DE69913030T2

DE69913030T2 - Verfahren zur Regelung einer Verbrennung

Info

Publication number: DE69913030T2
Application number: DE69913030T
Authority: DE
Inventors: Tetsuo Hirakata-shi Terashima; Kiyoshi Moriguchi-shi Taguchi; Yoshitaka Nabari-shi KAWASAKI; Motohiro Moriguchi-shi SUZUKI; Jiro Nara-shi SUZUKI
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1998-06-05
Filing date: 1999-06-02
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2019-06-03
Also published as: EP0962697B1; EP0962697A3; EP0962697A2; DE69913030D1; KR100566504B1; US6270336B1; KR20000005916A

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft technische Einrichtungen, die insbesondere geeignet sind die Hochtemperaturbeständigkeit und die Erweiterung des Regelbereichs (TDR) in katalytischen Verbrennungssystemen, die hauptsächlich in Wärmequellen und Wärmeabgaben für die katalytische Verbrennung von gasförmigen- oder flüssigen Kraftstoffen verwendet werden, zu verbessern.
2. Verwandte Technik der Erfindung
Verschiedene Arten katalytischer Verbrennungssysteme, die einen Katalysatorkörper, der eine Oxidationsaktivität mit dem Brennstoff hat, benutzen, um katalytische Reaktionen auf der Oberfläche des Katalysatorkörpers stattfinden zu lassen, sind in der Technik bekannt und das ihnen typische Verbrennungsverfahren ist ein Vormischungstyp-Aufbau, wie in 1 gezeigt. Siehe auch das Dokument „Patentzusammenfassungen aus Japan", Band 17, Nr. 558 (M-1493), 7. Oktober 1993.
Zuerst auf 1 verweisend, wird ein üblicherweise benutzter Vormischungstyp-Aufbau gezeigt, bei dem ein von einem Brennstoffeinlassventil 1 geliefertes Brenngas mit von einem Lufteinlassventil 2 bereitgestellter Luft in einer Vormischkammer 3 gemischt und durch einen Gasvormischungseinlasskanal 4 an einen Vorwärmbrenner 5 geliefert wird. Diese Gasvormischung wird durch eine Zündeinheit 6 gezündet und bildet dabei eine Flamme an dem Vorwärmbrenner 5. Als Resultat einer solchen Flammenbildung strömen Hochtemperaturabgase durch einen in der Verbrennungskammer 7 angeordneten Katalysatorkörper 8, erwärmen dabei den Katalysatorkörper 8 und werden durch einen Abgasauslasskanal 9 abgeführt. Wenn der Katalysatorkörper 8 derartig erwärmt ist, dass er seine Katalysatoraktivitätstemperatur erreicht, wird die Brennstoffzufuhr zeitweilig durch das Brennstoffeinlassventil 1 gestoppt, um die an dem Vorwärmbrenner 5 gebildete Flamme zu löschen. Danach wird durch eine unmittelbare Wiederzufuhr von Brennstoff die katalytische Verbrennung wieder begonnen. Der Katalysator körper 8 geht in einen Hochtemperaturzustand über. Durch ein stromaufwärts des Katalysators angeordnetes Glas 10, das sich in einer Anordnung gegenüber dem Katalysatorkörper 8 befindet, strahlt der Katalysatorkörper 8, während er Wärme in Form von Abgas zur Wärmeabgabe zum Wärmen und Trocknen abgibt, Wärme ab. Bei dem vorhergehenden Vormischungstyp-Aufbau werden vorgemischte Gase, deren Luftverhältnis (d. h. das Verhältnis einer aktuellen Luftmenge zu der Luftmenge, die theoretisch für den Brennstoff erforderlich ist, um die Oxidation zu vollenden) nicht kleiner als 1 ist, dem Katalysatorkörper 8 konstant zugeführt. Mit anderen Worten, der Katalysatorkörper 8 wird in einer Atmosphäre betrieben, die einen exzessiven Überschuss an Sauerstoff aufweist.
Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen katalytischen Verbrennungssystem, wird eine Hochtemperaturatmosphäre gebildet, die von der konstanten Koexistenz von Sauerstoff an einer Reaktionszentrumsposition des Katalysatorkörpers begleitet wird. Als eine Folge davon werden die Bestandteile des Katalysators zwangsläufig Schädigung durch Wärme ausgesetzt. Im Allgemeinen werden Metalle der Platingruppe, wie zum Beispiel Pt, Pd und Rh, unter dem Aspekt ihrer Wärmebeständigkeit und Reaktionsaktivität häufig als Katalysatoren für die Verbrennung benutzt. Das Problem bei der Verwendung derartiger Metalle ist jedoch, dass es bei hohen Temperaturen (von 800°C bis 900°C) wegen des Abbaus der Aktivfläche auf Grund der Absonderung und Ansammlung von Edelmetallpartikeln schwierig ist, über einen langen Zeitraum hinweg eine gleichmäßige Verbrennungsleistung zu erreichen. Bei katalytischen Verbrennungssystemen des Vormischungstyps wird die Position des Reaktionszentrums in Richtung auf die Stromabwärtsseite des Katalysatorkörpers verschoben und dies resultiert in dem Versagen, eine komplette Verbrennung aufrechtzuerhalten. Zusätzlich zu einem solchen Nachteil in dem System, das eine Verwertung der Abstrahlwärme einer Katalysatorseitenfläche stromaufwärts vornimmt, nimmt die Menge der Abstrahlwärme mit zunehmender Betriebsdauer ab.
Zusammenfassung der Erfindung
Die oben beschriebenen Probleme bei dem konventionellen katalytischen Verbrennungssystem, wie die Hochtemperaturbeständigkeit und die TDR-Beschränkungen, berücksichtigend, wurde die vorliegende Erfindung unter dem Gesichtpunkt entwickelt, ein katalytisches Verbrennungssystem bereitzustellen, das geeignet ist, die Hochtemperaturbeständigkeit und die Erweiterung des Regelbereichs (TDR) zu verbessern.
Das Verbrennungssteuerungsverfahren der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in einem katalytischen Verbrennungssystem hat

(a) einen Einlasskanal für ein gasförmiges Gemisch, angeordnet auf der Stromaufwärtsseite des katalytischen Verbrennungssystems für den Einlass eines Luft-Brennstoff-Gemischs,
(b) einen Abgas-Auslasskanal, angeordnet auf der Stromabwärtsseite des katalytischen Verbrennungssystems für den Auslass eines Abgases,
(e) eine primären Verbrennungskammer, in der ein Katalysatorkörper angeordnet ist, wobei dieser Katalysatorkörper von einem porösen Grundmaterial mit zahlreichen kommunizierenden Löchern gebildet wird, das einen Oxidationskatalysator trägt,
(d) einen sekundären Zufuhrkanal, stromabwärts der primären Verbrennungskammer angeordnet, für die Zufuhr eines gasförmigen Gemischs oder von Luft und
(e) eine sekundäre Verbrennungskammer, stromabwärts des sekundären Zufuhrkanals angeordnet, wobei der Oxidationskatalysator entweder Pt oder Rh enthält oder ein Material enthält, das entweder Pt oder Rh darin als einen Hauptfaktor für die katalytischen Reaktionen enthält, wobei das genannte Verfahren die Schritte umfasst, in denen ein Luftverhältnis der primären Verbrennungskammer anfangs auf höher als 1 eingestellt wird und, nachdem die Verbrennungsrate der sekundären Verbrennungskammer eine vorgegebene Höhe überschreitet oder die Konzentration einer brennbaren Komponente in einem Abgas auf einer bestimmten Höhe ist, das Stattfinden der Verbrennung veran lasst wird, wobei das Luftverhältnis der primären Verbrennungskammer unter 1 eingestellt wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt Hauptteile eines konventionellen katalytischen Verbrennungssystems im Querschnitt.
2 zeigt Hauptteile eines katalytischen Verbrennungssystems im Querschnitt.
3 zeigt Hauptteile eines weiteren katalytischen Verbrennungssystems im Querschnitt.
4 zeigt Haupteile noch eines weiteren katalytischen Verbrennungssystems im Querschnitt.
5 zeigt grafisch die λ-Abhängigkeit der Stromaufwärts-Katalysatortemperatur bei einer festgelegten Verbrennung, wobei λ das Luftverhältnis repräsentiert.
6 zeigt grafisch die Temperaturabhängigkeit der Methanoxidationsaktivität für einen zweiten, in einem Beispiel der vorliegenden Erfindung verwendeten, Katalysator.
7 zeigt einen in Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung verwendeten ersten Katalysatorkörper im Querschnitt.
8 zeigt einen in Beispiel 9 der vorliegenden Erfindung verwendeten ersten Katalysatorkörper im Querschnitt.
9 zeigt grafisch die zeitlichen Temperaturschwankungen in der Stromaufwärts-Katalysatortemperatur während der Lebensdauerprüfung in BEISPIELEN der vorliegenden Erfindung und in VERGLEICHSBEISPIELEN.
10 zeigt grafisch die zeitlichen Temperaturschwankungen in der Stromaufwärts-Katalysatortemperatur während der Lebensdauerprüfung in BEISPIELEN der vorliegenden Erfindung und in VERGLEICHSBEISPIELEN.
11 zeigt grafisch die Verteilung der Temperaturen in der Strömungsrichtung in den BEISPIELEN 1 und 2 der vorliegenden Erfindung.
12 zeigt grafisch die Beziehung zwischen dem Luftverhältnis (das relativ zu der Verbrennungsmenge gesteuert wird) und der Katalysatorspitzentemperatur in den BEISPIELEN 1 und 4 der vorliegenden Erfindung.
13 zeigt grafisch ein Luftverhältnis der Beziehung zwischen der Niedrigtemperatur und der kritischen Verbrennung.
