DE3502767A1

DE3502767A1 - Method and device for the preparation of fuel

Info

Publication number: DE3502767A1
Application number: DE19853502767
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Wankel GmbH
Current assignee: Wankel GmbH
Priority date: 1985-01-28
Filing date: 1985-01-28
Publication date: 1986-07-31

Abstract

Published without abstract.

Description

Beschreibung der Erfindung Description of the invention

Verfahren und Vorrichtunq zur Aufbereitung von Brenn- bzw. Kraftstoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von flüssigem Brenn- bzw. Kraftstoff für Verbrennungsanlagen oderinotoren durch Erhitzung in einer vor dem Brenn- bzw. Process and device for the preparation of fuel The invention relates to a method for processing liquid fuel or Fuel for combustion systems orinotines by heating in a before Burning resp.

Arbeitsraum liegenden Heizkammer.Working room lying heating chamber.

Derartige Verfahren sollen den Brenn- bzw. Kraftstoff zu einer seine selbständige Zerstäubung oder Verdampfung im Brenn- bzw. Arbeitsraum ausreichenden Temperatur aufheizen.Such methods are intended to deliver the fuel to one of his Independent atomization or evaporation in the combustion or work space is sufficient Heat up temperature.

Sie sind an sich seit langem bekannt, wobei der Brenn- bzw.They have been known per se for a long time.

Kraftstoff von wärmeabgebenden Flächen, den Wänden von Durchflußräumen, z. B. Spalträumen, oder den Oberflächen von in den Durchflußräumen angeordneten Gittern, feinen Drähten oder Sintermaterial beheizt wird.Fuel from heat-emitting surfaces, the walls of flow spaces, z. B. Gaps, or the surfaces of arranged in the flow spaces Grids, fine wires or sintered material is heated.

Bei diesen Verfahren auftretende Probleme sind in erster Linie die der Umsetzung der verwendeten Kohlenwasserstoffe bei ihrer Erhitzung. Diese Umsetzungen treten bereits bei relativ niedrigen Temperaturen, wenn auch in geringem Umfang und langsam auf. Bei zunehmender Temperatur, etwa von 200 bis 3000C ab, nimmt die Umsetzung in steigendem Maß zu, bis je nach Art der verwendeten Kohlenwasserstoffe in bestimmten höheren Temperaturbereichen und -zeiten eine vollständige Umsetzung eingetreten ist. Die Umsetzungen entstehen sowohl durch Durchtrennungen von Molekülketten wie durch Anlagerung von ungesättigten Kettenbruchstücken aneinander, wobei Kohlenstoff in rußförmiger Verteilung ausfällt. Die entstehenden langkettigen Moleküle erhöhen die Viskosität der Brenn- bzw. Kraftstoffe und es erfolgen vor allem Verschmierungen und Ansetzungen an den Wänden und in den Ventilen aus einer Mischung des rußartig anfallenden Kohlenstoffes und der langkettigen Moleküle, die binnen kurzer Zeit einen weiteren Durchfluß verhindern. Anden die Temperatur dann nicht mehr ableitenden Heizflächen ergeben sich zudem Verkokungen, die ein Auflösen solcher Niederschläge im Betrieb unmöglich machen. Bisherige Versuche, den Brenn- bzw. Kraftstoff durch Wandbeheizung bzw. durch im Durchfluß strom angeordneten filterartigen Drähten oder Sintermaterial zu erhitzen, führten daher in verhältnismäßig kurzen Zeiträumen zur vollständigen Unbrauchbarkeit solcher Heizkörper und Ventile. Infolgedessen konnten solche Verfahren nur in sehr niedrigen Temperaturbereichen in gewissem Umfang erfolgreich sein, in denen aber nur eine Dispersion der Brenn- und.Kraftstoffe moglich war.Problems encountered with these procedures are primarily the conversion of the hydrocarbons used when they are heated. These implementations occur even at relatively low temperatures, albeit to a minor extent and slowly on. As the temperature rises, for example from 200 to 3000C, the Implementation to an increasing extent, up to depending on the type of hydrocarbons used in certain higher temperature ranges and times a complete Implementation has occurred. The conversions arise both through severing of molecular chains such as the addition of unsaturated chain fragments to one another, carbon precipitates in a soot-like distribution. The resulting long-chain Molecules increase the viscosity of the fuel and it takes place before all smears and deposits on the walls and in the valves from one Mixture of the soot-like carbon and the long-chain molecules that prevent further flow within a short time. Andes the temperature then No longer dissipative heating surfaces also result in coking that dissolves make such precipitation impossible during operation. Previous attempts to or fuel through wall heating or through filter-like arranged in the flow stream Heating wires or sintered material was therefore relatively short Periods of complete uselessness of such radiators and valves. Consequently Such processes could only to a certain extent in very low temperature ranges be successful, but in which only a dispersion of the fuels is possible was.

