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Gaserzeuger für Fahrzeuge.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, die Durchsatzleistung in Fahrzeuggaserzeugern gleichzeitig mit dem Heizwert des erzeugten Gases zu erhöhen. Dabei wird von dem Gesichtspunkt ausgegangen, den Leistungsabfall, der bei Übergang von Benzinbetrieb aus Gasbetrieb bei Motoren entsteht, durch Erhöhung des Heizwertes des dem Motor zugeführten Gas-Luft-Gemisches herabzusetzen oder möglichst ganz zu beseitigen. Die Durchsatzleistung bei Gasgeneratoren ist bisher im allgemeinen über 200 kgjhjm2 Schachtquerschnitt nicht gestiegen. Lediglich bei Abstiehgeneratoren hat man höhere Leistungen erzielt, diese sind jedoch für den Fahrzeugbetrieb nicht geeignet. Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, dass mit der Erhöhung des Durchsatzes gleichzeitig auch eine Erhöhung der Wasserdampfzufuhr in den Generator vorgenommen werden muss.
Dabei stellt sich dann aber die Schwierigkeit heraus, dass dieser Wasserdampf auch möglichst hoch überhitzt werden muss. Die Wasserdampfmenge an sich zu erzeugen, u. zw. mit Hilfe der im Gaserzeuger vorhandenen Wärme, ist nicht schwierig. Man hat bekanntlich zu diesem Zweck Gaserzeuger mit einem Doppelmantel umgeben, in dem der zur Vergasung erforderliche Dampf erzeugt wird. Von dem Gesichtspunkt ausgehend, dass man die Wärme weitgehend ausnutzt und möglichst viel Wasserdampf erzeugt, hat man den Wassermantel so angeordnet, dass er sich von der heissesten Zone, also etwa von der Rosthöhe ab, nach obenhin erstreckt. Diese Massnahme ist angebracht bei Gaserzeugern mit grossem Schachtquerschnitt, wo eine verhältnismässig grosse Dampfmenge benötigt wird. Man glaubte, ebenso bei Gaserzeugern mit kleinerem Querschnitt verfahren zu können.
Es hat sich jedoch herausgestellt, dass dann in dem Wassermantel eine viel grössere Wasserdampfmenge erzeugt wird, als jeweils benötigt wird. Bei diesen Anlagen war es infolgedessen notwendig, entweder den Übersehussdampf nach aussenhin abzublasen oder ihn in besonderen Einrichtungen zu kondensieren und ihn als Speisewasser dem Wassermantel wieder zuzuleiten. Weiterhin machte die Überhitzung des so erzeugten Dampfes Schwierigkeiten.
Die Erfindung überwindet die auftretenden Schwierigkeiten in folgender Weise :
Der untere Teil des Gaserzeugers von der Rosthöhe ab, d. h. der Teil der heissesten Zone, wird ausgemauert. Darüber, also in einer Zone weniger hoher Temperatur wird der Wassermantel bzw. der Teil des Wassermantels angeordnet, in dem sich das zur Verdampfung notwendige Wasser befindet.
Darüber wird dann ein ttberhitzungsraum angeordnet, in dem das Luft-Dampf-Gemisch überhitzt wird.
Es ist an sich bekannt, die Schachtwand eines Gaserzeugers auszumauern. Weiter ist bekannt. wie bereits oben erwähnt wurde, den ganzen Gaserzeugerschacht oder auch nur einen Teil davon, u. zw. den unteren Teil mit einem Wassermantel auszurüsten. Neu ist dagegen die eben geschilderte Kombination gemäss der Erfindung und die Vorschrift, den Wasserraum so zu legen, dass jeweils nur die benötigte Dampfmenge erzeugt wird, also kein Überschussdampf entsteht. Das wird durch die Lage des Wasserraumes in einer Zone niedrigerer Temperatur erzielt. Es erscheint zunächst nachteilig, die heisseste Zone des Gaserzeugers auszumauern, d. h. also die hier vorhandene Wärme nicht zur Dampferzeugung auszunutzen. In der erfindungsgemässen Kombination hat diese Massnahme jedoch einen besonderen Vorteil.
