DE2600263A1 - Verfahren und vorrichtung zum zerlegen von ammoniakgas - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum zerlegen von ammoniakgasInfo
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Description
Anmelder: Bernard PEAUROUX, F Θ6 MENTON, Frankreich
Verfahren und Vorrichtungen zum Zerlegen von Ammoniakgas
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie Vorrichtungen zum Zerlegen von Ammoniakgas, insbesondere für Explosionsmotoren
mit interner Verbrennung, für Turbinen mit externer Verbrennung und für Heizapparate.
Gibt man in ein Endiometer 4 Raumteile Ammoniakgas und 15 Raumteile
Luft, setzt man diese Mischung plötzlich unter einen Druck von mehreren Atmosphären' und gibt man gleichzeitig als Zündung
einen elektrischen Funken auf, so detoniert diese Mischung und ergibt als Rückstand Stickstoff und Wasserdampf:
4NH3 + 3(O2 + 4N2) —^ 14N2 + 6H3O + 350 Kcal (1)
(Bei diesem chemischen Vorgang und bei den folgenden ist die angegebene
thermische Leistung ein Ausdruck für den unteren Heizwert pro Gramm-Molekül (22,4 1) (gerechnet als Vielfaches).
In dieser Beziehung und den folgenden Beziehungen ist die Temperaturerhöhung
aufgrund der Kompression des Gasvolumens nicht berücksichtigt. In diesem Falle liegt der Vorteil der Kompression nur
in einer Verringerung des Verbrennungsvolumens, um die Homogenität
der Gasmischung und die Ausbreitung der elektrischen Zündung zu begünstigen.
Dieses Beispiel der direkten Verbrennung von NH3-GaS durch die
atmosphärische Luft hat kein wirkliches Interesse, da sie schwierig zu realisieren ist. Diese Schwierigkeit könnte durch
Anwendung von reinem Sauerstoff als Verbrennungsstoff überwunden
werden, doch ist dies nicht die Aufgabe der Erfindung.
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Der Erfindung liegt in erster Linie die Aufgabenstellung zugrunde,
ein Verfahren und eine einfache Vorrichtung anzugeben, um Ammoniakgas zu zerlegen, in erster Linie "^) Wasserstoff, und
um diesen an atmosphärischerLuft zu verbrennen.
Dieses Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man das zu zerlegende
Ammoniakgas in eine Kammer fließen läßt, welche erhitztes Porzellan enthält.
Es ist bekannt, daß gewisse Stoffe (basische Oxyde, basische Siliko-Oxyde, Metallsilikate, um nur einige der am meisten
elektropositiven zu nennen) durch einfache katalytische Wirkung
die Zerlegung mineralischer oder organischer Verbindungen zu erleichtern vermögen, welche manchmal unter der Einwirkung von
Wärme an sich sehr stabil sind.
Das Porzellan, als zusammengesetztes, feuerfestes und dielektrisches
Material, enthält die meisten dieser Stoffe in verschiedenen Verhältnissen (Kaolin, Quarz, Feldspat) und eignet sich
daher ganz besonders gut zu diesem Zweck.
Läßt man Ammoniakgas durch eine rohrförmige Porzellankammer strömen, welche auf Rotglut erwärmte Bruchteile des vorgenannten
■Materials enthält, so spaltet das Gas in Stickstoff und Wasserstoff gemäß der Formel:
2NH3 *■ 3H3 + N2
Ein kontinuierlicher elektrischer Funke oder eine einem Funken benachbarte Glimmentladung kann übrigens das gleiche bewirken.
