JP5279725B2 - 液体燃料の触媒燃焼を含む加熱装置 - Google Patents
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Description
一実施形態では、内側壁120は、図1で分かるように、その上側部分の円錐角がその下側部分の円錐角とは異なるようにすることができる。これは、主燃焼区域に大きな触媒要素150を有することを可能にし、一方、第1の初動触媒要素140の容量は小さいままにすることができる。初動触媒要素が小さいことで、電気消費量が減り、かつ立ち上げ時間が短縮され、それによって、一酸化炭素および未燃焼炭化水素の排出が減少し、主触媒要素が大きいことで、主触媒要素の輻射領域が拡大され、それによって、加熱装置の最大出力が高くなる。下流に追加する任意の触媒要素は、第2の触媒要素150と実質的に同じ大きさとすることができるし、それより大きくすることもできる。
外側空気流および/または燃料蒸発器内部の空気/燃料流が、図1に点線矢印で示されている。定常状態の動作中に、ファンが雰囲気から加熱装置100の導入口112、132に空気を供給する。空気流の第1の部分は、外側ハウジング110と内側壁120との間に接線方向から案内され、空気流の前記第1の部分が、対流によって内側壁120から予熱される環状の渦流場を形成する。内側壁120の熱は、触媒要素140、150での触媒燃焼から発している。導入流れは、外側導入チャンバOICに流入する前に、最初に環状チャネル116に流入することもできる。外側導入チャンバOIC、混合チャンバMCおよび燃焼区域での流れに対して、軸方向の流れ成分だけが示されているが、流れは、示されていない接線方向成分を有することもできる。空気流の第2の部分は、内側導入管132を通り、接線方向から燃料蒸発器130の上側部分に向けられる。接線方向の空気流により、回転速度場、渦が発生する。液体燃料は、回転速度場に向かう接線方向空気流によって加速され、搬送される液滴として、燃料パイプ133のノズル134から注入される。液体燃料は、低圧ポンプまたは重力によって、接線方向に向けられた空気流の中心にある燃料ノズル134から注入される。液滴は、燃料供給パイプ133を囲む接線方向流れの速度まで加速され、さらに、燃料蒸発器130の内部で発生する流動場の強力な回転速度成分まで加速される。説明した、燃料蒸発器130の内部の速度場は、燃料蒸発器130の加熱された周囲壁131pに、優れた熱伝達および質量移動特性をもたらし、燃料液滴は、前記壁に衝突してこれに影響を及ぼす。液滴は充分にこすりつけられて燃料薄膜となる。さらに、薄い境界層およびそれに伴う効率的な質量移動は、表面での燃料蒸気圧を低め、その結果として、蒸発が効率的になり、重質炭化水素残留物の蓄積(コーキング)を防止するのに寄与する。空気流は同時に効率的に加熱される。さらに、薄い境界層/効率的な質量移動により、高い表面温度で、存在し得る炭化水素残留物の表面酸化を可能にする、周囲壁131pへの充分な酸素浸透が容易になる。そのような状態において、周囲壁131pで気相が自動点火する危険性は、前記壁での速いガス速度のためになくなる。上記の組み合わせた特徴によって作り出された蒸発状態により、顕著な多重燃料性能と、より重質の炭化水素燃料を使用する可能性とが燃焼器にもたらされる。スワール比(接線方向の速度成分を軸方向の速度成分で除したもの)は、5〜15の範囲とすることができ、一実施形態では、8〜12、さらに別の実施形態では、約10とすることができる。
Claims (9)
- 燃料と空気の混合物を触媒燃焼させるための少なくとも一つの触媒要素(140)と、
前記触媒要素(140)の上流側に配置される燃料供給手段(133)と、
前記少なくとも一つの触媒要素(140)の上流側に配置される空気供給手段(132)と、
実質的に軸対称の形状を有し、上流端および下流端を有する燃料蒸発装置であって、作動中は、前記少なくとも一つの触媒要素(140)によって加熱されていて、前記燃料供給手段(133)および前記空気供給手段(132)から燃料および空気を供給されている燃料蒸発装置(130)と、
前記触媒要素(140)および前記燃料蒸発装置(130)を収容するための外側ハウジング(110)と、を備え、
前記燃料蒸発装置(130)は、概して前記上流端に少なくとも一つの内側導入パイプ(132;132b)を備え、当該パイプ(132;132b)は、燃料蒸発装置(130)の概して上流部分の内部に、燃料および/または空気を接線方向に注入することで回転流が得られるように配置され、
前記燃料蒸発装置(130)の概して前記上流端は、前記少なくとも一つの触媒要素(140)の付近に配置され、
前記外側ハウジング(110)の内側に内側壁(120)が配置され、当該内側壁は前記外側ハウジング(110)と上端部で接続されて両者間に外側導入チャンバ(OIC)が形成され、前記外側導入チャンバは、さらなる空気をもたらすために当該外側導入チャンバ(OIC)の上流部分に接続した外側導入パイプ(112)を備え、前記外側導入パイプ(112)は、前記外側導入チャンバ(OIC)内に空気の流れを導くように配置される、加熱装置。 - 前記燃料蒸発装置の前記下流端における燃料および空気の流れは、当該燃料蒸発装置から出るとその後は反対方向に流れる、請求項1に記載の加熱装置(100)。
- 前記外側導入パイプ(112)は、接線方向の流れ成分が得られるべく空気の流れを導くように配置される、請求項1に記載の加熱装置(100)。
- 前記燃料蒸発装置(130)の前記上流部分がその下流部分より大きい直径を有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の加熱装置(100)。
- 前記内側壁(120)が下向きに突出した錐台の形状を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の加熱装置(100)。
- 前記燃料蒸発装置(130)の上部は、前記少なくとも一つの触媒要素(140)の少なくとも一つを貫通する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の加熱装置(100)。
- 燃料および空気に、より強力でより対称形の「渦」を誘発するために、空気および/または燃料の流れを接線方向に導くための第2の内側導入パイプ(132b)が前記燃料蒸発装置(130)に接続されている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の加熱装置(100)。
- 前記少なくとも一つの触媒要素(140)および/または前記燃料蒸発装置(130)の付近に、またはそれに接触して、電気加熱要素(141)を備えている、請求項1〜7のいずれか1項に記載の加熱装置(100)。
- 請求項1〜8のいずれか1項に記載の加熱装置(100)を備えているストーブ。
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