DE3018717A1

DE3018717A1 - Verfahren zur betreibung von verbrennungsmotoren mit anorganischen treibstoffen, insbesondere in kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE3018717A1
Application number: DE19803018717
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl.-Ing. Dr. 5657 Haan Sagel
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1980-05-16
Publication date: 1982-01-28

Description

Verfahren zur Betreibung von Verbrennungsmotoren
mit anorganischen Treibstoffen,insbesondere in Kraftfahrzeugen Die Betreibun- von Verbrernnungsmotoren mit Wasserstoff ist bekannt,wobei der Wasserstoff zur motorischen Verbrennung gasförmig unter Druck vorliegen inußODabei wird Wasserstoff illit angesaugter Luft direkt in den Brennraum eingeblasen.Auch ein Gemisch von Kohelnwasserstoffen und Luft mit Wasserstoff ist geeignet,wobei die für Kohlenwasserstoffen übliche Zündenergie ausreichend ist.
Wegen seiner geringen Dichte ist die Speicherkapazität von Wasserstoff gering,sodaß man sehr voluminöse Speicher benötigt. Bei Fahrzeugen stellt der Aufwand für die Wasserstoff-Speicherung das Hauptroblem dar; sowohl dem Druckgasspeicher als auch dem Flüssiggasspeicher wie auch em Hydridspeicher haften bisher nicht beseitigte Nachteile in Bezug auf Masse und Raumbedarf an (siehe Bundesministerium für Forschung und Technologie: "Alternative Kraftstoffe für Kraftfahrzeuge" Bonn 1974 Seiten 306/307)o Ebenso problematisch für die Praxis erweist sich die Betankung von Fahrzeugen mit Wasserstoff.
Daß der mit Wasserstoff betriebene Motor sowie die gesamte Kraftstoffanlage ein hohes Maß von Dichtigkeit aufweisen muß,daß Einblas-und Zündzeitpunkt aufeinander abgestimmt sein müssen,daß all diese Maßnahmen besondere Forschungen und Untersuchungen für die motorische Eignung von Wasserstoff bedingen,womit sich insbesondere die Forschungsgruppen der Firma Daimler-Benz AG. befaßt haben,wie auch die Berstungsregelung zur raschen Anpassung von Gasgemischmenten an veränderte Drehzahlanforderungen usw.,bedarf keiner näheren Erorterung.
Die Uberlegung,Wasserstoff durch Elektrolyse des Wassers an Bord eines Fahrzeuges zu erzeugen,wobei dem miterzeugten Sauerstoff t für die Verbrennung besondere Bedeutung zukommt,ist ebenfalls nich neu.
Nach em gegenwärtigen stand der Entwicklung vieler Forschungsinstitute im In- und Ausland war es jedoch bisher nicht möglich, den Kraftstoff in Form von Wasser an Bord eines Fahrze:iges mitzuführen,das Wasser zu zersetzen,das gebildete Wasserstoff/Sauerstoff-Gas dem Motor zuzuführen und neben der Antriebsenergie noch genügend Energie für die weitere Wasserzersetzung zur Verfügung zu haben. Alle bisherigen Versuche befaßten sich deshalb nur mit einem teilweisen Ersatz der bisherigen organischen Kraftstoffe.
nier sind insbesondere die Versuche des Detroit Testing Laboratory" zu erwshnen,die ca, 1-2 Liter Wasserstoff pro Minute durch Elektrolyse an Bord erzeugen und dem Kohlenwasserstoff/Luft-Gemisch zuführen,um so die Schadstoffemission und den Eraftstoffverbrauch zu reduzieren.
Die Mitverwendung des Elektrolyse-Sauerstoffes scheitert bisher sowohl an der hohen Explosionstemperatur des entstandenen "Knallgases",wie auch an der geeigneten Doslerung dieses explosiven Gasgemisches und nicht zuletzt an der für die Wasserzersetzung benötigten Energie0 Es wurde nun gefunden,daß durch das Zusammenspiel bekannter Einrichtungen die bsiherigen Nachteile beseitigt werden durch ausreichende Energie für die Wasserzorsetzung an Bord eines Fahrzeuges sowie Dosierung un Milderung bzw. "Phlegmatisierung" der Enallgas-ExplosionO Alles Wissenswerte über Elektrolyse,Zellenaufbau,Elektroden,Stromdichte usw, kann als bekannt vorausgesetzt werden0 Auch über das Verhalten des bei Raumtemperatur bis etwa 500°C (bei Abwesenheit von Katalysatoren wie z.B.Platin)haltbaren Wasserstoft Sauerstoff-Gasgemisches Knallgas,dessen Vereinigung der Bestandteile erst bei seiner Explosionstemperatur von 6420C oder aber bei Raumtemperatur durch Zündung mittels eines elektrischen Funkens erfolgt unter Freiwerden einer hohen Wärmemenge nach der Formel 2 H2 + O2 = 2 H20 + 116,6 KalO,ist alles Wissenswerte bekannt, fern-er auch,daß sich die Explosionstemperatur z030 durch Stickstoff abschwächen läßt,sodaß eine abgemilderte Verpuffung erfolgt, wie auch bei Druckverminderung (unter 146 mm 2uecksilbersäule) der elektrische Funke keine Explosion mehr hervorraufen kann0 Als Elektrolysator wird die Anordnung des "Water-Welder" benutzt, Die Water-Welder-Anlage stellt an sich ein Schweißgerät der Firma Spirig-Chemotechnik,Zürich,dar,welche die elektrolytische Spaltung von destilliertem Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff selbsttätig erzeut't.
Bei einer Gaserzeugungsmenge von 170 L/h beträgt die Abmessung des Water-Welder-Gerätes 40 x 30 x 20 cm mit einem Gewicht von 33,6 kg bzw. 16,3 1cg und 30 x 25 x 15 cm bei einer Gaserzeugungsmenge von 72 L/h,die hinsichtlich ihrer Wirksamkeit f- die Betreibung eines Verbrennungskraftmotors vollau genügt. Die Leistungsaufnahmen betragen 1200 bzw. 500 Watt.Die Regelung der Anlage geschieht mit einem Potentiometer,welches den durch das Wasser fließenden Ele.rtrolysestrom rnd somit die erzeugte Gasmenge pro Zeiteinheit festlegt.Der Gasdruck ist stufenlos regelbar und bleibt über die Betriebszeit konstant.Zwecks Temperaturreduzierung wird in den Gasstrom ein sog. Booster geschaltet.Der Booster ist ein mit Methanol und zusätzliche Flußmittel gefüllter Stahlzylinder.Beim Durchgang des Gases durch diesen Zylinder wird das Gasgemisch mit Alkoholdampf angereichert,wodurch die Reaktionstemperatur absinkt, Die für die Wasserzersetzung erforderliche elektrische energie wird einer 12 bzwO 24 V -Batterie entnommen,dessen Spannung nch Anordnung des "Bord.-Generators" der firma Fein GmbH.Stuttgart, auf 220 V transformiert wird mit nacchgeschalteter Gleichrichtung.
Seine Abmessungen betragen bei einer Leistungsaufnahme von Watt 40 x 12 cm # und einem Gewicht von 12 kg. Der Einbau des Bord-Generators ist vom TÜF zugelassen Da die Überforderung bzw. Überlastung der 12 bzw. 24 V - Batterie nicht ausgeschlossen werden kann,ist zur Erreichnung eines hohen Kapazität die Batterie nach Anordnung der "Varta"-Fahrzeugbatterien der Firma VARTA-Batterie AG.,Hannover,ausgebildet (z.B. Type 326 mit 90 A/h und einem Gewicht von 24,3 kg)ODie Varta-Batterie ist für zusätzlichen Stromverbrauch mit verstärkten Platten und einer Sonderisolation z.3. für Notarztwagen,Baumaschinen usw.ausgestattet,die für eine lange Verwendbarkeit bei harter zyklischer Belastung zu sorgen hat, Als zusätzliches Stromerzeugungsgerät (außer der vorhandenen Hochleistungslichtmaschine) kann der "Masse-Generator Silent 500" der Firma WAECO,München,mit einer Leistungsaufnahme von 500 Watt, der z.B. für Fre#zeit-Skipper und Caravaner benutzt wird,dazu geschaltet werden0 Von für die Praxis nicht zu unterschätzender Bedeutung ist die Möglichkeit der bequemen Unterbringung dieser gering dimensioni ^-rtnn nd niet schweren Aggregate in übliche bzw. gängige Kraftfahrzeugtypen ohne Veränderung ihrer Maße,was bekanntlich bei Verwendung von tasserstoff als Kraftstoff nicht möglich ist0 Da die von Firma Daimler-Benz AG für das Wasserstoff/Luft-Gemisch gewählte Motorkonzeption einschließlich des angepassten Gemisch bildungssystems einen kontrollierten Verbrennungsablauf ermög licht,kann diese Motorkonzeption,die zudem Ausbildung der Dosiereinrichtung,Zuführventil,Drosselregelung,Flammenrückschlagsiche rung,Ansaughub usw. einschließt,auch für die motorische Verbrennung des Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisches ausgerichtet werden.

