Brennstoffverdampfer zur Erzeugung eines Gasgemisches aus überhitztem Wasserdampf und verdampftem Brennstoff

Abstract

 Bei einem Verdampfer zur Erzeugung eines einem Bren­ner zuführbaren Gasgemisches, das überhitzten Wasser­dampf und in diesen verdampften flüssigen Brennstoff enthält, ist zur Bildung von Wasserdampf ein Wasser­dampferzeuger (1) vorgesehen, der von heißem Abgas erhitzt wird.
Um eine auch bei geringen Mengen an Brennstoff und Wasser hohe Genauigkeit bei konstantem Druck zu er­reichen, ist zur Einleitung des Wassers und zur Zu­fuhr des Brennstoffs sowohl am Ende der Wasserzulei­tung (6) als auch am Ausgang der Brennstoffzuführung (7) jeweils ein Injektionsrohr (11, 12) angeschlos­sen. Die Injektionsrohre münden innerhalb des Wasser­dampferzeugers (1) bzw. innerhalb der Wasserdampf­leitung (3) in jeweils einer heißen Zone des vom Abgas erhitzten Dampferzeugerbereiches bzw der Dampf­leitung. Zur Druckerzeugung und Mengenregulierung sind in der Wasserzuleitung (6) und in der Brenn­stoffzuführung (7) jeweils eine regelbare Dosierein­richtung (15, 17; 16, 18; 19) eingesetzt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung bezieht sich auf einen Verdampfer zur Erzeugung eines einem Brenner zuführbaren Gasgemi­sches, das überhitzten Wasserdampf und in diesen verdampften flüssigen Brennstoff enthält.

[0002] Die Erfindung geht aus von einem Verdampfer, wie er aus der DE-PS 36 26 933 bekannt ist. Bei diesem Verdampfer werden Brennstoff und Wasser zur Erzeu­gung des Gasgemisches kontinuierlich zugeführt. Dies führt dann, wenn es erforderlich ist, den Brenner nur mit niedriger thermischer Leistung zu betreiben, zu Problemen, weil dann dem Verdampfer nur geringe Brennstoff- und Wassermengen zuzuleiten sind, die schwierig dosiert werden können. Auch ist eine An­passung der Gemischanteile bei erforderlichem ra­schen Wechsel der Gemischzusammensetzung nur sehr unvollkommen erreichbar.

[0003] Weiterhin ist aus der US-PS 17 19 397 bekannt, flüs­sigen Brennstoff in ein Wasserdampf führendes Rohr an einer venturiartigen Verengung anzusaugen. Ein qualitativ gleichbleibendes Brennstoffdampf-Wasser­dampf-Gemisch läßt sich auf diese Weise jedoch nicht erzeugen.

[0004] Aufgabe der Erfindung ist es, dem Verdampfer auch geringe Mengen an Brennstoff und Wasser mit hoher Genauigkeit unter konstantem Druck zuführen zu kön­nen und eine verzögerungsarme Regelung für Brenn­stoff- und Wassermenge zur Anpassung des Brennstoff­dampf/Wasserdampf-Gemisches an sich kurzzeitig än­dernde technische Erfordernisse zu erreichen.

[0005] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Verdampfer der eingangs genannten Art durch die in Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.

[0006] Durch die Wasser- und Brennstoffzufuhr mit Injek­tionsrohren jeweils in eine heiße Zone der Leitun­gen wird auch bei kleinen Mengen eine feine Vertei­lung des Brennstoffs und des Wassers bei deren Zu­gabe in den Wasserdampferzeuger bzw. in die Wasser­dampfleitung bewirkt, ohne daß unerwünschte Druck­schwankungen im erzeugten Brennstoffdampf/Wasser­dampf-Gemisch auftreten. Zur hierzu notwendigen Druck­erzeugung und Mengenregulierung dient je eine in der Wasserzuleitung bzw. in der Brennstoffzuführung eingesetzte regelbare Dosiereinrichtung.

[0007] Eine hohe Druckkonstanz in der Wasserzuleitung und in der Brennstoffzuführung ergibt sich in weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 2 durch Einsatz von Zahnradpumpen zur Förderung von Brennstoff und Wasser. Zum Dosieren der Brennstoff- und Wassermenge dient dabei jeweils ein elektromag­netisch betätigbares Magnetventil, dessen rasche Ansteuerbarkeit eine den Anforderungen entsprechen de Feinregulierung der jeweils erforderlichen Gemisch­ anteile ermöglicht. Die Zahnradpumpen und Magnetven­tile bilden gemeinsam mit einer zentralen Steuerein­heit die regelbare Dosiereinrichtung.

