WO2006086814A2 - Replacing fossil heating oil with liquid renewable fuels, methods, measures and device for converting heating/burner systems - Google Patents

Replacing fossil heating oil with liquid renewable fuels, methods, measures and device for converting heating/burner systems Download PDF

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Definitions

  • the present development has set itself the task of replacing the simple heaters fuel oil extra light in homes with renewable energy to enable.
  • GLYCERIN purified from crude glycerine offers purified BIO oil prepared by pyrolysis of wood, purified distillate residues from bio refining.
  • Raw glycerin is 8% waste in the BIO Diesel production process. Whatever the use of BIO diesel products, there is currently no economic use of crude glycerine except for pharmaceutical glycerine and replacement of glycerine derived from fossil fuel.
  • the present concept presents an alternative to the use of glycerin as a liquid renewable fuel for residential heating rather than inferior to using raw glycerine in BIO gas plants or power plant firing.
  • Influence of purity on the type of heating Influence of the flexibility of the heating system on the type of heating.
  • District heating systems require at least two insulated thick pipes.
  • the sphere of activity is therefore close to the city centers.
  • Natural gas requires only one - in comparison to the heat of the heat - thin pipe.
  • the effective range is located at the main strands with a longer range.
  • Fossil fuel oil and gas transports are currently the economic alternative to remote areas and are therefore served nationwide.
  • Pellet heaters depend on the distance of the pelletizers.
  • Wood heating systems have the lowest impact of self-catering transport costs, but have a low degree of automation.
  • pellet heaters provide almost similar modes of transport as liquid fuels by means of blowing.
  • the storage room is twice as big as heating oil. The drying of the pellets must be guaranteed.
  • the prerequisite for the following consideration is the assumption that there is district heating, long-distance gas from "renewable” energy, and that there is a real BIO alternative to extra-light fuel oil.
  • the logistics supply is identical to that of fossil fuel oil Weight unit larger, but about the same size as the pellets.
  • pellets and glycerin are equal in weight and have three times the weight of heating oil. With regard to storage space, double the volume is required for glycerol and four times more for pellets compared to heating oil.
  • the manufacturer's information on the performance of the heating system is given in each case to the continuous operating condition. This requires a period of about 20 minutes to start up the heating system under less than optimum conditions.
  • the systems offered today only know two states: Heating ON ⁇ -> OFF. (There are medium sized plants designed for two stages of combustion).
  • the inner tube is made of stainless steel and leads the hot exhaust gases to the outside.
  • the old existing chimney pipe is used to supply the fresh air. This arrangement is used to use the exhaust heat, which is supplied from the exhaust gas of the fresh air.
  • the mode of action is in the heat exchanger, which is installed as a steel pipe in the existing fireplace.
  • the exhaust gas flows out through the steel pipe and releases the heat to the incoming fresh air.
  • the exhaust gas is thus cooled from 150 0 C to 60 0 C.
  • the water vapor is condensed, thus additionally giving off the heat of vaporization to the fresh air. Operation of the fireplace heat exchanger of a condensing heating.
  • This 72 GJ / a corresponds to a fuel oil extra light demand, assuming a calorific value of 0.6 of
  • the cost of glycerin heaters is one quarter of the pellet.
  • a conversion of heating oil heating systems is possible and useful. It is not necessary to increase the number of tanks. Glycerin has half the calorific value of the volume. The conversion costs are related only to the burner and the conversion from calorific value to calorific value heaters (heat exchangers in the chimney) is a requirement for the purity of glycerine because of environmental regulations
  • Liquid burners in conventional heating systems rely on a fan-generated turbulent air flow of a fuel oil-diesel or biodiesel pump for maximum 40 bar pressure generation and a centrally located burner nozzle together with an electronic control unit.
  • the atomization achieved thus far does not permit combustion of flame retardant fuels, e.g. Glycerine in compliance with the emission regulations.
  • the method described here is characterized in that by means of a high-pressure injection system, the hardly inflammable fuels are so atomized and mixed with air, so that an efficient combustion takes place.
  • the basic idea behind the atomization of flame retardant fuels is that the temperature of the liquid in a sealed pressure system is heated above the flashpoint at more than 40 MPa.
  • This pressure range is necessary to suppress the boiling of flame retardant fuels prior to injection.
  • proportional valve or pulsating injector By means of a suitable proportional valve or controlled pulsating injector, the heated fuel is now injected into the combustion chamber and swirled with air. Subsequently brought to combustion. The valve also controls the required amount of fuel.
  • the delivered fuel is cleaned. After binding any ions such as KOH or NaOH, the impurities are eliminated.
  • Combustion air supplied in two concentric tubes having means for swirling and this twist has opposite directions of rotation in the inner and outer tube.
  • the purpose of this device is to create a fluidized bed at the confluence of these opposed air swirls through which must pass through fuel injected at high speed. It comes to delay the residence time and good mixing with the combustion air.
  • State of the art for the incinerator is to create a fluidized bed at the confluence of these opposed air swirls through which must pass through fuel injected at high speed. It comes to delay the residence time and good mixing with the combustion air.
  • EP0454351 The present device differs from EP0454351 in that no diesel fuel is used, but flame retardant fuels. In a high pressure part, these are heated substantially above the flash point.
  • the present device is different from US6402505 in that the injected fuel does not pass through a baffle plate in the inlet opening when it enters the combustion chamber, but enters the combustion chamber directly through the heating of the fuel in the high-pressure part substantially above the flash point in the vapor state and is gas-like state.
  • US6402505 solves this through the baffle plate and slows down the entrance.
  • the present device introduces into the combustion chamber ignitable vapor above the flash point and thus uses despite high entry velocity the full ignition effect.
  • the present device is different from the preheating compared to US6174160 in that the injector itself is heated and the fuel is heated in the injector before exiting substantially above the flash point.
  • the present device differs from this in that the injector is heated and measures are taken to improve the flammability of the fuel
  • the present device is distinguished from WO2004055437 in that the injector is heated and measures are taken to improve the flammability of the fuel.
  • Glycerol 25-70%, soaps: 5-40%, water: 3-25%, methanol: 0.1-50% Indicated in weight percentages based on the sum of the four components.
  • WO0112756, WO9525152, and FR2496119 relate to internal combustion engines.
  • the present invention relates to an incinerator.
  • the present device is distinguished by US20040177611 that two mutually moved twisted air flows move towards each other and form a fluidized bed, in which - due to the heating in the injector - vapor strikes and comes to turbulence.
  • Fuel-injection apparatus characterized by having heating.
  • the aim of the device is the heating of the blowing additive or fuel gas mixture at flash point or ignition point temperature for the purpose of combustion in engines, or boilers or introduction into reactors. Especially with fuels or fuels with lower calorific value and higher flash point, this device is used for better ignition and economical combustion. Reactors for the production of hydrogen gas
  • the targeted heating of the injector leads to increase the heat content of the fuel or propellant, and in turn in connection with the preheated air to increase the temperature of the fuel or fuel mixture.
  • the preheating of fuel or fuel to the above temperatures is only possible under high pressure and under exclusion of air, as is generally in the liquid diesel and biodiesel and liquid fuels or heating and fuel or the flash point above the boiling point and the heating must therefore be carried out under pressure in order to avoid premature boiling in the injection system.
  • the pressures in the injection systems are above 40 Mpa, so this requirement is met.
  • the high temperatures of the nozzles of injection systems are given in today's engines and the nozzles have proven themselves over a long service life.
  • the radiant heat in the diesel engine heats the nozzle needles to over 500 ° C so that this area of the injector can be exposed to these temperatures.
  • the heating of injectors presented here is carried out by the following methods: Electric heating element, heating loop in the starting phase. Heat transfer through jet plate at the nozzle. Flushing of the nozzle by exhaust gas flow to the exhaust valve. Flushing of the nozzle by means of exhaust gas in the pipe system.
  • the injector is externally heated in the lower area.
  • a heat-insulated from the combustion chamber radiant panel is pressed with good metallic contact on the nozzle.
  • the radiation from the combustion chamber is conducted into the radiant plate and from there by means of heat conduction to the nozzle.
  • the injector by means of looping pipeline, the hot combustion air from the combustion chamber the injector for convection introduce.
  • the nozzle is electrically heated.
  • the present device is different from WO03083283 in that before entering the combustion chamber, it does not have a capillary, as here, but with a capillary
  • Valve needle creates a high pressure state in the injector, so that there is no formation of vapor.
  • the vapor formation takes place only when entering the combustion chamber.
  • the present device is distinguished from US 4396372 in that the closure element is arranged in front of the combustion chamber and not in front of the heating device as in US Pat. No. 6,174,160. Description of the figures:
  • Nozzle body optionally with heating
  • High-pressure pump (radial pump with torque-controlled drive)
  • Control needle 26 Control needle
  • FIG. 1 shows a high-pressure injector from WO 0151267 during the introduction of fuel into the combustion air stream.
  • FIGs 1 and 2 show the high pressure injector
  • Injection system consisting of fan for combustion air (1), injector (2), high pressure fuel supply (3), heat exchanger hot air supply (4) swirl device inner tube (5), swirl device outer tube (6), nozzle body, optionally with heating (7), vortex left-turning and clockwise, injection area (8), flame zone (9), combustion chamber (10) shown.
  • the supplied hot air (4) is used to heat the injector in the area of the nozzle and is insulated by means of constriction of the servo operating part of the injector (2) thermally, so that the operating mechanism is not exposed to high temperatures.
  • twisting device (5) which in this case provides the hot air (4) with a right twist.
  • the combustion air (1) provided in this case with a left twist.
  • the turbulent layers of right-hand spiral (4) and left-hand spiral (1) now come together. In this layer, the turbulence will now take place before the fuel mixture penetrates into the flame zone (9) and burns in the combustion chamber (10).
  • FIG. 2 shows the incinerator.
  • the circulation of the fuel in the high-pressure region takes place after being fed by the low-pressure pump (17) and passes via the high-pressure pump (15) for feeding the injector (3) to the injector.
  • the nozzle body and the servo control panel are supplied with fuel.
  • the return from the amount of fuel necessary for the operation of the servo is returned via the drain line (15) in the low pressure range.
  • An admixture by the pump 18 of flash point lowering additives (19), as well as the cleaning of the fuel by means of high pressure filter (20) and the optional admixture with the pump (11) of additives (12) against the entangling are shown.
  • the prior art shows the two-circuit injector
  • Figure 3 shows the injector with preheating for fuel or fuel
  • Figure 4 shows the use of the injector in the cylinder head with radiant panel
  • Figure 5 shows the use in the exhaust stream
  • Figure 6 shows the injector with radiant panel in the combustion chamber of a boiler
  • Figure 7 shows the injector with heat conduction from the combustion chamber
  • Leak oil line servo (21), servo control (22), high-pressure feed (23), injector (24), drain line (25), control needle (26), drain line (25), nozzle needle (28), fuel or fuel supply line (29), nozzle body (30), injection port (s) (31), one of which concerns the injection medium and the second circuit supplies the servo operation.
  • FIG. 3 shows the dual-circuit nozzle in an extended function
  • the present device extends the function by heating the injector in the two circuits.
  • the area Servo (32) should be as unheated work area as possible
  • the middle area (33) consists of the heat transfer zone.
  • the injection area (34) consists of the nozzle body and the lower injector area and is heated intensively in order to achieve heating of the fuel or fuel in one pass through the injector. This concerns the heat transfer in the areas (33) and (34). 7 shows the leakage of the leak oil at the nozzle body. At these temperatures of 300 0 C and pressure above 40 Mpa hot fuel will escape between the nozzle needle and the nozzle body. Advantageously, this should be performed in the combustion chamber and not return to the high pressure circuit. For this reason, there is also a seal in the middle region (33).
  • FIG. 4 shows the heating of the injector (24) by means of an example on the cylinder head (36).
  • the nozzle body (31) is positively pressed into the radiant plate (39) in order to achieve a good heat transfer.
