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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckgerät zum Aufbau und Ausstoß einer Druckwelle, einen Brennraum mit einem solchen Druckgerät sowie ein Reinigungsverfahren mittels eines solchen Druckgerätes für einen Brennraum.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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In Anlagen zur Müllverbrennung (z.B. für Chemieabfälle, Siedlungsabfälle, Industrieabfälle) oder in Kraftwerken in denen fossile Brennstoffe (Kohle, Öl) oder Biomasse verbrannt werden (Holz, Agrarabfälle, Holzpellets, pflanzliche oder regenerierte Öle, Biogas) entstehen in den Brennräumen und rauchgasführenden Bereichen Verbrennungsrückstände (Schlacke, Asche etc.) die sich dort als Ablagerungen an Wänden und Einbauten ablagern können. Während des Betriebs solcher Anlagen wachsen solche Ablagerungen an den Brennraumwänden oder an den Oberflächen von Einbauten. Diese Ablagerungsschichten beeinträchtigen die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Anlagen aus verschiedenen Gründen:
- - Die isolierende Wirkung dieser Schichten verringert den Wärmeübergang im Brennraum und in den Abgaseinrichtungen. Dies vermindert die Effizienz der Wärmetauscher und setzt beispielsweise auch die Leistungsfähigkeit von Rauchgasreinigungssystemen deutlich herab.
- - Die Ablagerungen, die aggressive Bestandteile enthalten können, erhöhen das Korrosionsrisiko, insbesondere an druckbeaufschlagten Teilen, im Wärmetauscher.
- - Durch die zusätzlichen Ablagerungsschichten werden die Strömungsquerschnitte und -geometrien verringert bzw. verändert, so dass sich der Strömungswiderstand der Rauchgase erhöht und die Strömungsgeschwindigkeiten und -eigenschaften beeinträchtigt werden können.
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Daher ist es erforderlich, die Ablagerungen entweder zu verhindern, was bei vielen Brennstoffen nicht möglich ist, oder regelmäßig zu entfernen. Dazu müssen die Anlagen außer Betrieb gesetzt werden, und die Innenoberflächen der Brennräume müssen regelmäßig von Ablagerungen befreit werden. Das manuelle oder mechanische Bearbeiten der Brennraumoberflächen ist aufwändig.
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Daher sind zum Ablösen dieser Ablagerungen von den Oberflächen Verfahren entwickelt worden. Um die Betriebsausfälle und Stillstandzeiten der Anlagen möglichst gering zu halten, sind Verfahren wünschenswert, die es erlauben, möglichst während des Betriebes die Wände und Innenoberflächen solcher Anlagen von Schlacke oder Ablagerungen zu befreien.
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Ein Verfahren besteht darin, über kontrollierte Sprengungen im Innenraum der Anlage eine Druckwelle auszulösen, welche die meist festen und spröden Schlacken, Aschen und Ablagerungen von den Oberflächen löst. Die abgesprengten Feststoffe werden dann beispielsweise über die Ascheabfuhr aus dem Behälter entfernt. Solche Sprengungen oder kontrollierten Explosionen können auch während des Betriebes oder zumindest ohne eine Abkühlung der Anlage vorgenommen werden.
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Ein solches Verfahren ist aus der
EP 1 067 349 A2 bekannt. Für die kontrollierte Explosion werden Lanzen mit einem gegebenenfalls vorgekühlten Sprengsatz in die Brennräume eingeführt, der dann dort zur Detonation gebracht wird. Die dadurch erzeugte Druckwelle im Inneren des Behälters breitet sich kugelförmig (und weitgehend ungerichtet) in alle Richtungen aus. Zu starke Explosionen können Bauteile und insbesondere die die Druckwelle zurückwerfenden Wände beschädigen. Die verwendeten Sprengstoffe sind kritisch in der Handhabung und dürfen nur von speziell zugelassenen Personen und Firmen verwendet werden, um das Risiko von Schäden und Unfällen zu minimieren. In laufenden Verbrennungsöfen ist die Anwendung besonders kritisch, oder sogar unmöglich. Daher sind die Kosten für solche Sprengreinigungen hoch und erhöhen die Betriebskosten der Anlagen. Werden die Sprengreinigungen nur selten durchgeführt, werden die Anlagen mit niedrigen Wirkungsgraden betrieben, was wiederum die Ausbeute und Effizienz verschlechtert und damit die Produktivität und den Wirkungsgrad der Anlagen verschlechtert.