Werden diese Spaltprodukte mit atmosphärischer Luft in geeignetem
Verhältnis vermischt, je nach ihrer Erzeugung, so kann man eine kontinuierliche Verbrennung erhalten:
+) zur Erzeugung von
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nach'einer Teilzerlegung von 50% hat man beispielsweise:
4NH- + (6H + 2NO) + 6(O„ + 4NO) —» 28NO + 12H9O + 700 Kcal (2)
2 2 2 t 2
. I nanh (at-τηη
3nach (atmosph.
dem Kracken) Luft)
dem Kracken) Luft)
nach Vollzerlegung hat man:
2 + 2N2) +3(°2 + 4N2)-14N2 + 6H3O + 350 Kcal (3)
(4NH.J nach .{atmosph.
dem Kracken) Luft)
dem Kracken) Luft)
Der letztere Fall entspricht der Verbrennung freien Wasserstoffs in Anwesenheit einer atmosphärischen Luft, deren Sauerstoffgehalt
17,6% anstelle von 20% betrüge, wobei dieser Unterschied völlig
vernachlässigt werden kann, wenn die Verbrennung bei Luftüberschuß stattfindet, wie dies beispielsweise in einem Verbrennungsmotor
der Fall ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine wärmeisolierte Umhüllung aus Porzellan aufweist, in welche man das -zu zerlegende Ammoniakgas
einfließen läßt und welche eine Heizvorrichtung aufweist, die aus einer widerstandsfähigen elektrischen Heizwendel besteht,
welche ihrerseits mit Porzellan, beispielsweise in Form von Perlen, versehen und von einer Stromquelle gespeist ist.
Es hat sich gezeigt, daß das Ausmaß der Zerlegung des Gases von der Kontaktoberfläche Gas-Porzellan, von der Temperatur des
Porzellans und von der Durchflußrate des Gases durch die Vorrichtung
abhängt.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel dieser Zerlegungsvorrichtung,
In der der Zerlegung dienenden Umhüllung 1 wird das Porzellan durch einen elektrischen Strom erhitzt, der von einem Genera-
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tor 2 geliefert wird und von einem Rheostaten 3 regelbar ist. Der gesamte Querschnitt der Zwischenräume zwischen den Porzellan
perlen, welche in der Umhüllung 1 enthalten sind, ist mit S bezeichnet.
Dem Eingang dieser Umhüllung 1 wird das Ammoniakgas durch eine Rohrleitung 4 vom Querschnitt s zugeführt, u.zw. mit einerrvDurch
satz D1 und einer Temperatur T1, wogegen das zerlegte Gas
am Ausgang 5 mit einem Durchsatz D~ und einer Temperatur T„
abgenommen wird, um einem Brenner 6 zugeführt zu werden.- .
Damit die Vorrichtung unter optimalen Bedingungen funktioniert,
muß gelten: S =* 2 S
D ~ 2D1 /~1 + ^(T2-T1)J7 wenn T2 ^ T1
, _' _J_
06 ~ 273
06 ~ 273
Die Zerlegung des Gases erfolgt nach der Gleichung: 2NH^—^3H9+N
+) . i 2.
Der Durchsatz am Ausgang ist doppelt so hoch wie am Eingang.
Während die Vorrichtung arbeitet^ ist unabhängig von ihrem Wirkungsgrad
der Gasdruck zwischen D1 und D_ praktisch konstant;
es genügt also, T1, D1, T„, D„ zu messen und die vorstehende
Bedingung zu-erfüllen, um die Vollzerlegung des NH^-Gases zu er halten.
Man kann so diese Vollzerlegung erhalten, indem man zunächst den Durchsatz D1" am Eingang wählt und indem man die Temperatur
im Innern der Vorrichtung mittels des Rheostaten verändert. Auf diese Weise kann man die Länge L der wirksamen Porzellanmasse
sowie die erforderliche elektrische Leistung P bestimmen:
P = υ·Ι, wobei U die Spannung des Generators und I seine Stromstärke
bezeichnet.
Durch Wahl einer geeigneten Wärmeisolierung, einer "harten"
Porzellan-Qualität und von Perlen-Durchmessern von höchstens
+)(= Volumen/Zeit) 609829/0604
2,5 mm, kann man praktisch eine Vollzerlegung des NH_-Gases erzielen,
mit einem-Durchsatz von 0,5 1'pro Sekunde am Eingang.