  • the radiant plate is located between inlet (37) and outlet (38) and is advantageously isolated from the cylinder head. The radiation from the combustion chamber heats the radiant panel
  • FIG. 5 shows an example based on the heating of the injector (24) in the nozzle body region (30) in the outlet channel (40).
  • the attachment of heat transfer ribs to the nozzle body (30) will be advantageous.
  • FIG. 6 shows the heating of the injector (24) in the region of the nozzle body (30) by means of a jet plate (39) in the combustion chamber of an incinerator. The heat transfer takes place by radiation from the combustion chamber to the radiant plate (39) and from there to the nozzle body 30) of the injector (24).
  • FIG. 7 shows the heating by means of a heat exchanger (41) which is fed from the combustion chamber via a supply line of hot air.
  • the heat transfer (42) takes place advantageously via heat transfer ribs on the nozzle body (30). If necessary, the middle part of the injector for heat transfer (42) is involved with high heat demand.

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Abstract

The inventive method relates to a conversion, in an extremely simple manner, of a heating system for heating oil to renewable liquid fuels, for example, purified raw glycerin, during which the burner is refitted with pulsed injectors, the heating chamber being provided with an evaporator chamber made of sintered material or fiber metal. The burner is heated by contact heat from the evaporator chamber. The burner is switched to a partial load and start-up operation via computers. The flue is converted to a flue having a concentric waste gas pipe including water separation and a purifying filter, and the tank is filled with a protective gas. The heated injectors are also used for introducing additives, reagents or catalysts into reactor chambers, e.g. during the production of hydrogen. The targeted heating of the injector nozzle leads to the increase in the heat content in propellant or fuel to an optimal combustion or reaction. The inventive method also involves: heating and increasing the pressure of the fuel; adding additives that lower the flash point; regulating the quantity of fuel by a proportional valve or pulsed injector, and; purifying the fuels by using a high-pressure filter. An anti-swirl device is employed during the supply of combustion air.

Description

Ersatz von fossilem Heizöl durch flüssige erneuerbare BrennstoffeReplacement of fossil fuel oil with liquid renewable fuels
Verfahren, Maßnahmen und Vorrichtungen zur Umstellung von Heiz-, BrenneranlagenProcedures, measures and devices for the conversion of heating, burner systems
Die vorliegende Entwicklung hat sich zur Aufgabe gestellt einen Ersatz der einfachen Heizungen Heizöl extraleicht in Wohnhäusern mit erneuerbarer Energie zu ermöglichen.The present development has set itself the task of replacing the simple heaters fuel oil extra light in homes with renewable energy to enable.
Die bestehenden EU Gesetze schreiben die Zumischung bis 2010 von mindestens 5,75% Biodiesel zu den Kraftstoffen vor. Dies wird einer Menge von 11 Millionen Tonnen entsprechen. Langfristiges Ziel wird die Umstellung dieser Kraftstoffe auf erneuerbare Energie sein.Existing EU legislation requires mixing at least 5.75% of biodiesel with fuels by 2010. This will be equivalent to 11 million tons. The long-term goal will be the conversion of these fuels to renewable energy.
Dies bedeutet, dass fossiler Diesel, der ja mit dem Heizöl extraleicht identisch ist, stets knapp und teuer sein wird. Auch jene Materialien, die zur Herstellung von Ersatz - Kraftstoffen für Benzin und fossilem Diesel dienen werden stets hohen Preis erzielen, um die Ziele der Beimischung bzw. der gesamten Umstellung zu erreichen.This means that fossil diesel, which is obviously not identical with the fuel oil, will always be scarce and expensive. Also, those materials that are used to make substitute fuels for gasoline and fossil diesel will always be priced high to meet the blending targets or overall conversion goals.
Es ist leicht verständlich, dass das „Verheizen von BIO Diesel" nicht sinnvoll und wirtschaftlich ist und je sein wird.It's easy to understand that "BIO Diesel's burning" is not and will not be meaningful and economical.
Bei der Suche nach flüssigen erneuerbaren BIO - Heizstoffen (im Weiteren FEB genannt) bietet sich aus Rohglycerin gereinigtes GLYCERIN durch Pyrolyse von Holz hergestelltes gereinigtes BIO-ÖL, gereinigte Destillatrückstände aus Bio Raffination an.In the search for liquid renewable BIO fuels (hereinafter referred to as FEB), GLYCERIN purified from crude glycerine offers purified BIO oil prepared by pyrolysis of wood, purified distillate residues from bio refining.
Im Weiteren wird der Schwerpunkt der Überlegungen auf gereinigtes GLYCERIN gelegt.Furthermore, the focus of the considerations will be on purified GLYCERIN.
Roh-Glycerin entsteht im BIO Diesel Herstellverfahren zu 8% als Abfall an. Wie immer man die BIO Produkte zur Dieselherstellung heranzieht, es gibt derzeit keine wirtschaftliche Nutzung vom Rohglycerin außer für Pharmaglycerin und Ersatz des, aus fossilem Rohstoff hergestellten, Glycerjns.Raw glycerin is 8% waste in the BIO Diesel production process. Whatever the use of BIO diesel products, there is currently no economic use of crude glycerine except for pharmaceutical glycerine and replacement of glycerine derived from fossil fuel.
Die Raffination von Rohglycerin ist zu teuer.The refining of crude glycerine is too expensive.
Roh-Glycerin verbrennt schlecht ist kaum entzündlich. (Schwer entflammbar, Wasseranteil) Es entstehen Schadstoffe, die eine Genehmigung unmöglich machefi Es entsteht Feinstaub, der eine Genehmigung undenkbar machen. Der mindest 20%ige Wassergehalt führt zum schlechten WirkungsgradRaw glycerol burns badly is hardly inflammable. (Flame retardant, water content) Pollutants are produced that make an approval impossible. Particulate matter that makes an approval unthinkable. The minimum of 20% water content leads to poor efficiency
Das vorliegende Konzept stellt eine Alternative zur Verwendung von Glycerin als flüssigen erneuerbaren Brennstoff für Heizung von Wohnhäusern vor, anstatt Rohglycerin in BIO Gasanlagen oder Zufeuerung von Kraftwerken minderwertig einzusetzen.The present concept presents an alternative to the use of glycerin as a liquid renewable fuel for residential heating rather than inferior to using raw glycerine in BIO gas plants or power plant firing.
Gehen wir bei der nachstehenden Betrachtung davon aus, dass die obigen Nachteile der hohen Kosten bei der Reinigung behoben werden können. Anschließend wird der NEUE Stand der Technik betrachtet.In the following discussion, let us assume that the above disadvantages of the high cost of cleaning can be solved. Subsequently, the NEW state of the art is considered.
Dieser besteht aus:This consists of:
Logistische Versorgungsmöglichkeit und Markt für FEBs.Logistical supply and market for FEBs.
Reinheit der Heizart bezüglich Abgaswerte und Feinstaubaustrag bei FEBs.Purity of the type of heating with regard to exhaust emissions and particulate matter discharge in FEBs.
Einfluss der Energieversorgung auf Heizart: Heizwert <-> Transport, Logistik.Influence of energy supply on type of heating: calorific value <-> transport, logistics.
Einfluss der Reinheit auf die Heizart. Einfluss der Flexibilität der Heizanlage auf die Heizart.Influence of purity on the type of heating. Influence of the flexibility of the heating system on the type of heating.
Einfluss der Teillastfähigkeit der Heizanlage auf die Heizart.Influence of the partial load capacity of the heating system on the type of heating.
Verbesserung vom Heizwert zum Brennwertkessel.Improvement of the calorific value to the condensing boiler.
Verbesserung durch geringen Wärmebedarf: „Passiv - Haus".Improvement due to low heat requirement: "passive house".
Wärmeverbrauch bei zu erwartenden technischen Verbesserungen Heat consumption with expected technical improvements
Einfluss der Energieversorgung auf Heizart: Heizwert <-> Transport, LogistikInfluence of energy supply on type of heating: calorific value <-> transport, logistics
Die Transportkosten sind nach wie vor ein wichtiger Kostenfaktor bei der Betrachtung der Wirtschaftlichkeit von Heizungen.Transport costs are still an important cost factor when considering the cost-effectiveness of heating systems.
Lage zu den Versorgungszentren abhängig von der Art des HeizstoffesLocation to the supply centers depending on the type of fuel
Es sind die Zusammenhänge der Transportkosten und der Heizungsart in Entfernung vonIt is the relationship of the transport costs and the type of heating in distance from
Stadt und Ballungszentren zu berücksichtigen. Fernwärmeheizungen benötigen mindestens zwei isolierte dicke Rohrleitungen.City and metropolitan areas to consider. District heating systems require at least two insulated thick pipes.
Der Wirkungskreis liegt somit nahe der Stadtzentren.The sphere of activity is therefore close to the city centers.
Erdgas benötigt nur eine - im Vergleich zur Femwärme - dünnes Rohr.Natural gas requires only one - in comparison to the heat of the heat - thin pipe.
Der Wirkungsbereich liegt an den Hauptsträngen mit größerer Reichweite.The effective range is located at the main strands with a longer range.
Fossiles Heizöl und Gas Transporte sind derzeit die wirtschaftliche Alternative in entfernte Gebiete und werden deshalb flächendeckend bedient.Fossil fuel oil and gas transports are currently the economic alternative to remote areas and are therefore served nationwide.
Pellet Heizungen sind abhängig von der Entfernung der Pelletieranlagen.Pellet heaters depend on the distance of the pelletizers.
Holzheizungen haben den geringsten Einfluss der Transportkosten für Selbstversorger, haben jedoch nur geringen Automatisierungsgrad.Wood heating systems have the lowest impact of self-catering transport costs, but have a low degree of automation.
Sowohl Transportart, Einlagerung und auch Lagerung unterscheiden sich wesentlich bei flüssigen oder festen Brennstoffen.Both transport mode, storage and storage differ significantly with liquid or solid fuels.
Pellet Heizungen bieten heute mittels Einblasen nahezu ähnliche Transportarten wie Flüssigbrennstoffe. Der Lagerraum ist jedoch doppelt so groß wie bei Heizöl. Die Trocknung der Pellets muss gewährleistet sein.Today, pellet heaters provide almost similar modes of transport as liquid fuels by means of blowing. The storage room is twice as big as heating oil. The drying of the pellets must be guaranteed.
Vorraussetzung der nachfolgenden Betrachtung ist die Annahme, dass es Fernwärme, Ferngas aus „erneuerbarer" Energie gibt und dass es eine echte BIO Alternative zum Heizöl extraleicht gibt. Die Logistische Versorgung ist mit der des fossilen Heizöls identisch. Die Transportkosten sind wegen des geringeren Heizwertes pro Gewichtseinheit größer, aber ca. gleich groß wie bei den Pellets.The prerequisite for the following consideration is the assumption that there is district heating, long-distance gas from "renewable" energy, and that there is a real BIO alternative to extra-light fuel oil.The logistics supply is identical to that of fossil fuel oil Weight unit larger, but about the same size as the pellets.
Nachfolgend der spezifische Heizwerte bezogen auf Gewicht und VolumenBelow is the specific calorific value in terms of weight and volume
Figure imgf000005_0001
- A -
Figure imgf000005_0001
- A -
Bei gleichem Heizwert liegen Pellets und Glycerin gewichtsmäßig gleichauf und haben das dreifache Gewicht zu Heizöl. Bezüglich Lagerraum benötigt man für Glycerin das Doppelte und für Pellets das vierfache Volumen verglichen mit dem Heizöl.At the same calorific value, pellets and glycerin are equal in weight and have three times the weight of heating oil. With regard to storage space, double the volume is required for glycerol and four times more for pellets compared to heating oil.
Bezüglich der Möglichkeit der Reinigung des Brennstoffes Holz und Pellets sind wegen der festen Konsistenz Grenzen gesetzt. Abgaswerte und Austrag von Feinstaub bei Feststoffheizanlagen sind schon derzeit weit über den erlaubten Grenzen.Concerning possibility of cleaning of fuel wood and pellets are limited because of firm consistency. Exhaust emissions and particulate matter discharge in solid fuel heating systems are already well above the permitted limits.
