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Verfahren zur Verbrennung von Abgasen, insbesondere von Brennkraftmaschinen
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Verbrennung von Abgasen, insbesondere
von Brennkraftmaschinen, bestehend in der Verbindung von drei an sich bekannten
Maßnahmen, nämlich erstens, daß die Gase mit einem Oxydationsmittel ,gemischt werden,
z itens, daß ihre Verbrennung durch eine we.
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äußere Wärmequelle eingeleitet wird und drittens, daß diese Verbrennung
durch Wärme fortgesetzt und aufrechterhalten wird, die aus den brennenden Gasen
unter dem Einfluß eines Katalysators entnommen wird. Das neue Verfahren arbeitet
also in folgender Weise: Wenn Abgase der Auspuffleitung, beispielswe'_se einer Brennkraftmaschine.
entströmen, werden sie durch die Strahlung des Auspuffrohres gekühlt. Wird Frischluft
als Oxydationsmittel mit den Abgasen gemischt, so findet eine weitere Kühlung statt.
Während des Betriebes der Maschine beginnt nun die Temperatur des Gasgemisches zu
steigen, und nachdem sie etwa i63° C oder darüber erreicht hat, leitet die äußere
Wärmequelle, beispielsweise in Gestalt einer Zündkerze, eine Verbrennung unter Flammenbildung
ein. Hierdurch erhöht sich die Temperatur, und wenn sie etwa 32o' C erreicht hat.
tritt der Katalysator in Wirksamkeit und fördert zwischen etwa 32o° C und 647'
C die chemische Vereinigung der Gase. 'Wenn diese höhere Temperatur erreicht
ist, kann eine aktive Verbrennung ohne Beihilfe des Katalysators stattfinden. Würden
die Auspuffgase einfach über den Katalysator hinweggeführt, so würde eine aktive
Verbrennung niemals stattfinden, weil der Katalysator dazu nicht in der Lage ist,
sondern lediglich die chemische Verbindung unterstützt und fördert. Unter etwa 647'
C können derartige Gasgemische nicht zu einer aktiven Verbrennung gelangen. Bei
Kraftfahrzeugen, sinkt aber wiederholt die Temperatur unter diese Grenze. Die Vereinigung
der einzelnen Maßnahmen gemäß der Erfindung ermöglicht nun eine zuverlässige Verbrennung
der Abgase auch bei einem Sinken der Temperatur bis 32o° C.
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Als Vorrichtung zur Ausführung des neuen Verfahrens eignet sich insbesondere
eine Verbrennungskammer; welche von einer durch die Verbrennung in der Kammer erhitzten
Luftkammer umgeben ist, sowie eine Zündvorrichtung oder Wärmequelle zur Einleitung
der Verbrennung und eine Einrichtung zur Entnahme eines vorerhitzten Oxydationsmittels
(Luft') aus der Luftkammer und zur Mischung desselben mit den Abgasen vor Einleitung
in die Verbrennungskammer aufweist. Zweckmäßig wird die Abgasleitung mit einem Zweigrohr
versehen, das wahlweise mit je einem zweier Rohre in Verbindung gebracht werden
kann, von denen das eine nach der Gemischleitung der Brennkraftmaschine und das
andere nach der Luftkammer führt. Als Katalysator wird vorteilhaft ein metallischer,
z. B. Platinkatalysator, verwendet. der von einer Stromquelle aus elektrisch beheizt
wird.
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Ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens gemäß der Erfindung soll
an Hand .der Zeichmin
- näher erläutert werden. In dieser zeigt
Abb. i schematisch eine Vorrichtung, die in Verbindung mit dem Auspuff einer Bren.nkraftmaschine
verwendbar ist und mit deren Hilfe das neue Verfahren ausgeübt werden kann. Die
Vorrichtung ist teihveise im Schnitt und teilweise inl Aufriß dargestellt. Abb.
2 veranschaulicht in vergrößertem Maßstabe einen Teilschnitt nach der Linie II-II
der Abb. i. Abb. 3 stellt einen Schnitt nach Linie III-III der Abb. 2 dar.