Bei einem Durchmesser des Eingangsrohres von 1 cm betrüge
der Durchsatz beispielsweise 5m/s bei einer elektrischen
Leistung von 150 bis 200 Watt.
Leistung von 150 bis 200 Watt.
Diese Angaben entsprechen einer mittleren Arbeitstemperatur von etwa 500 C, Bei dieser Temperatur nimmt das Porzellan eine
Färbung an, die zwischen rot und hellrot liegt. Ist die Vorrichtung eingestellt, so kann man mittels eines thermoelektrischen Regulators (Thermostaten) diese Einstellung aufrechterhalten.
Färbung an, die zwischen rot und hellrot liegt. Ist die Vorrichtung eingestellt, so kann man mittels eines thermoelektrischen Regulators (Thermostaten) diese Einstellung aufrechterhalten.
Bei einer als Beispiel aufgeführten Anordnung, die unter den vorgenannten
Bedingungen arbeitet, hat man einen elektrischen Widerstand mit geringem thermischen Koeffizienten (oC ;= 2 χ 10 ) gewählt;
sein spezifischer Leitungs-Widerstand (50/u iZ /cm) ändert
sich also nicht in merkbarer Weise in Abhängigkeit von der Arbeitstemperatur. Ebenso wird der spezifische Leitungs-Widerstand
des Porzellans (10 Si /cm) kaum von seinem thermischen
Koeffizienten ( °L ^ -10 ) beeinflußt, d.h., es findet nur eine Verminderung von 0,5% seines spezifischen Leitungs-Widerstandes im kalten Zustande statt. Dies drückt sich in den folgenden·
Gleichungen aus:
Koeffizienten ( °L ^ -10 ) beeinflußt, d.h., es findet nur eine Verminderung von 0,5% seines spezifischen Leitungs-Widerstandes im kalten Zustande statt. Dies drückt sich in den folgenden·
Gleichungen aus:
ξζ= S1 x ( 1
4 - (1O~5 x 5OO)J7
U = $1 (1 - 1/200)
wobei <ζ den spezifischen Leitungswider stand des Porzellans in
kaltem Zustand,
ζ den spezifischen Leitungs-Widerstand bei der Arbeitstemperatur
T,.
o6 den thermischen Koeffizienten und
T die Arbeitstemperatur bezeichnen.
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Das Eichen der Zerlegungsvorrichtung könnte auch mittels eines elektrischen Eichwiderstandes durchgeführt werden, dessen Zunahme
im elektrischen Leitungs-Widerstand im erhitzten Zustand eine umgekehrt proportionale Verminderung der absorbierten
Stromstärke zur Folge hätte.
Im kalten Zustand hätte man:
im warmen Zustand: | beiden Beziehungen | 1 , | ' X | S | X | (1 | |
diesen | (1 + OiT2) = I1 (1 | 1I | ' X | / S |
X | ||
Und | U1 _ « I2 |
||||||
Aus | erhält man: | ||||||
+ <*C T1) | |||||||
I1 und I_2 bezeichnen der Ausgangstemperatur T1 bzw. der Arbeitstemperatur T2 der Vorrichtung entsprechende Werte der Stromstärke
Diese Messungen und Berechnungen ermöglichen es, z-iemlich genau
die Betriebstemperatur der Zerlegungsvorrichtung in Abhängigkeit
von der Veränderung der entsprechenden Stromstärke zu steuern.
Eine der Aufgaben der Erfindung liegt, wie bereits gesagt wurde, in der Anwendung des beschriebenen Verfahrens auf die Speisung
thermischer Motoren. Zunächst soll diese Anwendung auf Motoren mit interner Verbrennung geschrieben werden.