Einfluss der Reinheit auf die Heizart:Influence of purity on the type of heating:
Die Vorschriften bei Bewilligungen von Heizanlagen haben dazu geführt, dass Verunreinigungen wie Schwefel, Phosphor und Feinstaubbildner mit sehr aufwändigen Verfahren bei Heizöl extraleicht und Erdgas mit sehr hohem Aufwand entfernt werden müssen. Bei Holz und Pellets gibt es derzeit keine Möglichkeiten der Reinigung. Sehr wohl besteht die Möglichkeit bei flüssigen Brennstoffen eine chemische, wie auch mechanische Reinigung zu erreichen und den Anforderungen der Umweltbedingungen anzupassen.The regulations on approvals of heating systems have led to the removal of impurities such as sulfur, phosphorus and fine dust formers with extremely complex processes for extra-light heating oil and natural gas at great expense. For wood and pellets, there are currently no possibilities for cleaning. It is very possible to achieve chemical as well as mechanical cleaning with liquid fuels and to adapt to the requirements of the environmental conditions.
Einfluss der Flexibilität der Heizanlage auf die Heizart Im Vergleich mit den heutigen Motoren Steuerung Systemen sind heutige Heizsysteme nicht auf dem Stand der Technik. Verbesserungen bis 25% sind möglich.Influence of the flexibility of the heating system on the type of heating In comparison with today's engine control systems today's heating systems are not on the state of the art. Improvements up to 25% are possible.
Die Vorschriften bei Bewilligungen von Heizanlagen werden dazu führen, dass Verunreinigungen wie Schwefel, Phosphor und Feinstaubbildner mit sehr aufwändigen Verfahren auch bei flüssigen BIO Heizstoffen mit hohem Aufwand entfernt werden müssen. Hier steht man im Vergleich zu Erdöl und Erdgas erst am Anfang der Verfahren. Das Bemühen der Anlagenhersteller für BIO Diesel sind bemüht eine Verwertung von Glycerin zwecks Verbesserung des Gesamten Wirkungsgrades zu erzielen.The regulations for approvals of heating systems will mean that contaminants such as sulfur, phosphorus and fine dust formers will have to be removed with great effort, even with liquid BIO heating fuels, with very complex procedures. Here you are compared to oil and natural gas just at the beginning of the process. The efforts of the plant manufacturers for BIO Diesel are endeavored to achieve a utilization of glycerine in order to improve the overall efficiency.
Einfluss der Teillastfähigkeit der Heizanlage auf die Heizart Verbesserung des Wirkungsgrades durch Brenneranlage:Influence of the partial load capacity of the heating system on the type of heating Improvement of the efficiency by burner system:
Die Herstellerangaben auf die Leistungen der Heizanlage werden jeweils auf den Dauerbetriebszustand angegeben. Dies setzt eine Periode von ca. 20 Minuten Hochfahren der Heizanlage unter nicht optimalen Bedingungen voraus. Die heute angeboten Anlagen kennen nur zwei Zustände: Heizung EIN <-> AUS. (Es gibt mittelgroße Anlagen die für zwei Stufen der Verbrennung ausgelegt sind).The manufacturer's information on the performance of the heating system is given in each case to the continuous operating condition. This requires a period of about 20 minutes to start up the heating system under less than optimum conditions. The systems offered today only know two states: Heating ON <-> OFF. (There are medium sized plants designed for two stages of combustion).
Nun sind die Verbrennung- und Abgaswerte dieser kleinen Anlagen wesentlich schlechter als die Werte des optimalen Dauerbetriebszustandes.Now the combustion and exhaust gas values of these small plants are much worse than the values of the optimal continuous operating condition.
Vergleicht man die heutigen Heizanlagen mit den Motor - Steuerungssystemen in der Automobiltechnik herrscht „Mittelalter". Motoren kennen bis zu 40 Sensoren, die die Zustände von Luft, Abgas, Motorentemperaturen an den Motorencomputer weitergeben, der die Betriebswerte von Luft, Brennstoff und Verbrennung steuert.Comparing today's heating systems with automotive engine control systems, the "Middle Ages" prevail: engines have up to 40 sensors that relay the states of air, exhaust, engine temperatures to the engine computer, which controls the operating values of air, fuel and combustion.
Die Einführung vom COMMON RAIL System mit den dazugehörigen Motor Steuerung System hat Brennstoff Einsparungen von mehr als 25 % gebracht. Dies ist auch für Heizanlagen zu erwarten.The introduction of the COMMON RAIL system with the associated engine control system has brought fuel savings of more than 25%. This is also to be expected for heating systems.
Verbesserung vom Heizwert zum BrennwertkesselImprovement of the calorific value to the condensing boiler
Heute gibt es noch zahlreiche Verbrennungsanlagen mit veralteten Kaminanlagen.Today, there are still numerous incinerators with outdated chimney systems.
Diese Anlagen dürfen nur mit Abgasen größer als 1000C betrieben werden, da ansonstenThese systems may only be operated with exhaust gases greater than 100 0 C, otherwise
Wasserdampf im Kamin kondensiert und die Feuchtigkeit den Kamin zerstört (Versottung). Das Wasser zusammen mit den sauren oder basischen Verunreinigungen die Abgasrohre zerstört.Water vapor in the fireplace condenses and the moisture destroys the fireplace (sooting). The water along with the acidic or basic impurities destroys the exhaust pipes.
Die heutigen Brennwert Heizanlagen bestehen aus zwei konzentrisch liegenden Rohren.Today's condensing heating systems consist of two concentric tubes.
Das innere Rohr besteht aus rostfreiem Stahl und führt die heißen Abgase nach Außen. Das alte bestehende Kaminrohr dient zur Zuleitung der Frischluft. Diese Anordnung dient zur Nutzung der Abgaswärme, die vom Abgas der Frischluft zugeführt wird.The inner tube is made of stainless steel and leads the hot exhaust gases to the outside. The old existing chimney pipe is used to supply the fresh air. This arrangement is used to use the exhaust heat, which is supplied from the exhaust gas of the fresh air.
Es gibt nun folgende Vorteile:There are now the following advantages:
- Das Abgas tritt mit geringerer Temperatur ins Freie- The exhaust gas enters the atmosphere at a lower temperature
- Die Wärme des Abgases wird der Frischluft zugeführt und geht nicht verloren. - Die Verdampfungswärme des Wassers im Brennstoff wird zurück gewonnen.- The heat of the exhaust gas is supplied to the fresh air and is not lost. - The heat of evaporation of the water in the fuel is recovered.
(jene Wärme die zugeführt werden muss um das Wasser zu verdampfen). Brennwert Kessel(the heat that must be added to evaporate the water). Condensing boiler
Die Wirkungsweise liegt im Wärmetauscher, der als Stahlrohr im bestehenden Kamin eingebaut wird. Das Abgas strömt durch das Stahlrohr nach außen und gibt die Wärme an die einströmende Frischluft ab.The mode of action is in the heat exchanger, which is installed as a steel pipe in the existing fireplace. The exhaust gas flows out through the steel pipe and releases the heat to the incoming fresh air.
Das Abgas kühlt sich so von 1500C bis auf 600C ab. Zusätzlich wird der Wasserdampf kondensiert und gibt so zusätzlich die Verdampfungswärme an die Frischluft ab. Wirkungsweise des Kamin-Wärmetauschers einer Brennwert Heizung.The exhaust gas is thus cooled from 150 0 C to 60 0 C. In addition, the water vapor is condensed, thus additionally giving off the heat of vaporization to the fresh air. Operation of the fireplace heat exchanger of a condensing heating.
Verbesserung durch geringen Wärmebedarf: „Passiv - Haus"Improvement due to low heat requirement: "passive house"
Heute liegt der Energiebedarf eines energiesparenden Hauses bei ca. 5000 kWh, dies entspricht einem Energiebedarf von 18 GJ/a.Today, the energy consumption of an energy-saving house is around 5000 kWh, which corresponds to an energy requirement of 18 GJ / a.
Im Vergleich zu derzeit durchschnittlichem Energieverbrauches von 20.000 kWh/a bei den derzeitigen Wohnhaus liegt dies bei einem Viertel.Compared to the current average energy consumption of 20,000 kWh / a in the current residential building, this is a quarter.
Diese 72 GJ/a entspricht einem Heizöl extra leicht Bedarfes unter der Annahme eines Heizwertkessel Wirkungsgrades der von 0,6 vonThis 72 GJ / a corresponds to a fuel oil extra light demand, assuming a calorific value of 0.6 of
72000 / 43 x 0,6 = 2790 Liter Heizöl pro Jahr (inkludiert Strom für Warmwasser...)72000/43 x 0.6 = 2790 liters of heating oil per year (includes electricity for hot water ...)
Wärmeverbrauch bei zu erwartenden technischen VerbesserungenHeat consumption with expected technical improvements
Summiert man die technischen Verbesserungen der vorangehenden Neuheiten so kommt man zu folgenden Werten - Verbesserung der Heizanlage im Teillastbereich 25%Summing up the technical improvements of the previous novelties, the following values are obtained: Improvement of the heating system in the partial load range 25%
- Einführung des Heizwert Kesselsystems 20%- Introduction of the calorific value boiler system 20%
- Teilweise Verbesserung in Richtung PASSIV HAUS 10% Gesamt zu erwartende Verbrauch 0,75 x 0,8 x 0,9 = 54%- Partial improvement towards PASSIVE HOUSE 10% Total expected consumption 0.75 x 0.8 x 0.9 = 54%
Unter Berücksichtigung der technischen Entwicklung werden wir in Zukunft etwas mehr als die Hälfte der Heizstoffe benötigen als bisher. Ausblick der BIO HeizstoffesTaking into account the technical development, we will need slightly more than half of the heating fuel in the future. Outlook for BIO Heizstoffes
Glycerin Verfügbarkeit nach derzeitigen VorkommenGlycerol availability by current occurrence
(im Verhältnis zu Biodiesel) a) Österreich hat 11 Anlagen die Biodiesel 100-OOOt/a produzieren. (Dl Dr Joseph Stamp Biomass Conference Excursion I).(in relation to biodiesel) a) Austria has 11 plants producing biodiesel 100-OOOt / a. (Dl Dr Joseph Stamp Biomass Conference Excursion I).
Nachdem bei 10 1 Biodiesel als Nebenprodukt 1t Glycerin abfällt sind dies 10.000t/a. b) Deutschland produziert 1 ,000,000 t/y Biodiesel in 2003.After 10 l of biodiesel as a by-product 1t glycerol drops this is 10,000 t / a. b) Germany produces 1, 000,000 t / y biodiesel in 2003.
(Biomass Conference Doku Werner Koerbitz, Austrian Biofuels Institute). Das sind 100,000 t/a Glycerine in 2003. c) West Europa (EU15 ) hat ca. 1 ,900,000 t/a in 2003 produziert.(Biomass Conference Doc. Werner Koerbitz, Austrian Biofuels Institute). That's 100,000 t / a of glycerine in 2003. c) Western Europe (EU15) produced about 1, 900,000 t / a in 2003.
(Biomass Conference Doku Werner Koerbitz, Austrian Biofuels Institute). Das sind 190,000 t/a Glycerine in 2003.(Biomass Conference Doc. Werner Koerbitz, Austrian Biofuels Institute). That's 190,000 t / a of glycerine in 2003.
Glycerin Maximal verfügbares PotentialGlycerine Maximum available potential
a) Das Primärenergiebedarf von Österreich spricht von 15% Diesel für Transport Wenn dieser Diesel zur Gänze als Biodiesel produziert würde sind dies ein Zehntel der Masse als Glycerin anfallen.a) The primary energy requirement of Austria speaks of 15% diesel for transport If this diesel was produced entirely as biodiesel, this would amount to one tenth of the mass as glycerine.
