DE4326360C1

DE4326360C1 - Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines Brennstoffgemisches

Info

Publication number: DE4326360C1
Application number: DE4326360A
Authority: DE
Inventors: Guenter Poeschl
Original assignee: PPV Verwaltungs AG
Current assignee: PPV Verwaltungs AG
Priority date: 1993-08-05
Filing date: 1993-08-05
Publication date: 1994-12-15
Anticipated expiration: 2013-08-06
Also published as: WO1995004590A1; EP0712329A1; AU7534994A; CN1131396A; BR9407171A; CA2168784A1; AU680681B2; US5679236A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Vorrichtung und ein verfahrensgemäß hergestelltes Brennstoffgemisch nach den Oberbegriffen der Patentansprüche 1, 7, 19, 20 bzw. 24.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Vorrichtung sind bereits aus der EP 0 495 506 A3 und der DE 41 01 303 A1 der Anmelderin bekannt. Dabei werden in eine Kammer flüssiger Brennstoff sowie vorzugsweise stickstoffarme Luft und Wasser eingeleitet. In dieser Kammer ist zumin dest ein Ultraschall-Schwinger so angeordnet, daß der ein geleitete Brennstoff den Schwinger allseitig umgibt. Wei ter ist in dieser Kammer ein Kavitationselement in Form einer diskusförmigen Scheibe angeordnet, die im Betrieb in Drehbewegung versetzt wird. Bei Betätigung des Schwingers und des Kavitationselements sowie bei der Einleitung von Luft und Wasser mit wenigstens dem Druck des flüssigen Brennstoffs in die Kammer wird die stickstoffarme Luft in dem Brennstoff gelöst, und das eingeleitete Wasser wird zumindest teilweise in seine Einzelbestandteile zerlegt und in dem Brennstoff dispergiert, wobei ein Gemisch ge bildet wird, das eine schaumartige Konsistenz hat. Da die Bestandteile dieses Gemisches dabei sehr gut dispergiert sind, ist eine annähernd vollständige Verbrennung des Ge misches möglich, d. h. Schadstoffe sind in den Verbren nungsprodukten kaum noch nachweisbar. Dies betrifft insbe sondere Stickoxide, Kohlenmonoxid und unverbrannte Kohlen wasserstoffe sowie Ruß.

Die in die Kammer eingeleiteten Ausgangsstoffe werden da bei nach den Annahmen und bisherigen Forschungsergebnissen des Erfinders folgendermaßen zerlegt und ineinander ge löst: Das eingeleitete Wasser wird durch Ultraschall und Kavitation in die Bestandteile Wasserstoff, Sauerstoff, H₂O, H₂O₂ sowie Wasserstoff-, Sauerstoff- und OH-Radikale zerlegt. Wasserstoff, Sauerstoff und deren Radikale sowie das H₂O₂ führen zum Cracken der Kohlenwasserstoffketten des Brennstoffs. Durch das Cracken der Kohlenwasserstoff ketten werden die Wasserstoff-, Sauerstoff- und OH-Radi kale an gecrackte Kohlenwasserstoffketten valent gebunden. Verbleibende ungebundene Radikale sind jedoch sehr reaktiv und können sehr schnell wieder in H₂O zurückverwandelt werden. Die Kavitation und die Beaufschlagung des Brenn stoffs mit Ultraschall bewirken ebenfalls eine Aufspaltung der Kohlenwasserstoffketten. In dem erzeugten Gemisch sind weiter molekularer Wasserstoff und Sauerstoff vorhanden, welche auch an Kohlenwasserstoffketten gebunden sind. Der molekulare Wasserstoff und Sauerstoff werden in extrem ge ringer Menge durch die Kavitation in Öltröpfchen eingebun den und von einem feinen Ölhäutchen umgeben.

Verbesserungswürdig bei diesem bekannten Verfahren ist, daß nach dem Cracken noch relativ viel unzerlegtes H₂O und H₂O₂ und viele ungebundene Radikale vorhanden sind, wobei überdies H₂O wegen seiner Eigenschaft als Radikalfänger sehr unerwünscht ist. Das vorhandene H₂O₂ zerlegt zwar auch Kohlenwasserstoffketten, kann aber auch sehr leicht in Säure, z. B. H₂SO₄, umgesetzt werden, weshalb es eben falls unerwünscht ist. Auch die nicht an Kohlenwasser stoffketten gebundenen, d. h. nicht zum Cracken verbrauch ten Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle rekombinieren wie der sehr leicht zu H₂O, weshalb das erzeugte Gemisch sehr instabil ist und sich innerhalb weniger Stunden in Wasser und Kohlenstoffgemische trennt.

