JP6751899B2 - 多孔質燃料処理エレメント - Google Patents

Description

本発明は、繊維から形成された少なくとも一つの層を有する蒸発式バーナ用多孔質燃料処理エレメントに関する。

ある程度同様に使用されている噴霧式バーナとは別に、液体燃料が蒸発させられ続いて供給された燃焼用空気と共に燃料／空気混合物を形成するように処理され続いて発熱反応で反応させられる蒸発式バーナは、特に、乗り物内の固定ヒータ又は補助ヒータとして使用されるような、液体燃料を使用して運転される可動暖房装置の場合にしばしば使用される。乗り物で使用される場合は特に、乗り物の内燃機関を作動させるためにも利用される燃料、特に、例えば、ディーゼル油、ガソリン、エタノールなどが液体燃料としてしばしば使用される。

このタイプの蒸発式バーナにおいて、通常、液体燃料は、燃料を貯蔵し分配し且つ蒸発させるように働く多孔質燃料処理エレメントにまず供給される。特に、それぞれの場合にこれらの様々な機能に適合する、複数の多孔質燃料処理エレメントも設けることができる。

ＷＯ２０１２／１５５８９７Ａ１には、相互に織り合わされた金属線からなる金属の織物の少なくとも一つの層を蒸発エレメントが有する、可動暖房装置用蒸発式バーナ用の蒸発器組立体が記述されている。更に、例えば、金属の織物の層が金属の不織布の更なる層と組み合わされた多層構造を設けることが記述されている。

改善された多孔質燃料処理エレメント、改善された蒸発式バーナ、及び改善された暖房装置を提供することが本発明の目的である。

この目的は、請求項１に記載の多孔質燃料処理エレメントによって達成される。有利な改良は従属項に記述される。

蒸発式バーナ用多孔質燃料処理エレメントは、繊維から形成された少なくとも一つの層を有する。これらの繊維は、バサルト繊維を含む。ここで、少なくとも一つの層の繊維は、特に、例えば、バサルト繊維から形成することができる。しかしながら、例えば、バサルト繊維とは別の更なる繊維が存在することも可能である。ここで、燃料処理エレメント全体を、例えば、バサルト繊維から形成することができ、又はバサルト繊維を含む一つ又は複数の層から少なくとも形成することができる。しかしながら、例えば、多孔質燃料処理エレメントは、更に、バサルト繊維を全く含まない一つ又は複数の層を有することも可能である。

従来、多孔質燃料処理エレメント用に使用されている繊維材料に比べると、バサルト繊維は、この用途にはかなりの利点を有する。例えば、ガラス繊維又はアスベスト繊維に比べると、バサルト繊維は、多孔質燃料処理エレメントでの使用に関しては、優れた物理的、機械的、及び化学的性質を有する。バサルト繊維は非常に強いが、それにもかかわらず、特に、簡単な方法で処理されて、特に、フェルト、不織布、ニードルマット、スクリム、織布、たて編物／よこ編物、編物、又は編組物などの平面状の布構造体を形成することができる撓み性のある繊維材料である。バサルト繊維は、特に、金属の不織布及び金属の織布などの従来の材料と比べたときにも、非常に高い耐熱性を有するので、この材料は又、特に、非常に高い作動温度であると考えられる蒸発式バーナに適している。更に、堆積物を形成する傾向がわずかであり、且つ、まだ蒸発していない液体燃料に対して高い貯蔵効果又は緩衝効果をそれぞれ提供することができる。更に、これは、健康に関して危険のない、非常に費用効果の高い材料である。

一つの改良によれば、少なくとも一つの層は、平面状の布構造体、特に、フェルト、不織布、ニードルマット、スクリム、織布、たて編物／よこ編物、編物、又は編組物を有する。この場合、燃料処理エレメントの特性を、平面状の布構造体の選択によって、極めて狙い通りになるように予め定めることができる。更に、例えば、不織布の一つ又は複数の層と織布の一つ又は複数の層とを組み合わせるなど、例えば、異なるタイプの平面状の布構造体を互いに組み合わせることも可能である。

一つの改良によれば、平面状の布構造体の繊維は、５μｍから３５μｍの範囲の直径分布を有する。この場合、燃料処理エレメントの特性を狙い通りになるように設定することができるように、繊維の直径分布が非常に積極的に定められる。更に、直径分布をこのように積極的に定めた場合、繊維を取り扱う際に健康に関する危険性が伴わないことが確実に保証される。