17 MJ/kg Glycerin, gegenüber 43 MJ/kg für fossiles Heizöl Maximum Glycerin würde (15% x 17)/(10 x 43) = 0.6% der Gesamtenergie anfallen.17 MJ / kg glycerol compared to 43 MJ / kg for fossil fuel oil Maximum glycerin would be (15% x 17) / (10 x 43) = 0.6% of the total energy.
Diese entspricht 0.6% x 100 / 57 = 1.0% der gesamten Heizstoff Energiemenge.This corresponds to 0.6% x 100/57 = 1.0% of the total fuel quantity of energy.
b) Die Primär Energie für Österreich hat 2001 1290 PJ betragen (Document 'Renewable Energy in Austria' from www.bmwa.gv.at).b) In 2001, primary energy for Austria amounted to 1290 PJ (Document 'Renewable Energy in Austria' from www.bmwa.gv.at).
Somit betragt der Heizwerte von Glycerin 0.6% x 1290 PJ = 7.74 PJ = ~ 8 PJ/a.Thus, the calorific value of glycerol is 0.6% x 1290 PJ = 7.74 PJ = ~ 8 PJ / a.
Unter der Annahme dass eine existierendes Haus 72 GJ/a benötigt können 100.000 Häuser und ein Passive Haus 18 GJ/a benötigt können 400.000 Häuser beheizt werden. Kostenvergleich der Heizstoffe.Assuming that an existing house needs 72 GJ / a, 100,000 houses and a passive house 18 GJ / a needed, 400,000 houses can be heated. Cost comparison of heating fuels.
('Regionalenergie Steiermark' Biomass Conference). Annahme 10 kW Heizung, Wirkungsgrade ohne Warmwasser im Sommer Heizöl EL, inkl. Zustellgebühr 0.490 € / 1 Unterer Heizwert ist 43 MJ / 1 Die Kosten sind Khö = 0.49 x 3600 / 43 MJ = 0.0407 € / kWh. Pellet eingeblasen, 165 € / 1 Unterer Heizwert ist 17 MJ / kg Die Kisten sind Kpe = 165 x 3.6 / 17000 = 0.035 € / kWh('Regional Energy Steiermark' Biomass Conference). Assumption 10 kW heating, efficiencies without hot water in the summer heating oil EL, incl. Delivery charge 0.490 € / 1 Lower calorific value is 43 MJ / 1 The costs are Khö = 0.49 x 3600/43 MJ = 0.0407 € / kWh. Pellet injected, 165 € / 1 Lower calorific value is 17 MJ / kg The boxes are Kpe = 165 x 3.6 / 17000 = 0.035 € / kWh
Glycerin 30 to 60 € / 1 Preis von Biodieselanlage in Mureck)Glycerin 30 to 60 € / 1 price of biodiesel plant in Mureck)
Unterer Heizwert 17 MJ / kg Wirkungsgrad 0.8, ohne Raffinationskosten. Die Kosten sind KgI= (60 x 3.6) / (17000 x 0.8) = 0.016 € / kWh.Lower calorific value 17 MJ / kg efficiency 0.8, without refining costs. The costs are KgI = (60 x 3.6) / (17000 x 0.8) = 0.016 € / kWh.
Somit belaufen sich die Kosten für Glycerin Heizungen ein Viertel von den Pellet.Thus, the cost of glycerin heaters is one quarter of the pellet.
Bedarf für Wohnhäuser der flüssigen BIO HeizstoffeNeed for residential buildings of liquid BIO heating fuels
Geht man davon aus, dass ca. 400.000 Heizanlagen außerhalb der Fernwärme, Ferngas und Pellet Heizung liegen.Assuming that about 400,000 heating systems are outside the district heating, gas and pellet heating.
Berücksichtigt man die Energieberechnung mit der möglichen Abdeckung dieses Bedarfes an Heizstoffen für flüssige BIO Heizstoffe mittels GLYCERIN.If one considers the energy calculation with the possible coverage of this requirement for heating fuels for liquid BIO heating fuels by means of GLYCERIN.
Berücksichtigt man, dass nach neuen Technologien nur die Hälfte des Energiebedarfes notwendig sein wird kann man für die Heizung von Wohnhäusern folgende Schlüsse ziehen:Taking into account that according to new technologies only half of the energy demand will be necessary, one can draw the following conclusions for the heating of residential buildings:
Eine Umstellung von Heizöl Heizanlagen ist möglich und sinnvoll. Eine Vergrößerung der Tankanlagen ist nicht notwendig Glycerin hat den halben Heizwert bezogen auf das Volumen. Die Kosten der Umstellung betreffen den lediglich den Brenner und Die Umstellung von Heizwert auf Brennwert Heizungen (Wärmetauscher im Kamin) Voraussetzung sind die Reinheit von Glycerin wegen der Umwelt Vorschriften A conversion of heating oil heating systems is possible and useful. It is not necessary to increase the number of tanks. Glycerin has half the calorific value of the volume. The conversion costs are related only to the burner and the conversion from calorific value to calorific value heaters (heat exchangers in the chimney) is a requirement for the purity of glycerine because of environmental regulations
Verbrennungsanlage für schwer entflammbare flüssige BrennstoffeCombustion system for flame-retardant liquid fuels
Europ Klasssifizierung F23C1/00Europ Classification F23C1 / 00
Flüssigkeitsbrenner in herkömmlichen Heizsystemen beruhen auf einem durch Ventilator erzeugten verwirbelten Luftstrom einer Heizöl-Diesel oder Biodiesel- Pumpe für die Druckerzeugung von maximal 40 bar und einer zentral angeordneten Brennerdüse nebst einer elektronischen Steuereinheit, Die damit erzielte Zerstäubung gestattet bislang nicht die Verbrennung schwer entflammbarer Brennstoffe z.B. Glyzerin unter Einhaltung der Abgasvorschriften. Verfahren:Liquid burners in conventional heating systems rely on a fan-generated turbulent air flow of a fuel oil-diesel or biodiesel pump for maximum 40 bar pressure generation and a centrally located burner nozzle together with an electronic control unit. The atomization achieved thus far does not permit combustion of flame retardant fuels, e.g. Glycerine in compliance with the emission regulations. Method:
Das hier beschrieben Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Hochdruckeinspritzanlage die schwer entflammbaren Brennstoffe derartig zerstäubt und mit Luft vermischt wird, sodass eine effiziente Verbrennung stattfindet.The method described here is characterized in that by means of a high-pressure injection system, the hardly inflammable fuels are so atomized and mixed with air, so that an efficient combustion takes place.
Das Verfahren soll weiter die problemlose Umrüstung bestehender Heizsystemen mitThe process should continue with the easy conversion of existing heating systems
Verbrennung flüssiger Brennstoffe.Combustion of liquid fuels.
Folgende Maßnahmen werden hierzu vorgeschlagen.The following measures are proposed for this purpose.
1. Druckerhöhung und Erwärmung des Brennstoffes über den Flammpunkt.1. Pressure increase and heating of the fuel over the flash point.
2. Regelung der Brennstoffmenge durch Proportionalventil oder pulsenden Injektor.2. Regulation of fuel quantity by proportional valve or pulsating injector.
3. Beimengung von Flammpunkt senkenden Zusatzstoffen3. Addition of flash point lowering additives
4. Reinigung des Brennstoffes mittels Hochdruckfilter4. Cleaning of the fuel by means of a high-pressure filter
5. Wahlweise einer Beimischungsanlage für Additiven gegen das Verflocken 6. Gegen-Drall Einrichtung bei der Verbrennungsluftzufuhr5. Optionally, an admixing system for additives against flooding 6. counter-twist device in the combustion air supply
1. Druckerhöhung und Erwärmung des Brennstoffes über den Flammpunkt.1. Pressure increase and heating of the fuel over the flash point.
Der Grundgedanke bei der Zerstäubung schwer entflammbarer Brennstoffe, dass die Temperatur der Flüssigkeit in einem abgeschlossenen Drucksystem bei mehr als 40 Mpa über den Flammpunkt erhitzt wird.The basic idea behind the atomization of flame retardant fuels is that the temperature of the liquid in a sealed pressure system is heated above the flashpoint at more than 40 MPa.
Dieser Druckbereich ist notwendig um vor dem Einspritzen das Sieden schwer entflammbarer Brennstoffe zu unterdrücken.This pressure range is necessary to suppress the boiling of flame retardant fuels prior to injection.
2. Regelung der Brennstoffmenge durch Proportionalventil oder pulsenden Injektor. Durch ein geeignetes Proportionalventil oder gesteuerten pulsierenden Injektor wird nun der erhitzt Brennstoff in die Brennkammer eingespritzt und mit Luft verwirbelt. In weiterer Folge zur Verbrennung gebracht. Das Ventil regelt zudem die erforderliche Brennstoffmenge.2. Regulation of fuel quantity by proportional valve or pulsating injector. By means of a suitable proportional valve or controlled pulsating injector, the heated fuel is now injected into the combustion chamber and swirled with air. Subsequently brought to combustion. The valve also controls the required amount of fuel.
3. Beimengung von Flammpunkt senkenden Zusatzstoffen3. Addition of flash point lowering additives
Als zusätzliche Maßnahme für die Entzündung von schwer entflammbaren Brennstoffen wird die Beimengung von Zusatzstoffen vorgeschlagen, die den Flammpunkt des Brennstoffes - zumindest beim Start des Heizsystems - senken.As an additional measure for the ignition of flame retardant fuels admixture of additives is proposed, which reduce the flash point of the fuel - at least when starting the heating system.
Dies wäre z.B. bei Glyzerin die Beimengung von Methanol und flüssiger Seife umsetzbar.This would be e.g. for glycerine, the admixture of methanol and liquid soap can be implemented.
4. Reinigung des Brennstoffes mittels Hochdruckfilter4. Cleaning of the fuel by means of a high-pressure filter
Mittels Grobfilter im Niederdruckbereich und Molekularfilter im Hochdruckbereich wird der angelieferte Brennstoff gereinigt. Nach Bindung etwaiger Ionen wie KOH oder NaOH werden die Verunreinigungen ausgeschieden.By means of coarse filter in the low pressure range and molecular filter in the high pressure range, the delivered fuel is cleaned. After binding any ions such as KOH or NaOH, the impurities are eliminated.
5. Wahlweise einer Beimischungsanlage für Additiven gegen das Verflocken5. Optionally an admixing system for additives against flocculation
Beispielsweise Phenolmonomethylether oder Topanol bei BioölenFor example, phenol monomethyl ether or topanol in bio oils
6. Gegen-Drall Einrichtung bei der Verbrennungsluftzufuhr6. counter-twist device in the combustion air supply
Als zusätzliche Maßnahme zur besseren Flammbildung wird die zugeführteAs an additional measure for better flame formation, the supplied
Verbrennungsluft in zwei konzentrischen Rohren zugeführt, die Einrichtungen zur Drallbildung aufweisen und dieser Drall jeweils entgegen gesetzte Drehrichtung im inneren und äußeren Rohr aufweist. Der Zweck dieser Einrichtung ist eine Wirbelschicht beim Zusammentreffen diese entgegen gesetzten Luftwirbel herzustellen, durch die, der mit hoher Geschwindigkeit eingespritzte Brennstoff durchtreten muss. Es kommt zur Verzögerung der Verweilzeit und guter Durchmischung mit der Verbrennungsluft. Stand der Technik zur VerbrennungsanlageCombustion air supplied in two concentric tubes having means for swirling and this twist has opposite directions of rotation in the inner and outer tube. The purpose of this device is to create a fluidized bed at the confluence of these opposed air swirls through which must pass through fuel injected at high speed. It comes to delay the residence time and good mixing with the combustion air. State of the art for the incinerator
Ad 1 Druckerhöhung des Brennstoffes zwecks Erwärmung über den FlammpunktAd 1 pressure increase of the fuel for heating above the flash point
Dem Autor ist derzeit keine Einrichtung zur Drückerhöhung des Brennstoffes zwecks Erwärmung als Stand der Technik bekannt Ad 2 Regelung der Brennstoffmenqe durch Proportionalventil oder pulsenden InjektorThe author is currently no means for increasing the pressure of the fuel for the purpose of heating known as the prior art Ad 2 Regulation of Brennstoffmenqe by proportional valve or pulsating injector
EP0454351 Die vorliegende Einrichtung grenzt sich von EP0454351 dadurch ab, dass kein Dieseltreibstoff zur Verwendung kommt, sondern schwer entflammbare Brennstoffe. In einem Hochdruckteil werden diese wesentlich über dem Flammpunkt erhitzt wird.EP0454351 The present device differs from EP0454351 in that no diesel fuel is used, but flame retardant fuels. In a high pressure part, these are heated substantially above the flash point.
