EP4025832A1 - Ionsierungsvorrichtimg und verfahren zur ionisierung eines gases - Google Patents

Ionsierungsvorrichtimg und verfahren zur ionisierung eines gases

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EP4025832A1
EP4025832A1 EP20775171.0A EP20775171A EP4025832A1 EP 4025832 A1 EP4025832 A1 EP 4025832A1 EP 20775171 A EP20775171 A EP 20775171A EP 4025832 A1 EP4025832 A1 EP 4025832A1
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EP
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gas
chamber
oxygen
combustion
air
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Withdrawn
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EP20775171.0A
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Günter Vogel
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F23D14/68—Treating the combustion air or gas, e.g. by filtering, or moistening
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23L—SUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
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    • F23L7/007—Supplying oxygen or oxygen-enriched air
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    • F23L2900/00001—Treating oxidant before combustion, e.g. by adding a catalyst
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    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the invention relates to a device according to claim 1 and a method according to claim 11.
  • admixtures of ionized gases, in particular oxygen, to the combustion air sucked in by the combustion devices or supplied to the sen have been proposed to improve combustion processes in combustion devices. It has been found that the ionized gases can effectively support the combustion process if the gas humidity, in particular air humidity, is increased before the gases, in particular special air, are introduced into the combustion air or the combustion device.
  • the improvement of the combustion is essentially the supply of ionized gases into the combustion air in the form of negative gas ions, in particular special air ions have been assigned.
  • DE 4113484 A1 describes a method for optimizing the combustion mechanism in a combustion device for fossil fuels.
  • the method is characterized in that the main combustion air flow is set to a reproducible moisture content that is higher than the ambient air, and that ionized oxygen is introduced into the main combustion air flow set in this way before it is supplied to the combustion device.
  • the main combustion air flow can be additionally heated during the process.
  • the gas flow with the ionized oxygen can be adjusted to a higher moisture content, in particular corresponding to the moisture content of the main combustion air flow.
  • DE 4407640 Ai also discloses a device for generating ionized air, d. H. ionized atmospheric oxygen and ionized atmospheric nitrogen for the optimization of the combustion mechanism in a combustion device for fossil fuels known.
  • the device has a water-filled bubble chamber to which air is supplied below the water level and which releases the ionized air above the water level.
  • Ionized air is introduced into the combustion air via a line, the bubble chamber being connected on the inlet side to a compressed air connection and on the outlet side to a pressure line.
  • the pressure line is connected directly to the combustion chamber, the pressure line being connected to a supply lance leading directly into the combustion zone.
  • the supply lance is advantageously connected to the negative pole of a DC voltage source.
  • the device contains at least one water-filled Bubble chamber into which compressed air is blown from below and which emits ionized air above the water level, the at least one bubble chamber being connected on the inlet side to a compressed air connection and on the outlet side to a pressure line.
  • the pressure line ends in the combustion air supply or can be directly connected to the combustion chamber, the path of the air bubbles in the water for the application of ions through the use of the upright bubble chamber being designed as a long, upright plastic tube.
  • the compressed air connection on the inlet side has a specially designed aerator with small holes for generating particularly fine air bubbles.
  • a sonotrode which oscillates with an ultrasonic oscillation generated by an external function generator, is inserted into the bubble chamber. The sonotrode prevents the fine air bubbles from combining to form larger air bubbles.
  • at least one ultrasonic transducer can be attached to an outside of the bubble chamber, which prevents the air bubbles from bursting into one another on the water surface.
  • EP 1231434 B1 discloses a method for burning material that is difficult to burn, the material being embedded in a form made of plaster of paris, sand or ceramic and being introduced into a combustion chamber of a burnout furnace.
  • the method comprises the following steps a) the material is burned with the supply of air, b) the air supplied to the combustion chamber of the burnout furnace is ionized and the amount of ionized air supplied to the combustion chamber is controlled by means of an air supply control device and c) the io nized air is blown into the burnout furnace through a heat exchanger.
  • the air can be ionized by means of an air ionization device before it is fed into the combustion chamber.
  • the invention is based on the object of further improving combustion processes of combustion devices.
  • the invention relates to a device for generating an ionized gas, in particular air for an improvement of United combustion processes in a combustion device for fossil fuels, with a chamber that can be filled with water up to a predeterminable water level, at the bottom of which the gas or .
  • Air can be supplied in a compressed state via a Siebkör by, wherein the screen body is arranged such that it is provided below the water level in the chamber, with at least one negative electrode for the formation of gas ions, in particular air ions and with one on the screen body opposite wall arranged discharge for the ions of the gas, in particular the ions of the air, which form as a result of a gas flow through the water and a flow around the at least one electrode inside and outside the water.
  • the device is characterized in that a device for introducing oxygen is provided in the area of the screen body and that the ionized gas comprises oxygen.
