調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための方法、この方法を実施するための装置、並びに触媒を所望に劣化させるための燃焼排ガスの使用法
排ガスを２つの部分流に分割し、第１の部分流を冷却し、次いで２つの部分流を再び一緒にまとめることによって、可変な温度を有する、炭化水素を含有する燃料の燃焼により発生する排ガスの流れを生ぜしめることができる。再び一緒にまとめられる排ガス流の温度は、２つの部分流が再びまとめられる前に、２つの部分流を相応に絞ることによって、炭化水素を含有する燃料の燃焼温度と冷却された排ガス部分流の温度との間の温度に調節される。このようにして生ぜしめられた排ガス流は、有利な形式で、自動車排ガス触媒を所定に劣化させるために使用される。この場合、排ガス流の温度変化が、その空気量に影響を及ぼすことがない、という特別な利点を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための方法、この方法を実施するための装置、並びに触媒を所望に劣化させるための燃焼排ガスの使用法に関する。
【０００２】
自動車の排ガスを浄化するための最近の触媒は、少なくとも１０００００ｋｍの自動車の走行性能に亘っての耐用年数を保証しなければならない。従って触媒の開発中に、触媒の耐用年数に亘って生じる負荷を安価にシュミレーションする劣化法が必要となる。この場合、特に、運転中に触媒が負荷されるエンジン排ガスの空気量ラムダ（λ）を模倣する必要がある。空気量は、理論混合比の条件に標準化された空気／燃料比であり、この空気／燃料比によってエンジンが駆動される。供給された吸気が燃料の完全な燃焼のために十分であれば、空気量は値１を有する。エンジンによって検出された排ガスの空気量は、エンジンに挙旧された空気／燃料混合気の空気量と同じである。
【０００３】
運転中に、触媒はほぼ熱的な負荷にさらされる。しかも運転中に排ガス中の毒成分によって触媒活性度が慢性的に被毒する。２つの劣化過程は、高温の排ガスを生ぜしめるためのバーナーによって安価に模倣される。
【０００４】
排ガス装置の製造業者は、例えば装置の熱的な負荷可能性を検査するためにバーナーを使用する。例えばFirma Caloric（カロリック社）によって相応のバーナーシステムが提供されている。
【０００５】
"Forschungsbericht 08-9217 des Southwest Research Institute, San Antonio, Texas（サウスウエストリサーチインスティテュートの研究報告書０８−９２１７、サンアントニオ、テキサス）"により、エンジンオイルが触媒に及ぼす劣化の影響を規定するためのバーナー装置について記載されている。このバーナー装置は、米国特許出願公開ＵＳ２００３／００７９５２０Ａ１号明細書の対象でもある。排ガス温度は、触媒内に侵入する前に、熱交換器によって調節される。
【０００６】
選択的な方法は、Firma CalSim（カルシム社）が記載している。カルシム社による排ガス発生器ＣＡＰＳにおいては、天然ガス又はディーゼル燃料／燃料油ＥＬの燃焼及び冷却空気の混合によって、排ガスが生ぜしめられる。バーナー出力は４２ｋＷ〜９０ｋＷである。温度は、冷却空気を混合することによって、３００℃〜９５０℃の間に調節可能である。生ぜしめられた排ガスの空気量λは、２．７５〜１０であって、それによって常に明らかな希薄領域内にある。従ってこのようにして生ぜしめられた排ガスは、触媒、特に理論混合比的に駆動される三元触媒を劣化させるための試験のためには限定的にしか適しておらず、従って再検査することができる。
【０００７】
バーナーによって触媒を熱的に劣化させる試験を行うその他の装置は、米国特許出願ＵＳ２００２／０１１２４６８Ａ１号明細書に記載されている。燃料と燃焼空気との質量流を調整することによって、出力及び空気量が調節される。排ガス温度を可変に調節するための熱交換器は設けられていない。
【０００８】
エンジンによっても、またバーナーによっても、排ガスに関連したすべてのパラメータを調節ことはできない。従って、エンジンにおいては、排ガスパラメータ、排ガス温度、未燃焼ガス、エンジン出力及び空気量ラムダ（λ）が、運転者によって要求されたトルクを介して互いに接続されている。従ってエンジン的な劣化をバーナー劣化に置き換えるために、多くのパラメータを互いに独立して調節可能とする必要がある。これは特に、温度、空気量及び排ガス質量流（＝出力）のためにあてはまる。
【０００９】
本発明の課題は、自動車排ガス触媒の劣化のための、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを、簡単かつ安価に生ぜしめることができる方法、並びにこの方法を実施するための装置を提供することである。さらに、燃焼排ガスの排ガス流及び空気量は、温度とは無関係に独立して調節可能でなければならない。
【００１０】
この課題を解決した本発明の方法によれば、燃焼プロセスによる発生する排ガスを、それぞれ異なる質量流を有する第１及び第２の部分流に分割するようにした。第２の部分流は冷却され、次いで前記第１の部分流と再び１つにまとめられる。このようにして形成された熱い（高温の）燃焼排ガスの流れは、冷却された第２の部分流の温度と燃焼プロセスの温度との間の温度を有している。
【００１１】
高温の燃焼ガスを生ぜしめるために、液状又はガス状、炭化水素を含有する燃料が空気と共に燃焼される。
【００１２】
この方法を実施する際に、２つの部分流の質量流が維持される。つまり第２の部分流に、冷却のために冷却ガスは混合されない。従って、冷却によって第２の部分流の空気量は変化しないので、第２の部分流は第１の部分流と再び一緒にまとめられた後で、空気量は、燃焼プロセスのバーナーにおいて調節された空気量と一致する。
【００１３】
生ぜしめられた燃焼排ガスの温度は、２つの部分流の質量流の比、及び一緒にまとめられる前の温度に基づいており、簡単な形式で、２つの部分流を相応に絞ることによって調節することができる。燃焼排ガス流の最大温度は、第２の部分流を絞ることによってゼロに達する直前まで（bis auf Null）調節され、燃焼排ガス流の最小温度は、第１の部分流を絞ることによってゼロに（auf Null）調節される。
【００１４】