Darüber hinaus erfordert das Erzeugen des Gemisches durch das bekannte Verfahren einen großen Aufwand an Energie und Zeit, der reduziert werden sollte. Zudem ist das Zerlegen von einigen Stoffen nicht vollständig möglich, so daß diese Stoffe keinen Anteil an der späteren Verbrennung mehr haben und lediglich reaktionshindernd und wirkungs graderniedrigend sind. Bei der Verbrennung des bekannten Gemisches ist es allerdings besonders vorteilhaft, daß die Kohlenwasserstoffketten sehr stark zerlegt sind und der zur Verbrennung nötige Sauerstoff ebenfalls sehr stark zerlegt in dem Gemisch gelöst ist, so daß eine bislang nicht erreichte vollständige Verbrennung und damit ein bislang nicht erreichter hoher Wirkungsgrad erzielbar sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, das bekannte Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so zu verbessern, daß ei nerseits das erzeugte Gemisch mit weniger Energieaufwand und wesentlich schneller als bisher erzeugt werden kann und daß andererseits das erzeugte Gemisch langlebiger und stabiler ist; ferner soll eine Vorrichtung zur Durchfüh rung des Verfahrens geschaffen und ein neues, stabileres Brennstoffgemisch angegeben werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den An sprüchen 1, 7, 19, 20 und 24 angegebenen Schritte bzw. Merkmale gelöst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird bei der Herstel lung des Gemisches das eingeleitete Wasser in der Kammer zusätzlich zumindest teilweise elektrolytisch zerlegt. Das Wasser wird damit wesentlich vollständiger und zudem hauptsächlich nur in Sauerstoff und Wasserstoff und deren Radikale zerlegt, die die Kohlenwasserstoffketten cracken. Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden also für die Zerlegung der Kohlenwasserstoffketten größere Mengen an Wasserstoff und Sauerstoff und deren Radikale auf schnel lere Art und Weise gebildet. Zudem sind fast kein H₂O und H₂O₂ im erfindungsgemäß erzeugten Brennstoffgemisch mehr vorhanden, das bei gleicher kalorischer Leistung und bei gleicher Gesamtmenge weniger Brennstoff und mehr Wasser als ein entsprechendes bekanntes Brennstoffgemisch ent hält. Es hat sich gezeigt, daß das so hergestellte Brenn stoffgemisch wesentlich langlebiger und stabiler als das bekannte ist.

Das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung erzeugte Brenn stoffgemisch ist beispielsweise direkt in Fahrzeugen er zeugbar und benötigt auch keine großen und schweren Ener gietanks wie für alternative Energiequellen bei Fahrzeugen wie Wasserstoff oder Elektroenergie. Die Gesamtenergiebi lanz ist deshalb bei einem mit der erfindungsgemäßen Vor richtung versehenen Fahrzeug oder bei einem mit dem erfin dungsgemäßen Brennstoff betriebenen Fahrzeug besser als bei einem mit einer alternativen Energiequelle betriebenen Fahrzeug. Zudem ist ein Schadstoffausstoß, abgesehen von CO₂, offensichtlich kaum vorhanden. Bei den bisherigen Versuchsreihen der erfindungsgemäßen Vorrichtung konnte jedenfalls kein erkennbarer Schadstoffausstoß gemessen werden. Das erfindungsgemäße Brennstoffgemisch führt bei gesteuerten Verbrennungsprozessen dazu, daß keine NOx- Emissionen mehr auftreten. Des weiteren wird die CO₂-Bil dung beim Verbrennungsprozeß fast vollkommen ausgeschlos sen. Daraus resultiert ein nach der Verbrennung vorliegen der hoher Sauerstoffanteil, der dadurch zu begründen ist, daß der im brennbaren Kohlenwasserstoff enthaltene Kohlen stoff bei der Verbrennung vollständig in Energie umgesetzt wird. Durch den geringen Anteil an Kohlenstoff bei diesem Kohlenwasserstoffgemisch ist es unmöglich, daß nach der Verbrennung elementarer Kohlenstoff (z. B. Ruß) zurück bleibt. Bei Versuchen ist ein Sauerstoffgehalt im Abgas von 24 Volumenprozent gemessen worden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens nach der Er findung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 ist zu mindest ein Katalysator bei der Elektrolyse vorgesehen, der den Stromverbrauch erniedrigt und die Elektrolyse selbst beschleunigt.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 werden Elektroden aus katalytischem Material bei der Elektrolyse eingesetzt.

Besonders vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 5. Dabei wird bereits vor dem Einleiten des Wassers in die Kammer das Wasser elektrolytisch vorzerlegt, wodurch weniger En ergie beim Zerlegen des Wassers innerhalb der Kammer nötig ist und das Zerlegen noch vollständiger und schneller er folgt.

In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 6 erfolgt die teilweise Zerlegung in Anwesenheit eines Katalysators.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bildet die Gegenstände der Ansprüche 7 bis 18.

Das erfindungsgemäß hergestellte Brennstoffgemisch gemäß Anspruch 19 ist, wie sich gezeigt hat, über mehrere Tage hinweg stabil.

