DE69912126T2

DE69912126T2 - Verbrennungsvorrichtung- und verfahren

Info

Publication number: DE69912126T2
Application number: DE69912126T
Authority: DE
Inventors: Bertil Larsson
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-06-24
Filing date: 1999-06-23
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2019-06-24
Also published as: EP1090255A1; SE9802239D0; ATE252213T1; CA2334639A1; WO2000001987A1; SE514594C2; DE69912126D1; ES2211121T3; AU4943599A; EP1090255B1; SE9802239L

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbrennungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Obwohl der gegenwärtige Kraftstoff irgendein Kraftstoff sein kann, den man verbrennen möchte, einschließlich feste Kraftstoffe, flüssige Kraftstoffe sowie gasförmige Kraftstoffe, ist nachfolgend ein Ausführungsbeispiel für das Verbrennen von Holzpellets dargestellt. Zusätzlich bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Verbrennen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 24.
Die Erfindung hat eine Vielzahl von verschiedenen Anwendungsmöglichkeiten innerhalb des Bereichs des Verbrennens von verschiedenen Kraftstoffen zum Zwecke der Erzeugung von Hitze.
Eine Verbrennungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist in der SE-C-13456 beschrieben.
Zum Verbrennen von verschiedenen Arten von Kraftstoffen sind einige unterschiedliche Verfahren verfügbar. Jedoch ist es bei der Verwendung von Verbrennungsverfahren in jedem Fall fundamental, daß eine möglichst vollständige Verbrennung erreicht wird. Um eine gute Verbrennung zu erreichen, ist es neben anderen Dingen erforderlich, daß die zugeführte Sauerstoffmenge der zu verbrennenden Kraftstoffmenge angepaßt ist und daß der Sauerstoff und der Kraftstoff gut vermischt sind. Dies ist so, weil eine Verbrennung ein Oxidationsprozeß ist, wobei eine verbrennbare Substanz, beispielsweise Kohlenstoff, mit Sauerstoff zu einem Verbrennungsprodukt kombiniert wird, wobei das Verbrennungsprodukt bei einer für die Substanz spezifischen Temperatur entzündet wird, während der die chemisch gebundene Energie in dem Kraftstoff in Hitze umgewandelt wird.
Es ist kürzlich festgestellt worden, daß eine theoretisch optimale Luftmenge bestimmt werden kann. Um eine Leistung von 1 Kilowatt (1 kW) zu erhalten, sind etwa 1,2 m³ erforderlich. Jedoch basiert diese Luftmenge auf einer fast vollständigen Mischung von Sauerstoff und brennbarer Substanz, so daß sämtlicher Sauerstoff in dem Oxidationsprozeß verbraucht wird, was in der Praxis schwer erreichbar ist.
Ein unvollständiger Verbrennungsprozeß führt neben dem Nachteil, daß der Energieinhalt des Kraftstoffs schlecht ausgenutzt wird, d. h. daß eine niedrige Effizienz erreicht wird, auch zu einer Serie von anderen Nachteilen wie dem Austritt von unerwünschten chemischen Verbindungen, welche nachteilig für die Umwelt sein können. Beispielsweise kann in einer Verbrennung mit einem Defizit von Luft (unterstöchiometrische Verbrennung) Kohlenmonoxid (CO) gebildet werden, während bei einem Überschuß von Luft (überstöchiometrische Verbrennung) Stickoxid (NO_x) gebildet wird.
Ein Verfahren, welches bei der Verbrennung verwendet wird, leitet das zugeführte sauerstoffhaltige Gas, üblicherweise Luft, so daß eine Wirbelbewegung in der Verbrennungskammer entsteht. Das Prinzip der Bildung der Wirbelbewegung ist es, daß ein Gas im wesentlichen tangential in einen Behälter geleitet wird, wodurch eine Rotationsbewegung entsteht. Wenn der gegenwärtige Behälter keine Öffnung in seinem oberen Ende aufweist, dann nimmt die Wirbelbewegung schnell ab, was unabhängig davon passiert, wo der tangentiale Einfluß des Gases stattfindet. Wenn jedoch das Behältnis mit einem Deckel verschlossen ist, welcher eine eingeschränkte zentrale Öffnung enthält, dann wird eine starke und dauerhafte Wirbelbewegung in dem Behältnis erreicht. Wenn das Gas in das obere Ende des Behälters geführt wird, wo der Deckel angeordnet ist, dann tritt eine Wirbelbewegung um den Umfang des Behälters und ein Fluß abwärts entlang des Umfangs des Behälters auf und wenn das Gas den Boden des Behälters erreicht hat, dann ändert das Gas die Flußrichtung während die Wirbelbewegung aufrechterhalten bleibt, so daß das Gas sich wirbelnd aufwärts in einen zentralen Bereich des Behälters und dann aus dem Loch in dem Deckel bewegt.
Das schwedische Patent Nr. 109608 beschreibt eine Verbrennungsvorrichtung, welche für feste Brennstoffe ausgelegt ist, bei welcher eine Wirbelbewegung der geleiteten Luft für die Verbrennung ausgenutzt wird. Die Vorrichtung gemäß dem schwedischen Patent 109608 hat eine senkrechte Reaktionskammer mit einem Auslaß direkt nach oben und einem tangentialen Einlaß für die Zuführung von Luft. Der Kraftstoff wird in den unteren Teil der Kammer mittels einer Schraubenvorrichtung geleitet, so daß der gesamte Boden der Kammer mit Kraftstoff bedeckt wird. Die Vorrichtung arbeitet in der Weise, daß bei tangentialer Zuführung von Luft ein Wirbel in der Kammer entsteht, wobei der Wirbel fähig sein sollte, den Kraftstoff hochzuheben, den Kraftstoff in Stücke zu teilen und die Verbrennung aufrecht zuhalten und die Verbrennungsgase aufwärts in Richtung des zentralen Auslasses der Kammer zu führen. Diese Vorrichtung hat einige Nachteile und erwünschte Effekte, unter anderem ist eine sehr große Menge von Verbrennungsluft in der Kammer erforderlich, um die Rotation aufrechtzuerhalten. Dies hängt damit zusammen, daß die Luft in einem großen Maß dafür verwendet wird, den Kraftstoff zu heben und zu teilen. Weiterhin wirken die sich erhebenden Verbrennungsgase von dem Kraftstoff der Bildung von Wirbeln in der Kammer entgegen. Dies führt dazu, daß die Vorrichtung eine Luftmenge liefern muß, welche unnötigerweise groß für die Verbrennung des Kraftstoffs ist und daß ein Überdruck in der Kammer auftritt, was spezielle Anordnungen hinsichtlich des Füllens von Kraftstoff zum Vermeiden eines unerwünschten Ausflusses des Gases erforderlich macht. Lösungen, welche auf der Zuführung einer großen Menge von Luft basieren, verhindern eine optimale Verbrennung und, wie vorstehend beschrieben, liefern unerwünschte Verbrennungsprodukte. Zusätzlich ist es bei der Verbrennung von festen Kraftstoffen bei der Vorrichtung erforderlich, daß der Kraftstoff schon sehr fein zerteilt ist, wenn er in die Kammer eingeführt wird, d. h. wahrscheinlich ist es erforderlich, daß der Kraftstoff in Form eines Pulvers vorliegt und daß er einen sehr niedrigen Prozentsatz von Feuchtigkeit hat. Selbst wenn der Kraftstoff fein zerteilt ist, führt das Betriebsverfahren der Vorrichtung zu kleineren oder größeren Mengen von unvollständig verbrannten Teilchen, welche an der Umfangsoberfläche der Kammer haften und/oder aus der Kammer austreten. Ein weiterer Nachteil der Vorrichtung ist es, daß selbst wenn der Kraftstoff im wesentlichen vollständig verbrannt wird, es keine beschriebene Lösung gibt sich erhebende Ascheteilchen zu handhaben, sondern es ist vielmehr erwähnt, daß diese durch den Auslaß zusammen mit den Gasen ausgeworfen werden sollten.
