DE562559C - Vorrichtung zur katalytischen Aufbereitung von schweren oder leichten Kohlenwasserstoffen - Google Patents

Description

Im Hauptpatent ist ein Verfahren und Vorrichtung zur Aufspaltung schwerer und leichter Kohlenwasserstoffe durch Katalyse beschrieben, das insbesondere für Kraftfahrzeuge anwendbar ist und bei dem unter Beheizung des Katalysators durch Auspuffgase oder eine andere Wärmequelle diesem ein in mehrere Gasströme aufgeteiltes Gemisch aus Brennstoff und einer gewissen zur Katalyse genügenden Menge Luft

ίο zugeführt wird, während die zur Verbrennung des "erzeugten Brenngemisches notwendige Luft erst hinter dem Katalysator dem Gemisch beigemengt wird.
Die Erfindung betrifft eine verbesserte Vorrichtung zur katalytischen Aufbereitung, und das Wesentliche besteht darin, daß eine mit mehreren Ausströmöffnungen versehene Gemischverteilvorrichtung und quer zu den Strömen des verteilten Gemisches gerichtete Prallflächen vorgesehen sind, mittels deren das fette Vorgemisch außer im Bereich auch vor und gegebenenfalls noch hinter der Katalysiervorrichtung einer Zerlegung in viele einzelne feine Gemischströme und daran anschließend einer an sich bekannten Durchwirbelung unterworfen wird.

Hierdurch wird eine gründliche Zerstäubung

und Durchmischung des aufzuspaltenden Brennstoffes mit dem oxydierenden Gas und eine gute Berührung mit den Katalysatorflächen erreicht, so daß die Aufspaltung sich schneller und vollständiger vollzieht.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich unter Benutzung der Luftzuführung zum Gemischstrom an mindestens zwei hintereinanderliegenden Stellen, indem dem Brenngemisch die Luft oder gegebenenfalls außerdem noch Auspuffgase in Querrichtung zum Brenngemischstrom zugeführt werden. Hierdurch ist eine besonders gute Durchmischung des Brenngemisches erreichbar. Zweckmäßig wird dabei ferner eine große Anzahl von Teilströmen des Brenngemisches in an sich bekannter Weise derart gegeneinander oder gegen Prallflächen gerichtet und dann gemeinsam weitergeleitet, daß die Teilströme gegenseitig eine starke Durchwirbelung erzeugen.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform ergibt sich, indem vorzugsweise im Anschluß an die Katalysiervorrichtung an sich bekannte Venturimischer vorgesehen sind, durch die dem Brenngemisch die Zweitluft zugeführt wird. Die Venturimischer weisen dabei vorteilhaft an den engsten Stellen der abgestuft aneinandersteckenden Düsen in den Düsenwänden

Löcher zur Zuführung von Brenngemisch auf, die im wesentlichen quer zu dem die Düsen durchströmenden Luftstrom gerichtet sind. Durch die Venturimischer läßt sich die Luft 5 bei verhältnismäßig geringem Ansaugwiderstand mit großer Geschwindigkeit durch enge . Durchgangsquerschnitte ansaugen, und die Zuleitung des Brenngemisches an diesen engen Querschnitten durch die zahlreichen kleinen ίο Düsen bewirkt dann eine besonders starke Durchwirbelung und feine Verteilung des Brenngases in dem Frischluftstrom.

Mit Vorteil ist außer regelbaren Zuführungen für die Zweitluft noch eine weitere, mit Rückschlagventil versehene Zuführung für Luft vorgesehen, die unter der Wirkung des vom Motor erzeugten Unterdrucks Luft in die Leitung einläßt, um den Motor mit einer genügenden zusätzlichen Luftmenge zu versorgen, wenn der durch ihn erzeugte Unterdruck eine gewisse Grenze überschreitet.

