DE102022114912A1 - Adapter for a device for introducing an operating fluid necessary for the operation of an engine or heater into a designated receiving space of the engine or heater - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Adapter (1; 1a) für eine Vorrichtung zur Einbringung eines für den Betrieb einer Kraftmaschine oder einer Heizung (20) notwendigen Betriebsstoffes in einen dafür vorgesehenen Aufnahmeraum (22) der Kraftmaschine oder Heizung (20). Zweckmäßigerweise ist der Adapter (1; 1a) dazu eingerichtet ist, zwischen einer Einrichtung zur Zerstäubung des Betriebsstoffes (5; 5a) und dem Aufnahmeraum (22) angeordnet zu werden. Dadurch, dass der Adapter als Verbindungsglied zwischen der Zerstäubungseinrichtung und dem Aufnahmeraum ausgebildet ist, kann ein bestehender Verbrennungsmotor vorteilhaft auf einfache Art und Weise umgerüstet werden, um beispielsweise mit Wasser anstelle eines fossilen Kraftstoffs betrieben zu werden.The invention relates to an adapter (1; 1a) for a device for introducing an operating fluid necessary for the operation of an engine or a heater (20) into a receiving space (22) provided for this purpose in the engine or heater (20). The adapter (1; 1a) is expediently designed to be arranged between a device for atomizing the operating fluid (5; 5a) and the receiving space (22). Because the adapter is designed as a connecting member between the atomization device and the receiving space, an existing internal combustion engine can advantageously be converted in a simple manner, for example to be operated with water instead of fossil fuel.
Description
Die Erfindung betrifft einen Adapter für eine Vorrichtung zur Einbringung eines für den Betrieb einer Kraftmaschine oder einer Heizung notwendigen Betriebsstoffes in einen dafür vorgesehenen Aufnahmeraum der Kraftmaschine oder der Heizung. Ferner betrifft die Erfindung eine Kolbenhubmaschine, eine Baumaschine oder ein Kraftfahrzeug, eine Turbine und einen Generator, der bzw. die einen erfindungsgemäßen Adapter aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung eine Heizung, die einen erfindungsgemäßen Adapter aufweist.The invention relates to an adapter for a device for introducing an operating fluid necessary for the operation of an engine or a heater into a receiving space provided for this purpose in the engine or the heater. The invention further relates to a piston lifting machine, a construction machine or a motor vehicle, a turbine and a generator which has an adapter according to the invention. The invention also relates to a heater which has an adapter according to the invention.
Durch Benutzung sind als Einspritzdüsen oder Injektoren bezeichnete Vorrichtungen bekannt, die bei einem Verbrennungsmotor einen Kraftstoff, mit dem der Verbrennungsmotor betrieben wird, unter hohem Druck zerstäuben und in einen Zylinder einspritzen. In dem Zylinder wird das zerstäubte Kraftstoffgemisch mit Luft gemischt und gezündet, wodurch eine Volumenexpansion stattfindet und einen Kolben des Zylinders in Richtung des unteren Totpunkts, das heißt nach unten, bewegt, wodurch eine translatorische Bewegung des Kolbens in eine Rotation einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors umgesetzt wird.In use, devices known as injection nozzles or injectors are known which, in an internal combustion engine, atomize a fuel with which the internal combustion engine is operated under high pressure and inject it into a cylinder. In the cylinder, the atomized fuel mixture is mixed with air and ignited, causing a volume expansion to occur and moving a piston of the cylinder toward bottom dead center, that is, downward, thereby converting a translational movement of the piston into a rotation of a crankshaft of the internal combustion engine .
Eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur Einbringung eines für den Betrieb einer Kraftmaschine notwendigen Betriebsstoffes in einen dafür vorgesehenen Aufnahmeraum der Kraftmaschine umfasst üblicherweise einen Injektor mit der zugehörigen Steuereinheit sowie bei mit Diesel als Betriebsstoff betriebenen Verbrennungsmotoren eine Hochdruckpumpe.A device known from the prior art for introducing an operating fluid necessary for the operation of an engine into a designated receiving space of the engine usually comprises an injector with the associated control unit and, in the case of internal combustion engines operated with diesel as the operating fluid, a high-pressure pump.
Aus dem nachfolgend angeführten Stand der Technik sind Kraftmaschinen bekannt, die mit Wasser anstelle von fossilen Kraftstoffen wie Benzin oder Diesel betreibbar sind. Dazu wird beispielsweise Wasser in einem Zylinder einer Kolbenhubmaschine verdampft und durch dessen Volumenexpansion beim Phasenübergang von flüssig zu fest ein Druck erzeugt, der einen Kolben der Kolbenhubmaschine nach unten bewegt, wodurch eine Kurbelwelle in Rotation versetzt wird.From the prior art listed below, engines are known that can be operated with water instead of fossil fuels such as gasoline or diesel. For this purpose, for example, water is evaporated in a cylinder of a piston-reciprocating machine and its volume expansion during the phase transition from liquid to solid creates a pressure that moves a piston of the piston-reciprocating machine downwards, causing a crankshaft to rotate.
Aus
Aus
Eine aus
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Adapter der eingangs genannten Art auszubilden, durch den eine bestehende Kraftmaschine, die mit einem fossilen Brennstoff wie Benzin, Diesel oder Kerosin betreibbar ist, ohne oder mit lediglich geringen konstruktiven Änderungen auf einen Betrieb mit Wasser als Betriebsstoff umgestellt werden kann.The invention is based on the object of designing an adapter of the type mentioned at the outset, through which an existing engine, which can be operated with a fossil fuel such as gasoline, diesel or kerosene, is converted to operation with water as a fuel without or with only minor design changes can be.
Es versteht sich, dass das Wasser mit einem Zusatzstoff versehen sein kann, beispielsweise einem Alkohol wie Ethanol.It is understood that the water may contain an additive, for example an alcohol such as ethanol.
Ferner liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Heizung zu schaffen, die ohne fossile Brennstoffe betreibbar ist.Furthermore, the invention is based on the object of creating a heater that can be operated without fossil fuels.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass der Adapter dazu eingerichtet ist, zwischen einer Einrichtung zur Zerstäubung des Betriebsstoffes und dem Aufnahmeraum angeordnet zu werden.According to the invention, the object is achieved in that the adapter is set up to be connected between a device for atomizing the Operating fluid and the receiving space to be arranged.
Der Adapter ist vorzugsweise rotationssymmetrisch ausgebildet und verbindet die Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung fluidisch mit dem Aufnahmeraum.
Der Erfinder hat festgestellt, dass ein Injektor eines Common-Rail-Dieselmotors aufgrund des möglichen hohen Einspritzdrucks als Zerstäubungseinrichtung geeignet ist.The adapter is preferably designed to be rotationally symmetrical and fluidly connects the fuel atomization device to the receiving space.
The inventor has found that an injector of a common rail diesel engine is suitable as an atomizer due to the possible high injection pressure.
Der Aufnahmeraum kann ein Raum sein, dessen Volumen durch Bewegung eines Kolbens veränderbar ist und der durch den Kolben begrenzt ist. Beispielsweise kann ein Zylinder einer Kolbenhubmaschine ein solcher Aufnahmeraum sein.The receiving space can be a space whose volume can be changed by moving a piston and which is limited by the piston. For example, a cylinder of a piston-operating machine can be such a receiving space.
Bei einer Heizung kann der Aufnahmeraum ein Raum sein, in dem Wärme entsteht, die in der Art eines Wärmetausches an Heizwasser abgegeben wird.In the case of a heater, the receiving room can be a room in which heat is generated, which is given off to heating water in the form of a heat exchange.
