JPH0823409B2 - ガス流中の燃料の無炎燃焼による熱発生方法と装置 - Google Patents

ガス流中の燃料の無炎燃焼による熱発生方法と装置

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JPH0823409B2
JPH0823409B2 JP2509739A JP50973990A JPH0823409B2 JP H0823409 B2 JPH0823409 B2 JP H0823409B2 JP 2509739 A JP2509739 A JP 2509739A JP 50973990 A JP50973990 A JP 50973990A JP H0823409 B2 JPH0823409 B2 JP H0823409B2
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、酸素を含むガス流中の燃料の無炎燃焼に
よる熱の発生方法並びにこの方法を実施するための装置
に関する。この場合燃焼の際に発生した熱はガス流が貫
流するか及び／又は周囲を流れる構成部品の中へ送り込
まれる。
相応の方法及び装置は多くの用途、すなわち自動車の
ための暖房設備での水又は空気のような熱媒介流体の加
熱、並びに排気ガス有害物質を無害な物質に変換するた
めに触媒的活性被膜を備える自動車の排気ガス系内のハ
ニカム体の加熱のために用いられる。
自動車のための暖房装置特に駐車時用暖房及び補助暖
房は例えば、欧州特許出願公開第0287923号公報及びド
イツ連邦共和国特許出願公開第3716187号公報に記載の
ような種々の形式で知られている。この種の暖房装置は
一般に液体燃料の燃焼による熱発生装置を有し、更に熱
交換器を備え、熱交換器の中では燃焼の際に発生した熱
が空気又は水のような熱媒介流体へ伝達される。欧州特
許出願公開第0287923号公報には、通常の燃焼の際に発
生した排気ガスを大気中への放出前に浄化するために触
媒的活性マトリックスを通して導くことが提案されてい
る。ドイツ連邦共和国特許出願公開第3716187号公報に
は、燃料を少なくとも部分的に触媒により行われる無炎
反応で燃焼させることが提案されている。このために燃
料は空気流に添加混合され、この混合体が触媒的活性マ
トリックスを通して導かれる。触媒的活性マトリックス
の後ろには熱交換器が設けられ、熱交換器の中では燃焼
の際に発生した熱が熱媒介流体に伝達され、その後にガ
ス流が装置を離れる。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第3835983号公報は自
動車の排気ガスを処理するハニカム体の加熱に関し、そ
の際ハニカム体は高温のガス流を供給される。ガス流の
加熱は、ガス流が排気ガス触媒又は別の触媒的活性要素
を貫流する前に、このガス流に添加混合される燃料の触
媒的燃焼により行われる。更にガス流を排気ガス触媒の
後ろで熱交換器を通って導くことが提案され、熱交換器
の中ではガス流に残っている熱を自動車室内及び／又は
自動車冷却水の加熱のために別の熱媒体に伝達すること
ができる。
触媒的活性要素がその触媒作用を発揮できるために
は、その温度は或る種の限界温度いわゆる「着火温度」
を超えなければならない。白金、ロジウム又はパラジウ
ムのような通常触媒として用いられる貴金属は、公知の
触媒的活性化合物と同様に200℃以上の着火温度を有す
る。従ってそれに応じて触媒的活性要素を予熱すること
が必要である。このために前記燃焼設備の場合に、十分
に高い温度への触媒的活性要素の加熱を可能にする予熱
装置が必要である。この種の予熱装置は例えば任意の種
類の電気的加熱装置とすることができる。相応の提案が
ドイツ連邦共和国特許出願公開第2251631号公報に記載
されている。ドイツ連邦共和国特許第563757号明細書で
は更に、触媒材料を塗布された金属製担体を直接電気的
に加熱することが提案されている。
そのほかに触媒的活性材料から成る被膜を備え触媒的
活性要素として極めて適している担体が多数知られてい
る。これに対しては例えば欧州特許第0049489号、同第0
121174号、同第0121175号明細書及び欧州特許出願公開
第0245737号及び同第0245738号公報を参照されたい。
触媒的活性要素中での燃料の無炎燃焼のための従来技
術によるすべての提案には本質的な欠点が付随してい
る。触媒的活性要素に到達する際にガス流は通常比較的
低い温度、すなわち主としてガス流を取り出した装置の
周囲温度を有する。従って全体として燃焼反応を開始で
きるようになる前に、低温のガス流を十分高い温度に加
