DE3502767A1 - Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung von brenn- bzw. kraftstoff - Google Patents

Description

• Beschreibung der Erfindung
• Verfahren und Vorrichtunq zur Aufbereitung von Brenn- bzw. Kraftstoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung von flüssigem Brenn- bzw. Kraftstoff für Verbrennungsanlagen oderinotoren durch Erhitzung in einer vor dem Brenn- bzw.
• Arbeitsraum liegenden Heizkammer.
• Derartige Verfahren sollen den Brenn- bzw. Kraftstoff zu einer seine selbständige Zerstäubung oder Verdampfung im Brenn- bzw. Arbeitsraum ausreichenden Temperatur aufheizen.
• Sie sind an sich seit langem bekannt, wobei der Brenn- bzw.
• Kraftstoff von wärmeabgebenden Flächen, den Wänden von Durchflußräumen, z. B. Spalträumen, oder den Oberflächen von in den Durchflußräumen angeordneten Gittern, feinen Drähten oder Sintermaterial beheizt wird.
• Bei diesen Verfahren auftretende Probleme sind in erster Linie die der Umsetzung der verwendeten Kohlenwasserstoffe bei ihrer Erhitzung. Diese Umsetzungen treten bereits bei relativ niedrigen Temperaturen, wenn auch in geringem Umfang und langsam auf. Bei zunehmender Temperatur, etwa von 200 bis 3000C ab, nimmt die Umsetzung in steigendem Maß zu, bis je nach Art der verwendeten Kohlenwasserstoffe in bestimmten höheren Temperaturbereichen und -zeiten eine vollständige Umsetzung eingetreten ist. Die Umsetzungen entstehen sowohl durch Durchtrennungen von Molekülketten wie durch Anlagerung von ungesättigten Kettenbruchstücken aneinander, wobei Kohlenstoff in rußförmiger Verteilung ausfällt. Die entstehenden langkettigen Moleküle erhöhen die Viskosität der Brenn- bzw. Kraftstoffe und es erfolgen vor allem Verschmierungen und Ansetzungen an den Wänden und in den Ventilen aus einer Mischung des rußartig anfallenden Kohlenstoffes und der langkettigen Moleküle, die binnen kurzer Zeit einen weiteren Durchfluß verhindern. Anden die Temperatur dann nicht mehr ableitenden Heizflächen ergeben sich zudem Verkokungen, die ein Auflösen solcher Niederschläge im Betrieb unmöglich machen. Bisherige Versuche, den Brenn- bzw. Kraftstoff durch Wandbeheizung bzw. durch im Durchfluß strom angeordneten filterartigen Drähten oder Sintermaterial zu erhitzen, führten daher in verhältnismäßig kurzen Zeiträumen zur vollständigen Unbrauchbarkeit solcher Heizkörper und Ventile. Infolgedessen konnten solche Verfahren nur in sehr niedrigen Temperaturbereichen in gewissem Umfang erfolgreich sein, in denen aber nur eine Dispersion der Brenn- und.Kraftstoffe moglich war.
• Aufgabe der Erfindung ist es, solche Verschmierungen und Verkokungen zu verhindern, insbesondere aber Verfahrenstemperaturen zu ermöglichen, bei denen der Brenn- bzw. Kraftstoff zu seiner Selbstzündtemperatur in den Brenn- bzw. Arbeitsraum eintritt.
• In diesen Temperaturbereichen kann dann auf jede Fremdzündung verzichtet werden und es lassen sich bei der erreichbaren sofortigen stöchiometrischen Vermischung von Brenn- bzw. Kraftstoff mit der Verbrennungsluft vollständige Verbrennungen erreichen, also bedeutend bessere Abgase und bei Brennern blaue Flammen, bei Motoren aber ein weicher und ruhiger Lauf wie bei Gasmotoren. Dem entspricht dann auch eine erhebliche Brenn- bzw. Kraftstoffeinsparung.
• Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren und bei den zu seiner Durchführung vorgeschlagenen Vorrichtungen mit den in den Ansprüchen gekennzeichneten Maßnahmen gelöst.
• Der Weg zu dieser Lösung ist zunächst das Vermeiden einer Erhitzung von der Wand her. Unter dieses fällt wie gesagt auch ein Erhitzen über Drahtgitter, Sinterkörner oder räumliche Drahtanordnungen oder Whiskers. Diese Materialien stellen ebenfalls Wände gegenüber der Flüssigkeit dar. An diesen die Wärme abgebenden Wänden finden die genannten Niederschlagungen statt. Es muß also die Flüssigkeit von innen heraus selbst erhitzt werden, wobei eine unmittelbare Erhitzung der Wände vermieden werden muß. Diese dürfen nur von der Flüssigkeitstemperatur aufgeheizt werden, d. h. also das Temperaturgefälle muß immer aus der Flüssigkeit heraus nach der Wand zu erfolgen und nicht umgekehrt. Das vorgeschlagene Heizrohr kann je nach Verwendungszweck eine Länge von 20 bis 200 mm und eine lichte Weite von 2 bis 20 mm haben. Der Durchmesser des Laserstrahles sollte so bemessen sein, daß er zwar fast den gesamten Ouerschnitt des Heizrohres ausfüllt, aber die Wandung des Heizrohres nicht trifft, um dieses nicht direkt durch Strahlungswärme aufzuheizen. Zu diesem Zweck ist auch der an dem dem Eintritt des Laserstrahles gegenüberliegenden Ende des Heizrohres vorgesehene Hohlspiegel für diejenigen Fälle vorgeschlagen, in denen der Laserstrahl nicht voll beim Durchgang des Heizrohres absorbiert ist.