  • the invention in a second aspect, relates to a method for generating gas ions, in particular air ions, wherein a gas is supplied under a presettable pressure egg nem water reservoir in a chamber in which at least one electrode is provided with a negative voltage, the The pressure of the gas supplied to the water reservoir can be adjusted so that the gas flows through the water reservoir and flows into a discharge pipe for discharge into a combustion device. Compressed oxygen is supplied to the water reservoir and the gas and oxygen are introduced into the water reservoir in the form of gas bubbles. As a result of the gas flowing around the at least one electrode in the water reservoir and / or outside the water reservoir, negative gas ions form in the chamber.
  • a gas mixture containing negatively charged ions is provided in order to be fed to a combustion device.
  • the composition of the gas mixture can be varied in order to maintain the influence on combustion processes in the combustion device under variable combustion conditions.
  • negatively charged oxygen is formed under the influence of the at least one electrode Oxygen ions which, after flowing through the chamber, can be fed to a combustion device via the discharge line.
  • the invention has the advantage that combustion processes in the combustion device are improved with regard to pollutant emissions.
  • the device for introducing oxygen is designed for introducing pure oxygen.
  • the discharge is then designed to discharge pure ionized oxygen.
  • an ozone generator for introducing ozone is connected to the discharge line for the gas. In this way, the combustion processes in the combustion device can advantageously be influenced.
  • a sonotrode can be provided inside and / or outside the chamber for coupling in ultrasonic vibrations.
  • the sonotrode can be provided on an inner and / or outer wall of the chamber. In the context of the invention, however, it is also conceivable to provide the sonotrode in the cavity of the chamber.
  • the sonotrode can then at least partially penetrate both the water-filled zone of the chamber and the cavity in the chamber above it.
  • a hydrogen generator for introducing hydrogen into the chamber.
  • combustion processes in the combustion device can be further improved with regard to the utilization of the fuels and the reduction of combustion residues.
  • the hydrogen generator is preferably connected to the chamber with a compressor. In this way, introduction pressures can be provided or varied as required in a large pressure range.
  • a filter device is provided on the output side of the compressor in order to prevent impurities from being introduced into the bladder chamber, but at least to reduce it significantly.
  • the device for introducing oxygen is designed as an annular body provided with outlet openings.
  • the ring body is preferably provided between the screen body and the wall opposite this in the chamber.
  • the various gases are preferably supplied in a finely dosed manner.
  • controllable and adjustable valves are provided for this purpose.
  • the invention also provides for sensitive adjustments of the electrical voltage for the formation of gas ions, in particular oxygen ions.
  • the water reservoir is preferably supplied with compressed pure oxygen.
  • Fig. 1 is a schematic diagram of a device according to the invention Vorrich
  • a device for generating an ionized gas, in particular air, denoted overall by the reference symbol 1, has a cylindrical bubble chamber 2.
  • the bubble chamber 2 is filled with distilled water 3 with a pH value of preferably 7 up to a level 3b.
  • essentially rod-shaped electrodes 6 are provided in such a way that they at least partially penetrate the bubble chamber 2 in the zone filled with the distilled water and in the zone 4 not filled with the distilled water 3.
  • the electrodes 6 are connected to a negative pole of a DC voltage source 20 (FIG. 2).
  • a receptacle 7 is provided which opens into a discharge pipe 8 which can be connected to a combustion air supply of a combustion device 17 shown schematically.
  • a disk-like screen body 9 is provided in the bubble chamber 2, via the compressed air supplied with the aid of a feed line 11 into the water 3 inside the bubble chamber 2 in the form of air bubbles 13 as through Arrows 12 illustrates exits.
  • the screen body 9 is provided with an air filter.
  • the air filter can also be integrated in the screen body 9.
  • annular body 14 is provided, which has outlet openings along its inner wall. In the ring body 14 pure oxygen is injected via a supply line 16, which also exits in the form of bubbles 15 into the water via the outlet openings of the ring body 14.
  • the supply line 11 for compressed air and the supply line 16 for pure oxygen are each provided with a filter in the inlet area of the compressed air or the compressed oxygen in order to avoid the introduction of dirt particles into the bubble chamber 2, but at least to reduce them significantly.
  • the pressure of both the air supplied to the bubble chamber 2 and the oxygen supplied to the bubble chamber 2 is such that air or oxygen bubbles 13, 15 emerging from the screen body 9 or the ring body 14 resist a static pressure of the water column and so the water 3 through can flow and rise to the upper wall 2b of the bubble chamber 2. The bubbles 13, 15 can then leave the bubble chamber 2 through the suction port 7 sen.
  • the negative gas ions then flow into the discharge pipe 8 due to the set pressure conditions via the receiving connector 7 and via this directly or with the interposition of a mixing chamber 18 for mixing with other gases into the combustion device 17.
  • the mixing chamber 18 is via a bypass valve 19 and discharge pipes 8 , 8 'can be connected to the combustion device 17 and the device 1.
