Vorrichtung zum Erwärmen oder Verdampfen von Brennstoiffen in flüssigem Zustand. Vorrichtungen züm Erwärmen oder Ver dampfen von Brennstoffen werden zum Bei spiel dort angewandt, wo zum Betrieb von Brennkraftmaschinen, Feuerun-#en und der gleichen Nebel oder Dämpfe benötigt werden, die mit der Verbrennungsluft gut miselibar sind, und wo gegebenenfalls schwer brenn bare oder unverbrennbare Bestandteile vorher abgeschieden werden sollen.
Besondere Schwieri-keiten sind bei der Aufbereitun-, lioehsiedender Brennstoffe von der Art der Schweröle, Naphtalin und anderer Kohlen stoffe vorhanden, auch bei Alkoholen, wenn der Bedarf stark schwankt.
Bekannte Vorrichtungen verwenden heisse Gase (zum Beispiel Abgase von Brennkraft- maschinen oder Feuerungen), Heizflanimen oder elektrische Heizkörper, die entweder direkt oder durch Heizflächen hindurch wir ken.
Diese Vorrichtungen leiden erfahrungs gemäss unterdem Nachteil, dass <U>sie</U> sich Xn- derunggen im Brennstoffbedarf nicht schnell genug anpassen können, und zwar auch dann nicht, wenn sie so eingerichtet sind, dass diese Anpassung automatisch geschieht, -wobei sie ausserdem besonderer komplizierter Einrich tungen bedürfen, uni die Wärmezufuhr in jedem Augenblick genau entsprechend dem Brennstoffbedarf zu regeln. Starke Bellei- zung von Ölen durch Heizflächen führt auch züi Verschmutzung und Koksbildung, die einen Dauerbetrieb unmöglich machen.
Es sind aueli schon Vorrichtungen zum V--rdampfen von flüssigem Brennstoff vorge schlagen worden, bei welchen die erforder liche Wärmezufuhr dadurch erfolgt, dass ein Teil des aufzubereitenden Brennstoffes im Brennstoffbehälter selbst verbrannt wird, indem beständig Luft in diesen eingesaugt und dadurch eine Flamme oberhalb des Brennstoffspiegels unterhalten wird.
Die Re gelung ist in diesem Fall automatsich und einfach, weil sich die einströmende Luft der Absaugung des Dampfes, die zum Beispiel durch die Brennkraftmaschine erfolgt, ohne weiteres anpasst. Die Aufbereitung in dieser Weise ist aber für viele Zwecke ungenügend, weil es mangels Überdruckes nicht möglich ist, hohe Temperaturen im Erwärmbehälter zu erreichen.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vor richtung zum Verdampfen oder Erwärmen von Brennstoffen in flüssigem Zustand, bei welcher der kalte Brennstoff in einen Braun- stoffbehälter geführt wird, wobei ein Teil .desselben durch Unterhaltuno, einer die Er wärmung bezw. Verdampfung bewirkenden Flamme über dem Brennstoffspiegel ver brannt wird.
Der Erfinclungsgegenstand zeichnet sich aus dadurch, dass der Brenn stoffbehälter unter einem bestimmten, ein regelbaren Überdruck steht und zu diesem Zweck von einer Stelle mit höherem Druck Gas, das mindest-ans zum Teil aus Sauerstoff besteht, über eine einstellbare Drosselöffnung in einem von der jeweiligen Brennstoffent- n#hme abhängigen Masse zugeführt erhält, während der kalte Brennstoff unter Druck nach Massgabe einer Schwimmerregelung in <B>C></B> den Behälter eino#eführt wird.
Die Vorrich tung gemäss der Erfindung hat den Vorzug, dass der Brennstoff bei einer Temperatur auf bereitet werden kann, die über der Siedetem peratur bei atmosphärischem Druck liegt, wo durch bei schwer verdampfenden Brennstof fen weseptlich günstigere Resultate erzielt werden.
Für den Betrieb von Brennkraft- maschine, die das Gemisch vor seiner Zün dung verdichten, bietet die neue Vorrichtung, gleie,'hgültio-, ob der Brennstoff dampfförmig oder flüssig in den Arbeitszylinder der Ma schine eingeführt wird, den weiteren Vorteil, dass die Leistun-sreo-elun- der Maschine we- t' t5<B>;
Z</B> sentlich vereinfacht werden kann, indem man den Druck im Innern des Brennstoffbehälters, aus welchem der Brennstoff der Maschine un mittelbar zuströmen kann, in Abhängigkeit von .der Belastung der Brennkraftmaschine, ihrer Geschwindigkeit oder einer andern geeig neten Grösse regelt. Hierdurcli kann der Zeit punkt, bis zu welchem die Maschine während des Verdichtungsl-lubes Brennstoff aufnimmt, in bequemer Weise entsprechend dem Lei stungsbedarf geändert werden.
