DE2343185A1

DE2343185A1 - Verfahren und vorrichtung zum verdampfen von fluessigen brennstoffen

Info

Publication number: DE2343185A1
Application number: DE19732343185
Authority: DE
Inventors: Ernst Hutzenlaub; Hermann J Schladitz
Original assignee: SCHLADITZ HUTZENLAUB GbR
Current assignee: SCHLADITZ HUTZENLAUB GbR
Priority date: 1973-08-27
Filing date: 1973-08-27
Publication date: 1975-03-06
Also published as: DE2343185C3; DE2343185B2

Description

S 776 Schladitz-Hutzenlaub GbR, München 6O₉ Bodenseestr.jSa

Verfahren und Vorrichtung z:im Verdampfen von flüssigen

Brennstoffen

Die Erfindung betrifft ein. Verfahren zum Verdampfen von flüssigen Brennstoffen für den Betrieb von Brennern oder Brennkraftmaschinen mittels eines porösen, aus polykristallinen Metallwhiskern oder metallisierten Nichtmetaliwhiskern bestehenden heilbaren Wärmetauschers₉ sowie Vorrichtungen sur Durchführung des Verfahrers.

Aus polykristallinen Metallwhiskern oder metallisierten Nicht« metallwhiskern bestehende Wärmetauscher (siehe s.B. DT PS 1 288 705) weisen eine außerordentlich große innere Oberfläche aufj sodaß das den Wärmetauschen durchströmende Medium sehr rasch auf die gewünschte Temperatur erhitzt werden kann. Bei Verwendung -dies<*s bekannten Wärmetauschers als elektrisches Heizelement zum Verdampfen von flüssigen Brennstoffen kann eine wesentlich vollkommenere Verbrennung und damit eine Verringerung der schädlichen Abgasbestandtsila erreicht werden (siehe Ingenieur Digest, Band 11, 1972* Helfe 12, Seiten 43,4-'J). Die Verdampfung von größeren Mengen flüssiger Brennstoffe mittels eines derartigen elektrischen Heizelements erfordert jedoch verhältnismäßig viel elektrische Energie _s die relativ -euer und in manchen Fällen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, nicht in ausreichender Menge vorhanden ist,

I*er Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Au:?vmad am elektrischer Energie ssur Erhitzung des Wärmetauschers au verringern.

2ur Lösung dieser Aufgabe wird erfinlungsgemäfö vorgeschlagen, daß der Wärmetauscher durch einen Anteil der heißen Abgase des Bremners bzw. der Brennkraftmaschine erhitzt wird.

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Durch den erfindungsgemäßen Verschlag wird erreicht, daß eine Erhitzung des Wärmetauschers durch elektrische Energie wenn überhaupt, so nur während der Startphase des Brenners bzw. der Brennkraftmaschine erforderlich ist, da mit einsetzender Verbrennung Abgase mit Temperaturen zwischen 800 und 1000⁰O zur Aufheizung des Wärmetauschers zur Verfügung stehen.

Der Wärmetauscher kann durch die heißen Abgase indirekt erhitzt werden. Insbesondere bei Brennkraftmaschinen kann es jedoch von Vorteil sein, wenn die heißen Abgase zusammen mit dem Brennstoff oder einem Brennstoff-Luftgemisch durch den Wärmetauscher geführt werden, der hierbei direkt von den heiesen Abgasen aufgeheizt wird. Dadurch wird gleichzeitig, wie an sich bekannt, die maximale Verbrennungstemperatur gesenkt, was eine Verminderung des NOjj-Anteils im Abgas zur Folge hat. Es ist allerdings zweckmäßig, diese direkte Beheizung des Wärmetauschers mittels durchströmender heißer Abgase so zu dosieren, daß vor allem im Leerlaufbetrieb der Anteil des Abgases stark reduziert wird, da sich herausgestellt hat, daß eine Beimischung von Abgasen im Leerlauf aufgrund der geringen Leerlauf-Kraftstoffmenge bei konstantsm Abgasanteil einen instabilen Betrieb zur Folge haben kann. Es kann daher im Leerlaufbetrieb auch ausschließlich elektrische Beheizung Anwendung finden« Die Abschaltung der elektrischen Beheizung sowie die Regelung der Abgasmenge kann beispielsweise in Abhängigkeit von der Drosselklappenstellung erfolgen.

