DE102005004007A1

DE102005004007A1 - Reinigung des Brennraums einer Wärmekraftmaschine, insbesondere eines Stirlingmotors

Info

Publication number: DE102005004007A1
Application number: DE102005004007A
Authority: DE
Inventors: Hermann Isenmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-01-27
Filing date: 2005-01-27
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2025-01-28
Also published as: DE102005004007B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Reinigen Wärme übertragender Wände im Brennraum einer Wärmekraftmaschine von festen Ablagerungen aus Brenngasen, insbesondere zum Reinigen Wärme übertragender Wände (3) eines Erhitzers (2) im Brennraum (4) eines vorzugsweise durch Holzvergasung betriebenen Stirlingmotors (1) oder dergleichen. Die Reinigung soll während des Betriebs der Wärmekraftmaschine stattfinden, ohne dass die Maschine zerlegt und danach wiederhergestellt werden muss, um Zugang für Reinigungswerkzeug zum Brennraum zu schaffen. Erfindungsgemäß wird die Reinigung durch Sandstrahlen mittels eines im Brennraum (4) angeordneten und von außen mit Treibgas und Sand beschickten Sandstrahlkopfes (18) während des Betriebs der Maschine bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen Wärme übertragender Wände im Brennraum einer Wärmekraftmaschine von festen Ablagerungen aus Brenngasen, insbesondere zum Reinigen Wärme überfragender Wände eines Erhitzers im Brennraum eines vorzugsweise durch Holzvergasung betriebenen Stirlingmotors oder dergleichen. Außerdem betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Durchführung des genannten Verfahrens zum Reinigen Wärme übertragender Wände eines Erhitzers im Brennraum eines vorzugsweise durch Holzvergasung ununterbrochen betriebenen Stirlingmotors oder dergleichen,

– mit einer Brennkammer, in der sich ein Erhitzerkopf des Stirlingmotors oder dergleichen befindet, und
– mit einem Vorofenvergaser, insbesondere einem Holzvorofenvergaser, der über eine Brenngasleitung mit der Brennkammer in Verbindung steht,
– mit einer Frischluftleitung zum Zuführen von Frischluft zum Vorofenvergaser und
– mit einer Abgasleitung zum Ableiten von Abgas aus der Brennkammer, welches Abgas mit der Frischluft im Wärmeaustausch stehen kann.

Bekannte Verfahren zum Reinigen des Brennraums einer Wärmekraftmaschine von festen Ablagerungen aus Brenngasen finden bisher in einem Ruhezustand der Maschine statt, in dem die Maschine mindestens teilweise zerlegt werden muss, um Zugang für Reinigungswerkzeug zum Brennraum zu schaffen. Der durch die Reinigung verursachte Betriebsausfall und der hohe Arbeitsaufwand für die Zerlegung und Wiederinstandsetzung der Maschine hindert oder begrenzt ihren wirtschaftlichen Einsatz.

Der Erfindung liegt die technische Aufgabe zugrunde, die Nachteile im bekannten Stand der Technik zu überwinden. Die Aufgabe besteht insbesondere darin, ein Verfahren zum Reinigen eines Stirlingmotors oder dergleichen Wärmekraftmaschine während dessen bzw. deren Betrieb und eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu schaffen, welche Einrichtung die ununterbrochen betreibbare Wärmekraftmaschine und das Reinigungswerkzeug umfasst. Die wesentlichen kennzeichnenden Merkmale der erfinderischen Lösung dieser Aufgabe sind in den beigefügten Hauptansprüchen 1 und 7 betreffend das Verfahren bzw. die Einrichtung angegeben.

