NO784276L - Katalysatortilfoerselssystem for forbrenningskammere - Google Patents

Description

Katalysatortilførselssystem for

forbrenningskammere

Vann er blitt brukt til å forbedre forbrenningen av fos-sile brennstoffer i såvel bilmoterer som oljefyrte ovner. Når

det gjelder bilmotorer, har man fuktet luften før denne er blitt blandet med bensinen. Hva oljefyrte ovner angår, har man anvendt vanndamp for å finfordele oljen. Mange metoder er blitt benyttet for å blande vann med materialene som inngår i forbrenningsprosessen. Disse metoder innbefatter innsprøytning av vann i et luftkammer, slik det er beskrevet i US patentskrift nr. 3'. 107.657, ledning av vann gjennom bensin som beskrevet i US patentskrift nr. 3.724.429, blåsing av en strøm av fine luftbobler gjennom vann som beskrevet i US patentskrift nr. 3.7 67.172, og innsprøytning av en fin vanndusj i en gassflamme som beskrevet i US patentskrift nr. 3.809.523. En nyere metode, som beskrives

i US patentskrift nr. 3.862.819 innebærer at man fraskiller en liten andel av luften som tilføres et forbrenningskammer, og bringer luften til å boble gjennom vann som er deket med et oljeskikt.

Ved bruk av metodene beskrevet i de fire første av de ovennevnte patentskrifter oppstår det problem at metodene krever kontinuerlig efterfylling av vann. Ennskjønt forbruket av vann er redusert i systemet ifølge US patentskrift nr. 3.862.814, er det ønskelig å øke effektiviteten av forbrenningen i større grad enn dette system makter. Dessuten vil systemene ifølge de fire førstnevnte patentskrifter, hvor det benyttes større mengder vann, forårsake ulemper såsom kortere brukstid for en bilmotor, hvilket også bemerkes i US patentskrift nr. 3.862.819.

I henhold til oppfinnelsen oppløses én eller flere katalysatorer i væsker gjennom hvilke det bobles en gass, som derefter ledes inn i et kammer i hvilket en kjemisk reaksjon, såsom forbrenning av et fossilt brennstoff, finner sted. En fore- trukken utførelsesform av et apparat for tilførsel av meget små mengder katalysatorholdig vann til en ovns oljebrenner omfatter en flaske som inneholder vann i hvilket det er oppløst en plati-nakloridkatalysator. Et oljeskikt på petroleumbasis flyter ovenpå vannet. En annen katalysator, mangan-nafthenat, som er uoppløselig i'vann, er oppløst i oljen. 01jebrenneren har et inntak for trykkluft, til hvilket det er koblet en sugeledning fra et luftrom i flasken over oljeskiktet.. En inntaksledning bringer luft av atmosfæretrykk til flasken. Den ene ende av denne inntaksledning er neddykket under vannets overflate, slik at luft kan boble gjennom vannet og oljen som følge av et undertrykk i sugeledningen. En flottør er festet til sugeledningen, slik at sugeledningens munning holdes i en på forhånd bestemt dybde for derved å etablere et på forhånd bestemt mottrykk, hvorved boblingen reguleres av differansen mellom sugetrykket og at-mosfæretrykket, uavhengig av vanndybden. Oppløsningen av platina- og mangankatalysatorene tilveiebringer en fin dispersjon av katalysatorene på molekylnivå, hvilket muliggjør absorpsjon av meget små mengder findispergert katalysator i luftboblene. Derved oppnåes en intim blanding av katalysatorene med materialene som inngår i forbrenningsprosessen. Flasken kan, med den fly-tende inntaksledning og den utgående sugeledning, også benyttes for andre katalysatorer, og det kan benyttes andre væsker enn vann, såsom f.eks. alkohol. Videre kan barium anvendes i til-legg til førnevnte platina og mangan som forbrenningskatalyser-ende metall. Ennskjønt også andre halogenforbindelser av platina, såsom platinatetrabromid, kan benyttes, anvendes der ved den foretrukne utførelsesform dihydrogenplatinahexaklorid som spaltes ved 60°C. Det antas at spaltningen gjør molekylært platina tilgjengelig i det brennende brennstoff, hvorved forbrenningen lettes. Platinametallet inngår således forbindelse med klor, forbindelsen oppløses i vann, medbringes av luften og frigjør metall på forbrenningsstedet ved en temperatur lavere enn for-brenningstemperaturen.

Det henvises nu til tegningene, hvor:

Fig. 1 skjematisk viser et katalysatortilførselssystem i henhold til oppfinnelsen; Fig. 2 viser en alternativ utførelsesform av toppseksjonen av en flaske ifølge fig. 1; og Fig. 3 og 4 er henholdsvis et sideriss og et planriss

av en alternativ utførelse av flottøren ifølge fig. 1.

På fig. 1 vises et katalysatortilførselssystem 10, som omfatter en flaske 12, en rørledning 14 med en flottør 16 anordnet nær den nedre ende av rørledningen, en rørledning 18 med en avstengningsventil 20, en ovn 22 med en oljebrenner 24 og en sentrifugalvifte 26 som blåser luft inn i brenneren 24. Rørled-ningen 18 har en ende 28 som er ført gjennom en åpning i viftens 26 hus 29, således at den peker i luftens strømningsretning, hvorved det oppstår et undertrykk i rørledningen 18. Ventilbla-dene 30 roterer i pilens 32 retning, hvorved luft suges inn ved inntak 32 og blåses ut gjennom uttak 34. Rørledningen 18 tjener som utløp fra flasken 12 og er festet til en åpning 36 i denne. Rørledningen 14 er glidbart festet til flasken 12 ved hjelp av et rørsegment 38, som er fast forbundet med en åpning 40 i flasken. Den øvre ende av rørledningen 14 er åpen mot atmosfæren.

Flasken 12 er delvis fyllt med vann 42, som på overflaten har et oljeskikt 44. Sugekraften i rørledningen 18 reduse-rer lufttrykket i rommet 4 6 over oljen 4 4 og vannet 42, hvorved vannivået senkes i rørledning 14. Flottøren 16 holder den nedre ende av rørledning 14 i en på forhånd bestemt avstand under vannets overflate. Flottørens 16 stilling på rørledning 14 justeres slik at mottrykket fra vannsøylen i rørledning 14 blir mindre enn sugetrykket i rørledning 18, hvorved atmosfærisk luft trekkes inn gjennom rørledning 14 og bobler opp forbi flottøren 16 og inn i rommet 46. Luftboblene absorberer ørsmå mengder vanndamp og olje og likeledes materialer som er oppløst deri. Spesielt er det i vannet 42 og oljen 44 oppløst oppløselige for-bindelser av metaller, såsom platina og mangan, som tjener som katalysatoren i forbrenningsreaksjoner.

Oppløsningen av katalysatorer i væskene som inneholdes i flasken 12, tilveiebringer en fin fordeling av katalysatorene, slik at molekyler av katalysatorene kan rives med av de oppsti-gende luftbobler og, via rørledning 18, bringes til forbrenningsstedet i ovnen 22. De oppløste materialer i væskene i flasken 12 kan absorberes av luften på samme måte som vanndamp absorberes for å fukte luft, eller materialene kan suspenderes i luften som aerosoler eller små vanndråper i en tåke. Absorpsjon på molekylarnivå foretrekkes, fordi slik absorpsjon muliggjør ut-måling av ørsmå mengder av katalysatorene i nøyaktig de mengder som ønskes, uten unødig forbruk av katalysator. I motsetning hertil medfører suspensjon av aerosoler av katalysatoren et større spill, fordi det forbrukes langt mer katalysator enn nødvendig. Dessuten forbrukes meget av vannet ved suspensjon av aerosoler, slik at flasken 12 må efterfylles med meget kortere mellomrom.

Væskens viskositet er en viktig faktor med hensyn til

å begrense dannelsen av aerosoler fra bobler som brister i gren-seskiktet mellom væsken og luft. Mens således.en væske med lav viskositet, såsom vann, muliggjør kraftig bobling og derigjen-nom spruting og dannelse av aerosoler, gir en viskøs væske, såsom en tung olje, kun en gradvis bevegelse av bobler uten spruting og aerosoldannelse. Oljeskiktet 44 har tilstrekkelig viskositet til at man unngår spruting av oljen 44 eller av vannet 42, hvorved oljen og vannet, samt katalysatorene som er oppløst deri, holdes på plass.

Flasken 12 er fremstillet av et stivt materiale som er ugjennomtrengelig for væskene som inneholdes i den. I den foretrukne utførelsesform, hvor det benyttes olje og vann, kan flasken være tilvirket av glass, eller, fortrinnsvis, av en uknuse-lig plast, såsom en polycarbonatharpiks som markedesføres under navnet "Lexan". Flottøren 16 er en rett, sirkulær sylinder av polyurethanskum og har en åpning for innføring av rørledning 14. Når flasken 12 monteres, blir flottøren 16 først anbragt på rør-ledningen 14, hvorefter rørledningen føres gjennom flaskens åpne bunn og presses gjennom rørsegment 38. Et deksel 48 festes så adhesivt i en innfatning 50 langs flaskens 12 bunnkant. Gjennom en flens 54 på flasken føres det bolter 52 for å feste flasken til et underlag, såsom gulvet i et fyrrom. Den nedre ende av rørledning 14 skjæres i en vinkel på ca. 45° for å opprettholde bobling også når den nedre ende av røret er nær eller i kontakt med dekslet 48. Dekslet, rørledningene 14 og 18 og rørsegmentet 38 er alle fremstillet av det samme materiale som flasken 12.

I et praktisk eksempel har rørsegmentet 38 en lengde av 25,4 mm og en innvendig diameter av 19,05 mm. Rørledningen 14 har en indre diameter av 15,875 mm. Den utvendige overflate av rørledning 14 slipes til en utvendig diameter av 19,00 mm, hvorved det fåes 0,025 mm klaring rundt rørledning 14. Derved oppnåes en såpass fin tilpasning av rørledning 14 til rørsegment 38 at bare en ubetydelig mengde luft passerer mellom rørledningen 14 og rørsegmentet 38, samtidig som rørledningen er glidbart for-skyvbar i rørsegmentet. Flasken 12 har en paraboloid form av høyde 228,6 mm og grunnflatediameter 406,4 mm. Ved frem-stillingen av flasken 12 ble det benyttet en 3,175 mm tykk plate av "Lexan". Diameteren av rørledning 18 kan være lik diameteren av rørledning 14 eller litt mindre, f.eks. kan den ytre diameter være 12,7 mm.

Fig. 2 viser en alternativ utførelse av toppseksjonen

av flasken 12 ifølge fig. 1, som her er betegnet 12A, og likeledes en alternativ form av flottøren, som her er betegnet 16A. En plate 56 av materialet som ble benyttet for fremstilling av flasken 12A, er festet adhesivt til den indre overflate av flaskens øvre parti. En ventil 58, som kan være av samme type som avstengningsventil 20 på fig. 1, er festet til platen 56 ved at en del av rørledning 60 er forsynt med 12,7 mm rørgjenger. I stedet for å slipe den ytre overflate av rørledning 14, har man bibe-holdt rørledning 14 med diameter 19,05 mm, mens platen 56 er forsynt med en åpning som er brotsjet til 19,10 mm. Den oppnådde klaring er dermed den samme som for flasken 12 på fig. 1. Den nedre kant av flottøren 16A er avrundet for å sikre en uhindret strømning av bobler rundt den.

Fig. 3 og 4 viser en alternativ utførelse av flottøren 16 ifølge fig. 1,'som her er betegnet 16B. Undersiden av flottø-ren 16B er mykt avrundet oppover mot overflaten for å fremme en jevn og uhindret strømning av bobler. Et sett av radiale spor 62 er anordnet rundt flottørens 16B periferi for å forsinke spred-ningen av bobler gjennom oljen 4 4 og derved forhindre spruting. Således samvirker både oljens 44 høye viskositet og flottørens 16B fysiske form til å forhindre spruting og dannelse av aerosoler av vann og olje.

Idet det påny vises til fig. 1, avhenger bevegelseshastigheten av en boble gjennom olieskiktet 44 av olieskiktets tvk- keise, og den kan justeres ved tilsetning eller fjerning av olje. Bevegelseshastigheten i vann kan økes ved at man øker flottørens diameter, hvorved den strekning boblene må tilbakelegge, blir lenger. På denne måte kan de relative mengder av olje, vann og oppløste katalysatorer reguleres. Olje av den type som benyttes i totakts bensinmotorer har vist seg å være effektiv for bruk i oljeskiktet 44. Katalysatorer såsom platina og mangan er blitt benyttet. Klorid og nafthanat er blitt brukt for å danne oppløs-ninger i henholdsvis vann og olje. Således oppløses dihydrogenplatinahexaklorid i vann, mens mangan-nafthanat oppløses i oljen. Hastigheten av absorpsjonen av katalysatorene i luften som trekkes ut gjennom rørledning 18, er proporsjonal med boblehastigheten som reguleres ved hjelp av høyden av vannsøylen i rørledning 14. Høyden av vannsøylen innstilles på forhånd ved ventilering av rørledning 14 til atmosfæren og ved innstilling av flottøren 16 i forhold til rørledningens munning. Når rørledning 14 in-stalleres før start, anbringes flottøren 16 høyt oppe på rørled-ningen, og olje og vann påfylles derefter gjennom rørledningens øvre åpning. Efter at oljen og vannet har nådd sine likevekts-stillinger, og efter at sugningen ved hjelp av vifte 26 er påbe-gynt via rørledning 18, bringes flottøren 16 på plass ved å trek-ke rørledning 14 opp gjennom åpningen i toppen av flasken 12.

Når f.eks. oljebrennereri 24 brenner olje i en mengde av ca. 56,8 liter/time, fylles flasken 12 med vann 4 2 til en høyde av 152,4 mm, mens det påfylles olje til oljeskiktet 44 har nådd ,en tykkelse på 6,35 mm. Konsentrasjonen.av katalysatoren er ik-ke kritisk, fordi boblehastigheten kan justeres således at det oppnåes en ønsket flammetemperatur i brenneren 24. Hva katalysatoren H2PtClg'6H20 angår, er en konsentrasjon av 1 gram katalysator oppløst i 121,1 liter vann blitt benyttet. Videre har man benyttet en boblehastighet av 2 - 4 bobler pr. sekund.

Claims (10)

1..System for tilførsel av. en:metallhoIdig katalysator til et forbrenningssystem forsynt med et luftinntak, karakterisert ved at det omfatter innretninger for fordeling av katalysatoren i et bærermateriale og innretninger for å føre en del av luften via nevnte bærermateriale for absorbering av katalysatoren i luften.

2. System ifølge krav 1, karakterisert ved at bærermaterialet er en væske.

3. System ifølge krav 2, karakterisert ved at katalysatoren foreligger i form av en forbindelse som er oppløse-lig i væsken.

4. System ifølge krav 3, karakterisert ved at forbindelsen inneholder platina.

5. System ifølge krav 4, karakterisert ved at forbindelsen spaltes ved oppvarmning.

6. System ifølge krav 3, karakterisert ved at forbindelsen inneholder mangan.

7. System ifølge krav 3, karakterisert ved at luften bringes til å boble gjennom væsken, og at systemet videre omfatter innretninger for regulering av strømmen av bobler.

8. System ifølge krav 7, karakterisert ved at 'reguleringsinnretningene omfatter en flottør som er formet slik at den forsinker strømningen av boblene.

9. System ifølge krav 8, karakterisert ved at forbindelsen er et platinaklorid.

10. Fremgangsmåte for tilføring av en metallholdig katalysator til et forbrenningssystem forsynt med et inntak for luft, karakterisert ved at katalysatoren fordeles i en væske, og at en del av luften ledes via væsken for å absorbere katalysatoren.