Dadurch, dass der Adapter als Verbindungsglied zwischen der Zerstäubungseinrichtung und dem Aufnahmeraum ausgebildet ist, kann ein bestehender Verbrennungsmotor vorteilhaft auf einfache Art und Weise umgerüstet werden, um beispielsweise mit Wasser anstelle eines fossilen Kraftstoffs betrieben zu werden. Dazu muss lediglich der erfindungsgemäße Adapter zwischen einem bestehenden Injektor und einem Zylinder verbaut werden.Because the adapter is designed as a connecting member between the atomization device and the receiving space, an existing internal combustion engine can advantageously be converted in a simple manner, for example to be operated with water instead of fossil fuel. To do this, the adapter according to the invention simply needs to be installed between an existing injector and a cylinder.
Dadurch, dass der Adapter bei einer Heizung als Verbindungsglied einer Heizeinrichtung der Heizung, beispielsweise einer Heizspirale, mit einer Zerstäubungseinrichtung ausgebildet ist, wird vorteilhaft eine neuartige Heizung geschaffen.Because the adapter in a heater is designed as a connecting member of a heating device of the heater, for example a heating coil, with an atomization device, a new type of heater is advantageously created.
Zweckmäßigerweise weist der Adapter zwei Verbindungsabschnitte auf, von denen ein erster Verbindungsabschnitt zur Ausbildung einer fluidischen, vorzugsweise lösbaren Verbindung mit der Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung eingerichtet ist und ein zweiter Verbindungsabschnitt zur Ausbildung einer fluidischen, vorzugsweise lösbaren Verbindung mit dem Aufnahmeraum. Damit eine fluidische Verbindung zwischen der Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung und dem Aufnahmeraum herstellbar ist, weist der Adapter einen Durchgangskanal auf der sich von dem ersten zu dem zweiten Verbindungsabschnitt erstreckt.
Sind lösbare Verbindungen ausgebildet, ist eine besonders einfache Nachrüstung einer bestehenden Kraftmaschine möglich. Konstruktive Veränderungen sind nicht erforderlich.The adapter expediently has two connection sections, of which a first connection section is designed to form a fluidic, preferably releasable connection with the operating material atomization device and a second connection section is designed to form a fluidic, preferably releasable connection to the receiving space. So that a fluidic connection can be established between the operating material atomization device and the receiving space, the adapter has a through-channel which extends from the first to the second connecting section.
If detachable connections are formed, a particularly simple retrofitting of an existing engine is possible. No constructive changes are necessary.
Bei einer Heizung ist im Fall eines Defekts des Adapters eine besonders einfache Reparatur durch dessen Austausch möglich.In the case of a heater, if the adapter is defective, a particularly simple repair is possible by replacing it.
Denkbar ist, dass ein erfindungsgemäßer Adapter mit dem zweiten Verbindungsabschnitt an eine Einspritzöffnung eines Zylinders eines Dieselmotors angebracht wird, wobei diese Einspritzöffnung ursprünglich zur Aufnahme eines Injektors für Dieselkraftstoff vorgesehen ist.It is conceivable that an adapter according to the invention with the second connecting section is attached to an injection opening of a cylinder of a diesel engine, this injection opening being originally intended to accommodate an injector for diesel fuel.