DE10007164 and US6402505 JP2000304210DE10007164 and US6402505 JP2000304210
Die vorliegende Einrichtung grenzt sich von US6402505 dadurch ab, dass der eingespritzte Brennstoff bei Eintritt in die Brennkammer keine Prallplatte in der Eintrittsöffnung passiert, sondern durch die Erhitzung des Brennstoffes im Hochdruckteil wesentlich über den Flammpunkt hinaus im dampfförmigen Zustand direkt in die Brennkammer eintritt und einen gasähnlichen zustand aufweist.The present device is different from US6402505 in that the injected fuel does not pass through a baffle plate in the inlet opening when it enters the combustion chamber, but enters the combustion chamber directly through the heating of the fuel in the high-pressure part substantially above the flash point in the vapor state and is gas-like state.
Die Hochdruck-Einspritzung ergibt neben der guten Zerstäubung auch den Nachteil, dass durch die rasche Austrittsgeschwindigkeit ein erschwerter Zündzustand hergestellt werden kann. US6402505 löst dies durch die Prallplatte und verlangsamt damit den Eintritt. Die vorliegende Einrichtung bringt in den Brennraum zündfähigen Dampf über dem Flammpunkt ein und nutzt damit trotz hoher Eintrittsgeschwindigkeit die volle Zündwirkung.The high-pressure injection results in addition to the good atomization and the disadvantage that a difficult ignition state can be produced by the rapid exit velocity. US6402505 solves this through the baffle plate and slows down the entrance. The present device introduces into the combustion chamber ignitable vapor above the flash point and thus uses despite high entry velocity the full ignition effect.
US6174160US6174160
Die vorliegende Einrichtung grenzt sich von der Vorwärmung gegenüber US6174160 dadurch ab, dass der Injektor selbst beheizt wird und der Brennstoff im Injektor vor dem Austritt wesentlich über den Flammpunkt hinaus erwärmt wird.The present device is different from the preheating compared to US6174160 in that the injector itself is heated and the fuel is heated in the injector before exiting substantially above the flash point.
WO0151267 GEORG (CKINGER 1999WO0151267 GEORG (CKINGER 1999
Die vorliegende Einrichtung grenzt sich davon dadurch ab, dass der Injektor beheizt wird und Maßnahmen zur Verbesserung der Entflammbarkeit des Brennstoffes gesetzt sindThe present device differs from this in that the injector is heated and measures are taken to improve the flammability of the fuel
WO 2004055437WO 2004055437
Die vorliegende Einrichtung grenzt sich dadurch von WO2004055437 ab, dass der Injektor beheizt wird und Maßnahmen zur Verbesserung der Entflammbarkeit des Brennstoffes gesetzt sind. Ad 3 Beimengung von Flammpunkt senkenden ZusatzstoffenThe present device is distinguished from WO2004055437 in that the injector is heated and measures are taken to improve the flammability of the fuel. Ad 3 admixture of flash point lowering additives
Es gibt selbstentzündliche Treibstoff-Mischungen für Dieselmotore, die ebenso bei Heizkesseln zum Einsatz kommen. WO0112756 WIEDERMANN, HÄUSER, TOMBERGER FEB-2001There are Selbstentzündliche fuel mixtures for diesel engines, which are also used in boilers. WO0112756 WIEDERMANN, HOUSES, TOMBERG FEB-2001
Glyzerin : 25-70%, Seifen : 5-40%, Wasser : 3-25%, Methanol :0,1-50% Angegeben in Gewichtsprozenten bezogen auf die Summe der vier Komponenten.Glycerol: 25-70%, soaps: 5-40%, water: 3-25%, methanol: 0.1-50% Indicated in weight percentages based on the sum of the four components.
WO9525152 NYLUND NILS-OLOF 1995WO9525152 NYLUND NILS-OLOF 1995
FR2496119 GUIBET JEAN-CLAUDE 1980FR2496119 GUIBET JEAN-CLAUDE 1980
Die vorangehenden WO0112756, WO9525152, und FR2496119 betreffen Verbrennungskraftmaschinen. Die vorliegende betrifft eine Verbrennungsanlage.The foregoing WO0112756, WO9525152, and FR2496119 relate to internal combustion engines. The present invention relates to an incinerator.
Drall Einrichtung bei der VerbrennungsluftzufuhrTwist device at the combustion air supply
US20040177611US20040177611
Die vorliegende Einrichtung grenzt sich durch US20040177611 ab, dass zwei Gegenseitig zueinander bewegte verdrillte Luftströmungen sich aufeinander bewegen Und eine Wirbelschicht bilden, in die der - durch die Erwärmung im Injektor - dampfförmige auftrifft und zur Verwirbelung kommt. The present device is distinguished by US20040177611 that two mutually moved twisted air flows move towards each other and form a fluidized bed, in which - due to the heating in the injector - vapor strikes and comes to turbulence.
Behθizte Injektoren für Einspritzung in Brennkammern und ReaktorenBehθizte injectors for injection in combustion chambers and reactors
F02M53/02, /04 Fuel-iηjection apparatus characterised by having heating. Ziel der Einrichtung ist die Erwärmung des Treib- Zusatz oder Brennstoff- Gasgemisches auf Flammpunkt bzw. Zündpunkt Temperatur zwecks Verbrennung in Motoren, oder Heizkesseln bzw. Einbringen in Reaktoren. Besonders bei Treib- oder Brennstoffen mit geringerem Heizwert und höherem Flammpunkt dient diese Einrichtung zur besseren Entzündung und wirtschaftlichen Verbrennung. Reaktoren zur Gewinnung von WasserstoffgasF02M53 / 02, / 04 Fuel-injection apparatus characterized by having heating. The aim of the device is the heating of the blowing additive or fuel gas mixture at flash point or ignition point temperature for the purpose of combustion in engines, or boilers or introduction into reactors. Especially with fuels or fuels with lower calorific value and higher flash point, this device is used for better ignition and economical combustion. Reactors for the production of hydrogen gas
Die gezielte Erwärmung der Injektordüse führt zur Erhöhung des Wärmeinhaltes beim Treiboder Brennstoff, und das wiederum im Zusammenhang mit der vorgewärmten Luft zur Temperaturerhöhung des Treib- oder Brennstoffgemisches.The targeted heating of the injector leads to increase the heat content of the fuel or propellant, and in turn in connection with the preheated air to increase the temperature of the fuel or fuel mixture.
Zur Veranschaulich dient folgende Berechnungen für jeweils einen Verbrennungsmotor bzw. Heizkessel für Diesel bzw. Glyzerin als Brennstoff: Folgende Kennzahlen dienen als Berechnungsbasis.To illustrate, the following calculations are used for each of an internal combustion engine or boiler for diesel or glycerine as a fuel: The following figures serve as a basis for calculation.
Figure imgf000015_0001
Figure imgf000015_0001
Berechnung für den Dieselmotor mit Glyzerin:Calculation for the diesel engine with glycerin:
Figure imgf000015_0002
Figure imgf000015_0002
Mit 374°C Temperatur des Treibstoff-Luftgemisches kommt es nur dann zur Zündung mit Glyzerin, wenn dieser mindestens auf 3000C vorgewärmt wird. Bei keiner Vorwärmung wird der Zündpunkt nicht erreicht. Berechnung für den Dieselmotor mit Diesel:With 374 ° C temperature of the fuel-air mixture it comes only to the ignition with glycerine, if this is preheated to at least 300 0 C. With no preheating the ignition point is not reached. Calculation for the diesel engine with diesel:
Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001
Bei Diesel wird die Selbstentzündung (wie allgemein bekannt) auch ohne Vorwärmung des Treibstoffes erzielt.In diesel auto-ignition (as well known) is achieved without preheating the fuel.
Berechnung für den Heizkessel mit Glyzerin:Calculation for the boiler with glycerine:
Figure imgf000016_0002
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Ohne Vorwärmung von Glyzerin auf mindestens 2000C wird der Flammpunkt von 199°C ausWithout preheating of glycerol to at least 200 0 C, the flash point of 199 ° C from
Luft und Glyzerin nicht erreicht. Auch durch Fremdzündung ist die Verbrennungsstart nicht möglich.Air and glycerine not reached. Even by spark ignition, the combustion start is not possible.
Die triviale Berechnung für Heizöl sei hier erspart, da bei einem Flammpunkt von 65°C bereits eine Lufterwärmung von ca. 800C ohne Dieselvorwärmung ausreicht um dieThe trivial calculation for fuel oil is spared here, since at a flash point of 65 ° C already an air heating of about 80 0 C without diesel preheating is sufficient to the
Fremdzündung zu gewährleisten.To ensure spark ignition.
Die Vorwärmung von Treib- oder Brennstoff auf die oben genannten Temperaturen ist nur unter hohem Druck und unter Luftabschluss möglich, da im allgemeinen bei den flüssigen Diesel- und Biodiesel und flüssigen Treibstoffen bzw. Heiz- und Brennstoffen bzw. der Flammpunkt über dem Siedepunkt liegt und die Erwärmung somit unter Druck erfolgen muss, um ein vorzeitiges Sieden im Einspritzsystem zu vermeiden.The preheating of fuel or fuel to the above temperatures is only possible under high pressure and under exclusion of air, as is generally in the liquid diesel and biodiesel and liquid fuels or heating and fuel or the flash point above the boiling point and the heating must therefore be carried out under pressure in order to avoid premature boiling in the injection system.
Im Allgemeinen liegen die Drücke bei den Einspritzsystemen über 40 Mpa, sodass diese Anforderung gegeben ist. Die hohen Temperaturen der Düsen von Einspritzsystemen sind in den heutigen Motoren gegeben und die Düsen haben sich unter langer Lebensdauer bewährt. Die Strahlungswärme im Dieselmotor erwärmt die Düsennadeln auf über 5000C, sodass dieser Bereich des Injektors diesen Temperaturen ausgesetzt werden kann.In general, the pressures in the injection systems are above 40 Mpa, so this requirement is met. The high temperatures of the nozzles of injection systems are given in today's engines and the nozzles have proven themselves over a long service life. The radiant heat in the diesel engine heats the nozzle needles to over 500 ° C so that this area of the injector can be exposed to these temperatures.
Die hier vorgestellte Beheizung von Injektoren erfolgt mittels folgenden Methoden: Elektrisches Heizelement, Heizschleife in der Startphase. Wärmeübertragung durch Strahlplatte an der Düse. Umspülung der Düse durch Abgasstrom nach dem Abgasventil. Umspülung der Düse mittels Abgas im Rohrsystem.The heating of injectors presented here is carried out by the following methods: Electric heating element, heating loop in the starting phase. Heat transfer through jet plate at the nozzle. Flushing of the nozzle by exhaust gas flow to the exhaust valve. Flushing of the nozzle by means of exhaust gas in the pipe system.
Maßnahmen zur Erhöhung des Wärmeüberganges innerhalb der Düse auf den Treib- oder Brennstoff.Measures to increase the heat transfer within the nozzle to the fuel or fuel.
Elektrische Fremdbeheizung in der Startphase.Electric external heating in the starting phase.
Mittels Ohmscher Beheizung wird der Injektor im unteren Bereich fremd beheizt.By means of ohmic heating, the injector is externally heated in the lower area.
Wärmeübergang durch Strahlplatte an der Düse.Heat transfer through jet plate at the nozzle.