C Auch wenn der Brennstoff in flüssiger Form entnommen wird, ist,die durch die neue Vorrichtung erreichbare hohe Temperatur günstig. Die ErzielUDg einer sicheren Zün dung und einer vollkommenen Verbrennuno, des Brennstoffas in Schwerölmaschinen be dingt bekanntlich sehr hohe Verdi#chtungs- drücke, wenn der Brennstoff in üblieher Weise mit ein-er von der Aussenluft wenig verschiedenen Temperatur in den Brennraum gelangt; dementsprechend erfordert die Brennstoffzufuhr sehr hohe Pumpendrücke.
Beides erhöht die Herstellungskosten und macht die Maschine empfindlich für Störun gen und für SGhnellauf wenig geeignet. Die ,durch die Vorriehtung gemäss der Erfindung ermöglichte Einspritzung des Brennstoffes unter hoher Temperatur lässt eine, lIerabs,et- zung des Verdichtungsdruckes und ausserdem eine Beschleunio-ung und Verbesserung der t> Verbrennung erreichen, was eine wesentlich billigere und besser wirkende Schnellauf- masehine zu schaffen gestattet.
Der heisse Brennstoffstrahl hat auch bei mässigem Brennstoffbehälterüberdruck eine grosse Durchschlagskraft.
Was die Grösse des Überdruckes im Brennstoffbehälter betrifft, so sind alle Drüake, die über dem atmosphärischen liegen, bis zu etwa 40 at.ü grundsätzlich anwendbar, während die Temperatur bis etwa 400'<B>-</B> gemessen als Austrittstemperatur des heissen BrennsIoffes aus der Vorrichtung<B>-</B> be tragen können. Je höher Druck und Tem peratur gewählt werden, desto stärker machen sich im allgemeinen die Vorteile der Brennstofferwärmung geltend.
Bei schweren Kohlenwasserstoffen bewirkt die ErwärmLino, unter Druck unter Umständen ein chemisches Auflockern oder sogar ein Kracken, wodurch sich deren Brenneigenschaften verbessern. Da jedoch gerade die zuerst aufgelockerten chemischen Bestandteile zum Teil unstabil sind, werden sie bei der Vorrichtung nach der Erfinduno, im Entstellungszustande heiss unter Druck verbrannt.
Die Vorrichtung gemäss der Erfindung eignet sich nicht nur zum Erwärmen oder Verdampfen von flüssigen Brennstoffen, son dern auch zur gleichartigen Behandlung von <B>;Z</B> solchen festen Brennstoffen, welche durch Wärmezufuhr verflüssigbar sind. In Betracht <B>t></B> kommen zum Beispiel Naphtalin sowie Fette oder Öle mineralischen oder vegetabilisohen Ursprunges; die hohen Stockpunkt besitzen und bei normaler Lufttemperatur mehr oder wenic,er fest sind.
<B>r'</B> Die Zeichnun gbezieht sich auf zwei Aus führungsbeispiele des Erfinduno-so-eo-enstan- L, <B>Z,</B> kn t' des. Fig. <B>1</B> zeigt die erste Ausführungsform; Fig. 2 zeigt die zweite Ausführungsform; die Fi-. <B>3</B> und 4 sind Indikator-Diagramme einer Viertaktmaschine, an denen gezeigt wird, wie die in Fic. 2 dargestellte Vorrich tung zur Leistungsregelung benutzbar ist.