Durch die Ausmauerung wird eine Wärmeisolation vorgenommen, die verhindert, dass übermässig viel Wärme aus dem Generatorschacht abgestrahlt wird. Das bedeutet, dass hier in dem Gaserzeuger eine hohe Temperatur aufrechterhalten wird. Diese hohe Temperatur macht sich in Verbindung mit den ändern Massnahmen der Erfindung vorteilhaft geltend, denn das in dem Überhitzungsraum überhitzte Dampf-Luft-Gemisch gelangt durch den Rost in eine Zone mit hoher
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Temperatur. Die Folge davon ist, dass eine weitgehende Zersetzung des Wasserdampfes eintritt, also eine Anreicherung des Heizwertes des erzeugten Gases bewirkt wird. Der Überhitzungsraum ist da angeordnet, wo eine Abkühlung des Generators wünschenswert ist. Er erstreckt sich zweckmässig bis in die Höhe des Gasabzuges.
Durch den Wärmeübergang von dem Generatorinnern an den Überhitzungsraum wird damit das erzeugte Gas abgeküblt. Es hat sich gezeigt, dass hier noch so viel Wärme vorhanden ist, um eine weitgehende Überhitzung des Dampf-Luft-Gemisches zu erhalten.
Durch die Kombination nach der Erfindung wird also folgende Wirkung erzielt :
Die Menge des erzeugten Dampfes ist dem jeweiligen Bedürfnis angepasst. Der erzeugte Dampf wird zusammen mit der Luft hoch überhitzt und in diesem Zustand in den Gaserzeuger eingeführt, wo gleichzeitig eine hohe Temperatur aufrechterhalten wird. Es wird demgemäss der Heizwert des erzeugten Gases infolge des höheren Wasserstoffgehaltes erhöht. Gleichzeitig kann der Durchsatz weit über das bisher übliche Mass erhöht werden, ohne dass die Wasserdampferzeugung und die Überhitzung des Luft-Dampf-Gemisches nachsinkt.
Zweckmässig ist es, dem Überhitzungsraum eine solche Dimension zu geben, dass seine Höhe im Vergleich zu seiner Grundfläche gross ist. So entsteht nämlich eine grosse Wärmeübergangsfläehe für die aus dem. Gaserzeuger in den Überhitzungsraum übergehende Wärmemenge. Dieser Wärme- übergang ist immer grösser als der Wärmeübergang zwischen der Wasseroberfläche und dem darüber befindlichen Dampf-Luft-Gemisch. Also erst, wenn man dafür sorgt, dass die Wärme aus dem Generator nicht über das Wasser, sondern nur durch die Eisenwand an das Dampf-Luft-Gemisch übergeht, ist eine weitgehende Überhitzung möglich. Weiterhin sieht man zweckmässig für die Höhe des Wasserstandes in dem Wasserraum ein bestimmtes Mass vor.
Es ist nämlich möglich, durch Änderung dieser Wasserhöhe das Mass der Dampferzeugung zu variieren und damit auch den Wasserstoffgehalt des erzeugten Gases zu beeinflussen. Es besteht somit durch Regelung des Wasserstandes in dem Wasserraum die Möglichkeit, den Heizwert des Generatorgases abzustimmen.
In der Abbildung ist ein Gaserzeuger gemäss der Erfindung dargestellt.
