DE2627413A1

DE2627413A1 - Verfahren und vorrichtung zum betrieb einer brennkraftmaschine mit festem brennstoff

Info

Publication number: DE2627413A1
Application number: DE19762627413
Authority: DE
Inventors: Anton Steiger
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-06-11
Filing date: 1976-06-18
Publication date: 1977-12-22
Also published as: DE2627413B2; US4077367A; CH614016A5; DE2627413C3

Description

P. 5O54/Wg/IS

Gebrüder Sulzer, Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit festem Brennstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit festem, stückig vorliegenden Brennstoff, insbesondere mit durch Anwendung von Lösungsmitteln gereinigter und anschliessend wieder verfestigter Kohle.

Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine zu schaffen, die mit in stückiger Form vorliegendem Brennstoff betrieben werden kann. In erster Linie soll dabei als Brennstoff sogenannte "solvent refined coal" dienen; darunter versteht man bekanntlich Kohle, die mit Hilfe von Lösungsmitteln von unerwünschten Verunreinigungen, insbesondere Asche und Schwefel, befreit und wieder verfestigt worden ist.

Die geschilderte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch ein Verfahren gelöst, dass dadurch' gekennzeichnet ist, dass die Stücke des

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festen Brennstoffes in Teilmengen absatzweise einer ersten Verfahrensstufe zugeführt und dort mit Hilfe von trockenen und heissen Gasen getrocknet werden, dass ferner die getrockneten Teilmengen des stückigen Brennstoffes einer zweiten Verfahrensstufe zugeführt und dort unter einer für den Brennstoff chemisch inerten Gasatmosphäre, deren Druck dem Druck der ersten Verfahrensstufe mindestens annähernd entspricht, zu einer hochviskosen, jedoch pumpbaren Flüssigkeit verflüssigt, auf eine erhöhte Zwischentemperatur gebracht und auf dieser gehalten wird, und dass schliesslich der verflüssigte Brennstoff auf einen erhöhten Druck gebracht und in einer dritten Verfahrensstufe durch weiteres Erhitzen auf seine über der Zwischentemperatur liegende Endtemperatur erhitzt, auf dieser gehalten und mindestens annähernd mit dieser Temperatur über die Einspritzorgange in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.

Das dreistufige Verfahren ist dadurch bedingt, dass hinsichtlich des Druckes, der Temperaturen und der Gasatmosphäre, die in und über dem mit der Erfindung in eine einspritzbare Flüssigkeit verwandelten Brennstoff eingehalten werden müssen, während seiner Umwandlung in diese Flüssigkeit unterschiedliche Anforderungen gestellt werden. So ist es beispielsweise notwendig, bei der Enderhitzung, die in erster Linie eine Erniedrigung der Viskosität bewirken soll, einen Ueberdruck in und über dem Brennstoff aufrechtzuerhalten, um den aus der erhitzten Flüssigkeit ausdampfenden Anteil möglichst klein zu halten. Weiterhin ist für das Schmelzen der Brennstoffstücke zwar kein Ueberdruck, jedoch eine Schutzgasatmosphäre - in erster Linie ein Luftabschluss - erforder-

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lieh, um eine vorzeitige Oxidation des Brennstoffes zu verhindern. Die Trocknung der Brennstoffstücke schliesslich kann ohne besondere Massnahmen hinsichtlich der dort vorhandenen Atmosphäre erfolgen, so dass der Aufwand erheblich vermindert wird, wenn diese Trocknung nicht in einem Verfahrensschritt mit dem Schmelzen, sondern in einer vorhergehenden, eigenen Verfahrens stufe durchgeführt >;wird.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstoffbunker vorgesehen ist, der über eine absatzweise arbeitende Dosiereinrichtung mit einem ersten Reaktionsgefäss verbunden ist, das darüberhinaus an Mittel für die Aufrechterhaltung einer trockenen und heissen Gasatmosphäre angeschlossen ist, dass ferner eine durch ein Absperrorgan verschliessbare Strömungsverbindung von dem Reaktionsgefäss zu einem Schmelzbehälter besteht, der mit einer Heizeinrichtung versehen und an eine Inertgasquelle angeschlossen ist, dass weiterhin aus dem Schmelzbehälter über eine Druckerhöhungseinrichtung eine Förderleitung in einen Erhitzer führt, in dem nochmals eine Heizeinrichtung vorgesehen ist, und dass schliesslich eine Fördereinrichtung und ein Leitungssystem für die Zuführung und Rückführung des niedrigviskosen, einspritzbaren Brennstoffes zu und von den Einspritzorganen der Brennkraftmaschine vorhanden sind.

Mit Vorteil lässt sich das neue Verfahren so durchführen, dass die Brennstoffstücke kontinuierlich einem Speicherbehälter züge-

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führt und aus diesem absatzweise in die erste Verfahrensstufe eingespeist werden, wobei geeignete Steuermittel die Taktfrequenz der vorteilhaft mit konstanter Taktlänge versehenen einzelnen, schrittweisen Einspeisungen in Abhängigkeit von geeigneten Betriebsgrössen des Verfahrens steuern können, wie später noch ausgeführt wird; der absatzweise Betrieb der ersten und besonders der zweiten Verfahrensstufe ist dabei besonders günstig im Hinblick auf den Gesichtspunkt geringer Verluste an chemisch inerter Gasatmosphäre aus dem Schmelzraum der zweiten Stufe.