Aufgabe der Erfindung ist es, solche Verschmierungen und Verkokungen zu verhindern, insbesondere aber Verfahrenstemperaturen zu ermöglichen, bei denen der Brenn- bzw. Kraftstoff zu seiner Selbstzündtemperatur in den Brenn- bzw. Arbeitsraum eintritt.The object of the invention is to prevent such smearing and coking to prevent, but in particular to enable process temperatures at which the combustion or fuel at its self-ignition temperature in the combustion or working space entry.

In diesen Temperaturbereichen kann dann auf jede Fremdzündung verzichtet werden und es lassen sich bei der erreichbaren sofortigen stöchiometrischen Vermischung von Brenn- bzw. Kraftstoff mit der Verbrennungsluft vollständige Verbrennungen erreichen, also bedeutend bessere Abgase und bei Brennern blaue Flammen, bei Motoren aber ein weicher und ruhiger Lauf wie bei Gasmotoren. Dem entspricht dann auch eine erhebliche Brenn- bzw. Kraftstoffeinsparung.Any external ignition can then be dispensed with in these temperature ranges and it can be achieved with the immediate stoichiometric mixing that can be achieved complete combustion of fuel or fuel with the combustion air, So significantly better exhaust gases and blue flames for burners, but one for engines smooth and quiet running as with gas engines. This corresponds to a considerable one Fuel and fuel savings.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren und bei den zu seiner Durchführung vorgeschlagenen Vorrichtungen mit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.This task is in the aforementioned method and in the proposed devices for its implementation with those characterized in the claims Measures resolved.

Der Weg zu dieser Lösung ist zunächst das Vermeiden einer Erhitzung von der Wand her. Unter dieses fällt wie gesagt auch ein Erhitzen über Drahtgitter, Sinterkörner oder räumliche Drahtanordnungen oder Whiskers. Diese Materialien stellen ebenfalls Wände gegenüber der Flüssigkeit dar. An diesen die Wärme abgebenden Wänden finden die genannten Niederschlagungen statt. Es muß also die Flüssigkeit von innen heraus selbst erhitzt werden, wobei eine unmittelbare Erhitzung der Wände vermieden werden muß. Diese dürfen nur von der Flüssigkeitstemperatur aufgeheizt werden, d. h. also das Temperaturgefälle muß immer aus der Flüssigkeit heraus nach der Wand zu erfolgen und nicht umgekehrt. Das vorgeschlagene Heizrohr kann je nach Verwendungszweck eine Länge von 20 bis 200 mm und eine lichte Weite von 2 bis 20 mm haben. Der Durchmesser des Laserstrahles sollte so bemessen sein, daß er zwar fast den gesamten Ouerschnitt des Heizrohres ausfüllt, aber die Wandung des Heizrohres nicht trifft, um dieses nicht direkt durch Strahlungswärme aufzuheizen. Zu diesem Zweck ist auch der an dem dem Eintritt des Laserstrahles gegenüberliegenden Ende des Heizrohres vorgesehene Hohlspiegel für diejenigen Fälle vorgeschlagen, in denen der Laserstrahl nicht voll beim Durchgang des Heizrohres absorbiert ist.The way to achieve this solution is first of all to avoid heating from the wall. As already mentioned, this also includes heating over wire mesh, Sintered grains or spatial wire arrangements or whiskers. Ask these materials also represent walls opposite the liquid. On these walls that give off the heat the aforementioned crackdowns take place. So it must be the liquid from within can be heated out by itself, avoiding immediate heating of the walls must become. These may only be heated up by the liquid temperature, i. H. so the temperature gradient must always come out of the liquid towards the wall to be done and not the other way around. The proposed heating pipe can Depending on the intended use, a length of 20 to 200 mm and a clear width of 2 to 20 mm. The diameter of the laser beam should be such that it fills almost the entire cross section of the heating pipe, but the wall of the heating pipe does not hit, so as not to heat it up directly by radiant heat. For this purpose, there is also the one opposite the entry point of the laser beam End of the heating tube provided concave mirror suggested for those cases in which the laser beam is not fully absorbed when passing through the heating pipe.

Die Erwärmung des Heizrohres erfolgt daher nur durch Kontaktwärme über den Brenn- bzw. Kraftstoff. Diese Wärme kann daher ebenso durch Kontaktwärme einer Kühlflüssigkeit wieder abgeführt werden. Der im vom Laserstrahl zunächst nicht erfaßten Randbereich des Heizrohres enthaltene Brenn- bzw. Kraftstoff wird durch die großen durch die schlagartige Erhitzung eintretenden Konvektionen und Turbulenzen wieder dem Laserstrahl zugeführt.The heating pipe is therefore only heated by contact heat about the fuel. This heat can therefore also be caused by contact heat a coolant can be discharged again. The im from the laser beam initially not detected edge area of the heating pipe contained fuel or fuel is through the large convections and turbulence caused by the sudden heating fed back to the laser beam.