Wird der erfindungsgemäße Adapter für eine Heizung verwendet, kann dieser mit dem zweiten Verbindungsabschnitt an einer hohlen Heizspirale einer Heizung angebracht werden, wobei die Heizspirale in einem geschlossenen Kessel in einem Wasserbad mit Heizwasser angeordnet sein kann. Der Aufnahmeraum ist in diesen Fall ein Innenraum der hohlen Heizspirale, in den verdampftes Wasser hineingeführt wird und bei dessen Kondensation an Innenwänden des Innenraums Wärme an das Wasserbad abgegeben wird. Heizwasser des Wasserbades kann entweder als warmes Brauchwasser benutzt werden oder zur Weiterleitung an einen Heizkörper zum Heizen eines Raumes vorgesehen sein.If the adapter according to the invention is used for a heater, it can be attached with the second connecting section to a hollow heating coil of a heater, wherein the heating coil can be arranged in a closed boiler in a water bath with heating water. In this case, the receiving space is an interior of the hollow heating coil, into which evaporated water is introduced and, when it condenses on the inner walls of the interior, heat is given off to the water bath. Heating water from the water bath can either be used as warm service water or be intended to be passed on to a radiator to heat a room.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Adapter eine Einrichtung zur Verdampfung eines durch die Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung zerstäubten Betriebsstoffes auf, wobei der zerstäubte Betriebsstoff vorzugsweise Wasser umfasst oder aus Wasser besteht. Eine Verdampfung im Sinne dieser Erfindung ist ein Übergang eines zerstäubten Betriebsstoffes von flüssig zu gasförmig. Obwohl dieser Phasenübergang ohne chemische Reaktion des Betriebsstoffes zu einem anderen Stoff oder zu anderen Stoffen vorteilhaft ist, ist denkbar, dass eine chemische Reaktion stattfindet, insbesondere bei Verwendung von Wasser als Betriebsstoff, dem Zusätze wie Alkohol beigemischt werden.
Während bei einer mit einem fossilen Brennstoff betriebenen Kraftmaschine eine Zündung des Betriebsstoffs, der Benzin, Diesel oder Erdgas sein kann, erforderlich ist, wird mit einer Kraftmaschine, die einen erfindungsgemäßen Adapter aufweist, vorteilhaft eine Maschine geschaffen, die beispielsweise mit fein zerstäubtem Wasser, das verdampft wird, betreibbar ist. Dies gilt analog für eine Heizung, die einen erfindungsgemäßen Adapter aufweist.In one embodiment of the invention, the adapter has a device for evaporating an operating fluid atomized by the operating fluid atomizing device, wherein the atomized operating fluid preferably comprises water or consists of water. Evaporation in the sense of this invention is a transition of an atomized operating fluid from liquid to gaseous. Although this phase transition without a chemical reaction of the operating fluid to another substance or substances is advantageous, it is conceivable that a chemical reaction takes place, especially when using water as an operating fluid to which additives such as alcohol are added.
While an engine operated with a fossil fuel requires ignition of the operating fluid, which can be gasoline, diesel or natural gas, an engine that has an adapter according to the invention advantageously creates a machine that can be used, for example, with finely atomized water is evaporated, is operable. This applies analogously to a heater that has an adapter according to the invention.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Verdampfungseinrichtung zwischen zwei Verbindungsabschnitten des Adapters angeordnet, von denen ein erster Verbindungsabschnitt zur Ausbildung einer fluidischen, vorzugsweise lösbaren Verbindung mit der Betriebsstoffzerstäubungseinrichtung eingerichtet ist und ein zweiter Verbindungsabschnitt zur Ausbildung einer fluidischen, vorzugsweise lösbaren Verbindung mit dem Aufnahmeraum. Vorteilhaft wird der zerstäubte Betriebsstoff unmittelbar im Bereich der Verdampfungseinrichtung in den Adapter eingebracht. Aufgrund einer großen Oberfläche eines fein zerstäubten Betriebsstoffes ist dessen Verdampfung mit einem lokal gezielten Energieeintrag in sehr kurzer Zeit möglich. Es wird vorteilhaft eine Kraftmaschine oder Heizung geschaffen, die besonders effizient und mit hohem Wirkungsgrad betreibbar ist.In a further embodiment of the invention, the evaporation device is arranged between two connecting sections of the adapter, of which a first connecting section is designed to form a fluidic, preferably releasable connection with the operating material atomization device and a second connecting section is designed to form a fluidic, preferably releasable connection to the receiving space. The atomized operating fluid is advantageously introduced into the adapter directly in the area of the evaporation device. Due to the large surface area of a finely atomized operating fluid, its evaporation requires locally targeted energy can be carried in a very short time. An engine or heater is advantageously created that is particularly efficient and can be operated with a high degree of efficiency.
