-
Verfahren und Vorrichtung zur Vergasung und Verbrennung von Schwerölen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergasung und Verbrennung voll Schwerölen
und einen Vergaser zur Durchführung dieses Verfahrens. Unter Schwerölen versteht
man im allgemeinen Heizöle, deren Siedepunkt etwa über i 5o° C liegt. Es hat bisher
nicht all Versuchen in dieser Richtung gefehlt, z. B. trachtete man, das Ziel in
der Weise zu erreichen, daß man ein Gemisch aus flüssigem Brennstoff, Wasserdampf
und gegebenenfalls Luft herstellte und zur Verbrennung brachte. Auf diesem Wege
konnte man jedoch nicht zum Ziele gelangen, weil die Erkenntnis fehlte, daß zur
Erreichung einer höchstmöglichen kalorischen Wirkung die Bedingung zu erfüllen ist,
daß der Brennstoff sich im reinen gasförmigen oder mindestens heißdampfartigen Zustande
befinden muß.
-
Auf diesem Gedanken ist das Verfahren gemäß der Erfindung aufgebaut.
Dieses Verfahren bestellt darin, daß der Brennstoff zuerst in den möglichst reinen
gasförmigen Zustand, gegebenenfalls unter Beifügung geringer Luftmengen, übergeführt
und dann erst ein Füllmittel, wie Wasserdampf, gegebenenfalls unter weiterer Zuführung
von Luft, zugesetzt wird, worauf das so entstandene Gemisch zur Verbrennung gebracht
wird. Die Vergasung wird dabei unter Druck durchgeführt, indem die Brennstoffdämpfe
durch verchiedene Räume mit entsprechend engen s s
und versetzt angeordneten
düsenförmigen Aiislaßquerschnitten hindurchgeleitet werden. Hierdurch wird eine
Verzögerung der Verdampfung erzielt, wodurch man die sonst leicht auftretende Koksbildung
im Vergaser vermeidet. Ferner erreicht man einen sachgemäßen Diffusionsausgleich,
und auch die schwer flüchtigen Bestandteile des Üles werden mit zur Vergasung herangezogen.
-
Die zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung dienende Einrichtung,
kurz Vergaser genannt, besteht im wesentlichen darin, das zwischen der Stelle des
Eintrittes des flüssigen Brennstoffes in den Vergaser und der als Düse ausgebildeten
Austrittsstelle nach dem Verbrennungsraum mehrere hintereinandergeschaltete Gaskammern
angeordnet und die Ein- und Austrittsöffnungen in diesen Kammern als Düsen mit scharfer
Austrittskante ausgebildet und so angeordnet sind, daß der Brennstoff in jeder Gaskammer
von der Eintritts- nach der Austrittsstelle hin eine scharfe Umkehr seiner Bewegungsrichtung
erfährt.
-
Die Wirkung des Vergasers gemäß der Erfindung beruht in der Hauptsache
auf einer niolekular-kinetischen Wirkung in den Diiseil. In den Düsen der Gaskammern
wird die Geschwindigkeit des Gases in Druck umgesetzt. Dieser Überdruck macht sich
auch rückwirkend im Brennstoffraum des Vergasers bemerkbar, wodurch die Vergasung
verzögert wird und damit restlose Vergasung und gute Verbrennung erzielt werden.
Ferner entsteht bei der scharfkantigen Ausgestaltung der Düsenöffnungen eine Kontraktion
über der Austrittskante, welche ein Übertreten von Feuchtigkeit des Füllmittels
-in eine vorhergehende Kammer oder sogar in den Brennstoffraum des Vergasers verliiiidern.
Das fertige Gas, welches zur Verwendungsstelle kommen soll, kann also nicht mehr
mit dem flüssigen Brennstoff in Berührung kommen, so daß der erreichte Zustand gewahrt
bleibt und nicht durch die Berührung mit Flüssigkeit unterbunden wird.
-
In dem vorgenannten Vergaser wird zweckmäßig schon angedampfter flüssiger
Brennstoff aus einem einseitig bzw. schwach beheizten Vorvergaser übergeführt.
