NL1012936C2 - Verbrandingseenheid voor het verbranden van een vloeibare brandstof en een energie-opwekkingssysteem dat een dergelijke verbrandingseenheid omvat. - Google Patents

Description

VERBRANDINGSEENHEID VOOR HET VERBRANDEN VAN EEN VLOEIBARE BRANDSTOF EN EEN ENERGIE-OPWEKKINGSSYSTEEM DAT EEN DERGELIJKE VERBRANDINGSEENHEID OMVAT

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een verbrandingseenheid voor het verbranden van een vloeibare brandstof, en op een systeem voor het opwekken van energie dat een dergelijk verbrandingseenheid omvat.

5 Bij het verbranden van vloeibare brandstof, met name motorbrandstoffen, zoals benzine, kerosine, diesel en methanol, is het van belang dat ten tijde van de verbranding de brandstof aanwezig is in zo klein mogelijke deeltjes. Immers naar mate de brandstofdeeltjes 10 kleiner zijn leidt dit tot een homogenere verbranding.

Een homogenere verbranding gaat gepaard met een geringere roetvorming en roetuitstoot alsook een lagere CO-vorming en uitstoot.

Derhalve is het streven om in de 15 verbrandingskamer zo klein mogelijke brandstofdruppeltjes te brengen. Bekende verbrandingseenheden worden gekenmerkt door allerhande additionele middelen voor het verkrijgen van zo klein mogelijke brandstofdeeltjes in de verbrandingskamer ten tijde van de verbranding.

20 De onderhavige uitvinding beoogt een verbrandingseenheid te verschaffen voor het verbranden van vloeibare brandstof, welke is voorzien van middelen voor het in de verbrandingskamer brengen van zeer kleine vloeibare brandstof deelt jes (medianegrootte < 5 μτη, in 25 het algemeen < 3μΐΏ, bij voorkeur < 2μπι, zoals ΐ,2μιη). Dit terwijl er een voldoende aanvoer van deze zeer kleine vloeibare brandstofdeeltjes kan worden gegarandeerd, terwijl de middelen voor het verkrijgen van deze zeer kleine brandstofdeeltjes een relatief eenvoudige 30 constructie bezitten en op relatief eenvoudige wijze 1012936 2 kunnen worden toegevoegd aan bestaande verbrandingseenheden.

Dit wordt overeenkomstig de uitvinding bereikt met een verbrandingseenheid voor het verbranden van een 5 vloeibare brandstof, omvattende een brandstofinlaat, een luchtinlaat, en een afgasuitlaat, die zijn verbonden met een verbrandingskamer voor het verbranden van de brandstof, waarbij de brandstofinlaat is aangesloten op ten minste één explosie-verneveleenheid die zodanig is 10 opgesteld en ingericht dat vernevelde brandstof fragmenteert door gasvorming in de vernevelde brandstof.

De middelen voor het realiseren van deze zeer kleine vloeibare brandstofdeeltjes bestaan uit explosie-verneveleenheden.

15 In principe kunnen alle bekende typen van vernevelaars in de explosie-verneveleenheid gebruikt worden. Bijvoorbeeld zijn geschikt wervelvernevelaars, spleetvernevelaars, gatverstuivers, roterende plaat- of kelkvernevelaars en eventueel penvernevelaars. Van belang 20 is slechts dat de vernevelaar druppels of een film van vloeibare brandstof afgeeft aan het gasvormige medium onder zodanig gewijzigde omstandigheden dat vervolgens explosie-verneveling optreedt. Explosie-verneveling houdt in, dat de vloeibare brandstof onder zodanige condities 25 in de verbrandingskamer geraakt dat als gevolg van de drukdaling over de vernevelaar in de druppels of film van de vloeibare brandstof kook- of gasbellen ontstaan. Dat wil zeggen in de vloeibare brandstof treedt gasvorming op. Dit zogenaamde flashen of precipiteren lijdt ertoe 30 dat de druppels of film van brandstof door de plotselinge gedeeltelijk koken of gasprecipitatie explodeert of fragmenteert. Deze fragmentatie lijdt ertoe dat zeer kleine druppels van brandstof worden gegenereerd in het gasvormige medium. De mediane afmeting van 35 brandstofdeeltjes bedraagt na fragmentatie minder dan 5 μπι in het algemeen kleiner dan 3μιη, bij voorkeur kleiner dan 2μιη, bijvoorbeeld 1,2 μτη.

