DE102008038648A1

DE102008038648A1 - Vorrichtung zum Herstellen und Bereitstellen eines Wasser-Brennstoff-Emulgats für eine Heizanlage

Info

Publication number: DE102008038648A1
Application number: DE102008038648A
Authority: DE
Inventors: Guenther Jun Kramb; Guenther Sen Kramb
Original assignee: Kramb Jun Guenther Dipl-Ing
Current assignee: Kramb Jun Guenther Dipl-Ing
Priority date: 2008-08-12
Filing date: 2008-08-12
Publication date: 2010-02-18

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Herstellen und Bereitstellen eines Wasser-Brennstoff-Emulgates für eine Heizanlage, umfassend die folgenden Elemente: - einen Elektromotor, - der Elektromotor weist eine Motorwelle auf, die mit ihren beiden Enden über das Motorgehäuse übersteht; - der eine der überstehenden Wellenzapfen steht in Triebverbindung mit einer Vor-Emulgierpumpe; - der andere der beiden Wellenzapfen steht mit einer Brennerpumpe in Triebverbindung; - die Vor-Emulgierpumpe weist einen Einlass zum Zuführen von Brennstoff und Wasser auf; - es ist eine Emulgiereinrichtung vorgesehen, die mit der Vor-Emulgierpumpe in leitender Verbindung steht, um von dieser ein Vor-Emulgat zu empfangen, ferner mit der Brennerpumpe, um dieses Emulgat zuzuführen; - die Brennerpumpe steht mit der Brennstoffdüse des Brenners in leitender Verbindung.

