包括用于催化燃燒的反應(yīng)器的燃燒器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃燒器，其包括大體上圓柱形的反應(yīng)器腔室（1），反應(yīng)器腔室（1）包括外殼(1')，外殼(1')具有近端（1p）和遠(yuǎn)端（1d）。在反應(yīng)器腔室（1）的遠(yuǎn)端設(shè)置催化劑（4）。燃料入口（7）設(shè)置于反應(yīng)器腔室的近端中。還有多個(gè)空氣入口(22,23;24)布置于反應(yīng)器壁中近端處。入口被配置成提供噴射到反應(yīng)器腔室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)空氣流動(dòng)。還設(shè)有均流器(8;30)，其在反應(yīng)器腔室的截面上在燃料入口（7）與催化劑（4）之間的位置延伸。
【專利說明】包括用于催化燃燒的反應(yīng)器的燃燒器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用來優(yōu)化用于汽車和定置型應(yīng)用的液體燃料的催化燃燒的反應(yīng)器系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]在 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的催化燃燒器中，希望以最佳方式來使用催化劑，即，通過催化劑流動(dòng)的氣體盡可能均勻。如果燃料空氣比偏向于過量燃料，出現(xiàn)所謂的“熱點(diǎn)”，這可能會(huì)對(duì)催化劑造成損壞。
[0003]因此，需要燃料與空氣徹底混合。
[0004]在現(xiàn)有技術(shù)中，已知在使空氣燃料混合物傳遞到反應(yīng)腔室(在反應(yīng)腔室中，其被點(diǎn)燃)之前混合空氣與燃料。如果反應(yīng)腔室足夠長，這是沒有問題的，因?yàn)樵谧銐蜷L的距離，消除任何不均勻性。但是如果反應(yīng)器縮短以便節(jié)省空間或者以裝配于較小的隔室中，可能無法實(shí)現(xiàn)這種消除。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于上文所提到的問題，
【發(fā)明者】已設(shè)計(jì)了一種反應(yīng)器，利用這種反應(yīng)器，實(shí)現(xiàn)了很好的混合，從而減輕了由于不均燃燒造成的損壞催化劑的風(fēng)險(xiǎn)。
[0006]在第一方面，提供一種新穎燃燒器，其包括用于催化燃燒的反應(yīng)器，其中，改進(jìn)了燃料與空氣的混合。燃燒器在權(quán)利要求1中限定，并且包括大體上圓柱形的反應(yīng)器腔室，反應(yīng)器腔室包括外殼，外殼具有近端和遠(yuǎn)端；催化劑，其設(shè)置于反應(yīng)器腔室的遠(yuǎn)端中；燃料入口，其設(shè)置于反應(yīng)器腔室的近端中；多個(gè)空氣入口，其布置于反應(yīng)器壁中近端處并且被配置成使旋轉(zhuǎn)空氣流動(dòng)噴射到反應(yīng)器腔室內(nèi)；均流器，其在反應(yīng)器腔室的截面上在燃料入口與催化劑之間的位置處延伸。在第二方面，提供一種燃料催化燃燒的方法，其中改進(jìn)了燃料與空氣的混合。該方法在權(quán)利要求11中限定。
[0007]因此，本發(fā)明是基于兩個(gè)主要特點(diǎn):1)設(shè)置用來使傳遞到反應(yīng)器內(nèi)的空氣在反應(yīng)腔室內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)的器件，從而造成湍流，湍流高效地混合空氣與燃料；2)設(shè)置二次混合器，在示例性實(shí)施例中，其呈網(wǎng)狀物的形式，其在離入口一定距離處跨反應(yīng)器腔室的截面。這個(gè)二次混合器將打散湍流流動(dòng)并且造成燃料/空氣混合物基本上完全均化并且也在二次混合器后方造成基本上線性流動(dòng)。
[0008]由根據(jù)本發(fā)明的混合系統(tǒng)形成的完全均勻混合和線性流動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)可以總結(jié)為以下四點(diǎn):
1.其排除了在催化劑中形成熱點(diǎn)，熱點(diǎn)可能會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品較短的壽命。
[0009]2.確保了整個(gè)催化劑在該過程中利用，這導(dǎo)致催化劑大小和材料的優(yōu)化，降低了催化加熱器的操作成本。
[0010]3.其優(yōu)化了催化反應(yīng)器大小，因?yàn)樵诜磻?yīng)器中由強(qiáng)制流動(dòng)穩(wěn)定使得實(shí)現(xiàn)線性和均勻流動(dòng)所需的混合物駐留時(shí)間最短。[0011]4.燃料/空氣混合物的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)造成中央向前流動(dòng)運(yùn)動(dòng)，其防止燃料接觸反應(yīng)器壁，從而防止在反應(yīng)器中形成煙灰。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]從下文給出的詳細(xì)描述和附圖，本發(fā)明的另外的適用范圍將變得顯然，附圖僅以舉例說明的方式給出，并且因此不認(rèn)為限制本發(fā)明，并且其中:
