DE2111585A1

DE2111585A1 - Verfahren zur Erzeugung von Waerme- und Druckenergie und Vorrichtung zur Ausuebung des Verfahrens

Info

Publication number: DE2111585A1
Application number: DE19712111585
Authority: DE
Inventors: Gudmand-Hoeyer Geb Kutsc Maria
Original assignee: Dan Fire Energy AS
Current assignee: Dan Fire Energy AS
Priority date: 1970-03-16
Filing date: 1971-03-11
Publication date: 1971-10-07
Also published as: DE2111585B2; SE371487B; SU579948A3; DE2111585C3; CH543049A; FR2084695A5; GB1306026A; US3683215A; DK135245B; CA924631A; DK135245C; JPS5138927B1

Description

ved

Dan-Fire-Energy., Σ35ΑΧ Mi ta Gudmand-H0yer, Roasvej 13,
Ballerup.

Verfahren zur Erzeugung ·ν;οη

Wärme- und Druckenergie und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens,

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wärme- und Druckenergie unter Anwendung eines Reaktionsbrenners mit einem glühfesten perforierten Schirm, der auf der einen Seite von Sekundärluft und auf der anderen Seite von der mit Primärluft angezündeten Flamme bestrahlt wird, und die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens und mehr soeziell einen magnetohydrodynamischen Generator zur Erzeugung von elektrischem Strom.

Die Erfindung bezweckt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erzeugung einer großen Energiemenge auf billige und ungefährliche V/eise unter Verwendung einer verhältnismäßig kleinen Menge Brennstoff anzuweisen. Die entwickelte Energie "kann auf verschiedene Weise verwendet v/erden, z.B. zur Erzeugung von Dampf in Verbindung mit Kesseln, oder sie kann'in anderen wärme- oder energieverbrauchenden Aggregaten oder zur direkten Erzeugung von Elektrizität auf magnetohydrodynamischem Wege unter Verwendung von Magneten verwendet werden.

109841/1 175

Die verwendeten Brenner sind von dem Tyo, der in der Beschreibung zum dänischen Patent Nr. 113.9^2 beschrieben ist und der dadurch vorteilhaft ist, daß er eine vollständige Verbrennung unter •möglichst guter Ausnutzung de.s Wärmeinhalts im Brennstoff in einer scharf abgegrenzten* richtungsbestimmten Flamme gibt, welche von der zugeleiteten Luft leicht gesteuert werden kann.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß längs der mit Primär- und Sekundärluft brennenden, genau gesteuerten, nach unten gerichteten Flamme ein schnellströmendes, luftförmiges, energieerhöhende Stoffe enthaltendes Medium zugeleitet wird.

" Die nach unten gerichtete Flamme wird von dem ständigen Druck der gleichgerichteten Sekundärluft gegen die kontrollierte gleichgerichtete Primärluft gesteuert, und diese beiden kontrollierten Luftströmungen spalten den zugeführten Brennstoff und ergeben eine vollständige Verbrennung, durch welche mit einer verhältnismäßig kleinen Menge von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff eine sehr hohe Temperatur, z.B. über 1200⁰C, erreicht werden kann. Diese hohe Temperatur bewirkt, daß eine Fusion der zugeführten, energieerhöhenden Stoffe stattfinden kann, wodurch eine kräftige Erhöhung der enwickelten Energie in der Form von Wärme und Druck erreicht wird. Als zugeführter,, energie erhöhender Stoff können z.B. verschiedene Salze oder Öl, oder Heerwasser oder einfach

h verunreinigtes Wasser benutzt werden, weil dies teils Stoffe enthält, die an sich brennen können, und teils an sich als "Brennstoff" wirkt, indem der Viasserstoff freigegeben wird. Meerwasser enthält eine unbegrenzte Energiemenge wegen seines Gehalts an unter anderem Salzen, Wasserstoff und Deuterium, und verunreinigtes Wasser enthält fein verteilte brennbare Stoffe, wie Kohlenstoff, Fette, Salze und viele andere Stoffe.