Im Brennraum wird eine von der Brennkammer wärmeisolierte Strahlplatte mit guter metallischer Berührung an der Düse aufgepresst. Die Strahlung aus der Brennkammer wird in die Strahlplatte geleitet und von dort mittels Wärmeleitung an die Düse herangeführt.In the combustion chamber, a heat-insulated from the combustion chamber radiant panel is pressed with good metallic contact on the nozzle. The radiation from the combustion chamber is conducted into the radiant plate and from there by means of heat conduction to the nozzle.
Umspülung der Düse durch Abgasstrom nach dem Abgasventil. Der vordere Bereich des Injektors insbesondere die Düse ragt in den Abgasstrom und wird mit Wärme zur Übertragung an den Treibstoff versorgt.Flushing of the nozzle by exhaust gas flow to the exhaust valve. The front portion of the injector, in particular the nozzle, projects into the exhaust stream and is supplied with heat for transmission to the fuel.
Umspülung der Düse mittels Abgas im Rohrsystem.Flushing of the nozzle by means of exhaust gas in the pipe system.
Für Heizkessel wird der Injektor mittels umschlingender Rohrleitung, die heiße Brennluft aus dem Brennraum dem Injektor zur Konvektion heranführen. Für den Start des Heizsystems wird die Düse elektrisch beheizt.For boilers, the injector by means of looping pipeline, the hot combustion air from the combustion chamber the injector for convection introduce. For the start of the heating system, the nozzle is electrically heated.
Maßnahmen zur Erhöhung des Wärmeüberganges innerhalb der Düse auf den Treib- oder Brennstoff. Zwischen Düsennadel und Düsenkörper wird mittels Elektroerosion die Oberfläche des Innenraumes des Düsenkörpers dadurch vergrößert, dass der Querschnitt ein Keilwellenprofil aufweist. Überschlägig sei folgende Berechnung angeführt: Brennstoff: Glyzerin mit der spezifischen Wärme von 2,43 KJ/kg ,Measures to increase the heat transfer within the nozzle to the fuel or fuel. Between the nozzle needle and the nozzle body, the surface of the interior of the nozzle body is increased by means of electroerosion, characterized in that the cross section has a splined shaft profile. The following calculation is roughly given: Fuel: Glycerol with the specific heat of 2.43 KJ / kg,
Brennstoffmenge im Heizkessel 2kg pro Stunde bei kontinuierlichem Volllast Betrieb. Heizfläche innerhalb des Düsenköpers 5cm2 entspricht 0,00005m2 Temperaturdifferenz von 4800C Düsenkörper auf 1800C Mitteltemperatur ist gleich 300°C Wärmeübergang blankes Metall auf Flüssigkeit bei hohem Druck: 8000 KJ/m2hgrd Es wird folgende Wärme übertragen: W = 8000 x 0,0005 x 300= 1200 Dies ergibt eine Erwärmung von dT = 1200/(2x2,43) = 244 0C Geht man davon aus, dass das Glyzerin mit 56°C in den Düsenbereich eintritt und mit ca. 300 austritt ergibt sich eine mittlere Temperaturdifferenz von 3000C. Eine Erwärmung bei Volllast ist gegeben. Bei Teillast wird eine geringere Strahlungswärme übertragen und somit auch geringere Erwärmung der durch Senkung der Temperaturdifferenz sich einstellen. Der obere Teil des Injektors wird bei allen vorhin vorgeschlagenen Beheizungen kühl gehalten um das Lecköl vom Servo nicht zu überhitzen, da dieser Stoff wieder zur Radialpumpe zurückgeführt wird und eine Verdampfung bzw. Zersetzung unerwünscht ist.Fuel quantity in the boiler 2kg per hour at continuous full load operation. Heating surface inside the nozzle body 5cm 2 corresponds to 0.00005m 2 temperature difference of 480 0 C nozzle body to 180 0 C mean temperature is equal to 300 ° C heat transfer bare metal to liquid at high pressure: 8000 KJ / m 2 hgrd The following heat is transferred: 8000 x 0.0005 x 300 = 1200 This results in a heating of dT = 1200 / (2x2.43) = 244 0 C Assuming that the glycerine enters the nozzle area at 56 ° C and leaves with approx. 300 exits a mean temperature difference of 300 0 C. Heating at full load is given. At partial load, a lower radiant heat is transmitted and thus also lower heating of the set by lowering the temperature difference. The upper part of the injector is kept cool in all the previously proposed heaters in order not to overheat the leak oil from the servo, since this substance is returned to the radial pump and evaporation or decomposition is undesirable.
Stand der Technik zum beheizten InjektorState of the art for heated injector
WO03083283 PELLIZZARI ROBERTO OWO03083283 PELLIZZARI ROBERTO O
Die vorliegende Einrichtung grenzt sich von WO03083283 dadurch ab, dass vor dem Eintritt in den Brennraum nicht wie hier eine Kapillare aufweist, sondern mit einerThe present device is different from WO03083283 in that before entering the combustion chamber, it does not have a capillary, as here, but with a capillary
Verschlussnadel einen Hochdruck Zustand in dem Injektor herstellt, sodass Es zu keiner Dampfbildung kommt.Valve needle creates a high pressure state in the injector, so that there is no formation of vapor.
Die Dampfbildung erfolgt erst bei Eintritt in den Brennraum.The vapor formation takes place only when entering the combustion chamber.
US6174160 LOHN LEE 2001 Die vorliegende Einrichtung grenzt sich vonUS6174160 LOHN LEE 2001 The present institution is different from
US6174160 dadurch ab, dass der dampfförmige Brennstoff direkt in den Brennraum eingespritzt wird und nicht unterschiedlich beheizte Kammern durch fließt.US6174160 in that the vaporous fuel is injected directly into the combustion chamber and not differently heated chambers flows through.
US 4396372US 4396372
Die vorliegende Einrichtung grenzt sich von US 4396372 dadurch ab, dass das Verschlussorgan vor dem Brennraum und nicht wie bei US6174160 vor der Heizeinrichtung angeordnet ist. Beschreibung der Figuren:The present device is distinguished from US 4396372 in that the closure element is arranged in front of the combustion chamber and not in front of the heating device as in US Pat. No. 6,174,160. Description of the figures:
Bezugszeichenverzeichnis:Reference numeral directory:
1. Ventilator für Verbrennungsluft1. Fan for combustion air
2. Injektor2nd injector
3. Hochdruck Brennstoffzuführung3. High pressure fuel supply
4. Wärmetauscher Heißluft Zuführung4. Heat exchanger hot air feed
5. Dralleinrichtung Innenrohr 6. Dralleinrichtung Außenrohr5. Swirl device inner tube 6. Swirl device outer tube
7. Düsenkörper wahlweise mit Beheizung7. Nozzle body optionally with heating
8. Wirbel linksdrehend und rechtsdrehend Einspritzbereich8. Vortex left-handed and right-handed injection area
9. Flammzone9th flame zone
10. Brennkammer 11. Beimischung Pumpe für Additive gegen Verflocken10. Combustion chamber 11. Admixture additive for anti-flocculation additives
12. Additive gegen Verflocken12. Additives against flocculation
13. Brennstofftank13. Fuel tank
14. Hochdruckpumpe (Radialpumpe mit drehmomentgeregeltem Antrieb)14. High-pressure pump (radial pump with torque-controlled drive)
15. Rückführungsleitung aus der Servo - Betätigung des Injektors 16. Zuführungsleitung zur Hochdruckpumpe15. Return line from the servo - actuation of the injector 16. Feed line to the high pressure pump
17. Niederdruck Treibstoffpumpe17. Low pressure fuel pump
18. Beimengung - Pumpe für Flammpunkt senkende Zusatzstoffe18. Additive - pump for flash point lowering additives
19. Flammpunkt senkende Zusatzstoffe19. Flash point lowering additives
20. Hochdruckfilter 21. Leckölleitung Servo20. High pressure filter 21. Leakage oil line servo
22. Servo Steuerung22. Servo control
23. Hochdruckanspeisung23. High-pressure feed
24. Injektor24. Injector
25. Leckölleitung Steuernadel 26. Steuernadel25. Leakage oil pipe Control needle 26. Control needle
27. Leckölleitung Düsennadel27. Leakage pipe nozzle needle
28. Düsennadel28th nozzle needle
29. Zuleitung Treib- bzw. Brennstoff29. Supply of fuel or fuel
30. Düsenkörper 31. Einspritzöffnung(en)30. Nozzle body 31. Injection opening (s)
32. Servo Kühlzone 33. Mitteltemperaturzone32. Servo cooling zone 33. Mean temperature zone
34. Einspritzseite Heizzone34. Injection side heating zone
35. Zuführungsleitung Servo35. Supply line servo
36. Zylinderkopf 37. Einlassventil36. Cylinder head 37. Inlet valve
38. Auslassventil38. exhaust valve
39. Strahlplatte39. Radiation plate
40. Auslasskanal40th outlet channel
41. Brennluftzuleitung 42. Wärmeübertragung41. combustion air supply 42. heat transfer
Figur Stand der Technik zeigt einen Hochdruck - Injektor aus WO 0151267 beim Einbringen von Brennstoff in den Verbrennungs - Luftstrom.FIG. 1 shows a high-pressure injector from WO 0151267 during the introduction of fuel into the combustion air stream. FIG.
Figur 1 und 2 zeigen den Hochdruck Injektor mitFigures 1 and 2 show the high pressure injector
1. Druckerhöhung und Erwärmung des Brennstoffes über den Flammpunkt.1. Pressure increase and heating of the fuel over the flash point.
2. Regelung der Brennstoffmenge durch Proportionalventil oder pulsenden Injektor.2. Regulation of fuel quantity by proportional valve or pulsating injector.
3. Beimengung von Flammpunkt senkenden Zusatzstoffen 4. Reinigung des Brennstoffes mittels Hochdruckfilter3. Addition of flash point lowering additives 4. Cleaning of the fuel by means of high pressure filter
5. Wahlweise einer Beimischungsanlage für Additiven gegen das Verflocken5. Optionally an admixing system for additives against flocculation
6. Gegen-Drall Einrichtung bei der Verbrennungsluftzufuhr. 6. counter-twist device in the combustion air supply.
In Figur 1 wird dieIn FIG. 1, the
Einspritzanlage bestehend aus Ventilator für Verbrennungsluft (1), Injektor (2), Hochdruck Brennstoffzuführung (3), Wärmetauscher Heißluft Zuführung (4) Dralleinrichtung Innenrohr (5), Dralleinrichtung Außenrohr (6), Düsenkörper, wahlweise mit Beheizung (7), Wirbel linksdrehend und rechtsdrehend, Einspritzbereich (8), Flammzone (9), Brennkammer (10) dargestellt. Die Zugeführte Heißluft (4) dient zur Erwärmung des Injektors im Bereich der Düse und ist mittels Einschnürung vom Servo Bedienungsteil des Injektors (2) wärmetechnisch isoliert, sodass der Bedienmechanismus nicht den hohen Temperaturen ausgesetzt ist.Injection system consisting of fan for combustion air (1), injector (2), high pressure fuel supply (3), heat exchanger hot air supply (4) swirl device inner tube (5), swirl device outer tube (6), nozzle body, optionally with heating (7), vortex left-turning and clockwise, injection area (8), flame zone (9), combustion chamber (10) shown. The supplied hot air (4) is used to heat the injector in the area of the nozzle and is insulated by means of constriction of the servo operating part of the injector (2) thermally, so that the operating mechanism is not exposed to high temperatures.