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Es besteht also die Aufgabe eine Reinigungsvorrichtung bzw. ein Reinigungsverfahren für Brennkammern und Verbrennungsanlagen bereitzustellen, bei denen die oben genannten Probleme wenigstens teilweise gelöst werden.
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Dieses Problem löst die vorliegende Erfindung gemäß Anspruch 1.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Nach einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Druckgerät zum Aufbau und Ausstoß einer Druckwelle bereitgestellt, das Folgendes umfasst:
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Einen Druckzylinder und ein Steuerorgan, das den Druckzylinder in eine erste und zweite Druckkammer unterteilt und das zwischen einer ersten und zweiten Arbeitsstellung im Druckzylinder verstellbar angeordnet ist, wobei
- - die erste und zweite Druckkammer über ein Absperrorgan kommunizierend miteinander koppelbar sind,
- - das Steuerorgan mit einem Dichtungskörper gekoppelt ist, der in der ersten Arbeitstellung des Steuerorgans eine Austrittsöffnung im Druckbehälter verschließt und diese in der zweiten Arbeitsstellung freigibt,
- - ein erster Druckanschluss im Druckbehälter vorgesehen ist, über den ein Fluid in die erste und/oder zweite Druckkammer zu- und/oder aus dieser abführbar ist, und
- - erster Druckanschluss, Steuerorgan, Stellelement, Dichtungskörper und Absperrorgan so zusammenwirken, dass bei einem Druckabbau in der zweiten Druckkammer bei geschlossenem Absperrorgan und bei unter Druck stehender erster Druckkammer das Steuerorgan aus seiner ersten in seine zweite Arbeitsstellung gebracht wird, dabei der Dichtungskörper die Austrittsöffnung freigibt und das in der ersten Druckkammer unter Druck stehende Fluid schlagartig durch die Austrittsöffnung entweicht.
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Dieser Fluidstoß tritt in einen zu reinigenden Brennraum ein und verursacht dort eine Druckwelle, die Schlacke, Asche oder Ablagerungen von den Wänden löst. Als Fluid kann beispielsweise ein nicht brennbarer Stoff, wie z.B. Wasserdampf, verwendet werden, der gefahrlos bzw. ohne pyrotechnische Risiken gehandhabt werden kann. So ein Druckgerät ist fest in einer Außenwand des Brennraumes oder einem anderen Bauteil der Anlage installierbar und mit einer steuerbaren Fluidzufuhr zu versehen, so dass die Reinigung weitgehend automatisiert werden kann und in die Prozesssteuerung der Anlage integriert werden kann. Gegebenenfalls kann die Reinigung sogar ohne Unterbrechung des Verbrennungsvorgangs selbst ausgeführt werden. Es ist auch möglich, mehrere Druckgeräte an der Brennkammer oder in der Anlage zu verteilen und koordiniert zu betreiben, sodass die Wirkung der aufgebauten Druckwelle oder der Druckwellen optimiert auf die Brennraum/- Anlagengeometrie gestaltet werden kann.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann weitgehend automatisiert ablaufen und kann so auch von ungeschultem Personal angewendet werden.
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Weitere Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der beigefügten Zeichnung und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen.
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Figurenliste
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Ausführungsformen der Erfindung werden nun beispielhaft anhand der Figuren beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einem ersten Betriebszustand,
- 2 das in der 1 dargestellte Druckgerät in einem Zwischenbetriebszustand eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
- 3 das in 1 und 2 dargestellte Druckgerät in einem zweiten Betriebszustand,
- 4 ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
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1 zeigt die schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Vor einer detaillierten Beschreibung folgen zunächst allgemeine Erläuterungen zu den Ausführungsformen.
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Das Wirkprinzip dieses Druckgeräts beruht darauf, dass über ein Steuerorgan, das den Druckzylinder in eine erste und zweite Druckkammer aufteilt und das zwischen einer ersten und zweiten Arbeitsstellung im Druckzylinder verstellbar ist, über ein Stellelement ein Dichtungskörper verstellt wird, der eine Austrittsöffnung verschließt oder freilegt.
