DE2706679B1

DE2706679B1 - Vorrichtung zur thermischen Zersetzung fluessiger Treibstoffe

Info

Publication number: DE2706679B1
Application number: DE2706679A
Authority: DE
Inventors: Roger Lo; Harald Dipl-Ing Twardy
Original assignee: Deutsche Forschungs und Versuchsanstalt fuer Luft und Raumfahrt eV DFVLR
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1977-02-17
Filing date: 1977-02-17
Publication date: 1978-03-09
Also published as: DE2706679C2; US4211072A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Zersetzung flüssiger Treibstoffe durch Einleiten des Treibstoffes in einen aufheizbaren porösen Füllkörper aus metallischen Werkstoffen, der in einem geschlossenen Gehäuse mit einem Einlaß für den flüssigen Treibstoff und einem Auslaß für das Treibgas eingebettet ist.

Vorrichtungen der genannten Art sind bekannt für die Zersetzung von Hydrazin in Raketentriebwerken mit kleinen Schubleistungen, wie sie beispielsweise für die Lagestabilisierung von Satelliten eingesetzt werden. Als poröse Füllkörper sind dabei Schichtungen von feinen Drahtsieben verwendet worden. Derartige Füllkörper haben eine relativ grobe und unregelmäßige Struktur, die zu einer ungünstigen Flüssigkeitsverteilung an den wärmetauschenden Flächen führt Hierdurch besteht wiederum die Neigung zu Unstetigkeiten beim Zersetzungsvorgang des Hydrazins.

Um die bei Siebkörpern auftretenden Schwierigkeiten zu verhindern, hat man weiter vorgeschlagen, als poröse Körper Kugelpackungen in Form gesinterter Körper zu verwenden mit Kugelgrößen in der Größenordnung von etwa 100 bis 150μΐτι. Derartige Kugelpackungen haben einen relativ geringen Durchlaßquerschnitt und eine geringe spezifische Oberfläche.

Derartige Kugelpackungen haben weiter den Nachteil eines relativ hohen Druckabfalls.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der die Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermieden werden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß der poröse Körper aus einem Metallschaum besteht. Vorzugsweise wird ein Metallschaum mit einer spezifischen Oberfläche größer als 2500 m²/m³ verwendet.

In dem Metallschaumkörper ist vorzugsweise eine ίο Ausnehmung vorgesehen, in die das Ende der Einlaßleitung für den flüssigen Brennstoff eintaucht und an die sich eine Vertiefung anschließt, die sich über einen wesentlichen Teil der Höhe des Metallschaumkörpers erstreckt. Die Ausnehmung und die Vertiefung bilden dabei vorzugsweise die freie Oberfläche des Metallschaumkörpers auf der Einlaßseite für den flüssigen Brennstoff.

In Anwendungsfällen, bei denen für die Zersetzung des Treibstoffes ein Zusatzgas erforderlich ist, ist zweckmäßig das Gehäuse mit einem weiteren Zulauf zum Einleiten eines für die Zersetzung des flüssigen Treibstoffes erforderlichen Zusatzgases in den Metallschaumkörper versehen. Der Metallschaumkörper ist vorzugsweise so in das Gehäuse eingesetzt, daß er in kaltem Zustand unter Vorspannung gegen die Gehäuseinnenwand anliegt.

Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht und im nachstehenden im einzelnen anhand der Zeichnung beschrieben.

F i g. 1 zeigt schematisch einen Längsschnitt durch ein Satellitentriebwerk mit einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;

F i g. 2 zeigt gleichfalls schematisch im Längsschnitt eine Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen Zersetzungsproduktes, beispielsweise zur Erzeugung eines brennfähigen Gasgemisches aus methanolhaltigen Treibstoffen als Vergaser für Verbrennungsmotoren.

In F i g. 1 ist schematisch der Aufbau eines Triebwerkes wiedergegeben, wie er für die Lagestabilisierung von Satelliten verwendet wird, wobei das Druckgas durch thermische Zersetzung von Hydrazin erzeugt wird.

Das dargestellte Triebwerk weist eine zylindrische Reaktionskammer 2 auf, in der ein poröser Körper 4 angeordnet ist. Am unteren Ende der Reaktionskammer 2 ist eine Expansionsdüse 6 vorgesehen. Die Reaktionskammer 2 wird an ihrem oberen Ende durch eine Kopfplatte 8 verschlossen, die mit einem Flansch 10 versehen ist, der zur Halterung eines Schutzgehäuses 12

so dient. In dem Flansch 10 sind weiter Durchführungen 12 für zwei elektrische Zuleitungen 14 angeordnet, die mit einer elektrischen Heizwicklung 16 verbunden sind, die außen auf der Wandung der Reaktionskammer aufliegt, und zwar im Bereich des porösen Körpers 4. Die elektrische Heizwicklung 16 ist außen durch einen zylindrischen Mantel 18 abgedeckt. Das Gehäuse 12 ist mit einem Isoliermittel gefüllt, um die Wärmeverluste gering zu halten. Durch die Kopfplatte 8 hindurch ist ein Rohr 20 hindurchgeführt, durch das flüssiger Treibstoff in die Reaktionskammer 2 eingeführt wird.

