NL8701523A - Cycloonvergasser. - Google Patents

Description

1» ΐ v.d.Water/2 Cycloonvergasser.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een van een vergassingskamer voorziene inrichting voor het vergassen van brandbare partikels.

Dergelijke inrichtingen zijn algemeen bekend.

5 De partikels, die aan de inrichting voor het ver gassen worden toegevoerd hebben in het algemeen sterk verschillende afmetingen. Wanneer alle partikels een zelfde verblijftijd in de vergassingskamer hebben, dan zullen de partikels met de grootste afmetingen vaak niet volledig vergast 10 zijn bij het uit de vergassingskamer treden. Daarentegen zullen partikels met kleinere afmetingen reeds lang voor het uit de vergassingskamer treden volledig zijn vergast, zodat deze partikels met te kleine afmetingen een te grote verblijftijd in de vergassingskamer hebben en de capaciteit hiervan nade-15 lig beïnvloeden.

Hierbij wordt opgemerkt dat het weliswaar mogelijk is de partikels voor toevoer naar de vergassingskamer te sorteren, doch de hiermee verbonden problemen en kosten verhinderen de toepassing hiervan.

20 Het doel van de onderhavige uitvinding is dan ook het verschaffen van een dergelijke van een vergassingskamer voorziene inrichting, waarbij alle uit de vergassingskamer tredende partikels juist geheel vergast zijn.

Dit doel wordt bereikt, doordat de vergassingskamer 25 zodanig is ingericht, dat de verblijftijd van de partikels in de vergassingskamer groter is naarmate de partikels groter zijn.

Hiermede krijgen de partikels een zodanige verblijftijd in de vergassingskamer, dat de partikels alle juist 30 geheel vergast zijn, voordat zij de vergassingskamer verlaten.

Vervolgens zal de uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekeningen, waarin voorstellen:

Figuur 1: een schematisch doorsnedeaanzicht van een 35 inrichting volgens de onderhavige uitvinding; en

&7015IZ

γ 9 - 2 -

Figuur 2: een schematisch doorsnedeaanzicht volgens de lijn II-II van een deel van de in figuur 1 afgeheelde inrichting.

De inrichting 1 volgens de onderhavige uitvinding 5 bestaat in hoofdzaak uit een vergassingskamer 2, een eerste warmtewisselaar 3, een tweede warmtewisselaar 4 en een af-scheidingsinrichting 5.

De inrichting volgens de uitvinding omvat verder een van een filter 6 voorziene luchtinlaat 7, die door middel 10 van een kanaal 8 verbonden is met de eerste warmtewisselaar 3. Van de eerste warmtewisselaar 3 leidt een kanaal 9 naar een carburatie-inrichting 10, die tevens verbonden is met een toevoerorgaan 11 voor het toevoeren van de brandbare partikels. De carburatie-inrichting 10 is door middel van een toe-15 voerkanaal 12 verbonden met de vergassingskamer 2.

De vergassingskamer 2 is cirkel-symmetrisch en wordt aan zijn buitenzijde begrensd door een buitenmantel 13, die in het algemeen van keramisch materiaal is vervaardigd.

De doorsnede van de vergassingskamer 2 neemt toe met toene-20 mende hoogte. Hierbij is in het bijzonder het onderste stuk van belang. Dit stuk heeft een zodanige kromming dat binnentredende partikels die als gevolg van de middelpuntvliedende kracht tegen de wand aan worden gedrongen, aan een opwaartse kracht worden blootgesteld, nadat deze partikels snel naar 25 boven worden bewogen. Hiermede wordt congestie voorkomen.

Aan de bovenzijde wordt de vergassingskamer begrensd door een, tevens in het algemeen van keramisch materiaal vervaardigd, deksel 14, dat in het midden van een zich tot in de vergassingskamer uitstrekkend pijpdeel 15 is 30 voorzien, waarin een uitlaatopening 16 is aangebracht.

In de vergassingskamer is een hoofdzakelijk bekervormig inzetstuk 17 aangebracht, dat eveneens van keramisch materiaal is vervaardigd. Dit cirkel-symmetrische inzetstuk 17 neemt met toenemende hoogte in omvang toe, terwijl dit aan 35 zijn onderzijde van een uitlaatopening 18 voor as is voorzien. De tussen de buitenmantel 13 en het bekervormig inzetstuk 17 gevormde ruimte 19 heeft een met de hoogte toenemende doortocht. Dit kan bereikt worden, door de afstand tussen de 8701523 * £ - 3 - buitenmantel 13 en het inzetstuk 17 constant te houden. Door de toenemende diameter wordt dan de doortocht immers groter.

