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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Ausnutzen der Abgaswärme einer Feuerungsanlage, insbesondere einer Ölheizung, mit einem Schornstein zur Ableitung der Rauchgase ins Freie und einer Gasturbine..
Bei der Auslegung des Schornsteins einer Feuerungsanlage muss nicht nur auf den zu erzeugenden, die Verbrennung beeinflussenden Zug, sondern auch auf die mit den durch den Schornstein abgeleiteten heissen Rauchgasen zusammenhängenden Betriebsbedingungen genau geachtet werden. Es ist nämlich dafür zu sorgen, dass diese Rauchgase auf dem Weg ins Freie ihren Taupunkt nicht unterschreiten, da eine. solche Unterkühlung der Rauchgase die Ausscheidung von Schadstoffen, insbesondere von Schwefel bzw. Schwefelverbindungen zur Folge hat, was zu Beschädigungen, Undichtheiten und Korrosionserscheinungen des Schornsteins führt.
Die Gefahr dieser Schwefelkorrosionen u. dgl. ergibt sich dabei vor allem bei Verfeuerung von schwefelhaltigen Brennstoffen, also beispielsweise von Ölen, und das einzige Gegenmittel, diese Gefahr zu bannen, scheint darin zu bestehen, die Abgastemperatur entsprechend hoch zu halten, womit aber zwingend ein beträchlicher Verlust an Abgaswärme verbunden ist. Rauchgase einer üblichen Ölheizung verlassen z. B. auch die Schornsteinmündung mit einer Temperatur von zirka 150 und mehr, welche Abgaswärme bisher nicht weiter ausgenutzt werden konnte.
Gemäss der DE-OS 2815764 wurde zwar bereits vorgeschlagen, ein auf einem Kamin aufgebautes Windkraftwerk mit einer im Inneren des Kamins installierten Gas- oder Luftturbine zu kombinieren, wobei die Aufheizung des Kamins durch Solarzelle oder Verbrennungswärme erfolgen soll. Diese Wärme-Wind-Kraftwerke können allerdings von vorherein nur mit einem speziell für sie entworfenen und ausgelegten Kamin zusammenwirken und ihr Einsatz bei einer üblichen Feuerungsanlage ist schon deshalb unmöglich, da die innerhalb des Kamins angeordnete Turbine bei der Ausnutzung der Rauchgaswärme bzw. -strömung zu starke Rückwirkungen auf den Kamin mit sich brächte.
Es käme nicht nur zu einer Beeinträchtigung der Zugverhältnisse für die Heizungsanlage, sondern vor allem auch zu einer Unterkühlung der Rauchgase im Kamin, was aber unbedingt zu vermeiden wäre. Eine Anwendung der vorgeschlagenen Kraftwerksanlage im Zusammenhang mit bestehenden bzw. bekannten Feuerungsanlagen ist daher praktisch nicht durchführbar und eine Verwirklichung in Verbindung mit einem eigens für solche Kraftwerke entworfenen Kamin dürfte von vornherein wegen des dazu erforderlichen hohen Aufwandes scheitern.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die auf einfache Weise eine Ausnutzung der Abgaswärme erlaubt, einen Betrieb ohne die Gefahr einer Rückwirkung auf den Schornstein gewährleistet und auch nachträglich bei einer bereits bestehenden Feuerungsanlage schwierigkeitslos installierbar ist.
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass die Gasturbine mit Abstand über der Schornsteinmündung angeordnet ist und in einer düsenförmigen Rauchgasführung sitzt, deren Eintrittsbereich bis unter die Schornsteinmündung reicht und den Schornstein unter Freilassung eines einen Luftansaugkanal bildenden Zwischenraumes umgibt. Die den Schornstein verlassenden heissen Rauchgase strömen durch die Rauchgasführung der Gasturbine zu, die dem durchströmenden Medium mechanische Energie entzieht und diese beispielsweise an einen direkt angekuppelten Generator abgibt.
Dabei wird auf Grund der vorzugsweise in Art einer Lavaldüse ausgebildeten Rauchgasführung, die sich entsprechend weit abwärts erstreckt, Umgebungsluft angesaugt und dem Rauchgas zugemischt, welches Rauchgas-Luftgemisch wegen der düsenbedingten Druck-Geschwindigkeitsumwandlung mit relativ hoher Strömungsgeschwindigkeit die Gasturbine beaufschlagt, so dass eine gewünschte Energieausbeute sichergestellt ist. Trotz dieser auf einfache Weise erreichbaren und überall anwendbaren Möglichkeit einer Abgaswärmeausnutzung ist keinerlei schädliche Rückwirkung auf den Schornstein bzw. die Zugverhältnisse im Schornstein zu befürchten, da die Gasturbine genügend weit ausserhalb des Schornsteins liegt und auch das oberhalb des Schornsteins erfolgende Zumischen von Luft zum Rauchgas im Schornsteinbereich keine Rauchgasunterkühlung mit sich bringen kann.
