[发明专利]用于燃料电池排气的催化燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1前序部分详细定义的类型的催化燃烧器。本发明此外涉及这种催化燃烧器的应用。

背景技术

催化燃烧器能够被用于无明火地转化可燃原材料。例如从燃料电池系统领域公知催化燃烧器被用于再燃烧排气中的残余氢和/或用于有针对性地燃烧氢或其他燃料以产生热能。这种类型的催化燃烧器一般具有催化器体，该催化器体例如可被构造为多细孔的或蜂窝状的材料或也作为颗粒填料或诸如此类。催化器体内使用的材料在此方面至少部分具有催化活性物质，例如铂、钯或类似的物质。为通过这种催化燃烧器完全转化所使用的原材料，这特别是在对排气内的不受欢迎的残余物质或诸如此类的物质进行再燃烧时是使用催化燃烧器主要目的之一，必要的是提供相应规格的催化燃烧器以便可以转化所要燃烧的混合气体/气体混合物内存在的全部可燃物质。这需要相应大的结构空间和因此比较大的催化器体。因为现在一般地作为催化剂使用的物质例如铂极其昂贵，所以这种相应大的催化器体也总是与巨大的成本相关。

所使用的催化器体的长度在此方面特别是与向催化器体流动的混合气体的均匀分布相关。如果这种均匀分布得到改善，那么在可供使用的催化器体可通流横截面内可以取得更均匀的转化，由此该催化器体可以相应构造得更短并因此更小和成本更低。在这种观点下DE 102008031060A1公开了，为均匀分布排气管内的排气流而设有在流动方向上延伸的嵌件作为导流板，尽管由于空间原因排气管经常需要弯曲，仍确保排气流在排气管的整个横截面上相对均匀地分布。对于将混合气体输送到催化器体区域内的弯曲管路元件的情况，这种结构的确实现了改进，但仍不能确保催化器体可通流横截面被均匀入流从而使催化器体的纵向尺寸能被持续缩短。

US 2003/0096204A1形式的另外的一般的现有技术公开了一种催化燃烧器，其中不是像通常通过环形喷嘴引入附加燃料的现有技术中那样，而是形成一种非常复杂的结构，其中入流气体和经计量的燃料的流动方向多次反转，以便取得非常好的彻底混合。然后，混合气体在相应混合的情况下流入催化器体的区域内。尽管在此实现了非常好的彻底混合，但该结构未能实现催化器体的均匀入流。此外，该结构由于具有大量非常小的细丝式结构件而极其复杂并导致在催化器体上游的混合区成本非常高。

其他一般的现有技术此外还包括US 2005/0172547A1。在该文献中，介绍了一种用于混合气体的装置，其中使用螺旋件以便使两个彼此独立地流入螺旋件区域内的气流尽可能好地相互混合。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种催化燃烧器，其以最低的结构件成本以简单和紧凑的结构形式实现尽可能均匀的催化器体入流，使得该催化器体的总长度能够被持续缩短。

该目的依据本发明通过权利要求1特征部分所述的特征得以实现。依据本发明的催化燃烧器的具有优点的其他构造方案来自其从属的权利要求。依据本发明的催化燃烧器的特别优选的应用在权利要求8中予以说明。这种应用的具有优点的扩展方案来自其从属权利要求。

依据本发明，沿流动方向在催化器体上游在流动区域内设有螺旋件。依据非常具有优点的扩展方案可利用多个导向叶片构成的这种螺旋件以沿流动方向观察的最小结构空间确保了，在催化器体上无论是燃烧气体分布还是混合气体的速度分布都在不同负荷情况下明显均化。在流动模拟/流动仿真中清楚地表明了这一点。螺旋件，特别是当其构造为具有多个导向叶片时，在此使混合气体在催化器体上游的流动通过径向偏移而扇状散开并因此确保催化器体非常均匀和均一的入流。由此混合气体以非常均一的速度分布被分配在催化器体的整个可供使用的面上。催化器体或其内存在的催化活性物质因此可以得到理想地利用并且催化器体所需的结构空间、在这里特别是所需的结构长度可以相应地最小化。由此实现了非常紧凑的结构，这种结构此外可以明显节省一般来说非常昂贵的催化活性物质。

依据本发明结构的一种特别有利和具有优点的扩展方案提出，催化器体被构造为柱形的，螺旋件相对于催化器体的可通流横截面居中设置。柱形的催化器体在此的优点是，它可以很容易地集成/内置到管路元件或一管道段中。螺旋件的居中设置在此可以使入流的混合气体尽可能好地分布在构造成柱形的催化器体的可通流横截面上，该可通流横截面相应地构造成圆形横截面。