DE720535C

DE720535C - Vergaser zur Katalyse von Kohlenwasserstoffen und anderen Brennstoffen, insbesondere fuer Brennkraftmaschinen

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Publication number: DE720535C
Application number: DEB169055D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1934-03-20
Filing date: 1935-03-15
Publication date: 1942-05-08
Also published as: GB442331A; DE739518C; NL47942C; NL47941C

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
8. MAI 1942

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 46 c² GRUPPE

B169055 I a/46 c-

Dmitry Balachowsky in Paris

Patentiert im Deutschen Reich vom 16. März 1935 an Patenterteilung bekanntgemacht am 9. April 1942

Die Erfindung bezieht sich auf einen Vergaser zur Katalyse von Kohlenwasserstoffen und anderen Brennstoffen, vorzugsweise zum Speisen von Brennkraftmaschinen. Es sind bereits Vergaser für Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen der Brennstoff mit einer Erstluftmenge verschäumt wird, dieses Schaumgemisch einen beheizten Katalysator durchläuft und danach dieses Vorgemisch die für die Verbrennung nötige Luft als Zweitluft erhält.

Die Erfindung bezweckt, die Vorrichtungen dieser Art zu verbessern, und kennzeichnet sich hauptsächlich dadurch, daß die gegebenen-

ig falls ganz oder teilweise durch verbrannte Gase zu ersetzende Erstluftmenge, die nur einen Bruchteil der Gesamtluftmenge ausmacht, dem Brennstoff in mindestens zwei Durchtrittsöffnungen zugeführt wird, nämlieh als Emulgierungskift in einer Spritzmündung und als eigentliche Erstluft oberhalb der Spritzmündung.

Dies hat den Vorteil, daß die Emulsionsluft zunächst den Brennstoff zu einem Schaum aufrührt, der dann durch die eigentliche mit höherer Geschwindigkeit eintretende Erstluft schnell und leicht in ein sehr homogenes Gemisch mit feinster Verteilung der Bestandteile übergeführt wird, und daß hierzu trotzdem nur eine sehr geringe Gesamterstluftmenge nötig ist. Diese geringe Erstluftmenige ermöglicht dann eine starke Beheizung des Katalysators ohne Gefahr zu starker Vorverbrennung des Brenngemisches. Die Feinverteilung des Brennstoffes in dem reichen Gemisch und die gleichzeitige gute Beheizung des Katalysators bewirken aber die bestmögliche Aufbereitung des Brenngemisches in leicht verbrennbare Gase und leichte Kohlenwasserstoffe mit einem geringsten Gehalt an schweren Polymerisationserzeugnissen.

Die Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Erfindung nebst weiteren Aufbesserungen.

In der Zeichnung zeigen 4S

Abb. ι eine vereinfachte teilweise aufgeschnittene Seitenansicht der gesamten Vorrichtung,

Abb. 2 und 3 in vergrößertem Maßstabe dargestellte Katalysatorrohre und einen Mischer in Sonderausführungsformen,

Abb. 4 eine Abwandlung der Vorrichtung nach Abb. 1,

Abb. 5 eine Abwandlung zu Abb. 1.

In dem die Erstluft mit dem Brennstoff mischenden Emulsionsbereiter ist eine Spritzmündung ι von einem Behälter 2 gleichbleibender Flüssigkeitshöhe gespeist und trägt

unten Öffnungen 3 für den Eintritt einer sehr kleinen Luftmenge, um danach eine weitere sehr kleine Luftmenge, die eigentliche Erst-■ luft, durch Bohrungen 6 zugesetzt zu erhalten. Diese beiden Luftmengen bilden die gesamte Erstluft oder chemische Aufbereitungs-_ luft zur Voroxydierung des Brennstoffes.

Zu besonders inniger Mischung tritt die Erstluft aus einem Filter 4 zu einer Kammer 5, deren obere Wand von Löchern 6 durchbrochen ist und unterhalb des Katalysators 7 liegt, von dem sie durch ein Zwischenstück getrennt ist, das von Kanälen zum ' Verteilen der Emulsionen durchbrochen ist. Der Abstand dieses Verteilers 8 gegenüber der oberen Wand der Kammer 5 und dem Eintritt der Katalysatorrohre ist regelbar.