２つの部分流を生ぜしめるために、燃焼プロセスによって生ぜしめられた排ガスは、有利には直接流と、反転流とに分割され、この場合、直接流は第１の部分流を形成し、反転流は第２の部分流を形成する。
【００１５】
燃焼プロセスの出力及び空気量ラムダ（λ）は、十分に互いに無関係に独立して、燃料の質量流ｍBを調整することによって、若しくは燃焼空気の質量流ｍLを調整することによって調節することができる。燃焼プロセスの出力は、排ガス質量流の大きさに直接関連している。出力が大きければ大きい程、排ガス質量流も大きい。
【００１６】
本発明の方法によって生ぜしめられた、互いに無関係に独立して調節可能な出力、空気量及び温度を有する燃焼排ガスは、種々異なる検査目的のために用いることができる。有利な形式で、このような排ガスは、自動車排ガス触媒を所定に熱的に劣化させるために使用される。この場合、調節可能な出力は、劣化試験の際に触媒が負荷される空間速度を規定するために用いられる。出力、空気量及び温度を調整することによって、触媒の作動中に発生する負荷がシュミレートされる。
【００１７】
また本発明の方法によって被毒試験を実施することもできる。このために燃料にオイル添加剤が添加される。このオイル添加剤の成分は部分的に、例えば蛍光物質（Phosphor）、硫黄（Schwefel）、亜鉛（Zink）、カルシウム（Calcium）等の触媒毒として働く。さらにまた、劣化させようとする触媒を高濃度の酸化窒素で負荷するために、燃焼空気に、アンモニア又は、アンモニアに分解される化合物を供給してもよい。
【００１８】
運転によって影響を受ける、触媒及びフィルタの特性を回復させるために、触媒及びトラップオキシダイザ（Russfilter）の運転中に、燃料をエンジン排ガス中に後から噴霧することがしばしば行われる。このような負荷を、劣化させようとする触媒に侵入する前に、燃焼排ガスにガソリン又はディーゼル燃料を添加することによって、模倣することができる。
【００１９】
前記のような燃焼排ガスの有利な使用法の他に、排ガスをその他の目的で使用することもできる。例えば、このような排ガスによって、セラミック構成部分を、酸化又は還元した雰囲気下で所定の熱的な負荷にさらすこともできる。
【００２０】
本発明を以下に、図面及び実施例を用いて詳しく説明する。
【００２１】
図２は、この方法を実施するための装置、
図３は、この方法を実施するための、別の実施例による装置、
図４は、１５０℃〜３５０℃の間で変化する温度を有する熱ガス流で負荷することによる触媒の劣化（エイジング）を示す線図、
図５は、出力、空気量及び熱ガス流の温度を独立した調整を示す線図である。
【００２２】
図１には、調節可能な温度、空気量及び質量流を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための装置１０の概略図が示されている。図示の装置は、ディーゼル燃料、ガソリン又はエタノール等の液状の燃料を使用するため設計されている。ガス状の燃料を使用する場合、燃料ポンプ６０の代わりに適当なコンプレッサを使用するだけでよい。
【００２３】
図１に示した装置は燃焼装置２０を有しており、この燃焼装置２０に、供給部３０，４０を介して燃料若しくは燃焼空気が供給される。燃料はポンプ６０を介して、完全なシステムを駆動するために必要な運転圧力にもたらされる。燃料流ｍBはセンサ６１を介して規定され、目標値プリセットに従って、燃料圧力を介して図示していない制御ユニットか調節される。燃料は燃焼室５０内で燃焼せしめられる。空気質量流ｍLは、センサ７１によって測定され、制御ユニットによって、ブロワファン７０の回転数に亘っての空気量ラムダ（λ）のための目標値プリセットに従って調節される。空気量の実際値は、検査しようとする触媒１５０の前でセンサ１４０によって算出される。
【００２４】
燃焼プロセスの高温の排ガスは、排ガス導管８０を介して導出される。この排ガス導管はスロットルバルブ１２０を有している。第２の排ガス導管９０は、第１の排ガス導管のスロットルバルブ１２０に通じる迂回導管を形成する。第２の排ガス導管は、熱交換器１００と、同様にスロットルバルブ１１０とを有している。符号１０１は供給ラインを表しており、符号１０２は戻しラインを表している。２つのスロットルバルブ１１０及び１２０によって、２つの質量流が、排ガス導管内で互いに相対的に変えられるようになっている。
【００２５】
第１及び第２の排ガス導管は、排ガス方向でスロットルバルブの後ろのポイントＢで再び共通の１つの排ガス導管にまとめられている。この共通の導管内に検査しようとする触媒１５０が配置されている。この触媒の直前で共通の排ガス導管内に空気量のためのセンサ１４０（ラムダゾンデ）が配置されている。このセンサ１４０は空気量を所望の値に調整するために用いられる。
【００２６】
同様に触媒の前に配置された温度センサ１３０の信号は、スロットルのスロットルバルブ１１０，１２０の位置変化によって、触媒に侵入する前の排ガス流の温度を調整するために用いられる。これによって、２つの部分流の質量流比が変えられ、ひいては触媒の前の所望の温度が調節される。
【００２７】
センサ、特に調整に関連したセンサは、使用状況に応じて種々異なる位置に設けることができる。従って、例えば触媒の後ろを一定の温度に調整するか、又は噴射箇所８１の前若しくは後ろのラムダゾンデ信号を測定することが望ましい。
【００２８】
この装置を用いて、温度、空気量及び燃焼排ガスの質量流が、簡単な形式で互いに独立して調節される。従ってこの装置は、触媒を劣化（エイジング）させるために特に適している。このようにして劣化された触媒は、その自動車における触媒的な活性度を検査する場合、エンジンにおいて劣化した触媒と同じ特性を有することが分かった。
【００２９】
オイル添加剤より成る被毒エレメントによって自動車排ガス触媒の被毒をシュミレーションするために、燃料供給部３０内に、ガス状又は液状の添加剤のための、特にオイル添加剤のための注入箇所３１が設けられている。同様に燃焼空気供給部４０は、ガス状又は液状の添加剤、特にアンモニア又はアンモニアに分解される化合物例えば尿素のための注入箇所４１を有している。さらに、排ガス導管８０は、ガス状又は液状の添加剤例えばガソリン、ディーゼル燃料又は、ＳＣＲ触媒を実際に近く劣化させるための尿素溶液を有している。
【００３０】
