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Verfahren zur Erzeugung von Generatorgas und Einrichtung hiefür.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Generatorgas und eine Einrichtung hiefür.
Die Gaserzeugung erfolgt in einer Verbrennungskammer von beträchtlichem Fassungsraum und die Gasabführung und die Luftzuführung durch nahe dem Kammerboden in die Kammer hineinreichende Rohre. Erfindungsgemäss ist bei dieser Kammer eine Wasserdüse vorhanden, mittels welcher ein Wasserstrahl durch das Einlassrohr der Glutzone von hoher Temperatur direkt zugeführt werden kann. Bei dem erfindungsgemässen Verfahren wird zur Glutzone Wasser in solchem Ausmass zugeführt, dass der Boden der Kammer andauernd nass oder überflutet gehalten ist und infolge der Kühlung durch die in der Kammer gebildete grosse Wasserdampfmenge eine Weissglutzone von eng begrenztem Volumen an der Lufteintrittstelle entsteht. Die Erzeugung des Generatorgases wird vorzugsweise durch das Ausmass der Wasserzufuhr und durch die Eintrittstiefe des Auslassrohres in die Kammer reguliert.
Die Erfindung ist sowohl bei festen Brennstoffen, wie Kohle oder Holzkohle, als auch bei flüssigen Brennstoffen anwendbar. In ersterem Falle muss die Höhe des Einlassrohres über dem Kammerboden eine für die Möglichkeit der Anhäufung einer gewissen Aschenmenge ausreichende sein. Flüssige Brennstoffe können unter Zuhilfenahme von festem Brennstoff oder von feuerfesten Körpern verwendet werden, wobei der flüssige Brennstoff in verschiedener Weise eingeführt werden kann, beispielsweise durch den Lufteinlass, Anbringung von Tropfvorrichtungen usw.
Der Gaserzeuger kann direkt mit einer Verbrennungskraftmaschine gekuppelt werden, wobei nur eine einfache Vorrichtung zur Entfernung von festen Kohleteilchen dazwischen geschaltet zu werden braucht. Sobald die geeigneten Arbeitsbedingungen erreicht sind, wird die Regulierung der Anlage nur durch Änderung der Wasserzufuhr und der Eintrittstiefe des Auslassrohres innerhalb der Kammer herbeigeführt. Das Auslassrohr wird vorzugsweise gegenüber und ein wenig höher als das Einlassrohr angeordnet, u. zw. vorteilhaft verschiebbar, um durch die wechselnde Eintritts-oder Eindringungstiefe die Beeinflussung der Reaktion zu ermöglichen.
Das Generatorgas wird normalerweise mit einem Gehalt an Wasserdampf abgegeben, welcher erheblich höher ist als der normalen Praxis entspricht, jedoch bei einer Temperatur, welche gewöhnlich niedriger als 1000 C ist. Wird dieses Gas getrocknet, so erweist es sich durch die Analyse als ein Generatorgas guter Qualität. Man kann es jedoch auch leicht direkt ohne Trocknungsvorgang verwenden.
In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform veranschaulicht. Fig. 1 zeigt einen Vertikalschnitt, Fig. 2 einen Horizontalschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Vorrichtung für die Anwendung von Holzkohle.
Der Gaserzeuger besteht aus einer zylindrischen, vorzugsweise metallenen Kammer 1 mit einem Deckel 2 für das Einbringen von Brennstoff. Das Lufteinlassrohr 3 ragt verschiebbar in die Kammer hinein. Mittels der Düse 4 kann ein feinverteilter Wasserstrahl durch das Einlassrohr der Glutzone direkt zugeführt werden.
Es ist wesentlich, dass das Wasser der Weissglutzone in erheblicher Menge zugeführt wird, so dass der nicht verdampfende Überschuss auf den Boden gelangt und diesen nass erhält. Die Erfindung unterscheidet sich hierin von früheren Vorschlägen, nach welchen Wasserdampf durch das Lufteinlassrohr eingeblasen wurde ; hiemit konnte der erfindungsgemässe Erfolg nicht erzielt werden. Der Boden der
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Das Auslassrohr 5 ist verschiebbar in der gegenüberliegenden Kammerwand in der gleichen Richtung mit dem Rohr 3 angeordnet. Es kann beispielsweise soweit vorgeschoben werden, wie mit strichlierten Linien angedeutet ist und ist ein wenig höher als das Einlassrohr angeordnet, so dass es vom Wasser nicht überflutet werden kann.
Das Einlassrohr 3 wird so niedrig, als dies mit Rücksicht auf Anhäufung von Asche praktisch erscheint, angeordnet, so dass ein Abfliessen von am Boden der Kammer sich ansammelnden überschüssigem Wasser eintreten kann.
Beim Betriebe der erfindungsgemässen Anlage wird zunächst ein Feuer entzündet, beispielsweise durch Einführung einer Fackel durch das Rohr 3. Sobald die Verbrennung in genügender Weise vor sich geht, wird, zunächst in kleinen Mengen, Wasser durch die Düse 4 eingespritzt. Die erforderliche Gasbewegung wird durch Anwendung von Druck bei Rohr 3 oder vorzugsweise durch Saugwirkung bei Rohr 5 erzielt, letzteres beispielsweise durch die Kolben einer Verbrennungskraftmaschine. Die Maschine kann hiebei zunächst durch Erdöl angetrieben werden, bis stabile Reaktionsbedingungen im Gaserzeuger erreicht werden, wonach der Erdölvergaser abgestellt und die Maschine nur mittels der Produkte des erfindungsgemässen Verfahrens betrieben wird.
Eine Untersuchung der Temperaturverhältnisse der Behälterwände während des Anwärmens und während des Betriebes ergibt, dass nach Erreichung von stabilen Betriebsbedingungen die Glutzone auf einen Innenraum beschränkt ist, welcher ungefähr detn durch 6 angedeuteten Ausmass entspricht, wobei der heisseste Teil der Glutzone, woselbst Verbrennung des Brennstoffes hauptsächlich stattfindet, durch 7 angedeutet ist, während 8 einen Ort anzeigt, woselbst Verbrennung nicht stattfindet.
Die Wasserteilchen, welche die Weissglutzone 7 durchdringen, werden in Dampf umgewandelt, welcher nach aufwärts und auswärts dringt, wobei sich Ströme heissen Dampfes radial fortpflanzen.
Bei stabilen Betriebsbedingungen entsprechen die Zonen gleicher Temperatur im allgemeinen den durch 9, 10, 11 und 12 ersichtlich gemachten Isothermen. Zwischen dem Rand der Glutzone 6 und der rechts befindlichen Wand der Kammer von Fig. 1 ist eine grössere Menge oder ein Strom von verhältnismässig kaltem Wasserdampf vorhanden, so dass selbst im untersten Teil der Kammer die Temperatur der Wand eine Höhe, welcher das Metall widerstehen kann, nicht überschreitet ; es ist daher nicht erforderlich, feuerfeste Ziegel oder eine besondere Ausfütterung zu verwenden.
Die Temperatur des mittleren Teiles der Decke unterhalb des Deckels 2 ist höher als an andern Stellen der Decke ; die Temperatur der linken Wand in Fig. 1 ist am höchsten an einer Stelle, die sich etwa in einem Drittel bis einem Viertel der Wandhöhe, von oben gerechnet, befindet, während die Temperatur unmittelbar über dem Auslassrohr 5 verhältnismässig gering ist.
Unter der Saugwirkung einer Verbrennungskraftmaschine wird die Luft dem Einlassrohr 3 unter atmosphärischem Druck zugeführt, indem einfach das Rohrende offen gelassen wird. Die Wasserzufuhr jedoch wird geregelt, so dass nicht alles verdampfen kann und stets ein solcher Überschuss vorhanden ist, dass der Boden des Behälters nass oder sogar überflutet ist.
Im allgemeinen beträgt die Wassermenge, welche nach dem Überfluten des Bodens zugeführt wird, 1-1"/2 kg pro 1 kg Holzkohle. Eine Anlage beispielsweise, mit der zufriedenstellende Resultate erhalten wurden, weist eine trommelförmige Kammer von 90 cm Höhe und 52 cm Durchmesser mit Einlass-und Auslassrohren von 2'5 bzw. 5 cm Durchmesser auf. Mittels des Gaserzeugers kann ein Vierzylinderautomobilmotor von 10-20 HP Leistung mit 1100 Umdrehungen pro Minute betrieben werden.
Bei einer andern Ausführungsform weist der Erzeuger eine zylindrische Kammer von 180 cm Höhe und 67 cm Durchmesser auf, wobei die Einlass-und Auslassrohre einen Durchmesser von 5 bzw. 7 cm haben. Wurde diese Anlage mit einer Vierzylindermaschine von 75 HP Leistung mit 550 Umdrehungen verbunden, so betrug der Wasserverbrauch pro Stunde ungefähr 32 kg. Die Wasserzufuhr bei direkter Verbindung mit einem Einzylindermotor, welcher bei 350 Umdrehungen pro Minute 8HP leistete, war ungefähr 5 kg pro Stunde. Abgesehen von der Einstellung des Wasserventils bestand dabei die einzige Regulierung in einer Änderung der Eintrittstiefe des Auslassrohres 5. Bei dieser Anlage hatte das Einlassrohr eine Höhe von ungefähr 7 cm über dem Boden der Kammer.
Man erreicht eine sehr feine Abstimmung im Betriebe der Anlage mittels der Regelung der Wasserzufuhr und der Eintrittstiefe des Auslassrohres 5 in die Kammer. Wird der Gaserzeuger beispielsweise mit einer Verbrennungskraftmaschine gekuppelt, so ergeben verhältnismässig geringe axiale Verschiebungen des Auslassrohres 5 erhebliche. Änderungen der erzielten Leistung, so dass eine optimale Einstellung für das Auslassrohr leicht gefunden werden kann. Sobald diese Einstellung erzielt ist, kann die Maschine in der üblichen Weise durch Regulierung des Gaszustromes mittels eines Drosselventiles kontrolliert werden, wobei mit den Gasen Luft in bekannter Weise den Zylindern zugeführt wird. Die Rohrlänge zwischen dem Auslassrohr und der Maschine wird vorzugsweise so kurz als möglich gehalten.
Wird ein für eine Maschine bestimmter Leistung beabsichtigter Gaserzeuger für eine Maschine von mehr Pferdekräften verwendet, so wird die Saugwirkung im Rohr 5 erhöht und der Gaserzeuger wird im allgemeinen bei höheren Temperaturen arbeiten. Innerhalb gewisser Grenzen wird der Gaserzeuger jedoch der erhöhten Kraftleistung bei Erhöhung der Wasserzufuhr durch die Düse 4 und Neueinstellung des Auslassrohres 5 und bei selbstverständlich erhöhter Brennstoffzufuhr durch den Deekel 2 entsprechen.
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Die beschriebenen Gaserzeuger können mit Erfolg auch mit Sinterkohle oder mit Anthrazit in Nussform betrieben werden, wenn auch mitunter in solchen Fällen ein Teerabscheider erforderlich werden kann. Stets ist es notwendig, eine Kammer von ausreichender Grösse vorzusehen, so dass die Glutzone lokalisiert und vollständig von einer Wasserdampfatmosphäre eingehüllt und eine grössere Weglänge für die Zirkulation des Dampfes und der Verbrennungsprodukte vorhanden ist, welch letztere zonenweise, im allgemeinen den angedeuteten Isothermen entsprechend fortschreiten ; der Wasserdampf dient hiebei nicht nur zur Erniedrigung der Temperatur der Auslassgase, sondern auch dazu, die Entstehung von Sekundärreaktionen in Zonen zu verhüten, welche von der Glutzone 6 verhältnismässig entfernt sind.
Bei der beschriebenen Anordnung weist die Weissglutzone ein beschränktes Volumen auf und zeigt keine Neigung, bei fortgesetztem Betriebe sich in der Kammer nach oben fortzusetzen, was vermutlich mit der Bewegung des Wasserdampfes von dem oberen Teil der Kammer gegen das Auslassrohr zu zusammenhängt. Wenn jedoch das Auslass-oder das Einlassrohr wesentlich höher angebracht wird, so neigt die Weissglutzone zu einem Fortschreiten während des Abbrennens der Charge.
Der Erfindungsgegenstand kann selbstverständlich Abänderungen in Anpassung an Einzelfälle erhalten. Wenn z. B. ein Gaserzeuger gegebener Kapazität mit Überlastung betrieben wird, so kann es vorteilhaft sein, eine besondere Wasserzuführung vorzusehen und den Dampfgehalt noch zu vermehren, da sonst bei Überlastungsbedingungen die Gase im Auslass eine wesentlich höhere Temperatur als beabsichtigt aufweisen. Das Wasser kann auch mittels einer oberhalb des Einlassrohres angebrachten Düse zugeführt werden, so dass der Strahl auf den höchsten Punkt der Glutzone gelangt.
Man hat wohl schon einen Gaserzeuger mit einer zylindrischen Kammer und horizontalen Einlassund Auslassrohren im unteren Teil derselben vorgeschlagen, bei welchem Dampf mit der Primärluft eingeblasen wurde. Mit diesem Apparat konnten jedoch die mit vorliegender Erfindung erzielbaren Resultate nicht erreicht werden ; für diese ist das Einblasen von Wasser (im Gegensatz zur früheren Verwendung von Dampf) in die Verbrennungszone in solchem Überschuss, dass der Boden stets nass oder selbst überflutet bleibt, ein wesentliches Erfordernis.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Erzeugung von Generatorgas in einer Verbrennungskammer von beträchtlichem Fassungsraum, bei welchem die Gasabführung und die Lufteinführung nahe dem Kammerboden durch in die Kammer hineinreichende Rohre geringen Durchmessers geschieht, dadurch gekennzeichnet, dass zur Glutzone Wasser in solchem Ausmass zugeführt wird, dass der Boden der Kammer andauernd nass oder überflutet gehalten ist und infolge der Kühlung durch die in der Kammer gebildeten grossen Wasserdampfmengen eine Weissglutzone von eng begrenztem Volumen an der Lufteintrittstelle entsteht.