Bei einem Verfahren der anfangs genannten Art besteht die Erfindung im Schleudern eines mit einem gasförmigen oder flüssigen Treibmittel vermischten feinteiligen festen oder flüssigen Schleifmittel auf die zu reinigenden Wände, welches Treibmittel unter Druck auf die Wände geblasen oder gespritzt wird, und im Ableiten der in den Brennraum eingeleiteten Stoffe als fluide und/oder schüttfähige Gemische, während die Wärmekraftmaschine, insbesondere der Stirlingmotor oder dergleichen betrieben wird. Das Verfahren zum Reinigen durch Schleudern eines mit einem gasförmigen Treibmittel vermischten feinteiligen festen Schleifmittels auf die zu reinigenden Wände ist zwar in der Art des Sandstrahlens mittels eines Sandstrahlgebläses bekannt. Es wurde aber bisher nicht in Wärmekraftmaschinen angewendet, während diese sich im Betrieb befinden. Eine solche Anwendung ist tatsächlich nicht ratsam in Verbrennungskraftmaschinen, deren Brennraum sich in einem Arbeitszylinder mit periodisch eintauchendem und ausgetriebenem Arbeitskolben ständig verändert und auch keine Wände aufweist, die zur Übertragung von Wärme an ein Arbeitsmedium bestimmt sind. Die erfindungsgemäße Anwendung betrifft vielmehr Stirlingmotoren oder dergleichen Wärmekraftmaschinen wie beispielsweise Dampfmaschinen, deren Brennraum im Betrieb unverändert bleiben und Wärme übertragende Wände zur Abgrenzung gegenüber einem Arbeitsmedium hauptsächlich in flüssigem, dampfförmigem oder vollständig gasförmigem Zustand aufweisen.

Abhängig von den Erfordernissen besonderer Anwendungen kann als Schleifmittel jeder feinkörnige und schüttfähige Feststoff oder Granulat eingesetzt werden, das in der Hitze des Brennraums seinen Aggregatzustand nicht wesentlich verändert und mit genügend hoher kinetischer Energie auf die zu reinigenden Wände trifft, um Ablagerungen davon zu lösen. Gleiches gilt allerdings grundsätzlich auch für feinteilig versprühte Flüssigkeiten oder fließfähige Stoffe genügend hoher Dichte, die unter Druck beschleunigt und von den zu reinigenden Wänden wieder abgebremst Ablagerungen von den Wänden ablösen und mit sich reißen. Als Treibmittel zum Schleudern des feinteiligen Schleifmittels kann sowohl ein Treibgas wie beispielsweise Luft oder dergleichen oder Dampf oder eine Flüssigkeit eingesetzt werden, die sich möglicherweise in der Hitze des Brennraums in Dampf umwandelt. Abhängig von den Umständen der besonderen Anwendung und der Verfügbarkeit dürfte Luft oder Wasserdampf als Treibmittel besonders geeignet sein.

Die beigefügten abhängigen Patentansprüche 2 bis 6 betreffen besonders erfinderische Ausführungsarten des Verfahrens gemäß Hauptanspruch 1 Bei Anwendung des Sandstrahlens mittels Luft oder dergleichen Treibgas unter Überdruck oder mittels Dampf ist grundsätzlich der Einsatz jeder Art von Sand im Sinne eines feinkörnigen und schüttfähigen Feststoffes oder Granulats oder einer feinverteilten Flüssigkeit möglich. Quarzsand dürfte unter den besonderen Umständen zahlreicher Anwendungsfälle besonders geeignet sein. Wenn das Treibmittel und/oder das Schleifmittel erhitzt werden, bevor sie in den Brennraum gelangen, findet im Brennraum kein unzweckmäßiger Wärmeaustausch zwischen den in ihn eingeführten Stoffströmen statt. Als Wärmequelle zur Erhitzung eignen sich Brenngase im Zustrom vor oder im Abstrom nach ihrem Verweilen im Brennraum. Man könnte zwar heiße Verbrennungsgase auch unmittelbar als Treibmittel verwenden. Bei ihrer Verdichtung würden aber hohe Temperaturen entstehen, die möglicherweise in mehrfacher Beziehung schädlich wären. Durch periodisch intermittierenden bzw. pulsierenden Betrieb des Schleuderns, Blasens oder Spritzens können im Brennraum Stoßwellen mit erhöhten kinetischen Energien erzeugt werden, die für die Überwindung der Haftfähigkeit von Ablagerungen auf den zu reinigenden Wänden zweckmäßig sind. Durch Abscheidung flüssiger und fester Bestandteile aus dem aus dem Brennraum abgeleiteten fluiden und/oder schüttfähigem Gemisch von Abgasen können diese Abgase zur Erhitzung von Frischluft für die Verbrennung von Treibstoffen wie beispielsweise Holz aus Abfall und/oder zum Erhitzung der zum Reinigen erforderlichen Betriebsmittel eingesetzt werden.

