DE3202119A1

DE3202119A1 - Kreislaufbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3202119A1
Application number: DE3202119A
Authority: DE
Inventors: Marshall William Cronyn
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-01-23
Filing date: 1982-01-23
Publication date: 1983-07-28

Description

Kreislaufbrennkraf tmaschine

Die Erfindung betrifft eine Kreislaufbrennkraftmaschine, wie sie etwa auch für den Betrieb eines Kraftfahrzeuges einsetzbar ist.

Die Eignung einer Kreislaufbrennkraftmaschine für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug wurde bereits von der Firma Exxon Research And Engineering Company, Linden, New Jersey, V. St. A., entsprechend dem Umweltschutzvertrag Nr. 68-02-2135 untersucht. Eine Kopie dieser Exxon-Studie ist verfügbar von dem National Technical Information Service, US Department Of Commerce, Springfield, VA, 22l6l, als technische Schrift TEC-75/003 erhältlich. Dieses System, das von der Firma Exxon vorgeschlagen worden ist, umfaßt einen Verbrennungsmotor und einen katalytischen Reaktor, dem Wärme von den Auspuffgasen des Motors zugeführt wird. Der katalytische Reaktor ist als Schalen- und Rohreinheit ausgeführt, wobei eine Mehrzahl rohrförmiger Bettoberflachen mit einem geeigneten Katalysator, wie Platin, überzogen ist. Wenn dem Katalysator Wärme zugeführt v/ird, katalysiert dieser die Dehydrierung von einem gesättigten Kohlenwasserstoff-Träger, wie z. B. Methylcyclohexan in Wasserstoff und eine ungesättigte Form des Trägers, wie z. B. Toluol. Der erzeugte Wasserstoff wird, zum Betrieb des Motors eingesetzt, wobei die ungesättigte Form des Trägers in den Brennstofftank zurückgeführt wird, in welchem er periodisch durch einen gesättigten Träger ersetzt wird.

Ein bedeutendes Problern, das in der Exxon-Studie herausge- ] stellt wird, liegt darin, daß der dort vorgeschlagene kata- ]

3ü lytische Reaktor eine Aufwärmperiode von mehr als 20 Minuten j

j benötigt, bevor die Betriebstemperatur des Katalysators ' erreicht wird. Während der Aufwurmperiode müßte der Motor |

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mit gespeichertem Wasserstoff betrieben werden, so daß schwere Druckspeicherbehälter an dem Fahrzeug erforderlich wärer.. Ein weiteres Problem, das die Exxon-Studie aufzeigt, ist das Erlordernis, daß zusätzlicher Wasserstoff eingesetzt wird, zur Wärmezuführung zu dem katalytischen Reaktor, nachdem dieser aufgewärmt ist, um den endothermen Vorgang für die Dehydrierungsreak.tion bei der Erzeugung des Wasserstoff brennstoffes in dem fahrzeug zu kompensieren. Nach der Abschätzung in der Exxon-Studie macht die Wärmemenge, die dem Reaktor von den Auspuffgasen des Motors zugeführt werden, etwa 2/3 der Gesamtwärme aus, die erforderlich ist, um die katalytische Reaktion bei einem "selbstunterhaltenden" Wasserstofferzeugungsniveau zu betreiben. Die Studie kommt zu dem Ergebnis, daß nahezu die Hälfte des gesamten, in dem System verfügbaren Brennstoffes eingesetzt werden müßte, um die zusätzliche Wärme der katalytischen Einheit zuzuführen, entweder während der Aufwärmperiode, oder während des normalen katalytischen Reaktorbetriebes. Das zusätzliche Brennstoff gewicht und das Gewicht der Wasserstoffspeicher-Behälter,

2ü das sich somit ergibt, würde eine starke Einschränkung des Wirkungsgrades des von der Firma Exxon vorgeschlagenen Systems bedeuten.

Ein weiteres Problem, welches im Zusammenhang mit dem Kreislaufbrennkraftrnaschinensystem unter Einsatz der Dehydrierungskatalyse auftritt, ist ein allmählicher Verlust der katalytischen Aktivität des Reaktors, aufgrund des Niederschlages von Durchbruchsfragrnenten auf dem katalytischen Bett. Bei den normalerweise in großem Rahmen durchgeführten katalytischen Dehydrierungsbetrieb wird dieses Problem·gelöst, indem die katalytische Reaktion bei einem hohen Wasserstoffdruck durchgeführt wird, der normalerweise zwischen lü und 20 atm liegt. Ein solcher Druck ist natürlich in industriellem Rahmen geeignet, wo Wasserstoff und Energie in hinreichendem Ausmaß zur Verfügung steht, urn eine Druckpumpe anzutreiben, und wo

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das Gewicht einer solchen Pumpe und der erforderliche Druckbehälter keine kritische Holle spielt. Diese Faktoren machen jedoch ein Hochdrucksys tem für den Einsatz in einem Fahrzeug ungeeignet.
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Es gibt noch einen weiteren Grund, aus welchem der Einsatz eines Hochdrucksystems für ein Fahrzeug unpraktisch ist. Bekanntlich werden die meisten organischen Schmiermittel bei Temperaturen oberhalb von 400⁰C instabil, so daß damit eine obere Temperaturgrenze gesetzt wird, die der Motorblock nicht überschreiten darf, für die hierbei vorgeschlagenen Kohlenstoff-Trägermoleküle liegt die Temperatur, bei welcher die Dehydrierungsreaktion stark gefördert wird, bei einem Druck zwischen 1 und 6 atm, bei 38u C oder niedriger⁴,

Bei einem Druck, der zwischen IO und 2o atm liegt, kann 1 die Temperatur, die erforderlich ist, um den selben Dehydrierungsgrad zu erreichen, bis zu 43u°C betragen. Hieraus wird deutlich, inwieweit ein Hochdruckdehydrierungssystem zu

I nachteiligen Motorschmierungsproblemen führen würde. j

j In Kenntnis dieses Standes der Technik liegt der Erfindung j die Aufgabe zugrunde, das Brennkraftmaschinensystem der eingangs genannten Art unter Behebung der aufgezeigten Nachteile Ϊ so auszubilden, daß es für die Verwendung in einem Kraft- i

fahrzeug ohne weiteres geeignet ist. i

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruches angegebenen Merkmale. Be- \ züglich bevorzugter Ausführungstorrnen der Erfindung wird auf 3ü die Unteransprüche verwiesen.

Die Kreis lauf brennkraf timaschine gemäß der Erfindung umfaßt ein im Kreislauf geführtes Brennstoffsystem, eine Katalysatoreinheit, welche die Dehydrierung eines Kohlenwasserstoff-Trägers bei niedrigem Druck katalysiert, so-wie eine Vor-

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richtung zur periodischen Regenerierung der katalytischen Aktivität des Katalysaturs.

Die erfindungsgemäße Maschine umfaßt neben der katalytischen Einheit eine Brennkraftmaschine mit Brenn- und Auspuffgaskammern, wobei die Wärme von diesen beiden Kammern auf die Katalysatoreinheit übertragen wird.

Es ist eine Anzahl von Heiz- oder Wärmeübertragungsrohren vorgesehen, um die Wärme von den Brenn- und Auspuffgaskammern auf die katalytische Einheit zu übertragen.

Schließlich umfaßt die katalytische Einheit eine Anzahl von katalytischen Betten, von denen mindestens eines unabhängig von den anderen Betten auf die katalytische Temperatur gebracht werden kann.

Das Kreislaufbrennkraftmaschinen-System gemäß der Erfindung umfaßt einen Wasserstoff verbrauchenden Verbrennungsmotor, sowie eine Wasserstoff erzeugende Katalysatoreinheit. Der Motor besitzt Brenn- und Auspuffgaskammern, die durch die Verbrennung bzw. die. Auspuffgase erhitzt werden. Die Katalysatoreinheit ist mit einer Umhüllung oder einem Gehäuse versehen, die bzw. das mindestens ein Paar von katalytischen Betten einschließt, von denen jedes bei Wärmezufuhr die Reaktion einer reduzierten F'orm eines Kuhlenwasserstoff-Trägers in Wasserstoff >und eine dehydrierte Form des Trägers katalysiert. Die Wärme kann unmittelbar von der Auspuffgaskammer auf eines der Betten innerhalb der Katalysatoreinheit übertragen werden, um dieses während der Aufwärmperiode des Katalysators mit Wärme zu versorgen. Die übrigen Katalysatorbetten werden mit Wärme dujcii Heiz- oder Wärmeübertragungsrohre versorgt, die eine Verbindung zu den Brenn- und Auspuffgaskammern mit den Betten herstellen.