Ein Brennstoff, der gegenüber dem Brennstoffgemisch nach den Ansprüchen 20 und 24 eine ähnliche quantitative Zusammensetzung hat, ist bereits aus der DE 30 01 308 A1 und der EP 0 301 766 A1 bekannt. Im Stand der Technik je doch wird durch Ultraschall eine Art Brennstoffnebel er zeugt, wogegen im erfindungsgemäß hergestellten Brenn stoffgemisch die stickstoffarme Luft im Brennstoff gelöst ist. Nach der DE 30 01 308 A1 wird ein Brennstoffgemisch aus Brennstoff und Wasser erzeugt. Die Luft wird erst an schließend beim Zerstäuben des Gemisches zugeführt und ist somit nicht im Brennstoff gelöst vorhanden. Gegenüber dem Brennstoffgemisch nach der EP 0 301 766 A1 besitzt das er findungsgemäß erzeugte Brennstoffgemisch einen wesentlich höheren Wasser- und einen entsprechend niedrigeren Brenn stoffgehalt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemäßen Vor richtung zum Herstellen eines Brennstoffgemisches,

Fig. 2 eine Querschnittanschnitt nach der Linie 2-2 in Fig. 1, und

Fig. 3 eine Längsschnittansicht durch eine Teilzerlegungs düse.

In Fig. 1 ist eine Vorrichtung zum Herstellen eines Brenn stoffgemisches gezeigt, die einen würfelförmigen, ge schlossenen Behälter 1 umfaßt, der eine obere Außenwand 4, eine untere Außenwand 5 und vier aneinandergrenzende seit liche Außenwände 3 hat, welche eine innere Kammer 9 des Behälters 1 begrenzen. Die seitlichen Außenwände 3 besit zen jeweils eine große kreisförmige Bohrung 6, in die je weils ein Ultraschall-Schwinger 7 eingesetzt ist.

Die Querschnittsform des Behälters 1 ist unerheblich. Wichtig hierbei ist lediglich, daß die Ultraschall-Schwin ger 7 eine möglichst große, in Richtung zum Inneren der Kammer 9 gerichtete Wirkfläche haben, wobei es sich vor teilhaft auswirkt, wenn die Ultraschall-Schwinger paar weise einander zugewandt in der Kammer 9 angeordnet sind.

Die Ultraschall-Schwinger 7 bestehen aus ferroelektrischem Material wie z. B. Piezokeramik und sind über Leitungen 8 mit einem Ultraschall-Generator 11 verbunden. Ultraschall- Generatoren für Ultraschall-Schwinger 7 sind bekannt. Ihr Aufbau ist beispielsweise in der EP-A-0 340 470 und in der DE-OS 36 25 149 beschrieben. Im vorliegenden Zusammenhang ist lediglich wichtig, daß der Generatorkreis so aufgebaut ist, daß dem Ultraschall-Schwinger 7 unterschiedliche Fre quenzen aufgeprägt werden können. Die Frequenzen hängen von der Geometrie des Ultraschall-Schwingers 7 ab, von der Viskosität des flüssigen Brennstoffs und schließlich von der gewünschten Selektion von Luftbestandteilen - jede der in Luft normalerweise vorhandenen Gaskomponenten hat eine andere optimale Frequenz, bei der sie in Flüssigkeiten lösbar sind.

Im Inneren der Kammer 9 ist ein mit Nickel überzogenes, diskusförmiges Kavitationselement 13 aus Platin vorgese hen, welches über eine Antriebswelle 15 mit einem nicht gezeigten Drehantrieb in Verbindung steht und mehrere axiale, durchgehende Bohrungen 17 aufweist. Weiter sind in der Kammer 9 oberhalb und unterhalb des Kavitationsele ments 13 und zentrisch zu diesem sternförmige, mit Platin überzogene Anoden 33 vorgesehen, die jeweils eine zentri sche Öffnung 35 besitzen. Die sternförmigen Anoden 33 ste hen über Leitungen 39, welche wiederum gegenüber den Au ßenwänden 3, 4 und 5 des Behälters 1 durch ein Isolations element 23 elektrisch isoliert sind, mit einer Gleich stromquelle 41 in Verbindung. Auch die obere und untere Außenwand 4 bzw. 5 sind über Leitungen 37 (die entspre chende Leitung zu der Außenwand 4 ist nicht gezeigt) mit der Gleichspannungsquelle 41 verbunden. Die obere und un tere Außenwand 4 bzw. 5, welche im übrigen aus Nickel her gestellt sind, bilden damit eine Katode. Die untere Außen wand 5 läuft in Richtung zum Inneren der Kammer 9 kegelig und zentrisch spitz zu und besitzt eine zentrische Kammer öffnung 25 zum Einlaß von Wasser und stickstoffarmer Luft. Auch die obere Außenwand 4 läuft zum Inneren der Kammer 9 hin kegelig und zentrisch spitz zu, so daß zusammen mit der unteren Außenwand 5 im Schnitt gesehen eine linke Kam merhälfte 9A und eine rechte Kammerhälfte 9B gebildet wer den, die parabolförmig sind. Die von den Ultraschall- Schwingern 7 im Betrieb hervorgerufenen Ultraschallschwin gungen werden durch Reflexionen an den nach innen kegelig und zentrisch spitz zulaufenden Außenwänden 4 und 5 in Brennpunkten der Paraboloide konzentriert. An diesen Brennpunkten entstehen sehr heiße Zonen, sogenannte Hot- Spots, mit bis zu 5000°C. Die untere Außenwand 5 hat dar über hinaus eine exzentrisch angeordnete Kammeröffnung 21 zum Einlaß von Brennstoff und eine ebenfalls exzentrisch angeordnete Auslaßöffnung 31 zum Austritt des hergestell ten Brennstoffgemisches. Die Kammeröffnung 25 für Wasser und stickstoffarme Luft mündet nach unten hin in eine Ge windebohrung 51.

