DE2722431C3

DE2722431C3 - Vorrichtung zum Anreichern von Luft mit katalysierend wirkendem Wasserdampf

Info

Publication number: DE2722431C3
Application number: DE2722431A
Authority: DE
Inventors: Fred Albert Exeter N.H. Wentworth jun.
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-08-31
Filing date: 1977-05-18
Publication date: 1981-06-11
Also published as: MX146089A; BR7703751A; AU2774777A; GB1568306A; US5558513A; CA1067812A; ZA773638B; FR2363762A1; DE2722431A1; JPS5341828A; ES462002A1; SE7706933L; US5592903A; DE2722431B2; SE432143B; NL7706986A; JPS5728846B2; NZ184644A; AU510192B2; CH625871A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anreichern von Luft mit katalysierend wirkendem Wasserdampf im Lufteinlaßbereich einer Verbrennungseinrichtung für fossile Brennstoffe nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der US-PS 62 819 bekannt. Hier saugt sich das Gebläse eines Brenners die Luft überhalb eines Wasserbades selbst an und drückt diese Luft auch selbst über eine weitere Leitung in das Wasserbad zurück. Mittels einer automatischen Steuerung wird dafür gesorgt, daß das Niveau des Wasserbades im entsprechenden Behälter in etwa konstant bleibt Bei dieser Anordnung hängt ersichtlich die Menge der pro Zeiteinheit in den Mischraum angesaugten, angereicherten Luft von der Drehzahl des Gebläses ab. Die Geschwindigkeit, mit der die Luft durch das Wasserbad perlt, ist somit abhängig von der Leistung der Verbrennungseinrichtung. Auf diese Weise kann nicht bei allen Betriebszustanden eine optimale Anreicherung des Luftstromes erzielt werden, wie sie für die beabsichtigte katalytische Wirkung angestrebt wird.

In der US-PS 28 90 029 ist ein von einer Pumpe in Bewegung gehaltener, geschlossener Luftkreislauf beschrieben, in den über eine Düse in gesteuerter Weise Wasser eingespritzt wird. Hier wird dafür gesorgt, daß eine möglichst gute Sättigung der Luft mit Wasser erzielt wird, was sich aus der angestrebten Verwendung der Luft zur Vermeidung von Detonationen erklärt. Ein Teil der Luft, der im geschlossenen Kreislauf zirkuliert, wird abgeleitet und einer Verbrennungseinrichtung zugeführt.

Dieser Luftteil ist sehr stark von der Leistung der Verbrennungseinrichtung abhängig; bei Vollastbetrieb wird praktisch keine Luft mehr in den Kreislauf ί zurückgeführt; die gesamte Luft gelangt in die Verbrennungseinrichtung. Mit einer derartig gesteuerten und ausgebildeten Vorrichtung läßt sich jedoch keine befriedigende katalytische Wirkung des Wasserdampfes in Verbrennungseinrichtungen erzielen.
in Schließlich ist auch in der US-PS 30 44 453 eine Vorrichtung beschrieben, bei welcher einer Verbrennungseinrichtung, in diesem Falle einem Verbrennungsmotor mittelbar über den Vergaser, ausschließlich wasserangereicherte Luft zugeführt wird. Diese Luft ist, ähnlich wie bei der Vorrichtung der oben abgehandelten US-PS 28 90 029, gesättigt. Im Gegensatz zu dieser findet hier die Anreicherung der Luft dadurch statt, daß sie durch ein Wasserbad hindurchgeleitet wird. Es wird jedoch durch Beheizen des Wassers dafür gesorgt, daß 2» die aus dem Wasserbad austretenden Luftblasen vollständig gesättigt sind. Einen geschlossenen Luftkreisiauf weist diese bekannte Vorrichtung nicht auf.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der angegebenen Gattung derart weiterzu-

■■» bilden, daß eine Anreicherung der dem Mischraum zugeführten Luft mit dem richtigen Flüssigkeitsgehalt bei allen Betriebszustanden gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs I angegebenen Merkmale gelöst, ίο Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein von der eigentlichen Verbrennungseinrichtung im wesentlichen unabhängiges System geschaffen, welches einen Vorrat H katalytisch aktiver, in optimaler Weise mit Wasserdampf angereicherter Luft enthält. Die Anreicherungsparameter werden vollständig von dem Zirkulationssystem selbst gesteuert. Hierdurch ergibt sich eine besonders stabile Versorgung der Verbrennungseinrich-4Ii tung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigt

Fig. 1 ein vereinfachtes Schema einer erfindungsgemäßen Vorrichtung:

4^r> Fig.2 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.3 ein vereinfachtes Schema einer anderen erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig.4 eine schematische Darstellung einer zweiten V) Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. I weist eine Verbrennungseinrichtung 10 einen Lufteinlaß Il auf, in welchen eine Leitung 12 einmündet, die von einer Vorrichtung zur Anreicherung der Luft mit Wasserdampf ausgeht. Die Vorrichtung 14 ν-, umfaßt einen Flüssigkeitsbehälter 16, der teilweise mit einem Wasserbad gefüllt ist. Auf der Oberfläche des Wassers schwimmt eine Schicht 18 aus einem mit Wasser nicht mischbaren Medium z. B. synthetischem öl. Die Funktion der Schicht 18 liegt darin, einen absorptive^ Übergang von Feuchtigkeit oder anderen Bestandteilen zwischen dem Wasserbad M und dem Raum im oberen Bereich des Behälters 16 zu verhindern. Die Schicht 18 sollte eine geringe Flüchtigkeit besitzen, so daß sie von dem aus dem *>'> Behälter 16 austretenden Luftstrom nicht weggeführt wird. Aus einer Leitung 20 strömt Luft unter Druck von der Druckseite 21 einer Luftpumpe 22 zu einer unterhalb des Wasserspiegels gelegenen Steile. Die

Leitung 12 setzt sich in eine Leitung 24 fort, die an der Oberseite des Behälters 16 oberhalb des Wasserbads 17 einmündet. Damit ist eine Verbindung zwischen dem oberhalb des Wasserspiegels gelegenen Raum im Behälter 16 und einer dem LufteinlaB Il vorgeschalteten Mischkammer 25 hergestellt. Die Mischkammer 25 ist ihrerseits wiederum durch eine Verbindungsleitung 26 mit der Saugseite 27 der Pijmpe 22 zurückverbunden. Auf diese Weise erzeugt die Pumpe 22 durch die Leitung 24 im oberen Bereich des Behälters 16 einen niedrigen Druck und an der Mündung des Rohres 20 einen hohen Druck, welcher zu Luftblasen 28 führt, die durch das Wasserbad 17 und die Schicht 18 hindurch nach oben steigen. Bei Betrieb der Pumpe 22 zirkuliert auf diese Weise kontinuierlich ein Luftstrom durch das im Behälter 16 enthaltene Wasser und über die Mischkammer 25 zur Pumpe 22 zurück. In der zirkulierenden Luft und damit in der Mischkammer 25 bildet sich dabei ein stabiler Gehalt an Wasserdampf aus. Die Auslaßöffnung der Leitung 12 ist durch die Mischkammer 25 mit dem Lufteinlaß 11 der Verbrennungseinrichtung 10 verbunden. Die Menge des von der Luft als Katalysator mitgenommenen Wasserdampfes, welcher in den Einlaß 11 eingeführt wird, hängt von der gegenseitigen, räumlichen Anordnung der Leitungen 12 und 26 und vom Ausmaß der Isolation zwischen diesen Leitungen und dem Haupteinlaß für die Verbrennungsluft ab und läßt sich durch Einstellung der genannten Parameter steuern. Der Rest des durch die Pumpe 22 erzeugten Luftstroms zirkuliert ständig durch die Anordnung, wobei die Zirkulationsgeschwindigkeit so hoch gehalten wird, daß die Menge der auf der Saugseite 27 neu eintretenden Luft oder deren Feuchtigkeitsgehalt keine Veränderungen im Feuchtigkeitsgehalt der Luft in der Mischkammer 25 hervorruft.