Die spezielle Ausgestaltung der Turbine, die Dimensionierung und Formgebung der Rauchgasführung, die Anordnung von strömungsgünstigen Verkleidungen für Turbine bzw. Generator oder die Verwendung zusätzlicher Leiteinrichtungen u. dgl. können dabei je nach den vorhandenen Gegebenheiten, Rauchgasmengen, Rauchgastemperaturen, anzusaugenden Luftmengen, Zug- und Strömungsverhältnissen usw. frei gewählt werden, für welche Wahl natürlich ein möglichst guter Gesamtwirkungsgrad der Vorrichtung massgebend sein wird.
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Eine konstruktiv vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn das Laufrad der Gasturbine über eine vorzugsweise leitradartig ausgebildete Abstützung in der mittels Strebe od. dgl. am Schornstein oder Dach aufgesetzten Rauchgasführung gelagert ist. Eine solche Abstützung erlaubt nicht nur die Beeinflussung der Strömungsverhältnisse für die Turbine, sondern schafft auch eine einfache Halterung für die Turbinen-Generatoreinheit, wodurch insgesamt die Vorrichtung ohne grossen Bauaufwand herstellbar ist, relativ leicht an Gewicht bleibt und mit wenigen Handgriffen praktisch überall und jederzeit montierbar und auch wieder demontierbar ist.
Um bei wechselnden Bedingungen, seien, sie von der Witterung oder dem Betrieb der Feuerungsanlage selbst abhängig, die Abgaswärmeausnutzung an die gerade vorhandenen Verhältnisse anpassen zu können, sind erfindungsgemäss verstellbare, den Luftzutritt bestimmende Klappen od. dgl. für den Luftansaugkanal vorgesehen. Diese Klappen lassen sich mit einer händisch oder automatisch betätigbaren Verstelleinrichtung versehen und ermöglichen durch die Beeinflussung der Luftansaugung eine Optimierung des Wirkungsgrades der ganzen Energierückgewinnungsvorrichtung.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in einem Ausführungsbeispiel rein schematisch dargestellt.
Eine einfache, leicht montierbare, überall einsetzbare und ohne nachteilige Folgen für den Schornstein oder die Verbrennung wirkende Vorrichtung zum Ausnutzen der Abgaswärme einer Feuerungsanlage besteht im wesentlichen aus einer düsenförmigen Rauchgasführung --1--, die mittels Streben --2-- am Schornstein --3-- aufgesetzt ist und mit ihrem Eintrittsbereich --4-- bis unter die Schornsteinmündung --5-- reicht. Die Rauchgasführung-l-liegt koaxial zum Schornstein - und lässt zwischen Eintrittsbereich-4-- und Schornstein-3-- einen ringförmigen Luftansaug- kanal --6-- frei, durch den Umgebungsluft --7-- angesaugt und den die Schornsteinmündung --5-- verlassenden Rauchgasen --8-- zugemischt wird.
Mit Abstand oberhalb der Schornsteinmündung-5-- ist nun innerhalb der Rauchgasführung --1-- eine Gasturbine --9-- angeordnet, die dem durchströmenden Luft-Gasgemisch Energie entzieht und diese an einen Generator --10-- weitergibt, der unmittelbar an die Turbine --9-- angeschlossen ist. Die Gasturbine --9-- besitzt ein Laufrad--11--
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--12--,Rauchgasführung-l-gehalten wird.
Um den Luftzutritt regulieren zu können, sind dem Luftansaugkanal-6-- verstellbare Klappen - zugeordnet, die je nach Stellung den Durchtrittsquerschnitt des Kanals bestimmen.
Die den Schornstein --3-- verlassenden heissen Rauchgase --5-- saugen durch den Ansaugkanal --6-- Luft --7-- in die Rauchgasführung ein, wobei die angesaugte Luftmenge über die Klappen --13-- regulierbar ist. Das oberhalb der Schornsteinmündung --5-- entstehende warme Rauchgas-Luftgemisch strömt dann der Gasturbine --9-- mit einer relativ hohen Strömungsgeschwindigkeit zu, da auf Grund der Düsenform der Rauchgasführung-l-der Druck des Gemisches weitgehend in Geschwindigkeit umgesetzt wird.
Das Gemisch betreibt die Gasturbine --9-- und damit den Generator --10--, der zum Schutz entsprechend eingekapselt ist und über nicht näher dargestellte Leitungen elektrische Energie beliebigen Verbrauchern zuliefert, wobei in günstiger Weise die Verbraucher an eine vom Generator gespeiste Batterie angeschlossen sind, um trotz des von der Rauchgasströmung abhängigen ungleichmässigen Energieanfalles eine konstante elektrische Leistung abnehmen zu können. Als Verbraucher eignen sich dabei vor allem feuerungseigene Einrichtungen, wie Zündung, Umwälzpumpe, Ölvorwärmung usw., da sich dann die Feuerungsanlage sozusagen selbst betreibt.
Wegen des Abstandes der Gasturbine --9-- von der Schornsteinmündung - und weil die angesaugte Luft die Rauchgase im Bereich des Schornsteins --3-- nicht unterkühlen kann, besteht keine Gefahr schädlicher Rückwirkungen bei der Abgaswärmeausnutzung auf den Schornstein bzw. auf die Zugverhältnisse im Schornstein.
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