Im Innenrohr gibt es eine Verdrilleinrichtung (5) die in diesem Falle die Heißluft (4) mit einem Rechtsdrall versieht. Im Außenrohr wird - mittels Verdrilleinrichtung (6) - die Verbrennungsluft (1) in diesem Falle mit einem Linksdrall versehen. Im Bereich der Einspritzung (8) kommen nun die verwirbelten Schichten aus Rechtsdrall (4) und Linksdrall (1) zusammen. In dieser Schicht wird nun die Verwirbelung stattfinden, bevor das Brennstoffgemisch in die Flammzone (9) eindringt und im Brennraum (10) verbrennt.In the inner tube there is a twisting device (5) which in this case provides the hot air (4) with a right twist. In the outer tube is - by means of twisting device (6) - the combustion air (1) provided in this case with a left twist. In the area of injection (8), the turbulent layers of right-hand spiral (4) and left-hand spiral (1) now come together. In this layer, the turbulence will now take place before the fuel mixture penetrates into the flame zone (9) and burns in the combustion chamber (10).
In Figur 2 wird die Verbrennungsanlage dargestellt. Verbrennungsluft (1), Injektor (2), Hochdruck Brennstoffzuführung (3), Beimischung Pumpe für Additive gegen Verflocken (18), Additive gegen Verflocken (19), Brennstofftank (13), Hochdruckpumpe (Radialpumpe mit drehmomentgeregeltem Antrieb) (14), Rückführungsleitung aus der Servo - Betätigung des Injektors (15), Zuführungsleitung zur Hochdruckpumpe (16), Niederdruck Treibstoffpumpe (17), Beimengung - Pumpe für Flammpunkt senkende Zusatzstoffe (11), Flammpunkt senkende Zusatzstoffe (12) dargestellt.FIG. 2 shows the incinerator. Combustion air (1), injector (2), high-pressure fuel supply (3), anti-entrainment additive pump (18), anti-entrapment additives (19), fuel tank (13), high-pressure pump (radial pump with torque-controlled drive) (14), return line from the servo - operation of the injector (15), supply line to the high pressure pump (16), low pressure fuel pump (17), admixture - pump for flash point lowering additives (11), flash point lowering additives (12) shown.
Der Kreislauf des Brennstoffes im Hochdruckbereich erfolgt nach Anspeisung durch die Niederdruckpumpe (17) und gelangt über die Hochdruckpumpe (15) zur Anspeisung des Injektors (3) zum Injektor. Dort wird der Düsenkörper und der Servo Bedienteil mit Brennstoff versorgt. Die Rückleitung aus der Brennstoffmenge die für die Bedienung des Servos notwendig ist wird über die Leckölleitung (15) in den Niederdruckbereich zurückgeführt. Eine Beimengung durch die Pumpe 18 von Flammpunkt senkenden Zusatzstoffen (19), wie auch die Reinigung des Brennstoffes mittels Hochdruckfilter (20) und die wahlweise Beimischung mit der Pumpe (11) von Additiven (12) gegen das Verflocken sind gezeigt. Stand der Technik zeigt den Zweikreis InjektorThe circulation of the fuel in the high-pressure region takes place after being fed by the low-pressure pump (17) and passes via the high-pressure pump (15) for feeding the injector (3) to the injector. There, the nozzle body and the servo control panel are supplied with fuel. The return from the amount of fuel necessary for the operation of the servo is returned via the drain line (15) in the low pressure range. An admixture by the pump 18 of flash point lowering additives (19), as well as the cleaning of the fuel by means of high pressure filter (20) and the optional admixture with the pump (11) of additives (12) against the entangling are shown. The prior art shows the two-circuit injector
Figur 3 zeigt den Injektor mit Vorwärmung für Treib bzw. Brennstoff Figur 4 zeigt den Einsatz des Injektors im Zylinderkopf mit Strahlplatte Figur 5 zeigt den Einsatz im AbgasstromFigure 3 shows the injector with preheating for fuel or fuel Figure 4 shows the use of the injector in the cylinder head with radiant panel Figure 5 shows the use in the exhaust stream
Figur 6 zeigt den Injektor mit Strahlplatte im Brennraum eines Heizkessels Figur 7 zeigt den Injektor mit Wärmeleitung aus dem BrennraumFigure 6 shows the injector with radiant panel in the combustion chamber of a boiler Figure 7 shows the injector with heat conduction from the combustion chamber
Für den Stand der Technik aus WO0151267 eine Zweikreisdüse bestehend ausFor the prior art from WO0151267 a two-circuit nozzle consisting of
Leckölleitung Servo (21), Servo Steuerung (22), Hochdruckanspeisung (23), Injektor (24), Leckölleitung Steuernadel (25), Steuemadel (26), Leckölleitung Düsennadel (27), Düsennadel (28), Zuleitung Treib- bzw. Brennstoff (29), Düsenkörper (30), Einspritzöffnung(en) (31), wobei der ein Kreislauf das Einspritzmedium betrifft und der zweite Kreislauf die Servo Betätigung versorgt.Leak oil line servo (21), servo control (22), high-pressure feed (23), injector (24), drain line (25), control needle (26), drain line (25), nozzle needle (28), fuel or fuel supply line (29), nozzle body (30), injection port (s) (31), one of which concerns the injection medium and the second circuit supplies the servo operation.
Figur 3 zeigt die Zweikreisdüse in erweiterter FunktionFIG. 3 shows the dual-circuit nozzle in an extended function
Die vorliegende Einrichtung erweitert die Funktion um die Erwärmung des Injektors in den beiden Kreisläufen. Der Bereich Servo (32) soll einen möglichst unerhitzten Arbeitsbereich darstellen Der mittlere Bereich (33) besteht aus der Wärmeübergangszone. Der Einspritzbereich (34) besteht aus dem Düsenkörper und dem unteren Injektorbereich und wird intensiv erwärmt um in einem Durchgang durch den Injektor die Erwärmung des Treib- oder Brennstoffes zu erzielen. Dies betrifft den Wärmeübergang in den Bereichen (33) und (34). Mit 7 ist der Austritt des Lecköles beim Düsenkörper gezeigt. Bei diesen Temperaturen von 3000C und Druck über 40 Mpa wird zwischen Düsennadel und Düsenkörper heißer Treib- bzw. Brennstoff austreten. Vorteilhaft soll dieser in den Brennraum geführt werden und nicht zurück in den Hochdruckkreislauf gelangen. Aus diesem Grund kommt es auch zu einer Abdichtung im mittleren Bereich (33).The present device extends the function by heating the injector in the two circuits. The area Servo (32) should be as unheated work area as possible The middle area (33) consists of the heat transfer zone. The injection area (34) consists of the nozzle body and the lower injector area and is heated intensively in order to achieve heating of the fuel or fuel in one pass through the injector. This concerns the heat transfer in the areas (33) and (34). 7 shows the leakage of the leak oil at the nozzle body. At these temperatures of 300 0 C and pressure above 40 Mpa hot fuel will escape between the nozzle needle and the nozzle body. Advantageously, this should be performed in the combustion chamber and not return to the high pressure circuit. For this reason, there is also a seal in the middle region (33).
Die Leckölmenge aus zwischen Betätigungsnadel und Servo Zylinder wird mittels Dichtung gegen den Austritt in den Brennraum abgedichtet und in den Niederdruckbereich zurückgeführt (25). Von dort gelangt es in die Leckölleitung des Servos (21) Figur 4 zeigt die Beheizung des Injektors (24) an Hand eines Beispieles am Zylinderkopf (36). Der Düsenkörper (31) wird formschlüssig in die Strahlplatte (39) eingepresst um einen guten Wärmeübergang zu erzielen. Die Strahlplatte liegt zwischen Einlass- (37) und Auslassventil (38) und ist vorteilhaft gegenüber dem Zylinderkopf isoliert. Die Strahlung aus dem Brennraum erwärmt die StrahlplatteThe amount of leakage oil between the actuating needle and the servo cylinder is sealed by means of a seal against the exit into the combustion chamber and returned to the low-pressure region (25). From there it gets into the drain line of the servo (21) FIG. 4 shows the heating of the injector (24) by means of an example on the cylinder head (36). The nozzle body (31) is positively pressed into the radiant plate (39) in order to achieve a good heat transfer. The radiant plate is located between inlet (37) and outlet (38) and is advantageously isolated from the cylinder head. The radiation from the combustion chamber heats the radiant panel
Die Figur 5 zeigt ein Beispiel an Hand der Beheizung des lnjektors(24) im Düsenkörperbereich (30) im Auslasskanal (40). Vorteilhaft wird die Anbringung von Wärmeübertragungsrippen am Düsenkörper (30) sein.FIG. 5 shows an example based on the heating of the injector (24) in the nozzle body region (30) in the outlet channel (40). The attachment of heat transfer ribs to the nozzle body (30) will be advantageous.
Die Figur 6 zeigt die Erwärmung des Injektors (24) im Bereich des Düsenkörpers (30) mittels Strahlplatte (39) im Brennraum eine Verbrennungsanlage. Der Wärmeübergang erfolgt durch Strahlung aus dem Brennraum auf die Strahlplatte (39) und von dort auf den Düsenkörper 30) des Injektors (24).FIG. 6 shows the heating of the injector (24) in the region of the nozzle body (30) by means of a jet plate (39) in the combustion chamber of an incinerator. The heat transfer takes place by radiation from the combustion chamber to the radiant plate (39) and from there to the nozzle body 30) of the injector (24).
Die Figur 7 zeigt die Erwärmung mittels Wärmetauschers (41) der über eine Zuleitung von Heißluft aus dem Brennraum gespeist wird. Der Wärmeübergang (42) erfolgt vorteilhaft über Wärmeübertragungsrippen auf den Düsenkörper (30). Falls notwendig wird bei hohem Wärmebedarf der Mittelteil des Injektors zur Wärmeübertragung (42) mit eingebunden. FIG. 7 shows the heating by means of a heat exchanger (41) which is fed from the combustion chamber via a supply line of hot air. The heat transfer (42) takes place advantageously via heat transfer ribs on the nozzle body (30). If necessary, the middle part of the injector for heat transfer (42) is involved with high heat demand.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Umstellung einer Heizanlage von Heizöl extraleicht auf erneuerbare flüssige Brennstoffe wie zum Beispiel gereinigtes Rohglycerin, wobei; der Brenner auf pulsierenden Injektor umgestellt wird, die Brennkammer wird mit einer Verdampferkammer aus Sintermaterial oder Fasermetall ausgestattet wird, der Brenner durch Kontaktwärme aus der Verdampferkammer gewärmt wird, der Brenner über Computer auf Teillast und Anfahrbetrieb geschaltet wird, der Kamin auf Kamin mit konzentrischem Abgasrohr inklusive Wasserabscheidung und Reinigungsfilter umgestellt wird, der Tank wahlweise mit Schutzgasfüllung versehen wird.A method of converting a heating system of heating oil extra light to renewable liquid fuels such as purified crude glycerine, wherein; the burner is switched to pulsating injector, the combustion chamber is equipped with an evaporator chamber made of sintered material or fiber metal, the burner is heated by contact heat from the evaporator chamber, the burner is switched by computer to partial load and start-up, the fireplace on fireplace with concentric exhaust pipe included Water separation and cleaning filter is changed, the tank is optionally provided with protective gas filling.
2) Verbrennungsanlage zum Verbrennen mindestens einen schwer entflammbaren flüssigen Brennstoffen z.B. GLYZERIN für derzeit verwendete Heizsysteme im Leistungsbereich beispielsweise von 10 bis 100kW bestehend aus: einer Brenneranlage mit einer Hochdruck Einspritzvorrichtung, welche den schwer entflammbaren Brennstoff, wenn notwendig über den Flammpunkt erhitzt wahlweise einer Wlehrkomponenten Mischanlage zur Zumischung von Flammpunkt senkenden Zusatzstoffen wie z.B.: Methanol, flüssiger Seife, einer im Brennstoff Kreislauf eingefügten Molekular-Filteranlage zur Reinigung des Brennstoff von gebundenen Ionen wie beispielsweise KOH oder NaOH aus der Umesterung, wahlweise aus einer Beimischungsanlage für Additiven gegen das Verflocken beispielsweise Phenolmonomethylether oder Topanol bei Bioölen2) Combustion system for burning at least one flame retardant liquid fuel eg GLYCERIN for currently used heating systems in the power range, for example from 10 to 100kW consisting of: a burner system with a high pressure injector which heats the flame retardant fuel, if necessary via the flash point optionally a heat component Mixing plant for admixing flash point-lowering additives such as: methanol, liquid soap, a molecular filter system inserted in the fuel circuit for purifying the fuel of bound ions such as KOH or NaOH from the transesterification, optionally from an admixing system for additives against flocculation, for example phenol monomethyl ether or topanol in bio oils
Verbrennungsluftzuführung in zwei koaxial liegenden Rohren mit Einrichtungen zur gegenseitig wirkenden Dralleinrichtungen.Combustion air supply in two coaxial tubes with means for mutually acting swirl devices.
