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Technischer
Bereich
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Die vorliegende Erfindung betrifft
im Allgemeinen den Maschinenbau, insbesondere die Motorenherstellungsindustrie,
und kann für
Brennstoffsysteme von Kraftmaschinen mit interner Verbrennung angewendet
werden.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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Die gegenwärtigen Arbeitsverfahren zum Aufbereiten
eines Brennstoff-Luft-Gemisches
für Kraftmaschinen
mit interner Verbrennung bestehen darin, dass ein wasserstoffhaltiges
Gas aus flüssigem
Brennstoff erzeugt wird und dieses Gas dem Brennstoff-Luft-Gemisch
hinzugefügt
wird.
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Die Zerlegung des Flüssigbrennstoffs
findet jedoch bei den bisher bekannten Verfahren in Gegenwart sehr
kostspieliger, auf Platin basierender Katalysatoren bei ziemlich
hohen Temperaturen (siehe US-Patent 4,147,142) statt. Die Katalysatoren
sind im Verlauf des Betriebes regelmäßig zu ersetzen. Vorhandene
Antiklopf-Additive sind für
Katalysatoren schädlich.
Und der Einsatz von allein der Wärme
der Abgase für
die Brennstoffzerlegung ist nicht geeignet, um ein effizientes und
stabil ablaufendes Brennstoffzerlegungsverfahren zu erhalten.
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Daher wird eine höhere Temperatur des Brennstoff-Luft-Gemisches
durch das Verbrennen eines Teils des Brennstoffes erreicht, wodurch
sich dessen Verbrauch erhöht
(siehe US-Patent A 3,901,197). Dann wird das derart vorerwärmte Gemisch
in die katalytische Kammer und von dort zur Kraftmaschine mit interner
Verbrennung geleitet. Die Verwendung eines offenen Feuers ist jedoch
unter den Bedingungen einer Kraftmaschine mit interner Verbrennung
gefährlich.
Eine Gefahr der Flammenausbreitung und des Ausbruchs eines Feuers
entsteht, wenn die Maschine unruhig läuft oder aussetzt, da die Geschwindigkeit
der Flammenausbreitung in dem Brennstoff-Luft-Gemisch die Strömungsgeschwindigkeit
des eigentlichen Gemisches überschreiten
kann.
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Außerdem bleibt nach dem Verbrennen
eines angereicherten Gemisches unverbrannter Kohlenwasserstoff des
Typs C
nH
n+2 zurück, das
in den Katalysatorporen als Ruß und
Koks ablagert wird, wodurch der Katalysator nicht mehr ordnungsgemäß arbeitet.
Die
DE 3 607 007
(A1) sieht zum Erwärmen von
einem der Gemisch-Ströme
ein heißes
Blindende an einer speziellen Rohrleitung vor, das sowohl einen
niedrigen Wirkungsgrad aufgrund eines an der Endfläche gebildeten
Dampf-und-Gas-Kissens als auch einen beträchtlichen aerodynamischen Widerstand
hat, der dem Strömungsfluss
des Gemisches entgegensteht. Weiterhin verläuft die Brennstoff-Zerlegungsreaktion
endothermisch und bei einer hohen Temperatur, die nicht für das in
Rede stehende Verfahren vorgesehen ist, da eine Verwendung von Abgasen
mit einer Temperatur von 750°C
im Bereich des Ventilsitzes unmöglich
ist, weil die Temperatur abrupt in Richtung weg von dem Bereich
in Richtung der Endfläche
der erwärmten
Rohrleitung abfällt.
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Eine bekannte Vorrichtung gemäß dem Stand
der Technik zum Aufbereiten eines Brennstoff-Luft-Gemisches umfasst
eine zusätzliche
Heizeinrichtung mit einem Zündfunken
und einem Brenner, dem ein Brennstoff-Luftgemisch zugeführt wird und
das mit offener Flamme darin verbrennt, nachdem das Gemisch einem
Reaktor mit einem Katalysator zugeführt wurde, wobei ein Teil der
flüssigen Brennstoffmoleküle zerlegt
wird (
DE 26 13 348
(B2) ).
