WO2003081130A1 - Brennstoffverbrennungsvorrichtung - Google Patents

Brennstoffverbrennungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2003081130A1
WO2003081130A1 PCT/EP2003/002976 EP0302976W WO03081130A1 WO 2003081130 A1 WO2003081130 A1 WO 2003081130A1 EP 0302976 W EP0302976 W EP 0302976W WO 03081130 A1 WO03081130 A1 WO 03081130A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
flame
fuel
electrode
electric field
combustion chamber
Prior art date
Application number
PCT/EP2003/002976
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Rolf Heiligers
Wolfgang Heinrich Hunck
Original Assignee
Pyroplasma Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Pyroplasma Kg filed Critical Pyroplasma Kg
Priority to EP03714869A priority Critical patent/EP1490630B1/de
Priority to US10/507,689 priority patent/US20050208442A1/en
Priority to AU2003219092A priority patent/AU2003219092A1/en
Priority to DE50304472T priority patent/DE50304472D1/de
Publication of WO2003081130A1 publication Critical patent/WO2003081130A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C99/00—Subject-matter not provided for in other groups of this subclass
    • F23C99/001—Applying electric means or magnetism to combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23B—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING ONLY SOLID FUEL
    • F23B7/00—Combustion techniques; Other solid-fuel combustion apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2202/00—Combustion
    • F23G2202/70—Combustion with application of specific energy
    • F23G2202/701—Electrical fields

Definitions

  • the invention relates to a fuel combustion device for burning fuels in an exothermic chemical reaction.
  • Combustion is a chemical reaction (oxidation) of fuels with oxygen in the air, releasing heat. Hydrocarbons react to form carbon dioxide C0 2 and water vapor H 2 0.
  • the combustion of solid fuels is initiated by heating to the ignition temperature, while the combustion of liquid fuels via intermediate gasification is caused by the ignition limit being exceeded by means of an ignition spark.
  • combustion is induced by means of an ignition spark if the ignition limit is temporarily exceeded.
  • Exhaust gases are generated during combustion. The quality of the combustion can be assessed from the composition of the exhaust gases.
  • combustion is a plasmatic-looking exothermic redox reaction that takes place with the emission of electromagnetic radiation, such as light and heat radiation.
  • oxidation is a chemical process in which a particle emits electrons. The emitted electrons are taken up by other particles, such as oxygen and chlorine atoms. This process is called reduction. Every oxidation process is coupled with a reduction process. The reactions on which such an electron transition is based are called redox reactions. Energy is involved in all chemical reactions. Higher energy systems are released into lower energy systems with the release of energy. Conversely, lower-energy systems are converted into higher-energy systems with the expenditure of energy. Will respond
  • Free heat energy this is called an exothermic reaction. Conversely, if energy is absorbed, there is an endo- thermal reaction before. While some substances, for example charcoal only glow when burned, other fuels, such as wood, gasoline or gas, form a flame.
  • a candle flame shows three brightness zones.
  • the flame contains a dark core inside, which is surrounded by a shining yellow coat.
  • the shimmering yellow coat is usually surrounded by a blue flame border.
  • the relatively cool core contains the unburned vapors of the solid material.
  • Steam is generally the gas phase of a substance that is solid or liquid at room temperature. In the flame mantle, these vapors decompose into burning gases and fine carbon particles that get bright embers and emit light. These carbon particles only burn at the outermost edge of the flame if there is unhindered air access.
  • the flame border forms the hottest part of the flame.
  • a flame is thus a burning gas stream, the glow of the flame being caused by glowing solid particles. Flames therefore burn all combustible gases as well as those liquids and solids that are above the
  • Ignition temperature develop flammable vapors or gaseous decomposition products. Flames have a different electrical resistance on the flame jacket than the surrounding gas. The flame jacket is able to transport electrical charges.
  • a conventional flame is a thermal ionization phenomenon that can be derived from Braun's molecular motion.
  • FID Flame ionization detectors
  • FIG. 1 shows a flame ionization detector (FID) the state of the art.
  • the flame ionization detector (FID) has a ring electrode R and a tip electrode S.
  • the flame consisting of the flame core K and the flame jacket M is supplied with fuel.
  • an alternating electrical field is built up in that an AC voltage is applied between the two electrodes by a voltage source.