14 zeigt grafisch die Luftverhältnisabhängigkeit der Spitzentemperaturen des ersten und des zweiten Katalysatorkörpers in BEISPIEL 5 der vorliegenden Erfindung.
15 zeigt grafisch die Verbrennungsmengenabhängigkeit der Katalysatorspitzentemperaturen in den BEISPIELEN 1 und 6 der vorliegenden Erfindung und im VER-GLEICHSBEISPIEL 1.
16 zeigt grafisch die zeitlichen CO-Emissions-Konzentrationsschwankungen nach dem Vorwärmen der Flamme in den BEISPIELEN 1, 3 und 6 der vorliegenden Erfindung und in VERGLEICHSBEISPIEL 1.

Referenzzahlen in den Abbildungen

1: Brennstoffzufuhrventil
2: Luftzufuhrventil
3: Vormischkammer
4: Einlasskanal für gasförmiges Gemisch
5: Vorwärmbrenner
6: Zündeinheit
7: Verbrennungskammer
8: Katalysatorkörper
9: Abgaskanal
10: Glas
11: primäre Verbrennungskammer
12: erster Katalysatorkörper
13: sekundärer Zufuhrkanal für gasförmiges Gemisch bzw. Luft
14: sekundäre Verbrennungskammer
15: Brennerkanal
16: zweiter Katalysatorkörper
17: Elektroerhitzer
18: Temperatursensor
19: Wärmerückgewinnungsteil
20: Temperatursensor

Bevorzugte Ausführungen der Erfindung
Verschiedene Aufbauten, mit denen die Erfindung ausgeführt wird, werden unter Bezugnahme auf die hieran angehängten Abbildungen beschrieben.
Ausführung 1
Zuerst Bezug nehmend auf die 2 werden die Hauptteile eines ersten Aufbaus im Querschnitt gezeigt. Ein Beispielaufbau des ersten Aufbaus wird zusammen mit dem Betrieb desselben beschrieben. In einer Vormischkammer 3 wird ein von einem Brennstoffzufuhrventil 1 geliefertes Brenngas mit von einem Luftzufuhrventil 2 gelieferter Luft gemischt und durch einen Einlasskanal für gasförmiges Gemisch 4 an einen Vorwärmbrenner 5 geliefert. Das Luft-Brennstoff-Gemisch wird durch eine Zündeinheit 6 gezündet und bildet dadurch eine Flamme an dem Vorwärmbrenner 5. Als Resultat einer solchen Flammenbildung strömen Hochtemperaturabgase durch einen ersten Katalysatorkörper 12 als eine primäre Verbrennungskammer, während gleichzeitig der erste Katalysatorkörper 12 erwärmt wird, wobei der erste Katalysatorkörper 12 in einer primären Verbrennungskammer 11 angeordnet ist und ein poröses Grundmaterial, das zahlreiche kommunizierende Löcher aufweist, umfasst und auf das entweder Pt oder Ph aufgetragen ist. Alternativ dazu kann ein Oxidationskatalysator, der als einen Hauptbestandteil Pt oder Rh enthält, aufgetragen werden. Danach wird das Gemisch mit einem durch eine Zufuhreinrichtung für die Zufuhr eines sekundären gasförmigen Gemischs oder von Luft 13 zugeführten gasförmigen Gemisch gemischt, strömt durch eine stromabwärts angeordnete sekundäre Verbrennungskammer 14 und wird durch einen Abgaskanal 9 abgeführt. Wenn der erste Katalysatorkörper 12 aufgewärmt ist, um seine katalytische Aktivitätstemperatur für den Brennstoff zu erreichen, wird die Brennstoffzufuhr durch das Brennstoffzufuhrventil 1 zeitweilig gestoppt, um die an dem Vorwärmbrenner 5 gebildete Flamme zu löschen. Die Anordnung ist derartig, dass durch die unmittelbare Wiederzufuhr von Brennstoff die Verbrennung beginnt. Der erste Katalysatorkörper 12 wird in einen Hochtemperaturzustand versetzt, bei dem der erste Katalysatorkörper 12 über ein stromaufwärts des Katalysatorkörpers 12 und in einer gegenüberstehenden Anordnung mit diesem angeordnetes Glas 10 Wärme abstrahlt, während er gleichzeitig in Form von Abgas Wärme abstrahlt, um die Wärmeabgabe, Wärmen und Trocknen, durchzuführen.
Wenn die gegebenen Bedingungen erfüllt sind, hat hierbei ein Gemisch eines Brennstoffs und Luft, die beide in die Vormischkammer 3 eingespeist wurden, ein Luftverhält nis von weniger als 1 und der erste Katalysatorkörper 12 ist in einem gewissen Ausmaß in einem Luftmangel-Zustand. Mit anderen Worten, der erste Katalysatorkörper 12 ist in einer reduzierenden Atmosphäre. Folglich enthalten Abgase in dieser Phase (i) unverbrannte Brenngase, (ii) Co, H₂ und verschiedene Kohlenwasserstoffe als Teiloxidationsprodukte und (iii) CO₂, Wasser und N₂, die vollständige Verbrennungsprodukte sind. Die Zufuhreinrichtung 13 führt den Abgasen, die in der vorhergehenden Atmosphäre durch den ersten Katalysatorkörper 12 geströmt sind, bestimmte Mengen von Luft zu. Vorzugsweise wird die Luftmenge so gesteuert, dass das Luftverhältnis an dem Zufuhrkanal der sekundären Verbrennungskammer 14 nicht kleiner als 1 ist, wodurch in der sekundären Verbrennungskammer 14 vollständige Verbrennung erreicht werden kann. Wie in dem Aufbau der 2 gezeigt, wird innerhalb der sekundären Verbrennungskammer 14 ein Brennerkanal bereitgestellt (die sekundäre Verbrennungskammer 14 besteht aus dem Brennerkanal 15 und anderen Aufbaukomponenten). Der Brennerkanal 15 wird durch Zündeinrichtungen (nicht abgebildet) gezündet, um eine Flamme zu bilden, wodurch unverbrannte Produkte und Teiloxidationsprodukte vollständig verbrannt werden. Im Ergebnis entlädt der Abgaskanal 9 saubere, vollständig verbrannte Abgase.
Zusätzlich wird es durch gleichzeitige Flammenbildung an dem Vorwärmbrenner 5 und dem Brennerkanal 15 möglich, sofortige vollständige Verbrennung von unverbrannten Produkten und von den Teiloxidationsprodukten zu erreichen. Obwohl es führ die Zufuhreinrichtung 13 (die betrieben werden kann, um ein sekundäres gasförmiges Gemisch oder Luft zuzuführen) ausreichend ist, nur Luft zuzuführen, kann sie eine Brennstoffmischung, die eine Luftüberschussmenge und Luft enthält, bereitstellen. Es ist ebenso möglich, eine zusätzliche Brennstoffzufuhr bereitzustellen, die ausreichend ist, um die vollständige Verbrennung in der sekundären Verbrennungskammer 14 aufrechtzuerhalten.
Die Katalysatorkomponente, die von einem Katalysatorkörper, der unter solchen Bedingungen benutzt wird, getragen wird, ist wenigstens Pt oder Rt. Alternativ dazu kann die Katalysatorkomponente ein Oxidationskatalysator sein, der entweder Pt oder Rh als einen Hauptbestandteil enthält. In diesen Fällen können die Steuerung der Wärmeschädigung und die Erweiterung des Regelbereichs (TDR) gleichzeitig erreicht werden. Mit „Enthalten von Pt oder Rh als einen Hauptbestandteil eines Oxidationskatalysators" ist gemeint, dass der Oxidationskatalysator wenigstens entweder Pt oder Rh als einen aktiven Bestandteil enthält, der ein Hauptfaktor für die katalytischen Reaktionen ist.
Erfindungsgemäß wird das Luftverhältnis λ von dem ersten Katalysatorkörper zugeführten Gasen wie folgt auf kleiner als 1 eingestellt: Unter der Bedingung, bei der die Verbrennungsmenge konstant bleibt, wird das Luftverhältnis variiert, wobei eine bestimmte Stelle, an der die Stromaufwärts-Katalysatorspitzentemperatur (oft durch die Stromaufwärtstemperatur repräsentiert) ein Maximum erreicht, als eine Position bestimmt wird, an der das Luftverhältnis nahe 1 ist und sie wird so angeordnet, dass die Verbrennung veranlasst wird, in Bereichen stattzufinden, in denen das Luftverhältnis unter 1 fällt. Im Allgemeinen erreicht, für den Fall, dass die katalytische Verbrennung entweder Pt oder einen Oxidationskatalysator, der Pt als einen Hauptfaktor für die katalytische Verbrennung enthält, verwendet und wenn das Luftverhältnis λ unter der Bedingung, bei der die Verbrennungsmenge konstant bleibt, variiert wird, die Katalysatortemperatur ein Maximum in der Nähe einer Stelle, an der das Luftverhältnis λ = 1 ist, wie in 5 gezeigt. Folglich wird es möglich, dass Luftverhältnis λ durch zeitliches Variieren des Luftverhältnisses λ und durch Einbeziehung einer Überwachungsoperation der Stromaufwärts-Katalysatortemperatur mittels eines in 2 gezeigten Temperatursensors 20 oder dergleichen zu steuern, um kleiner als 1 zu sein. Die genauen Effekte dieses Aufbaus werden später beschrieben.