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Jedoch erweist sich sowohl der Einsatz
eines offenen Feuers und kostspieliger und kurzlebiger Katalysatoren
als auch die Unwirtschaftlichkeit der Verfahren und Vorrichtungen
in der Anwendung in der Motorenherstellungsindustrie als uneffizient.
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Soweit die insbesondere in der Motorenherstellungsindustrie
verwendeten Wärmetauscher
betroffen sind, sollten sie die Anforderungen hinsichtlich Minimierung
des Luftwiderstandes oder des Wärmeverlustes
von Massenströmen
erfüllen.
Solche Anforderungen sind von besonderer Bedeutung für Vorrichtungen
zum Wärmeaustausch
zwischen Niederdruck- oder Unterdruck-Gasströmen.
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Bekannter Stand der Technik sind
sowohl Vorrichtungen zum Wärmeaustausch
zwischen Abgasen einer Kraftmaschine mit interner Verbrennung und
eines Brennstoff-Luft-Gemisches als auch Vorrichtungen zur Flüssiggas-Brennstoff-Umwandlung direkt
in einem Fahrzeug (DE Patent 3 607 007, USSR Erfindungsurkunde 493,073,
Russische Förderation
Patent 2,008,495).
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Flüssigbrennstoff-Umwandlungssysteme funktionieren
in Kraftmaschinen mit interner Verbrennung gemeinsam mit den vorhandenen,
routinemäßig ablaufenden
Brennstoff-Luft-Aufbereitungssystemen, was durch einen niedrigen
aerodynamischen Widerstand gekennzeichnet ist. Daher ist, wenn der Widerstand
in dem Umwandlungssystem beträchtlich ansteigt,
der Wirkungsgrad des Systems sehr niedrig.
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Dem hier vorgeschlagenen Verfahren
kommt das aus dem Patent 2,008,494 der Russischen Förderation
bekannten Verfahren am nächsten,
bei dem zwei Brennstoff-Luftgemisch-Ströme eingerichtet und überreichert
werden, von denen einer mit Abgasen erwärmt und dann weiter mittels
Durchleiten durch einen bis auf eine Temperatur über dem Gemisch-Zündungspunkt
vorgeheizten Aktivator aufgeheizt wird, wobei ein thermisches Cracken
des Brennstoffes in der Grenzschicht des Aktivators herbeigeführt wird,
indem die Schicht mehrmals und wiederholt in Kontakt mit der Aktivatorfläche gebracht wird.
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Das der vorgeschlagenen Vorrichtung nächstkommende
Patent 2,008,495 der Russischen Förderation umfasst einen doppelschleifigen
Wärmetauscher
mit einem Einlass- und einem Auslassrohr, wobei eine erste Schleife
des Wärmetau schers
eine Gasschleife ist und eine zweite Schleife des Wärmetauschers
eine Mischungs-Dosiervorrichtung für die Komponenten des Gemisches,
das aufbereitet wird, und einen Mischverbinder, ein an dem Wärmetauscherausgang
vorgesehenes Glühelement
und ein Auspuffrohr der Kraftmaschine umfasst, wobei die Einlass-
und Auslassrohre der Gas führenden
Schleife des Wärmetauschers
mit dem Kraftmaschinenauspuffrohr bzw. der Atmosphäre in Verbindung
stehen, das Dosier-Mischrohr steht über ein Steuerelement mit der
Wärmetauscher-Mischschleife in
Verbindung, während
das Glühelement
von nicht-entzündender Art
ist und als ein Aktivator mit einer gut ausgebildeten, heizbaren
Oberfläche
agiert und in dem Auslassrohr der Wärmetauscher-Mischschleife angeordnet ist.