熱するために、触媒的活性要素の中に発生した燃焼熱の
かなりの部分を費やさなければならない。しかしこのこ
とはガス流の空気質量流量が或るしきい値を超えると、
直ちに触媒的活性要素中の反応が不安定になるというこ
とを意味する。特に触媒が流入域において、従ってガス
流にまず接触する領域において、触媒反応が停止するほ
ど冷却されるという危険が存在する。従ってガス流の質
量流量及び温度に応じて触媒的活性要素全体にわたり広
がる或る種の「デッドゾーン」が発生するおそれがあ
り、それにより反応が完全に停止する。総括するに、ガ
ス流中の燃料の無炎燃焼のための従来知られた方法は、
限られた特に上向きに著しく制限された出力範囲でしか
熱の発生のために適していないということができる。
従ってこの発明の課題は、燃焼反応が安定しており実
際的な用途に対して十分に大きい熱出力の調節範囲を有
するように、ガス流中の燃焼の無炎燃焼による熱発生を
改善することにある。
この課題はこの発明に基づき、酸素を含むガス流中の
燃料の無炎燃焼による熱発生方法において、 ａ）ガス流が少なくとも一つの燃料供給装置及び少なく
とも一つの第１の直接加熱可能な触媒的活性要素に沿っ
て流れ、 ｂ）ガス流が少なくとも部分的にループ中に導かれ、そ
の際第１の搬送装置を通りまた第１の触媒的活性要素に
沿って流れ、 ｃ）ループ中へ酸素を含むガスが供給され、ループから
ガス流の一部が放出される、 ことにより解決される。
この発明の重要な要点は、触媒的活性要素及び更にル
ープ中のガス流を維持する搬送装置を備えるループ中
へ、ガス流を少なくとも部分的に導くことである。ルー
プ中では触媒的活性要素から流出するガス流の少なくと
も一部が再び触媒的活性要素の流入側へ供給される。流
出するガス流の温度は燃焼により比較的高いので、ルー
プ中に導かれるガス流の割合により触媒的活性要素へ流
入するガス流の温度上昇が生じる。それにより触媒的活
性要素のガス流の流入領域が過度に冷えることが防止さ
れ、またデッドゾーンの発生が防止される。更に再循環
の割合の適当な選択により全面積にわたる触媒的活性要
素のほぼ均一な利用が達成できる。また燃料を含むガス
流を触媒の着火温度以上に加熱するために費やさなけれ
ばならない燃焼熱の割合が著しく低減される。その結果
熱効率の著しい低下を被ることが無く発生する熱出力の
調節範囲を著しく拡大することができる。
従来技術の方法と異なり触媒的活性要素中での熱輸送
を考慮することなく、この発明に基づき初めて方法の運
転条件を決定することができる。周囲温度にあり触媒的
活性要素へ流入するガス流の質量流量は、触媒的活性要
素の流入側への熱輸送の量から決まる臨界の大きさ以下
にとどめなければならない。この発明に基づき可能であ
るように触媒的活性要素へ流入するガス流の予熱が十分
に高い場合には、この限界は一層大きい流量まで場合に
よっては実際上の利用可能性を超える量まで移動する。
それによりガス流中の燃料・酸素比率が要求される熱出
力とは無関係に一定値に保たれ、熱出力がガス流の質量
流量だけを介して調節されるような運転方式が可能とな
る。触媒的活性要素への流入の際のガス流の温度はルー
プを通る再循環に基づき十分に高い値にとどまるので、
燃焼反応を完全に安定に保つことができる。
この発明に基づく方法の有利な実施態様は、例えば約
70％ないし約90％の割合までのガス流の主な部分がルー
プ中に導かれるということにより優れている。従って要
求に基づき燃料及び空気（又は酸素を含む別のガス）を
供給でき、要求に基づき例えば圧力制限のためにガスを
放出できるような、がス循環流が主として存在する。そ
れによりガス流中の蓄熱の長所を特に触媒的活性要素の
十分に高い運転温度を維持するために完全に利用するこ
とができる。過度の熱負荷を回避するために、ループの
熱放出によりガス流の温度を特に触媒的活性要素の着火
温度の範囲の温度に制限して保ことができる。この方法
の実施に用いられる設備がその運転温度に到達したと
き、この運転温度を維持するための熱発生は熱放出を補
償しなければならないような範囲内だけで必要であるに
すぎない。
この発明に基づく方法の運転開始は、触媒反応の開始
前にループ中に導かれるガス流が望ましくは電気的に駆
動される加熱装置により、ガス流の温度が触媒的活性要
素の着火温度に到達するまで又は触媒的活性要素が十分
に加熱されるまで温められるように行われるのが有利で
ある。例えば特別な点火バーナ又は点火プラグのような
燃焼の導入のための別の手段は必要でない。
方法の運転開始の場合には、十分な酸素含有量を有す
るガス流が形成された後に、循環するガス流中への酸素
