Catalytic reactor, which is applied to the maritime mobile

【発明の詳細な説明】 海上移動体に応用される触媒反応器 関連する応用に対する相互参照事項 本願は、１９９６年７月３日米国特許出願第０８／６７５，１９６号の利益を要求する。 発明の背景 本発明は、内燃エンジンからの排気ガスを処理するための触媒反応器（cataly tlc reactor）に関し、特に海上移動体に応用され、通常複数の触媒要素を用いる型式の反応器に関する。 海洋応用物では、エンジンが室内に設けられている場合には、室内に放射される熱量を減少させろためにエンジン排気システムを水冷することが行われている。 このような排気システムに触媒反応器を付加すると、システム内の熱が著しく増加するために適切な冷却がよりいっそう重要となる。 問題は、触媒反応を持続させるため、触媒要素を十分に高い温度に維持しなければならないことにある。 米国特許第4,735,046号(Iwai)、米国特許4,848,082号(Takahashi et al.),及びG erman Reference DE 3736500に、海洋エンジンの触媒と冷水ジャケットとの間に断熱空間を用いることが開示されている。 本発明の目的は、触媒の過冷却を防止し、あるエンジン状況下において非常に高温となりうる触媒と、冷却材として用いられる低温水との間の極度の温度差から生じる熱衝撃を緩和するための、冷水と触媒との間における改良された熱障壁を提供することにある。 本発明の概要 本発明によれば、触媒と冷却ジャケットとの間に熱障壁層が形成される。 海上移動体に応用される触媒反応器は、一般に長手方向に沿う通路を構成する冷却ジャケットを有する。 この長手方向に沿う通路は、内燃エンジンからの排気を導く排気入口に第１の端部で接続され、排気出口に第２の端部で接続される。 この長手方向に沿う通路内に、触媒が配設される。 冷却ジャケット内には、冷却用通路が形成される。 この冷却用通路は、冷却液を循環させるため、冷却液入口と冷却液出口に接続される。 冷却液ポンプは、冷却液入口に接続可能である。 海洋移動体では、使用される冷却液は一般に、船が位置する水域から汲み上げられた水である。 第１の形態では、熱障壁層は触媒要素から冷却ジャケットまでの領域に配置された断熱材を有する。 断熱材は、以下のグループから選択される；繊維状物質、 触媒を取り囲む多数のリングと波形部のついた物質。 第１の形態では、触媒反応器はインナージャケットに長手方向に沿う通路を形成することにより製造される。 インナージャケットは第１の端部で排気入口に接続され、第２の端部で排気出口に接続される。 さらに、前記長手方向に沿う通路内に触媒が配置される。 インナージャケットはアウタージャケットに内挿されている。 そして、インナージャケットとアウタージャケットの間に冷却用通路が形成される。 この冷却用通路は冷却液入口に接続され、さらに冷却液出口に接続される。 最後に、断熱材を有する熱障壁は、少なくとも一つの触媒要素とインナージャケットとの間に構成される。 第２の形態では、触媒と熱障壁層との間の空気流を制限するための外板（shel l）が触媒を取り囲む。 この外板は、その端部あるいは端部に実質的に近い位置で、冷却ジャケットに接続される。 冷却ジャケットは、インナージャケットに外挿されるアウタージャケットにより形成される。 このインナージャケットとアウタージャケットは、互いに組み合わさって両者の間に冷却用通路を形成する。 熱障壁層は外板とインナージャケットの間に形成される。 この熱障壁層を構成する空間は種々変更して利用可能である。 この熱障壁層は閉じられた空気領域をなしてもよく、あるいは冷却空気の熱源に接続されてもよい。 以下により詳細に示されるとおり、本発明の触媒反応器は、触媒要素が過冷却されるのを防止し、さらに触媒と冷却液の間の極度の温度差により生じる熱衝撃を緩和する目的で触媒と冷却ジャケットとの間に形成された熱衝撃層における重要な利点を供給する。 本発明は、さらなる目的と付随する利点とともに、添付図面に関連して採用された以下の詳細な説明を参照することにより、最もよく理解される。 図面の簡単な説明 図１は繊維状物質を用いて熱障壁を形成した本発明の触媒反応器を示す。 図２は多数の環状体を用いて熱障壁を形成した本発明の触媒反応器を示す。 図３は波形部のついた物質を用いて熱障壁を形成した本発明の触媒反応宗を示す。 図４は冷却空気を用いて熱障壁を形成した本発明の触媒反応器を示す。 望ましい形態の説明 さて、図面に目を向けると、図１は本発明の触媒反応器２０の第１の形態を示す。 図１に示す触媒反応器２０は冷却ジャケット２２を有し、この冷却ジャケット２２は長手方向に沿う通路２４を形成する。 冷却ジャケット２２は、内燃エンジン２７（破線ブロックで図示した）からの排気ガス流を導く排気入口２６に一方の端部２８で接続され、また排気出口３０にもう一方の端部で接続される。 この長手方向に沿う通路２４内には、１あるいは２以上の触媒要素が配設される。 典型的には、排気入口２６の近傍には還元剤として作用する第１の触媒要素３ ６が配設され、第１の触媒要素３６の下流側には、酸化剤として作用する第２の触媒要素３８が配設される。 