圖1為燃燒器的示意截面圖；
圖2示出了分配器的一實(shí)施例；
圖3a示出了均化器()；以及 圖3b示出了另一均化器。
【具體實(shí)施方式】
[0013]在圖1中示意性地示出的新穎的催化反應(yīng)器系統(tǒng)包括大體上圓柱形反應(yīng)器，總體上標(biāo)注為I，并且具有近端和遠(yuǎn)端(分別標(biāo)注為Ip和Id)。燃料2和空氣3單獨(dú)地引入于反應(yīng)器中并且然后混合以形成均勻混合物，之后與催化劑4接觸。在優(yōu)選實(shí)施例中，反應(yīng)器系統(tǒng)還包括內(nèi)部冷卻系統(tǒng)5’、5"、12用來減少從催化反應(yīng)器的排放物形成。在反應(yīng)器端壁中在近端Ip中設(shè)置燃料噴射器件7，其包括噴嘴7’，噴嘴7’適于霧化燃料，之后燃料與空氣混合并且點(diǎn)燃以產(chǎn)生火焰7〃。
[0014]新穎反應(yīng)器系統(tǒng)的基本特點(diǎn)是為了盡可能高效地利用催化劑而被設(shè)置用來以很高效方式混合燃料與空氣并且均化混合氣體流動(dòng)的器件。在圖1中，混合器件以6a示意性地示出，其表示繞燃料霧化噴嘴7’周向設(shè)置的開口。這些開口的幾何形狀可以在較寬限度內(nèi)變化，如將在下文中結(jié)合圖2進(jìn)一步解釋。混合器件6a的重要的功能特點(diǎn)在于其能使空氣在圓柱形反應(yīng)器腔室內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
[0015]由于空氣沿著圓柱形反應(yīng)器腔室的內(nèi)壁的劇烈旋轉(zhuǎn)，將存在燃料、空氣和在火焰中產(chǎn)生的燃燒氣體的很高效混合。
[0016]這種劇烈混合造成在反應(yīng)器內(nèi)側(cè)的極其湍流/動(dòng)蕩的流動(dòng)，并且特別地旋轉(zhuǎn)空氣將最靠近反應(yīng)器壁而設(shè)置空氣“覆蓋層”。覆蓋層保護(hù)壁避免火焰，因?yàn)楦咝У刈璧K或甚至防止在反應(yīng)器壁上出現(xiàn)煙灰形成。劇烈混合的另一效果在于因此造成的氣體的湍流流動(dòng)將在燃料/空氣混合物中表現(xiàn)出不均勻的燃料濃度。這繼而會(huì)造成催化劑中的熱點(diǎn)，催化劑中的熱點(diǎn)可能會(huì)造成催化劑變性/退化(degeneration),并且因此縮短壽命。
[0017]為了均化流動(dòng)并且將湍流旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榛旧暇€性流動(dòng)，并且從而排除了諸如發(fā)生熱點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，“均流器”18定位于反應(yīng)器中在噴嘴7與催化劑4之間的位置處。均化器8在橫向/徑向方向上跨越整個(gè)腔室上延伸。合適地，均化器為網(wǎng)狀物或者穿孔板。當(dāng)湍流流動(dòng)撞擊均化器時(shí)，流動(dòng)被打散為更小得多的流動(dòng)，這將造成徹底混合并且因而消除在混合物中的任何濃度差異?，F(xiàn)將參考圖2來描述新穎的混合特點(diǎn)。
[0018]其包括圍繞噴嘴7同心地布置于噴嘴與分配器板20周圍之間的位置處的擋板狀元件24。這些擋板24通過以對(duì)應(yīng)于圓形區(qū)段來沖壓或切削分配器板20的部分而制成，留下區(qū)段的一部分附連到板20或與板20成一體。這形成可折疊的“翻蓋”，翻蓋可以向上彎曲使得它們從分配器板20的平面以一定角度突出。在圖2中，這以虛線25示出。優(yōu)選地，每個(gè)區(qū)段的內(nèi)部分比外部分更短，使得彎曲線25并不在徑向延伸，而是相對(duì)于半徑以一定角度延伸。因此，如在圖2中可以看出，從后側(cè)進(jìn)入的空氣將碰撞翻蓋24并且由此將向旁側(cè)重導(dǎo)向以便形成螺旋流動(dòng)。在圖示實(shí)施例中，存在六個(gè)翻蓋，但數(shù)量并不重要，并且可根據(jù)反應(yīng)器大小和幾何形狀而改變。
[0019]存在用來重導(dǎo)向空氣流動(dòng)的器件的許多可能配置并且不同于上文所描述的器件，可以設(shè)想到在本身中做出孔口，使得內(nèi)孔形成一定角度。但是，用于混合的分配器的特定設(shè)計(jì)取決于供應(yīng)空氣的方式，并且將為構(gòu)造問題，而無需創(chuàng)造性的工作并且屬于技術(shù)人員的領(lǐng)域。
[0020]本發(fā)明的另一重要特點(diǎn)在于提供上文簡要提到的均化器。
[0021]圖3a示出了在本發(fā)明的實(shí)施例中實(shí)施的均化器30的一個(gè)示例。其包括呈壁形式的分隔構(gòu)件，分隔構(gòu)件將反應(yīng)器腔室分成兩個(gè)隔室，即:其中發(fā)生混合的第一隔室；和在第一隔室下游，其中使流動(dòng)“線性化”，即均化以表現(xiàn)出氣體的基本上線性流動(dòng)的第二隔室。
