DE69101160T2

DE69101160T2 - Vorrichtung zur Herstellung hochbefeuchteter Luft.

Info

Publication number: DE69101160T2
Application number: DE69101160T
Authority: DE
Inventors: Takashi Ogura; Yoshihiro Ogura
Original assignee: NIHON VAPORIZER KK
Current assignee: NIHON VAPORIZER KK
Priority date: 1990-02-02
Filing date: 1991-02-04
Publication date: 1994-09-08
Anticipated expiration: 2011-02-05
Also published as: DE69101160D1; KR910015784A; JPH03229961A; US5084216A; CN1025637C; CN1054293A; EP0440511B1; EP0440511A1; ATE101688T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung schaf ft eine Verbesserung gegenüber und an dem hochbefeuchtete Luft erzeugenden Gerät, das dazu bestimmt ist, die Brennstoffersparnis bei Kesseln oder Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen mit Eigenantrieb wie Benzinmotoren, Dieselmotoren und dergleichen zu verbessern und die Mengen an von diesen Kesseln oder Motoren erzeugten schädlichen Abgasen, die NOx, CO, Kohlenwasserstoff, Rußanteile und/oder dergleichen enthalten können, zu minimieren oder beträchtlich zu reduzieren.

Beschreibung des Stands der Technik

Es gibt ein früheres, ähnliches Gerät, das für eine Verbesserung der Brennstoffersparnis bei Kesseln oder Verbrennungsmotoren wie benzinbetriebenen oder dieselbetriebenen Motoren und für eine Reduzierung der Mengen an schädlichen Abgasen, die NOx, CO, Kohlenwasserstoff und/oder Rußanteile enthalten können, sorgt worin jene Ziele durch Erzeugung "hochbefeuchteter Luft" erreicht werden können, dazu bestimmt, in die Ansaugleitung eingespeist zu werden (durch welche auch ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum abgegeben wird).
Obwohl die "hochbefeuchtete Luft" auf die eine oder andere Weise erhalten werden kann, gibt es sehr wenige Geräte und/oder Verfahren, die dazu in der Lage sind, "hochbefeuchtete Luft" zu liefern, welche wirkungsvoll genug ist, um den praktischen Anforderungen zu genügen. Einer der Erfinder der gegenwärtigen Anmeldung, Takashi Ogura, reichte eine ältere Patentanmeldung für seine eigene Erfindung in den USA und Japan ein. Diese ältere Anmeldung offenbarte ein Gerät, welches in der Lage war, derartige wirksame "hochbefeuchtete Luft" zu liefern.
Die US-Anmeldung wurde am 30. Oktober 1984 als Patent Nr. 4.479.907 patentiert, und die entsprechende japanische Anmeldung Nr. 57-143865, eingereicht am 19. August 1982, wird noch geprüft und ist nun am 24. Februar 1984 unter Nr. 59-34470 veröffentlicht worden. Beide Anmeldungen offenbaren dieselbe Erfindung, auf welcher die Erfindung in der gegenwärtigen Anmeldung, wie sie nun eingereicht wird, basiert.
Um das Verständnis des wesentlichen Gedankens jener älteren grundlegenden Erfindung zu erleichtern, werden einige wesentliche Bestandteile des in der oben erwähnten älteren japanischen Anmeldung offenbarten Gerätes kurz aufgezählt und beschrieben. Das Gerät umfaßt einen Behälter, welcher Wasser enthält, eine enge Wasserverdampfungsleitung 4, die einen engen, in dem Wasser in dem Behälter angeordneten Wassereinlaß aufweist (welche der ersten engen Leitung 1 entspricht, wie sie nachstehend in der gegenwärtigen Beschreibung bezeichnet wird), die Wasser unter vermindertem Druck von dem Wassereinlag her ansaugt und Wasserdampf erzeugt, eine enge Luftleitung 14 (welche der zweiten engen Leitung 2 entspricht, wie sie nachstehend in der gegenwärtigen Beschreibung bezeichnet wird), die einen Lufteinlaß aufweist, welcher Luft von der Atmosphäre heranführt, eine Dreiwege-Verbindung 5 (welche der Verbindung 5 entspricht, wie sie nachstehend in der gegenwärtigen Beschreibung bezeichnet wird), die zwei Einlaßzweige und einen Auslaßzweig umfaßt, welche sich von der Verbindung aus in Form eines umgedrehten Y erstrecken, wo der Wasserdampfstrom aus der Verdampfungsleitung 4 und der Luftstrom aus der Luftleitung 14 durch die entsprechenden Einlapzweige zusammentreffen und durch den Auslaßzweig nach oben steigen, und eine enge Ansaugleitung (welche der dritten engen Leitung 3 entspricht, wie sie nachstehend in der gegenwärtigen Beschreibung bezeichnet wird), welche die Mischung der Wasserdampf- und Luftströme dazu zwingt, aufzusteigen und aus der Ansaugleitung durch ihre Auslaßdüse auszutreten.
Eines der wesentlichen Merkmale der grundlegenden Erfindung ist das Vorsehen einer sehr engen Saugdüse 3 (welche dem Wassereinlaß entspricht, wie er nachstehend in der gegenwärtigen Beschreibung bezeichnet wird) an der Wasserverdampfungsleitung. Sie besitzt einen Bohrungsdurchmesser von nur 0,3 mm, so daß, wenn ein verminderter Druck von 2,67 x 10&sup4; Pa bis 9,33 x 10&sup4; Pa (200 bis 700 mmHg), der innerhalb des Raumes des laufenden Motors entsteht, in die Wasserverdampfungsleitung eingeführt wird, diese durch ihre Saugdüse 3 Wasser aus dem Behälter ziehen kann. Somit kann der Wasserdampf leicht erzeugt werden.
Das zweite Merkmal ist der spezielle Winkel, in dem der Wasserdampf aus der Verdampfungsleitung und der Luftstrom aus der Luftleitung an der Dreiwege-Verbindung zusammentreffen und aufeinanderstoßen. Gemäß der grundlegenden Erfindung wird der Winkel, welcher dem Winkel α entspricht, wie er nachstehend in der gegenwärtigen Beschreibung bezeichnet wird, als ein spitzer Winkel beschrieben. Andernfalls würde nach der Vereinigung der beiden Ströme zu einem einzigen Strom dessen Geschwindigkeit geringer werden, was eine ungleichmäßige Mischung verursachen würde oder verhindern würde, dap relativ grope Wasserklumpen oder -cluster zu kleineren Klumpen oder Teilchen verdampft werden. Dieses würde die Wirkung der grundlegenden Erfindung in bezug auf die verbesserte Brennstoffersparnis und die Reduktion der Menge an erzeugten schädlichen Abgasen aufheben.
Das dritte Merkmal ist, daß es an der Dreiwege-Verbindung keinen übermäßigen Raum gibt, der sonst eine weitere Verminderung des Druckes und der Fließgeschwindigkeit verursachen würde. Dieses Merkmal gestattet den beiden Strömen, an der Dreiwege-Verbindung zusammenzutreffen und aufeinanderstoßen und hierbei ihre jeweiligen Geschwindigkeiten beizubehalten, so daß die relativ großen Wasserklumpen oder -cluster in kleinere Klumpen oder Teilchen aufgelöst werden können. Auf diese Weise können die Ziele der grundlegenden Erfindung erreicht werden.
Diesbezüglich gibt es eine weitere ältere Offenbarung, die in der japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52-28179 gemacht wird, welche von dem Prüfer in Japan während der Weiterverfolgung der hier zur Diskussion stehenden grundlegenden Erfindung entgegengehalten wurde. Die Veröffentlichung offenbart eine in der dortigen Figur 3 dargestellte alternative, jedoch völlig andere Verbindung, welche einen übermäßigen Raum aufweist, in dem eine Differentialdruckkammer 18 angeordnet ist. Diese Konstruktion würde sowohl den Wasserdampfstrom aus der Verdampfungsleitung als auch den Luftstrom aus der Luftleitung ungünstig beeinflussen, und zwar in einer solchen Weise, dap die beiden Ströme an dem Ort des Zusammentreffens jeweils die weitere Druck- und Geschwindigkeitsverminderung erfahren würden. Folglich würde der Wasserdampfstrom eine schwächere Stoßkraft von dem Luftstrom empfangen. Dies würde die Wirkungen einer Verbesserung der Brennstoffersparnis und einer Reduzierung der erzeugten schädlichen Abgase beeinträchtigen.
Das vierte Merkmal ist, daß die enge Ansaugleitung im wesentlichen vertikal angeordnet ist. Bei der Konstruktion, wie sie in der obigen japanischen Patentveröffentlichung Nr. 52-28179 offenbart wird, ist jedoch die enge Bohrung 7, welche der engen Ansaugleitung entspricht, so geneigt, daß sie von ihrer horizontalen Position nach unten gerichtet ist. Das Ergebnis ist, daß die Mischung aus dem Luft- und dem Wasserdampfstrom, welche an dem Ort des Zusammentreffens gebildet wird, in den Wasserstrom, welcher durch sein Eigengewicht an der Innenwand entlang fließt, und den Luftstrom, welcher keinen oder wenig Wasserdampf enthält, getrennt werden würde. Dies würde ebenfalls die Wirkungen einer Verbesserung der Brennstoffersparnis und einer Reduzierung der erzeugten schädlichen Abgase beeinträchtigen.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In der Beschreibung, in welcher die grundlegende Erfindung offenbart wird, besitzt der Winkel (der Winkel α), in dem die beiden Ströme an der Verbindung zusammentref fen, einen speziellen Wert, der zehn (10) Grad beträgt. Die Erfinder der gegenwärtigen Anmeldung haben weitere Untersuchungen durchgeführt, um irgendeine mögliche Verbesserung über die grundlegende Erfindung hinaus zu finden, und haben dann entdeckt, dar die grundlegende Erfindung hinsichtlich der verbesserten Brennstoffersparnis und der reduzierten Erzeugung schädlicher Gase noch weiter zu verbessern ist: das heißt, daß dieser spezielle Winkelwert für diese Zwecke nicht geeignet ist.
Die Erfinder haben dieses Problem weiterhin untersucht und haben dann festgestellt, daß die Winkel α zwischen 55 und 65 Grad das Problem lösen können. Sie waren bei der praktischen Umsetzung der vorliegenden Erfindung erfolgreich.
Demgemäß ist ein Hauptziel der vorliegenden Erfindung, ein hochbefeuchtete Luft erzeugendes Gerät zu schaffen, umfassend einen Wasser fassenden Behälter 4, eine erste enge Leitung 1, welche einen in dem Wasser des Behälters angeordneten Wassereinlaß aufweist und welche der Erzeugung von Wasserdampf durch Ansaugen von Wasser unter vermindertem Druck aus dem Behälter durch ihren Wassereinlaß dient, eine zweite enge Leitung 2, die einen Lufteinlaß aufweist, dessen Öffnung mit der Atmosphäre in Verbindung steht, eine Dreiwegeverbindung 5, die zwei Einlaßzweige und einen Auslaßzweig umfapt, welche wie ein umgekehrtes Y geformt sind, wo der Wasserdampfstrom aus der ersten engen Leitung 1 und der Luftstrom aus der zweiten engen Leitung 2 durch die jeweiligen Einlaßzweige zusammentreffen und aufeinanderstoßen, wobei sie einen einzigen Strom bilden, und dieser Strom dann gezwungen wird, durch den Auslaßzweig auf zusteigen, und eine dritte enge Leitung 3, welche im Gebrauch im wesentlichen vertikal oder in einem Winkel von +20º bis -20º gegen die Vertikale geneigt angeordnet ist und welche eine Auslaßdüse umfaßt, durch die der vereinigte Strom, der durch den Auslaßzweig und dann durch die Leitung 3 aufsteigt, herausgedrückt wird, worin die Verbesserung das Vorsehen der wie ein umgekehrtes Y geformten Dreiwege-Verbindung beinhaltet, welche die zwei Einlaßzweige umfaßt, die in einem speziellen Winkel α zwischen 55 und 65 Grad zusammentreffen.
Warum und wie die Winkel α = 55 bis 65 den im Vergleich zu der ursprünglichen Erfindung bemerkenswert hohen Nutzeffekt liefern, kann nicht theoretisch erklärt werden, aber diese Tatsache ist empirisch bewiesen, wie später noch erklärt wird.
Die Bezeichnung "hochbefeuchtete Luft", wie sie hier in Verbindung mit der Beschreibung des Gerätes, das die "hochbefeuchtete Luft" liefert, angeführt wird, bezieht sich auf die instabil gebundenen Wassermoleküle im Dampfzustand, die zu einem geringeren Bindungsvermögen zwischen den Wasserstoffatomen und den Sauerstoffatomen in den Wassermolekülen beitragen. Die thermische Auflösung gewöhnlicher Wassermoleküle erfordert hohe Temperaturen über 2000ºC, wohingegen die hochbefeuchtete Luft, welche die instabil gebundenen Wassermoleküle enthält, mit der einem Drittel des üblichen thermischen Energiebedarfs entsprechenden Menge an thermischer Energie thermisch aufgelöst werden kann, das heißt, bei Temperaturen von 700ºC bis 800ºC. Es ist anzunehmen, daß die hochbefeuchtete Luft Eigenschaften besitzt welche in hohem Maße zu einer Verbesserung der Brennstoffersparnis und einer Reduktion der erzeugten schädlichen Abgase beitragen.
Die hochbefeuchtete Luft, welche von dem Gerät der vorliegenden Erfindung erzeugt wird, kann in Kessel oder Verbrennungsmotoren wie Benzinmotoren und Dieselmotoren abgegeben werden. Die folgende Information wird gegeben, um den Mechanismus oder Vorgang zu beschreiben, mit dem die Verbrennung in jedem dieser Fälle erfolgt, wenn die hochbefeuchtete Luft zugeführt wird.

