschnitts wird
nicht verschlechtert.According to this arrangement, after the temperature of the catalytic reaction section 60 has reached the degree of activation of the catalyst, all air in the catalytic reaction section 60 delivered. In this case, the excess air is high. The air has an excellent dilution effect (ie heat release effect). This is effective to prevent the burns temperature of the catalytic reaction section 60 increases excessively. The performance of the catalyst or the catalytic reaction section is not deteriorated.
Wenn
sich dagegen der katalytische Reaktionsabschnitt 60 in
einem Niedertemperaturzustand befindet, öffnet das Sperrventil 110 die
Umgehungsleitung 100. Der katalytische Reaktionsabschnitt 60 kann
eine Gasmischung empfangen, die ein niedriges Luft-Überschußverhältnis aufweist.If, however, the catalytic reaction section 60 is in a low temperature state, opens the check valve 110 the bypass 100 , The catalytic reaction section 60 may receive a gas mixture having a low excess air ratio.
Somit
kann diese Ausführungsform
einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
bereitstellen, der in der Lage ist, die Temperatur des Katalysators umgehend
zu erhöhen
und die Emissionen von etwaigem nicht-umgesetztem Gas zu senken.Consequently
this embodiment may be
a catalytic reaction heat generator
capable of providing the temperature of the catalyst promptly
to increase
and to reduce the emissions of any unreacted gas.
Gemäß dieser
Ausführungsform
kann der Steuerabschnitt 200 die Brennstoffzuführeinrichtung 30 so
steuern, daß sie
die Menge des zugeführten Brennstoffs
gemäß der Temperaturänderung
des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 erhöht oder senkt.
Es wird möglich,
eine angemessene Menge an zugeführtem
Brennstoff gemäß den Temperaturbedingungen
beim Anlaufen zuzuführen.According to this embodiment, the control section 200 the fuel supply device 30 so as to control the amount of the supplied fuel according to the temperature change of the catalytic reaction section 60 increases or decreases. It becomes possible to supply an adequate amount of supplied fuel according to the temperature conditions at startup.
In
diesem Fall kann der Steuerabschnitt 200 das folgende Steuerverfahren
anwenden. Wenn der katalytische Reaktionswärmeerzeuger S2 seinen Betrieb
in einer Niedertemperaturumgebung aufnimmt (unter dem Gefrierpunkt),
steuert der Steuerabschnitt 200 die Luftzuführeinrichtung
(d.h. das Zuführmittel für sauerstoffhaltiges
Gas) 40, um die Menge an zugeführter Luft (d.h. an sauerstoffhaltigem
Gas) auf einem konstanten Wert zu halten. Und der Steuerabschnitt 200 schließt das Sperrventil
(d.h. die Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung) 110.In this case, the control section 200 apply the following tax procedure. When the catalytic reaction heater S2 starts its operation in a low-temperature environment (below the freezing point), the control section controls 200 the air supply means (ie, the oxygen-containing gas supply means) 40 to keep the amount of supplied air (ie, oxygen-containing gas) at a constant value. And the control section 200 closes the check valve (ie, bypass line controller) 110 ,
Sämtliche
Luft wird vom Luftzuführmittel 40 zum
katalytischen Reaktionsabschnitt 60 geliefert. In diesem
Fall steuert der Steuerabschnitt 200 das Kraftstoffzuführmittel 30 so,
daß die
Menge an zugeführtem
Brennstoff (d.h. Wasserstoff) allmählich steigt.All air is from the air supply 40 to the catalytic reaction section 60 delivered. In this case, the control section controls 200 the fuel supply means 30 such that the amount of fuel supplied (ie, hydrogen) gradually increases.
Wenn
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
S2 unter Niedertemperatur-Ausgangsbedingungen arbeitet, weist der
Katalysator eine unzureichende Aktivität auf. Die zugeführte Brennstoffmenge
ist relativ klein. Die Gasmischung weist einen hohen Luftüberschuß auf (z.B.
Luft-Überschußverhältnis =
7). Wenn der Katalysator eine ausreichend hohe Temperatur erreicht,
hat der Katalysator eine ausreichende Aktivität. Die Menge des zugeführten Brennstoffs
ist relativ hoch. Die Gasmischung weist einen angemessenen Luftüberschuß auf (z.B. Luft-Überschußverhältnis =
5).If
the catalytic reaction heat generator
S2 operates under low temperature initial conditions, the
Catalyst insufficient activity. The amount of fuel supplied
is relatively small. The gas mixture has a high excess of air (e.g.
