NL1015798C1 - Inrichting voor het reformeren van koolwaterstof houdende brandstoffen en het vergassen daarvan. - Google Patents

Description

Inrichting voor het reformeren van koolwaterstof houdende brandstoffen en het vergassen daarvan.

De uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het reformeren van koolwaterstoffen van een brandstof die voorzien is van een aanvoer van een brandstof, tenminste één op de aanvoer aangesloten reactiekamer al dan niet 5 voorzien van één of meer katalysatoren, een uitgang van de reactiekamer naar een verbrandingsmotor en warmtewisselaar-middelen tussen de reactiekamer en een warmtebron.

Een dergelijke inrichting is bekend uit US-A-3,828,736.

10 Deze bekende inrichting is bedoeld gebruikt te worden met een brandstof, bijvoorbeeld benzine, die vrij is van additieven, zoals cyclische koolwaterstoffen en loodverbindin-gen, nodig voor het verkrijgen van een hoog octaangehalte. Daarnaast is deze bekende inrichting gecompliceerd in die 15 zin dat aan een verneveld brandstof/lucht mengsel een afgemeten volume uitlaatgassen toegevoerd dient te worden voordat het mengsel aan de reactiekamer toegevoerd kan worden, en dat alvorens het gereformeerde gas aan een verbrandingsmotor toegevoerd kan worden hier nog een afgemeten 20 volume lucht aan toegevoerd dient te worden.

Het doel van de uitvinding is in een inrichting te voorzien die de genoemde nadelen niet kent, een relatief eenvoudige constructie heeft en die te gebruiken is met de meest 25 gebruikelijke bij de pompstations te verkrijgen brandstoffen voor onder andere automobielen, derhalve brandstoffen met addit ieven.

Dienovereenkomstig wordt er volgens de uitvinding in voor-30 zien dat de reactiekamer tenminste één kamer omvat waarbij op tenminste één lokatie middelen aangebracht zijn voor het in de brandstof kunnen genereren van een stromingspatroon.

Volgens een eerste uitvoeringsvorm is er daarbij verder in 35 voorzien dat de middelen zodanig uitgevoerd zijn dat in de brandstof een vortex gegenereerd kan worden. Een nadere 1 : , v > > -2- uitwerking hiervan bestaat erin dat de reactiekamer tenminste twee in elkaar gelegen, al dan niet coaxiaal, buis-delen omvat waarbij tussen de buisdelen tenminste één schroeflijnvormig kanaal aangebracht is. De buisdelen 5 hebben bijvoorbeeld een cirkelvormige doorsnede, echter andere buisvormen met bijvoorbeeld een rechthoekige of ovale doorsnede zijn eveneens mogelijk.

Een dergelijk schroeflijnvormig kanaal wordt volgens de 10 uitvinding gerealiseerd door in één van de buizen een schroeflijnvormige groef of ribbe aan te brengen. Het voordeel hiervan is dat de coaxiale buizen relatief dicht op elkaar kunnen komen te liggen en dat deze over een zodanig groot deel van het buisoppervlak kontakt met elkaar 15 maken dat een goede warmte-overdracht tussen de buizen mogelijk is. Hierdoor hoeft voor het thermisch reformeren van de brandstof slechts verwarming vanaf één kant plaats te vinden waarbij het niet uitmaakt vanaf welke kant dat is. Bij voorkeur wordt hierbij gebruik gemaakt van bijvoor-20 beeld buismaterialen met een goede warmtegeleidingscoëffi-ciënt.

Door het transport in een vortex van de grotere koolwaterstof moleculen langs de wand van de reactiekamer worden deze 25 niet alleen door een thermisch proces en ook de mogelijke katalytische werking van de wand van de reactiekamer gereformeerd tot kleinere koolwaterstofketens, maar tevens door de frictie van deze grotere koolwaterstofmoleculen langs de wand van het kanaal. De tengevolge van de frictie ontstane 30 warmte levert dan nog een verdere bijdrage aan het proces. Bij voldoende warmte-toevoer aan de reactiekamer zal de brandstof ook ten minste ten dele reeds kunnen vergassen. Een verdere verbetering kan nog verkregen worden door de buizen van materiaal te voorzien met een grotere katalyti-35 sche werking dan het gebruikelijke buismateriaal.

Van groot belang is de reinigende werking door frictie die de in een vortex gebrachte brandstof kan hebben op de wand of wanden van de reactiekamer. Hierdoor wordt continue 1 0 1 ~ ** ö. o -3- geheel dan wel voor het grootste deel de door de in de brandstof aanwezige additieven veroorzaakte aanslag verwijderd waardoor de katalytische werking van de wand van de reactiekamer niet of nauwelijks aangetast wordt.