[0008] Bevorzugt werden gemäß Patentanspruch 3 Magnetven­tile eingesetzt, die in gleichmäßigen Intervallen mit Taktfrequenzen, die der Motordrehzahl entspre­chen, insbesondere zwischen 20 - 40 Hz, mit regel­baren Öffnungszeiten zwischen 3 und 15 ms steuerbar sind.

[0009] Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfüh­rungsbeispiels näher erläutert, das in der Zeichnung schematisch wiedergegeben ist. Die Zeichnung zeigt im einzelnen:

Figur 1 Längsschnitt eines Verdampfers gemäß Schnittlinie I/I nach Figur 2;

Figur 2 Querschnitt des Verdampfers gemäß Schnitt­linie II/II nach Figur 1.

[0010] In der Zeichnung ist ein Verdampfer wiedergegeben, bei dem Wasserdampferzeuger 1 und Gasgemischlei­tung 2 zur Erzeugung des Gasgemisches aus überhitz­tem Wasserdampf und verdampftem Brennstoff jeweils eine Rohrwendel bilden. Dabei ist die Gasgemischlei­tung 2 innerhalb des Wasserdampferzeugers 1 verlegt. Der Wasserdampferzeuger 1 und die Gasgemischlei­tung 2 sind miteinander durch eine Wasserdampflei­tung 3 verbunden, die im freien Innenraum innerhalb der Rohrwendel der Gasgemischleitung 2 verläuft und den im Wasserdampferzeuger 1 gebildeten überhitzten Dampf zur Gasgemischleitung 2 führt.

[0011] Zur Erhitzung des Wasserdampferzeugers 1 und der Gasgemischleitung 2 dient ein heißer Abgasstrom 4, der einen Abgaskanal 5 durchströmt, in dem die bei­den Rohrwendel für Wasserdampferzeuger 1 und Gasge­mischleitung 2 eingesetzt sind, in denen die Dampf­bildung bzw. die Ausbildung des Brennstoffdampf/­Wasserdampf-Gemisches jeweils bei abwärts gerichte ter Strömungsführung der Medien erfolgt. So werden sowohl das Wasser über eine Wasserzuleitung 6 als auch der flüssige Brennstoff über eine Brennstoff­zuführung 7 im oberen Bereich des Wasserdampferzeu­gers 1 und der Gasgemischleitung 2 zugeführt, die im Abgaskanal 5 mit senkrecht verlaufender Rohrwen­delachse 8 angeordnet sind.

[0012] Sowohl am Ende der Wasserzuleitung 6 an ihrem An­schluß 9 am Wasserdampferzeuger 1 als auch am Ende der Brennstoffzuführung 7 an ihrem Anschluß 10 ist jeweils ein Injektionsrohr 11, 12 eingesetzt, über das das Wasser bzw. der flüssige Brennstoff in den Wasserdampferzeuger 1 bzw. in die Wasserdampflei­tung 3 eingeführt wird. Die Injektionsrohre 11, 12 sind derart an der Wasserzuleitung 6 bzw. an der Brennstoffzuführung 7 angeschlossen, daß sie jeweils in einer heißen Zone des Wasserdampferzeugers 1 bzw. der Wasserdampfleitung 3 münden, d.h. im achsnahen Bereich des Wasserdampferzeugers 1 bzw. der Wasser­dampfleitung 3, die vom Ende 13 des Wasserdampfer­zeugers 1 zur Mündung 14 am Eingang der Gasgemisch­leitung 2 verläuft.

[0013] Die Wasserzuleitung 6 und die Brennstoffzufuhr 7 sind beide druckseitig an je eine Zahnradpumpe 15, 16 angeschlossen, die das Wasser bzw. den Brennstoff aus in der Zeichnung nicht wiedergegebenen Vorrats­behältern ansaugen. In der Wasserzuleitung 6 und der Brennstoffzuführung 7 befinden sich zur Regulie­rung der geförderten Wasser- bzw. Brennstoffmenge elektromagnetisch angesteuerte und getacktete Magnet­ ventile 17, 18. Zur Steuerung der Magnetventile 17, 18 ist eine zentrale Steuereinheit 19 vorgesehen. Die Zahnradpumpen 15, 16, die Magnetventile 17, 18 und die zentrale Steuereinheit 19 bilden gemeinsam eine regelbare Dosiereinrichtung für die den jeweils vorgegebenen technischen Erfordernissen anzupassende Zusammensetzung des Brennstoffdampf/Wasserdampf-Ge­misches.

