NO802575L - Apparat til aa oeke eller minske luftens oksygeninnhold, fremgangsmaate til dets fremstilling samt fremgangsmaate til dets drift - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et apparat til å øke eller minske oksygenandelen i luft som skal tilføres en forbruker, særlig et brennkammer, under anvendelse av en meget tynn semipermeabel membran som adskiller et første rom, som har høyere trykk og har en inngang for normal luft og en utgang for 02~magret luft, og et annet rom, som har lavere trykk og har en utgang for C^-anriket luft, og angår ennvidere også en fremgangsmåte til fremstilling av dette apparat og en fremgangsmåte til dets drift.

Ved et kjent apparat av denne art, særlig bestemt for anrikning av innåndningsluft eller forbrenningsluft med oksygen, blir

der benyttet en membran som er mer gjennomtrengelig for oksygen

enn for nitrogen og består av silikonkautsjuk, og som er anbragt flatt på overflaten av en porøs bærer. De membranarealer som

kan oppnås i den forbindelse, er små, noe som fører til at der også bare kan skaffes små mengder C^-anriket luft. Riktignok

er det mulig å øke mengden ved å høyne differansetrykket. Men en slik trykkhøyning er uheldig for mange anvendelsesformål og

er dessuten i alle tilfeller av tekniske grunner bare mulig

i begrenset grad.

Videre er der kjent et dialyseapparat til blodrensning hvor porøse hulfibre i et antall lavere enn 10.000 blir sammenfattet til en sylindrisk bunt og anordnet i en sylindrisk kapsel. Fiber-endene er ført avtettet gjennom kapselens endevegger. Blod blir ledet gjennom hulfibrenes indre. I sin omkretsflate har kapselen ved sin ene ende et innløp og ved sin annen ende et utløp for rensevæske som pumpes gjennom rommet utenom hulfibrene i kapselen. I dette tilfelle vandrer giftstoffene fra blodet ut i rensevæsken, ikke som følge av noen forskjell i trykk, men som følge av en forskjell i konsentrasjon. For at giftstoffene skal få tilstrekkelig tid til å tre over i rensevæsken, har hulfibrene en lengde av 220-350 mm.

Til grunn for oppfinnelsen ligger den oppgave å gi anvisning på et apparat av den innledningsvis angitte art, hvormed det er mulig i forbindelse med små dimensjoner å behandle luft i større mengder og/eller med lavere trykkforskjeller, så den særlig blir egnet for forsyning av brennekamre.

Denne oppgave blir ifølge oppfinnelsen løst ved at hulfibrene med mikroskopisk vegg oppviser membranen på en omkretsflate og er anordnet innbyrdes parallelt i stort antall i en kapsel hvis motstående endevegger endene av hulfibrene går igjennom, samtidig som disse ender er avtettet på sin ytre omkrets .

Da de indre eller ytre omkretsflater er forsynt med en membran, fremkommer et overordentlig stort membranareal. Det er derfor mulig å frembringe en liten mengde C^-anriket luft, f.eks. for pusteformål, med meget små trykkforskjeller, f.eks. beroende på lungekraft, eller med vanlige trykkforskjeller på ca. 2 Pa å få meget store mengder C^-anriket luft, f.eks. forbrenningsluft til en motorvogn eller en fyr. Den mikroporøse vegg gir et tilstrekkelig stabilt underlag for en ultratynn membran.

Hulfibrene kan her danne en bærer som membranen er påført. Dette gjør det mulig å anvende en hulfiber med optimale bære-egenskaper. Men hulfibrene kan også bestå av membranmaterialet så der fås en struktur i ett stykke med et porøst bæreparti og en ikke porøs membran. I det tilfelle behøver membranen ikke å være anbragt etterpå, idet den kan frembringes allerede ved fremstillingen av hulfibrene, enten det skjer ved styrt poredannelse eller ved lukning av porene langs en omkretsvegg. Videre fås en særlig god forbindelse mellom bærer og membran. Eventuelt kan hulfibrene også ha forsterkningsinnlegg i sin vegg.

Hensiktsmessig danner hulfibrenes indre hulrom det første rom og rommet i kapselen utenom hulfibrene det annet rom. Da det indre hulrom i hulfibrene fører det høyere trykk, vil riktignok en ubetydelig elastisk utvidelse av hulfibrene kunne finne sted, men ikke noen sammentrykning og dermed forbundet minskning av gj ennomgangstverrsnittet.

Der skal finnes minst 100.000 hulfibre, fortrinnsvis flere enn 0,5 millioner hulfibre. Apparater med flere enn 5 millioner hulfibre lar seg uten vanskelighet realisere. Spesielt bør så mange hulfibre være anordnet tilnærmelsesvis parallelt med hverandre i et hulfiberbatteri at der fremkommer et membranareal på 15-500 m<2>.

Særlig fordelaktig er hulfibrene anordnet i en kapsel, samtidig som minst ett utløpssamlerom strekker seg langs en kapselsidevegg som forløper parallelt med hulfibrene. Den 02~anrikede luft kan dermed suges bort til utløpssamlerommet hoved-sakelig tvers på hulfibrene, så strupningsmotstandene blir forholdsvis små.