  • a device according to the invention is illustrated with reference to FIGS. 2 to 4 explained in detail below.
  • Four essentially rod-shaped electrodes 6 connected to a DC voltage source 20 are introduced into the bubble chamber 2.
  • the electrodes 6 introduced from the bottom 2a of the bubble chamber 2 end above the ring body 14 for introducing oxygen into the bubble chamber 2.
  • the electrodes 6 can be made of copper or graphite.
  • the copper electrodes 6 are more preferably chrome-plated or silver-plated. With graphite electrodes 6 or chrome-plated electrodes, patina degeneration is prevented or at least significantly reduced. Thus, they differ from all other elements or lining materials located inside the bladder chamber 2, all of which are made of plastic or are provided with a plastic coating.
  • the aim is to prevent the air or oxygen ions from releasing their negative charge through contact with an electrically conductive material before they enter the intake port 7 or lose the discharge pipe 8.
  • a sonotrode 23 is preferably attached to a jacket 22 of the bubble chamber 2, with which the ultrasonic vibration generated by an ultrasonic generator 25 gene on the bubble chamber 2 or the water 3 therein and the gas particles are to be transferred, which experience has shown to lead to an improved United combustion of a combustion device to which the gas ions emitted from the device are fed.
  • an ozone generator 26 is connected to the discharge line 8 in the area of the mixing chamber 18.
  • the gas stream exiting from the bubble chamber 2 consists of essentially nitrogen ions, oxygen ions and air with ozone from the ozone generator 26 mixed.
  • the pressure of the mixing chamber via the connecting line 27 supplied ozone is at least selected so that the ozone can enter the mixing chamber 18 through the connecting line 27 and after mixing with the gases supplied from the bubble chamber 2 of essentially nitrogen and oxygen the discharge pipe 8 can be fed to the combustion device 17.
  • the amount of ozone can be varied in order to achieve a different composition of the gases mixed with one another in the mixing chamber 18 and to change or set the combustion conditions after the mixed gases have been fed into the combustion device 17.
  • ozone-resistant materials must be selected in the interior of both the bubble chamber 2 and the supply and discharge lines. Appropriate plastics are preferably used here.
  • the invention also provides for hydrogen generated in a hydrogen generator 28 (FIG. 2) to be mixed with ambient air in a compressor 29 and fed to the bubble chamber 2 via a supply line 30.
  • the supply line 30 ends below the water level 4 in the bubble chamber 2 in the area of the sieve body 9 and the ring body 14.
  • a feeder is provided on the output side of the compressor 29 in the supply device 30. It has been found to be advantageous to introduce the air into the bubble chamber 2 via a screen body 9 according to FIG. 4 designed in the manner of an aerator.
  • a rod-shaped, parallel to the electrodes 6 arranged sonotrode 33 is used, with which the ultrasonic generator gate 25 vibrations in the ultrasonic range on the in the bubble chamber 2 contained NEN gases and the water 3 are transferred.
  • the gas flows in the bubble chamber 2 instead of or in addition to the supply of compressed gases or air pump devices can be used, which the air or gases such as oxygen, hydrogen and / or Suck in ozone and thus cause a corresponding gas flow.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Erzeugung eines ionisierten Gases, insbesondere Luft für eine Verbesserung von Verbrennungsvorgängen in einer Verbrennungseinrichtung (17) für fossile Brennstoffe, mit einer mit Wasser (3) bis zu einem vorgebbaren Wasserstand (3b) befüllbaren Kammer (2), an deren Boden (2a) das Gas in einem komprimierten Zustand über einen Siebkörper (9) zuführbar ist, wobei der Siebkörper (9) derart angeordnet ist, dass er unterhalb des Wasserspiegels in der Kammer (2) vorgesehen ist, mit wenigstens einer negativen Elektrode (6) zur Bildung negativer Gasionen und mit einer an einer dem Siebkörper (9) gegenüberliegenden Wand (2b) angeordneten Ableitung (7, 8; 8') für das ionisierte Gas. Die Vorrichtung (1) zeichnet sich dadurch aus, dass eine Einrichtung (14) zur Einbringung von Sauerstoff im Bereich des Siebkörpers (9) in der Kammer (2) vorgesehen ist und dass ionisierte Gas den Sauerstoff umfasst. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Gasionen.

Description

Ionsierungsvorrichtung und Verfahren zur Ionisierung eines Gases
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung gemäß Anspruch l und ein Verfahren nach Anspruch 11.
Aufgrund der großen Verbreitung von Verbrennungseinrichtungen sowohl zur Ener giegewinnung als auch in industriellen Fertigungsanlagen und auch im Verkehrsbe reich wie insbesondere beim Lastentransport und in der Schifffahrt besteht seit lan gem ein großes Interesse daran, Verbrennungsprozesse hinsichtlich der Schadstof femission zu reduzieren und die zur Energiegewinnung genutzten, insbesondere fossilen Brennstoffe möglichst effektiv auszunutzen.