注入箇所の数及び場所は、必要に応じて選択することができる。従って例えば、燃料及び空気を噴霧するために、排ガス導管のために２つの注入箇所を設ければ有利である。注入のためには、単式ノズルも複式ノズルも使用することができる。
【００３１】
図１に示されているように、燃焼器から生ぜしめられた排ガスは、燃焼装置の後ろのポイントＡにおいて２つの部分流に分割される。しかしながら、この分割は有利には、燃焼装置内において既に直接自動的に行われる。この場合、熱交換器は、第２の排ガス導管内の第１の区分を形成する。このための有利な実施例は、図２及び図３に示されている。２つの実施例は、市販されている暖房用ボイラーを解錠することによって得られる。このような暖房用ボイラーは燃焼室５０を有しており、この燃焼室５０内に燃焼装置が配置されている。燃焼室は、一般的な水冷式であって、暖房用ボイラーの熱交換器の部分である。有利には、いわゆる反転暖房手段を有する暖房用ボイラーが使用される。このようなボイラーの排ガスは、反転流５５を形成し、この反転流の熱を熱交換器に引き渡す。この反転流は、この方法の第２の部分流として使用される。燃焼排ガスから第１の部分流を生ぜしめるために、暖房用ボイラーの燃焼室とは反対側の後壁５７に穿孔によって孔を形成する必要がある。この孔を通って、燃焼器から生ぜしめられた排ガスの一部が直接流として燃焼室から導出される。
【００３２】
暖房用ボイラーの熱交換器は、第２の部分流を冷却するために必要な熱交換器１００を形成する。この場合、図２に示した実施例では、燃焼装置を包囲する、水冷式のボイラー壁が設けられている。図３に示した実施例では、熱交換器が向流原理に基づく管群型熱交換器として構成されていて、燃焼室上に直接配置されている。
【００３３】
バーナー火炎５１は、図２及び図３では、中央に配置された管５２を通ってガイドされている。この管５２は、第１の排ガス導管８０内に開口していて、この第１の排ガス導管８０に第１の排ガス流を供給する。温度のための大きい調整幅を確保するために、この排ガス流は、できるだけ冷却されずに燃焼温度を保って暖房用ボイラーを通過する必要がある。従って、管５２を包囲する放射熱保護シールド５３を配置すれば有利である。この放射熱保護シールド５３は、管５２から燃焼室の水冷式の壁部への放射熱損失を最小にする。
【００３４】
この方法のために必要な熱交換器として、ガス／ガス・熱交換器を使用すれば有利であるが、ガス／水・熱交換器を使用してもよい。このようなガス／水・熱交換器は、標準的な形式で市販されている暖房用ボイラーにおいて使用されている。これによって、必要な熱交換器面は小さくて済み、ひいてはコンパクトな全体構造が得られる。熱交換器を燃焼器の上部構造に組み込むことによって、安全工学的に非常に重要な利点が得られる。燃焼室全体が水によって包囲されるように、熱交換器が構成されていれば（例えば燃焼器火炎を包囲する同心的な構造によって）、外側面における最大温度は、熱ガス流が８０℃〜８００℃の間で調節可能であるにも拘わらず、８０℃以下の値に制限される。結露の問題を避けるために、熱交換器１００は、戻しライン１０２の温度において、排ガスの露点を越える温度で駆動される。露点は、燃焼器の空気量の関数であって、空気量１において約６５℃である。
【００３５】
燃焼排ガスの最小温度は、熱交換器の設計によって規定される。非常に低い温度が必要である場合は、熱交換器を複数の部分に分割すれば有利である。
【００３６】
本発明による装置は、２〜５０００ｋＷのヒータ出力において８０℃〜１２００℃の熱ガス温度のために設計することができる。実際に、８０℃〜９００℃の間の燃焼排ガスの温度の調整範囲のための、３０〜６０ｋＷの出力を有する劣化装置が実現されている。別の装置によって、１５０ｋＷ〜５００ｋＷ間の燃焼器出力において、０．９〜１．８の空位量を有する、２００℃〜１０００℃の間の燃焼排ガスの温度のための調整範囲を実現することができる。
【００３７】
例１：
図４には、１例として、図２に示した装置によって生ぜしめられた燃焼排ガスの温度の最適な調整可能性が示されている。ディーゼル酸化触媒を高温の燃焼排ガスで負荷するための、６０ｋＷの定格出力を有するオイルバーナーが使用されている。排ガスの温度は、１５０℃〜３５０℃の間で台形に周期的に変化する。図１には、触媒の前の温度変化、並びに触媒の後ろの温度変化が示されている。
【００３８】
例２：
図３に示した装置は、５００ｋＷの定格出力を有するオイルバーナーを備えている。試験運転では、出力、空気量及び温度が、互いに無関係に独立して制御されている。試験運転中に、表１に記載された試験プロトコル（Testprotkoll）がそれぞれ５回実施されている。
【００３９】
表１： 試験運転中の、出力、空気量及び温度のための目標値
【表１】
【００４０】
時間に関連して測定された出力、空気量及び温度のための値は、図５に示されている。図５の曲線は、本発明の方法による前記方法パラメータの良好な調整可能性を示している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による方法を実施するための装置の概略図である。
【図２】この方法を実施するための装置の概略図である。
【図３】この方法を実施するための、別の実施例による装置の概略図である。
【図４】１５０℃〜３５０℃の間で変化する温度を有する熱ガス流で負荷することによる触媒の劣化（エイジング）を示す線図である。
【図５】出力、空気量及び熱ガス流の温度を独立した調整を示す線図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための方法、この方法を実施するための装置、並びに触媒を所望に劣化させるための燃焼排ガスの使用法に関する。
【０００２】
自動車の排ガスを浄化するための最近の触媒は、少なくとも１０００００ｋｍの自動車の走行性能に亘っての耐用年数を保証しなければならない。従って触媒の開発中に、触媒の耐用年数に亘って生じる負荷を安価にシュミレーションする劣化法が必要となる。この場合、特に、運転中に触媒が負荷されるエンジン排ガスの空気量ラムダ（λ）を模倣する必要がある。空気量は、理論混合比の条件に標準化された空気／燃料比であり、この空気／燃料比によってエンジンが駆動される。供給された吸気が燃料の完全な燃焼のために十分であれば、空気量は値１を有する。エンジンによって検出された排ガスの空気量は、エンジンに挙旧された空気／燃料混合気の空気量と同じである。