Spesielt kan det være sørget for at kapselen har rektangulære endevegger med en forholdsvis lang og en forholdsvis kort side, og at utløpssamlerommet strekker seg langs en kapselsidevegg som forløper mellom endeveggenes langsider, og i det vesentlige over hele arealet av denne vegg. Videre kan et annet, lignende utløpssamlerom strekke seg langs den motstående sidevegg. På denne måte er det sikret at alle hulfibrene er forbundet

med et utløpssamlerom via en forholdsvis kort vei. Dermed blir også trykkfallet mellom membran og utløpssamlerom tilsvarende lite. Da hulfibrene ikke er fullstendig rette, levner de, selv om de er tett sammenpakket, tilstrekkelig store mellomliggende kanaler for gassen. Eventuelt kan slike kanaler imidlertid også være konstruktivt betinget ved en tilsvarende anordning av hulfibrene eller ved anvendelse av hulfiberavsnitt med større diameter.

Fortrinnsvis har hulfibrene en ytterdiameter på 100-400 pm, fortrinnsvis omkring 200 pm. Under hensyntagen til de oppnåelige veggtykkelser fås et tilstrekkelig stort innvendig tverrsnitt som ikke byr for stor strømningsmotstand mot den gjennomstrømmende luft.

Hulfibrene behøver ikke å ha større veggtykkelse enn 20 um, og til og med mindre 6 um er nok. Dette gir en tilstrekkelig stabilitet i forbindelse med minimal motstand mot den gjennom-tredende luft.

Det er å anbefale å holde lengden av hulfibrene minst mulig, særlig mindre enn 200 mm og fortrinnsvis 100 mm, for at luft med tilstrekkelig oksygenandel skal bli tilbudt til membranpartiet ved den bakre ende av hulfibrene.

Når det gjelder hulfibrenes porer, må man ta i betraktning at de for det første må være små nok til ikke å influere på den sikre avstøtning av membranen, men for det annet skal være store nok til ikke å hemme gasstransporten fra resp. til membranen i uheldig grad. I den forbindelse er det gunstig om porestørrelsen i vidtgående utstrekning ligger i området 0,1 pm til 1 um. Fortrinnsvis avtar porestørrelsen mot membranen. De små porer

for bedre utnyttelse av membranen behøver i den forbindelse bare å strekke seg over et så tynt skikt at de ikke influerer påtagelig på gasstransporten. Spesielt kan størrelsen av de porer som tildekkes av membranen, utgjøre 10 til 50 nm.

Ved en foretrukket utførelsesform er det sørget for at membranen sitter på hulfibrenes indre omkrets. Dette gir særlig lang levetid fordi membranen ligger godt beskyttet og man unngår enhver mekanisk påkjenning som den der kan opptre ved på hinannen liggende hulfibre med utvendig membran.

Videre er det gunstig å innskyte et luftfilter foran inn-løpet til det første rom. Dermed er det sikret at hulfibrenes indre hulrom ikke blir tilstoppet.

Ved innbygningen i et motorkjøretøy bør hulfibrene strekke

seg i dettes lengderetning og ha sin ene ende i nærheten av kjøre-tøyets forside. Dermed er det mulig å utnytte fartsvinden til å drive luften gjennom hulfibrene når det tilstrebes å anvende oksygenanriket forbrenningsluft i motoren.

Til å drive luften gjennom hulfibrenes hulrom kan der også benyttes en blest. Denne kan også være innbygget i tillegg i et motorkjøretøy.

Hvis brennkammeret inngår i en brennkraftmaskin eller et fyringsanlegg, bør membranarealet være valgt så stort at forbrenningstemperaturen ligger over 2.500°C, særlig ved ca. 3.000°C. De høye forbrenningstemperaturer fører til en høyning av virkningsgraden og en minskning av brenselforbruket. Ved brennkraft-

maskiner er det dessuten overflødig å la luft-brenselforholdet variere i avhengighet av full last og deilast, hvorved for-gasserkonstruksjon og tilsyn blir vesentlig forenklet. Da tenn-hastigheten er meget stor, kan tenningstidspunktet henlegges til nær det øvre dødpunkt. Dette betyr et tillegg i besparelsen av brennstoff og minsker tilbøyeligheten til selvtenning. Den minskede tilbøyelighet til banking gjør det ennvidere mulig å øke kompresjonen, hvorved virkningsgraden blir høynet ytterligere. Takket være det raske tenningsforløp unngås ennvidere ujevne varmeoverganger til brennkammerveggen, noe som fører til en lavere kjølevannstemperatur og mindre ventilatoreffekt. Dessuten gir det raske tenningsforløp en smidig gang av en brennkraftmaskin. Den mengde forbrenningsluft som behøves til drift av et slikt brennkammer, er riktignok meget stor. For eksempel utgjør den for en toliters motor over 100 m 3/h. Et tilsvarende stort membranareal lar seg imidlertid uten vanskelighet tilveiebringe ved hjelp av hulfibrene.