Während bei Brennanlagen ein kontinuierlicher Durchlauf wünschenswert ist, muß dieser bei Motoren auf deren Takt eingestellt werden. Die Zufuhr des Brenn- bzw. Kraftstoffes läßt sich dann in bekannter Weise durch eine dosierende Einspritzpumpe regeln, wobei der Laserstrahl ebenfalls intermittierend synchron gesteuert werden muß, was zweckmäßigerweise durch dessen Auslenkung durch einen magnetgesteuerten Drehspiegel erfolgt.In the case of firing systems, however, a continuous flow is desirable is, this must be set for engines to their cycle. The supply of the fuel or fuel can then be fed in a known manner by a metering injection pump regulate, whereby the laser beam are also controlled intermittently and synchronously must, which expediently by its deflection by a magnetically controlled Rotating mirror takes place.

Die Vibrationen eines Motors sind für die meisten gegenwärtig erhältlichen Laser entsprechender Leistung nicht verträglich, so daß zwischen Laser und erfindungsgemäßer Vorrichtung eine Lichtfaserleitung oder eine an sich bekannte Nachführoptik eingeschaltet werden muß.The vibrations of an engine are for most currently available Laser of corresponding power not compatible, so that between laser and inventive Device switched on an optical fiber line or a per se known tracking optics must become.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen an einem Rotationskolbenmotor vorgesehen Aufbereitungsanlage für Kraftstoff.An embodiment of the invention is described below with reference to the Drawing described. This shows a schematic sectional illustration of an inventive A processing system for fuel provided on a rotary piston engine.

Das druckfeste Heizrohr 1 weist an seinem in der Zeichnung rechten Ende einen in einem Winkel abgeleiteten ebenfalls druckfesten Einlaßstutzen 2 auf, vor dem ein Rückschlagventil 3 liegt, das mit der Kraftstoffleitung 4 mit einer nicht dargestellten dosierenden Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden ist. In der Achse des Heizrohres 1 ist auf dessen rechter Seite eine Kondensoroptik 5 vorgesehen, die von einer Sammellinse 6 am Ende einer Lichtfaserleitung 7 beleuchtet wird, die diese Sammellinse mit dem Laser 8 verbindet. Um die Wärme des Heizrohres 1 nicht auf die Kondensoroptik 5 zu übertragen, ist das Heizrohr 1 auf seiner in der Zeichnung rechten Seite von einem Fenster 9 aus für den Strahl des Lasers 8 durchsichtigem jedoch für die im Heizrohr auftretenden Temperaturen wärmefestem Material, z. B. Quarz in einem die verschiedenen Wärmedehnungen von Heizrohr 1 und Fenstermaterial aufnehmenden Rahmen 10 eingesetzt. Das rechte Ende des Heizrohres 1 ist mit der Kondensoroptik 5 mit einem Rohr 11 verbunden. Die Länge des Rohres 11, ebenso wie die des Einlaßstutzens 2 sind so bemessen, daß die Kondensoroptik 5 und das Ventil 3 in einem kühlbaren Bereich liegen. Am in der Zeichnung linken Ende des Heizrohres 1 ist eine Auslaßöffnung 14 vorgesehen, in die eine im Kühlbereich des Arbeitsraummantels 15 liegende Zuleitung 16 mündet, die sich in den Arbeitsraum 17 in einer Düse 18 öffnet.The pressure-resistant heating tube 1 has on its right in the drawing At the end of a pressure-resistant inlet port 2, which is also derived at an angle, in front of which a check valve 3 is located, which is connected to the fuel line 4 with a not shown metering fuel injection pump is connected. In the axis of the heating tube 1, a condenser optic 5 is provided on its right side, which is illuminated by a converging lens 6 at the end of an optical fiber line 7, which this converging lens connects to the laser 8. Not about the heat of the heating pipe 1 to transfer to the condenser optics 5, the heating tube 1 is on its in the drawing right side of a window 9 for the beam of the laser 8 transparent however, for the temperatures occurring in the heating pipe, heat-resistant material, e.g. B. Quartz in one the different thermal expansions of heating tube 1 and window material receiving frame 10 used. The right end of the heating pipe 1 is with the Condenser optics 5 connected to a tube 11. the Length of the pipe 11, as well as that of the inlet connection 2, are dimensioned so that the condenser optics 5 and the valve 3 are in a coolable area. At the left in the drawing At the end of the heating tube 1 an outlet opening 14 is provided, into which one in the cooling area of the working space jacket 15 leads to the lying supply line 16 which extends into the working space 17 opens in a nozzle 18.