Die Zeichnung veranschaulicht beispielsweise Vorrichtungen gemäß der Erfindung und gibt weitere wertvolle Erfindungseinzelheiten. Es zeigen:

Abb. ι einen Aufriß einer Katalysiervorrichtung mit Katalysatorkammer, teilweise geschnitten,

Abb. 2 einen Schnitt 2-2 durch dieselbe Vorrichtung rechtwinklig zum Schnitt nach Abb. 1, Abb. 3 einen Grundriß zu Abb. 1 in Ansicht, Abb. 4 einen Aufriß einer anderen Katalysatorkammer, bei der die Vorderwand abgenommen ist,

Abb. 5 einen Schnitt dazu nach Linie 5-5 der Abb. 4,

Abb. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 der Abb. 4 in kleinerem Maßstabe,

Abb. 7 eine besondere Ausführungsform eines Mischers, vorzugsweise zur Mischung des Brenngemischs mit Zweitluft.

Nach Abb. 1 bis 3 ist ein Schwimmergefäß 1 mit einem Schwimmer vorgesehen, bei dem ein teilweise leerer Raum geschaffen ist zu dem Zweck, einer inneren Ausdehnung, die unter der Wirkung der strahlenden Wärme des Motors entsteht, zu widerstehen.

Dieses Schwimmergefäß mit konstantem Brennstoffspiegel ist durch die Leitung 2 mit einer Spritzdüse 3 verbunden, wie in Abb. 2 dargestellt. Die Primärluft wird durch die Leitung 19 der Spritzdüse bzw. dem sie umgebenden Hohlraum 3' zugeführt. Unter der Saugwirkung des Motors oder einer Pumpe, die die Brennstoffmischung in Umlauf versetzt, wird der Brennstoff angesaugt und reißt die Luft aus dem Hohlraum 3' mit sich fort. Diese mit Kohlenwasserstoff angereicherte Luft, die eine gute Emulsion bildet, wird durch eine Verteilerlampe 4 am unteren Ende des Katalysatorblocks zerstäubt.

Der Katalysatorblock oder die Katalysatorkammer 5 ist aus einer Kupfermasse oder einem anderen Metall oder irgendeinem anderen Stoff ausgeführt, welcher die Oxydation des Brennstoffes fördert; der Block ist in Längsrichtung durch zwei Gruppen von gewundenen Kanälen gefurcht, die entweder durch Gießen oder Treiben hergestellt werden.

Die erste Gruppe dieser gewundenen oder zickzackförmig geführten Kanäle auf der Vorderseite des Katalysatorblocks dient, wie Abb. 1 erkennen läßt, in der der Katalysatorblock nach Wegnahme eines wärmegeschützten Deckels 14 dargestellt ist, als Weg für das aus Kohlenwasserstoff und Primärluft bestehende, vom Mischer 3 und der Rampe 4 kommende Brenngemisch.

Die zweite Gruppe von Kanälen 20 befindet sich auf der Rückseite des Katalysators und ist durch Auspuffgase durchströmt und gegebenenfalls durch irgendeine andere Wärmequelle beheizt. Diese zweite Gruppe von Kanälen ist gegebenenfalls mit Rippen ausgerüstet, die an den Kanalwandungen .befestigt oder einstückig mit diesen hergestellt sind. Auf diese Weise wird ein guter Wärmeaustausch zwischen den Auspuffgasen des Motors und den der Katalyse zu unterwerfenden Brenngemischdämpfen erreicht.

Der Katalysatorblock ist, wie oben erwähnt, an seiner Vorderseite durch einen wärmegeschützten Deckel 14 abgedeckt, und dieser ist durch Bolzen oder irgendwelche andere Mittel befestigt. Am oberen Ende des Katalysatorblocks befindet sich eine Leitung 9 zur Zuführung von Sekundärluft, und diese Leitung enthält ein Regelglied. Das im Katalysator aufgespaltene Brenngemisch gelangt von diesem nach oben zu einer Venturidüse bzw. einem ' Mischer 6. Dort mischt sich das Brenngemisch mit der von der Leitung 9 kommenden Sekundärluft und gelangt dann durch das Sammelrohr 16 zum Motor.

Im Anschluß an den Mischer 6 ist eine weitere Leitung mit einem Unterdruckventil 7 angeordnet, das unter der Wirkung einer Feder 8 steht und eine selbsttätige Zuführung zusätzlicher Luft zum Brenngemisch zuläßt, wenn der durch den Motor erzeugte Unterdruck eine gewisse Grenze überschreitet.