Wie im folgenden noch ausführlich erklärt werden wird, kommt der eingeleitete Brennstoff zumindest mit einer, nämlich einer nach innen gerichteten Wirkfläche 7i der Ul traschall- Schwinger 7 in Berührung. Darüber hinaus ist es jedoch vorteilhaft, wenn die nach außen gerichtete Wirk fläche 7a der Ultraschall-Schwinger 7, welche in gleicher Weise Schwingungen erzeugt, ebenfalls genutzt wird. Hierzu sind auf der Außenseite des Behälters 1 zusätzlich nach außen gewölbte Deckel 27 so befestigt, daß sich zwischen jedem Deckel 27 und dem zugehörigen Ultraschall-Schwinger 7 jeweils eine äußere Kammer 29 ergibt, der über nicht ge zeigte Leitungen zum Beispiel der in die Kammer 9 einzu leitende Brennstoff, Wasser oder stickstoffarme Luft zuge führt werden kann.

In Fig. 2 sind die seitlichen Außenwände 3 mit den darin eingesetzten Ultraschall-Schwingern 7 und eine Anode 33 zu erkennen. Die Anode 33 hat zahlreiche Finger 45, welche in Richtung von ihrer zentrischen Öffnung 35 weg gerichtet sind. Die Anoden 33 sind in der Kammer 9 durch vier an den Ecken der Kammer 9 befestigte Konsolen 19 aus isolierendem Material in nutenförmigen Ausnehmungen in den Konsolen 19 fest gehaltert.

In Fig. 3 ist eine Teilzerlegungsdüse 55 gezeigt, welche mit einem oberen Gewindeabschnitt 57 in die in Fig. 1 ge zeigte Gewindebohrung 51 eingeschraubt wird. Die Teilzer legungsdüse 55 besteht im wesentlichen aus drei Teilen, nämlich einem Außenmantel aus Nickel, der eine Katode 61 bildet, einem Isolationsring 75 und einer stiftförmigen Anode 71 mit Platinüberzug. Die Katode 61 wiederum besitzt neben dem Gewindeabschnitt 57 einen unteren zylinderförmi gen Abschnitt 59 und hat eine zentrisch durchgehende In nenbohrung 63, in welche eine radiale Lufteinlaßbohrung 65 und eine radiale Wassereinlaßbohrung 67 münden. In den Teil der Innenbohrung 63, der sich in den unteren zylin derförmigen Abschnitt 59 hinein erstreckt, ist der Isola tionsring 75 mit der sich im Inneren desselben angeordneten stiftförmigen Anode 71 eingepreßt. Die Anode 71 verjüngt sich zu dem Gewindeabschnitt 57 hin stufenweise. Die Ka tode 61 und die Anode 71 sind über Leitungen mit einer zweiten Gleichstromquelle 77 verbunden.

Die Funktionsweise der Vorrichtung zum Herstellen eines Brennstoffgemisches wird nun anhand der Figuren näher er läutert. Über die Kammeröffnung 21 wird flüssiger Brenn stoff wie zum Beispiel Dieselöl oder aus organischem Mate rial hergestelltes Öl wie zum Beispiel Rapsöl in die Kam mer 9 eingeleitet. Es ist dabei nicht nötig, die aus pflanzlichen Rohstoffen gewonnenen Öle umzuestern, wie dies bisher bei solchen Brennstoffen üblich ist. Der ein geleitete Brennstoff strömt in Richtung zu dem Kavitati onselement 13, welches sich mit hoher Umfangsgeschwindig keit dreht, und durchströmt die Bohrungen 17, um dann mit hoher Geschwindigkeit radial nach außen in Richtung zu den Ultraschall-Schwingern 7 zu strömen. Am Umfangsrand des Kavitationselementes 13 kommt es zu sogenannten Kavitati onserscheinungen, die dazu führen, daß der eingeleitete Brennstoff gecrackt, d. h. so stark zerlegt wird, daß die im Brennstoff enthaltenen langen Kohlenwasserstoffketten in kurze Ketten aufgespalten werden. Auch die durch die Ultraschall-Schwinger 7 hervorgerufenen Ultraschallschwin gungen in der Kammer 9 führen zum weiteren Cracken der Kohlenwasserstoffketten, ebenso wie die sich in der Kammer befindlichen Sauerstoff-, Wasserstoff-, OH und H₂O₂-Radi kale.