特に、繊維が少なくとも１５０μｍの長さ、好ましくは少なくとも２００μｍの長さを有すると、特に確実に、取扱時に健康被害を与えないようにすることができる。多孔質燃料処理エレメントの場合のバサルト繊維は、知られている技法で製造することができる、非常に長い、いわゆるエンドレス・ファイバとして存在していることが特に好ましい。

一つの改良によれば、多孔質燃料処理エレメントは、バサルト・ウールの少なくとも一つの層を含むことができる。上述の少なくとも一つの層が特にバサルト・ウールを含むことができ、或いはその代わりに、例えば、バサルト・ウールを含む又はバサルト・ウールから形成された一つ又は複数の更なる層を追加で設けることができる。バサルト・ウールを使用することによって、特に費用効果の高い製造が可能となる。

一つの改良によれば、多孔質燃料処理エレメントは、繊維から形成された少なくとも一つの更なる層を有する。少なくとも一つの更なる層の繊維もバサルト繊維を含むことができることが好ましい。この場合、特に耐熱面で特に有利な設計実施形態が提供される。しかしながら、これに代えて、例えば、少なくとも一つの更なる層が、例えば、特に金属繊維又は金属線などの他の繊維をそれぞれ含むことも可能である。

一つの改良によれば、少なくとも一つの層の繊維はガラス型非晶質構造を有する。

一つの改良によれば、少なくとも一つの層の繊維は焼結によって相互接続される。この場合、特に頑丈で寸法的に安定した処理エレメントの実施態様が可能となり、これによって、蒸発式バーナの組立時の取り扱いを簡単にすることができる。更に、この場合、追加のコスト及び労力を費やすことになる別個の支持構造体を追加することなしに済ませることができる。

一つの改良によれば、繊維は繊維束、マルチ・フィラメント、及び／又は粗糸によって形成される。

本目的は、このような多孔質燃料処理エレメントを有する、液体燃料によって作動させられる可動暖房装置用蒸発式バーナによっても達成される。

本目的は、このような多孔質燃料処理エレメントを有する蒸発式バーナを有する暖房装置によっても更に達成される。

更なる利点及び改良は、添付の図面を参照して例示的な実施形態の以下の説明から得られる。

燃料で作動させられる可動暖房装置において、一実施形態による多孔質燃料処理エレメントを有する蒸発式バーナの一部分の概略図である。 実施形態の第１の変形例による燃料処理エレメントを有する蒸発器収容具の概略図である。 実施形態の第２の変形例による燃料処理エレメントを有する蒸発器収容具の概略図である。 実施形態の第３の変形例による燃料処理エレメントを有する蒸発器収容具の概略図である。 実施形態の第４の変形例による燃料処理エレメントを有する蒸発器収容具の概略図である。 実施形態の第５の変形例による燃料処理エレメントを有する蒸発器収容具の概略図である。 第１の実施形態による燃料処理エレメントの図である。 第２の実施形態による燃料処理エレメントの図である。 燃料処理エレメントに適用することができる様々な平面状の布構造体の概略図である。 燃料処理エレメントに適用することができる様々な平面状の布構造体の概略図である。 燃料処理エレメントに適用することができる様々な平面状の布構造体の概略図である。 燃料処理エレメントに適用することができる様々な平面状の布構造体の概略図である。 燃料処理エレメントに適用することができる様々な平面状の布構造体の概略図である。 燃料処理エレメントに適用することができる様々な平面状の布構造体の概略図である。 燃料処理エレメントに適用することができる様々な平面状の布構造体の概略図である。 蒸発器収容具における燃料処理エレメントの配置を説明する概略分解図である。 変形例の場合の蒸発器収容具における燃料処理エレメントの配置を説明する概略分解図である。