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Durch eine Öffnung 2 eines Gehäuses i ragt das Auspuffrohr 3 hinein,
welches mit den. nicht dargestellten Auslaßende des Zylinders oder der Zylinder
.einer Brenikraftmaschine verbunden ist. Das Ende des Rohres erstreckt sich bis
in ein Gehäuse 4, dessen inneres Ende, wie dargestellt, verjüngt ist. Dieses verjüngte
Ende ragt in einen Teil 4.' hinein. Letzterer ist auch mit einer Einlaßöftnung 6
versehen, die ihrerseits in Verbindung mit einem T-förmigen Rohrstück 7 steht, -
dessen zwei Einlässe mit Rohren 8 und 9 verbunden sind. Das Rohr 8` ist mit dem
Einlaßende der Maschine verbunden und mit einem Ventil io versehen. Das Rohr 5 führt
nach einer Hilfsverbrennungskammer i i, welche vorzugsweise der Auspufftopf sein
kann und letztere ist umgeben von eileer Luftkammer 12, die an ihrem äußeren Ende
mit der Atmosphäre durch eine geeignete Öffnung 12' und an ihrem inneren Ende mit
dem Rohr 9 in Verbindung steht. Letzteres ist mit einem Ventil 13 versehen. , Aus
Vorstehendem ergibt sich, daß das Gehäuse .I sind die zugehörigen Teile einen Injektor
bilden, mit dessen Hilfe die Luft aus der Kammer 12 oder ein Verbrennungsgemisch,
vom Einlaßende der Maschine ab und in den Auspuffkanal gesaugt werden können, und
zwar einzig dadurch, daß durch letzteren die Auspuffgase der Maschine hindurchgehen.
Selbstverständlich müssen die Ventile io und 13 in richtiger Weise eingestellt werden.
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Quer in dem. Rohr 5 und- in dem Teil q.' und darin in geeigneter Weise
befestigt ist ---in Katalysator r4., bestehend beispielsweise aus Platin: dieses
Organ wirkt als Katalysator, indem es die Vereinigung von Kohlenoxyd und Sauerstoff
zu Kohlensäure oder von Methan und Sauerstoff zu Wasserdampf und Kohlensäure oder
solche andere Reaktionen herbeiführt, wie sie in der Chemie an sich allgemein bekannt
sind.
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Gleichfalls in das Rohr 5 eingeschaltet ist eine Zündkerze 15, die
in eurem elektrischen Stromkreise liegt, welcher eine elektrische Stromquelle, z.
B. Batterie 16, einen Unterbrecher 17 und einen Schalter 18 einschließt.
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Der Auspufftopf i i ist mit dem üblichen Endrohr i g, das in die Außenluft
mündet, versehen.
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Die oben beschriebene Vorrichtung arbeitet wie folgt: Angenommen,
die Maschine pufft ihre Verbrennungsprodukte aus. so gelangen letztere durch die
Rohre 3 und 5, die Verbrennungskammer i i und das Endrohr 19 in die Atmosphäre.
Derartige Verbrennungsprodukte enthalten normalerweise stark giftiges Kohlenoxyd
und andere schädliche Gase.
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Nunmehr w'_rd der Schalter 18 geschlossen, also die Zündkerze an die
Batterie gelegt. An der Zündkerze springt ein Funke über. Das Ventil io wird nun
geöffnet und der Injektor bewirkt ein Überströmen von Kohlenwasserstoffmischung
von dem Einlaßende der Maschine durch .das Rohr 8 in das-Rohr 9. Die Gasmischung
wird entzündet und verbrennt in der Hilfsverbrennungskammer i i. Man läßt eine derartige
Verbrennung genügend lange vor sich gehen, um die Wandungen der Luftkammer 12 hinreichend
zu erhitzen. Gleichzeitig wird die Platinspule erhitzt. Das Ventil io wird dann
geschlossen, das Ventil 13 und der Schalter 18 geöffnet. Nunmehr wird durch den
Injektor erhitzte Luft aus der Luftkammer 12 entnommen und in den Strom der Auspuffgase
eingeleitet. Die Wärme der Platinspule genügt, um sie als Katalysator wirken zu
lassen, welcher die Vereino-mig des Sauerstoffes und der einge= führten Luft mit
dem Kohlenoxyd oder Methan oder anderen gas- oder dampfhaltigen Bestandteilen der
Auspuffgase herbeiführt. Diese chemische Verbindung tritt in der Eilfsverbrennungskammer
i i ein- und die sich ergebenden Verbrennungsgase, die nunmehr frei von Kohlenoxyd,
Methan oder GasoLndämpfen sind, wenigstens in dem Maße frei, wie eine Vereinigung
mit Sauerstoff stattgefunden hat, werden endlich in die Atmosphäre ausgestoßen.