Videre er det gunstig om der er tilordnet brennkammerets avgasskanal en innretning til å minske andelen av nitrogenoksyd. Dermed blir der tatt hensyn til det forhold at der ved de til-strebede høye forbrenningstemperaturer fås en stor mengde nitrogenoksyd, f.eks. 5 volumprosent ved 2.700°C. Alt i alt fremkommer dermed et apparat som tilsvarer et normalt forbrenningsanlegg (tilførsel av brensel og normal luft, avgass med lavt innhold

av skadelige stoffer), men en vesentlig bedre virkningsgrad med tilsvarende innsparing av brensel.

For eksempel kan avgasskanalen i sin første del oppvise en varmeisolasjon som sinker avkjølingen av avgassene og dermed begunstiger spaltningen av nitrogenoksyd. En annen mulighet består i å tilordne avgasskanalen minst en innretning til reaksjonsfri avgassoppvarming.

En fremgangsmåte til fremstilling av et apparat hvor hulfibrene forsynes med en membran, er ifølge oppfinnelsenkarakterisert vedat hulfibrene først fremstilles og så behandles med en belegningsvæske som inneholder membranmaterialet, hvorpå dette fornettes på hulfibrene. Belegningsvæsken lar seg lettvint påføre hulfibrenes omkretsflater. Også en dosering for oppnåelse av ønsket membrantykkelse er mulig.

For å oppnå særlig tynne membraner er det å anbefale om belegningsvæsken inneholder et oppløsnings- eller dispersjonsmiddel for membranmaterialet og dette middel så fjernes. Særlig bør der anvendes et oppløsnings- eller dispersjonsmiddel som i det minste delvis kan unnvike gjennom hulfibrenes porer. Molekylene må derfor være mindre enn disse porer. Dette muliggjør en innvendig belegning. Ved en utvendig belegning økes den hastighet hvormed oppløsnings- resp. dispersjonsmiddelet kan fjernes.

Fjernelsen av oppløsnings- eller dispersjonsmiddelet kan f.eks. skje ved at der påtrykkes en trykkdifferanse mellom hulfibrenes inn- og utside. Istedenfor eller samtidig med dette kan oppløsnings- eller dispersjonsmiddelet fjernes ved avdunsting resp. fordampning. Ofte er det gunstig om fornettingen av membranmaterialet innledes allerede før belegningsbehandlingen. Da der herunder allerede oppstår større molekyler, er det enklere å fjerne oppløsningsmiddel gjennom hulfiberveggen uten at membranmaterialet samtidig blir tatt med. Belegningsvæsken kan også inneholde en katalysator. I denne kan der også finnes en fornetterkomponent. En annen mulighet består i på forhånd å forsyne hulfiberflåtene som skal belegges, med en fornetterkomponent eller også å la hulfibrene bestå: av et materiale som oppviser aktive grupper som bevirker fornetting. Hvis det med katalysator forsynte membranmateriale er godt strømningsdyktig, er det også mulig å anvende det direkte som belegningsvæske.

Påføringen kan f.eks. skje på den måte at hulfibrene beveges forbi en påføringsstasjon for belegningsvæsken. De kan også dyppes i belegningsvæsken eller fortrinnsvis sprøytes med den.

En særlig gunstig mulighet ligger i for fremstilling av

det innvendige hulrom under fremstillingen av hulfibrene å

innføre et fyllmiddel inneholdende membranmateriale, i fibermaterialet.

En fremgangsmåte til drift av apparatet er ifølge oppfinnelsenkarakterisert vedat der ved anrikning av forbrenningsluften med oksygen i brennkammeret tilveiebringes en forbrenningstemperatur på mer enn 2.500°C, og at avkjølingen av avgassene som forlater brennkammeret, i et temperaturområde på minst 200°C skjer langsommere enn i et etterfølgende temperaturområde. Ved de forbrenningstemperaturer som tilstrebes med sikte på høy virkningsgrad, bør avgassene avkjøles gjennom et betydelig temperaturområde. Jo mindre avkjølingshastigheten er, jo større blir den gjenværende nitrogenoksydmengde. Fortrinnsvis forblir avgassene i temperaturområdet for langsom avkjøling i minst 0,3 s.

Spesielt bør avkjølingshastigheten i temperaturområdet

med langsom avkjøling være tilnærmet nitrogenoksydets temperatur-avhengige spaltningshastighet, altså avta i dette temperaturområde.

Gunstig er det ennvidere om begynnelsestemperaturen for området med langsom avkjøling holdes på minst 1.400°C. Temperaturområdet med-langsom avkjøling ligger derfor på et forholdsvis høyt nivå hvor det er mulig å utnytte høye spaltningshastigheter.