F i g. 2 zeigt ein pyramidenförmiges Oberteil 30 des Behälters 16 und Schlauchverbindungen 34 und 36 zum Lufteinlaßbereich 37 eines Luftfilters bei einer Brennkraftmaschine, beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor. Die als Druckquelle dienende Luftpumpe 22 wird über ein Rad JB angetrieben, beispielsweise durch den auch das Gebläse des Motors antreibenden Keilriemen. Sowohl der Einlaß 31 an der Saugseite wie auch der Auslaß 32 an der Druckseite der Pumpe 22 sind dicht verschlossen, mit Ausnahme der Anschlußstellen für den Schlauch 34 bzw. einen weiteren Schlauch 35. Die Mündung des Schlauches 34 ist so im Lufteinlaßbereich 37 des Filters angeordnet, daß über diesen Schlauch Luft aus der Innenseite des Filters angesaugt wird. Der Schlauch 35 ist so mit der Pumpe 22 und der Rohrleitung 20 im Behälter 16 verbunden, daß in der Leitung 20 ein durch die Pumpe erzeugter Luftdruck entsteht. Der Schlauch 36 führt vom pyramidenförmigen Oberteil oberhalb des Wasserspiegels im Behälter 16 zum Einlaßbereich 37 des Luftfilters und gibt mit Wasserdampf angereicherte Luft auf der Innenseite des Einlaßbereiches 37. Bei der Anordnung nach F i g. 2 gibt es keine besonderen, kritischen Bemessungs- oder Druckprobleme; die Anordnung muß jedoch so ausgebildet werden, daß sich ein langsamer, stetiger Strom aus Blasen 28 bei Leerlaufgeschwindigkeit des Motors einstellt. Durch symmetrische Anordnung der Enden der Schläuche 34 und 36 im Einlaßbereich 37 des Luftfilters wird der Einfluß der vom Motor erzeugten Ansaugwirkung ausgeglichen; es stellt sich die erwünschte Wechselwirkung zwischen den Schläuchen 34 und 36 ein, die dazu führt daß einerseits der größte Teil des Luftstroms in Zirkulation gehalten wird und ein kleiner Teil dieses Siroms ständig durch den Einlaßbereich 37 zum Verbrennungsmotor hin abgesaugt wird, während gleichzeitig die zur Kompensation dieses abgesaugten Luftanteiles erforderliche Frisehluftmenge ϊ in die Schlauchverbindung 34 eintreten kann.

Bei der Anordnung gemäß Fig,2 erfüllt der Einlaßbereich 37 des Luftfilters die Funktion der Mischkammer 25 aus Fig. 1, wobei, eine ständige Luftzirkulation über die Pumpe 22 stattfindet, etwas

in Frischluft der Pumpe 22 zugeführt und etwas mit Wasserdampf beladene Luft der Verbrennungseinrichtung zugeleitet wird. Die Pumpe 22 braucht nicht unbedingt vom Gebläse-Keilriemen des Motors angetrieben zu werden. Die Pumpe kann beispielsweise auch

r> an einen Elektromotor angeschlossen werden. Die in F i g. 2 dargestellte Vorrichtung vermittelt eine Kontrolle über diejenige Luftmenge, die durch den Wasservorrat hindurch zum Einlaß der Verbrennungskraftmaschine geführt wird, im Vergleich mit der Luftmenge, die in

.»ο der Vorrichtung zirkuliert. Diese Kontrolle oder Einsteuerung erfolgt lediglich übe,, entsprechende Positionierung der Enden der Schläuche M und 36 im Einlaßbereich 37 des Luftfilters. Eine weitere Steuerungsmöglichkeit wäre, daß man Prallplatten oder

."i andere, äquivalente Mittel einsetzt, welche die Schläuche 34 vnd 36 teilweise vom Einlaßbereich der Verbrennungsluft isolieren. Der Gesamtstrom durch die Pumpe 22 kann weiterhin durch ein Ventil in einem der Schläuche 34,35 und 36 einreguliert werden.

in Bei der Vorrichtung entsprechend F i g. 3 erfolgt der Frischlufteinlaß direkt aus der Umgebungsluft. Die Vorrichtung 40 weist lediglich eine einzige Leitung 12 zur Kammer ;25 der Verbrennungseinrichtung 10 auf. Eine Rohrleitung 41 verbindet den oberen Bereich des

ii Behälters 16 mic der Saugseite 27 der Pumpe 22. Die Frischluft gelangt über ein Einlaßrohr 42 zur Saugseite 27. Die Druckleitung 20 bleibt zusammen mit den übrigen Teilen der Vorrichtung erhalten. Die Steuerung erfolgt durch Reduzierung des Lufteintritts itn RoIu* 42

4n oder des Luftaustritts in der Leitung 12 durch jeweils entsprechende Ventile V.

