DE2604610C3

DE2604610C3 - Vorrichtung zur Erzeugung eines unmittelbar verbrennbaren, emulgieren Öl-Wassergemisches

Info

Publication number: DE2604610C3
Application number: DE19762604610
Authority: DE
Inventors: Hans 7209 Aldingen Messner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-02-06
Filing date: 1976-02-06
Publication date: 1978-07-13
Also published as: DE2604610B2; DE2604610A1

Description

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Bei einer bekannten Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art werden die Brennflüssigkeit und das Wasser aus getrennten Quellen unmittelbar vor der Verbrennung mittels Pumpen so angesaugt und über getrennte Vorwärmeinrichtungen einem Mischer zugeführt, in dem eine grobe Emulgierung stattfindet Dem Mischer ist eine Pumpe nachgeschaltet, welche das Brennstoff-Wassergemisch einem Brenner zuführt Der Brenner ist mit zwei mittels Elektroventilen wahlweise beaufschlagbaren Düsen ausgerüstet, von denen die eine ausschließlich mit Brennstoff versorgt werden kann, um im Bedarfsfalle eine sichere Zündung des von der anderen Düse zerstäubten Brennstoff-Wassergemisches zu gewährlei- »ten (DECS 21 26 775).

Bei dieser Vorrichtung ist offensichtlich nicht berücksichtigt, daß die Brennfähigkeit und Zündfähigkeit eines Wasser-Ölgemisches, daß das günstigste Mischungsverhältnis mit einem etwa 60—74%igen Volumenanteil von öl besitzt, im wesentlichen von der Beschaffenheit der Emulsion, d. h. vom Emulgierungsgrad, abhängig ist. Außerdem ist diese bekannte Vorrichtung durch das offenbar notwendige Vorsehen zweier Vorwärmeinriehiungen for die Mischkomponenten und zweier Brennerdüsen sehr aufwendig, teuer und auch mit vielen Störquellen behaftet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines in Anwesenheit von Luft unmittelbar verbrennungsfähigen, emulgierten Öl-Wassergemisches zu schaffen, die einfacher und betriebssicherer ist und vor allem ohne Vorwärmung der Mischkomponenten eine hohe Zündfähigkeit und Brennfähigkeit durch Erzielung einer hochgradigen Emulsion gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß bei einer Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs I beschriebenen Art an einer druckseitig an eine oder gemeinsam an zwei Hochdruckflüssigkeitspumpen angeschlossene Rohrleitung, deren Ende mit einer in den Brennraum mündenden Zerstäuberdüse versehen ist, in geringen Abständen hintereinander mehrere Düsen angeordnet sind, deren Durchlaßquerschnitte jeweils etwa dem zehnten bis zwanzigsten Teil des Durchlaßquerschnittes der Rohrleitung entsprechen.

Dabei wird die Wirkung erzielt, daß Öl und Wasser, die aus getrennten Behältern im gewünschten Volumenverhältnis angesaugt werden, als Gemisch unter hohem Druck in dem Rohr-Düsensystem in kurzen Abständen mehrmals von einer etwa gleichbleibenden geringen Grundgeschwindigkeit auf eine etwa zehn- bis zwanzigfache Fließgeschwindigkeit beschleunigt und verzögert und danach zum Verbrennen unmittelbar in den Brennraum gesprüht werden. Durch diese Wirkungsweise wird ein sehr hoher Emulgierungsgrad erreicht. Umfangreiche Versuche haben ergeben, daß mit dieser Vorrichtung bzw. dieser Wirkungsweise der Vorrichtung eine sehr gute, beinahe rückstandsfreie, d. h. rauchfreie. Verbrennung erreicht werden kann. Der besondere Vorteil dieser Vorrichtung ist darin zu sehen, daß die beiden Mischkomponenten unmittelbar vor dem Verbrennen mit sehr einfachen Mitteln, ohne Vorerwärmung, d. h. ohne komplizierte und teuere Apparaturen, zu einer sehr gut brennbaren und auch leicht entflammbaren Emulsion vereinigt werden können.

Eine verbesserte Ausführungsform der Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung in Fließrichtung hinter der zweiten Düse in zwei Zweigleitungen mit gleicher Länge und gleichem Durchlaßquerschnitt mündet, deren Enden mit koaxial zueinander in geringem Abstand voneinander angeordneten und gegeneinander gerichteten, in einem Verbindungsrohr befestigten Düsen versehen sind, wobei mittig zwischen den Düsen das endseits mit der Zerstäuberdüse versehene Rohrleitungsendstück rechtwinklig zum Verbindungsrohr angeschlossen ist.

