DE4413668A1 - Vorrichtung zur Vergasung von Spänen, Schnitzeln und dergleichen aus verkohlbaren Stoffen, wie z. B. Holz und Gasfördereinrichtung hierfür - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vergasung von Spänen, Schnitzeln und dergleichen aus verkohlbaren Stoffen, wie z. B. Holz, bestehend aus einer Aufnahme­ einrichtung und einer Verkohlungseinrichtung sowie einer Gasfördereinrichtung hierfür.

Aus der DE-PS 25 20 271 ist eine Vorrichtung zum Erzeu­ gen von Rauch durch Verschwelen von Spänen oder derglei­ chen bekannt. Hierzu werden die Späne von einem Nach­ füllbecher über eine Förderschnecke in eine Schwelkammer transportiert. Der in der Schwelkammer entstehende Rauch wird dann seiner Bestimmung, z. B. zum Räuchern, zuge­ führt. Entstehende Gase werden dagegen über eine Haube ungenutzt nach außen geführt.

Eine Vorrichtung zur Gewinnung von Kohle ist aus der DE-PS 4 20 635 bekannt. Sie besteht aus einem Verkoh­ lungsgefäß und einem neben dem Verkohlungsgefäß liegen­ den Vorratsbehälter. Allerdings werden auch hier die während des Verkohlungsprozesses entstehenden Gase unge­ nutzt abgeblasen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung zur Vergasung von Spänen, Schnitzeln und derglei­ chen aus verkohlbaren Stoffen, wie z. B. Holz, und eine Gasfördereinrichtung hierfür zu schaffen, die eine effek­ tive Ausnutzung der verkohlbaren Stoffe, insbesondere ihre Vergasung, Förderung und ihre weitere Verwendung er­ möglicht.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Vergasungsein­ richtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst,

• - daß die Aufnahmeeinrichtung über der Verkohlungsein­ richtung angeordnet ist,
• - daß eine Gasleitung über eine Gasfördereinrichtung zu einem Gassammelbehälter führt,
• - daß ein Verbrennungsmotor mit dem Gassammelbehälter verbunden ist und
• - daß der Verbrennungsmotor mit seiner Abgasleitung mit einer in einer luftdichten Schwelkammer der Verkoh­ lungseinrichtung angeordneten Heizrohrwendel verknüpft ist, so daß die Verkohlungseinrichtung von Verbren­ nungsgasen beheizt ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbe­ sondere darin, daß anfallende Späne und sonstige zer­ kleinerte Reste z. B. aus Holz in die Aufnahmeeinrich­ tung gegeben werden und danach nach und nach unter Sauer­ stoffabschluß in Gas umgewandelt werden. Dabei wird das entstehende Gas durch die Gasfördereinrichtung in den Gassammelbehälter geleitet. Von dort wird das Gas durch einen Verbrennungsmotor in Energie umgewandelt und die frei werdenden Abgase über die Abgasleitung der Heiz­ rohrwendel zugeführt. Die zugeführte Hitze sorgt dafür, daß z. B. in der Schwelkammer befindliche Holzspäne er­ hitzt und damit schrittweise vergast wird. Durch diesen Kreislauf wird insbesondere gesichert, daß anfallende Holzreste nicht durch ein langes Vermodern oder verrot­ ten beseitigt werden müssen, sondern in Gas umgewandelt werden und das das gezielt einem Verbrennungsmotor Zuge führt wird. Dadurch, daß die letztendliche verbrannten Holzgase und die verbleibenden Rückstände verbleiben, wird eine sehr umweltfreundliche Beseitigung entstehen der Holzreste erreicht.

Vorteilhaft ist es, wenn die Heizrohrwendel ausgangssei­ tig mit einem die Schwelkammer umgebenden Ummantelungs­ element verbunden ist. Hierdurch wird erreicht, daß die noch heißen Gase zu einem Trocknen und zusätzlichen Auf­ wärmen dem im Inneren der Schwelkammer befindlichen ge­ spänten bzw. geschnitzelten verkohlbaren Stoffe ausge­ nutzt werden. Luft, die beim Nachfüllen der Aufnahme­ vorrichtung mit eingedrungen ist, wird durch die aufstei­ genden Verbrennungsgase herausgedrückt.