を含むガスの供給を中断できるので有利である。燃焼の
開始前に燃料の連続的な添加は必要ではない。ガス流に
一度少量の燃料を混合すれば全く十分である。なぜなら
ば触媒的燃焼は燃料と酸素との特定の混合比に依存しな
いからである。燃料を混合された酸素を含むガス流は、
触媒的活性要素が熱伝達及び／又は直接予熱により触媒
が働く温度に到達するまで、加熱装置により温められる
だけでよい。従ってこの発明に基づく方法の運転開始は
どんな段階でも全く安全である。なぜならば誤点火の危
険を伴う燃料の高い濃度が避けられるからである。
この発明に基づく方法の特に有利な実施態様は、ガス
流中への燃料の供給が常に少量に保たれ、それにより生
じる燃料・ガス混合体が自己点火性でない特に爆発性で
ないということにより優れている。既に述べたように、
触媒的活性要素への流入の際のガス流の温度をループ中
での再循環により、ガスの流速従って質量流量とはほぼ
無関係に十分に高く保つことができる。従ってガス流の
質量流量をほぼ自由に熱出力を決定する燃料の供給量に
適合させることができる。特にガス流中の燃料及び酸素
の混合比を一定に、望ましくは一定に希薄に保つことが
できる。従って実際上全く安全な運転が可能である。
ループ中への新しい酸素を含むガスの供給は、触媒的
活性要素への到達の際のガス流の温度がこの要素の着火
温度を下回らないように制限するのが有利である。この
可能性はこの発明に基づく方法に対し常に開かれてい
る。方法が常に希薄な燃料・空気混合物により実施され
るときに、この可能性の長所が当然まず第１に生きる。
ループ中に導かれるガス流からのガスの放出はこの方
法のほかの実施態様にかかわりなく、ループ中のガス圧
力が或る限界値を超えたときにだけ放出が行われるよう
に制御されるのが有利である。高い酸素過剰の際の燃焼
により、この方法の良好な特性とりわけ無炎燃焼の際立
った有害物質の少なさが失われることなく、ガス流の複
数回の再循環が可能である。内圧の増加はガス流の温度
上昇により生じるにすぎず、内圧の増加はガスの放出に
より対処しなければならない。その際放出は適当な弁、
特に自動的な超過圧力安全弁により行うことができる。
場合によっては圧力調節を純粋な流体技術的手段、例え
ば十分に小さい流体的断面を有する分岐管として放出に
用いられるガス出口の形で行うことができる。
この発明に基づく方法の特別な用途は暖房のための熱
エネルギーの発生である。特にこの発明は倉庫などのた
めの暖房ブロワのような可搬形または移動形暖房設備及
び自動車用暖房装置に関する。従ってこの発明に基づく
方法は、約10kW特に約7kW以下望ましくは4kWの範囲の最
大熱出力を有する熱エネルギーの発生のために設計され
る。
この発明に基づく方法はまず第１にガス流中で発生し
た熱を、ガス流が周囲を流れるか及び／又は貫流する構
成部品、すなわち一つ又は複数の熱交換器及び／又は一
つ又は複数の排気ガス触媒の中へ送り込むために有利に
用いられる。
この発明の対象はまた燃料の無炎燃焼によりガス流中
に発生した熱を、ガス流が周囲を流れるか及び／又は貫
流する構成部品中へ送り込むための装置であり、この装
置は下記のものを備える。
ａ）少なくとも一つのループ、燃料を供給する供給装
置、ガス入口、ガス出口及び構成部品を備えガス流を案
内するガス案内装置、 ｂ）ループ中のガス流を維持するためにループ中に配置
された第１の搬送装置、加熱装置及び第１の触媒的活性
要素。
これらの特徴を備える装置は可搬形又は移動形加熱装
置として、例えば自動車のための駐車時用又は補助の暖
房設備として、又は大きいホールを暖房する可搬形暖房
設備として使用するために極めて適している。無炎燃焼
による比較的低い運転温度に基づき、寿命及び負荷能力
に関する損害に煩わされる必要なく高価な構造材料を用
いることもできる。
燃料のための供給装置の配置は比較的問題がない。供
給装置はガス入口に配置することができ、それによりガ
ス流への燃料供給を或る量の新しいガスと共にだけ行う
ことができる。従ってループ中に導かれるガス流中で、
当然の結果として燃焼の際に例えば一酸化炭素のような
有害物質の発生を招くおそれのある酸素不足を生じるこ
とが少なくとも避けられる。燃料を直接ループ中へ注入
するように供給装置を配置するのが有意義なこともあ
る。こうして新しいガスを供給することなくガス流を少
なくとも一次的にループ中に導くことができ、このこと
は特に熱出力が小さい場合に熱漏洩の防止を顧慮すれば
特に重要である。その際自明のように適当な監視手段に
より酸素不足の発生を防止することが必要である。
燃焼熱を送り込もうとする構成部品の配置に対しては
同様に複数の可能性が存在する。すなわちこの構成部品