Die Dehydrierungsreaktion, die in der Katalysatoreinheit eintritt, wird bei einer Temperatur zwischen 300° und 38O°C,

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sowie bei einem Wasserstoffdrück von etwa 1 atm durchgeführt. Unter diesen Keaktionsbedingungen bildet sich ein Niederschlag kohlenstoffhaltigen Materials, einschließlich Fragmenten des Trägers, auf den katalytischen Betten, wodurch deren katalytische Aktivität vermindert wird. Dar Niederschlag wird oxydiert, um die katalytische Aktivität der Betten zu regenerieren, und zwar durch eine periodische und selektive Evakuierung des die Katalysatoreinheit einschließenden Gehäuses, sowie der Einführung der Luft hierein.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen. Dabei zei^t im einzelnen:

Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Kreislaufbrennkraftmaschine gemäß einer bevorzugten Ausi ührungsforrn der Erfindung, 20

Fig. 2 eine andere perspektivische Ansicht der in Fig. 1 dargestellten Maschine,

Fig. 3 einen vergrößerten Teilschnitt der Katalysatoreinheit und eines Teils des Motors,

entlang der Linie 3-3 der Fig. 1,

Fig. 4 einen verkürzt und in größerem Maßstab dargestellten Schnitt durch die in Fig. 1 dargestellte Katalysetoreinheit, im wesentlichen

entlang der Linie 4-4,

Fig. 5 einen in größerem Maßstab dargestellten Teilschnitt eines Heizrohres und des zugeordneten, in Fig. 3 dartestel1 ten Aufbaues, entlang

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der Linie 5-5 der Fig. 3,

Fig. 6a chemische Darstellungen der Dehydrierungs—

reaktionen für zwei Kohlenwasserstoff-Träger— moleküle von Stoffen, die gemäß der Erfindung

eingesetzt werden können, und

Fig. 7 ein schematisch ddrgestelltes Fließbild des erfindungsgemäßen Systems.

Die Erfindung, die zunächst sehr allgemein,in bezug auf die Fig. 1 und 2, beschrieben werden soll, zeigt als bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ein Kreislaufbrennkraftmaschinensystem IG. Dieses System 10 umfaßt einen verbrennungsmotor 12, der in der Lage ist, als Brennstoff Wasserstoff zu verwenden, sowie eine Katalysatoreinheit 14, die bei Wärmezufuhr die Reaktion eines gesättigten Kohlenwasserstoff-Trägers in Wasserstoff und eine denydrierte Form dieses Trägers zu katalysieren vermag. Wärme wird der Katalysatoreinheit 14 durch einen Wärmeübergang zugeführt, von den Brenn- und Auspuffgasen, die während des Motorbetriebes erzeugt werden, wie nachfolgend noch im einzelnen erläutert werden wird. Die Motorauspuiίgase werden in einem Auspuffkrümmer 16 gesammelt und durch ein Auspuffsys tem abgeführt, das ein Auspuffrohr 18 umfaßt.

Der gesättigte Kohlenwassers totfträger wird als Flüssigkeit in einem Teil eines zweiteiligen Brennstofftankes 2^ gespeichert, und der Katalysator einheit durch ein Trägerversorgungssystem zugeführt, das eine Brennstoffpumpe 21 (Fig. 2) umfaßt. Der Träger wird innerhalb der Einheit 14 katalytisch umgesetzt in einen strom ernitssten Gases, das Wasserstoff enthält, sowie eine reduzierte Form des Trägers. Die Bestandteile des Stromes werden phasengetrennt von einem Wasserstoffversorgungssystem mit einem Wärmetauscher 22, einem Kompressor 24 sowie einem Kondensator 26 (Fig. 2),

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unter Erzeugung des kondensierten Trägers und unter Druck stehenden Wasserstoffs. Der kondensierte, dehydrierte Träger wird in den änderen Teil des Tankes 2^ zurückgeführt.

Das Wasserstoffversorgungssystem umfaßt außerdem ein Paar Gasfiltrierbehälter 28, durch welche der unter Druck
stehende Wasserstoff hindurchgeführt und somit gereinigt
wird. Der gereinigte,unter Druck stehende Wasserstoff
wird einem Brennstoffinjektor 32 zugeführt, in welchem
er mit Luft gemischt und in den Motor injiziert wird. Das gereinigte Wasserstoffgas kann auch unter der Steuerung eines noch zu beschreibenden Ventilsystems ,einem von einem Paar von Wasserstoffspeicherbehältern 30 zugeführt werden.

Betrachtet man nun Einzelheiten der Erfindung unter Bezugnahme im besonderen auf F'ig. 3, so umfaßt der Motor 12 einen Motorblock 4u mit einer Anzahl hierin ausgebildeter Zylinder, wie beispielsweise der Zylinder 42, in welchem sich Kolben, wie z. B. der Kolben 44_; hin- und herbewegen. Der

Motorblock 4o wird herkömmlich während des Motorbetriebes durch ein Kühlmittel,"wie etwa Wasser, gekühlt, das in
einem Kühlgehäuse, welches die Zylinder umgibt, zirkuliert.

Ein Zylinderkopf 46 ist auf der oberen Fläche des Motorblockes 40 in Fig. 3 gehalten und dichtet diesen ab, wobei jedem Zylinder 42 eine' Brennkammer 48 zugeordnet ist, die , wie dargestellt, mit dem oberen Ende des jeweiligen Zylinders in Verbindung steht·. Für die Zuführung von Brennstoff und die Abführung des Auspuffgases in bzw. aus der Kammer 48 ist ein Auslaßventil 5ü sowie ein Einlaß-venfil 52 vorgesehen, die in einer herkömmlichen Weise betätigt werden. Der Kopf 46 trägt außerdem eine Anzahl von Zündkerzen, wie z. B. die Zündkerze 54, und zwar jeweils eine für eine Brennkammer. Die Wärme der Gase von einer jeden Brennkammer des Motors

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wird auf ein Kühlmittel übertragen, dässich innerhalb einer länglichen, abgeschlossenen Aussparung 56 befindet, die j Querschnitt dargestellt ist. Von diesem Kühlmittel wird die Wärme auf die KatalysatoreinheLt 14 in einer noch zu beschreibenden Weise übertragen.

Der Kopf 46 trägt außerdem eine Anzahl von Auspuffgaskammern 6o (Fig. 3), von denen jede mit einer zugeordneten Brennkammer 48 über eine ventilgesteuerte Auslaßöffnung 62

lü in Verbindung steht. Die Auspuffgaskammer wird durch eine Öffnung 64 in den Auspuifkrümmer 16 entlüftet, wie dies in Fig. 1 und teilweise in F'ig. 3 dargestellt ist. Die Wärme der Auspuffgase innerhalb der Auspuffgaskammern des Motors wird in einer noch zu beschreibenden Weise auf die Katalysatoreinheit 14 übertragen. Die obere Wandung 65 der Auspufigaskammer besitzt auf ihrer unteren Fläche ein Katalysatorbett, das durch die Sägezahnlinie 66 in den Fig. 4 und 5 gezeigt ist. Das katalytische Bett katalysiert die oxydation von Wasserstoff unter gesteuerten, nicht ex— plosiven Bedingungen aus einem noch zu beschreibenden Zweck.

Die Katalysatoreinheit 14 umfaßt ein Gehäuse oder eine Umhüllung 68, die im Querschnitt in den Fig. 3 und 4 dargestellt ist. Die Umhüllung besitzt einen abgeschlossenen metallischen Aufbau mit Seitenwänden 73 und 72 (Fig. 3), Endabschlußwänden 74 und 75 (F'ig. 4) und obere und untere Abschlußwände 76 und 77. Die Umhüllung ist von einer Isolierabdeckung 78 eingeschlossen. Eine Wärnieübertragungseinhei t 79 umfaßt eine Anzahl von Kühlrippen, wie die Künlrippen 8u, die sich aus einem noch zu beschreibenden Grund aui der oberen oberfläche der Isolierabdeckung 78 befinden. Eine Anzahl Metallplatten 82 sind im Abstand und parallel zueinander innerhalb des Gehäuses 78 angeordnet. Diese Platten sind an ihren Seitenkanten mit den Wänden 72, 73, 74 und 75 verbunden.