Ein zweiter Aufbau ist sowohl im Grundaufbau als auch im Betrieb dem oben beschriebenen Aufbau ähnlich. Jedoch unterscheidet sich der zweite Aufbau dadurch von dem ersten Aufbau, dass der zweite Aufbau eine sekundäre Verbrennungskammer 14 hat, die in ihrem internen Aufbau von der in dem ersten Aufbau beschriebenen verschieden ist. Folglich wird sich die Beschreibung des zweiten Aufbaus auf die strukturellen Unterschiede der sekundären Verbrennungskammer 14 des ersten und des zweiten Aufbaus und ihren Betrieb konzentrieren. 3 zeigt die Hauptteile der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung im Querschnitt. In der sekundären Verbrennungskammer 14 ist ein zweiter Katalysatorkörper 16 als eine sekundäre Verbrennungskammer angeordnet. Der sekundäre Katalysatorkörper 16 umfasst eine Keramikwabe, auf die Pd aufgetragen ist. Ein Elektroerhitzer 17 wird in der Nähe einer Stromaufwärtsfläche des zweiten Katalysatorkörpers 16 bereitgestellt. Weiterhin ist ein Temperatursensor 18 in der Nähe des zweiten Katalysatorkörpers 16 angeordnet.
Bei dem oben beschriebenen Aufbau erreicht während der konstanten Verbrennung unverbrannte Komponenten enthaltendes Abgas den zweiten Katalysatorkörper 16, wie in dem ersten Aufbau. Dies macht es möglich, die katalytische Verbrennung ohne Bildung einer Flamme stattfinden zu lassen. Es wird kein Stickoxid produziert und es ist gesichert, dass eine fehlerlose oxidative Reinigung erreicht werden kann, sogar bei schwach brennbaren Stoffkonzentrationen. Zusätzlich wird der Elektroerhitzer 17 nahe dem zweiten Katalysatorkörper 16 bereitgestellt, um Wärme auf den zweiten Katalysatorkörper 16 anzuwenden, wodurch ermöglicht wird, die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 kontinuierlich über seiner Aktivtemperatur aufrechtzuerhalten. Insbesondere bei dem Vorhandensein von Methan (welches, von den Kohlenwasserstoffen, langsam reagiert) in Form von Brennstoff oder unverbrannten Komponenten, wird es erforderlich, die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers über ungefähr 500°C aufrechtzuerhalten, was wegen der grafisch in 6 gezeigten Temperaturabhängigkeit der brandfördernden Aktivität des Methans angenommen werden kann. Durch die Wirkung der Bereitstellung des Elektroerhitzers 17 ist es jedoch möglich, die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16, ungeachtet der Verbrennung in dem ersten Katalysatorkörper 12, zu steuern. Es ist deshalb garantiert, dass konstant saubere Abgase erzielt werden. Der vorliegende Aufbau der oben beschriebenen, zum elektrischen Wärmen geeigneten Heizeinrichtung wird jedoch nicht als beschränkend betrachtet. Alternativ dazu kann eine Heizflammeneinrichtung angewendet werden, die separat in der Nähe der Stromaufwärtsseite des zweiten Katalysatorkörpers 16 bereitgestellt werden kann.
Es ist, durch Einstellen des Luftverhältnisses auf über 1, unter bestimmten Bedingungen möglich, eine vollständige Verbrennung stattfinden zu lassen, d. h., wenn die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers unter 500°C fällt und der Reinigungsgrad unzureichend ist (d. h., das Verbrennungsverhältnis ist unter 95%), beispielsweise bei einem Fall, bei dem die Verbrennung gering ist.
Durch die Steuerung des Prozentsatzes des reaktiven Brennstoffs durch Variieren des Luftverhältnisses λ eines gasförmigen Gemischs, das der primären Verbrennungskammer 11 zugeführt wird, wird die Temperatur des ersten Katalysatorkörpers 12 gesteuert, während die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 über 500°C für die Realisierung der sekundären Verbrennung, ohne die Bereitstellung des Elektroheizers 17, aufrechterhalten wird. Mit anderen Worten, wenn die Verbrennungsmenge gering ist (d. h., die Brennstoffzufuhrrate ist niedrig) und deshalb die Temperatur des ersten Katalysatorkörpers 12 und des zweiten Katalysatorkörpers 16 abfällt, dann wird das Luftverhältnis λ eines gasförmigen Gemischs in Bezug auf die primäre Verbrennungskammer 11 für den Zweck der Erhöhung des Prozentsatzes von unverbrannten Bestandteilen in der primären Verbrennungskammer 11 absichtlich verringert, um die in der sekundären Verbrennungskammer 14 stattfindende Verbrennung zu erhöhen. Im Ergebnis einer solchen Anordnung wird es möglich, die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 hoch zu halten. Die gleichen Effekte wie oben können durch Erhöhen des Luftverhältnisses λ in der primären Verbrennungskammer 11, während die Verbrennungsmenge konstant gehalten wird und durch Reduzierung, d. h. Zufuhr einer entsprechenden Luftmenge zu einer solchen Erhöhung in die primäre Verbrennungskammer 11, erzielt werden. Alternativ dazu können diese Effekte durch Reduzieren des Luftverhältnisses λ und durch die zusätzliche Zufuhr wenigstens einer zu einer solchen Reduzierung proportionalen Luftmenge in die primäre Verbrennungskammer 11 erzielt werden. Mit anderen Worten, wenn derartig gesteuert wird, dass das Luftverhältnis λ der primären Verbrennungskammer 14 relativ niedrig ist, dann wird die Temperatur des ersten Katalysatorkörpers 12 relativ niedrig. Im Ergebnis werden unverbrannte Komponenten in der sekundären Verbrennungskammer 14 einer vollständigen Verbrennung unterzogen und halten dadurch die Temperatur in dem zweiten Katalysatorkörper 16 hoch. Wenn andererseits derartig gesteuert wird, dass das Luftverhältnis λ in der primären Verbrennungskammer 11 relativ hoch ist, dann wird die Temperatur in der primären Verbrennungskammer 12 relativ hoch steigen und der zweite Katalysatorkörper 16 wird ebenso durch Abgase erwärmt, wodurch die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 über 500 °C gehalten werden kann.
Derartige Abläufe sind auf den ersten Aufbau der vorliegenden Erfindung anwendbar. Zu dem Zeitpunkt, zu dem der zweite Katalysatorkörper 16 nicht ausreichend aufgewärmt ist (z. B. zur Zeit des Vorwärmens der Flamme des ersten Katalysatorkörpers), ist eine zufrieden stellende Reinigung unverbrannter Komponenten schwierig zu erreichen, selbst dann, wenn das Luftverhältnis λ, durch eine zusätzliche Zufuhr von Luft aus der sekundären Luftzufuhreinrichtung 13, auf über 1 eingestellt ist. Mit diesem Problem kann wie folgt umgegangen werden: Ein Vorwärmvorgang wird unter Verwendung des Elektroerhitzers 17 oder eines getrennt bereitgestellten Heizbrenners bis zu dem Zeitpunkt ausgeführt, zu dem der zweite Katalysatorkörper 16 eine ausreichende Temperatur für eine zufrieden stellende Reinigung erreicht oder das Luftverhältnis eines gasförmigen Gemischs, das der Vormischkammer 3 zugeführt wird, wird auf über 1 gesetzt und das bedeutet, dass eine Wärmeabgabe durch eine vollständige Verbrennung mit Flammenerscheinung an dem Vorwärmbrenner 5 eingesetzt wird, um im Anfangsstadium der Verbrennung vollständige Reinigung bereitzustellen.
Hierbei ist die vorhergehende Temperatur, die ausreichend für eine befriedigende Reinigung ist (nicht geringer als 200°C), eine solche, bei der nicht weniger als 95% des CO oxidiert werden oder die in dem Abgas enthaltene CO-Konzentration fällt unter 1000 Teile pro Million.
Bei dem vorliegenden Aufbau wird ein Katalysator, der Pd als eine Hauptkomponente (d. h. als einen Hauptfaktor für die katalytische Reaktion) enthält, für den zweiten Katalysatorkörper 16 verwendet, welches jedoch nicht als beschränkend zu betrachten ist. Jeder Katalysator, der (i) durch Auftragen eines Metalls der Platingruppe gefertigt wird, der unter Luftverhältnisbedingungen auf anorganischem Oxid in der Oxidationsaktivität Methan, CO und H₂ überlegen ist, (iii) jeder Übergangsmetallkatalysator und (iii) jeder Verbundoxidkatalysator kann ausgewählt werden.
Die genauen Effekte eines solchen Aufbaus werden später beschrieben.
Ein dritter Aufbau der vorliegenden Erfindung ist sowohl im Grundaufbau als auch im Betrieb identisch mit dem oben beschriebenen zweiten Aufbau. Der Unterschied zwischen diesen Aufbauten besteht darin, dass der dritte Aufbau ein in der sekundären Verbrennungskammer 11 oder entlang der Strecke von der sekundären Verbrennungskammer 11 zu dem Auslasskanal 9 angeordnetes Wärmerückgewinnungsteil 19 enthält. Folglich wird sich die Beschreibung des dritten Aufbaus und des Betriebs auf diesen Unterschied konzentrieren. Bezug nehmend auf 4 werden Hauptteile des dritten Aufbaus im Querschnitt gezeigt. Das Wärmerückgewinnungsteil 19, das entlang der Strecke von der sekundären Verbrennungskammer 14 zu dem Auslasskanal 9 angeordnet ist, sammelt Wärme von der sekundären Verbrennungskammer 14 und in Abgasen enthaltene Wärme, während es gleichzeitig von der Zufuhreinrichtung 13 zugeführtes gasförmiges Gemisch oder zugeführte Luft vorerwärmt, wodurch es möglich wird, die zum Erwärmen des zweiten Katalysatorkörpers 16 erforderliche Wärmemenge erheblich zu reduzieren.
BEISPIELE DER ERFINDUNG
BEISPIEL 1
Eine Keramikwabe (Material: Cordierit, 400 Zellen/Inch², Wanddicke: 0,15, φ 50, Länge: 20) wurde bereitgestellt. Die Keramikwabe wurde zunächst in einer durch Beimengung von (a) Ce/BaO·Al₂O₃-Puder (100 g), bei 1000°C für eine Stunde vorgebrannt, (b) eines Salzes von Al(NO₃)·9H₂O (Aluminiumnitrat) (10 g), (c) Wasser (130 g) und (d) einer wässrigen Lösung von Pt-Dinitrodiamin-Salz (2 g in Bezug auf Pt) zubereiteten Washcoat-Tränkung A imprägniert, wurde als nächstes getrocknet und zuletzt bei 500 °C gebrannt. Auf diese Art und Weise trug die Keramikwabe entsprechend Pt 3 g/L (d. h. des Keramikwaben-Schüttvolumens), um den ersten Katalysatorkörper 12 zu bilden.