101 3

Opgemerkt wordt dat de explosie-verneveleenheid de vernevelde vloeibare brandstof niet direct behoeft af te geven in de verbrandingskamer. Voldoende is dat de afgegeven brandstofdruppels uiteindelijk in de 5 verbrandingskamer geraken zonder dat als gevolg van coalescentie een ongewenst grote druppelgroei heeft plaatsgevonden.

De uitvinding laat toe dat in de vernevelmiddelen allerlei typen vernevelaars kunnen 10 worden gebruikt voor zover die na fragmentatie aanleiding geven tot deeltjes met de genoemde mediane grootte. In dit verband is het belangrijk dat de explosie-verneveleenheden zodanig zijn opgesteld en ingericht dat de vernevelde brandstof fragmenteert door gasvorming in 15 de vernevelde brandstof.

Bij voorkeur wordt gebruik gemaakt van een explosie-wervelverneveleenheid die is voorzien van wervelvernevelaars. In een dergelijke, bekende wervelvernevelaar wordt aan de vloeibare brandstof in een 20 wervelkamer een wervelbeweging gegeven. De wervelende brandstof treedt uit een uittree-opening. Gebleken is dat de dikte van de uittredende laag brandstof een fractie (bijvoorbeeld 10%) is van de diameter van de uittree-doortocht. Door de daarop volgende explosie-fragmentatie 25 worden deeltjes verkregen met (afhankelijk van de drukval, temperatuur en doortochtdiameter) een mediane afmeting van 5μτη of kleiner.

Het zal duidelijk zijn dat voor het realiseren van deze fragmentatie het belangrijk is dat de condities 30 (met name verandering van condities) waaronder de vloeibare brandstof wordt verneveld optimaal zijn voor fragmentatie. Belangrijke condities voor flash-fragmentatie zijn de temperatuur van de brandstof, de verneveldruk waaronder de brandstof wordt verneveld, de 35 drukdaling bij uittreden en de doortochtdiameter.

Derhalve heeft het voorkeur dat de explosie-verneveleenheid middelen omvat voor het instellen van de temperatuur van het verdampingsmiddel en/of van de verneveldruk.

1012936 4

In geval van retrofit van de bovenstaande verbrandingseenheid is het mogelijk een configuratie van een aantal explosieve neveleenheden te integreren in een nieuwe of aangepaste luchtinlaat, danwel deze explosie-5 verneveleenheden direct uit te laten monden in verbrandingskamer. Door het richten van de uittree-doortocht van elke explosie-verneveleenheid is het mogelijk de brandstof zodanig te vernevelen dat dit optimaal is voor de vorming van het te verbranden mengsel 10 van brandstof en lucht. Met name hebben voorkeur wervelvernevelaars en spleet- of gatvernevelaars omdat deze een zeer eenvoudige constructie bezitten, goed zijn te miniaturiseren en in te bouwen in bestaande verbrandingseenheden. Aldus kunnen zonder al te grote 15 aanpassingen aan een bestaande verbrandingseenheid zeer grote aantallen explosie-verneveleenheden worden ingebouwd hetgeen grote vrijheid biedt voor het te kiezen brandstofdebiet naar de verbrandingskamer toe. Aldus leidt retrofit van bestaande verbrandingseenheden tot 20 tegen geringere kosten om te bouwen verbrandingseenheden die desondanks een sterk verbeterde verbranding realiseren bij een lagere roet- en NOx-uitstoot.

Als brandstof kan zoals aangegeven vloeibare brandstof worden toegepast. Hierbij slaat de vloeibare 25 toestand op de toestand van de brandstof waarin deze zich bevindt bij de in de brandstofinlaat heersende temperatuur en druk. Dit betekent dat brandstoffen kunnen worden toegepast die bij omgevingscondities gas-vormig zijn. Brandstoffen, zoals diesel en benzine bezitten een 30 kooktraject. Dit betekent dat voor het realiseren van de explosieve neveling een zodanige temperatuur moet worden gekozen uit het kooktraject dat een significant flash effect optreedt. Voor dieselolie kan worden gekozen een temperatuur van 350°C. Voor kerosine/benzine kan een 35 lagere brandstoftemperatuur worden gekozen (250/l50°C) . Voor low-speed marinedieselmotoren een hogere brandstoftemperatuur zoals 400°C. Opgemerkt wordt echter dat deze temperaturen anders kunnen liggen afhankelijk 101ü9 3 6 5 van de toegepaste druk en eventueel toevoegingen voor de brandstof die een positief effect bezitten op de explosie-verneveling. Het zal duidelijk zijn dat voor het realiseren van een optimale explosie-verneveling een 5 verbrandingseenheid bij voorkeur zal zijn uitgerust met middelen voor het instellen van de temperatuur en de verneveldruk van de brandstof.