[0014] Das über das Injektionsrohr 11 in den Wasserdampfer­zeuger 1 eingegebene Wasser wird durch Aufheizung im Inneren des Wasserdampferzeugers 1 mittels des heißen Abgases verdampft und überhitzt. Am Ende 13 des Wasserdampferzeugers 1 strömt der überhitzte Wasserdampf in die Wasserdampfleitung 3 ein und wird zur Mündung 14 an der Gasgemischleitung 2 geführt. Hier wird dem überhitzten Wasserdampf über das Injek­tionsrohr 12 flüssiger Brennstoff zugeführt. Der flüssige Brennstoff verdampft in den überhitzten Wasserdampf und bildet mit dem Wasserdampf in der Gasgemischleitung 2 das gewünschte Brennstoffdampf/­Wasserdampf -Gemisch, das über eine Abzugsleitung 20 aus dem Verdampfer abströmt.

[0015] Zur Erzeugung von Brennstoffdampf/Wasserdampf-Gemi­schen mit unterschiedlichem Wasser- bzw. Brennstoff­gehalt ist es möglich, die Magnetventile 17, 18 ent­sprechend der Motordrehzahl auf Tacktfrequenzen zwi­schen 20 bis 40 Hz einzustellen und Öffnungszeiten zwischen 3 bis 15 ms zu wahlen. Der von den Zahnrad­pumpen 15, 16 in Wasserzuleitung 6 und Brennstoffzu­führung 7 erzeugte Druck beträgt ca. 20 bar. Zur optimalen Verteilung von Wasser und flüssigem Brenn­stoff bei ihrer Eingabe in den Wasserdampferzeu­ger 1 und in die Wasserdampfleitung 3 sind im Aus­führungsbeispiel Injektionsrohre mit einem Durchmes­ser von 1 mm eingesetzt.

Ansprüche

1. Verdampfer zur Erzeugung eines einem Brenner zuführ­baren Gasgemisches, das überhitzten Wasserdampf und in diesen verdampften flüssigen Brennstoff enthält, mit einem von heißem Abgas erhitzbaren Erzeuger (1) für den Wasserdampf, an dessen Eingang eine Zulei­tung (6) für das zu verdampfende unter Druck stehen­de Wasser mündet, und mit einer Zuführung (7) für den flüssigen, unter Druck stehenden Brennstoff, die in einer am Ende des Wasserdampferzeugers (1) ange­schlossenen Wasserdampfleitung (3) mündet, die ihrer­seits in eine Leitung (2) für das Gasgemisch über­geht, das nach Zufuhr von Verbrennungsluft in einer Verbrennungskammer gezündet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Einleitung des Wassers und zur Zufuhr des Brennstoffs sowohl am Ende der Wasserzuleitung (6) als auch am Ausgang der Brennstoffzuführung (7) je­weils ein Injektionsrohr (11, 12) angeschlossen ist, das innerhalb des Wasserdampferzeugers (1) bzw. in­nerhalb der Wasserdampfleitung (3) in jeweils einer heißen Zone des vom Abgas erhitzten Dampferzeuger­bereiches bzw. der Dampfleitung mündet, und daß zur Druckerzeugung und Mengenregulierung in der Wasser­zuleitung (6) und in der Brennstoffzuführung (7) jeweils eine regelbare Dosiereinrichtung (15, 17; 16, 18; 19) eingesetzt ist.

2. Verdampfer nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Druckerzeugung in Wasserzuleitung (6) und Brennstoffzuführung (7) jeweils eine Zahnradpumpe (15, 16) und zur Dosierung der Wasser- und Brenn­stoffmenge jeweils ein elektromagnetisch betätigba­res Magnetventil (17, 18) eingesetzt sind.

3. Verdampfer nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Magnetventil (17, 18) in gleichmäßigen Intervallen mit der Motordrehzahl entsprechender Taktfrequenz mit Öffnungszeiten von 3 bis 15 ms betätigbar ist.

Zeichnung