[0022]在圖3a所示的第一實(shí)施例中，均化器8具有多個(gè)不同大小的開口 32。在圖示實(shí)施例中，示出了兩種大小，但可使用三種或四種甚至更多種大小。在均化器30的中心，不存在開口，并且因此設(shè)置區(qū)域31，其充當(dāng)火焰屏蔽件8’以防止火焰(在圖1中的7〃)進(jìn)入到第二隔室中，在弟二隔室中，其可能會(huì)對(duì)?隹化劑4造成損壞。
[0023]開口 32的功能是當(dāng)流動(dòng)碰撞均化器8時(shí)打散在第一混合隔室中的湍流旋轉(zhuǎn)流動(dòng)。顯然，流動(dòng)氣體中的至少某些將通過開口 32，而某些將由壁部段在開口 32之間反射。結(jié)果將最終為在流動(dòng)氣體中更多得多的向前導(dǎo)向的動(dòng)量，并且在第二隔室中，將形成基本上線性的流動(dòng)。以此方式，將在第二隔室中消除氣體流動(dòng)中的熱含量變化并且在之前提到的熱點(diǎn)更加不太可能發(fā)生。
[0024]圖3b示意性地示出了可以在本發(fā)明中實(shí)施的均化器的另一實(shí)施例。其包括網(wǎng)狀物34 (僅部分地示出，其覆蓋反應(yīng)器的整個(gè)圓形截面)，網(wǎng)狀物34由優(yōu)選地垂直地布置以便形成正方形開口 38的相當(dāng)厚的條36制成。這些開口 38將基本上以與圖3a中的先前實(shí)施例中的開口相同的方式作用。
[0025] 在優(yōu)選實(shí)施例中，由冷卻水來冷卻整個(gè)反應(yīng)器。通過使反應(yīng)器的外殼為雙壁的，冷卻水可通過雙壁外殼內(nèi)側(cè)的周向隔室(在圖1中的5處)。水優(yōu)選地以逆流通過冷卻系統(tǒng)，如在圖1中可以看出，其中水W經(jīng)由入口 12in在遠(yuǎn)端進(jìn)入并且經(jīng)由出口 12_在近端處離開。
【權(quán)利要求】
1.一種燃燒器，其包括: 大體上圓柱形的反應(yīng)器腔室(1)，所述反應(yīng)器腔室(1)包括外殼(1’)，所述外殼(I’)具有近端(Ip)和遠(yuǎn)端(Id)； 催化劑(4)，其設(shè)置于所述反應(yīng)器腔室(1)的遠(yuǎn)端中； 多個(gè)空氣入口(22，23; 24)，其布置于所述反應(yīng)器壁中所述近端處，并且配置成通過設(shè)置在所述空氣入口周圍所布置的混合器件(6a)來提供噴射到所述反應(yīng)器腔室內(nèi)的旋轉(zhuǎn)空氣流動(dòng)； 燃料入口(7)，其設(shè)置于所述反應(yīng)器腔室的近端，布置成將所述燃料噴射到所述旋轉(zhuǎn)空氣流動(dòng)內(nèi)； 均流器(8; 30)，其在所述反應(yīng)器腔室的整個(gè)截面上在所述燃料入口(7)與所述催化劑(4)之間的位置處延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述燃料入口包括燃料霧化噴嘴(7’)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒器，其特征在于，所述空氣入口包括由蓋板(24b)部分地覆蓋的孔口(24a)，所述蓋板(24b)布置成在基本上切向方向上重導(dǎo)向空氣流動(dòng)以便造成所述旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述均流器包括穿孔分隔構(gòu)件(30，32; 36，38)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的燃燒器，其特征在于，所述均流器為網(wǎng)狀物(36，38)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的燃燒器，其特征在于，所述均流器(8;30)包括并未穿孔的中央部分(31)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的燃燒器，其特征在于，所述外殼為雙壁的(5’，5〃)以提供冷卻套(12)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的燃燒器，其具有分別進(jìn)出所述冷卻套(12)的遠(yuǎn)端水入口(12^)和近端水出口(12_)。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒器，其特征在于，所述蓋板相對(duì)于所述反應(yīng)器壁形成15-60°的角度。
【文檔編號(hào)】F23C13/00GK103958966SQ201280043797
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年9月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月8日
【發(fā)明者】B.林德斯特雷姆, D.哈格斯特雷姆, P.貝內(nèi)托薩托雷斯, S.M.雷格德伯格 申請人:加熱技術(shù)改良控股有限公司