Indien verder bij voorkeur de temperatuur-instelmiddelen de temperatuur van het verdampingsmiddel 10 instellen rond of op de kritische temperatuur, verkrijgt het verdampingsmiddel een oppervlaktespanning die nagenoeg of gelijk is aan 0 N/m2. Dit betekent dat er geen of weinig vernevelingsenergie meer nodig is om de vloeistof te verstuiven, waardoor de druppelgrootte 15 extreem klein zal worden (een mediane druppelafmeting tot Ο,ΐμτη is hierbij mogelijk) en eventueel kan worden afgezien van het gebruik van andere middelen voor het verlagen van de oppervlaktespanning.

Naast de genoemde fysische condities voor 20 fragmentatie, is het ook mogelijk door chemische of fysische toevoegingen aan de brandstof fragmentatie te bevorderen. Het heeft derhalve voorkeur om aan de brandstof middelen toe te voegen die de oppervlaktespanning van de brandstof verkleinen en 25 daardoor de energie die vereist is voor de fragmentatie verminderd. Als oppervlaktespanning verlagende middelen kunnen detergenten en dergelijke gebruikt worden.

Voorkeur hebben die oppervlaktespanning verlagende middelen welke zich niet slechts aan het oppervlak van de 30 brandstofdruppel zich ophouden, maar door de brandstof (druppel of film) nagenoeg homogeen verdeeld is. Daardoor is het niet vereist dat na vernevelen en voorafgaande aan fragmentatie als gevolg van diffusie een verminderde verlaging van de oppervlaktespanning optreedt. Onder die 35 omstandigheden heeft het voorkeur om vetzuren, met name kortere vetzuren en eventueel alcoholen, zoals methanol en ethanol te gebruiken. Deze laatste middelen hebben vooral de voorkeur vanwege een relatief laag kookpunt en 101?Q 3 fi 6 goede verbranding. Aldus wordt vermeden dat door deze toevoegingen het verbrandingsproces in negatieve zin wordt beïnvloed.

Volgens een andere uitvoeringsvorm bevat de 5 brandstof verbrandbare en/of verdampbare stoffen die ofwel de oppervlaktespanning van de brandstof verlagen danwel in de brandstof als gevolg van de drukdaling over de vernevelaar de gasvorming bevorderen. Met name kunnen hier gebruikt worden verbrandbare en/of verdampbare 10 stoffen die een kookpunt bezitten dat lager is dan het kookpunt van de brandstof. Dit dient aldus te worden verstaan, dat in geval van een kooktraject van de brandstof en eventueel van het verdampingsmiddel deze trajecten zodanig worden gekozen dat het 15 verdampingsmiddel wezenlijk bijdraagt aan de gasvorming en uiteindelijk de fragmentatie van de brandstof. Bij gebruik van een aantal of mengsel van verdampingsmiddelen zullen door de drukval bij het passeren van de explosieverneveleenheid de verdampbare stoffen met het 20 laagste kookpunt als eerste plotseling verdampen onder vorming van kookbellen, waardoor vloeibare brandstof explodeert of fragmenteert tot kleine druppeltjes. Bijvoorbeeld kan een mengsel worden gebruikt van dieselolie als brandstof en water als verdampingsmiddel. 25 Als verdampingsmiddel (bijvoorbeeld water) kan ook oververhit verdampingsmiddel (water) worden gebruikt, en kan met name worden toegepast bij oliegestookte ketels voor het opwekken van stoom. In welk geval brandstof en oververhit water eveneens separaat door explosie-30 verneveling in de ketel gebracht kunnen worden. Hierbij wordt als additioneel voordeel gerealiseerd dat door de verdamping van het water de temperatuur van het mengsel voor verbranding, tijdens verbranding en na verbranding lager is hetgeen de prestatie van de verbrandingseenheid 35 bevordert en de uitstoot van CO en ΝΟχ verder verlaagd.

