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Vorrichtung beispielsweise für Brennkraftmaschinen zur Herstellung
eines Brenngemisches aus flüssigem, etwa bei 180 bis 200° C siedendem Brennstoff
und einem gasförmigen Bestandteil, insbesondere Luft Die Erfindung betrifft eine
Vorrichtung beispielsweise für Brennkraftmaschinen zur Herstellung eines Brenngemisches
aus flüssigem, etwa bei i8o bis aoo° siedendem Brennstoff mit einem gasförmigen
Bestandteil, insbesondere Luft, mit Zuführung des Brennstoffes unter Druck in eine
als Katalysator wirkende, regelbar vorzugsweise elektrisch beheizte Verdampfungskammer,
ferner mit Vorwärmung des gasförmigen Bestandteils und mit einer Mischstelle für
beide Gemischbestandteile.
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In bekannten Vorrichtungen dieser Art wird die Brennstoffflüssigkeit
auf ihrem Wege zur Mischstelle gewöhnlich durch die Wände der Brennstoffleitung
umspülende Heizgase und der gasförmige Bestandteil auf seinem kürzeren oder zumindest
verschiedenartig ausgebildeten Wege in einer solchen Weise erwärmt, daß die Brennstoffflüssigkeit
allmählich ihre Verdampfungstemperatur erreicht, wobei jedoch die Luft im Verhältnis
zum verdampften Brennstoff ungenügend vorgewärmt" wird. An der Mischstelle tritt
infolge der unzureichend vorerwärmten Luft eine nachteilige Temperatursenkung des
verdampften Brennstoffes ein. Abgesehen von dem plötzlichen Abkühlen des dann höher
als die gewünschte Gemischtemperatur erhitzten Brennstoffbestandteiles tritt aber
auch leicht eine örtliche Überhitzung des Brennstoffes während seiner Zuführung
ein. Die in bekannten Vorrichtungen in dem Verdampferteil des Brennstoffes verwendeten
Gußteile von verwickeltem Aufbau sind außerdem einer schnellen Regelung der Heizung
gegenüber sehr träge, denn entweder nehmen sie bei Temperaturerhöhung zuerst die
zusätzliche Wärme auf oder geben bei Temperatursenkung noch nachträglich Wärme ab.
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Der gasförmige Bestandteil, gewöhnlich Luft, wird zumeist auf dem
Ansaugeweg angewärmt, der infolge seiner Kürze keine genügende Vorwärmung zustande
kommen läßt. Oft dient hierbei zur Beheizung das vorher bereits zur Erwärmung der
Brennstoffflüssigkeit benutzte und infolgedessen eine tiefere Temperatur aufweisende
Heizmittel. In den bekannten Vorrichtungen findet also keine gleichmäßige Erwärmung
der Brennstoffflüssigkeit und gleich hohe Erwärmung des gasförmigen Bestandteiles
statt.
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Das Mischen des flüssigen Brennstoffes findet zumeist durch Zerstäuben
oder Zerteilen des Brennstoffes oder durch Mitreißen in einem starken Luftstrom
statt. Solche Mischvorrichtungen ergeben ein mageres und ungleichmäßiges Brennstoffgemisch,
das bei
der Verbs ei:nun in @rennhraf @maschi.nen oder unter Kesseln
keinen grollen Heizwert besitzt.
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Die Vorrichtun-etiüili der Erfindung be= steht demgegenüber in einer
ringförmigen Ausbildung der etwa in Höhe des flüssigen Breinistoftspiegels durch
eine mit Bohrungen versehene Querwand in zwei Teilkammern, unterteilt; i Verdanipferkammer,
in einem diese in einen Abstand teilweise überdeckenden Hohlmantel für den gasförmigen
Bestandteil unter Anordnung der Heizvorrichtung in (1211i Raum zwischen den beiden
Heizkaininern und in der Zuführung des verdampften Brennstoffes über eine Leitung
und eine durch ein Ventil gesteuerte Ausströnidüse in eine finit dein Hohlmantel
für den gasfö rniigen Bestandteil über Kanäle in Verhindung stehende Mischkammer,
die mit einem der Ausströmdüse gegenüberliegenden düsenartigen Kanal in die Geinischleitting
mündet.
