AT396976B - Vorrichtung zur erzeugung eines mit dampf angereicherten gasstromes - Google Patents

Description

AT 396 976 B

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung eines mit Dampf angereicherten Gasstromes insbesondere für die Zufuhr zu einer Verbrennungszone, wobei ein mit einer dielektrischen Flüssigkeit unter Einschluß von Wasser teilweise gefüllter Behälter, der einen, vorzugsweise durch ein Ventil steuerbaren, unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mündenden ersten Gaseinlaß für das anzureichemde Gas und einen oberhalb des FlSssigkeitsspiegels angeordneten Gasauslaß für den angereicherten Gasstrom besitzt, mit einer oberhalb des Flüssigkeitsspiegels einen Unterdrück »zeugenden Pumpe verbunden ist, wobei das Gas aus dem Gaseinlaß in Gestalt von Blasen durch die Flüssigkeit hindurchtritt.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (CH-PS 625 871) ist die Pumpe dem Behälter vorgelagert und drückt oberhalb des Flüssigkeitsspiegels abgesaugtes angereichertes Gas, vermischt mit Frischgas durch den ersten Gaseinlaß in die dielektrische Flüssigkeit, während das angereicherte Gas unabhängig von dem von der Pumpe erzeugten Strömungskreislauf von einer Verbrennungseinrichtung über den Gasauslaß abgezogen wird. Derartige Vorrichtungen werden zur Erzeugung eines dampfförmigen Katalysators zum Beimischen zur Verbrennungsluft bei mit fossilem Brennstoff betriebenen Verbrennungseinrichtungen verwendet.

Es ist bekannt, daß die Anwesenheit geringer Wassermengen einen katalytischen Einfluß auf die Verbrennung hat

Seit vielen Jahren werden Dampfgeneratoren, bei denen der Dampf durch Blasenbildung erzeugt wird, bei Verbrennungskraftmaschinen wirksam eingesetzt. In den vergangenen 10 Jahren wurden bedeutende Verbesserungen bei Blasen-Dampfgeneratoren erzielt, die sowohl für Heizapparate als auch für Verbrennungskraftmaschinen geeignet sind. Der genaue Mechanismus, durch den das Wasser die Verbrennung fördert, ist bis heute noch nicht vollständig verstanden worden. Die Verbrennung ist ein außerordentlich komplexer chemischer Vorgang. Eine weitere Verständnisschwierigkeit besteht darin, daß der Blasenbildungsvorgang bei der Dampferzeugung in der Regel bessere Ergebnisse erbrachte als andere Verfahren, und zwar ebenfalls aus bisher unbekannten Gründen.

Zum besseren Verständnis des involvierten Steigerungsmechanismus wurden Forscher beschäftigt, um dies zu untersuchen. Obwohl diese Untersuchungen keine vollständige Antwort bezüglich des katalytischen Mechanismus von Wasser ergaben, zeigten sie, daß die auf Blasenbildung beruhenden Dampferzeuger dazu tendieren, negative Ionen zu erzeugen. Sie entdeckten auch, daß die negativen Ionen mit dem erreichten Ausmaß der Steigerung korrelieren.

Bei den bekannten Vorrichtungen zur Erzeugung eines dampfförmigen Katalysators wurde die Ionenerzeugung bisher nicht beachtet Darüberhinaus ist es bei den bekannten Vorrichtungen schwierig, negative Ionen zu erzeugen bzw. deren Erzeugung zu steuern. Jede Änderung in dem von der Pumpe erzeugten Strömungskreislauf führt zu Veränderungen in der Turbulenz und in der Blasenrate, wodurch wiederum die Erzeugung von Ionen bzw. deren elektrische Ladung beeinflußt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines mit Dampf angereicherten Gasstromes anzugeben, welche die Erzeugung negativer Ionen stabilisiert bzw. maximiert.

Dies wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Pumpe in der an den Gasauslaß angeschlossenen Abgabeleitung für den angereicherten Gasstrom angeordnet ist, welche zur Verringerung des die Flüssigkeit durchströmenden Gasflusses über eine die Pumpe umgehende Rückführleitung mit einem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordneten zweiten Gaseinlaß verbunden ist Diese Ausbildung erlaubt es, die Blasenrate für eine maximale Erzeugung von negativen Ionen einzustellen ohne andere Parameter wie Durchfluß und Turbulenz zu verändern. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht die Erzeugung eines mit Dampf und negativen Ionen angereicherten Gasstromes.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung sieht vor, daß in der Rückführleitung ein Ventil zur steuerbaren Verringerung des die Flüssigkeit durchströmenden Gasflusses bei gleichbleibendem Gasfluß durch den Gasauslaß vorgesehen ist. Diese Ausbildung erlaubt eine nachträgliche Verstellung der Blasenrate.

