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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung
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eines stöchiometrischen Gemisches aus Luft und flüssigem Brenn- bzw.
Kraftstoff, die ein die Verbrennungsluft zum Reaktionsraum förderndes Gemssch aufweist,
in dem koaxial ein Heizelement mit einem zylindrischen an beiden Enden verschlossnen
Gehäuse angeordnet ist, in das an seinem einen Ende ein Zuleitungsrohr für den zu
erhitzenden Brenn- bzw. Kraftstoff und an seinem anderen Ende eine Austrittsdüse
für Brenn- bzw. Kraftstoffdampf aufweist, die von einem Auslaßventil bei Abschalten
des Betriebs verschließbar ist, und das einen Whiskerskörper mit hohem Porenanteil
umschließt, der aus -in der Gasphase im Magnetfeld abgeschiedenen Metallwhiskers
besteht, der durch Kontaktwärme von einer elektrischen Widerstandsheizung auf Verfahrenstemperatur
gebracht werden kann.
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Eine solche Vorrichtung hat den Zweck, durch Erwärmung des Kraft-
bzw. Brennstoffes und sein feinstes Verteilen in der Verbrennungsluft ein aufbereitetes
in gewünschtem stöchiometrischem Verhältnis von Luft und Kraft- bzw. Brennstoff
stehendes Gemisch zu erzielen.
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Mit OS 2 943 957 wurde vorgeschlagen, Heizöl mit einem Teil der Verbrennungsluft
zu vermischen und dieses Gemisch durch Verdichten in einem Kolbenkompressor auf
die Verdampfungstemperatur des Heizöls zu bringen sowie das auf diese Weise erhitzte
und in Dampfform in der Luft verteilte Gemisch in den Hauptluftstrom eines ölbrenners
einzublasen.
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Ein solches Verfahren ist jedoch aufwendig, da neben dem Fördergebläse
für die Verbrennungsluft ein Verdichter für das Gemisch benötigt wird. Ausserdem
ist es nicht unkritisch, da Drücke im Verdichter ver mieden werden müssen, bei denen
bereits der Zündpunkt einzelner Komponenten des Heizöls erreicht werden.
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Mit DE-OS 23 15 268 ist eine Heizvorrichtung beschrieben, bei der
in einem Rohr eine Packung aus in der Gasphase in einem Magnetfeld abgeschiedene
Metallwhiskers angeordnet ist, die eine filzartige Struktur aufweist und die durch
einen elektrischen Strom durch Leitungswiderstand der Whiskers unmittelbar aufheizbar
ist. Dieses Rohr wird von dem au£zubereitenden Heizöl durchströmt und dabei im Kontakt
mit den heissen Whiskers auf seine Verdampfungstemperatur aufgeheizt. Es tritt am
Ende des Rohres als Kraftstoffnebel mit einer Tröpfchengröße im unteren -Bereich
aus und wird so der Verbrennungsluft beigemischt.
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DE-OS 2 364 455 beschreibt einen solchen Heizkörper, bei dem die Whiskerspackung
zwischen zwei Blechen, z. B. konzentrischen Rohren, angeordnet ist Die Bleche werden
von aussen elektrisch beheizt und übertragen die Wärme durch Kontakt auf die Whiskers,
die ihrerseits das sie durchströmende Medium aufheizen.
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Ein derartiger Heizkörper ist konzentrisch in einem einen größeren
Durchmesser aufweisenden Mischrohr angeordnet, das von der Verbrennungsluft durchströmt
wird, in die der aus dem Heizkörper austretende Brennstoffdampf beigemischt wird.
Am Ende dieses Mischrohres ist der Ölbrenner vorgesehen, Die Whiskers in den genannten
Packungen bilden ein Raumgitter mit einem hohen Porenanteil und sie sind an ihren
Überkreuzungsstellen durch Sintern oder Metallisieren untereinander verbunden, damit
die Whiskerspackung nicht vom Strömungsdruck und -sog zusammengepreßt werden kann.