Durch den erfindungsgemäßen Vorschlag, insbesondere durch elektrische Aufheizung des Wärmetauschers nur während des Startens und des Leerlaufbetriebes und Aufheizung durch die heißen Abgase im wesentlichen nur während des Teillast- und Vollastbetriebes, wird eine wirtschaftliche Aufbereitung des Brennstoffes über den gesamten Betriebsbereich erreicht, und

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gleichseitig insbesondere bei Brennkraftmaschinen eine wesentliche Abmagerung des Kraftstoff-Luftgemisches ermöglicht, wodurch der Anteil CO und HC - und bei direkter Erhitzung durch heiße Abgase auch der Anteil an NOg- im Abgas beträchtlich verringert werden kann.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sieh aus der folgenden Beschreibung in der Verbindung mit den Zeichnungen, in denen einige Ausftthrungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Fahrzeug-Brennkraftmaschine mit Aufbereitung des Kraftstoffes naeh dem erfindungsgemäßen Verfahren,

Fig. 2 einen Teilschnitt durch einen üblichen Vergaser mit einer ersten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens in schematischer Darstellung,

Fig. 3 eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung,

Fig. 4 einen Schnitt durch den Wärmetauscher der Ausführung von Fig. 3,

Fig. 5 einen Teilschnitt durch einen Vergaser mit einer zweiten «rfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 6 einen Schnitt entlang Linie 6-6 in Fig. 5.

Es sei zunächst auf Fig. 1 bezuggenommen, in welcher eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt ist, die eine Ansaug-Sammelleitung 2 aufweist, welche mit einem Vergaser 3 verbunden ist. Mit 4 ist die Auspuff-Sammelleitung bezeichnet,- die mit den Auslaßkanälen der einzelnen Zylinder in Verbindung steht. Von

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der Auspuff-Sammelleitung 4 geht eine Leitung 5 aus, die zum Vergaser 3 führt und durch welche dem Saugrohr des Vergasers 3 heiße Abgase zugeführt werden zwecks Erhitzung eines darin angeordneten Wärmetauschers und Aufheizung des Kraftstoff-Luftgemisehes. In der Leitung 5 ist ein Ventil 6 angeordnet, mit welchem die Menge des zurückgeführten Abgases geregelt werden kann.

Der in Pig. 1 gezeigte Vergaser ist in Fig. 2 in größerem Maßstab geschnitten dargestellt. Bei dem nur als Beispiel zu betrachtenden Vergaser handelt es sich um einen solchen üblicher Bauart mit einem Leer lauf sy st em rait Gemisch-Regulierung. Stromabwärts der Drosselklappe 7 ist im Saugrohr 8 des Verga3«r8 3 ein beispielsweise scheibenförmiger Wärmetauscher 9 angeordnet, der aus einem Skelett aus metallisch miteinander verbundenen polykristallinen Metallwhiskern oder metallisierten Nichtmetallwhi3lcern besteht. Der Wärmetauscher 9 ist an seinem Außenumfang 10 in elektrisch leitender Verbindung mit dem Gehäuse 11 des Vergasers 3» das, wie bei 12 angedeutet, geerdet ist und damit mit dem Minuspol einer Batterie 13 in Verbindung steht. Der Wärmetauscher 9 weist eine Mittelelektrode 1*1 auf, die über ein Schaltglied 15 mit dem Pluspol der Batterie 13 verbunden ist. Stromaufwärts des Wärmetauschers 9 mündet in das Saugrohr 8 ein Rohr 16, das über das schematise!! dargestellte Ventil 6 mit der Abgas-Rückführleitung 5 verbunden i3t.

Beim ftart der Brennkraftmaschine 1 wird der Wärmetauscher 9 mittels des Schaltgliedes 15 mit der Batterie 13 verbunden und somit durch direkten Stroaidurchgang erhitzt. Das Schaltglied 15 kann beispielsweise durch das Drehen des Zündschlüssels betätigt werden. Das angesaugte Kraftstoff-Luftgemisch durchströmt den erwärmten Wärmetauscher 9, wobei die Kraftstoff-Tröpfchen weitgehend verdampft werden, sodaß das

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Gemisch als feiner Nebel aus dem Wärmetauscher 9 austritt und in dieser Fora dem Brennraum der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Wie Versuche gezeigt haben, ist der Kraftstoff in der Luft so fein verteilt, daß keine Kondensation des Kraftstoffes an den Wänden des Saugrohres 8 und des daran anschließenden Einlaßkanals stattfindet.