【０００３】
運転中に、触媒はほぼ熱的な負荷にさらされる。しかも運転中に排ガス中の毒成分によって触媒活性度が慢性的に被毒する。２つの劣化過程は、高温の排ガスを生ぜしめるためのバーナーによって安価に模倣される。
【０００４】
排ガス装置の製造業者は、例えば装置の熱的な負荷可能性を検査するためにバーナーを使用する。例えばFirma Caloric（カロリック社）によって相応のバーナーシステムが提供されている。
【０００５】
"Forschungsbericht 08-9217 des Southwest Research Institute, San Antonio, Texas（サウスウエストリサーチインスティテュートの研究報告書０８−９２１７、サンアントニオ、テキサス）"により、エンジンオイルが触媒に及ぼす劣化の影響を規定するためのバーナー装置について記載されている。このバーナー装置は、米国特許出願公開ＵＳ２００３／００７９５２０Ａ１号明細書の対象でもある。排ガス温度は、触媒内に侵入する前に、熱交換器によって調節される。
【０００６】
選択的な方法は、Firma CalSim（カルシム社）が記載している。カルシム社による排ガス発生器ＣＡＰＳにおいては、天然ガス又はディーゼル燃料／燃料油ＥＬの燃焼及び冷却空気の混合によって、排ガスが生ぜしめられる。バーナー出力は４２ｋＷ〜９０ｋＷである。温度は、冷却空気を混合することによって、３００℃〜９５０℃の間に調節可能である。生ぜしめられた排ガスの空気量λは、２．７５〜１０であって、それによって常に明らかな希薄領域内にある。従ってこのようにして生ぜしめられた排ガスは、触媒、特に理論混合比的に駆動される三元触媒を劣化させるための試験のためには限定的にしか適しておらず、従って再検査することができる。
【０００７】
バーナーによって触媒を熱的に劣化させる試験を行うその他の装置は、米国特許出願ＵＳ２００２／０１１２４６８Ａ１号明細書に記載されている。燃料と燃焼空気との質量流を調整することによって、出力及び空気量が調節される。排ガス温度を可変に調節するための熱交換器は設けられていない。
【０００８】
エンジンによっても、またバーナーによっても、排ガスに関連したすべてのパラメータを調節ことはできない。従って、エンジンにおいては、排ガスパラメータ、排ガス温度、未燃焼ガス、エンジン出力及び空気量ラムダ（λ）が、運転者によって要求されたトルクを介して互いに接続されている。従ってエンジン的な劣化をバーナー劣化に置き換えるために、多くのパラメータを互いに独立して調節可能とする必要がある。これは特に、温度、空気量及び排ガス質量流（＝出力）のためにあてはまる。
【０００９】
本発明の課題は、自動車排ガス触媒の劣化のための、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを、簡単かつ安価に生ぜしめることができる方法、並びにこの方法を実施するための装置を提供することである。さらに、燃焼排ガスの排ガス流及び空気量は、温度とは無関係に独立して調節可能でなければならない。
【００１０】
この課題を解決した本発明の方法によれば、燃焼プロセスによる発生する排ガスを、それぞれ異なる質量流を有する第１及び第２の部分流に分割するようにした。第２の部分流は冷却され、次いで前記第１の部分流と再び１つにまとめられる。このようにして形成された熱い（高温の）燃焼排ガスの流れは、冷却された第２の部分流の温度と燃焼プロセスの温度との間の温度を有している。
【００１１】
高温の燃焼ガスを生ぜしめるために、液状又はガス状、炭化水素を含有する燃料が空気と共に燃焼される。
【００１２】
この方法を実施する際に、２つの部分流の質量流が維持される。つまり第２の部分流に、冷却のために冷却ガスは混合されない。従って、冷却によって第２の部分流の空気量は変化しないので、第２の部分流は第１の部分流と再び一緒にまとめられた後で、空気量は、燃焼プロセスのバーナーにおいて調節された空気量と一致する。
【００１３】
生ぜしめられた燃焼排ガスの温度は、２つの部分流の質量流の比、及び一緒にまとめられる前の温度に基づいており、簡単な形式で、２つの部分流を相応に絞ることによって調節することができる。燃焼排ガス流の最大温度は、第２の部分流を絞ることによってゼロに達する直前まで（bis auf Null）調節され、燃焼排ガス流の最小温度は、第１の部分流を絞ることによってゼロに（auf Null）調節される。
【００１４】
２つの部分流を生ぜしめるために、燃焼プロセスによって生ぜしめられた排ガスは、有利には直接流と、反転流とに分割され、この場合、直接流は第１の部分流を形成し、反転流は第２の部分流を形成する。
【００１５】
燃焼プロセスの出力及び空気量ラムダ（λ）は、十分に互いに無関係に独立して、燃料の質量流ｍBを調整することによって、若しくは燃焼空気の質量流ｍLを調整することによって調節することができる。燃焼プロセスの出力は、排ガス質量流の大きさに直接関連している。出力が大きければ大きい程、排ガス質量流も大きい。
【００１６】
本発明の方法によって生ぜしめられた、互いに無関係に独立して調節可能な出力、空気量及び温度を有する燃焼排ガスは、種々異なる検査目的のために用いることができる。有利な形式で、このような排ガスは、自動車排ガス触媒を所定に熱的に劣化させるために使用される。この場合、調節可能な出力は、劣化試験の際に触媒が負荷される空間速度を規定するために用いられる。出力、空気量及び温度を調整することによって、触媒の作動中に発生する負荷がシュミレートされる。
【００１７】
また本発明の方法によって被毒試験を実施することもできる。このために燃料にオイル添加剤が添加される。このオイル添加剤の成分は部分的に、例えば蛍光物質（Phosphor）、硫黄（Schwefel）、亜鉛（Zink）、カルシウム（Calcium）等の触媒毒として働く。さらにまた、劣化させようとする触媒を高濃度の酸化窒素で負荷するために、燃焼空気に、アンモニア又は、アンモニアに分解される化合物を供給してもよい。
【００１８】
運転によって影響を受ける、触媒及びフィルタの特性を回復させるために、触媒及びトラップオキシダイザ（Russfilter）の運転中に、燃料をエンジン排ガス中に後から噴霧することがしばしば行われる。このような負荷を、劣化させようとする触媒に侵入する前に、燃焼排ガスにガソリン又はディーゼル燃料を添加することによって、模倣することができる。
【００１９】
前記のような燃焼排ガスの有利な使用法の他に、排ガスをその他の目的で使用することもできる。例えば、このような排ガスによって、セラミック構成部分を、酸化又は還元した雰囲気下で所定の熱的な負荷にさらすこともできる。
【００２０】
本発明を以下に、図面及び実施例を用いて詳しく説明する。
【００２１】
図２は、この方法を実施するための装置、
図３は、この方法を実施するための、別の実施例による装置、
図４は、１５０℃〜３５０℃の間で変化する温度を有する熱ガス流で負荷することによる触媒の劣化（エイジング）を示す線図、
図５は、出力、空気量及び熱ガス流の温度を独立した調整を示す線図である。
【００２２】
図１には、調節可能な温度、空気量及び質量流を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための装置１０の概略図が示されている。図示の装置は、ディーゼル燃料、ガソリン又はエタノール等の液状の燃料を使用するため設計されている。ガス状の燃料を使用する場合、燃料ポンプ６０の代わりに適当なコンプレッサを使用するだけでよい。
【００２３】
図１に示した装置は燃焼装置２０を有しており、この燃焼装置２０に、供給部３０，４０を介して燃料若しくは燃焼空気が供給される。燃料はポンプ６０を介して、完全なシステムを駆動するために必要な運転圧力にもたらされる。燃料流ｍBはセンサ６１を介して規定され、目標値プリセットに従って、燃料圧力を介して図示していない制御ユニットか調節される。燃料は燃焼室５０内で燃焼せしめられる。空気質量流ｍLは、センサ７１によって測定され、制御ユニットによって、ブロワファン７０の回転数に亘っての空気量ラムダ（λ）のための目標値プリセットに従って調節される。空気量の実際値は、検査しようとする触媒１５０の前でセンサ１４０によって算出される。
【００２４】
燃焼プロセスの高温の排ガスは、排ガス導管８０を介して導出される。この排ガス導管はスロットルバルブ１２０を有している。第２の排ガス導管９０は、第１の排ガス導管のスロットルバルブ１２０に通じる迂回導管を形成する。第２の排ガス導管は、熱交換器１００と、同様にスロットルバルブ１１０とを有している。符号１０１は供給ラインを表しており、符号１０２は戻しラインを表している。２つのスロットルバルブ１１０及び１２０によって、２つの質量流が、排ガス導管内で互いに相対的に変えられるようになっている。
【００２５】
第１及び第２の排ガス導管は、排ガス方向でスロットルバルブの後ろのポイントＢで再び共通の１つの排ガス導管にまとめられている。この共通の導管内に検査しようとする触媒１５０が配置されている。この触媒の直前で共通の排ガス導管内に空気量のためのセンサ１４０（ラムダゾンデ）が配置されている。このセンサ１４０は空気量を所望の値に調整するために用いられる。
【００２６】
同様に触媒の前に配置された温度センサ１３０の信号は、スロットルのスロットルバルブ１１０，１２０の位置変化によって、触媒に侵入する前の排ガス流の温度を調整するために用いられる。これによって、２つの部分流の質量流比が変えられ、ひいては触媒の前の所望の温度が調節される。
【００２７】
センサ、特に調整に関連したセンサは、使用状況に応じて種々異なる位置に設けることができる。従って、例えば触媒の後ろを一定の温度に調整するか、又は噴射箇所８１の前若しくは後ろのラムダゾンデ信号を測定することが望ましい。
【００２８】
この装置を用いて、温度、空気量及び燃焼排ガスの質量流が、簡単な形式で互いに独立して調節される。従ってこの装置は、触媒を劣化（エイジング）させるために特に適している。このようにして劣化された触媒は、その自動車における触媒的な活性度を検査する場合、エンジンにおいて劣化した触媒と同じ特性を有することが分かった。
【００２９】
オイル添加剤より成る被毒エレメントによって自動車排ガス触媒の被毒をシュミレーションするために、燃料供給部３０内に、ガス状又は液状の添加剤のための、特にオイル添加剤のための注入箇所３１が設けられている。同様に燃焼空気供給部４０は、ガス状又は液状の添加剤、特にアンモニア又はアンモニアに分解される化合物例えば尿素のための注入箇所４１を有している。さらに、排ガス導管８０は、ガス状又は液状の添加剤例えばガソリン、ディーゼル燃料又は、ＳＣＲ触媒を実際に近く劣化させるための尿素溶液を有している。
【００３０】
注入箇所の数及び場所は、必要に応じて選択することができる。従って例えば、燃料及び空気を噴霧するために、排ガス導管のために２つの注入箇所を設ければ有利である。注入のためには、単式ノズルも複式ノズルも使用することができる。
【００３１】
図１に示されているように、燃焼器から生ぜしめられた排ガスは、燃焼装置の後ろのポイントＡにおいて２つの部分流に分割される。しかしながら、この分割は有利には、燃焼装置内において既に直接自動的に行われる。この場合、熱交換器は、第２の排ガス導管内の第１の区分を形成する。このための有利な実施例は、図２及び図３に示されている。２つの実施例は、市販されている暖房用ボイラーを解錠することによって得られる。このような暖房用ボイラーは燃焼室５０を有しており、この燃焼室５０内に燃焼装置が配置されている。燃焼室は、一般的な水冷式であって、暖房用ボイラーの熱交換器の部分である。有利には、いわゆる反転暖房手段を有する暖房用ボイラーが使用される。このようなボイラーの排ガスは、反転流５５を形成し、この反転流の熱を熱交換器に引き渡す。この反転流は、この方法の第２の部分流として使用される。燃焼排ガスから第１の部分流を生ぜしめるために、暖房用ボイラーの燃焼室とは反対側の後壁５７に穿孔によって孔を形成する必要がある。この孔を通って、燃焼器から生ぜしめられた排ガスの一部が直接流として燃焼室から導出される。
【００３２】
暖房用ボイラーの熱交換器は、第２の部分流を冷却するために必要な熱交換器１００を形成する。この場合、図２に示した実施例では、燃焼装置を包囲する、水冷式のボイラー壁が設けられている。図３に示した実施例では、熱交換器が向流原理に基づく管群型熱交換器として構成されていて、燃焼室上に直接配置されている。
【００３３】