3) Verfahren zum Verbrennen von schwer entflammbaren flüssigen Brennstoffen z.B. GLYZERIN, dadurch gekennzeichnet, dass mittels beheizter Hochdruck Einspritzvorrichtung der Brennstoff über den Flammpunkt erhitzt wird und in den Brennraum mittels pulsierenden Injektor oder Proportionalventil in den Brennraum eingespritzt und entzündet wird. 4) Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck zur Temperierung des schwer entflammbaren Brennstoffes so gewählt wird, dass eine Dampfbildung im Hochdrucksystem nicht möglich wird.3) A method for burning of flame-retardant liquid fuels such as GLYCERIN, characterized in that by means of heated high-pressure injector, the fuel is heated above the flash point and injected into the combustion chamber by means of a pulsating injector or proportional valve in the combustion chamber and ignited. 4) Method according to claim 3, characterized in that the high pressure for temperature control of the flame retardant fuel is chosen so that a vapor formation in the high pressure system is not possible.
5 5) Verfahren zur Abscheidung von gebundenen Ionen wie beispielsweise KOH, NaOH, und Wasser aus den schwer entflammbaren Brennstoffen dadurch gekennzeichnet, das der Brennstoff im Hochdruckteil bei ca. mehr als 40 Mpa über einen Molekular Mikrofilter geleitet wird und schädliche Stoffe des Brennstoffes aus dem Kreislauf gepresst werden.5 5) A method for the separation of bound ions such as KOH, NaOH, and water from the flame retardant fuels characterized in that the fuel in the high pressure part at about more than 40 Mpa is passed through a molecular microfilter and harmful substances of the fuel from the Be pressed cycle.
o 6) Verfahren zur Beimengung von mindestens einem Additive in den Brennstoffkreislauf, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Hochdruck Einspritzanlage mittels drehzahlgeregelter Membranpumpen anteilig zum Brennstoff Flammpunkt senkende Zusatzstoffe beigemengt werden und im Umwälzverfahren im Hochdruckkreislauf verteilt wird.o 6) method for adding at least one additive in the fuel cycle, characterized in that before the high pressure injection system by means of variable speed diaphragm pumps proportional to the fuel flash point lowering additives are added and distributed in the circulation process in the high pressure circuit.
5 7) Verfahren zur Verbrennungsluftzuführung in zwei koaxial liegenden Rohren, dadurch gekennzeichnet, dass diese mit Einrichtungen zur Drallbildung versehen sind, die eine gegenseitig wirkenden Drall auf die Verbrennungsluft ausübt.5 7) method for combustion air supply in two coaxial tubes, characterized in that they are provided with means for swirling, which exerts a mutually acting swirl on the combustion air.
8) Einspritzanlage zur Verwendung nach Anspruch 2, bestehend aus mindestens einer o Niederdruckspeisepumpe, Radialkolbenpumpe, pulsierender Injektor mit Vorwärmung und8) injection system for use according to claim 2, consisting of at least one o low-pressure feed pump, radial piston pump, pulsating injector with preheating and
Steuerung dadurch gekennzeichnet, dass die Radialkolbenpumpe mit einem drehmomentgeregelten Getriebemotor gekuppelt ist.Control characterized in that the radial piston pump is coupled to a torque-controlled geared motor.
9) Injektor zur Verwendung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor am 5 Düsenkörper wahlweise mittels Wärmetauscher oder elektrischer Heizschleife beheizt wird .9) injector for use according to claim 2, characterized in that the injector is heated at 5 nozzle body optionally by means of a heat exchanger or electrical heating loop.
10) Injektor zur Verwendung nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass der hydroelektrische Servoteil mittels Wärmetauscher beispielsweise gekühlt wird.10) injector for use according to claim 2, characterized in that the hydroelectric servo part is cooled by means of a heat exchanger, for example.
0 11) Hochdruck Molekular Filteranlage zur Verwendung nach Anspruch 2 bestehend aus einem Filterrohr mit Hochdruck Innenkammer und Niederdruckaussenkammer dadurch gekennzeichnet, dass das Filterrohr in den Hochdruckkreislauf mittels Einlauf und Auslauf eingebunden ist und das Filterrohr aus gesintertem Keramik mit Porengröße von 3 bis 4 Angström besteht und das Filterrohr mit einer Stützkonstruktion versehen ist, die einem 5 Innendruck bis zu 140 MPa standhält . 12) Verbrennungsluftzuführung zur Verwendung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zwei koaxial liegenden Rohren eine Einrichtungen zur Drallbildung der Verbrennungsluft mit gegenseitig wirkenden Drall vorgesehen ist, deren Zuführungseinrichtung derart ausgebildet ist, dass diese zwei Luftwirbel im Bereich der Einspritzung des Brennstoffes aufeinander treffen.0 11) high-pressure molecular filter system for use according to claim 2 consisting of a filter tube with high pressure inner chamber and low pressure Aussenkammer characterized in that the filter tube is integrated into the high-pressure circuit by means of inlet and outlet and the filter tube made of sintered ceramic with pore size of 3 to 4 Angstrom and the filter tube is provided with a support structure which withstands an internal pressure of up to 140 MPa. 12) combustion air supply for use according to claim 2, characterized in that in two coaxial tubes means for swirling the combustion air is provided with mutually acting swirl, the supply means is designed such that these two air turbulence meet in the field of injection of the fuel.
13) Vorrichtung zum Erwärmen eines Injektors der Treib- oder Brennstoff in eine Brennkammer bzw. Zusatzstoffe in Reaktorkammern einspritzt, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper erwärmt wird und diese Wärme auf den Treib- Zusatz- bzw. Brennstoff übertragen wird.13) device for heating an injector of the fuel or fuel injected into a combustion chamber or additives in reactor chambers, characterized in that the nozzle body is heated and this heat is transferred to the blowing additive or fuel.
14) Vorrichtung zum Erwärmen eines Injektors nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper mit einer Wärmeübertragungsplatte mit gutem Wärmekontakt verbunden ist und die Wärmeübertragungsplatte in den Brennraum mit der Fläche nahezu quer zum Flammzentrum gerichtet ist und diese Wärmeplatte gegenüber der Wand des Brennraumes isoliert ausgeführt ist um eine Wärmeleitung an die Wand zu minimieren, damit Strahlungs- und Koπvektionswärme dem Düsenkörper zugeführt wird, und der Düsenkörper im Inneren eine blanke vorteilhaft durch keilwellenförmige Ausbildung vergrößerte Oberflache aufweist damit die zugeführte Wärme auf den Treib- bzw. Brennstoff übertragen wird.14) An apparatus for heating an injector according to claim 13, characterized in that the nozzle body is connected to a heat transfer plate with good thermal contact and the heat transfer plate is directed into the combustion chamber with the surface almost transverse to the flame center and this heat plate against the wall of the combustion chamber isolated is to minimize heat conduction to the wall, so that radiant and Koπvektionswärme the nozzle body is supplied, and the nozzle body inside a bare advantageous by wedge-shaped training enlarged surface so that the supplied heat is transferred to the fuel.
15) Vorrichtung zum Erwärmen eines Injektors nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper in die Abgasleitung eines Verbrennungskraftmotors hineinragt und vorteilhaft mit zusätzlichen Wärmeübertragungsflächen ausgestattet ist, damit Strahlungs- und Konvektionswärme dem Düsenkörper zugeführt wird, und der Düsenkörper im Inneren eine blanke vorteilhaft durch keilwellenförmige Ausbildung vergrößerte Oberflache aufweist damit die zugeführte Wärme auf den Treib- bzw. Brennstoff übertragen wird.15) An apparatus for heating an injector according to claim 13, characterized in that the nozzle body protrudes into the exhaust pipe of an internal combustion engine and is advantageously equipped with additional heat transfer surfaces, so that radiation and convection heat is supplied to the nozzle body, and the nozzle body inside a bare advantageous by wedge-shaped training has enlarged surface so that the supplied heat is transferred to the fuel or fuel.
16) Vorrichtung zum Erwärmen eines Injektors nach Anspruch 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenkörper damit Strahlungs- und Konvektionswärme dem16) Apparatus for heating an injector according to claim 13 to 15, characterized in that the nozzle body so that radiation and convection heat the
Düsenkörper zugeführt wird, und der Düsenkörper im Inneren eine blanke vorteilhaft durch keilwellenförmige Ausbildung vergrößerte Oberflache aufweist damit die zugeführte Wärme auf den Treib- bzw. Brennstoff übertragen wird.Nozzle body is supplied, and the nozzle body in the interior has a bare advantageous by wedge-shaped training enlarged surface so that the supplied heat is transferred to the fuel.
17) Vorrichtung zum Erwärmen eines Injektors nach Anspruch 13 bis 16 dadurch gekennzeichnet, dass die Düsennadel beim Übergang an den Dichtsitz eine Dichtung aufweist die den erwärmten Treib bzw. Brennstoff vom zufließenden trennt damit durch den Dichtsitz nur kühler Treib- bzw. Brennstoff als Lecköl austritt.17) Apparatus for heating an injector according to claim 13 to 16, characterized in that the nozzle needle at the transition to the sealing seat a seal has the heated fuel or fuel separates from the inflowing thus exits through the sealing seat only cooler fuel or fuel as leakage oil.
18) Vorrichtung zum Abkühlen eines Injektors nach Anspruch 13 bis16 dadurch gekennzeichnet, dass die der Injektor oberhalb des Düsenkörpers mittels Frischluftgebläse versehen ist und der Injektor in diesem Bereich kühl gehalten wird um eine Erwärmung des Servoteiles und der Leckölleitung zu verhindern.18) Apparatus for cooling an injector according to claim 13 to16, characterized in that the injector is provided above the nozzle body by means of fresh air blower and the injector is kept cool in this area to prevent heating of the servo part and the leak oil line.
19) Verfahren zur Anhebung der Gemischtemperatur von Verbrennungsluft und Treib- bzw. Brennstoff dadurch gekennzeichnet, dass der Injektor im Bereich des Düsenkörpers zusätzlich erwärmt wird und diese Wärme mittels vergrößerter Oberfläche im inneren des Düsenkörpers dem Treib- bzw. Brennstoff zugeführt wird, um für schwer entflammbare Treibbzw. Brennstoffe den Flammpunkt zu überschreiten und eine Entzündung vereinfacht wird und die Verbrennung vollständig abläuft.19) Method for increasing the mixture temperature of combustion air and fuel or fuel characterized in that the injector is additionally heated in the region of the nozzle body and this heat is supplied by means of enlarged surface in the interior of the nozzle body to the fuel or fuel to heavy flammable Treibbzw. Fuels to exceed the flash point and an ignition is simplified and the combustion is complete.
20) Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstoff bzw. Brennstoff im Injektor in der Form gelenkt wird, dass heißer Treib- oder Brennstoff mittels Maßnahmen von den Leckölstellen abgehalten wird insbesondere beim Dichtsitz der Düsennadel durch Dichtung im Eintrittsbereich nahe dem Dichtsitz bzw. der Injektorkörper im Servo Bereich durch Kühlung eine unerwünschte Erwärmung des Lecköls in diesem Bereich vermeidet 20) A method according to claim 19, characterized in that the fuel or fuel is directed in the injector in the form that hot fuel or fuel is prevented by means of measures from the leak oil points in particular at the sealing seat of the nozzle needle by sealing in the inlet region near the sealing seat or the injector body in the servo area avoids undesired heating of the leaked oil in this area by cooling
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