(1) Kessel

Wenn eine hochbefeuchtete Luft erzeugt wird, wird ihr Strom von dem Luftstrom mitgenommen, der aus der Atmosphäre zur Verwendung im Verbrennungsprozeß angesaugt wird, und dann in den Ölinjektor durch den Einlaß in der gleichen Position wie die Brennerdüse eingeleitet, wo der Strom hochbefeuchteter Luft und der Luftstrom aus der Atmosphäre mit dem eingespritzten Öl gemischt werden. Die hochbefeuchtete Luft kann bei Temperaturen von 700ºC bis 800ºC thermisch aufgelöst werden, und so wird der Strom hochbefeuchteter Luft, welcher von dem Luftstrom aus der Atmosphäre mitgenommen worden ist, die Menge an thermischer Energie erhalten, welche erforderlich ist, um seine Auflösung zu gestatten, bevor er die Flammenschicht in dem Kessel erreicht, wo er sich in Wasserstoff und Sauerstoff auflöst. Unmittelbar nach der Auflösung verbrennt der Wasserstoff unter Erzeugung einer hohen Temperatur- und Wärmeabgabe, und zeigt seine thermische Wirkung auf die ihn umgebenden Teilchen in dem Öl. In der Zwischenzeit bewirkt der Sauerstoff eine Oxidationskettenreaktion mit anderen brennbaren Elementen, die sukzessive erfolgt.
Während des üblichen Verbrennungsprozesses, der in dem Brenner stattfindet, werden Abgase mit einem damit verbundenen Wärmeverlust erzeugt. Der zur Förderung der Verbrennung aus der Atmosphäre in den Brennraum gezogene Luftstrom enthält 79 % Stickstoff und 21 % Sauerstoff, was bedeutet, daß der Luftstrom ein Stickstoffvolumen enthält, das im wesentlichen dem vierfachen Volumen des für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoffs entspricht. Die grobe Menge an Stickstoff, welcher in dem in den Brennraum gezogenen Luftstrom enthalten ist, absorbiert die innerhalb des Brennraumes erzeugte Wärme, wobei er sich ausdehnt. Mit wachsendem Volumen strömt der Stickstoff mit größerer Geschwindigkeit zum Schornstein, wobei er im Feuerraum mehr Wärme aufnimmt und schließlich aus dem Feuerraum austritt. Während dieses Prozesses sinkt die entlang der Feuerrauminnenwände vorherrschende Temperatur und andere brennbare Elemente, welche in dem Brennraum schweben, werden ebenfalls zum Schornstein geführt und treten aus dem Feuerraum aus, ohne ihre Reaktion mit dem Sauerstoff abzuschließen. Auch wächst die Flammengeschwindigkeit, und die Wärmemenge, welche von der Flamme auf die wärmeleitende Oberfläche übertragen wird, sinkt entsprechend, wodurch ein geringerer thermischer Wirkungsgrad verursacht wird. Die Stickstoffkomponente, die etwa 4/5 des in groben Mengen aus der Atmosphäre in den Brennraum gezogenen Luftstromes ausmacht, erzeugt grobe Mengen an NOx-Gasen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird der Strom hochbefeuchteter Luft aus dem Gerät in den Kessel abgegeben. In diesem Fall wird der Strom hochbefeuchteter Luft, wie vorstehend beschrieben, thermisch aufgelöst, und die Sauerstoffkomponente trägt zur Verbrennung in dem Brenner bei. Folglich muß die Sauerstoffmenge in dem aus der Atmosphäre für die Verbrennung angesaugten Luftstrom nicht groß sein, und daher kann die Luftstrommenge aus der Atmosphäre verringert werden. Die Versuche zeigen, daß die aus der Atmosphäre in den Kessel gesaugte Luftstrommenge verglichen mit den herkömmlichen Kesseln, wo die Verbrennung ohne die hochbefeuchtete Luft erfolgt, um 30 % reduziert werden kann. Es kann somit eine beträchtliche Verringerung im Wärmeverlust und bei den NOx-Gasen erzielt werden, welche durch die großen Menge des aus der Atmosphäre in den Brennraum gezogenen Luftstromes und durch das große Stickstoffvolumen verursacht werden, das im wesentlichen 4/5 des Gesamtvolumens des Luftstromes entspricht, wenn die Verbrennung in herkömmlichen Brennern erfolgt.