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Dabei wird zunächst durch die Zufuhr eines Fluides in beide Druckkammern ein hoher Druck aufgebaut. Anschließend wird das Fluid aus der zweiten Druckkammer abgelassen, dadurch entsteht eine Druckdifferenz zwischen den beiden Druckkammern, die dazu führt, dass das Steuerorgan - zunächst in seiner ersten Arbeitsstellung - in seine zweite Arbeitsstellung verstellt wird und dabei ggf. über ein Stellelement den Dichtungskörper so verstellt, dass dieser die Austrittsöffnung freigibt.
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Durch die Austrittsöffnung gelangt dann das unter Druck stehende Fluid schlagartig in einen Bereich der Anlage, in dem die Druckwelle aufgebaut werden soll. Diese Druck- oder Schockwelle löst dann an den Wänden bzw. an Einbauten anhaftende Ablagerungen (Schlacke, Asche etc.). In einem Brennraum oder anderen rauchgasführenden Bereichen sind das typischerweise Ablagerungen bzw. Verbrennungsreste, die sich als Feststoffe und Schlacke an den Wänden der Brennkammer bzw. an Einbauten oder an in den Brennraum bzw. andere Bereiche hineinragenden Wärmetauscherelementen ablagern. Die durch die Schockwelle abgelösten Feststoffe können dabei auch während des Betriebes über die vorgesehene Asche- bzw. Schlackenabfuhr aus dem Brennraum entfernt werden. In seiner einfachsten Ausführungsform weist das Druckgerät einen ersten Druckanschluss auf, über den das Fluid in die erste bzw. die zweite Druckkammer zugeführt wird und aus dieser auch wieder abgeführt wird. Zusätzlich ist ein Absperrorgan vorgesehen, welches die erste und zweite Druckkammer kommunizierend miteinander verbindet bzw. deren Verbindung untereinander auch unterbrechen kann. Beim Druckaufbau ist das Absperrorgan geöffnet. Dadurch wird bei der Fluidzufuhr über den ersten Druckanschluss in beiden Druckkammern der gleiche Druck aufgebaut.
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Bei dem Fluid handelt es sich beispielsweise um Wasserdampf, der zugeführt und den Druckzylinder insgesamt unter Druck setzt, wobei durch die Verbindung zwischen erster und zweiter Druckkammer dort jeweils der gleiche Druck herrscht. Nach dem Druckaufbau werden der erste Druckanschluss und das Absperrorgan geschlossen. Zum Auslösen des Druckstoßes wird dann der Druck lediglich in der zweiten Druckkammer abgebaut (über den ersten Druckanschluss). Die dadurch entstehende Druckdifferenz zwischen erster und zweiter Druckkammer bewegt das Steuerorgan aus der ersten Arbeitsstellung in die zweite Arbeitsstellung und hebt den Dichtungskörper von der Ausgangsöffnung, die dann freigegeben wird.
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Der Druckbehälter kann als kreiszylindrischer Druckzylinder gestaltet sein, aber auch andere Behälterformen und -gestalten (z.B. kugelförmig, linsenförmig) umfassen. Das Steuerorgan kann dann beispielsweise eine flexible Membran sein, die direkt über ein Verbindungselement oder ein Stellelement mit dem Dichtungskörper gekoppelt ist und die an ihren Umfangsrändern mit der Innenwand des Druckbehälters verbunden ist, sodass dieser in zwei Druckkammern aufgeteilt wird. Herrscht der gleiche Druck in den beiden Druckkammern wird keine Stellkraft auf diese Membran ausgeübt. Entsteht jedoch in der zweiten Druckkammer ein Unterdruck (bzw. in der ersten ein Überdruck) so wird die Membran in Richtung zweite Druckkammer verstellt und löst dabei den Dichtungskörper von der Austrittsöffnung.
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In einer anderen Ausführung ist das Steuerorgan als im Druckbehälter verschieblicher Kolben ausgebildet und mit dem Absperrorgan gekoppelt. Ein solcher Kolben erlaubt einen sehr stabilen Druckzylinder und erlaubt es auch, je nach Kolbenabmessung und Zylinderwandstärken, mit sehr hohen Drücken zu arbeiten.