Eine energetisch günstige Lösung für die Durchführung der ersten Verfahrensstufe ergibt sich, wenn die Trocknung der Brennstoffstücke mittels eines in einem geschlossenen Kreislauf geführten Gasstromes, vorteilhafterweise eines Luftstromes von Atmosphärendruck, durchgeführt wird, wozu ein geschlossenes System für das Trocknungsgas vorgesehen sein kann, welches System mindestens einen Kondensator, eine Fördereinrichtung, einen Erhitzer und das Reaktionsgefäss umfasst. Für die Steuerung der ersten Verfahrensstufe können dabei geeignete, mit den erwähnten Takt-Steuermitteln zusainmenwirkende Steuerungen vorgesehen sein, die ebenfalls später noch beschrieben werden.

Besonders geringe Verluste an Inertgas in der ersten Stufe ergeben sich, wenn in der ersten Verfahrensstufe Luft von etwa 100 C als Gas verwendet wird, und wenn ferner als Inertgas in der zweiten Verfahrensstufe Kohlendioxid dient, wobei in der zweiten Verfahrensstufe eine Temperatur von etwa 300 C gehalten wird, da in diesem Fall die spezifischen Gewichte der Gasatmosphäre

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der ersten und der zweiten Stufe annähernd gleich sind, so dass der Gasaustausch zwischen beiden Stufen nur durch Diffusionsvorgänge ohne zusätzliche Schwerkrafteinwirkungen erfolgt. Selbstverständlich ist es dabei auch möglich/ bei übereinander angeordneten Reaktionsgefässen für beide Stufen diesen Gasaustausch dadurch zu vermindern, dass in der zweiten Stufe ein bei den während des Betriebs gegebenen Zuständen spezfisch schwereres Gas verwendet wird.

Um Wärmeverluste und damit Erhöhungen der Viskosität auf dem Weg von der zweiten zur dritten Verfahrensstufe zu vermeiden, ist es zweckmässig, wenn die Erwärmung und Verflüssigung des Brennstoffes in der zweiten Verfahrensstufe durch ein erstes Heizmittel erfolgt, durch das der Brennstoff gleichzeitig bis zu seinem Eintritt in die dritte Verfahrensstufe auf Temperatur gehalten wird. In gleicher Weise lassen sich Viskositätserhöhungen des auf seiner Endtemperatür befindlichen, flüssigen Brennstoffes, die zu Beeinträchtigungen der Einspritzfähigkeit führen können, vermeiden, wenn eine Erhitzung des auf erhöhten Druck gebrachten Brennstoffes in der dritten Verfahrensstufe auf etwa 400 C durch ein zweites Heizmittel erfolgt, durch das gleichzeitig das Brennstoffzufuhr- und -einspritzsystem der Brennkraftmaschine auf der gleichen Temperatur gehalten wird; in beiden Fällen können die Heizeinrichtungen daher aus von einem Heizmedium, z.B. einem synthetischen OeI, durchströmten Wärmeübertragern, bestehen; weiterhin können dabei die Verbindung zwischen Schmelzbehälter und Erhitzer von einer, von einem der Heizmedien durchströmten ersten Thermostatummantelung und das an den Erhitzer

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anschliessende Leitungssystem und die Einspritzorgane der Brennkraftmaschine von einer mit dem Leitungssystem konzentrischen zweiten Thermostatummantelung umschlossen sein, die von dem Heizmedium des Erhitzers durchsetzt ist. Auf diese Weise können die Heizmittel gleichzeitig als das Temperaturniveau haltende Strömungsmittel in den Ummantelungen dienen.

Ein Anhaften und Pestbacken von festen BrennstoffStückchen in dem Absperrorgan zwischen der ersten und der zweiten Verfahrensstufe lassen sich verhindern, wenn mit einer Schlupfeinrichtung oder einer Ueberdrehmoment-Abschaltung ausgerüstete Mittel, die das Absperrorgan um seine Längsachse rotieren lassen, vorgesehen sind. Denn zum einen werden durch die Zentrifugalkraft der Rotation auf dem Organ haftende Stückchen weggeschleudert und zum zweiten ergibt sich bei jedem Schliessvorgang des Organs durch die Rotation ein erneutes Einschleifen des Organkörpers in seinen Sitz. Die Schlupfeinrichtung bzw. die Ueberdrehmoment-Abschaltung bewirkt dabei, dass die Rotation bei geschlossenem Organ unterbrochen wird und ihre Antriebsmittel nicht überlastet werden.