Die Hauptprobleme der heutigen Verbrennungsvorrichtungen einschließlich der Vorrichtungen, welche mit Wirbelbildung arbeiten, sind teilweise diejenigen Probleme, den in der Luft enthaltenen Sauerstoff mit der Verbrennungssubstanz in einer geeigneten Weise zu mischen, und teilweise die Probleme, eine optimale Sauerstoffmenge zu liefern, wobei diese Vorrichtungen nicht zufriedenstellend arbeiten in Hinblick auf eine maximale Verwendbarkeit des Energieinhalts des Kraftstoffs oder im besten Fall nur bei einer bestimmten Leistung für die Vorrichtung zufriedenstellend sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit zu beschreiben, wie man in einer einfachen, billigen und sehr effizienten Weise verschiedene Arten von Kraftstoffen, beispielsweise einen festen Kraftstoff in Form von Pellets aus Holz, verbrennen kann, so daß die Nachteile der Verbrennungsvorrichtungen gemäß dem Stand der Technik im wesentlichen reduziert oder eliminiert sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird bei einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gelöst, daß die Vorrichtung einen Kraftstoffbehälter aufweist, welcher in der Verbrennungskammer angeordnet ist, um den Kraftstoff dem in der Verbrennungskammer anwesenden Gas auszusetzen und eine Vermischung des in dem Gas enthaltenen Sauerstoffes mit dem Pyrolysegas, welches von dem Kraftstoff stammt, zu unterstützen.
In praktischen Experimenten wurde herausgefunden, daß bei der Verbrennung von Pellets aus Holz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Anwesenheit des Kraftstoffbehälters zu einer sehr effizienten Verbrennung als Folge einer nahezu vollständigen Vermischung von Sauerstoff und dem Pyrolysegas führt, was damit zusammenhängt, daß der in dem Behälter untergebrachte Kraftstoff eine große effiziente Oberfläche hat, welche dem Gas, das den Sauerstoff enthält, ausgesetzt ist.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Verbrennungskammer eine Begrenzungsoberfläche hat und der Kraftstoffbehälter so angeordnet ist, daß der Kraftstoff wenigstens teilweise in einer Entfernung von der Begrenzungsoberfläche ist, wird eine sehr effiziente Verbrennung erzielt, so daß das sauerstoffhaltige Gas, welches in die Verbrennungskammer eingeführt wird, zwischen einer großen ausgesetzten Oberfläche des Kraftstoffs und der Begrenzungsoberfläche der Verbrennungskammer verwirbelt wird. Insbesondere ist es vorteilhaft, dieses Ausführungsbeispiel mit einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel zu kombinieren, bei welchem der Kraftstoffbehälter wenigstens in einem Teil seiner Oberfläche Löcher hat, um den Kraftstoff dem in der Verbrennungskammer vorhandenen Gas auszusetzen.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem der Kraftstoffbehälter wenigstens zwei Scheibenelemente hat um den Kraftstoff zwischen den Elementen in einer im wesentlichen gleichmäßig dicken Schicht aufzunehmen, wird das sauerstoffhaltige Gas in einem hohen Maß in Kontakt mit dem Kraftstoff gebracht. Wenn die Schicht relativ dünn gemacht ist, dann erhält der Kraftstoff eine große ausgesetzte Oberfläche im Bezug auf das Volumen des Kraftstoffs, was die Vermischung des Sauerstoffs mit dem Pyrolysegas sowie eine gleichmäßige Verbrennung des Kraftstoffs über sein gesamtes Volumen gesehen unterstützt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Vorrichtung Mittel zum Aufrechterhalten und/oder Intensivieren der in der Verbrennungskammer vorhandenen Wirbelbewegung enthält, ermöglicht eine sehr effiziente Vermischung und insbesondere in Kombination mit einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei welchem die Mittel einen verwirbler mit einer Röhre enthalten, welche im wesentlichen parallel zu der Mittelachse der Verbrennungskammer angeordnet ist, wobei die Röhre ein Einlaßende und ein Auslaßende, welches mit dem Auslaß der Verbrennungskammer übereinstimmt, hat, wobei das Einlaßende mit einem oder mehreren Schlitzen in der Manteloberfläche der Röhre ausgestattet ist, um Gas einzulassen, und insbesondere zusammen mit noch einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei welchem wenigstens ein Führungsblatt an einem oder mehreren der Schlitze an dem Einlaßende des Verwirblers angeordnet ist, um das Gas in die Röhre zu führen, wird eine sehr effiziente Wirbelbewegung des Gasflusses durch die Verbrennungskammer erreicht und zusätzlich ist es dadurch möglich, falls dies gewünscht ist, einen hohen Gasfluß in der Kammer zu verwenden, ohne einen Überdruck darin zu erhalten. In dem Verwirbler setzt sich die Wirbelbewegung fort und ein unerwünschter laminarer Fluß wird unterdrückt, wodurch eine effiziente Vermischung und Verbrennung aufrechterhalten wird bis eine fast vollständige Verbrennung eingetreten ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, bei welchem die Vorrichtung Mittel hat, um einen Teil der Verbrennungsgase, welche die Verbrennungskammer verlassen haben, in die Verbrennungskammer zurückzuführen, ermöglicht es, daß der Gasfluß aufrechterhalten bleibt, obwohl die Luftzuführung zum Zwecke der Reduzierung der Zugabe von Sauerstoff in die Kammer reduziert ist, was beispielsweise wünschenswert ist, wenn die Verbrennungsvorrichtung mit niedriger Ladung arbeitet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Vorrichtung Mittel aufweist, um die Wirbelbewegung des Gases in der Verbrennungskammer zu führen, und insbesondere zusammen mit einer Ausführungsform, bei welcher die Führungsmittel wenigstens eine Führungsschiene aufweisen, ermöglicht es, den Gasfluß um den Kraftstoffbehälter und dadurch um den Kraftstoff in kontrollierter Weise zu führen, um eine lange Vermischungsstrecke zu erreichen. Dies führt zusätzlich zu der ganzen Verbrennungstechnik zu anderen Vorteilen, beispielsweise der Möglichkeit, die Verbrennungsvorrichtung erheblich kleiner zu machen als eine Verbrennungsvorrichtung mit einer vergleichbaren Vermischungsstrecke und mit einem linearen Gasfluß.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, bei welchem die Vorrichtung Mittel zum Leiten wenigstens eines Teils des Gases in Richtung zu dem Kraftstoff enthält, und insbesondere ein Ausführungsbeispiel, bei welchem die Leitmittel wenigstens eine Leitschiene aufweisen, ermöglicht es, daß ein bestimmter Teil des Gases in Richtung des Kraftstoffs geleitet wird, um den Kraftstoff dem in dem Gas enthaltenen Sauerstoff in einem größeren Maße auszusetzen und die notwendige Vermischung von Sauerstoff und Pyrolysegas zu unterstützen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Vorrichtung Mittel zum Sammeln von Asche enthält und einen Trennen und/oder ein Sammelgefäß angeordnet sind, um die Asche zu trennen und/oder zu sammeln, bevor sie die Verbrennungskammer zusammen mit den Verbrennungsgasen verläßt, werden erhebliche Vorteile erreicht, da die gesammelte Asche innerhalb der Verbrennungskammer verbleibt, so daß die Asche nicht die Verbrennungskammer zusammen mit dem Gas verlassen kann, was beispielsweise einen mit der Kammer verbundenen Ofen überflüssig macht. Durch die Ausbildung der Verbrennungskammer gemäß der Erfindung und dem gegenwärtigen Gasfluß darin, wird das Meiste der Flugasche nach der Verbrennung in die Peripherie ausgestoßen und dadurch wird das Meiste der Flugasche durch den Trennen und/oder das Sammelgefäß in einer einfachen und effizienten Weise gesammelt.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem die Vorrichtung Mittel zum Entfernen der Asche aus dem Sammelgefäß mittels einer Wasserspülung enthält, ist es möglich, die entstehende Asche kontinuierlich zu entfernen.