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Diese beiden letztgenannten Anordnungen haben den Nachteil, daß vor
allem beim Abschalten des Betriebs öl in den erhitzten Whiskers verbleibt. In der
dadurch gegenüber dem laufenden Betrieb verlängerten Verweilzeit des Öls treten
in ihm chemische Umsetzungen und zwar sowohl Kracken wie Polymerisationen auf.
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Bei wiederholtem Ein- und Ausschalten des laufenden Betriebs, wie
dies im Heizbetrieb normalerweise nicht zu vermeiden ist, addieren sich die Umsetzungsprodukte
auf und füllen die Poren der Whiskerspackung, die damit unbrauchbar wird. Beim Abschalten
des laufenden Betriebes muß der Heizkörper verschlossen werden, um einen Austritt
von Öl oder bedämpfen in den Brennraum bei Beendigung des Brennvorganges zu verhindern.
Das Öl staut sich daher in der heissen Whiskerspackung, die somit nicht mehr durch
das durchströmende Medium gekühlt werden kann, so daß beim Abschalten eine Temperaturspitze
eintritt, die die genannten Umsetzungsvorgänge begünstigt.
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Ferner hat sich gezeigt, daß an den Whiskers Korrosionen auftreten,
die vor allem durch die längeren Verweilzeiten des Brennstoffes bei Abschalten des
Betriebs begünstigt werden, die auf chemische Reaktionen des Whiskersmaterials mit
Bestandteilen des Brenn- bzw. Kraftstoffes oder auf elektrolytische Vorgänge zurückzuführen
sind, die die Whiskers vollständig zerstören können.
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Diese Nachteile mußten sich besonders bei einer Verwendung dieser
Heizelemente zur Vergasung von Kraftstoffen für Fahrzeugmotoren auswirken, da es
bei deren Betrieb zu einem sehr häufigen Verschließen des Auslaßventils des Heizelementes
kommt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, chemische Umsetzungen des
Kraft- bzw. Brennstoffes bei Vorrichtungen der eingangs genannten Art bei Unterbrechung
des laufenden Betriebes und die genannten Korrossionen zu vermeiden. Eine weitere
Aufgabe der Erfindung ist eine Vorrichtung zur -Vergasung von Kraftstoffen für Fahrzeugmotoren,
die für die häufigen Abschaltvorgänge geeignet sind, die bei diesen auftreten.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß das Heizelement vollständig
durch den Whiskerskörper ausgefüllt ist und daß in dem Whiskerskörper eine mit den
Whiskers in unmittelbarer Wärmeleitung in Kontakt stehende stromführende Heizleitung
aus Widerstandsmetall angeordnet
ist, und daß zwischen der Austrittsdüse
und dem Auslaßventil ein mit einem Absperrventil verschließbarer Bypass abgezweigt
ist, der zu einem Vorratstank für den Brenn- bzw. Kraftstoff zurückführt, wobei
das Auslaßventil und das Absperrventil alternativ automatisch ab- und aufsteuerbar
sind, und daß in dem zu dem Vorratstank führenden Zuleitungsrohr zum Heizelement
für Brenn- bzw. Kraftstoff eine Förderpumpe vorgesehen ist, Es ist zweckmäßig, daß
der Whiskerskörper eine oder mehrere axiale von seinem einen Ende zum anderen durchgehende
Durchbrechungen aufweist, um Leitwege für den Brenn- bzw. Kraftstoff zu bilden,
der von diesen seitlich in die Whiskers eintritt, wodurch eine gleichmäßigere Verteilung
des Wärmeflusses im Whiskerskörper und eine schnellere Aufbereitung des Brenn-bzw.
Kraftstoffes eintritt.
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Der Whiskerskörper kann aus einem Raumgitüer von an ihren Berührungsstellen
metallisch verbundenen in willkürlichen Richtungen geordneten Whiskers bestehen,
die eine filzartige Struktur bilden. Es kann zweck.
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mäBig sein, um den Strömungswiderstand zu verringernE daß der Whiskerskörper
aus parallel gerichteten axial zum Heizelement angeordneten Whiskers gebildet ist.