Het is echter tevens mogelijk deze afstand met toenemende hoogte te doen vergroten. De binnen het inzetstuk 17 gevormde 5 ruimte 20 heeft in hoofdzaak de vorm van een cycloon.

Onder de uitlaatopening 18 voor as is een asverzamel vat 21 aangebracht. De uitlaatopening 16 voor gas staat in verbinding met de toevoer van de warmteafgevende zijde van de eerste warmtewisselaar 3.

10 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm van de onder havige uitvinding zijn de eerste warmtewisselaar en de ver-gassingskamer samen gebouwd in één huis 23.

De afvoer van de warmteafgevende zijde van deze warmtewisselaar staat door middel van een kanaal 22 in ver-15 binding met de toevoer van de warmteafgevende zijde van een tweede warmtewisselaar 4. De tweede warmtewisselaar 4 is aan zijn warmteontvangende zijde voorzien van een toevoerkanaal 24 voor een koud medium en van een afvoerkanaal 25 voor verwarmd medium.

20 De afvoer van de warmteafgevende zijde van de twee de warmtewisselaar 4 is gekoppeld met een afscheidingsinrich-ting 5. Deze afscheidingsinrichting 5 wordt gevormd door een vat 26, dat met water is gevuld. Om een constant waterniveau te handhaven is dit vat van een overlooppijp 27 voorzien.

25 Verder omvat de afscheidingsinrichting een uitstromingspijp 28, waarvan de uitstroomopening zich op het niveau van de overlooppijp 27 bevindt. Concentrisch ten opzichte van de uitstroompijp 28 is een afzuigbus 29 aangebracht. Deze af-zuigbus 29 is door middel van een afzuigkanaal 30 verbonden 30 met een zuigpomp 31.

Omdat als gevolg van de werking van de zuigpomp 31 ter plaatse van de afscheidingsinrichting 5 een onderdruk heerst, is de overlooppijp 27 van een waterslot 32 voorzien.

Vervolgens zal de werking van de inrichting volgens 35 de onderhavige uitvinding worden besproken.

Door middel van de zuigpomp 31 wordt niet alleen in de afscheidingsinrichting 5, maar tevens in de warmteafgevende zijden van de eerste en de tweede warmtewisselaar en in de 0701523 *> '* - 4 - vergassingskamer 2 een onderdruk gecreëerd. Als gevolg hiervan zal bij de luchtinlaat 7 door het luchtfilter 6 heen lucht toetreden, die zich door het kanaal 8, de eerste warmtewisselaar 3, het kanaal 9 naar de carburatie-inrichting 10 5 toe beweegt. De aangezogen lucht wordt door de carburatie-inrichting 10 heen bewogen naar de startinrichting 32, waar aan de verbrandingslucht een gasvormige of vloeibare brandstof wordt toegevoegd en het aldus ontstane mengsel wordt ontstoken. Het brandende mengsel wordt dan naar de vergas-10 singskamer 2 toegevoerd, zodat deze vergassingskamer op de juiste werktemperatuur wordt gebracht. Zodra deze bedrijfs-temperatuur wordt bereikt, wordt via de toevoerinrichting 11 voor brandbare partikels een dosis brandbare partikels toegevoegd. Het aldus ontstane mengsel zal bij het bereiken van de 15 vergassingskamer als gevolg van de aldaar heersende hoge temperatuur vergassen, zodat hiermede de werking van de ver-gassingsinrichting is geïnitieerd. Uiteraard wordt dan de toevoer van vloeibare of gasvormige brandstof afgesloten.

Bij intreden in de vergassingskamer komt het meng-20 sel in de ruimte 19 tussen de mantel en het bekervormige inzetstuk 17 terecht. Als gevolg van de tangentiële invoer van het kanaal 12 en van de gebogen vorm van de buitenwand zal het mengsel een hoofdzakelijk schroeflijnvormige beweging uit gaan voeren rondom het inzetstuk 17. Als gevolg van de 25 naar boven toenemende doorsnede zal de snelheid van het mengsel afnemen naarmate het mengsel hoger in de vergassingskamer terechtkomt. De partikels zullen dus een wrijvingskracht ondervinden van het de partikels meevoerende gas, welke wrijvingskracht afneemt met de toenemende hoogte in de vergas-30 singskamer als gevolg van de afnemende snelheid van het gas.