Unter anderem sind zur Verbesserung von Verbrennungsvorgängen in Verbren nungseinrichtungen Zumischungen von ionisierten Gasen, insbesondere Sauerstoff zur Verbrennungsluft, die von den Verbrennungseinrichtungen angesaugt bzw. die sen zugeführt wird, vorgeschlagen worden. Dabei ist festgestellt worden, dass die ionisierten Gase den Verbrennungsvorgang dann effektiv unterstützen können, wenn die Gasfeuchtigkeit, insbesondere Luftfeuchtigkeit vor Einleitung der Gase, insbe sondere Luft, in die Verbrennungsluft bzw. die Verbrennungseinrichtung erhöht wird. Die Verbesserung der Verbrennung ist dabei im Wesentlichen der Zufuhr von ionisierten Gasen in die Verbrennungsluft in Form von negativen Gasionen, insbe- sondere Luftionen zugeschrieben worden.
Demgemäß sind bereits in unterschiedlichen Verfahren und Vorrichtungen vorgeschlagen worden, derartige Ionen bereitzustellen, die den Verbrennungseinrichtun- gen im Zufuhrbereich der Verbrennungsluft zugeführt werden. So beschreibt die DE 4113484 Ai ein Verfahren zur Optimierung des Verbrennungsmechanismus in einer Verbrennungseinrichtung für fossile Brennstoffe. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Verbrennungs-Hauptluftstrom auf einen reproduzierbaren, relativ zur Umgebungsluft höheren Feuchtigkeitsgehalt eingestellt wird, und dass in den so eingestellten Verbrennungs-Hauptluftstrom vor der Zuführung zur Verbrennungseinrichtung ionisierter Sauerstoff eingeleitet wird. Weiter kann bei dem Ver fahren der Verbrennungs-Hauptluftstrom zusätzlich angewärmt werden. Ebenso kann der Gasstrom mit dem ionisierten Sauerstoff auf einen höheren, insbesondere dem Feuchtigkeitsgehalt des Verbrennungs-Hauptluftstroms entsprechenden Feuch- tigkeitsgehalt eingestellt werden.
Aus der DE 4407640 Ai ist weiter eine Vorrichtung zur Erzeugung ionisierter Luft, d. h. ionisierten Luftsauerstoffs und ionisierten Luftstickstoffs für die Optimierung des Verbrennungsmechanismus in einer Verbrennungseinrichtung für fossile Brenn- Stoffe bekannt. Die Vorrichtung weist eine wassergefüllte Blasenkammer auf, der unterhalb des Wasserspiegels Luft zugeführt wird und die oberhalb des Wasserspiegels ionisierte Luft abgibt. Mit einer Leitung wird ionisierte Luft in die Verbren- nungsluft eingeleitet, wobei die Blasenkammer eingangsseitig mit einem Druckluftanschluss und ausgangsseitig mit einer Druckleitung verbunden ist. Die Drucklei- tung ist unmittelbar mit der Verbrennungskammer verbunden, wobei die Drucklei tung mit einer unmittelbar in die Verbrennungszone führenden Zuleitungslanze verbunden ist. Die Zuleitungslanze ist vorteilhaft mit dem negativen Pol einer Gleichspannungsquelle verbunden.
Eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung ionisierter Luft, d. h. ionisierten Luftsauerstoffs für die Optimierung des Verbrennungsmechanismus in Verbrennungseinrichtungen für Brennstoffe aller Art, insbesondere fossiler Brennstoffe ist aus der DE 10 2017004277 B3 bekannt. Die Vorrichtung enthält mindestens eine wassergefüllte Blasenkammer, in die von unten Pressluft eingeblasen wird und die oberhalb des Wasserspiegels ionisierte Luft abgibt, wobei die mindestens eine Blasenkammer ein gangsseitig mit einem Druckluftanschluss und ausgangsseitig mit einer Druckleitung verbunden ist. Die Druckleitung endet in der Verbrennungsluftzuführung bzw. ist unmittelbar mit der Verbrennungskammer verbindbar, wobei der Weg der Luftbla sen im Wasser zur Beaufschlagung mit Ionen durch die Verwendung von aufrecht stehender Blasenkammer als lange, aufrechtstehende Kunststoffröhre ausgebildet ist. Der eingangsseitige Druckluftanschluss weist einen besonders ausgestalteten Perlator mit kleinen Löchern zur Erzeugung besonders feiner Luftblasen auf. In die Blasenkammer ist eine Sonotrode, die mit einer von einem externen Funktionsgene rator erzeugten Ultraschall-Schwingung schwingt, eingebracht. Die Sonotrode ver hindert, dass sich die feinen Luftblasen zu größeren Luftblasen vereinigen. Ferner kann an einer Außenseite der Blasenkammer mindestens ein Ultraschallwandler an gebracht sein, der verhindert, dass die Luftblasen an der Wasseroberfläche ineinan der platzen.