Um die Wartung des Einspritzsystems bei abgestellter und abgeschalteter Brennkraftmaschine zu erleichtern, kann in an sich bekannter Weise ein mit einer Druckerhöhungseinrichtung versehener, geschlossener Leitungskreislauf für einen Spülbrennstoff an das Leitungssystem für die Einspritzung des verflüssigten, ursprünglich festen Brennstoffes über Umschaltorgane wahlweise

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anschliessbar sein, wobei die Umschaltorgane gleichzeitig ein Ein—und Ausschalten des Antriebs für die Druckerhöhungseinrichtung des Spülbrennstoffes bewirken. Zusätzlich können darüberhinaus sowohl in dem Erhitzer für den erfindungsgemäss verflüssigten Brennstoff als auch in dem Leitungskreislauf für den Spülbrennstoff je eine Entgasungseinrichtung für die rückgeführten Anteile der Brennstoffe vorgesehen sein.

■ Weiterhin lässt sich eine einfache Steuerung des Druckes der niedrigviskosen Brennstoff-Flüssigkeit im Erhitzer unter automatischer Anpassung an die von der Brennkraftmaschine jeweils geforderten Brennstoffmengen dadurch erreichen, dass im Erhitzer eine Druckmembran vorgesehen ist, die einerseits durch den Dampfdruck des Brennstoffes im Erhitzer und andererseits durch ein geregeltes Druckgaspolster im Gleichgewicht gehalten ist, wobei der Druck dieses Druckgaspolsters das Ein- und Ausschalten der zwischen dem Schmelzbehälter und dem Erhitzer gelegenen Druckerhöhungseinrichtung steuert. Die Druckmembran kann dabei durch eine selbsttätige Steuereinrichtung für ihre Auslenkung praktisch in einer Null-Lage festgehalten sein. In einem solchen System kann ausserdem im Erhitzer durch einen Niveauregler das Niveau des niedrigviskosen, flüssigen Brennstoffes dadurch gesteuert sein, dass Brennstoffdampf nach aussen abgeführt wird, wobei BrennstoffVerluste vermieden werden können, wenn in der dritten Verfahrensstufe Brennstoffdampf der Ansaugluft der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

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Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert:

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung der Verfahrensschritte 1 und 2, während

Fig. 2 ein Beispiel für eine Vorrichtung zur Durchführung der dritten Stufe wiedergibt.

Die üebergänge von Fig. 1 zur Fig. 2 sind dabei in beiden Figuren als A-A bzw. B-B bezeichnet.

In der Vorrichtung nach Fig. 1 fördert ein Förderband 1 kontinuierlich festen, stückigen Brennstoff 2 in einen Speicher oder Bunker 3, dessen trichterförmig ausgebildeter Boden durch eine Klappe 4 verschlossen wird und über einen Transportschacht 5 mit einem Reaktionsgefäss 6 in Verbindung steht. Das Gefäss 6, das auf einem zweiten Reaktionsgefäss oder Schmelzbehälter 27 angeordnet ist, dient als Reaktor für die die erste Stufe des Verfahrens bildende Trocknung des stückigen Brennstoffes. Um diese Aufgabe erfüllen zu können, ist das Gefäss 6 Teil eines geschlossenen Strömungsweges für einen Gasstrom; dieser Strömungsweg führt, ausgehend vom Gefäss 6, über den Schacht 5 in einen die Klappe 4 aufnehmenden Bodenraum 7 des Bunkers 3 und über ein Leitungsstück 8, vorbei an einem ersten Feuchtigkeitsmesser 10, zunächst in einen Kondensator 9, in dem das feuchte, in ihn eintretende Gas durch Abkühlung entfeuchtet wird. Zu diesem Zweck hat der Kondensator 9 eine von einem Kühlmittel durchströmte

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Rohrschlange 11, in der der Kühlmitteldurchsatz durch ein Regelorgan 12 geregelt wird. Das Organ 12 empfängt seine Stellimpulse über eine Signalleitung 16 von einem zweiten Feuchtigkeitsmesser 13, der in einem in Strömungsrichtung des Gases auf den Kondensator 9 folgenden und zu einem Gebläse 14 führenden Leitungsstück 15 vorgesehen ist. Das AbfHessen des Kondensats aus dem Kondensator 9 erfolgt über einen nur schematisch angedeuteten Abfluss 17.

Vom Gebläse 14, das von einem Motor 18 angetrieben ist und für die Aufrechterhaltung des Gasstromes in dem Kreislauf sorgt, führt eine Leitung 19, in der ein Erhitzer 20 angeordnet ist, zurück in das Gefäss.6. Der Gaserhitzer wird über eine Rohrschlange von einer nicht dargestellten Wärmequelle mit einem Heizmedium versorgt, dessen Durchfluss durch die Schlange 21 mittels eines Regelorgans 22 in Abhängigkeit von der durch einen Fühler 23 erfassten Temperatur des in das Reaktionsgefäss 6 eintretenden Gases geregelt wird. Wie bereits erwähnt, erfolgt das Trocknen der Brennstoffstücke vorteilhafterweise mit Luft unter Atmosphärendruck bei einer Temperatur von etwa 100 C.

Die von dem ersten Feuchtigkeitsmesser 10 ausgehenden Signale gelangen über eine Signalleitung 25 auf ein Steuergerät 24, das - über eine Leitung 26 - bei Ueber- bzw. unterschreiten bestimmter Grenzwerte der durch den Fühler 10 gemessenen Feuchtigkeiten Einbzw. Ausschaltsignale an den Gebläsemotor 18 gibt.