Als gevolg van deze wrijvingskracht of meeneem-kracht van het gas en de op de partikels werkende zwaartekracht, zullen grote partikels in het onderste deel van de vergassingskamer blijven hangen, terwijl kleinere partikels 35 verder meegevoerd worden en in een hoger gelegen deel van de vergassingskamer waar de wrijvingskracht van het gas kleiner is, een evenwichtspositie zullen bereiken. Als gevolg hiervan zullen de zich op één niveau in de vergassingskamer bevinden- 87&1 52.3 * c* - 5 - de partikels een nagenoeg constante omvang hebben. De binnentredende partikels zullen dan ook een positie innemen die afhangt van hun omvang. Bij dit krachtenspel is tevens de opwaartse kracht, die het gevolg is van de schuine stand van 5 de wand en de middelpuntvliedende kracht van de partikels van belang.

Tijdens het vergassingsproces neemt de massa van de partikels echter af. Het bij het vergassingsproces gevormde gas ontwijkt uit het partikel, terwijl tevens as ontstaat.

10 Als gevolg van de wervelbeweging van de partikels zal de as losraken van het partikel. Het aldus gevormde partikel met verminderde massa en verminderde omvang zal een hoger in de vergassingskamer gelegen evenwichtspositie bereiken, waar het vergassingsproces weer wordt voortgezet. Aldus bewegen de 15 partikels zich tijdens het vergassingsproces naar boven, waarbij de positie in de vergassingskamer afhankelijk is van de afmetingen van de partikels als gevolg van het evenwicht tussen de zwaartekracht en de wrijvingskracht van het gas.

Als gevolg hiervan is de verblijftijd van elk van de parti-20 kels groter naarmate de aanvankelijke omvang van het partikel groter is. Bij voorkeur is de vergassingskamer zodanig gedimensioneerd, dat de uit de ruimte 19 tredende partikels nagenoeg de afmeting 0 hebben, dat wil zeggen dat zij volledig vergast zijn. Het vergassingsproces vindt dan ook geheel 25 plaats in de ruimte 19. Uit de ruimte 19, over de bovenrand van het bekervormige inzetstuk 17 treedt dan ook een mengsel van gas en as. Door de cycloonwerking van de zich binnen het bekervormige inzetstuk bevindende, cycloonvormige ruimte vindt een scheiding plaats tussen de asdeeltjes, die door de 30 uitlaatopening 18 heen vallen en in het asverzamelvat 21 terechtkomen, en het gas, dat via de gasafvoeropening 16 uit de cycloon treedt.

Het is echter tevens mogelijk de vergassingskamer zodanige te dimensioneren, dat een deel van het vergassings-35 proces nog in de cycloonvormige ruimte 20 plaatsvindt.

De hete gassen komen dan terecht aan de warmte afgevende zijde van de eerste warmtewisselaar 3, waar een deel van de warmte van het gas gebruikt wordt voor het voorverwar- 8701 523 * 5 - 6 - men van de verbrandingslucht. De in de eerste warmtewisselaar enigszins afgekoelde gassen 3 stromen dan door het kanaal 22 heen en komen terecht in de tweede warmtewisselaar 4, waar het resterende deel van de warmte van de gassen wordt overge-5 dragen naar een te verwarmen medium, bijvoorbeeld water.

Ten slotte komt het gas in de afscheidingsinrich-ting 5 terecht, waar zich eventueel nog in het gas bevindende asdeeltjes en de tijdens de verbranding gevormde waterdamp wordt afgescheiden. Hiertoe wordt het gas door een uitstroom-10 pijp 28 gevoerd, die uitmondt in het vat 26. Als gevolg van de uitstroming van het gas zal de waterspiegel daar een kom-vorm aannemen, waarbij het gas als gevolg van deze komvorm een richtingsverandering zal ondergaan. De asdeeltjes en de waterdamp kunnen als gevolg van de traagheid deze richtings-15 verandering niet volgen, zodat de asdeeltjes in het water terechtkomen en zinken. Als gevolg van de ter plekke heersende relatief lage temperatuur zal de waterdamp in het gas condenseren en opgenomen worden in het water. Het gas wordt dan via de afzuigbus 29, het afzuigkanaal 30 en de zuigpomp 31 20 afgevoerd. Dit gas kan naar keuze worden opgeslagen of in een geschikte inrichting worden verbrand.

Bij de beschreven uitvoeringsvorm is sprake van een zogenaamd "onderdruksysteem", dat wil zeggen dat de pomp, die het transport van het medium door de inrichting heen verzorgt 25 achteraan is geplaatst. Als gevolg hiervan is de druk in het systeem lager dan de omgevingsdruk.