Description

Die Erfindung betrifft Heizungssysteme, bei denen ein Brennstoff einem Brenner zugeführt und zur Erzeugung von Wärme verbrannt wird. Dabei kommen jegliche Heizungssysteme und -anlagen in Betracht, sowohl für den industriellen wie auch für den privaten Bereich. Als Brennstoff kommt in erster Linie Öl in Betracht. Auch andere Brennstoffe sind denkbar.
Aus der Dieselmotorentechnik ist es bekannt, Öl und Wasser miteinander zu mischen und aus diesen beiden Bestandteilen eine Emulgat herzustellen, die einem Verbrennungsmotor zugeführt wird. Wesentliche Vorteile des Verbrennens von Wasser-Emulgaten bestehen in einer Verminderung der Schadstoffemissionen sowie in einer Steigerung des Wirkungsgrades. Auf EP 0 956 896 A1 wird verwiesen.
Darin ist beschrieben, auf welche Weise Öl und Wasser miteinander gemischt werden, um ein Emulgat zu bilden. Die Erfindung geht von dem dort beschriebenen Prinzip aus, angewandt auf Heizungssysteme der eingangs genannten Art. Es versteht sich, dass Heizungssysteme grundsätzlich verschieden sind von Verbrennungsmotoren, und dass die Anforderungen an den Brennstoff in beiden Fällen unterschiedlich sind.
Bei Heizungsanlagen zur Erzeugung von Wärme kommt es ganz besonders darauf an, dass die Brennerpumpe und der Brenner stets mit Brennstoff versorgt werden, der bezüglich Menge und Zusammensetzung optimal ist. Die Heizungsanlage soll von möglichst kompakter Bauart sein. Sie soll eine möglichst geringe Wartung erfordern. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Hierbei wird der Brenner mit eine sehr homogenes Emulgat aus Brennstoff und Wasser versorgt, die äußerst homogen ist. Die Größe der Wassertropfen in dem Emulgat liegt im μm-Bereich und darunter.
Die Erfindung ist anhand der Zeichnung näher erläutert. Hieraus erkennt man im Einzelnen Folgendes:
Zentraler Bestandteil der Anlage ist ein Elektromotor. Dieser weist eine Motorwelle auf, die mit ihren beiden Wellenzapfen 1.1, 1.2 über das Motorgehäuse 1.3 hinausragt.
Der eine der beiden Wellenzapfen, nämlich der Wellenzapfen 1.1, steht mit einer Vor-Emulgierpumpe 2 in Triebverbindung. Der andere Wellenzapfen 1.2 steht mit einer Brennerpumpe 3 in Triebverbindung.
Die Triebverbindung zwischen Wellenzapfen 1.1 und Vor-Emulgierpumpe 2 sowie zwischen Wellenzapfen 1.2 und Brennerpumpe 3 kann dadurch hergestellt werden, dass jeweils der Rotor der betreffenden Pumpe auf den Wellenzapfen aufgekeilt wird. Die Triebverbindung kann aber auch anders hergestellt werden, beispielsweise durch ein Über- oder Untersetzungsgetriebe zwischen dem betreffenden Wellenzapfen und der betreffenden Pumpe.
Eine wichtige Rolle spielt eine Emulgiereinrichtung 4. Diese ist zwischen die beiden Pumpen geschaltet, somit zwischen die Vor-Emulgierpumpe 2 und die Brennerpumpe 3.
Aus der Figur erkennt man ferner Folgendes: Es sind ein Wassertank 5 sowie ein Heizöltank 6 vorgesehen. Aus dem Wassertank 5 wird über eine Dosierpumpe 7 eine dosierte Wassermenge in Richtung zur Vor-Emulgierpumpe 2 durch einen Leitungsstrang 8 gefördert. Aus Tank 6 wird Heizöl durch einen Leitungsstrang 9 gefördert. Die beiden Stränge sind an einem Knotenpunkt 10 zusammengeführt. Ein Leitungsstrang 11 führt ein Gemisch aus einem Wasserstrom und einem Heizölstrom der Vor-Emulgierpumpe 2 zu. Hier wird eine Vor-Mischung hergestellt. Dabei handelt es sich noch nicht um eine für die Verbrennung brauchbare Emulgat, jedoch bereits um eine Vor-Emulgat mit einem guten Durchmischungsgrad und einer sehr geringen Teilchengröße. Das Vor-Emulgat wird sodann in einem weiteren Leiterstrang 12 der Emulgiereinrichtung 4 zugeführt. Diese kann so aufgebaut sein, wie dies in EP 0 956 896 B1 beschrieben ist. Das hierbei entstehende Emulgat weist eine minimale Teilchengröße (Tropfengröße) auf. Es unterbleibt jegliche Schaumbildung. Die Emulgiereinrichtung 4 hat minimale Außenabmessungen.
Das fertige Emulgat gelangt nunmehr durch Leiterstrang 13 zur Brennerpumpe 3, und von dort durch einen Leiterstrang 14 in die Brennerdüse 15. Die Brennerdüse 15 befindet sich in einem Brenner, der hier nicht dargestellt ist. Leiterstrang 16 dient dem Volumenausgleich. Er stellt eine leitende Verbindung zwischen der Brennerpumpe 3 und dem Knotenpunkt 10 her.
Die Leiterstränge 8, 9 und 16 weisen jeweils Rückschlagventile 8.1, 9.1, 16.1 auf.
Die Anlage arbeitet wie folgt:
Die Vor-Emulgierpumpe 2 saugt entsprechend dem Momentanverbrauch Öl aus dem Öltank 6. An Knotenpunkt 10 werden der dosierte Wasserstrom sowie der gegebenenfalls ebenfalls dosierte Ölstrom zusammengeführt, wie oben erwähnt. Gleichzeitig gelangt durch den Leiterstrang 16 Überschussemulgat zum Knotenpunkt 10. Der Gesamtstrom aus Wasser, Öl und Überschussemulgat gelangt zur Vor-Emulgierpumpe 2, und weiter zur Emulgiereinrichtung 4.
Die Förderleistung der Vor-Emulgierpumpe 2 ist derart ausgelegt, dass eine mehrfache Menge des Höchstverbrauches gefördert wird. Damit ist gewährleistet, dass die Brennerpumpe 3 und der nicht dargestellte Brenner stets mit optimalem Emulgat versorgt werden, das heißt optimal gemäß Durchsatz und Qualität.
Je nach der im Kreislauf befindlichen Menge des Emulgates wird die Zudosierung von Wasser eine gewisse (geringe) Zeitspanne vor einem Stillstand unterbrochen. Dasselbe gilt auch für die Warmlaufphase der Anlage, wo eine Einschaltverzögerung vorgesehen werden kann.
Die genannten Rückschlagventile (Überströmventile) 8.1, 9.1 und 16.1 regeln die Drücke in den einzelnen Leiterabschnitten und verhindern einen Druckabfall im Stand.
Anders als in der Figur dargestellt können die Vor-Emulgierpumpe 2 und die Brennerpumpe 3 auf ein und demselben Wellenzapfen des Elektromotors 1 aufgekeilt sein oder von diesem angetrieben sein, beispielsweise unter Zwischenschaltung von Zahnradgetrieben.
Die Anlage ist einfach, kostengünstig, wartungsarm und zuverlässig im Betrieb. Eine bestehende Heizungsanlage kann gemäß der Erfindung leicht umgerüstet werden. Die Anlage könnte treffend als „Multi-Kraftstoff-Emulgier-Anlage” bezeichnet werden.
Die Ruß/Feinstaub-Emissionen können auf annähernd null heruntergefahren werden. Die Verbrennung kann ohne Russbildung auf Lambda 1 – und damit auf höchstmögliche Effizient – abgesenkt und damit die CO- und CO₂-Werte verbessert werden. Bei Einsatz von leichtem Heizöl können im Vergleich zu selbst den neuesten Entwicklungen bei Brennersystemen die NOx-Emissionen deutlich herabgesetzt, und auch alle anderen Schadstoffqualitäten bei verbessertem Wirkungsgrad gemindert werden. Ein noch weitaus größerer Vorteil ergibt sich bei der Verwendung von sogenannten Sonderkraftstoffen wie Bioöle diverserer Provenienz. Hier haben herkömmliche Systeme erhebliche Probleme mit Verkokungen aus unvollständiger Verbrennung etc. In Anbetracht der Erwartungen in Bezug auf alternative, CO₂-neutrale Kraftstoffe, dürfte die EM-Anwendung gerade hier zukünftig eine besondere Rolle spielen.