Im Anschluss wurde eine weitere Keramikwabe (Material Cordierit, 400 Zellen/Inch², Wanddicke: 0,15, φ 20, Länge: 10) bereitgestellt. Diese Keramikwabe wurde zunächst in einer unter Beimengung von (a) Ce/BaO·Al₂O₃-Puder (100 g), bei 1000°C für eine Stunde vorgebrannt, (b) eines Salzes von Al(NO₃)·9H₂O (Aluminiumnitrat) (10 g), (c) Wasser (130 g) und (d) einer wässrigen Lösung von Pt-Dinitrodiamin-Salz (2 g in Bezug auf Pt) zubereiteten Waschcoat-Tränkung B imprägniert, wurde als nächstes getrocknet und zuletzt bei 500°C gebrannt. Auf diese Art und Weise trug die Keramikwabe entsprechend Pt 3 g/L (d. h. des Keramikwaben-Schüttvolumens), um den zweiten Katalysatorkörper 16 zu bilden. Danach erfolgte die Installation des ersten Katalysatorkörpers 12 und des zweiten Katalysatorkörpers 16 in dem katalytischen Verbrennungssystem der 3. Stadtgas (Typ 13A) wurde als Brennstoff benutzt. Die Luftverhältnis λ eines der primären Verbrennungskammer 11 zuzuführenden vorgemischten Gases wurde auf 0,95 eingestellt. Die Zufuhr eines vorgemischten Gases oder von Luft durch die Zufuhreinrichtung 13 wurde derartig eingerichtet, dass nach einer zusätzlichen Zufuhr von vorgemischtem Gas oder von Luft aus der Zufuhreinrichtung 13 in die sekundäre Verbrennungskammer 14 das gasförmige Gemisch ein Gesamtluftverhältnis λ von 1,2 aufwies. Die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 wurde durch Steuerung des Elektroerhitzers 17 konstant auf über 500°C eingestellt.
BEISPIEL 2
Eine Metallwabe (Material: Cordierit, 400 Zellen/Inch², Wanddicke: 0,15, φ 50, Länge: 20) wurde bereitgestellt. Die Metallwabe wurde zuerst in der gleichen Washcoat-Tränkung A, wie in der in BEISPIEL 1 benutzten, imprägniert, wurde nachfolgend getrocknet und zuletzt bei 500°C gebrannt. Auf diese Art und Weise trug die Metallwabe entsprechend Pt 3 g/L, um den ersten Katalysatorkörper 12 zu bilden. Darauf folgte die Installation eines ersten derartig gebildeten Katalysatorkörpers 12 zusammen mit einem, auf die gleiche Art und Weise wie in dem BEISPIEL 1 gebildeten, zweiten Katalysatorkörper 16 in dem katalytischen Verbrennungssystem in 3. Die Steuerung des Luftverhältnisses eines der primären Verbrennungskammer 11 zuzuführenden vorgemischten Gases, die Steuerung der Zufuhrmenge von Luft in die sekundäre Verbrennungskammer 14 und die Steuerung der Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 wurden auf die gleiche Art und Weise ausgeübt, wie in BEISPIEL 1.
BEISPIEL 3
Ein erster Katalysatorkörper 12 wurde auf die gleiche Art und Weise, wie in BEISPIEL 1 gebildet. Der erste Katalysatorkörper 12 wurde in dem katalytischen Verbrennungssystem in 2 installiert. Wie in dem BEISPIEL 1, war das Luftverhältnis λ 0,95. Die Verbrennungsmenge von durch den Brennerkanal 15 in die sekundäre Verbrennungskammer 14 zugeführtem Stadtgas war 40 kcal/h. Es wurde derartig eingestellt, dass ein sekundäres gasförmiges Gemisch eines Stadtgases und Luft ein Gesamtluftverhältnis λ von 1,2 aufwies, wenn es mit den Abgasen der primären Verbrennungskammer 11 gemischt wurde.
BEISPIEL 4
In BEISPIEL 4 wurde ein katalytisches Verbrennungssystem, das im Aufbau identisch mit dem in BEISPIEL 1 benutzten ist, verwendet. Sowohl die Brennstoffzufuhr als auch die Luftzufuhr wurden derartig gesteuert, dass sich das Luftverhältnis λ verringerte, wenn die Verbrennungsmenge verringert wurde, wie in den 12 und 13 gezeigt. Die Steuerung der Luftzufuhrmenge für die sekundäre Verbrennungskammer 14 wurde so ausgeübt, dass das Gesamtluftverhältnis λ, nach dem Mischen mit primären Abgasen an dem Einlasskanal der sekundären Verbrennungskammer 14, 1,2 war.
BEISPIEL 5
In BEISPIEL 5 wurde ein katalytisches Verbrennungssystem verwendet, das im Aufbau identisch mit dem in BEISPIEL 1 benutzten ist. Die Verbrennung von durch die primäre Verbrennungskammer 11 zugeführtem Stadtgas (Typ 13A) wurde auf 400 kcal/h festgelegt und die Luftzufuhrmenge in die primäre Verbrennungskammer 11 wurde erhöht oder verringert. Die Steuerung der Luftzufuhrmenge für die sekundäre Verbrennungskammer 14 wurde so ausgeübt, dass das Gesamtluftverhältnis λ, nach dem Mischen mit den primären Abgasen an dem Einlasskanal der sekundären Verbrennungskammer 14, 1,2 war.
BEISPIEL 6
In BEISPIEL 6 wurde ein katalytisches Verbrennungssystem verwendet, das in seinem Aufbau identisch mit dem in BEISPIEL 1 benutzten ist. Für den Fall, dass die Zufuhrmenge von Stadtgas (Typ 13A) weniger als 180 kcal/h war, wurde die Luftzufuhrmenge derartig gesteuert, dass das Luftverhältnis λ eines der primären Verbrennungskammer 11 zugeführten gasförmigen Gemischs 1,2 war. Wenn die Zufuhrmenge 180 kcal/h überschritt, wurde die Luftzufuhrmenge derartig gesteuert, dass das Luftverhältnis λ 0,95 war und dass die Steuerung der Luftzufuhrmenge für die sekundäre Verbrennungskammer 14 so ausgeübt wurde, dass das Gesamtluftverhältnis λ, nach dem Mischen mit primären Abgasen an dem Einlasskanal der sekundären Verbrennungskammer 14, 1,2 war.
BEISPIEL 7
In Beispiel 7 wurde ein katalytisches Verbrennungssystem, das in seinem Aufbau identisch mit dem in BEISPIEL 1 benutzten ist, verwendet. Der erste Katalysatorkörper 12 wurde durch eine unter den gegebenen Bedingungen (d. h. Stadtgas [Typ 13A] = 400 kcal/h, Luftverhältnis λ = 1,2) gebildete Flamme bis zu dem Moment vorgewärmt, in dem der Temperatursensor 18 erfasst, dass sich die Stromaufwärtstemperatur des sekundären Katalysatorkörpers 16 auf 200°C erhöht hat. Nach einer solchen Erfassung durch den Temperatursensor 18 wurde die Luftzufuhrmenge gesteuert, um für die primäre Verbrennungskammer 11 ein Luftverhältnis λ von 0,95 bereitzustellen. Die Steuerung des Luftverhältnisses λ eines der primären Verbrennungskammer 11 während der Stabilisierungszeit zugeführten gasförmigen Gemischs, die Steuerung der Luftzufuhrmenge in die sekundäre Verbrennungskammer 14 und die Steuerung der Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 wurden auf die gleiche Art und Weise ausgeübt, wie in BEISPIEL 1.
BEISPIEL 8
Eine Keramikwabe (Material: Cordierit, 400 Zellen/Inch², Wanddicke: 0,15, φ 50, Länge: 20) wurde bereitgestellt. Die Keramikwabe wurde zuerst in der gleichen Washcoat-Tränkung A, wie in BEISPIEL 1 benutzt, imprägniert, wurde nachfolgend getrocknet und zuletzt bei 500°C gebrannt, wobei entsprechend Pt 3 g/L getragen wurde. Danach wurde die Keramikwabe in der gleichen Washcoat-Tränkung B, wie der in BEISPIEL 1 benutzten, imprägniert, wurde als nächstes getrocknet und zuletzt bei 500°C gebrannt. Im Ergebnis war auf der Pt-Trageschicht entsprechend Pd 1 g/L geschichtet aufgetragen, um einen ersten Katalysatorkörper 12 zu bilden, wie in 7 gezeigt. Dem folgte die Installation eines ersten auf diese Art und Weise gebildeten Katalysatorkörpers 12 zusammen mit einem, auf die gleiche Art und Weise, wie in BEISPIEL 1 gebildeten, zweiten Katalysatorkörper 16 in dem katalytischen Verbrennungssystem in 3. Die Steuerung des Luftverhältnisses eines der primären Verbrennungskammer 11 zuzuführenden vorgemischten Gases, die Steuerung der Zufuhrmenge von Luft in die sekundäre Verbrennungskammer 14 und die Steuerung der Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 wurde auf die gleiche Art und Weise ausgeübt, wie in BEISPIEL 1.