Der poröse Körper 4 innerhalb der Reaktionskammer 2 besteht aus einem Metallschaum mit hoher spezifischer Oberfläche, vorzugsweise einer spezifischen Oberfläche größer als 2500 m²/m³. Bei Verwen-

<>5 dung von Hydrazin als Treibstoff kann der Metallschaumkörper z. B. aus Nickel, Chromnickelstahl, Platin oder einem mit Platin überzogenen Metall bestehen. Der Metallschaumkörper 4 ist mit solcher Vorspannung

INSPECTED

in die Reaktionskammer 2 eingesetzt, daß im kalten Zustand eine hinreichende metallische Berührung mit der Innenwandung besteht, um eine gute Wärmeübertragung beim Aufheizen des Metallschaumkörpers mit Hilfe der außen auf der Reaktionskammer aufgebrachten elektrischen Heizung 16 zu gewährleisten. Der Metallschaumkörper 4 ist an seinem oberen Ende mit einer Ausnehmung 21 versehen, in die das untere Ende des Rohres 20 eintaucht. Die Ausnehmung 21 setzt sich fort in einer in Verlängerung der Achse des Rohres 20 liegenden Ausnehmung 22, die sich über einen wesentlichen Teil der Höhe des Metallschaumkörpers erstreckt. Durch die Vertiefung 21 und die Ausnehmung 22 wird eine freie Oberfläche geschaffen, die das über die Leitung 20 zugeführte flüssige Hydrazin verteilt, wodurch eine Benetzung des Metallschaumkörpers über einen wesentlichen Teil seiner Höhe erfolgt. Auf diese Weise wird eine Ansammlung flüssigen Hydrazins in einem Sumpf od. dgl. vermieden. Beim Inbetriebsetzen des Triebwerkes wird für Zeiträume, die in der Größenordnung bis herab von wenigen Millisekunden liegen können, Treibstoff in den über die elektrische Heizwicklung vorgeheizten Metallschaumkörper eingespritzt. Es kommt dabei zu einer spontanen Zersetzung des Hydrazins, und da diese Zersetzung exotherm erfolgt, zu einer spontanen Aufheizung des Metallschaumkörpers, der nur eine sehr geringe Dichte hat, die beispielsweise in der Größenordnung unter 1 g/cm³ liegt.

Die Zersetzung des Hydrazins ist innerhalb sehr enger Grenzen reproduzierbar, so daß zeitlich und größenordnungsmäßig genau reproduzierbare Schübe erzeugt werden können. Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Metallschaumkörper wird optimale Reaktionsumsetzung in einem breiten Treibstoffdurchsatz-Bereich sichergestellt, wobei durch eine gleichmäßige Treibstoffverteilung keine Unstetigkeiten bei der Hydrazinzersetzung auftreten. Vorteilhaft wirkt sich aus, daß der Körper eine großflächige Wärmeübertragung auf den flüssigen Treibstoff gewährleistet.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch zur Zersetzung flüssiger Treibstoffe zur Bildung brennbarer Treibstoffgase verwendet werden. Soweit für die Zersetzung des Treibstoffes eine zweite Komponente zugefügt werden muß, insbesondere ein Oxidationsmittel, wird dieses gleichzeitig mit dem flüssigen Treibstoff

ίο in den porösen Körper eingeleitet. Eine Vorrichtung zur Erzeugung eines brennbaren Treibstoffgases ist in Fig.2 dargestellt. Diese Vorrichtung entspricht im wesentlichen der nach F i g. 1. Für gleiche Elemente sind daher gleiche Bezugszeichen verwendet. Abweichend ist hier die Reaktionskammer 2 unten mit einem Anschlußrohr 24 versehen. Parallel zu dem Rohr 20, mit dem der flüssige Treibstoff zugeleitet wird, ist hier ein zweites Rohr 26 vorgesehen, dessen unteres Ende in einer Ausnehmung 28 am oberen Ende des Metallschaumkörpers 4 mündet. Durch das Rohr 26 wird die Zusatzkomponente zugeführt, die gasförmig sein kann. In dem Metallschaum erfolgt eine intensive Mischung der beiden über die Leitungen 20 und 26 eingeleiteten Komponenten unter deren gleichzeitiger Reaktion.

Auch hier tritt aus dem Metallschaumkörper 4 ein Zersetzungsgas aus, das dann dem Verbraucher zugeführt wird.

Eine Vorrichtung nach F i g. 2 kann beispielsweise zur Methanolvergasung in Kraftfahrzeugen verwendet werden, wobei über das Rohr 26 Luft eingeblasen werden könnte in einer Menge, die ausreicht, das Methanol zu zersetzen.

Für die Herstellung der Metallschaumkörper können handelsübliche Metallschäume verwendet werden. Es können aber auch sonstige oberflächenreiche Körper aus Metallen verwendet werden, beispielsweise Whysker-Packungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur thermischen Zersetzung flüssiger Treibstoffe durch Einleiten des Treibstoffes in einen aufheizbaren porösen Körper aus metallischen Werkstoffen, der in einem geschlossenen Gehäuse mit einem Einlaß für den flüssigen Treibstoff und einem Auslaß für das Treibgas eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der poröse Körper (4) aus einem Metallschaum besteht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschaumkörper eine spezifische Oberfläche größer als 2500 m² pro m³ aufweist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Metallschaumkörper (4) eine Ausnehmung (21) vorgesehen ist, in die das Ende der Einlaßleitung (20) für den flüssigen Treibstoff eintaucht und an die sich eine Vertiefung (22) anschließt, die sich über einen wesentlichen Teil der Höhe des Metallschaumkörpers erstreckt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmung (21) und die Vertiefung (22) die freie Oberfläche des Metallschaumkörpers (4) auf der Einlaßseite für den flüssigen Treibstoff bilden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) mit einem weiteren Zulauf (26) zum Einleiten eines für die Zersetzung des flüssigen Treibstoffes erforderlichen Zusatzgases in den Metallschaumkörper (4) versehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallschaumkörper (4) so in das Gehäuse (2) eingesetzt ist, daß er in kaltem Zustand unter Vorspannung gegen die Gehäuseinnenwand anliegt.