-
Der Austritt über die scharfe Düsenkante der Gaskammern erzeugt große
Wirbelung und innige Berührung mit den Wandungen derselben.
-
Die Gaskammern und die Düsen werden gemäß einer Ausführungsform der
Erfindung durch wechselständig - angeordnete Scheidewände gebildet, von denen die
eine Gruppe mit der einen Rinnenwand fest verbunden sein bzw. mit dieser aus einem
Stück bestellen kann, während die andere Gruppe an der anderen Rinnenwand abnehmbar
angebracht ist. Dadurch ergibt sich eine leichte Reinigungsmöglichkeit für den Vergaser
und die Gaskammern.
-
Die Düsen liegen zweckmäßig an der dem Verbrennungsraum zugekehrten
Seite des Vergasers, während die andere Seite des Vergaser, all welcher die Zuführung
des Brennstoffes stattfindet, der Einwirkung eines Kühlmittels ausgesetzt wird.
Vorteilhaft läßt man diese Seite wie auch beim Vorvergaser von der vorzuerwärmenden
Verbrennungsluft bestreichen.
-
All einer Stelle des Vergasers, all welcher die Vergasung des flüssigen
Brennstoffes
vollkommen beendet ist, also z. B. in die letzte Gaskammer,
wird Wasserdampf eingeführt. Dieser vermischt sich also mit dem im reinen gasförmigen
Zustande befindlichen Brennstoff: die Düsen wirken gleichzeitig als Mittel, den
flüssigen Brennstoff von dein Wasserdampf getrennt zu halten.
-
Auf der Zeichnung ist eine Ausführung des Vergasers nach der Erfindung
bei einer Feuerung dargestellt.
-
Abb. i ist ein Längsschnitt durch einen Teil einer mit dem Vergaser
ausgerüsteten Kesselfeuerung nach der Linie A-B der Abb.3, die einen Otiersclinitt
nach der Linie C-D der Abb. i in größerem Maßstabe zeigt. Abb. d ist ein Längsschnitt
durch einen Teil der Abb.3, und Abb.2 ist eine Stirnansicht zu Abb. i.
-
In das Flammrohr 2 des Kessels ist ein Gehäuse eingebaut, das aus
einem zylindrischen :Mantel 3 und zwei Stirnwänden d., 5 besteht. Diese Wände sind
mit Flanschen 6 versehen, mit denen sich das Gehäuse auf das Flammrohr 2 stützt,
während zwischen Mantel 3 und Flammrohr ein Ringraum 7'belassen ist. In dem Gehäuse
3, .I, 5 sind im Abstande nebeneinander zwei als stabförmige Rinnen ausgebildete
Vergaser 8 angeordnet, die von der Stirnwand 9 des Flammrohres 2 aus eingeschoben
werden. An den Innenseiten der Stirnwände d., 5 des Gehäuses sind zu diesem Zweck
der Gestalt des Vergasers 8 angepaßte Rahmen io befestigt, in denen die Vergaser
gelagert sind. An der äußeren Stirnwand sind die Vergaser mit Handgriffen ii versehen.
-
Auf einem äußeren Längsflansch 12, der Rinnen 8 sind z. B. durch Schrauben
drei Platten 13, 14, 15 leicht lösbar befestigt, die nach oben gewölbt sind und
zwei Kammern 16, 17 begrenzen. Die beiden inneren Platten 13, 14 reichen
nicht bis ganz an die gegenüberliegende Wandung der Rinnen B. Zwischen die Platten
ragen an dieser Binnenwand vorgesehene Scheidewände 18, i9, die zusammen mit den
Enden der Platten 13, 14, ic schlitzartige, mit scharfen Austrittskanten versehene
Düsen 2o, 2i, 22, 23 bilden. Die aufeinanderfolgenden Düsen sind also entgegengesetzt
zueinander gerichtet und liegen an den gleichen Enden der Kammern 16,
17. Die Düse 23 bildet die Austrittsdüse für die Brennstoffgase.
-
Der Flüssigkeitsraum der Rinnen 8 kann durch Stauwände 24 (Abb. 3)
in der Querrichtung in eine Anzahl Kammern unterteilt sein, wobei dann jeder Kammer
der flüssige Brennstoff zugeführt wird.
