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Verfahren zum Verdampfen von Brennstoff In der deutschen Patentschrift
594 766 ist eine Vorrichtung für stetige Verbrennung flüssiger Brennstoffe, beispielsweise
Brennöl, beschrieben, bei welcher der Brennstoff in einem Verdampfer dadurch verdampft
wird, daß er durch freien Fall mit den im Verdampfer befindlichen, auf hohe Temperatur
erhitzten Flächen in Berührung gebracht wird. Der Brennstoff wird dem Verdampfer
durch ein Mundstück zugeführt, und zwar an einer Stelle des Verdampfers oder eines
mit diesem verbundenen Teiles, an welcher eine erheblich niedrigere Temperatur herrscht
als an den erwähnten Flächen, so daß einerseits kein nennenswertes Verdampfen des
Brennstoffes eintritt, bevor derselbe auf die heißen Flächen trifft, und andererseits
eine Zersetzung des Brennstoffes und sich hieraus ergebende Kohleablagerungen im
Brennstoffmundstück vermieden werden. Zusammen mit dem Brennstoff und in derselben
Richtung, in welcher die Brennstoffzufuhr erfolgt, wird dem Verdampfer ein kaltes
Verdünnungsgas zugeführt, das teils den im Verdampfer gebildeten Brennstoffdampf
verdünnen soll, so daß dessen Mischbarkeit mit Verbrennungsluft zunimmt, und teils
verhindern soll, daß der Brennstoffdampf mit dem Brennermundstück und den dasselbe
umgebenden verhältnismäßig kalten Flächen in Berührung kommt und sich niederschlägt.
Der niedergeschlagene Brennstoff würde andernfalls in die heißeren Teile des Verdampfers
oder eines mit ihm verbundenen Teiles herunterfließen, hier zersetzt werden
und
nach und nach Kohleablagerungen solcher Größe verursachen, daß die Brennstoffzufuhr
hierdurch verhindert werden würde.
| Das Verdünnungsgas kann frei von S |
| Stoff sein oder Sauerstoff in größerer- k Ö , |
| kleinerer Menze enthalten. So ist es z: : aT: |
vorteilhaft, Luft hierfür zu verwenden, da diese überall in kaltem Zustande vorhanden
ist, und zwar in unbegrenzten Mengen. Die Verwendung von Luft als Verdünnungsgas
bei der Verdampfung derartiger Brennstoffe, wiebeispielsweise schweren Mineralölen,
deren Verdampfungstemperatur höher liegt als ihre Zündungstemperatur, war jedoch
bisher mit dem Nachteil verbunden, daß eine Verbrennung im Verdampfer nicht ganz
vermieden werden konnte. Wenn die Luft in den Verdampfer eingeführt wird, ist nämlich
die Entstehung eines zündbaren Gemisches unvermeidlich, und zwar auch dann, wenn
die Luft in so geringer Menge zugeführt wird, daß das sich ergebende Gemisch aus
Luft und dem sich im Verdampfer entwickelnden Brennstoffdampf infolge Brennstoffüberschusses
nicht zündbar ist; denn auch in diesem Fall entsteht beim Einströmen der Luft in
den Verdampfer zunächst ein zündbares Gemisch, das erst bei weiterer Anreicherung
an Brennstoffdampf infolge des dann sich ergebenden Brennstoffüberschusses unzündbar
wird. Da die Temperatur des Verdampfers außerdem höher sein muß als die Verdampfungstemperatur
des Brennstoffs und mithin höher als dessen Entzündungstemperatur, so erfolgt auch
ein Entflammen des zündbaren Gemisches.
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Eine Verbrennung des Brennstoffdampfes im Verdampfer muß jedoch nach
Möglichkeit vermieden werden, da sie bei Sauerstoffmangel erfolgt und daher unvollständig
ausfällt, so daß sie mit Kohleabsonderung verbunden ist und eine schnell. anwachsende
Kohleablagerung im Verdampfer verursacht, wodurch dessen einwandfreies Arbeiten
beeinträchtigt wird. Man hat daher versucht, die Verbrennung im Verdampfer dadurch
herabzusetzen, daß man ihm so wenigLuft wie möglich zugeführt hat. Beispielsweise
hat man die Luft und den Brennstoff in den Verdampfer durch ein mit diesem verbundenes
Rohr von kleinstmöglichem Querschnitt eingeführt. Da jedoch einerseits die Luft
in den Verdampfer mit verhältnismäßig großer Geschwindigkeit eingeführt wurde, um
ein Eindringen des Brennstoffdampfes in das Rohr und das sich hieraus ergebende
Niederschlagen an dessen Wänden, die aus obengenannten Gründen verhältnismäßig kalt
gehalten werden müssen, zu verhindern, und da der Querschnitt des Rohres nicht unter
einen gewissen Wert liegen kann, weil der Brennstoff frei hindurch fallen soll,
konnte in dieser Weise nicht verhindert werden, daß eine erhebliche Luftmenge in
den Verdampfer hineinkommt und in demselben gine teilweise Verbrennung des Brennstoff-`a.mpfes
verursacht.