をループの構成部分とし、ガス流中の温度の調節のため
に既に述べた装置の中に含めることができる。この構成
部品はガス流からあらゆる場合に熱を取り去る。構成部
品がループ中に置かれる限り、ガス流の温度はガス流が
構成部品を貫流し終わったときに触媒的活性要素の着火
温度の範囲の温度レベルにあるように、構成部品を選択
することができる。ループ中でのガス流の実際上完全な
再循環によるこの発明に基づく方法は、それから生じる
すべての利点を伴ってこのようにして実現することがで
きる。しかしループ中への構成部品の挿入は必ずしも必
要でない。ループの残りの構成部分の設計が適当な場合
に構成部品をガス出口に配置することもでき、その際無
炎燃焼の安定性の長所がガス流の部分的な再循環により
前記のように保たれる。そのほかには構成部品をループ
中ばかりでなくガス出口の中にも配置することが十分に
考えられまた有利である。或る種の用途の場合にこのこ
とは補助的な利点を結果としてもたらすことができる。
別の実施態様に追加できるこの発明に基づく装置の一
実施態様は、無炎燃焼をもたらす第１の触媒的活性要素
が加熱装置の構成部分であることにより優れている。従
って装置はほぼ直接に他のものを介しないで加熱可能な
第１の触媒的活性要素を有する。前記方法で加熱装置を
用いたガス流の予熱により実施するというこの方法の始
動の場合に、第１の触媒的活性要素が直接温められ従っ
てその着火温度に特に速やかに到達する。その場合には
無炎燃焼が始まり、ガス流及び装置の別の構成部分を加
熱するための補助エネルギーを供給する。この方法の運
転開始のために必要であって装置の外部で調達すべき熱
エネルギーの要求量をこの方法でかなり低減することが
でき、このことは特に自動車での考えられる用途を顧慮
すれば重要である。
加熱装置自体は電流を供給可能な熱電線装置により構
成されるのが有利である。電気加熱は簡単かつ清潔な方
式であり、従って例えば通常のバーナのような他の加熱
装置より優れている。
装置中へのガスの供給は一般に自動的には行われな
い。新しいガスのための搬送手段を設けるべきである。
搬送手段はループ中の適当に構成された第１の搬送装置
により与えることができる。他の場合にはループ中へ新
しいガスを供給する第２の搬送装置をガス入口に配置す
ることができる。
更にこの発明に基づく装置の中に運転監視のためのセ
ンサを設けるのが有利である。このために循環するガス
流の組成の測定のためのラムダプローブ及び運転温度の
監視のための熱電対が特に有利でありかつ有意義であ
る。
この発明の重要な用途は、触媒的活性要素の加熱特に
エンジンの始動前の自動車の排気ガス系中の排気ガス触
媒の加熱である。金属製担体を備える排気ガス触媒の電
気的加熱が知られているが、しかし電気的加熱は電気抵
抗に関して最適化された特殊な担体に対してだけ有効に
使用可能である。有効な予熱を達成するために担体に1k
W以上の電力を供給しなければならない。しかしこのよ
うな電力の供給は自動車の電気設備によっては極めて限
られた範囲でしか可能でない。更に通常の構造の金属製
担体の電気抵抗は大きさに応じて100分の数Ωにすぎず
このことは電気加熱に対して給電線の抵抗損失をかんが
みて有利でない。この発明により清潔かつ安全な燃焼反
応からの熱による排気ガス触媒の加熱が可能となり、そ
の際数kW以内の熱仕事率が容易に可能となる。もし電気
加熱が必要としても、熱を発生する燃焼反応をトリガす
る第１の触媒要素だけに関係する。しかしこの第１の触
媒要素は一般に排気ガス触媒より小さいので、小さい電
気抵抗の問題はずっと軽微である。更に第１の触媒要素
は脈動する排気ガス流を供給される排気ガス触媒の熱的
及び機械的負荷にさらされない。それに応じて極めて高
い負荷能力に調整する必要はなく、従って電気抵抗を増
加するための多くの構造的な可能性が提供される。
この発明の別の適用範囲は暖房特に自動車の暖房のた
めの熱の供給であり、その際この発明に基づく装置では
熱吸収に用いられる構成部品のうちの少なくとも一つが
熱交換器である。その際熱交換器はガス流の案内のため
の流路系ばかりでなく熱媒介流体特に空気又は水の案内
のための流路系をも有する。装置の運転の際に熱媒介流
体は外部又は内部の搬送装置により熱交換器を通って搬
送され、その際熱媒介流体が温度上昇し続いて所望の暖
房目的に用いられる。
熱媒介流体として空気ばかりでなく水も用いられる。
特に自動車暖房の場合には冷却液系を組み込むことがで
き、その場合には室内の暖房と同時に使用開始前のエン
ジンの予熱を行うことができる。
ほかの実施態様は別として熱交換器を備えたこの発明