-
Unten schließen sich an die Vergaser 8 feuerfeste Scheidewände 25
an, zwischen welchen das Gehäuse 3, 4., 5 unten offen ist.. Die Scheidewände 25
begrenzen nach innen den Verbrennungsraum 26 und nach außen Kaminer 27, in die durch
Öffnungen 28 in der Stirnrand .4 des Gehäuses die Verbrennungsluft eingeführt wird.
Die Zuleitung der Außenluft zu diesen Öffnungen erfolgt mittels des Stutzens 29,
der unten mit Stauplatten 30 versehen und in den die Drosselklappe
31 zur Regelung der Luftzufuhr angeordnet ist. Die _ Luftkammern 27 erstrecken
sich über die ganze Länge der Vergaser 8 und sind oben durch diese und eine Platte
32 begrenzt. Nahe der Stirnwand 5 des Gehäuses ist die Platte 32 mit einer Schlitzdüse
33 versehen, deren Achse ungefähr tangential zum Gehäusemantel 3 gerichtet ist.
-
An die Luftkammern 27 schließen oberhalb der Vergaser 8 Luftkammern
34 an, die nach innen durch Scheidewände 35 begrenzt sind. Diese Wände lassen zwischen
sich eine in der senkrechten Längsmittelebene des Gehäuses liegende Luftkammer 36.
Nahe der Stirnwand 4 des Gehäuses sind die Scheidewände 35 mit schlitzartigen Düsen
37 versehen, deren Achsen ebenfalls tangential zum Mantel 3 liegen.
-
Die Scheidewände 35 bilden ferner mit einem mittleren Stab 38 Düsen
39, die zwischen den Vergasern 8 in den Verbrennungsraum 26 führen, jedoch unter
Belassung von Spalten zwischen den Platten 15 der Vergaser 8, mit denen die Scheidewände
35 Düsen .46 der Luftkammern 34 bilden.
-
Unten ragt in den Verbrennungsraum 26 eine Verteilerzunge 41 hinein,
durch die zwei sich über die ganze Länge der Scheidewände 25 erstreckende Gaskanäle
d.2 gebildet werden. Der Flansch 6 der Stirnwand 5 des Gehäuses ist mit einer Austrittsöffnung
4.3 für die Verbrennungsgase versehen.
-
In den Scheidewänden 25 sind nach dem Verbrennungsraum 26 gerichtete
Düsen 44 zur Zuführung von Sekundärluft aus den Luftkammern 27 vorgesehen. Auch
im Mantel 3 des Gehäuses sind nach außen gerichtete Diisen 45 (Abb. 3) angebracht
für die Zuführung von Sekundärluft aus den Luftkammern 34: zu dem Ringraum 7 zwischen
Mantel 3 und Flammrohr 2.
-
Die Zuführung des flüssigen Brennstoffes zu den Vergasern 8 erfolgt
durch Leitungen .46 an der den Luftkammern 27 zugekehrten Seite der Vergaser. In
letztere kann durch die Leitung 47 Wasserdampf eingeführt werden. In der Stirnwand
des Gehäuses ist an dessen höchster Stelle eine Öffnung 48 vorgesehen, die durch
einen in der Stirnwand 9 des Flammrohres angebrachten Entlüftungsdrehschieber 49
abgedeckt werden kann. Ebenso ist an der höchsten Stelle des Ringraumes 7 ein Entlüftungsschieber
5o angeordnet.
Am unteren Teile des Ringraumes 7 sind Klappen 51
angebracht, die beim Anheizen benutzt werden, um z. B. Holz in den Ringraum einzuführen
und zu entzünden. Durch eine Schauluke 52 in der Stirnwand 9 des Flammrohres kann
die Verbrennung im Verbrennungsraum beobachtet werden.