Der Reinigungsbetrieb wird erfindungsgemäß in Funktion der Ablagerungen oder vorzugsweise in Funktion der Temperatur der nach Abkühlung aus dem Brennraum abströmenden Verbrennungs- bzw. Abgase geregelt. Die Ablagerungen lassen sich unmittelbar durch bekannte Messungen elektrostatischer, elektromagnetischer, optischer, thermischer oder akustischer Eigenschaften abtasten. Diese Messungen können Teil selbsttätiger Regelung des Reinigungsbetriebs sein. Die Differenz zwischen der Temperatur des in den Brennraum einströmenden Verbrennungsgases und der Temperatur des aus dem Brennraum abströmenden Verbrennungsgases zeigt die thermisch isolierende Wirkung von Ablagerungen auf den zu reinigenden Wänden an. In diesem Sinne können beispielweise Maximal- und Minimalwerte einer gemessene Temperatur in den aus dem Brennraum abströmenden Gasen als Steuersignale einer selbsttätigen Regelung, des Reinigungsbetriebs dienen, wenn die Maximal- und Minimalwerte in Funktion der Temperatur des in den Brennraum einströmenden Brenngases und in Funktion der berechneten Kühlleistung der Wärmekraftmaschine im Brennraum bestimmt sind. Die einfachste Steuerung des Reinigungsbetriebs unter gleich bleibenden Umständen des Betriebs der Wärmekraftmaschine besteht allerdings in der festen Bestimmung einer periodisch wiederholten Betriebszeit des Reinigens in Funktion der Betriebszeit der Wärmekraftmaschine.

Bei einer Einrichtung der anfangs genannten Art besteht die Erfindung

– in einem Sandstrahlgebläse einschließlich Treibgasquelle unter Überdruck, vorzugsweise Luftkompressor, Treibgasleitung, Sandbehälter, Sandzuleitung und Mischer, in dem die Treibgasleitung und die Sandzuleitung enden und von dem aus eine Mischstromleitung zu mindestens einer Austrittsdüse in einem Sandstrahlkopf führt, welche Mischstromleitung in der Brennkammer mit auf den Erhitzerkopf gerichteter Austrittsdüse endet, und
– in einem vorzugsweise im wesentlichen unterhalb der Brennkammer angeordneten Abscheider zum Abscheiden von Feststoffen aus Abgasen, vorzugsweise einen Schwerkraft- oder Massenkraftabscheider zum Abscheiden von Sand und Asche aus Verbrennungsgasen und Treibgas, welcher Abscheider strömungstechnisch in der von der Brennkammer vorzugsweise an deren unterer Seite ausgehenden Abgasleitung angeordnet ist.

Wenn sich in der Brennkammer vom Sandstrahlgebläse nur im wesentlichen der Sandstrahlkopf mit der mindestens einen Austrittsdüse, möglicherweise auch noch der Mischer zum Beimischen von Sand zum Treibgas befindet, behindern diese Bestandteile die Funktion der Brennkammer im Betrieb ebenso wenig wie der zur Reinigung eingeblasene Sand, der sofort nach seinem Einsatz am Erhitzerkopf der Maschine über die vorzugsweise nach unten abfallende Abgasleitung in den Abscheider gelangt und dort einschließlich der vom Erhitzerkopf abgeriebenen Ablagerungen oder Asche aus den Verbrennungsgasen vom gasförmig bleibenden Abgas getrennt wird.