に基づく装置の特に有利な実施態様は、熱交換器が燃焼
反応をトリガする第１の触媒的活性要素を支持し、例え
ばガス流を導く熱交換器の管路系が触媒的に有効な層を
支持する壁を有し、この層に沿ってガス流が流れるよう
に支持する（その際別の第１の触媒的活性要素を設ける
ことが可能であるようにすべきである）ことを特徴とす
る。相応に改良された装置は燃焼熱のための非常に短い
伝達経路を有し、こうして熱伝達は高い効率並びに特に
小さい損失で行われ、装置に対する特別にコンパクトな
構造が得られる。
既に述べたようにこの発明に基づく装置では、熱を吸
収する構成部品をループを形成するガス案内装置中ばか
りでなくガス出口中にも配置することができる。それに
相応する特に重要な実施態様はループ及びガス出口に各
一つの熱交換器を配置することにより得られ、その際熱
媒介流体を導く管路系と熱交換器とが相互に連通し、特
に直列に接続されているのが有利である。この種の装置
はガス出口から比較的強く冷却された排気ガスを供給
し、従って熱に敏感な又は過熱に対して守るべき環境例
えば自動車室内で用いるために特に有利である。
この発明を図示の複数の実施例により詳細に説明す
る。その際図面はループ中に導かれるガス流中の燃料の
無炎燃焼による熱の発生及び構成部品中へのこの熱の送
り込みのための装置を示す。詳細には、 第１図は、自動車の排気ガス触媒を加熱する装置を、 第２図は、燃焼の際に発生した熱を熱交換器を介して導
出する装置を、 第３図は、例えば自動車の駐車時暖房又は補助暖房とし
て特に適している第２図の装置に似た装置を示す。
この発明にとって重要な詳細の説明のためにまず三つ
のすべての図面を同時に参照されたい。更に符号101〜1
17は第１図に関し、符号201〜209は第２図に関し、符号
301〜319は第３図に関することを付言する。すべての場
合においてこの発明に基づく装置は、管路などから成り
ガス流の案内のために用いられるガス案内装置102、20
2、302を有し、その際ガス案内装置102、202、302は少
なくとも一つのループ103、203、303を有し、これらの
ループ中にガス流を循環して導くことができる。ループ
103、203、303中を循環するガス流には、ガス入口104、
204、304を経て酸素を含む新しいガス特に空気を供給す
ることができる。ガス出口105、205、305を通って、循
環するガス流から或る割合を放出することができる。ガ
スの放出は、例えばガス出口105、205、305がループ10
3、203、303を形成する管装置の平均の流体的断面より
著しく小さい流体的断面を備え長く延びた管として構成
されることにより、主として受動的に行うことができる
が、ガスの供給は適当な搬送手段を介して能動的に行わ
なければならない。ループ103、203、303中でのガス流
の循環は、第１の搬送装置106、206、306特にガス案内
装置102、202、302のループ103、203、303を構成する部
分中に配置されたブロワにより行われる。ガス流への燃
料の供給のためにループ103、203、303には、相応の供
給装置107、207、307すなわち適当な燃料供給装置を備
えるノズル又はノズル装置が設けられている。この発明
に基づき燃料の燃焼は無炎の触媒的方法で行われる。こ
のためにループ103、203、303は触媒的活性要素109、20
9、309、特にガス流により貫流され複数の流路を備える
ハニカム体を有し、これらの流路のガス流に向かう壁は
触媒材料（白金、ロジウムなど）から成る層を有する。
触媒的活性要素109、209、309中での燃焼は公知のよう
に、触媒材料に沿って流れるガス流の温度が触媒の着火
温度を超えるときに初めて始まる。それに応じてループ
103、203、303中には加熱装置108、208、308が設けられ
ている。これらの加熱装置108、208、308は電流を供給
可能な加熱装置とすることができるが、しかし用途に応
じて通常のバーナ又は熱交換器として構成することもで
きる。最後にそれぞれの図示の装置は無炎燃焼の際に循
環するガス流中に発生した熱を送り込むことができる少
なくとも一つの構成部品101、201、301、318を有する。
次に用例を図面の個々の説明の範囲内で詳細に説明す
る。
第１図は略示図で、自動車の排気ガス系の排気ガス触
媒の加熱装置の範囲内でのこの発明の用例を示す。排気
ガス触媒が構成部品101であり、この触媒は燃料の無炎
燃焼により循環するガス流中で発生した熱を供給してこ
の熱により加熱することができる。ガス案内装置102は
排気管片113から構成され、排気管片中には排気ガス触
媒101が配置され、その際排気ガス流の方向に見て排気