I det følgende vil oppfinnelsen bli belyst nærmere ved utførelseseksempler som er anskueliggjort på tegningen. Fig. 1 viser tverrsnitt av flere hulfibre belagt med en membran. Fig. 2 viser perspektivisk et apparat ifølge oppfinnelsen gjennomskåret etter linjen II-II på fig. 3. Fig. 3 viser horisontalsnitt av apparatet på fig. 2. Fig. A., viser. lengdesnitt av endepartier av hulfibre av modifisert form i en endevegg av kapselen.

Fig. 5 viser snitt etter linjen V-V på fig. 4.

Fig. 6 viser skjematisk lengdesnitt av en innretning til fremstilling av hulfibre. Fig. 7 viser skjematisk tverrsnitt av en utførelsesform for en hulfiber med innvendig membran.. Fig. 8 viser på tilsvarende måte en modifisert utførelsesform

for fiberen.

Fig. 9 anskueliggjør skjematisk forløpet av en fremgangsmåte til å frembringe en innvendig membran.

Fig. 10 viser tverrsnitt av et parti av en innretning til

å frembringe en utvendig membran.

Fig. 11 viser et tilsvarende lengdesnitt av denne innretning. Fig. 12 anskueliggjør likevektstilstanden luft : nitrogenoksyd i et diagram over nitrogenoksydandelen som funksjon av avgasstemperaturen T. Fig. 13 er et diagram over nitrogenoksydets spaltnings-halveringstid tH som funksjon av avgasstemperaturen T. Fig. 14 er et skjematisk diagram over forløpet av avgasstemperaturen som funksjon av tiden under avkjølingen. Fig. 15 viser skjematisk en brennkraftmaskin med et apparat til å minske nitrogenoksydandelen i avgassen.

Fig. 16 viser tverrsnitt av apparatet etter linjen XVI-XVI

på fig. 15.

Fig. 17 viser skjematisk tverrsnitt av en annen utførelses-form for et apparat til å minske nitrogenoksydandelen. Fig. 18 viser enda en utførelsesform for et slikt apparat. Fig. 19 viser en fjerde utførelsesform for et slikt apparat, og

fig. 20 anskueliggjør skjematisk innbygningen av apparatet ifølge oppfinnelsen i et motorkjøretøy.

På fig. 1 ses en rekke over hinannen anbragte hulfibre 1 som innvendig er belagt med en ultratynn semipermeabel membran 2. Hulfibrene har f.eks. en ytterdiameter d på 50 til 400 pm, særlig 100 til 200 pm og en veggtykkelse s som utgjør fra mindre enn 6 um til 20 pm, særlig 5 til 10 pm. Membranen har f.eks. en tykkelse av 100 nm. Hulfibrenes hulrom 3 danner et første rom A, og rommet utenom hulfibrene danner et annet rom B. Holder man disse to rom på forskjellige trykk, vandrer gassen fra rommet med høyere til rommet med lavere trykk, og membranen 2 er her mer gjennomtrengelig for oksygen enn for nitrogen.

Fig. 2 og 3 viser et apparat hvor der benyttes et overordentlig høyt antall av de beskrevne hulfibre. Et batteri 4 med lengde 1 10 cm, høyde h 20 cm og bredde b 60 cm kan inneholde 6 millioner, eller flere hulfibre 1 som strekker seg parallelt ved siden av hverandre i lengderetningen og gir et membranareal på ca. 180 m 2 eller mer.

Fiberbatteriet 4 er anbragt i en kapsel 5 med to endevegger

6 og 7 hvor endene av hulfibrene 1 er innsatt under avtetning på sin ytre omkrets. Fordelaktig består endeveggene 6 og 7 av kunst-stoff som kleber omkretsflåtene av fibrene sammen. Det første rom A har således foran endeveggen 6 et innløp 8 hvorigjennom normal luft kan ledes inn i det indre hulrom 3 i hulfibrene 1.

Bak endeveggen 7 befinner seg et tilhørende utløp 9 hvor oksygen-fattig luft ledes bort. Foran innløpet 8 sitter et luftfilter 10. Hele anordningen kan være innbygget i et stiplet antydet motor-kjøretøy 11 i nærheten av dets forside 12 med hulfibrene 1 for-løpende i kjøretøyets lengderetning så fartsvinden sørger for gjennomgang av en tilstrekkelig luftmengde gjennom hulfibrene. Isteden eller i tillegg kan der sitte en ventilator 13 i utløpet.

I fiberbatteriet 4 er hulfibrene 1 anordnet i parallelle rader 14 som mellom seg levner kanaler 15. disse kanaler munner ut i utløpssamlerom 16 og 17 som inngår i det annet rom B, som via et felles utløp 18 er forbundet med en sugepumpe 19 hvis transport-side 20 fører til en forbruker, f.eks. en brennkraftmaskin.Utgangssamlerommene strekker seg over hele arealet av øvre

og nedre kapselvegg, henholdsvis 21 og 22, altså over et areal 1 x b. På denne måte står f.eks. den samlede overflate av hver enkelt hulfiber uten forstyrrende motstander i forbindelse med utløpet 18 fra det annet rom B. Kanalenes bredde kan være forholdsvis liten, da også fibrene er små og den maksimale utstrekning i høyderetning bare utgjør h/2, i utførelseseksempelet altså 100 mm.