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In einer Ausführung ist das Steuerorgan (z.B. der Druckkolben) über ein als Stellstange ausgebildetes Stellelement mit dem Dichtungskörper verbunden. So kann der Kolben relativ weit entfernt vom Dichtungskörper angeordnet werden. Damit kann der Innenraum des Druckzylinders, d.h. das Volumen der ersten Druckkammer, den die Stellstange durchsetzt, relativ groß ausgebildet werden und damit ein großes Fluid-/Dampf- oder Gasvolumen realisiert werden, welches eine sehr starke Druckwelle ermöglicht. So eine Stellstange erlaubt auch eine schlanke (längliche), drucktechnisch günstige Bauweise des Druckzylinders. So kann auch mit niedrigen Wandstärken des Druckbehälters ein sehr druckfester Zylinder realisiert werden.
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In einer Ausführung ist das Absperrorgan in einer die erste und zweite Druckkammer verbindenden Leitung angeordnet. Dies geschieht beispielsweise in Form einer Bypass-Leitung, welche erste und zweite Druckkammer des Druckzylinders verbindet, in der das Absperrorgan, beispielsweise als ein Absperrhahn, angeordnet ist. So ein Absperrhahn kann von außen manuell oder auch ferngesteuert verstellt werden.
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In einer Ausführung ist das Absperrorgan in einer den Stellkolben selbst durchsetzenden Verbindungsleitung zwischen erster und zweiter Druckkammer angeordnet. Bei dieser Ausführung kann der Druckausgleichseffekt bei Zufuhr des Fluides und die Erzeugung des Differenzdrucks zwischen den beiden Druckkammern beispielsweise über ein Rückschlagventil realisiert werden. Dies ist dann die beiden Druckkammern verbindend im Stellkolben angeordnet. Dies erlaubt eine besonders einfache Ausführung, bei der beispielsweise der erste Druckanschluss in die zweite Druckkammer mündet und das Rückschlagventil aus der zweiten Druckkammer in Richtung erste Druckkammer durchgängig ist. Dadurch kann während der Fluidzufuhr (beim Druckaufbau) das Fluid durch das Rückschlagventil über die zweite Druckkammer auch in die erste Druckkammer gelangen. Es findet also ständig ein Druckausgleich statt.
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Ist der Druckaufbau abgeschlossen kann nun ebenfalls über den ersten Druckanschluss der Überdruck aus der zweiten Druckkammer abgebaut werden. Durch den Differenzdruck zwischen zweiter und erster Druckkammer schließt das Rückschlagventil und die Druckwirkung in der ersten Druckkammer bewirkt ein Verschieben des Kolbens im Druckzylinder, verstellt damit den Dichtungskörper, der die Austrittsöffnung frei gibt, während der Stellkolben aus seiner ersten in die zweite Arbeitsstellung bewegt wird.
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In einer Ausführung wird der Druckaufbau über eine Heizeinrichtung realisiert, welche das in den Druckzylinder (die beiden Druckkammern) zugeführte Fluid soweit erhitzt, dass dieses einen Phasenwechsel von flüssig nach gasförmig erfährt. Ein solcher Phasenwechsel von flüssig nach gasförmig bewirkt einen sehr starken Druckanstieg durch den sehr hohen Volumenzuwachs beim Übergang von flüssig nach gasförmig. Damit kann der Druckaufbau mit einer relativ geringen Ausgangsmenge (Volumen) des zunächst flüssigen Fluides bewirkt werden. Der Druckaufbau kann damit beispielsweise sehr einfach mit Wasser, das verdampft wird, realisiert werden. Damit steht ein sehr leicht verfügbares und völlig ungefährliches Fluid zur Verfügung. Das Einströmen von einem Dampfstoß in einen Brennraum kann unter Umständen sogar beim Betrieb einer Verbrennungsanlage erfolgen, ohne dass der Verbrennungsprozess nachhaltig dabei gestört wird.