• Die Erwärmung des Heizrohres erfolgt daher nur durch Kontaktwärme über den Brenn- bzw. Kraftstoff. Diese Wärme kann daher ebenso durch Kontaktwärme einer Kühlflüssigkeit wieder abgeführt werden. Der im vom Laserstrahl zunächst nicht erfaßten Randbereich des Heizrohres enthaltene Brenn- bzw. Kraftstoff wird durch die großen durch die schlagartige Erhitzung eintretenden Konvektionen und Turbulenzen wieder dem Laserstrahl zugeführt.
• Während bei Brennanlagen ein kontinuierlicher Durchlauf wünschenswert ist, muß dieser bei Motoren auf deren Takt eingestellt werden. Die Zufuhr des Brenn- bzw. Kraftstoffes läßt sich dann in bekannter Weise durch eine dosierende Einspritzpumpe regeln, wobei der Laserstrahl ebenfalls intermittierend synchron gesteuert werden muß, was zweckmäßigerweise durch dessen Auslenkung durch einen magnetgesteuerten Drehspiegel erfolgt.
• Die Vibrationen eines Motors sind für die meisten gegenwärtig erhältlichen Laser entsprechender Leistung nicht verträglich, so daß zwischen Laser und erfindungsgemäßer Vorrichtung eine Lichtfaserleitung oder eine an sich bekannte Nachführoptik eingeschaltet werden muß.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung beschrieben. Diese zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen an einem Rotationskolbenmotor vorgesehen Aufbereitungsanlage für Kraftstoff.
• Das druckfeste Heizrohr 1 weist an seinem in der Zeichnung rechten Ende einen in einem Winkel abgeleiteten ebenfalls druckfesten Einlaßstutzen 2 auf, vor dem ein Rückschlagventil 3 liegt, das mit der Kraftstoffleitung 4 mit einer nicht dargestellten dosierenden Kraftstoffeinspritzpumpe verbunden ist. In der Achse des Heizrohres 1 ist auf dessen rechter Seite eine Kondensoroptik 5 vorgesehen, die von einer Sammellinse 6 am Ende einer Lichtfaserleitung 7 beleuchtet wird, die diese Sammellinse mit dem Laser 8 verbindet. Um die Wärme des Heizrohres 1 nicht auf die Kondensoroptik 5 zu übertragen, ist das Heizrohr 1 auf seiner in der Zeichnung rechten Seite von einem Fenster 9 aus für den Strahl des Lasers 8 durchsichtigem jedoch für die im Heizrohr auftretenden Temperaturen wärmefestem Material, z. B. Quarz in einem die verschiedenen Wärmedehnungen von Heizrohr 1 und Fenstermaterial aufnehmenden Rahmen 10 eingesetzt. Das rechte Ende des Heizrohres 1 ist mit der Kondensoroptik 5 mit einem Rohr 11 verbunden. Die Länge des Rohres 11, ebenso wie die des Einlaßstutzens 2 sind so bemessen, daß die Kondensoroptik 5 und das Ventil 3 in einem kühlbaren Bereich liegen. Am in der Zeichnung linken Ende des Heizrohres 1 ist eine Auslaßöffnung 14 vorgesehen, in die eine im Kühlbereich des Arbeitsraummantels 15 liegende Zuleitung 16 mündet, die sich in den Arbeitsraum 17 in einer Düse 18 öffnet.
• Am linken Ende des Heizrohres ist ein zum Heizrohr 1 axial gerichteter sehr flach gekrümmter Konvexspiegel 19 vorgesehen.
• Der Laserstrahl wird durch die optischen Einrichtungen 6,5 und 19 soweit aufgespreizt und parallel gerichtet, daß er nicht auf die Wandung des Heizrohres 1 auftrifft, aber den Querschnitt des Heizrohres 1 bis auf einen schmalen Randstreifen ausfüllt. Dadurch wird eine direkte Aufheizung des Heizrohres 1 und eine Kontamination seiner Innenwandung mit Umsetzungsprodukten des Kraftstoffes vermieden.
• Der über das Ventil 3 in das Heizrohr 1 eintretende Kraftstoff wird, sobald er vom Laserstrahl durchsetzt ist, erhitzt und erreicht, bis er an das andere Ende des in seiner Länge dementsprechenden Heizrohres 1 gelangt, an dessen linken Ende die gewünschte Verfahrenstemperatur und tritt dann infolge der sich durch die Aufheizung ergebenden raschen und hohen Druckanstieges in den Arbeitsraum gegen den dort herrschenden Kompressionsdruck aus und entspannt sich innerhalb einer vernachlässigbaren Zeitspanne zu Dampf, der sich sofort bei Zusammentreffen mit der Ladeluft enzündet. Aufheizung und Austritt des Kraftstoffes erfolgt so kurzfristig, daß eine ausreichende Steuerung durch die Kraftstoffpumpe und das Einlaßventil ohne ein gesteuertes Auslaßventil möglich ist.
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Claims (7)

Patentansprüche.

1. Verfahren zur Aufbereitung von flüssigem Brenn- bzw.

ftstoff für Verbrennungsanlagen oder -motoren durch Erhitzung in einer vor dem Brenn- bzw. Arbeitsraum liegenden Heizkammer, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Brenn- bzw.Kraftstoff unter Druck in das eine Ende einer zylindrischen Heizkammer (1) eingebracht wird, die von einem die Wände der Heizkammer nicht berührenden, die von dem Brenn- bzw.

Kraftstoff resorbierbaren elektromagnetischen Wellenlängen enthaltenden parallelgerichteten Strahl eines Lasers (8) axial durchsetzt wird und die an ihrem anderen Ende eine Auslaßöffnung (16) für den aufgeheizten Brenn- bzw. Kraftstoff aufweist, die in den Verbrennungs- bzw. Arbeitsraum 17 führt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenn- bzw. Kraftstoff der Heizkammer (1) intermittierend und zum Takt des Verbrennungsmotors synchronisiert zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1,2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl des Lasers (8) intermittierend entsprechend dem Durchgang des Brenn- bzw. Kraftstoffes durch die Brennkammer eingeschaltet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 1, 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite des vom Strahl des Lasers (8) axial durchsetzten zylindrischen Heizrohres (1) ein die Wellenlängen des Strahles des Lasers (8) durchlässiges Fenster (9) vorgesehen ist und vor diesem Fenster (9) im Gang des Strahles des Lasers (8) eine Kondensoroptik (5) zur Parallelrichtung des Strahles des Lasers (8) sowie vor dieser Kondensoroptik (5) eine Aufspreizlinse (6) zur Aufweitung des Strahles des Lasers (8) auf einen knapp unter der lichten Weite des Heizrohres (1) liegenden Durchmesser und daß das Heizrohr (1) nahe dem Fenster (9) einen Einlaßstutzen (2) für den flüssigen Brenn- bzw. Kraftstoff aufweist, vor dem ein Rückschlagventil (3) liegt, auf das die Zuleitung für den flüssigen Brenn- bzw. Kraftstoff mündet und daß das Heizrohr (1) an seinem anderen Ende eine Auslaßöffnung (14) aufweist, die mit einer in den Brenn- bzw. Arbeitsraum (17) weisenden Düse (18) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensoroptik (5t und das Rückschlagventil (3) in einem kühlbaren Bereich liegen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4,5, dadurch gekennzeichnet, daß im Heizrohr (1) an dessen dem Fenster (9) gegenüberliegende Ende ein flach gekrümmter zum Heizrohr (1) axial eingestellter Hohlspiegel (19) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4,5,6 dadurch gekennzeichnet, daß zu ihrer intermittierenden Steuerung eine dosierende Brenn- bzw. Kraftstoffpumpe sowie im Gang des Strahles des Lasers (8) ein magnetgesteuerter Drehspiegel vorgesehen sind.