Die Verwendung von NH_-Gas zur Speisung von Motoren mit interner
Verbrennung bringt gewisse Schwierigkeiten mit sich, wie bereits gesagt wurde. Bringt nämlich die direkte Verbrennung von NH--Gas
nach der Beziehung (1) gewisse Schwierigkeiten, die Zündung auszulösen, mit sich, die sie zu dieser Anwendung wenig ge-
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_ *7 —'
eignet erscheinen lassen, so ist die Verbrennung nach Vollzerlegung
des NH3-GaSeS, welche auf eine Verbrennung freien Wasserstoffs
hinausläuft, keine viel vorteilhaftere Lösung, da im Gegensatz zum vorgenannten Fall es schwierig ist, die Zündung zu
beherrschen, welche oft dazu neigt, sich vorzeitig einzustellen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung stellt diese beiden widersprüchlichen
Tendenzen gegeneinander und addiert ihre Vorteile, ohne ihre Nachteile zu haben.
Das aus der Zerlegung von NH_-Gas erhaltene Wasserstoffgas wird
mit einem anderen Teil des NH_-Gases vermischt, welches ihm als Zusatz dient. Die Gasmischung hat auf diese Weise eine bessere
Widerstandsfähigkeit gegen ein Detonieren und gestattet daher einen höheren Kompressionsgrad.
Die Figuren 2 und 3 zeigen schematisch und als Ausführungsbeispiel
eine derartige Vorrichtung. Fig. 2 zeigt die Zerlegungsvorrichtung für Ammoniakgas und Fig. 3 ihre Anwendung auf einen
Motor.
Gemäß Fig. 2 wird dem Eingang 7 der Umhüllung 1 Ammoniakgas mit einem Durchsatz D4 und einer Temperatur T3 durch eine Rohrleitung
8 zugeführt. Am Ausgang 9 dieser Umhüllung tritt das sehr heiße Wasserstoffgas in ein Ringrohr 10, welches die Eingangsrohrleitung
8 umgibt und infolgedessen das dort zirkulierende Gas erwärmt.
Das heiße Wasserstoffgas, welches aus der Rohrleitung 10 austritt,wird
über einen Durchflußregler 11 einer Mischkammer 12
zugeführt, welche im übrigen direkt, über eine Leitung 13 und einen Durchflußregler 14,kaltes Ammoniakgas mit dem Durchsatz D
und der gleichen Temperatur T erhält.
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Vorteilhaft kann die beschriebene Vorrichtung noch eine Hilfsanordnung
mit geringerein Durchsatz zum völligen Zerlegen des Ammoniaks aufweisen, welche es jedoch gestattet, den Motor
schnell zu starten oder im Leerlauf zu betreiben.
Fig. 3 zeigt schematisch die beschriebene Vorrichtung an einem Motor mit interner Verbrennung.
Hier bezeichnet 15 eine Rohrleitung zum Zuführen des Ammoniak-
vq η gases, 16 einen Filter und 17 einen Druckumwandler, der/einem
elektromagnetischen Ventil 18 gesteuert und mit einem Wärmetauscher
19 verbunden ist, welcher den Kühlwasserkreislauf des Motors verwendet.
Am Ausgang des Umwandlers 17 wird das Ammoniakgas unter einem Druck
P in einen Hohlraum 20 des Volumens V1 überführt, welcher
(20) es der Zerlegungsvorrichtung 21 des Volumens V? zuführt,
welche im Detail in Fig. 2 dargestellt ist.
Am Ausgang dieser Anordnung tritt das Gas in die Mischkammer mit dem Volumen V3, welche es mit einem üurchsatz D5 und
einer Temperatur T. dem Eingang des Vergasers 22 und der Zuführungsleitung 23 des Motors unter einer Temperatur T1. zuführt.
Es ist zu bemerken, daß das in der Zerlegungsvorrichtung 21 enthaltene Gasvolumen'nur etwa 5% des Volumens beträgt, welches
die Eintrittskarnmer 20 und die Mischkammer 12 füllt. D. h. , man hat etwa: V2 1
V1 + V3 20
Die Vollzerlegungsvorrichtung, wie sie unter Bezugnahme auf
Fig. 1 beschrieben wurde, kann mit einer parallel-liegenden Rohrleitung versehen werden, um direkt NH3-GaS zuzuführen
(Fig. 2). Zwei Durchsatz-Moduln, welche einstellbar oder
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austauschbar sind, ermöglichen es, das Mischungsverhältnis der Gase, welches sich aus dieser Zusammenstellung ergibt, frei wählbar
derart zu bestimmen, daß es der folgenden Gleichung genügt:
(D3 + 2D4) (1 + ^T3) « D5 (1 + 06T4) mit D4 = D3A
Hierbei ist η ein beliebiger, frei wählbarer Koeffizient.
Es ist darauf hinzuweisen, daß das in der Rohrleitung 8 transportierte
Volumen sich bei der Zerlegung (wie dargelegt) verdoppeln und ein Gas ergeben muß, welches zu 3/4 aus Wasserstoff
und im übrigen aus Stickstoff besteht. Hierdurch kann im
Wärmetauscher das sehr heiße H2 doppelt so schnell
strömen wie das kalte NH_, wodurch die Wirksamkeit des Wärmetauschers
verbessert wird.
Arbeitet die Vorrichtung bei Umgebungstemperatur von 15°C, so
stellt man beispielsweise fest:
5°G ^ T3 *■ 1O0C ; 4O0C *■ T4 * 600C und T5= 200C
Es ist darauf hinzuweisen, daß dann, wenn die
Zerlegungsvorrichtung 21 während einer relativ langen Zeitspanne' stillsteht, jedoch auf ihrer Arbeitstemperatur gehalten
wird, die Temperatur und der Druck in der Anordnung sich infolgedessen verändern.Dies würde stattfinden, wenn der Motor
im Leerlauf arbeiten würde. Die verbundenen Kammein der Zerlegungsvorrichtung
haben währenddessen eine mittlere Gleichgewichtstemperatur von etwa 4O°C, begleitet von einer Druckerhöhung:
P max. - P1
P1 (V1 + V_.) (1 + CiT1) + P1V0 (1 + ciT.)
J131126
P max =
P1 (V1 + V_.) (1 + CiT1) + P1V0
= J13112
V1+V2+ V3
oder
P max =
P max =
(20 χ 1) [λ +{^Ji x 15)7 + (1 χ 1) Λ + (273 Χ {50° " 15Z
20 + 1
1130 g0 9 8 29
1130 g0 9 8 29
so daß:
P=P max - P1 =130 g/cm2
Diese Druckerhöhung muß vom Umwandler an seine Austrittsrohrleitung
geliefert werden:
Wobei:
bei 15°C: 7 kg/cm2 > P >
130 kg/cm2
V2/V1 + V3 =
P- = Atmosphärendruck,
T1 = Umgebungstemperatur,
Tg = Arbeitstemperatur der Zerlegungsvorrichtung
abzüglich Umgebungstemperatur.
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Ein Versuch wurde mit einem Viertaktmotor durchgeführt. Dieser Motor hatte einen Zylinder von 200 crrr und einen abnehmbaren
Zylinderkopf. Er wurde von einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gespeist, wie sie in Fig. 5 dargestellt ist, und es ergaben
sich die folgenden Resultate:
bei 5000 U/min (ohne motorischen Antrieb und D, / D2^ = 5
D-, = 2l/s (für ein Kompressionsverhältnis von 8 und einen an-D2,
= 0,4l/s (fänglichen Vorschub der Kurbelwelle von 12°.
D-, = 1,5l/s (für ein Kompressionsverhältnis von I5 und einen an-D1,
= 0,31/s (fänglichen Vorschub der Kurbelwelle von 70. .
Die Wahl von D /D2^ = 5 und die Erzielung eines optimalen Kompressionsverhältnisses,
entsprechend der Grenze des Widerstands gegen Detonation, sind hier nur Beispiele.
Die Kompression wurde dadurch gemessen, daß ein Manometer an die
Stelle der Zündkerze gesetzt und daß die zugeführte Luft manuell zusammengedrückt wurde. Da Jedesmal die zugeführten und komprimierten
Volumina und auch die Temperatur der zugeführten Luft bekannt waren, konnte man die aufgrund der Druckerhöhung statt findende
Temperaturerhöhung, mittels der charakteristischen Gleichung
bestimmen: P^ V^ P^ V^
1 + Otr ~ 1 +
D
D
= Atmosphärendruck
P, = Kompressionsverhältnis
V2, = zugeführtes Volumen
V(- = Komprimiertes Volumen
V2, = zugeführtes Volumen
V(- = Komprimiertes Volumen
T^ = Temperatur der zugeführten Luft
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T7 = Temperaturanstieg aufgrund der Kompression
T7 = Temperaturanstieg aufgrund der Kompression
> _ 12 -
°6~ 1/273
Es ist darauf hinzuweisen, daß das trockene und heiße NH -Gas auf das öl des Motors feinen Einfluß hat, so daß die Gefahr einer
Verseifung dieses Öles nicht besteht.
Bei plötzlicher Kompression auf die angegebenen Werte erhitzt sich andererseits das NH -Gas über seine kritische Temperatur
°C) und kann unter diesen Bedingungen keine gesättigten Dämpfe
ergeben.
Unter -Bezugnahme auf Fig. 4 wird die Anwendung der erfindungsgemäßen
Vorrichtung auf die Speisung eines Motors mit externer Verbrennung, nämlich eine Gasturbine, beschrieben werden.
Gemäß dieser Figur sind auf den Achsen 24 und 25 die beiden Stufen
26 und 27 der Turbine angeordnet. Die Achse 24 treibt darüberhinaus
einen Kompressor 28 an, welcher Luft durch eine Rohrleitung 29 ansaugt und durch eine Rohrleitung 30 der Zerlegungsvorrichtung
31 zuführt^ welche durch- eine Rohrleitung 32 mit Ammoniak*-
gas versorgt wird. Am Ausgang der Zerlegungsvorrichtung 31 befinden
sich der Wasserstoff und die Atmosphärenluft in einer Kammer 33, wo ihre Verbrennung durch eine Anlaßzündkerze 34 hervorgerufen
wird und auf die erste Stufe 26 der Turbine einwirkt.
Am Austritt der zweiten Stufe 27 der Turbine wird das Gas durch eine Austauschleitung 35 dem Auspuff 36 der Turbine zugeleitet.
Bei einem derartigen Motor gestattet die kontinuierliche Verbrennung
die Verwendung von NH_-Gas, nach seiner vollständigen Zerlegung, was auf die Verbrennung reinen Wasserstoffs hinausläuft.
Die Vorrichtung zum Zerlegen von NH,-Gas ist in der Verbrennungskammer des Motors angeordnet. Die Arbeitstemperatür (50O0C) der
Zerlegungsvorrichtung wird bei weitem durch die Wärmeentwicklung
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der Verbrennung (mittlere Temperatur der Kammer etwa 700 C)
aufrechterhalten. Die Zerlegungsvorrichtung reduziert sich dann auf ihre einfachste Form: Eine Porzellanumhüllung mit
Bruchstücken des gleichen Materials. Der gesamte Gasdurchsatz
kann auf mehrere derartige Umhüllungen verteilt„werden. Eine
kleinere Zerlegungsvorrichtung mit einem elektrischen Widerstand ermöglicht den Kaltstart und die Aufrechterhaltung der
Leerlaufdrehzahl des Motors. Nach Arbeitsbeginn der Turbine können
die Kal-'startvorrichtung und die Zündkerze ausgeschaltet werden.