Weiters kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, daß die Abgabeleitung und die Rückführleitung über eine elektrische Leitung von geringem Widerstand miteinander verbunden sind. Dadurch wird der Aufbau von elektrischen Feldern zwischen den Gasleitungen unterbunden.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung kann der zweite Gaseinlaß zusätzlich über ein, nur in einer Richtung wirksames Einlaßventil und einen Einlaß mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen.

Weiters kann vor dem ersten Gaseinlaß erfindungsgemäß ein Filter angeordnet sein, das Teilchen größer als 90 Mikron abtrennL

Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besitzt einen Behälter (10), welcher eine Wasser enthaltende dielektrische Flüssigkeit (11) enthält. Ein erster Gaseinlaß (12) erstreckt sich in den Behälter (10) bis in die Flüssigkeit (11) und mündet unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) in die Flüssigkeit (11). Der Behälter besitzt weitere einen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) angeordneten zweiten Gaseinlaß (23) sowie einen ebenfalls oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordneten Gasauslaß (14). Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird das anzureichernde Gas üblicherweise Umgebungsluft, in Form von Blasen durch die Flüssigkeit (11) im Behälter (10) geleitet. Der Behälter (10) kann aus Kunststoff beispielsweise Polyvinylchlorid, hergestellt sein und ist mit der Wasser enthaltenden dielektrischen Flüssigkeit (11) nur -2-

AT396976B teilweise gefüllL Die Flüssigkeit (11) kann entionisiertes oder destilliertes Wasser sein. Zur Absenkung des Gefrierpunktes und zur Verbesserung des katalytischen Effektes können verschiedene Zusätze verwendet werden. Um turbulentes Spritzen im Behälter (10) zu verringern und um die aus dem Behälter (10) entnommene Wassermenge zu steuern, wird eine nicht mischbare, oben schwimmende Schicht einer 5 dielektrischen Flüssigkeit mit niedriger oder vemachlässigbarer Verdampfungsrate als Regelungsschicht verwendet Die verwendeten, oben schwimmenden Flüssigkeiten wurden für minimales Schäumen ausgewählt und es wurden einige der kommerziellen synthetischen Öle für geeignet befunden. Weder die oben schwimmende Schicht noch ihre spezifische Zusammensetzung sind für die Erfindung kritisch und die Schicht ist in der Zeichnung nicht dargestellt. Salze, Basen oder Säuren in der Flüssigkeit (11) reduzieren die 10 Ionenerzeugung infolge der auftretenden Verfügbarkeit von äußerst mobilen Ladungen.

Weder die Größe des Behälters (10) noch die Tiefe der Flüssigkeit (11) sind kritisch. Der erste Gaseinlaß (12) kann oberhalb oder unterhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) mit dem Behälter (10) verbunden sein. Ist der erste Gaseinlaß (12), wie dargestellt, mit dem Behälter (10) oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) verbunden, so ist er mit einer innerhalb des Behälters (10) sich bis unterhalb des Flüssigkeitsspiegels erstreckenden 15 Leitung (16) verbunden, um die Bildung von Blasen vorzusehen. Außerhalb des Behälters (10) ist der erste Gaseinlaß (12) mit einer geeigneten Gasquelle, vorzugsweise lediglich mit der Umgebungsluft verbunden.

Ist der erste Gaseinlaß (12) mit der Umgebungsluft verbunden, so wird es insbesondere in einer hochverunreinigten Atmosphäre bevorzugt, ein Luftfilter (17) mit dem ersten Gaseinlaß (12) zu verbinden. Als besonders günstig wurde ein Filter gefunden, welches Teilchen mit einer Größe größer als 90 |im ausfiltert. Ist 20 das Filter in verunreinigter Atmosphäre viel gröber, so verliert die Flüssigkeit (11) eventuell die erforderlichen dielektrischen Eigenschaften und muß ersetzt werden. Ist das Filter (17) viel feiner, so wurde die Erzeugung von negativen Ionen üblicherweise reduziert. Ob dies infolge von einigen Eigenschaften des Filters geschieht oder ob einige kleine Teilchen in der normalen Umgebungsluft den Vorgang verbessern, ist nicht bekannt. 25 In der zum ersten Gaseinlaß (12) führenden Leitung ist vor oder nach dem Filter (17) als ein Teil der Steuerung der Blasenrate ein Ventil (13) als einstellbare Einschmierung vorgesehen.

