CH661973A5

CH661973A5 - Verfahren zum versorgen einer brennzone mit ionisiertem katalytisch wirkendem dampf und einrichtung zur durchfuehrung des verfahrens.

Info

Publication number: CH661973A5
Application number: CH6507/82A
Authority: CH
Inventors: Fred Albert Jun Wentworth
Original assignee: Wentworth Fred Albert Jr
Priority date: 1981-11-09
Filing date: 1982-11-09
Publication date: 1987-08-31
Also published as: BR8206458A; NO823708L; ES8403600A1; ZA827963B; US4410467A; CA1193576A; PT75789A; SE8206318L; PT75789B; GB2110563A; IT8268306A1; IT1156547B; ATA408482A; AR229480A1; IT8268306A0; AT396976B; NL8204313A; JPH0246849B2; SE8206318D0; AU9023282A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Versorgen einer Brennzone mit ionisiertem katalytisch wirkendem Dampf und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Es ist schon längst bekannt,dass die Anwesenheit geringer Mengen von Wasser einen katalytischen Effekt auf den Brennvorgang ausübt; es wird diesbezüglich z.B. auf Seite 1501 des Van Nostrand's Scientific Encyclopedia verwiesen. In den letzten zehn Jahren wurden bedeutsame Fortschritte gemacht hinsichtlich Ausbildung von Öfen oder an Verbrennungsmotoren angeschlossenen Generatoren von Dampf in Blasenform. Es kann diesbezüglich unter anderem auf die US-PS Nrn. 3 862 819 und 4016 837 hingewiesen werden. Es ist jedoch nie herausgefunden worden, durch welchen Wirkmechanismus die Verbrennung durch Wasserdampf gefördert wird. Die Verbrennung stellt einen extrem komplexen chemischen Prozess dar. Es ist auch noch nicht völlig abgeklärt, wieso das Erzeugen von Dampf mit Einperlen von Luft bessere Resultate ergibt als andere Vorgehensweisen.

Zum besseren Verstehen der Art und Weise wie sich die physikalischen Vorgänge abspielen, haben sich der Anmelder und seine Lizenznehmer jahrelang wissenschaftlich beschäftigt. Die Untersuchungen ergaben keine volle Antwort auf den katalytischen Wirkmechanismus von Wasser beim Brennvorgang. Es hat sich aber gezeigt, dass Dampfgeneratoren (bzw. solche mit eingeperlter Luft) die Tendenz haben, negative Ionen zu erzeugen. Es hat sich des weiteren gezeigt, dass diese negativen Ionen in Beziehung stehen mit dem Grad der bewirkten Steigerung bzw. Förderung der Verbrennung. Es musste dann herausgefunden werden, wie die Herstellung von negativen Ionen im Dampferzeugungsapparat auf ein Maximum gesteigert und stabilisiert werden kann.

Dem Erfinder lag somit die Aufgabe zugrunde, sowohl ein Verfahren wie auch eine Einrichtung zu finden, mit denen ionenreicher Dampf erzeugt werden kann.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch das Verfahren und die Einrichtung erreicht, die in den Patentansprüchen 1, bzw. 3, definiert sind.

Inbezug auf weitere Ausbildungen des erfindungsge-mässen Verfahrens und der Einrichtung zur Durchführung desselben wird auf die abhängigen Ansprüche hingewiesen.

Die Erfindung wird nachfolgend auch unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beispielsweise erläutert.

In der Zeichnung ist die einzige Figur eine schematische Darstellung der Einrichtung.

Der erfindungsgemässe Generator perlt Gas, meistens Umgebungsluft, durch Flüssigkeit 11, die in einem Behälter

10 enthalten ist. Dieser Behälter kann aus einem Kunststoff wie z.B. Polyvinylchlorid geformt sein. Er ist mit der Flüssigkeit 11 teilweise gefüllt, bei der es sich um eine dielektrische Flüssigkeit handelt, welche Wasser enthält. Diese Flüssigkeit

11 kann entionisiertes oder destilliertes Wasser sein. Diesem Wasser können verschiedene Zusatzstoffe beigegeben werden zum Herabsetzen des Gefrierpunktes oder zum Verbessern des katalytischen Effektes. Eine nicht mischbare, obenauf schwimmende Lage von dielektrischer Flüssigkeit mit niedrigem oder sogar vernachlässigbar geringem Verdampfungsvermögen ist benützt worden als Steuerlage zum Vermindern des turbulenten Aufspritzens und zum Steuern der pro Zeiteinheit den Behälter 10 verlassenden Wassermenge. Solche obenauf schwimmende Flüssigkeiten sollen ein minimales Schäumvermögen haben; es eignen sich als solche gewisse auf dem Markt erhältliche synthetische Öle.