以下に、図１を参照して、第１の実施形態をより詳細に説明する。

図１に、可動暖房装置用蒸発式バーナ１の、蒸発器収容具２及びバーナ蓋３の領域を概略的に示す。図１は、蒸発式バーナの主軸Ｚを含む平面での概略図である。蒸発式バーナは、例えば、主軸Ｚに関して略回転対称とすることができる。蒸発式バーナ１は、例えば、乗り物の暖房装置、特に、補助ヒータ又は乗り物の固定ヒータ用に構成することができる。ここでの蒸発式バーナ１は、蒸発した燃料と燃焼用空気との混合物、つまり燃料／空気混合物を燃焼空間４内で熱を放出させながら変換するように特に構成される。ここでのこの変換は、特に火炎発生燃焼で行われることができるが、部分的又は完全な触媒燃焼も可能である。放出された熱は、熱交換器（不図示）内で被加熱媒体、例えば空気又は冷却液によって形成することができる媒体に伝達される。図１の概略図では、特に、熱交換器、高温燃焼排気ガス用の排出部、同様に設けられた燃焼用空気送出装置（例えば、ブロワ）、燃料送出装置（例えば、調量ポンプ）、蒸発式バーナを作動させるための制御ユニットなどは図示されていない。これらの構成部品はよく知られており、従来技術で詳細に説明されている。

蒸発式バーナ１は、多孔質燃料処理エレメント５が内部に配置された、蒸発器収容具２を有する。例示的な実施形態の場合において、蒸発器収容具２は略壺状である。燃料処理エレメント５は、蒸発器収容具２の壺型の窪みに受け入れられ、特に、例えば、溶接、ロウ付け／ハンダ付け、締付けによって、又は適切な固定要素を用いて、その中に固定保持されることができる。以下に、燃料処理エレメント５の設計実施形態を更により詳細に説明する。

液体燃料を燃料処理エレメント５に供給するための燃料供給ライン６が設けられる。燃料供給ライン６は、蒸発器収容具２内に開口し、矢印Ｆで概略的に示すように燃料供給ライン６を通じて所定量の液体燃料を送出することができる燃料送出装置（図示せず）に接続される。燃料供給ライン６は、例えば溶接又はロウ付け／ハンダ付けによって、蒸発器収容具２に固定接続される。

燃焼空間４は、例えば略円筒形の耐熱鋼の構成部品によって形成することができる燃焼室７によって外周側の境界が定められる。燃焼室７には複数の孔７ａが設けられ、図１において矢印によって概略的に示されるように、これにより燃焼用空気を燃焼空間４に供給することができる。ここでの孔７ａは、それにより燃料処理エレメント５の燃料供給ライン６とは反対側に燃焼用空気が供給される、燃焼用空気供給部Ｌの一部である。

蒸発式バーナ１は、運転中、液体燃料を、燃料供給ライン６を経て燃料処理エレメント５に供給することができるように構成される。一方では、多くの空洞があるため、燃料処理エレメント５の幅全体にわたる燃料の分配が燃料処理エレメント５内及びその上で行われ、他方では、燃焼空間４に向く側で、燃料の蒸発又は揮発が行われる。図示の実施形態の場合、燃料処理エレメント５の断面形状は略円形であり、蒸発式バーナ１の主軸Ｚは前記円形の断面形状の中心を通る。しかしながら、燃料処理エレメント５の断面形状は他の形状とすることもできる。

燃焼バーナ１は、液体燃料の蒸発又は揮発がそれぞれ燃料処理エレメント５内及びその表面上で行われるように構成されるが、蒸発した燃料は、燃料処理エレメント５から出るときだけ、すなわち、燃焼空間側だけで、供給された燃焼用空気と燃料／空気混合物を形成するように混合される。従って、液体燃料の供給と燃焼用空気の供給とは燃料処理エレメント５の異なる側で行われる。燃料／空気混合物の発熱反応での変換は、ここでは、燃料処理エレメント５内ではなく、下流の燃焼空間４内で行われる。従って、蒸発式バーナ１の運転中、燃料処理エレメント５内には液体燃料及び燃料蒸気があり、蒸発又は揮発過程のそれぞれによって、潜在的に元来存在する空気が燃料処理エレメント５から追い出される。

図１に概略的に示した例示的な実施形態の場合、燃料処理エレメント５は複数の機能領域を有する構造であり、前記構造は、具体的に示した例では、第１の領域Ｂ１と、第１の領域Ｂ１の構造とは異なる構造の第２の領域Ｂ２とに部分分割される。この例示的な実施形態の場合、第２の領域Ｂ２が燃料供給ライン６に面するように配置され、第１の領域Ｂ１が燃焼空間４に面するように配置される。