Die Eigenschaften des Verfahrens gemäß der Erfindung werden nachfolgend in genauerem Maße in der Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen beschrieben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Detail nachstehend beschrieben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Hier stellen dar:
1 eine teilweise geschnittene Draufsicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäß der Erfindung, welches eine senkrechte Verbrennungskammer hat;
2 einen Schnitt entlang der Linie II-II in 1, welcher die Verbrennungskammer mit einem Kraftstoffbehälter, von der Seite gesehen, zeigt;
3 eine geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäß der Erfindung, welches eine horizontale Ver brennungskammer hat, welches für einen sogenannten 2-Wege-Gasfluß ausgelegt ist, wobei diese Vorrichtung eine Führungsschiene aufweist;
4 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 3;
5 eine geschnittene Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Vorrichtung gemäß der Erfindung, welche eine horizontale Verbrennungskammer hat, die für einen sogenannten 3-Wege-Gasfluß ausgelegt ist, wobei diese Vorrichtung einige Führungsschienen aufweist;
6 einen Querschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 5;
7 eine perspektivische Ansicht eines Verwirblers, welcher in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemäß den 3 bis 6 angeordnet ist;
8 eine perspektivische Ansicht eines Kraftstoffbehälters, welcher in den erfindungsgemäßen Vorrichtungen gemäß 3 und 4 angeordnet ist;
9 eine perspektivische Ansicht eines Kraftstoffbehälters, welcher in der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 5 und 6 angeordnet ist;
10 ein Flußdiagramm einer Fabrik, welche die Vorrichtung gemäß der Erfindung enthält.
In 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel der Verbrennungsvorrichtung 1 gemäß der Erfindung mit einer senkrechten Verbrennungskammer 2 und einem Kraftstoffbehälter 3 dargestellt. Die Verbrennungskammer 2 hat eine im wesentlichen zylindrische Begrenzungsoberfläche 4, wobei die Oberfläche durch einen Mantel 5, einen Deckel 6 und einen Boden 7 gebildet ist. Selbst wenn die Verbrennungskammer 2 im Prinzip jegliche Form aufweisen kann, so ist die Form, welche symmetrisch hinsichtlich der Rotation ist, bevorzugt, und in der Praxis wird die Kammer wahrscheinlich gerade wie ein Zylinder ausgebildet sein.
Andere Ausführungsbeispiele der Vorrichtung 1 weisen eine horizontale Verbrennungskammer 2 auf, was nachstehend näher beschrieben wird. Weiterhin ist die Verbrennungskammer mit einem Einlaß 8 in dem Mantel 5 ausgestattet, um sauerstoffhaltiges Gas, üblicherweise Luft, in einer tangentialen Richtung einzuführen. In dem Deckel 6 der Verbrennungskammer ist ein Auslaß 9 angeordnet, um Verbrennungsgase auszulassen, welche in der Verbrennungskammer 2 im wesentlichen parallel zu der Mittelachse 10 der Verbrennungskammer gebildet werden.
In der Verbrennungskammer 2 ist der Kraftstoffbehälter 3 angeordnet, um Kraftstoff 11 zwecks Aussetzen des Kraftstoffs 11 zu dem in der Verbrennungskammer vorhandenen sauerstoffhaltigen Gases zu halten und/oder aufzunehmen und dadurch die Vermischung von Sauerstoff mit dem Pyrolysegas, welches von dem Kraftstoff 11 stammt, zu unterstützen. Obwohl der Kraftstoffbehälter 3 in diesem Ausführungsbeispiel als ein Becher mit einem offenen oberen Ende und mit einigen Löchern in seiner Oberfläche zum Unterstützen des Gasaussetzens zu dem Kraftstoff 11 ausgebildet ist und zentral in einer Entfernung über dem Boden 7 der Verbrennungskammer 2 angeordnet ist, soll ausgeführt sein, daß der Kraftstoffbehälter 3 gemäß einiger verschiedener Ausführungsbeispiele ausgebildet sein kann und in einigen verschiedenen Arten innerhalb der Verbrennungskammer 2 angeordnet sein kann, um so für verschiedene Arten von Verbrennungskammern 2, verschiedene Arten von Kraftstoff 11, verschiedene Füllungsverfahren von Kraftstoff 11 usw. ausgebildet zu sein.
Die Begriffe Kraftstoffbehälter oder Kraftstoffhalter 3 und Halter 3 beinhalten verschiedene Arten von Greifvorrichtungen, ebenen Unterstützungsflächen und Behälter zum Halten und/oder Aufnehmen von Kraftstoff 11. In Experimenten hat sich herausgestellt, daß ein Halter 3, welcher dem Kraftstoff 11 eine große ausgesetzte Oberfläche in Bezug auf das Volumen des Kraftstoffs gibt, in vielen Fällen wünschenswert ist, da ein begrenzender Faktor für eine effiziente Verbrennung, wenigstens für feste Kraftstoffe 11, die Größe der Oberfläche ist, an welcher die Verbrennung stattfinden kann. Aus diesem Grund ist ein Kraftstoffhalter 3 vom Behältertyp mit einer großen Oberfläche oft vorteilhaft, obwohl ansonsten eine Vielzahl von geometrischen Formen des Kraftstoffhalters 3 möglich sind. Zu diesen zählen beispielsweise Halter mit einer Schachtelform und Halter 3 mit einer kugelförmigen, zylindrischen oder konischen/doppelt konischen Form und röhrenförmigen Halter 3 mit willkürlichem Durchmesser. Die meisten der Arten von Haltern 3 sind in passender Weise gasdurchlässig. Dies kann beispielsweise dadurch ermöglicht werden, daß die Oberfläche des Halters 3 perforiert ist, d. h. daß sie einige Löcher hat oder dadurch daß der Halter aus einem Gewindematerial oder einem Netzmaterial hergestellt ist, so daß er eine Struktur ähnlich eines Netzes erhält.