Bereits nach den ersten Expansionen des verbrannten Gemisches in der Brennkraftmaschine stehen heiße Abgase zur Verfügung, die durch die Leitung 5 und das Rohr 16 in das Saugrohr 8 stromaufwärts des Wärmetauschers 9 eintreten können, wobei sie sich mit dem Kraftstoff-Luftgemisch vermischen und gemeinsam mit diesem den Wärmetauscher 9 durchströmen, der dadurch erhitat wird, sodaß die elektrische Beheizung abgeschaltet werden kann. Diese Abschaltung kann durch das Schaltglied 15 erfolgen, das zu diesem Zweck einen Zeitschalters, beispielsweise ein Bi-Metall-Element, enthalten kann, sodaß der Stromkreis des Wärmetauschers 9 eine bestimmte Zeit nach dem Starten der Brennkraftmaschine 1 unterbrochen wird. Alternativ kann das Schaltglied 15 auch in Abhängigkeit von der Stellung der Drosselklappe 7 betätigt werden. Diese Betätigung erfolgt zweckmäßigerweise in Verbindung mit einer Betätigung des Ventils 6 in der Abgas-Rückführleitung 5 in der Weise, daß während des Leerlaufs, also bei geschlossener Drosselklappe 7, das Ventil 6 weitgehend geschlossen ist und das Schaltglied 15 den Stromkreis für den Wärmetauscher 9 schließt, während beim öffnen der Drosselklappe 7 das Schaltglied 15 im Sinne einer Unterbrechung des Stromkreises für den Wärmetauscher 9 betätigt land das Ventil 6 geöffnet wird. Die Erhitzung des Wärmetauschers 9 erfolgt von da ab ausschließlich durch die heißen, durch die Leitung 5 zugeführten Abgase. Falls im Schiebebetrieb, bei dem die Drosselklappe 7 ebenfalls geschlossen ist, keine elektrische Aufheizung des Wärmetauschers 9 erwünscht ist, kann das Schaltglied 15 zusätzlich in

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Abhängigkeit vom Unterdruck im Saugrohr 8 gesteuert werden» und zwar in der Weise, daß bei geschlossener Drosselklappe 7 und einem über dem Leerlaufwert liegenden Unterdruck die elektrische Beheizung des Wärmetauschers 9 unterbrochen wird. Das Ventil 6 kann als Durchflußmengen-Regelventil ausgebildet sein und gegebenenfalls drehzahl- und/oder lastabhängig gesteuert werden.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispieles von Fig. 2. Hierbei ist der Wärmetauscher 9' von einem Ringraum 17 umgeben, dem durch die Leitung 16' heiße Abgase zugeführt werden können. Die Abgase Strumen vom Umfang her in den scheibenförmigen Wärmetauscher 9^T ein, heizen diesen auf und vermischen sich dabei mit dem angesaugten Kraft3toff-Luftgemisch. Zur elektrischen Erhitzung ist in diesem Beispiel der Wärmetauscher 9* von einem elektrischen Heizleiter 18 durchzogen, der in der in Zusammenhang mit Fig. 2 beschriebenen Weise an eine Stromquelle angeschlossen werden kann.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 ist eine indirekte Beheizung des Wärmetauschers 9" durch die heißen Abgase vorgesehen. Der Wärmetauscher 9" besteht bei diesem Ausführungsbeispiel aus zwei zueinander parallelen Platten 19 und 20 mit einer Vielzahl von miteinander fluchtenden Löchern, in welche Röhrchen 21 eingesetzt sind, die ein poröses Skelett 22 aus polykristallinen Metallwhiskern oder metallisierten Nichtmetallwhiskern enthalten. Der Wärmetauscher 9ⁿ ist jeweils zur Hälfte von zwei sichelförmigen Räumen 23,24 umgeben, von denen der Raum 23 mit der Abgasruckführleitung 5 verbunden ist und der Raum 24 durch eine Leitung 25 *ait dem Auspuffsystem 4 der Brennkraftmaschine 1 stromabwärts der Abzweigung der Leitung 5 in Verbindung steht. Die durch die Leitung 5 zugeführten heißen Abgase durchströmen den Zwischenraum zwischen den beiden Platten 19 und 20, wobei sie die Röhrchen 21 und die

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darin enthaltenen Whisker-Skdlef/ta 22 erhitzen. Das Kraftstoff- Luftisemisch 4urcb'.:ts»ö?it 6±& in fiel? Röhrchen 21 enthaltenen tfcisker-Skelette 22 _s nobei ©s &u£gsh®ist -sslrd und den Wärmetauscher 9^?' '*-n Fora: isir.es feinen Mabels ^/erläßt.

Auch bei dilss&m Ausführun;5Sbeispiel kann eine slektrische E*- heieurg der einzelnen %iB?i«rSkelette 22 vorgesehen sein, beispielsweise in Form eines imh die einzelnen Röhrchen 21 herumgewickelten elektr5.sehon Heizleiters ₉ dex* in der vorher beschriebenen Weise mit einer Stromquelle verbunden werden kar.i.Da bei diesem Ausführungsbeispiel keine Vermischung der Abgase reit dem angesaugten Kraftstoff-usftgeaiioch erfolgt, kann in diesem Fall die Beheieuüg durch dia Abg2.se auch im Leerlaufbetrieb ohne Störung dee Leerlaufverhßltens der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt werden. Die elektrische Beheizung des Wärmetauschers 9ⁿ braucht also nur sehr kurzeeitig während des Startvorganges au erfolgen.

Patentansprüche -

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BAD ORIGINAL

Claims

Patentansprüche

Verfahren sum Verdampfen von flüssigen Brennstoffen for üen. Beti-iifb vor Brennern oder Brennkraftmaschinen, mittels eines por&uen, aus polykristallinen Metallwhiskern oder metallisierten Nichtmet allwhiskern* fcesbebenden, heizbaren Wärmetauschers, dadurch gekennjseicnet, daß der Wärmetauscher durch einen Anteil der heißen Abgas« dea Brenners bssw. der Brennkraftmaschine erhitzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Abgase zusammen mit dem Brennstoff oder einem Brennst off -Luft gemisch durch den Wärmetauscher geführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher durch die heißen Abgase indirekt erhitzt wird.

H. Verfahren nach Anspruch 2 zum Verdampfen von flüssigen Brennstoffen für den Betrieb einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher während des Startvorganges elektrisch beheizt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Abgase nur während des Teillast- und/oder Vollastbetriebes der Brennkraftmaschine durch den Wärmetauscher geführt werden.

6. Verfahren nach den Ansprüchen ^ und 5» dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Bsheirung des Wärmetauschers während des Teillast- und Vollastbetriebes der Brennkraftmaschine abgeschaltet wird,

7. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 bei einer Brennkraftmaschine mit Vergaser und Drosselklappe, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (9) stromabwärts der Drosselklappe (7) im Saug-

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ORIGINAL

vohv (ο) de<3 Vergas ex's {"5) s^e^r^r^t Ast und £&£ de::* Drossel klappe (7) iw* 3<sm Wärr «'5£.vuiöh*s» (9) ein3 mit ■.~-saa Auvp iff syste:. {*'■) c -'?■ Ere:iükr&i'tna·:¹shins (1) in ver-

leitung C5_si6/ einsiü:aa€)t.

. Tr>rri>2>iti-ng zur Eu^chfüft^^^g aur ^r.S'cai'ühr'unß €&& T&n<i Jiacli d«>n Ansprüci-.^..! i \xnl 2 bei »chlne mit ¥epgase:r, dau^-a?»eh ,ieLssmaj

(9') im St.ugroli-r {3} eier ^rir<*rmkraffemsshine (1) an- und τοη einem Hj^ra*«« (IY) umgeben ±mt_s der Utes? «ί.ηβ Abgis-MckführleiiiEig (5) Eiit d©3?i A-^pui'feyisteia (H) der Bren:i^aftmae-3hine in Verbindung steht _s vöfcei die heisa®n Abgase ien WSrmet&uscher C9^J} r&diBl ¥on außen naeli innen durchströmen and zusammen mit dem angesaugten Kraftstoff -Luftgcaiscb verlassen.

5. Vorrichtung nach Arepr'ich 7 oder Sj, dadurch gekennzeichnet, da0 der tfärmetauscher C9j,9') -sehe?"benförsiig ausgebildet ißt.

10. Vo^ric^tang nach einem der Ansprüche 7 bis 9₉ dadurch ge~ kennseic'hnet, daß in cien '^firmot aus eher C 9") ein elektri-■λο!ι'5Γ Heiß leiter (3 8) eingebettet ist.

11. Vorrichtisng pur Durchführung des Varfa.hi'en3 nach d®n Ansprüchen 1 und 5 bei einer Brer.nkraft'.naechinS;» äadiireh gekennzeichnet, daß der Jißrmetauschsr (9") aus zvs®± Lochplatten (19*^0) .nit da»wischen &ng«?orlnet3E?, Jeweils ®in Whisker— £kelet.& (22) enthalt«iia«5n Eöh^chari {21) besteh?;, und daß der gwisshsnraum zt/iachen den ?latte£i (19^-0) einerfseits lurch eine Abg&s-Rückführleit ms (5) κη>1 anderarssits' durch aine ROckstrSmloitun^ {£ 5) mit dem Auspuff sy sti^m (4) der Bremikraftu&schine (1) verbiin^sn ist.

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