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Wie sich aus den F'ig. <1 und Γ> ergibt, sind die Innenflächen der unteren und oberen Abschiußwände 76 und 77 sowie die oberen und unteren oberflächen der flatten 82 mit einem geeigneten Katalysator überzogen, der hierauf die katalytischen oberflächen oder Betten bildet, wie beispielsweise die Katalysatorbetten 83a, 83b, 83c und 83d, die jeweils durch Sägezahnlinien in den Fig. 4 und gezeigt sind. Es ist hier noch herauszustellen, daß die untere Fläche der Platte 82, die der Wandung 77 benachbart ist,|

lü keinen Überzug des l<ctalysators trägt, wobei der Grund hierfür später noch einleuchtet. Die Katalysatorbetten inn.erhalb der Einheit 14 werden aus katalytischen Partikeln gebildet, die hierauf niedergeschlagen werden, oder durch herkömmliche Techniken mit der zugeordneten Metallplattenoberfläche verbunden werden. Bei diesen Partikeln handelt es sich vorzugsweise um Tonerde, die mit u,l % bis 1 % Platin oder Palladium überzogen ist. Andere geeignete Katalysatorpartikel oder Übazüge können ebenfalls eingesetzt werden. Im besonderen ist zu erwähnen, daß es sich bei den katalytischen Partikeln,

2ü die in der Einheit 14 eingesetzt werden, um katalysatorüberzogene Tonerdepellets handeln kann, die in den Zwischenplattenraum, die Räume zwischen den oberen und unteren Platten 82, sowie die angrenzende Gehäusewände 76 und 77 innerhalb der Einheit 14 eingelullt sein können. Die Katalysatorbetten innerhalb der Einheit 14 dienen, wie nachfolgend noch erläutert wird, bei Wärmezufünrung dazu, die Reaktion einer reduzierten Form eines Kohlenwasserstoff-Trägers in Wasserstoff und eine dehydrierte Form dieses Trägers zu katalysieren. Die Katalysatorpartikel, die die

3ü Katalysatatoetten in der Einheit 14 bilden, eignen sich auch für das Katalysatorbett 66 i η der- Auspuf f gaskammer 6ü.

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Der Wärmeübergang von den Brenn— und Auspufίgaskammern des Motors auf die Katalysatorbetten, die soeben beschrieben worden sind, wird mittels einer Anzahl von Heizrohren, wie die Heizrohre 84, die in den Fig. 3 und 5 dargestellt sind, bewirkt. In big. 3 sind drei Hexsrohre gezeigt, die nur einen Teil einer Mehrzahl seitlich aufeinander ausgerichteter Rohre darstellen, die entlang der Längsachse des Motors, d.h. entlang der Achse senkrecht zur Zeichenebene der Fig. 3 in jeweiligem Längsabstand aneinander angeordnet sind. Entsprechend der Darstellung in Fig. 5 wird jedes Heizrohr 84 aus einem Rohr 85 gebildet, das einen oberen und einen unteren Bereich 86 bzw. 88 sowie einen mittleren Bereich 9u umfaßt, der sich im Bereich der Auspul fgaskarnmer 60 befindet. Der Bereich trägt eine Menrzahl ringförmiger Wärmetauschrippen, wie beispielsweise die Rippen 89. Das Rohr ist an seinem unteren Ende offen, während es an seinem oberen Ende in der DarsteJlung der Figur geschlossen ist. Das Innere des Rohres ist mit einem tlüssigkeitsträger ausgekleidet in der Form eines Drahtgeflechtes oder ähnlichem, das mit der Bezugsziffer 92 versehen ist. Der Träger kann als Wicke wirken, um Flüssigkeit von der Aussparung 56 in den Bereich 9u durch die Kapillarwirkung hineinzuziehen, oder als Träger eines Flüssigkeitsstromes zwischen dem Bereich und der Aussparung.

Innerhalb des Systems Io erstreckt sich, wie aus der Fig. entnommen werden kann, der Teil b6 des Rohres durch die Wandungen 65 und 77, die flatten U2, sowie die obere Wandung 86 und steht in Wärmeaustauschkontakt mit jedem dieser Elemente. Der Bereich 86 ist dort, wo er sich durch die Abdeckung 7b erstreckt, hiervon durch eine Ringmuffe isoliert. Das obere Ende des Bereiches 86 läuft in der Abdeckungseirinei t 79 aus und stent somit in Wärmeaus taiech-

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kontakt mit den Hippen Bo. Der Dereich 8b erstreckt sich durch die beiden Platten, die die Aussparung bb und die Kammer 6ü voneinander trennen und läui t i η der Nähe der oberen oberfläche der Aussparung 56 aus. Das untere Ende des Flüssigkeitsträgers 9? erstreckt sicn in die Aussparung 56 hinein, bis unterhalb des Klüssigkeitsniveaus des in dieser Aussparung befindlichen Künlmitte Is.

Wie sich aus Fig. 3 ergibt, bilden die Heizrohre b4, deren offene untere Enden mit der Aussparung 5b in Verbindung stehen, hiermit ein verschlossenes System, das ein Kühlmittel innerhalb der Aussparung enthält, während sich im oberen Bereich der Aussparung und im inneren Teil eines jeden Heizronres ein unter Druck stehendes, nicht kondensierbares Gas befindet. Ein bevorzugtes Kühlmittel, das sich innerhalb der Aussparung 56 befindet, ist Dixyly£- äthan, das einen Siedepunkt bei Atmosphärendruck von etwa 315°C besitzt. Der Druck innerhalb der Runre «4 ist so hoch, daß das Kühlmittel vorzugsweise bei etwa 35u°C siedet.

Es soll nun der Wärmeübergang durch ein Rohr b4 beschrieben werden. Die von den erhitzten Verbrennungsgasen innerhalb der Brennkammern des Motors auf das Kühlmittel in der Aussparung 56 übertragene Wärme bewirkt, daß dieses verdampft und in den oberen Iiereicn des Heizrohres ansteigt. Hier kondensiert der Dampf, wodurch di« Kondensationswärme auf die Flatten 82 und die Wände 76 und 77 übertragen wird. Das Kondensat innerhalb des Rohres sammelt sich in dem Träger 92 und strömt hierin in Richtung auf den unteren Bereich des Heizrohres und zurück in die· Aussparung 56.

Gleichzeitig mit dem soeben erwähnten f1üssigkeits/Dampfzyklus, der die Wärme zwischen den Bereichen 86 und 88 überträgt, wird Wärme von den Auspuiigasen innerhalb der Kammer 6ü durch die Rippen 8y gesammelt und auf den Bereich 9o übertragen, wobei diese Wärme zur" Verdampfung eines Teils

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des Kondensates innerhalb des Trägers 92 führt, der den inneren Bereich des Bereicnes 9u auskleidet. Das verdarnpi te G^s in dem Bereich 9υ steigt an und kondensiert innerhalb des Bereiches Hfl, w^raui es als Kondensat über ■5 den Träger 92 zurückkehrt. Hierdurch wird ein F'lüssigkeits/ Dampf-Zyklus zwischen den Bereichen 86 und 90 aufgebaut, womit hierzwischen ein Wärmeübagang stattfindet.