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Weder die obenauf schwimmende Lage noch deren besondere Zusammensetzung sind für die korrekte Durchführbarkeit der Erfindung von Bedeutung und die Lage ist in der Zeichnung nicht einmal dargestellt. Salze, alkalische oder saure, in der Flüssigkeit 11 reduzieren die Ionenerzeugung, die scheinbar auf das Zurverfügungstehen von überschüssigen beweglichen Ladungen zurückzuführen ist.

Weder die Grösse des Behälters 10 noch die Tiefe der Flüssigkeit 11 sind von ausschlaggebender Bedeutung. Der Behälter 10 hat mindestens einen Gas- bzw. Lufteinlass 12 und mindestens einen Gas- bzw. Luftauslass 14. Der Gasein-lass 12 kann an den Behälter 10 entweder oberhalb oder unterhalb dem Flüssigkeitsspiegel 15 angeschlossen sein.

Falls der Einlass 12 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 15 angeschlossen ist, wie dargestellt, so muss die Leitung 16 sich innerhalb des Behälters vom Anschluss 12 ausgehend bis unter den Flüssigkeitsspiegel erstrecken, damit sich eine Blasenbildung, d.h. ein Einperlen von Gas bzw. Luft, ergibt. Die Leitung 16 ist ausserhalb des Behälters mit einer Quelle von geeignetem Gas, vorzugsweise ein Satz von umgebender Luft, verbunden.

Wenn die Leitung 16 mit umgebender Luft verbunden ist, so soll sie vorzugsweise die Luft durch ein Filter 17 hindurch aufnehmen, besonders wenn die Luft aus einer verseuchten staubigen Atmosphäre stammt. Ein Filter, das Staubteile mit einer Teilchengrösse von mindestens 90 Mikron zurückhält, hat sich als zufriedenstellend erwiesen. Falls das Filter gröber ist besteht die Gefahr, dass die Flüssigkeit erst ihre dielektrische Eigenschaft verliert und ersetzt werden muss. Falls das Filter 17 viel feiner ist, so wird die Erzeugung von negativen Ionen meistens verringert. Ob dies auf gewisse Eigenschaften des Filters zurückzuführen ist oder ob gewisse Kleinstpartikeln in der Normalatmosphäre für den Betrieb der Einrichtung sich günstig auswirken ist nicht bekannt.

Ein Ventil 13 ist in der Einlassleitung 16 eingesetzt entweder vor oder hinter dem Filter 17; es bildet eine einstellbare Drossel, mit welcher die Blasenbildungsrate gesteuert werden kann.

Eine Quelle von Druck könnte an die Leitung 16 angeschlossen sein zwecks Begünstigung der Blasenbildung bzw. des Einperlens. Jedoch ist, wie nachher noch erläutert wird, eine Druckquelle aus der Auslassleitung 14 vorzuziehen.

Die Auslassleitung 14,20,21 ist mittels dem Behälter 10 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 15 angeschlossen und sie ist ferner mit der Verbrennungsvorrichtung 18 verbunden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel, das dargestellt ist, ist eine Druckquelle, z.B. eine Pumpe 22 zwischen die Leitungsabschnitte 20 und 21 eingeschaltet.

Ein zweiter Gaseinlass 23 befindet sich am Behälter 10 oberhalb des Flüssigkeitsspiegels 15 und dient zum Steuern des Gasdurchflussvolumens durch den Leitungsabschnitt 21 zur Verbrennungseinrichtung. Dieser zweite Einlass ist durch die Leitung 24 und das Ventil 25 mit einer Quelle von Gas, z.B. von Umgebungsluft, verbunden, bei 26, wobei auch hier wieder vorzugsweise ein Luftfilter 27 vorgesehen ist. Dieser zweite Gaseinlass 23 bildet eine Umgehung der Flüssigkeit 11 und reduziert dadurch die Menge von Gas, welche durch die Flüssigkeit 11 strömt, nachdem sie bei 12 in den Behälter eingetreten ist, um danach in die Flüssigkeit einzu-perlen.