Am linken Ende des Heizrohres ist ein zum Heizrohr 1 axial gerichteter sehr flach gekrümmter Konvexspiegel 19 vorgesehen.At the left end of the heating pipe is one axially directed towards the heating pipe 1 very flat curved convex mirror 19 is provided.

Der Laserstrahl wird durch die optischen Einrichtungen 6,5 und 19 soweit aufgespreizt und parallel gerichtet, daß er nicht auf die Wandung des Heizrohres 1 auftrifft, aber den Querschnitt des Heizrohres 1 bis auf einen schmalen Randstreifen ausfüllt. Dadurch wird eine direkte Aufheizung des Heizrohres 1 und eine Kontamination seiner Innenwandung mit Umsetzungsprodukten des Kraftstoffes vermieden.The laser beam is through the optical devices 6,5 and 19 Spread open and parallel so that it does not hit the wall of the heating pipe 1, but the cross section of the heating pipe 1 except for a narrow edge strip fills out. This results in direct heating of the heating tube 1 and contamination its inner wall with reaction products of the fuel avoided.

Der über das Ventil 3 in das Heizrohr 1 eintretende Kraftstoff wird, sobald er vom Laserstrahl durchsetzt ist, erhitzt und erreicht, bis er an das andere Ende des in seiner Länge dementsprechenden Heizrohres 1 gelangt, an dessen linken Ende die gewünschte Verfahrenstemperatur und tritt dann infolge der sich durch die Aufheizung ergebenden raschen und hohen Druckanstieges in den Arbeitsraum gegen den dort herrschenden Kompressionsdruck aus und entspannt sich innerhalb einer vernachlässigbaren Zeitspanne zu Dampf, der sich sofort bei Zusammentreffen mit der Ladeluft enzündet. Aufheizung und Austritt des Kraftstoffes erfolgt so kurzfristig, daß eine ausreichende Steuerung durch die Kraftstoffpumpe und das Einlaßventil ohne ein gesteuertes Auslaßventil möglich ist.The fuel entering the heating pipe 1 via the valve 3 is as soon as it is penetrated by the laser beam, heated and reached until it reaches the other The end of the corresponding length of the heating pipe 1 reaches its left End of the desired process temperature and then occurs as a result of the Rapid and high pressure rise in the work area against the resultant heating the compression pressure prevailing there and relaxes within a negligible Time to vapor that ignites immediately when it meets the charge air. The fuel is heated up and discharged so quickly that sufficient Control by the fuel pump and the intake valve without a controlled exhaust valve is possible.

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Claims

Claims.

1. Process for processing liquid fuel or fuel

fuel for incineration plants or engines by heating in a heating chamber located in front of the combustion or working space, characterized in that that the liquid fuel or fuel under pressure into one end of a cylindrical Heating chamber (1) is introduced, which is supported by a from the burning resp.

Fuel containing absorbable electromagnetic wavelengths parallel beam of a laser (8) is axially penetrated and the at her at the other end an outlet opening (16) for the heated fuel which leads into the combustion or working space 17.

2. The method according to claim 1, characterized in that the combustion or fuel of the heating chamber (1) intermittently and at the rate of the internal combustion engine is supplied synchronized.

3. The method according to claim 1,2, characterized in that the beam of the laser (8) intermittently according to the passage of the fuel is switched on by the combustion chamber.

4. Device for performing the method according to claim 1, 2, 3, characterized in that on one side of the beam from the laser (8) axially penetrated cylindrical heating tube (1) a the wavelengths of the beam the laser (8) transparent window (9) is provided and in front of this window (9) in the path of the beam of the laser (8) a condenser optics (5) to the parallel direction of the beam of the laser (8) and a spreading lens in front of this condenser optics (5) (6) to widen the beam of the laser (8) to one just below the clear one Width of the heating pipe (1) lying diameter and that the heating pipe (1) close to the Window (9) has an inlet connection (2) for the liquid fuel or fuel, in front of which there is a check valve (3) on which the supply line for the liquid Fuel or fuel opens and that the heating tube (1) at its other end a Has outlet opening (14) with a into the combustion or working chamber (17) pointing Nozzle (18) is connected.

5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the condenser optics (5t and the check valve (3) are in a coolable area.

6. Apparatus according to claim 4.5, characterized in that in the heating tube (1) at its end opposite the window (9) a flat curved end towards the heating pipe (1) axially adjusted concave mirror (19) is provided.

7. Apparatus according to claim 4,5,6 characterized in that to their intermittent control a metering combustion or fuel pump as well A magnet-controlled rotating mirror is provided in the path of the beam of the laser (8) are.