Air excess ratio =
7). When the catalyst reaches a sufficiently high temperature,
the catalyst has sufficient activity. The amount of fuel supplied
is relatively high. The gas mixture has an adequate excess air (e.g., excess air ratio =
5).
Wenn
die Menge des zugeführten
Brennstoffs auf diese Weise gesteuert wird, können die Temperaturkurve des
Katalysators nicht so stark steigen. Jedoch ist unmittelbar nachdem
der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
S2 seinen Betrieb aufnimmt, die Menge an zugeführtem Brennstoff klein, und
der Brennstoff kann leicht verbrennen. Die Luft hat eine ausgezeichnete
Verdünnungswirkung.
Das ausgetragene nichtumgesetzte Gas (d.h. der nicht-umgesetzte
Wasserstoff) weist eine niedrigere Konzentration auf.If
the amount of supplied
Fuel is controlled in this way, the temperature curve of the
Catalyst does not rise so much. However, immediately after
the catalytic reaction heat generator
S2 starts its operation, the amount of fuel supplied small, and
the fuel can burn easily. The air has an excellent
Dilution effect.
The discharged unreacted gas (i.e., the unreacted gas)
Hydrogen) has a lower concentration.
Nach
Beendigen der obigen Anlauf-Niedertemperatursteuerung steuert der
Steuerabschnitt 200 das Sperrventil 110 so, daß es die
Umgehungsleitung 100 öffnet.
Die oben beschriebene Wirkung eines Einsatzes der Umgehungsleitung 100 wird
erzielt.After completing the above start-up low-temperature control, the control section controls 200 the check valve 110 so that it is the bypass line 100 opens. The above-described effect of using the bypass line 100 is achieved.
Modifizierte
Umgehungsleitungs-Steuereinrichtungmodified
Bypass line controller
Das
Umgehungsleitungs-Steuermittel 110 dieser Ausführungsform
kann aus einem verformbaren Element bestehen, das als Antwort auf
eine Temperaturänderung
verformbar ist.The bypass control means 110 This embodiment may consist of a deformable element which is deformable in response to a temperature change.
Beispielsweise
können
Bimetalle als das Element verwendet werden, das als Antwort auf
eine Temperaturänderung
verformbar ist. Wie in der Technik bekannt, besteht ein Bimetall
aus zwei miteinander verbundenen Metallplatten, die jeweils einen
anderen linearen Expansionskoeffizienten aufweisen. Das Bimetall
bewirkt ein Verbiegen oder eine Wölbung als Antwort auf eine
Temperaturänderung.For example
can
Bimetals are used as the element in response to
a temperature change
is deformable. As known in the art, there is a bimetal
made of two interconnected metal plates, each one
have different linear expansion coefficients. The bimetal
causes a bend or a bulge in response to a
Temperature change.
Neben
Bimetallen können
Elemente mit Formgedächtnis,
wie Formgedächtnis-Legierungen und Formgedächtnis-Harze,
als Element verwendet werden, das als Antwort auf eine Temperaturänderung
verformbar ist.Next
Bimetals can
Elements with shape memory,
such as shape memory alloys and shape memory resins,
be used as an element in response to a temperature change
is deformable.
Diese
Elemente mit Formgedächtnis
sind in der Technik bekannt. Beispielsweise sind (CuNi)3Al, AuCd,
In-Tl, CuAuZn, CuZn, TiNi, NiAl, AgCd und Fe3Pt
Formgedächtnis
Legierungen, die auf einer reversiblen martensitischen Transformation
beruhen.These shape memory elements are known in the art. For example, (CuNi) 3 is Al, AuCd, In-Tl, CuAuZn, CuZn, TiNi, NiAl, AgCd and Fe 3 Pt shape memory alloys based on reversible martensitic transformation.