Werden die äußeren Kammern 29 ebenfalls genützt, so wird der Brennstoff vor dem Einströmen in die Kammer 9 zuerst die äußeren Kammern 29 durchströmen. In jeder äußeren Kam mer 29 führen die durch die nach außen gerichtete Wirkflä che 7a erzeugten Ultraschallschwingungen bereits zum Crac ken einiger Kohlenwasserstoffketten, was zu einer teilwei sen Vorzerlegung des Brennstoffs in den äußeren Kammern 29 führt. Der mit der nach außen gerichteten Wirkfläche 7a in Berührung kommende Brennstoff dient zudem auch zum Kühlen der sich im Betrieb erwärmenden Ultraschall-Schwinger 7. Selbstverständlich ist es auch möglich, ein bereits in der Kammer 9 erzeugtes Brennstoffgemisch anschließend in die äußeren Kammern 29 einzuleiten oder durch Einleiten von Wasser in die äußeren Kammern 29 eine teilweise Zerlegung des Wassers vor Einleiten in die Kammer 9 zu erreichen. Auch sind Ausführungsformen der Kammer 9 denkbar, in der der Ultraschall-Schwinger 9 freischwingend und vom Brenn stoff beidseitig umströmbar angeordnet ist, oder es sind wieder andere Ausführungen denkbar, in denen ein Teil des Brennstoffes über nicht gezeigte Leitungen in die äußeren Kammern 9 zu den nach außen gerichteten Wirkflächen 7a der Ultraschall-Schwinger 7 gelangt (deren Wirkungsgrad und Funktion wird wiederum durch die gute elektrische Iso liereigenschaft des eingespeisten Brennstoffs verbessert) und ein anderer Teil des Brennstoffs direkt in die Kammer 9 eingeführt wird. Der Anteil des in die Kammer 9 einge leiteten Wassers beträgt etwa 30 bis 50 Mol.% oder bis zu 95 Vol.% der Brennstoffmenge.

Außerhalb der Kammer 9 ist ein Kompressor 48 angeordnet, der Luft verdichtet und unter hohem Druck, beispielsweise 2,5 bar, durch ein nicht dargestelltes Zeolith-Festbett drückt. In dem Zeolith-Festbett, in dem Luftstickstoff ad sorbiert wird, wird der Sauerstoffanteil auf 60 bis 92% gesteigert. Diese sauerstoffreiche und stickstoffarme Luft wird der Kammer 9 über die als entsprechend dimensionier tes Kapillarrohr ausgebildete Luftzuführleitung 50 zuge führt. Die Integration des Kompressors 48 in die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung hat den Vorteil, daß die geförderte Luftmenge von vornherein drehzahlabhängig steigt oder sinkt. Ein nicht gezeigter Drehantrieb ist so angeordnet, daß er das Kavitationselement 13 und eine Welle des Kom pressors 48 antreibt.

Über die radiale Lufteinlaßbohrung 65 und über die radiale Wassereinlaßbohrung 67 strömen dann annähernd gleichzeitig zur Einleitung von Brennstoff in die Kammer 9 stickstof farme Luft bzw. Wasser in die Teilzerlegungsdüse 55. Die Katode 61 und die Anode 71, an die eine Gleichspannung an gelegt ist, zerlegen zumindest teilweise das Wasser elek trolytisch in hauptsächlich Sauerstoff, Wasserstoff, H₂O₂ und deren Radikale. Das entstehende Gemisch aus unzerleg tem Wasser, Sauerstoff, Wasserstoff, H₂O₂ und den Radika len strömt über die Innenbohrung 63 und die Kammeröffnung 25 für Luft und Wasser in die Kammer 9 ein.

Das eingeleitete unzerlegte Wasser wird in Sauerstoff, Wasserstoff, H₂O₂ und deren Radikale zerlegt durch

a) von dem Kavitationselement 13 hervorgerufene Kavita tion,
b) von den Ultraschall-Schwingern 7 hervorgerufene Ultra schallschwingungen und
c) eine zusätzliche Elektrolyse innerhalb der Kammer 9.

Das Kavitationselement 13 erfüllt damit mehrere Aufgaben: Es unterstützt das Cracken der langen Kohlenwasserstoff ketten zu kurzen Ketten. Es zerlegt teilweise selbst Was ser und dispergiert, wie später noch eingehender erklärt werden wird, die bei der Zerlegung von Wasser entstehenden Produkte in dem Brennstoff, so daß ein homogenes Brenn stoffgemisch entsteht. Dadurch, daß das Kavitationselement 13 zusätzlich nicht gegenüber der als Katode ausgebildeten oberen Außenwand 4 isoliert ist, wirkt das Kavitationsele ment 13 selbst als Katode, so daß bei der Elektrolyse am Kavitationselement 13 eine stark erhöhte Sauerstoffabspal tung zu beobachten ist. In der erfindungsgemäßen Vorrich tung und bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mehr Sauerstoff produziert, als zur Sättigung der gecrackten Kohlenwasserstoffketten nötig ist. Der restliche Sauer stoff würde zu chemischen Oxidationsprodukten im Brenn stoffgemisch führen, die wiederum bei der späteren Ver brennung des Brennstoffgemisches unerwünschte Reaktionen hervorrufen würden. Dies wird dadurch vermieden, daß der erzeugte Sauerstoff durch das Kavitationselement 13 di spergiert, das heißt in kleine Brennstoffbläschen eingela gert wird. Die Ultraschall-Schwingungen wiederum führen unter anderem dazu, daß die in dem Brennstoff dispergier ten Sauerstoffbläschen so stark zerkleinert werden, daß eine Art Matrix, bestehend aus feinen Häutchen von Brenn stoff mit kurzen Kohlenwasserstoffketten und darin einge bundenen Sauerstoff- und Wasserstoffbläschen, gebildet wird. Schließlich wirkt das rotierende Kavitationselement 13 wegen der Bohrungen 17 in dem in der Kammer 9 erzeugten Ultraschallfeld als Modulator, der die von den Ultra schall-Schwingern 7 erzeugten Ultraschallschwingungen in ihrer Frequenz verändert.

Die Elektrolyse erfolgt innerhalb der Kammer 9 durch eine Elektrolyseeinrichtung, die im wesentlichen aus den Anoden 33 und den als Katode wirkenden Außenwänden 4 und 5 und dem Kavitationselement 13 besteht. Das über die Kammeröff nung 25 einströmende Wasser strömt durch die zentrischen Öffnungen 35 der Anoden 33 hindurch und zum größten Teil durch die Bohrungen 17 in dem Kavitationselement 13 weiter nach oben, wo das Wasser dann durch das Kavitationselement 13 nach außen geschleudert wird. Auch im eingeleiteten Wasser sind ebenso wie im eingeleiteten Brennstoff am Um fangsrand des Kavitationselementes 13 Kavitationserschei nungen in Form von auftretenden Kavitationsbläschen fest zustellen. Die auftretenden Kavitationsbläschen, die sehr schnell unter Freigabe von hohem Druck und hoher Tempera tur wieder implodieren, führen ebenfalls zur Zerlegung des Wassers und zum Cracken der Kohlenwasserstoffketten. Ob wohl auch ohne die Elektrolyseeinrichtung in der Kammer 9 das Wasser und der Brennstoff zerlegt und dispergiert wer den könnten, wird durch Verwendung der Elektrolyseeinrich tung eine größere Menge an Radikalen gebildet, die dann ihrerseits zum Cracken der Kohlenwasserstoffketten in kur zer Zeit beitragen. Beim Cracken der Kohlenwasserstoffket ten ist es entscheidend, daß an die gecrackten Ketten Was serstoff-, Sauerstoff- oder OH-Radikale gebunden werden, damit die gecrackten Ketten stabil bleiben und sich nicht wieder zu längeren Ketten zurückverbinden. Die Elektroly seeinrichtung steigert die Menge an gebildeten Radikalen so stark, daß dieses Zurückverbinden der gecrackten Koh lenwasserstoffketten kaum noch auftritt.

Sämtliche zuvor beschriebenen physikalischen und chemi schen Erscheinungen in der Kammer führen dazu, daß ein Brennstoffgemisch gebildet wird, welches von schaumartiger Konsistenz ist. In diesem Brennstoffgemisch sind das ein geleitete und aufgespaltene Wasser sowie die eingeleitete Luft im Brennstoff so fein verteilt, daß Sauerstoff und Wasserstoff in dem Brennstoff gelöst sind. Auftretender molekularer Wasserstoff und Sauerstoff werden auch in ex trem geringer Menge durch die Kavitation und die Ultra schallschwingungen in Öltröpfchen eingebunden, das heißt von einem feinen Ölhäutchen umgeben, welches den molekula ren Wasserstoff und Sauerstoff daran hindert, sich in ei ner Knallgasreaktion wieder zu verbinden oder zu Wasser zu rekombinieren. Das so erzeugte Brennstoffgemisch strömt über die Auslaßöffnung 31 in einen Tank oder direkt zu ei ner Brennkammer, wo es annähernd schadstofffrei verbrennt. Es entstehen hauptsächlich Wasser und Sauerstoff und fast kein CO₂. Schadstoffe konnten bei Prototypen der Vorrich tungen nicht ermittelt werden. Bei dieser Verbrennung tre ten keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe mehr auf, da die Kohlenwasserstoffketten sehr kurz sind und zudem ex trem viel Sauerstoff im Brennstoff bereits gelöst ist. Bei der Verbrennung des Brennstoffgemisches kommt es zudem auch zu Knallgasreaktionen zwischen molekularem Wasser stoff und Sauerstoff. Diese Knallgasreaktionen steigern die kalorische Leistung des gesamten Brennstoffgemisches, welche so hoch ist, daß für Verbrennungsprozesse nur noch ca. 1/10 der sonst üblichen Menge an zugeführtem Kohlen wasserstoff erforderlich ist.

Durch die elektrolytische Teilzerlegung des Wassers, wel che durch die Elektrolyseeinrichtung und die Teilzerle gungsdüse erfolgt, können innerhalb kürzester Zeit große Mengen Wasser zerlegt und Radikale gebildet werden. Dies kann noch zusätzlich dadurch gesteigert werden, daß die Elektrolyse in Anwesenheit eines Katalysators erfolgt. In der in den Figuren gezeigten Vorrichtung sind die Elektro den und das Kavitationselement 13 selbst aus katalytischem Material hergestellt, das heißt die Anoden sind mit Platin überzogen, und die Katoden bestehen aus Nickel.

Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich und besonders vorteilhaft, wenn die Elektroden aus elektrisch leitfähi ger Keramik, vorzugsweise auf Siliciumcarbid-Basis, herge stellt sind. Die katalytische Wirkung ist um so größer, je größer die äußere Oberfläche des katalytischen Materials ist. Die äußere Oberfläche kann noch erheblich vergrößert werden, indem katalytisches Material in Clustern auf die elektrisch leitende Keramik oder auf ein metallisches Grundmaterial aufgesputtert wird.

Wie sich auch gezeigt hat, ist die katalytische Wirkung sehr hoch, wenn unterschiedliches katalytisches Material auf dieselben Elektroden aufgesputtert ist. In der gezeig ten Vorrichtung ist dieses katalytische Material ausge wählt worden unter Lanthan, Osmium sowie seltenen Erd- und Übergangsmetallen.

Die Katalysatoren führen auch zu einer geringeren Strom aufnahme sämtlicher Elektroden, welche ihrerseits bei Ver wendung von Katalysatoren eine kleinere Oberfläche haben können.

Bei einem Ausführungsbeispiel wurden in 100 ml flüssigem Brennstoff 240 ml sauerstoffreiche und stickstoffarme Luft gelöst.

Das gebildete Brennstoffgemisch hatte eine Konzentration von bis zu 95 Vol.% Wasser und bis zu 5 Vol.% Öl (im Mol verhältnis Öl:Luftsauerstoff von 1 : 5). Der Erfinder hat festgestellt, daß mit diesem Verfahren ein aus bis zu 95 Vol.% Wasser bestehendes brennbares Öl-Wasser-Sauerstoff gemisch herstellbar ist.

Der Brennstoff kann ein in dem Wasseranteil des Brenn stoffgemisches gelöster Kohlenwasserstoff in Form von Gas, wie z. B. Methan, Propan, Butan od. dgl. sein, oder aber ele mentarer Kohlenstoff, wie z. B. Ruß oder Kohlenstaub, wobei in letzterem Fall das Molverhältnis von Kohlenstoff:Luft sauerstoff wenigstens 1 : 8 beträgt. In ersterem Fall würde in der Kammer 9 ein Gasgemisch erzeugt werden, das eben falls annähernd schadstofffrei wäre.

Als Öl kommt außer Mineralöl auch Bioöl wie z. B. Rapsöl, Sonnenblumenöl, Sojaöl, Eukalyptusöl, Rizinusöl, Tranöl usw. in Frage.

Als Alkohol kommt Methanol, Butanol od. dgl. oder Ether in Frage.

Claims

1. Verfahren zum Herstellen eines Brennstoffgemisches durch

a) Einleiten von flüssigem Brennstoff in eine mit zumin dest einem Ultraschall-Schwinger (7) versehene Kammer (9), welcher mit einem Ultraschall-Generator (11) ver bunden ist, bis der Brennstoff mit dem Schwinger (7) wenigstens an einer der Wirkflächen des Schwingers (7) in Berührung kommt,
b) Einleiten von vorzugsweise stickstoffarmer Luft und von Wasser in die Kammer (9) mit wenigstens dem Druck des flüssigen Brennstoffs,
c) Zerlegen des eingeleiteten Brennstoffs und zumindest Teilzerlegung des Wassers durch Kavitation, und
d) Dispergieren des zerlegten Brennstoffs und Wassers so wie der eingeleiteten Luft durch Betätigung des Schwin gers (7),