Die durch die Leitung 21 zur Vorrichtung 18 fliessende Gasmenge wird durch eine Rückführleitung 28 gesteuert, die an 21 durch ein T-Verbindungsstück 30 verbunden ist und das Ventil 25, den Einlass 26 und die Leitung 28 miteinander verbindet. Mit dieser Anordnung ist ein weiteres Ventil 31 vorgesehen zwischen 26 und 30, wobei es sich um ein einstellbares Ventil handeln kann oder um ein nicht einstellbares Einwegventil, welches nur den Einlass gestattet. Dieses

Ventil 31 wird benützt zum Drosseln des Ausflusses aus der Pumpe 22 durch den Einlass 26. Obwohl im Normalfall ein Sog entsteht beim Einlass 26, kann sich dies ändern in gewissen Betriebsbedingungen und hier kompensiert das Einwegventil 31 allfällige Druckänderungen.

Die Verbindung der Leitung 21 mit der Brenneinrichtung 18 kann in mannigfaltiger Weise hergestellt werden. Falls die Vorrichtung 18 ein Gebläse hat für die Verdichtung der Brennluft, so kann die Leitung 21 an den Einlass eines solchen Gebläses angeschlossen sein. Ausserdem kann die Leitung 21 durch ein Rohr an eine Niederdruckstelle angeschlossen sein, die sich in der Nähe der Brennzone innerhalb der Vorrichtung 18 befindet. Eine solche Niederdruckstelle ist definiert als Stelle zunächst bei der Brennflamme, wo Luft bei Umgebungsdruck in die Flamme hineingesaugt wird.

In Brennvorrichtungen, die stark variierende Befeuerungsraten aufweisen, zwischen denen sie von Zeit zu Zeit umgeschaltet wird, ist es vorteilhaft, die Leitung 21 durch ein Puffer 35 hindurch mit der Brennvorrichtung zu verbinden. Ein geeignetes Puffer 35 besteht aus einer Kammer mit Einlassverbindung zur Leitung 21, einem Einlass aus der Umgebungsatmosphäre und einem Auslass zur Vorrichtung 18. Der Zweck des Puffers 35 besteht in der Verminderung der Turbulenz im Generator von ionisiertem Dampf, welche Turbulenz leicht verursacht werden kann bei erheblichem Anstiegen im Sog aus der Vorrichtung 18.

Man wird nun verstehen, dass ein erfindungsgemässer Generator von ionisiertem Dampf empfindlich reagiert auf eine Anzahl von Randbedingungen. Falls beispielsweise die Umgebungsluft eine Nettopositivladung trägt, die verursacht sein mag durch Ionisation von naheliegenden elektrischen Motoren, so kann es erforderlich sein, die Luft aus einer entfernten Stelle zu beziehen oder es muss die Ladung zuerst neutralisiert werden. Elektrisch leitende Komponenten im Dampferzeuger selbst müssen normalerweise gegen die Erde isoliert sein zur Verhinderung der Neutralisierung des Aufbaues von negativen Ionen. Hohe Geschwindigkeiten und andere Quellen von Turbulenz haben sich als auf den Aufbau von negativen Ionen äusserst ungünstig beeinflussend erwiesen. Deshalb soll der Strömungsweg vom Auslass 14 zur Verbrennungsvorrichtung 18 möglichst frei von Ventilen oder ähnlichen drosselnd wirkenden Vorrichtungen sein und sie sollte nicht länger sein als zwei Meter. Eine bevorzugte Ausbildung der Pumpe 22 ist eine solche mit einem Balg eher als mit einem beschaufelten Rotor, dies weil die Schaufeln an solchen Rotoren unerwünschte Turbulenz an den Schaufelrändern zum Erzeugen brachten.

Rohrleitungen und Durchlässe sind dimensioniert für geringe Strömungsgeschwindigkeiten und geringe Einperlraten beim für das ins Auge gefasste System vorliegenden Einflussbedarf. Ein weiterer Einfluss der festgestellt wurde ist scheinbar zurückzuführen auf elektrische Felder, die aufgebaut werden zwischen verschiedenen Teilen des Dampferzeugers. Um diese Erscheinung zu vermeiden soll vorzugsweise für die Leitungen ein Weg mit geringer elektrischer Impedanz vermieden werden und sollen an sich elektrisch isolierende Leitungsabschnitte elektrisch miteinander verbunden werden. Ein geeignetes Kunststoffleitungswerk ist ein solches bei dem Kohlenstoffstreifen in den Kunststoff eingeformt ist. Dies hat sich als besonders erwünscht erwiesen für die Leitungsabschnitte 20, 21, 24 und 28. Drähte 36 verbinden die Leitungen 20, 21 und 24 untereinander, wie in der Zeichnung dargestellt. Diese elektrisch leitenden Drähte können an die Leitungsabschnitte 20, 21 und 24 durch Klammern oder Briden aus rostfreiem Stahl oder durch andere geeignete Mittel verbunden werden, die einen guten Anschluss an die Kohlenstoffstreifen gewährleisten. Andere Drahtverbindungen sind vorzugsweise dort vorzu5