Die Ruhrbereiche 88 und 9ü, die die Wärme von den Brenn-

Iu und Auspuffgaskammern des Motors aufnehmen, bilden Wärmeaufnahmebereiche des Rohres, wobei diese Wärme eingesetzt wird, um die hierin befindliche Flüssigkeit zu verdampfen. Der Bereich 86, der in Wärmetauschverbindung mit der Katalysatoren nhei t 14 steht, bildet einen Wärmeabgabebereich des Rohres, wobei Wärme freigegeben wird durch die Kondensation des erhitzten Gases. Das Rohr 84 stellt ein Wärmerohr, d.h. ein Wärmeübertragungsrohr dar, das in der eben beschriebenen Weise ein Fluid in einem abgeschlossenen Kreislauf führt, zwischen den flüssigen und gasförmigen Phasen in den Wärmeaufnahme- bzw. Wärmeabgabebereichen. Die Wandungen 65 und 77, durch welche der Wärmeübergang zwischen der Kammer 6ü und dem Katalysatorbett 83a innerhalb der Einheit 14 auftritt, werden nachfolgend auch als Platteneinrichtung bezeichnet, die sich zwischen der Kammer G^ und dem Katalysatorbett 83a befindet, zur Wärmeübertragung von der ersteren auf das letztere. Die untere überfläche der Wandung 65 wird auch als Wärmeübergangsoberfläche bezeicnnet. Die Wärmerohre 84 und die soeben erwähnte Platteneinrichtung sollen nachfolgend zusammen auch als Wärmeübergangseinrichtung be-

3ü zeichnet werden. D3s Katalysatorbett 83a, -das durch den Wärmeübergang durch die Wände 65 und 7u aufheizbar ist, soll nachfolgend auch als erstes Katalysatorbett bezeichnet werden. Die übrigen Katdlysatorbetten innerhalb der Einheit 14 mi L den Betten 83b, 83c und 83d, die durch den Wärmeüber-

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gang von den Wärmerohr en 84 aufheizbor sind, sol Jen nachfolgend auch aJs zweites Katcilysatorbett bezeichnet werden.

Wie sich aus Fig. 4 ergibt, wird der reduzierte flüssige Träger der Einheit 14 durch das oben erwähnte TrägerversOBjjngssys tern durch eine Leitung 94 zugeführt. Wasser- , stoff wird dieser Einheit über eine Leitung 96 zugeleitet durch das oben erwähnte WasserstoffVersorgungssystem. Die Leitungen 94 und 96 münden in einen unteren Freiraum 93, | der gebildet wird durch die untere Wandung 77 und die benachbarte Platte 82 auf der rechten Seite dieses Raumes in der gezeigten F'igur. Der erhitzte Gasstrom, der innerhalb der Einheit 14 erzeugt wordai ist, wird durch eine Leitung 98 im oberen linken Bereich der Einheit 14 in Fig. 4 abgezogen. Die Strömung durch die Leitungen 94, 96 und 98 ist mittels jeweils eines Ventils 95, 97 bzw. 99 (Fig. 7) steuerbar.

Obwohl dies nicht im einzelnen dargestellt ist, kann der

2u Raum 93 unterteilt sein durch geeignete Abteilungen zwischen

der Wandung 77 und der benachbarten llatte 82, um die Gase innerhalb dieses Raumes auf einen serpen tinenf örrnigen Weg zu führen, während sich die Gase im wesentlichen in einer Richtung von rechts nach links in Fig. 4 bewegen. Ähnliche Unterteilungen können zwischen jewei Ls einem t-aar nebeneinanderliegender .flatten 82 vorgesehen sein, sowie zwischen der obersten E-Iatt'e 82 und der Absch 1 ußwcind 76, um die Gase, die durch die jeweiligen Räume zwischen diesen Platten strömen, entlang serpentinenförmigen Wegen zu führen.

Der weitere Weg des erhitzten Reaktiunsqases, das im unteren Raum 93 durch das Überstreichen des Kätalysatorbettes 83a erzeugt worden ist, wird bestimmt durch ein Dreiwege-Ventil lüO, das du der linken £<r-ite der Einheit 14, entsprechend cfer Darstellung in Fig. '!,angeordnet ist.

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] ti oin^r ersl"'. !'teilung vorbindet das Ventil luu den Fv'auiri V 3 mit der Leitung 'Jb über eine Ven ti löi inung Iu2 und eine Leitung Ιου. Die erste Ventileinstellung wird vollzogen, wenn die Temperatur der Hatte 82 in der Nähe der Wand 77, die durch einen würmeempiind1ichen Schalter (nicht dargestellt) ermittelt wird, sich unter einer vorbestimmten Temperatur, die typischerweise etwa bei 3Su C liegt, befindet. Bei einer zweiten Venti Istellung verbindet das Ventil luo den Kaum 93 mit einem angrenzenden Zwischenplattenraum Iu 1 innerhalb der Einheit 14 durch die Ventilöffnungen Io2 bzw. Iu4. Das Ventil wird in die zweite Stellung geiührt, wenn die soeben erwähnte Platte 82 die genannte vor bes ti »im te Temperatur erreicht. In einer dritten Ventilstellung verbindet das Ventil die Leitung Iu6 und die öffnung Iu2 mit einer Außenöffnung Iu7, die mit der Atmosphäre in Verbindung stent, so daß Luft in die Einheit 14 gesaugt werden kann,aus einem nachfolgend noch zu beschreibenden Grund.

2<J Das dem Kaum 1^1 durch die öffnung Io4 zugelührte Gas folgt dem ser pentineiii örnii gen Weg innerhalb dieses Raumes in einer KLChtung im wesentlichen vun Links nach rechts. Wenn das Gas das rechte binde des K-urnes 1^1 erreicht hat, durchläuft es eine in der ίlatte vorgesehene oiinung Ho, die dem 1- Ϊ aL tenzwiscfienr dum 1^1 in i t dem sich an die t-latte anschließenden [;iui schnnrau'ii verbindet. Das Gas setzt seine Bewegung durcn die Sinne it 1^{\ in dieser Weise fort, wie es durch die i'-feile in Fig. Λ angedeutet ist, bis das Gas die kückl ünrungs lei tung 98 .a»·. Jinken oberen Ende des Katalysatorraumes innerhalb der Einheit erreicnt.

Unter weiterer Bezugnahme auf lig. 4 ist eine Pumpe 112 in strichpunktierten Linien auf der linken Seite der Einheit in der Fig. gezeigt, die mit dom Inneren des Gehäuses 68 3b

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durch eine, in gestrichelten Linien dargestellte Öffnung 114 in Verbindung steht. Lu e Pumpe 112 evakuiert bei Betätigung die Einheit 14, wobei das evakuierte Gas einem der Behälter 28 durch eine Leitung HG zugeführt wird, wie sich aus den Fig. 1 und 7 entnehmen läßt. Andererseits kann | die Pumpe H2 in einen solchen Betriebszustand versetzt werden, daß die cifnung 114 mit der Atmosphäre kommuniziert. Diese letztere Stellung wird gleichzeitig mit einer Schaltposition des Ventils 1u<j in den beechriebenen dritten Zustand eingestellt, wobei die öifnung 1^2 und die Leitung 98 über eine Öffnung lo7 mit der Atmosphäre in Verbindung stehen. Es leuchtet ein, daß bei dieser Einstellung der Pumpe sowie des Ventils IUU die Pumpe s^.· arbeitet, daß Luft über die Öffnung Iü7 durch die oberen und unteren bereiehe der Einheit 14 geführt wird und Luft in die Atmosphäre evakuiert wird. Wenn die Pumpe 112 so betrieben wird, daß sie evakuierte Gase der Leitung 116 zuführt, bezeichnet man sie nachfolgend auch als fivakuiereinrichtung zur Evakuierung von Gasen aus dem die Katalysatoreinheit einschließenden

2ü Gehäuse. Die Iurnpe und das Ventil luu werden in dem Betriebszustand, wenn Luft durch die Kdinnie: gepumpt wird, wie dies gerade erläutert worden ist, auch riachio J gend als Sauers toi ί sversorgunqsei nrich tuiiq be .',ei dme t, mit welcher selektiv Sauerstoff, diesem Gehäuse zuqeiL'nrt werden kann.

Die soeben erwähnten Hvakuierungs- und Bauers toifversorqungseinr i ch tuiiqen werden auch n«chioiqend kollektiv als Regeneriereinrichtung bezeichnet, zur selektiven und periodischen uxyda'tiuri von kohieris toi t ha 1 tigern Material auf den Katalysatorbetten und somit zur Regenerierung von dessen

3u Aktivität.