5

Voor de verwarming van de reactiekamer kan bijvoorbeeld de koelvloeistof van een verbrandingsmotor gebruikt worden of de olie van het smeersysteem. Een eenvoudige uitvoering bestaat dan uit twee coaxiale buizen waarbij op de buiten-10 ste buis de aansluitingen voor de aan- en afvoer van de brandstof naar en van de reactiekamer aangebracht zijn en waarbij het voor de verwarming gebruikte vloeibare medium door de binnenste buis gevoerd wordt. Het is echter evengoed mogelijk om met bijvoorbeeld drie coaxiale buizen te 15 werken waarbij het voor de verwarming gebruikte vloeibare medium langs beide zijden van de reactiekamer kan stromen. De aansluitingen voor de te reformeren brandstof moeten dan vloeistofdicht door de buitenste buis gevoerd worden. In plaats van met een vloeibaar medium kan voor de verwarming 20 natuurlijk ook met een gasvormig medium, zoals bijvoorbeeld de uitlaatgassen van de verbrandingsmotor, gewerkt worden.

Volgens een nadere uitwerking kan de reactiekamer ook tenminste ten dele opgenomen zijn in of deel uitmaken van 25 een motorblok en/of het bijbehorende uitlaatsysteem. De reactiekamer kan bijvoorbeeld reeds met het gieten of anderszins vervaardigen van een motorblok of uitlaatsysteem geheel of gedeeltelijk daarin geïntegreerd worden.

30 Volgens de uitvinding is in een tweede uitvoeringsvorm van de reactiekamer voorzien waarbij het reformeren van een brandstof volgens een meer mechanische werking gerealiseerd wordt. Hiertoe is er in voorzien dat de reactiekamer bestaat uit tenminste één langwerpig kanaal met één of meer 35 tenminste haakse overgangen.

Volgens een nadere uitwerking is er dan bij voorkeur in voorzien dat een kanaal uit een aantal opeenvolgende in tegengestelde richting verlopende delen bestaat waarbij de ·**' ·*χ· r· ^ ,·· -4- uiteinden van de delen van het kanaal, anders dan de uiteinden van het kanaal, uitkomen op in eindplaten aangebrachte uitsparingen. De in- en uitlaat voor de brandstof zijn hierbij op dezelfde eindplaat of op tegenovergelegen 5 eindplaten aangebracht.

De achterliggende gedachte hierbij is dat door de brandstof met grote snelheid door het kanaal of de kanalen heen te brengen de koolwaterstofketens door de bij het op de eind-10 platen terecht komen van de brandstof optredende impulskracht en snelheidsveranderingen ten minste ten dele opgedeeld worden in kleinere ketens. Verwarming en gebruik van katalytisch werkende materialen kunnen daarbij nog voor een verbetering van het proces zorgen.

15

Verwarming kan plaatsvinden door verwarming van de tussen de eindplaten ingesloten delen van het kanaal. Volgens een nadere uitwerking kan dit geschieden door een buis om de reactiekamer heen aan te brengen waarbij de eindplaten de 20 buis aan weerszijden afsluit en de buis of eindplaten voorzien zijn van een in- en uitlaat voor een vloeibaar medium dat voor de verwarming moet zorgdragen. Ook voor deze reactiekamer geldt dat verwarming kan plaatsvinden met koelvloeistof of olie van het smeersysteem van een verbran-25 dingsmotor en ook dat de reactiekamer geheel of gedeeltelijk in het motorblok geïntegreerd kan zijn.

Behalve de genoemde verwarmingssystemen, waarbij gebruikt gemaakt wordt van de door een verbrandingsmotor gegenereer-30 de warmte, is het ook mogelijk om voor tenminste een deel van de verwarming gebruik te maken van andere energiebronnen. Dit kan ondermeer een rol spelen bij het opstarten van een verbrandingsmotor waarbij nog niet direkt gebruik gemaakt kan worden van door de motor gegenereerde warmte.

35 Mogelijke energiebronnen zijn bijvoorbeeld een op het elektrisch circuit van de motor aangesloten verwarmingsspi-raal of een hoogfrequente stralingsbron zoals bijvoorbeeld een magnetron, een infrarood of ultraviolet stralingsbron.

► - - -5-

In landen met een voldoende aantal zon-uren per dag kan ook gebruik gemaakt worden van zonne-energie waarbij gedacht kan worden aan een met behulp van fotovoltaïsche cellen gevoed verwarmingssysteem of een systeem waarbij de brand-5 stof direkt door de zon verwarmd wordt of met tussenkomst van een door de zon opgewarmd vloeibaar verwarmingsmedium.