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Es gibt dabei Ausführungen bei denen die Heizeinrichtung direkt auf den Druckbehälter selbst wirkt oder auf einen eigenen Heizbehälter, der zunächst das flüssige Fluid enthält, das dann dort über die Heizeinrichtung verdampft wird. Dieses Gas oder der Dampf wird dann über entsprechende Koppelleitungen oder auch über den ersten Druckanschluss in den Druckbehälter geleitet.
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Es gibt Ausführungen bei denen neben dem ersten Druckanschluss zur Zufuhr des Fluides in die erste Druckkammer ein zweiter Druckanschluss zur Abfuhr des Fluides aus der zweiten Druckkammer vorgesehen ist. Eine solche Anordnung erlaubt es, dass für den Druckstoß erforderliche Fluidvolumen weiter zu erhöhen, indem dieses, wie oben bereits beschrieben, beispielsweise aus einem zusätzlichen getrennten Heizbehälter in die erste Druckkammer zugeführt wird und bis zum vollständigen Druckaufbau auch in die zweite Druckkammer. Bei der anschließenden Trennung der beiden Druckkammern voneinander über das Absperrorgan wird dann der Druck über den zweiten Druckanschluss aus der zweiten Druckkammer abgebaut, über den Kolben wird der Dichtungskörper von der Austrittsöffnung gelöst. Bei entsprechenden Leitungsquerschnitten zwischen dem Heizbehälter und der ersten Druckkammer kann ein sehr großes Fluidvolumen sowohl aus der ersten Druckkammer als auch aus dem Heizbehälter direkt oder einem mit verdampftem Fluid gefüllten Zusatzbehälter schlagartig in den Brennraum entweichen und dort eine sehr nachhaltige Druckwelle aufbauen. Eine solche Ausführung ist insbesondere für sehr großvolumige Brennräume geeignet.
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In einer Ausführung wird das Steuerorgan über ein Federelement in seiner ersten Arbeitsstellung gehalten. Damit wird sichergestellt, dass die Austrittsöffnung immer dann verschlossen ist, wenn in beiden Druckkammern der gleiche Druck herrscht. Das heißt, die Austrittsöffnung, die eine Verbindung zwischen der Brennkammer und dem Druckbehälter bildet, und damit möglicherweise zur Außenwelt, ist selbstschließend. Sie ist nur dann geöffnet, wenn sich das unter Druck stehende Fluid durch die Austrittsöffnung bei Überdruck in der ersten Druckkammer austritt. Sobald der Druckstoß beendet ist und der Druckausgleich zwischen erster und zweiter Druckkammer erfolgt ist, schließt die Feder die Austrittsöffnung. Damit besteht auch nie die Gefahr, dass über den Druckzylinder bzw. die Austrittsöffnung schädliche oder giftige Brenngase durch das Druckgerät aus der angeschlossenen Brennkammer austreten können.
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In einer Ausführung ist eine Federeinrichtung vorgesehen, welche zwischen dem Steuerorgan und dem Dichtungskörper derart wirkt, dass der Dichtungskörper beim Verstellen des Steuerorgans aus seiner ersten in seine zweite Arbeitsstellung eine durch die Federeinrichtung beschleunigte Freigabebewegung ausführt und die Austrittsöffnung zusätzlich beschleunigt freigelegt wird. Dies ermöglicht einen explosiven und damit sehr wirkungsvollen Druckstoß in der Brennkammer.
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Bei einer Ausführung ist die Austrittsöffnung in einem Flanschbauteil ausgebildet, welches einen Boden des Druckzylinders bildet. An so einem Flanschbauteil kann auf einfache Weise die Austrittsöffnung mit entsprechenden Dichtflächen zum Dichtungskörper ausgebildet werden (mechanisch bearbeitetes Drehteil). Dieser Flansch kann auch gleichzeitig als Anschlusselement für die Brennkammer dienen. Der Flansch kann beispielsweise über eine Schraubverbindung mit der Brennkammer verbunden werden. In einer anderen Ausführung ist der Flansch direkt in eine Wand der Brennkammer eingeschweißt.
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In ähnlicher Weise kann so ein Flansch auch direkt oder indirekt mit einem Zylinderohr, welches den Körper des Druckbehälters definiert, verbunden (verschweißt, verschraubt, angeflanscht) werden.
