DE3716142A1 - Verfahren und vorrichtung zum erhitzen und filtrieren von dieselkraftstoff - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum erhitzen und filtrieren von dieselkraftstoff

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zum Erhitzen von Dieselkraftstoff auf dem Weg vom Kraftstofftank zum Dieselmotor.
Wenn Dieselkraftstoff zu kalt wird, erstarren darin enthaltene höhermolekulare Kohlenwasserstoffe und blockieren dadurch das Kraftstoffilter, durch welches der Kraftstoff gepumpt wird. Es sind bereits verschie­ dene Methoden zum Aufheizen von Dieselkraftstoff vor dem Erreichen des Filters vorgeschlagen worden. Eine Klasse von bekannten Dieselkraftstofferhitzern besteht aus einem langgestreckten Heizband aus leitfä­ higem Polymer mit PTC-Verhalten, jedoch ist die Ener­ giedichte solcher Erhitzer geringer als erwünscht, besonders für PKWs und leichte Lastkraftwagen. Eine weitere Klasse von bekannten Dieselkraftstofferhit­ zern weist eine Vielzahl von auf einer Metallplatte montierten keramischen PTC-Heizelementen auf, jedoch erfordern solche Erhitzer Mehrfach-Verbindungen zu den einzelnen Heizelementen.
Es wurde nun gefunden, daß die Nachteile der bekann­ ten Erhitzer durch die Verwendung einer Heizfolie überwunden werden können, die ein laminares Wider­ standselement enthält, das aus einem leitfähigen Polymeren, bevorzugt einem leitfähigen PTC-Polymeren aufgebaut ist. Die Elektroden des Erhitzers sind bevorzugt an gegenüberliegenden Flächen des Wider­ standselements angeordnet, so daß der Strom das Wi­ derstandselement im wesentlichen im rechten Winkel zu seiner Ebene durchfließt. Besonders bevorzugte Elektroden sind kontinuierliche (d.h. nicht mit Öff­ nungen versehene) Metallfolien, insbesondere galva­ nisch erzeugte Folienelektroden und ähnliche wie sie in der EP 8 63 07 931.5 beschrieben sind.
Laminare Erhitzer aus leitfähigem Polymer haben we­ sentlich höhere Energiedichten als Heizbänder, der Wirkungsgrad des Wärmeübergangs von einem solchen Erhitzer zum Kraftstoff ist daher hervorragend. Wei­ terhin kann ein solcher Erhitzer beinahe in jeder Gestalt durch Zuschneiden aus einer großen Heizfolie hergestellt werden, was es viel leichter macht, eine wirksame Erhitzung innerhalb der räumlichen, durch die Gestaltung des Filters und des Kraftstoffzufuhr­ systems vorgegebenen Beschränkungen zu erreichen. Zusätzlich ist der Erhitzer flexibel, so daß er in eine Form, z.B. einem Zylinder, gebogen werden kann, wodurch der verbesserte Wärmeübergang weiter geför­ dert wird, z.B. durch Steuerung der Turbulenz des Kraftstoffflusses. Der Kraftstoff kommt bevorzugt in direkten physikalischen Kontakt mit den elektrisch leitenden Teilen des Erhitzers; jedoch wird der Kon­ takt zwischen dem Dieselkraftstoff und dem Heizele­ ment aus leitfähigem Polymer bevorzugt minimiert, z.B. durch Verwendung eines Erhitzers, der ein Heiz­ element aus einem leitfähigen Polymer enthält, das sandwichartig zwischen zwei ununterbrochenen Metallfo­ lien, z.B. aus Nickel oder Kupfer oder nickelplattier­ tem Kupfer, angeordnet ist. Jedoch kann, falls er­ wünscht ein Isoliermantel, z.B. aus einem Epoxy-Material, über die dem Kraftstoff ausgesetzten Teile des leitfähigen Polymeren (oder dem gesamten Erhitzer, außer den Verbindungen zur Kraftquelle und/oder Erde) angeordnet werden; dies kann notwendig sein, wenn das leitfähige Polymer von diesem Kraftstoff angegriffen wird. Um sicherzustellen, daß das leitfä­ hige Polymer eine ausreichende Beständigkeit gegen Dieselkraftstoff hat, basiert es bevorzugt auf Polyvi­ nylidenfluorid, insbesondere Polyvinylidenfluorid mit einem Kopf-zu-Kopf-Gehalt von weniger als 5, bevorzugt weniger als 4% wie in der EP 00 74 281 be­ schrieben.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Erhitzen und Filtrieren von Diesel­ kraftstoff, das dadurch gekennzeichnet ist, daß 1.) der ankommende Dieselkraftstoff auf eine Temperatur auf oberhalb seines Trübungspunktes erhitzt wird, indem der Kraftstoff in thermischen Kontakt mit einem an eine Kraftquelle angeschlossenen laminaren Erhit­ zer gebracht wird, der enthält
  • a) erste und zweite Metallfolienelektroden und
  • b) ein laminares Widerstandselement, das sand­ wichartig zwischen den Elektroden angeordnet ist und das aus einem leitfähigen Polymer besteht
und 2.) daß der in Stufe 1.) erhitzte Dieselkraft­ stoff filtriert wird.