図２ａ）に概略的に示した実施形態の第１変形例の場合、燃料処理エレメント５は、複数の異なる機能領域を有せず、第１の領域Ｂ１の一つだけである。

図２ｂ）に概略的に示した実施形態の第２変形例の場合、燃料処理エレメント５は、全部で三つの領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を有する段付き設計であり、蒸発器収容具２はそれに対応するように構成される。このような場合、例えば、異なる領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を、燃料処理エレメント５の様々な機能に関して狙い通りになるように構成することができる。例えば、第２の領域Ｂ２を、毛管力による燃料の送出に対して及び一時的な燃料の貯蔵に対して最適化することができ、第３の領域Ｂ３を、横方向の燃料の分配に関して最適化することができ及び公差を埋め合わせるように役立たせることができ、第１の領域Ｂ１を、燃料の蒸発又は揮発それぞれに関して最適化することができる。ここでは、異なる領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３は、特に、それらの構造、構成、材料、及び／又は厚さなどに関して互いに異なるようにすることができる。

複数の機能領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３を有する燃料処理エレメント５の更なる可能な設計実施形態が図３ａ、３ｂ、及び３ｃに概略的に示されている。図３ａ、３ｂ、及び３ｃでは、燃料供給ライン６及び更なる構成部品は同じく示されていないが、これらの更なる構成部品もこれらの更なる変形例のそれぞれの場合に存在することは理解される。

以下に、上述の実施形態及び変形例の場合に使用することができるような燃料処理エレメント５の構造をより詳細に説明する。以下に説明するこの場合の設計実施形態は、領域Ｂ１、Ｂ２、及びＢ３のうちのそれぞれ一つに使用することができ、特に、このような領域が一つだけ設けられた場合にも使用することができる。

図４は、第１の実施形態による多孔質燃料処理エレメント５の、繊維１０から形成された層８を示す。この実施形態の場合の層８は織布から形成され、その織布の繊維１０はバサルト繊維を含む。図示の特定の実施形態の場合、ここではこの織布は相互に織り合わされた特にバサルト繊維によって形成される。一つ又は複数の更なる層９を有する多孔質燃料処理エレメント５の場合、前記更なる層９も例えばこのような織布から形成することができる。形成された層８内の繊維１０は、それぞれ、繊維束、マルチ・フィラメント、又は粗糸とすることもできる。

図５は、第２の実施形態による多孔質燃料処理エレメント５の、繊維１０から形成された層８を示す。第２の実施形態の場合の層８は、バサルト繊維を含む不織布として形成される。図示の特定の実施形態の場合、ここではこの織布は特にバサルト繊維によって形成される。一つ又は複数の更なる層９を有する多孔質燃料処理エレメント５の場合、前記更なる層９も例えばこのような不織布から形成することができる。更に、燃料処理エレメント５において、例えば、このような不織布の一つ又は複数の層を上述の織布の一つ又は複数の層と組み合わせることも可能である。

更に、多孔質燃料処理エレメント５において、一つ又は複数の層を、図６ａ）から６ｇ）を参照して以下に概略的に説明するような平面状の布構造体として構成することもできる。ここで、特に、これらのような平面状の布構造体を任意に組み合わせて多孔質燃料処理エレメントに使用することができることに留意されたい。

多孔質燃料処理エレメント５の少なくとも一つの層８（又は、任意に、同じく更なる層９のそれぞれ）の様々な実施態様が図６ａ）から６ｇ）に示されている。これらの様々な実施態様は、それぞれの場合で、繊維１０がバサルト繊維を含むという共通要素を有する。特に、繊維１０は、それぞれの場合で、バサルト繊維によって形成することができる。

図６ａ）は、図５を参照して説明済みでもある、層８又は９それぞれのための平面状の布構造体としての不織布の概略図を示す。

図６ｂ）は、層８又は９のための平面状の布構造体がそれぞれ、フェルトによって形成された代替物の概略図を示す。

図６ｃ）は、図４を参照して説明済みでもある、層８又は９それぞれのためのバサルト繊維の織布として形成された平面状の布構造体の概略図を示す。

図６ｄ）は、編物としての層８又は９それぞれの構成を概略的に示している。図６ｅ）は、編組物としての層８又は９それぞれの構成を概略的に示している。図６ｆ）は、たて編物／よこ編物としての層８又は９それぞれの構成を概略的に示している。図６ｇ）は、スクリムとしての層８又は９それぞれの構成を概略的に示している。