Nach Verdampfung des Betriebsstoffes kann eine Volumenzunahme durch den Phasenübergang von flüssig zu gasförmig und ein dadurch entstehender Druck in dem Aufnahmeraum eine Bewegung eines Kolbens oder einer Turbine einer Kraftmaschine bewirken.
Der verdampfte Betriebsstoff, der vorzugsweise Wasser ist oder hauptsächlich Wasser aufweist, kann kondensieren und zum weiteren Betrieb der Kraftmaschine oder der Heizung erneut verwendet werden.After evaporation of the operating fluid, an increase in volume due to the phase transition from liquid to gaseous and the resulting pressure in the receiving space can cause a movement of a piston or a turbine of an engine.
The evaporated operating fluid, which is preferably water or consists mainly of water, can condense and be reused for further operation of the engine or the heater.
In einer Ausgestaltung der Erfindung weis die Verdampfungseinrichtung eine Wärmequelle auf, die vorzugsweise einen Laser, mindestens einen elektrischen Lichtbogen und/oder mindestens eine Glühwendel umfasst.
Vorteilhaft kann insbesondere zerstäubtes Wasser besonders energieeffizient verdampft werden. Der Erfinder hat festgestellt, dass bei Verwendung eines elektrischen Lichtbogens, der zwischen zwei Wolframelektroden ausgebildet werden kann, eine besonders gute Verdampfung von Wasser möglich ist, da ein lokal gezielter Wärmeeintrag erfolgt. Dazu können zwei Elektroden, zwischen denen der elektrische Lichtbogen gezündet wird, von außerhalb des Adapters elektrisch kontaktiert und beispielsweise von einem bestehenden Kraftmaschinensteuergerät, das bei einem Verbrennungsmotor eine Motorsteuergerät sein kann, angesteuert werden.In one embodiment of the invention, the evaporation device has a heat source, which preferably comprises a laser, at least one electric arc and/or at least one incandescent filament.
In particular, atomized water can advantageously be evaporated in a particularly energy-efficient manner. The inventor has found that when using an electric arc, which can be formed between two tungsten electrodes, a particularly good evaporation of water is possible because a locally targeted heat input takes place. For this purpose, two electrodes between which the electric arc is ignited can be electrically contacted from outside the adapter and controlled, for example, by an existing engine control unit, which can be an engine control unit in an internal combustion engine.
Zweckmäßigerweise ist die Wärmequelle mehrteilig ausgebildet ist, wobei einzelne Teile in der Art einer Kaskade in Durchströmungsrichtung des Adapters hintereinander angeordnet sind. Vorteilhaft wird sichergestellt, dass der zerstäubte Betriebsstoff vollständig verdampft wird.The heat source is expediently designed in several parts, with individual parts being arranged one behind the other in the manner of a cascade in the flow direction of the adapter. It is advantageous to ensure that the atomized operating fluid is completely evaporated.
Der Erfinder hat festgestellt, dass eine Anordnung aus drei elektrischen Lichtbögen besonders vorteilhaft ist, um den zerstäubten Betriebsstoff, der vorzugsweise Wasser ist oder Wasser aufweist, nahezu vollständig zu verdampfen.The inventor has found that an arrangement of three electrical arcs is particularly advantageous in order to almost completely evaporate the atomized operating fluid, which is preferably water or contains water.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind einzelne Teile einer mehrteiligen Wärmequelle voneinander verschieden oder identisch ausgebildet. Vorteilhaft ist ein Adapter auf eine bestimmte bestehende Kraftmaschine anpassbar, um diese für einen Betrieb mit Wasser als Betriebsstoff umzurüsten.