Ved utførelsesformen på fig. 4 og 5 er hulfibre 51, som er belagt med membranen 52 på utsiden, forsynt med avsnitt 53 med større diameter. Disse befinner seg her ved endene av hulfibrene og er avtettet innleiret i en endevegg 6. Som vist på fig. 5 kan slike hulfibre i området for sine avsnitt 53 være anordnet tett ved siden av hverandre, hvorved der i det øvrige forløp av hulfibrene levnes kanaler 54 som i dette tilfelle får en bølget form.

Slike avsnitt 53 kan også være anordnet på et hvilket som helst sted av hulfibrenes lengde. De behøver heller ikke å ligge i et felles plan, da der allerede ved avstøtningen av et avsnitt 53 på den normale diameter av en nabohulfiber gjenstår en tilstrekkelig kanal.

Fremstillingen av slike hulfibre 51 med avsnitt 53 med større diameter kan skje ved flere forholdsregler som beskrives i for bindelse med fig. 6. Her forekommer et sprøytehode 55 som oppviser en ringdyse for tilførsel av materialet 57 for hulfibrene 51 og en sentral dyse 58 hvorigjennom der ledes inn et gassformet fyllmiddel med et trykk p. Dette trykk p blir med mellomrom høynet som antydet ved impulser 59. På denne måte oppstår de utvidede avsnitt 53.

Fig. 7 viser en hulfiber 1 med innvendig membran 2 i tverrsnitt. Det ses at de ytre porer 60 er større enn de indre porer 61 som ligger like under membranen 2. Mens de indre porer f.eks. har en størrelse av 15 nm, øker porestørrelsen utover til omtrent

1 pm. Porene er forbundet innbyrdes.

På fig. 8 ses en annen utførelsesform, hvor en hulfiber 62 består av samme materiale som membranen 63. Også her blir porene 64 mindre i retning utenfra og innover. Innerste poreskikt er imidlertid lukket, så den ønskede membran 63 fremkommer.

Membranmaterialet må velges ut fra hensynet til gass-permeabilitet og 02-N2-separasjonsfaktoren. For dette finnes der forskjellige muligheter. Særlig anbefalelsesverdig er silikonkautsjuk (dimetylpolysiloksan) eller silikonkautsjuk-polykarbonat-kopolymerisat av dimetylpolysiloksan og bisfenol A med høyt innhold (over 80 %) av dimetylpolysiloksan. Silikonkautsjuk har en separasjonsfaktor mellom oksygen og nitrogen på -2,2, så gass-blandingen i rommet med lavere trykk har et oksygeninnhold på ca. 30-35 volumprosent. Hensiktsmessig benyttes kaldt-vulkaniserbare membranmaterialer, og i den forbindelse bør man helt eller langt på vei gi avkall på fyllstoffer resp. pigmenter for ikke å influere på membranenes egenskaper. Imidlertid kommer også varmt-vulkaniserbare materialer i betraktning.

Fornettingen av membranmaterialet skjer ved hjelp av en fornetterkomponent og en katalysator. Som fornetterkomponent kan de forskjelligste kjente materialer til formålet komme i betraktning, fortrinnsvis orto- eller polykiselsyreestere, alkyltrialkoksysilaner eller siloksaner med Si-H-bindinger. Slike fornetterkomponenter kan tilblandes det vulkaniserbare membranmateriale før belegningen, men vil også kunne påføres hulfibrenes omkretsvegg før belegningen. Oppviser hulfibermaterialet aktive grupper, som hydroksyl- eller alkoksygrupper, vil man også kunne gi avkall på anvendelsen av en fornetterkomponent.

Som katalysatorer kommer de forskjelligste kjente materialer i betraktning. Særlig velskikket er organiske peroksyder, aminer eller karbonsure salter, f.eks. tinn-II-oktoat eller dibutyl-tinn-dilaureat.

Membranmaterialet kan blandes med fornetterkomponenten og katalysatoren og så oppløses resp. dispergeres etter avgassing.

En en-.til fireprosentig oppløsning resp. dispersjon er å anbefale. Som oppløsnings- resp. dispersjonsmidler kommer aromatiske eller alifatiske hydrokarboner (særlig petroleter) såvel som klorerte hydrokarboner i betraktning.

Hulfibrene bør bestå av et polyaddisjons- eller kondensasjons-produkt. Egnet er særlig polyester, polyamid, polysulfon, sellulose og selluloseacetat. Fineste forsterkningsinnlegg av annet materiale er mulige.