管片113が排気ガス触媒101の前後にそれぞれ合流口11
4、115を有する。合流口114、115は迂回管路を介して相
互に結合されているので、ループ103が合流口114と115
の間に存在する排気管片113と迂回管路とから構成され
る。迂回管路は両合流口114、115でフラップ弁116、117
により閉鎖可能であり、このことは排気ガスの送り込み
の際の装置の負荷を顧慮して迂回管路中に設けられた装
置の保護のために有意義である。原理的にはフラップ弁
116、117は必要でない。フラップ弁はこの発明に基づく
装置の完全な作用を保証するためよりはむしろ迂回管路
中に設けられた装置の保護に役立つ。ガス案内装置102
中にはラムダプローブ111及び熱電対112が組み込まれて
いる。通常の場合に排気ガス触媒101には元来ラムダプ
ローブ111が付設されており、ラムダプローブをこの発
明に基づく装置の運転の際にも無炎燃焼の制御のために
用いることが推奨される。また熱電対112は排気ガス触
媒101に排気ガスを供給する際に排気ガス触媒101のため
の作用制御要素として働くことができる。この発明の枠
内で熱電対は加熱しようとする排気ガス触媒101の温度
の測定のために役立つ。合流口114、115を相互に結合す
る迂回管路中には、前記ように第１の搬送装置106、燃
料供給装置107、加熱装置108及び第１の触媒的活性要素
109が設けられている。更にガス入口104が迂回管路へ合
流する。ガス出口105は図示の実施例では直接大気へ開
口する排気ガス管路である。ガス入口104には更に新し
い空気の供給のための第２の搬送装置110が設けられて
いる。更にこの発明の有利な構成の枠内で、加熱装置10
8が第１の触媒的活性要素109と一体化されている。この
ことは具体的には例えば、金属製ハニカム体が触媒的活
性層の担体として用いられ、ハニカム体に電流を流すこ
とができそれにより加熱可能であることにより実現され
る。このことは特に良好な選択である。なぜならばそれ
により既にこの発明に基づく装置の短い始動時間の後に
触媒反応の開始が保証されるからである。第１の触媒的
活性要素109の加熱は更に、循環するガス流の温度がま
だ必要な着火温度以下である間にも、触媒反応を安定化
することができるという長所を有する。燃料のための供
給装置107が図示の実施例では迂回管路中にガス入口104
と加熱装置108との間に設けられている。ループ103中で
の供給装置107の位置決めは比較的重要でない。この実
施例では勿論供給装置107を直接排気管片113中に設ける
ことは避けるべきである。燃料の搬送装置はその利用が
当業者によく知られているので第１図には示されていな
い。
第２図は、燃焼の際に発生した熱を供給すべき構成部
品201が、例えば暖房設備特に自動車のための駐車時暖
房又は補助暖房の形の可搬形又は移動形暖房設備の枠内
で利用するために、空気又は水のような熱媒介流体を加
熱する熱交換器であるような装置を示す。特色として第
２図には燃料のための供給装置207が直接ループ203の中
にではなくガス入口204に設けられている。この場合に
は燃料はループ203中で循環するガス流に新しい空気と
共にだけ供給することができる。（このために図示され
ていない搬送装置が必要である）。このことは循環する
ガス流中の酸素不足の発生が防止されるという長所を有
する。さもないときは酸素不足の防止は燃焼過程の入念
な監視によるときだけ可能である。ガス出口205は小さ
い流体的断面を備える比較的長い管路として示されてい
る。管路の長さによりガスがガス流から自由にガス出口
を通って大気中へ流出することが防止される。しかしな
がらループ203中の圧力上昇は、ガス出口205に閉鎖装置
が設けられていないので確実に防止される。自明のよう
に相応の要求の枠内で、弁などのような閉鎖装置をガス
出口205に設置することが可能である。
第３図は、燃焼過程で発生した熱の熱媒介流体への伝
達のためのこの発明に基づく装置の別の構成を示し、そ
の際伝達はこの実施例では直列に接続された二つの熱交
換器301、318で行われる。その際第１の熱交換器301は
直接にループ303中に配置され、第２の熱交換器318はガ
ス出口305に設けられる。第２の熱交換器318の主な作用
はガス出口305を通って放出される排気ガスの冷却であ
り、このことは例えば自動車の室内に配置しようとする
自動車の駐車時暖房装置にとって有意義である。特色と
して例えば熱交換器301のガス流により貫流される流路
がその壁上に触媒的に有効な層を有することにより、第
１の熱交換器301が或る種の触媒作用を発揮する。場合