Ein geeigneter hydrierter Träger ίUr den erfindungsgemäßen i Einsatz ist eine Koh UMTWctssers toi ι-Verbindung mit einem ;

f oder zwei Hingen, wie beispielsweise ein Cis-^ethyldecalin j 118, gemäß der Dui;;tf^Jl lunr] in lig. bu, oder Me thylcyclohexan 119, dargestellt in Fig. Gb. Wie diene I· j guten zeigen,

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werden d i ^ Traget 118 und II-¹ katalytisch umgesetzt in de. Anwesenheit Pines Katalysators, wie etwa Matin oder f al lurii uiiij und Hit-ze in Wassei stoff und den entsprechenden ungesättigten Träger nio i '>k^;i Iftn Cis-Me thylnaphthalen bzw. ToJuui. Bf? i Temperaturen oberhalb von 3ou°C und bei Atmosphärendruck wird die dehydrierung der hydrierten Träger gefördert und bei Tempetatuten von etwa 35·ο C stark gefördert.

lü Es soll nun unter Bezugnahme auf Fig. 7 die Trägerspeicherung

des Systems Io nähet erläutert werden. Der Brennstofftank besteht aus einem abgedichteten Gehäuse mit einer■flexiblen Unterteilung 126, durch welche das Innere des Gehäuses in zv^ei Unterabteilungen 128 und 13^ rn.it variblem Volumen aufgeteilt wird. Diese Unt^rabtei1ungon enthalten den reduzierten bzw. den dehydtier ten Traget. Wenn reduzierter Träger dem Tank 2w zugeführt wird, verschiebt sich die Unterteilung 126 so, daß das Volumen der Kammer 128 im wesentlichen dns gesamte Volumen des Tankes ausmacht.

Während des l-'ahrzeugbeti iobes , bei welchem der Träger innerhalb der Kammer 128 verbraucht wird und verbrauchter Träger in die Kammer I3o zurückgeführt wird, bewegt sich die Untei tei lung erneut in die entgegengesetzte kicntung, um das Volumer; innerhalb der Kammer l3o zu erhöhen und das VoIuii.en innerhalb der Kärntner 128 intöprechend zu vermindern.

Das Zysten, wj cd "aul getank t" , i nderri verbrauchter Träger aus der K^mnier -l3u her uufqeiionirri^;; und die Kammer 128 mit reduziertem Ttager uuigelullt witd.

Dii^ '.jtrörri'jng des Trägers von der Kjinmor 128 zur Einheit und zurück zur Kammer l.'-.j ist schema tisch in Fig. 7 darge — stellt. In, besonderen »rgibt sich hieraus, daß der der Einheit 1-1 mittels der lumpe 21 zugoführte Brennstoff erhitzt wir."», bei der f dssagf¹ durch d-;n Kondensator 26, den Kompressor 24 und r'en Wurme tauscher 2?. Der erhitzte Gasstro.il, der innerhalb der Einheit 14 et zeugt worden ist,

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fließt von der Leitung ^8 durch den Wärmetauscher 22 in den Kompressoi 24, in we 1cnfm der Gasstrom komprimiert wird, auf einen Di uck von zwischen 1..· und 2o atm. Das komprimierte G_as wird dann in den Kondensator 2G einge— leitet, wo der Kuhlenwasserstoii-Träger kondensiert und von dem unter Druck stehenden gasförmigen -Wasserstofi getrennt wird. Die Pumpe 21, der Kompressor 24 sowie der Wärmetauscner 22 besitzen alle einen herkömmlichen Aufbau, wie auch der Kondensator 26, bei welchem es sich lü um einen herkömmlichen F'lüssigkei t/Gasphasen-Separator handelt.

Das unter Druck stehende Wassers tof-i gas wird von dem Kondensator 26 unter Steuerung eines Zwei wege-Veη ti Is 131 einem der beiden Gasfiltrierbehälter 28 zugeführt.

Diese Behälter enthalten kohlenwasserstoffadsorbierendes Material, wie beispielsweise ZeolLt, zur Adsorption von Kohlenwasserstoffverunreinigungen in dem Wasserstoffgas, das durch die B^enälter strömt. Kohlenwasserstoffverunreinigungen, die an dem Zeolit adsorbiert sind, können periodisch und selektiv desorbiert oder freigesetzt werden, indem man den- Zeolit' in einer noch zu beschreibenden Weise erhitzt. Das dosorbierte KühJenwasseLStoiimaterial, das in erster Linie die dehydrierte Form des Hrennstoffträgers umfaßt, wird im Kreis] etui gefünrt durch do π Kondensator über eine Leitung l3'-> und von dem Kondensator zurückgeführt in den Behälter I3o. Die Behälter 28 werden nachfolgend auch als Adsorptionseinrichtung zur Adsorption von Kohlenwasserstoffen, die in dem von dem Kondensator gesaminel ten Gas enthalten sind, bezeichnet..

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Ddf, qftjiltei t *■» und unter in uck stehende Wässer s tof ί qas , das aus dem b^hiiiter 2ö austritt, kann selektiv und unter der Steuerung eines Paares von Dreiwegeventilen 132 einem Wasser s toi f spe Ί eher tank 1\. zuqiiiührt weiden. Der Wasser— - stoff wird in den Tanks 3v. ciui i»:e ta 1 lhydridbetten gespeichert, die den Wasserstoi 1 binden, wenn dieser den Tanks unter Druck zugeführt wird. Der Wasserstoff wird von den Hydridbetten freigegeben, wenn der Druck innerhalb der Tanks vermindert wird und die Betten aufgeheizt werden in einer

I^ noch zu beschreibenden Weise. Die Tanks 3u werden nachfolgend auch als tempera tursens i ti ve Speicher einrichtungen bezeichnet. Der Kompressor 24, der Kondensator 26, sowie die Tanks 28 und 3o werden riuchi ο J genci kollektiv _<uch als Wassers toff Versorgungseinrichtung bezeichnet. Cie Ventile 132 steuern auch die Zuführung von Wasserstofi zu einer Leitung 133, die Wasserstoff dem Injektor 32 zuführt. Wasserstoff innerhalb der Leitung 13". kann auch der Kata1ysdtoreinheit 14 unter Steuerung des Ventils 97 über die Leitung <?6 zugeführt werden.

2u Die in dem System To vorhandener. Wärmeübergangswege einschließlich des TeiLs des nun noch υ'λ beschreibenden Auspuffgassys terns sind in big. 7 als Loppel 1 in ion dargestellt. Wie oben angegeben, unter Bezugnahme auf 1-ig. 3, werden die Auspuffgase von de;. Auspuffkammern des hütors von dem Auspuffkrümmer 16 aufgenommen. Wie aus der big. 7 entnehmbar ist, stehen diese Gase über die Leitungen 13>< und 14o mit dem Auspuffrohr iy in Verbindung. Las Has, das durch die eben erwähnten Leitungen strömt, wird gesteuert durch ein Dreiwegeventil 142, das'selektiv einstellbar ist, um die Gase

3u a.us der Leitung 138 einen·, der Tanks 3vj zuzuführen. Der Sltrömungsweg des Auspuffgases durch jeden Tank 3 verläuft über ein spiralförmiges Wärmer ohr 14-1, dös die Wärme von den Auspuiigüsen innerhalb des Kohres auf die liydr idbetten innerhalb der zugeordneter! Tanks übertrügt. Bine Erhitzung der

^Badorigi_Nal

Hydridbetten bewirkt, dul; «-'er hierauf gespeicherte Wasserstoff freigegeben wir-"I, wo in i L das Gos einem der wasserstoff benötigenden Teile des Systems zugeführt werden kann.
Das Ventil 142 und die Vvä tine rohre innerhalb der Tanks 3u,

die von diesem Ventil beschickt werden, sollen nachfolgend }'

auch als Freigabeeinrichtung bezeichnet werden. I

In einer ähnlichen Weise kann der Auspuj iqasstrom zwischen ί

der Leitung 14u und dem Auspuffrohr 18 durch ein Dreiwege- |

lü ventil 146 gesteuert werden, über welches das Gas von der
Leitung 14u in einen der beiden Fi1triertsnks 28 überleitbar ist. Der Stromungsweg des Auspuffgases durch jeden Tank
28 verläuft in Form eines spiral igen Wärmerohres 148, in

welchem die Wärme von den Auspuffgasen innerhlabdes Rohres ji

auf das Zeolitiiltrierungsmaterial übertragen wird, um I

die Freigabe der Kohlenwa^serstuiiverunreinigungen, die J

dort adsorbiert sind, zu bewirken. Das Ventil 144 und die ·!