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Die vorliegende Erfindung ermöglicht die `Verwendung von Luft oder
anderen sauerstoffreichen Gasen als Verdünnungsgas, ohne daß die geringste Verbrennung
von Brennstoffdampf im Verdampfer entsteht. Dies erreicht man dadurch, daß die Luft,
bevor sie in eine Zone des Verdampfers eintritt, in welcher eine über der tiefsten
Entzündungstemperatur des Brennstoffes liegende Temperatur herrscht, mit einer so
großen Brennstoffmenge verrhischt wird, daß das hierdurch gebildete Gemisch infolge
Brennstoffüberschusses bei der Temperatur der genannten Zone nicht entzündbar ist.
Um ein Niederschlagen des Brennstoffdampfes an den Wänden, mit denen das Gemisch
in Berührung kommt, zu vermeiden, müssen diese jedoch in jedem Punkte eine Temperatur
aufweisen, die höher liegt als der Taupunkt des mit betreffenden Punkt in Berührung
kommenden Gemisches. Da beim Vermischen des Brennstoffdampfes mit der Luft der Dampfgehalt
der sich ergebenden Mischung stetig steigt, erhöht sich auch der Taupunkt dieser
Mischung stetig, weshalb die Temperatur der mit dem Gemisch in Berührung stehenden
Wände mit fortschreitender Mischung in entsprechendem Grade stetig erhöht werden
kann. Die Sicherung der unter den obengenannten Bedingungen erfolgenden Vermischung
des Brennstoffes mit der Luft (bzw. mit .einem anderen Verdünnungsgas) erzielt man
am einfachsten durch eine derartige Bemessung der Durchströmungsquerschnitte der
die Luft dem Verdampfer zuführenden Kanäle, daß die Luft bei den vorhandenen Druckunterschieden
eine solche Geschwindigkeit erlangt, daß sich infolge der Diffusion des im Verdampfer
gebildeten Brennstoffdampfes in die Luft in entgegengesetzter Richtung zu deren
Strömungsrichtung ein Gemisch aus Brennstoffdampf und Luft bildet, dessen Gehalt
an Brennstoffdampf in der Bewegungsrichtung der Luft in solchem Grade zunimmt, daß
das Gemisch an jeder Stelle, an der es mit den Wänden der Kanäle oder des Verdampfers
in Berührung kommt, einen tieferen Taupunkt aufweist als die Temperatur der Wand
an der betreffenden Stelle und daß es in demjenigenBereich, in welchem es eine innerhalb
der Explosionsgrenzen liegenden Zusammensetzung hat, infolge Brennstoffüberschusses
bei dieser Temperatur nicht entzündbar ist.
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Die Erfindung ist durch die beiliegende Zeichnung veranschaulicht,
in der Abb. r ein Diagramm über die Änderung der Entzündungsteinperatur
und
des Taupunktes, dem Dampfgehalt entsprechend, für Gemische aus Luft und dem Dampf
eines gewissen Mineralöles darstellt, während Abb.2 schematisch die Wirkungsweise
des Verfahrens gemäß der Erfindung bzw. einer beispielsweisen Ausführungsform einer
Vorrichtung zur Ausübung dieses Verfahrens zeigt. Abb. 3 zeigt eine andere praktische
Ausführungsform der Vorrichtung, und Abb. q. stellt eine etwas abgeänderte Ausführung
eines Teiles der Vorrichtung gemäß Abb. 3 dar.
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In dem Diagramm in Abb. i ist die Temperatur t der Ölgas-Luft-Mischung
in Celsiusgraden als Ordinate und der Ölgehalt der Mischung in Prozenten als Abszisse
eingetragen. Die obere Kurve a des Diagrammes gibt an, wie die Entzündungstemperatur
der Mischung, dein Ölgehalt entsprechend, innerhalb des Temperaturbereichs, der
im Verdampfer vorausgesetzt wird, d. h. bei Temperaturen bis zu 6oo°, schwankt.