<I>n</I> In Fie,. <B>1</B> und 2 ist. a der Brennstoff behälter der Vorrichtung,<B>b</B> die durch ein Schwimmerventil geregelte Brennstoffzufüh- rungsleitung die an eine kalten Brennstoff in flüssigem Zustand liefernde Pumpe ange schlossen ist, c ein Teil der Abführleitung für die Abgase der Teilverbrennung,<B>d</B> eine Öffnung zur Einführung niedrigsiedenden Zündbrennstoffes, der zur Einleitung des Erwärmungsprozesses dient, e eine elek trische Zündvorrichtung für diesen Hilfs- brennstoff, <B>f</B> eine Sauerstoff oder Luft unter Druck enthaltende Flasche,<B>g</B> der Brenner,
an welchem sich, die Flamme bildet, h die zum Verbraucher führende Brennstoffent- nahmeleitung, die im Falle der Fig. <B>1, je</B> nachdem sie über oder unter dem Brennstoff spiegel endigt, dampfförmigen oder flüssigen Brennstoff wegführt, i ein eine einstellbare Dresselöffnung bildendes Absperrventil<B>f</B> ür die Luft- oder Sauerstoffzufuhr,<B>k</B> eine Ab- blaseöffnung für Rückstände,
<B>1</B> ein Druck- in messer. Ferner ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 2 m der Kraftmaschinenzylinder, n des sen Einspritzdüse mit Brennstoffventil, o ein Thermostat, welcher den Grad der Ausströ- mun", der im Behälter gebildeten Verbren nungsprodukte entsprechend der Brennstoff temperatur beeinflusst. Die Ausführungsform nach Fig-. <B>52</B> unter scheidet sieh von derjenigen nach Fig. <B>1</B> im wesentlichen dadurch, dass eine besondere Einrichtung vorgesehen ist,
welche bewirkt, dass das Verbrennungsprodukt der Flamme, im richtigen Verhältnis zur Flüssigkeitsent nahme ausströmen kann. Auf diese Weise wird auch in diesem Fall eine zur Aufrecht erhaltung des Druckes oder der Temperatur ,Cenügende Zufuhr von Sauerstoff oder Luft gesichert.
Diese Regelung erfolgt mittelst einer zur Aussenluft, also, nach einem Ort niederen Druckes, führenden Abführleitung, deren,Querschnitt an einer Stelle in Abhän- g der Brennstoffentnahme verän- ,igkeit von derlich ist.
Zur Veränderung der Grösse die ses Querschnittes ist ein Thermostat o be nutzt, der den Durchtrittsquerschnitt der Ab- führleitung c in Abhängigkeit von der Be- hältert#mperatur regelt, die ebenso wie der Druck des Behälters mit wachsender Brenn stoffentnahme sinkt und umgekehrt. Dazu wirkt er auf ein in die Abführleitung einge bautes Drosselorgan.
Das Anlassen und der Betrieb der beiden ,dargestellten Beispiele gestaltet sich_ wie folgt: <B>1.</B> Einleiten von Brennstoff in den Be hälter mittelst einer kalten Brennstoff för dernden Pumpe, bis das Schwimmerventil schliesst.
2. Einleiten von Zündbrennstoff, zum Beispiel Benzin, durch die Öffnung<B>d,</B> der sielt über Odem, schwereren Brennstoff lagert und die Luft mit Benzindämpfen sättigt, wo bei die an die Offnung c angeschlossene Lei tung von Hand oder automatisch teilweise geschlossen ist.
<B>3.</B> Eingehalten der Zünd-"rorrichtung e, was die erste Verpuffung im Behälterinnern einleitet.
4. Allmähliches Öffnen des Ventils i, wodurch die Verpuffungen häufiger werden und der Behälter samt Inhalt sieh zu erwär men beginnt. Sobald der Brennstoff zu sieden beginnt und die Benzindämpfe durch Gldämpfe ersetzt werden, bildet sich an der Mündung des Luft- oder Sauerstoff zufüh renden Brenners eine Flamme.
<B>5.</B> Die Sauerstoff- oder Luftzufuhr w#ird durch weiteres Öffnen des Ventils i weiter verstärkt, bis der gewünsehte Druck im Brennstoffbehälter bezw. die gewünschte Temperatur des abgehenden Brennstoffes er reicht ist. Beim zweiten Beispiel übernimmt dann der Thermostat o durch Regeln des Austrittsquerschnittes der Leitung c die selbsttätige Konstanthaltung der Temperatur.
<B>6.</B> Öffnen der Brennstoffentnahmeleitung h zum Verbrauch-er oder zum Brennstoff ventil der Maschine, die jetzt betriebsbereit ist.
<B>7.</B> Anwerfen der Maschine wie üblich von Hand oder mit Hilfskraft.
Die selbsttätige Regelung der dargestell- C, <B>in</B> ten Vorrichtung kommt folgendermassen zu stande: Steigt beispielsweise bei der Ausfüh rungsform nach Fig. <B>1</B> der Verbrauch, so <B>in</B> wird sieh ein gewisser Druckabfall im Be hälterinnern einstellen, der einen verstärkten Zufluss der Flasche<B>f</B> und damit eine ver stärkte Wärmezufuhr verursacht, die so lange anhält, bis der ursprüngliehe Druck wieder erreicht ist. Mit dem Steigen des Druckes im Behälterinnern verringert sich die Flamme auf den ursprünglichen Grad. In ähnlicher Weise spielt sich der Vorgang bei der Aus führungsform nach Fig. 2 ab.