Die beigefügten abhängigen Patentansprüche 8 bis 14 betreffen besonders erfinderische Ausführungsarten der Einrichtung gemäß Patentanspruch 7. Für die bei den angegebenen Ausführungsarten des erfindungsgemaßen Verfahrens erforderlichen Wärmeübertragungen sind die in den Patentansprüchen 8 bis 10 angegebenen Merkmale besonders vorteilhaft. Die im Patentanspruch 11 angegebenen Merkmale des Mischers des Sandstrahlgebläses fördern die Zufuhr von Sand in strömende Druckluft als Treibmittel. Die Patentansprüche 12 und 13 betreffen die Ausgestaltung der mindestens einen Austrittsdüse des Sandstrahlgebläses in der Brennkammer mit Bezug auf die zu reinigenden Wände am Erhitzerkopf. Die kennzeichnenden Merkmale dieser Ausgestaltung sind dazu bestimmt, mit möglichst geringem materiellem Aufwand möglichst zuverlässig und störungsfrei eine möglichst gleichmäßige und vollständige Reinigung zu bewirken. Das gemäß Patentanspruch 14 kennzeichnende Magentventil kann als Stellglied eines Regelkreises, einer Steuerung oder mehrerer Steuerungen alternativ ebenso wie kumulativ grundsätzlich drei verschiedene Funktionen ausführen. Das sind die Regelung des Reinigens in Funktion von Zustandsgrößen in der Brennkammer oder an deren Ausgang zur Abgasleitung, die Steuerung der Betriebszeit von Reinigungsperioden und die Steuerung eines pulsierenden Reinigungsbetriebs. unter gleich bleibenden Umständen vorbestimmt in Funktion der Betriebszeit des Stirlingmotors Reinigung die Erzeugung, die
Die Erfindung wird nun im Folgenden mit Hilfe der beigefügten Zeichnung an einem Ausführungsbespiel näher erläutert. In der Zeichnung ist eine erfindungsgemäße Einrichtung schematisch dargestellt.
Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung weist einen Stirlingmotor 1 mit Erhitzerkopf 2 auf, der mit kranzförmig angeordneten Rohrschleifen 3 in eine Brennkammer 4 hineinragt. Die Brennkammer 4 steht über eine Brenngasleitung 5 mit einem Holzvorofenvergaser 6 in Verbindung, dem durch eine Frischluftleitung 7, hier dargestellt als ein Luftgebläse, Frischluft zur Verbrennung von Holz als Betriebsmittel des Stirlingmotors zugeführt wird. Das Verbrennungsgas aus der Verbrennung von Holz im Vorofenvergaser 6 strömt durch die Brenngasleitung 5 in die Brennkammer 4 und gibt dort Wärme an ein Arbeitsgas ab, das durch die Rohrschleifen 3 des Erhitzerkopfes 2 strömt und im Stirlingmotor 1 den nützlichen Antrieb erzeugt. Gegenüber der Mündung der Brenngasleitung 5 an der Brennkammer 4 befindet sich die Mündung einer Abführleitung 8, durch die das an den Rohrschleifen abgekühlte Verbrennungsgas als Abgas aus der Brennkammer abgeleitet wird.
Insbesondere bei der Holzverbrennung und Holzvergasung im Holzvorofenvergaser 6 entsteht viel Rauch, der durch die Brenngasleitung 5 in die Brennkammer 4 gelangt und feinverteilt suspendierte Asche und andere kondensierbare nicht ständig gasförmige Verbrennungsprodukte enthält. In der Brennkammer fallen dann diese Asche und kondensierbaren Verbrennungsprodukte aus den ständig gasförmig bleibenden Bestandteilen des Verbrennungsgases aus und lagern sich mindestens teilweise auf den Wänden der Rohrschleifen 3 des Erhitzerkopfes 2 ab. Die ständig gasförmig bleibenden Bestandteile des Verbrennungsgases bilden nach Abkühlung an den Rohrschleifen Abgas zum Abführen durch die Abführleitung 8.
Die Ablagerungen aus dem Rauch der Holzverbrennung an den Wänden der Rohrschleifen 3 bilden dort eine thermische Isolation, die den zweckmäßigen Wärmeübergang vom Verbrennungsgas zum Arbeitsgas in den Rohrschleifen behindert. Deshalb müssen die Ablagerungen wenn schon nicht ständig verhindert so doch durch periodische Reinigung der Wände der Rohrschleifen entfernt werden, sobald sie durch thermische Isolation den energetischen Wirkungsgrad der Einrichtung erheblich mindern.
