DE2246891A1

DE2246891A1 - Verfahren und aggregat zur anreicherung der verbrennungsluft mit luftsauerstoff

Info

Publication number: DE2246891A1
Application number: DE19722246891
Authority: DE
Inventors: Fritz Maus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-09-23
Filing date: 1972-09-23
Publication date: 1974-04-04

Description

Verfatlreil und Aggregat zur Anreicherung der Verbrennungsluft mit Luftsauerstoff.
Die Erfindung betrifft ein besonders für den Umweltschutz (Luftreinhaltung) bedeutsames Verfahren zur Erzielung weitgehend unschädlicher Abgase bei Verbrennungen im allgemeinen und bei Verbrennungskraftmaschinen im besonderen. Das Verfahren bezieht sich auf die Anreicherung der Verbrennungsluft mit Luftsauerstoff. Mit der angestrebten vollkommeneren Verbrennung wird gleichzeitig eine bessere Ausnützung der Brennstoffe erreicht. Weiter hat die Erfindung eine Vorrichtung (Aggregat) zur Realisierung des vorgenannten Verfahrens zum Gegenstand.
Das Verfahren ist gekennzeichnet durch die Kombination: Ozonisierung von Luftsauerstoff, Sauerstoff-Stickstoff-Trennung durch Rotationsbeschleunigung (Schwerkraftseparation) und zusätzliche Entmischung in magnetischen Kraftfeldern. Dabei wird Luftsauerstoff mittels elektrischer Stoßentladungen in Ozon überführt und das ozonisierte Luftgemisch durch Rotationsbeschleunigung (z.B.
mittels Luftzentrifuge) entmischt. In magnetischen Kraftfeldern wird durch Nutzung der paramagnetischen Eigenschaft'des Sauerstoffes, bzw. der diamagnetischen Eigenschaft des Stickstoffes, weitere Entmischung erreicht.
Der niedere Wirkungsgrad bei üblichen Verbrennungen mit Luftsauerstoff ergibt sich zwangsläufig, weil außer dem nutzbaren Luftsauerstoff (ca 21%) noch die vierfache Menge Luftstickstoff (ca 79#) miterhitzt und transportiert werden muß, also als Ballast -wirkt.
Optimale Verbrennungen thohe Brenntemperaturen, geringe Abgaswärmeverluste, unschädliche (ungiftige) Abgase usw. sind durch Zuführung reinen Sauerstoffes (anstelle von Luft) erreichbar. Diese Möglichkeit nutzt man beispielsweise beim Autogen-Schweißen, wo Azetylengas mit reinem Sauerstoff verbrannt wird. Für Verbrennungen im allgemeinen scheitert die Verwendung reinen Sauerstoffes wegen dessen hohen Herstellungskosten,also aus wirtschaftlichen Gründen. Be i Bei Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, käme die beschwerliche Mitführung des Sauerstoffes (z.B.
in Stahlflaschen), sowie die erhöhte Explosionsgefahr hindernd hinzu.
Bei Verbrennungen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die bekannten Nachteile weitgehend vermieden. Es werden sich progressiv summierende Vorteile erreicht. Bei einer (erreichbaren) Verdoppelung des Sauerstoffanteiles der Verbrennungsluft wird für die gleiche Verbrennungsleistung etwa die Hälfte des normalen Stickstoffballastes vermieden. Es wird restlose Verbrennung des Brennstoffes erreicht. Daraus ergeben sich: a) Weitgehend schadstoffreie Abgase, also bedeutsame Vorteile im Sinne des Umweltschutzes, bezw. der Luftreinhaltung.
b) Durch Verbrennung bei geringerer Luftzufuhr entsprechend geringere Abgasmengen und damit geringere Abgaswärmeverluste.
c) FUr gleich Brennleistung geringerer Brennstoffaufwand, also besserer Wirkungsgrad und höhere Wirtschaftlichkeit.
d) Kleinere Brennkammern für gleiche Leistung, also kleineres Leistungsgewicht und daraus - insbesondere bei Kraftfahrzeugen -geringerer Verlustleistungsbedarf, was erneuter Verminderung der Abgasverluste und Schadstoffe gleichkommt.
e) Verminderung eventueller Stickoxide im Abgas, da erstens nur die Hälfte der üblichen Stickstoffmenge erhitzt wird und zweitens die Stickoxide mit dem instabilen Ozon reagieren.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf folgenden Überlegungen und Gegebenheiten: Da Sauerstoff schwerer als Stickstoff ist, würde sich ruhende Umgebungsluft entmischen, wenn nicht die thermische und dynamische Turbulenz für stetige Durchmischung sorgen würde. Theoretisch wäre eine Entmischung durch Rotationsbeschleunigung der Luft (Schwerkraftseparation) denkbar. Bei den geringen Wichte-Unterschieden (bezogen auf Luft = 1 ist Sauerstoff 1,10, Stickstoff 0,96) wäre jedoch eine derartige Entmischung zu aufwendig, also unwirtschaftlich Überführt man aber zuerst Luftsauerstoff durch Anlagerung von einatomigem Sauerstoff in Ozon ( 3 02 ~sF 2 05 ), was mit Hilfe eines "Stoßpartners" (z.B.elektr.Entladungen) gelingt, so wird nicht nur die natürliche Sauerstoff-Stickstoff-Bindung gestört, sondern eine Sauerstoff-Ozon-Komponente mit wesentlich höherer Wichte (gegenüber dem Stickstoff) erreicht (Ozon = 1,62). "Ozonisatoren" zu diesem Zweck sind bekannt und relativ billig.