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Das Gefäss 6 ist über eine Durchtrittsöffnung 28, durch die die getrockneten Brennstoffstücke 2 auf Grund der Schwerkraft fallen können, mit dem Schmelzbehälter 27 verbunden, in dem die Stücke aufgeschmolzen und die Viskosität der Schmelze durch weitere Erhitzung erniedrigt wird.

Die Durchtrittsöffnung 28 ist durch ein ventilkorperartiges Absperrorgan 30 verschliessbar; dieses ist über eine Spindel 31, in der ein mit einer Längsverzahnung 32 versehenes Zahnritzel 33 angeordnet ist, mit einem Servomotor 34 verbunden. Der Zu- und Abfluss eines Druckmittels in bzw. aus dem Servomotor 34 erfolgt über schematisch angedeutete Leitungen 35 und 36, in denen ein steuerbares Absperrorgan 37 vorhanden ist. Dieses wird über eine Signalleitung 38 von einem zweiten Steuergerät 39 gesteuert. Das Steuergerät 39 gibt ein zweites Ausgangssignal über eine zweite Signalleitung 40 an ein, ebenfalls steuerbares Absperrorgan 41 in der Druckmittelleitung 42 eines zweiten Servomotors 44, der mit einer Druckentlastungsleitung 43 versehen ist. Dieser \ Servomotor 44 ist über ein Hebelsystem 45 mit der Klappe 4 verbunden und dient dem taktweisen Oeffnen und Schliessen dieser Klappe.

Das Gerät 39 ist dabei beispielsweise so programmiert, dass die Taktlänge für das Oeffnen der Organe 4 und 30 sowie der zeitliche Abstand, in dem ein Oeffnen des Organs 30 nach einem Oeffnen der Klappe 4 verzögert erfolgt - um ein Trocknen der über die Klappe 4 dem Gefäss 6 zugeführten Teilmenge an Brennstoff Stückchen zu ermöglichen -, als feste, konstante Grossen vorgegeben sind, während die Takthäufigkeit oder -frequenz durch

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Ab

ein über eine Signalleitung 46 dem Gerät 39 zugeführtes Messwertsignal bestimmt wird, das von einem Niveaumessorgan 47, beispielsweise einem auf ultraschallbasis arbeitenden Niveaumesser, ausgesandt wird, durch welches die Höhe des Niveaus 48 der Schmelze 29 im Behälter 27 gemessen wird.

Der Ablauf der vom Gerät 39 gesteuerten Operation erfolgt dabei beispielsweise so, dass bei Absinken des Niveaus 48 unter einen festgelegten Wert das Gerät 39 zunächst einen Stellimpuls auf das Absperrorgan 41 aufschaltet, durch welches dieses Organ geöffnet wird, wodurch das Druckmittel über dem, in Ruhe- oder Schliess-Steilung der Klappe 4 gezeigten, Kolben 53 des Servomotors 44 durch die Leitung 42 weggeführt wird. Das Gewicht des auf ihr lastenden Brennstoffes öffnet daraufhin diese Klappe für ein vorgegebenes, festes Zeitintervall, wodurch der Kolben des Servomotors 44 in seine obere Endlage verschoben wird, und bei offener Klappe 4 eine bestimmte Brennstoffteilmenge durch den Schacht 5 in das Gefäss 6 fällt. Nach Ablauf des Zeitintervalle veranlassen weitere vom Gerät 39 über die Leitung 40 ausgesandte Stellsignale, dass die Oberseite des Kolbens 53 wiederum mit Druckmittel beaufschlagt wird, der Kolben 53 sich nach unten verschiebt und die Klappe 4 schliesst.

Nach einer weiteren vorgegebenen, jedoch gegebenenfalls veränderbaren Zeitspanne, während der die in das Gefäss 6 gelangte Teilmenge des stückigen Brennstoffes 2 getrocknet wird, veranlasst das Steuergerät 39 über die Leitung 38 ein Oeffnen des Ventils 37, wodurch die Unterseite des ebenfalls in der Ruhelage oder Schliess-

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stellung des Absperrorgans 30 gezeigte Kolben 54 des Servomotors 34 entlastet wird. Auf Grund seines Eigengewichts sowie des Gewichts des Absperrorgans 30 und des auf ihm lastenden Brennstoffes öffnet sich dadurch das Organ 30 für ebenfalls eine vorgegebene Zeitspanne, wodurch die Teilmenge getrockneten Brennstoffes 2 in den Schraelzbehälter 27 fällt.