Schließlich offenbart die EP 1231434 B1 ein Verfahren zum Verbrennen von schwer verbrennbarem Material, wobei das Material in einer aus Gips, Sand oder Keramik bestehenden Form eingebettet ist und in eine Brennkammer eines Ausbrennofens eingebracht wird. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte a) das Material wird unter Zufuhr von Luft verbrannt, b) die der Brennkammer des Ausbrennofens zuge führte Luft wird ionisiert und die Menge der der Brennkammer zugeführten, ioni sierten Luft wird mittels einer Luftzufuhrregeleinrichtung kontrolliert und c) die io nisierte Luft wird durch einen Wärmetauscher in den Ausbrennofen eingeblasen. Bei dem Verfahren kann die Luft vor der Zufuhr in die Brennkammer mittels einer Luf tionisierungseinrichtung ionisiert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verbrennungsvorgänge von Verbren nungseinrichtungen weiter zu verbessern.
Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und des auf ein Verfahren gerichteten, unabhängigen Patentanspruchs 11 gelöst. Demgemäß betrifft die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Vorrichtung zur Er zeugung eines ionisierten Gases, insbesondere Luft für eine Verbesserung von Ver brennungsvorgängen in einer Verbrennungseinrichtung für fossile Brennstoffe, mit einer mit Wasser bis zu einem vorgebbaren Wasserfüllstand befüllbaren Kammer, an deren Boden das Gas bzw. Luft in einem komprimierten Zustand über einen Siebkör per zuführbar ist, wobei der Siebkörper derart angeordnet ist, dass er unterhalb des Wasserfüllstands in der Kammer vorgesehen ist, mit wenigstens einer negativen Elektrode zur Bildung von Gasionen, insbesondere Luftionen und mit einer an einer dem Siebkörper gegenüberliegenden Wand angeordneten Ableitung für die Ionen des Gases, insbesondere die Ionen der Luft, die sich infolge einer Gas-Durchströmung des Wassers und einer Umströmung der wenigstens einen Elektrode innerhalb und außerhalb des Wassers bilden. Die Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Einrichtung zur Einbringung von Sauerstoff im Bereich des Siebkörpers vorgesehen ist und dass das ionisierte Gas Sauerstoff umfasst.
In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Ga sionen, insbesondere Luftionen, wobei ein Gas, unter einem vorgebbaren Druck ei nem Wasserreservoir in einer Kammer zugeführt wird, in dem wenigstens eine mit einer negativen Spannung beaufschlagte Elektrode vorgesehen ist, wobei der Druck des dem Wasserreservoir zugeführten Gases so einstellbar ist, dass das Gas das Wasserreservoir durchströmt und in ein Ableitungsrohr zur Ableitung in eine Ver brennungseinrichtung strömt. Dabei wird dem Wasserreservoir komprimierter Sau erstoff zugeführt und das Gas und der Sauerstoff in Form von Gasblasen in das Was serreservoir eingeleitet werden. Dabei bilden sich infolge Gas-Umströmung der we nigstens einen Elektrode im Wasserreservoir und/oder außerhalb des Wassersreser voirs in der Kammer negative Gasionen.
Erfindungsgemäß wird ein Gasgemisch enthaltend negativ geladene Ionen bereitge stellt, um einer Verbrennungseinrichtung zugeführt zu werden. Dabei kann die Zu sammensetzung des Gasgemisches variiert werden, um den Einfluss auf Verbren nungsvorgänge in der Verbrennungseinrichtung bei variablen Verbrennungsbedin gungen aufrechtrechtzuerhalten. Aus dem der Kammer separat zugeführten Sauer stoff bilden sich unter Einfluss der wenigstens einen Elektrode negativ geladene Sauerstoffionen, die nach Durchströmung der Kammer über die Ableitung einer Ver brennungseinrichtung zugeführt werden können.
Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, dass Verbrennungsvorgänge in der Ver brennungseinrichtung hinsichtlich einer Schadstoffemission verbessert werden.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Einrichtung zur Einbringung von Sauerstoff zur Einbringung von reinem Sauerstoff ausgebildet. Dann ist die Ableitung entsprechend zur Ableitung von reinem ionisierten Sauerstoff ausgebildet.
In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Ozo nerzeuger zur Einbringung von Ozon an die Ableitung für das Gas angeschlossen. So kann mit Vorteil Einfluss auf Verbrennungsvorgänge in der Verbrennungseinrich tung genommen werden.
Ferner kann zur Einkopplung von Ultraschall-Schwingungen eine Sonotrode inner halb und/oder außerhalb der Kammer vorgesehen sein.
Dazu kann die Sonotrode an einer Innen- und/oder Außenwandung der Kammer vorgesehen sein. Denkbar ist es im Rahmen der Erfindung aber auch, die Sonotrode im Hohlraum der Kammer vorzusehen. Mit Vorteil kann die Sonotrode dann sowohl die mit Wasser gefüllte Zone der Kammer als auch den Hohlraum in der Kammer darüber wenigstens teilweise durchsetzen.
In einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist ein Wasserstoff- Generator zur Einbringung von Wasserstoff in die Kammer vorgesehen. Durch eine Zusetzung von Wasserstoff in das der Verbrennungseinrichtung zugeführte Gas kön nen Verbrennungsvorgänge in der Verbrennungseinrichtung hinsichtlich Ausnutzung der Brennstoffe und Minderung von Verbrennungsrückständen weiter verbessert werden. Bevorzugt wird der Wasserstoff-Generator mit einem Kompressor mit der Kammer verbunden. Dadurch können Einleitungsdrücke in einem großen Druckbereich wie erforderlich bereitgestellt beziehungsweise variiert werden. Ausgangsseitig des Kompressors ist eine Filtereinrichtung vorgesehen, um ein Einbringen von Verun reinigungen in die Blasenkammer zu verhindern zumindest aber deutlich zu verrin gern.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrich tung ist die Einrichtung zur Einbringung von Sauerstoff als mit Austrittsöffnungen versehener Ringkörper ausgeführt. Bevorzugt ist der Ringkörper zwischen dem Siebkörper und der diesem gegenüberliegenden Wandung in der Kammer vorgese hen.
Bevorzugt geschieht eine Zufuhr der unterschiedlichen Gase im Rahmen der Erfin dung fein dosiert. Dazu sind speziell Steuer- und regelbare Ventile vorgesehen. Ebenso sieht die Erfindung feinfühlige Einstellungen der elektrischen Spannung zur Bildung von Gasionen, insbesondere Sauerstoffionen vor.
Bevorzugt wird dem Wasserreservoir bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kom primierter reiner Sauerstoff zugeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammen hang mit begleitenden, teilweise vereinfachten und in unterschiedlichen Maßstäben gehaltenen Zeichnungen näher erläutert. Von den Figuren, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet sind, zeigen:
Fig. 1 eine schematische Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrich tung,
Fig. 2 einen teilweisen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie III-III und
Fig. 4 eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Siebkörper. Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen l bezeichnete Vorrichtung zur Erzeugung von einem ionisierten Gas, insbesondere Luft, weist eine zylinderförmige Blasenkammer 2 auf. Die Blasenkammer 2 ist mit destilliertem Wasser 3 mit einem PH-Wert von vorzugsweise 7 bis zu einer Füllhöhe 3b gefüllt. Parallel zu einer Achse 5 der Blasen kammer 2 sind im Wesentlichen stabförmige Elektroden 6 derart vorgesehen, dass sie die Blasenkammer 2 in der mit dem destillierten Wasser gefüllten Zone und in der nicht mit dem destillierten Wasser 3 gefüllten Zone 4 wenigstens teilweise durchsetzen. Die Elektroden 6 sind mit einem negativen Pol einer Gleichspannungs quelle 20 (Fig. 2) verbunden. An einer einem Boden 2a gegenüberliegenden Wan dung 2b der Blasenkammer 2 ist ein Aufnahmestutzen 7 vorgesehen, der in ein Ableitungsrohr 8 einmündet, welches an eine Verbrennungsluftzufuhr einer schema tisch dargestellten Verbrennungseinrichtung 17 anschließbar ist.
In einem dem Boden 2a der Blasenkammer 2 zugewandten Bereich ist in der Blasen kammer 2 ein scheibenartiger Siebkörper 9 vorgesehen, über den mit Hilfe einer Zu fuhrleitung 11 zugeführte komprimierte Luft in das Wasser 3 im Inneren der Blasen kammer 2 in Form von Luftblasen 13 wie durch Pfeile 12 veranschaulicht austritt.
Zur Vermeidung einer Verschmutzung des destillierten Wassers 3 durch mit der Luft zugeführte Partikel ist der Siebkörper 9 mit einem Luftfilter versehen. Der Luftfilter kann auch in dem Siebkörper 9 integriert sein. Oberhalb des scheibenartigen Sieb körpers 9 ist ein Ringkörper 14 vorgesehen, der entlang seiner Innenwandung Aus trittsöffnungen aufweist. In den Ringkörper 14 wird über eine Zufuhrleitung 16 rei ner Sauerstoff eingepresst, der über die Austrittsöffnungen des Ringkörpers 14 eben falls in Form von Blasen 15 in das Wasser austritt.