Vorteilhaft ist es, wenn in der Abgasleitung ein Metall­ kompensator angeordnet ist. Durch den Metallkompensator wird die Motorschwingung auf die Vergasungseinheit über­ tragen, wodurch es zu einer zusätzlichen Verdichtung der in der Schwelkammer befindlichen Späne, Schnitzel und dergleichen kommt.

Vorteilhaft ist es, wenn die Aufnahmeeinrichtung aus ei­ nem Aufnahmebehältnis und einem darüberliegenden Nach­ fülltrichterelement besteht. In den Nachfülltrichter werden die Späne, Schnitzel und dergleichen aus verkohl­ baren Stoffen wie z. B. Holz eingegeben, wo sie sukzes­ sive dem Aufnahmebehältnis zugeführt werden. Dabei ist in vorteilhafter Weise das Aufnahmebehältnis mit dem Um­ mantelungselement über eine Leitung verbunden. Hierdurch werden die zugeführten Abgase auf dem Ummantelungsele­ ment ganz gezielt in das Aufnahmebehältnis geleitet und führen zu einem mehr effektiven Trocknen der eingebrach­ ten Späne, Schnitzel und der gleichen aus verkohlbaren Stoffen, wie z. B. Holz. Es können daher auch gerade zerkleinerte Äste und Baumteile eingebracht werden.

Zur Umwandlung der durch den Verbrennungsmotor erzeugten Energie ist an ihn eine Elektromotor/Generatoreinheit an­ geordnet. Von dieser Einheit wird der Strom für den Verkohlungsvorgang abgenommen. Ebenso wird ein Verdich­ ter mit dem Strom betrieben, der die erforderliche Kälte für Trocknungsvorgänge erzeugt. Nicht benötigter Strom wird zur Nutzung bereitgestellt oder ins Netz einge­ speißt. Die Abwärme des Verdichtens wird durch Kupfer­ rohre geführt, die am Boden des Nachfülltrichterelements angeordnet sind und zur ersten Entfeuchtung dienen. Die vom Motor erzeugte Abwärme, die im Kühlwasser des Motors über eine Konstantregelung auf 90° steigt, wird für Hei­ zungszwecke bereitgestellt. Soll die Anlage vorrangig zur Stromerzeugung dienen, muß die überschüssige Wärme abgeführt werden.

Um entstehenden Holzteer gezielt ableiten zu können, geht von der Hausgasleitung eine Holzteerabflußleitung ab. Die Vorrichtung kann zusätzlich mit einer Biogasan­ lage gekoppelt werden, die vom Aufbau baugleich mit der Verkohlungseinheit und der Gasabsaugung ist. Die Heiz­ wendel und der Außenmantel werden jedoch mit dem Kühl­ wasser des Motors konstant auf +36° beheizt. Vergast werden Holzteer und Asche (oder Holzkohle).

Eine Gasfördereinrichtung zur Lösung der gestellten Aufgabe besteht aus einem Hohlraumelement, an dem eine ankommende und eine abgehende Gasleitung sowie eine Me­ diumleitung angeschlossen sind, wobei in der Mediumlei­ tung eine Schalteinheit und eine Mediumfördereinheit und wobei unter dem offenen Ende der Mediumleitung ein Mediumauffang- und Vorratsbehältnis zur Aufnahme des Mediums angeordnet ist.

Die mit der Gasfördereinrichtung erzielten Vorteile be­ stehen insbesondere darin, daß die während des Verga­ sungsprozesses erzeugten Gase ganz gezielt in dem Hohl­ raumelement gesammelt und dann danach in den Sammelbe­ hälter durch den Unterdruck des durch das ablaufende Medium abgesaugt werden können. Dieses Fördern oder auch Pumpen der Gase geschieht dabei ohne bewegbare metallene Kolben oder dergleichen. Dadurch ist die Gasförderein­ richtung in dieser Art und Weise und Funktion explosions­ sicher, ohne daß dafür gesondere hohe Aufwendungen not­ wendig sind. Das Gas wird komprimiert und das Speicher­ volumen des Vorratsbehälters besser ausgenutzt. Als Medium bietet sich dabei vorteilhafterweise Wasser oder Öl an. Das Hohlraumelement wird zur Aufnahme der erfor­ derlichen Gasmenge und zur sicheren Aufnahme entstehen­ der Überdrücke vorteilhafterweise als Hohlkugel ausge­ bildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, das Hohl­ raumelement als Hohlzylinder auszubilden.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel in einem Funktionsschaltbild schema­ tisch im Schnitt dargestellt.