Die Verzahnung 32 des Ritzels 33 steht in Eingriff mit einem Zahnrad 49, das über eine Welle 50 und eine Schlupfkupplung von einem während des Betriebs der Brennkraftmaschine dauernd laufenden Elektromotor 52 angetrieben ist. Das Uebertragungsmoment der Schlupfkupplung 51 ist dabei so festgelegt, dass sie dem Zahnrad 49 und damit über das Ritzel 32 dem Absperrorgan 30 nur dann eine Drehbewegung erteilen kann, wenn das Absperrorgan 30 geöffnet ist. Bei geschlossenem Organ 30 sind die zwischen ihm und der Sitzfläche der Oeffnung 28 auftretenden Reibungskräfte so gross, dass der Sekundärteil der Schlupfkupplung 51"stillsteht, so dass das geschlossene Organ 30
keine Rotation in seinem Sitz ausführt. Diese geschilderte
Drehmomentübertragung mit Hilfe eines Schlupfes kann jedoch auch durch ein auf Ueberströme des Motors 52 reagierendes
Ueberdrehmoment-Abschaltorgan ersetzt sein. Durch die dem
Organ 30 während des Oeffnens und Schliessens erteilte Rotation wird dieses Organ bei jedem Hub von auf ihm haftenden Brennstoff Stückchen gereinigt, so dass immer ein dichtes Schliessen gewährleistet ist. Wie bereits erwähnt, besteht die Wirkung dabei zum einen im Wegschleudern der Stückchen infolge der

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Zentrifugalkraft und zum zweiten in einem erneuten Einschleifen des Organs 30 in seinen Sitz in der Oeffnung 28, wofür beide dabei aufeinander schleifenden Oberflächen mit hartem, verschleissarmem Material belegt sein können.

Die Energie für das Aufschmelzen und Erhitzen des Brennstoffes auf etwa 300° C wird dem Behälter 27 über ein Heizmittel, z.B. ein synthetisches Hochtemperaturoel, zugeführt, das von einer nicht gezeigten Wärmequelle durch eine Leitung 55 über ein Regelorgan 56 Heizrohren 57 zufliesst. Das Heizmittel gelangt in Strömungsrichtung hinter den Heizrohren 57 in eine Leitung 58, die es einer Thermostatummantelung 59 zuführt, die die zwischen dem Behälter 27 und einem Enderhitzer 60 gelegene Verbindungsleitung 61 und eine in ihr vorhandene Druckerhöhungseinrichtung oder Pumpe 62 umgibt. Aus dieser Ummantelung 59 strömt das Heizmittel über eine Leitung 6 3 (Fig. 2) zu der nicht gezeigten Wärmequelle zurück.

lieber die Verbindungsleitung 61 wird der im Behälter 27 zu einer pumpbaren Flüssigkeit relativ hoher Viskosität aufgeschmolzene Brennstoff dem Enderhitzer 60 zugeleitet, wobei die Thermostatummantelung 59 dazu dient, Wärmeverluste und damit eine Abkühlung der Brennstoff-Flüssigkeit auf diesem Weg zu verhindern, durch welche Abkühlung die Pumpbarkeit der Flüssigkeit möglicherweise beeinträchtigt oder aufgehoben werden könnte.

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Die Steuerung der Energiezufuhr zum Behälter 27 mit Hilfe des Regelorgans 56 erfolgt in Abhängigkeit von der Temperatur der Schmelze im Behälter 27; für die Messung dieser Temperatur ist ein Temperaturfühler 64 vorgesehen, der über eine Signalleitung 65 mit dem Regelorgan 56 verbunden ist.

Wie bereits geschildert, ist für das Aufschmelzen des Brennstoffes eine chemisch inerte Atmosphäre im Behälter 27 erforderlich, für die als Inertgas bevorzugt Kohlenioxid (CO₂) verwendet wird. Zu ihrer Ueberwachung ist im Behälter 27 ein Gas-Sensor 66 vorgesehen, durch den entweder der CCU- oder der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre im Behälter 27 gemessen wird. Bei Unter- bzw. - je nach dem, auf welche Gasart der Sensor 66 anspricht üeberschreitung eines festgelegten Sollgrenzwertes, veranlasst der Sensor 66 über eine Signalleitung 67 das Oeffnen eines Absperrorgans 68, wodurch eine Leitung 69 aus einer nicht dargestellten Inertgasquelle, beispielsweise einer Druckgasquelle, Inertgas in den Behälter 27 einspeist und das Unter- oder Ueberschreiten des Grenzwertes kompensiert wird.

Die Pumpe 62 hat die Aufgabe, die für die dritte Verfahrensstufe aus den geschilderten Gründen notwendige Druckerhöhung des als pumpbare Flüssigkeit vorliegenden Brennstoffes zu bewirken. Sie wird angetrieben von einem Motor 70, der über ein Steuergerät von einem Kontaktmanometer 72 (Fig. 2) über dessen Kontakte 72a ein- und ausgeschaltet wird, wobei das Kontaktmanometer 72 über die Signalverbindung 7 3 mit dem Steuergerät 71 verbunden ist.

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Das - in der Zeichnung in der Position "ausser Betrieb" wiedergegebene - Kontaktmanometer 72 ist über eine Leitung 74 beaufschlagt mit dem Druck eines Druckgaspolsters, das in einem Raum 76 des Erhitzers 60 auf einer Seite einer Druckmembran lastet, die ihrerseits in den Enderhitzer 60 eingespannt ist? auf ihrer anderen Seite wird sie von dem im Raum 77 über dem Plussigkeitsnxveau des Erhitzers 60 herrschenden Dampf- oder Gasdruck im Gleichgewicht gehalten. Der Gasraum 77 dient gleichzeitig zur Entgasung des von dem Einspritzsystem der Brennkraftmaschine zurückfliessenden ueberschüssigen Brennstoffes.