Die Zufuhrleitung 11 für komprimierte Luft und die Zufuhrleitung 16 für reinen Sau erstoff sind im Einleitungsbereich der komprimierten Luft bzw. des komprimierten Sauerstoffs jeweils mit einem Filter versehen, um ein Einbringen von Verschmut zungsteilchen in die Blasenkammer 2 zu vermeiden zumindest aber deutlich zu re duzieren. Der Druck sowohl der der Blasenkammer 2 zugeführten Luft als auch des der Blasenkammer 2 zugeführten Sauerstoffs ist derart bemessen, dass aus dem Siebkörper 9 bzw. dem Ringkörper 14 austretende Luft- bzw. Sauerstoffblasen 13, 15 einem statischen Druck der Wassersäule widerstehen und so das Wasser 3 durch- strömen und zu der oberen Wandung 2b der Blasenkammer 2 aufsteigen können. Die Blasen 13, 15 können die Blasenkammer 2 dann durch den Ansaugstutzen 7 verlas sen.
Es wird davon ausgegangen, dass die Blasen 13, 15 in der Zone 4 oberhalb des Was sers 3 in der Blasenkammer 2 unter Einfluss der negativ geladenen Elektroden 6 auf das destillierte Wasser 3 und Elektrolysereaktionen und unter Freisetzung von nega tiv geladenen Ionen, im Wesentlichen Sauerstoff- und Stickstoffionen, zerplatzen.
Die negativen Gasionen strömen dann aufgrund der eingestellten Druckverhältnisse über den Aufnahmestutzen 7 in das Ableitungsrohr 8 ein und über dieses direkt oder unter Zwischenschaltung einer Mischungskammer 18 zur Mischung mit weiteren Gasen in die Verbrennungseinrichtung 17. Die Mischungskammer 18 ist dabei über ein Bypassventil 19 und Ableitungsrohre 8, 8‘ mit der Verbrennungseinrichtung 17 und der Vorrichtung 1 verbindbar.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung wird anhand der Fign. 2 bis 4 nachfolgend im Einzelnen erläutert. In die Blasenkammer 2 sind vier mit einer Gleichspannungs quelle 20 verbundene, im Wesentlichen stabförmige Elektroden 6 eingebracht. Die von dem Boden 2a der Blasenkammer 2 eingebrachten Elektroden 6 enden oberhalb des Ringkörpers 14 zur Einbringung von Sauerstoff in die Blasenkammer 2. Die Elektroden 6 können aus Kupfer oder aus Graphit gebildet sein. Weiter bevorzugt sind die Kupfer-Elektroden 6 verchromt oder versilbert. Bei Graphitelektoden 6 oder verchromten Elektroden wird eine Patinabüdung verhindert zumindest aber deutlich reduziert. Damit unterscheiden sie sich von allen weiteren im Inneren der Blasen kammer 2 befindlichen Elementen bzw. Auskleidungsmaterialien, die alle aus Kunst stoff gebildet oder mit einer Kunststoffbeschichtung versehen sind. Mithilfe der Wahl von Kunststoff als im Innenraum der Blasenkammer 2 verwandtes Material mit Ausnahme der Elektroden 6 soll verhindert werden, dass die Luft- bzw. Sauer stoffionen durch Kontakt mit einem elektrisch leitenden Material ihre negative La dung vor dem Eintritt in den Ansaugstutzen 7 bzw. das Ableitungsrohr 8 verlieren.
Bevorzugt ist an einem Mantel 22 der Blasenkammer 2 eine Sonotrode 23 ange bracht, mit der von einem Ultraschallgenerator 25 erzeugte Ultraschallschwingun- gen auf die Blasenkammer 2 bzw. das darin befindliche Wasser 3 und die Gasteil chen übertragen werden sollen, was erfahrungsgemäß zu einer verbesserten Ver brennung einer Verbrennungseinrichtung führt, welcher die aus der Vorrichtung entsandten Gasionen zugeführt werden.
Weiterhin ist - wie in Fig. 2 gezeigt - ein Ozongenerator 26 an die Ableitung 8 im Bereich der Mischungskammer 18 angeschlossen. Erfindungsgemäß wird in der Mi schungskammer 18 der aus der Blasenkammer 2 austretende Gasstrom aus im We sentlichen Stickstoffionen, Sauerstoffionen und Luft mit Ozon aus dem Ozongenera tor 26 vermischt. Der Druck der Mischungskammer über die Verbindungsleitung 27 zugeführten Ozons ist dabei zumindest so gewählt, dass das Ozon durch die Verbin dungsleitung 27 in die Mischungskammer 18 eintreten kann und nach einer Durch mischung mit den aus der Blasenkammer 2 zugeführten Gasen aus im Wesentlichen Stickstoff und Sauerstoff über das Ableitungsrohr 8 der Verbrennungseinrichtung 17 zugeführt werden kann.
Darüber hinaus kann die Menge des Ozons variiert werden, um eine unterschiedliche Zusammensetzung der in der Mischungskammer 18 miteinander gemischten Gase zu erreichen und die Verbrennungsbedingungen nach einer Zuleitung der vermischten Gase in die Verbrennungseinrichtung 17 zu verändern bzw. einzustellen. Bei der Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 2 müssen im In neren sowohl der Blasenkammer 2 als auch der Zu- und Ableitungen Ozon-resistente Materialien gewählt werden. Dabei werden vorzugsweise entsprechende Kunststoffe verwendet.