Aus dieser Kurve geht hervor, daß Gemische, die weniger als etwa 5110 und mehr als
etwa 150/, Öl enthalten, bei den im Verdampfer herrschenden Temperaturen nicht entzündbar
sind. Man pflegt dies auch so auszudrücken, daß die untere Explosionsgrenze der
Mischung bei etwa 5 °/° Öl und die obere Explosionsgrenze bei etwa 15 °/° Öl liegt.
Erhöht sich der Ölgehalt über 5 °/°, so sinkt die Entzündungstemperatur zuerst schnell
und dann immer langsamer, um schließlich ein Minimum von etwa 300° bei etwa 12 °/°
Öl zu erreichen. Bei weiterer. Erhöhung des Ölgehaltes fängt die Entzündungstemperatur
-wieder an zu steigen. Innerhalb des von der Kurve a umgren-r_ten kreuzweise schraffierten
Getriebes muß also das Zünden und die Verbrennung der Mischung stattfinden.
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Die flüchtigsten Bestandteile des Öles gehen bereits bei einer Temperatur
von etwa 220° inDampfform über. Das Gebiet imDiagramm, innerhalb dessen eine Verdampfung
im Verdampfer stattfinden kann, besteht also aus der zwischen den den Temperaturen
von 22o° und 6oo° entsprechenden waagerechten Linien lie-, g ,enden einfach schraffierten
Fläche.
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Die untere Kurve b im Diagramm gibt an, wie sich der Taupunkt mit
dein Ölgehalt der Mischung ändert; innerhalb des Gebietes, welches der zwischen
dieser Kurve und der Abszisse liegenden schraffierten Fläche entspricht, findet
also ein Niederschlagen von Öldampf statt.
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Wenn nun Luft von Außenlufttemperatur in den Verdampfer eingeleitet
werden soll, ist es offensichtlich, daß sie dergestalt mit Öldampf vermischt werden
muß, daß der Zustand der Mischung, d. h. Temperatur und Ölgehalt, sich nach einer
Linie im Diagramm ändert, die weder den gekreuzt schraffierten Entzündungsbereich
noch den unter der Taupunktkurv e G liegenden Bereich in irgendeinem Punkte berührt.
Beispielsweise kann bei einer nach der Linie c verlaufenden Änderung des Zustandes
der Mischung Luft von einer Temperatur von 20° mit heißem Öldampf zu einer Mischung
vermengt werden, welche eine wesentlich oberhalb der tiefsten Entzündungstemperatur
des Öls liegende Temperatur, z. B. 32o° C, haben kann, ohne daß Entzündung oder
Niederschlagen eintritt. Hierbei beträgt der Ölgehalt der Mischung bei dieser Temperatur,
etwa 171/o. Die Schnittpunkte der durch den bei 32o° C liegenden Endpunkt der Linie
c gezogenen Parallele zur Abszisse mit der Kurve a der Entzündungstemperatur ergeben
die die untere und obere Explosionsgrenze bei dieser Temperatur darstellenden Ölgehalte
der Mischung zu 7 ° und 14 °/°. Wäre die Zustandsveränderung statt dessen nach einer
Linie d verlaufen, so daß der Ölgehalt bei 32o° C zwischen diesen Grenzen, z. B.
bei io °/°, gelegen hätte, dann mußte diese Linie die Kurve der Entzündungstemperatur
geschnitten haben, und es hätte Entzündung stattgefunden. Wenn die Temperatur von
32o° C bei einer durch die Linie e dargestellten Zustandsveränderung bebereits bei
einem Dampfgehalt von weniger als 7 °/°, z. B. 5 °/°, erreicht wird, -wird zwar
Entzündung nicht sofort eintreten, aber die Mischung -wird nach und nach mehr Öldampf
aufnehmen, so daß die Linie c in das Entzündungsgebiet eindringt, wie aus dem gebrochenen
Teilei dieser Linie ersichtlich. Aus dem Diagramm geht hervor, daß der zwischen
der Entzündungstemperaturkurve a und der Taupunktkurve b liegende Bereich verhältnismäßig
weit ist, weshalb der Weg, längs dessen die Veränderung des Zustandes verlaufen
kann, ohne daß Niederschlagen oder Entzündung eintritt, innerhalb -weiter Grenzen
geändert werden kann. Man braucht nur dafür zu sorgen, daß die Luft, bevor sie in
eine Zone des Verdampfers eintritt, die eine über der tiefsten Entzündungstemperatur
des Brennstoffes liegende Temperatur (z. B. 32o°) aufweist, mit Öldampf in solcher
Menge (z. B. 17 °/° Öl) vermengt -wird, daß das Gemisch infolge zu hohen Ölgehaltes
bei dieser Temperatur nicht entzündbar ist sowie daß das sich ergebende Gemisch
stets eine höhere Temperatur aufweist als der durch die Zusammensetzung des Gemisches
bedingte Taupunkt.