によっては第１の熱交換器301は第１の触媒的活性要素3
09の作用を完全に引き受けるようにすることができる。
このことは装置のできるだけコンパクトな構成に関して
有利である。加熱装置308は電流により駆動されるのが
有利である。ガス入口304が新しいガスの搬送のために
必要な第２の搬送装置310のそばに入口弁319を有し、こ
の入口弁はループ303へ供給される新しいガス量の微調
節のために用いられる。図示の装置は複数の構成可能性
の代表例と見なすべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ２３Ｇ 7/06 ＺＡＢ １０２ Ｗ (72)発明者 ピユツツ、ハインリツヒ ドイツ連邦共和国 Ｄ―5203 ムーフ ウ エラーシヤイト ２ (72)発明者 イエーガー、ワルター ドイツ連邦共和国 Ｄ―5250 エンゲルス キルヒエン シユールヴエーク 33 (56)参考文献 特開 昭57−210205（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−5652（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−76509（ＪＰ，Ｕ)

Claims (27)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】酸素を含むガス流中の燃料の無炎燃焼によ
    る熱発生方法において、 ａ）ガス流が少なくとも一つの燃料供給装置（107、20
    7、307）及び少なくとも一つの第１の直接加熱可能な触
    媒的活性要素（109、209、309）に沿って流れ、 ｂ）ガス流の大部分がループ（103、203、303）中に導
    かれ、その際第１の搬送装置（106、206、306）を通り
    第１の触媒的活性要素（109、209、309）に沿って流
    れ、 ｃ）ループ（103、203、303）中へ酸素を含むガスが供
    給され、ループ（103、203、303）からガス流の一部が
    放出される ｄ）燃料は発生する燃料・ガス混合体がそれ自体で着火
    不能である範囲内でガス流に添加混合される ことを特徴とする熱発生方法。
  2. 【請求項２】ガス流の約70％ないし約90％がループ（10
    3、203、303）中に導かれることを特徴とする請求の範
    囲１記載の方法。
  3. 【請求項３】方法の運転開始の際に、少なくともガス流
    の温度が第１の触媒的活性要素（109、209、309）の着
    火温度以下である間は、ガス流が加熱装置（108、208、
    308）により加熱されることを特徴とする請求の範囲１
    又は２記載の方法。
  4. 【請求項４】ガス流が加熱されている間はガスがループ
    （103、203、303）中へ供給されないことを特徴とする
    請求の範囲３記載の方法。
  5. 【請求項５】第１の触媒的活性要素（109、209、309）
    への到達の際のガス流の温度が要素の着火温度以下にな
    らないように、ループ（103、203、303）中へガスが供
    給されることを特徴とする請求の範囲１ないし４の一つ
    に記載の方法。
  6. 【請求項６】ループ（103、203、303）中のガス圧力が
    限界値を超えるときに、ガス流の一部がループ（103、2
    03、303）から放出されることを特徴とする請求の範囲
    １ないし５の一つに記載の方法。
  7. 【請求項７】熱の発生が約10kW、特に約7kW、望ましく
    は約4kWの最大出力により行われることを特徴とする請
    求の範囲１ないし６の一つに記載の方法。
  8. 【請求項８】熱はガス流が周囲を流れるか及び／又は貫
    流する少なくとも一つの構成部品（101、201、301、31
    8）中へ送り込まれることを特徴とする請求の範囲１な
    いし７の一つに記載の方法。
  9. 【請求項９】ガス流中の燃料の無炎燃焼により発生する
    熱を、ガス流が周囲を流れるか及び／又は貫流する構成
    部品（101、201、301、318）中へ送り込む装置におい
    て、 ａ）少なくとも一つのループ（103、203、303）、燃料
    を供給する供給装置（107、207、307）、ガス入口（10
    4、204、304）、ガス出口（105、205、305）及び構成部
    品（101、201、301、318）を備えた、ガス流を案内する
    ガス案内装置（102、202、302）と、 ｂ）ループ（103、203、303）中のガス流を維持するた