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Bei einer Ausführung ist vorgesehen, dass eine Brennkammer oder ein Bereich einer Verbrennungsanlage mit wenigstens einem Druckgerät gemäß der vorliegenden Erfindung versehen ist. Je nach Größe dieses Bereiches, der Brennkammer oder des Brennraumes können auch mehrere solcher Druckgeräte vorgesehen werden. Dabei kann die Anordnung so gewählt werden, dass bei einem gleichzeitigen oder zeitlich aufeinander abgestimmten Betrieb der einzelnen Druckgeräte die in der Brennkammer aufzubauende Druckwelle in besonders wirksamer Weise gestaltet und beeinflusst werden kann.
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In einer Ausführung ist dabei die Brennkammer mit einer Außenwand versehen, in welche die Austrittsöffnung des Druckgeräts mündet. Bei dieser Ausführung kann die Druckwelle direkt aus dem Druckgerät - also ohne zusätzliche Rohrverbindung - im Innenraum des Brennraumes aufgebaut werden.
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Eine weitere Ausführung betrifft ein Reinigungsverfahren für einen Bereich einer Verbrennungsanlage (z.B. eine Brennkammer) bei dem Folgendes ausgeführt wird: Druckaufbau in der ersten und zweiten Druckkammer des Druckgeräts, Schließen des Absperrorgans zwischen erster und zweiter Druckkammer, Druckabbau in der zweiten Druckkammer, Öffnen der Austrittsöffnung und Druckwellenaufbau im Bereich der Anlage. Dieses Verfahren erlaubt durch eine sehr einfache druckgesteuerte Funktion einen präzisen und reproduzierbaren Druckwellenaufbau.
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In einer weiteren Ausgestaltung dieses Verfahrens wird dazu zunächst ein (flüssiges) Fluid in die erste und zweite Druckkammer und/oder in einen Heizbehälter eingefüllt. Anschließend wird das Fluid soweit aufgeheizt, dass es verdampft. So kann dann mit einem geringen Ausgangsvolumen des Fluides ein sehr großes Volumen zum Auslösen der Druckwelle im vorgesehen Bereich der Anlage zur Verfügung gestellt werden, ohne dass das Verfahren dadurch wesentlich erschwert würde.
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Zurückkommend zur 1 veranschaulicht diese eine erste Ausführungsform eines Druckgeräts 1 mit einem als Druckzylinder 2 ausgebildeten Druckbehälter, einem als Kolben 3 ausgebildeten Steuerorgan, der über ein als Stellstange 4 ausgebildetes Stellelement mit einem Dichtungskörper 5 gekoppelt ist.
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Der Dichtungskörper 5 verschließt eine Austrittsöffnung 6, die in den Innenraum 7 einer nicht weiter dargestellten Brennkammer mündet. Der Kolben 3 ist verschieblich im Druckzylinder 2 angeordnet und teilt diesen in eine erste und zweite Druckkammer 8 und 9. Die beiden Druckkammern 8 und 9 sind über ein Absperrorgan 10 kommunizierend miteinander koppelbar, welches in einer Bypass-Leitung 11 angeordnet ist.
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Die Stellstange 4 ragt ins Innere des Kolbens 3 und ist dort über eine Druckfederanordnung 12 gegen einen Kolbenboden 13 verspannt. Die Federanordnung 12 ist im Innern des Kolbens 3 angeordnet. Dabei durchsetzt die Stellstange 4 ein die erste Druckkammer angrenzendes Führungselement 13a, das über ein Rohrstück 13b mit dem Kolbenboden 13 verbunden ist, der an die zweite Druckkammer 9 abgrenzt. Die erste Druckkammer 8 und die zweite Druckkammer 9 sind über Dichtungselemente am Kolbenboden 13 bzw. am Führungselement 13a gegeneinander abgedichtet. Die Schraubenfeder 12a stützt sich zum einen am Führungselement 13a ab und zum anderen an einem Anschlagelement 4a, das an dem Dichtungskörper entgegengesetzten Ende der Stellstange 4 angeordnet ist.
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Ein erster Druckanschluss 14 ist mit der zweiten Druckkammer 9 verbunden und ist mit einer weiteren als Absperrhahn 15 ausgebildeten Armatur versehen. Der erste Druckanschluss 14 dient zur Befüllung des Druckzylinders 2 mit Fluid (Wasser) über die zweite Druckkammer 9 und die Bypass-Leitung 11.