BEISPIEL 9
Eine Keramikwabe (Material: Cordierit, 400 Zellen/Inch², Wanddicke: 0,15, φ 50, Länge: 20) wurde bereitgestellt. Die Keramikwabe wurde zuerst in der gleichen Washcoat-Tränkung A, wie der in BEISPIEL 1 benutzten, imprägniert, wurde nachfolgend getrock net und zuletzt bei 500°C gebrannt, wobei entsprechend Pt 2,8 g/L getragen wurde. Danach wurde ein Abschnitt am einem Ende der Fläche der Keramikwabe zuerst in der gleichen Washcoat-Tränkung B, wie der in BEISPIEL 1 benutzten imprägniert, wurde als nächstes getrocknet und zuletzt bei 500°C gebrannt. Im Ergebnis wurde entsprechend Pd 0,2 g/L teilweise (auf den Bereich ca. 3 mm von der Endfläche) auf der Pt-Trageschicht geschichtet aufgetragen, um einen ersten Katalysatorkörper 12 zu bilden, wie in 8 gezeigt. Dem folgte die Installation des auf diese Art und Weise gebildeten ersten Katalysatorkörpers 12 und des, auf die gleiche Art und Weise wie in BEISPIEL 1 gebildeten, zweiten Katalysatorkörpers 16 in dem katalytische Verbrennungssystem in 3. Die Steuerung des Luftverhältnisses eines der primären Verbrennungskammer 11 zuzuführenden vorgemischten Gases, die Steuerung der Zufuhrmenge von Luft in die sekundäre Verbrennungskammer 14 und die Steuerung der Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 wurde auf die gleiche Art und Weise ausgeübt, wie in BEISPIEL 1. Es sei angemerkt, dass Rh anstelle von Pd verwendet werden kann.
BEISPIEL 10
Eine Keramikwabe (Material: Cordierit, 400 Zellen/Inch², Wanddicke: 0,15, φ 50, Länge: 20) wurde bereitgestellt. Die Keramikwabe wurde zunächst in einer, durch Beimengung von (a) ZrO₂-Puder (100 g), bei 500°C für eine Stunde vorgebrannt, (b) Wasser (100 g), (c) einer wässrigen Lösung von Pt-Dinitrodiamin-Salz (2 g in Bezug auf Pt) zubereiteten Washcoat-Tränkung C imprägniert, wurde als nächstes getrocknet und zuletzt bei 500 °C gebrannt, wobei entsprechend Pt 3 g/L (d. h. des Keramikwaben-Schüttvolumens) aufgetragen wurde, um einen ersten Katalysatorkörper 12 zu bilden. Dem folgte die Installation des auf dieses Art und Weise gebildeten ersten Katalysatorkörpers 12 und des auf die gleiche Art und Weise wie in BEISPIEL 1 gebildeten zweiten Katalysatorkörpers 16 in dem katalytischen Verbrennungssystem in 3. Die Steuerung des Luftverhältnisses eines der primären Verbrennungskammer 11 zuzuführenden vorgemischten Gases, die Steuerung der Zufuhrmenge von Luft in die sekundäre Verbrennungskammer 14 und die Steuerung der Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 wurde auf die gleiche Art und Weise ausgeübt, wie in BEISPIEL 1.
VERGLEICHSBEISPIEL 1
Ein auf die gleiche Art und Weise wie in dem BEISPIEL 1 hergestellter, Katalysatorkörper 8, auf den Pt aufgetragen wurde, wurde in dem katalytischen Verbrennungssystem in 1 installiert. Das Luftverhältnis wurde auf 1,2 festgelegt, d. h. λ = 1,2.
VERGLEICHSBEISPIEL 2
Eine Keramikwabe (Material: Cordierit, 400 Zellen/Inch², Wanddicke: 0,15, φ 50, Länge: 20) wurde bereitgestellt. Die Keramikwabe wurde zunächst in einer, durch Beimengung von (a) Ce/BaO·Al₂O₃-Puder (100 g), bei 1000°C für eine Stunde vorgebrannt, (b) eines Salzes von Al(NO₃)·9H₂O (Aluminiumnitrat) (10 g), (c) Wasser (130 g) und (d) einer wässrigen Lösung von Pt-Dinitrodiamin-Salz (2 g in Bezug auf Pt) zubereiteten Washcoat-Tränkung D imprägniert, wurde als nächstes getrocknet und zuletzt bei 500 °C gebrannt, wobei entsprechend Pt 3 g/L aufgetragen wurde, um den ersten Katalysatorkörper 8 zu bilden. Wie in dem VERGLEICHSBEISPIEL 1, wurde der Katalysatorkörper 8 in dem katalytischen Verbrennungssystem in 1 installiert und das Luftverhältnis λ wurde auf 1,2 eingestellt.
VERGLEICHSBEISPIEL 3
Bei dem VERGLEICHSBEISPIEL 3 wurden ein erster Katalysatorkörper 12 (der auf die gleiche Art und Weise gebildet wurde, wie der Katalysatorkörper 8 in dem VER-GLEICHSBEISPIEL 2) und ein zweiter Katalysatorkörper 16 (der auf die gleiche Art und Weise gebildet wurde, wie in BEISPIEL 1) in dem katalytischen Verbrennungssystem in 3 installiert. Die Steuerung des Luftverhältnisses eines der primären Verbrennungskammer 11 zuzuführenden vorgemischten Gases, die Steuerung der Zufuhrmenge von Luft in die sekundäre Verbrennungskammer 14 und die Steuerung der Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 wurde auf die gleiche Art und Weise ausgeübt, wie in BEISPIEL 1.
VERGLEICHSBEISPIEL 4
Eine Keramikwabe (Material: Cordierit, 400 Zellen/Inch², Wanddicke: 0,15, φ 50, Länge: 20) wurde bereitgestellt. Die Keramikwabe wurde zunächst in einer, durch Beimengung von (a) Ce/BaO·Al₂O₃-Puder (100 g), bei 1000°C für eine Stunde vorgebrannt, (b) eines Salzes von Al(NO₃)·9H₂O (Aluminiumnitrat) (10 g), (c) Wasser (130 g), (d) einer wässrigen Lösung von Pd-Dinitrodiamin-Salz (0,7 g in Bezug auf Pt) und (e) einer wässrigen Lösung von Pt-Dinitrodiamin-Salz (1,3 g in Bezug auf Pt) zubereiteten Washcoat-Tränkung E imprägniert, wurde als nächstes getrocknet und zuletzt bei 500°C gebrannt, wobei entsprechend Pt 1 g/L und entsprechend Pt 2 g/L gleichzeitig aufgetragen wurden, um den ersten Katalysatorkörper 12 zu bilden. Als nächstes wurde, wie in BEI-SPIEL 1, ein zweiter Katalysatorkörper 16 gebildet. Sowohl der erste Katalysatorkörper 12 als auch der zweite Katalysatorkörper 16 wurden in dem katalytischen Verbrennungssystem in 3 installiert. Die Steuerung des Luftverhältnisses eines der primären Verbrennungskammer 11 zuzuführenden vorgemischten Gases, die Steuerung der Zufuhrmenge von Luft in die sekundäre Verbrennungskammer 14 und die Steuerung der Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 wurde auf die gleiche Art und Weise ausgeübt, wie in BEISPIEL 1.
VERGLEICHSBEISPIEL 5
Ein auf die gleiche Art und Weise, wie der erste Katalysatorkörper 12 in BEISPIEL 2 gebildeter erster Katalysatorkörper 8, auf den Pt aufgetragen wurde, wurde in dem katalytischen Verbrennungssystem in 1 installiert. Das Luftverhältnis wurde bei 1,2 festgelegt, d. h. λ = 1,2.
Bei den oben beschriebenen Beispielen (BEISPIELE 1 bis 10 und VERGLEICHSBEI-SPIELE 1 bis 5) wurden beispielsweise die Verteilung der Katalysatorschichtentemperaturen in der Strömungsrichtung, die Vorwärmzeit bis zum Stattfinden der katalytischen Verbrennung, die Bestandteile der Abgase nach dem Vorwärmen und der Stabilisierungszeit und die zur Bereitstellung der kontinuierlichen Verbrennung geeignete Mindestverbrennungsmenge (die kritische Verbrennungsmenge bei Niedrigtemperatur) untersucht. Die Verteilung der Katalysatorschichtentemperaturen in der Strömungsrichtung wurde durch Scanning mit einem Doppelthermoelement gemessen. Die Vorwärmzeit wurde wie folgt ermittelt: Nachdem das Vorwärmen über einen gegebenen Zeitraum ausgeführt wurde, wurde ermittelt, ob das Stattfinden der katalytischen Verbrennung erkannt wurde. Die Bestandteile der Abgase wurden durch ein HC (Gesamtkohlenwasserstoff-)CO-CO₂-Messgerät gemessen. Schließlich wurde die kritische Verbrennungsmenge bei Niedrigtemperatur unter den gegebenen Bedingungen ermittelt, d. h., (i) das Luftverhältnis λ wurde festgelegt, (ii) die Verbrennungsmenge wurde variiert, mit Bestätigung, dass die Verbrennung in den BEISPIELEN 1 bis 3 und 6 bis 9 und in den VERGLEICHSBEISPIELEN 1 bis 4 für 6 Stunden durchgeführt wurde. In Bezug auf das BEISPIEL 4 wurde die Verbrennung mit dem folgenden Verfahren variiert: Die Verbrennungs-Lebensdauerprüfung wurde an den BEISPIELEN 1, 2, 9 und 10 und den VERGLEICHSBEISPIELEN 1 bis 4 durchgeführt, wobei die Verbrennungsmenge (die Menge einer Zufuhr von dem Stadtgas) bei dem Test bei den BEISPIELEN 1 und 9 und bei den VERGLEICHSBEISPIELEN 1 bis 4 auf 400 kcal/h gesetzt wurde, während sie bei den BEISPIELEN 1, 2 und 10 und bei dem VERGLEICHSBEISPIEL 5 auf 550 kcal/h gesetzt wurde. Die zeitlichen Abweichungen der Stromaufwärts-Katalysatortemperatur wurden unter Verwendung eines Strahlungsthermometers gemessen.