バーナー火炎５１は、図２及び図３では、中央に配置された管５２を通ってガイドされている。この管５２は、第１の排ガス導管８０内に開口していて、この第１の排ガス導管８０に第１の排ガス流を供給する。温度のための大きい調整幅を確保するために、この排ガス流は、できるだけ冷却されずに燃焼温度を保って暖房用ボイラーを通過する必要がある。従って、管５２を包囲する放射熱保護シールド５３を配置すれば有利である。この放射熱保護シールド５３は、管５２から燃焼室の水冷式の壁部への放射熱損失を最小にする。
【００３４】
この方法のために必要な熱交換器として、ガス／ガス・熱交換器を使用すれば有利であるが、ガス／水・熱交換器を使用してもよい。このようなガス／水・熱交換器は、標準的な形式で市販されている暖房用ボイラーにおいて使用されている。これによって、必要な熱交換器面は小さくて済み、ひいてはコンパクトな全体構造が得られる。熱交換器を燃焼器の上部構造に組み込むことによって、安全工学的に非常に重要な利点が得られる。燃焼室全体が水によって包囲されるように、熱交換器が構成されていれば（例えば燃焼器火炎を包囲する同心的な構造によって）、外側面における最大温度は、熱ガス流が８０℃〜８００℃の間で調節可能であるにも拘わらず、８０℃以下の値に制限される。結露の問題を避けるために、熱交換器１００は、戻しライン１０２の温度において、排ガスの露点を越える温度で駆動される。露点は、燃焼器の空気量の関数であって、空気量１において約６５℃である。
【００３５】
燃焼排ガスの最小温度は、熱交換器の設計によって規定される。非常に低い温度が必要である場合は、熱交換器を複数の部分に分割すれば有利である。
【００３６】
本発明による装置は、２〜５０００ｋＷのヒータ出力において８０℃〜１２００℃の熱ガス温度のために設計することができる。実際に、８０℃〜９００℃の間の燃焼排ガスの温度の調整範囲のための、３０〜６０ｋＷの出力を有する劣化装置が実現されている。別の装置によって、１５０ｋＷ〜５００ｋＷ間の燃焼器出力において、０．９〜１．８の空位量を有する、２００℃〜１０００℃の間の燃焼排ガスの温度のための調整範囲を実現することができる。
【００３７】
例１：
図４には、１例として、図２に示した装置によって生ぜしめられた燃焼排ガスの温度の最適な調整可能性が示されている。ディーゼル酸化触媒を高温の燃焼排ガスで負荷するための、６０ｋＷの定格出力を有するオイルバーナーが使用されている。排ガスの温度は、１５０℃〜３５０℃の間で台形に周期的に変化する。図１には、触媒の前の温度変化、並びに触媒の後ろの温度変化が示されている。
【００３８】
例２：
図３に示した装置は、５００ｋＷの定格出力を有するオイルバーナーを備えている。試験運転では、出力、空気量及び温度が、互いに無関係に独立して制御されている。試験運転中に、表１に記載された試験プロトコル（Testprotkoll）がそれぞれ５回実施されている。
【００３９】
表１： 試験運転中の、出力、空気量及び温度のための目標値
【表１】
【００４０】
時間に関連して測定された出力、空気量及び温度のための値は、図５に示されている。図５の曲線は、本発明の方法による前記方法パラメータの良好な調整可能性を示している。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明による方法を実施するための装置の概略図である。
【図２】この方法を実施するための装置の概略図である。
【図３】この方法を実施するための、別の実施例による装置の概略図である。
【図４】１５０℃〜３５０℃の間で変化する温度を有する熱ガス流で負荷することによる触媒の劣化（エイジング）を示す線図である。
【図５】出力、空気量及び熱ガス流の温度を独立した調整を示す線図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼プロセスにより発生する、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための方法において、
燃焼プロセスにより発生する排ガスを、それぞれ異なる質量流を有する第１及び第２の部分流に分割し、第２の部分流を冷却した後で、前記第１の部分流と第２の部分流とを再び１つにまとめ、それによって、冷却された第２の部分流の温度と燃焼プロセスの温度との間の温度を有する、高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめる、
ことを特徴とする、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための方法。
【請求項２】
第１の部分流と第２の部分流との質量流の比、及びひいては再び１つにまとめられ、その結果生じた排ガス流の温度を、２つの部分流を相応に絞ることによって調節する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２の部分流を絞ることによって高温の燃焼排ガスの流れの最大温度をゼロに至る直前まで調節し、かつ第１の部分流を絞ることによって燃焼ガス流の最小温度をゼロに調節する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
燃焼プロセスによって生ぜしめられた排ガスを、直接流と反転流とに分割し、直接流が第１の部分流を形成し、反転流が第２の部分流を形成するようにする、請求項１記載の方法。
【請求項５】
燃焼プロセスにおいて、液状又はガス状の、炭化水素を含有する燃料を空気と共に燃焼させる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記燃焼プロセスの出力を、燃料の質量流ｍBを調整することによって調節し、第２の高温の排ガスの空気量ラムダ（λ）を、燃焼空気の質量流を調整することによって調節する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
発生した燃焼排ガスを、その結果生じた触媒毒で負荷するために、燃料にオイル添加剤を添加する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
生ぜしめられた燃焼排ガス内の酸化窒素濃度を高めるために、燃焼空気にアンモニアを添加する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項９】