In praktischen Experimenten ist herausgefunden worden, daß ein Kraftstoffhalter 3 mit zwei Scheibenelementen, wobei zwischen den Elementen der Kraftstoff aufgenommen ist, eine sehr vorteilhafte Ausbildung für eine effiziente Verbrennung ist, wobei diese Ausbildung im Detail näher in Verbindung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 beschrieben wird.
Das Einführen des Kraftstoffes in die Kammer 2, d. h. das Auffüllen des Kraftstoffs 11 in den Halter 3 kann auf einige verschiedene Wege ausgeführt werden, welche per se bekannt sind. Unter anderem sollen verschiedene Arten von herkömmlichen mechanischen Zuführungsmechanismen, z. B. verschiedene Vorschubgetriebe, erwähnt sein. Ein alternatives Zuführen von Kraftstoff ist das Zuführen von Kraftstoff 11 über eine Kraftstoffleitung, welche in Verbindung mit dem Kraftstoffhalter 3 öffnet, in dem der Kraftstoff 11 einfach in den Halter 3 aufgrund der Gravitation hineinfällt.
In 3 und 4 hat ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung eine horizontale Verbrennungskammer 2, welche für einen sogenannten 2-Wege-Gasfluß, wie dargestellt, ausgelegt ist. Die Definition 2-Wege-Gasfluß wird nachstehend erklärt. Die Verbrennungskammer 2 hat eine im wesentlichen zylindrische Begrenzungsoberfläche 4. Die Kammer 2 weist einen Kraftstoffeinlaß 12 zum Füllen von Kraftstoff, einen Gaseinlaß 8 zum Einführen von sauerstoffhaltigem Gas, üblicherweise Luft, und einen Gasauslaß 9 zum Auslassen von Verbrennungsgas aus der Kammer 2 auf. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Verbrennungsvorrichtung 1 der Erfindung ein Mittel 13 zum Aufrechthalten und/oder Intensivieren einer in der Verbrennungskammer vorhandenen Wirbelbewegung auf. Die Mittel beinhalten einen sogenannten Verwirbler 14, welcher entlang der Mittelachse der Verbrennungskammer 2 angeordnet ist. Weiterhin weist die Vorrichtung einen Kraftstoffhalter 3a, Mittel 15 zum Führen der Wirbelbewegung des Gases und Mittel 16 zum Sammeln von Asche auf.
Der Verwirbler 14 beinhaltet eine Röhre 17, welche im wesentlichen parallel zu der Mittelachse der Verbrennungskammer 2 angeordnet ist, wobei die Röhre 17 ein Einlaßende 18 und ein Auslaßende 19 koinzident mit dem Auslaß 9 der Verbrennungskammer 2 aufweist, wobei der Giebel 20 des Einlaßendes 18 geschlossen ist und der Giebel 21 des Auslaßendes offen ist und das Einlaßende 18 mit einem oder mehreren Schlitzen 22 in der Ummantelungsoberfläche der Röhre zum Einlassen von Gas ausgestattet ist. Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen hat die Röhre 17 des Verwirblers 14 einen kreisförmigen Querschnitt, was wahrscheinlich der geeignetste Querschnitt ist, obwohl andere Quer schnittsformen auch realisierbar sind. Am Schlitz 22 ist ein Führungsblatt 23 angeordnet, um das Gas in die Verwirblerröhre 17 zu führen.
Der Verwirbler 14 ist auch in 7 dargestellt, wobei der Giebel 20 des Einlaßendes 18 nicht geschlossen ist zwecks besserer Darstellung der Schlitze 22 und der Führungsblätter 23 des Verwirblers 14. Wie schon erwähnt ist in der Praxis der Verwirbler 14 an seinem Einlaßende 18 geschlossen, so daß das Gas nur durch die Schlitze 22 einfließen kann.
Vorstehend genannter 2-Wege-Gasfluß meint, daß sauerstoffhaltiges Gas tangential in der Verbrennungskammer 2 in der Nähe eines ersten Endes 24 der Verbrennungskammer 2 zur Bildung einer Wirbelbewegung fließt. Der Gasfluß gemäß der vorstehenden Diskussion enthält eine Bewegungskomponente (nach links gerichtet in 3) parallel zu der Mittelachse der Verbrennungskammer. Deshalb wirbelt das Gas hauptsächlich zwischen der Begrenzungsoberfläche 4, der Verbrennungskammer 2 und dem Kraftstoffhalter 3a zur gleichen Zeit wie das Gas in Richtung des anderen Endes 25 der Kammer 2 fließt. Wenn das Gas das andere Ende 25 erreicht, fließt das Gas mittels der Führungsblätter 23 des Verwirblers 14 in das Einlaßende 18 durch die Schlitze 22 zu der gleichen Zeit, wie die Wirbelbewegung des Gases konzentriert und intensiviert wird. Deshalb entsteht in dem Verwirbler ein starker turbulenter Fluß, welcher eine Bewegungskomponente parallel zu der Mittelachse der Verbrennungskammer hat und welche in die entgegengesetzte Richtung in Bezug auf das ankommende Gas (d. h. nach rechts gerichtet in 3) gerichtet ist.
Neben anderen Dingen ist die Wirbelbildung wichtig zur Erlangung einer guten Durchmischung von zugeführtem Sauerstoff und dem Pyrolysegas, welches aus dem Kraftstoff 11 stammt. Durch die Rotation der Luft um den Kraftstoff 11 wird eine effiziente Vermischungsstrecke erreicht, welche erheblich länger ist als im Falle eines im wesentlichen vollständig linearen Fluß. Der Rotationserhöhungseffekt des Verwirblers 14 ermöglicht einen hohen Gasfluß in der Kammer 2, ohne darin einen Überdruck zu schaffen. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel ist tatsächlich ein kleiner Unterdruck in der Verbrennungskammer 2, was große Vorteile hat, beispielsweise die Einführung von Kraftstoff ist erheblich vereinfacht. Der turbulente Fluß des nach außen gehenden Gasflusses in dem Verwirbler 14 trägt auch zu einer Aufrechterhaltung einer sehr effizienten Vermischung und schließlich Verbrennung von irgendwelchen unvollständig verbrannten Teilchen bei bis die Verbrennungsgase die Verbrennungskammer verlassen.