De verbrandingseenheid kan worden toegepast in een verbrandingsmotor, bijvoorbeeld een gasmotor, benzinemotor of dieselmotor. Daarnaast kan de 1012936 7 verbrandingseenheid zijn opgenomen in een systeem voor het opwekken van energie dat omvat een door een gasturbine aangedreven comprimeerinrichting en de verbrandingseenheid volgens de uitvinding waarin 5 brandstof en door de comprimeerinrichting gecomprimeerde lucht wordt verbrand en toegevoerd aan de gasturbine.

Het zal duidelijk zijn dat het in dit verband zeer voordelig is indien in de comprimeerinrichting explosieve neveleenheden worden gebruikt voor het 10 vernevelen van bepaalde verdampingsmiddelen met een in vergelijking hogere verdampingsenergie (bijvoorbeeld water). Hierdoor wordt een quasi isotherme compressie verkregen waardoor de compressie arbeid aanzienlijk wordt verlaagd. In geval de verbrandingseenheid is voorzien van 15 een compressiekamer en een verbrandingskamer, kan de explosieve neveleenheid voor de brandstof zijn aangesloten op de verbrandingskamer en kan een explosieve neveleenheid voor verdampingsmiddel ten behoeve van verdampingskoeling zijn aangesloten op de 20 compressiekamer.

Aldus kan tijdens de compressieslag en de explosieslag van de verbrandingsmotor eventueel een quasi isotherme compressie en in ieder geval een optimale verbranding plaatsvinden. Het heeft verder voorkeur dat 25 in geval van verdampingskoeling tussen een compressiekamer en een verbrandingskamer van de verbrandingsmotor tenminste één drukhouder is opgenomen, die in warmte-uitwisselend contact staat met een verbrandingsgasuitlaat van de verbrandingsmotor. Aldus is 30 het mogelijk in de koele gecomprimeerde lucht warmte te recupereren uit de warmte van de afgassen. Indien de verblijftijd in de drukhouder te kort is, kunnen een aantal drukhouders parallel worden toegepast, dan wel een relatief grote drukhouder in combinatie met een aantal 35 verbrandingskamers.

Genoemde en andere kenmerken van de verbrandingseenheid en het energieopwekkingssysteem volgens de uitvinding zullen hierna verder verduidelijkt 1012936 8 worden aan de hand van een aantal bij wijze van voorbeeld gegeven uitvoeringsvormen zonder dat daartoe de uitvinding geacht moet worden te zijn beperkt.

In de tekening is: 5 figuur 1 een schematisch aanzicht van een explosie-wervelvernevelaar; figuur 2 een schematische weergave van een dieselmotor volgens de uitvinding met turbo charger,· figuur 3 een variant van de dieselmotor uit 10 figuur 2; figuur 4-6 elk een schematische weergave van een verbrandingsmotor volgens de uitvinding; figuur 7 een schematische weergave van een energie-opwekkingssysteem volgens de uitvinding; 15 figuur 8 een ander energie-opwekkingssysteem volgens de uitvinding volgens het TOPHAT-principe (TOP humidifide air turbine); en figuur 9 een ander energie-opwekkingssysteem volgens de uitvinding volgens het TOPHACE-principe (TOP 20 humidifide air combustion engine).

Figuur 1 toont een explosie-wervelvernevelaar 1 zoals die wordt toegepast in een verbrandingseenheid volgens de uitvinding. De explosie-wervelvernevelaar l omvat een leiding 2 waarmee brandstof 3 (en/of eventueel 25 verdampingsmiddel) via een tangentiale opening 4 wordt toegevoerd aan een wervelkamer 5. De vloeistof verkrijgt in de wervelkamer 5 een wervelbeweging 6 en verlaat via een uitlaatopening (of doortocht) de vernevelaar 1. De wervelende brandstof treedt uit in de vorm van een kegel. 30 De dikte van de laag brandstof neemt hierbij af en breekt als gevolg van fragmentatie op in zeer kleine druppeltjes. Duidelijk is te zien dat de dikte van de laag brandstof kleiner is dan de diameter van de uitlaatopening 7 van de wervelkamer 5, wanneer de 35 uittredende vloeistof door plotselinge drukverlaging flashed of gasprecipitatie vertoont, dan fragmenteert de kegel en de deeltjes tot extreem kleine druppeltjes, de zogenaamde explosie-verneveling. De dikte van de 1012936 9 kegellaag en de grootte van de gevormde druppeltje is afhankelijk van de mate van explosie-verneveling en dus van de mate van gasvorming in de kegellaag. De hiervoor belangrijke fysische condities zijn de druk en de 5 temperatuur van de brandstof en de heersende druk en temperatuur in de ruimte waarin de wervelende vernevelde brandstof wordt afgegeven. Aldus is het mogelijk het aantal en de grootte van de gevormde vernevelde brandstofdeeltjes te beïnvloeden door de keuze van deze 10 condities.