Für die Reinigung während des Betriebs des Stirlingmotors 1 steht erfindungsgemäß ein Sandstrahlgebläse zur Verfügung, das im wesentlichen eine Treibgasquelle unter Überdruck beispielsweise in Form eines Luftkompressors 11 mit Kompressionsdruckbehälter 12, eine vom Luftkompressor und dem Kompressionsdruckbehälter ausgehende Treibgasleitung 13, einen Sandbehälter 14, eine vom Sandbehälter ausgehende Sandzuleitung 15 und einen Mischer 16 aufweist, in dem die Treibgasleitung und die Sandzuleitung enden und von dem aus eine Mischstromleitung 17 zu einer Austrittsdüse in einem festen oder schwenkbaren und/oder translatorisch wechselnd beweglichen Sandstrahlkopfs 18 führt. Der Luftkompressor 11 erzeugt die im Kompressionsdruckbehälter 12 zeitweilig gespeicherte Druckluft, die als Treibgas durch die Treibgasleitung 13 dem Mischer 16 zugeführt wird und von dort mit Sand aus Sandbehälter 14 und Sandzuleitung 15 beladen durch die Mischstromleitung 17 zum Sandstrahlkopf 18 strömt.
Der Sandstrahlkopf 18 befindet sich in der Brennkammer und ist mit seiner Austrittsdüse auf die Rohrschleifen des Erhitzerkopfes 2 gerichtet. In der Zeichnung deuten drei Pfeile an der Mischstromleitung eine Beweglichkeit des Sandstrahlkopfes in Form einer Rotation oder Schwenkung und/oder in Form einer translatorischen Hin- und Herbewegung an, womit ein mittels der Druckluft erzeugter und von der Austrittsdüse am Sandstrahlkopf ausgehender Sandstrahl möglichst die gesamte durch Ablagerungen bedeckte Oberfläche der Rohrschleifen 3 des Erhitzerkopfes 2 erreichen soll. Die Anzahl der Austrittsdüsen am Sandstrahlkopf 18, die Ausrichtung dieser Düsen auf die zu reinigenden Wände des Erhitzerkopfs 2 und die notwendige Beweglichkeit des Sandstrahlkopfs in Bezug auf diese Wände, um diese zu reinigen, hängt davon ab, wie weit der Kegelwinkel des in einer Austrittsdüse zu erzeugenden kegelförmigen Sandstrahls ist und wie die zu reinigenden Wände ausgerichtet sind. Eine Ausgestaltung des Erhitzerkopfes 2 und des Sandstrahlkopfes 18 derart, dass der Sandstrahlkopf im Betrieb zur vollständigen Reinigung des Erhitzerkopfes nicht bewegt werden muss, ist besonders vorteilhaft. Mit
Im Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß vorliegender Zeichnung gehen die Treibgasleitung 13 und die Mischstromleitung 17 am Mischer 16 geradlinig ineinander über. Wenn sich im Mischer zwischen diesen Leitungen ein geeignet verengter Strömungskanal befindet, kann in diesem nach Bernoulli ein Unterdruck erzeugt werden, der die Zufuhr von Sand aus der Sandzuleitung fördert. Alternativ abweichend vom zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel kann unter Umständen erfindungsgemäß der Sand dem Treibgas auch erst innerhalb der Brennkammer 4 beigemischt werden.
Bei dem zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung befindet sich in der Treibgasleitung ein Magnetventil 21, das als Stellglied einer Steuerung des Reinigungsbetriebs dient. Dabei hat man sich vorzustellen, dass der Betrieb des Luftkompressors 11 in an sich bekannter Weise selbsttätig in Funktion des im Druckbehälter 12 herrschenden Luftdrucks gesteuert wird und keiner zusätzlichen Steuerung bedarf. Mit dem Magnetventil kann in der Treibgasleitung ein periodisch intermittierender bzw. pulsierender Luftstrom erzeugt werden, der sich dann auch als periodisch intermittierender bzw. pulsierender Sandstrahl am Sandstrahlkopf 18 auswirkt und in der Brennkammer der Reinigung förderliche Erschütterungen auslöst.