Formgedächtnis-Harze
sind Kunststoffmaterialien, die vorübergehend eine permanente Verformung
zurücklassen,
wenn sie sofort abgekühlt
werden, nachdem sie bei einer Temperatur erwärmt wurden, die über dem
Glasübergangspunkt
liegt. Wenn die Harze mit Formgedächtnis jedoch wieder auf den Glasübergangspunkt
erwärmt
werden, verschwindet die permanente Verformung.Shape memory resins
are plastic materials that temporarily cause permanent deformation
leave behind,
when cooled immediately
after being heated at a temperature above that
Glass transition point
lies. However, when the shape memory resins return to the glass transition point
heated
become, the permanent deformation disappears.
Ein
solches temperaturempfindliches verformbares Element, sollte, wenn
es als die Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 verwendet wird,
an einer Stelle bereitgestellt werden, wo dieses verformbare Element
durch das Abgas erwärmt
wird, das aus dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 ausgetragen
wird.Such a temperature-sensitive deformable element should, when acting as the bypass line controller 110 is used, provided at a location where this deformable element is heated by the exhaust gas, which from the catalytic reaction section 60 is discharged.
Wie
in Beispiel 5 dargestellt, ist es beispielsweise bevorzugt, das
temperaturempfindliche verformbare Element (das als Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 dient)
nahe dem Ausgang der Umgehungsleitung 100 bereitzustellen.
Das heißt,
das Sperrventil 110, das in 5 dargestellt ist,
kann durch ein temperaturempfindliches verformbares Element ersetzt
werden.For example, as shown in Example 5, it is preferable that the temperature-sensitive deformable element (the bypass line controller 110 serves) near the outlet of the bypass 100 provide. That is, the check valve 110 , this in 5 can be replaced by a temperature-sensitive deformable element.
Die
Bereitstellung der Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 in
der Nähe
des Auslasses der Umgehungsleitung 100 ist dahingehend
von Vorteil, daß die
Wärme der
katalytischen Reaktion über
ein Rohr der Umgehungsleitung 100 oder durch die Konvektion
von Abgas effektiv auf die Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 übertragen wird.The provision of the bypass control device 110 near the outlet of the bypass 100 is advantageous in that the heat of the catalytic reaction via a pipe of the bypass line 100 or by the convection of exhaust gas effectively on the bypass line controller 110 is transmitted.
Wenn
die Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 aus einem temperaturempfindlichen verformbaren
Element besteht, verformt sich die Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 gemäß der Temperaturänderung
des Abgases. Die Umgehungsleitung 100 wird gemäß der Verformung
des verformbaren Elements geöffnet
und geschlossen.When the bypass line controller 110 consists of a temperature-sensitive deformable element, deforms the bypass line controller 110 according to the temperature change of the exhaust gas. The bypass line 100 is opened and closed according to the deformation of the deformable element.
Beispielsweise
wird in der Praxis ein Aktor (Ventil) vom Membran-Typ als Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 verwendet,
die als Antwort auf eine Temperaturänderung verformbar ist. In diesem
Fall empfängt
unter Anfangsstartbedingungen der katalytische Reaktionsabschnitt 60 eine
Gasmischung mit einem niedrigen Luftüberschuß und gibt demgemäß ein Hochtemperaturabgas
ab. Wenn das Membranventil dem Hochtemperaturabgas ausgesetzt wird,
schließt
das Ventil die Umgehungsleitung 100.For example, in practice, a diaphragm-type actuator (valve) becomes a bypass line controller 110 used, which is deformable in response to a change in temperature. In this case, under initial start conditions, the catalytic reaction section receives 60 a gas mixture with a low excess air and accordingly emits a high-temperature exhaust gas. When the diaphragm valve is exposed to the high-temperature exhaust gas, the valve closes the bypass line 100 ,
Somit
können
die oben beschriebenen Wirkungen des Sperrventils 110 auch
dann erhalten werden, wenn die Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 aus
einem temperaturempfindlichen Element besteht. In diesem Fall benötigen die
Temperaturerfassungseinrichtung 90 und die Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung 110 keinen
Motor oder ein vergleichbares Antriebsmittel.Thus, the above-described effects of the check valve 110 even if the bypass line controller 110 consists of a temperature-sensitive element. In this case, the temperature detecting device needs 90 and the bypass line controller 110 no engine or similar drive means.