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In Abb.2 bezeichnet i einen Verdampfer von der Form eines hohen und
schmalen Gefäßes, das unten finit einer Wärmequelle, beispielsweise einem erwärmten
Teil 2, in wärmeleitender Verbindung steht und das oben mit
einer
Öffnung 3 versehen ist, durch die dem Gefäß Luft und Brennstoff zugeführt werden
können. Der Brennstoff tritt in flüssiger Form durch ein durch die Öffnung 3 geführtes
Mundstück 4 ein, aus welchem er, am besten in Tropfenform, frei auf den Boden des
Gefäßes herunterfällt, welch letzterer auf eine so hohe Temperatur erhitzt ist,
daß der Brennstoff unmittelbar verdampft, wenn er mit ihm in Berührung kommt. Zur
Abführung des gebildeten Brennstoffdampfes aus dem Verdampfer und zwecks Herbeiführung
des Einströmens von Außenluft durch die Öffnung 3 in das Gefäß steht dieses Gefäß
mittels eines Rohres 5 mit einer nicht gezeigten Verbrennungsvorrichtung dergestalt
in Verbindung, daß im Innern des Gefäßes ein Unterdruck erzeugt wird. Der Brennstoffdampf
und die Luft verlassen also den Vergaser zusammen durch das Rohr 5.
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Es hat sich nun gezeigt, daß, wenn dein Verdampfer eine gewisse Menge
flüssigen Brennstoffs pro Zeiteinheit zugeführt wird und wenn der Querschnitt der
Öffnung 3 eine im Hinblick auf den im Gefäß i herrschenden Unterdruck geeignete
Größe erhält, es möglich ist, eine solche nach unten gerichtete Geschwindigkeit
der Luft im Gefäß i zu erhalten, daß der Brennstoffdampf mit derselben Geschwindigkeit
auf eine gewisse Höhe H durch die strömende Luft in entgegengesetzter Richtung zu
der Bewegungsrichtung derselben diffundieren kann. Wenn zwei Gase ineinander diffundieren,
nimmt nach den bekannten Gesetzen die Anreicherung des einen Gases, gerechnet in
dessen Diffusionsrichtung, ab, und zwar nahezu in derselben Weise, wie die Temperatur
in einem gleichartigen Leiter bei Wärmeleitung in diesem von einer Stelle mit höherer
zu einer Stelle mit niedrigerer Temperatur abnimmt, also nahezu geradlinig. Es kann
also angenommen werden, daß die Anreicherung des Brennstoffdampfes von der erwähnten
Höhe H bis zum Boden des Gefäßes i geradlinig zunimmt, so daß am Boden des Gefäßes
reiner Brennstoffdampf vorhanden ist. Trägt man die Anreicherung des Brennstoffdampfes,
in Prozenten gerechnet, in einem Diagramm, wie aus Abb. 2 ersichtlich, als Funktion
der Höhe im Vergaser ab, dann erscheint also im Diagramm die Änderung der Anreicherung
als eine gerade Linie k. In der Höhe der Einmündung des Rohres 5 in das Gefäß enthält
das durch die Diffusion gebildete Gemisch aus Dampf und Luft etwa 6o % Brennstoffdampf,
wenn die Grenzschicht zwischen Gemisch und reiner Luft in der Höhe H liegt. Werden
dem Verdampfer in der Zeiteinheit G kg Luft zugeführt und werden während der gleichen
Zeit D kg Dampf entwickelt, dann entströmen durch das Rohr 5 in der Zeiteinheit
G + D kg Mischung, die etwa 6o % Brennstoffdampf enthält.