Het is echter ook mogelijk de pomp vóór de vergas-singsinrichting te plaatsen, bijvoorbeeld gecombineerd met de carburatieinrichting. Als gevolg hiervan zal de druk in de 30 vergassingskamer hoger zijn dan de omgevingsdruk. Dit zal -thermodynamisch gezien - veelal aantrekkelijker zijn, aangezien de energiedichtheid binnen de vergassingskamer dan groter zal zijn en bij dezelfde afmetingen hiervan een groter vermogen wordt verkregen. Om deze relatief hoge druk binnen 35 de vergassingskamer te handhaven is een uitstroompijp met een vernauwing noodzakelijk. Na het passeren van deze vernauwing zal het gas expanderen, zodat het gas afkoelt. Dit heeft het voordeel, dat de eerste warmtewisselaar gedimensioneerd kan 8701513 Λ - 7 - ö worden voor lagere temperaturen.

Het is ten slotte ook mogelijk de omgevingsdruk binnen de vergassingsbron te gebruiken. Dan is zowel voor als na de inrichting een pomp noodzakelijk.

5 Verdere voordelen van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding zijn, dat de inrichting relatief kleine afmetingen heeft. Dit heeft het voordeel, dat de hoeveelheden materiaal en gas beperkt zijn, doordat, als gevolg van de variabele verblijftijd in de vergassingskamer, de be-10 schikbare ruimte binnen de vergassingskamer optimaal wordt benut. Deze kleine afmetingen hebben het voordeel, dat de in bewerking zijnde hoeveelheid gas beperkt is. Als gevolg hiervan zijn de responsietijden van de inrichting op besturings-handelingen klein, zodat de inrichting snel gestart en ge-15 stopt kan worden.

Verder is de verbranding van de partikels volledig, zodat alle beschikbare energie uit de partikels wordt gewonnen en de inrichting een hoog rendement heeft.

8701523

Claims (9)

1. Van een vergassingskamer voorziene inrichting voor het vergassen van brandbare partikels, met het kenmerk, dat de vergassingskamer zodanig is ingericht, dat de verblijftijd van de partikels in de vergassingskamer groter is 5 naarmate de partikels groter zijn.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de vergassingskamer zodanig is ingericht, dat de partikels aan ten minste twee tegengestelde krachten zijn onderworpen, waarvan er één een met de massa van de partikels 10 evenredige kracht is, en de ander een met de door de partikels in de vergassingskamer afgelegde weg afnemende kracht is.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de vergassingskamer zodanig is ingericht, dat de snelheid 15 van het medium, waarin de partikels worden meegevoerd, afneemt naarmate de vanaf de toevoeropening door de partikels afgelégde weg groter is, waarbij de aan de wrijvingskracht tussen het medium en de partikels tegengestelde kracht door de zwaartekracht wordt gevormd.

4. Inrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de vergassingskamer cirkel-symmetrisch is, dat de as hiervan verticaal is, dat de diameter naar boven toe groter wordt en dat aan de onderzijde een tangentiale toevoeropening is aangebracht.

4 v.d.Water/2 - 8 -

5. Inrichting volgens conclusie 4, met het ken merk, dat de buitenwand van de vergassingskamer zodanig gekromd is, dat de middelpuntvliedende kracht van de partikels een opwaartse kracht veroorzaakt.

6. Inrichting volgens conclusie 4 of 5, met het 30 kenmerk, dat in de vergassingskamer een zodanige cirkel-sym-metrische wand is geplaatst, dat binnen deze wand een cycloon gevormd wordt, waarbij aan de onderzijde van de aldus gevormde cycloon een afvoeropening voor de gevormde as is aangebracht, en waarbij boven in de aldus gevormde cycloon een 35 afvoeropening voor het gevormde gas is aangebracht.

7. Inrichting volgens één van de voorafgaande con- 8701523 t 6 - 9 - clusies, gekenmerkt door middelen voor het zwevend in lucht toevoeren van de te verbranden partikels.

8. Inrichting volgens conclusie 7, gekenmerkt door een na de afvoeropening voor het gas geschakelde warmtewisse- 5 laar voor het voorverwarmen van de als drager dienende lucht.

9. Inrichting volgens conclusie 8, gekenmerkt door een na de eerste warmtewisselaar geschakelde tweede warmtewisselaar voor het verwarmen van een medium. 87015Z3