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Die
EP 0 557 525 A1 beansprucht die Priorität der Patente
Nr. 2,008,494 und Nr. 2,008,495 der Russischen Förderation.
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Dem hier vorgeschlagenen Wärmetauscher ist
die US-Nr. 4,384,611 am nächstliegenden,
wobei als ein wärmetauschendes
Element eine geriffeltes Platte verwendet wird, welche die Ströme der aufzuarbeitenden
Materie voneinander isoliert. Die Riffelung bildet alternierende
Zellen oder Stromdurchgänge
für das
Wärmetauschmittel
und die aufzuwärmende
Substanz, um darin entlangzuströmen.
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Die Materien-Ströme werden vor- und rückgeführt, indem
sie zweimal jeweils um 90 Grad, sowohl an dem Wärmetauschereinlass als auch
Wärmetauscherauslass,
umgelenkt werden, was folglich den aerodynamischen Widerstand sehr
erhöht
und den lokalen Hitzeverlust Hnm erhöht: Hnm = E ≌ V2/2g,wobei E der Widerstandskoeffizient
(1.129) bei dem sich um 90° abgebogenen
Strom ist;
V die Strömungsgeschwindigkeit;
und
g die Erdbeschleunigung sind.
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Bei dem viermal wiederholten Umlenken
des einen Stromes ist E = 1.625.
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Um den aerodynamischen Widerstand überwinden
zu können,
ist eine zusätzliche
Menge an Energie erforderlich, die bei einem Fahrzeug einen höheren Brennstoffverbrauch
mit sich bringt und sich nachteilig auf den Wirkungsgrad des Brennstoffumwandlungssystems
auswirkt. Solch eine Konstruktionsanordnung von Einlass/Auslass-Vorrichtungen macht
den Wärmetauscher
sperrig, wodurch er nicht immer in einem Fahrzeug angeordnet werden
kann.
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Die Verwendung von Konstruktionselementen,
die dem Bereich der Wärmetauscheroberfläche bei
Wärmetauschern
für Brennstoffumwandlungssysteme
hinzugefügt
werden, ist ebenfalls eingeschränkt,
da sie den aerodynamischen Widerstand erhöhen. Als eine Regel gilt, dass
Wärmetauscher solcher
Systeme bei einem verdünnten
Zustand (oder Druck) darin (0.2–0.8
kPa) arbeiten, was wiederum eigene Konstruktionsanforderungen an
die Wärmetauscherkomponenten
stellt. Folglich können z.
B. die Ummantelung und Riffelungen eines Wärmetauschers aus Metalltafeln
von 0,2–0,3
mm Dicke hergestellt sein, die die Herstellungstechniken vereinfachen,
die Wärmeübertragungsbedingungen
verbessern und die thermische Verzögerung des Wärmetauschers
reduziert.
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Offenbarung
der Erfindung
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Der vorliegenden Erfindung liegt
die Hauptaufgabe zugrunde, zur Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit
hinsichtlich Herstellung von Wasserstoff enthaltenden Gasen beizutragen,
um deren Anteil in dem der Kraftmaschine zugeführten Brennstoff-Luft-Gemisch
zu erhöhen,
die Konstruktionsanordnung der Vorrichtung zu vereinfachen, indem
die nachstehend vorgestellten Verfahren durchgeführt werden, und um sowohl deren
starre und sperrige Anbindung an den Ausgangsteil einer bestimmten Kraftmaschine
zu umgehen als auch eine höhere
Betriebsleistung und Wirtschaftlichkeit des Wärmetauschers zu erreichen,
den Be trieb in Brennstoffumwandlungssysteme von Transportfahrzeugen
eingeschlossen.
