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Die vorliegende Erfindung betrifft die Technologien, die eingesetzt werden, um einen Kraftstoff auf Kohlenwasserstoffbasis stromauf eines Verbrennungsraums, wie er in Verbrennungsmotoren üblicherweise vorliegt, aufzubereiten. Genauer gesagt, betrifft sie die Technologien, die unter diesen Umständen ein Magnetfeld nutzen, um die Verbrennungsbedingungen des Kraftstoffs in dem Raum zu verbessern mit dem zweifachen Ziel, den Verbrennungsgrad zu erhöhen und das Vorkommen von Rußen in den Abgasen zu verringern.
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Es ist nicht neu, dass versucht wird, die Verbrennungsbedingungen eines Kraftstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis stromauf eines Verbrennungsraums mit sauerstoffhaltiger Atmosphäre zu verbessern, indem der Kraftstoff einem Magnetfeld unterzogen wird. Mehrere Dokumente aus dem Stand der Technik offenbaren Magnetisierungsvorrichtungen, die an den Leitungen montiert werden, die den Kraftstoff bis zum Verbrennungsraum befördern, in den er als Gemisch mit dem sauerstoffhaltigen Oxidationsmittel, im Allgemeinen Luft, eingelassen wird. Bei autonomen Vorrichtungen wird, wie es beispielsweise wünschenswert ist, wenn es darum geht, einen Kraftfahrzeugmotor oder einen Haushaltsheizungskessel auszurüsten, das Magnetfeld darin von Permanentmagneten erzeugt, die von einem geeigneten Träger ganz nah am Kraftstoffsystem und auch ganz nah an seinem Einlass in den Verbrennungsraum gehalten werden.
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Das Funktionsprinzip dieser Vorrichtungen beruht auf der Wirkung des Magnetfeldes auf die chemischen Bindungen, die zwischen den Atomen bestehen, aus denen sich die Moleküle des Kraftstoffs zusammensetzen. Es wird insbesondere darauf abgezielt, den Spinzustand der Wasserstoffatome zu ändern, die an den internen Bindungen der Makromoleküle, aus denen der Kraftstoff besteht, beteiligt sind, um die Gruppen freizusetzen, welche die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen der Kohlenwasserstoffketten blockieren. Man meint, so die molekularen Cluster aufbrechen zu können und infolgedessen den Zugang des Oxidationsmittels Sauerstoff, mit dem der so aufbereitete Kraftstoff im Verbrennungsraum zusammengebracht wird, zu den Kohlenstoffatomen zu erleichtern.
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Die vorliegende Erfindung schlägt vor, das gleiche Grundprinzip in einer Vorrichtung mit spezifischer Bauweise zu nutzen, die gemäß einer anderen Anwendungsart des Magnetfeldes als denen, die bislang in Betracht gezogen wurden, funktioniert. Im Wesentlichen umfasst die Vorrichtung eine Vielzahl von Permanentmagneten, die um eine zentrale Kraftstoffdurchflussleitung herum verteilt angeordnet sind und die jeweils Magnetfelder erzeugen, die radial zur Leitung ausgerichtet sind. Mit zentripetalen Feldern, die alle gleich gerichtet sind, erreicht man somit, dass der in der Leitung fließende zentrale Strom Feldern mit entgegengesetzten Vorzeichen unterzogen wird, die ihn gleichzeitig erreichen.
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Gemäß bevorzugten Ausführungsformen weist die Vorrichtung eines oder mehrere der Merkmale auf, die miteinander kombiniert in einer Variante vorkommen, die weiter unten ausführlich beschrieben wird.
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Darin ist das Vorhandensein von Magneten zu beobachten, die in Reihen aus mindestens zwei Magneten unterschiedlicher Länge gruppiert sind, die sich hintereinander entlang jeder von mehreren Mantellinien der Durchflussleitung erstrecken, gegebenenfalls parallel zu deren zentraler Achse. Die aufeinander folgenden Magnete unterscheiden sich voneinander durch ihre magnetischen Effekte, weshalb sie physisch durch eine Zwischenlage aus magnetisch abschirmendem Material getrennt sind, die zwischen benachbarten Magneten angeordnet ist.
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Um die den Kraftstoff befördernde Leitung herum verteilen sich dieselben Magnete gemäß einer Rotationssymmetrie mindestens der Ordnung drei, die durch eine Viereckverteilung dargestellt wird. Im einfachsten Fall, insbesondere mit Blick auf eine einfach und zu geringen Kosten herzustellende Konstruktion, sind die Zwischenlagen zur Trennung zwischen aufeinander folgenden Magneten in Längsrichtung der Leitung in der gleichen Querschnittsebene um die Leitung herum angeordnet. Bei Anwendungen, bei denen es vorrangig darum geht, die chemisch-physikalische Effizienz der Aufbereitung und insbesondere die Reduzierung der Ruße zu fördern, scheint es jedoch interessanter zu sein, die Magnete auf andere Weise zu verteilen, indem die Position der hintereinander liegenden Elemente von einer Mantellinie zur anderen in ihrer ringförmigen Verteilung axial versetzt wird. Eine solche Anordnung führt beispielsweise bei Magneten, die jeweils, wie es die Erfindung erfordert, eine radiale Magnetisierung aufweisen, dazu, dass an den Umfang der zentralen Leitung ein Magnetfeld mit Intensitätsmaxima angelegt wird, die gewendelte Kurven um die zentrale Leitung und entlang der zentralen Leitung beschreiben.