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Ein zweiter Druckanschluss 20 ist mit einem zweiten Absperrorgan 19 versehen, mündet ebenfalls in die zweite Druckkammer 9. Der zweite Druckanschluss dient zur Entleerung der zweiten Druckkammer 9.
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Eine Überfüllsicherung 17 mit einem nach innen in die erste Druckkammer 8 hineinragenden Stutzen 17b, die außen mit einem Absperrorgan 18 versehen ist, stellt sicher, dass der gewünschte Füllspiegel 24 nicht überschritten wird.
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Ein Heizelement 16 ist dazu vorgesehen, die erste Druckkammer 8 des Druckzylinders 2 zu beheizen und den Fluiddruck zu erhöhen (z. B. durch Verdampfen des Wassers)
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Optional (alternativ oder in Ergänzung zum Heizelement 16) ist ein Heizbehälter (nicht dargestellt) vorgesehen, der über eine Leitung 23 mit dem ersten Druckzylinder 2 verbunden ist und beheiztes, unter Druck stehendes Fluid in die erste Druckkammer 8 führt.
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Anstelle des Absperrorgans 10 kann alternativ auch ein Rückschlagventil ausgebildet sein, das in Richtung erste Druckkammer 8 durchlässig ist und in Richtung zweite Druckkammer 9 schließt.
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Funktion und Verfahrensablauf bei Verwendung des Druckgeräts 1 wird nun anhand der 1 bis 3 erläutert, die unterschiedliche Betriebszustände des Druckgerätes zeigen. Ausgehend von dem in 1 dargestellten Zustand, in dem die erste und die zweite Druckkammer (8, 9) bis zum Füllspiegel 24 mit dem flüssigen Medium (Wasser) befüllt sind, findet Folgendes statt. Die Absperrorgane 18, 15 und 19 sind verschlossen (bei der nachfolgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass kein externer Heizanschluss 23 vorgesehen ist). Das Absperrorgan 10 zwischen der ersten und der zweiten Druckkammer (8, 9) ist geöffnet.
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Dabei stellt die Bypass-Leitung 11 mit dem geöffneten Absperrorgan 10 sicher, dass sowohl in der ersten als auch in der zweiten Druckkammer 8 und 9 etwa der gleiche Füllstand 24 vorhanden ist.
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Anschließend wird das Medium im Druckzylinder 2 über das Heizelement 16 erwärmt, und zwar sowohl in der ersten Druckkammer 8 als auch in der zweiten Druckkammer 9. Dabei verdampft das zunächst flüssige Wasser zu Wasserdampf und der Druck im Druckzylinder 2 steigt stark an. Über das geöffnete Absperrorgan 10 und die Bypass-Leitung 11 erfolgt ein Druckausgleich zwischen beiden Druckkammern 8 und 9.
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Alternativ wird nur die erste Druckkammer 8 mit Flüssigkeit gefüllt, die dort über das Heizelement 16 erwärmt/verdampft wird. Der Druckausgleich und Dampfaustausch zwischen erster und zweiter Druckammer 8, 9 erfolgt beim Verdampfen über die Bypass-Leitung 11 und das geöffnete Absperrorgan 10.
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Die Verbindung zwischen erster und zweiter Druckkammer 8 und 9 wird durch das Absperrorgan 10 unterbrochen. Nun wird der zweite Druckanschluss 20, der mit der zweiten Druckkammer 9 verbunden ist, geöffnet und der Druck in der zweiten Druckkammer 9 wird durch Ausströmen des dampfförmigen Fluides herabgesetzt.
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Dadurch entsteht eine Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Druckkammer 8 und 9, sodass der in der ersten Druckkammer 8 herrschende Überdruck auf die Stirnfläche des Kolbens 3 wirkt und diesen in Pfeilrichtung in Richtung zweite Druckkammer 9 verschiebt.