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Das vorgeschlagene Verfahren besteht
darin, dass zwei Brennstoff-Luft-Gemischströme gebildet
werden, wobei ein Strom überreichert
unterhalb des Zündbereiches
ist, vorerwärmt
wird, um Kohlenmonoxid und Wasserstoff enthaltende Gase zu erhalten,
und mit dem anderen Strom des Brennstoff-Luft-Gemisches vermischt wird, bevor es der Kraftmaschine
mit interner Verbrennung zugeführt wird,
wobei erfindungsgemäß der überreiche
Brennstoff-Luft-Gemischstrom,
der 10 bis 100% Mengenanteil des von der Maschine verbrauchten Brennstoffes
aufweist, einem ein- oder mehrstufigen Erwärmungsprozess durch einen Aktivator
unterzogen wird, der sukzessiv entlang der Stromrichtung angeordnet
ist und die für
Reaktionen verbrauchte Luft entweder teilweise oder vollständig durch
Hinzufügen
von mehr Luft zu dem gehandhabten Strom nach jeder Aktivator-Erwärmungsstufe
kompensiert wird.
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Weiterhin werden die Leistung und
Wirtschaftlichkeit des vorgeschlagenen Verfahrens aufgrund der Tatsache
verbessert, dass das Brennstoff-Luft-Gemisch durch die Hitze heißer Ölgase vorerwärmt wird.
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Außerdem werden die heißen Gase
gekühlt, ohne
auf besondere zusätzliche
Verfahren zurückzugreifen,
die andernfalls aus der Befürchtung
heraus, dass sie sich eventuell selbst entzünden könnten, sobald sie sich mit
dem anderen Strom des Brennstoff-Luft-Gemisches in der Rohrverzweigung
der Kraftmaschine mit interner Verbrennung vermischt haben, durchgeführt werden
sollten.
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Verbesserte Merkmale der vorgeschlagenen Vorrichtung
werden dadurch erreicht, dass die Vorrichtung zum Aufbereiten des
Brennstoff-Luft-Gemisches einen doppelschleifigen Wärmetauscher
mit einem Einlassrohr und einem Auslassrohr, einer Dosiervorrichtung
der gehandhabten Mischkomponenten, einer Kammer mit einem nicht
zündenden
Glühelement
als Aktivator mit einem gut ausge bildeten erwärmbaren Flächenbereich gemäß der Erfindung aufweist,
der Einlass der das Gemisch führenden Schleife
steht mit der Dosiervorrichtung der Mischkomponenten und mit der
Aktivatorkammer in Verbindung, und die Einlass- und Auslassrohre
der Gas führenden
Schleife des Wärmetauschers
sind mit der Aktivatorkammer bzw. der Brennstoff-Luft-Gemischrohrleitung
der Kraftmaschine verbunden, wobei die Aktivatorkammer mit der Luftleitung
und den Luftdüsen
stromabwärts
des Aktivators verbunden ist.
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Ein wirkungsvollerer Betrieb der
Vorrichtung wird aufgrund der Tatsache erreicht, dass der Aktivator
eine Mehrstufen-Konstruktion ist und in einer Anzahl von aufeinanderfolgend
angeordneten Sektionen vorhanden ist und die Luftdüsen so positioniert sind,
dass Luft dem aufzubereitenden Gemischstrom nach jeder Aktivator-Stufe
zugeführt
wird.
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Verbesserte Merkmale des Wärmetauschers werden
aufgrund der Tatsache erreicht, dass der Wärmetauscher, der eine Ummantelung
mit einer geriffelten Abtrennung aufweist, die schlitzförmige Zellkanäle für das Wärmeübertragungsmittel
und das zu erwärmende
dort hindurchströmende
Fluid ausbilden, so konfiguriert ist, dass die Endflächen einer
jeden Zelle in dem oberen Bereich der Riffelung luftdicht miteinander über die
Hälfte
der Zellenlängsseite verbunden
sind, wodurch verursacht wird, dass die in den Wärmetauscher eintretenden oder
austretenden Ströme
entlang der Achse der schlitzförmigen
Zellkanäle
fließen.