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Die Dokumente aus dem Stand der Technik offenbaren nichts Vergleichbares. Sie empfehlen ganz im Gegenteil im Allgemeinen, das auf den Kraftstoff angewandte Magnetfeld mittels einfacher Stabmagnete mit Längsmagnetisierung zu erzeugen, die parallel zur Achse der zentralen, den Kraftstoff fördernden Leitung ausgerichtet ist. Die Hauptaufgabe besteht darin, ein einförmiges Magnetfeld bestmöglich quer zum Weg des Kraftstoffs im gesamten Querschnitt der Leitung und somit im gesamten Durchflussquerschnitt des Kraftstoffs aufzuprägen.
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Die vorliegende Erfindung positioniert sich gegen diese dem Fachmann bekannte Praxis und löst sich von dem Erfordernis einer solchen Einförmigkeit. Wenn Magnete mit radialer Magnetisierung in strahlenförmiger Anordnung um die Kraftstoffleitung herum verwendet werden, lässt man zu, dass der zentrale Strom des Kraftstoffflusses Magnetfeldern mit entgegengesetzten Vorzeichen unterzogen wird. Und dies ist für die Bedingungen der späteren Verbrennung keineswegs von Nachteil, sondern ermöglicht offensichtlich vielmehr eine bessere Ausnutzung der lokalen Effekte des Magnetfelds, das am Umfang um die gesamte zentrale Leitung herum ein Intensitätsmaximum aufweist. Die beobachteten Ergebnisse lassen darauf schließen, dass es auf Ebene der Makromoleküle zu einem Effekt der Migration der Wasserstoffatome kommt, die durch Spinumkehr von einer Substituentengruppe zur anderen und von einem Kohlenwasserstoffmolekül zum anderen angeregt werden, was ein fortschreitendes Aufbrechen der Cluster innerhalb des Kraftstoffflusses zur Folge hat.
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In den bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung liegen die verwendeten Magnete vorteilhafterweise jeweils in Form eines Stabs mit rechteckigem Querschnitt vor (wobei sich versteht, dass ein quadratischer Querschnitt ein Sonderfall des rechteckigen Querschnitts ist), die, wie bereits erwähnt, in einer mindestens dreizähligen Drehsymmetrie und insbesondere in einer Anzahl von vieren um die Leitung herum angeordnet sind. Zwischen den Stäben wird der ringförmige Raum um die zentrale Leitung von einem Körper aus nicht magnetischem Material eingenommen, der den Montageträger der Stabmagnete bildet. Die verschiedenen Stäbe werden darin in Aufnahmen eingesetzt, die dazu ausgebildet sind, sie aufzunehmen. Aus Gründen der Einfachheit der Konstruktion folgen die Stäbe entlang der zentralen Leitung aufeinander, wobei sie in einer Linie hintereinander in derselben Nut angeordnet sind, die im Material des Trägerkörpers ausgeführt ist. Sie gleiten in diese Nut, indem sie von einem der Längsenden des ringförmigen Trägers aus eingeschoben werden. Die Anordnung ist in einer rohrförmigen Außenhülle enthalten.
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Gemäß weiteren sekundären Besonderheiten der Erfindung wird jeder Magnet mit Ausnahme der Fläche des Stabs, die der zentralen Leitung zugewandt ist, von einer eigenen metallischen Abschirmungshülle überdeckt.
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Die Erfindung wird nun im Rahmen einer besonderen Ausführungsform der Vorrichtung zur Aufbereitung eines Kraftstoffs auf Kohlenwasserstoffbasis auf seinem Weg stromauf eines Verbrennungsraums in Gegenwart von Sauerstoff vollständiger und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigen:
- - 1 die vollständige Vorrichtung, perspektivisch von außen gesehen und mit teilweisem Ausbruch des äußeren Hüllrohrs;
- - 2 eine schematische Darstellung im Querschnitt des inneren Teils der Vorrichtung, wobei das äußere Hüllrohr entfernt wurde;
- - und 3 schematisch die Vorrichtung in einem Längsschnitt entlang einer diametralen Schnittebene durch zwei entgegengesetzte Reihen von Magneten.
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Die Vorrichtung, die hier gewählt wurde, um die Erfindung in einem besonderen Anwendungsfall zu veranschaulichen, ist so konzipiert, dass sie einen Leitungsabschnitt an einem Zuleitungsschlauch eines Fahrzeugmotors bilden kann, wobei jedoch klar ist, dass die Vorrichtung auch am Einspritzeinlass des Kraftstoffs in jedem dessen Verbrennung bewirkenden System eingesetzt werden könnte. Sie wird in allen Fällen an der Kraftstoffversorgungsleitung stromauf, aber so nahe wie möglich am Verbrennungsraum montiert. Der betrachtete Kraftstoff ist auf Kohlenwasserstoffbasis, und seine Verbrennung erfolgt mittels Sauerstoff, der in Form von Umgebungsluft zugeführt wird.
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Die Vorrichtung umfasst einen ringförmigen Körper 1 aus nicht magnetischem Kunststoff, der dazu bestimmt ist, die Magnete aufzunehmen, und der zwischen zwei koaxialen Rohren angeordnet ist, von denen das innere Rohr 2 die Kraftstoffdurchflussleitung bildet, während das äußere Rohr 3, das bevorzugt aus einer Aluminiumlegierung hergestellt ist, die äußere Hülle bildet, welche die Magnete umschließt.
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An den beiden Enden der Vorrichtung werden die beiden Rohre fest durch Flansche 4 und 5 verbunden, welche die Anschlüsse 6 und 7 (1) tragen, die zum Anschließen der Vorrichtung an die Kraftstoffleitung dienen, mit einer dichten Verbindung auf Höhe des inneren Rohrs 1.
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Um die Aufnahmen zu bilden, welche die Magnete aufnehmen, weist der Trägerkörper 1 vier Nuten 10 auf, die von der äußeren Umfangsfläche aus in seiner Masse ausgebildet sind und die in kreisförmiger Verteilung mit gleichen Winkelabständen gleichmäßig verteilt sind. Sie erstrecken sich somit entlang der zentralen Kraftstoffleitung, die durch das innere Rohr 1 gebildet wird, entlang von vier Mantellinien in einem Winkel von 90 Grad zueinander.
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In jeder nehmen drei Magnete hintereinander in Längsrichtung Platz. In jeder Reihe aus drei Magneten ist der mittlere Magnet kürzer als die beiden Magnete, die ihn umgeben. Der mittlere Magnet 12 aus 3 weist beispielsweise eine Länge von 40 mm zwischen zwei seitlichen Magneten 11 und 13 von 60 mm Länge auf. Das Vorsehen von unterschiedlichen Längen für die Magnete, die entlang der Kraftstoffleitung aufeinander folgen, hat sich zur Reduzierung des Rußanteils in den aus den Verbrennungsreaktionen hervorgehenden Produkten (die idealerweise aus mit Wasserdampf angereicherter Luft bestehen sollten) als besonders vorteilhaft erwiesen.
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In 3 sieht man die drei in einer Reihe aufeinander folgenden Magnete in einer Nut des Trägerkörpers 1 sowie die drei hintereinander liegenden Magnete 14, 15, 16, die diametral entgegengesetzt zu ihnen liegen. In dem Querschnitt von 2 ist die drehsymmetrische oder rotationssymmetrische Verteilung um die Mittelachse herum zwischen den vier mittleren Magneten 12, 18, 15, 17, die in verschiedenen Nuten des Trägerkörpers 1 gelegen sind, besser zu erkennen.
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Gemäß der Erfindung sind alle Magnete Stäbe mit Nord-Süd-Magnetisierung in der Querebene, und sie sind mit ihrer radial ausgerichteten Magnetisierungsrichtung in einer strahlenförmigen Anordnung um die zentrale Leitung (Rohr 1) von einem Magneten zum anderen positioniert. In der hier speziell beschriebenen Ausführungsform befindet sich die Südpol-Fläche des Stab auf der äußeren Umfangsseite und die entgegengesetzte Nordpol-Fläche auf der Innenseite, gegenüber der zentralen Leitung, was einer zentripetalen Süd-Nord-Magnetisierung entspricht.
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Wie in 3 dargestellt, sind magnetisch isolierende Zwischenlagen 8 zwischen den aufeinander folgenden Magneten 11 und 12 und 12 und 13 in jeder Nut 10 des Trägers angeordnet. Und sowohl in 2 als auch in 3 ist zu sehen, dass jeder Stabmagnet von einer isolierenden Abdeckung 19 überdeckt wird, die in Form einer Rinne mit U-förmigem Querschnitt aus magnetisch abschirmendem Material ausgeführt ist.
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Die Effizienz der Aufbereitung, welcher der durch das Rohr 1 fließende Kraftstoff unterzogen wird, äußert sich in einer Verbesserung der Verbrennungsbedingungen, die durch Trübungsversuche an den bei der Verbrennung entstehenden Gasen vor jeglicher Filtration nachgewiesen wurde. Der gemessene Index sinkt vom Wert 3,97 auf den Wert 2,49, was eine deutlich bessere Reduzierung ist als das, was man von einer Verringerung der Ruße erwartet hätte, die einfach mit einer Verbesserung des Verbrennungsgrades einhergeht, die bereits besser ist als unter den Aufbereitungsbedingungen des Kraftstoffs in den Vorrichtungen aus dem Stand der Technik.