Wärmerohre innerhalb der Tanks 28, die durch dieses Ventil I

beschickt werden, sollen nachfolgend euch als Desorptions- I

2 O' einrichtung bezeichnet weiden, zur i-"i eigabe des desorbierten ]

Materials von dem l·ilter. |

Das Sys ten: I^ umfaßt außer dem =uch eine elektronische 1

Steuereinheit zur Steuerung bestimmter i'.^s t and teil e des |

Systems in der nachfolgend beschriebenen Weise. Der Aufbau I

und die Ausbildung der Steuereinheit ist herkömmlich und demf

Sachverständigen auf diesem Gebiet geläufig. f

Es soll nun der Betrieb der oben beschriebenen Maschine ί

in Betracht gezogen werden. Der Motor 12, der sich zunächst l

in einem kalten Zustand befindet, wird eingangs mit Wasser- ?

stoff betrieben, der von einem der Tanks 3^- durch den In- |

jektor 32 zugeführt wird, welcher Hen Wasserstoff mit der ·

Luft mischt und die !Mischung in den Motor injiziert. Ein 1

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_y\ ·;.::: . _:"_: /3202TTS

Merkmal eines wasser s tüi ι Le triebenen Motors liegt darin, daß dieser sowohl während der f>iotor aui wärmung als auch dann, wenn der Motor die endgültige Betriebstemperatur erreicnt hat, mit einer mageren Mischung von Wasserstoff und Luit betreibbar ist. H^i dem hier beschriebenen System enthält: das ürenns toi ί /Lui t-Gemisch , das in die haschine injiziert wird, während d.es Aui wärmvorgariges überschüssige Luit aus einem nachioIgend noch zu besenreibenden Grund.

It-- Gemäß einem wesentlichen Merkmal der Erfindung kann ein Teil der katalytischer) Kapazität der Einneit 14 während der frühen Hotoraufwärmung ins Spiel gebracht werden. Dies wird erreicht, indem man eine erste katalytische oberfläche, nämlich das Katalysatorbett 83a auf die Katalysator temperatur bringt, unabhängig von der und früher als die Erhitzung der zweiten katalytischer» überfläche aui die katalytische Temperatur, e Lnschl iebl j ch der übrigen katalytischer. Betten innerhalb der Einheit 14. Das Bett 83a wird während des anfänglichen Aufwärmens des Hotorrj durch den Vvür m*> über gang von der Kammer über die Wände 65 und 77 erhitzt. Diese Wärme wird durch die Verbrennungsqase zugeführt, die innernalb der Kammer 6u während des i-.o torbetr iebes erzeugt werden, wie auch durch die kd La 1 y 11 sch^fi i.xylution des Wasser s Li_>i 1 o.s auf der katalytischer] oberfläche 66 öui der unteren tläcn·-? c'.er Platte (hig. Ij). Der i :i fler soeben erwähnten Reaktion verwendete Wasserstoif wird der Kamnu^r G«.. von dem Speichertank 3ü durch eir.o venti Igesteuer t-e Leitung Iu^ zugeführt, wie dies in lig. 7 dargestellt ist, unt-r Steuerung der Steuereinheit. Der bei dieser reaktion eingesetzte Sauerstoff ist in den

3u Auspuiigasen enthalten, infolge der verwendeten mageren Brenns toi J n· ischung. Die würmerni^nge, die man durch die oxydierende Verbrennung einer Wasserstoiimenge erhält, beträgt ungeiähr das 3-1 ache der Wcirmernsrnie, die man der katalytischen Ei/ihf»it zuführen muij, urn hierin die gleiche Menge

-35 Wasserstoli :'.u ^r zeugen. Somit J üfu t der Wosserstoff, der

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der Auspuff gaskarnmer zugeführt wird wöhrend des anfänglichen Aufwärmens durch die WarmeüberLraaunq uuf die Einheit 14, zu einer wesentlich größer an 'Wassers tof f menge

für die Verwendung während des -Aufwärmens. 5

Wenn die Temperatur des Bettes b3a in der Einheit 14 die kcitaiy ti sehe Temperatur erreicht hat, wie ^ twa durch einen geeigneten Temperatursensor auf diesem bett bestimmt worden ist, wird durch die Steuereinheit die Versorgung der Kammer

Iu 60 mit Wasserstoff beendet, und die Zuführung von Wasserstoff zur Einheit 14 eingeleitet, urn den Wassers toi f druck hierin zwischen einer und 6 atm, und vorzugsweise bei etwa 1 atm zu halten. Gleichzeitig veranlaßt die Steuereinheit die Zuführung des hydrierten Trägerbrennstoffes durch die Leitung 94 zur Katalysatoreinheit 14. Der der Einheit 14 zugeführte Träger wird katalytisch umgesetzt während seines Durchganges über die erhitzte Platte 83a in einen erhitzten Gasstrom, der katalytisch erzeugten Wasserstoff und die dehydrierte f-orm des Trägers enthält. Die so erzeugten er-

2ü hjtzten keaktionsgase werden durch ei i e Öffnung Io2 abgelassen und durch das VentiJ Iu^ an die Leitung 98 angesculujsen. Der von dem erhitzten Gasstrom, der aus Jet-Leitung 98 austritt, gesammelte Wasserstoff wird dann phasengetrennt, gefiltert und dem huL^r 12 oder den Wassers tof f speicher tanks 3u in der- beschriebenen Weise zugeführt.

Der fortgesetzte Wärmeübergang von den erhitzten Verbrennungsgjsen innerhalb der Brennkammer des Motors auf das Kühlmittel innerhalb der Aussparunq 56 während des Auf-

3ü warmens des Motors heizt dieses Kühlmittel auf seine Siedetemperatur, vorzugsweise bei 35o C, auf. Bei dieser Temperatur erzeugt der \- 1 üss iqkei ts/Dampf -Zyk lus , der innerhalb der Wärmerohre auftritt, einen Wärmeübergang von der flüssig-] keit innerhalb der Aussparung 56 auf die Platten 82 und die

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, Wände 76 und 77 in der bescnriebenen Weise. Ein Teil der

j durch diesen Zyklus erzeuqten, kondensierten Flüssigkeit,

die in jedem kohr durch den Träger 92 innerhalb des Be-

! reiches 9<j zurückgeführt worden ist, wird verdampft durch j 5 den Wärmeübergang von den erhitzten Auspuffgasen innerhalb

j der Auspuffgaskammern, wobei Wärme hiervon übertragen wird

; auf die oben erwähnten Plätten und Wandungen.

Wenn die Platte 02 in der Nähe der Wandung 77 eine vorbestimmte katalytische Temperatur, z. ß. 35ν^ C erreicht hat, schältet die Steuereinheit das Ventil lüu in eine Stellung um, in welcher die Öffnungen 1^2 und 1C4 miteinander verbunden sind, wodurch Wassers totf und reduzierter Trägerbrennstoff, die der Katalysatoreinheit zugeführt werden, über alle Katalysatorbetten geleitet werden,die in der Einheit enthalten sind. Gleichzeitig erhöht die Steuereinheit die Zuiührung von Trägerbrennstoff und Wasserstoff zur Katalysatoreinheit zur Anpassung an die erhöhte katalytische Kapazität der Einheit, wobei alle katalytischen oberflächen 2u eingesetzt weiden, während der erhitzte Gasstrom innerhalb der Katal ysa tot.ei nhe j t unter einem Wassers tof j druck von etwa 1 atm gehalten wird.

