Einfluss der thermischen Stabilität von flüssigen Brenn- und Kraftstoffen auf den Aufbau und Abbau von Rückständen in Vliesverdampfern
Winfried Koch
Die Verdampfung von flüssigen Brenn- und Kraftstoffen in porösen metallischen Vliesverdampfern ermöglicht eine alternative Verbrennungstechnologie. Diese Technologie ist für motorunabhängige Stand- und Zuheizgeräte in Fahrzeugen Stand der Technik und kann auch zur Gebäudebeheizung genutzt werden. Bei diesen Verdampfungskonzepten tritt eine vergleichsweise hohe thermische Belastung der flüssigen Phase bei der Verdampfung aufgrund der hohen Temperaturen der mit dem Brenn- oder Kraftstoff benetzten Bauteile auf. Dies kann dazu führen, dass es bei der Verdampfung von langzeitgelagerten flüssigen Brenn- und Kraftstoffen zur Bildung und Akkumulation von Rückständen durch Polymerisation oder pyrolytische Zersetzung unverdampfter Bestandteile des flüssigen Brenn- oder Kraftstoffs kommt. Die Bildung von Rückständen kann zu Betriebsstörungen führen.
Mit Hilfe des in der vorliegenden Arbeit entwickelten idealisierten Grundlagenprüfstands zur Vliesverdampfung erfolgte eine Beurteilung, bei welcher Oberflächentemperatur der Vliesverdampfer und über welche Laufzeit des Systems eine rückstandsfreie Verdampfung von flüssigen Brenn- und Kraftstoffen möglich ist. Es wurde weiterhin untersucht, bei welcher Temperatur eine Regeneration durch Verbrennung von gebildeten Rückständen nach der Verdampfung möglich ist. Die festen Rückstände nach der Verdampfung, von allen untersuchten flüssigen Brenn- und Kraftstoffen, verbrennen erst ab Temperaturen der Vliesoberfläche von 500 °C bis 540 °C vollständig.
Die Messergebnisse zeigen, dass die annähernd rückstandsfreie Verdampfung bei Oberflächentemperaturen von mehr als 300 °C in Vliesverdampfern bei ungealterten Brennstoffen gut zu handhaben ist, wobei auch hier Unterschiede bei der Menge an gebildeten Rückständen zu beobachten sind. Maßgeblichere Unterschiede bei der Menge an gebildeten Rückständen und der benötigten Zeit zur Regeneration bei Temperaturen der Vliesoberfläche von 300 °C und 310 °C wurden hingegen bei gealterten Brennstoffen gemessen.
Die Erkenntnisse der idealisierten Grundlagenuntersuchungen zum Auf- und Abbau von Rückständen bei der Verdampfung flüssiger Brenn- oder Kraftstoffe bei Isothermie, müssen in nachfolgenden Arbeiten in verbrennungstechnischen Untersuchungen mittels anwendungsspezifischer Testzyklen überprüft werden, wobei die Flamme als Wärmequelle dient.