(2) Verbrennungsmotoren

Wenn eine hochbefeuchtete Luft erzeugt wird, wird ihr Strom durch einen Ansaugkrümmer in den der Atmosphäre entnommenen Luftstrom und dann in den Brennraum gezogen. Die hochbefeuchtete Luft enthält gasförmige Komponenten und aus unaufgelösten Wassertropfen bestehende Komponenten. Die unaufgelösten Wassertropfen nehmen, wenn sie der Hochtemperatur-Erhitzung in dem Brennraum ausgesetzt werden, latente Wärme auf, und diese latente Wärme wird auf den der Atmosphäre entnommenen Luftstrom übertragen, wodurch eine günstige thermische Umgebung innerhalb des Brennraums geschaffen wird, wo die Wärme gleichmäßig verteilt werden kann. Ebenso hat sie eine thermische Wirkung auf die in dem eingespritzten Brennstoff enthaltenen Teilchen und hilft, die chemische Reaktion zu beschleunigen und die Brennzone zu schaffen. in der Zwischenzeit werden die gasförmigen Bestandteile entzündet, wodurch ohne weiteres die thermische Auflösungsreaktion bewirkt wird (bei Temperaturen von 700ºC bis 800ºC). Dies gestattet jenen Komponenten, sich in Sauerstoff und Wasserstoff aufzulösen. Die Wasserstoffkomponente ist stark explosiv und kann zusätzlich zu jenen anderen Brennstoffen, die in den Brennraum eingespritzt werden, als Brennstoff dienen.
Wie die Versuche gezeigt haben, ist es möglich, durch die Einleitung der hochbefeuchteten Luft 10 % der in den Brennraum eingespritzten Brennstoffmenge einzusparen und trotzdem den gleichen Energieausstoß zu erzielen. Die Wasserstoffkomponente, welche explosionsartig verbrennt, erzeugt die hohe Temperatur- und Wärmeabgabe, welche den Teilchen in dem Brennstoff hilft, gut zu verbrennen. Die Sauerstoffkomponente verbindet sich mit den Teilchen in dem Brennstoff, was ebenfalls dazu beiträgt, daß jene Teilchen gut verbrennen. Somit kann die erforderliche Sauerstoffmenge, die in dem Luftstrom aus der Atmosphäre enthalten ist, welcher für die Verbrennung des Brennstoffes verwendet wird, verringert werden, und die erforderliche Gesamtmenge des Luftstromes aus der Atmosphäre, welcher etwa 80 % Stickstoff enthält und welcher in den Brennraum gesaugt werden muß, kann entsprechend reduziert werden. Bei den herkömmlichen Verbrennungsmotoren, wo keine hochbefeuchtete Luft angeliefert wird, muß die Luftmenge, die ausreicht, um die explosive Kraft zu erzeugen, aus der Atmosphäre in den Brennraum gesaugt werden. Wie bereits beschrieben, enthält eine solche Luftmenge etwa 80 % Stickstoff, der grobe Mengen an NOx als Abgase erzeugt. Bei den Motoren, wo hochbefeuchtete Luft eingeleitet wird, enthält die hochbefeuchtete Luft die gasförmigen Komponenten, welche die Luftmenge aus der Atmosphäre um diejenige Menge verringern können, die dem von ihnen eingenommenen Volumen in der hochbefeuchteten Luft entspricht.
Somit kann die Stickstoffmenge entsprechend reduziert werden, und die Erzeugung von NOx kann verringert werden. In diesem Fall sinkt die in dem Luftstrom aus der Atmosphäre verfügbare Sauerstoffmenge mit der reduzierten Luftstrommenge, kann jedoch durch die Anlieferung der Sauerstoffkomponente ergänzt werden, welche erhältlich ist, wenn die hochbefeuchtete Luft thermisch aufgelöst wird.
Auf diese Weise wird der Wirkungsgrad der Verbrennung erhöht und zugleich die Brennstoffersparnis verbessert, während die Reduktion der erzeugten Abgase wie NOx erreicht werden kann.
Das Gerät, welches die bisher beschriebene hochbefeuchtete Luft erzeugt, wird nun kurz beschrieben. Es umfaßt eine erste enge Röhre oder Leitung 1, die vorzugsweise eine Länge von etwa 10 mm bis 50 mm und einen Innendurchmesser von etwa 1 mm bis 5 mm besitzt und einen Wassereinlaß aufweist, der vorzugsweise einen Durchmesser d&sub0; von etwa 0,1 mm bis 0,5 mm besitzt. Je größer der Durchmesser d&sub0; des Wassereinlasses, desto geringer ist die Erzeugung von NOx. Bei Dieselmotoren grober Abmessung kann der Wassereinlaß einen maximalen Durchmesser von bis zu 1,5 mm aufweisen.
Die Erfinder haben mit den Versuchen, in welchen jeweils eine erste enge Leitung 1 und eine Auslaßdüsen-Anordnung 9e für die Testverfahren bereitgestellt werden, die folgenden Resultate erzielt. Die erste enge Leitung 1 umfaßt eine Wassereinlaß- Anordnung 7, die einen zentralen Durchgang mit d&sub0; als Durchmessergröße aufweist, und die Auslaßdüsen-Anordnung 9e besitzt einen zentralen Durchgang mit d&sub2; als Durchmessergröße. Die folgenden Ergebnisse wurden bei den Versuchen mit der Kombination d&sub0; = d&sub2; erzielt. Bezüglich der Konzentration der in den erzeugten Abgasen enthaltenen Kohlenwasserstoffgase liefert die Kombination von d&sub0; = d&sub2; zwischen 0,1 mm und 0,5 mm weniger Kohlenwasserstoff. Bezüglich der Konzentration der in den erzeugten Abgasen enthaltenen NOx-Gase, entsteht mit wachsenden Werten für d&sub0; = d&sub2; zunehmend weniger NOx, und die d&sub0;=d&sub2;- Werte können zur Verringerung der NOx-Konzentration den größtmöglichen Wert von 1,5 mm besitzen. Wenn die Versuche mit irgendwelchen Fällen durchgeführt wurden, wo d&sub0; = d&sub2;, dann wurden die Werte von 0,05 mm zu größeren Größen verändert. Die Konzentration der Kohlenwasserstoffe wird geringer, wenn der d&sub0;=d&sub2;-Wert größer wird, und zwar bis zu 0,5 mm. Wie bereits erwähnt, kann eine geringere Kohlenwasserstoffkonzentration durch die Kombination von d&sub0; = d&sub2; zwischen 0,1 mm und 0,5 mm erzielt werden. Die Kohlenwasserstoffkonzentration wird größer, wenn der d&sub0;=d&sub2;-Wert größer als der Wert von 0,5 mm wird. Jedoch bleibt, wenn das Gerät der vorliegenden Erfindung mit einer d&sub0;=d&sub2;-Größe von nicht mehr als 1,5 mm verwendet wird, die Kohlenwasserstoffkonzentration geringer als die Kohlenwasserstoffkonzentration, welche in den Experimenten gemessen wird, wo kein Gerät verwendet wird. Daher kann der größtmögliche Wert von d&sub0; = d&sub2; = 1,5 mm zur Erreichung der kleinstmöglichen NOx-Konzentration gewählt werden, bei einer Kohlenwasserstoffkonzentration, die geringer bleibt als die Kohlenwasserstoffkonzentration, welche in den Versuchen gemessen wird, in denen das vorliegende Gerät nicht verwendet wird.
Das Gerät umfaßt eine Dreiwege-Verbindung 5, welche drei innere Zweige in Form eines umgekehrten Y enthält. Jeder Zweig der Dreiwege-Verbindung 5 kann vorzugsweise einen Durchmesser von 1 mm bis 3 mm aufweisen.
Das Gerät umfaßt außerdem eine zweite enge Röhre oder Leitung 2, die je nach den Erfordernissen eine beliebige Länge aufweisen kann und vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 1 mm bis 5 mm besitzen kann.
Eine dritte enge Röhre oder Leitung 3 ist an eine Dreiwege- Verbindung angeschlossen, wo ein Wasserdampfstrom durch die erste enge Leitung 1 und ein Luftstrom durch die zweite enge Leitung 2 zusammentreffen, und liefert eine gleichmäßigere Mischung dieser beiden Ströme, wobei diese Mischung zum Aufsteigen durch die dritte enge Leitung 3 gebracht wird.
Die dritte enge Leitung 3 sollte vorzugsweise im wesentlichen vertikal angeordnet sein, kann jedoch in einem Winkel zwischen +19 Grad und -19 Grad hinsichtlich der vertikalen Linie geneigt sein. In einigen Fällen kann sie in einem Winkel zwischen nicht mehr als +20 Grad und nicht mehr als -20 Grad geneigt sein. Wenn die Leitung 3 in irgendwelchen größeren Winkeln geneigt ist, kann die Mischung der Ströme oder der Luftstrom, welcher den Wasserdampf enthält, durch die dritte Leitung 3 relativ große Wasserklumpen (oder Cluster) enthalten, die dazu neigen, mit der Leitungsinnenwand in Berührung zu kommen, was zur Bildung großer Wassercluster führt. Schließlich können sich jene Cluster in einen Wasserstrom zurückverwandeln, der längs der Leitungsinnenwand herabfällt. Insbesondere wird der wasserdampfhaltige Luftstrom in zwei Ströme getrennt, wobei der eine Wasser enthält, welches längs der Leitungsinnenwand nach unten fließt, und der andere der Luftstrom ist, welcher kein Wasser enthält. Dies kann einen ungünstigen Einfluß auf die Verbesserung der Brennstoffersparnis und die Reduktion der erzeugten Abgase haben. Dieser ungünstige Einfluß ist durch die Versuche nachgewiesen worden.
Die dritte enge Leitung 3 besitzt vorzugsweise eine Länge von etwa 80 mm bis 180 mm und einen Innendurchmesser von etwa 1 mm bis 5 mm.
Die Verwendung der oben erwähnten Durchmessergrößen jedes Zweiges in der Dreiwege-Verbindung 5 zwischen 1 mm und 3 mm und der ersten engen Leitung 1, der zweiten engen Leitung 2 und der dritten engen Leitung 3 zwischen 1 mm und 5 mm liefert einen besonderen Vorteil aus folgendem Grund. Diese Durchmessergrößen werden bevorzugt, um die Zweige in der Dreiwege- Verbindung und die Leitungen vor dem Mißstand zu bewahren, der verursacht werden kann, wenn sich in dem Wasser enthaltenes Siliciumdioxid oder Calcium usw. auf der Innenwand dieser Zweige und Leitungen als Schlacke ansammelt. Wenn sich die Schlacke ansammelt, wird der Druck der hochbefeuchteten Luft instabil oder der eingespritzte Brennstoff kann bei weitem nicht vollständig in dem Verbrennungsmotor oder Kessel, in welchen die hochbefeuchtete Luft abgegeben wird, verbrennen, so daß jede beliebige Schwierigkeit verursacht werden kann. Daher kann das Gerät nicht länger als gut fünfzehn Jahre hindurch verwendet werden.
Die betreffenden Erfinder haben nach vielen Jahren des Experimentierens die oben angeführten Durchmessergrößen herausgefunden, mittels derer das Gerät länger als fünfzehn Jahre hindurch bei üblicher Wartung verwendet werden kann und bessere Brennbedingungen erzielt werden.