Diese Whiskers liegen untereinander mit ihren Versetzungsstellen an, so daß günstige
Strömungswege mit großen Wärmetauschoberflächen entstehen.
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Um Korrosionen und elektrolytische Vorgänge zu vermeiden, die -von
aggressiven Bestandteilen der Brenn- bzw. Kraftstoffe hervorgerufen werden, wird
vorgeschlagen, die Oberflächen des Whiskerskörpers, die Innenseiten des Gehäuses
des Heizelementes und der Heizleitungen mit einem gegenüber diesen aggressiven Bestandteilen
inerten Material zu überziehen. Dieser Überzug kann eine Oxydschicht sein. Die Oberflächen
des Whiskerskörpers und der Innenseiten des Gehäuses des Heizelementes sollten aus
gleichem Metall bestehen, um elektrolytische Vorgänge auszuschließen, wobei die
Heizleitung zweckmäßiqerweise von einer Oxydschicht überzogen ist.
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Es ist zweckmäßig,'daß das die Verbrennungsluft führende Mischrohr
und die Austrittsdüse gemeinsam in eine Mischkammer münden, an deren Eingangsöffnung
Umlenkbleche zur Erzeugung von Wirbeln und an deren Ende eine Lochplatte vorgesehen
sind, um eine vollständige Vermischung von Luft und Kraft- bzw. Brennstoffnebel
zu erreichen. Die Lochplatte dient zugleich dazu, -ein Rückschlagen der Verbrennung
in die Mischkammer zu vermeiden. Mündet die Mischkammer unmittelbar in den Ansaugstutzen
eines Verbrennungsmotores, so kann auf die Lochplatte Verzichtet werden. Wird die
Vorrichtung für Heizzwecke verwendet, z. B. für einen ölbrenner, so wird das Mischrohr
mit seiner Eintrittsöffnung an ein übliches Gebläse angeschlossen, das die gesamte
Verbrennungsluft fördert. Bei Verwendung für Aufbereitung von
Kraftstoffen
für Motoren wird die Verbrennungsluft durch den Saugtakt durch die dann freie Eintrittsöffnung
des Mischrohres angesaugt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wirkt in diesem Fall
anstelle des üblichen Vergasers.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, daß damit alle Arten
von flüssigen-Heiz- bzw.
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Brennstoffen aufbereitet und der Verbrennungsluft in erwünschtem stöchiometrischem
Verhältnis beigemischt werden können. Insbesondere für den Motorenbetrieb ergibt
sich für einen normalen Verbrennungsmotor damit die Möglichkeit eines Vielstoff-
oder Hybridbetriebes. Bei diesem Kraftstoff kann das Gemisch auf eine Temperatur
aufgeheizt werden, die bei normalem Verdichtungsdruck die Zündtemperatur des Dieselkraftstoffes
erreichen läßt. Die erzielte gleichmäßige und feine Verteilung ergibt bei allen
verwendeten Kraft- bzw. Brennstoffen eine große Zündwilligkeit und eine gleichmäßige
und infolge der einstellbaren stöchiometrischen Verhältnisse eine vollständige Verbrennung.
Bei ölbrenner ist ohne Schwierigkeit sowohl beim Anfahren wie auch im Dauerbetrieb
eine reine blaue Flamme erzielbar.
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Ein weiterer Vorteil ist es, daß bei Motoren infolge der Aufheizung
des gesamten Gemisches, dessen Temperatur einstellbar ist, ein Wandniederschlag
insbesondere bei Kaltstart sicher vermieden wird. Dadurch wird vom Startbeginn an
der Zustand eines
warmen Motores erreicht. Ferner stelt sich dadurch,
vor allem auch bei Anfahrvorgängen, eine hohe Abgasreinheit ein Es wird vor allem
bei Motoren schon in den ersten Takten eine vollständige Verbrennung und damit eine
ausreichende Verbrennungstemperatur erzeugt, die Abgaskatalysatoren und Nachverbrennungsanlagen
sofort wirksam werden lassen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden beschrieben
und ist in der Zeichnung dargestellt.