Infolge der vollständigen Verbrennung der verhältnismäßig kleinen Menge Brennstoff wird die Luftverunreinigung minimal, und durch die erwähnte Verwendung von Wasser, z.B. Abwasser, als energieerhöhendem Stoff kann das Verfahren gemäß der Erfindung dazu beitragen, der ständig zunehmenden Verunreinigung von Gewässern zu begegnen. Ferner ist die Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch vorteilhaft, daß sie ohne Verwendung von Kühlwasser

10 9 8 4 1/117 5

arbeitet. Zusammen mit dem energieerhöhenden Stoff können nötigenfalls neutralisierende Stoffe (z.B. Kalk),iKiEhtxxHgeKstxtx MEKäen^: welche die Wirkung von etxvaigen zugeführten Giftstoffen aufheben, leicht zugesetzt werden.

Ferner kann ein leicht ionisierendes Metall zugesetzt werden, was von Bedeutung ist, wenn die Vorrichtung gemäß der Erfindung als magnetohydrodynamischer Generator zur Erzeugung von Elektrizität benutzt wird. Die Ionisation in einem solchen Generator wird jedoch vor allem durch eine ungeheure kräftige Reibung zwischen der äußeren Schicht des heißen Gasstromes und kalter Schutzluft, die längs den in einem solchen Generator verwendeten Magnetflächen zum Schutz derselben hineingeschickt wird, hervorgerufen. Die Ionisation kann ferner durch Erzeugung von Schockwellen in einem zugeführten neutralisierenden oder regelnden Medium in luftförmigem Zustand, gegebenenfalls in'Verbindung mit Dampf, gefördert werden. ■ Dieses regelnde Medium kann.desweiteren auf äußerst wirksame l-Jeise der inneren Seite der von einer Ringdüse zugeleiteten zerstäubten nrärmeerhöhenden Stoffe zugesetzt werden, so daß der Strom des Mediums mit derselben gegen die Zündflamme geführt wird, weil das Medium'dadurch zuerst mit der Flamme, wo die Fusion stattfindet,-in Kontakt kommt. Dieser Vorgang ermöglicht es, die Intensität der chemischen Verbrennung zu erhöhen, nach Programm entxieder in Schockperioden oder kontinuierlich. Ein solcher magnetohydrodynamischer Generator arbeitet bekanntlich nach dem Prinzip, daß ein kräftiger Strom von ionisiertem Gas sich an den Polen eines kräftigen Magnets vorüberbewegt, wodurch eine* elektromagnetische Kraft im Gas winkelrecht zum Magnetfeld und zur Bewegungsrichtung des Gases erzeugt wird, und die Elektrizität wird von Elektroden, die in dem Gasstrom angebracht sind, entnommen.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann jedoch auch einfach als ein öl- oder gasbeheizter Kessel oder eine Brennkammer ausgebildet sein^ und die Vorrichtung kann gegebenenfalls mit einem, elektrischen IFeizaggregat zur Anwärmung der Verbrennungsluft versehen sein. Desweiteren kann die im Kessel oder in einer T3rennkammer erzeugte kräftige Wärme und Druckenergie in einer hinter

109841/1175

der Vorrichtung angeordneten Turbine ausgenützt werden, die z.B. auf bekannte Weise einen oder mehrere Kompressoren für Zuführung von Verbrennungs- und/oder Kühlluft oder anderen gasförmigen Medien mit den genannten energieerhöhenden oder neutralisierenden Stoffen antreiben kann. ,.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann ein magnetohydrodynamischer Generator mit einem offenem System sein, in welchem das Verbrennungsgas, dem leicht ionisierende Stoffe zugesetzt sind, zur Erzeugung von Elektrizität benutzt wird, welche aus einem Gasstrom entnommen wird, der sich mit großer Geschwindigkeit an den Polen eines kräftigen Magnets vorüber bewegt, j.ndem die Elektrizität mit Hilfe von in dem warmen Gasstrom angebrachten Elektroden entnommen wird, welcher .Generator dadurch gekennzeichnet ist, daß ein zylindrischer Magnet die eine Wand einer ringförmigen Verbrennungskammer bildet und daß Organe für die·Zuführung eines stark abgekühlten Mediums, vorzugsweise atraospärischer Luft, in einem kontinuierlichen Vorhang zwischen der Flamme und dem Magnet vorhanden sind. Ein solcher magnetohydrodynamischer Generator zeichnet sich gegenüber den Atomreaktoren durch die verhältnismäßig einfache und sichere Steuerung der entwickelten Energie und durch die Beseitigung der Strahlungsgefahr aus.