Der Kraftstoffhalter 3a gemäß dem Ausführungsbeispiel in 3 und 4 ist auch in 8 dargestellt. Der Halter 3a hat zwei Scheibenelemente 26 zur Aufnahme von Kraftstoff 11 zwischen den Elementen 26 in einer im wesentlichen gleichförmig dicken und verhältnis mäßig dünnen Schicht. Die Scheibenelemente 26 sind gebogen und in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel derart, daß zwei im wesentlichen kreisförmige Begrenzungsoberflächen 27, 28, definiert durch einen Radius r1 und einen Radius r2, für den in den Kraftstoffhalter 3a aufgenommenen Kraftstoff 11 geschaffen sind. Die innere Begrenzungsoberfläche 27, definiert durch r1, stimmt passend mit dem Außendurchmesser der Verwirblerröhre 17 überein. Deshalb ist die innere Begrenzungsoberfläche 27 des Kraftstoffhalters 3a in diesem Ausführungsbeispiel durch eine Röhre mit einem kreisförmigen Querschnitt gebildet, d. h . der Kraftstoffhalter 3a hat einen durchgehenden Kanal 50, welcher zentral in dem Halter 3a angeordnet ist. Die äußere Begrenzungsoberfläche 28 des Kraftstoffhalters 3a hat eine röhrenförmige Form mit einem länglichen Schlitz 29, d. h. in der Oberfläche ist eine längliche Öffnung 29, welche dazu führt, daß die äußere Begrenzungsoberfläche 28 des Kraftstoffhalters 3a eine Form einer Röhre mit einem kreisförmigen Querschnitt hat, wobei ein Teil der Manteloberfläche der Röhre entfernt worden ist. Diese Öffnung ist zu dem Kraftstoffeinlaß 12 gerichtet, so daß der Kraftstoff 11, welcher über den Kraftstoffeinlaß 12 zugeführt wird, in den Raum zwischen den zwei Begrenzungsoberflächen 27, 28 des Kraftstoffhalters 3a eingeführt werden kann. Weiterhin ist die äußere Begrenzungsoberfläche 28 des Kraftstoffhalters 3a gasdurchlässig. Genauer gesagt, die Oberfläche 28 ist perforiert, d. h. sie hat einige Löcher zum Aussetzen des in dem Kraftstoffhalter 3a angeordneten Kraftstoffs 11 und um den erforderlichen Gasfluß dadurch zu gewährleisten.
Da der Kraftstoff 11 in der Weise, wie er in dem Kraftstoffhalter 3a angeordnet ist, eine große ausgesetzte Oberfläche in Bezug auf sein Volumen erhält und weil die Wirbelbildung in der Verbrennungskammer 2 zu einer langen Vermischungsstrecke führt und weil der Kraftstoff 11 als eine relativ dünne Schicht und eine gleichmäßig dicke Schicht aufgenommen ist, kann eine sehr effiziente Verbrennung mit fast optimaler Sauerstoffausnutzung erreicht werden.
In 3 ist dargestellt, wie die Mittel 15 zur Führung der Wirbelbewegung des Gases in dem Raum zwischen dem Kraftstoffhalter 3a und der Begrenzungsoberfläche 4 der Verbrennungskammer 2 angeordnet sind. Die Führungsmittel 15 sind durch Mittel einer Führungsschiene 30 realisiert, welche sich spiralförmig entlang des Kraftstoffhalters 3a erstreckt. Die Führungsschiene 30 ermöglicht es, den Gasfluß um den Kraftstoffhalter 3a und dadurch um den Kraftstoff 11 zu führen, in einer Weise, daß beispielsweise eine lange Vermischungsstrecke erreicht wird. Die Führungsschiene 30 kann verwendet werden, um die Wirbelbewegung zu unterstützen und die Bewegungskomponente des Gases entlang der Mittelachse der Verbrennungskammer 2 zu reduzieren und dadurch wird eine lange Vermischungsstrecke in einer Weise erreicht, welche kontrollierbar ist. Dadurch wird eine gute Vermischung zwischen dem sauerstoffhaltigen Gas und dem Pyrolysegas erreicht und es wird auch der Vorteil erreicht, daß die Verbrennungskammer 2 und dadurch die Verbrennungsvorrichtung 1 im wesentlichen kleiner als eine Verbrennungsvorrichtung mit einer vergleichbaren Vermischungsstrecke, in welcher der Gasfluß linear ist, ausgebildet sein kann. Bei dem Ausführungsbeispiel hat die spiralförmige Führungsschiene 30 eine zunehmende Steigung in Richtung zu dem Einlaßende 18 des Verwirblers 14. Dieses Ausführungsbeispiel berücksichtigt, daß das eintretende Gas expandiert und ein größeres Volumen während seines Wegs durch die Verbrennungskammer 2 erhält. Es sollte erwähnt sein, daß die Führungsschiene 30 nur ein Beispiel dafür bildet, wie Wirbelbewegung in der Verbrennungskammer 2 kontrolliert werden kann. Als ein Beispiel muß die Führungsschiene 30 nicht ein fortlaufendes Segment sein, sondern statt dessen können die Führungsmittel 15 beispielsweise eine Anzahl von kleineren Führungsschienen beinhalten, welche entlang der Peripherie des Kraftstoffhalters 3a und/oder der Begrenzungsoberfläche 4 der Verbrennungskammer 2 voneinander getrennt sind. Um die bestmögliche Kontrolle des Gases zu erhalten, würde es am geeignetsten sein, daß die Höhe der Führungsschiene/Schienen 30 im wesentlichen gleich der Entfernung zwischen der äußeren Begrenzungsoberfläche 28 des Kraftstoffhalters 3a und der Begrenzungsoberfläche 4 der Verbrennungskammer ist, obwohl es natürlich möglich ist, die Höhe so anzupassen, daß sie einen Schlitz zwischen der entsprechenden Schiene 30 und der Begrenzungsoberfläche 4 der Verbrennungskammer bildet und als eine Alternative, daß sie einen Schlitz zwischen der entsprechenden Schiene 30 und der äußeren begrenzenden Oberfläche 28 des Kraftstoffhalters 3a bildet.
In der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung weisen die Mittel 16 zum Sammeln von Asche ein Sammelgefäß in der Peripherie der Verbrennungskammer 2 auf. Dieses Gefäß 31 ist passend in den Boden 7 der Verbrennungskammer 2 gebildet. Durch dieses Design der Verbrennungskammer 2 gemäß der Erfindung und durch das Verbrennungsverfahren, welches den Gasfluß in der Verbrennungskammer 2 beeinflußt, wird das Meiste der Flugasche, welches nach der Verbrennung entsteht, zu der Peripherie ausgeworfen und dadurch wird das Meiste der Flugasche in dem Sammelgefäß 31 in einfacher und effizienter Weise gesammelt.
Dadurch ergibt sich der große Vorteil, daß ein großer Teil der Asche versorgt wird, bevor die Asche die Verbrennungskammer 2 zusammen mit den Verbrennungsgasen verläßt, was bedeutet, daß ein beträchtlich kleinerer Teil der Asche zu einem Ofen geliefert wird, welcher mit der Verbrennungskammer 2 verbunden ist, im Vergleich zu vielen der Verbrennungsvorrichtungen, welche schon bekannt sind.