Zur Erzeugung der Blasenbildung kann eine Druckquelle am ersten Gaseinlaß (12) angeschlossen sein. Es wird jedoch aus nachstehend erläuterten Gründen bevorzugt die Druckquelle am Gasauslaß anzuschließen.

Der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) angeordnete Gasauslaß (14) ist über eine Abgabeleitung (20,21) 30 mit einer Verbrennungseinrichtung (18) verbunden. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform, ist die beispielsweise als Pumpe (22) ausgebildete Druckquelle in der Abgabeleitung (20,21) angeordnet, wobei der Leitungsabschnitt (20) den Gasauslaß (40) mit der Saugseite der Pumpe (22) verbindet, während der Leitungsabschnitt (21) die Druckseite der Pumpe (22) mit der Verbrennungseinrichtung (18) verbindet

Der oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) angeordnete zweite Gaseinlaß (23) dient zur Steuerung der durch 35 die Abgabeleitung (20, 21) zur Verbrennungsvorrichtung (18) strömenden Gasmenge. Der zweite Gaseinlaß (23) ist über eine Leitung (24) und ein Ventil (25) mit einer Gasquelle wie z. B. Umgebungsluft, am Lufteinlaß (26) verbunden. Am Lufteinlaß (26) kann ähnlich zum Luftfilter (17) ein Luftfilter (27) verwendet werden. Da das am zweiten Gaseinlaß (23) einströmende Gas die Flüssigkeit (11) umgeht, reduziert dieses die Menge des vom ersten Gaseinlaß (12) durch die Flüssigkeit (11) strömenden Gases und tritt auf diese Weise mit der 40 Blasenrate in Wechselwirkung.

Vorzugsweise wird die Menge des durch die Abgabeleitung (20, 21) zur Vorrichtung (18) strömenden Gases durch eine Rückführleitung (28) gesteuert, welche vom Leitungsabschnitt (21) zu einer T-Verbindung (30) führt, welche das Ventil (25), den Einlaß (26) und die Leitung (28) miteinander verbindet. In dieser Anordnung ist ein weiteres Ventil (31) zwischen dem Einlaß (26) und der T-Verbindung (30) geschaltet. 45 Obwohl das Ventil (31) ein einstellbares Ventil sein kann, wird ein fixes einseitiges Ventil bevorzugt, welches nur ein Einströmen erlaubt. Das Ventil (31) wird zur Begrenzung des Ausflusses von der Druckseite der Pumpe (22) durch den Einlaß (26) verwendet. Während normalerweise am Einlaß (26) eine Nettosaugwirkung auftritt, kann sich dies mit Veränderungen der Betriebsbedingungen ändern und die Verwendung eines einseitigen Ventiles (31) gleicht viele dieser Veränderungen aus. 50 Die Verbindung der Abgabeleitung (21) mit der Verbrennungsvonichtung (18) kann auf verschiedene Arten erfolgen. Wenn die Vorrichtung (18) ein Gebläse oder einen Kompressor zum Einsaugen der Verdrängungsluft auf weist, kann die Abgabeleitung (21) mit dem Einlaß eines solchen Gebläses oder Kompressors verbunden sein. Die Abgabeleitung (21) kann auch über ein Rohr mit einem Punkt niederen Drucks benachbart der Verbrennungszone der Vorrichtung (18) verbunden werden. Ein solcher Punkt niederen Drucks ist definiert als 55 ein Punkt nahe der Verbrennungsflamme, wo Luft bei Umgebungsdruck in die Ramme eingesogen wird.

Bei Verbrennungsvorrichtungen mit großen unterschiedlichen Feuerungsraten, zwischen welchen sie von Zeit zu Zeit geschaltet werden, wird es bevorzugt, die Abgabeleitung (21) mit der Vorrichtung (18) über einen Puffer (35) zu verbinden. Ein geeigneter Puffer (35) ist eine Kammer mit einer Einlaßverbindung zur Abgabeleitung (21), einem Einlaß von der umgebenden Atmosphäre und einem Auslaß zur Vorrichtung (18). 60 Der Zweck des Puffers (35) besteht darin, die Turbulenzen in der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu reduzieren, welche sonst durch ein wesentliches Ansteigen des Soges von der Vorrichtung (18) verursacht werden würden. -3-