Gemäß einem zweiten bevorzugten Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens, die zwischen einen Kraft­ stoffilter und ein Kraftstoffzufuhrsystem eingepaßt werden kann und die eine Heizkammer mit einem laminaren, elektrischen Erhitzer wie oben beschrieben enthält. Bevorzugt weist die Heizkammer ein Austritts­ rohr auf, das bis zur Mitte der Heizkammer verläuft und durch welches der filtrierte Kraftstoff in das Kraftstoffzufuhrsystem geführt wird, so daß sowohl Heizkammer als auch Erhitzer ringförmig sind.
Der Ausdruck "leitfähiges Polymer" wird nachfolgend zur Beschreibung einer Masse verwendet, die eine Polymerkomponente sowie darin dispergiert oder ander­ weitig verteilt einen feinteiligen, leitfähigen Füll­ stoff enthält. Solche Massen sind gut bekannt.
Die erfindungsgemäß verwendete geschichtete Heizfolie weist vorzugsweise einen Widerstand von 0,20 bis 0,75 Ohm, insbesondere 0,40 bis 0,50 Ohm bei Raumtem­ peratur auf, der sich zwischen Raumtemperatur und 150°C um wenigstens den Faktor 5 vergrößert. Der spezifische Widerstand des leitfähigen Polymeren be­ trägt vorzugsweise 20 bis 2000 Ohm × cm, insbeson­ dere 100 bis 500 Ohm × cm bei Raumtemperatur. Die Fläche des Erhitzers beträgt bevorzugt 19 bis 65 cm2, insbesondere 30 bis 65 cm2.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert:
Diese zeigt einen Querschnitt eines zylindrischen Kraftstoffilters gemäß Erfindung, welches einen Er­ hitzerabschnitt (1) und einen Filterabschnitt (2) aufweist, zwischen denen eine Dichtung (3) liegt und die miteinander verschraubt sind. Der Filterab­ schnitt (2) ist ein herkömmliches Kraftstoffilter mit einem Kraftstoffeinlaß (21) am Kopf, einem Kraftstoffilter (22) nahe dem Boden und einem Kraft­ stoffaustrittsrohr (23), durch welches der filtrierte Kraftstoff austritt. Der Erhitzerabschnitt (1) ist so gestaltet, daß er erwünschtenfalls zwischen ein herkömmliches Kraftstoffilter und den Kraftstoffein­ tritts- und -austrittsleitungen für das herkömmliche Filter eingepaßt werden kann; der Heizabschnitt (1) weist daher einen Kraftstoffeinlaß (11) am Kopf und ein Kraftstoffaustrittsrohr (13) auf, das mit dem Kraftstoffaustrittsrohr (23) des Filterabschnitts verschraubt ist. Innerhalb des Erhitzerabschnitts befindet sich ein ringförmiger Erhitzer (4), der ein Heizelement (41) aus einem leitfähigen Polymer aufweist, welches zwischen Metallelektroden (42) und (43) angeordnet ist. Zwischen dem Erhitzer und dem Austrittsrohr (13) befindet sich ein isolierender Abstandshalter (44). Die obere Elektrode (43) ist mit der Ringklemme (5) verbunden, die durch einen Thermostat (6) zu einer (nicht gezeichneten) Kraft­ quelle führt, typischerweise der 12 bis 14 Volt Batte­ rie eines Fahrzeugs. Die untere Elektrode (42) ist mit einer geerdeten Unterlegscheibe aus Metall (7) verbunden. Gewindemuttern (8) und (9) halten die Heizvorrichtung in Stellung.