Fig. 9 anskueliggjør skjematisk forløpet av prosessen ved påføring av en membran 2 på innsiden av en hulfiber 1. I et første trinn 65 blir membranmaterialet 67, en katalysator 68 og en fornetterkomponent 69 blandet i en beholder 66. Derpå blir blandingen i et trinn 70 blandet med et oppløsningsmiddel 71. Etter en viss hviletid hvorunder der allerede kan skje en svak fornetting, blir oppløsningen 72 i et trinn 7 3 ført inn i det indre av hulfibrene 1. I et trinn 74 blir der på utsiden ved værelses-temperatur frembragt et undertrykk -P, hvorved oppløsningsmiddelet fordunster og føres bort utad gjennom hulfiberveggen. Den porøse vegg virker i den forbindelse som filter som lar oppløsnings-middelet passere, men holder membranmaterialet.tilbake på innsiden • av hulfibrene. I et trinn 7 5 blir der i en ovn tilført varme H

ved ca. 50°C, hvorved restene av oppløsningsmiddel blir fullstendig fjernet og fornettingen blir avsluttet akselerert.

Denne fremgangsmåte blir forenklet ved at hulfibrene 1 allerede er montert i apparatet. For nu kan oppløsningen rett og slett.føres inn gjennom innløpet 8. Det byr heller ikke på vanske-ligheter å bringe kapselen på en forhøyet temperatur. Membraner fremstilt på denne måte er mekanisk beskyttet og influeres heller ikke av en videre forarbeidelse.

Ved utførelsesformen på fig. 10 og 11 finnes to valser 76

og 77 forsynt med hver sin omkretsrille 78 resp. 79. De to omkrets-riller er dimensjonert slik at de gir en passasje 8 ubetydelig større enn tverrsnittet av en hulfiber 81.

Via en trakt 8 2 blir en blanding av flytedyktig membranmateriale, katalysator og fornetterkomponent påført overvalsen 76, som roterer i den tilhørende pils retning. Materialet kommer til utsiden av hulfibrene 81. Passasjen 80 bestemmer tykkelsen av det påførte skikt. Resten blir strøket av og kan oppfanges igjen. Hulfibrene kan derpå ledes gjennom en ovn for vulkanisering og

så vikles opp. Istedenfor trakten 82 kan der også benyttes en ringdyse til å påføre det vulkaniserbare membranmateriale. Materialet vil også kunne sprøytes på eller påføres ved dypping.

På denne måte er det også mulig å påføre oppløst membranmateriale.

Enda en mulighet består i ved utførelsesformen på fig. 6

å føye membranmaterialet til fyllmiddelet - ved gassformet fyllmiddel i forstøvet form og ved flytende fyllmiddel f.eks. i oppløsning.

I diagrammet på fig. 12 er NO-andelen i volumprosent

vist som funksjon av avgasstemperaturen T. Kurven C skiller et område 110 hvor der dannes NO, fra et område 111 hvor NO blir spaltet. Til venstre for den stiplede 500°-grense befinner seg et område 112 hvor NO er metastabilt. Det ses av dette at NO-andelen i avgassen stiger brått med stigende temperatur -og ved 2.700°C utgjør omtrent 5 volumprosent.

På fig. 13 anskueliggjør kurven D spaltnings-halverings-tiden t„ ri for NO som funksjon av avgasstemperaturen T. Det ses at NO spaltes praktisk talt straks ved 2700 C, på 1/2000 s ved 2200°C, på ca. 0,6 s ved 1700°C, på flere minutter ved 1200°C

og i løpet av flere uker ved 7 00°C.

På fig. 14 er avgasstemperaturen vist som funksjon av

tiden t. Den stiplede linje markerer avgassens utgang fra brenn-kraf tmaskinen uten hensyn til målestokken. I området under 700°C kan der praktisk talt ikke lenger ventes noen NO-spaltning. Kurve E viser det kjente tilfelle da en forbrenning fant sted

ved omtrent 2.000 til 2.200°C og avgassen trer ut fra brennkraftmaskinen med ca. 1.000°C. I eksosbendet skjer en ytterligere, slagformig avkjøling, så avgassen inneholder en betraktelig andel av det NO som fantes ved en høyere temperatur.

Kurve F viser et avkjølingsforløp i samsvar med oppfinnelsen ved de samme forhold i brennkraftmaskinen. I et første temperaturområde 113, som her strekker seg fra noe over til noe under 1.000°C, er avkjølingen sinket. Først i det påfølgende temperaturområde 114 skjer der en plutselig avkjøling. Det nevnte temperaturområde 113 gjennomløpes i løpet av en tid av ca. 0,5 s. Da der i det første temperaturområde 113 i betraktelig grad blir nedbygget nitrogen-oksyder og nitrogenoksydandelen før den raske avkjøling derfor er mindre enn i tilfellet av kurve E, har man også etter av-kjølingen en mindre nitrogenoksydandel i avgassen.

Tilsvarende gjelder for kurve G, som karakteriserer det tilfelle at forbrenningen som følge av en høynet oksygenandel i forbrenningsluften skjer ved ca. 3.000°C og avgassens utgangs-temperatur utgjør omkring 1.700°C. Her blir avkjølingen gjennom-ført langsomt i et temperaturområde 115 som når ned til 1.300°c og varer en tid av omtrent et sekund. I det påfølgende temperaturområde 116 skjer der en rask avkjøling. På denne måte er det mulig til tross for de høye utgangsverdier ved utgangen fra brennkraftmaskinen å minske nitrogenandelen i avgassen til lave verdier som kan forsvares. I praksis kan dvelingstidene også velges kortere eller lengre.