Das Magnetventil 21 als Stellglied einer Regelstrecke mit Steuergerät 22 und Messgerät hier beispielsweise dargestellt als Thermometer 23 in der Abgasleitung 8 bestimmt auch Beginn und Ende einer Reinigungsperiode durch Öffnen zu Beginn und Schließen der Treibgasleitung 13 am Ende jeder Periode. Dabei beginnt eine Reinigungsperiode, wenn die Temperatur im Abgas über einen bestimmten Maximalwert ansteigt. Das Ende der Reinigungsperiode kann in Funktion eines Minimalwerts der im Abgas gemessenen Temperatur ebenfalls geregelt sein. Einfacher lässt sich das Ende der Reinigungsperiode durch Vorgabe einer bestimmten Betriebszeit aller Reinigungsperioden steuern. Unter gleich bleibenden Betriebsverhältnissen können Beginn und Ende aller Reinigungsperioden in Bezug auf die Betriebszeit des Stirlingmotors vorgegeben und durch entsprechende Steuerung des Magnetventils auch ohne Regelkreis erzeugt werden.
Beim zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung mündet die Abgasleitung 8 in einem Abscheider 24, hier als Massekraftabscheider dargestellt, an dessen unterem Ende sich ein Sammelbehälter 25 für schüttfähige Feststoffe und Kondensat von Dämpfen befindet. Der Sammelbehälter lässt sich periodisch durch eine mittels Schieber 26 verschließbare Ablaufleitung in einen Abfallbehälter 27 entleeren. Vom oberen Ende des Abscheiders 24 geht eine Abgasableitung 28 aus. Das durch die Abgasleitung 8 in den Abscheider 24 eingeleitete Abgas besteht während der Reinigung der Wärme leitenden Wände 3 des Erhitzerkopfs 2 in der Brennkammer 4 in abgekühlten Verbrennungsgasen und Treibgas und ist mit Sand und mit Asche aus dem Rauch der Holzverbrennung und mit den abgeschliffenen Ablagerungen vermischt. Die abgekühlten Verbrennungsgase, insbesondre solche aus der Holzvergasung, enthalten in der Regel auch noch kondensierbare Dämpfe, die erst im Abscheider kondensieren. In den Sammelbehälter 25 fallen Sand, Asche, abgeschliffene Ablagerungen und Kondensat von Dämpfen aus, während das so gereinigte Abgas nach oben strömt und durch die Abgasableitung 28 weitergeleitet wird.
Für die Wärmebilanz und den energetischen Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Einrichtung wichtig sind die im zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiel Wärmeaustauscher 31 zwischen Brenngasleitung 5 und Treibgasleitung 13 und mindestens ein Wärmeaustauscher 32 im Abscheider 24. Der mindestens eine Wärmeaustauscher im Abscheider kann dazu eingesetzt sein, Frischluft vor ihrer Einleitung durch die Frischluftleitung 7 in den Holzvorofenvergaser 6 zu erhitzen und Dämpfe aus dem Abgas zu kondensieren. Ein Frischluftgebläse wird man in diesem Fall an der Einströmöffnung der Frischluftleitung anordnen, wo die Frischluft noch eine geringe Temperatur und verhältnismäßig hohe Dichte aufweist. Ein im Ausführungsbeispiel nicht zeichnerisch dargestellter zweiter Wärmeaustauscher neben dem Wärmeaustauscher 32 im Abscheider 24 kann auch in die Treibgasleitung 13 eingefügt sein und zur Erhitzung der Druckluft vor ihrem Einsatz als Treibgas im Sandstrahlkopf dienen. Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, Wärmeaustauscher zur Erhitzung von Frischluft und/oder Treibgas getrennt vom Abscheider in der Abgasableitung einzusetzen.
Es ist vorteilhaft, auch den Sand im Sandbehälter und der Sandzuleitung durch unmittelbaren oder mittelbaren Wärmeaustausch mit dem Verbrennungsgas in der Brenngasleitung 5 zu erhitzen, bevor er in die Brennkammer 4 eingeblasen wird. Zur schematischen Andeutung solcher Erhitzung durch Wärmeaustausch ist in der Zeichnung des Ausführungsbeispiels der Erfindung der Sandbehälter 14 der Brenngasleitung 5 benachbart dargestellt.
Das zeichnerisch dargestellte Schema einer erfindungsgemäßen Einrichtung lässt nicht die Grenzen des Geltungsbereichs der Erfindung erkennen. Solche Grenzen sind vielmehr durch die beigefügten Patentansprüche bestimmt.