Die Erfindung sieht ebenfalls vor, in einem Wasserstoffgenerator 28 (Fig. 2) erzeug ten Wasserstoff in einem Kompressor 29 mit Umgebungsluft zu vermischen und der Blasenkammer 2 über eine Zuleitung 30 zuzuführen. Die Zuleitung 30 endet unter halb des Wasserspiegels 4 in der Blasenkammer 2 im Bereich des Siebkörpers 9 und des Ringkörpers 14. Um das Einbringen von Verunreinigungen wie Schmutzpartikeln und dgl. zu vermeiden ist ein Füter ausgangsseitig des Kompressors 29 in der Zulei tung 30 vorgesehen. Als vorteilhaft hat sich erwiesen, die Luft in die Blasenkammer 2 über einen nach Art eines Perlators ausgeführten Siebkörper 9 nach Fig. 4 einzubringen.
Bevorzugt wird anstelle der oder zusätzlich zu der in Fig. 2 gezeigten Sonotrode 23 an der Mantelfläche 22 der Blasenkammer 2 eine stabförmige, parallel zu den Elekt roden 6 angeordnete Sonotrode 33 verwendet, mit der von dem Ultraschall-Genera tor 25 Schwingungen im Ultraschallbereich auf die in der Blasenkammer 2 enthalte nen Gase und das Wasser 3 übertragen werden. Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung zur Einstellung der Gasströmungen in der Blasenkammer 2 anstelle der oder zusätzlich zu der Zufuhr von komprimier ten Gasen bzw. Luft Pumpeinrichtungen eingesetzt werden können, welche die Luft bzw. die Gase wie Sauerstoff, Wasserstoff und/oder Ozon ansaugen und so eine ent sprechende Gasströmungen hervorrufen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung (l) zur Erzeugung eines ionisierten Gases, insbesondere Luft für eine Verbesserung von Verbrennungsvorgängen in einer Verbrennungseinrichtung (17) für fossile Brennstoffe, mit einer mit Wasser (3) bis zu einem vorgebbaren Was serstand (3b) befüllbaren Kammer (2) , an deren Boden (2a) das Gas in einem kom primierten Zustand über einen Siebkörper (9) zuführbar ist, wobei der Siebkörper (9) derart angeordnet ist, dass er unterhalb des Wasserspiegels in der Kammer (2) vorgesehen ist, mit wenigstens einer negativen Elektrode (6) zur Bildung negativer Gasionen und mit einer an einer dem Siebkörper (9) gegenüberliegenden Wand (2b) angeordneten Ableitung (7, 8; 8‘) für das ionisierte Gas, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung (14) zur Einbringung von Sauerstoff im Bereich des Siebkör pers (9) in der Kammer (2) vorgesehen ist und dass das ionisierte Gas den Sauer stoff umfasst.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung tung (14) zur Einbringung von Sauerstoff zur Einbringung von reinem Sauerstoff ausgebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an die Ableitung (8, 8‘) für das Gas ein Ozonerzeuger (26) zur Einbringung von Ozon angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einkopplung von Ultraschall-Schwingungen eine Sonotrode (23) außerhalb der Kammer (2) vorgesehen ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Einkopplung von Ultraschall-Schwingungen eine Sonotrode (33) innerhalb der Kammer (2) vorgesehen ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonot rode (23, 33) an einer Wandung (22) der Kammer (2) vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wasserstoff-Generator (28) zur Einbringung von Wasserstoff in die Kammer (2) vorgesehen ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff- Generator (28) mit einem Kompressor (29) mit der Kammer (2) verbunden ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Einbringung von Sauerstoff als ein mit Austrittsöffnungen ver sehener Ringkörper (14) ausgeführt ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (14) zwischen dem Siebkörper (9) und der diesem gegenüberliegenden Wandung (2b) in der Kammer (2) vorgesehen ist.
11. Verfahren zur Erzeugung von Gasionen, insbesondere Luftionen, wobei ein Gas unter einem vorgebbaren Druck einem Wasserreservoir (3) zugeführt wird, in dem wenigstens eine mit einer negativen Spannung beaufschlagte Elektrode (6) vor gesehen ist, wobei der Druck des dem Wasserreservoir (3) zugeführten Gases so ein stellbar ist, dass das Gas das Wasserreservoir (3) durchströmt und in ein Ableitungs rohr (8, 8‘) zur Ableitung in eine Verbrennungseinrichtung (17) strömt, wobei dem Wasserreservoir (3) komprimierter Sauerstoff zugeführt wird und wobei das Gas und der Sauerstoff in Form von Gasblasen (13, 15) in das Wasserreservoir (3) einge leitet werden, aus denen sich infolge einer Gas-Umströmung der wenigstens einen Elektrode (6) innerhalb und/oder außerhalb des Wasserreservoirs (3) negative Ga sionen bilden.
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