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Dabei verschiebt sich der Kolben 3 in die in 3 dargestellte Stellung. Das an der Feder 12a angreifende Führungselement 13a spannt die Feder gegen das Anschlagelement 4a der Stellstange 4, die durch den auf den Dichtungskörper 5 wirkenden Innendruck in ihrer Stellung gehalten wird, bis die über die Feder 12a auf das Anschlagelement 4a und damit auf die Stellstange 4 wirkende Kraft F die Dichtungskraft am Dichtungskörper 5 überwindet.
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Sobald zwischen Dichtungskörper 5 und der Austrittsöffnung 6 ein minimaler Spalt entsteht, wird die von innen auf den Dichtungskörper 5 wirkende Dichtkraft neutralisiert, da sich nun auch im Bereich der Austrittsöffnung der gleiche Druck wie im Inneren der ersten Druckkammer 8 aufbaut. Dadurch löst die vorgespannte Feder 12a den Dichtungskörper 5 schlagartig von der Austrittsöffnung 6 und bringt diesen in die in 3 dargestellte Stellung. In dieser Stellung tritt das Medium schlagartig durch die Austrittsöffnung 6 in den Innenraum der zu reinigenden Brennkammer und löst dort einen Druckschlag aus und baut eine Druckwelle auf, welche die Schlacken und Ablagerungen von den Wänden und den Einbauteilen löst.
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Ein zweiter Reinigungseffekt entsteht dadurch, dass der Dampf oder ein Dampf-Flüssigkeitsgemisch in Poren der heißen Schlacken eintritt bzw. in Spalten zwischen den Bauteilen und den Ablagerungen und durch die dort vorhandene Überhitzung erneut verdampft und so die Schlacke zersprengt bzw. Ablagerungen von dem Bauteil ablöst.
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Dabei hebt der Kolben 3 über die Stellstange 4 den Dichtungskörper 5 von der Austrittsöffnung 6 ab, und das unter hohem Druck in der ersten Druckkammer 8 stehende Medium (Dampf, Fluid) entweicht schlagartig durch die Austrittsöffnung 6 in den Innenraum 7 des zu reinigenden Brennraumes und baut dort eine Druckwelle auf, welche die Schlacken und Ablagerungen von den Wänden und Einbauteilen löst. Der Kolben 3 nimmt nun seine zweite Arbeitsstellung ein (vgl. 5).
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Der Boden des Druckzylinders 2, in welchem die Austrittsöffnung 6 vorgesehen ist, ist als Flanschelement 21 ausgebildet, das in die Behälterwand 22 der Brennkammer 7 eingeschweißt ist (siehe 1)
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In alternativer Ausführung ist das Flanschelement 21 über entsprechende Befestigungsmittel (Schrauben) mit einem entsprechenden Aufnahmeflansch in der Behälterwand 22 verschraubt.
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Das in der 4 dargestellte Reinigungsverfahren umfasst die Schritte
- - A Druckaufbau in der ersten und zweiten Druckkammer 8, 9 des Druckgerätes 1,
- - B Schließen des Absperrorgans 10 zwischen erster und zweiter Druckkammer (8, 9),
- - C Druckabbau in der zweiten Druckkammer 9,
- - D Öffnen der Austrittsöffnung 6 und
- - E Druckwellenaufbau in der Brennkammer 7.
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Dabei umfasst der Schritt C Druckabbau in der zweiten Druckkammer 9 optional die Schritte C1 Fluidzufuhr in die erste Druckkammer und C2 Aufheizen und Verdampfen des Fluides.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Druckgerät
- 2
- Druckzylinder
- 3
- Kolben / Stellorgan
- 4
- Stellstange
- 4a
- Anschlagelement
- 5
- Dichtungskörper
- 6
- Austrittsöffnung
- 7
- Innenraum (Brennkammer)
- 8
- erste Druckkammer
- 9
- zweite Druckkammer
- 10
- Absperrorgan
- 11
- Bypassleitung
- 12
- Federsystem
- 13
- Kolbenboden
- 13a
- Führungselement
- 14
- erster Druckanschuss
- 15
- erster Absperrhahn
- 16
- Heizelement
- 17
- Entlüftungsleitung (optional)
- 18
- Absperrhahn (optional)
- 19
- zweiter Druckanschluss
- 20
- zweiter Absperrhahn
- 21
- Flanschelement
- 22
- Behälterwand
- 23
- externe Heizung
- 24
- Füllspiegel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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