De uitvinding wordt in het navolgende toegelicht aan de hand van het in de tekening gegeven voorbeeld, waarin: 10 fig.1 een uit coaxiale buisdelen opgebouwde reactieka- mer toont, fig.2 een uit in tegengestelde richting verlopende opeenvolgende buisdelen opgebouwde reactiekamer 15 toont, en fig.3 een schema toont van de brandstoftoevoer aan een brandstof-inspuitinrichting met daarin opgenomen een reactiekamer.

20 De in fig. 1 getoonde opengewerkte reactiekamer 1 is opgebouwd uit twee coaxiale buisdelen 2,3 waartussen een schroeflijnvormig kanaal 4 is gevormd. Het kanaal 4 is in het getoonde voorbeeld gevormd door een schroeflijnvormige groef 5 aan de buitenzijde van het binnenste buisdeel 2 aan 25 te brengen.

De reactiekamer 1 is voorzien van een inlaat 6 en een uitlaat 7 voor de te reformeren brandstof die op de buitenzijde van de buitenste buis 2 zijn aangebracht. De posities 30 van inlaat 6 en uitlaat 7 zijn zodanig dat deze tangentieel aansluiten op het schroeflijnvormige kanaal 4.

De buitendiameter van de binnenste buis 3 is bij benadering gelijk aan de binnendiameter van de buitenste buis 2 waar-35 door de buisdelen op de schroeflijnvormige groef 5 na geheel tegen elkaar komen te liggen. Aan de uiteinden kan nog een verdere afdichting aangebracht worden door bijvoorbeeld het aanbrengen van een las langs de begrenzing van de buitenste met de binnenste buis.

1 Λ 1 K *7 Λ ft -6-

Verder kan de lengte van de binnenste buis 3 groter genomen worden dan die van de buitenste buis 2 zodat de binnenste buis 3 aan weerszijden van de buitenste buis 2 uit kan steken. Deze uiteinden bieden dan de mogelijkheid voor het 5 aanbrengen van aansluitingen voor buis- of leidingdelen voor een vloeibaar of gasvormig medium dat voor de verwarming van de reactiekamer dient zorg te dragen.

De reactiekamer 8 volgens fig.2 bestaat uit een door een 10 aantal opeenvolgende buisdelen 9 gevormd kanaal 10 waarbij de buisdelen 9 met een drietal platen 11,12,13 vast en op afstand van elkaar gehouden worden. De uiteinden van twee opeenvolgende buisdelen komen uit in de eindplaten 14,15 aangebrachte uitsparingen 16. De uitsparingen 16 zorgen 15 voor een raakvlak waar de brandstof met grote impulskracht tegenaan kan komen, alsmede voor abrupte snelheidsover-gangen in de stroming.

Met behulp van de draadeinden 17,18 en moeren 19 worden de 20 platen 11,13 tegen respectievelijk de eindplaten 14,15 geklemd waarmee het geheel één kanaal 10 vormt. Op de eindplaat 14 zijn inlaat 20 en uitlaat 21 voor de te reformeren brandstof aangebracht. Het is evenzeer mogelijk om in- en uitlaat 20,21 afzonderlijk op een eindplaat 14,15 25 aan te brengen.

De reactiekamer 8 kan in zijn geheel in een niet nader aangegeven buisdeel gebracht worden waar een vloeibaar of gasvormig medium, dat voor de verwarming van de reactieka-30 mer dient zorg te dragen, doorheen gevoerd kan worden. De eindplaten 14,15 kunnen hierbij voor afdichting van het bedoelde buisdeel dienen.

In fig.3 tenslotte is een schema gegeven voor een brand-35 stoftoevoer aan een brandstof-inspuitinrichting 22 met inspuitorganen 29 waar een reactiekamer 23 in is opgenomen. Vanuit de brandstofhouder 24 loopt een brandstofleiding 25 via een pomp 26, een brandstoffilter 27 en een drukregelaar 28 weer retour naar de brandstofhouder 24. Tussen brand- 1 0 i 5 7 3 fi -7- stoffilter 27 en drukregelaar 28 is een aftakking 30 van de brandstofleiding gemaakt die achtereenvolgens naar de reactiekamer 23 en de brandstof-inspuitinrichting 22 leidt. De druk in de reactiekamer 23 respectievelijk brandstof-5 inspuitinrichting 22 wordt geregeld met een op een vaste waarde ingestelde drukregelaar 28, waarbij de door de pomp 26 geleverde pompdruk groter is dan de ingestelde waarde van de drukregelaar 28.