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Nimmt man nun an, daB der Brennstoff aus einem Mineralöl besteht,
für .das das Diagramm in Abb. i aufgestellt ist, und daß dieses 01
mit Luft
eine brennbare Mischung bilden kann, deren untere Explosionsgrenze bei etwa 5
% und deren obere Explosionsgrenze bei etwa i5 % Öldampf liegt, dann ergibt
sich aus dem Diagramm, daß in dem Gefäß zwi. schen. den Höhen H' und
H" ein entzündbares Ölgemisch vorhanden ist. Ferner sei angenommen, daß der
Verdampfer so ausgebildet ist, daB seine Temperatur von seinem Boden aus, wo Wärme
zugeführt wird, nach oben abnimmt, wie in Abb. 2 angegeben. Offenbar besteht dann
nicht die Gefahr, daB sich das Gemisch entzündet, da die Temperatur der Gefäßwände
zwischen den Höhen H' und H"
etwa 2oo° beträgt, während die Entzündungstemperatur
der Ölmischung höher ist als 300°, wie aus dem Diagramm in Abb. i hervorgeht. In
den Höhen H' und H" besteht auch nicht die Gefahr, daß Öldampf kondensiert, da der
Taupunkt der Mischung sowohl bei 5 % wie bei 15 % Öldampf unter i 5o° liegt. In
der Höhe H' beispielsweise enthält die Mischung 55 % bldampf, bei welcher Zusammensetzung
ihr Taupunkt bei etwa i8o° liegt. Aus der Abb. 2 geht hervor, daß die Temperatur
der Wand bei dieser Höhe H' etwas über q.00° beträgt, weshalb auch hier kein Niederschlagen
vorkommen kann. Untersucht man andere Punkte der Gefäßwand, so wird man finden,
daß, wenn sich die Ölanreicherung nach derLiniek ändert, derTaupunktderMischung
stets erheblich niedriger liegt als die Wandtemperatur, weshalb kein Niederschlagen
von Öldampf vorkommen kann.
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Behält man nun die in der Zeiteinheit entwickelte Dampfmenge O konstant
bei, führt aber in der Zeiteinheit eine größere Luftmenge als G zu, beispielsweise
G1, so wird sich die Zusammensetzung der durch das Rohr 5 abziehenden Mischung in
entsprechendem Maße ändern, beispielsweise auf etwa 40 % sinken. Da auf dem Boden
des Gefäßes nach wie vor reiner Öldampf vorhanden sein muß, ändert sich jetzt die
Anreicherung der Mischung im Gefäß nach der Linie k1 des Diagrammes, so daß die
Grenzschicht zwischen reiner Luft und Mischung in der Höhe Hl liegen wird. Eine
entzündbare Mischung, die beispielsweise io % Öldampf enthält, wird. dann in der
Höhe HI"", wo die Temperatur er Gefäßwand etwa 35o° beträgt, vorhanden sein. Da
die Entzündungstemperatur der Mischung bei diesem Dampfgehalt bei etwa 300° liegt,
wird die Mischung gezündet werden. Ein Niederschlagen des Öldampfes kann dagegen
auch bei der Anreicherungsverteilung
nach der Linie hl nicht erfolgen,
da die Teile der Gefäßwand, die mit der Mischung in Berührung kommen, eine höhere
Temperatur aufweisen als in dem Falle, wo die Anreicherungsverteilung der Linie
k folgte, in welchem Falle kein Niederschlagen eintreten konnte. Die Erhöhung der
Luftmenge von G auf Gi und die dadurch be. dingte Herabsetzung der Grenzschicht
zwischen reiner Luft und Mischung von der Höhe H auf die Höhe H1 hat also zur Folge,
daß die entzündbare Mischung mit Punkten der Gefäßwand, die eine für die Zündung
des Gemisches genügend hohe Temperatur aufweisen, in Berührung kommt. Daher darf
eine so große Luftmenge wie G1 dem Verdampfer nicht zugeführt werden.
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Wir nehmen nun an, daß unter Beibehaltung derselben in der Zeiteinheit
entwickelten Dampfmenge 0 die zugeführte Luftmenge auf G. herabgesetzt wird, also.
auf einen Wert, der geringer ist als die ursprünglich zugeführte Luftmenge G. Ist
G2 so gering, daß das durch das Rohr abziehende Gemisch beispielsweise 75 % Öldampf
enthält, so wird die Ölanreicherung im Gefäß gemäß der Linie k2 des Diagrammes verlaufen,
und die Grenzschicht zwischen reiner Luft und Gemisch wird in der Höhe H2 liegen.
In der Höhe H2...
enthält die Mischung dann ro 1/o Öldampf. Da die Temperatur
der Gefäßwand in dieser Höhe nur etwas unter 50° C liegt, kann offenbar ein Zünden
der Mischung nicht stattfinden; jedoch wird mit Rücksicht darauf, daß der Taupunkt
der Mischung bei einem Ölgehalt von 1o 1/o ungefähr bei go° C liegt, in der genannten
Höhe der Gefäßwand Öldampf niedergeschlagen werden, so daß eine so geringe Luftmenge
wie G2 also aus diesem Grunde nicht zur Anwendung gelangen kann.