Der lortgesetzte Wärmeübergang auf die Einheit 14 treibt die hierin stattfindende endotherme Dehydrierungsreaktion, wobei die Menge an erzeugtem Wasserstoff in Beziehung steht zur der Menge de»r Motorwarme, die auf die Einheit übertragen wird. Unter einem normalen Belas tungszus tc-nd des Motors ist die Mf? η ge an Wassers toifeizeugung etwas größer als die 2w Menge des Wasserstoitverbi auchs durch den Motor. In einer ärmlichen WeJse wird unter starken oder geringen Lastzustünden mehr oder weniger Wärme vun dem hotor auf die Einheit übertragen und dementsprechend wird mehr' oder weniger Wasserstoii hierdurch erzeugt. JnLftr L astzuständln, bei welchen ein 3b Lberscnuß an Wasserstoft erzeugt wird, iührt die Steuerein-

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1 ¹

heit diesen Überschuß ^γ?γ. l/inssersLotlsppJchfirtdnks zu. Wenn in ahnIieher: Wojse der KiotuZ unt"r starken Lastbedingu-igen arbeitet, wird dt=* ι gos|;Picti';t te Wassers toi f zu-

,i η sätzlich dem i-iutor zugeführt. L her schuss i qe Wärme, die'der Einheit 14 jedoch nicht benütigt wild, wird durch Wärmeverlust, von den Rippen Bi^ abgegeben. Die Feniperatur der katalytischer! Betten der Einheit wird sorrit bei der. gewünschten katalytischen Temperatur geholten.

lü Aus den oben erwähnten Gründen führen die keaktionsbedingungen bei niedrigem Druck, dje beim Betrieb der Einheit 14 vorliegen, zu einem relativ röscher: Verfall der· katalytisch' Aktivität der Einheit. Wenn beispielsweise die Katalysatorbetten der Einheit neu regeneriert sind, liegt der katalytische Wirkungsgrad der Betten normalerweise zwischen 9(j % und 95 %, wobei dieser Wirkungsgrad auf H^ % innerhalb einer halben Stunde bis einer stunde Betriebsdauer abfallen kann. Es ist im allgemeinen erstrebenswert, urn die eriorderliehe Katalysatormenqe nr.igl i chs t gering zu halten, die Katalysator-

2u einheit innerhalb der erwähnten Grenzen zu betceiben, d. h. zwischen 8u % und 9b % Wirkungsgrad.

Die katalytische-Aktivitat der Betten wird durch herkömm- liehe elektronische Einrichtungen überwacht, entsprechend dem Verhältnis von hydriertem zu dehydrier tem Träger in dem erhitzten Gasstrom, der in der Einheit 14 erzeugt wird. Wenn dieses Verhältnis ansteigt, wi rd ein Verfall des katalytischer. Wirkungsgrades der betten innerhalb der Einheit angezeigt, worauf die Steuereinheit die Zuführung von hydriertem Träger zu der Einheit vermindert. Wenn diese Zuführung unter ein vurbes t irnmtes Ni veau ' abf al It, wodurch eine untere Begrenzung des katalytischer! Wirkungsgrades, bei dem man das System betreibt, angezeigt wird, betätigt die Steuereinheit die Reqeneriereinrichtung des Systems in

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einer nun zu boschreibenden Weise.

Zunächst schließt zur Regeneration der Betten innerhalb der Einheit 14 die Steuereinheit die ventile 95, 97 und 99 (Fig. 7),und das Ventil 1Oo wird in die oben erwähnte zweite Stellung gebracht (unter Verbindung der öffnungen Iu2 und 104), wodurch die erhitzten Gase innerhalb der Einheit im wesentlichen in dem Gehäuse 68 (Fig. 3) isoliert sind. Die Pumpe 112 wird betätigt , urn die Gase, die sich

Iu in der Katalysatoreinheit befinden, zu evakuieren und über die Leitunq 116 (I· ig- 7) in einen der Tanks 28 einzupumpen. Wenn die Kohlenwasserstoffgase im wesentlichen aus der Einheit 14 evakuiert sind, wird die Pumpe 112 in einen Zustand geschaltet, der die öffnung 114 mit der Atmosphäre verbindet, während das Ventil loo in eine stellung gebracht wird, in welcher die öffnung Iu2 und die Leitung 98 durch die öffnung Io 7 mit der Atmosphäre verbunden sind. Wie sich unter Bezugnahme auf Fig. 4 ergibt, und wie beschrieben worden ist, wird hierdurch Luft in die unteren und oberen Bereiche der Kammer gezogen und über alle hierin befindlichen katdlyti sehen Betten zirkuliert, bevor sie durch die öffnung 114 evakuiert ^ird. Der su eingeführte Luftsauerstofi reagiert mit den KohJewasserstof1-Fragmenten auf den erhitzten katalytischen oberflächen und oxidiert diese schnell und vollständig. Normalerweise ist eine derartige oxydation innerhalb eines Zeitraumes von etwa 20 Sekunden vollständig vollzogen, womit die Katalysatorbetten der Einheit vollständig regeneriert sind. Die Pumpe 112 wird dann abgeschaltet, und das Ventil Ioυ wird in die oben erwähnte zweite Stellung gebracht, in welcher die Öffnungen lu2 und Iu4 miteinander verbunden sind. Die Steuereinheit öffnet dann das Ventil 97 zur Einführung von Wasserstoff in das Gehäuse 68 mit f> i nem Druck von etwa einer atm. Die Ventile y5 und ¹J^ worden darin ge·" 1 ί riet., und Trägerbrennstoff beginnt in df* L Einneit 14 zu zirku Li ei en , wodurch erneut Wasserstoff

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innerhalb der Einheit erzeugt wird.

Das soeben beschriebene Kegenerierverfahren der Katalysatorbetten innerhalb der Einheit 14 wird in etv.a einer Minute \ollzogen. Wie bereits oben erwähnt wurde, werden die Katalysatorbetten innerhalb der Einheit 14 alJfj 3u bis 6u Minuten regeneriert. Somit macht die zeitliche Unterbrechung für die Regeneration der Katalysatorbetten höchstens etwa 3 % der Betriebdauer aus. Natürlich wird während des Regenerationszeitraumes Wasserstoff aus den Speichertanks | 3ü dem Motor 12 zugeführt.

Aus der vorangehenden Beschreibung wird deutlich, in welcher Weise die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe giöst wird.

Zunächst gestattet der beschriebene Wärmerohraufbau die übertragung der Wärme von einer Motorbrennkamrner bei einer Temperatur und der Wärme von einer Motorauspuffgaskammer bei einer höheren Temperatur auf die katalytischer! Betten, um diese auf die gewünschte katalytische Temperatur zu bringen. Dieser Aufbau erhöht die Wärmemenge, die von dem Notor auf die Katdlysatoreinheit wänrer.J des Betriebes übertragen werden kann. Die Geschwindigkeit der Katalysatoraufheizung und die Menge des durch die Katalyse.toreinhei t erzeugbaren Wasserstoffes werden hierdurch beträchtlich erhöht.

Als zweites umfaßt das beschriebene System eine Katalysatoreinheit mit ersten und zweiten Katalysator betten, die unabhängig und selektiv aulheizbar sind, wodurch ein Teil der katalytischen Kapazität der Katalysatoreinheit bald nach dem Beginn des Moturbetriebes ausgenutzt werden kann, um Wasserstoffbrennstol 1 zürn Motorbetrieb während des Aufheizzeitraumes des Motors und des Katalysators zu erzeugen. Dementsprechend ist die Wasserstofrmenge, die innerhalb der Gesamtanordnung gespeichert werden muß, um den Katalysator aufzuheizen, wesentlich vermindert.

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Drittens gestattet die vorstellend beschriebene Vorrichtung und das Verfahren mit der rascnen und vollständigen Regeneration der Katalysatorbett len innerhalb der Katalysatoreinheit einen Betrieb der letzteren unter Eiedingungen, die einen relativ raschen Abfall <'er katalytischen Aktivität der Betten fördert. Im besonderen kenn die Katalysatoreinheit bei einem niedrigen .Druck betrieben werden, wodurch das Gewicht und die Enerqieeriordernisse für die Katalysatoreinheit wesentlich verringert werden können.

Schließlich kann, im besonderen unter Hinblick auf. Fig. 3, das Ho tot sys tem in bereits bestehende pahrzeugmotore eingesetzt werden. Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist das System hinreichend kompakt, daß es ohne weiteres von den Motorräumen herkömmlicher Standardgröße eingesetzt werden kann.

Es soll an dieser Stelle noch einrral ausdrücklich angeführt werden, daß es sich bei der vorangehenden Besenreibung lediglich urn ein Ausführungsbeispiel handeLt, auf welches die Erfindung in keiner Weise beschränkt ist. Verschiedene Änderungen und Γ-iwdi i iziei ungen sind möglich, ohne dabei den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Leerseite

ORIGINAL INSPECTED

Claims

ⁿ*'·* 'r.' U τ λ r¹ w * V. τ ε'

DR. KARL TH. HEGEL ^S)IPL.-ING. KLAUS DICKEL

-lALBMOND? AEG 4·> 2000 llAMBURCj 52 J JLIUS-KRLIS-SIRASSt 33 8000 MÜNCHEN 60

TELEFON (040)8806463 "" TELEFON (089) 885210

/UUELASSLN BEIM EURüPAISCHI N PA11-.N I AM Γ

HR ZHICHEN.