補充空気は第２の触媒要素３８中の排気ガスの反応あるいは酸化の促進を補助する補助酸素を供給すべく、通常触媒要素３６及び３ ８間に供給される。 図１に示すように、冷却ジャケット２２は望ましくは互いに組み合わされたインナージャケット４０及びこのインナージャケット４０に外挿されるアウタージャケット４２からなる。 インナージャケット４０及びアウタージャケット４２は、互いに組み合わさって両者の間に冷却用通路４４を形成する。 代替的には、冷却ジャケット２２は内部の冷却用通路とともに完全に単一な冷却ジャケット４６ （図４に示すように）で構成されてもよい。 冷却用通路４４は、冷却液を循環させるため、冷却液入口４８及び冷却液出口５０に接続される。 冷却液ポンプ５１（ブロックで示す）は冷却材入口４８に接続されてもよい。 海洋応用物では、使用される冷却液は一般に、船が位置する水域から汲み上げられた水である。 熱障壁層５２は触媒要素３４と冷却ジャケット２２の間に形成される。 この熱障壁層５２は触媒要素３４と冷却ジャケット２２の間の領域に配置された断熱材５４からなる。 この実施形態では、断熱材は繊維状物質５６からなる。 繊維状物質５６は、金属繊維又はセラミック繊維のような耐熱性のある断熱性の「布」あるいは「フェルト」から構成される。 繊維状物質５６の使用により得られる付加的な利点は、 機械的な衝撃からこのような断熱材を隔離するばかりでなく、半弾性の物質として触媒要素３４の伸張あるいは膨張に適応する物質として機能することである。 繊維状物質５６は、触媒要素３４の周囲を排気ガスが迂回するのを防止するため、望ましくは排気ガス流に対して不浸透性である。 少量の排気ガス流であればよいが、そうではなく、あるいは繊維状物質が排気ガス流に対して不浸透性でなければ、繊維状物質５６とは独立した積極的なシールを供給するための触媒要素３４の周囲の外板を提供することにより代替できる。 図２は触媒を取り囲む多数のリングからなる断熱材５４を有する本発明の第２ の形態を示す。 多数のリング５８は、冷却ジャケット２２内の断熱材の動きを抑制する。 多数のリング５８は、触媒要素３４と冷却ジャケット２２の間の熱伝導を制限することにより、触媒要素３４と冷却ジャケット２２との間の熱伝導性の接触領域を減少させる。 多数のリング５８は、触媒要素３４と冷却ジャケット２ ２の間の排気ガスのいかなる相当量の流れも防止する。 多数のリング５８を構成する物質は望ましくは金属である。 図３は波形層６０からなる断熱材５４を有する第３の形態を示す。 波形層６０ は触媒要素３４と冷却ジャケット２２の熱伝導を制限し、また冷却ジャケット２ ２内の触媒要素３４の伸張あるいは膨張に適応しうる触媒要素３４の支持部材として機能する。 波形層６０の波形部６２は触媒要素３４の周囲を囲むように配置されうるため、排気ガスが波形部６２を通って流れず、従って触媒要素３４を通る。 代替的には、波形層６０の波形部６２は触媒要素３４に沿って、排気ガスの流れに平行に長手方向に沿って流れるように配置されてもよく、この場合排気ガスの流れを遮るための波形層（図示せず）と独立のシールを必要とする。 波形層６０の望ましい構成物質は金属である。 図４は、外板６４が触媒要素３４を覆う位置における第４の形態である。 外板６４は冷却ジャケット２２に、その端部２８，３２で、あるいはその実質上近くで取り付けられている。 熱障壁層５２は外板６４と冷却ジャケット２２の間の空間６５からなる。 外板６４は触媒要素３４と熱障壁層５２の間の空気の流れを制限する。 熱障壁層５２からなる空間６５は、程度の異なる断熱を生み出す代替的な方法で形成されてもよい。 図４に示すように、この形態の熱障壁層５２は、冷却空気を熱障壁層５２を通って循環させるための冷却空気入口６６及び冷却空気出口６８に接続される。 熱障壁層５２を通って循環する冷却空気は、反応を促進すべく、触媒要素３４に供給される空気とは独立していてもよく、あるいは代替的には補充空気を供給する空気ポンプ（図示せず）により汲み上げられてもよい。 冷却空気出口６８は再循環システム（図示せず）に接続されてもよく、あるいは触媒要素３４の下流の排気ガス中に排出されてもよい。 本実施形態の変形例では、熱障壁層５２は両端で排気ガス中に排出させてもよく、従って熱障壁層５２は、排気ガス（図示せず）で満たされる。 排気ガスは流れないため、流れている排気ガスの場合よりも低い温度で、排気ガスの断熱層が提供される。 さらなる変形例は、断熱され閉じられた空気領域を構成する熱障壁層を密封することである。 本発明の触媒反応器は、触媒の過冷却を防止し、さらに触媒と、冷却液の間の極端な温度差により生ずる熱衝撃を緩和するための触媒と冷却ジャケットとの間の熱障壁層についての重要な利点を提供する。 本発明は一つの触媒要素でも、多数の触媒要素でも実施することができる。 もちろん、上述した望ましい形態については、広い範囲で変形及び改良が可能である。 ゆえに、前述の詳細な説明は、本発明の範囲を定めると思われる全ての同義語を含む以下の請求の範囲であると理解されると意味する。

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