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Durch die neuartige Ausbildung der Vorrichtung gemäß der Erfindung
werden hochwertige Brenngemische erhalten, denn die Anordnung der Ringkammern finit
der Heiil t eine gleicliniäßige und gleichzeitige Erhitzung des Brennstoffbestandteiles
und des beizumischenden gasförmigen Bestandteiles und die besondere Ausbildung des
Mischventils eine innige 2Iischung dieser beiden Bestandteile. Es findet keine örtliche
Cberhltzun g statt, so dalein gleichförmiges Geinisch bei der Anwendung einer für
das entsprechende aufzubereitende Öl niedrigen Heiztemperatur das schließliche Ergebnis
ist.
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In den Zeichnungen sind verschiedene Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes
dargestellt. Es ist Fig. i ein Schema einer Anlage zur Zuführung gasförmigen Brennstoffes
zu einer Brennkraftmaschine, Fig.2 ein senkrechter Schnitt durch die Brennstoffaufbereitungsanlage
gemäß Fig. i, Fig. 2a ein Teilschnitt durch eine etwas abgeänderte Ausführung der
Vorrichtung, Fig. 3 ein Querschnitt nach der Linie 3-3 der Fig. = und Fig. d ein
Teilschnitt, der den Anbau der Einrichtung an einen Ofen zeigt.
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In Fig. i ist ein Teil einer Einrichtung io, die gasförmigen Brennstoff
gebraucht, dargestellt, wie z. B. eine Brennkraftmaschine finit einer Gemischleitung
iou, finit denn die neue Vorrichtung i i verbunden ist.
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Die Vorrichtung i i (Fig. 2) besteht aus einer @lisclivorriclittnig
13, an die die Geniischleitung io,f angeschlossen ist, und einer Verdampferkanimer
tind Vorwä rmungsteil 14, der darunter angeordnet ist und durch eine Leitung i z
mit der Mischvorrichtung in Verbindting stellt. Der Teil 14. enthält eine zylindrische
Kammer ringförmigen Querschnittes, die durch ein Rohr 16 und durch ein rohrförmiges
'Futter 19 gebildet wird. Die Kammer' wird -durch eine über die ganzeL änge desRohres
16 sich erstreckende Trennwand zga in Teilkaminern 17, 18 halbkreisförmigen Querschnittes
geteilt (Fig. 2 und 3). Die untere Teilkamnier 17 dient zur Aufnahme des flüssigen
Brennstoffes, der am vorderen Ende 2o durch einen Nippd21 eingeführt wird. Dieser
Nippel steht finit der Auslaßseite eines regelbaren Zuführungsventils 22 in Verbindung.
Die Einlaßseite des Ventils 22 erhält den Brennstoff zweckniäfüg unter Druck durch
ein Rohr 25 von einem Vorratsbehälter 2q. über eine Ptnnpe 23 zugeführt. Das Ventil
22 wird in an sich bekannter Weise durch Verdrehung des Schaftes 2211 eingestellt.
Ein Auslaßrohr 26 ist vorgesehen, um die untere Teilkaininer 17 in den Behälter
24 zti entleeren, und .mit einem üblichen Ventil oder Hahn 28 abgeschlossen.
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In der unterer, Teilkammer 17 wird der flüssige Brennstoff verdampft,
entspannt und der katalytischen Einwirkung der Verdampferkammerwandung ausgesetzt.
Die obere Teilkammer 18, die mit derunteren Teilkammer 17 durch Öffnungen 19h in
Verbindung steht, dient dazu, den verdampften, entspannten Brennstoff weiter zu
erwärmen, und besitzt an ihrem oberen vorderen Ende eine nach oben führende Leitung
15, um den Öldampf der Einlaßseite eines Pegel- und Mischventils 29 zuzuführen,
von dein er durch eine Ausströmdüse 30 in eine 'Mischkammer 31 gelangt. In
dein Ventil 29 wird die Strömung des Öldampfes in üblicher Weise durch Verdrehung
des Ventilschaftes 29« geregelt. Um dem im Teil 14. erzeugten Gase die richtige
Zusammensetzung zu geben und ein möglichst wirkungsvolles Brennstoffgemisch zu erzeugen,
muß der verdampfte flüssige Brennstoff die Mischkammer 31 durchströmen, die durch
einen ringförmigen Raum 291, des Ventils 29 mittels Öffnungen 29c mit denn Dampf
oder Druckluft zuführenden Rohr 32 in Verbindung steht. Auf diese Weise wird eine
innige Mischung des verdampften Öles und des Gases bzw. der Luft erhalten. In Fig.
i ist eine Anlage gezeigt, bei der Druckluft zugeführt wird. Die Druckluft wird
von einem ,,blichen Verdichter 33 erzeugt und einem Behälter 34 zugeleitet. Von
hier gelangt sie durch ein Rohr 35 nach dein Einlaß 36a am rückwärtigen Ende eines
Hohlmantels 36, der die ringföriiiige Kammer des flüssigen Brennstoffes umgibt (Fig.