図６ａ）から６ｇ）によって説明された様々な平面状の布構造体が、多孔質燃料処理エレメント５においてほとんど任意の態様で互いに組み合わせることができることに留意されたい。上述の平面状の布構造体の場合、繊維１０、すなわち、特定の設計実施形態の場合のバサルト繊維が、５μｍから３５μｍの間の直径を有する非常に密な直径分布を有すること、及び、繊維１０の長さが、各場合で、２００μｍより長いことが好ましいが、１５０μｍより長いことは特に有利である。この場合の繊維１０は、例えば、いわゆるエンドレス・ファイバの形態であることが特に好ましい。ここでは、繊維１０は、非晶質ガラス型構造を有する。繊維１０の表面は、処理性を改善するように、製造時に糊付け処理できることが好ましい。

上述の平面状の布構造体の代わりに、又は、それに加えて、層８又は９は又、それぞれ、バサルト・ウールを含むことができ、それによって特に費用効果の高い製造が可能となる。

上述の燃料処理エレメント５、及びバサルト繊維を含む少なくとも一つの層８又は９それぞれの蒸発式バーナ１の蒸発器組立体への組込みを、図７の概略分解図を参照して以下に簡単に説明する。

図７に概略的に示すように、上述の燃料処理エレメント５は、蒸発器収容具２の壺型の窪み内に配置される。長期間の高温においてでも十分な機械的安定性を保証するために、例えば、耐熱性金属メッシュ又は金属織布によって特に形成することができる支持構造体１１が、燃料処理エレメント５の燃焼空間側に取り付けられる。燃料処理エレメント５及び支持構造体１１は、取付リング１２によって蒸発器収容具２内に留められる。ここで、取付リング１２は、特に、蒸発器収容具２に締付けられる又は支えられる止め輪としてそれ自体知られている態様で構成することができ、或いは、取付リング１２と蒸発器収容具２とを、例えば、溶接又はロウ付け／ハンダ付けによって接続することができる。このようにして形成された蒸発器組立体は、次いで、簡単に蒸発式バーナ１に組み込むことができる。

変形例
上述の実施形態の変形例の場合、多孔質処理エレメント５の機械的な安定性が、焼結によって繊維１０を相互接続することで強化される。この方法では、繊維１０が交差する点で、固定された接続部が繊維間に構成される。この場合の焼結は、例えば、高温にするだけで、及び、任意に、これに加えて繊維１０を圧縮することによって、接続部が構成される純粋な熱プロセスによって行うことができる。しかしながら、このような純粋な熱プロセスの代替として、例えば、更に繊維に結着剤／焼結添加剤をつける化学プロセスによって焼結プロセスを促進することも可能である。

図８に概略的に示すように、この変形例によって燃料処理エレメント５の機械的な安定性が強化され、その結果、蒸発器組立体の組立において、追加の支持構造体１１を省略することができる。

Claims (5)

1. 多孔質燃料処理エレメント（５）を有する蒸発式バーナ（１）を有する暖房装置であって、
   前記多孔質燃料処理エレメント（５）は、繊維（１０）から形成された平面状の布構造体である少なくとも一つの層（８）を有し、前記平面状の布構造体は、フェルト又は不織布であり、前記平面状の布構造体の前記繊維（１０）は、バサルト繊維を含み、５μｍから３５μｍの範囲の直径分布を有し、
   前記多孔質燃料処理エレメント（５）は、金属繊維又は金属線を含む少なくとも一つの更なる層を有する、
   暖房装置。
2. 前記繊維（１０）は、少なくとも１５０μｍの長さ、好ましくは少なくとも２００μｍの長さを有する、請求項１に記載の暖房装置。
3. 前記多孔質燃料処理エレメント（５）は、バサルト・ウールの少なくとも一つの層（８、９）を有する、請求項１又は２に記載の暖房装置。
4. 前記繊維（１０）はガラス型非晶質構造を有する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の暖房装置。
5. 前記少なくとも一つの層（８）の前記繊維（１０）は焼結によって相互接続される、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の暖房装置。
   

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