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sehen, wo der Niederimpedanzweg unterbrochen wird durch Kupplungsstücke, Anschlussstücke, Ventile oder dgl., die mindestens teilweise aus Kunststoff bestehen.

Ein Zahlenbeispiel der Ausführungsform, die für einen handelsüblichen Ofen verwendet wurde ist nachfolgend wiedergegeben.

Beispiel

Die Brennvorrichtung 18 bestand aus einem Dampfgene-rator, bei dem als Brennstoff Schweröl Nr. 2 verwendet wurde und zwar in einer Verbrauchsrate von 114 Liter pro Stunde.

Der Behälter 10 hatte einen Rauminhalt von 15 Liter und hatte eine 5 mm dicke Wandung aus Polyvinylchlorid.

Die Flüssigkeit 11 bestand aus 11,5 Liter destilliertem Wasser.

Die Leitungen 20,21 und 24 waren solche aus Kunststoff TYGON mit einem inneren Durchmesser von 10 mm und einem Aussendurchmesser von 13 mm und hatten einen eingegossenen elektrisch leitenden Streifen aus Kohlenstoff auf ihrer ganzen Länge.

Das Luftfilter 17 war ein solches zum Zurückhalten von Partikeln mit einer Partikelgrösse von 90 Mikron.

Die Pumpe 22 war eine Balgpumpe aus Gummi und Kunststoff und hatte ein Fördervermögen von 28 300 cm3 pro Stunde.

Die Verbindungen mit dem Einlass 23 waren wie in der Zeichnung ausgelegt, wobei aber das Ventil aus einem einstellbaren Zweiwegventil bestand. Der Draht 36 war ein gut leitender Kupferdraht, der durch leitende Briden mit den Leitungsabschnitten 20 und 21 verbunden war.

Die Verbindung mit der Brennvorrichtung bestand aus dem Verbindungsrohr 21, das zum Einlassgebläse zur Brennkammer bestand.

Betriebsweise

Die Luftdurchflussmenge wurde gemessen an der Verbindungsstelle zum Gebläse unter Verwendung eines kurzen Rohrabschnittes des gleichen Rohrmaterials wie jenes der Leitung 21. Die Durchflussmenge betrug 142 dm3 pro Stunde. Der Generator von ionisiertem Dampf wurde dann eingestellt ohne Verbindung, um einen austretenden Gas-fluss aus der Leitung 21 zu liefern, der ungefähr 142 dm3 pro Stunde betrug.

Der Erzeuger von ionisiertem Dampf wurde auch eingestellt beim Ventil 13 zum Durchlassen von Luft durch die Flüssigkeit 11 in einer Menge von ungefähr 5 dm3 pro 105505500 J (5 dm3 pro 100000 BTU). Bei einer Verbrennungsrate von 114 Liter pro Stunde ergab dies 150 dm3 pro Stunde. Die tatsächliche Einstellung wurde gemacht für eine Rate von ungefähr 140 dm3 pro Stunde, um sie etwas geringer zu halten als dem Gesamtauslass an der Leitung 21 entsprach. Dies liegt durchaus innerhalb der zugelassenen 20%-Toleranz. Wegen ihrer gegenseitigen Einflussnahme wurden die Ventile 13 und 25 zusammen eingestellt um die oben angegebenen richtigen Durchflüsse zu erhalten.

Danach wurde die Leitung 21 an den Einlass des Gebläses angeschlossen durch ein T-Verbindungsstück, wie schon oben erwähnt. Dieses T-Verbindungsstück bildete einen 2# Adapter, in den die Sonde eines Elektrometers des Typs Keithley 610C eingesetzt, erhielt die Ventile 13 und 25 gewisse Nacheinstellungen bis sich die maximale negative Spannung am Elektrometer ergab. Als Ergebnis stellte sich eine ungefähr 13%-ige Ersparnis an Brennstoff und eine Ver-25 minderung der Emissionen aus der Brennkammer ein.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist im wesentlichen das im vorigen Beispiel beschriebene. Die Variationen die eingeführt wurden durch auf die Spitze treiben der Elektrometerablesungen fallen im allgemeinen innerhalb einer Toleranz 30 von plus oder minus 20% der oben angegebenen Durchflussraten aus. Es sei aber noch darauf hingewiesen, dass die Grösse und die Anordnung der Anschlussstelle an die Verbrennungsvorrichtung so zu sein haben, dass die eingesogene Luft, die in den Dampferzeuger gelangt, mindestens 5 cm3 3s pro 105505505 J des Brennwertes pro Stunde verbrannten Brennstoffes beträgt.