Das Sammelgefäß 31 erstreckt sich passend im wesentlichen entlang der gesamten Länge der Verbrennungskammer 2 und bildet einen Kanal, in welchem die Flugasche ge sammelt wird. Das Sammelgefäß 31 kann auch mit irgendeiner Form eines Trenners 32, beispielsweise eine Platte, vervollständigt werden, um die Asche zu dem Sammelgefäß 31 zu führen. In diesem Ausführungsbeispiel fällt die Bodenoberfläche des Sammelgefäßes 31 schräg in Richtung einer Ascheaufnahme 33 ab, um das Entfernen der Asche aus dem Sammelgefäß 31 mittels einer Wasserspülung zu ermöglichen.
In den 5 und 6 ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung mit einer horizontalen Verbrennungskammer 2, welche für einen sogenannten 3-Wege-Gasfluß ausgelegt ist, dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel enthält eine Anzahl von Konstruktionsmerkmalen gemeinsam mit dem Ausführungsbeispiel mit dem sogenannten 2-Wege-Gasfluß, welches vorstehend beschrieben war.
Aus diesem Grund werden nur die besonderen Merkmale des Ausführungsbeispiels des 3-Wege-Gasflußes im folgenden beschrieben und für den Rest wird auf das schon beschriebene Ausführungsbeispiel verwiesen.
Der 3-Wege-Gasfluß bedeutet, daß sauerstoffhaltiges Gas über den Gaseinlaß 8 tangential in die Verbrennungskammer 2 in der Nähe eines Endes 34 des Kraftstoffhalters 3b fließt, um eine Wirbelbewegung zu schaffen. Die Verbrennungskammer 2 weist passend irgendwelche Arten von einer Trennwand zwischen dem Gaseinlaß 8 und dem Einlaßende 18 des Verwirblers 14 auf, um zu verhindern, daß das Gas direkt zu dem Einlaßende 18 fließt. Der Gasfluß, in Übereinstimmung mit der vorstehenden Diskussion, enthält eine Bewegungskomponente (nach rechts gerichtet in 5) parallel zu der Mittelachse der Verbrennungskammer. Deshalb wirbelt das Gas hauptsächlich zwischen der Begrenzungsoberfläche 4 der Verbrennungskammer 2 und dem Kraftstoffhalter 3b gleichzeitig wie das Gas in eine Richtung zu dem anderen Ende 35 des Kraftstoffhalters 3b fließt und an dem Giebel 36 der Verbrennungskammer 2 erhält das Gas eine Bewegungskomponente in die entgegengesetzte Richtung (d. h. nach links gerichtet in 5) und gemäß der vorstehend beschriebenen Theorie setzt sich die Wirbelbewegung nun zwischen der äußeren Oberfläche der Verwirblerröhre 17 und der inneren Begrenzungsoberfläche 27b des Kraftstoffhalters 3b fort, um danach an dem Einlaßende des Verwirblers 14 anzukommen, wo das Gas in Analogie mit dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel des 2-Wege-Gasflusses fließt und schließlich aus der Verbrennungskammer 2 über das Auslaßende 19 des Verwirblers fließt. Der Zweck dieses Ausführungsbeispiels ist eine weitere Zunahme der ausgesetzten Oberfläche des Kraftstoffs 11 und weiterhin wird die Vermischungsstrecke für die Vermischung des sauerstoffhaltigen Gases mit dem Pyrolysegas, welches von dem Kraftstoff 11 stammt, ausgedehnt. Durch dieses Verfahren und die Ausbildung der Vorrichtung wird es ermöglicht, daß der Kraftstoff 11 zu dem sauerstoffhaltigen Gas sowohl an der inneren Begrenzungsoberfläche 27b als auch an der äußeren Begrenzungsoberfläche 28b ausgesetzt wird.
In 9 ist der Kraftstoffhalter 3b separat gezeigt. Der Halter 3b hat fast die gleiche Geometrie wie der Halter 3a in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel gemäß 8. Jedoch ist der Kraftstoffhalter 3b für einen 3-Wege-Gasfluß ausgelegt, indem der Radius R1, welcher die innere Begrenzungsoberfläche 27b des Halters 3b definiert, größer ist als der Radius r1, welcher den äußeren Durchmesser der Verwirblerröhre 17 definiert. Dies wurde so gemacht, damit das Gas zwischen der inneren Begrenzungsoberfläche 27b des Kraftstoffhalters 3b und der Verwirblerröhre 17 hindurch passieren kann. Weiterhin ist bei diesem Ausführungsbeispiel auch die innere Begrenzungsoberfläche 27b des Kraftstoffhalters 3b perforiert, d. h. ähnlich der äußeren Begrenzungsoberfläche 28b hat sie eine Anzahl von Löchern, um den Kraftstoff 11 dem Gas auszusetzen, welches in der Verbrennungskammer 2 anwesend ist.
Die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung weist in diesem Ausführungsbeispiel Mittel 37 zum Leiten wenigstens eines Teils des Gases in Richtung zu dem Kraftstoff 1 auf. Die Leitmittel 37 können einen oder mehrere Leitschienen 38 aufweisen. Bei dem Ausführungsbeispiel sind die Schienen 38 entlang des Kraftstoffhalters 3b angeordnet und eine entsprechende Schiene 38 bildet einen Winkel B mit der äußeren Begrenzungsoberfläche 28b des Kraftstoffhalters 3b, was am besten in 6 dargestellt. Bei einer Alternative können sich die Leitschiene/Leitschienen 38 entlang der Begrenzungsoberfläche 4 der Verbrennungskammer 2 erstrecken und bilden statt dessen einen Winkel mit der Begrenzungsoberfläche 4 der Verbrennungskammer 2. Weiterhin können die Leitschienen 38 einen gebogenen Querschnitt haben, so daß die Schienen 38 in größerem Maße dem Kraftstoffhalter 3b und/oder der Begrenzungsoberfläche 4 der Verbrennungskammer 2 folgen. Unabhängig von der Anordnung der Leitschienen 38 entlang des Kraftstoffhalters 3b oder entlang der Begrenzungsoberfläche 4 der Verbrennungskammer 2 oder einer Kombination dieser Ausführungsbeispiele, ist es das Prinzip, daß die Leitschienen 38 einen Teil des verwirbelten Gases zu dem Kraftstoffhalter 3b leiten, um den Kraftstoff 11 in einem größeren Maße dem sauerstoffhaltigen Gas auszusetzen und eine effiziente Verbrennung zu unterstützen.