ZEITLICHE STROMAUFWÄRTS-KATALYSATORTEMPERATURABWEICHUNGEN
Unter Bezugnahme auf die 9 und 10 werden zeitliche Abweichungen der Stromaufwärts-Katalysatortemperatur bis zu einer maximalen Lebensdauerprüfungszeit von 1 000 Stunden unter den jeweiligen Bedingungen für die BEISPIELE 1, 2, 9 und 10 und für die VERGLEICHSBEISPIELE 1 bis 5 gezeigt. 9 zeigt die Resultate bei einer Verbrennungsmenge von 400 kcal/h. Die VERGLEICHSBEISPIELE 1 und 2 wurden mit einem Luftverhältnis λ von 1,2 erprobt und es wurde beobachtet, dass die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur von den Frühstadien der Prüfung plötzlich abfiel und das offensichtliche Schädigung erkannt wurde. Bei dem VERGLEICHSBEISPIEL 2 wurde nach Ablauf von ca. 100 Stunden beobachtet, dass sich die Katalysatortemperatur wiederholt erhöhte und verringerte. Zusätzlich wurde ein Pd-inhärentes bzw. für Pt charakteristisches Vibrationsphänomen beobachtet. Hingegen unterlag bei den BEI-SPIELEN 1 und 9 der erste Katalysatorkörper einem Luftverhältnis von weniger als 1 und es wurde nachgewiesen, dass der Abweichungsgrad in der Veränderung der Aktivität, trotz der Tatsache, dass die Stromaufwärts-Katalysatorausgangstemperatur hoch war (d. h. 1050°C), gering war und dass es für das Pt unwahrscheinlich war, im Reduzierungszustand zu altern. Jedoch wurde im Falle des VERGLEICHSBEISPIELS 3 die Prüfung mit einem Luftverhältnis von weniger als 1 unter Verwendung des Katalysator körpers 12, der Pd als ein Hauptbestandteil enthält, durchgeführt und es stellte sich heraus, dass die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur nach einem Ablauf von 500 Stunden extrem abfiel. Auf die gleiche Art und Weise wurden Erprobungen an Partikeln anderer Edelmetallkatalysatoren durchgeführt und Pt erwies sich als das beste Material, um Verbesserungseffekte der Wärmebeständigkeitslebensdauer bei einem Luftverhältnis von weniger als 1 herbeizuführen. Das Resultat zeigt, dass Rh unter den Bedingungen des vorliegenden Beispiels Pt unterlegen ist, das bedeutet, λ (Luftverhältnis) = 0,95. Jedoch wurde nachgewiesen, dass Rh die gleiche Wärmebeständigkeitslebensdauer-Leistung wie Pt bei einem geringeren Luftverhältnis aufweist. Das bedeutet, dass entweder die Verwendung von Pt oder Rh in einer Verbrennungskammer oder die Verwendung eines Oxidationskatalysators, der Pt oder Rh als einen Hauptbestandteil enthält, in einer Verbrennungskammer verbessernde Effekte der Wärmebeständigkeitslebensdauer bei einem Luftverhältnis von weniger als 1 herbeiführt. VERGLEICHSBEISPIEL 4, bei dem Pt und Pd zusammengemischt wurden, erwies sich in der Haltbarkeit, im Vergleich mit einzeln verwendetem Pd, als unterlegen.
10 zeigt die jeweiligen Resultate der Verbrennungsdauer-Prüfung für die BEISPIELE 1, 2 und 10 und das VERGLEICHSBEISPIEL 5, bei dem die Verbrennungsmenge bis auf 550 kcal/h erhöht wurde. Bei den BEISPIELEN 1 und 10, bei denen jeweils eine Wabe aus Cordierit verwendet wurde, erreichte die Stromaufwärts-Katalysatoreingangstemperatur 1150°C. In dem Fall des BEISPIELS 1 fiel die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur nach Ablauf von 1 000 Stunden um ungefähr 100°C, während andererseits im Fall des BEISPIELS 10, die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur nur um ungefähr 50°C abfiel. Bei BEISPIEL 1 wurde Al₂O₃ mit einem Additiv von Ce·Ba als Träger für Pt verwendet. BEISPIEL 10 unterscheidet sich dadurch von BEISPIEL 1, dass es ZrO₂ als Träger für Pt verwendet. Der Grund für den Unterschied in dem Temperaturabfall in den BEISPIELEN 1 und 10 ist noch unbekannt, es wird jedoch angenommen, dass der Unterschied auf die Wechselwirkungen zwischen Pt und ZrO₂ zurückzuführen ist. Die gleichen Effekte wurden beobachtet, wenn CeO₂ als ein Träger für Pt verwendet wurde. In dem Fall des BEISPIELS 2 und des VER-GLEICHSBEISPIELS 5, bei denen jeweils eine Metallwabe verwendet wurde, war die Stromaufwärts-Katalysatoreingangstemperatur 1000°C, mit anderen Worten, die Metallwabenanordnung ist um ungefähr 150°C niedriger in der Stromaufwärts-Katalysatoreingangstemperatur als die Cordierit-Wabenanordnung. Bei dem VER- GLEICHSBEISPIEL 5 fiel die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur auf ungefähr 850°C ab. Andererseits bleib die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur im BEISPIEL 2 unverändert, das bedeutet, die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur wurde auf der gleichen Stufe wie die Eingangsstufe (ungefähr 1000°C) aufrechterhalten. Die Verbrennung bei höheren Verbrennungsladungen (Brennstoffzufuhr pro Einheitsbereich) erwies sich als möglich durch (i) Verwendung von oxidationsresistenten Metallwaben, die in der Wärmeübertragung verglichen mit Cordierit-Waben überlegen sind, (ii) Tragen eines Katalysators auf der Metallwabe, der Pt als einen Hauptbestandteil enthält, und (iii) das Veranlassen des Stattfindens der Verbrennung bei einem Luftverhältnis von weniger als 1.
KATALYSATORSCHICHT-TEMPERATURVERTEILUNG IN DER STRÖMUNGS-RICHTUNG
Bezug nehmend auf 11 wird die Verteilung der Temperaturen in der Strömungsrichtung in Katalysatorschichten in den BEISPIELEN 1 und 2 bei 550 kcal/h (ebenso bei 400 kcal/h, für BEISPIEL 1) gezeigt. In BEISPIEL 2, das eine Metallwabe als ein Grundmaterial für den ersten Katalysatorkörper 12 verwendet, erwies sich die Temperaturveränderung im Vergleich mit BEISPIEL 1, das eine Cordierit-Wabe verwendet, als schwach. Das bedeutet, die Verwendung einer Metallwabe ermöglicht im Vergleich mit der Verwendung einer Cordierit-Wabe einen größeren Anstieg der Stromabwärtstemperatur während der Steuerung des lokalen Anstiegs der Spitzentemperatur. Die Spitzentemperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 wird direkt von einer Stromabwärtstemperatur des ersten Katalysatorkörpers bestimmt und um die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers über 500°C aufrechtzuerhalten, hat es sich erwiesen, dass es effektiv war, als ein Grundmaterial ein Material mit einer hohen Wärmeübertragungsrate von nicht weniger als 10 W/m·°C einzusetzen, wie das Metall, das in dem besagten BEISPIEL 2 der vorliegenden Erfindung verwendet wird, im Vergleich zu dem Cordierit (1~2 W/m·°C), dass im Allgemeinen in der Technik verwendet wird. Bevorzugterweise wird ferritischer Edelstahl, der 3% Al oder mehr enthält und der relativ hoch in der Oxidationsbeständigkeit ist, als das Grundmaterial für die Metallwaben verwendet. Keramisches Grundmaterial (z. B. SiC), das eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Cordierit-Grundmaterial hat und das eine höhere Temperaturwechselbeständigkeit als ein reiner gesinterter Aluminiumoxidkörper hat, kann verwendet werden.
VORWÄRMZEIT
Es wurden Untersuchungen der zum Beginnen der katalytischen Verbrennung erforderlichen Vorwärmzeit bei einer Verbrennungsmenge von 250 kcal/h durchgeführt und die Ergebnisse werden in der Tabelle 1 gezeigt.
Tabelle 1
BEISPIEL 1 erreicht im Vergleich mit VERGLEICHSBEISPIEL 1 eine beträchtliche Reduzierung der Vorwärmzeit, obwohl der erste Katalysatorkörper 12 des BEISPIELS 1 und der Katalysatorkörper 8 des VERGLEICHSBEISPIELS 1 in ihrer Zusammensetzung gleich waren. Als Grund dafür kann Folgendes angenommen werden: Trotz der Tatsache, dass der erste Katalysatorkörper bei ungefähr der gleichen Vorwärmrate wie der Katalysatorkörper 8 vorgewärmt war oder trotz der Tatsache, dass die tatsächliche Verbrennungsmenge in VERGLEICHSBEISPIEL 1 größer war als in BEISPIEL 1, wurde durch eine reduzierte Atmosphäre eine Verbesserung in der Katalysator-Oberflächenreaktivität erreicht und dadurch wurde ermöglicht, die katalytische Verbrennung in einer kürzeren Zeit in Gang zu setzen. Die Verwendung des durch Lamination der Pd- und Pt-Schichten gebildeten ersten Katalysatorkörpers 12 ermöglichte eine weitergehend verkürzte Vorwärmzeit, wie in den BEISPIELEN 8 und 9 nachgewiesen wird. Das Ergebnis des Vergleichsbeispiels 3 zeigt, dass Pd unabhängig ermöglicht, die Kata lysatorverbrennung selbst in einer reduzierenden Atmosphäre früher zu starten als Pt in BEISPIEL 1. In Bezug auf die Verbrennungsdauer waren weder VERGLEICHSBEI-SPIEL 3 (Pd-Unabhängigkeit) noch VERGLEICHSBEISPIEL 4, bei dem Pt und Pd in der gleichen Schicht koexistieren, hinreichend. Folglich, wie in den BEISPIELEN 8 und 9 der vorliegenden Erfindung, ermöglicht die Verwendung des durch Lamination der Pd- und Pt-Schichten gebildeten ersten Katalysatorkörpers 12 sowohl die Bereitstellung einer längeren Verbrennungsdauer als auch einer kürzeren Vorwärmzeit. Wie in 8 gezeigt, wirkt sich zusätzlich die teilweise Bildung von entweder einer Pd- oder einer Rh-Schicht auf einer Stromabwärtsseite, wo die Temperatur und der Schädigungsgrad gering sind, zu wenig vorteilhaft auf die Verbesserung der Verbrennungsdauer und der Kostenersparnis aus.