Der Generator 1 ist als Schachtofen mit rechteckigem Querschnitt ausgebildet. Selbstverständlich sind auch andere Querschnittsformen möglich. Der Vergasungsschaeht 2 wild urten durch einen Flachrost abgeschlossen, der aus den Roststäben 3 gebildet ist. Die Roststäbe sind beweglich ausgebildet, um die Durchtrittsquerschnitte verändern zu können und ausserdem eine Rüttelwirkung auf das Brennstoffbett auszuüben. Der oberhalb des Rostes liegende Teil des Generators ist mit einem Mauerwerk 4 ausgemauert. Die Höhe der Ausmauerung ist angepasst der Lage der Glutzonp, d. h. wie oben erwähnt, soll in Höhe der immer vorhandenen Glutzone der Wassermantel bzw. der Wasserraum des Wassermantels liegen.
Infolgedessen grenzt an den oberen Rand der Ausmauerung auf der Aussenseite der Schachtwand der Wassermantel J. Dieser Mantel erstreckt sich nach oben bis etwas oberhalb des Gasabzuges 6. Der Wasserstand in dem Mantel 5 wird durch einen Schwimmerregler 7 auf der Höhe 8 konstant gehalten, indem aus einem Wasserbehälter 9 das Frischwasser in von dem Schwimmer geregelter Menge zufliesst. In den oberhalb des Wasserspiegels 8 befindlichen Dampfraum 10 wird durch den Kanal 11 Luft eingeleitet. In dem Gaserzeuger ist am oberen Erde des Wassermantels eine trichterförmige Wand eingesetzt, um damit am Umfang einen brennstoffreien Ringraum zu schaffen, in dem sich das gebildete Gas sammeln kann.
So wird das im Raum 10 befindliche LuftDampf-Gemisch im wesentlichen durch die fühlbare Wärme des sich in dieser Höhe ansammelnden Gases überhitzt. Unterhalb des Wassermantels 5 ist in Höhe der Ausmauerung 4 eine weitere Ringkammer 12 vorgesehen. In diese wird das in der Kammer überhitzte Dampf-Luft-Gemisch durch den Kanal 13 eingeleitet, um hier gegebenenfalls eine weitere Überhitzung zu erfahren, wenn das Mauerwerk genügend Wärme nach aussenhin abgibt. Ist jedoch eine ausreichende Temperatur des Mauerwerkes nicht gegeben, dann ist dieser Ringraum überflüssig und'es kann dann das in der Kammer 10 erhitzte Dampf-Luft-Gemisch unmittelbar unter den Rost und damit in das Brennstoffbett geleitet werden.
Der Rost ist so bemessen, dass die Summe der freien Durchgangsquerschnitte im Verhältnis zu dem Schachtquerschnitt im Generator 2 gering ist. Hier beträgt der Durehgangfquerscritt des Rostes insgesamt 125 cm2, während der Schachtquerschnitt 770 cm2 ausmacht.
Bei Saugbetrieb wird in bekannter Weise das Generatorgas aus dem Generator abgesaugt, wobei gleichzeitig die Frischluft auf dem vorbeschriebenen Wege eingesaugt wird. Zum Anheizen wird zweckmässigerweise ein besonderes Gebläse 14 vorgesehen, mit dem die Antre ; zuluft in den Generator eingedrückt wird. Zum Ablassen dieses für den Motorbetrieb noch nicht geeigneten Anl eizgases ist dann eine von der Gasleitung abgehende, ins Freie führende besondere Leitung 15 angeordnet, die mit entsprechenden Absperrorgane versehen ist. Das vollwertige Generatorgas wird dann in üblicher Weise durch eine Reinigungsvorrichtung in den Mischer und schliesslich in den Motor geleitet.
Mit der erfindungsgemässen Gestaltung des Gaserzeugers wird gleichzeitig eine Anpassung der Dampferzeugung an die Belastungsändernngen erzielt. Während nämlich bei Sinken der Belastung die Glutzone in dem Schacht. 8 niedriger w'rd, w ; rc1 auch die Dampferzeugung geringer. Gleielzeitig erhält aber das Dampf-Luft-Gemisch eine geringere Durchströmgeschwindigkeit durch den Raum 10.