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Die vorgeschlagene Konstruktionsanordnung
des Wärmetauschers
ermöglicht
es, Vorrichtungen abzuschaffen, die ein wiederholtes Umlenken der
Gemischströme
um 90°Grad
verursachen.
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Das vorgeschlagene Verfahren basiert
auf dem Konzept, dass sich ein überreiches
Gemisch mit einem Luftüberschusskoeffizient
unterhalb 0,4 nicht entzünden
kann, dass ein Teil der Moleküle
der Kohlenwasserstoff-Brennstoff-Komponente
teilweise oxidiert, nachdem es in Kontakt mit der vorerwärmten Fläche des
Aktivators oder mit der Grenzschicht davon gebracht worden ist,
dass der Brennstoff größtenteils
vollständig
zerlegt ist, nachdem er wiederholt mit dem Aktivator oder mit einer
Anzahl seiner Stufen, die aufeinanderfolgend angeordnet sind (oder auch
mit einer Anzahl von Aktivatoren), wechselwirkt.
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Das Verfahren läuft unter Oxidansmangel-Bedingungen
ab und resultiert in der Zerlegung der organischen Brennstoffmoleküle (C8H18). Die separierten
Moleküle
von C und H werden mit Sauerstoff kombiniert, d. h., dass die Teiloxidations-Reaktion folgendermaßen voranschreitet: C8H18 +
nO2 = nCnHn+2 + nCO + nH .
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Das Original-Molekül wechselt
in eine leichtere Struktur über,
wobei gasförmiges
CO und H2 freigesetzt werden. Dadurch entsteht eine endotherme Zerfallsreaktion.
Abgase und Wasser können
an dem thermischen Zerlegeprozess beteiligt sein. Wenn jedoch die
Sauerstoffträgermenge
für die
Kohlenstoff-Oxidierung in CO (mit α < αCO) ungeeignet ist, beginnt Ruß tragender
(disperse Phase) Kohlenstoff sich freizusetzen. Da Luftsauerstoff
kontinuierlich für das
aufzuarbeitende Gemisch verbraucht wird, sollte dessen Menge wieder
aufgefüllt
werden, ohne den Luftüberschusskoeffizienten
zu erhöhen,
wobei der in dem Aktivatorbereich voranschreitende, vorstehend genannte
Verfahrensablauf verlängert
werden kann, so dass nicht nur mehr Wasserstoff enthaltende Gase,
sondern auch eine zusätzliche
Menge an freigesetzter Wärme
bei Oxidationsreaktionen erhalten werden. Zu diesem Zweck wird dem
Brennstoff-Luft-Gemisch nach dem Aktivator Luft hinzugefügt. Wenn
ein Aktivator mit einer Anzahl von aufeinanderfolgend. entlang der
Verlaufsrichtung des Gemischstromes angeordneten Stufen verwendet
wird, wird nach jeder Aktivator-Stufe Luft hinzugefügt.
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Nachdem die Behandlung mit dem Aktivator erfolgte,
enthält
das Brennstoff-Luft-Gemisch
folgende hochoktanigen Ölgase:
CH4, C2H6, C3H8,
und C4H10 sowie CO
und H2. Dadurch wechselt der aufbereitete
Brennstoff in eine leichtere, gasförmige Phase über.
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Die vorstehend genannten Ölgase zeichnen sich
durch eine hohe Oktanzahl (125) aus, wobei das Vorhandensein
von Wasserstoff in dem Brennstoff-Luft-Gemisch dessen Zündbereich erweitert. Dies wiederum
lässt eine
Abmagerung des Gemisches und das Verbrennen der gesamten Menge des der
Kraftmaschine mit interner Verbrennung zugeführten Brennstoffs zu. Sofern
neue Kraftmaschinen betroffen sind, erhöht der Einsatz solcher hochoktanigen Ölgase den
Verdichtungsgrad, und verbessert folglich deren technische Merkmale
und Leistungsmerkmale. Unter Einsatz des vorgeschlagenen Verfahrens
für die
Aufbereitung eines Brennstoff-Luft-Gemisches kann ein Kraftfahrzeug
sowohl mit hochoktanigem als auch mit niederoktanigem Brennstoff
betrieben werden. Weiterhin sind die enthaltenen toxischen Gase
reduziert, auf den Einsatz von Antiklopf-Additiven für Brennstoff
wird verzichtet, und die Betriebstemperaturen einer Kraftmaschine mit
interner Verbrennung sind niedriger.