Es liegt auf der Hand, dass sowohl an dem beschriebenen Verfahren wie auch an der beschriebenen Ausführung der zu seinem Betrieb vorgeschlagenen Einrichtung mannigfaltige Änderungen vorgenommen werden können, ohne dass man sich aus dem Rahmen der Erfindung hinausbegäbe.

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1 Blatt Zeichnungen

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PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Versorgen einer Brennzone mit ionisiertem katalytisch wirkendem Dampf, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) das teilweise Füllen eines geschlossenen, mit mindestens einer Einlassleitung und mit mindestens einer Auslassleitung verbundenen Behälters mit einer Wasser enthaltenden dielektrischen Flüssigkeit,

b) das Einperlen von einem Gas in diese Flüssigkeit mittels einer Pumpe, wobei das durch die Einlassleitung ankommende Gas, in einer bestimmten stündlichen Menge die besagte Flüssigkeit durchperlt und dann die Auslassleitung erreicht, wobei die bestimmte Menge 5000 cm3 plus oder minus 20% pro ca. 105000 J Brennstoffverbrauch pro Stunde in besagter Brennzone beträgt,

c) das Steuern dieses Einperlens durch einen einstellbaren, die Flüssigkeit umgehenden Gasweg zum Einlass der Pumpe,

d) das Beschaffen eines Einlassdurchganges zur Brennzone an einer Stelle und in solcher Weise, dass der normale Durchfluss des Gases durch diesen Einlassdurchgang mindestens so gross ist wie die oben erwähnte Menge,

e) das Verbinden der Auslassleitung mit dem Einlassdurchgang,

f) das Messen des Potentials des katalytisch wirkenden Dampfes mit einem Elektrometer, und g) das Einstellen des Gasweges für eine maximale negative Spannung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das in die Einlassleitung hineingelassene Gas Luft ist, welche filtriert wird zum Herausfiltrieren von Partikeln, deren Dimension grösser ist als 90 Mikron.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:

a) einen Behälter (10), der teilweise mit dielektrischer, Wasser enthaltenden Flüssigkeit (11) gefüllt ist,

b) eine erste Gaseinlassleitung ( 16), die in den Behälter (10) unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) einmündet,

c) eine Auslassleitung (20), die von einem Auslass (14) des Behälters (10) wegführt, der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) liegt,

d) eine Pumpe (22) mit einem Auslass und mit einem mit der Auslassleitung (20) verbundenen Einlass,

e) eine Druckleitung (21 ), die mit dem Auslass der Pumpe verbunden ist,

f) eine Rückflussleitung (28,30), welche die Druckleitung (21 ) mit einer Stelle verbindet, welche vor der Pumpe (22) aber nach dem Flüssigkeitsspiegel (15) im die Flüssigkeit umgehenden Gasweg liegt, so dass die Rückflussleitung einen Rückflussweg über die Pumpe (22) bildet,

g) eine zweite Gaseinlassleitung (24), die in den Behälter

( 10) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) einmündet (23), so dass diese zweite Gaseinlassleitung (24) eine Verminderung des Gasflusses durch die Flüssigkeit, ohne Änderung des Gasflusses, durch die Auslassleitung (20) erlaubt, und h) einen Puffer (35) in der Druckleitung (21 ) mit einem Auslass zur Versorgung der Brennzone mit dem ionisierten Dampf.
4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelle an der zweiten Gaseinlassleitung (24) liegt und dass diese zweite Gaseinlassleitung mit der Umgebungsluft durch ein Einwegeinlassventil verbunden ist.
5. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung eine Einlassverbindüng (26) mit der Umgebungsluft aufweist, welche Einlassverbindung ein Einwegeinlassventil (31) umfasst, und dass die Rückführleitung ein einstellbares Ventil (25) enthält, das zwischen der Stelle und dieser Einlassverbindung (26) liegt. (Figur).