10 Bij de gebruikelijke inspuitsystemen is de brandstof-inspuitinrichting in de lus van brandstofleiding 25 opgenomen, waarbij de drukregelaar direkt stroomafwaarts van de brandstof-inspuitinrichting is aangebracht. Bij toepassing van een reactiekamer zoals beschreven is het allereerst 15 niet bijzonder effectief om reeds gereformeerde brandstof niet te gebruiken en weer terug te voeren naar de brandstof houder. Verder gaat de brandstof in de reactiekamer tenminste ten dele over in de gasfase hetgeen eveneens problemen kan geven indien via het retourgedeelte van de 20 brandstofleiding 25 ten dele brandstofdampen teruggevoerd zou worden naar de brandstofhouder 24.

In het getoonde voorbeeld is voorzien in één reactiekamer 23 en één brandstof-inspuitinrichting 22 voor een aantal 25 cilinders, het is echter evengoed mogelijk om per cilinder in een reactiekamer 32 en een aparte brandstof-inspuitinrichting 22 te voorzien.

il 1 F 7 Ω o

Claims (13)

1. Inrichting voor het reformeren van koolwaterstoffen van een brandstof die voorzien is van een aanvoer van een brandstof, tenminste één op de aanvoer aangesloten reactie-kamer al dan niet voorzien van één of meer katalysatoren, 5 een uitgang van de reactiekamer naar een verbrandingsmotor en warmtewisselaarmiddelen tussen de reactiekamer en een warmtebron, met het kenmerk, dat de reactiekamer tenminste één kamer omvat waarbij op tenminste één lokatie middelen aangebracht zijn voor het in de brandstof kunnen genereren 10 van een stromingspatroon.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de middelen zodanig uitgevoerd zijn dat in de brandstof een vortex gegenereerd kan worden. 15

3. Inrichting volgens conclusies 1-2, met het kenmerk, dat de reactiekamer uit tenminste twee in elkaar gelegen, al dan niet coaxiaal, buisdelen bestaat waarbij tussen buisde-len tenminste één schroeflijnvormig kanaal aangebracht is. 20

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat in één van de buizen een schroeflijnvormige groef of ribbe aangebracht is.

5. Inrichting volgens conclusies 3-4, met het kenmerk, dat in tangentieel op het schroeflijnvormige kanaal aansluitende in- en uitlaat voor de brandstof voorzien is.

6. Inrichting volgens conclusies 3-5, met het kenmerk, dat 30 op het coaxiale buizensamenstel een aan- en afvoer voor een vloeibaar of gasvormig verwarmingsmedium aangesloten is zodanig dat het medium tenminste door de binnenste buis kan stromen.

7. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de reactiekamer bestaat uit tenminste één kanaal met één of meer tenminste haakse overgangen. f Ö 1 *5 7 n o -9-

8. Inrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat een kanaal uit een aantal opeenvolgende in tegengestelde richting verlopende delen bestaat waarbij de uiteinden van de delen van het kanaal, anders dan de uiteinden van het 5 kanaal, uitkomen op in eindplaten aangebrachte uitsparingen.

9. Inrichting volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de uitsparingen een in hoofdzaak vlakke bodem hebben die bij 10 benadering dwars op de daarop uitkomende delen van het kanaal staat.

10. Inrichting volgens conclusies 1-9, met het kenmerk, dat de reactiekamer tenminste ten dele opgenomen is in of deel 15 uitmaakt van een motorblok en/of het bijbehorende uitlaatsysteem.

11. Inrichting volgens conclusies 3-10, met het kenmerk, dat de reactiekamer voorzien is van een fotovoltaïsch 20 gestuurd verwarmingsorgaan.

12. Inrichting volgens conclusies 3-10, met het kenmerk, dat tenminste één hoog-frequent oscillatororgaan aangebracht is zodanig dat tenminste een deel van het coaxiale 25 buizensamenstel binnen het stralingsbereik daarvan ligt.

13. Brandstof-inspuitsysteem waarbij in de brandstofaanvoer een reactiekamer opgenomen is volgens één of meer van de voorafgaande conclusies en waarbij verder voorzien is in 30 een brandstofhouder, een brandstofpomp en een drukregelaar, met het kenmerk, dat de brandstofhouder, brandstofpomp en de drukregelaar een gesloten circuit vormen waarbij tussen brandstofpomp en drukregelaar een aansluiting gemaakt is die achtereenvolgens naar de reactiekamer en één of meer 35 brandstof-inspuitorganen voert. 4 r· 'v $ ? · l! V .? 1