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Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung sehr feinfühlig gegenüber einer Anzahl von Bedingungen. Zum Beispiel wenn die Umgebungsluft eine positive Gesamtladung trägt, wie sie durch Ionisation von nahen Elektromotoren verursacht werden kann, muß jegliche Luft von einer entfernten Stelle eingebracht werden oder die Ladung muß zuerst neutralisiert werden. Elektrisch leitende Teile in der Vorrichtung selbst müssen normalerweise gegenüber dem Boden isoliert sein, um eine Neutralisation der sich bildenden negativen Ionen zu verhindern. Hohe Geschwindigkeiten und andere Ursachen für Turbulenzen wurden als schädlich für das Bilden von negativen Ionen gefunden. Deshalb ist der Weg vom Gasauslaß (14) zur Verbrennungsvorrichtung (18), vorzugsweise frei von Ventilen, oder ähnlichen Einschnürvorrichtungen und ist vorzugsweise kürzer als 2 m. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Pumpe (22) ist eher eine Pumpe vom Blasbalgtyp als eine Laufschaufel. Laufschaufeln erzeugen unerwünschte Turbulenzen an den Schaufelkanten.

Leitungsgrößen und Öffnungen wurden für geringe Geschwindigkeiten und langsame Blasenraten bei den Fließbedingungen des speziellen Systems ausgewählt. Eine weitere Empfindlichkeit, die festgestellt wurde, ist offensichtlich eine Folge des zwischen unterschiedlichen Teilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sich ausbildenden elektrischen Feldern. Um dies zu vermeiden, werden vorzugsweise Rohre mit einem elektrischen Strömungsweg niedriger Impedanz und das Überbrücken elektrisch isolierender Teile, welche die Rohrlängen trennen, bevorzugt Eine geeignete Leitung ist eine Kunststoffrohrleitung, welche einen in den Kunststoff eingeformten Kohlestreifen enthält. Dies wurde insbesondere für die Leitungen (20, 21, 24) und (28), wünschenswert gefunden.

Die Abgäbeleitung (20, 21) und die Rückführleitung (24, 28) sind über eine elektrische Leitung (36) mit geringem Widerstand verbunden. Diese elektrische Leitung (36) kann ein elektrisch leitender Draht sein, der mit der Abgabeleitung (20, 21) bzw. der Rückführleitung (24, 28) durch Schlauchbinder aus rostfreiem Stahl oder durch andere, den Draht in die Kohlestreifen eindrückende Vorrichtungen verbunden sein. Weitere Drahtverbindungen werden vorzugsweise überall dort benützt, wo der Stromweg niedriger Impedanz durch Kunststoff-T-Stücke, Kupplungen, Ventile oder dgl. unterbrochen ist

Eine Ausführungsform der Erfindung, wie sie in der Praxis bei einem handelsüblichen Ofen verwendet werden kann, ist im folgenden Beispiel angegeben:

Beispiel:

Die Verbrennungsanlage (18) war eine Dampffeuerung, welche Heizöl Nr. 2 mit einer Rate von 114 1/h verbrannte. Der Behälter (10) hat ein Verfassungsvermögen von 15 1 und bestand aus 5 mm dickem Polyvinylchlorid. Die Eüssigkeit (11) war 11,5 1 destilliertes Wasser. Die Leitungen (20,21) und (24) waren Kunststoffrohre, verkauft unter der Markenbezeichnung TYGON und hatten einen Innendurchmesser γοη 10 mm, einen Außendurchmesser von 13 mm und enthielten einen leitenden Streifen aus Kohle entlang ihrer Länge. Das Luftfilter (17) war ein 90 pm-Filter. Die Pumpe (22) war eine Pumpe von Gummi-Blasbalg-Typ, vollständig aus Kunststoff und Gummi, mit einem Durchflußvermögen von 28.300 cnP/h.

Die Verbindungen zum zweiten Gaseinlaß (23) waren wie in den Zeichnungen dargestellt, nur das Ventil (31) war ein einstellbares zweiseitiges Ventil. Die elektrische Leitung (36) war ein Kupferdraht, welcher über Schlauchbinder nur mit den Leitungsabschnitten (20) und (21) verbunden war. Die Verbindung mit der Verbrennungseinriehtung (18) war durch die Verbindung mit der Abgabeleitung (21) mit dem Einlaß des Verbrennungsgebläses hergestellt.

Arbeitsweise·.