Eine Vorrichtung zur Vergasung von Spänen, Schnitzeln und dergleichen aus verkohlbaren Stoffen, wie z. B. Holz, besteht aus folgenden Hauptelementen:

• - einer Aufnahmeeinrichtung 1,
• - einer Verkohlungseinrichtung 2,
• - einer Gasfördereinrichtung 4,
• - einem Gassammelbehälter 5 und
• - einem Verbrennungsmotor 6.

Die Aufnahmeeinrichtung 1 setzt sich aus einem Aufnahme­ behältnis 11 und einem darüberliegenden Nachfülltrich­ terelement 12 zusammen. Zwischen beiden ist ein Ver­ schlußelement 24 angeordnet.

Die Verkohlungseinrichtung 2 umfaßt eine Schwelkammer 21, in der eine Heizrohrwendel angeordnet ist. Die Schwelkammer selbst ist unter Zwischenschaltung eines Verschlußelements mit dem Aufnahmebehältnis 11 verbun­ den. Aus dem Inneren der Schwelkammer 21 führt eine Gasleitung 3 zu der Gasfördereinrichtung 4 und von die­ ser zu dem Gassammelbehälter 5. Vom Gassammelbehälter 5 führt die Gasleitung 3 zu dem Verbrennungsmotor 6. Die Abgasleitung 6′ des Verbrennungsmotors 6 ist an die Heizrohrwendel 22 angeschlossen. In der Abgasleitung 6′ befindet sich ein Metallkompensator 7, der Schwingungen auf die Verkohlungseinrichtung 2 überträgt. In der Gas­ leitung 3 sind Stellventile 31, 32 und Druckminderventil 33 angeordnet. Das Ummantelungselement 23 ist über eine Leitung 13 mit dem Aufnahmebehältnis 11 verbunden. Wei­ terhin führen Leitungen 14 aus dem Aufnahmebehältnis 11 und dem Nachfülltrichterelement 12 in ein Auslaß-Kühlele­ ment 15. Dort werden die Verbrennungsgase vor dem Aus­ tritt gekühlt.

Die Gasfördereinrichtung 4 besteht aus einem kugelförmig ausgebildeten Hohlraumelement 41, in das die Gasleitung 3 hineinführt und wieder abgeht. Im einführenden Teil der Gasleitung 3 ist eine Schalteinheit 47 (Schwimmer­ schalter) angeordnet. Am unteren Ende des Hohlraumele­ ments 41 ist eine Mediumleitung 42 angeschlossen. In ihr ist unmittelbar unterhalb des Hohlraumelements 41 eine Schalteinheit 43 (Schwimmerschalter) und weiter unten eine Mediumfördereinheit 44 angeordnet. Die Mediumförder­ einheit kann dabei als Pumpe ausgebildet sein. Unterhalb des offenen Endes der Mediumleitung 42 befindet sich ein Mediumauffang- und Vorratsbehältnis 45 für ein flüssiges Medium 46.

Die Arbeitsweise der Vergasungsvorrichtung, wie sie sich aus dem dargestellten Ausführungsbeispiel ergibt, sei er­ läutert. In das Aufnahmebehältnis 11 werden Holzspäne 50 eingegeben. Sie gelangen durch Öffnen des Verschlußele­ ments 24 in das Aufnahmebehältnis 11. Durch Öffnen des Verschlußelements 25 können sie in die Schwelkammer 21 gelangen. Hier werden sie unter Sauerstoffabschluß durch die Heizrohrwendel 22 auf Temperaturen, die über dem Zündpunkt liegen, erhitzt. Das erzeugte Gas 60 wird über die Gasleitung 3 bei geöffnetem Stellventil 31 durch den Unterdruck, der durch das ablaufende Medium 42 erzeugt wird, in das Hohlraumelement 41 der Gasfördereinrichtung gesaugt. Das Stellventil 32 ist geschlossen. Ist das Me­ dium bis zum Schwimmerschalter 43 herausgelaufen, wird das Stellventil 31 geschlossen und das bis dahin ge­ schlossene Steuerventil geöffnet. Danach wird die Medium­ fördereinheit 44 in Betrieb genommen und das Medium 46 aus dem Mediumauffang- und Vorratsbehältnis 45 herausge­ pumpt und in das mit Gas gefüllte Hohlraumelement 41 gedrückt. Das Medium steigt an, bis es den Schwimmer­ schalter 47 erreicht. Die Mediumfördereinheit 44 wird abgeschaltet, das Stellventil 32 geschlossen und das Stellventil 31 geöffnet. Das Gas gelangt so gezielt in den Gassammelbehälter 5. Von hieraus wird es durch das Druckminderventil 33 dosiert und gezielt dem Verbren­ nungsmotor 36 zugeführt. Beim Pumpen durch die Medium­ fördereinheit 44 wird das Gas auf höheren Druck gebracht (ca. 3-4 bar). Der Gasdruck am Verbrennungsmotor 6 sollte vorteilhafterweise ca. 20 mbar (0,020 bar) betra­ gen. Aus diesem Grund wird das Druckminderventil 33 ein­ gesetzt. Bei Verbrennen der Gase wird die freiwerdende Energie in Elektroenergie durch die Elektromotor/Genera­ tor-Einheit 8 umgewandelt. Die heißen Abgase hingegen werden über die Abgasleitung 6′ der Heizrohrwendel 42 zugeführt. Der in der Abgasleitung 6′ angeordnete Metall­ kompensator 7 überträgt dabei für die Motorschwingungen, die zu einem zusätzlichen Verdichten z. B. von Holz­ spänen in der Schwelkammer 21 führen. Die aus der Heiz­ rohrwendel austretenden immer noch heißen Abgase werden in das Ummantelungselement 23 geleitet und umspülen die Schwelkammer 21 und geben zusätzlich Hitze an sie ab und verhindern das Auskühlen zur Außenwand. Danach werden die Abgase über die Leitung 13 durch das Aufnahmebehält­ nis 11 geführt. Dieses Hindurchführen der Abgase führt dazu, daß z. B. Holzspäne, die feucht sind, gezielt vor­ getrocknet werden und Sauerstoff herausgedrückt wird. Die noch immer warmen aber feuchten Abgase werden durch die Ausströmleitung 14 geführt und gekühlt. Das anfallen­ de Kondensat wird abgeführt. Die Verbrennungsgase werden durch das Auslaß-Kühl-Element 15 in das Nachfülltrichter­ element 12 geleitet, wo eine Wärmeaustausch an der Wan­ dung mit dem aus dem Aufnahmebehältnis 11 strömenden Ver­ brennungsgas stattfindet. Entstehender Holzteer 61 wird dabei über eine in die Hauptgasleitung 3 eingebaute Kühleinheit 9 abgelassen, während die anfallenden verbrannten bzw. verkohlten Anteile der Späne bzw. Schnitzel und dergleichen als Holzkohle 62 aus der Schwelkammer 21 gezielt abgeführt werden. Durch den stän­ digen Kreislauf des Zuführens feuchter Späne, ihres Trocknens, Vergasens, Befördern des Gases, Umwandeln des Gases in Energie in Form von Elektroenergie und Abgas­ energie, wird ein ständiger Kreislauf zur sehr umwelt­ freundlichen Beseitigung von verbrennbaren Spänen, Schnitzeln und dergleichen gewährleistet.