Claims

Patentanspruch Verfahren zur Betreibung von Verbrennungsmotoren mit anorganischen Treibstoffen,insbesondere in Kraftfahrzeugen,dadurch gekennzeichnet,daß a) ein Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff dem VerbrennunUsmotor zugeführt wird b) das Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff durch Elektrolyse des Wassers an Bord des Fahrzeuges erzeugt wird c) der Elektrolysator bzwO Gssselbsterzeuger nach Anordnung des "Water-Welder"-Gerätes der Firma Spirig-ChemotecniB,Zürich,ausgebildet ist d) die Dosierung des Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisches nach Anordnung des Water-Welder-Verfahrens erfolgt , e) die Regelung der Gasmenge bzw. der durch das wasser fließenden Elektrolysestromes mit einem Potentiometer erfolgt f) der für die Elektrolyse benötigte Gleichstrom von 220 V aus einer 12 bzw. 24 W-Batterie durch Transformieren nach dem Prinzip des "Bord-Generators" der Firma Fein GmbH.'Stuttgart, mit nachgeschaltetem Gleichrichter gewonnen wird , g) als zusätzliches Stromerzeugungsaggregat der "Mase-Generator Silent 500" der Firma Waeco,München, zu dienen hat h) die 12 bzw. 24 V -datterie wegen möglicher Überlastung nch Anordnung der Varta-Fahrzeugbatterieen der Firma Varta-Batterie AG., Hannover,zur Erreichung eines hohen Kapazität ausgebildet ist i) die Explosionstemperatur von 3350°C auf unterhalb 1600 C durch Schaltung; eines "Boosters" mit speziellen Zusätzen wie z.B. Methanol,Borax,Stickstoff usw. in den Gasfluß ermäßigt wird.