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Zur Verdeutlichung der vorliegenden
Erfindung werden nachfolgend spezielle Ausführungsbeispiele davon unter
Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei
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1 – ein Funktionsschema
der Vorrichtung hinsichtlich der Durchführung des vorgeschlagenen Verfahrens
ist;
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2 – Varianten
eines Wärmetauscherelementes
zeigt;
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2A – mit einer
massiven (geschweißten)
Ummantelung;
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2B – mit einer
geschnittenen/nicht geschnittenen Ummantelung
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2C – Elemente
eines Zellkanals, die durch die geriffelten Abschnitte gebildet
sind;
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3 – die Endabschnitte
der Wärmetauscher-Zellkanäle zeigt;
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3A – Zusammengefügte (zusammengepresste)
Abschnitte der Wandungen der Zellkanäle (Vorderansicht) zeigt;
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3B – wie 3A (Draufsicht) zeigt,
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3C – wie 3A (Seitenansicht) zeigt;
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4 – verkürzte Zellkanäle und Hilfsräume zeigt;
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4A – Zellen
mit gleicher Breite zeigt;
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4B – Zellen
mit unterschiedlicher Breite zeigt;
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5 – den Anschluss
des Wärmetauschers an
die Reaktor-(Aktivator-)kammer zeigt;
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5A – einen
Einzelwärmetauscher
(entlang des Stromes) zeigt,
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5B – zwei seriell
verbundene Wärmetauscherelemente
zeigt;
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Das beste
Verfahren für
die Ausführung
der Erfindung
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Die Vorrichtung zur Durchführung des
vorgeschlagenen Verfahrens umfasst einen doppelschleifigen Wärmetauscher 1,
eine Dosiervorrichtung 2 der Mischkomponenten (Brennstoff
und Luft), eine Aktivator-Kammer 3, die einen Aktivator 4 aufnimmt,
einen Einlass 5 für
das Brennstoff-Luft-Gemisch, der die Dosiervorrichtung mit der das
Gemisch führenden
Schleife des Wärmetauschers
verbindet, einen Einlass 6 der gasführenden Schleife des Wärmetauschers,
der mit dem Auslass der Aktivator-Kammer in Verbindung steht, einen
Auslass 7 der gasführenden Schleife,
durch den die erhaltenen Gase in die Kraftmaschine geleitet werden,
und eine Rohrleitung 8 für zusätzliche Luft, die mit in der
Aktivator-Kammer
angeordneten Luftdüsen 9 versehen
ist.
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In der vorgeschlagenen in Betrieb
befindlichen Vorrichtung wird ein überreiches Benzin-Luft-Gemisch
(mit einem Luftüberschusskoeffizienten
unter 0.45) in der Dosiervorrichtung 2 aufbereitet, dessen
Gemisch durch den Einlass 5 der gemischführenden
Schleife des Wärmetauschers 1 zugeführt und
einer Wärmebehandlung
mit Hilfe des Aktivators 4 in der Kammer 3 unterzogen
wird. Dann werden in der Kammer 3 gewonnene heiße Ölgase durch
den Einlass 6 der gasführenden
Schleife in Richtung des Auslasses 7 geführt, wodurch
deren Wärme
an das Brennstoff-Luft-Gemisch abgegeben wird, das von der Dosiervorrichtung 2 entlang
der gemischführenden
Schleife der Aktivator-Kammer 3 zugeführt wird, wobei die heißen Gase
gekühlt
werden. Um die Luft, die für
die oben genannten Reaktionen verbraucht wurde, zu kompensieren,
wird zusätzliche Luft
durch die Rohrleitung 8 in die Aktivator-Kammer geführt, wobei
die Luft dem aufzubereitenden Gemisch über die Düsen 9 stromabwärts des
Aktivators zugeführt
wird.
