DE2706679C2

DE2706679C2 - Vorrichtung zur thermischen Zersetzung flüssiger Treibstoffe

Info

Publication number: DE2706679C2
Application number: DE2706679A
Authority: DE
Inventors: Roger 7108 Moeckmuehl Lo; Harald Dipl.-Ing. 3101 Mueden 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: 1979-09-13
Also published as: US4211072A; DE2706679B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Zersetzung flüssiger Treibstoffe durch Einleiten ties 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 An sind bekannt für die Zersetzung von Hydrazin in Raketentriebwerken mit kleinen Schublcislungen. wie sie beispielsweise für die l.agestabilisierung von Satelliten eingesetzt werden. Als poröse Rillkörper sind dabei Schichtungen von feinen Drahtsieben verwendet worden. Derartige Füllkörper haben eine relativ grobe und unregelmäßige Struktur, die zu einer ungünstigen FHissigkeitsvcrteilung an den wärmetauschenden [lachen führt. Hierdurch besteht wiederum die Neigung zu Unstetigkcitcn beim Zersct zungsvorgang des I lydrazins.

Um die bei Siebkörpern auftretenden Schwierigkeiten zu verhindern, hat man weiter vorgeschlagen, als poröse Körper Kugclpackiingcn in Form gesinterter Körper zu verwenden mil Kugelgrößen in dei Größenordnung von etwa 100 bis 1¹JO(Im. Derartige Kiigelpackungen haben einen relativ geringen Durch laßqiierschnitt und eine geringe spezifische Oberfläche.

Derartige Kiigelpackungen haben weiter den Nach teil eines relativ hohen Druckabfalls.

Aufgabe tier 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 und so in das Gehäuse eingesetzt ist, daß er in kaltem Zustand unter Vorspannung gegen die Gehäuseinnenwand anliegt. Vorzugsweise wird ein Metallschaum mit einer spezifischen Oberfläche größer als 2500 m²/m³ verwendet.

In dem Metallschaumkörper ist vorzugsweise eine 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 Treibstoffe«; ein /.us:it/gas erforderlieh isi, isl zweckmäßig das Gehäuse mit einem weiterei. Zulauf zum Einleiten eines für die Zersetzung des flüssigen Treibstoffes erforderlichen Zusatzgases in den Metallschaumkörper versehen.

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

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

Fig. 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 isl schematisch der Aufbau eines Triebwerkes wiedergegeben, wie er für die Lagestabilisierung von Satelliten verwendet wird, -"obei 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 verschen ist, der zur Halterung eines Schutzgehäuses 12 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 Isolicrmittcl gefüllt, um die Wärmeverlustc gering zu halten. Durch die Kopfplatte 8 hindurch ist ein Rohr 20 hindurchgeführt, durch das flüssiger Treibstoff in die Keakiionskammcr 2 eingeführt wird.

Der poröse Körper 4 innerhalb der Rcaktionskammer 2 besteht aus einem Metalischaum mit hoher spezifischer Oberfläche, vorzugsweise einer spezifischen Oberfläche größer als 250OnTVm'. Bei Verwendung von Hydrazin als Ί rcibstoff kann der Metall schaumkorper /.. B. aus Nickel, Chromnickelstahl. Platin oder einem mit Platin überzogenen Metall bestehen. Der Metallschaumkörper 4 ist mit solcher Vorspannung in die Reaklionskammer 2 eingesetzt, daß im kalten Zustand eine hinreichende metallische Berührung mit

der Innenwandung besieht, um eine gute Wärmeübertragung beim Aufheizen des Metallschaumkörpers mn Hilfe der außen auf der Reaktionskaminer aufgebrachten elektrischen Heizung 16 zu gewahrleisten. 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 zugefülirte flüssige Hydrazin verteilt, wodurch eine Benetzung des Metallschaumkörpers über einen wesentlichen Teil ssiner 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 Metallschaumk'-rper angespritzt. Es kommt dabei zu einer spontanen Zersetzung des Hydrazins, und da diese Zersetzung exotherm erfolgt, zu einer spontanen Aufhetzung des Metallschaumkörpers, der nur eine sehr geringe Dichte hat. die beispielsweise in der Größenordnung unter 1 g/cnv liegt.

Die Zersetzung des Hydrazins ist innerhalb sehi enger Grenzen reproduzierbar, so daß zeitlich und größenordnungsmäßig genau reproduzierbare Schübe erzeugt werden können. Mit dem erfindungsgema.j vorgeschlagenen Metalischaumkörper wird optimale Reaklionsumsetzung in einem breiten Treibstolidurehsatz-Bereich sichergestellt, wobei durch eine gleichmäßige Treibstoffverteilung keine Unstetigkeiten bei der Hydrazinzersetzung auftreten. Vorteilhaft wirkt sich aus, daß der Körper eine großflächige Wärmeübertragung aui" den flüssigen Treibstoff gewährleistet.

Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann auch zur Zersetzung flüssiger Treibstoffe zur Bildung brennbarer s Treibstolfgase verwendet werden. Soweit für die Zersetzung des Treibstolfes eine zweite Komponente zugefügt werden muß, insbesondere ein Oxidationsmittel, wird dieses gleichzeitig mit dem flüssigen Treibstoff in den porösen Körper eingeleitet. Eine Vorrichtung zur

lu Erzeugung eines brennbaren Treibstoffgases ist in Kig. 2 dargestellt. Diese Vorrichtung entspricht im wesentlichen der nach Fig. 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 Metallschaumkorpers 4 mündet. Durch d"s Rohr 26 wird die

;<· /usai/komponente 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 R.-akuon. Auch hier tritt aus dem Metallschaumkörper 4 ein

ji Zerstizurigsgas aus. das dann dem Verbraucher zugelührt wird.

Eine Vorrichtung nach F ι g. 2 kann beispielsweise /ur Methanolvergasung in Kraftfahrzeugen verwendet werden, wobei über das Rohr 26 Luft eingeblasen

si: werden könnte in einer Menge, die ausreicht, das Methanol zu zersetzen.

Für die Herstellung der Metalls haumkörper können handelsübliche Metallschäume verwendet werden. Es können aber auch sonstige oberilächenreiche Körper

i-j aus Metallen verwendet werden, beispielsweise Wh\sker-Packungen.

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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, dadurchgekennzeichnet, daß der poröse Körper (4) aus einem Metallschaum besteht und so in das Gehäuse (2) eingesetzt ist, daß er in kaltem Zustand unter Vorspannung gegen die Gehäuseinnenwand anliegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn- '5 zeichnet, daß der Metallschaumkörper eine spezifische Oberfläche größer als 2500 m² pro m^} aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, diti in dem Metallschaumkörper (4) eine Ausnehmung (21) vorgesehen ist in die das Ende der 2u 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 I, dadurch gekenn- μ zeichnet, daß das Gehäuse (2) mit einem weiteren Zulauf (26) zum Einleiten cmcs für die Zersetzung des flüssigen Traibstofi'es erforderlichen Zusatzga ses in den Metallschaumkörpe·. ,4) versehen ist.