An der DreiwegeßVerbindung sollten die erste und die zweite enge Leitung 1 und 2 vorzugsweise in Winkeln a zwischen 55 und 65 Grad zusammentref fen. Auf diese Weise trägt der in dem Gerät gebildete hochbefeuchtete Luftstrom, wenn er in den Verbrennungsmotor oder Kessel abgegeben wird, dazu bei, daß der eingespritzte Brennstoff in dem jeweiligen Brennraum fast vollständig verbrennt, gefolgt von einem Temperaturanstieg im Kern der Flamme. Dies trägt zur Verringerung der jeweiligen Konzentrationen oder Konzentrationsgehalte an CO, Kohlenwasserstoff und NOx in den Abgasen bei. Die Brennstoffersparnis wird ebenfalls verbessert.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Diese und andere Ziele, Merkmale und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden deutlicher werden aus der folgenden aus führlichen Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, welche in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind, von denen:
Fig. 1 eine schematische vertikale Schnittansicht ist, welche die Bauweise der typischen bevorzugten Ausführungsform des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine schematische vertikale Schnittansicht ist, welche einen Wassereinlaß 7 zeigt;
Fig. 3 eine schematische vertikale Schnittansicht ist, welche einen Lufteinlaß 8 zeigt;
Fig. 4 eine schematische vertikale Schnittansicht ist, welche eine Dreiwege-Verbindung zeigt;
Fig. 5 eine schematische vertikale Schnittansicht ist, welche einen Auslaß 9 für den Strom hochbefeuchteter Luft zeigt;
Fig. 6 eine graphische Darstellung ist, welche die O&sub2;-Konzentration in den Abgasen zeigt; und
Fig. 7 eine graphische Darstellung ist, welche die NOx-Konzentration in den Abgasen zeigt, die in dem gleichen Versuch wie dem in Fig. 6 gezeigten gemessen wurde.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die folgende Beschreibung wird für eine spezielle Form des Geräts gemäß der vorliegenden Erfindung gegeben. Selbstverständlich gilt, daß die spezielle Form der unten zu beschreibenden bevorzugten Ausführungsform in einer beliebigen Art und Weise abgeändert werden kann, ohne daß vom Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, abgewichen wird.
Es wird zunächst auf Fig. 1 Bezug genommen. Zu sehen ist die typische Bauweise des Gerätes gemäß der vorliegenden Erfindung, das in der Lage ist, eine hochbefeuchtete Luft zu erzeugen, und das schematisch als vertikale Schnittansicht dargestellt ist.
Die Hauptbauteile des Gerätes sind in einem zylindrischen, nichtrostenden Gehäuse 4 enthalten, das einen integrierten Bestandteil des Gerätekörpers bildet und beispielsweise einen Innendurchmesser von 100 mm und eine Höhe von 200 mm aufweist, hinterlegt mit einer dünnen Polyethylenfolie 4a von ähnlicher zylindrischer Form (Innenhülle), die innen am Gehäuse 4 angebracht ist. Die dünne Innenhülle 4a dient als Mittel, um (1) das Innere gegenüber der äußeren Umgebungstemperatur zu isolieren und zu verhindern, daß ein Wasserstrom friert, und um (2) die Reinigung des Inneren des Gehäuses 4 zu erleichtern, wenn es an irgendeiner externen Apparatur angebracht ist. Die Innenhülle 4a weist eine einzige Längsnut (von oben gesehen V- förmig) auf. Diese Nut gestattet der Luft im Inneren nach außen zu entweichen, wenn die Innenhülle 4a eingesetzt wird, wodurch ihr Einsetzen erleichtert wird.
Das Gehäuse 4 enthält auch Wasser. Wenn der Wasserpegel hoch ist, kann er schwanken, wenn er irgendwelchen Vibrationskräften ausgesetzt ist. Um solche Schwankungen zu kontrollieren, ist über dem Wasserpegel ein schwimmender Deckel 6 vorgesehen. Dieser schwimmende Deckel 6 verhindert auch, dar der Wassereinlaß 7 an der ersten engen Leitung 1 über den Wasserpegel gehoben wird, wenn dieser bis zum Ort des Wassereinlasses 7 gesunken ist. Der schwimmende Deckel 6 ist vorzugsweise aus hartem Polyvinylchlorid gefertigt, rund geformt (2 mm dick) und trägt eine Vielzahl von ihn durchlaufenden Öffnungen.
Das Oberteil des Gehäuses 4, welches offen ist, weist einen nichtrostenden Deckel 4b auf, der auf diesem mittels eines Kontakt-Ringes (nicht dargestellt) abnehmbar angeordnet ist. Eine Gummiabdichtung (nicht dargestellt) ist entweder auf dem Oberteil des Gehäuses 4 oder auf dem Deckel oder auf beiden vorgesehen, um die Wasserdichtheit zwischen diesen beiden Teilen zu gewährleisten. Wenn der Deckel 4b aufgesetzt ist, hält er das Gehäuse 4 wasserdicht. Daher erfolgt kein Austritt von Wasser, falls das Gehäuse 4 geneigt werden sollte.
Die erste enge Leitung 1 kann aus irgendeinem geeigneten durchscheinenden Vinylmaterial gefertigt sein, das die Eigenschaften der Wärme- und Druckbeständigkeit aufweist, und kann vorzugsweise einen Innendurchmesser von 2,7 mm und eine Länge von 30 mm besitzen. Diese Leitung 1 zieht Wasser in das Gehäuse 4 und sorgt für eine Wasserverdampfung. Sie trägt den Wassereinlaß 7 an ihrem unteren Ende, welches offen ist, um das Wasser einzulassen. Mit ihrem oberen Ende ist sie an die Dreiwege-Verbindung 5 angeschlossen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Wassereinlaß-Anordnung 7 einen äußeren Düsenmantel 7a aus Phosphorbronze, welcher an der ersten engen Leitung 1 angebracht ist, eine innere Düse 7b, welche im Inneren des äußeren Düsenmantels 7a angeordnet ist und eine Länge von 10 mm, einen Aupendurchmesser von 8,5 mm und einen Innendurchmesser do von 0,3 mm aufweist, einen Edelstahl-Maschenfilter 7c, um zu verhindern, dar irgendwelche Stäube eingangsseitig in die Düse gelangen, und ein ganz außen angeordnetes zylindrisches Kunststoffgehäuse 7d, um den Filter 7c an dem äußeren Düsenmantel 7a zu befestigen.
Die innere Düse 7b kann aus irgendwelchen hochpolymeren Polyethylenmaterialien hergestellt sein, die speziell dafür entwickelt worden sind, zu verhindern, daß sich in dem Wasser enthaltenes Siliciumdioxid absetzt. Sie umgrenzt einen engen Durchgang mit einem Durchmesser do von 0,3 mm, welcher sie in Längsrichtung durchläuft.
Wenn der Kessel oder der Motor läuft, erzeugt er einen Unterdruck oder einen Druck, der nahe dem Vakuum ist, welcher das Innere der ersten engen Leitung 1 unter einen verminderten Druck setzt (der 2,67 x 10&sup4; Pa bis 9,33 x 10&sup4; Pa (200 bis 700 mmHg) beträgt). Unter dem verminderten Druck wird Wasser durch Ansaugen in die Düse gezogen und dann in die erste enge Leitung 1, wo das Wasser sogleich zu Dampf verdampft wird.
Die zweite enge Leitung 2 führt Luft aus der Atmosphäre zu, und kann die in Fig. 1 gezeigte J-Form besitzen. Diese kann ebenfalls aus irgendwelchen geeigneten Vinylmaterialien gefertigt sein, welche die Eigenschaften der Wärme- und Druckbeständigkeit aufweisen, und kann einen Innendurchmesser von 2,7 mm und eine Länge von 160 mm besitzen. An ihrem oberen Ende hat sie einen Lufteinlaß 8, welcher sich öffnet, um Luft aus der Atmosphäre einzulassen, und mit ihrem unteren Ende ist sie an die Dreiwege-Verbindung 5 angeschlossen.
Die Lufteinlaß-Anordnung 8 ist an dem Deckel 4b angebracht und umfaßt, wie insbesondere in Fig. 3 gezeigt, eine Bronzedüse 8a, welche mit der zweiten engen Leitung 2 kommunizierend verbunden ist, eine Baugruppe, bestehend aus einem Luftregelungsfilter 8b, der im inneren der Düse 8a angeordnet ist und eine Länge von 10 mm und einen Außendurchmesser von 8,5 mm aufweist, und einen Kunststoff-Staubfilter 8c (wie der von der Kurita Kogoyo Co., Japan, unter dem Handelsnamen "Clippet" angebotene), welcher den Luftregelungsfilter 8b umschließt, sowie ein Montagegehäuse 8d für den Filter 8c.
Der Luftregelungsfilter 8b kann aus irgendwelchen geeigneten porösen Kunststoffmaterialien gefertigt sein, welche in zusammenhängender Weise geschäumt sind (welche einen kurvigen Durchgang mit aufeinanderfolgenden Hohlräumen bilden). Dieser Filter 8b besitzt die Funktion der Regulierung des "Wasser-zu- Luft-Verhältnisses" in der erzeugten hochbefeuchteten Luft, welches später in Beispiel 4 beschrieben werden wird. Diese Funktion ist bei Verwendung einer einfachen Düsenkonstruktion schwer zu erzielen.
Die Dreiwege-Verbindung 5 gestattet dem Wasserdampfstrom aus der ersten engen Leitung 1 und dem Luftstrom aus der zweiten engen Leitung 2 zusammenzutreffen und aufeinanderzustoßen und zwingt dann den resultierenden Strom zum Aufsteigen (in Richtung auf die dritte enge Leitung 3). Sie besitzt eine äußere runde Form, welche 8 mm dick ist und einen Durchmesser von 20 mm aufweist.
Die Verbindung 5 kann aus einem hochpolymeren Polyethylen gefertigt sein. Die Verwendung dieses Materials bietet aus folgenden verschiedenen Gründen einen besonderen Vorteil. Die Verbindung 5 enthält drei innere Zweige, die wie ein umgekehrtes y geformt sind (wobei jeder Zweig einen Durchgangsinnendurchmesser von 2 mm aufweist). An der keilförmigen Stelle, wo der aus der ersten engen Leitung 1 in den entsprechenden Zweig fließende Wasserdampfstrom und der aus der zweiten engen Leitung 2 in den entsprechenden Zweig fließende Luftstrom Zusammentreffen und aufeinanderstoßen, wird das Material schneller verschlissen. Wenn dieses Material verwendet wird, wird kein so schneller Verschleiß eintreten. Die Verwendung dieses Materials verhindert außerdem, daß sich in dem Wasser befindliches Siliciumdioxid absetzt. Sollte an dieser Stelle ein Verschleiß auftreten, welcher diese abrundet, könnte nicht länger hochbefeuchtete Luft erzeugt werden, was sich auf die mögliche Brennstoffersparnis und die Reduktion schädlicher Gase auswirken würde.
Jeder Zweig in der Dreiwege-Verbindung 5 sollte keinen übermäßig groben innendurchmesser besitzen, sondern vorzugsweise einen Durchmesser von 1 mm bis 3 mm aufweisen.