I utførelsesformen på fig. 15 og 16 får en brennkraftmaskin 117 via en ledning 118 tilført forbrenningsluft hvis oksygenandel er blitt høynet i en innretning 5. Avgassen føres bort gjennom en kanal 120 bestående av et første røravsnitt 121, en beholder 122 og et røravsnitt 123 som fører til en lyddemper. Røravsnittet 121 og beholderen 122 er forsynt med en varmeisolasjon 124. I beholderen sitter en spiralformet vegg 125. Avgassen, som til-føres i midten, gjennomløper derfor en spiralformet kanal 126 innenfra og utover. Som følge av den sinkede varmeavgivelse og den forholdsvis lange tid da avgassen er utsatt for disse be-tingelser, fremkommer den ønskede langsomme avkjøling gjennom det første temperaturområde.

Ved utførelsesformen på fig. 17 innbefatter en avgasskanal 127 et første røravsnitt 128, en beholder 129 og et annet rør-avsnitt 130, alle omgitt av en varmeisolasjon 131. I beholderen er der på begge sider av et sentralt kammer 132 anordnet vegger som strekker seg skiftevis fra hvert sitt hold, så der fås to labyrintformede avgasskanalavsnitt 134 og 135. Ved tilstrekkelig lang strømningsvei i beholderen 21 kan man eventuelt også på undersiden av sideveggene gi avkall på den utvendige varme-isolas jon, siden den avgass som strømmer gjennom siste kanal-avsnitt 136 i beholderen 129, virker som varmeisolasjon for de forutgående avsnitt.

I utførelsen på fig. 18 oppviser et apparat 137 tre serie-koblede beholdere 138, 139 og 140 innbyrdes forbundet ved strup-ningsavsnitt 141 og 14 2. På denne måte fås en lyddemperfunksjon. Den tilhørende varmeisolasjon er ikke antydet. Fra beholderen 14 0 blir der via en tilbakeføringsledning 143 med kompressor 144 sprøytet inn avgass i beholderen 139 ved hjelp av en sprøyte-innretning 14 5. Takket være kompresjonen i enheten 144 opptar den tilbakeledede avgass varmeenergi. Trykket kan velges slik at denne avgass blir ledet inn i beholderen 139 med meget stor hastighet, særlig overlydhastighet. Takket være sammenprellingen av molekyler blir kinetisk energi omsatt til varmeenergi, så avgassen i beholderen 139 blir holdt lenger på et på forhånd gitt temperaturnivå.

I utførelsesformen på fig. 19 er en første beholder 146 forbundet med en annen beholder 148 via en kraftig kanalinnsnevring 147. Avgassen som akselereres i innsnevringen 147, treffer en prellplate 149, hvorved der igjen blir omdannet kinetisk energi til varmeenergi og avgassen i beholderen 148 altså blir holdt lenger på et bestemt temperaturnivå.

Fig. 20 viser skjematisk anordningen av en kapsel 5 (fig. 2

og 3) og en beholder 110 (fig. 15) i forbindelse med brennkraft-motoren 150 hos et motorkjøretøy 11. Via ledningen 151 blir C^-anriket luft tilført den vanlige forgasser. Ved 152 trer avgassene ut av motoren etter forbrenningen.

På lignende måte kan også et fyringsanlegg drives med tilsvarende høy virkningsgrad.

Claims (30)

1. Apparat til å øke eller minske oksygenandelen av luft som skal tilfø res en forbruker, særlig et brennkammer, under anvendelse av en meget tynn semipermeabel membran som adskiller et første rom, som har høyere trykk og har et innløp for normal luft og et utløp for luft med redusert G^ -innhold, og et annet rom, som har lavere trykk og har et utløp for G^ -anriket luft, karakterisert ved at hulfibre (1, 51, 62) med mikroporøs vegg oppviser membranen (2, 52, 63) på en omkretsflate og er anordnet i stort antall og innbyrdes parallelt i en kapsel (5) hvis motstående endevegger (6, 7) endene' av hulfibrene går igjennom, og disse ender er avtettet på sin ytre omkrets. 2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at hulfibrene (1, 51) danner en bærer som membranen (2, 52)

er påført.

3. Apparat som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at hulfibrene (62) består av membranmaterialet.

4. Apparat som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at hulfibrene oppviser forsterkningsinnlegg i sin vegg.

5. Apparat som angitt i et av kravene 1-4, karakterisert ved at hulfibrenes (1, 51) indre hulrom (3) danner det første rom (A) og kapselrommet utenfor hulfibrene danner det annet rom (B).

6. Apparat som angitt i et av kravene 1-5, karakterisert ved at der finnes minst 100.000 og fortrinnsvis mer enn 0,5 millioner hulfibre.

7. Apparat som angitt i et av kravene 1-6, karakterisert ved at hulfibre (1) er anordnet innbyrdes parallelt i et slikt antall i et hulfiberbatteri (4) at der fremkommer et membranareal på 15-500 m 2.