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Die Vorrichtung sieht die Möglichkeit
vor, Aktivatoren zu verwenden, die aus einer Anzahl von in Bewegungsrichtung
des aufzubereitenden Gemischstromes aufeinanderfolgend angeordneten
Sektionen bestehen. In solch einem Fall sind die Luftdüsen nach
jeder Aktivator-Sektion vorgesehen.
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Der Aktivator wird mittels über die
Anschlüsse 10 zugeführten, elektrischen
Strom erwärmt.
Aktivatoren können
verschiedene Konstruktionsanordnungen aufweisen und aus jedem Material
hergestellt sein, das für
elektrische Heizelemente verwendet wird. Die grundsätzliche
Anforderung, die durch Aktivator-Konstruktionsanordnungen
erfüllt
sein muss, besteht darin, dass eine gut ausgebildete Heizoberfläche vorhanden
ist.
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Die Vorrichtung verwendet keine Kraftmaschinen-Abgase
zum Zwecke des Erwärmens,
wodurch sie konstruktionsmäßig nicht
mit dem Kraftmaschinen-Auspuffsystem
verbunden ist und an jeder zweckmäßigen Stelle installiert werden
kann, was wichtig ist, wenn die Vorrichtung in einem Kraftfahrzeug
verwendet wird.
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Die vorgeschlagene Konstruktionsanordnung
des Wärmetauschers
ermöglicht
es, die Vorrichtungen abzuschaffen, bei denen die Gemischströme wiederholt
um 90°Grad
umgeleitet fließen.
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Wenn ein Zellabschnitt zusammengedrückt ist,
wird der gleiche Abschnitt der angrenzenden Zelle breiter. Dadurch
bleibt der Querschnittsbereich S des Durchgangs des Auslassabschnitts
(Einlass) einer jeden Zelle unbeeinträchtigt (3A, 3B) S = h ≌ b
= (h/2) ≌ 2b,wobei
h die Höhe
der Zelle,
b die Breite der Zelle ist.
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Wann immer es erforderlich werden
sollte und in Abhängigkeit
von der Konstruktionsanordnung der Vorrichtung, die an den Wärmetauscher,
wie z. B. ein Reaktor oder eine Aktivator-Kammer, angeschlossen
ist, können
die entsprechend ihrer Eingänge/Ausgänge gruppierten
Zellen mit einem zusätzlichen
Strömungsteiler 11 (3C) ausgestattet werden.
Je enger ein Zellkanal ist, um so besser ist die Wärmeübertragung
zwischen den entsprechenden Strömen.
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Wenn der Wärmetauscher mit einer Vorrichtung
verbunden ist, in der Reaktionen bezüglich Flüssigbrennstoff-Zerlegung in Ölgase auftreten,
ist das Volumen der heißen
Gase am Wärmetauscherausgang
viel höher,
so dass die schlitzförmigen
Kanäle, durch
die die Gase hindurchströmen,
weiter sein können
(4B).
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Folglich ist die Breite der Kanäle der beiden Ströme unter
Berücksichtigung
des aerodynamischen Widerstandes eines jeden von ihnen optimiert.
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Wenn die Zellkanäle eine geringe Breite aufweisen,
kann der Wärmetauscher
einen angemessen großen
Wärmeübertragungsflächenbereich
haben und angemessen arbeiten, wenn der laminare Verlauf der Ströme und deren
niedriger aerodynamischer Widerstand unbeinflusst bleiben.