KRITISCHE VERBRENNUNGSMENGE BEI NIEDRIGTEMPERATUR
Messungen der kritischen Verbrennungsmenge bei Niedrigtemperatur (LTCCQ) in den BEISPIELEN 1 und 2 der vorliegenden Erfindung und in den VERGLEICHSBEISPIE-LEN 1 bis 3 wurden ausgeführt und die Ergebnisse werden in der Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
In Bezug auf die kritische Verbrennungsmenge bei Niedrigtemperatur (LTCCQ) waren das BEISPIEL 1 der vorliegenden Erfindung und das VERGLEICHSBEISPIEL 3 die niedrigsten von allen geprüften Beispielen und der dafür vorstellbare Grund ist, dass (i) die Strömungsgeschwindigkeit durch Reduzieren des Luftverhältnisses vermindert wurde und insbesondere, dass (ii) Pt und Pd reduktiv aktiv gemacht wurden oder die Verbrennungsmechanismen verschieden waren. Gleichermaßen wurde in BEISPIEL 2, das eine Metallgrundmaterial verwendet, die Niedrigtemperaturgrenze im Vergleich mit dem, den identischen Aufbau wie BEISPIEL 2 verwendenden VERGLEICHSBEISPIEL 4 bei einem Luftverhältnis λ von 1,2 bemerkenswert gesenkt. Das bedeutet, es ist annehmbar, dass der Regelbereich (TDR) bei einer Verbrennung bei einem Luftverhältnis von weniger als 1 erweitert werden kann.
Als nächstes wird ein Vergleich zwischen BEISPIEL 1 und BEISPIEL 4 der vorliegenden Erfindung vorgenommen. Bei BEISPIEL 4, wie in 12 gezeigt, wurde das Luftverhältnis an dem Einlasskanal der primären Verbrennungskammer 11 so gesteuert, dass es vermindert wird, während sich die Verbrennungsmenge verringert, wobei sich im Ergebnis dessen der Prozentsatz von unverbrannten Komponenten, während sich die Verrennungsmenge verringert, erhöhte und solche unverbrannten Komponenten in dem zweiten Katalysatorkörper 16 verbrannt wurden. Aus diesem Grund fiel die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur des ersten Katalysatorkörpers 12 bei einer im Vergleich mit BEISPIEL 1 geringeren Verbrennungsmenge ab, während sich andererseits die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 erhöhte. Durch die Verwendung einer derartigen Steuerung wird es möglich, eine Reinigung von unverbrannten Komponenten und von CO ohne die Bereitstellung einer Wärmeeinrichtung, wie zum Beispiel eines Heizers, durchzuführen. Die kritische Verbrennungsmenge bei Niedrigtemperatur ist in dem BEISPIEL 460 kcal/h, die die gleiche wie in BEISPIEL 1 ist, während die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur des BEISPIELS 4 im Vergleich mit dem BEISPIEL 1 niedrig war. Der Grund dafür ist, dass in BEISPIEL 4 das Verbrennungsverhältnis und die Stromaufwärts-Katalysatortemperatur, wegen des Luftverhältnisses an dem Einlass der ersten Verbrennungskammer 11 unter 60 kcal/h, im Vergleich mit BEISPIEL 1 niedriger sind, sich jedoch die kritische Verbrennungsmenge in BEISPIEL 4 verringert, wenn sich das Luftverhältnis λ, wie in 13 gezeigt, verringert.
In BEISPIEL 5 wurde die Verbrennungsmenge annähernd konstant aufrechterhalten (bei 400 kcal/h) und sowohl die tatsächliche Verbrennungsmenge als auch die Katalysatortemperatur in dem ersten Katalysatorkörper 12 wurden gesteuert, um Veränderungen in dem Luftverhältnis vorzunehmen. Im Ergebnis einer solchen Anordnung variierten die Spitzentemperaturen des ersten Katalysatorkörpers 12 und des zweiten Katalysatorkörpers 16 entsprechend dem Luftverhältnis λ, wie in 14 gezeigt. Da die Temperatur des ersten Katalysatorkörpers 16 auf über 500°C erhöht wurde, wurden Emissio nen von unverbrannten Komponenten und CO in Zusammenhang mit den Luftverhältnisveränderungen nicht beobachtet und dadurch wurde ermöglicht, eine saubere Verbrennung ohne die Verwendung einer externen Heizeinrichtung zu erreichen, wie in BEISPIEL 4.
In BEISPIEL 6 zeigte die Spitzentemperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 eine in 15 gezeigte Verbrennungsmengenabhängigkeit, jedoch wurde (in Zusammenhang mit der Verbrennungsmengenabhängigkeit) keine Erzeugung von unverbrannten Komponenten und CO erkannt. In BEISPIEL 6 wurde das Luftverhältnis λ eines vorgemischten Gases derartig gesteuert, um bei einer Verbrennungsmenge von weniger als 180 kcal/h, bei der die Spitzentemperatur des ersten Katalysatorkörpers 12 weniger als 850°C war, einen Wert von 1,2 anzunehmen. Im Ergebnis einer solchen Anordnung waren die Abgase sauber, selbst wenn die Spitzentemperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 500°C oder geringer war. Die Schädigung von Edelmetallen wird signifikant von der Temperatur bestimmt. Bei Temperaturen unter 850°C wird die Schädigung von Pt signifikant niedrig gehalten. Aus diesem Grund wird das Verbrennungsdauerproblem reduziert, selbst wenn das Luftverhältnis λ höher als 1 ist. Wenn andererseits die Verbrennungsmenge 180 kcal/h übersteigt, so bedeutet dies, dass die Spitzentemperatur des zweiten Katalysatorkörpers 16 höher als 500°C ist, um für eine zufrieden stellende Reinigung von unverbrannten Komponenten geeignet zu sein. Folglich wird es möglich, saubere Abgase ohne die Verwendung von Heizeinrichtungen zu erhalten, während Gebrauch von den Merkmalen des BEISPIELS 1 durch das Benutzen des Verfahrens des BEISPIELS 6 gemacht wird. Zusätzlich wird es möglich, ein katalytisches Verbrennungssystem aufzubauen, das geeignet ist, eine verbesserte Hochtemperatur-Widerstandsfähigkeit für Katalysatoren bereitzustellen. In BEISPIEL 6 wurde das Luftverhältnis bei einem Grenzwert von 180 kcal/h variiert, welches jedoch nicht als beschränkend zu betrachten ist. Solch ein Grenzwert kann, entsprechend einem verwendeten Systemaufbau, auf jeden Wert gesetzt werden, vorausgesetzt, dass der gleiche Hauptpunkt erreicht wird.
CO-EMISSIONSMENGE
Bezug nehmend auf 16 werden Schwankungen in den CO-Emissionsmengen von dem Zeitpunkt an, zu dem der ersten Katalysatorkörper 12 vorgewärmt wird, bis zum dem Zeitpunkt des katalytischen Verbrennungsbeginns nach dem Vorwärmen für die BEISPIELE 1, 3 und 7 und für das VERGLEICHSBEISPIEL 1 gezeigt. Bei dem Fall des BEISPIELS 1 wurde CO gereinigt, wenn der Vorwärmbrenner 5, nach der Sekunde, in der der zweite Katalysatorkörper 16 auf eine Temperatur vorgewärmt war, bei der er zu einer befriedigenden Oxidation von CO fähig war (d. h. auf ungefähr 200°C), gezündet wurde. Wenn eine solche Operation nicht hinzugefügt wurde, dann wurden relativ große Mengen von CO erzeugt. Folglich musste die Zeit für das Vorwärmen des zweiten Katalysatorkörpers hinzugefügt werden. Dennoch waren in VERGLEICHSBEISPIEL 1 die beobachteten CO-Emissionen zum Zündzeitpunkt schwach, weil die Flammenbildung bei einem Luftverhältnis von λ = 1,2 ausgeführt wurde. Es brauchte jedoch Zeit, um in einen geeigneten Zustand zu kommen, um die katalytische Verbrennung zu beginnen, wie in dem BEISPIEL oben. In BEISPIEL 3 wurde in dem Brennerkanal 15 zur gleichen Zeit, zu der der Vorwärmbrenner 5 gezündet wurde, eine Flamme gebildet und es wurde im Vergleich mit BEISPIEL 1 eine leichte Erhöhung in der CO-Emissionsmenge beobachtet. In BEISPIEL 7 wurde das Vorwärmen der Flamme bei einem Luftverhältnis λ von 1,2 ausgeführt, so dass die Emission von CO am Anfang auf der gleichen Stufe wie bei der herkömmlichen Flammenverbrennung war. Der Temperatursensor 18 erkannte die Tatsache, dass der zweite Katalysatorkörper 16 bereits am Anfang der katalytischen Verbrennung 200°C erreicht hatte und das Luftverhältnis wurde auf 0,95 eingestellt und veranlasste dadurch den sofortigen Beginn der katalytischen Verbrennung. Wie oben beschrieben, wird es durch den Gebrauch des Aufbaus von BEISPIEL 7 möglich, die katalytische Verbrennung sofort zu beginnen, während die CO-Emissionsmenge so niedrig wie möglich gehalten wird. Jede Temperatur kann als Erkennungsziel für den Temperatursensor 18 eingestellt werden, vorausgesetzt, CO wird bei dieser Temperatur oxidiert. Beispielsweise kann die Temperatur zum Ausführen der Oxidation von zum Beispiel Methan auf einen hohen Wert, wie zum Beispiel 500°C, eingestellt werden.