1: Elektromotor
1.1: Wellenzapfen
1.2: Wellenzapfen
1.3: Motorgehäuse
2: Vordosierpumpe
3: Brennerpumpe
4: Dosiereinrichtung
5: Wassertank
6: Öltank
7: Wasserdosierpumpe
8: Leiterstrang
8.1: Rückschlagventil
9: Leiterstrang
9.1: Rückschlagventil
10: Knotenpunkt
11: Leiterstrang
12: Leiterstrang
13: Leiterstrang
14: Leiterstrang
15: Brennerdüse
16: Leiterstrang
16.1: Rückschlagventil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0956896 A1 [0002]
- EP 0956896 B1 [0009]

Claims

Vorrichtung zum Herstellen und Bereitstellen eines Wasser-Brennstoff-Emulgates für eine Heizanlage, umfassend die folgenden Elemente: 1.1 einen Elektromotor (1); 1.2 der Elektromotor (1) steht in Triebverbindung mit einer Vor-Emulgierpumpe (2) und mit einer Brennerpumpe (3); 1.3 die Vor-Emulgierpumpe (2) weist einen Einlass zum Zuführen von Brennstoff und Wasser auf; 1.4 es ist eine Emulgiereinrichtung (4) vorgesehen, die mit der Vor-Emulgierpumpe (2) in leitender Verbindung steht, um von dieser ein Vor-Emulgat zu empfangen, ferner mit der Brennerpumpe (3), um dieser Emulgat zuzuführen; 1.5 die Brennerpumpe (3) steht mit der Brennstoffdüse (15) des Brenners in leitender Verbindung.
Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: 2.1 der Elektromotor (1) weist eine Motorwelle auf, die mit ihren beiden Enden über das Motorgehäuse (1.3) übersteht; 2.2 der eine (1.1) der überstehenden Wellenzapfen steht in Triebverbindung mit einer Vor-Emulgierpumpe (2); 2.3 der andere (1.2) der beiden Wellenzapfen steht mit einer Brennerpumpe (3) in Triebverbindung;
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor der Vor-Emulgierpumpe (2) auf den zugehörenden Wellenzapfen (1.1) aufgekeilt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass einer (1.2) der beiden Wellenzapfen auf den Rotor der Brennerpumpe (3) aufgekeilt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Triebverbindung zwischen einem der Wellenzapfen und dem Rotor der zugehörenden Pumpe (2 oder 3) über eine Verzahnung hergestellt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Brennerpumpe (3) und der Vor-Emulgierpumpe (2) eine Volumen-Ausgleichsleitung (16) geschaltet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wassertank (5) und ein Brennstofftank (6) vorgesehen sind, die jeweils einen Leiterstrang (8) beziehungsweise (9) speisen, und dass die beiden Leiterstränge sich an einem Knotenpunkt (10) vereinigen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in einen oder beide Leiterstränge (8, 9) jeweils eine Dosiereinrichtung geschaltet ist.