Figuur 2 toont een dieselmotor 8 volgens de uitvinding die omvat zes verbrandingseenheden of cilinders 9 volgens de uitvinding. Dieselolie wordt via een pomp 10 en een leiding 11 toegevoerd aan een 15 explosie-verneleenheid 12 die kan bestaan uit een geschikt aantal gekozen explosie-vernevelaars zoals getoond in figuur 1. De dieselolie heeft een voor de explosie-verneveling geschikte temperatuur en druk. Lucht wordt via een leiding 13 toegevoerd aan een compressor 14 20 die door een as 15 wordt aangedreven door een gasturbine 16.

Aan de gasturbine 16 wordt toegevoegd het uit de cilinders 9 afkomstige afgas dat via een leiding 17 aan de gasturbine 16 wordt toegevoerd en via een leiding 25 18 aan de schoorsteen 19.

Lucht die is gecomprimeerd in de compressor 14 wordt via de leidingen 20 toegevoerd aan de verbrandingskamer 21 van elke cilinder 9.

Figuur 3 toont een met figuur 2 overeenkomende 30 dieselmotor 22. Overeenkomstige onderdelen worden aangeduid met dezelfde verwijzingscijfers. Een eerste verschil is echter dat de in de compressor 14 gecomprimeerde lucht via de leiding 20 niet wordt toegevoerd aan de verbrandingskamer 21 maar aan de 35 explosie-verneveleenheid 12. Dit levert een optimale menging van brandstof en lucht. Indien de lucht nog verdampingsmiddeldeeltjes (waterdeeltjes) bevat is zelfs 1012936 10 nog een quasi isotherme compressie in de cilinder 9 mogelijk.

Ten tweede is in de leiding 13 een explosie-verneveleenheid 23 opgenomen. Hierin wordt water door 5 explosie-verneveling toegevoerd aan de lucht waardoor in de compressor 14 een quasi isotherme verdamping optreedt. Het benodigde water wordt via een leiding 24 toegevoerd aan een warmtewisselaar 25, waarin het in warmte-uitwisselend contact staat met het afgas dat uit de 10 gasturbine 16 treedt. Het opgewarmde water wordt via een pomp 26 onder druk toegevoerd aan de explosie-verneveleeheid 23.

De dieselmotoren 8 en 22 die zijn getoond in figuur 2 en 3 kunnen worden gebruikt als low-speed 15 marine-dieselmotoren.

Figuur 4 toont een verbrandingsmotor 27 volgens de uitvinding, die is voorzien van een compressiekamer 28 en een verbrandingskamer 29. De compressiekamer 28 is voorzien van een luchtinlaat 30 met een inlaatklep 31.

20 Verder omvat de compressiekamer 28 een explosie-neveleenheid 32 voor de toevoer van koelmiddel (bijvoorbeeld water) via de leiding 33. Door verdampingskoeling kan aldus quasi-isotherme compressie worden bereikt. Via een van een klep 34 voorziene uitlaat 25 35 is de compressiekamer 28 verbonden met een drukhouder 36 die is voorzien van een warmtewisselaar 37. De drukhouder 36 is via de leiding 38 en een klep 39 verbonden met de verbrandingskamer 29, die verder is voorzien van een explosie-neveleenheid 40 voor brandstof 30 die wordt aangevoerd via de leiding 41, en een ontstekingseenheid 42. Via een klep 43 en een uitlaat 44 worden uitlaatgassen afgevoerd via warmtewisselaars 45, 37 en 46.

De werking van de verbrandingsmotor 27 is als 35 volgt. Bij één bar en een temperatuur van 27 °C wordt water verneveld via de explosie-neveleenheid 32 in de compressiekamer 28, waarbij quasi-isotherme compressie plaatsvindt tot 44 bar en 220 °C. De kleppen 34 en 39 1012936 11 openen zich en de drukhouder 36 en verbrandingskamer 29 worden gevuld tijdens het laatste deel van de slag van de zuiger 47. Vervolgens sluiten klep 34 en 39 zich. De in de drukhouder 36 aanwezige lucht wordt opgewarmd tegen de 5 uitlaatgassen die passeren door de warmtewisselaar 37. In de drukhouder 36 wordt de lucht opgewarmd tot een temperatuur van 300°C en uiteindelijk doorgespoeld via de klep 39 tot in de verbrandingskamer 29.