Um jede Gefahr eines Eindringens von Falschluft auszuschließen, das die sichere Flammensteuerung und die Führung der ionisierten Gasströmungen und des KühlIuftstromos vereiteln könnte, kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung unter der Erdoberfläche angebracht sein". Der zylindrische Aufbau der Vorrichtung bewirkt, daß die Energieentwicklung im Gleichgewicht ist trotz des entwickelten kräftigen Druckes, und der symmetrische Aufbau bewirkt, daß im Innern der Vorrichtung ein Schacht vorhanden ist, der für Zuführungsleitungen für luftförmige Medien und zur Besichtigung, Reparatur und Auswechslung der Brenner usw. benutzt werden kann.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erklärt, weichte die Erfindung in I^orm eines magnetohydrodynamischen Generators darstellt, wobei man verstehen wird, dnl? ein Hochdruckkessel oder eine Brennkammer nach demselben TrinziO aufgebaut werden kann, bloß unter Weglassung der verwendeten Magnete. Die groi'c Geschwindigkeit und der Druck im Gasstrom können in Expansionsturbinen oder in industriegas turbinen ausge- ··■·' <— 109841/1175

Die gezeigte Vorrichtung besteht aus einem kräftigen zylindrischen Gehäuse 1, das vorzugsweise von wärmeisolierendem Material oder Beton umgeben ist und in der Erde versenkt angebracht sein kann. Oben im Gehäuse sind in einem Kreis eine Anzahl Brenner 2 regelmäßig verteilt in e,inem solchen Abstand voneinander angebracht, daß sie einen kontinuierlichen Flammenring bilden können, z.B. können drei Brenner je Meter des Umfangs angebracht sein. Die Brenner können öl- oder gasbeheizte Brenner mit einer nach unten gerichteten, genau gesteuerten Flamme sein. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe einer geregelten Zuführung von gleichgerichteter Primärluft 3, indem die mit dieser Primärluft angezündete Flamme an einem-perforierten Schirm k- mit von einem pilzförmigen Körper ausströmender, gleichgerichteter Sekundärluft 6 zusammentrifft, wodurch der zugeführte Brennstoff gespaltet wird und dadurch eine sehr hohe Temperatur mit eine;' verhältnismäßig kleinen Menge Brennstoff erreicht wird. Die nach unten-gerichtete Flamme brennt in einer schmalen ringförmigen Verbrennungskammer mit einer Temperatur von mehr als 120O⁰G. Von einer oben in der' Vorrichtung angebrachten Ringdüse 8 wird ein Kegel 9 von zerstäubtem Meerwasser oder verunreinigtem V/asser oder von einem luft- oder dampfförmigen, energieerhöhende Stoffe, z.B. Salze oder Öl in zerstäubter Form enthaltenden Medium ausgesandt. Der pilzfÖrmige Körper 5 schließt die Gefahr aus, daß Wasser zu den Brennern 2 herunterdringen kann. Diesen wärmeerhöhenden Stoffen wird ferner vor oder in der Ringdüse ein erwärmter Luftstrom oder ein Dampf-Luftstrom zugeführt, was nicht nur ein sehr kräftig ionisiertes Gas gibt, sondern auch bewirkt, daß das mit zerstäubtem Wasser oder Dampf vermischte verunreinigte , V/asser brennen kann. Der kegelförmige Strahl 9 von energieerhöhenden Stoffen strömt an der Außenseite der Flamme in die ringförmige Verbrennungskammer 7, und wenn sie mit der hohen Temperatur in derselben zusammentreffen, wird eine Fusion oder chemische Verbrennung der energieerhöhenden Stoffe hervorgerufen, wodurch eine sehr kräftige Wärme- und Druckentwicklung erreicht wird. Die nach unten gerichtete Flamme von dem Reaktionsbrenner, die eine Temperatur von ca. 1200-1500⁰C hat, dient somit zur Erhaltung der Flamme bei der kräftigen Wärmeentwicklung während des Fusionsvorganges, durch welchen Temperaturen in der Größenordnung 3000-4OOO⁰C erzeugt werden können.