    めにループ（103、203、303）中に配置された第１の搬
    送装置（106、206、306）及び第１の直接加熱可能な触
    媒的活性要素（109、209、309）と を備えることを特徴とする熱発生装置。
  10. 【請求項１０】構成部品（101、201、301）がループ（1
    03、203、303）中に配置されていることを特徴とする請
    求の範囲９記載の装置。
  11. 【請求項１１】構成部品（318）がガス出口（105、20
    5、305）に配置されていることを特徴とする請求の範囲
    ９又は10記載の装置。
  12. 【請求項１２】ガス入口（104、204、304）がガス流中
    へガスを供給する第２の搬送装置（110）を備えること
    を特徴とする請求の範囲９ないし11の一つに記載の装
    置。
  13. 【請求項１３】ループ（103、203、303）中に少なくと
    も一つのラムダプローブ（111）が配置されていること
    を特徴とする請求の範囲９ないし12の一つに記載の装
    置。
  14. 【請求項１４】ループ（103、203、303）中に少なくと
    も一つの熱電対（112）が配置されていることを特徴と
    する請求の範囲10ないし13の一つに記載の装置。
  15. 【請求項１５】構成部品（101、201、301、318）が第２
    の触媒的活性要素（101）であることを特徴とする請求
    の範囲９ないし14の一つに記載の装置。
  16. 【請求項１６】ガス案内装置（102、202、302）が部分
    的に自動車のための排気ガス系の構成部分であり、第２
    の触媒的活性要素（101）が排気ガス系の排気ガス触媒
    であることを特徴とする請求の範囲15記載の装置。
  17. 【請求項１７】排気ガス触媒がその両側に合流口（11
    4、115）を有する排気管片（113）中に設けられ、これ
    らの合流が迂回道路を介して相互に結合され、その際ル
    ープ（103、203、303）が排気管片（113）及び迂回管路
    により構成されていることを特徴とする請求の範囲16記
    載の装置。
  18. 【請求項１８】合流口（114、115）のうちの少なくとも
    一つが制御可能なフラップ弁（116、117）などにより閉
    鎖可能であることを特徴とする請求の範囲17記載の装
    置。
  19. 【請求項１９】構成部品（101、201、301、318）が、ガ
    ス流により貫流される少なくとも一つの高温流路及び熱
    媒介流体により貫流される少なくとも一つの低温流路を
    備える熱交換器（301、318）であることを特徴とする請
    求の範囲９ないし14の一つに記載の装置。
  20. 【請求項２０】熱媒介流体がガス特に空気であることを
    特徴とする請求の範囲19記載の装置。
  21. 【請求項２１】低温流路が空気加熱系特に自動車の空気
    加熱系の一部であることを特徴とする請求の範囲20記載
    の装置。
  22. 【請求項２２】熱媒介流体が液体特に水であることを特
    徴とする請求の範囲19記載の装置。
  23. 【請求項２３】低温流路が自動車の冷却液系の一部であ
    ることを特徴とする請求の範囲22記載の装置。
  24. 【請求項２４】熱交換器（301、318）が第１の触媒的活
    性要素（109、209、309）を支持することを特徴とする
    請求の範囲19ないし23の一つに記載の装置。
  25. 【請求項２５】高温流路がガス流に向かう壁を有し、こ
    の壁上に触媒的活性層が塗布されていることを特徴とす
    る請求の範囲24記載の装置。
  26. 【請求項２６】第１の熱交換器（301）がループ（103、
    203、303）中に設けられ、第２の熱交換器（318）がガ
    ス出口（105、205、305）中に設けられていることを特
    徴とする請求の範囲19ないし25の一つに記載の装置。
  27. 【請求項２７】第１の熱交換器（301）の低温流路と第
    ２の熱交換器（318）の低温流路とが連通することを特
    徴とする請求の範囲26記載の装置。
JP2509739A 1989-06-20 1990-06-19 ガス流中の燃料の無炎燃焼による熱発生方法と装置 Expired - Lifetime JPH0823409B2 (ja)

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