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Diese zeigt einen teilweisen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße
Vorrichtung in schematischer Darstellung.
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Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel weist ein Mischrohr
1 auf, in dem der Heizkörper 2 konzentrisch angeordnet ist. Dieser besteht aus einem
rohrförmigen Mantel 3, der auf der rechten Seite mit einem Abschluß stück 4 verschlossen
und auf der linken Seite zu einer Austrittsdüse 5 kegelförmig verjüngt ist, sowie.
einem -den Mantel 3 völlig ausfüllenden Whiskerskörper 6 und einer in diesem Whiskerskörper
verlegten elektrischen Heizleitung 7 aus Widerstandsdraht. Die Heizleitung 7 durchsetzt
den Whiskerskörper in mehrfachen haarnadelförmigen Windungen, wobei er in festem
Kontakt mit den angrenzenden Whiskers stehen
muß. An die Heizleitung
sind im Abschlußstück 4 Zuleitungen 8 angeschlossen. Der Whiskerskörper 6 kann aus
einzelnen zylinderförmigen Abschnitten aus unter sich an den Überkreuzungsstellen
metallisch verbundenen Whiskers in regelos verfilzter Lage bestehen, die untereinander
fluchtende genau passende Durchbrücke zum Durchschieben der haarnadelförmigen Heizdrähte
der *) Heizleitung 7 aufweisen. An dem offenen rechten Ende der Schenkel dieser
Haarnadeln werden die Heizdrähte in Reihenschaltung untereinander mit Verbindungsbögen
verschweißt. Der Whiskerskörper 6 kann einstückig und aus ebenso regelos verfilzten
und unter sich verbundenen Whiskers bestehen, ferner kann er aus axial gerichteten
Whiskers gebildet sein. Die Whiskers bestehen aus ferromagnetischem im Magnetfeld
in der Gasphase abgeschiedenem Metall, das in der Gasphase mit einer gegenüber dem
durchzusetzenden Brennstoff und dessen aggressiven Bestandteilen, z. B. Schwefel
inertem und korrosionsfestem Material, z. B. Nickel oder einer Oxydschicht überzogen
ist.
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Im Innern des Mantels 3 ist des weiteren ein Wärmefühler 9 vorgesehen,
dessen Zuleitungsdrähte 10 ebenfalls über das Abschluß stück 4 herausgeführt sind.
Das Brennstoffzuleitungsrohr 11 führt von einem Vorratstank 12 über eine Förderpumpe
13 und mündet in dem Abschlußstück 4.
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*) mit einer Oxydschicht überzogenen
ist -'An das
Mischrohr jan seinem rechten Ende ein Ge-' bläse 14 angeschlossen, über das die
gesamte Verbrennungsluft zugeführt wird. An seinem linken Ende schließt sich an
das Mischrohr 1 eine Mischkammer 15 an, die an ihrem linken Ende von einer Lochplatte
16 verschlossen ist, vor dessen Aussenseite die Flamme 17 brennt. Am Eingang der
Mischkammer 15 sind Wirbel erzeugende Umlenkbleche 18 in dem eintretenden Luftstrom
vorgesehen. Durch die erzeugte Verwirbelung der in die Mischkammer eintretenden
Verbrennungsluft und die Lochplatte 16 wird eine vollständige Vermischung der Luft
mit dem aus der Austrittsdüse 5 abströmenden Brennsto£fnebel erzeugt. Dieses Gemisch
kann bei 19 leicht gezündet werden und verbrennt vollständig in blauer Flamme.