2). -CTin-die Strömung der Luft durch den Mantel 36 zti regeln, ist ein Ventil 37
in der Rohrleitung 35 angeordnet. Der vordere Auslaß 36h des Mantels ist direkt
mit dem
Rohr 32 verbunden, das die Luft dein Ventil 2g zuführt.
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Um die Bestandteile des Brennstoffes, die durch den Teil 14 und die
Kammer 36 fließen, vorzuwärmen und zu verdampfen, können beliebige Heizeinrichtungen
vorgesehen sein; es werden jedoch zweckmäßig elektrische Heizkörper 40 verwendet.
Ein solcher Heizkörper paßt in einen sich in Längsrichtung erstreckenden Raum i,.a
des Teiles 14., um die innere Wandung des Mantels 36c und die Wandungen 17a, 17b
und i8a, 18v der Teilkammern 17 und i8 zu heizen. Die Wandung 36c des Mantels besitzt
einen Abstand von den Wandungen 17a und 1811, um das Einführen einer Anzahl von
Widerstandsheizkörpern 4.i zu ermöglichen. Die Heizkörper sind an ihren Enden durch
passende Klemmstücke .42 unterstützt, die auf einer isolierenden Platte d.3 gelagert
sind. Diese Platte bildet einen Verschluß für den Raum i4a (Fig. 2 und 3). Anschlußklemmen
44 sind vorgesehen, um die Heizelemente 41 in Reihe mit einem Regelwiderstand 45
zu verbinden und in den Stromkreis einer elektrischen Kraftquelle (nicht dargestellt)
mit Hilfe der Drähte .4.6 zu schalten.
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Durch einfaches Einstellen des Widerstandes 45 werden die Temperaturen
des flüssigen und verdampften Brennstoffes in den Teilkammern 17 und 18 während
des Verdampfens und gleichzeitig auch die Vorwärmung der Luft in dem Mantel 36 geregelt.
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Auf die Verdampfung des Brennstoffes besitzt das Futter 1g großen
Einfluß, das aus einem Werkstoff mit katalytischen Eigenschaften im .erhitzten Zustand
besteht, wie z. B. Nickel. Platin, Palladium, Kupfer, Messing oder ähnlichen Werkstoffen.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, hat das Futter ig die Gestalt eines rohrförmigen Teiles,
dessen eines Ende an der Vorderwand 14b des Teiles 14. anliegt und dessen anderes
Ende von der rückwärtigen Wandung 16a des rohrförmigen Teiles 16 unterstützt wird.
Das rückwärtige Ende der axialen Öffnung igc, die sich durch das Futter erstreckt,
steht mit dem Raum i.la in der Nähe der Wandung 16a in Verbindung, so daß eine verhältnismäßig
große Heizfläche des Futters der Wärme ausgesetzt ist und die katalytische Wirksamkeit
des Futters wesentlich erhöht wird.
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In Fig. 2 a ist eine abgeänderte Form des Erfindungsgegenstandes dargestellt,
bei der ein weiterer elektrischer Heizkörper i4o mit der Klemme 14. vorgesehen ist.
Dieser Heizkörper ist in Reihe mit einem Widerstand 145 an eine elektrische Kraftquelle
(nicht dargestellt) durch Leitungsdrähte 146 verbunden und erstreckt sich durch
die rückwärtige Endwandung iq.c des Teiles 1q. und in die axiale Öffnung igc des
Futters ig, um unabhängig die Temperatur und die katalytische Wirkung des Futters
zu regeln, Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Einrichtung ist folgende: Ein
fl.üssigerBrennstoff wird unter Druck durch das Ventil 22 in die Vorrichtung i i
geleitet, wo er verdampft, entspannt und einer katalytischen Wirkung in der Teilkammer
17 ausgesetzt wird. Die Brennstoffdämpfe werden in der Teilkammer r8 weiter entspannt.