109841/1175

Zentral im Innern des Behälters*ist eine höhenverstellbare doppelwandige Leitung 10 durch den pilzfÖrmigen Körper 5 hochgeführt. Durch diese Leitung wird dem Kegel 9 von energieerhöhenden Stoffen ein regelndes Medium 11 in Verbindung mit •warmer Luft oder Dampf zugeführt. Dieses regelnde Medium kann dazu dienen, etwaige Giftstoffe unter den energieerhöhenden Stoffen im Kegel 9 zu neutralisieren oder deren Wirkung aufzuheben, oder es kann dazu dienen, die elektrische Leitfähigkeit in der Strömung in der Verbrennungskammer 7 zu erhöhen oder einfach die Verbrennung in dieser zu regeln, in welchem Falle das regelnde Medium auch kalte Luft oder ein flüssiger oder

fester, pulverisierter brennbarer Stoff wie'z/β. Kohlenstaub kann

oder Holzmehl sein/ Schließlich'kann das regelnde Medium zur Erzeugung von kurzdauernden Schockimpulsen zur Erhöhung der ψ Temperatur und der elektrischen Leitfähigkeit in der Verbrennungskammer 7 benutzt werden. ..

Wenn die Vorrichtung'als ein magnetohydrodynamischer Generator funktioniert, so wie dies in der dargestellten Ausführungsform der Fall ist, besteht die Wand der Verbrennungskammer 7 aus^ , einem kräftigen Magnet 12, zwischen dessen Polen ein isolierendes / angebracht ist, so daß dies zusammen mit dem Magnet einen geschlossenen Zylinder bildet. In diesem isolierenden Material sind

ange orachρ.

Elektroden zur Entnahme von elektrischem Strom/ Die Wand kann auch aus ringförmigen Magneten Von hufeisenförmigem Querschnitt aufgebaut werden. Um den Hagnet gegen die gewaltige V/ärmebeanspruchung zu schützen und zugleich die Geschwindigkeit der Gasströmung zu steigern, wird ein stark gekühlter Luftstrom 13 von z.B". - 50⁰C längs der Wand zwischen dieser und dem warmen Gasstrom geleitet.

Es sei bemerkt, daß die stark wärme strahlende, zyHnderförmige Flamme in der Verbrennungskammer 7 sich abwärts bewegt, von Luftströmungen mit verschiedenen Temperaturen umgeben, und zwar der sehr kalten Kühlluft, welche die von dem zylindrischen Magnet gebildete WandJ bestreicht, sowie Sekundärluft und dem Strom von energieerhöhendem Stoff auf der einen Seite und dem Strom von Primärluft auf der anderen Seite der Flamme.

109841/1

Die Zuführungsleitungen für Primärluft und Sekundärluft sowie für Brennstoff sind im Innern des Gehäuses 1 hochgeführt worden und können dadurch einigermaßen von der Verbrennungskammer vorgewärmt werden, und der innen im Gehäuse gebildete Schacht 1^· ist unter allen Umständen so von der Verbrennungskammer wärmeisoliert, daß- man sich darin aufhalten kann. Der Schacht kann mit einem Fahrstuhl 15 versehen sein, mit dem Monteure, die die Brenner beaufsichtigen sollen, zu denselben gelangen können. Das Verbrennungsgas kann an der Außenseite des Gehäuses 1 entlang im; l''reio oder zu einor energieverbrauchenden Maschine hochgeführt werden.■ Auf Wunsch kann das Verbrennungsgas,auch unten an der Vorrichtung abgeleitet werden,'aber in beiden Fällen ist es zweckmäßig, daß es in Sternforin abgeleitet wird, so daß ein Ausbalancieren des iieaktionsstückes erreicht -.vird. Übrigens zeichnet sich die Vorrichtung gemäß der Erfindung, wie erwähnt, durch die sichere Steuerung der Verbrennung aus, die von Organen im Innern der Vorrichtung selbst kontrolliert werden kann. Es besteht keine * Gefahr, daß atmosphärische Luft in das System dringen und die Verbrennung beeinflussen kann, und es besteht bei dieser Form von Entwicklung hoher Wärme- 'und Druckenergie keine Strahlungsgefahr.

109841/1175

Claims

Patentansprüche .