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Die zuletzt beschriebene Hilfsverbrennung hält die erforderliche Temperatur
des Katalysators aufrecht, so daß das Verfahren nunmehr kontinuierlich wirkt.
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Es ist daher ohne weiteres erkennbar, daß durch geeignete Regulierung
der in die Auspuffgase- -eingeführten Luftmenge die gewünschte Redukt_on. Umwandlung
oder Reaktion der vorhandenen Gase oder Dämpfe stattfinden kann.
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Für den Fall, daß die beschriebene Hilfsverbrennung nicht stattfindet
und die Umwandlung der Gase oder Dämpfe aufhört, so setzt sich dennoch das Einführen
von Luft in die Auspuffgase fort; das hat dann den Vorteil, daß diese Gase bis zu
einem genügenden Grade verdünnt werden, um sie wenigstens weniger schädlich, giftig
oder belährlich
zu machen. d)ics ist besonders wichtig für den
Verkehr finit Kraftfahrzeugen, bei denen sonst das Kolilc#nosyd, das Methan und
die Gasolin- oder Öldämpfe. trotzdem sie in die Außenluft abgeblasen werden, in
genügender Menge vorhanden sind. um schädliche Wirkungen und fibelkeiten bei menschlichen
Wesen hervorzurufen, die sich in der -Nachbarschaft befinden und gezwungen sind,
derartige Dämpfe einzuatmen.
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Da die chemische Vereinigung von Kohlenoxyd und Sauerstoff- oder Methan
und Sauerstop exotherm'.sche Natur besitzt, kann die Wärme der sich ergebenden Verbindungsprodukte
ausgenutzt werden. insbesondere für Heizungszwecke.
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In gewissen Motoren kann die Anfangstemperatur der Auspuffgase genügend
hoch sein, um den Katalysator zu aktivieren. In einem solchen Falle sind die Zündkerze
und die Verbindungen mit dem Einlaßende der Maschine entbehrlich.
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Zwecks Wärmeschutzes ist es vorteilhaft. die oben beschriebene Vorrichtung
in eine geeignete Isolation 2o innerhalb des Gehäuses i einzubetten.
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Anstatt <die oben beschriebene Zündkerze und Verbindungsleitung
zur Lieferung der-Anfangswärme für das Platin zu verwenden. kann letzteres auch
unmittelbar mit Hilfe eines Stromkreises 21 erhitzt werden. welcher eine Stromquelle
22 und einen Schalter 23 enthält und durch den die erforderliche Erwärmung stattfinden
kann.
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Wenn die Umstände sowohl die Zündkerze als auch die Rohrleitungen
und Verbindungen erfordern, so kann die Einrichtung zur unmittelbaren Erwärmung
gleichfalls beibehalten werden.
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Sollte gefunden werden, daß die Verbrennungswärme nicht ausreicht,
um die erforderliche Aktivierung der Katalyten herbeizuführen, so kann letzterer
mit Hilfe des Stromkreises 21 auch noch während des Verfahrens der Umwandlung der
Gase oder Dämpfe erwärmt werden.
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Wenn die Vorrichtung in Verbindung mit Kraftfahrzeugen verwendet wird,
so können alle diejenigen. Stromerzeuger oder Batterien. die bereits einen Bestandteil
der Ausrüstung des Fahrreuges bilden, ebenso als Stromquelle zur Erhitzung &s
Katalysators oder anfänglichen -Entzündung des brennbaren Gein?sches verwendet werden.
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Die Erfindung wurde oben in erster Linie beschrieben in Anwendung
auf die Auspuli-;;ase von l;_rennkraftmaschineit. Selbstver--tändlic:h ist sie ebciasogut
anwendbar auf 1"erlireiinungs-ase anderer Herkunft, beispielsweise solche aus Kesseln,
Feuerungen o. dgl. \Vr:ter ist es offensichtlich, daß die bei der Hilfsverbrennung
erzeugte Wärme auf die versch_edenartigstc Weise ausnutzbar ist, so daß dadurch
der Wirkungsgrad der Erfindung noch wesentlich erhöht wird.
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In der Tat kann in gewissen Fällen, wo die giftige Wirkung der Gase
nicht von ausschlaggebender Bedeutung ist, diese Erhöhung des Wirkungsgrades oder
die Aufspeicherung der Energie des Brennstoffes der Hauptgesichtspunkt sein.