Bei den Ausführungsbeispielen, welche für den Fall des 2-Wege-Gasflusses beschrieben wurden, können die Führungsschienen 30 verwendet werden, um die Wirbelinformation um den Kraftstoffhalter 3a zu führen und zu kontrollieren, und in dem Fall des 3-Wege-Gas-Flusses, welcher vorstehend beschrieben wurde, können die Leitschienen 38 verwendet werden, um einen Teil des Gases in Richtung des Kraftstoffhalters 3b zu leiten und somit in Richtung des Kraftstoffs 11 zu leiten. Jedoch sollte erwähnt sein, daß die Füh rungsschienen 30 auch in dem Ausführungsbeispiel mit dem 3-Wege-Gasfluß angewendet werden können und daß die Leitschienen 38, wie sie für das Ausführungsbeispiel des 3-Wege-Gasflusses beschrieben sind, auch in dem Ausführungsbeispiel des 2-Wege-Gasflusses verwendet werden können. Somit können die Führungsschienen 30 und die Leitschienen und Kombinationen davon in beiden Ausführungsbeispielen des 2-Wege-Gasflusses und des 3-Wege-Gasflusses verwendet werden.
Die Ausbildung des Kraftstoffhalters 3a, 3b in 8 und 9 ermöglicht es, daß verschiedene Füllungskoeffizienten des Kraftstoffs 11 in dem Halter 3a und 3b in den beiden Fällen erreicht werden können. Dies ist ein wichtiges Merkmal des Kraftstoffhalters 3, da der effektive Ausstoß der Verbrennungsvorrichtung 1 dadurch gesteuert werden kann. Mit einer relativ kleinen Menge von Kraftstoff und einer daran angepaßten Menge von Sauerstoff wird ein niederer Ausstoß erreicht in Bezug auf die Anwendung einer großen Menge von Kraftstoff und einer damit verbundenen großen Menge von Sauerstoff, was einen höheren Ausstoß der Vorrichtung 1 ergibt. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des Kraftstoffhalters 3 wird eine kürzere Entfernung zwischen den Elementen 26 am Boden des Halters 3 als sonst zwischen den Scheibenelementen 26 durch gegenseitige Versetzung der Scheibenelemente 26 geschaffen. Dieses Ausführungsbeispiel trägt zu einer großen ausgesetzten Oberfläche bei, selbst wenn nur eine kleine Menge von Kraftstoff zu dem Halter 3 geliefert wird, denn wenn Kraftstoff 11 zugeführt wird, dann wird der Halter 3 zuerst mit dem Kraftstoff 11 am Boden gefüllt.
In 10 ist schematisch eine Installation mit der Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung gezeigt. Die Installation weist mit wenigen Worten ein Silo 39 auf, von welchem der Kraftstoff 11 in eine Zuführvorrichtung 40 gesaugt wird, und dann wird der Kraftstoff 11 dosiert und zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Verbrennung geliefert. Die Vorrichtung 1 ist mit einem herkömmlichen Heizkessel 41 zum Abziehen von Hitze verbunden. Von dem Heizkessel 41 werden die Verbrennungsgase zu einer Apparatur 42 zum Reinigen der Verbrennungsgase geführt, wo die Verbrennungsgase gereinigt werden und weiter Hitze von den Verbrennungsgasen mittels eines Wärmetauschers 43 entzogen wird. Nach der Reinigung der Verbrennungsgase wird das Gas durch einen Kamin 44 ausgelassen.
Bei allen beschriebenen Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung passend Mittel 45 auf, um einen Teil der Verbrennungsgase, welche die Verbrennungskammer verlassen haben, zurück zu der Verbrennungskammer 2 zu bringen. Dies ist schematisch in 10 dargestellt. Eine Leitung 46 mit einem Ventil 47 und einer Steuerausrüstung 48 verbindet die Leitung, die von der Verbrennungsgasreinigungsapparatur 42 ausgeht mit der Verbren nungsvorrichtung 1. Die Rückkehr der Verbrennungsgase kann in einem separaten Einlaß 49 in der Verbrennungskammer 2 zur Rückkehr oder durch Mischen der Verbrennungsgase mit dem für die Verbrennung erforderlichen sauerstoffhaltigen Gas, üblicherweise Luft, ausgeführt werden, bevor die Luft und die Verbrennungsgase in die Verbrennungskammer über den Gaseinlaß 8 der Verbrennungskammer geliefert werden. Andere Alternativen, wie das Rückbringen der Verbrennungsgase bevor diese durch die Apparatur 42 zum Reinigen der Verbrennungsgase geleitet sind, sind auch möglich.
Die Rückführung der Verbrennungsgase in die Vorrichtung 1 gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß dadurch der Gasfluß in der Verbrennungskammer 2 trotz einer Reduzierung der Zuführung von Luft aufrechterhalten werden kann, was in den meisten Fällen den Zweck hat, daß Einlassen von Luft in die Kammer 2 zu reduzieren, was beispielsweise wünschenswert ist, wenn die Verbrennungsvorrichtung mit einer niederen Belastung arbeitet.
Obwohl die Vorrichtung 1 in der schematischen Installation mit dem Heizkessel 41 derart verbunden ist, daß eine Leitung den Auslaß 9 der Verbrennungskammer 2 der Vorrichtung 1 und den Heizkessel 41 verbindet, ist es eine alternative und realisierbare Lösung, daß die Verbrennungskammer 2 innerhalb eines herkömmlichen Heizkessels 41 angeordnet ist.
Die Vorrichtung 1 weist in dem Ausführungsbeispiel Mittel 51 zum Entfernen von gesammelter Asche durch Wasserspülung auf. Diese Mittel 51 können in passender Weise Röhren, Verbindungskomponenten, Ventile und Steuerausrüstungen aufweisen.
In der Beschreibung sind exemplarische Ausführungsbeispiele beschrieben worden, welche nur als Beispiele betrachtet werden sollten und keine Einschränkung der Grundidee der Erfindung darstellen. Einige Abänderungen sind innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung möglich. Beispielsweise kann der Kraftstoff aus fast jeder Art von festem Kraftstoff einschließlich Holz, Kohle, Koks, Torf, Brennholz, Abwasserrückstände, Müll und Abfall usw. bestehen. In diesem Zusammenhang sollte erwähnt sein, daß in praktischen Experimenten herausgefunden wurde, daß in der Verbrennungskammer der erfindungsgemäßen Verbrennungsvorrichtung eine hohe Temperatur erreicht werden kann, falls dies gewünscht wird, was es ermöglicht, daß die Vorrichtung vorteilhafterweise auch zum Verbrennen von sogenannten "schwierig aufzuspaltenden Kraftstoffen" verwendet werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung können in etwas geänderter Ausbildungsform in vorteilhafter Weise auch für flüssige Kraftstoffe verwendet werden. Ein Weg ist es, den Kraftstoffhalter so auszubilden, daß er flüssigen Kraftstoff aufnehmen kann, aber praktisch ist es wahrscheinlich der beste Weg, einen flüssigen Kraftstoff zu verwenden, in dem der Kraftstoff in Verbindung mit der Zuführung des sauerstoffhaltigen Gases zu der Verbrennungskammer zugeliefert wird. Dann kann die Verbrennung in einer effizienten Weise ausgeführt werden, da man die guten Mischungsmerkmale der Vorrichtung wie vorstehend im Hinblick auf die lange Vermischungsstrecke, die starke Wirbelbildung usw. beschrieben, nutzen kann.