Ferner
kann in dieser Ausführungsform
der katalytische Reaktionsabschnitt 60 eine der oben beschriebenen
verschiedenen Anordnungen zur Verhinderung einer kapillaren Kondensation
verwenden, um das Phänomen
der kapillaren Kondensation zu unterdrücken.Further, in this embodiment, the catalytic reaction section 60 Use any of the various capillary condensation prevention arrangements described above to suppress the phenomenon of capillary condensation.
Dritte AusführungsformThird embodiment
6 ist eine schematische
Ansicht, die die Gesamtanordnung eines katalytischen Wärmeerzeugers
S3 gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt. 6 Fig. 10 is a schematic view showing the overall arrangement of a catalytic heat generator S3 according to a third embodiment of the present invention.
Der
katalytische Reaktionswärmeerzeuger S3
dieser Ausführungsform
schließt
wie der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
S1 der ersten Ausführungsform
einen katalytischen Reaktionsabschnitt 60, eine Brennstoffzuführeinrichtung 30,
eine Luftzuführeinrichtung
(d.h. ein Zuführmittel
für sauerstoffhaltiges
Gas) 40, eine Abgasleitung 80 und eine Umgehungsleitung 100 ein.
Die Luft wird zum Teil vom Luftzuführmittel 40 zum katalytischen
Reaktionsabschnitt 60 geliefert, und zum Teil über die
Umgehungsleitung 100 zur Abgasleitung 80 geliefert.The catalytic reaction heat generator S3 of this embodiment, like the catalytic reaction heat generator S1 of the first embodiment, includes a catalytic reaction section 60 , a fuel supply device 30 an air supply means (ie, an oxygen-containing gas supply means) 40 , an exhaust pipe 80 and a bypass line 100 one. The air becomes part of the air supply 40 to the catalytic reaction section 60 delivered, and partly on the bypass 100 to the exhaust pipe 80 delivered.
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist der katalytische Reaktionsabschnitt 60 in eine Vielzahl
von Unterabschnitten unterteilt, die einen ersten katalytischen
Reaktions-Unterabschnitt 60a, der stromaufwärtsseitig
angeordnet ist, und einen zweiten katalytischen Reaktions-Unterabschnitt 60b,
der stromabwärtsseitig
angeordnet ist, einschließen.
Der durchschnittliche Porendurchmesser eines Katalysatorträgers, der
im ersten katalytischen Reaktions-Unterabschnitt 60a verwendet
wird, ist größer als
der durchschnittliche Porendurchmesser des Katalysatorträgers, der
im zweiten katalytischen Reaktions-Unterabschnitt 60b verwendet
wird.According to this embodiment, the catalytic reaction section 60 divided into a plurality of subsections comprising a first catalytic reaction subsection 60a which is located upstream side and a second catalytic reaction subsection 60b which is located downstream side. The average pore diameter of a catalyst support used in the first catalytic reaction subsection 60a is greater than the average pore diameter of the catalyst support used in the second catalytic reaction subsection 60b is used.
Gemäß der in 6 dargestellten Anordnung
umfaßt
der katalytische Reaktionsabschnitt 60 einen stromaufwärtsseitigen
katalytischen Reaktionsabschnitt 60a und einen stromabwärtsseitigen katalytischen
Reaktionsabschnitt 60b, die hintereinander angeordnet sind.
Gemäß dieser
Ausführungsform
kann der katalytische Reaktionsabschnitt 60 in drei oder
mehr hintereinander angeordnete Unterabschnitte aufgeteilt sein,
so daß der
durchschnittliche Porendurchmesser stromaufwärtsseitig groß ist und stromabwärtsseitig
klein ist.According to the in 6 The arrangement shown comprises the catalytic reaction section 60 an upstream catalytic reaction section 60a and a downstream side catalytic reaction section 60b , which are arranged one behind the other. According to this embodiment, the catalytic reaction section 60 be divided into three or more successively arranged subsections, so that the average pore diameter upstream side is large and downstream is small.
Beispielsweise
ist Aktivkohle oder γ-Aluminiumoxid
ein bevorzugtes Material für
den Katalysatorträger,
der im stromabwärtsseitigen
katalytischen Reaktionsabschnitt 60b mit dem kleineren
durchschnittlichen Porendurchmesser verwendet wird. Und α-Aluminiumoxid
ist ein bevorzugtes Material für
den stromaufwärtsseitigen
katalytischen Reaktionsabschnitt 60a mit dem größeren durchschnittlichen
Porendurchmesser.For example, activated carbon or γ-alumina is a preferred material for the catalyst support in the downstream catalytic reaction section 60b is used with the smaller average pore diameter. And α-alumina is a preferred material for the upstream side catalytic reaction section 60a with the larger average pore diameter.