Iy Verfahren zur Erzeugung von Wärme- und Druckenergie unter Anwendung eines Reaktionsbrenners mit einem glühfesten perforierten Schirm, der auf der einen Seite von Sekundärluft und auf der anderen Seite von der mit Primärluft angezündeten Flamme bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß längs der mit Primär- und Sekundärluft brennenden, genau gesteuerten, nach unten gerichteten Flamme ein schnellströmendes luftförmiges, energieerhöhende Stoffe enthaltendes Medium zugeleitet wird.

. t
2. Verfahren nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß dem luftförmigen Medium, das der Flamme zugeleitet wird, Meerwasser

W oder verunreinigtes Wasser zugesetzt wird.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß dem verwendeten Brennstoff oder der Sekundärluft ein ltfftförmiges Medium zugeleitet wird, dem ein leicht ionisierendes Metall, wie -Caesium, Natrium oder Kalium, zugesetzt wird.
^. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daP das ionisierende Regelungsmedium der inneren Seite des von einer Hingdüse kommenden zerstäubten Stromes von wärmeerhöhenden Stoffen zugeführt und mit*diesem Strom gegen die Zündflamme geführt wird, so daß das Regelungsmedium zuerst mit der Flamme in Kontakt kommt, wodurch eine Fusion stattfindet.
5> Verfahren nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet, daß das energieerhöhende liegelungsmedium nach Programm in Schockperiode oder kontinuierlich zur Erhönung der Intensität der Verbrennung zugeführt wird.
6. Verfahren nach den Ansprüchen ^-5, dadurch gekennzeichnet, daß neutralisierende Stoffe zugesetzt werden, die die Wirkung von etwaigen Giftstoffen in verunreinigtem Wasser aufheben.
7. Vorrichtung mit einem,öl- oder gasbeheizten zylindrischen Kessel oder Ofen mit einem oder mehreren Brennern mit einem glühfesten perforierten Schirm, der auf der einen Seite von Sekundärluft und auf der anderen Seite von der mit Primärluft angezündeben Klamme bestrahlt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

109841/1175

der Brenner oder die Brenner (2) derart im oberen Teil der Vorrichtung (1) angebracht sind, daß sie einen kontinuierlichen Flammenring mit einer nach unten gerichteten Flamme erzeugen können, welche in einer schmalen ringförmigen Verbrennungskammer

(7) brennt, und daß im qberen Teil der Vorrichtung Zuführungsorgane

(8) vorhanden sind für Zuleitung eines luftförmigen, energieerhöhende Stoffe enthaltenden Mediums (9.) in einem kontinuierlichen Vorhang,.der die Flamme umhüllt, sowie im Innern der Kammer (1*0 Zuführungsorgane (10) angebracht sind für Zuführung eines strömenden Regelungsmediums (11) zur Verbrennungskammer an der Außenseite der Flamme von den Brennern.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 %n Form eines magnetohydrodyna- mischen Generators mit einem offenen System, in welchem das Verbrennungsgas, dem leicht ionisierende Stoffe zugesetzt sind, zur Erzeugung von Elektrizität benutzt wird, welche aus einem Gasstrom entnommen wird, der sich mit großer Geschwindigkeit an den Polen eines kräftigen Magnets vorüberbewegt, indem'die Elek-. trizität mit Hilfe von in dem warmen Gasstrom angebrachten Elektroden entnommen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zylindrischer Magnet (12) die eine Wand der ringförmigen Verbrennungskammer bildet und daß Organe für die Zuführung eines stark abgekühlten Mediums (13), vorzugsweise atmosphärischer Luft, in einem kontinuierlichen Vorhang zwischen der Flamme und dem Magnet vorhanden sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie freistehend, ortsfest oder ortsbeweglich angebracht wird.
10. yorrichtung nach den Ansprüchen 7-9, dadurch gekennzeichnet, daß sie' mit ihrer Verbrennungskammer (7) unter der Erdoberfläche angebracht ist.
11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 7-10, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine innere Kammer oder einen inneren Schacht für Zuführungs leitungen und für Beaufsichtigung, Reparatur und Auswechslung der Brenner hat.
12. Verfahren fand Vorrichtung hauptsächlich wie vorhin beschrieben und in der Zeichnung gezeigt.

109841/1175

Leerseite