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Die Konstruktionsanordnung von elektrischen
Eingangsanschlüssen
in hermetisch abgedichteten Kammern nimmt elektrische Hochtemperaturheizvorrichtungen
auf, insbesondere unter beschränkten
Bedingungen hinsichtlich der Gesamtabmessung der gesamten Vorrichtung,
und, wann immer es notwendig ist, eine „kalte" Drahtelektrode für den Anschluss an eine Stromquelle,
wie es der Fall bei einem Kraftfahrzeug ist.
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Um die Hochtemperaturkammern mit
Strom zu versorgen, haben eine oder mehr Wärmetauscherzellen, an denen
heiße
Fluide fließen,
eine reduzierte Höhe 12 (4). Ein Raum 13,
der demzufolge über
der in der Höhe
reduzierten Zelle ausgebildet ist, nimmt einen Draht auf, der durch
diesen Raum in dem Wärme tauscher
aus der „heißen" Kammer in Richtung
des Einlasses der „kühlen" Flüssigkeit
(z. B. Brennstoff-Luft-Gemisch) verläuft. Beim Strömen des „kühlen" Stroms wird der
elektrische Leiter gekühlt
und demzufolge der Ausgang des „kühlen" Drahtes aus dem Wärmetauscher bereitgestellt.
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Wann immer es erforderlich ist, können in solchen
Räumen
Drahtleiter sowohl für
Monitore des automatischen Steuersystems und Transducer, die sich
in der Hochtemperaturzone befinden, als auch Rohrleitungen untergebracht
werden, die der Kammer notwendige Additive zuführen.
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Der vorgeschlagene Wärmetauscher
kann ein oder mehr Wärmetauscher-Elemente aufweisen, die
von einer gemeinsamen Ummantelung mit Wärmeisolation (sowohl Ummantelungen
als auch Wärmeisolation
sind in den Zeichnungen nicht gezeigt) umschlossen sind.
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Um die Wärme von heißen, in dem Reaktor erzeugten Ölgasen zu
verwenden, ist der Reaktor über
seinen Eingang und Ausgang direkt mit den entsprechenden Wärmetauscher-Stromdurchgängen verbunden.
Der Strom des vorerwärmten
aus dem Wärmetauscher
zu dem Reaktor strömenden
Brennstoff-Luft-Gemisches wird darin um 180° [C] umgelenkt, um den Wärmetauscher
in umgekehrte Richtung zu durchlaufen (5A).
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Verbesserte aerodynamische Merkmale
werden dadurch erreicht, dass Mitstrom-Reaktoren oder Aktivator-Kammern verwendet
werden. In diesem Fall ist eine tandemförmige Verbindung von zwei Wärmetauscherelementen
oder zwei Wärmetauschern
für z.
B. eine Mehrzylinder-Kraftmaschine mit interner Verbrennung (5B) praktikabel. Bei solch einer
Konstruktionsanordnung fließt
der vorerwärmte Gemischstrom
durch ein erstes Wärmetauscher-Element 14,
dann durch eine Kammer 15 und, in Form einer gasförmigen Mischung,
durch ein zweites, in Serie geschaltetes Wärmetauscher-Element 16, ohne
seine Bewegung umzukehren. Ein zweiter Strom des Gemisches wird
eingerichtet und ähnlich dem
Ersten gehandhabt, jedoch fließt
er in entgegengesetzter Richtung. Das Gemisch des ersten Stromes
wird stromaufwärts
des Aktivators durch die heißen
Gase des aus der Kammer 17 stammenden zweiten Gemischstromes
erwärmt,
während
das Gemisch des zweiten Stromes durch die heißen Gase des ersten Stromes
des Gemisches, das aus der Kammer 15 stammt, erwärmt wird.
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Der Wärmeverlust der Mengenströme kann reduziert
werden, wenn Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zur Vorbereitung eines
anfänglichen
(startenden) Brennstoff-Luft-Gemisches verwendet werden. Solche
Vorrichtungen können
unmittelbar an dem Wärmetauschereinlassabschnitt
installiert werden.