Die Baugruppe der Dreiwege-Verbindung 5 umfaßt drei Anschlußstutzen, die sich von dort aus erstrecken, von denen jeder mit jeder entsprechenden ersten, zweiten und dritten engen Leitung verbunden werden kann, indem er in diese eingeschoben wird, wodurch die kommunizierende Beziehung zwischen der Dreiwege- Verbindung 5 und jeder engen Leitung hergestellt wird.
Der Winkel α zwischen der ersten und der zweiten engen Leitung 1 und 2 besitzt einen speziellen Wert von 60 Grad in diesem Beispiel. Es ist wichtig, daß der Abstand zwischen dem Auslaß der ersten engen Leitung und dem Auslaß der zweiten engen Leitung nicht weit ist, sondern die beiden Auslässe sollten nebeneinanderliegen Angenommen, daß zwischen den beiden Auslässen ein weiter Abstand besteht, dann würde ein übermäßiger Raum existieren, welcher eine Verringerung des Druckes (der Fließgeschwindigkeit) an dem Ort des Zusammentreffens bewirken würde.
Der Luftstrom, welcher aus der Verbindung 5 nach oben in die dritte enge Leitung 3 austritt, oder der wasserdampfhaltige Luftstrom, erscheint bei Betrachtung mit dem Auge mattweiß. Beim Aufsteigen durch die dritte enge Leitung 3 wird der Luftstrom allmählich weniger weiß und mehr durchscheinend. An dem oberen Ende der dritten engen Leitung 3 treten relativ große Wassertropfen auf, die für das menschliche Auge sichtbar sind.
Der Prozeß, im Verlauf dessen der Luftstrom nach und nach von seiner mattweißen Farbe zu den relativ großen Wassertropfen übergeht, ist wichtig, und es ist die Aufgabe der dritten engen Leitung, diesen Wandel zu bewirken.
Die dritte enge Leitung 3 kann vorzugsweise eine Länge zwischen 80 mm und 180 mm aufweisen. Wenn die dritte enge Leitung 3 eine Länge außerhalb dieses Bereichs besitzt kann der oben erwähnte Wandel des Luftstromes von seiner mattweißen Farbe zu den relativ großen Wasserklumpen oder -clustern nicht bewirkt werden.
Die dritte enge Leitung 3 wird nun beschrieben. Sie kann aus irgendwelchen geeigneten durchscheinenden Vinylmaterialien gefertigt sein, welche die Eigenschaften der Wärme- und Druckbeständigkeit aufweisen, und ist eine vertikale, gerade Leitung mit einem Innendurchmesser von 2,7 mm und einer Länge von 160 mm. An ihrem oberen Ende führt die dritte enge Leitung 3 zu ihrem Auslaß 9, der sich durch das äußere Gehäuse 4 nach außen erstreckt und durch den der Strom hochbefeuchteter Luft abgegeben wird. Mit ihrem unteren Ende ist die dritte enge Leitung 3 an die Verbindung 5 angeschlossen.
Insbesondere ist die Auslaß-Anordnung 9 an dem Deckel 4b angebracht und umfaßt, wie im einzelnen gezeigt, ein aus Phosphorbronze oder Bronze gefertigtes äußeres Gehäuse 9a, eine innerhalb des äußeren Gehäuses 9a befindliche Kammer 9b, die unter einen gleichbleibenden Unterdruck gesetzt wird oder unter einen Druck, der nahe dem Vakuum ist, wobei die Kammer 9b mit der zylindrischen Form in ihrer horizontalen Position angeordnet ist und einen Durchmesser von 8 mm und eine Länge von 10 mm aufweist, eine vertikale Vorstufen-Düse 9c, welche in dem mittleren Einlaßbereich zwischen ihrer Einlaßseite und der Kammer 9b mit der Kammer 9b in Verbindung stehend angeordnet ist und eine Höhe von 6 mm und einen Außendurchmesser von 2,7 mm aufweist, ein Anschlußstück 9d, das an der Einlaßseite des mittleren Einlaßbereichs durch Verschraubung oder andere Mittel befestigt ist, eine horizontale Auslaßdüse 9e, die sich von der Kammer 9b nach außen erstreckt und in dem mittleren Außlaßbereich zwischen der Kammer 9b und ihrer Auslaßseite mit dem Auslaß in Verbindung stehend angeordnet ist, wobei die horizontale Auslaßdüse 9e eine Länge von 8 mm und einen Außendurchmesser von 8 mm aufweist, und ein Anschlußstück 9f, das an der Auslaßseite des mittleren Auslaßbereichs durch Verschraubung oder andere Mittel befestigt ist.
An seinem unteren Ende ist das Anschlußstück 9d mit der dritten engen Leitung 3 verbunden. Das Anschlußstück 9d besitzt einen zentralen Durchgang, der dieses in Längsrichtung durchläuft, mit einem Durchmesser von 2,7 mm. Durch diesen zentralen Durchgang steigt der wasserdampfhaltige Luftstrom auf und strömt weiter durch die vertikale Vorstufen-Düse 9c, wobei er in die Kammer 9b eintritt.
Die vertikale Vorstufen-Düse 9c kann aus irgendeinem geeigneten hochpolymeren Polyethylen gefertigt sein und besitzt einen zentralen Durchgang, der sie in Längsrichtung durchläuft, mit einem Durchmesser d&sub1; von 0,8 mm.
Die Kammer 9b und die vertikale Vorstufen-Düse 9c sind aus folgendem Grund vorgesehen. In dem Motor von der Art mit einem Hubkolben wird während des Ansaughubs ein Unterdruck (ein verminderter Druck oder annähernd ein Vakuum) erzeugt und liefert die Ansaugkraft, welche Wasser in die erste enge Leitung 1 zieht. Diese Ansaugkraft zieht auch Luft aus der Atmosphäre in die zweite enge Leitung 2. Während der Zeitspanne, in welcher der Motor von einem Ansaughub zum nächsten Ansaughub übergeht, wird kein oder nur ein geringer Unterdruck entwickelt. Während dieser Zeit pulsiert der Unterdruck. Es erfolgt keine Ansaugung, wenn kein Zustand des Unterdrucks herrscht. Im Zustand fehlenden Unterdrucks fällt der durch die dritte enge Leitung 3 aufsteigende wasserdampfhaltige Lyftstrom in dieser ab. Beim Herabsinken trennt sich der wasserdampfhaltigen Luftstrom in das Wasser, welches längs der Leitungsinnenwand herabfällt, und die Luft, welche wenig oder kein Wasser enthält. Wenn jedoch die Kammer 9b und die Vorstufen-Düse 9c vorhanden sind, halten sie den während des vorhergehenden Ansaughubs entwickelten Unterdruck aufrecht, bis der Ansaughub während des nächsten Takts beginnt. Dieser Unterdruck wirkt weiterhin auf die dritte enge Leitung 3 ein, unter welchem der wasserdampfhaltige Luftstrom ohne ein Absinken weiterhin aufsteigen kann.
Beim Kessel oder dem Dieselmotor, wo kein Unterdruck entwickelt wird oder der Unterdruck gering ist, ist eine zusätzliche elektrische Saugpumpe von der Art mit einer Membran vorgesehen. Diese Pumpe kann zwischen dem Kessel oder Dieselmotor und dem Gerät der Erfindung angeordnet werden, und ihr Anschluß kann durch einen Verbindungsschlauch zwischen dem Kessel und dem Motor erfolgen. Bei dieser Anwendung pulsiert der Unterdruck, wird jedoch niemals Null (0) erreichen, so daß die Kammer 9b weggelassen werden kann.
Der wasserdampfhaltige Luftstrom fließt aus der Kammer 9b in die Endstufen-Auslaßdüse 9e, durch welche er aus dem Gerät austritt. Durch den oben beschriebenen Vorgang wird schließlich eine hochbefeuchtete Luft gewonnen.
Die Auslaßdüse 9e kann aus irgendeinem geeigneten hochpolymeren Polyethylen gefertigt sein und besitzt einen zentralen Durchgang, der sie in Längsrichtung durchläuft, wobei der Durchgang einen Durchmesser d&sub2; von 0,3 mm aufweist. Der zentrale Durchgang sollte vorzugsweise einen Durchmesserwert d&sub2; von 0,1 mm bis 0,5 mm besitzen, und je größer der Wert innerhalb dieses Durchmesserwertebereichs ist, desto wirkungsvoller trägt er dazu bei, die Menge an erzeugten NOx-Gasen zu reduzieren. Bei einigen speziellen Anwendungen, wo das Gerät der Erfindung für einen Dieselmotor großer Abmessungen verwendet wird, kann der zentrale Durchgang durch die Auslaßdüse einen größtmöglichen Durchmesserwert d&sub2; von 1,5 mm besitzen. Der Wert d&sub2; sollte vorzugweise gleich dem Wert d&sub0; für den zentralen Durchgang durch die Düse 7b an dem Wassereinlaß 7 sein.
Während der Zeitspanne, in welcher kein Unterdruck oder ein Null-Unterdruck herrscht, wirken die Auslaßdüse 9e und der Luftregelungsfilter 8b aufeinander ein, wobei sie die dritte enge Leitung 3 innerlich in ihren fast abgeschlossenen Zustand versetzen und dadurch verhindern, daß der durch die Leitung 3 aufsteigende Strom herabsinkt. Die Auslaßdüse 9e kann auch wirkungsvolle Mittel zur Erzeugung der hochbefeuchteten Luft liefern.
Das Anschlußstück 9f an der Auslaßseite der Düse 9e weist einen zentralen Durchgang auf, der dieses horizontal durchläuft, wobei der Durchgang einen Durchmesser von 2,7 mm besitzt.
Auf seiner Auslaßseite ist das Anschlußstück 9f mit dem Verbindungsschlauch 10 verbunden, welcher zu dem entsprechenden Motor oder Kessel führt.
Der Verbindungsschlauch 10 kann aus irgendwelchen geeigneten durchscheinenden Vinylmaterialen gefertigt sein, welche die Eigenschaften der Wärme- und Druckbeständigkeit aufweisen. Er kann einen Innendurchmesser von 2,7 mm besitzen.
An seinem anderen Ende kann der Verbindungsschlauch 10 direkt oder über die Saugpumpe an den entsprechenden Motor angeschlossen sein. Diese Verbindung stellt auch den Durchgang zur Verfügung, durch den der pulsierende Unterdruck vom Motor oder der Saugpumpe und durch die Auslaßdüse 9e in das Gerät geliefert werden kann.
Der Beobachter kann die Möglichkeit besitzen, durch den durchscheinenden Verbindungsschlauch 10 hindurch zu kontrollieren, um nachzusehen, wie die in der bisher beschriebenen Weise gebildete hochbefeuchtete Luft durch den Schlauch 10 strömt. In einem der verschiedenen experimentellen Tests wurde ein Kraftfahrzeugmotor der 2000-cm³-Klasse verwendet, um das Gerät der Erfindung zu testen. Es wurde beobachtet, daß, wenn der Motor im Leerlauf lief, sich einzelne Wassertropfen von 1,5 mm bis 2,5 mm Durchmesser in Abständen von etwa 20 mm bis 40 mm nacheinander durch den durchscheinenden Schlauch 10 bewegten. Wenn der Motor unter Last lief, wurde beobachtet, daß sich diese einzelnen Wassertropfen mit größerer Geschwindigkeit und in geringeren Abständen bewegten.

BEISPIEL 1

(1) Dreizehn (13) verschiedene Dreiwege-Verbindungsanordnungen 5 wurden bereitgestellt, wobei jede Anordnung zwei Einlaßzweige umfaßte, welche sich in jeweils verschiedenen Winkeln α zwischen 10 Grad und 120 Grad öffneten. Das Gerät gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform wurde durch den versuchsweisen Einbau jeder dieser Dreiwege-Verbindungsanordnungen in das Gerät getestet.
(2) Zu Testzwecken wurde ein typischer Gebläsebrenner für Feuerräume (welcher mit einem Öleinspritzregler ausgestattet war) gewählt. Seine technischen Daten umfassen eine Brennstoffzufuhr (Schweröl der A-Klasse) von 87 Litern/h und eine Dampfleistung von 1.200 kg/h. An dem Kessel war eine Ansaugdüse vorgesehen, welche in den Kessel hineinragte. Die Ansaugdüse und das Gerät waren mittels des Verbindungsschlauches 10 verbunden.
Auf der Strecke des Verbindungsschlauches 10 zwischen dem Kessel und dem Gerät war eine elektrische Membran-Saugpumpe angeordnet. Diese Pumpe liefert einen Unterdruck, welcher beim Gerät, das seine hochbefeuchtete Luft durch die Pumpe in den Kessel abgibt, den Ansaugvorgang bewirkt.
(3) Während das Gerät seine hochbefeuchtete Luft in den Kessel abgab, welcher ebenfalls lief, wurden hinsichtlich der Temperatur des Flammenkerns und der Konzentration des in den erzeugten Abgasen enthaltenen CO, CO&sub2; und O&sub2; Messungen durchgeführt. Während der Testzeit betrug die von den Gerät verbrauchte Wassermenge 15 cm³/min. Die Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle 1 dargestellt. Tabelle 1 (Konzentrationen in ppm) Einheit* Winkel (α)** Flammentemp. (ºC) keine Anmerkung: (1) Einheit* bedeutet das getestete Gerät. (2) Winkel (α) bedeutet den Winkel zwischen den beiden Einlaßzweigen an der Dreiwege-Verbindung. (3) Vergl. 1 usw. bedeutet die Vergleichsbeispiele. (4) Ausff. 1 usw. bedeutet die Ausführungsformen.
(4) Wie aus den Daten in Tabelle 1 deutlcih wird, liefern die Winkel α zwischen 55 Grad und 65 Grad die insgesamt besten Werte hinsichtlich (1) der Flammenkerntemperatur (je höher, desto besser), (2) der CO-Gaskonzentration (je niedriger, desto besser), (3) der CO&sub2;-Gaskonzentration (je höher, desto vollständiger die Verbrennung) und (4) der O&sub2;-Gaskonzentration (je niedriger, desto vollständiger die Verbrennung). Eine hohe CO&sub2;-Konzentration bedeutet eine bessere Brennstoffersparnis.
Aus der obigen Figur ist zu erkennen, daß die von dem Gerät gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte hochbefeuchtete Luft in einem hohen Maße zu der verbesserten Brennstoffersparnis und den reduzierten Abgasen beiträgt.

BEISPIEL 2

(1) Es wurden jeweils acht (8) verschiedene erste enge Leitungen 1 und Auslaßdüsen-Anordnungen 9e zu Testzwecken bereitgestellt. Jede erste enge Leitung 1 umfaßt eine Wassereinlaß- Anordnung 7, die einen zentralen Durchgang mit einem jeweils anderen Durchmesser d&sub0; von 0,1 bis 1,0 mm aufweist, und jede Auslaßdüsen-Anordnung 9e weist einen zentralen Durchgang mit einem jeweils anderen Durchmesser d&sub2; von 0,1 bis 1,0 mm auf. Das Gerät der oben beschriebenen Ausführungsform wurde für jede Kombination (d&sub0; = d&sub2;) der acht ersten engen Leitungen 1 und der zugehörigen Auslaßdüsen-Anordnungen 9e getestet.
(2) Zu Testzwecken wurde ein 1989er Modell des 2000-cm³- Benzinmotor-Autos "Crown" der Toyota Motors Co. gewählt (hatte vor dem Tag der Durchführung des Tests eine Entfernung von 7.500 km zurückgelegt).
Aus diesem Auto wurde die Abgasreinigungsanlage entfernt, so daß die Abgase von dem Motor direkt durch den Auspufftopf strömen konnten, und es wurde ein Abgassensor an dem Auspuffrohr angebracht.
Überdies wurde ein Brennstoffverbrauchsmesser (wie der von der Anzen Jidosha Co., Japan, unter "Oil Petter" angebotene) in dem Brennstoffsystem des Autos eingebaut.
Auf der speziellen Strecke der Ansaugleitung von dem Motor wurde ein Loch von 8 mm Durchmesser vorgesehen und eine zylindrische Düse mit einem Innendurchmesser von 2,7 mm über dem Loch angebracht, so daß sie in die Ansaugleitung hineinragte. Die Düse trägt auf ihrer Seitenwand eine Vielzahl von Öffnungen mit einem Durchmesser von 2 mm. Diese Art von Düse wird als "Flötendüse" bezeichnet. Der Verbindungsschlauch 10 wurde mit seinem einen Ende an die Düse und mit dem anderen Ende an das Gerät der Erfindung angeschlossen.
(3) In den Behälter 4 des Gerätes wurden 1.200 cm³ Wasser eingefüllt, und das im Test befindliche Fahrzeug auf einem Fahrzeug-Prüfstand von Bosch angeordnet. Dann lief der Motor unter Last mit verschiedenen Geschwindigkeiten von 60 km/h, 80 km/h und 100 km/h, wobei sich die vier Räder drehten.
Während der Motor mit jeder dieser Geschwindigkeiten lief, wurden der Wasserverbrauch in dem Behälter 4 (Volumenprozent (%) in bezug auf den Brennstoffverbrauch), die Menge des verbrauchten Brennstoffes (cm³/min) und die Konzentrationen der erzeugten Abgase (ppm) gemessen. Die Ergebnisse sind in den untenstehenden Tabellen 2 (a), (b) und (c) dargestellt. Tabelle 2(a) (Laufen unter Last mit 60 km/h) Einheit* verbrauchtes Wasser (%) verbrauchter Kraftstoff Kohlenwasserstoff (ppm) keine Anmerkung: Einheit* bedeutet des getestete Gerät. Tabelle 2(b) (Laufen unter Last mit 80 km/h) Einheit* verbrauchtes Wasser (%) verbrauchter Kraftstoff Kohlenwasserstoff (ppm) keine Anmerkung: Einheit* bedeutet das getestete Gerät. Tabelle 2(c) (Laufen unter Last mit 100 km/h) Einheit* verbrauchtes Wasser (%) verbrauchter Kraftstoff Kohlenwasserstoff (ppm) keine Anmerkung: Einheit* bedeutet das getestete Gerät.
Wie aus den Ergebnissen der obigen Tabellen ersichlich ist, unter besonderem Hinweis auf den Brennstoffverbrauch, wird die Kombination von Wassereinlaß 7 und Auslaßdüse 9e mit den Durchgangsinnendurchmessern d&sub0; = d&sub2; zwischen 0,1 mm und 5,0 mm eine bessere Brennstoffersparnis (weniger Brennstoffverbrauch) bei allen Laufgeschwindigkeiten liefern. Was die Konzentrationen der erzeugten Abgase betrifft, wird, genau wie beim Brennstoffverbrauch, die Kombination von d&sub0; = d&sub2; zwischen 0,1 mm und 5,0 mm weniger Kohlenwasserstoff liefern, und je größer die d&sub0;=d&sub2;-Werte, desto weniger NOx entsteht.

BEISPIEL 3

Für diese spezielle Testreihe wurde das Gerät so eingerichtet, daß d&sub0; = d&sub2; 0,3 mm betrug, und wurde in Verbindung mit dem Fahrzeug von Beispiel 2 verwendet, wobei die dritte enge Leitung hinsichtlich ihrer vertikalen Position in verschiedenen Winkeln β angeordnet wurde. Dann lief der Fahrzeugmotor mit 60 km/h und 80 km/h unter den gleichen Lastbedingungen wie in Beispiel 2. Die Messungen beinhalteten den Wasserverbrauch (Volumenprozent (%) in bezug auf den Brennstoffverbrauch) und die Menge des verbrauchten Brennstoffes (cm³/min). Diese Messungen wurden wiederholt, wobei der Wert des Winkels β verändert wurde.
Die Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3 Einheit* Winkel β Brennstoffverbrauch (cm³/min) Anmerkung: Einheit* bedeutet das getestete Gerät, ausgenommen bei Nr. 1, wo kein Gerät verwendet wurde
Wie aus den Ergebnissen in Tabelle 3 deutlich ersichtlich ist, liefert die dritte enge Leitung 3 in ihrer vertikalen Position (β = 0) die beste Brennstoffersparnis (weniger Brennstoffverbrauch). Wenn sie in einem Winkel von mehr als 20 Grad in bezug auf die vertikale Position geneigt ist, dann verursacht dies einen schnellen Ansteig im Brennstoffverbrauch, was in einer schlechteren Brennstoffersparnis resultiert. Dies bedeutet, daß die vertikale Leitung 3 die beste Brennstoffersparnis in einem Winkelbereich zwischen +20 und -20 Grad in bezug auf die vertikale Position der Leitung 3 liefert und hier sogar eine noch bessere Brennstoffersparnis erreicht werden kann.

BEISPIEL 4

(1) Das Gerät wurde so eingerichtet, daß die Kombination von d&sub0; = d&sub2; 0,3 mm betrug, und wurde mittels des Verbindungsschlauchs 10 an eine Abgas-Probenentnahmeeinheit (wie die von Simazu Seisakusho, Japan, unter "CFP301" angebotene) angeschlossen.
Dann wurde die elektrische Membran-Saugpumpe angeschlossen, welche die Saugpumpe für die obige Probenentnahmeeinheit bildet. Das Gerät erzeugte seine hochbefeuchtete Luft unter einem Unterdruck von 7,33 x 10&sup4; Pa (550 mmHg), wie er von der Saugpumpe geliefert wurde.
Die Abgas-Probenentnahmeeinheit enthält eine Gasansaugleitung, welche auf ihre Strecke ein Kühlerelement umfaßt, wo die hochbefeuchtete Luft auf -10 ºC gekühlt wird, bei welcher Temperatur sich der Wasserdampf in der Luft in Flüssigkeit umwandelt. Die Saugpumpe zieht die Mischung von Luft und flüssigem Wasser in einen in ihr befindlichen Abzugsbehälter.
Die Mischung wird in das Wasser, welches sich am Boden des Abzugsbehälters sammelt, und die Luft, die über dem darin befindlichen Wasser verbleibt, getrennt. Zuvor war die Saugpumpe so eingestellt worden, daß sie sich automatisch abschaltet, wenn der Luftdruck 1,3 bar (einschließlich des Atmosphärendrucks) erreicht.
Die Probenentnahmeeinheit war vorher so eingestellt worden, daß sie bei dieser Druckeinstellung von 1,3 bar denselben Unterdruck (der etwa 7,33 x 10&sup4; Pa (550 mmHg) beträgt) im Simulationstest lieferte, als wenn das Fahrzeug in Beispiel 2 unter Last mit 80 km/h laufen würde. Das Gerät wurde unter diesen Unterdruck gesetzt.
Während der Zeit, in welcher diese spezielle Untersuchung erfolgte, betrug die Umgebeungstemperatur etwa 15 ºC und die Temperatur der Luft in dem Abzugsbehälter war etwa 7 ºC.
Der Abzugsbehälter ist mit einer Skala versehen, um die Ablesung des Wasserpegels mit dem Auge von außen zu ermöglichen. Dann wurden Versuche unternommen, jegliche Veränderungen des Wasserpegels (cm³) und der Luftmenge (bei 7 ºC unter 1,3 bar) zu messen. In dieser Beschreibung werden solche Veränderungen zweckmäßig als "Wasser-zu-Luft-Verhältnis" wiedergegeben.
(2) Nach dem Simulationstest wurde das in dem obigen Punkt (1) verwendete Gerät (d&sub0; = d&sub2; gleich 0,3 mm) in Verbindung mit dem wirklichen Fahrzeug von Beispiel 2 verwendet.
Das Fahrzeug lief unter Last (unter einem Unterdruck von etwa 9,33 x 10&sup4; Pa (550 mmHg)) mit 80 km/h, und es wurde der Brennstoffverbrauch (cm³/min) gemessen.
Während der Untersuchung wurde derselbe Unterdruck wie der in der Saugpumpe und dem Motorraum des Fahrzeugs entwickelte in das Gerät geliefert, das unter den gleichen Bedingungen wie in dem obigen Punkt (1) die hochbefeuchtete Luft erzeugte.
(3) Dann wurden die Messungen von (1) bzw. (2) wiederholt, wobei mehrere verschiedene Typen von Luftregelungsfiltern 8b gegeneinander ausgetauscht wurden. Die Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4 Einheit* Wasser/Luft-Verhältnis (Anmerkung 1) verbrauchter Brennstoff (cm³/min) Anmerkung 1: Die Luft ist repräsentiert durch das Volumen bei 7º C, 1,3 bar. Nr. 1 in der Spalte "Einheit*" bedeutet, daß das Gerät nicht verwendet wird.
Aus den Ergebnissen in Tabelle 4 läßt sich erkennen, daß ein Wasser-zu-Luft-Verhältnis zwischen 1/17 und 1/21 die Erzeugung einer optimalen hochbefeuchteten Luft gewährleistet, welche zur besten Brennstoffersparnis (dem geringsten Brennstoffverbrauch) beiträgt. Die Verwendung des Luftregelungsfilters 8b unter diesen Bedingungen eines optimalen Wasser-zu-Luft-Verhältnisses kann helfen, die Brennstoffersparnis zu verbessern.

BEISPIEL 5

Das Gerät wurde so eingerichtet, daß die Kombination von d&sub0; = d&sub2; 0,3 mm betrug, und wurde in Verbindung mit einem Dieselmotor (wie dem von Komatu Seisakusho, Japan, als Modell "S6D 125 220KVA/60HZ" angebotene) verwendet. Dann wurde ein Kraft-Wärme-Kopplungssystem verwendet, um das Gerät auf seine Leistung zu testen. Der verwendete Stromgenerator war der von der Denyo Co., Japan, als Modell "DCA-220SPM (K) angebotene.
Es wurden die Konzentrationen der von dem Dieselmotor erzeugten Abgase gemessen, während er mit dem Gerät lief (bezeichnet als "experimenteller Betrieb") und während er ohne das Gerät lief (bezeichnet als "Normalbetrieb"). Die Ergebnisse sind in der untenstehenden Tabelle 5 und in den beigefügten Figuren 6 und 7 dargestellt. Diese Ergebnisse wurden am 5. Oktober 1990 erzielt.
Fig. 6 und 7 sind graphische Darstellungen, welche durch dieses Experiment 5 erhalten wurden und die überlegene Leistung des vorliegenden Gerätes beweisen. Fig. 6 zeigt die O&sub2;-Konzentration in den Abgasen, und Fig. 7 zeigt die NOx-Konzentration in den Abgasen. Die O&sub2;-Konzentration und die NOx-Konzentration steigen, wenn der Lauf beginnt, dann bleiben sie fast konstante Konzentrationen während des stationären Betriebszustands und sinken, wenn der Lauf abgebrochen wird. In Fig. 6 ist die O&sub2;-Konzentration beim experimentellen Betrieb größer als beim Normalbetrieb, wie in Tabelle 5 gezeigt. In Fig. 7 ist die Umwandlungskonzentration von NOx die für einen O&sub2;- Gehalt des Abgases von 13 Vol-% berechnete tatsächliche NOx- Konzentration. Tabelle 5 Normalbetrieb experimenteller Betrieb Last Gastemp. Wassertemperatur: 85 ºC, Umgebungstemperatur: 27 ºC Relative Feuchtigkeit: 77 % Es ist zu beachten, daß CO&sub2;, CO und O&sub2; in Form der jeweiligen in den Abgasen enthaltenen Gehaltanteilen in Prozent (%) gemessen wurden und NOx in Form seiner Konzentration (ppm) in den Abgasen gemessen wurde.
Die Ergebnisse zeigen, daß die Gehalte (%) an CO&sub2;, CO und NOx in den Abgasen vermindert wurden und insbesondere der NOx- Gehalt wirksam kontrolliert wurde, wenn das Gerät verwendet wurde.

Claims

1. Gerät zum Erzeugen von hochbefeuchteter Luft, welches umfaßt:

einen Behälter (4) zum Fassen von Wasser;

eine erste Leitung (1) mit einem engen Durchgang, welche einen in dem Wasser des Behälters angeordneten Wassereinlaß (7) aufweist und welche dem Ansaugen des Wassers unter vermindertem Druck durch den Wassereinlaß (7) und dem Erzeugen von Wasserdampf dient;

eine zweite Leitung (2) mit einem engen Durchgang und mit einem zur Atmosphäre führenden Lufteinlaß;

eine Dreiwege-Verbindung (5) mit einem ersten und einem zweiten Einlaßzweig und einem Auslaßzweig, welche sich von der Verbindung aus in Form eines umgedrehten Y erstrecken, wo die Wasserdampfströme aus der ersten Leitung (1) mit engem Durchgang und der Luftstrom aus der zweiten Leitung (2) mit engem Durchgang zusammentreffen, einen einzigen Strom bilden, welcher die Mischung der Wasserdampf- und Luftströme beinhaltet, welche durch den Auslaßzweig aufsteigt; und

eine dritte Leitung (3) mit engem Durchgang, welche im Gebrauch vertikal oder in einem Winkel von + 20º bis - 20º gegen die Vertikale geneigt anzuordnen ist und welche mit dem Auslaßzweig der Dreiwegeverbindung (5) verbunden ist, wobei die dritte Leitung mit engem Durchgang eine Auslaß-Düse (9) umfaßt, durch welche der einzige Strom herausgedrückt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

der erste Einlaßzweig, welcher mit der ersten Leitung (1) mit engem Durchgang verbunden ist, und der zweite Einlaßzweig, welcher mit der zweiten Leitung (2) mit engem Durchgang verbunden ist, unter einem beliebigen Winkel α zwischen 55º und 65º zusammentreffen.

2. Gerät nach Anspruch 1, worin die Durchgänge durch die drei Zweige in der Dreiwege-Verbindung (5) den gemeinsamen Durchmesserbereich zwischen 1 mm und 3 mm aufweisen.

3. Gerät nach Anspruch 1, worin die erste Leitung (1) mit engem Durchgang, die zweite Leitung (2) mit engem Durchgang und die dritte Leitung (3) mit engem Durchgang einen gemeinsamen Durchmesserbereich zwischen 1 mm und 5 mm aufweisen.

4. Gerät nach Anspruch 1, worin die dritte Leitung (3) mit engem Durchgang einen Längenbereich zwischen 80 mm und 180 mm aufweist.

5. Gerät nach Anspruch 1, worin die Dreiwege-Verbindung (5) aus einem beliebigen, geeigneten hochpolymeren Polyethylenmaterial hergestellt ist.

6. Gerät nach Anspruch 1, worin der Durchmesser d0 des engen Durchgangs durch den Wassereinlaß (7) und der Durchmesser d2 des engen Durchgangs durch die Auslaß- Düse (9) gleich sind (d0 = d2), wobei d0 = d2 einen Wertebereich zwischen 0,1 mm und 0,5 mm aufweisen.

7. Gerät nach Anspruch 1, worin der Durchmesser d0 des engen Durchgangs durch den Wassereinlaß (7) und der Durchmesser d2 des engen Durchgangs durch die Auslaßdüse (9) gleich sind (d0 = d2), wobei d0 = d2 den Wertbereich zwischen 0,5 mm und 1,5 mm aufweisen.

8. Gerät nach Anspruch 1, worin der Lufteinlaß die Luft von der Atmosphäre in solchen Geschwindigkeiten ansaugt, daß die Mischung von Wasser- und Luftströmen, welche bei der Dreiwegeverbindung (5) gebildet wird, wenn diese beiden Ströme dort eintreten, ein Wasser-zu- Luft-Verhältnis im Bereich zwischen 1/17 und 1/21 haben kann.