-
Bei eingeschobenen Vergasern 8 können vor deren Stirnwände Riegel
53 gelegt werden, die an den Absperrhähnen 54 für die Brennstoffzufuhr befestigt
sind. Diese Hähne sind durch ein Gestänge 55 mit der Drosselklappe 31 für die Frischluftzufuhr
zwangläufig verbunden.
-
Die Riegel 53 liegen so, daß sie die Verstellung der Drosselklappe
in gewissen Grenzen nicht behindern.
-
Die Brennstoffgase, welche beim Betriebe in den durch die Wärme des
Verbrennungsraumes 26 beheizten Vergasern 8 entwickelt werden, treten durch die
Düsen 2o unter Überwindung des Düsenwiderstandes in die bereits gasgefüllte Kammer
16 ein und werden in die geschlossene Ecke dieser Kammer getrieben. Dort müssen
sie ihre Strömungsrichtung umkehren, kommen zu einer gewissen Ruhe und treten nun
durch die Düse 21 aus der Kammer aus. Durch Umsetzung der Strömungsgeschwindigkeit
in Druck entsteht in der Gaskammer 16 ein höherer Gasdruck als in dem eigentlichen
Vergaserraum B. Der Gasdruck wird dabei noch durch die Beheizung der Gaskammer 16
gesteigert. Dieser Überdruck in der Gaskammer wirkt auf den Vergaser so zurück,
daß auch dort ein höherer Gasdruck entsteht, als wenn die Gase unmittelbar aus dem
Vergaser austreten würden. Die Gasentwicklung geht daher langsamer vor sich, so
daß die Ausbeute des Brennstoffes erhöht und ein reines, von Flüssigkeitsteilchen
freies Gas erhalten wird, da der Brennstoff schon im Vergaser 8 selbst Zeit genug
findet, sich in möglichst reines Gas zu verwandeln. Beim Weiterströmen der Gase
in die Gaskammer 17 wiederholen sich diese Vorgänge, wobei eine gründliche 1Tachvergasung
stattfindet, so daß der Überdruck der Gase in dieser Kammer noch weiter steigt und
den Druck im Gasraum des Vergasers 8 verstärkt. Diese Gase treten daher ohne Flüssigkeitsgehalt
mit hohem Druck durch die Düsen 23 in den Verbrennungsraum ein. Unvergaste Rückstände
scheiden sich dabei an den scharfen Austrittskanten der Düsen 20, 21, 22, 23 aus,
die auch infolge der entstehenden Kontraktion ein Rücktreten des Gases in eine vorhergehende
Kammer verhindern.
-
Zum Zwecke der Reinigung brauchen die Vergaser 8 nur vom Heizerstand
aus an den Handgriffen i i aus dein Gehäuse 3, 4, 5 herausgezogen zu werden, worauf
durchLösen der Befestigungsschrauben der Platten 13, 14, 15 die Rinnen 8 freigelegt
werden können.
-
Infolge der ineinandergreifenden Scheidewände 13, 14, 15 und 18, i9
kann bei einer Drehung des Vergasers 8 um seine Längsachse, z. B. beim Schlingern
eines Schiffes, kein Brennstoff austreten. Ebenso ist bei einer Drehung des Vergasers
8 um seine mittlere wagerechte Querachse, also bei einer Schrägstellung seiner Längsachse,
ein Austritt von Brennstoff durch die Stauwände 24 vermieden.
-
Die Verbrennungsluft tritt in das Gehäuse 3, 4, 5 durch die öffnung
28 ein, durchströmt die Luftkammer 27 in der Längsrichtung der Vergaser 8 und strömt
durch die Düsen 32 in die Zwischenluftkammern 34. Infolge der tangentialen Richtung
der Düse prallt der austretende Luftstrahl gegen die Innenwandung des heißen Mantels
3, so daß die Luft erhitzt wird und sich ihr Volumen und ihr Druck stufenweise vergrößern.