CO-EMISSION BEI GLEICHMÄSSIGER VERBRENNUNG
Die Tabelle 3 zeigt die jeweiligen CO-Emissionsmengen bei 250 kcal/h bei gleichmäßiger Verbrennung für die BEISPIELE 1 bis 6, 8 und 9 und die VERGLEICHSBEISPIELE 1, 3 und 5.
Tabelle 3
Bei jedem dieser Beispiele und Vergleichsbeispiele war die CO-Emission bei gleichmäßiger Verbrennung im Vergleich mit der CO-Emission bei herkömmlicher Flammenverbrennung sehr gering, wodurch nachgewiesen wird, dass der zweite Katalysatorkörper 16 effektiv arbeitete. Wie in dem dritten Aufbau beschrieben, ist es durch die Bereitstellung eines zum Vorwärmen des sekundären gasförmigen Gemischs oder der Luft durch verbrannte Abgase geeigneten Mechanismus möglich, die zum Vorwärmen des zweiten Katalysatorkörpers 16 in solchen Fällen, wie BEISPIEL 1, erforderliche elektrische Energie erheblich zu reduzieren. Zusätzlich ist es in dem Fall des BEISPIELS 4 möglich, die Verbrennungsmenge in dem ersten Katalysatorkörper 12 zu erhöhen und dadurch wird ermöglicht, die Niedrigtemperatur bei kritischer Verbrennungsmenge weiterhin zu reduzieren.
In den Beispielen der vorliegenden Erfindung wurden auf Wabenstrukturen aufgebrachte Katalysatoren beschrieben. Jeder andere Aufbau auf jede Art und Weise wird den gleichen Effekt ergeben, wie ihn die Wabenstruktur ergibt.
Beispielsweise wird bei dem BEISPIEL 1 das Luftverhältnis λ der gasförmigen Gemische, die der primären Verbrennungskammer 11 zugeführt werden, bei einem festen Wert gesteuert, d. h. λ = 0,95. Jedoch gibt es kein Problem, das Lufverhältnis auf jeden Wert einzustellen, der kleiner als 1 und innerhalb eines zur katalytischen Verbrennung geeigneten. Bereichs ist. Das Gesamtluftverhältnis λ der gasförmigen Gemische, die der sekundären Verbrennungskammer 14 zugeführt werden, wurde auf 1,2 eingestellt, welches jedoch nicht als beschränkend zu betrachten ist. Es ist möglich, jede Luftverhältnisbedingung anzuwenden, die geeignet ist, den Zweck der Erfindung zu erfüllen, vorzugsweise λ > 1. Alternativ dazu kann das Gesamtluftverhältnis λ gleich oder kleiner als 1 sein, wenn brennbare Abgaskomponenten durch diffundierende Luft oder dergleichen ausreichend oxidierfähig werden.
Entsprechend dem vorliegenden Aufbau, wird eine Veränderung des Luftverhältnisses λ unter einer bestimmten Bedingung vorgenommen, d. h. bei einer festgelegten Verbrennungsmenge, und die Bestimmung des Luftverhältnisses λ wird an einer Position vorgenommen, an der die Katalysatorspitzentemperatur ein Maximum erreicht. Für diese Bestimmung können weitere, zum chemischen Erkennen der in den Abgasen des ersten Katalysatorkörpers enthaltenen Konzentrationen von H₂, CO und Kohlenwasserstoff geeignete Einrichtungen benutzt werden.
AUSWIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung gemäß der vorliegenden Erfindung ersichtlich wird, kann die Schädigung von Katalysatoren durch Verbrennung bei einer Verbrennungsbedingung von über 800°C gering gehalten werden. Zusätzlich wird es möglich, ein katalytisches Verbrennungssystem bereitzustellen, das geeignet ist, den Regelbereich (TDR) zu erweitern, saubere Abgase auszustoßen und Verbrennungskatalysatoren für die Verwendung darin bereitzustellen.

Claims

Verfahren zur Regelung einer Verbrennung zur Verwendung in einem katalytischen Verbrennungssystem mit: (a) einem Einlasskanal für ein gasförmiges Gemisch, angeordnet auf der Stromaufwärtsseite des katalytischen Verbrennungssystems für den Einlass eines Luft-Brennstoff-Gemischs, (b) einem Abgas-Auslasskanal, angeordnet auf der Stromabwärtsseite des katalytischen Verbrennungssystems für den Auslass eines Abgases, (c) einer primären Verbrennungskammer (11), in der ein Katalysatorkörper angeordnet ist, wobei dieser Katalysatorkörper von einem porösen Grundmaterial mit zahlreichen kommunizierenden Löchern gebildet wird, das einen Oxidationskatalysator trägt, (d) einem sekundären Zufuhrkanal (13), stromabwärts der primären Verbrennungskammer angeordnet, für die Zufuhr eines gasförmigen Gemischs oder von Luft und (e) einer sekundären Verbrennungskammer (14), stromabwärts des sekundären Zulaufkanals angeordnet, wobei der Oxidationskatalysator entweder Pt oder Rh enthält oder ein Material enthält, das entweder Pt oder Rh darin als einen Hauptfaktor für die katalytischen Reaktionen enthält, wobei das genannte Verfahren die Schritte umfasst, in denen ein Luftüberschuss-Verhältnis der primären Verbrennungskammer anfangs auf höher als 1 eingestellt wird und, nachdem die Verbrennungsrate der sekundären Verbrennungskammer eine vorgegebene Höhe überschreitet oder die Konzentration einer brennbaren Komponente in einem Abgas auf einer bestimmten Höhe ist, das Stattfinden der Verbrennung veranlasst wird, wobei das Luftüberschuss-Verhältnis der primären Verbrennungskammer unter 1 eingestellt wird.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach Anspruch 1, wobei die sekundäre Verbrennungskammer einen zweiten Katalysatorkörper aufweist, der von einem porösen Grundmaterial mit zahlreichen kommunizierenden Löchern gebildet wird, das einen Oxidationskatalysator trägt.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach Anspruch 1 oder 2, wobei Luft, die der zweiten Verbrennungskammer zugeführt wird, durch Anwendung der Abgaswärme der sekundären Verbrennungskammer vorgewärmt wird.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Luftüberschuss-Verhältnis eines gasförmigen Gemischs, das aus dem Einlasskanal für gasförmiges Gemisch zugeführt wird, reduziert wird, während die Menge einer in dem gasförmigen Gemisch enthaltenen Brennstoffkomponente abnimmt.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Menge einer Brennstoffkomponente eines gasförmigen Gemischs, das aus dem Einlasskanal für gasförmiges Gemisch zugeführt wird, im Wesentlichen konstant gehalten wird, während nur die Luftmenge in dem gasförmige Gemisch erhöht oder vermindert wird, und wobei eine einer solchen Erhöhung oder Verminderung entsprechende Luftmenge aus dem sekundären Zufuhrkanal zugeführt wird.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Luftüberschuss-Verhältnis eines gasförmigen Gemischs, das aus dem Einlasskanal für gasförmiges Gemisch zugeführt wird, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem die Temperatur des zweiten Katalysatorkörpers auf einen gegebenen Wert absinkt, höher als 1 eingestellt wird.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach den Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Grundmaterial des ersten Katalysatormaterials eine Wärmeübertragungsrate von nicht weniger als 10 W/m°C hat.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach Anspruch 1, wobei der erste Katalysatorkörper, auf dem Pt oder ein Oxidationskatalysator, der Pt als einen Hauptfaktor für die katalytischen Reaktionen enthält, aufgebracht wurde, durch die Laminierung (i) einer Pt-Schicht oder einer Oxidationskatalysator-Schicht, die Pt als einen Hauptfaktor für die katalytischen Reaktionen enthält, und (ii) eine Oxidationskatalysator-Schicht, die darin Rh oder Pd als einen Hauptfaktor für die katalytischen Reaktionen enthält, gebildet wird.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach Anspruch g, wobei die Oxidationskatalysator-Schicht, die Rh oder Pd als einen Hauptfaktor für die katalytischen Reaktionen enthält und die über der Pt-Schicht oder über der Oxidationskatalysator-Schicht, die Pt als einen Hauptfaktor für die katalytischen Reaktionen enthält, liegt, teilweise auf der Stromabwärtsseite gebildet wird.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach Anspruch 1, wobei der Katalysatorkörper, auf dem Pt oder Rh aufgetragen wurde oder auf dem ein Oxidationskatalysator, der Pt oder Rh als Hauptfaktor für die katalytische Reaktion enthält, aufgetragen wurde, als eine Hauptkomponente wenigstens CeO₂ oder ZrO₂ oder beides enthält.
Verfahren zur Regelung einer Verbrennung nach Anspruch 1, wobei ein Verfahren zum Auslösen des Stattfindens der Verbrennung während der Einstellung des Luftüberschuss-Verhältnisses der primären Verbrennungskammer auf unter 1 angewendet wird, das (i) das Variieren des Luftüberschuss-Verhältnisses der primären Verbrennungskammer, um mit Hilfe eines in der Nähe des Katalysatorkörpers angeordneten Temperatursensors ein Luftüberschuss-Verhältnis zu ermitteln, bei dem der Katalysatorkörper eine Temperaturspitze erreicht und (ii) das Auslösen des Stattfindens der Verbrennung in der Primär-Verbrennungskammer innerhalb eines Bereichs, der ein geringeres Luftüberschuss-Verhältnis als der vorgegebene Wert hat, umfasst.