Die Vorrichtung arbeitet unabhängig von Fremdenergie (ideal für eine Strom- und Heizungsversorgung in abge­ legenen Waldgebieten) und kann auch nach längerem Still­ stand, bei gefülltem Gasspeicher, sofort wieder anlau­ fen. Sie enthält keine wassergefährdenden Stoffe (z. B. Diesel), was äußerst wichtig für Wasserschutzgebiete ist. Die Vorrichtung kann je nach Nutzung vorrangig zur Erzeugung von Wärme- oder elektrischer Energie ausgelegt (geschaltet) werden.

Bezugszeichenliste

1 Aufnahmeeinrichtung
2 Verkohlungseinrichtung
3 Gasleitung
4 Gasfördereinrichtung
5 Gassammelbehälter
6 Verbrennungsmotor
6′ Abgasleitung
7 Metallkompensator
8 Elektro/Generator-Einheit
9 Kühleinheit
11 Aufnahmebehältnis
12 Nachfülltrichterelement
13 Leitung
14 Ausströmleitung
15 Auslaß-Kühl-Element
21 Schwelkammer
22 Heizrohrwendel
23 Ummantelungselement
24, 25 Verschlußelement
31, 32 Stellventil
33 Druckminderventil
41 Hohlraumelement
42 Mediumleitung
43 Schalteinheit
44 Mediumfördereinheit
45 Mediumauffang- und Vorratsbehältnis
46 Medium
50 Holzspäne
60 Gas
61 Holzteer
62 Holzkohle

Claims (10)

1. Vorrichtung zur Vergasung von Spänen, Schnitzeln und dergleichen aus verkohlbaren Stoffen, wie z. B. Holz, bestehend aus

• - einer Aufnahmeeinrichtung (1) und
• - einer Verkohlungseinrichtung (2), dadurch gekennzeichnet
• - daß die Aufnahmeeinrichtung (1) über der Verkoh­ lungseinrichtung (2) angeordnet ist,
• - daß eine Gasleitung (3) über eine Gasförderein­ richtung (4) zu einem Gassammelbehälter (5) führt,
• - daß ein Verbrennungsmotor (6) mit dem Gassammel­ behälter (5) verbunden ist und
• - daß der Verbrennungsmotor (6) mit seiner Abgas­ leitung (6′) mit einer in einer luftdichten Schwel­ kammer (21) der Verkohlungseinrichtung (2) angeord­ neten Heizrohrwendel (22) verknüpft ist, so daß die Verkohlungseinrichtung (2) von Verbren­ nungsgasen beheizt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizrohrwendel (22) mittig in der Verkoh­ lungseinheit angeordnet und ausgangsseitig mit einem die Schwelkammer (21) umgebenden Ummantelungselement (23) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Abgasleitung (6′) ein Metall­ kompensator (7) angeordnet und wenigstens die Ver­ kohlungseinrichtung (2) schwingend gelagert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeeinrichtung (1) aus einem Aufnahme­ behältnis (11) und einem darüberliegenden Nachfüll­ trichterelement (12) besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Ummantelungselement (23) über eine Leitung (13) mit dem Aufnahmebehältnis (11) verbun­ den ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da­ durch gekennzeichnet, daß an den Verbrennungsmotor (6) eine Elektromotor/Generatoreinheit (8) angeord­ net ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß in der Hauptgasleitung (3) eine Kühleinheit (9) eingebaut ist und Holzteer ab­ geschieden wird.

8. Gasfördereinrichtung mit einem Hohlraumelement (41), an dem eine ankommende und eine abgehende Gasleitung (3), in die jeweils eine Stelleinheit (31, 32) einge­ baut ist, sowie eine Mediumleitung (42) angeschlos­ sen sind, wobei in der Mediumleitung (42) eine Schalteinheit (43) und eine Mediumfördereinheit (44) und wobei unter dem offenen Ende der Mediumleitung (42) ein Mediumauffang- und Vorratsbehältnis (45) zur Aufnahme des Mediums (46) angeordnet ist.

9. Gasfördereinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Hohlelement als Hohlkugel, Hohl­ zylinder oder dergleichen ausgebildet ist.

10. Gasfördereinrichtung nach Anspruch 8 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium Wasser, Öl oder der­ gleichen ist.