Der Katalysator besteht in bekannter Art

aus einer großen Zahl oberhalb der Kanäle 9 in zwei Platten 11 befestigter und durch die bei 12 eintretenden und bei 13 abströmenden Auspuffgase des Motors beheizter Rohre.

Die Temperatür der Katalysatorroiire muß über ungefähr 250" bis 280⁰ liegen, am besten bei 300⁰ bis 350⁰.

Jedes Katalysatorrohr besteht (Abb. 2) aus einem starren Außenrohr 14 aus demselben Metall wie der übrige Teil der Vorrichtung, also vorzugsweise aus Stahl oder aus nicht oxydierbarer Bronze, und weiter aus einem Innenrohr 15 aus katalysierendem Stoff. Das Innenrohr besteht vorzugsweise aus einem Metall oder einer Legierung solcher Art und Zusammensetzungsbestandteile, wie sie am besten der Art des Brennstoffes und der Temperatur des Katalysators entsprechen. Dadurch ist mechanische Ermüdung der Katalysatorrohre, etwa durch Wärmedehnung, verhütet, und alle Kräfte werden in den festen Außenrohren aufgenommen.

Das Ziel der Katalyse muß es sein, zuerst die schwersten Moleküle in leichtere Moleküle zu spalten, von denen einige bei gewöhnlicher Temperatur gasförmig sind, und dann folgt die Schaffung schwach oxydierter Erzeugnisse (organische Anhydride, Ketone, Aldehyde usw.) und die möglichst vollständige überführung des frei gewordenen Kohlenstoffes in Kohlenoxyd.

L^Tm diese beiden Wirkungen nacheinander zu erreichen, ist die Art des Katalysators am Eintritt und Austritt der Katalysatorrohre 10 vorzugsweise verschieden, und zwar ist beispielsweise am Eintritt eine Kupfer-Nickel-Legierung zum Spalten der schweren Moleküle und am Austritt reines Kupfer, verchromtes Kupfer usw. zum Schaffen schwacher Voroxydierung vorhanden.

Die katalysierte Mischung kommt (Abb. 1) durch ein Rohr 16 in einen Reiniger 17, und zwar in dessen unteren Teil 18, wo sie durch Verlangsamung und Kühlung, hauptsächlich infolge der aus dem großen Inhalt der Kammer 17 sich ergebenden Entspannung, die schweren polymerisierten Bestandteile, die " stark kondensierbar sind, verliert, und zwar - zugleich mit Tröpfchen flüssigen Brennstoffes und gegebenenfalls vom Gasstrom mitgerissenem Staub. Diese Ablagerungen werden von Zeit zu Zeit durch einen Grundablaß 19 abgezogen.

Vom oberen Teil der Kammer 17 führen zwei Rohre 20, 21 von verschiedenen Durchmessern die Mischung weiter. Diese brennbare Mischung ist bei der Temperatur des Motors und selbst bei den tieferen Temperaturen der von ihr noch zu durchströmenden Vorrichtungsteile nicht kondensierbar.

Um dem Gasstrom etwa vorhandene Schwefelverbindungen und Fettsäuren oder Mineralsäuren zu entziehen, kann die Kammer 17 eine Füllung 22 enthalten, etwa Eisenfeilspäne und Soda oder Pottasche.

Mit Vorteil kann diese Kammer 17 auch benutzt werden, um die Gase zur Berührung mit Stoffen zu bringen, die die Güte der vorbereiteten Mischung erhöhen, wie beispielsweise mit Carbonylen, Anilin, mit wohlriechenden Bestandteilen usw., um die Detonationsfähigkeit, den Rauch und den Auspuffgasgeruch des Motors zu beseitigen.

Endlich kann je nach der Sachlage diese Kammer mit Katalysatoren ausgerüstet sein, wie beispielsweise Zinkchlorür, Aluminiumchlorür, um eine das Brenngemisch noch weiter verbessernde zusätzliche Katalysierung herbeizuführen.

Schließlich kann der Reiniger 17 mit Heizvorrichtungen versehen sein, beispielsweise durch die Auspuffgase des Motors und durch eine Elektrizitätsquelle.