Bei steigen dem Verbrauch lässt das Schwimmerventil mehr kaltes<B>01</B> eintreten, was im Innern des Behälters einen kleinen Temperaturabiall hervorruft; hierdurch wird der Thermostat o veranlasst, die Leitung c mehr zu öffnen und dadurch einen kleinen Druckabfall im Be- hälteriunern herbeizuführen, der nunmehr in gleicher -Weise wirkt wie im vorigen Fall.
Auch bei fallendem Verbraucli ist die Regelung der Flamme eine vollkommen selbsttätige. Fällt der Verbrauch auf Null, so steigt der Druck<B>-</B> im Falle der Fig. 2 nach Schliessen der Leitung c durch den Thermostaten<B>-</B> unter gleichzeitiger Verklei nerung der Flamme auf -den der Flasche<B>f.</B> Wenn die Brennstoffentnahme aufhört, kann eserwünscht sein, dass die Vorrichtung in einem Bereitschaftszustand verbleibt, aus welchem sie bei Bedarf sofort in den rich tigen Betriebszustand übergeht.
Zu diesem Zweck kann das Erlöschen der Flamme durch Offenhalten einer kleinen am #Behälter be findlichen, mit. der Aussenluft in Verbindung stehenden Öffnung vermieden werden, wobei dieseöffnung zweckmässig so bemessen wird, dass die verringerte Teilverbrennung gerade die unvermeidlichen Abkü'hlungsverluste durch Leitung und Strahlung deckt.
Das ist besonders wertvoll für Maschinen, die jeder zeit betriebsbereit sein müssen, wie, Fahr zeuge, Schiffe usw. Zweckmässig ist es, den Flüssigkeitsrauin des Brennstoffbehälters im Verhältnis zum Dampfraum gross zu halten, damit er als Brennstoffspeicher brauchbar ist, und die Schwimmerregelung so einzurichten, dass grössere Brennstoffmengen vorübergehend ohne sofortiges Nachspeisen das heisst ohne wesentliche Temperaturänderungen entnom- nien werden können.
Die beschriebenen Vorrichtungen können ohne weiteres auch zur Aufbereitung von Brennstoffen benutzt werden, die erst durch Wärmezufuhr in flüssigen Zustand geraten. In diesem Falle entnimmt die Pumpe der Brennstoffzuführungsleitung <B>b</B> den Brenn- stoff einem Hilfsbehälter, welcher mit Hilfe der Abgase des Brennstoffbehälters oder durch eine andere Wärmequelle so weit be heizt wird, dass der enthaltene Brennstoff flüssig wird. Erst in flüssigem Zustand wird dann der Brennstoff in die Vorrichtung .eingeführt.
Es ist auch denkbar, dass der Brennstoff in körnigem oder breiartigem Zu stand dem Behälter durch ein Zellenrad oder eine ähnliche saMeusenartig wirkende Vor richtung zugedrüekt wird, um dann in dem Brennstoffbehälter selbst in den flüssigen Zustand überzugehen, wobei im Bel-Lälter stets flüssiger Brennstoff, der mit Brennstoff in breiigem oder körnigem Zustand durch setzt ist, vorhanden ist. Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung arbeitet, wie ersichtlich, mit einer Brenn- kraftmaschine zusammen.
Bei Brennkraft- maschinen, die mit Selbstzündung am Ende des Verdichtungshubes arbeiten, empfiehlt es sieh, den Druckerzeuger für das Gas und die vom Organ i gebildete Drosselöffnung so tn ZD zu bemessen, dass. der Druck im Brennstoff behälter höher ist als der Endverdiehtungs- druck der Maschine und eine Grösse aufweist, bei der die Temperatur im Brennstoffbehäl ter auf einem Wert verbleibt, der nahe über der auf den Endverdichtungszustand der Luft bezogenen Zündtemperatur liegt.
Ist die Brennkraftmaschine dagegen mit Fremdzün dung versehen, so ist es vorteilhaft, den Druakerzeugoer für das Gas und die Drossel öffnung so zu bemessen, dass der Druck im Brennstoffbehälter beständig geringer ist als der Endverdichtungsdruck der Maschine und eine Grösse aufweist, bei welcher die Tem peratur im Brennstoffbehälter dicht unter der auf den Endverdichtun-szustand der Luft bezogenen Zündtemperatur des Brenn stoffes liegt. Die Steuerung der Brennstoff einspritzung erfolgt dabei, wie üblich, durch ein gesteuertes Ventil oder durch Pumpen druck.