Claims

Verfahren zum Reinigen Wärme übertragender Wände im Brennraum einer Wärmekraftmaschine von festen Ablagerungen aus Brenngasen, insbesondere zum Reinigen Wärme übertragender Wände eines Erhitzers im Brennraum eines vorzugsweise durch Holzvergasung betriebenen Stirlingmotors oder dergleichen, gekennzeichnet – durch Schleudern eines mit einem gasförmigen oder flüssigen Treibmittel vermischten feinteiligen festen oder flüssigen Schleifmittels auf die zu reinigenden Wände, welches Treibmittel unter Druck auf die Wände geblasen oder gespritzt wird, und durch Ableiten der in den Brennraum eingeleiteten Stoffe als fluide und/oder schüttfähige Gemische, während die Wärmekraftmaschine, insbesondere der Stirlingmotor oder dergleichen betrieben wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1, gekennzeichnet durch Sandstrahlen mittels eines Treibgases unter Überdruck bestehend in Luft oder dergleichen oder Dampf, welches Treibgas als Treibmittel gemischt mit einem Schleifmittel bestehend in körnigem und schüttfähigem Feststoff oder Granulat, vorzugsweise Quarzsand, auf die zu reinigenden Wände geblasen wird.
Verfahren nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittel und/oder das Treibmittel außerhalb des Brennraums vorzugsweise durch Wärmeaustausch mit Brenngasen erhitzt werden.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch periodisch intermittierenden bzw. pulsierenden Betrieb des Schleuderns, Blasens oder Spritzens.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch gemeinsame Abfuhr von abgekühltem Verbrennungs- bzw. Abgas, Schleifmittel und Treibmittel aus dem Brennraum und Abscheidung flüssiger und fester Bestandteile des abgeführten Gemisches von seinen gasförmigen Bestandteilen.
Verfahren nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch Steuerung des Reinigens in Funktion der Betriebszeit der Wärmekraftmaschine oder durch Regelung des Reinigens in Funktion der Ablagerungen oder vorzugsweise in Funktion der Temperatur der nach Abkühlung aus dem Brennraum abströmenden Verbrennungs- bzw. Abgase.
Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Patentansprüche 2 bis 6 zum Reinigen Wärme übertragender Wände eines Erhitzers im Brennraum eines vorzugsweise durch Holzvergasung ununterbrochen betriebenen Stirlingmotors oder dergleichen, – mit einer Brennkammer (4), in der sich ein Erhitzerkopf (2, 3) des Stirlingmotors (1) oder dergleichen befindet, und – mit einem Vorofenvergaser, insbesondere einem Holzvorofenvergaser (6), der über eine Brenngasleitung (5) mit der Brennkammer (4) in Verbindung steht, – mit einer Frischluftleitung (7) zum Zuführen von Frischluft zum Vorofenvergaser (6) und – mit einer Abgasleitung (8) zum Ableiten von Abgas aus der Brennkammer (4), welches Abgas mit der Frischluft im Wärmeaustausch stehen kann, gekennzeichnet, – durch ein Sandstrahlgebläse einschließlich Treibgasquelle unter Überdruck (11, 12), vorzugsweise Luftkompressor (11), Treibgasleitung (13), Sandbehälter (14), Sandzuleitung (15) und Mischer (16), in dem die Treibgasleitung und die Sandzuleitung enden und von dem aus eine Mischstromleitung (17) zu mindestens einem Sandstrahlkopf (18) mit mindestens einer Austrittsdüse führt, welche Mischstromleitung in der Brennkammer (4) mit auf den Erhitzerkopf (2, 3) gerichteter Austrittsdüse endet, und – durch einen vorzugsweise im wesentlichen unterhalb der Brennkammer (4) angeordneten Abscheider (24) zum Abscheiden von Feststoffen aus Abgasen, vorzugsweise einen Schwerkraft- oder Massenkraftabscheider (24) zum Abscheiden von Sand und Asche aus Verbrennungsgasen und Treibgas, welcher Abscheider strömungstechnisch in der von der Brennkammer vorzugsweise an deren unterer Seite ausgehenden Abgasleitung (8) angeordnet ist.