Wie noch beschrieben wird, sind Massnahmen getroffen, durch die eine Auslenkung der Membran 75 praktisch verhindert sindj auf diese Weise ist der Druck des Gaspolsters ein Mass für den im Gasraum 77 des Erhitzers 60 herrschenden Druck, so dass das Ein- und Ausschalten der Pumpe 62 in Abhängigkeit von diesem Druck erfolgt.

Der Enderhitzer 60 der dritten Verfahrensstufe, der die Aufgabe hat, durch eine Temperaturerhöhung auf etwa 400 C die hochviskose Brennstoff-Flüs-sigkeit der zweiten Stufe in eine einspritzbare Flüssigkeit niedriger Viskosität zu transponieren, wird durchsetzt von einem zweiten Heizmittel - ebenfalls ein synthetisches Hochtemperaturoel -, das über eine Leitung 78 und ein Regelorgan 79 Heizrohren 8O von einer wiederum nicht gezeigten Heizquelle zufliesst. Aus den Rohren 80 gelangt dieses Heizmittel zunächst in eine Thermostatummantelung 81, in die

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der Erhitzer 60 vollständig eingebettet ist; aus dem Erhitzermantel 81 heraus durchsetzt das zweite Heizmittel eine weitere Thermostatummantelung 82. Diese umschliesst vollständig und konzentrisch ein Leitungssystem 84, 85 für die Zu- und Rückführung des Brennstoffes zu und von den Einspritzpumpen und -düsen der Brennkraftmaschine, um diesen Brennstoff auf seinem Weg vom Enderhitzer 60 bis zu den nicht gezeigten Einspritzdüsen isotherm mindestens annähernd auf dem im Erhitzer 60 erreichten Temperaturniveau zu halten und so eine Beeinträchtigung der Einspritzfähigkeit durch Abkühlung zu vermeiden.

Das ummantelte Leitungssystem umfasst dabei neben den eigentlichen Brennstoffleitungen 84 für den Vorlauf und 85 für den Rücklauf eine von einem Motor 87 angetriebene Fördereinrichtung für den Durchlauf des jeweiligen Brennstoffes durch die Einspritzpumpen und die Entgasungsgefässe 60 resp. 95. Nach seinem Durchfluss durch das Leitungssystem 82 fliesst das Heizmittel zur Wiederaufheizung zurück in die nicht gezeigte Heizquelle (Leitung 83).

Umschaltorgane 88 verbinden in der gezeigten Stellung I das nicht näher dargestellte Brennstoffeinspritzsystem der Brennkraftmaschine mit einem Spülbrennstoff sy stern, "mit dessen Hilff* vor dem Abstellen der Brennkraftmaschine das Einspritzsystem mit einem Spülbrennstoff/"z.B."Gasoel, der auch bei ümgebunastemperatur noch relativ niedrig viskos ist, durchsetzt wird, wobei der bei umgebungstemperatur feste Brennstoff verdrängt wird. In dem Spülbrennstoffkreislauf verbindet eine Leitung

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einen nicht dargestellten Behälter für diesen Brennstoff mit einer Pumpe 91, die, angetrieben vom Motor 90, die Aufgabe hat, den Spülbrennstoff auf den im Erhitzer 60 und dem daran anschliessenden Leitungssystem 84 herrschenden Druck zu bringen. Das so unter Druck gesetzte Spüloel wird dann von der in der Leitung &4 gelegenen Pumpe 86 über eine Leitung 92 angesaugt und über eines der Umschaltorgane 88 in der Leitung 84 gefördert, die zu den Einspritzpumpen führt. Wie der während des Betriebs benutzte Brennstoff fliesst der Spülbrennstoff in den Leitungen 85 von den Einspritzpumpen zurück und wird im zweiten Umschaltorgan 88 aus diesen in eine eigene Rückführleitung 93 geleitet, die über eine Entgasungseinrichtung 95 an die Vorlaufleitung 9 2 des Spülbrennstoffes angeschlossen ist. Auf diese Weise ist der von der Pumpe 86 aufrechterhaltene Kreislauf für den Spülbrennstoff geschlossen.

Vor der Entgasungseinrichtung, die aus einem mit Schikanen und Umlenkungen 96 versehenen Behälter 95 mit einer aus einem Gasraum abzweigenden, von einem Schwimmerventil 97 gegen die Atmosphäre verschliessbaren Abblasleitung 94 besteht, zweigt aus der Leitung 93 eine Ueberdruckentlastungsleitung 98 ab, in der ein Entlastungsventil 99 vorgesehen ist; diese Entlastungsleitung führt überschüssigen Spülbrennstoff zurück in einen nicht dargestellten Behälter, falls der Druck im Leitungssystem 85 und 93 den Oeffnungsdruck des Entlastungsorgans 99 übersteigt.