Der Luftfluß wurde im Verbindungspunkt mit dem Gebläse unter Verwendung einer kurzen Länge desselben Rohres, wie für die Abgabeleitung (21) verwendet, gemessen. Es wurde ein Durchfluß γοη 142 dm-Vh gemessen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wurde dann ohne Verbindung mit der Verbrennungseinrichtung auf einen Gasausstoß an der Abgabeleitung (21) von ungefähr 142 dm^/h eingestellt. Weiters wurde die erfindungsgemäße Vorrichtung beim Ventil (13) ebenfalls eingestellt, um Luft durch die Eüssigkeit (11) mit einer Rate gleich oder annähernd 5 dm^/105,5 MJ zu leiten. Bei einer Feuerungsrate von 1141/h entsprach dies 150 dm^/h. Die tatsächliche Einstellung wurde auf eine Rate von annähernd 140 dm^/h vorgenommen, um sie geringer als den Gesamtausstoß bei der Abgabeleitung (21) zu halten. Dies liegt gut innerhalb der zulässigen 20-%-Toleranz. Infolge der Wechselwirkung mußten die Ventile (13) und (25) zusammen eingestellt werden, um die richtigen Durchflüsse zu erhalten. Anschließend wurde die Abgabeleitung (21) mit dem Verbiennungsgebläse durch eine T-Verbindung mit der vorhin genannten kurzen Rohrlänge verbunden. Die T-Verbindung war ein Adapter, in welchem die Sonde eines "Keithly model 610C"-Elektrometer angeordnet war. Während des Betriebes der Feuerung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden an den Ventilen (13) und (25) kleinere Nachregulierungen vorgenommen, um am Elektrometer eine maximale negative Spannungsanzeige zu erhalten. Die Ergebnisse waren eine durchschnittlich 13%ige Brennstofferspamis und eine Reduktion der Emissionen.

Die Betriebsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfordert es, daß bei der VerbrennungsVorrichtung der normale Lufteintritt an jenem Punkt gemessen wird, an welchem die erfindungsgemäße Vorrichtung angeschlossen werden soll. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden der Gaseinlaß und die -4-

Claims (5)

1. AT396976B Gasrückführung so eingestellt, daß der Ausstoß der gemessenen Menge angepaßt ist. Mit diesen Einstellungen wird gleichzeitig die Blasenrate so eingestellt, daß durch die erfindungsgemäße Vorrichtung je 105,5 MJ Brennstoffverbrauch pro Stunde ein Volumen von 5000 cm^ pro Stunde ±20 % hindurchgeht. Um durch weitere Einstellungen eine maximale negative Spannungsanzeige zu erhalten, kann an der Abgabeleitung nahe der 5 Verbrennungsvorrichtung ein Elektrometer angeschlossen werden. Die durch die Maximierung der Elektrometeranzeige eingeführten Veränderungen fallen allgemein innerhalb die ±20 % der bevorzugten Durchflußrate. Während die Erfindung in Bezug auf eine spezielle Ausführungsform beschrieben wurde, eignet sie sich auch für viele verschiedene Arten von Verbrennungsvorrichtungen. 10 PATENTANSPRÜCHE 15 1. Vorrichtung zur Erzeugung eines mit Dampf angereicherten Gasstromes insbesondere für die Zufuhr zu einer 20 Verbrennungszone, wobei ein mit einer dielektrischen Flüssigkeit unter Einschluß von Wasser teilweise gefüllter Behälter, der einen, vorzugsweise durch ein Ventil steuerbaren, unterhalb des Flüssigkeitsspiegels mündenden ersten Gaseinlaß für das anzureichemde Gas und einen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels angeordneten Gasauslaß für den angereicherten Gasstrom besitzt, mit einer oberhalb des Flüssigkeitsspiegels einen Unterdrück erzeugenden Pumpe verbunden ist, wobei das Gas aus dem Gaseinlaß in Gestalt von Blasen 25 durch die Flüssigkeit hindurchtritt, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpe (22) in der an den Gasauslaß (14) angeschlossenen Abgabeleitung (20, 21) für den angereicherten Gasstrom angeordnet ist, welche zur Verringerung des die Flüssigkeit durchströmenden Gasflusses über eine die Pumpe (22) umgehende Rückführleitung (24, 28) mit einem oberhalb des Flüssigkeitsspiegels (15) angeordneten zweiten Gaseinlaß (23) verbunden ist. 30
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (24,28) ein Ventil (25) zur steuerbaren Verringerung des die Flüssigkeit durchströmenden Gasflusses bei gleichbleibendem Gasfluß durch den Gasauslaß (14) vorgesehen ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgabeleitung (20, 21) und die Rückführleitung (24, 28) über eine elektrische Leitung (36) von geringem Widerstand miteinander verbunden sind.
4. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Gaseinlaß (23) 40 zusätzlich über ein, nur in einer Richtung wirksames Einlaßventil (31) und einen Einlaß (26) mit der Umgebungsluft in Verbindung steht.
5. 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem ersten Gaseinlaß (12) ein Filter (17) angeordnet ist, das Teilchen größer als 90 Mikron abtrennt. 45 Hiezu 1 Blatt Zeichnung 50 -5-