Die Auspuffgase gelangen nach ihrem Austritt aus dem Motor durch ein Sammelrohr 17 auf der Rückseite des Katalysatorblocks und können dann, wenn ein in diesem Rohr angeordnetes Regelglied 13 geöffnet ist, unmittelbar nach der Auspufföffnung 15 kommen. Wenn dagegen das Regelglied 13 vollständig geschlossen ist, müssen die Gase, wie aus Abb. 2 hervorgeht, durch eine Öffnung in einer Scheidewand 20' treten, um dann Heizrippen 20 zu bestreichen und darauf zur Auspufföffnung 15 zu gelangen.

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Wenn das Regelglied 13 mehr oder weniger

geöffnet ist, ist die Menge der die Heizrippen 20 bestreichenden Auspuffgase mehr oder weniger groß. Man ist somit in der Lage, die Temperatur des Katalysators nach Belieben zu regeln.

Die Rückseite des Katalysatorblocks, d. h. die Seite, welche durch die Heizrippen 20 bzw. die Flächen 21" in der Ausführungsform nach Abb. 5 gebildet ist, ist ebenso in katalysierend wirkendem Metall oder anderem Stoff ausgeführt und bewirkt somit eine Katalyse der Auspuffgase, derart, daß die schädliche Wirkung dieser Gase vernichtet wird, insbesondere durch Umwandlung des in diesen Gasen enthaltenen Kohlenoxydes in Kohlensäure.

Zur Verbindung einer Drosselklappe 11 der zum Motor führenden Gemischleitung mit der Drosselklappe 13 der Auspuffgasleitung kann ein Lenker 12 vorgesehen sein, derart, daß beide Regelglieder gleichzeitig zwecks Öffnung bzw. Schließung betätigt werden können.

An das zum Einlaß der Primärluft zum Mischer 3, 4 dienende Rohr 19 kann eine Abzweigung der Auspuffgasleitung angeschlossen sein zu dem Zweck, eine regelbare Zuführung von Auspuffgasen in das der Katalyse zu unterwerfende Brenngemisch zu ermöglichen. Diese Zuführung von Auspuffgasen zum Brenngemisch bezweckt eine Reaktion im Brenngemisch, derart, daß dieses zur Entwicklung einer guten Verbrennung geeignet wird, um ein gutes Arbeiten des Motors zu gewährleisten. Gleichzeitig wird das Brenngemisch durch die beigemischten Auspuffgase unmittelbar erwärmt, von diesen durchwirbelt und somit die Katalyse gefördert.

Die Abb. 4, 5 und 6 zeigen eine andere Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nach Abb. ι bis 3. In dieser Ausführungsform ist der Katalysatorblock in zwei Teile 21 und 22 geteilt. Abb. 4 zeigt diese beiden Teile nach Abnahme des wärmegeschützten vorderen Deckels. Der vordere Deckel ist ebenso in Abb. 6 fortgelassen. Er schließt den Katalysatorblock nach Abb. 6 auf der linken Seite dieser Abbildung dicht ab, wie es in Abb. 2 für die zuerst beschriebene Ausführungsform dargestellt ist. Die beiden Teile des Katalysatorblocks sind durch eine mittlere Kammer 23 getrennt, deren Vorderwand durch den wärmegeschützten Dekkel abgeschlossen ist. Die vorderen, das Brenngemisch bei 21' aufnehmenden Kanäle werden unmittelbar durch Auspuffgase beheizt, die den Katalysatorblock 21 in den Kanälen 21" durchstreichen. Im oberen Teile sind die gewundenen oder zickzackförmigen Kanäle weniger zahlreich als im unteren Teil des Katalysatorblocks, und sie sind nur indirekt durch Wärmeleitflächen beheizt, um die Temperatur der aufzuspaltenden Gase nicht unnötig zu erhöhen.

Wie Abb. 6 zeigt, wird das Brenngemisch unter der Ansaugewirkung des Motors oder der Wirkung einer Pumpe auf die Katalysatorflächen geschleudert.