HXbGRAMM AURtSSI D(JhLLNhR-PAThNT MÜNCHEN HHRNSCHKhIUbR 5216 IM dpa! d

UNSbRZhICHbN'

H 3219

8000 MÜNCHEN, Pt-.N

Marshall William Cronyr.
3232 N.W Luray T^rrao.
^Dor Liane': . -eqoi
V. St. A.

Kreislaufbrennkrai tmaschlne

fa ter, tanspr ücne

[I) Kreislauf brennki ai tinaschlne, gekennzeichnet ] durch ' !

einen Verbrennungsmotor (K') mi. Ί:,ι -? inkammern (48) und

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Auspui f gaskamrne tn (6u), in welchen sich während des Betriebes Verbrenriungs- bzw. Auspuffgase befinden,

eine Katalysatoreinheit (14), mittels welcher bei Wärmezufuhr die Reaktion einer reduzierten Form eines Kohlenwasserstoff-Trägers in Wasserstoff und eine dehydrierte Form des Trägers katalysierbar ist,

eine Wärmeübertragungseinrichtung (79), mittels welcher Wärme von dan Brenn- und Auspuffgaskammern (48, 6<j) auf die Katalysatoreinheit (14) übertragbar ist, wobei die Einrichtung ein Heizrohr (85) umfaßt, das einen Wärmeaufnahmebereich (90), der mit den Brenn- und Auspuffgaskammern (48, 60) zur Wärmeaufnahme in Verbindung steht, sowie einen Wärmeabgabebereich (86), der mit der Katalysatoreinheit (14) zur Übertragung der Wärme hierauf in Verbindung steht, besitzt, sowie

eine Wasserstoffzuführeinrichtung für die Zuführung des 2ü durch die Reaktion erzeugten Wasserstoffes zürn Motor (12) für dessen Betrieb.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoreinheit (14) mehrere Betten umfaßt, die aufeinanderfolgend heizbar sind.
3. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Wärmeübertragungseinrichtung Flatten umfaßt, die zwischen der Auspuffkammer und

3u dem ersten Katalysatorbett angeordnet sind.
4. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Katalysatoreinheit erste und zweite Katalysatorbetten umfaßt, während die Wärmeübertragungseinrichtung außerdem eine Platte ein-

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schließt, die zwischen der Auspuffgaskammer und dem ersten Bett angeordnet ist, zur Übertragung von Wärme von der ersteren auf das letztere, wobei der Wärmeabgabeteil des Heizrohres mit dem zweiten Bett in Verbindung steht, zur Übertragung von Wärme hierauf.
5. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine temperatursensitive Speichereinrichtung zur Druckspeicherung des durch die Reaktion gabildeten Wasserstoffes sowie eine Freigabeeinrichtung, die die Auspuffgaskammer und .die Speichereinrichtung miteinander verbindet, vorgesehen sind, wobei die erhitzten Auspuffgase von der ersteren auf die letztere überführbar sind, zur Aufheizung der Speichereinrichtung und Freigabe des Wasserstoffes hieraus.
6. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, da- | durch gekennzeichnet, daß die Brennstoffzuführeinrichtung einen Kondensator sowie eine Adsorptionseinrichtung umfaßt, die an den Kondensator anschließbar ist zur Übernahme von Gas hieraus und zur Adsorption von Kohlenwasserstoffverunreinigungen hierin, während eine Desorptionseinrichtung die Auspuffgaskammer und die Adsorptionseinrichtung verbindet, zur übertragung von erhitztem Auspuffgas von der ersteren auf die letzteren, wobei die Adsorptionseinrichtung aufheizbar und damit die Verunreinigungen freigebbar sind.
7. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge kennzeichnet durch einen Verbrennungsmotor mit Brenn- und Auspuffgaskammern, in welchen sich während des Betriebes Verbrennungs- bzw. Auspuffgase befinden,

ein Katalysatorbett, mittels welchem bei Wärmezufuhr die Reaktion einer reduzierten Form eines Kohlenwasserstoff-

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^::-.4·": i .>: ν 32021TS

träqers in Wasserstoff und eine dehydrierte Form des Trägers katalysierbar ist, wobei eine solche Reaktion unter Bedingungen durchführbar ist, bei welchen sich ein Niederschlag von kohlenstoffhaltigem Material auf dem Bett ergibt, unter Verminderung von dessen katalytischer Aktivität,

eine Regeneriereinrichtung zur periodischen Oxydation des Niederschlages und somit einer Regeneration der katalytischen Aktivität des Bettes,

eine Wärmeübertragungseinrichtung zur Übertragung von Wärme von den Brenn- und Auspuffgaskammern auf das Bett, wobei die Wärmeübertragungseinrichtung mindestens ein Heizrohr umfaßt mit einem Wärmeaufnahmebereich, der an die Brenn- und Auspuffgaskammern angeschlossen ist, zur Aufnahme der Wärme hieraus, sowie einem Wärmeabgabebereich, der an das Bett angeschlossen ist, zur Übertragung der Wärme hierauf, und

eine Wasserstoffzuführeinrichtung für die Beschickung des Motors mitdem durch diese Reaktion gebildeten Wasserstoff zu dessen Betrieb.
8. Maschine nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Umhüllung des Bettes, wobei die Regeneriereinrichtung eine Evakuieranordnung umtaßt, mittels welcher Gase aus der Umhüllung evakuierbar sind, sowie eine Luftzufuhranordnung zur Zufuhr von Sauerstoff in die Umhüllung unter dem Einfluß des durch die Evakuieranordnung erzeugten Vakuums.
9. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktion durchführbar ist bei einer Temperatur zwischen 300 C und

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38ü C und einem Wasserstoffdruck zwischen etwa einer und sechs atm.
10. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a durch gekennzeichnet, daß das Katalysatorbett aus Tonerde besteht, mit einem überzug von zwischen etwa 0,1' % und 1% Platin oder Palladium.
11. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a durch gekennzeichnet, daß der reduzierte Kohlenwasserstoff-Träger Methyl-Cyclohexan öder Cis-Methyldecalin ist.
12. Maschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, g e kennzeichnet durch

einen Verbrennungsmotor mit Brenn- und Auspuifgöskammern, in welchen sich während des Betriebes Verbrennungs- bzw. Auspuffgase befinden,
20

erste und zweite Katalysatorbetten, mittels welcher je-

weils bei Wärmezufuhr die Reaktion einer reduzierten Form eines Kohlenwasserstoff-Trägers in Wasserstoff und eine dehydrierte Form des Trägers katalysierbar ist, wobei eine solche Reaktion unter Bedingungen durchführbar ist, die einen Niederschlag von kohlenstoffhaltigen Materialien auf den Betten erzeugen, unter Verminderung von deren katalytischer Aktivität,

eine Regenerieranordnung zur selektiven und periodischen Oxydation des Niederschlages unter Regenerierung der kata- j lytischen Aktivitäten der Betten, eine j

Plattenanordnung zwischen der Auspuffgaskammer und dem ersten Bett, zur übertragung von Wärme aus der ersteren auf das letztere,

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ein Heizrohr mit einem Wärmeaufnahmebereich, der mit den Brenn- und Auspuffgaskammern in Verbindung steht,·zur Aufnahme von Wärme hieraus und einem Wärmeabgabebereich, der mit dem zweiten Bett in Verbindung steht, zur Übertragung von Wärme hierauf, und

eine Wasserstoffzuführeinrichtung zur Zuführung des durch die Reaktion erzeugten Wasserstoffes zum Motor, für dessen Betrieb.
13. Maschine nach Anspruch 12, dadurch ge·kenn zeichnet, daß die ersten und zweiten Katalysatorbetten von einer Umhüllung eingeschlossen sind, wobei die Regeneriereinrichtung eine Evakuieranordnung umfaßt, zur Evakuierung von Gasen aus der Umhüllung und eine Zuführanordnung für die Zufuhr von Sauerstoff.

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