Tegelijkertijd wordt via de explosie-10 neveleenheid 40 brandstof geïnjecteerd, waarna vervolgens ontsteking en expansie plaatsvindt in de verbrandingskamer 29. Bij de terugslag van de zuiger 48 worden de uitlaatgassen afgevoerd via de klep 43 en gebruikt voor warmte-uitwisseling met de brandstof, de 15 gecomprimeerde lucht en het te injecteren water.

Het zal duidelijk zijn dat in de verbrandingsmotor 29 eveneens via de explosie-vernevelkamer 40 brandstof wordt geïnjecteerd en via de explosie-neveleenheid 32 eveneens koelmiddel.

20 Met behulp van de verbrandingsmotor 27 wordt bereikt, dat een minimale compressie-arbeid wordt verricht, terwijl de recuperatie van lage temperatuurwarmte wordt gerealiseerd voor het voorverwarmen van lucht, water en/of brandstof.

25 In geval de verblijftijd in de drukhouder onvoldoende is voor een optimale opwarming van het gecomprimeerde gas, heeft het voorkeur dat de drukhouder wordt uitgevoerd in de vorm van een aantal parallel geschakelde drukhouders tussen de compressiekamer 28 en 30 de verbrandingskamer 29.

Indien de quasi isotherme compressie wordt uitgevoerd door het inspuiten van een mengsel van water/brandstof (bijvoorbeeld water/methanol) dan kan de verdampingskoeling worden aangevuld door het onttrekken 35 van warmte als gevolg van het kraken van de brandstof.

Voor het uitvoeren van deze kraakreactie van de brandstof is het nodig dat in het drukvat een kraak-katalysator is opgenomen (bijvoorbeeld CuO voor methanol of zeoliet voor 1012936 12 benzine). Belangrijk is een voldoende reactietijd in de orde van één seconde en een voldoend hoge kraaktemperatuur voor methanol 250-300 °C en voor benzine 475-675 °C.

5 Het zal duidelijk zijn dat door het aanbrengen van een scheiding tussen de compressiekamer en de verbranding/expansiekamer met behulp van de drukhouder bij een variabele energiebehoefte een optimalisatie van het energierendement kan worden gerealiseerd door gebruik 10 te maken van de opgeslagen energie. Eventueel kan zelfs een hybridemotor met persluchtopslag worden toegepast.

Figuur 5 toont een verbrandingseenheid 49 volgens de uitvinding.

Via de roterende compressor 50 wordt via de 15 inlaat 51 lucht toegevoerd, terwijl met een explosie-neveleenheid 52 een water/brandstofmengsel wordt verneveld. Op het drukvat 58 zijn verbrandingskamers 53 aangesloten die elk via een leiding 54 het gecomprimeerde mengsel van lucht/brandstof innemen, terwijl via de 20 inlaat 55 additionele brandstof wordt toegevoerd. Met behulp van de ontsteking 56 wordt het mengsel ontstoken. Uitlaatgassen verlaten via de uitlaat 57 de verbrandingskamer 53. Met behulp van een warmtewisselaar 59 vindt warmte-uitwisseling plaats met in het drukvat 58 25 aanwezige mengsel van lucht/brandstof. Door gebruik te maken van het grote drukvat 58 en meerdere verbrandingskamers is er beduidend meer tijd voor het opwarmen van het in het drukvat 58 aanwezige mengsel met behulp van de uitlaatgassen.

30 Figuur 6 toont een verbrandingsmotor 60 die omvat een cilinder 61 met een zuiger 62 en verder een luchtinlaat 63 en een afgasuitlaat 65. De cilinder 61 is verder voorzien van plasma-elektroden 66 die zijn aangesloten op vermogenselektronica 68 voor het opwekken 35 van een plasma in de kop van de cilinder 61. Bij de compressie wordt een brandstof-watermengsel via de niet in detail getoonde explosie-neveleenheid 69 toegevoerd voor de quasi isotherme compressie. Vervolgens wordt de 1012936 13 plasmaboog opgewekt voor het verwarmen van de gecomprimeerde lucht en de ontsteking van het brandstofmengsel na de expansieslag van de zuiger 62 worden de afgassen uitgedreven via de uitlaat 65 en 5 drijven de turbine 70 aan onder opwekking van energie die ten dele wordt gebruikt door de vermogenselektronica.

Figuur 7 toont een figuur 60 voor het opwekken van energie. Het systeem 60 omvat een compressor 61 die wordt aangedreven via een as 62 door de gasturbine 63 die 10 op zijn beurt een generator 64 aandrijft.

Aan de compressor 61 wordt lucht toegevoerd via een leiding 65, en waaraan in een explosie-verneveleenheid 66 water wordt toegevoerd via de van een pomp 67 voorziene leiding 68. De in de compressor 61 15 gecomprimeerde lucht wordt toegevoerd aan een verbrandingseenheid 69 volgens de uitvinding, waaraan via een leiding 70 voorverwarmde brandstof op druk via de pomp 116, de warmtewisselaar 117 en de pomp 118 wordt toegevoerd en in een explosie-verneveleenheid 71 wordt 20 verneveld alvorens toegevoerd aan de verbrandingseenheid 69. De brandstof is op druk gebracht met de pomp 116 en voorverwarmd via warmteuitwisseling tegen het afgas uit de leiding 73 in de warmtewisselaar 117 op of boven de kritische temperatuur gebracht, of in het geval van een 25 kooktraject voor de brandstof binnen het traject van kritische temperaturen van de brandstofcomponenten. Via de leiding 72 wordt afgas toegevoerd aan de turbine 63 en na expansie afgevoerd via de leiding 73.

Figuur 8 toont een ander systeem 74 voor het 30 opwekken van energie, volgens de uitvinding, volgens het zogenaamde TOPHAT-principe. In een explosie-eenheid 75 wordt lucht 74 voorzien van waterdruppels met middels explosie-verneveling toegevoerd water 77. De lucht wordt toegevoerd aan een compressor 78 die via een as 79 is 35 verbonden met een gasturbine 80 die een generator 81 aandrijft. In de compressor 78 heeft verdampingskoeling plaats van de waterdruppels. De koele, gecomprimeerde lucht passeert via een leiding 82 een warmtewisselaar 83 1012936 14 en wordt toegevoerd aan de verbrandingseenheid 84. Brandstof wordt via de pomp 120 op voordruk voorverwarmd in de warmtewisselaar 121 en onder druk gebracht door de pomp 122 en via de leiding 85 na explosie-verneveling in 5 de explosie-verneveleeheid 93 toegevoerd aan de verbrandingseenheid 84. De toegevoegde brandstof is onder zodanige druk en temperatuur dat bij het betreden van de verbrandingskamer van de verbrandingseenheid 84 brandstof-flashen plaatsvindt met als gevolg een extreem 10 fijne verneveling van de brandstof. Het afgas van de gasturbine 80 passeert via de leiding 86 de warmtewisselaar 83 voor warmte uitwisselend contact met de koele gecomprimeerde lucht uit de compressor 78. Het afgas passeert via de leiding 87 een warmtewisselaar 88 15 en de condensor 87 op weg naar de schoorsteen 92. In de condensor 89 wordt uit het afgas water gecondenseerd en via de pomp 90 onder druk geleid door de warmtewisselaar 88 waarna het water 77 onder druk en op temperatuur de explosie-verneveleenheid 75 bereikt. Eventueel kan het 20 condenswater uit de condensor 89 worden aangevuld met water via de leiding 91.

Tenslotte toont figuur 9 een systeem 94 volgens de uitvinding voor het opwekken van energie volgens het TOPHACE-principe.

25 Via een pomp 95 wordt water (140-250°C, 150 bar) toegevoerd aan een explosie-verneveleenheid 96 waaraan lucht via de leiding 97 (15°C) eveneens wordt toegevoerd. Vanuit de explosieverneveleenheid 96 bereikt de lucht een compressor 98, die werkt met een efficiency 30 van 0.8. De gecomprimeerde lucht (140°C) wordt via de leiding 99 toegevoerd aan een warmtewisselaar 100 voor warmte uitwisselend contact met de afgassen van een verbrandingsmotor 101. De verbrandingsmotor 101 omvat vier cilinders 102 waarvan een luchtinlaat 103 via een 35 klep 104 aansluit op de leiding 99. Een afgasuitlaat 105 van elke cilinder 102 passeert de warmtewisselaar 100 en wordt via de leiding 106 gevoerd door een warmtewisselaar 107 en geraakt via de condensor 89 in de schoorsteen 92.

1 n 1 PQ 3 6 15

In de condensor 89 wordt condens 108 gevormd dat na het passeren van een waterreiniger 109 op voordruk wordt gebracht met de pomp 110 en via de warmtewisselaar 107 wordt toegevoegd aan de pomp 95 en op druk gebracht.

5 Brandstof wordt via de pomp lil, de leiding 117 en de explosie-verneveleenheid 112 en niet-getoonde kleppen toegevoerd aan elke cilinder 102. De brandstof wordt voorverwarmd tot op of voorbij de kritische temperatuur of in geval van een kooktraject tot binnen 10 het traject van kritische temperaturen alvorens met de explosie-verneveleenheid 112 te worden verneveld.

In de recuperator 100 wordt de lucht verwarmd van 140°C naar 377°C, terwijl het afgas uit de cilinders 102 terugkoelt van 465°C naar 210°C. De lucht wordt bij 15 een druk van 9 bar toegevoerd aan de cilinders 102 en wordt vernevelde brandstof geïnjecteerd. De cilinders 102 zijn tevens uitgevoerd met een ontsteker 119 voor het ontsteken van het mengsel in elke cilinder 102. De cilinders 102 zijn elk uitgerust met een zuiger 113, die 20 zijn verbonden met een as 114 die via een 1:5 tandwielsysteem 115 is verbonden met de as 114 van de compressor 98 en anderzijds met de generator 116.

Het systeem 94 levert onder ideale condities het vermogen van 226 kilowatt bij een efficiency van 64%. 25 Een bekende inrichting volgens het Atkinson-principe levert slechts een vermogen van 170 kilowatt bij een efficiency van 48%.

101 29 0 β

Claims (12)

1. Verbrandingseenheid voor het verbranden van een vloeibare brandstof, omvattende een brandstofinlaat, een luchtinlaat, en een afgasuitlaat, die zijn verbonden met een verbrandingskamer voor het verbranden van de 5 brandstof, waarbij de brandstofinlaat is aangesloten op ten minste één explosie-verneveleenheid die zodanig is opgesteld en ingericht dat vernevelde brandstof fragmenteert door gasvorming in de vernevelde brandstof.

2. Verbrandingseenheid volgens conclusie 1, 10 waarin de explosie-verneveleenheid een explosie- wervelverneveleenheid is.

3. Verbrandingseenheid volgens conclusie 1 of 2, waarin de explosie-verneveleenheid middelen omvat voor het instellen van de temperatuur van de brandstof en/of 15 van de verneveldruk.

4. Verbrandingseenheid volgens conclusie 3, waarin de temperatuur-instelmiddelen geschikt zijn voor het instellen van de temperatuur van de brandstof beneden, op of boven de kritische temperatuur van de 20 brandstof.

5. Verbrandingseenheid volgens conclusie 1-4, waarin de brandstof is voorzien van middelen voor het verlagen van de oppervlaktespanning van de brandstof.

6. Verbrandingseenheid volgens conclusie 5, 25 waarin de oppervlaktespanningverlagende middelen verbrandbare en/of verdampbare stoffen bevatten.

7. Verbrandingseenheid volgens conclusie 1-6, waarin de brandstof een mengsel is van brandstof en een verdampingsmiddel waarvan het kookpunt lager is dan het 30 kookpunt van de brandstof.

8. Verbrandingseenheid volgens conclusie 7, waarin het verdampingsmiddel water is. 1012936

9. Verbrandingseenheid volgens conclusie 1-8, waarin de explosie-verneveleenheid is opgenomen in de verbrandingskamer en eventueel een compressiekamer van de verbrandingseenheid.

10. Verbrandingseenheid volgens conclusie 9, waarin tussen de compressiekamer en de verbrandingskamer tenminste één drukhouder is opgenomen die in warmte-uitwisselend contact staat met de afgasuitlaat.

11. Verbrandingseenheid volgens conclusie 10, 10 waarin in de verbrandingskamer een katalysator voor het kraken van brandstof is opgenomen.

12. Systeem voor het opwekken van energie, omvattende tenminste één gasturbine, tenminste één door de gasturbine aangedreven comprimeerinrichting, en 15 tenminste één verbrandingseenheid volgens conclusie l-n. Kj1 2936