dadurch gekennzeichnet, daß

e) in der Kammer (9) zusätzlich das Wasser teilweise elek trolytisch zerlegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kavitation durch Ultraschall und/oder zumindest ein mechanisch rotierendes, Kavitation hervorrufendes Element (13) in dem Brennstoff erreicht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die elektrolytische Teilzerlegung des Wassers in Anwesenheit zumindest eines Katalysators erfolgt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß für die Elektrolyse Elektroden aus kata lytischem Material eingesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß das Wasser vor dem Einleiten in die Kam mer (9) teilweise elektrolytisch zerlegt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die teilweise elektrolytische Zerlegung in Anwesenheit zu mindest eines Katalysators erfolgt.

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
mit einer Kammer (9), die mit Außenwänden (3, 4, 5) verse hen ist und in die flüssiger Brennstoff einleitbar ist, mit wenigstens einem an einen Ultraschall-Generator (11) angeschlossenen Ultraschall-Schwinger (7), der der Kammer (9) im Betrieb so zugeordnet ist, daß er frei schwingen kann und wenigstens mit einer seiner Wirkflächen mit dem in die Kammer (9) eingeleiteten Brennstoff in Berührung ist,
mit einem in der Kammer (9) angeordneten, schnell rotier baren Kavitationselement (13), und
mit Kammeröffnungen (21, 25) zum Einleiten von vorwiegend stickstoffarmer Luft, Brennstoff und Wasser jeweils mit zumindest dem Druck des flüssigen Brennstoffs, dadurch gekennzeichnet, daß
in der Kammer (9) eine Elektrolyseeinrichtung mit mehreren Elektroden, die zumindest eine Anode (33) und eine Katode umfassen, vorgesehen ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyseeinrichtung an eine Gleichstromquelle (41) angeschlossen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß in der Kammer (9) zumindest ein Katalysator für eine Teilzerlegung von Wasser vorgesehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenwände (4, 5) der Kammer als Elektroden ausgebildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kavitationselement (13) selbst als Elektrode ausgebildet ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß abwechselnd mehrere Anoden (33) und Katoden in der Kammer angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammeröffnung (25) zur Einleitung von Wasser mit einer weiteren Elektrolyseeinrichtung mit mehreren Elektroden, die zumindest aus einer Anode (71) und einer Katode (61) bestehen, versehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der weiteren Elektrolyseeinrichtung zumindest ein Katalysator vorgesehen ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einige der Elektroden oder Teile der Elektroden selbst aus katalytischem Material hergestellt sind.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (33, 71) Platinanoden und die Katoden (61) Nickelkatoden sind.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekenn zeichnet, daß die Elektroden aus elektrisch leitender Ke ramik, vorzugsweise auf Siliciumcarbid-Basis, hergestellt sind und auf ihrer äußeren Oberfläche katalytisches Mate rial in Clustern aufgesputtert haben.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliches katalytisches Material auf dieselben Elektroden aufgesputtert ist.

19. Brennstoffgemisch, hergestellt durch das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen das Brennstoffgemisch haltbar machenden, durch Elek trolyse entstandenen Anteil an Reaktionsprodukten.

20. Brennstoffgemisch, hergestellt durch die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, das wenigstens aus flüssigem Brennstoff und Luft besteht,
dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch einen Wasseranteil von bis zu 95 Vol.% enthält, daß die Luft eine sauerstoffreiche und stickstoffarme Luft ist,
daß der flüssige Brennstoff ein brennbarer Kohlenwasser stoff ist,
daß das Molverhältnis von brennbarem Kohlenwasserstoff: Sauerstoff wenigstens 2:5 beträgt, und
daß die Luft im flüssigen Anteil des Brennstoffgemisches gelöst ist.

21. Brennstoffgemisch nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß der brennbare Kohlenwasserstoff in dem Was seranteil gelöster Kohlenwasserstoff ist.

Brennstoffgemisch nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß der brennbare Kohlenwasserstoff ein Öl, vor zugsweise ein Bioöl ist.

23. Brennstoffgemisch nach Anspruch 20, dadurch gekenn zeichnet, daß der brennbare Kohlenwasserstoff ein Alkohol ist.

24. Brennstoffgemisch hergestellt durch die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
daß das Gemisch einen Wasseranteil von bis zu 95 Vol.% hat,
daß die Luft eine sauerstoffreiche und stickstoffarme Luft
ist,
daß der flüssige Brennstoff in dem Wasseranteil disper gierter Kohlenstoff ist,
daß das Molverhältnis von Kohlenstoff:Luftsauerstoff we nigstens 1 : 8 beträgt, und
daß die Luft im flüssigen Anteil des Brennstoffgemisches gelöst ist.