Dadurch wird dann eine stärkere Überhitzung des Gemisches möglich. Es wird also gleichsam die geringere Dampferzeugung bei sinkender Belastung ausgeglichen durch eine erhöhte Überhitzung
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des Gemisches, so dass die Gaszusammensetzung bzw. sein Heizwert auch bei geänderten erzeugten
Mengen praktisch gleich bleibt.
Der niedrigere Wasserstand in dem Wassermantel hat weiter den Vorteil, dass in sehr kurzer
Zeit vollwertiges Gas erzeugt wird, da nämlich die geringe Wassermenge schnell verdampft wird.
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Gas generators for vehicles.
The object of the invention is to increase the throughput in vehicle gas generators at the same time as the calorific value of the gas generated. It is based on the point of view of reducing or, if possible, eliminating the drop in performance that occurs when engines switch from gasoline operation to gas operation by increasing the calorific value of the gas-air mixture supplied to the engine. The throughput of gas generators has so far generally not risen above 200 kgjhjm2 shaft cross-section. Higher performance has only been achieved with stepping-off generators, but these are not suitable for vehicle operation. The invention is based on the idea that with the increase in the throughput, an increase in the water vapor supply into the generator must be made at the same time.
The difficulty then arises that this water vapor must also be superheated as high as possible. To generate the amount of water vapor per se, u. with the help of the heat present in the gas generator, is not difficult. It is known that for this purpose gas generators have been surrounded by a double jacket in which the steam required for gasification is generated. Starting from the point of view that the heat is used to a large extent and as much water vapor as possible is generated, the water jacket has been arranged in such a way that it extends upwards from the hottest zone, i.e. approximately from the grate height. This measure is appropriate for gas generators with a large shaft cross-section, where a relatively large amount of steam is required. It was believed that gas generators with a smaller cross section could also be used.
However, it has been found that a much larger amount of water vapor is then generated in the water jacket than is required in each case. With these systems it was consequently necessary either to blow off the excess steam to the outside or to condense it in special devices and feed it back to the water jacket as feed water. Furthermore, the overheating of the steam generated in this way made difficulties.
The invention overcomes the difficulties that arise in the following way:
The lower part of the gas generator from the grate level, i.e. H. the part of the hottest zone is bricked up. The water jacket or the part of the water jacket in which the water necessary for evaporation is located is arranged above this, i.e. in a zone of less high temperature.
A superheating space is then arranged above this, in which the air-steam mixture is superheated.
It is known per se to brick the shaft wall of a gas generator. Further is known. as already mentioned above, the whole gas generator shaft or only part of it, u. to equip the lower part with a water jacket. What is new, on the other hand, is the just described combination according to the invention and the provision of laying the water space in such a way that only the required amount of steam is generated, that is, no excess steam is produced. This is achieved by the location of the water space in a zone of lower temperature. At first it appears to be disadvantageous to wall up the hottest zone of the gas generator, i. H. So not to use the heat available here to generate steam. In the combination according to the invention, however, this measure has a particular advantage.
The brick lining provides thermal insulation that prevents excessive heat from being radiated from the generator shaft. This means that a high temperature is maintained here in the gas generator. This high temperature is advantageous in connection with the other measures of the invention, because the steam-air mixture superheated in the superheating chamber passes through the grate into a zone with a high temperature
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Temperature. The consequence of this is that extensive decomposition of the water vapor occurs, i.e. the calorific value of the gas produced is enriched. The superheating space is located where cooling of the generator is desirable. It expediently extends to the height of the gas vent.
As a result of the heat transfer from the inside of the generator to the overheating space, the gas generated is cooled off. It has been shown that there is still enough heat here to ensure that the steam-air mixture is largely overheated.