Andere Änderungen innerhalb des Bereichs der Idee der Erfindung sind beispielsweise, daß die Verbrennungskammer mit zahlreichen Einlässen für sauerstoffhaltiges Gas ausgestattet ist und/oder Verbrennungsgase zurückgebracht werden, daß sekundäre Luft zu dem Verwirbler zugeführt wird, daß Führungsschienen und/oder Leitschienen zwischen dem Verwirbler und der inneren Begrenzungsoberfläche des Kraftstoffhalters im Falle des 3-Wege-Gasflusses angeordnet sind, daß ein Rührwerk zum Umrühren des Kraftstoffs in den Kraftstoffhalter zwecks besserer Aussetzung des Kraftstoffs angeordnet ist und anderes.

Claims

Verbrennungsvorrichtung (1) mit einer Verbrennungskammer (2) mit wenigstens einem Gaseinlaß (8) und wenigstens einem Gasauslaß (9), wobei der Gaseinlaß (8) derart angeordnet ist, um sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft, im wesentlichen tangential in die Verbrennungskammer zu leiten, um eine Wirbelbewegung in der Verbrennungskammer zu erreichen, und wobei der Gasauslaß (9) im wesentlichen zentral in Bezug auf eine Mittelachse (10) der Verbrennungskammer angeordnet ist, um Verbrennungsgas an einem Ende der Verbrennungskammer in einer Richtung auszulassen, welche im wesentlichen parallel zu der Mittelachse (10) ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung einen Kraftstoffbehälter (3) aufweist, welcher wenigstens teilweise gasdurchlässig ist und innerhalb der Verbrennungskammer angeordnet ist, um eine große ausgesetzte Oberfläche für den Kraftstoff (11) zu erreichen und den Kraftstoff (11) dem in der Verbrennungskammer anwesenden Gas auszusetzen und eine Vermischung des in dem Gas enthaltenen Sauerstoffes mit dem Pyrolysegas, welches von dem Kraftstoff (11) stammt, zu unterstützen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskammer (2) eine Begrenzungsoberfläche (4) hat und daß der Kraftstoffbehälter (3) so angeordnet ist, daß der Kraftstoff (11) wenigstens teilweise in einer Entfernung von der Begrenzungsoberfläche ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsoberfläche (4) der Verbrennungskammer (2) wenigstens in einem Teil im wesentlichen symmetrisch im Hinblick auf eine Rotation ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsoberfläche (4) der Verbrennungskammer (2) im wesentlichen einen Zylinder bildet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffbehälter (3) wenigstens in einem Teil seiner Oberfläche Löcher hat, um den Kraftstoff dem in der Verbrennungskammer (2) vorhandenen Gas auszusetzen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffbehälter (3a) wenigstens einen durchgehenden Kanal (50) hat, welcher im wesentlichen zentral in dem Halter angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoffbehälter (3a, 3b) wenigstens zwei Scheibenelemente (26) hat, um den Kraftstoff zwischen den Elementen in einer im wesentlichen gleichmäßig dicken Schicht aufzunehmen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenelemente (26) gebogen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibenelemente (26) sich im wesentlichen parallel zu der Mittelachse der Verbrennungskammer erstrecken, wobei die Scheibenelemente durch einen Radius r1 und einem Radius r2 definiert sind und die Radien r1, r2 die Proportionen r2 > r1 > 0 in einem Querschnitt des Kraftstoffhalters (3a, 3b) haben.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) Mittel (13) zum Aufrechthalten und/oder Intensivieren der in der Verbrennungskammer vorhandenen Wirbelbewegung enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (13) einen Verwirbler (14) mit einer Röhre (17) enthalten, welche im wesentlichen parallel zu der Mittelachse der Verbrennungskammer angeordnet ist, wobei die Röhre ein Einlaßende (18) und ein Auslaßende (19), welches mit dem Auslaß der Verbrennungskammer übereinstimmt, hat, wobei das Einlaßende mit einem oder mehre ren Schlitzen (22) in der Manteloberfläche der Röhre ausgestattet ist, um Gas einzulassen.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Führungsblatt (23) an einem oder mehreren der Schlitze (22) an dem Einlaßende (18) des Verwirblers (14) angeordnet ist, um das Gas in die Röhre (17) des Verwirblers zu führen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) Mittel (45) hat, um einen Teil der Verbrennungsgase, welche die Verbrennungskammer verlassen haben, in die Verbrennungskammer (2) zurückzubringen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) Mittel (15) aufweist, um die Wirbelbewegung des Gases in der Verbrennungskammer (2) zu führen.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsmittel (15) wenigstens eine Führungsschiene (30) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsschiene (30) sich im wesentlichen spiralförmig erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die spiralförmige Führungsschiene (30) eine wechselnde Steigung hat.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) Mittel (37) zum Leiten wenigstens eines Teils des Gases in Richtung zu dem Kraftstoff enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitmittel (37) wenigstens eine Leitschiene (38) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) Mittel (16) zum Sammeln von Asche enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Aschesammelmittel (16) einen Trenner (32) und/oder ein Sammelgefäß (31) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Trenner (32) und/oder das Sammelgefäß (31) derart angeordnet sind, um die Asche zu trennen und/oder zu sammeln, bevor sie die Verbrennungskammer zusammen mit den Verbrennungsgasen verläßt.
Vorrichtung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (1) Mittel (51) zum Entfernen der Asche aus dem Sammelgefäß (31) mittels einer Wasserspülung enthält.
Verfahren zum Verbrennen von Kraftstoff, insbesondere von festen Kraftstoffen wie Holzpellets, wobei der Kraftstoff in eine Verbrennungskammer eingeführt wird und wobei ein sauerstoffhaltiges Gas, beispielsweise Luft, in einer tangentialen Richtung durch wenigstens einen Einlaß (8) in die Verbrennungskammer eingeführt wird, um eine Wirbelbewegung in der Verbrennungskammer zu erreichen, und wobei die Verbrennungsgase aus der Verbrennungskammer im wesentlichen zentral in Bezug auf eine Mittelachse (10) der Verbrennungskammer an einem Auslaß (9) an einem Ende der Verbrennungskammer in eine Richtung ausgeführt werden, welche in wesentlichen parallel zu der Mittelachse (10) ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff in der Verbrennungskammer mittels eines Behälters (3) gehalten wird, welcher wenigstens teilweise gasdurchlässig ist und so ausgebildet ist, daß der Kraftstoff eine große ausgesetzte Oberfläche haben wird und dem in der Verbrennungskammer vorhandenen Gas ausgesetzt wird und daß die Vermischung des in dem Gas enthaltenen Sauerstoffs mit dem Pyrolysegas, welches von dem Kraftstoff stammt, unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das Gas, welches in der Verbrennungskammer (2) stromabwärts vom Auslaß (8) vorhanden ist, beeinflußt wird, um seine Wirbelbewegung mittels einer oder mehrerer Mittel (13) aufrechtzuhalten und/oder zu intensivieren.