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Hieraus geht also hervor, daß die dem Verdampfer pro Zeiteinheit zugeführte
Luftmenge von solcher Größe sein kann, daß weder ein Zünden der Mischung noch ein
Niederschlagen an den Wänden des Gefäßes eintritt. Die Luftmenge kann jedoch nicht
über einen gewissen Wert hinaus erhöht werden, ohne daß zündbares Gemisch. mit so
heißen Wänden in Berührung kommt, daß es sich entzündet. Die Luftmenge kann auch
nicht unter einen gewissen Wert herabgesetzt werden, denn dann tritt das Niederschlagen
von Öldampf an den Gefäßwänden ein. Die zugeführte Luftmenge soll daher so gewählt
werden, daß die gebildete Mischung, falls sie eine innerhalb der Explosionsgrenzen
liegende Zusammensetzung hat, an jeder Stelle, an der sie mit der Gefäßwand in Berührung
kommt, einerseits einen niedrigeren Taupunkt und andererseits eine höhere Entzündungstemperatur
aufweist, als die Temperatur der Wand an der betreffenden Stelle ist. Durch Versuche
ist festgestellt worden, daß zu diesem Zwecke vorteilhaft eine derartige Luftmenge
in der Zeiteinheit zugeführt werden soll, daß die Luftgeschwindigkeit im Gefäß etwa
r dcm/Sek. erreicht.
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Um die Erklärung des Grundsatzes der Erfindung zu erleichtern, wurde
beim oben Gesagten vorausgesetzt, daß die Anreicherung des Brennstoffdampfes von
dem Boden des Gefäßes bis zu der Grenzschicht, welche das Gemisch von der reinen
Luft scheidet, geradlinig abnimmt. Infolge des Ausströmens der Mischung durch das
Rohr 5 und infolge anderer Umstände fällt jedoch die Anreicherungsverteilung nicht
vollkommen geradlinig aus, weshalb die tatsächliche Zusammensetzung der Mischung
in verschiedenen Punkten mit Hilfe des Diagramms nicht genau bestimmt werden kann.
Auf die grundsätzliche Wirkungsweise der Vorrichtung haben diese Abweichungen jedoch
keinen Einfluß. Es ist stets möglich, die dem Verdampfer zugeführte Luftmenge so
zu regeln, daß die in dem Gefäß befindliche Luft eine nach unten gerichtete Geschwindigkeit
solcher Größe erhält, daß der Brennstoffdampf mit derselben Geschwindigkeit durch
den Luftstrom nach oben diffundieren kann, bis zu einer gewissen, im Hinblick auf
die in dem Gefäß herrschenden Temperaturen geeigneten Höhe.
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Um die oben angegebene Wirkungsweise erzielen zu können, ist es notwendig,
daß die Mischung in jeder Höhe im Gefäß dieselbe Temperatur hat wie der in der gleichen
Höhe befindliche Teil der Gefäßwand. Dies trifft in Wirklichkeit auch annähernd
zu, da die Strömung im Gefäß mit sehr geringer Geschwindigkeit erfolgt, so daß ein
annähernd völliger Temperaturausgleich stattfinden kann.
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Die Bauart des Verdampfers, die in Abb. 2 wiedergegeben ist, ist jedoch
mit gewissen Mängeln behaftet. Beim Verdampfen des Brennstoffes entsteht nämlich
im unteren Teil des Gefäßes eine heftige Wirbelbewegung, die sich in den oberen
Teil des Gefäßes fortpflanzen kann. Durch Diffusion kann dann eine nach oben stetig
abnehmende Brennstoffanreicherung der Mischung nicht erzielt werden, sondern es
besteht die Gefahr, daß brennstoffreiche Teile der Mischung mit den oberen kühleren
Teilen des Gefäßes in Berührung kommen, während' brennbare Teile der Mischung in
die heißeren Teile des Gefäßes gelangen können und dort gezündet werden. Zur Vermeidung
dieser Nachteile wird dem Verdampfer zweckmäßigerweise die aus Abb. 3 ersichtliche
Form gegeben.
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Dem Vergaser 7 wird durch ein Brennstoffrohr 6 Brennstoff zugeführt;
der Verdampfer wird dadurch auf eine für die Verdampfung
des Brennstoffes
geeignete Temperatur erhitzt, daß er an einen Teil 8 mit hoher Temperatur anliegt.
Dieser kann aus einem erhitzten Teil .der Verbrennungsvorrichtung bestehen, in welcher
der im Verdampfer gebildete Brennstoffdampf verbrannt wird. Der Brennstoff fällt
aus der Mündung 9 des Brennstoffrohres durch ein Rohr io frei in den Verdampfer
herab und verdampft, wenn er mit dem Verdampferboden in Berührung kommt. Das Rohr
io ist oben durch ein Verbindungsstück ii mit einem Rohr i2 verbunden, daß das Brennstoffrohr
6 im Abstand konzentrisch umgibt. Das freie Ende des Rohres 12 ist mittels eines
mit Kühlflanschen versehenen Teils 13 verschlossen, durch den das Brennstoffrohr
6 abdichtend hindurchgeleitet ist. In das Verbindungsstück i i ist ein mit einer
Luftzufuhröffnung 14 versehenes Mundstück eingesetzt. Der Verdampfer 7, die Rohre
io und 12 sowie das Verbindungsstück i i bilden demnach gemeinsam eine zusammenhängende,
bis auf die Öffnung 14 nach außen geschlossene Kammer. Der Verdampfer steht außerdem
mit einer nicht gezeigten Verbrennungsvorrichtung in Verbindung, in welcher der
im Verdampfer entwickelte Brennstoffdampf verbrannt wird.
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Da der Verdampfer auf hoher Temperatur gehalten wird, strebt die Wärme
danach, durch das Rohr i o, das Verbindungsstück i i, das Rohr 12 und den Stöpsel
13 zu dem Brennstoffrohr 6 überzugehen. Wie oben erwähnt, muß eine solche Erhitzung
des Brennstoffrohres vermieden werden, was man bei den bekannten Vorrichtungen dadurch
erzielte, daß eine erhebliche Menge kalten Verdünnungsgases durch das Rohr i2 dem
Verdampfer zugeführt wurde und das Brennstoffrohr 6 abkühlte. Da bei der Vorrichtung
nach vorliegender Erfindung nur eine sehr geringe Menge Luft dem Verdampfer zugeführt
werden darf, muß die Kühlung des Brennstoffrohres in anderer Weise erfolgen. Zu
diesem Zwecke ist der Teil i 3 finit Kühlflanschen versehen; außerdem ist das Rohr
12 so dickwandig ausgeführt, daß es eine gut wärmeleitende zwischen dem Verbindungsstück
i i und dem gekühlten Teil 13 darstellt, während das Rohr io so dünnwandig
ist, daß die Wärmezufuhr= vom Verdampfer zum Verbindungsstück erschwert ist. Auf
diese Weise können sämtliche das Brennstoffrohr umgebenden Teile stets gut gekühlt
werden, und eine nennenswerte Erhitzung des Brennstoffrohres wird vermieden.
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Da der Verdampfer 7 auf hoher und der Verbindungsteil ii auf tiefer
Temperatur gehalten wird, wird die Temperatur des Rohres io nach oben zu schnell
abnehmen, so daß dasselbe unten nahezu die Temperatur des Verdampfers aufweist,
oben jedoch eine verhältnismäßig niedrige Temperatur. Die Temperaturverteilung ist
dann ungefähr dieselbe, wie für das Gefäß i (Abb. 2)' vorausgesetzt.
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Im Verdampfer 7 wird durch die mit ihni in Verbindung stehende Verbrennungsvorrichtung
ein Unterdruck erzeugt, so daß durch die Öffnung 14 Luft in das Verbindungsstück
ii eingesaugt wird und durch das Rohr io in denVerdampferliinunterströmt, von wo
aus sie zusammen mit den dort entwickelten Brennstoffdämpfen abzieht. In der gleichen
Weise, wie bezüglich der Vorrichtung nach Abb. 2 beschrieben, kann man die Größe
der Luftöffnung 14 so abpassen, daß die Luftgeschwindigkeit im Rohre io einen derartigen
Wert erhält, daß Dampf aus dem Verdampfer bis zu einer gewissen Höhe nach oben durch
das Rohr in der Bewegungsrichtung der Luft entgegengesetzter Richtung diffundieren
kann und dort eine Mischung erzeugt, deren Zusammensetzung sich in der Längsrichtung
des Rohres dergestalt ändert, daß einerseits ein Anzünden des durch die Diffusion
gebildeten Gemisches vermieden und- andererseits das Niederschlagen des Brennstoffdampfes
an den Wänden des Rohres io verhindert wird. Dadurch, daß das Rohr io im Vergleich
zu seinem Durchmesser verhältnismäßig lang ist, beeinträchtigen Wirbelbildungen
im Verdampfer die Strömung im Rohr nur in sehr geringem Grade, so daß sich in dem
Rohr durch Diffusion eine Mischung mit nach oben zu stetig abnehmendem Gehalt an
Brennstoffdampf bildet. Zur Erreichung 'dessen hat es sich als zweckmäßig erwiesen,
das Rohr so auszuführen, daß seine Länge, gerechnet von der Mündung 9 des Brennstoffrohres
bis zum Verdampfer 7, mindestens doppelt so groß ist als sein Durchmesser.