Gemäß dieser
Anordnung ist der erste katalytische Reaktions-Unterabschnitt 60a stromaufwärtsseitig
angeordnet, und der zweite katalytische Reaktionsunterabschnitt 60b ist
stromabwärtsseitig angeordnet.
Der Katalysatorträger,
der im stromaufwärtsseitigen
katalytischen Reaktionsabschnitt 60a verwendet wird, weist
einen größeren durchschnittlichen
Porendurchmesser auf um eine gute Eigenschaft gegen die kapillare
Kondensation bereitzustellen.According to this arrangement, the first catalytic reaction subsection 60a arranged upstream, and the second catalytic reaction subsection 60b is located downstream. The catalyst support located in the upstream catalytic reaction section 60a is used has a larger average pore diameter to provide a good capillary condensation property len.
Die
Wärme der
katalytischen Reaktion; die vom stromaufwärtsseitigen katalytischen Reaktionsabschnitt 60a erzeugt
wird, kann als Wärmeenergie verwendet
werden, um den stromabwärtsseitigen
katalytischen Reaktionsabschnitt 60b zu erwärmen. Somit
kann der stromabwärtsseitige
katalytische Reaktionsabschnitt 60b die restliche Feuchtigkeit
abtrocknen und los werden.The heat of the catalytic reaction; the upstream catalytic reaction section 60a can be used as heat energy to the downstream side catalytic reaction section 60b to warm up. Thus, the downstream side catalytic reaction section 60b dry off the remaining moisture and get rid of it.
Somit
kann der stromabwärtsseitige
katalytische Reaktionsabschnitt 60b einen Katalysatorträger mit
einem kleineren durchschnittlichen Porendurchmesser verwenden, um
eine ausreichende Katalysatormenge zu halten, während die kapillare Kondensation
unterdrückt
ist.Thus, the downstream side catalytic reaction section 60b use a catalyst support with a smaller average pore diameter to maintain a sufficient amount of catalyst while suppressing capillary condensation.
Wie
oben beschrieben, weist der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
S3 gemäß dieser Ausführungsform
ausgezeichnete Wirkungen auf. Der katalytische Reaktionsabschnitt 60 kann
insgesamt gute Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation und
eine zufriedenstellende Reaktivität besitzen.As described above, the catalytic reaction heat generator S3 according to this embodiment has excellent effects. The catalytic reaction section 60 Overall, it can have good capillary condensation properties and satisfactory reactivity.
Gemäß dieser
Ausführungsform
kann der Steuerabschnitt 200 die Brennstoffzuführeinrichtung 30 so
steuern, daß sie
die Menge des zugeführten Brennstoffs
gemäß der Temperaturänderung
des katalytischen Reaktionsabschnitts 60 erhöht oder senkt.
Es wird möglich,
eine geeignete Menge an zugeführtem
Brennstoff gemäß der Start-Temperaturbedingung
einzustellen.According to this embodiment, the control section 200 the fuel supply device 30 so as to control the amount of the supplied fuel according to the temperature change of the catalytic reaction section 60 increases or decreases. It becomes possible to set an appropriate amount of supplied fuel according to the start temperature condition.
Ferner
kann in dieser Ausführungsform
der katalytische Reaktionsabschnitt 60 eine der oben beschriebenen
verschiedenen Anordnungen zur Verhinderung der kapillaren Kondensation
verwenden, um das Phänomen
der kapillaren Kondensation zu unterdrücken.Further, in this embodiment, the catalytic reaction section 60 Use any of the various capillary condensation prevention arrangements described above to suppress the phenomenon of capillary condensation.
Darüber hinaus
ist es gemäß dieser
Ausführungsform
möglich,
eine Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung bereitzustellen, die aus
einem geeigneten Sperrventil oder einem temperaturempfindlichen verformbaren
Element besteht, wie oben beschrieben.Furthermore
is it according to this
embodiment
possible,
to provide a bypass line control device comprising
a suitable shut-off valve or a temperature-sensitive deformable
Element consists as described above.