The combination according to the invention thus achieves the following effect:
The amount of steam generated is adapted to the respective need. The generated steam is highly superheated together with the air and in this state is introduced into the gas generator, where a high temperature is simultaneously maintained. Accordingly, the calorific value of the gas produced is increased due to the higher hydrogen content. At the same time, the throughput can be increased far beyond what has hitherto been the norm, without the steam generation and the overheating of the air-steam mixture falling.
It is useful to give the overheating space such a dimension that its height is large compared to its base area. This creates a large heat transfer surface for the. Amount of heat transferred to the overheating space by the gas generator. This heat transfer is always greater than the heat transfer between the water surface and the steam-air mixture above. So only if you make sure that the heat from the generator does not pass through the water, but only through the iron wall to the steam-air mixture, is extensive overheating possible. Furthermore, a certain measure is expediently provided for the height of the water level in the water space.
This is because it is possible to vary the amount of steam generation by changing this water level and thus also to influence the hydrogen content of the gas generated. It is thus possible to adjust the calorific value of the generator gas by regulating the water level in the water space.
The figure shows a gas generator according to the invention.
The generator 1 is designed as a shaft furnace with a rectangular cross section. Of course, other cross-sectional shapes are also possible. The Vergasungsschaeht 2 wild urten closed by a flat grate, which is formed from the grate bars 3. The grate bars are designed to be movable in order to be able to change the passage cross-sections and also to exert a vibrating effect on the fuel bed. The part of the generator above the grate is lined with masonry 4. The height of the lining is adapted to the location of the Glutzonp, i.e. H. As mentioned above, the water jacket or the water space of the water jacket should be at the level of the always existing glow zone.
As a result, the upper edge of the lining on the outside of the shaft wall of the water jacket J. This jacket extends upwards to slightly above the gas vent 6. The water level in the jacket 5 is kept constant by a float regulator 7 at the level 8 by off the fresh water flows into a water tank 9 in an amount regulated by the float. Air is introduced through the channel 11 into the steam space 10 located above the water level 8. In the gas generator, a funnel-shaped wall is used on the upper ground of the water jacket in order to create a fuel-free annular space on the circumference in which the gas formed can collect.
Thus, the air / vapor mixture in space 10 is essentially overheated by the sensible heat of the gas accumulating at this altitude. Below the water jacket 5, a further annular chamber 12 is provided at the level of the brick lining 4. The steam-air mixture, which is overheated in the chamber, is introduced into this through the channel 13 in order to experience further overheating here if the masonry gives off sufficient heat to the outside. However, if the brickwork is not at a sufficient temperature, this annular space is superfluous and the steam-air mixture heated in the chamber 10 can then be passed directly under the grate and thus into the fuel bed.
The grate is dimensioned so that the sum of the free passage cross-sections is small in relation to the shaft cross-section in the generator 2. Here the cross-section of the grate is a total of 125 cm2, while the shaft cross-section is 770 cm2.
In suction mode, the generator gas is sucked out of the generator in a known manner, the fresh air being sucked in at the same time in the manner described above. For heating purposes, a special fan 14 is provided with which the drive; supply air is pressed into the generator. In order to discharge this anl eizgases which is not yet suitable for engine operation, a special line 15 extending into the open from the gas line is then arranged, which is provided with corresponding shut-off devices. The full generator gas is then fed in the usual way through a cleaning device into the mixer and finally into the engine.
With the design of the gas generator according to the invention, an adaptation of the steam generation to the changes in load is achieved at the same time. While that is, when the load drops, the glow zone in the shaft. 8 lower w'rd, w; rc1 also reduces the steam generation. At the same time, however, the steam-air mixture receives a lower flow velocity through the space 10.
This then makes it possible for the mixture to overheat. The lower steam generation with decreasing load is compensated for by increased overheating
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of the mixture, so that the gas composition or its calorific value is generated even if it is changed
Quantities remains practically the same.
The lower water level in the water jacket has the further advantage that in a very short time
Time full-fledged gas is generated, namely because the small amount of water is quickly evaporated.