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In Strömungsrichtung nach der Austrittsdüse 5 ist ein magnetgesteuertes
Auslaßventil 20 vorgesehen, das bei Unterbrechung der Verbrennung verschlossen wird,.um
dann den Austritt von Brennstoff in Dampfform oder flüssigem Zustand aus dem Heizkörper
zu verhindern. Zur Vermeidung eines zu chemischen Umsetzunqen im Brennstoff führenden
Staus des Brennstoffstromes im Whiskerskörper 6 ist an der Austrittsdüse 5 vor dem
Auslaßventil 20 ein Bypass 21 åbgezweigt, in dem ein Absperrventil 22 vorgesehen
ist und der in den Vorratstank 12 zurückführt. Die beiden Ventile 20 und 22 werden
automatisch alternativ geschaltet, d. h., daß, wenn das eine geöffnet ist das andere
gleichzeitig verschlossen
sein muß. Beim Verschließen des Auslaßventiles
20 bei Unterbrechung der Verbrennung wird daher der Brennstoffstrom, der aus dem
Whiskerskörper 6 austritt, sei er flüssig oder dampfförmig, nicht unterbrochen,
sondern in den Vorratstank 12 zurückgeführt. Durch den dann weiterlaufenden Brennstofffluß
wird der nunmehr nicht mehr beheizte Whìskerskörper 6 rasch gekühlt und jedes zu
chemischen Umsetzungen führende Verweilen des xraftstoffes im Kontakt mit heissen
Whiskers wird sicher vermieden.
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Beim öffnen des Auslaßventiles 20 wird automatisch der Bypass durch
das Absperrventil 22 abgeschaltet, so daß der Kraftstoffnebel nur in den Strom der
Verbrennungsluft ausgeblasen wird. Diese Funktion des Umlenkens des Brennstoffstromes
in den Vorratstank bzw. die Abschaltung des Bypasses beim Anfahren werden in einer
.elektronischen Schaltung in Abhängigkeit von den Funktionen des Anfahrens Aufrechterhaltens
oder Abschaltens der Verbrennung des Ausfallens der Verbrennung gesteuert.
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Die Verbrennung kann durch Dosierung der Verbrennungsluft entweder
durch Drehzahlregelung des Gebläses 15 oder Drosselung der Luftzuführung zu diesem
Gebläse und durch Dosierung des Brennstoffes durch Drehzahländerung der Förderpumpe
13 geregelt werden.
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Während bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung für einen
Brenner eine solche Steuerung auf An- und Abschaltvorgänge beschränkt sein und die
Mengenregelung durch einmaliges Einstellen auf die zu verwendende Brennstoffart-
und qualität
vorgenommen werden kann, spielt diese Steuerung beim
Vergaserbetriebg d. h bei einer Verwendung für Verbrennungsmotoren0 eine wichtige
Rolle. Die Steuerung muß dann in Abhängigkeit von der Gaseinstellung und von den
Parametern des Motorzustandes erfolgen Die willkürliche Steuerung erfolgt durch
Verstellen der Liefermenge der Förderpumpe und eines Verstellgliedes im dann auf
der Einlaßseite offenen Mischrohrs das nunmehr Ansaug rohr ist. Dieses Verstellglied
kann eine übliche Drosselkiappe sein.
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Die Regelung des Betriebes der erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere
bei Verwendung als Vergaser für Fahrzeugmotoren kann mit einer elektronischen Schaltung
erfolgen, in der die einzelnen Betriebsparameter des Motors eingerechnet werden.
Dabei gibt derinWärmefühler 9 die Temperatur des Whiskerskörpers an, /deren Abhängigkeit
die Stromzufuhr zu der Heizleitung 7 zu regeln ist sowie die Steuerung des Auslaßventiles
20, das nicht geöffnet werden darf, ehe die Verfahrenstemperatur erreicht ist, um
ein Austreten von flüssigem oder nicht genügend aufbereitetem Kraftstoff zu verhindern.
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Bezugszeichenverzeichnis 1 Mischrohr 2 Heizelement 3 Mantel 4 Abschluß
stück 5 Austrittsdüse 6 Whiskerskörper 7 Heizleitung 8 Zuleitungen zu 7 9 Wärmefühler
10 Einleitungen zu 9 11 Brennstoffzuleitungsrohr 12 Vorratstank-13 Förderpumpe 14
Gebläse 15 Mischkammer 16 Lochplatte 17 Flamme 18 Umlenkbleche 19 Zündung 20 Auslaßventil
21 Bypass 22 Absperrventil
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