Durch die düsenrohrartige Rampe 4 steigt das aus Primärluft und Kohlenwasserstoffen bestehende Brenngemisch in den Kanälen 21' auf, geht dann durch die mittlere Kammer 23 in die Kanäle 22 und von dort in eine mit einer Venturidüse oder einem ähnlichen Mischglied zur Beimischung der Sekundärluft zum Brenngemisch ausgerüstete Vorrichtung. Die Auspuffgase kommen durch die Leitung 17 und entweichen durch das Rohr 15. Während ihres Durchganges bestreichen sie die Kanalwände 21, indem sie durch die Kanäle 21" strömen. Die oberen Kanäle 22 heizen sie nur indirekt mittels wärmeleitfähiger Abdeckteile.

An Stelle des in den vorhergehenden Beispielen beschriebenen Venturimischers oder einer anderen Zuführungsvorrichtung für Zusatzluft kann auch ein Mischer nach Abb. 7 vorgesehen sein. Diese Vorrichtung setzt sich aus einer Reihe konvergierender und dann divergierender Düsen 24, 25 und 26 zusammen, die stufenförmig angeordnet sind, derart, daß die Auslaßöffnung einer Düse sich innerhalb der Eintrittsöffnung, und zwar des sich verengenden Teils der nächsten Düse, befindet. Das reiche Brenngemisch wird durch Leitungen 24', 25' und 26' nach den Düsen go geführt und tritt durch eine Reihe von kleinen Löchern bestimmter Weite aus, die im Umfang der verengten Teile der Düsen angeordnet sind. Die Sekundärluft tritt durch die Düsenöffnungen 27, 28 und 29 in diese ein und trifft somit quer auf das durch die kleinen Löcher austretende Brenngemisch.

Die Katalyse des Brenngemisches wird durch seinen Durchtritt durch den Katalysatorblock bewirkt, wie oben beschrieben; sie kann jedoch im Motor selbst vervollständigt werden dadurch, daß alle Wände der Verbrennungsräume oder insbesondere eine dem Gaseintritt gegenüberliegende Wand aus einem katalysierend wirkenden Stoff bestehen. Nötigenfalls können auch hinter dem Katalysatorblock noch katalysierend wirkende Wände in der Brenngemischleitung vorgesehen ein.

Die Durch wirbelung des Brenngemisches kann, abgesehen von quer zueinander gerichteten n₀ Luft- bzw. Brenngemischströmen, auch durch Gegeneinanderrichtung mehrerer Brenngemischströme, die für sich jeder schon mit Primärluft versehen sein können, hervorgerufen werden.

Claims (1)

1. Patentansprüche:

   i. Vorrichtung zu katalytischer Aufbereitung von schweren oder leichten Kohlenwasserstoffen nach Patent 519 580, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit mehreren Ausströmöffnungen versehene Gemischverteil-

   vorrichtung und quer zu den Strömen des verteilten Gemisches gerichtete Prallflächen vorgesehen sind, mittels deren das fette Vorgemisch außer im Bereich auch vor und gegebenenfalls noch hinter der Katalysiervorrichtung einer Zerlegung in viele einzelne feine Gemischströme und daran anschließend einer an sich bekannten Durchwirbelung unterworfen wird.

   ίο 2. Vorrichtung nach Anspruch ι mit

   Luftzuführung an mindestens zwei Stellen, dadurch gekennzeichnet, daß dem Brenngemisch die Luft, oder gegebenenfalls außerdem noch Auspuffgas in Querrichtung zum Brenngemischstrom zugeführt wird.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise eine große Zahl von Teilströmen des Brenngemischs derart gegeneinander oder gegen Prallflächen gerichtet und gemeinsam weitergeleitet werden, daß sie gegenseitig eine starke Durchwirbelung erzeugen.

   4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1° bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise im Anschluß an die Katalysiervorrichtung an sich bekannte Venturimischer (24 bis 29) vorgesehen sind, durch die dem Brenngemisch die Zweitluft zugeführt wird.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Venturimischer (24 bis 29) an den engsten Stellen der abgestuft ineinandersteckenden Düsen in den Düsenwänden Löcher (24', 25', 26') zur Zuführung von Brenngemisch aufweisen, die im wesentlichen quer zu dem die Düsen durchströmenden Luftstrom gerichtet sind.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß außer regelbaren Zuführungen für die Zweitluft noch eine weitere mit Rückschlagventil (8) versehene Zuführung (7) für Luft vorgesehen ist, die unter der Wirkung des vom Motor erzeugten Unterdrucks Luft in die Leitung einläßt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen