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PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Energieerzeugung durch einen Verbrennungsvorgang, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Mischvorrichtung mindestens eine erste brennbare Substanz mit Luft und Wasserdampf gemischt, das Gemisch in eine Brennkammer eingeführt und unter Zugabe einer Menge von Kohlenwasserstoffverbindungen als zweite brennbare Substanz verbrannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erste brennbare Substanz gasförmige, flüssige oder pulverförmige organische Materialien oder Kohlestaub in geeigneter Aufbereitung verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erste brennbare Substanz Kohlestaub in geeigneter Aufbereitung verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als erste brennbare Substanz Holzschliff oder Torf in geeigneter Aufbereitung verwendet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Mischvorrichtung ein Injektor, eine Mischdüse oder Wirbelkammer verwendet wird.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Energieerzeugung durch einen Verbrennungsvorgang.
Es ist bekannt, bei langsamlaufenden, ventillosen Dieselmotoren dem Dieselöl flüssige Kohlederivate oder feinstes Kohlepulver beizumischen, um den Anteil an Dieselöl herabzusetzen. Dieses Brennstoffgemisch wird in den luftkomprimierten Zylinder eingespritzt und verbrannt.
Dieses Vorgehen hat die Nachteile, dass der Anteil an Dieselöl im Brennstoffgemisch nur begrenzt herabgesetzt werden kann, und der Anteil an un- und teilverbrannten Fraktionen relativ hoch ist.
Ziel der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, bei dem der Anteil an Dieselöl wesentlich herabgesetzt werden kann und gleichzeitig der Ausstoss von umweltverschmutzenden Stoffen vermindert wird.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss mit den im Anspruch 1 genannten Merkmalen erreicht.
Im fogenden sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles des erfindungsgemässen Verfahrens in einem Dieselmotor,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines anderen Ausführungsbeispieles des Verfahrens in einer Gasturbine,
Fig. 3 eine Modifikation der Anwendung gemäss Fig. 2, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispieles der Anordnung von Katalysatoren in der Brennkammer.
In der schematischen Darstellung der Fig. list nur ein Zylinder der Arbeitsmaschine dargestellt. Auf eine ausführliche Beschreibung der Arbeitsmaschine und ihrer Funktion wird bewusst verzichtet, da für das erfindungsgemässe Verfahren an der Arbeitsmaschine keine wesentlichen Veränderungen vorgenommen werden müssen.
Zur Erzeugung von Wasserdampf wird ein Wasserbehälter 1 vorgesehen, der über eine Rohrleitung 2 an die Saugseite einer Pumpe 3 angeschlossen ist. Die Druckseite der Pumpe 3 ist über eine Rohrleitung 4 an den Einlassstutzen eines Wärmeaustauschers 5 angeschlossen. An der Druckseite der Pumpe 3 ist ein Rückschlagventil 6 vorgesehen.
Der Wärmeaustauscher 5 ist am Auspuffrohr 7 der Arbeitsmaschine angeordnet und durch geeignete Mittel an diesem befestigt. An den Auslassstutzen des Wärmeaustauschers 5 ist eine Rohrleitung 8 angeschlossen, die an eine Mischvorrichtung 31 angeschlossen ist. An die Mischvorrichtung 31 ist auch eine Rohrleitung 32 angeschlossen, um eine brennbare Substanz zuzuführen.
Der Auslass der Mischvorrichtung ist über ein mit einem düsenförmigen Organ 10 versehenen Rohr in das Ansaugrohr 9 der Arbeitsmaschine eingeführt. In der Rohrleitung 8 ist ferner ein Regulierventil 11 eingebaut.
Als Mischvorrichtung 31 können z.B. Mischdüsen, Wirbelkammern, Zerstäuber und Dampfstrahlapparate angewendet werden.
Zum besseren Verständnis sind in der Fig. 1 der Zylinder 12, dessen Kolben 13, die Kolbenstange 14, die Kurbelwelle 15, das Einlassventil 16, das Auslassventil 17 und das in der Einspritzdüse 19 angeordnete Einspritzventil 18 schematisch dargestellt.
Im Betrieb wird Wasser aus dem Behälter durch die Pumpe 3 in den Wärmeaustauscher 5 gefördert. Das Wasser wird durch die Abwärme des Auspuffrohres 7 in Wasserdampf überführt und über die Rohrleitung 8 in die Mischvorrichtung 31 gefördert. Über die Rohrleitung 32 wird eine brennbare Substanz in die Mischvorrichtung eingeführt. Die brennbare Substanz können gasförmige, flüssige oder feste Kohlederivate (wie z.B. Kohlestaub oder dgl.) sein. Es kann auch Holzschliff, Torf oder dgl. verwendet werden.
Der Wasserdampf und die brennbare Substanz werden in der Mischvorrichtung optimal gemischt und über das düsenförmige Organ 10 dann dem Zylinder 12 der Arbeitsmaschine zugeführt, wo das Gemisch nach der üblichen Kompression durch Einspritzen von Dieselöl gezündet wird.
Durch das Einbringen von Wasserdampf, der ca. 89% Sauerstoff(02), ca. 11% Wasserstoff(Hz) und keinen Stick stoff(N2) enthält, steht der Verbrennung wesentlich mehr Sauerstoff zur Verfügung.
Um die Dissoziation von Wasserdampf in H2 und 01 zu begünstigen, werden Katalysatoren verwendet. Als Katalysatoren können glühender Kohlenstoff und/oder Eisenschwamm, Molybdänverbindungen, Metalloxyd und/oder Metallhydroxyd und Platinschwamm verwendet werden, die als Auflage 20 oder in einer sonst geeigneten Weise im Brennraum angeordnet werden. Im vorliegenden Beispiel wird der Umstand ausgenützt, dass in Anwesenheit von glühendem Kohlenstoff die Dissoziation von Wasserdampf schon bei Temperaturen von 400-800"C vor sich geht und so eine grosse Menge aktiven Sauerstoffes zur Aktivierung des Verbrennungsvorganges zur Verfügung steht.
Mittels des Regulierventils 11 kann die Zufuhr von Wasserdampf so reguliert werden, dass die Frischluftzufuhr zum Zylinder 12 weitestgehend gedrosselt werden kann. Eine weitere Regulierung der Frischluftzufuhr ermöglicht die Drosselklappe 33 im Ansaugrohr 9.
Durch die Anwendung der vorstehend beschriebenen Massnahmen kann die einzuspritzende Menge Dieselöl minimal sein.
Fig. 2 zeigt einen anderen Anwendungsfall des erfindungsgemässen Verfahrens in einer Gasturbinenanlage.
Wie in Fig. 1 gezeigt, wird das Wasser aus dem Behälter 1 durch die Auslassleitung 2, die Pumpe 3, die Rohrleitung 4 und das Ventil 6 einem Wärmeaustauscher 5 zur Erzeugung von Wasserdampf zugeleitet.
Die in Fig. 2 schematisch dargestellte Gasturbinenanlage enthält im wesentlichen einen Luftkompressor 21, eine Gas
turbine 22, einen Generator 23, eine Brennkammer 24 und eine Ölzufuhrleitung 25.
Der Wasserdampf wird über die Rohrleitung 8 und dem Regulierventil 11 dem düsenförmigen Organ 10 zugeleitet, das in der Lufteinsaugleitung 9 des Luftkompressors 21 angeordnet ist. Der Wasserdampf wird durch die Abwärme der Gasturbine 22 erzeugt.
Im vorliegenden Anwendungsfall wird, analog wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, der Wasserdampf über eine Rohrleitung der Mischvorrichtung 31 zugeführt. Über die Rohrleitung 32 wird die brennbare Substanz in die Mischvorrichtung 31 eingeführt. Die Mischvorrichtung 31 ist mit der Brennkammer 24 verbunden, so dass das Gemisch aus Luft,
Wasserdampf und brennbarer Substanz in die Brennkammer
24 eingeleitet wird.
Bei dem in Fig. 3 dargestellten und bezüglich der Fig. 2 modifizierten Anwendungsfall, wird das Gemisch aus Was serdampf und brennbarer Substanz über die Rohrleitung 8 direkt in die Brennkammer 24 eingeleitet.
Wie beim Anwendungsfall nach Fig. 1 wird der Katalysator in der Brennkammer 24 angeordnet. Die Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer solchen Anordnung, in der der Katalysator 26 in Form von Platten 27 vorgesehen ist, die sich in der Strömungsrichtung in der Brennkammer 24 erstrecken. Der Katalysator 26 kann aber auch in anderer Form, z.B. als Gitter, vorgesehen werden.
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PATENT CLAIMS
1. A method for generating energy by a combustion process, characterized in that at least one first combustible substance is mixed with air and water vapor in a mixing device, the mixture is introduced into a combustion chamber and burned with the addition of an amount of hydrocarbon compounds as the second combustible substance.
2. The method according to claim 1, characterized in that gaseous, liquid or powdered organic materials or coal dust are used in a suitable preparation as the first combustible substance.
3. The method according to claim 1, characterized in that coal dust is used in a suitable preparation as the first combustible substance.
4. The method according to claim 1, characterized in that wood pulp or peat is used in a suitable preparation as the first combustible substance.
5. The method according to claim 1, characterized in that an injector, a mixing nozzle or swirl chamber is used as the mixing device.
The invention relates to a method for generating energy by means of a combustion process.
It is known to mix liquid coal derivatives or the finest coal powder into the diesel oil in slow-running, valveless diesel engines in order to reduce the proportion of diesel oil. This fuel mixture is injected into the air-compressed cylinder and burned.
This procedure has the disadvantages that the proportion of diesel oil in the fuel mixture can only be reduced to a limited extent, and the proportion of unburned and partially burned fractions is relatively high.
The aim of the invention is to provide a method in which the proportion of diesel oil can be significantly reduced and at the same time the emission of polluting substances is reduced.
This goal is achieved according to the invention with the features mentioned in claim 1.
In the following, exemplary embodiments of the subject matter of the invention are explained in more detail with reference to the accompanying drawings.
Show it:
1 shows a schematic illustration of a preferred exemplary embodiment of the method according to the invention in a diesel engine,
2 shows a schematic illustration of another exemplary embodiment of the method in a gas turbine,
3 shows a modification of the application according to FIG. 2, and
Fig. 4 is a schematic representation of an embodiment of the arrangement of catalysts in the combustion chamber.
In the schematic representation of FIG. 1 only one cylinder of the machine is shown. A detailed description of the work machine and its function is deliberately omitted, since no significant changes have to be made to the work machine for the method according to the invention.
To generate water vapor, a water tank 1 is provided, which is connected via a pipe 2 to the suction side of a pump 3. The pressure side of the pump 3 is connected via a pipeline 4 to the inlet connection of a heat exchanger 5. A check valve 6 is provided on the pressure side of the pump 3.
The heat exchanger 5 is arranged on the exhaust pipe 7 of the working machine and fastened to it by suitable means. A pipe 8, which is connected to a mixing device 31, is connected to the outlet connector of the heat exchanger 5. A pipeline 32 is also connected to the mixing device 31 in order to supply a combustible substance.
The outlet of the mixing device is introduced into the suction pipe 9 of the working machine via a pipe provided with a nozzle-shaped member 10. A regulating valve 11 is also installed in the pipeline 8.
As a mixing device 31 e.g. Mixing nozzles, swirl chambers, atomizers and steam jet devices are used.
For a better understanding, the cylinder 12, its piston 13, the piston rod 14, the crankshaft 15, the inlet valve 16, the outlet valve 17 and the injection valve 18 arranged in the injection nozzle 19 are shown schematically in FIG. 1.
In operation, water is pumped from the container into the heat exchanger 5 by the pump 3. The water is converted into water vapor by the waste heat from the exhaust pipe 7 and conveyed via the pipeline 8 into the mixing device 31. A combustible substance is introduced into the mixing device via the pipeline 32. The combustible substance can be gaseous, liquid or solid coal derivatives (such as coal dust or the like). Wood pulp, peat or the like can also be used.
The water vapor and the combustible substance are optimally mixed in the mixing device and then fed via the nozzle-shaped member 10 to the cylinder 12 of the working machine, where the mixture is ignited after the usual compression by injecting diesel oil.
The introduction of water vapor, which contains approx. 89% oxygen (02), approx. 11% hydrogen (Hz) and no nitrogen (N2), means that considerably more oxygen is available for combustion.
Catalysts are used to promote the dissociation of water vapor in H2 and 01. Glowing carbon and / or sponge iron, molybdenum compounds, metal oxide and / or metal hydroxide and platinum sponge can be used as catalysts, which are arranged as a pad 20 or in another suitable manner in the combustion chamber. In the present example, the fact is exploited that in the presence of glowing carbon, the dissociation of water vapor already takes place at temperatures of 400-800 ° C., and so a large amount of active oxygen is available to activate the combustion process.
The supply of water vapor can be regulated by means of the regulating valve 11 in such a way that the fresh air supply to the cylinder 12 can be largely restricted. The throttle valve 33 in the intake pipe 9 enables the fresh air supply to be regulated further.
By using the measures described above, the amount of diesel oil to be injected can be minimal.
2 shows another application of the method according to the invention in a gas turbine plant.
As shown in Fig. 1, the water from the tank 1 through the outlet pipe 2, the pump 3, the pipe 4 and the valve 6 is fed to a heat exchanger 5 for generating water vapor.
The gas turbine system shown schematically in FIG. 2 essentially contains an air compressor 21, a gas
turbine 22, a generator 23, a combustion chamber 24 and an oil supply line 25.
The water vapor is fed via the pipeline 8 and the regulating valve 11 to the nozzle-shaped member 10, which is arranged in the air intake line 9 of the air compressor 21. The water vapor is generated by the waste heat from the gas turbine 22.
In the present application, analogously to the exemplary embodiment according to FIG. 1, the water vapor is fed to the mixing device 31 via a pipeline. The combustible substance is introduced into the mixing device 31 via the pipeline 32. The mixing device 31 is connected to the combustion chamber 24 so that the mixture of air,
Water vapor and flammable substance in the combustion chamber
24 is initiated.
In the application shown in FIG. 3 and modified with respect to FIG. 2, the mixture of water vapor and combustible substance is introduced directly into the combustion chamber 24 via the pipeline 8.
As in the application according to FIG. 1, the catalytic converter is arranged in the combustion chamber 24. FIG. 4 shows an embodiment of such an arrangement in which the catalytic converter 26 is provided in the form of plates 27 which extend in the flow direction in the combustion chamber 24. The catalyst 26 can also be in another form, e.g. as a grid.