Der Druckwandler, welcher das ΝΗ,-Gas freisetzt, benutzt vorzugsweise
den Auspuffkreis der heißen Gase, so daß er nicht vereist.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Zuführen von Ammoniakgas zu Heizapparaten; ein Ausführungsbeispiel einer derartigen
Vorrichtung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. In dieser Figur bezeichnet ~yj eine Reihe von Brennern des Heizapparates,
38 die Vorrichtung zum Zerlegen des Ammoniakgases, 59 einen Wärmetauscher, 40 eine Zündelektrode und 41 einen Umschalter,
welcher die folgenden Arbeitsgänge ermöglicht:
In seiner Stellung 1 wird ein elektrischer Strom durch einen Widerstand geführt, der mit der Zerlegungsvorrichtung gekuppelt
ist und eine Voraufwärmung leistet.
In seiner Stellung 2 wird das Ammoniakgas in die Zerlegungsvorrichtung
geführt und gleichzeitig wird der Zündelektrode ein elektrischer Strom zugeführt.
In seiner Stellung 5 wird der in Stellung 1 verwendete Startwiderstand
ausgeschaltet und ein Teil der Brenner besorgt die Heizung der Zerlegungsvorrichtung.
Seine weiteren Stellungen ermöglichen es, den Durchsatz des den Brennern zugeführten Gases zu regeln.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung
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zum vollständigen Zerlegen von Ammoniakgas an ihrem Eingang mit einer zusätzlichen Luftzuführung versehen werden kann,
dank welcher ein Teil des zerlegten Gases verbrennt, wodurch die thermische Unabhängigkeit der Zerlegungsvorrichtung erzielt
wird und es nicht erforderlich ist, sie durch ein Vorwärmsystem zu unterstützen, welches nur beim Start arbeitet.
Um den wirtschaftlichen Vorteil der Erfindung darzulegen, sollen
die thermischen Wirkungsgrade von Kraftstoff auf der Basis von Erdöl einerseits und von Kraftstoff aus zerlegtem Ammoniakgas
andererseits verglichen werden.
1.) Pur Treibstoff auf der Basis von Erdöl der Formel CgH1O hat
man
2CgH18 + 25 (O2 + 4N2) - 16CO2 + 18H2O + 100N2' + 2500 Kcal
(atmosph. Luft) (4)
Das Gasgemisch (Brennstoff und Verbrennungsstoff) hat in diesem Beispiel 127 Volumeneinheiten, wobei die Volumeneinheit ein
Gramm-Molekül, also 22,4 Liter, beträgt, und das am Auspuff abgegebene Volumen hat 1^2, +) und zwar aufgrund der chemischen
Reaktionen. Man erkennt so, abgesehen von der sich daraus ergebenden thermischen Leistung, eine endogene Nachverdünnung
von K%, welche^natürlicherweise eine Druckerhöhung des Anfangsvolumens entspricht, ob dieses Anfangsvolumen nun erhalten bleibt
oder durch Kompression vermindert wird.
2.) Will man dieses Ergebnis mit denjenigen Ergebnissen vergleichen,
die sich aus den vorher angegebenen Formeln ergeben, so muß man auf diese Formeln einen geeigneten Koeffizienten
anwenden, damit man die gleichen Bedingungen des Nutzvolumens erhält, wie im Falle des Benzins. Man hat dann:
+) Volumen-Einheiten,
609829/0604 '
!_ | J. | - | tR · | (-16 | (-22 | |
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Man weiß im übrigen, daß der untere Heizwert der in 1 kg Wasser enthaltenen Wasserstoffmenge j5 200 Kcal beträgt, wohingegen
der untere Heizwert von 1 kg verflüssigtem NH 5100-Kcal beträgt,
gleichwertig dem Heizwert von 2 rar Wasserstoff oder 5 kg
Vanadiumhydrid )
Hydrazin (NH.) kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
verwendet werden, doch sind seine physikalischen Eigenschaften (Erstarrungstemperatur von 1,5°C und Verdampfungstemperatur von 114°C) derart, daß seine Anwendung recht wenig
praktisch ist. Darüberhinaus gibt N H^ bei gleichem Gewicht
weniger Wasserstoff (66%) als NH ab.
Schließlich ist "darauf hinzuweisen, daß ein Vorteil des erfindungsgemäßen
Verfahrens darin besteht, daß die Verbrennung des NH_,-Gases nicht in freier Luft stattfinden kann, so daß es nicht
die Gefahr der meisten bekannten Brennstoffe aufweist. Darüberhinaus verschmutzt seine .Verbrennung die Luft nicht, wenn diese
Verbrennung gut eingestellt ist. Einerseits kann man das NH-,-Gas
in flüssiger Form, bei niederem- Druck (7 kg/cm bei 15 C) leicht
lagern, wobei sich dieser Druck praktisch um 1 kg/cm je 7°C Temperaturverminderung vermindert, um bei -J54°C Null zu werden;
und andererseits läßt seine kritische Temperatur von 1540C einen
genügenden Raum zur leichten Anwendung.
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Claims (8)
- AnsprücheVerfahren zur Zerlegen von Ammoniakgas, um als Brennstoff verwendbaren Wasserstoff zu erhalten, dadurch gekennzeichnet, daß man das Ammoniakgas durch eine Porzellankammer leitet, die auf Rottemperatur erhitzt ist.
- 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet., daß die Zerlegungskammer Porzellanteile enthält, durch welche ein elektrischer Heizdraht geführt ist.
- 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Rohrleitung (8) aufweist, welche das Gas dem Eingang (7) der Zerlegungskammer (1) zuführt, daß sie eine zweite Rohrleitung (10) aufweist, welche den heißen Viasserstoff am Ausgang (9) dieser Kammer (1) empfängt und koaxial die erste Rohrleitung (8) umgibt, und daß sie eine dritte Rohrleitung (13) aufweist, in welche direkt das Ammoniakgas eingegeben wird, wobei die zweite und die dritte Rohrleitung über Durchflußregelorgane (11,14) in eine Mischkammer (12) münden.
- 4. Vorrichtung nach Anspruch 2, zur Speisung eines Motors mit interner.Verbrennung, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas der Zerlegungsvorrichtung (21) über einen Druckumwandler (17) zugeführt wird, der einen Filter (16) und ein elektromagnetisches Ventil (18) aufweist und einem Wärmetauscher (19) zugeordnet ist.
- 5. Vorrichtung zum Anwenden des Verfahrens nach Anspruch 1 auf die Speisung einer Turbine mit externer Verbrennung und zwei Stufen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine erste Leitung (52) aufweist, welche das Ammoniakgas der Zerlegungskammer609829/0604ΛΧund von da einer Verbrennungskammer (33) am Eingang der ersten.Stufe (26) der Turbine zuführt, und daß sie eine zweite Leitung (35) aufweist, welche das verbrannte Gas am Ausgang der zweiten Stufe der Turbine aufnimmt und dem Auspuff (36) zuführt, wobei diese beiden Leitungen derart angeordnet sind, daß zwischen ihnen ein Wärmeaustausch stattfindet. \
- 6. Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 1 auf die Speisung einer Reihe von Brennern, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung, welche die Zerlegungskammer mit der Reihe von Brennern verbindet, mit diesen Brennern in thermischem Kon- . takt steht.
- 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie an ihrem Eingang mit einer zusätzlichen Luftzufuhr versehen sein kann, um eine thermische Unabhängigkeit zu erzielen.
- 8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Umschalter (41) aufweist, um eine Vorwärmung inGang zu setzen und dann das Gas in die Brenner zu schicken, diese Brenner elektrisch zu zünden und schließlich den Gasdurchsatz zu regeln.609829/0604Leerseite
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