Bei der Vorrichtung 40 nach F i g. 3 muß die Menge der in die Verbrennungseinrichtung 10 eintretenden Abluft gleich der in das Rohr 42 neu eintretenden Luft sein. Diese Mengen sind von dem Volumen und der Strömungsgeschwindigkeit der zirkulierenden Luft völlig unabhängig. Auf diese Weise ist eine genauere Steuerung als bei der Vorrichtung entsprechend F i g. 1 möglich. Der Luftraum im oberen Bereich des Behälters

v) 16 und der Luftraum im Innern der Pumpe 22 dienen als Kammern mit !konstantem Wasserdampfgehalt. Solange der zirkulierende Luftstrom mit Bezug auf den zur Verbrennungscinrichtung 10 fließenden Luftstrom ausreichend hoch gehalten wird, ist der Wasserdampfgehalt der zur Verbrennungseinrichtung 10 fließenden Luft relativ unabhängig va\n Wasserdampfgehalt der in das Rohr 42 eintretenden Frischluft.

Das Prinzip von Fig.3 ist im Zusammenhang mit einem Ölbrenner 50 in Fig.4 dargestellt. Ein durch ein Ventil 52 steuerbarer Lufteinlaß Sl führt zur Saugseite 34 einer Pumpe 55= Die Druckseite 56 dieser Pumpe 55 ist über ein Rohr 57 mit einer unterhalb des Wasserspiegels im Behälter 16 gelegenen Stelle verbunden. Ein Saugrohr 60 reicht von der Saugseite 54

*>5 der Pumpe 53 unter Zwischenschaltung eines Ventils 58 bis zum Boden des Behälters 16. Im Rohr 60 sind jedoch im Luftraum oberhalb des Wasservorrats Perforationen 63 vorgesehen, so daß kein Wasser, sondern lediglich

Luft in das Rohr 60 eingesaugt wird. Eine weitere Verbindung /ur Druckseile 56 der Pumpe 55 wird durch den Schlauch 61 dargestellt. Dieser Schlauch 61 führt zu einer Stelle 62 niederen Drucks im EinlaOkompressor 64 des Ölbrenners 50. Wie aus K ig. 4 hervorgeht, sind die Rohre 57 und 60. welche die Luftzirkulation zwischen dem Behälter 16 und der Pumpe 55 vermitteln, breiter als das Lufteinlaßrohr 51 und der die angereicherle Luft zum Kompressor 64 führende Schlauch 61. Eine weitere Steuerung ist durch die Ventile 52 und 58 gegeben, mit tieren Hilfe der Luftstrom in den entsprechenden Leitungen reguliert werden kann. Obwohl auch eine zusätzliche Mischkammer angebaut werden kann, übernimmt normalerweise der Raum im Gehäuse der Pumpe 55 und im oberen Bereich des Behälters 16 die f unktion der Mischkammer. Im Betrieb wird das Ventil 58 so eingestellt, daß sich auf der Druckseite 56 der Pumpe 55 eine konstante relative Feuchtigkeit ergibt. Das Ventil 52 wird so cinregulieri. dall sich eine maximale Vcrbrcnnungsleishing und Ausbeute des Brennstoffes im Ölbrenner 50 ergibt, was durch herkömmliche Prüfapparat festgestellt werden kann.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Anreichern von Luft mit katalysierend wirkendem Wasserdampf im Lufteinlaßbereich einer Verbrennungseinrichtung für fossile Brennstoffe, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einem von einem kontinuierlichen Luftstrom durchströmten Wasserbad und mit einem Mischraum zum Zusammenführen von oberhalb des Wasserbades abgenommener, angereicherter Luft mit dem Verbrennungshauptluftstrom, dadurch gekennzeichnet, daß ein Luftzirkulationsweg vorgesehen ist, in dem das Wasserbad (17) und eine Pumpe (22) angeordnet sind, daß die Pumpe (22) oberhalb des Wasserbads (17) befindliche, angereicherte Luft ansaugt und zumindest den Hauptteil dieser angereicherten Luft in das Wasserbad (17) zurückführt, daß dem Luftzirkulationsweg die dem Mischraum (25) zugeführte angereicherte Luft entnommen ist und die entnommene Menge bei allen Betriebszustanden klein verglichen mit der Menge der zirkulierenden Luft ist, wobei zum Nachfüllen eine Frischluftzufuhr auf der Saugseite (27) der Pumpe (22) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftzirkulationsweg auf der Saugseite (27) der Pumpe (22) im Mischraum (25) eine Unterbrechung aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Zufuhr der angereicherten Luft zum Mischraum (25) eine Leitung 24 vorgesehen ist, die direkt von Mischraum (25) zu einer Stelle oberhalb des Wasserbades (17) fährt.