Beispielsweise kann ein Adapter einen Lichtbogen und einen Laser zum Verdampfen des zerstäubten Betriebsstoffes aufweisen.In one embodiment of the invention, individual parts of a multi-part heat source are designed to be different or identical to one another. An adapter can advantageously be adapted to a specific existing engine in order to convert it to operate with water as a fuel.
For example, an adapter can have an arc and a laser for vaporizing the atomized operating fluid.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der beigefügten, sich auf die Ausführungsbeispiele beziehenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 Eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Adapters, -
2 eine Heizung, die einen erfindungsgemäßen Adapter aufweist.
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1 An embodiment of an adapter according to the invention, -
2 a heater which has an adapter according to the invention.
Ein in
Der Adapter 1 weist ferner eine Verdampfungseinrichtung 6 zur Verdampfung von durch die Einspritzdüse zerstäubten Wassers auf, die in diesem Ausführungsbeispiel drei in einer Durchströmungsrichtung 7 hintereinander angeordnete Elektrodenpaare 8-10 aufweist, zwischen denen ein in
Der Adapter 1 weist außerdem einen Durchgangskanal 14 auf, in den von der Einspritzdüse 5 zerstäubtes Wasser in die elektrischen Lichtbögen hineingespritzt werden kann, um nach dessen Verdampfung durch eine durch den Phasenübergang von flüssig zu gasförmig bewirkte Volumenexpansion einen Kolben in dem Zylinderkurbelgehäuse in Richtung des unteren Totpunkts, das heißt nach unten, zu bewegen. Dazu erfolgt die Volumenexpansion durch den zweiten Verbindungsabschnitt 4 in den Zylinder der Kolbenhubmaschine hinein.The
Ein in
Es versteht sich, dass anstelle von Wasser ein anderer Betriebsstoff verwendbar ist, beispielsweise ein Wasser-Alkohol-Gemisch, wobei der Alkohol Methanol oder Ethanol sein kann.It goes without saying that another fuel can be used instead of water, for example a water-alcohol mixture, where the alcohol can be methanol or ethanol.
Es versteht sich ferner, dass lediglich ein Elektrodenpaar 8-10 vorgesehen sein kann oder mehr als drei Elektrodenpaare 8-10 vorgesehen sein können.It is further understood that only one pair of electrodes 8-10 can be provided or more than three pairs of electrodes 8-10 can be provided.
Denkbar ist, dass ein erfindungsgemäßer Adapter 1 in einer Turbine wie einer Gasturbine oder einem Generator zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet wird.It is conceivable that an
Es wird nun auf
Eine in
An eine Eintrittsöffnung 25 der hohlen Heizspirale 22 ist ein eine Verdampfungseinrichtung 6a aufweisender, schematisch gezeigter Adapter 1a angebracht, in den von einer Einspritzdüse 5a zerstäubtes Wasser als Betriebsmittel für die Heizung 20 eingespritzt wird. Das den Adapter 1a in Richtung der Heizspirale 22 verlassende Wasser kondensiert an Innenwänden der Heizspirale 22, wodurch Wärme an in dem Kessel 21 befindliches Heizwasser 26 abgegeben wird. Durch eine in
Attached to an
Es versteht sich, dass das Heizwasser 26 auch als warmes Brauchwasser nutzbar ist.It goes without saying that the
Dadurch, dass bei Betrieb der Heizung 20 permanent Wasser in der hohlen Heizspirale 22 kondensiert und durch den Adapter 1a permanent neuer Wasserdampf nachgeführt wird, kann kondensiertes Wasser durch eine Austrittsöffnung 29 entnommen und der Einspritzdüse 5a erneut zugeführt werden.Because water is constantly condensing in the
Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- RU 2335644 C1 [0009]RU 2335644 C1 [0009]
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- CN 102562277 A [0011]CN 102562277 A [0011]
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