Dadurch wird erreicht, daß der öl-Wasserstrom im Rohr-Düsensystem nach ein- oder mehrmaliger Beschleunigung und Verzögerung seiner Fließgeschwindigkeit geteilt und vor der Zerstäuberaustrittsdüse in Form zweier koaxial gegeneinander gerichteter Strahlen mit der erhöhten Fließgeschwindigkeit wieder zusammengeführt wird. Dadurch wird der Emulsionsgrad wesentlich erhöht. Es entsteht eine Emulsion mit sehr kleinen Teilchengrößen, die, weil sie unmittelbar nach ihrer Entstehung zur Verbrennung geführt wird, die besten Voraussetzungen für leichte Entflammbarkeit und gute Brennbarkeit besitzt.

Sehr gute Erfolge wurden mit einer Grundfließgeschwindigkeit von etwa 8—15 m/s bei einem Druck von etwa 130-180 bar erzielt.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn entweder die Zweigleitungen etwa den halben Purchlaßquerschnin der übrigen Rohrleitung aufweisen, oder aber die gegeneinander gerichteten Düsen den halben Durchlaßquerschnitt der ihnen vorgeschalteten Düsen aufweisen. Auf diese Weise werden bei konstanter Menge im gesamten Düsensystem innerhalb der jeweiligen EIeschleunigungs- und Verzögerungsabschnitte die gleichen Füeßgeschwindigkejten gewährleistet. Am vorteilhaftesten ist es dabei, wenn die Düsen mit Ausnahme der Zerstäuberaustrittsdüse, die eine Kegelcharakteristik aufweisen soll, Punktstrahlcharakteristik aufweisen.

Anhand der Zeichnung werden nun im folgenden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch ein druckseitig an ein Pumpsystem angeschlossenes Düsen-Rohrsystem,

Fig.2 ebenfalls in schematischer Darstellung eine andere Ausführungsform.

Beim Ausführungsbeispiel gem. Fi g. 1 werden mittels einer gemeinsamen Hochdruckflüssigkeitspumpe 1, die vor einem Elektromotor 2 angetrieben wird, aus zwei getrennten Behältern 3 und 4 durch Saugleitungen 5 und 6 öl und Wasser gemeinsam angesaugt. In den Saugleitungen 5 und 6 befinden sich jeweils Steuerventi-Ie 7 bzw. 8, mit Hilfe derer die gewünschten Mischungsverhältnisse von öl und Wasser eingestellt werden können. Die beiden Saugleitungen 5 und 6 sind mittels eines T-Stückes 9 gemeinsam an das Saugrohr 10 der Pumpe 1 angeschlossen. Die mit einem Manometer 11 versehene Druckleitung 12 der Pumpe 1 ist über ein Steuerventil 13 an ein Rohr-Düsensystem 14 angeschlossen, das drei Punktstrahldüsen IS und an seinem freien Ende eine Zerstäuber-Austrittsdüse 16 aufweist. Die Zerstäuber-Austrittsdüse 16 mündet in eine Brennkammer 17 eines nicht dargestellten Ofens, die während des Brennvorganges durch ein nicht dargestelltes Gebläse mit Luft versorgt wird. Zwischen den einzelnen Punktstrahldüsen 15 sind jeweils kurze Rohrstücke 18 und 19 gleicher Länge und gleichen Durchlaßquerschnittes angeordnet, während die in Strömungsrichtung letzte Punktstrahldüse 15 durch ein etwas längeres Rohrstück 20 mit der Zerstäuber-Austrittsdüse 16 verbunden ist. Dieses Rohrstück 20 kann aber ohne weiteres die gleiche Länge aufweisen wie die beiden Rohrstücke 18 und 19. Die Länge des Rohrstückes 21, das das Ventil 13 mit der in Fließrichtung ersten Punktstrahldüse 15 verbindet, kann beliebig gewählt werden. Die Durchlaßquerschnitte der Rohrstücke 18, 19, 20 und 21 sind jeweils gleich groß. Bei einer mit sehr gutem Erfolg erprobten Vorrichtung dieser Art betrugen diese Durchlaßquerschnitte jeweils 50,26 mm¹, was einem Innendurchmesser von 8 mm entspricht. Die Durchlaßquerschnitte der Punktstrahldüsen 15 sind ebenfalls gleich groß, jedoch wesentlich geringer.