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In einer Speiseleitung 100 des Elektromotors 90 ist ein von einem Hebelsystem 101 gleichzeitig mit den Umschaltorganen 88 betätigter Schalter 102 vorgesehen, durch den die Energiezufuhr zu dem Motor 90 nur geschlossen wird, wenn die Organe 88 sich in ihrer Stellung I befinden, also eine Spülung des Leitungssystems 84, 85 erforderlich ist. In der Betriebsstellung II der Umschaltorgane.88, in der das Einspritzsystem der Brennkraftmaschine mit Brennstoff aus dem Enderhitzer 60 versorgt wird, ist der Schalter 102 geöffnet, so dass der Motor 90 und damit die Pumpe 91 während des Betriebs der Brennkraftmaschine nicht laufen.

Im Enderhitzer 60 ist weiterhin ein, beispielsweise ebenfalls auf Ultraschallbasis arbeitender Niveaumesser 103 für die Messung und Regelung des Flüssigkeitsniveaus - und damit der Gas- bzw. Dampfmenge - in dem Erhitzer 60 vorgesehen. Die Messwerte dieses Niveaumessers 103 gelangen auf dem Signalweg 103a auf ein Absperrorgan 104, das in einer Leitung 105 vorgesehen ist, die aus dem Dampfraum 77 des Enderhitzers 60 zur Ansaugleitung der Brennkraftmaschine führt. Der durch diese Leitung 105 auf Grund der geschilderten Regelung weggeführte dampf- oder gasförmige Brennstoff, der vorzugsweise aus Kohlenwasserstoffen besteht, wird damit zur Verbrennung ebenfalls in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespeist.

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Das Druckgaspolster im Raum 76 wird über eine Leitung 106 aufrechterhalten, in der eine selbständige Hubbegrenzungseinrichtung 107 für die Membran 75 vorgesehen ist, so dass diese - wie erwähnt - praktisch immer in ihrer Null-Lage verharrt, und auf diese Weise der von dieser Einrichtung 107 gesteuerte Druck des Gaspolsters im Raum 76 ein Mass für den Druck im Raum 77 ist; deshalb kann der Druck im Raum 7 6 auch über die Leitung 74 als Steuergrösse für das Manometer 72 und damit für das Ein- und Ausschalten der Pumpe 62 dienen.

Die Hubbegrenzungseinrichtung 107 für die Membran 75 besteht aus zwei in ihrer Oeffnungsrichtung einander entgegengesetzten, durch Federn 108, 109 belasteten Ventile 110, 111, wobei aus dem sich dazwischen befindlichen Raum, der ständig in Verbindung mit dem Raum 76 steht, die Leitung 74 abzweigt. Die beweglichen Venilkörper 110, 111 tragen auf ihren von den Federn 108, 109 abgewandten Seiten je einen Stössel 112, 113; zwischen beiden Stösseln 112, 113 ist ein mit der Membran 75 verbündender und daher beweglicher Bügel 114 angeordnet.

Das Ventil 110 öffnet und sperrt die Zufuhr von Druckgas aus der Leitung 106 in den Gasraum 76, wobei - bei einer Auslenkung der Membran infolge zu geringen Druckes im Raum 76 - der Bügel gegen die Stössel 112 stösst und das Ventil HO gegen die Kraft der Feder 108 öffnet. Herrscht im Raum 76 ein zu hoher Druck, so versucht die Membran 75 nach unten auszuweichen. Dabei drückt

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der Bügel 114 nunmehr über den Stössel 113 auf das Ventil 111, wodurch eine Abblasleitung 115 für das Druckgas freigegeben wird, das vorzugsweise durch Luft gebildet wird. Durch das Abblasen einer Teilmenge der Druckluft wird in diesem Fall die Membran wieder in ihre Null-Lage zurückgebracht, wodurch - wie geschildert - das Druckgaspolster als Mass und Steuer' grösse für den Druck im Enderhitzer 60 dienen kann.

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Claims

Patentansprüche

1.1 Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit festem, stückig vorliegendem Brennstoff, insbesondere mit durch Anwendung von Lösungsmitteln gereinigter und anschliessend wieder verfestigter Kohle, dadurch gekennzeichnet, dass die Stücke des festen Brennstoffes in Teilmengen absatzweise einer ersten Verfahrensstufe zugeführt und dort mit Hilfe von trockenen und heissen Gasen getrocknet werden, dass ferner die getrockneten Teilmengen des stückigen Brennstoffes einer zweiten Verfahrensstufe zugeführt und dort unter einer für den Brennstoff chemisch inerten Gasatmosphäre, deren Druck dem Druck der ersten Verfahrensstufe mindestens annähernd entspricht, zu einer hochviskosen, jedoch pumpbaren Flüssigkeit verflüssigt, auf eine erhöhte Zwischentemperatur gebracht und auf dieser gehalten werden, und dass schliesslich der verflüssigte Brennstoff auf einen erhöhten Druck gebracht und in einer dritten Verfahrensstufe durch weiteres Erhitzen auf seine über der Zwischentemperatur liegende Endtemperatur erhitzt, auf dieser gehalten und mindestens annähernd mit dieser Temperatur über die.Einspritzorgane in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffstücke kontinuierlich einem Speicherbehälter (3) zugeführt und aus diesem absatzweise in die erste Verfahrensstufe eingespeist werden.