高い炭化水素含有量を有する排ガスを生ぜしめるために、燃焼排ガスに炭素水素を添加する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項１０】
燃焼プロセスにより発生する、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための装置（１）であって、燃料供給部（３０）を備えた燃焼装置（２０）と、燃焼空気供給部（４０）と燃焼室（５０）とを有している形式のものにおいて、
ａ）前記燃焼装置によって生ぜしめられた排ガスの部分を、スロットルバルブ（１２０）を有する第１の排ガス導管（８０）を介して導出し、
ｂ）前記スロットルバルブ（１２０）を迂回する第２の排ガス導管（９０）が設けられており、該第２の排ガス導管（９０）が、熱交換器（１００）と別のスロットルバルブ（１１０）とを有しており、
ｃ）２つの排ガス導管が、排ガスの流れ方向でみてスロットルバルブの後ろで１つの共通の排ガス導管にまとめられている、
ことを特徴とする、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための装置。
【請求項１１】
燃焼装置が反転暖房原理で作業し、この場合、排ガスの直接の部分流が、第１の排ガス導管を介して導出され、反転流が第２の排ガス導管を介して導出される、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
熱交換器（１００）が、第２の排ガス導管の第１の区分を形成する、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
バーナー火炎（５１）が、同心的に配置された管（５２）を通ってガイドされ、該管（５２）が第１の排ガス導管（８０）内に開口している、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記管 （５２）の周囲を巡って放射熱保護シールド（５３）が配置されている、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
燃焼室が水冷式であって、熱交換器が水冷式の燃焼室の壁部によって形成されている、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記燃焼室が水冷式であって、熱交換器が、前記燃焼室上に配置された、向流原理に基づく管群型熱交換器によって構成されている、請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
燃料供給部（３０）が、ガス状又は液状の添加剤のための注入箇所（３１）を有している、請求項１０記載の装置。
【請求項１８】
燃焼空気供給部（４０）が、ガス状又は液状の添加剤のための注入箇所（４１）を有している、請求項１０記載の装置。
【請求項１９】
排ガス導管（８０）が、ガス状又は液状の添加剤のための注入箇所（８１）を有している、請求項１０記載の装置。
【請求項２０】
燃焼装置（２０）がバーナーを有しており、該バーナーの出力が調節可能である、請求項１０記載の装置。
【請求項２１】
請求項１０から２０までのいずれか１項記載の装置の使用法において、該装置を、調節可能な温度、出力及び空気量を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるために使用することを特徴とする、使用法。
【請求項２２】
自動車排ガス触媒を所定に劣化させるための高温の燃焼排ガスの流れを使用する、請求項２１記載の使用法。
【請求項２３】
劣化させようとする触媒を、劣化の結果として生じる毒成分で負荷するために、燃料に注入箇所（３１）を介してオイル添加剤を添加する、請求項２２記載の使用法。
【請求項２４】
劣化させようとする触媒を高濃度の酸化窒素で負荷するために、燃焼空気に、注入箇所（４１）を介して、アンモニア又は、アンモニアに分解される化合物を供給する、請求項２２記載の使用法。
【請求項２５】
排ガス流に、注入箇所（８１）を介して炭化水素を供給する、請求項２２記載の使用法。
【請求項２６】
酸化又は還元された雰囲気下で、セラミックの構成部分を限定的に熱負荷するために、高温の燃焼排ガスの流れを使用する、請求項２１記載の使用法。
【請求項１】
燃焼プロセスにより発生する、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための方法において、
燃焼プロセスにより発生する排ガスを、それぞれ異なる質量流を有する第１及び第２の部分流に分割し、第２の部分流を冷却した後で、前記第１の部分流と第２の部分流とを再び１つにまとめ、それによって、冷却された第２の部分流の温度と燃焼プロセスの温度との間の温度を有する、高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめる、
ことを特徴とする、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための方法。
【請求項２】
第１の部分流と第２の部分流との質量流の比、及びひいては再び１つにまとめられ、その結果生じた排ガス流の温度を、２つの部分流を相応に絞ることによって調節する、請求項１記載の方法。
【請求項３】
第２の部分流を絞ることによって高温の燃焼排ガスの流れの最大温度をゼロに至る直前まで調節し、かつ第１の部分流を絞ることによって燃焼ガス流の最小温度をゼロに調節する、請求項２記載の方法。
【請求項４】
燃焼プロセスによって生ぜしめられた排ガスを、直接流と反転流とに分割し、直接流が第１の部分流を形成し、反転流が第２の部分流を形成するようにする、請求項１記載の方法。
【請求項５】
燃焼プロセスにおいて、液状又はガス状の、炭化水素を含有する燃料を空気と共に燃焼させる、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記燃焼プロセスの出力を、燃料の質量流ｍBを調整することによって調節し、第２の高温の排ガスの空気量ラムダ（λ）を、燃焼空気の質量流を調整することによって調節する、請求項５記載の方法。
【請求項７】