Dadurch, dass der Brennstoff zur Zündung wenig oder keine Wärme von der verdichteten Luft aufzunehmen braucht" er gibt sich ein vergleichsweise niedriger End verdichtungsdrucL- Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung kann ferner, -,venn der Brennstoff nicht am Ende des Verdichtungshubes eingeführt wer den soll, vorteilhaft dazu verwendet werden, zusammen mit der Regelung der Aufberei tung auch die Leistungsregelung der Brenn- kraftmaschine zu bewirken, was bei Ent nahme sowohl dampfförmigen, als auch flüs sigen Brennstoffes in grundsätzlich überein stimmender Weise geschehen kann.
So kann man durch Einbau eines Druckregelorganes in die Luftleitun-- zum Brennstoffbehälter oder durch Beeinflussung des den Luft behälter<B>f</B> speisenden Terdichters den Druck im Brennstoffbehälter in Abhängigkeit von beliebigen Bezugsgrössen (wie Belastung, Ge- ZD In seliwindigkeit) der gespeisten Brennkraft- ein maschine so ändern, dass Druckgleiehheit zwischen Behälter und Arbeitszylinder in beliebio,
wählbaren Punkten während des Verdichtungshubes eintritt.
Fio,. <B>3</B> veranschaulicht diese Regelung beispielsweise an einem Indikator-Dia-ramm eines Viertaktmotors. Die Brennstoffzufuhr vom Brennstoffbehälter a zum Zylinder m (Fig. 2) kann gleichzeitio, mit oder beliebi- nach dem Offnen des Ansaugventils, zum Beispiel im Punkt a beginnen;
sie dauert während des Verdichtungsliubes solange, bis die erwähnte Druckgleich'heit eintritt, in einem Falle bis zum Punkt<B>b,</B> im andern Falle bis zum Punkt<B>b', je</B> nach dem Druck, auf welchen der Brennstoffbehälter eingere gelt ist. Vom Augenblick der Druckgleich heit an überwiegt der Zylinderdruck, das heisst die Brennstoffzufuhr ist abgeschnitten, wobei aber die Verdichtung ungestört ihren Fortgang nimmt. Die Brennstoffleitung wird dann durch ein Rückschlagventil gesperrt.
Befeinem Arbeitsdruck von etwa<B>0,5</B> atm Ue .dauert die Brennstoffeinspritzung über den Weg s:r und bei etwa<B>3</B> atm Ue über den Weg s2.
Im Diagramm der Fig. 4, welches sich auf den Fall der Einspritzung flüssigen Brennstoffes bezieht, beginnt diese bei einer bestimmten einr#egelbaren Kolbenstellung während des Verdichtungsllubes durch<B>Off-</B> nen des Brennstoffventils, während das Ende der Einspritzung wiederum nicht von dem Ventil, sondern von dem steigenden Verdich tungsdruck im Zusammenwirken mit dem zu diesem Zweck regelbar gemachten Behälter druck bestimmt wird.
Punkt a bezeichnet den Beginn der Einspritzung, während der Endpunkt,<B>je</B> nachdem der Behälterdruck gleich pl, p-2 oder ps ist, verschieden hoch zwischen<B>b</B> unde liegen kann und,die Ein- spritzdauer entsprechend gleich si, <I>s2 oder s3</I> wird.
Die Zündung erfolgt in der Nähe des obern Totpunktes durch eine Zündkerze oder dergleichen im Punkt<B>d.</B> Der Beginn dex zn Einspritzung während des Verdichtungs hubes kommt insbesondere für Zweitakt- masohinen in Betracht.
Diese Art der Regelung ermöglicht eine ausserordentlissli feine Zumessung des Brenn- stoffes in den weitesten Grenzen ohne teuere Hilfsmittel wie Zuteilerbrennstoffpumpen oder Zuteilerventile, was besonders bei Mehr- zylindermaschinen von grossem wirtschaft lichen Wert ist.
Für die Gemischbildung steht auel-i bei schnellaufenden Maschinen eine verhältnismässig lange Zeit zur Verfü- gung. Die bei bekannten gemischverdichten- ten Sellwerölmaschinen so schädliche Konden sation der Ölnebif in der Saugleitung wird vermieden. Da Spülung und Ladung nur mit reiner Luft erfolgt, ist Wirtschaftlich keit auch bei grossen Leistungen verbürgt. <B>C</B>