Bei der erprobten Vorrichtung betrugen sie jeweils 3,14 mm², was einem Durchmesser von 2 mm entspricht. Durch diese unterschiedlichen Durchlaßquerschnitte der Rohrstücke 18,19 und 20 und der Punktstrahldüsen 15 ergeben sich im Rohr-Düsensystem 14 sehr hohe Fließgeschwindigkeitsdifferenzen innerhalb des Rohr-Düsensystems 14. Bei der erprobten Vorrichtung unterschieden sich diese Fließgeschwindigkeiten durch den Faktor 16, d. h. in den Punktstrahldüsen 15 war die Fließgeschwindigkeit 16 mal größer als in den Rohrabschnitten 18, 19 und 20. Der Durchlaßquerschnitt der Zerstäuber-Austrittsdüse 16 richtet sich nach dem zur Verfugung stehenden Druck und der Viskosität des Mediums, Dadurch ergibt sich bei gleichbleibender Fördermenge innerhalb des Rohr-Düsensystems 14 eine mehrfache Erhöhung und Verzögerung der Fließgeschwindigkeit der Öl-Wassermischung, die etwa 70% öl und 70% Wasser enthält. Diese Fließgeschwindigkeitsunterschiede in den Punktstrahldüsen 15 und den Rohrabschnitten 18, 19 und 20 führen zur innigen Vermischung und Emulgierung der beiden Mischkomponenten Öl und Wasser zu einem brennfähigen Brennstoff, der unmittelbar nach seiner Entstehung in der Brennkammer 17 durch Versprühen intensiv mit der dort vorhandenen Luft vermischt und verbrannt werden kann.

Bei der erprobten Vorrichtung betrug die Durchlaßmenge 9 Liter pro Minute bei einem Fließdruck von ca. 180 bar.

Durch dieses erfindungsgemäße System ist selbstverständlich die Möglichkeit auch nahgeiegt, die Durchlaßquerschnitte im Rohr-Düsensystem in Fließrichtung stufenweise zu verringern, so daß sich die Fließgeschwindigkeiten innerhalb des Rohr-Düsensystems 14 zur Zerstäuber-Austrittsdüse 16 hin surenweise erhöhen, was sicher bei ölen mit höherer Viskosität von Vorteil sein wird.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig.2 werden die Mischkomponenten öl und Wasser aus den separaten Behältern 3 und 4 mittels zweier getrennter volumetrisch regelbarer Hochdruckflüssigkeitspumpen 22 und 23 durch die Saugrohre 5' und 6' angesaugt und befördert. Dabei erfolgt die Mischung druckseitig, indem die beiden Druckleitungen 24 und 25 die beiden Pumpen 22 und 23 mittels eines T-Stückes 26 gemeinsam an ein Rohr-Düsensystem 27 angeschlossen sind. Die beiden Pumpen 22 und 23 werden jeweils separat von Elektromotoren 28 bzw. 29 angetrieben.

Das Rohr-Düsensystem 27 besteht teilweise aus den gleichen Teilen wie das Rohrsystem 14 der Fig. 1, nämlich das Rohrstück 21, das Rohrstück 19, zwei Punktstrahldüsen 15, die durch das Rohrstü;k 19 miteinander verbunden und durch das Rohrstück 21 an das T-Stück 26 angeschlossen sind, sowie das Rohrstück 20, Jessen Ende die Zerstäuber-Austrittsdüse 16 trägt. Auch hier mündet die Zerstäuber-Austrittsdüse 16 direkt in die Brennkammer 17. In Fließrichtung hinter der zweiten Punktstrahldüse 15 ist die.' Rohrleitung in zwei Zweigleitungen 30 und 31 aufgeteilt, die unter sich gleiche Durchlaßquerschnitte aufweisen. Die Enden dieser beiden Zweigleitungen 30 und 31 sind durch entsprechende Krümmungen 32 und 33 gegeneinander gerichtet und jeweils mit koaxial zueinander angeordneten Punktstrahldüsen 15' versehen, die durch ein T-Stück 34 des Rohrstückes 20 kurzem Abstand miteinander verbunden.

Während die Punktstrahldüsen 15 hier die gleiche Funktion aufweisen wie beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. I, wire¹ durch die gegeneinander gerichteten Punktstrahldüsen 15' unmittelbar vor Austritt der Mischung in die Brennkammer 17 eine noch intensivere Emulgierung der beiden Mischkomponenten zur Erreichung wesentlich Kleinerer Tropfengrößen erzielt. Die beste Wirkung dieser beiden gegeneinander gerichteten Punktstrahldüsen 15' wird dann erzielt, wenn ihr Abstand 1 bis 2 cm beträgt, so daß die von ihnen erzeugten Strahlen noch mit hoher Geschwindigkeit aufeinandertreffen.

Während dieser verbesserte Emulgierungseffekt bei einer erDrobten Vorrichtung mit Punktstrahldüsen 15'.

die den gleichen DurchlaDquerschnitt aufwiesen wie die Punktstrahldüsen 15, und mit Zweigleitungen 30 und 31. die jeweils den gleichen Durchlaßquerschnitt wie die Rohrstücke 19 und 21 aufwiesen, erreicht wurde, ist eine weitere Steigerung des Emulgierungseffektes dadurch möglich, daß man PunktstrahldUsen 15' jeweils mit halb so großen Durchtaßquerschnitten versieht wie die Punktstrahldüsen 15. Zweckmäßig ist es auch, wenn die beiden Zweigleitungen, die den Gemisch-Strom in zwei gleiche Teile teilen, jeweils halb so große Durchlaßquerschnitte aufweisen wie die Rohrstücke 19, 20 und 21, so daß im gesamten System die gleichen Fließgeschwindigkcitsverhältnissc gewahrt bleiben.

Eis sei noch erwähnt, daß sich die Vorrichtungen beider Ausführungsbeispiele auch zur Herstellung anderer Emulsionen, z. B. der Kosmetikbranche, eignen, wo derzeit noch ausschließlich mit Rühr- und Schlagwerken gearbeitet wird. Auch dort läßt sich eine wesentlich bessere Emulgierung erzielen, als dies mit den herkömmliclien Vorrichtungen unter Verwendung von Emulgiermiueln möglich ist.

Ein wichtiger Vorteil dabei ist darin zu sehen, daß die ίο Emulgierung innerhalb des Rohr-Düsensystems (14, 27) unter völligem Luftabschluß stattfindet, was insbesondere bei gärgefährdeten Medien von großer Bedeutung ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Erzeugung eines in Anwesenheit von Luft unmittelbar verbrennungsfähigen, emulgieren Öl-Wassergemisches, bei der öl und Wasser aus getrennten Behältern im gewünschten Volumenverhältnis angesaugt und einem Emulgator zugeführt und danach unmittelbar zum Verbrennen in den Brennraum gesprüht wird, dadurch "> gekennzeichnet, daß in einer druckseitig an eine oder gemeinsam an zwei Hochdruck-Flüssigkeitspumpen (1 bzw. 22, 23) angeschlossenen Rohrleitung (18,19, 20,21), deren Ende mit einer in den Brennraum (17) mündenden Zerstäuberdüse (16) versehen ist, in geringen Abständen hintereinander mehrere Düsen (15) angeordnet sind, deren Durchlaßquerschnitte jeweils etwa dem zehnten bis zwanzigsten Teil des Durchlaßquerschnitts der Rohrleitung (18,19,20,21) entsprechen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dab die Rohrleitung (19, 21) hinter der zweiten Düse (15) in zwei Zweigleitungen (30, 3i) mit gleicher Länge und gleichem Durchlaßquerschnitt mündet, deren Enden mit koaxial zueinander. in geringem Abstand voneinander angeordneten und gegeneinander gerichteten, in einem Verbindungsrohr (34) befestigten Düsen (15') versehen sind, wobei mittig zwischen den Düsen das endseits mit der Zerstäuberdüse (16) versehene Rohrleitungsendstück (20) rechtwinklig zum Verbindungsrohr (34) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zweigleitungen (31, 30) etwa den halben Durchlaßquerschnitt der übrigen Rohrleitung (19,21) aufweisen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander gerichteten Düsen (15') den halben Durchlaßquerschnitt der ihnen vorgeschalteten Düsen (15) aufweisen. *o

5. Vorrichtung nach Anspruch I, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen (15, 15') Punktstrahlcharakteristik aufweisen.