発生した燃焼排ガスを、その結果生じた触媒毒で負荷するために、燃料にオイル添加剤を添加する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項８】
生ぜしめられた燃焼排ガス内の酸化窒素濃度を高めるために、燃焼空気にアンモニアを添加する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項９】
高い炭化水素含有量を有する排ガスを生ぜしめるために、燃焼排ガスに炭素水素を添加する、請求項５又は６記載の方法。
【請求項１０】
燃焼プロセスにより発生する、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための装置（１）であって、燃料供給部（３０）を備えた燃焼装置（２０）と、燃焼空気供給部（４０）と燃焼室（５０）とを有している形式のものにおいて、
ａ）前記燃焼装置によって生ぜしめられた排ガスの部分を、スロットルバルブ（１２０）を有する第１の排ガス導管（８０）を介して導出し、
ｂ）前記スロットルバルブ（１２０）を迂回する第２の排ガス導管（９０）が設けられており、該第２の排ガス導管（９０）が、熱交換器（１００）と別のスロットルバルブ（１１０）とを有しており、
ｃ）２つの排ガス導管が、排ガスの流れ方向でみてスロットルバルブの後ろで１つの共通の排ガス導管にまとめられている、
ことを特徴とする、調節可能な温度を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるための装置。
【請求項１１】
燃焼装置が反転暖房原理で作業し、この場合、排ガスの直接の部分流が、第１の排ガス導管を介して導出され、反転流が第２の排ガス導管を介して導出される、請求項１０記載の装置。
【請求項１２】
熱交換器（１００）が、第２の排ガス導管の第１の区分を形成する、請求項１１記載の装置。
【請求項１３】
バーナー火炎（５１）が、同心的に配置された管（５２）を通ってガイドされ、該管（５２）が第１の排ガス導管（８０）内に開口している、請求項１２記載の装置。
【請求項１４】
前記管 （５２）の周囲を巡って放射熱保護シールド（５３）が配置されている、請求項１３記載の装置。
【請求項１５】
燃焼室が水冷式であって、熱交換器が水冷式の燃焼室の壁部によって形成されている、請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記燃焼室が水冷式であって、熱交換器が、前記燃焼室上に配置された、向流原理に基づく管群型熱交換器によって構成されている、請求項１４記載の装置。
【請求項１７】
燃料供給部（３０）が、ガス状又は液状の添加剤のための注入箇所（３１）を有している、請求項１０記載の装置。
【請求項１８】
燃焼空気供給部（４０）が、ガス状又は液状の添加剤のための注入箇所（４１）を有している、請求項１０記載の装置。
【請求項１９】
排ガス導管（８０）が、ガス状又は液状の添加剤のための注入箇所（８１）を有している、請求項１０記載の装置。
【請求項２０】
燃焼装置（２０）がバーナーを有しており、該バーナーの出力が調節可能である、請求項１０記載の装置。
【請求項２１】
請求項１０から２０までのいずれか１項記載の装置の使用法において、該装置を、調節可能な温度、出力及び空気量を有する高温の燃焼排ガスの流れを生ぜしめるために使用することを特徴とする、使用法。
【請求項２２】
自動車排ガス触媒を所定に劣化させるための高温の燃焼排ガスの流れを使用する、請求項２１記載の使用法。
【請求項２３】
劣化させようとする触媒を、劣化の結果として生じる毒成分で負荷するために、燃料に注入箇所（３１）を介してオイル添加剤を添加する、請求項２２記載の使用法。
【請求項２４】
劣化させようとする触媒を高濃度の酸化窒素で負荷するために、燃焼空気に、注入箇所（４１）を介して、アンモニア又は、アンモニアに分解される化合物を供給する、請求項２２記載の使用法。
【請求項２５】
排ガス流に、注入箇所（８１）を介して炭化水素を供給する、請求項２２記載の使用法。
【請求項２６】
酸化又は還元された雰囲気下で、セラミックの構成部分を限定的に熱負荷するために、高温の燃焼排ガスの流れを使用する、請求項２１記載の使用法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公表番号】特表２００８−５２３９６９（Ｐ２００８−５２３９６９Ａ）
【公表日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５４５９７１（Ｐ２００７−５４５９７１）
【出願日】平成１７年１２月１７日（２００５．１２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／０１３６１８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６６８３６
【国際公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（５０１３９９５００）ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト (139)
【氏名又は名称原語表記】Ｕｍｉｃｏｒｅ ＡＧ ＆ Ｃｏ．ＫＧ
【住所又は居所原語表記】Ｒｏｄｅｎｂａｃｈｅｒ Ｃｈａｕｓｓｅｅ ４，Ｄ−６３４５７ Ｈａｎａｕ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月１７日（２００５．１２．１７）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＥＰ２００５／０１３６１８
【国際公開番号】ＷＯ２００６／０６６８３６
【国際公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【出願人】（５０１３９９５００）ユミコア・アクチエンゲゼルシャフト・ウント・コムパニー・コマンディットゲゼルシャフト (139)
【氏名又は名称原語表記】Ｕｍｉｃｏｒｅ ＡＧ ＆ Ｃｏ．ＫＧ
【住所又は居所原語表記】Ｒｏｄｅｎｂａｃｈｅｒ Ｃｈａｕｓｓｅｅ ４，Ｄ−６３４５７ Ｈａｎａｕ，Ｇｅｒｍａｎｙ
【Ｆターム（参考）】
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