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3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung der Brennstoffstücke mittels eines in einem geschlossenen Kreislauf über einen Kondensator (9) und einen Erhitzer (20) geführten Gasstromes durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Verfahrensstufe Luft von Atmosphärendruck und mit einer Temperatur etwa 100° C als Gas verwendet wird, und dass ferner als Inertgas der zweiten Verfahrensstufe Kohlendioxid (CO₉) dient, wobei in der zweiten Verfahrensstufe ein Temperaturniveau von etwa 300° C gehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung und Verflüssigung des Brennstoffes in der zweiten Verfahrensstufe durch ein erstes Heizmittel erfolgt, durch das der Brennstoff gleichzeitig bis zu seinem Eintritt in die dritte Verfahrensstufe auf Temperatur gehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Erhitzung des auf erhöhten Druck gebrachten Brennstoffes auf etwa 400° C in der dritten Verfahrensstufe durch ein zweites Heizmittel erfolgt, durch das gleichzeitig das Brennstoffzuführ- und -einspritzsystem der Brennkraftmaschine auf der gleichen Temperatur gehalten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der dritten Verfahrensstufe Brennstoffdampf der Ansaugluft der Brennkraftmaschine zugeführt wird.

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8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Brennstoffbunker (3) vorgesehen ist, der über eine absatzweise arbeitende Dosiereinrichtung (4) mit einem ersten Reaktionsgefäss (6) verbunden ist, das darüberhinaus an Mittel (9, 20) für die Aufrechterhaltung einer trockenen und heissen Gasatmosphäre angeschlossen ist, dass ferner eine durch ein Absperrorgan (30) verschliessbare Strömungsverbindung (28) von dem Reaktionsgefäss (6) zu einem Schmelzbehälter (27) besteht, der mit einer Heizeinrichtung (57) versehen und an eine Inertgasquelle angeschlossen ist, dass weiterhin aus dem Schmelzbehälter (27) über eine Druckerhöhungseinrichtung (62) eine Förderleitung (61) in einen Erhitzer (60) führt, in dem nochmals eine Heizeinrichtung (80) vorgesehen ist, und dass schliesslich

(84, 85) eine Fördereinrichtung (86) ein Leitungssystem/für die Zuführung und Rückführung des niedrigviskosen, einspritzbaren Brennstoffes zu und von den Einspritzorganen der Brennkraftmaschine vorhanden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtungen (57, 80) aus von einem Heizmedium, z.B. einem synthetischen OeI. durchströmten Wärmeübertragern,bestehen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Schmelzbehälter (27) und Erhitzer (60) von einer, von einem der Heizmedien durchströmten Thermostatummantelung (59) umschlossen ist.

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11. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass das an den Erhitzer(60) anschliessende Leitungssystem (84, 85) und die in ihm gelegene Fördereinrichtung (86) sowie die Einspritzorgane der Brennkraftmaschine von einer konzentrischen Thermostatummantelung (82) umschlossen sind, die von dem Heizmedium des Erhitzers (60) durchsetzt ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mit einer Schlupfeinrichtung (51) oder einer Üeberdrehmomentabschaltung ausgerüstete Mittel (33, 49, 50, 56), die das Absperrorgan (30) um seine Längsachse rotieren lassen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossenes System (6, 5, 7, 8, 15, 19) für das Trocknungsgas vorgesehen ist, welches System mindestens einen Kondensator (9), eine Fördereinrichtung (14), einen Erhitzer (20) und das Reaktionsgefäss (6) umfasst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit einer Druckerhöhungseinrichtung (91) versehener, geschlossener Leitungskreislauf (92, 93) für einen Spülbrennstoff an das Leitungssystem (84, 85) für die Einspritzung des verflüssigten, ursprünglich festen Brennstoffes über ümschaltorgane (88) wahlweise anschliessbar ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die ümschaltorgane (88) gleichzeitig ein Ein- und Ausschalten des Antriebs (90) für die Druckerhöhungseinrichtung (91) bewirken. 709851 /0541

16. Vorrichtung nach Anspruch 8 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erhitzer (60) und in dem Leitungskreislauf für den Spülbrennstoff je eine Entgasungseinrichtung (77, 95) für die rückgeführten Anteile der Brennstoffe vorgesehen ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Erhitzer (60) eine Druckmembran (75) vorgesehen ist, die einerseits durch den Dampfdruck des Brennstoffes in dem Erhitzer (60) und andererseits durch ein geregeltes Druckgaspolster im Gleichgewicht gehalten ist.

18..Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmembran (75) durch eine selbsttätige Steuereinrichtung (107) praktisch in ihrer Null-Lage festgehalten ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampfdruck in dem Erhitzer (60) durch einen Niveauregler (103) für das Niveau des niedrigviskosen Brennstoffes dadurch gesteuert ist, dass Brennstoffdampf nach aussen abgeführt wird.

20. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckgaspolster das Ein- und Ausschalten der zwischen dem Schmelzbehälter (27) und dem Erhitzer (60) gelegenen Druckerhöhungseinrichtung (62) steuert.

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