Der gleiche Vorgang wiederholt sich bei dem Durchtritt der Luft durch die Düse 37
in die mittlere Luftkammer 36. Der Weg der Luft beim Durchtritt durch das Gehäuse
ist ferner durch die Versetzung der Düsen 33, 37 sehr verlängert, so daß die Luft
viel Wärme aufnehmen kann. Daher tritt die Luft rnit hoher Geschwindigkeit durch
die Düsen 40 und 39 in den Verbrennungsraum ein. Die einströmende Verbrennungsluftmenge
wird durch die Düsen 39, 40 in mehrere dünne Einzelschichten unterteilt, wobei die
mittleren Schichten am wärmsten sind. Hierdurch ist eine gute =Mischung der Luft
mit dein Brennstoffgas gesichert, die dadurch noch inniger gestaltet ist, daß die
Auslaßdüsen 23 der beiden Vergaser 8 aufeinander zugerichtet sind.
-
Der Brennstoff tritt durch die Leitungen 46 an der Seite der Vergaserrinnen
8 ein, an welcher die noch verhältnismäßig kühle Verbrennungsluft durch die Luftkammer
27 strömt. Es bleibt daher diese Vergaserseite verhältnismäßig kühl, was den Vorteil
hat, daß die leicht flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes nicht sofort beim Eintritt
in den Vergaser sich in Gas verwandeln, sondern ebenso wie die schwer flüchtigen
Bestandteile zunächst unvergast bleiben. Es ist dann die Gewähr gegeben, daß beide
Bestandteile gemeinsam zur Vergasung kommen, die besonders kräftig vor sich geht,
da die Düsen 2o, 21. 22, 23 an der durch die Verbrennungsgase beheizten Vergaserseite
liegen.
-
Vom Verbrennungsraum 26 ziehen die Verbrennungsgase nach unten, wo
ihnen zur Verbrennung der noch unverbrannten Bestandteile
Sekundärluft
durch die Düsen 44 zugeführt wird, worauf sie durch die Kanäle 42 nach beiden Seiten
des Gehäuses 3, 4, 5 hin abgelenkt werden und in den Ringraum 7 treten.
-
In dem Ringraum 7 umspülen die Verbrennungsgase den Mantel 3 des Gehäuses
und erhalten dabei noch durch die Düsen 45 weitere Sekundärluft zur Verbrennung
der etwa immer noch nicht verbrannten Bestandteile. Zugleich wird das Flammrohr
2 stark beheizt. Die Gase treten dann durch die obere Öffnung 43 in die Heizzüge
des Kessels aus.
-
Um bei Außerbetriebsetzung Explosionen zu verhüten, kann im Gehäuse
3, 4, 5 angestautes Gasluftgemisch durch den Lüftungsdrehschieber 49 abgelassen
werden. Gasluftgemisch, das sich im Ringraum 7 angestaut hat, kann durch den Schieber
5o entfernt werden.
-
Soll die Heizwirkung der Feuerung durch F nstellung der Luftzuführung
mittels der Drosselklappe 31 geregelt werden, so kann bei nicht gleichzeitiger Abstellung
der Brennstoffzufuhr der Fall eintreten, daß die Vergaser 8 überfüllt werden. Dies
wird durch die zwangläufige Verbindung der Drosselklappe 31 mit den in die Brennstoffzuleitung
46 eingeschalteten Absperrhähnen 54 sicher verhütet, da sich bei Verstellung der
Drosselklappe 31 die Hähne 54 entsprechend verstellen.
-
Ein völliger Abschluß der Brennstoff7ufühi ung muß erfolgen, wenn
die Vergaser 8 zum Reinigen aus dem Gehäuse 3, 4, 5 herausgezogen werden. Um diesen
Abschluß der Brennstoffzufuhr unabhängig von der Aufmerksamkeit des Wärters zu sichern,
sind die Riegel 53 vor die eingeschobenen Vergaser 8 gelegt. Beim Herausziehen der
Vergaser muß daher der Wärter die Riegel 53 anheben, wobei die Absperrhähne 54 geschlossen
werden.
-
Der Beschaffenheit des Brennstoffes kann die Feuerung dadurch angepaßt
«-erden, daß der gegenseitige Abstand der beiden stabförmigen Vergaser 8 geändert
wird. beinentsprechend wird dann durch die Änderung der gegenseitigen Entfernung
der Scheidewände 35 die Luftzufuhr geändert.