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Im vorstehenden ist gezeigt worden, daG die dem Verdampfer in der
Zeiteinheit zugeführte Luftmenge, und somit die Luftgeschwindigkeit im Rolir io,
nicht unter einem gewissen Wert liegen darf, damit ein Niederschlagen von Brennstoffdampf
vermieden wird. Die Luftmenge, die dein Verdampfer in der Zeiteinheit zugeführt
wird, ist jedoch sehr gering, so daß die Luftöffnung 14 verhältnismäßig klein ausfällt,
weshalb eine sehr geringfügige teilweise Verstopfung der Öffnung, beispielsweise
durch Staub, eine sehr erhebliche Verringerung der Geschwindigkeit im Rohr io verursacht.
Dies hat zur Folge, daß der Brennstoffdampf höher steigt und daß der Dampfgehalt
der Mischung in dem oberen Teilen des Rohres zunimmt. Dies kann in gewissem Grade
vermieden werden, wenn man dem Rohr eine kegelige, nach unten sich erweiternde Form
gibt, wie aus
Abb. q. ersichtlich. Die Luftgeschwindigkeit im Rohr
io nimmt dann in der Richtung nach oben stetig zu. Wenn sich die durch die Öffnung
1.4 hereinströmende Luftmenge aus irgendeinem Grunde verringern sollte und die obere
Grenzschicht der Mischung aus diesem Grunde dazu neigen sollte, höher zu steigen,
tritt sie in Teile des Rohres ein, in denen eine größere Luftgeschwindigkeit vorhanden
ist und kann dann nicht so hoch steigen, als wenn die Luftgeschwindigkeit in der
ganzen Länge des Rohres gleichbleibend wäre.
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Die kegelige Form des Rohres i o bietet auch den Vorteil, daß geringere
Gefahr besteht, daß der aus dem Brennstoffrohr herabfallende Brennstoff bei etwaiger
schräger Aufstellung des Verdampfers auf die Wände des unteren Teiles des Rohres
aufschlägt.
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Die Erfindung kann bei der Verdampfung von Brennstoffen verschiedener
Art angewandt wenden, hat jedoch, wie aus obigem hervorgeht, ihre größte Bedeutung
für die Verdampfung schwerer Mineralöle und anderer Brennstoffe, deren Entzündungstemperatur
niedriger ist als die Temperatur, welche für die nahezu vollständige Verdampfung
des Brennstoffes erforderlich ist.
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Die wiedergegebenen und hier beschriebenen Vorrichtungen können innerhalb
des Rahmens der Erfindung auf verschiedene Weise geändert werden. Luft oder ein
anderes sauerstoffhaltiges Verdünnungsgas sowie Brennstoff können unter Ausnutzung
von Mitteln verschiedener Art dem Verdampfer zugeführt werden. Das Verdünnungsgas
kann beispielsweise dein Verdampfer unter Druck zugeführt werden, so daß der entwickelte
Brennstoffdampf gleichfalls unter Druck in einen Brenner eingeführt werden kann.
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Es ist nicht notwendig, daß die Anreicherung des Brennstoffdampfes
nach oben in demjenigen Teil der Vorrichtung abnimmt, durch welchen dem Verdampfer
Verdünnnungsgas und Brennstoff zugeführt werden, sondern der Brennstoff kann auch
durch ein Gemisch fallen, das aus einer Mischung von Brennstoffdampf und Verdünnungsgas
besteht, die in allen ihren Teilen die gleiche Zusammensetzung aufweist. Diese muß
jedoch derartig sein, daß die vorstehend angegebenen Bedingungen bezüglich der Anzündung
und des Niederschlagens erfüllt werden. Aus dem Diagramm in Abb. i geht hervor,
daß, wenn der Verdampfer bzw. der mit demselben in Verbindung stehende Teil (i o)
eine Mischung mit beispielsweise 2o°/o0l enthält, diese nicht niederschlagen kann,
wenn sämtliche Flächen des Verdampfers bzw. des genannten Teiles eine höhere Temperatur
aufweisen als etwa 12o°. Ist dies der Fall, kann offenbar der ganze Verdampfer bzw.
der mit ihm verbundene Teil eine gleichförmige Mischung dieser Zusammensetzung enthalten.
Ein Anzünden der Mischung ist auch nicht zu befürchten, da die obere Explosionsgrenze
bei etwa 15 °J, Ülgehalt liegt.