Andere AusführungsformenOther embodiments
In
jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wird es bevorzugt,
die Oberfläche
eines Katalysatorträgers,
der im katalytischen Reaktionsabschnitt 60 verwendet wird,
einer wasserabstoßenden
Behandlung zu unterziehen.In any of the embodiments described above, it is preferred to use the surface of a catalyst support that is in the catalytic reaction section 60 is used to undergo a water repellent treatment.
Als
wasserabstoßende
Behandlung eignet sich beispielsweise die Aufbringung eines wasserabstoßenden Harzes
wie Teflon (Marke) oder Fluorharz auf die Oberfläche eines Aluminiumoxid-Katalysatorträgers. Der
Katalysator, wie Pt und Pd, wird auf der beschichteten Oberfläche dieses
Katalysatorträgers gehalten.When
water-repellent
Treatment is for example the application of a water-repellent resin
such as Teflon (trademark) or fluororesin on the surface of an alumina catalyst support. Of the
Catalyst, such as Pt and Pd, is deposited on the coated surface of this
Catalyst carrier held.
Eine
solche wasserabstoßende
Behandlung des Katalysatorträgers
verhindert wirksam, daß Feuchtigkeit
auf der Oberfläche
des Katalysatorträgers
oder auf den Porenoberflächen
adsorbiert wird. Somit weist der im katalytischen Reaktionsabschnitt verwendete
Katalysatorträger
gute Eigenschaften gegen die kapillare Kondensation auf.A
such water repellent
Treatment of the catalyst support
effectively prevents moisture
on the surface
of the catalyst carrier
or on the pore surfaces
is adsorbed. Thus, the one used in the catalytic reaction section
catalyst support
good properties against the capillary condensation on.
Obwohl
ein Wärmetauschabschnitt 70 zwischen
dem katalytischen Reaktionsabschnitt 60 und der Abgasleitung 80 angeordnet
ist, ist es möglich, den
Wärmetauschabschnitt 70 in
jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen wegzulassen. Alternativ
dazu ist es möglich,
eine Vielzahl von Wärmetauschabschnitten
bereitzustellen.Although a heat exchange section 70 between the catalytic reaction section 60 and the exhaust pipe 80 is arranged, it is possible to the heat exchange section 70 in any of the embodiments described above. Alternatively, it is possible to provide a plurality of heat exchange sections.
Ferner
liefert jede der oben beschriebenen Ausführungsformen die Wirkung einer
umgehenden Erhöhung
der Temperatur des Katalysators und einer Senkung der Emission von
etwaigem nicht-umgesetztem Gas, ohne einen EHC (d.h. eine elektrischen Heizkatalysator)
zu verwenden. Es ist jedoch wünschenswert,
eine EHC-Anordnung zu verwenden.Further
Each of the embodiments described above provides the effect of a
immediate increase
the temperature of the catalyst and a reduction in the emission of
any unreacted gas without an EHC (i.e., an electric heating catalyst)
to use. However, it is desirable
to use an EHC arrangement.
Ferner
stellt die vorliegende Erfindung einen katalytischen Reaktionswärmeerzeuger
bereit, der durch eine Umgehungsleitung gekennzeichnet ist, die
eine Umgehungsleitungs-Steuereinrichtung zum Aufteilen des sauerstoffhaltigen
Gases auf den katalytischen Reaktionsabschnitt und über die
Umgehungsleitung auf die Abgasleitung einschließt. Ferner reguliert die vorliegende
Erfindung den Porendurchmesser des katalytischen Reaktionsabschnitts.
Andere Teile und Komponenten können
auf geeignete Weise modifiziert werden.Further
The present invention provides a catalytic reaction heat generator
ready, which is characterized by a bypass line, the
a bypass line controller for dividing the oxygen-containing
Gas on the catalytic reaction section and on the
Includes bypass line to the exhaust pipe. Furthermore, the present regulates
Invention the pore diameter of the catalytic reaction section.
Other parts and components can
be modified in a suitable manner.
Darüber hinaus
ist der katalytische Reaktionswärmeerzeuger
gemäß der vorliegenden
Erfindung nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt.Furthermore
is the catalytic reaction heat generator
according to the present
Invention not limited to motor vehicles.