Bei der Benutzung der beschriebenen Vorrichtung tritt kalter Dieselkraftstoff durch den Einlaß (11), pas­ siert den Erhitzer (4) und wird erhitzt, fließt dann durch den Einlaß (21) und durch das Filter (22) und tritt durch die Rohre (23) und (13) aus.
Die Erfindung wird anhand des folgenden Beispiels erläutert.
Beispiel
Die folgenden Bestandteile wurden gemischt und zu einer Platte einer Breite von etwa 30 cm und einer Dicke von etwa 0,05 cm extrudiert.
Vol%
Polyvinylidenfluorid
(KF1000 von Kureha)80,5 Ruß (XC-72)16,0 CaCO₃ 2,0 Triallylisocyanat 1,5
Nach der Extrusion weist die Platte einen spezifi­ schen Widerstand von etwa 100 Ohm × cm bei Raumtempe­ ratur und etwa 1000 Ohm × cm bei 65°C auf. Die Platte wurde mit einer Dosis von etwa 20 Mrads bestrahlt und danach beidseitig mit galvanisch erzeugten Nickel­ folienelektroden bei einer Temperatur von etwa 200°C laminiert, wobei ein Schichtstoff einer Dicke von etwa 0,04 cm erhalten wurde, in dem das leitfähige Polymer einen spezifischen Widerstand von etwa 300 Ohm × cm bei Raumtemperatur hatte. Aus diesem Schicht­ stoff wurden kreisringförmige Heizvorrichtungen mit einem Innendurchmesser von 2,5 cm und einem Außen­ durchmesser von etwa 6,3 cm zugeschnitten.
Die mit einer 14 Volt Gleichstromquelle betriebenen Erhitzer wurden zur Erhitzung von Dieselöl Nr. 2 bei Fließgeschwindigkeiten von 40 und 75 l pro Stunde in der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung eingesetzt und lieferten Energien von 160 und 175 Watt.

Claims (7)

1. Verfahren zum Erhitzen und Filtrieren von Diesel­ kraftstoff beim Pumpen aus einer Kraftstoffquelle in der der Kraftstoff eine Temperatur unterhalb seines Trübungspunktes aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
  • (1) der anströmende Dieselkraftstoff auf eine Temperatur oberhalb seines Trübungspunktes mittels thermischem Kontakt mit einem laminaren Erhitzer erwärmt wird, der an einer Energiequelle angeschlossen ist und der aufweist
    • (a) erste und zweite Metallfolienelektroden und
    • (b) ein laminares Widerstandselement, das sandwichartig zwischen den Elektroden angeordnet ist und das aus einem leitfähigen Polymeren aufgebaut ist
  • und
  • (2) daß der in Stufe (1) erhitzte Dieselkraftstoff filtriert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Polymer PTC-Verhalten zeigt und eine Polymerkomponente enthält, welche im wesentli­ chen aus Polyvinylidenfluorid besteht.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jede der Elektroden eine auf galvani­ schem Wege erzeugte Folie ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erhitzer verwendet wird, der die Gestalt eines flachen Rings oder eines Zylinders aufweist.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 4 zum Erhitzen und Filtrieren von Dieselkraftstoff, gekennzeichnet durch
  • (1) eine Heizkammer mit einem Einlaß für den Kraftstoff
  • (2) eine innerhalb der Heizkammer angeordnete, laminare, elektrische Heizvorrichtung zum Aufheizen des durch den Einlaß eingetretenen Kraftstoffs, wobei diese Heizvorrichtung enthält
    • (a) erste und zweite Metallfolienelektroden, die mit einer Quelle elektrischer Energie verbindbar sind und
    • (b) ein laminares Widerstandselement, das sandwichartig zwischen den Elektroden angeordnet ist und aus einem leitfähigen Polymeren aufgebaut ist
  • (3) eine Filterkammer und
  • (4) ein innerhalb der Filterkammer angeordnetes Kraftstoffilter zur Filtration des elektrisch erhitzten Kraftstoffs
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß das laminare Widerstandselement PTC-Verhal­ ten zeigt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, worin jede der Elektroden auf galvanischem Wege abgeschiedene Folien sind.
DE19873716142 1986-05-19 1987-05-14 Verfahren und vorrichtung zum erhitzen und filtrieren von dieselkraftstoff Withdrawn DE3716142A1 (de)

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