Einrichtung nach Patentanspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Wärmeaustauscher (32) zum Übertragen von Wärme aus Abgasen auf die Frischluft für den Vorofenvergaser (6) und/oder auf das Treibgas für das Sandstrahlgebläse in einem gemeinsamen Gehäuse des Abscheiders (24) befindet.
Einrichtung nach einem der Patentansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich in der Treibgasleitung (13) und in der Brenngasleitung (5) ein gemeinsamer Wärmeaustauscher (31) befindet, in dem das Treibgas durch Wärmeübertragung von den Brenngasen erhitzt wird.
Einrichtung nach einem der Patentansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Sandbehälter (14) an der Brenngasleitung (5) befindet und der Sand durch mittelbare oder unmittelbare Wärmeübertragung vom Verbrennungsgas erhitzt wird.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mischer (16) mit verengtem Strömungskanal zwischen Treibgasleitung (13) und Mischstromleitung (17) als Saugpumpe zur Erzeugung eines im Betrieb abgesenkten Drucks nach Bernoulli in der Sandzuleitung (15) ausgebildet ist.
Einrichtung nach einem der Patentansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch mindestens einen beweglichen, vorzugsweise drehbaren und/oder translatorisch wechselnd hin- und herbewegbaren Sandstrahlkopf (18) mit mindestens einer in Bezug auf eine zentrische Bewegungsachse koaxial oder mindestens teilweise radial ausgerichteten Austrittsdüse im Zentrum rundum kranzförmig angeordneter Rohrschleifen (3) oder Wärmeleitrippen oder im Zentrum von mindestens einem oder mehreren zueinander zylindrisch angeordneten Rohrringen des Erhitzerkopfes (2).
Einrichtung nach einem der Patentansprüche 7 bis 11, gekennzeichnet durch mindestens einen festen Sandstrahlkopf (18) mit mindestens einer Austrittsdüse zur Erzeugung eines kegelförmigen Strahls mit weitem Kegelwinkel oder mit einer Gruppe von in verschiedene Richtungen ausgerichteten Austrittsdüsen, die sich vorzugsweise im Zentrum rundum kranzförmig angeordneter Rohrschleifen (3) oder Wärmeleitrippen oder im Zentrum von mindestens einem oder mehreren zueinander zylindrisch angeordneten Rohrringen des Erhitzerkopfes (2) befinden.
Einrichtung nach einem der Patentansprüche 7 bis 13, gekennzeichnet durch ein Magnetventil (21) in der Treibgasleitung (13), welches Ventil als Stellglied in einem Regelkreis mit Regler (22) zur Regelung des Reinigungsbetriebs in Funktion von Messwerten am Erhitzerkopf (2, 3) oder in der Abgasleitung (8), vorzugsweise in Funktion der mittels Thermometer (23) in der Abgasleitung gemessenen Temperatur des Abgases und/oder als Stellglied in einer Steuerung der Betriebszeit von Reinigungsperioden und/oder als Stellglied in einer Steuerung einer Betriebsart periodisch intermittierenden bzw. pulsierenden Sandstrahlens eingesetzt ist.