8. Apparat som angitt i et av kravene 1-7 , karakterisert ved at hulfibrene (1) er anbragt i en kapsel (5), og at i det minste ett utgangssamlerom (16, 17) strekker seg langs en kapselsidevegg (21, 22) som forløper parallelt med hulfibrene.

9. Apparat som angitt i krav 8, karakterisert ved at kapselen (5) har rektangulære endevegger (6, 7) med en langside og en kortside, og at utgangssamlerommet (16) strekker seg langs en mellom endeveggenes langsider forløpende kapselsidevegg (21) og i det vesentlige over hele dennes areal.

10. Apparat som angitt i krav 9, karakterisert ved at et annet tilsvarende utgangssamlerom (17) strekker seg langs den motstående kapselsidevegg (22).

11. Apparat som angitt i et av kravene 1-10, karakterisert ved at hulfibrene har en ytterdiameter på 100-400/ am, fortrinnsvis omtrent 200 um.

12. Apparat som angitt i et av kravene 1-11/karakterisert ved at hulfibrene har en veggtykkelse av høyst 20 pm og fortrinnsvis mindre enn 6 p.m.

13. Apparat som angitt i et av kravene 1-12, karakter isert ved at hulfibrene har en lengde på mindre enn 200 mm, fortrinnsvis på ca. 100 mm.

14. Apparat som angitt i et av kravene 1-15, karakterisert ved at hulfibrenes porestørrelse avtar mot membranen.

15. Apparat som angitt i krav 14, karakterisert ved at størrelsen av de porer som tildekkes av membranen, utgjør 20-50 nm.

16. Apparat som angitt i et av kravene 1-15, karakterisert ved at membranen (2, 63) er anordnet på hulfibrenes (1, 62) indre omkrets.

17. Apparat som angitt i et av kravene 1-16, karakterisert ved at der foran inngangen (8) til det første rom (A) sitter et luftfilter (10).

18. Apparat som angitt i et av kravene 1-17, karakterisert ved at hulfibrene (1) i tilfellet av innbygning i et kraftkjøretøy (11) strekker seg i dettes lengderetning og med sin ene ende nær kjøretøyets front (12).

19. Apparat som angitt i et av kravene 1-18, karakterisert ved en blest (13) til å drive luften gjennom hulfibrenes (1) indre hulrom (3).

20. Apparat som angitt i et av kravene 1-19, karakterisert ved at brennkammeret inngår i en brennkraftmaskin (117, 150) eller et fyringsanlegg, og at membranarealet er valgt så stort at forbrenningstemperaturen ligger over 2.500°C.

21. Apparat som angitt i krav 20, karakterisert ved at der er tilordnet brennkammerets avgasskanal en innretning (122, 129, 125, 147-149) til å minske andelen av nitrogenoksyd.

22. Apparat som angitt i krav 21, karakterisert ved at avgasskanalen i sin første del oppviser en varmeisolasjon (124, 131) som bevirker en retardasjon av avgassav-kjølingen, fremmende for nedbrytningen av nitrogenoksyd.

23. Apparat som angitt i krav 21 eller 22, karakterisert ved at der er tilordnet avgasskanalen minst én innretning (145, 147-149) til reaksjonsfri oppvarmning av avgassene.

24. Fremgangsmåte til fremstilling av et apparat som angitt i et av kravene 1-23, karakterisert ved at hulfibrene først fremstilles og så behandles med en belegningsvæske som inneholder membranmateriale, hvorpå membranmaterialet fornettes på hulfibrene.

25. Fremgangsmåte som angitt i krav 24, karakterisert ved at belegningsvæsken inneholder et oppløsnings-eller dispersjonsmiddel for membranmaterialet, og dette middel så fjernes.

26. Fremgangsmåte som angitt i krav 24 eller 25, karakterisert ved at hulfibrene sprøytes med belegningsvæsken.

27. Fremgangsmåte som angitt i krav 24, 25 eller 26, karakterisert ved at belegningsvæsken ledes inn i det indre av hulfibrene.

28. Fremgangsmåte som angitt i et av kravene 24-27, karakterisert ved at der i fibermaterialet ved fremstillingen av hulfibrene innføres et fyllmiddel inneholdende membranmateriale, i fibermaterialet for å frembringe det indre hulrom.

29. Fremgangsmåte til drift av et apparat som angitt i et av kravene 20-23, karakterisert ved at der ved anrikning av forbrenningsluften med oksygen tilveiebringes en forbrenningstemperatur på mer enn 2.500°C i brennkammeret, og at avkjølingen av avgassene som forlater brennkammeret, innen et temperaturområde på minst 200°C skjer langsommere enn gjennom et etterfølgende temperaturområde.

30. Fremgangsmåte som angitt i krav 29, karakterisert ved at avkjølingshastigheten i temperaturområdet for langsom avkjøling er tilnærmet nitrogenoksydets temperatur-avhengige spaltningshastighet.