Der verdampfte Brennstoff gelangt von der Teilkammer i8 durch die Leitung 15 und
das Ventil 29 in die Kammer 31, wo er mit der erhitzten Druckluft, die aus dem Rohr
32 von dem Mantel 36 kommt, innig gemischt wird, worauf dieses Gemisch durch Leitungen
39a einer langen Düse 39 in die Einlaßleitung ioa eintritt (Fig.2).
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Die oben beschriebene Vorrichtung hat mitunter die Neigung, unregelmäßig
zu arbeiten, besonders bei wechselnder Belastung durch den Verbraucher. Diese unerwünschte
Eigenschaft ist offenbar auf einen Rückdruck zurückzuführen, der während der Verdampfung
und Entspannung des flüssigen Brennstoffes in der Teilkammer 17 entsteht und größer
ist als der normale Druck des flüssigen Brennstoffes, der durch die Pumpe 23 zugeführt
wird. Um diese unerwünschte Eigenschaft zu beseitigen, ist eine Vorrichtung R zur
selbsttätigen Regelung der Brennstoffzuführung vorgesehen. Diese Vorrichtung kann
an beliebiger Stelle in die Zuführungsleitung 25 eingebaut werden und kann z. B.,
wie in Fig. 2 dargestellt, einen Teil des Ventiles 22 bilden. Die Vorrichtung R
enthält einen in senkrechter Richtung verschiebbaren Stößel 6o mit einem Ventilteller
61 am oberen Ende. Dieser Teller wird gegen einen Sitz 62 gehoben, um den Rückfluß
des flüssigen Brennstoffes abzuschneiden, der durch irgendwelche plötzlichen Schwankungen
der Belastung oder aus irgendeinem anderen Grunde auftritt und der den Druck des
verdampften Brennstoffes in der Teilkammer 17 über den Zuführungsdruck der Flüssigkeit
in dem Rohr 25 steigert. Normalerweise kann jedoch der flüssige Brennstoff gemäß
Fig. -- um den Stößel 6o herum in das Ventil -22 eintreten.
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Die Aufbereitung eines hochwertigen Brennstoffes aus Kohlenwasserstoffölen
und Luft besteht daher im wesentlichen aus einem Verdampfen des Öles und einer Vereinigung
im erhitzten Zustand mit vorgewärmter Luft unter Druck,. ohne die Temperatur der
Mischung zu erniedrigen. Durch die katalytische Einwirkung auf .das verdampfende
Öl werden Kohlenstoffablagerungen in den Teilkammern 17 und 18 verhindert. Die Aufbereitung
wird in einfacher Weise durch die
Heizung der Vorrichtung i i und
durch Einstellung der Ventile 22, 29 und 37 überwacht. Die Wärmeverluste durch Strahlung
können stark herabgesetzt werden, indem man das Rohr 32 so kurz wie möglich ausführt
und einen Wärmeisolator in Form von Hüllen 65. 66 und 67 auf der Außenseite der
Vorrichtung i i, des Rohres 32 und dein Einlaßring ioa vorsieht. In Fig. 4. ist
eine Einrichtung gezeit, die an einer Ofenwandung W angebracht' ist. Die Düse 29
ist bei dieser Ausführung durch eine Brennerdüse 139 ersetzt, die in irgendeiner
Weise durch einen Rahmen 70 in Stellung gehalten wird. Öffnungen 70a sind
in dem Rahmen 70 vorgesehen, um Luft von der Außenatmosphäre zuzuführen.
Die durch diese Öffnungen eintretende Luftmenge kann in üblicher Weise geregelt
werden, um die zum Betrieb des Brenners notwendige überschüssige Luft zuzuführen.
Dies geschieht z. B. mit Hilfe eines Ringes 71 mit Öffnungen 71a, der die
Öffnungen 70a öffnet oder verschließt.
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Die Vorrichtung zur Aufbereitung des Brenngemisches ist für einen
Brennstoff gedacht, der aus Rohöl abdestilliert ist und eine Siedetemperatur von
ungefähr i8o bis 2io° C hat. Diese verhältnismäßig tiefen Temperaturen werden bei
derVerdampfungdesBrennstoffes genau eingehalten, so daß ein Überliitzen und damit
verbundenes Ausfällen von Kohle oderZerfallen des Brennstoffes in seine Bestandteile
nicht eintritt.