Das ozonisierte Sauerstoff-Stickstoff-Gemisch wird dann (mit ebenfalls vertretbarem Aufwand) durch Rotationsbeschleunigung (z.B. in einer Luftzentrifuge) geschleudert, wobei sich bevorzugt schwerere Sauerstoff-Ozon-Anteile am Außenrand der Zentrifuge anlagern, während die leichtere Stickstoffkomponente überwiegend im Zentrum verbleibt. Beide Komponenten können nun getrennt entnommen werden, das heißt, die sauerstoffangereicherte Komponente wird der Brennstelle als Verbrennungsluft zugeführt.
Die Entmischung kann noch intensiviert werden, wenn man die noch rotierende Sauerstoffkomponente durch magnetische Kraftfelder zwingt, wobei die paramagnetische Sauerstoffkomponente in die Kraftfelder hineingezogen und damit weiter separiert wird.
Eine Vorrichtung (Aggregat) zur Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist durch die Schema-Zeichnung dargestellt.
Die Ausrüstung hierzu ist folgende: In einem zylindrischen Gehäuse 1 ist der "Ozonisator't, bestehend aus dem Permanentmagnetanker 9, dem Induktionsspulenring 6, dem Unterbrecherkollektor 4 mit Stromzuführung (Bürste) 5 und dem Lamellenlabyrinth 7/8, untergebracht. Auf der Antriebswelle 10 sitzt sowohl der Anker 9 als auch der Rotor 2 der Luftzentrifuge.
Um die Zentrifuge 2 sind die in den eingezeichneten Pfeilrichtungen luftdurchlässigen Permanentmagnete 3 angeordnet. Sie sind von einem Diaphragma 13 (z.B. poröses Sintermetall oder Keramik) umschlossen.
Die Wirkungsweise ist folgende: Von der über Welle 10 angetriebenen Zentrifuge 2 wird Außenluft in Richtung der Pfeile 11/12 durch das Lamellenlabyrinth 7/8 angesaugt.
Der ebenfalls von Welle 10 angetriebene Magnetanker 9 induziert in den Spulen 6 eine hohe Spannung. Ein Pol der Spulen 6 ist leitend mit dem Lamellenkörper 7 verbunden. Der andere Pol der Spule 6 ist über die Bürste 5 auf den wechselnd mit leitenden und nichtleitenden Lamellen ausgerüsteten Unterbrecherkollektor 4 geschaltet, so daß Hochspannungsimpulse auf das mit dem Kollektor 4 leitend verbundene Labyrinthteil 8 gelangen und damit das als Kondensator wirkende Lamellenlabyrinth 7/8 aufladen. Die Entladungen finden dann,über den Unterbrecherkollektor 4 gesteuert, durch die Luft zwischen den Lamellen 7 und 8 statt. Dabei wird ein Teil des durchströmenden Luftsauerstoffes in Ozon überführt.
Durch die Ozonisierung wird das Luftgemisch in seiner natürlichen Bindung gestört. In der Zentrifuge 2 wird nun das Gemisch in Rotation versetzt, so daß Schwerkraftseparation erfolgt. Dabei werden bevorzugt schwerere Sauerstoff-Ozon-Anteile zum Außenrand der Zentrifuge und damit in die Kraftfelder der Permanentmagneten 3 geschleudert. In die Kraftfelder werden bevorzugt die paramagnetischen Sauerstoffanteile hineingezogen, während die diamagnetischen Stickstoffanteile abgewiesen werden. Das die Magnetanordnung 3 umschliessende Diaphragma 13 (z.B.Sintermetall oder Keramik) setzt dem Durchtritt der sauarstoffangereicherten Luft Widerstand entgegen5 so daß diese angestaut wird. Demzufolge wird die im Zentrum der Zentrifuge befindliche Stickstoffkomponente ungehindert (in Richtung der Pfeile 16) entweichen. Die in den Sammelraum 14 durchdrückende sauer;:-stoffangereicherte Luft kann nunmehr als aufbereitete Verbrennungsluft in Richtung der Pfeile 15 entnommen und der Brennstelle zugeführt werden.
Die Intensität der Luftentinischung hängt offensichtlich sowohl von Art und Drehzahl des Rotationsbeschleunigers 2 (z.B.Zentrifuge oder Ventilator), als auch von der Anzahl und Stärke der Permanentmagneten 3 ab, kann also gesteuert werden. Der Stand der Magnettechnik erlaubt extrem starke Magnetkombinationen zu installieren. Es ist ferner möglich, die Vorrichtung (Aggregat) so raumsparend zu konstruieren, daß es bequem (z.B.bei Kraftfahrzeugen unter der Motorhaube) untergebracht werden kann.
Wegen besserer Übersicht bzw. leichterem Verständnis sind in der Schemazeichnung der Ozonisator und der magnetische Separator getrennt dargestellt. Dem Fachmann wird es möglich sein, das Aggregat so zu konstruieren, daß die für den Ozonisator erforderlichen Magneten gleichzeitig für die magnetische Entmischung verwendet werden können.

Claims

Patentansprüche

9 Verfahren zur Anreicherung der Verbrennungsluft mit Luftsauerstoff mit Hilfe des an sich bekannten Verfahrens der Luftozonisierung mittels elektrischer Stoßentladungen, gekennzeichnet durch die Kombination des Ozonisierungseffektes mit nachfolgender Schwerkraftseparation bzw. Entmischung der Luft dergestalt, daß die durch die Ozonisierung in ihrer natürlichen Sauerstoff-Stickstoff-Bindung bereits gestörte Luft durch Rotationsbeschleunigung in eine schwerere Sauerstoff-Ozon-Komponente und eine leichtere Stickstoffkomponente getrennt wird und die sauerstof#angereicherte Komponente als Verbrennungsluft der Brennstelle zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die sauerstoffangereicherte Luftkomponente durch magnetische Kraftfelder geleitet wird, in welche bevorzugt die paramagnetischen Sauerstoff-Ozon-Anteile hineingezogen und die diamagnetische Stickstoffkomponente abgewiesen wird.
3. Vorrichtung (Aggregat) zur Realisierung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die in der Schema-Zeichnung dargestellte Ausrüstung eines "Ozonisators", bestehend aus einem im zylindrischen Gehäuse (1) untergebrachten Permanentmagnetanker (9) mit Sitz auf einer Antriebswelle (10), dem Induktionsspulenring (6), dem Unterbrecherkollektor (4) mit Strömzuführer (5); sowie aus dem Lamellenlabyrinth (7/8),gebildet aus dem mit dem einen Ende der Spule(63 leitend verbundenen Lamellenkörper (7) und dem mit dem Unterbrecherkollektor (4) leitend verbundenen Lamellenkörper (8).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Antriebswelle (10) außer dem Magnetanker (9) noch der Rotor des Rotationsbeschleunigers (2) z.B. Zentrifuge oder Ventilator) sitzt und der Beschleuniger von einem Diaphragma (15),bestehend aus poröser Keramik oder Sintermetall, umgeben ist, wodurch die ausgeschleuderte sauerstoffangereicherte Luft in den Sammelraum (14) durchdrücken und in Richtung der Pfeile (15) entnommen werden kann.
5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem. Diaphragma (15) und dem Rotationsbeschleuniger(2) mittels extrem starker Permanentmagneten (3) magnetische Kraftfelder installiert sind.

L e e r s e i t e