Das weiträumige Rohr 20 des Reinigers 17 mündet (Abb. 1 und 3) bei 23 an dem L'mfang eines VenturiiOhres 24, in dessen mittleren Teil eine Düse 25 die den größten Teil der Gesamtluft bildende Zweitluft einführt. Das Venturirohr 24 ist am Ende eines Rohres 26 angebracht, das in das Ansaugrohr 27 des Motors mündet und eine äußere Drossel 28 sowie eine innere Drossel 29 enthält. Die Welle der äußeren Drossel 28 trägt einen Daumen 30 mit Antrieb durch eine Stange 31 des Beschleunigerfußhebels und beherrscht damit einen Rollenhebel 32, der auf der Welle der inneren Drossel 29 sitzt. Die Gestalt des Daumens 30 ist so ausgebildet, daß sie für jede Geschwindigkeit die günstigsten Aufbereitungsverhältnisse ergibt.

In bestimmten Fällen ist der Reiniger 17, wie in Abb. 1, höher als die Venturirohre 24, des Mischers angebracht; dies bietet den Vorteil, daß die reichen Gase^ die im al Ige-

meinen schwerer als Luft sind, leicht durch das Venturirohr ausströmen.

In anderen Fällen kann es zweckmäßig

sein, den Reiniger 17 innerhalb des Mischers anzubringen; denn es können Kondensationen beim Mischen der reichen Gase mit der Zweitluft und dem Mischer eintreten, und dann fallen diese Flüssigkeitsteile in den Reiniger, statt in den Motor mitgerissen zu werden.

Das Ende des Rohres 26 ist durch einen abnehmbaren Teil 33 (Abb. 3) gebildet, der das Venturirohr 24, die Düse 25 und die äußere Drossel 28 trägt und auf dem Rohr 26 durch eine Schraubenmutter 34 festgehalten ist, die an einem Gewindeteil 35 des abnehmbaren Rohrstückes 33 angreift, indem dieser durch einen Schlitz 36 des festen Rohres 26 hindurchragt. Zum Abnehmen des Teiles 33 zwecks Reinigung genügt es, die Beschleunigerstange 31 vom Daumen 30 abzunehmen. Dieser beschriebene Mischer dient für den gewöhnlichen Betrieb des Motors.

Das engere Rohr 21 des Reinigers 17 mündet bei 37 (Abb. 3) in einen Leerlaufmischer 38, der dem Mischer für Regelbetrieb gleich, aber in den Abmessungen kleiner ist. Dieser Mischer anündet bei 39 in das Rohr 26 oberhalb der inneren Drossel 29. Seine Liefermenge wird durch eine Drosselschraube 40 geregelt.

Bei einer Abwandlung der beschriebenen Vorrichtung gemäß Abb. 4 ist der Katalysator in zwei gesonderte ungleiche Teile 41, 42 unterteilt, die beide in einen ebenfalls in zwei Teile 43, 44 unterteilten Reiniger münden, von dessen Teilen das Regelbetriebsrohr2o und das Leerlauf rohr 21 ausgehen.

Diese Vorrichtung hat den Vorteil, bei Leerlauf oder verringerter Leistung zum Speisen eine geeignete Sonderdüse 55 (Abb. 4) zu benutzen, die kleinere Abmessungen als die Vollbetriebsdüse besitzt.

Um das Starten und ein Wiederbeschleunigen des Motors beim Betrieb mit Schweröl zu verbessern, kann die Vorrichtung zusätzlich noch einen Bezinvergaser 45 (Abb. 1) aufweisen, dessen Vergaserrohr 46 in das Motoransaugrohr 27 mündet. Drosseln 47 und 48 sind durch Hebel 49, 50 und eine Stoßstange 51 verbunden und werden durch eine (nicht dargestellte) Stange so angetrieben, daß entweder die Mischer für schweren Brennstoff oder der Benzinvergaser an die Leitung 27 anschließbar ist.

Gemäß der Abwandlung nach Abb. 5 kann der Benzinvergaser 56, 57 unmittelbar an den Reiniger 17 angeschlossen sein. Die Drosseln 47, 48 fallen, dann fort.
Gemäß der Abwandlung nach Abb. 6 ist die Spritzdüse 1 der Abb. 1 nebst ihren Luftzulässen 3 weiter verbessert, indem in die Düsen ein erweiterter Raum 60 mit einer Drosselklappe 61 eingeschaltet und ein Stellhebel 62 dieser Drosselklappe durch eine Hubstange 63 an den Beschleunigerhebel oder ein sonstiges passendes Regelglied angeschlossen ist. Unterhalb der Luftzulässe 3 ist wieder eine Schwimmerkammer 2 für Brennstoff angeschlossen.

Die Wirkung dieser zusätzlichen Drosselklappe besteht darin, daß die sonst im Augenblicke einer Entlastung des Motors infolge der Massenträgheit des Brennstoffstromes eintretende Brennstoffüberfüllung des Katalysators vermieden ist; das bedeutet noch sicherere Rauchlosigkeit bei Schwerölbetrieb und verringerte ■ Verschmutzungsgefahr des Katalysators. Außerdem ist beim Anfahren und Beschleunigen des Motors der im Raum 60 sich ansammelnde kleine Brennstoffvorrat nützlich," denn er reichert in diesen Fällen die Emulsion an und ergibt dadurch eine energischere Verbrennung.

Die oben angegebenen Einrichtungen für den Katalysator können in verschiedenen Industrien zur Katalyse mit Flüssigkeit emulgierter oder auch nicht emulgierter gasähnlicher Stoffe Anwendung finden, insbesondere zur industriellen Durchführung des Krackens go von Schwerölen, wie beispielsweise Petroleum, oder der Kohlehydrierung. Der Behälterteil 16 oder 17 der Abb. 1 wird dann an eine Saugpumpe angeschlossen, um die Katalyse bei Unterdrück durchzuführen und dadurch die Wirkung zu erhöhen.

Claims

Patentansprüche:

1. Vergaser für Brennkraftmaschinen, bei dem der Brennstoff mit einer Erstluftmenge verschäumt wird, dieses Schauingemisch einen beheizten Katalysator durchläuft und danach dieses Vorgemisch die für die Verbrennung nötige Luft als Zweitluft erhält, dadurch gekennzeichnet, daß die gegebenenfalls ganz oder teilweise durch verbrannte Gase zu ersetzende Er-stluftmenge, die nur einen Bruchteil der Gesamtluftmenge ausmacht, dem Brennstoff in mindestens zwei hintereinandergeschalteten Gruppen enger Durchtrittsöffnungen zugeführt wird, nämlich als Emulsionsluft in einem Spritzrohr und als eigentliche Erstluft oberhalb des Spritzrohres.

2. Vergaser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einführen der eigentlichen Erstluft zw'ei hintereinanderliegende gelochte Verteilerplatten (5, 8) mit Öffnungen (6, 9) angeordnet sind, wobei zweckmäßig die Öffnungen (6) der einen Verteilerplatte (5) gegen die Öffnungen (9) der anderen Verteilerplatte (8)

versetzt sind und der Abstand der beiden Verteilerplatten voneinander regelbar ist.

3. Vergaser nach Anspruch 1 oder 2, dessen Katalysator'rohre aus äußerem Mantel und innerem Katalysator für den Gasdurchgang gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß diese Doppelrohre (14, 15) ganz aus Metall gebildet sind, und zwar der Mantelteil (14) aus korrosionsfestem Metall, z. B. unoxydierbarer Stahl- oder Bronzelegierung, und der innere Teil (15) aus katalytisch wirkendem, dichtem (nicht porösem) Metall mit großer innerer Durchgangsweite für Oberflächenkatalysierung.

4. Vergaser nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rohre (14) innen auskleidenden Katalysatoren (15) auf der Eintrittsseite des Vorgemisches aus einer Kupfer-Xickel-Legierung oder einem gleichartigen schweren Moleküle aufspaltenden Katalvsatorstoff und an der Austrittsseite aus reinem oder verchromtem Kupfer oder einem gleichartigen eine schwache Voroxydierung von Brennstoffmolekülen bewirkenden Katalvsatorstoff bestehen.

5. Vergaser nach einem der Ansprüche ι bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator und gegebenenfalls auch der Mischer in zwei gesonderte Teile (41, 42; 25, 38) unterteilt sind, nämlich einen für Regelbetrieb und einen für verminderte Belastung, und zwar jeder Katalysator mit eigener Spritzdüse (1, 55), und das Mischerrohr (26) für Regelbelastung mit einer Drosselklappe (29), hinter der das Mischerrohr (39) für verminderte Belastung einmündet.

6. \^rergaser nach einem der Ansprüche

ι bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spritzdüse (1) des Emulsionsbereiters einen erweiterten Raum i6o) mit einer darin beweglichen Drosselklappe (61) enthält, die durch ein Anschlußglied (63) beim Schließen der Gasdrossel geschlossen wird.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen