DE212010000074U1

DE212010000074U1 - Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularenZusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs

Info

Publication number: DE212010000074U1
Application number: DE212010000074U
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: SERGEI V TUEV
Current assignee: Anisimov Sergei P Ru
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2012-03-06
Anticipated expiration: 2020-06-30
Also published as: WO2010131997A3; WO2010131997A2

Abstract

Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds mit einem Gehäuse (1) mit einer Ein- und einer Austrittsöffnung (2 und 3), wobei das Gehäuse (1) mit Elektroden zur Einwirkung auf den Brennstoffstrom mittels eines elektrischen Felds in der Behandlungskammer (4) ausgestattet ist und wobei die Elektroden an eine Stromversorgung angeschlossen sind und wobei das Gehäuse (1) als eine der Elektroden ausgebildet und die andere Innenelektrode (5) in der Behandlungskammer (4) koaxial zum Gehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung in Form eines Wechselspannungsgenerators ausgebildet ist, dass die Innenelektrode (5) als Hohlelektrode ausgebildet ist, dass innerhalb der Hohlelektrode eine zusätzliche Elektrode (6) koaxial angeordnet ist, wobei die zusätzliche Elektrode (6) elektrisch mit dem Gehäuse (1) gekoppelt ist, und dass die Länge der Innenelektrode (5) dabei folgendem empirischen Verhältnis entspricht: L = σ × E/2π × f...

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Veränderung der molekularen Zusammensetzung eines Kohlenwasserstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die Erfindung ist zur Herstellung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs in verbesserter Qualität einsetzbar. Sie kann in verschiedenen verfahrenstechnischen Vorgängen sowohl in der petrochemischen Industrie als auch bei der Aufbereitung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs zum Verbrennen in unterschiedlichen Energieanlagen verwendet werden, um den Wirkungsgrad zu steigern und die ökologischen Kenndaten zu verbessern.
Aus der RU 2032107 , KI. F02M 27/04, veröffentlicht am 27.03.1995, ist eine Einrichtung zur elektrischen Behandlung eines flüssigen Brennstoffs und ein Aktivator eines flüssigen Brennstoffs bekannt.
Gemäß dieser Einrichtung wird der flüssige Brennstoff vor dem Dispergieren in einem elektrischen Feld eines Impulsstroms mit einer Frequenz von 250–300 Hz und einer Spannung von 20–25 kV aktiviert und in Strömungen mit entgegen gesetzter Polarität aufgeteilt.
Der Aktivator für den flüssigen Brennstoff weist ein Gehäuse mit einem Ein- und einem Austrittsstutzen, Elektroden, die im Aktivator eingebaut und an eine Hochspannungsstromversorgung angeschlossen sind, und eine halbdurchlässige Membran zum Trennen der geladenen Strömungen auf.
Die Mängel dieser bekannten Einrichtung und des Aktivators sind:

– Die Trennung des zu behandelnden Brennstoffs in zwei mehrpolige Strömungen stellt keine vollständige Behandlung des ganzen Brennstoffstroms sicher, denn nach der Zerlegung in Fraktionen wird nur ein Teil des behandelten Brennstoffs weitergeleitet.
– Die Anwendung des elektrischen Felds des Impulsstroms mit einer Frequenz von 250–300 Hz und einer Spannung von 20–25 kV beeinträchtigt die Betriebssicherheit der verwendeten Ausrüstung.

Der nächstkommende Stand der Technik gegenüber der Einrichtung nach der Erfindung seinem technischen Wesen und dem erreichbaren Ergebnis nach ist ein Verfahren zur Brennstoffbehandlung, wonach der Brennstoffstrom über eine Brennstoffleitungsstrecke durchgelassen wird. In der Brennstoffleitungsstrecke sind Elektroden eingebaut, an die eine Wechselspannung mit einer variablen Frequenz angelegt wird. Eine Schicht aus Nichtleiterwerkstoff ist zwischen den heteropolaren Elektroden in einer Behandlungskammer angeordnet. Dabei werden die Kenndaten der elektromagnetischen Einwirkung auf den Brennstoff in Übereinstimmung mit einem versuchsweise ermittelten Verhältnis und mit bestimmten Zahlenwerten (Patent RU 20385506 , KI. F02M 27/04, veröffentlicht am 27.06.1995 – Prototyp) gewählt.
Diese bekannte Einrichtung hat folgende Mängel:
Der Brennstoff wird infolge des zusätzlichen energetischen Potentials unter Wirkung eines elektromagnetischen Felds mit Energie beansprucht und zerfällt in Kleinfraktionen. Dabei brennt der Brennstoff dank seinen kleineren Fraktionen vollständiger, ohne die Struktur der molekularen Zusammensetzung des Brennstoffs zu verändern und seine Verbrennungstemperatur zu erhöhen.
Der nächstkommende Stand der Technik gegenüber der erfindungsgemäßen Einrichtung ihrem technischen Wesen nach ist eine Einrichtung zur Brennstoffbehandlung in einem Gehäuse. Das Gehäuse ist in Form einer Kammer mit Ein- und Austrittsöffnungen ausgebildet. Das Gehäuse ist wenigstens mit zwei heteropolaren Elektroden versehen, um den Brennstoffstrom mit einem elektrischen Gleichfeld in der Behandlungskammer zu beanspruchen. Die Elektroden sind an die Stromversorgung angeschlossen. Dabei dient das Gehäuse als eine der Elektroden. Die andere innere Elektrode ist in der Behandlungskammer koaxial zu dem Gehäuse angeordnet (Patent RU 2156879 , KI. F02M 27/04, veröffentlicht am 27.09.2000 – Prototyp).
Diese bekannte Einrichtung hat folgende Mängel:

– die Anwendung einer komplizierten und kostspieligen Einrichtung zur Herstellung von Nichtleiterwerkstoff mit einer Stärke von 4 × 10^–6 bis 0,5 × 10^–3;
– eine begrenzte Anwendbarkeit infolge der zu niedrigen Schmelztemperatur des Nichtleiterwerkstoffs;
– eine ungenügende mechanische Widerstandsfähigkeit gegen mechanische Beimischungen und Schleifmittel, welche im Brennstoff vorhanden sind;
– die Einwirkung des elektrischen Gleichfelds auf den Brennstoffstrom und die Anordnung des Nichtleiterwerkstoffs zwischen den heteropolaren Elektroden stellt keine Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung von Brennstoff und keine Erhöhung seiner Verbrennungstemperatur sicher.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds zu entwickeln, um eine Verbesserung der chemischen Struktur des Brennstoffs und eine Steigerung seiner Brennstoffwärme sicherzustellen.
Die gestellte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Die Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs wird unter Einwirkung eines elektrischen Felds gelöst. Dabei wird der Brennstoff zwischen den Elektroden angeordnet. An die Elektroden wird ein elektrisches Potential angelegt, wobei die Kenndaten des elektrischen Wechselfelds und der Brennstoffmasse im Behandlungsbereich gemäß der Erfindung in Übereinstimmung mit folgender empirischen Gleichung eingestellt werden: f/E = σ/M, wobei
f – die Schwingungsfrequenz des elektrischen Felds,
E – die Amplitude der elektrischen Feldstärke,
σ – die spezifische Leitfähigkeit des Brennstoffs und
M – das Molekulargewicht der spaltbaren Kohlenwasserstoffe im zu behandelnden Brennstoff sind.
Demgemäß wird zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds werden folgende Lösungen bevorzugt:

– Die Brennstoffmasse im Behandlungsbereich wird nach folgendem Verhältnis eingestellt m = (V_K – V_E) × ρ, wobei m – die Brennstoffmasse im Behandlungsbereich, V_K – das Volumen des Behandlungsbereichs, V_E – das Gesamtvolumen der Elektroden, welche im Behandlungsbereich eingebaut sind und ρ – die Brennstoffdichte sind, wobei der Brennstoff in einem in Bezug auf die Elektroden unbeweglichen Zustand behandelt wird oder der Brennstoff während seiner Bewegung über den Behandlungsbereich behandelt wird.

Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch die entwickelte Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds gelöst. Die Einrichtung enthält ein Gehäuse mit einer Ein- und einer Austrittsöffnung. Das Gehäuse ist mit Elektroden ausgestattet, um auf den Brennstoffstrom mittels eines elektrischen Felds in einer Behandlungskammer einzuwirken. Die Elektroden sind an die Stromversorgung angeschlossen. Dabei dient das Gehäuse als eine der Elektroden. Die andere Innenelektrode ist in der Behandlungskammer koaxial zu dem Gehäuse angeordnet. Gemäß der Erfindung ist die Stromversorgung in Form eines Wechselspannungsgenerators ausgebildet. Dabei ist die Innenelektrode als Hohlelektrode ausgebildet. Innerhalb der Hohlelektrode ist koaxial dazu eine zusätzliche Elektrode angeordnet. Die zusätzliche Elektrode ist elektrisch mit dem Gehäuse gekoppelt. Dabei entspricht die Länge der Innenelektrode folgendem empirischen Verhältnis: L = σ × E/2π × f × M wobei
L – die Länge der mittleren Elektrode und
M – das Molekulargewicht der spaltbaren Kohlenwasserstoffe im zu behandelnden Brennstoff sind.
In einer solchen Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds werden folgende Lösungen bevorzugt:

– Die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung und die Querschnittsfläche der Behandlungskammer stehen im folgenden Verhältnis: S_Ein ≤ S_K, wobei S_Ein die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung und S_K die Querschnittsfläche der Behandlungskammer sind.
– An den Anordnungsstellen der Ein- und der Austrittsöffnung sind im Gehäuse jeweils ein Ein- und ein Austrittsstutzen eingebaut.
– Zwischen dem Gehäuse und der Innenelektrode sind Isoliereinsätze eingebaut.

Die Einrichtung dafür ermöglicht es, die Strukturänderung der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Wechselfelds zu erreichen, um eine Verbesserung der chemischen Struktur des Brennstoffs und eine Steigerung der Brennstoffwärme sicherzustellen.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
1 den Längsschnitt einer Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds.
Die Erfindung wird in der Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds ausgeführt. Die Einrichtung enthält ein Gehäuse 1 mit einer Eintrittsöffnung 2 und einer Austrittsöffnung 3. Das Gehäuse 1 ist mit Elektroden versehen, um mittels eines elektrischen Felds auf den Brennstoffstrom in der Behandlungskammer 4 einzuwirken. Die Elektroden sind an die Stromversorgung (nicht abgebildet) angeschlossen. Dabei dient das Gehäuse 1 als eine der Elektroden. Die andere Innenelektrode 5 ist in der Behandlungskammer 4 eingebaut und koaxial zu dem Gehäuse 1 angeordnet. Dabei ist die Stromversorgung in Form eines Wechselspannungsgenerators ausgebildet. Dabei ist die Innenelektrode 5 als Hohlelektrode ausgebildet. In die Hohlelektrode ist eine zusätzliche Elektrode 6 eingesetzt. Die zusätzliche Elektrode 6 ist elektrisch mit dem Gehäuse 1 gekoppelt. Dabei stimmt die Länge der Innenelektrode 5 mit folgendem erfahrungsmäßigem Verhältnis überein: L = σ × E/2π × f × M.
In einer solchen Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds werden folgende Lösungen bevorzugt:

– Die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung 2 und die Querschnittsfläche der Behandlungskammer 4 stehen im folgenden Verhältnis: S_Ein ≤ S_K.
– An den Anordnungsstellen der Eintrittsöffnung 2 und der Austrittsöffnung 3 sind im Gehäuse 1 jeweils ein Eintrittsstutzen 7 und ein Austrittsstutzen 8 eingebaut.
– Zwischen dem Gehäuse 1 und der Innenelektrode 5 sind Isoliereinsätze 9 eingebaut.

Die Erfindung wird in der Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds in folgender Weise ausgeführt:
Der Brennstoff wird über die Eintrittsöffnung 2 des Eintrittsstutzens 7 in die Behandlungskammer 4 gefördert und in zwei Strömungen aufgeteilt: Die erste Strömung fließt zwischen dem Gehäuse 1 und der Innenelektrode 5. Die zweite Strömung fließt zwischen der Innenelektrode 5 und der zusätzlichen Elektrode 6. Unter Einwirkung eines an die Innenelektrode 5 angelegten elektrischen Wechselfelds kommt eine Strukturänderung der molekularen Zusammensetzung des zu behandelnden Brennstoffs zustande. Dabei werden die Moleküle der schweren Kohlenwasserstoffe, deren Kohlenstoffgerüst 18 und mehr Kohlenstoffatome enthält, in leichtere Moleküle mit 5 bis 10 Kohlenstoffatomen im Kohlenstoffgerüst gespalten.
Die gebildeten leichten Moleküle stellen meistens Alkane dar. Sie weisen einen höheren Wärmeeffekt als schwere Moleküle auf und oxidieren bei der Verbrennung, so dass CO₂ und H₂O entstehen. Der umstrukturierte Brennstoff fließt aus der Behandlungskammer 4 über die Austrittsöffnung 3 des Austrittsstutzens 8 hinaus. Die vorhandenen Isoliereinsätze 9 sorgen für die Zufuhr des elektrischen Wechselpotentials an die Innenelektrode 5, für die Zentrierung der Innenelektrode 5 gemäß der Längsachse der Behandlungskammer 4 und für die Einstellung des erforderlichen Abstands zwischen dem Gehäuse 1 und der Innenelektrode 5. Darüber hinaus ermöglicht die Anwendung der zusätzlichen Elektrode 6, die elektrische Feldstärke zu vermindern und die Stromversorgungsleistung abzubauen.
Die technischen Ergebnisse der Erfindung werden durch die Daten der chemischen Forschungen, der Massenspektrometrie und die Arbeitsdiagramme von Motoren nachgewiesen. Während der Forschungen wurden der niedrigere Anteil an schweren aromatischen Kohlenwasserstoffen im behandelten Brennstoff und der vergrößerte Gehalt an leichten Alkanen ermittelt. So nahm im Einzelnen die Dekan-Konzentration (C₁₀H₂₂) im behandelten Brennstoff um das 3,5-fache, die Xylolkonzentration (C₈H₁₀) um das 8-fache zu, und die Konzentration von schweren aromatischen (C₁₈H₂₀ und C₁₈H₂₂) wurde bis auf Null abgebaut. Als Ergebnis nahm die Brennstoffwärme mindestens um 10% zu. Die Arbeitsdiagramme von den mit dem behandelten Brennstoff betriebenen Motoren zeigen eine verminderte Verbrennungszeit des Brennstoffgemischs in den Motorzylindern und eine Erhöhung der Brennstoffwärme an. Während der wärmetechnischen Messungen an Kesselaggregaten wurden eine Steigerung der Brennstoffwärme, ein erhöhter Wirkungsgrad der Kesselaggregate und eine verminderte Giftigkeit der Abgase festgestellt.
Die Anwendung der Erfindung bei verschiedenen verfahrenstechnischen Abläufen wie z. B. in der petrochemischen Industrie sowie bei der Aufbereitung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs zur Verbrennung in unterschiedlichen Energieanlagen zwecks Wirkungsgradsteigerung und der Verbesserung der Umweltfreundlichkeit stellt ihre gewerbliche Anwendbarkeit sicher.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

RU 2032107 [0003]
RU 20385506 [0007]
RU 2156879 [0009]

Claims

Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds mit einem Gehäuse (1) mit einer Ein- und einer Austrittsöffnung (2 und 3), wobei das Gehäuse (1) mit Elektroden zur Einwirkung auf den Brennstoffstrom mittels eines elektrischen Felds in der Behandlungskammer (4) ausgestattet ist und wobei die Elektroden an eine Stromversorgung angeschlossen sind und wobei das Gehäuse (1) als eine der Elektroden ausgebildet und die andere Innenelektrode (5) in der Behandlungskammer (4) koaxial zum Gehäuse (1) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgung in Form eines Wechselspannungsgenerators ausgebildet ist, dass die Innenelektrode (5) als Hohlelektrode ausgebildet ist, dass innerhalb der Hohlelektrode eine zusätzliche Elektrode (6) koaxial angeordnet ist, wobei die zusätzliche Elektrode (6) elektrisch mit dem Gehäuse (1) gekoppelt ist, und dass die Länge der Innenelektrode (5) dabei folgendem empirischen Verhältnis entspricht: L = σ × E/2π × f × M wobei L – die Länge der mittleren Elektrode (6) und M – das Molekulargewicht der spaltbaren Kohlenwasserstoffe im zu behandelnden Brennstoff sind.
Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung (2) und die Querschnittsfläche der Behandlungskammer (4) im folgenden Verhältnis stehen: S_Ein ≤ S_K, wobei S_Ein die Querschnittsfläche der Eintrittsöffnung (2) und S_K die Querschnittsfläche der Behandlungskammer (4) sind.
Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an den Anordnungsstellen der Ein- und der Austrittsöffnung (2 und 3) im Gehäuse (1) jeweils ein Ein- und ein Austrittsstutzen (7 und 8) eingebaut sind.
Einrichtung zur Veränderung der Struktur der molekularen Zusammensetzung eines flüssigen Kohlenwasserstofftreibstoffs unter Einwirkung eines elektrischen Felds nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (1) und der Innenelektrode (5) Isoliereinsätze (9) eingebaut sind.