  • a current can be measured by a current measuring device.
  • the measured current is not an AC current, but a DC current.
  • the ammeter can be used to determine whether a flame is burning.
  • Flame ionization detectors FID can also be used to measure the concentration of hydrocarbons in the exhaust air and indoor air.
  • the ionization of organically bound carbon atoms in a hydrogen flame is used as the measuring effect.
  • the ion current occurring in the electric field is electrically amplified and displayed.
  • the ion current is proportional to the number of organically bound carbon atoms present in the air sample. This gives the total carbon concentration in PPM.
  • the detection limit is 0.1 - 0.2 PPM.
  • FIG. 2a shows a plasma jet reactor according to the prior art.
  • a gas mixture of N 2 and 0 2 flows in through a tube and enters a microwave field.
  • a generator generates microwaves that feed into a waveguide and are reflected at the other end of the waveguide.
  • the incoming and outgoing shaft are superimposed.
  • the plasma jet reactor serves as an exhaust gas catalytic converter. Due to the dwell time of the flowing gas mixture of 0 2 and N 2 in the overlay field of the microwaves, a thermal plasma is formed with peak temperatures of up to 10,000 Kelvin. If the microwave is pulsed, a cold plasma with a temperature of 1,000-2,000 Kelvin is created. The concentration of the pollutants contained in the exhaust gas is reduced by the plasma introduced into the reaction chamber.
  • Plasma is generally understood to mean an ionized gas or gas mixture. If energy is continuously supplied to these gases, for example in the form of electrical current, they change into a state in which neutral gas molecules are excited and when further energy is supplied, positively charged ions and negatively charged electrons are often produced. This mixture of neutral, positively and negatively charged particles is called plasma.
  • Another possibility of reducing the concentration of pollutants is to convert an easily ionizable noble gas, such as argon, as carrier gas by means of an electric field by means of microwaves into plasma.
  • an easily ionizable noble gas such as argon
  • FIG. 2b shows an arrangement according to the prior art for the removal of pollutants.
  • a microwave generator creates an electromagnetic field. The microwaves generated are reflected by a reflector and generate a plasma that hits the pollutant to be removed through an opening.
  • the pollutant is, for example, dioxin. This greatly increases the Braun molecular motion of the dioxin molecules.
  • the argon plasma removes the dioxin molecules due to the high temperature in a chemical reaction.
  • a disadvantage of the arrangement shown in FIG. 2b is that the generator for generating the microwave has a very high energy consumption, typically requiring an output of 1-10 kW.
  • a plasma is first generated and then the generated plasma is brought into contact with the pollutant to be removed in a separate reaction chamber. The burning flame and the plasma field formed by the reflector are locally separated from one another.
  • the efficiency of the arrangement for eliminating pollutants shown in FIG. 2b is very low due to the high energy requirement.
  • the solution to the problem according to the invention is to generate an alternating voltage which forms a potential difference, i.e. a voltage field in a flame whose voltage form allows a charge to flow from the cathode to the anode, for example a pulsed direct voltage or an alternating voltage superimposed on a direct voltage.
  • a pure AC voltage is not functional and a pure DC voltage is only insufficiently functional to solve the problem according to the invention in a satisfactory manner.
  • the flame forms a dispersion spectrum with a flame resistance, which varies over the frequency range, with the alternating voltage which forms the potential difference.
  • the invention provides a fuel combustion device for burning fuels in an exothermic chemical reaction with a device for supplying the fuels, a combustion chamber for burning the supplied fuels in a flame, and with at least two electrodes through which an electric field is applied to the flame for generation a reaction plasma is applied in the flame, the reaction plasma generated having a high degree of ionization.
  • an electric field is superimposed on the flame.
  • the electric field creates a reaction plasma within the flame. This reaction plasma efficiently burns the supplied fuel so that the concentrations of the pollutants generated during the combustion are minimal.
  • the fuel combustion device according to the invention is characterized by an energy consumption which is below 100 watts for a 10 kW burner, i.e. the electrical energy input is only 0.1% of the total chemical energy input.
  • the supplied fuels are burned almost 100%, whereby undesired by-products in the exhaust gas, such as nitrogen oxides (NO x ), are only released in very low concentrations.
  • NO x nitrogen oxides
  • Incinerators significantly increased.
  • the environmentally harmful toxins, such as dioxins and furans, are almost completely eliminated by the fuel combustion device according to the invention.
  • reaction velocities within the flame are increased by the reaction plasma created in the flame and thus the combustion temperatures.
  • reaction enthalpy depends on how high the reaction rate is.
  • the fuel combustion device for example, hydrocarbon molecules
  • the fuel combustion device according to the invention can increase the energy yield by 1-3%.
  • the energy yield is increased in comparison to conventional fuel combustion devices
  • pollutants can be nitrogen oxides or unburned hydrocarbons, for example.
  • Components of the fuel combustion device can be dimensioned smaller for the same output.
  • the noise emission can be reduced by about 10 decibels.
  • Another advantage of the fuel combustion device according to the invention is that the shape of the flame can be influenced by the applied electrical field. In this way it can be achieved that the combustion flame generated fills the entire combustion chamber or, alternatively, certain spatial sections of the combustion chamber are reached by the flame.
  • the fuel combustion device according to the invention can be used in all devices in which an open fire or an open flame occurs. These are in particular:
  • the essence of the invention is that an electric field is applied to the combustion flame to generate a reaction plasma in the flame.
  • the electrical field is applied to the flame by means of at least two electrodes.
  • the electrodes are connected to a voltage generator.
  • the voltage generator preferably generates an AC voltage.
  • a transformer is provided for step-up transformation of the alternating voltage generated by the voltage generator, with a charge Statistical average shift occurs only in a charge transport direction hm.
  • the applied AC voltage can have different signal forms.
  • the AC voltage generated is almost sinusoidal, the positive half-waves having a larger amplitude than the negative half-waves or vice versa.
  • the alternating voltage generated is pulse-shaped, and there is also a half-wave deviation in the area of the voltage function between the positive and the negative half-function.
  • the voltage generator also generates a DC voltage in addition to the AC voltage.
  • the AC voltage can be a pure sinusoidal AC voltage.
  • the field strength of the electric field applied to the flame is preferably between 0.1 and 10 kV / cm.
  • the frequency of the electric field applied to the flame is between 50 Hz and 2 GHz.
  • the combustion chamber can be open or closed.
  • a combustion medium in which the flame is formed can also be located in the combustion chamber, for example a catalytic burner body or a pore burner body.
  • the combustion chamber is an open space.
  • the combustion chamber is a closed combustion chamber.
  • the fuel supplied can be any fuel.
  • the fuel supplied is a gas mixture.
  • the fuel gas mixture supplied is a hydrocarbon mixture.
  • An electric field is applied to the flame via at least two electrodes in order to generate a reaction plasma.
  • An electrical field for generating a reaction plasma is applied to the flame via at least two electrodes, between which, in one possible embodiment, there is at least one grid electrode for influencing vibrations.
  • An electrical DC field is created by the two electrodes.
  • An electrical AC field is applied by the grid electrodes.
  • This arrangement is equivalent to a tube arrangement, for example a triode or pentode.
  • the grid electrodes take on charge flow control within the flame combustion.
  • At least one electrode preferably has an electrode tip for increasing the field strength of the electrical field.
  • the other electrode is preferably a ring electrode.
  • the two electrodes form a capacitor with the flame, which is connected in an electrical resonant circuit, the flame itself forming an RC element.
  • waste materials such as gauze are burned by the flame in the closed combustion chamber of the fuel combustion device.
  • the shape of the flame in the combustion chamber can be adjusted by changing the field strength and the frequency of the electric field E applied to the flame.
  • the flame can be matched to the spatial dimensioning of the combustion chamber and the field strength and frequency of the applied electrical field preferably adjusted so that the combustion chamber is completely filled.
  • the fuel combustion device according to the invention has a mixing device for premixing the supplied fuels.
  • the ignition is preferably carried out by the application of the electrical field.
  • an additional ignition device is provided for igniting the supplied fuels.
  • An ignition spark for triggering the combustion is generated by this ignition device.
  • At least one of the two electrodes consists of a catalytically active material.
  • This catalytically active material is preferably platinum.
  • one of the two electrodes is designed as an injector electrode, through which the fuels are sprayed into the combustion chamber or fogged by ultrasonic vibrations.
  • one of the two electrodes is designed as a spray electrode.
  • the flame is preferably electrostatically charged by the spray electrode.
  • An alternating electromagnetic field can be coupled into this flame via an antenna system consisting of the ring electrode.
  • the invention also provides a method of burning fuels by flame in an exothermic chemical reaction, comprising the following steps, namely Supplying the fuels in a combustion chamber to generate the flame,
  • An alternating electrical field is preferably applied to the flame.
  • the alternating electrical field can also be coupled into the flame via a waveguide.
  • the alternating electrical field can be generated by a microwave generator.
  • a constant electrical field is applied to the flame.
  • the field strengths of the electric field are preferably between 0.1 kV / cm and 10 kV / cm.
  • the electric field is applied to the flame by at least two electrodes.
  • the field strength of the electrical alternating field superimposed on the direct voltage field is sinusoidal over time in a first embodiment.
  • the field strength of the alternating electric field is pulse-shaped over time.
  • the type of pulsing of a DC voltage is just as important as its pulse curve.
  • the frequency and curve shape of an AC voltage superimposed on DC voltage is also important. If the pulse width decreases with a corresponding pulse edge rise of less than 500 ms or less from lKV / ns, solid fuels are further pulverized within the flame body.
  • the pulse flank rise and the pulse width are a measure of the particulate comminution of solid fuels such as coal dust.
  • a high-frequency and high-voltage combustion reaction is very desirable, since a number of briefly and intensely developing plasma flame phenomena are formed, which lead to a short-term, intensive discharge within the flame.
  • a balance of the energy input can be calculated via the flame resistance.
  • the high-frequency field is operated in such a way that the plasma formed in the fuel-air mixture in the combustion chamber is thermally in equilibrium, although the energy input can only be pulsed.
  • the high-frequency field of an electrically pulsed or alternating-field superimposed DC voltage field it is achieved that a stationary plasma combustion and thereby a uniform plasma discharge of high intensity is formed, which has only a low tendency to discharge.
  • short-term, high-resistance plasma discharges form within the flame in the form of plasma flashes, which intensively produce energy for radicalizing the hydrocarbon-air mixture.
  • the high-frequency field is operated at a frequency in the MHz range.
  • a high frequency contributes to the formation of the homogeneously stationary plasma combustion which is in thermal equilibrium, during which compensation processes take place by discharges in the form of high-resistance plasma discharges and thus an intense flame reaction.
  • the plasma is generated by a high-frequency field with a steeply rising, pulse-shaped course, in which, in a further embodiment, the steeply rising pulse-shaped course is limited to values less than or equal to approximately 500 V / us.
  • Such voltage curves favor the formation of high-resistance, only briefly burning plasma discharges within the flame.
  • the high-frequency field is regulated to an essentially sinusoidal curve, which can have a steeply rising curve in the region of the edges of the sine function.
  • the plasma discharge is formed from corona and / or streamer discharges on the electrode in order to establish reliable flame contact and to reduce electrode wear.
  • the plasma filaments can spread from the electrode in tufts diverging to the flame.
  • the discharges form between a single electrode on the flame in the combustion chamber.
  • This has the advantage that the geometry of the at least one electrode causes an increase in the field strength of the high-frequency field, which leads to the formation of short-term plasma discharges into the flame.
  • Such a concentration of the effects of the high-frequency field on the flame allows the flame to be ignited safely and to be operated safely.
  • the combustion capacity is a dynamic flame control factor and can be used as a control-dynamic flame optimization constant.
  • Flames are excited to oscillate at self-resonance at certain frequencies.
  • the oscillation of the flame can be frequency controlled.
  • the frequency of the alternating electrical field is preferably between 50 Hz and 2 GHz.
  • the supplied fuels are ignited by applying the electric field, the exothermic chemical reaction being triggered.
  • an ignition device is additionally provided, by means of which the supplied fuels are ignited.
  • the fuels are first mixed stoichiometrically by a mixing device and then fed to the combustion chamber.
  • the fuels are preferably sprayed into the combustion chamber.
  • the invention also provides a low-emission internal combustion engine with a fuel supply device for supplying fuel, at least one combustion chamber for burning the supplied fuel in an explosion flame, each fuel chamber each having at least two electrodes through which an electric field is applied to the explosion flame to generate a reaction plasma can be created.
  • the combustion chamber is preferably formed by an engine cylinder and an engine piston movable therein for power transmission.
  • the first electrode of the internal combustion engine according to the invention is preferably a tip electrode.
  • the second electrode of the internal combustion engine according to the invention is preferably formed by the grounded engine cylinder.
  • the first electrode is connected to a direct voltage source.
  • This DC voltage source is preferably connected in series to an oscillating circuit, which consists of a capacitor with an oscillating circuit coil.
  • a pulse signal is preferably coupled into this resonant circuit coil via a further coil.
  • the oscillation frequency of the oscillation circuit is preferably between 50 Hz and 2 GHz.
  • the internal combustion engine is a gasoline engine.
  • the internal combustion engine is a diesel engine.
  • the fuel supplied is ignited by the applied electric field to generate an explosion flame.
  • the invention also provides a waste incinerator for burning waste materials having a combustion chamber for burning the waste materials therein in a flame, and having at least two electrodes through which an electric field is applied to the flame to produce a reaction piasma.
  • the combustion chamber is a rotary drum furnace.
  • the first electrode is preferably formed by a pointed electrode and the second electrode is preferably formed by a furnace jacket electrode.
  • the first electrode is formed by a needle electrode grid and the second electrode by a grate combustion grid.
  • the combustion chamber has a first opening for supplying supply air and a second opening for extracting exhaust air.
  • the invention also provides a heating furnace for burning fuels in an exothermic chemical reaction with a device for supplying the fuels, a combustion chamber for burning the supplied fuels in a flame, and with at least two electrodes through which an electric field is applied to the flame Generation of a reaction plasma with a high degree of ionization can be applied, a medium being heated by the flame.
  • the medium is preferably the ambient air.
  • the heated medium is preferably fed to a heat exchanger.
  • Waste incinerator and the heating furnace according to the invention described with reference to the accompanying figures to explain the features of the invention.
  • FIG. 2a shows a plasma jet generator according to the state of the art
  • FIG. 2b shows a pollutant catalyst according to the prior art
  • FIG. 3 shows a first embodiment of the fuel device according to the invention
  • FIG. 4b shows a second embodiment of the tip electrode used in the fuel combustion device according to the invention.
  • FIG. 5 shows a second embodiment of the fuel combustion device according to the invention
  • FIG. 6a shows a third embodiment of the fuel combustion device according to the invention.
  • FIG. 6b shows the third embodiment of the fuel combustion device according to the invention shown in FIG. 6a in a control loop
  • FIG. 7 shows a fourth embodiment of the fuel combustion device according to the invention.
  • FIG. 8 shows an AC voltage applied to the electrodes according to an embodiment of the invention
  • FIG. 9 shows a further AC voltage signal applied to the electrodes in accordance with a further embodiment of the fuel combustion device according to the invention.
  • FIG. 10 shows a further voltage signal applied to the electrodes in accordance with a further embodiment of the fuel device according to the invention.
  • FIG. 11 shows a further AC voltage signal which is applied to the electrodes of the fuel combustion device according to the invention in accordance with a further embodiment
  • FIG. 12 shows the arrangement of the fuel combustion device according to the invention in a resonant circuit
  • FIG. 13 shows an equivalent circuit diagram of the resonant circuit shown in FIG. 12;
  • FIG. 14 shows a low-emission internal combustion engine according to the invention
  • FIG. 15a shows a pulse signal which is coupled into the resonant circuit of the internal combustion engine according to the invention in accordance with FIG. 14;
  • FIG. 15b shows an AC voltage signal applied to the tip electrode of the internal combustion engine according to the invention in accordance with a preferred embodiment of the internal combustion engine according to FIG. 14;
  • FIG. 16 shows a first embodiment of the waste incineration device according to the invention
  • FIG. 17 shows a second embodiment of the waste incineration device according to the invention
  • FIG. 3 shows the basic arrangement of the combustion device 1 according to the invention.
  • the fuel combustion device 1 is used to burn fuels in an exothermic chemical reaction.
  • the fuel combustion device 1 has a device 2 for supplying fuels.
  • the fuels are a gas mixture.
  • the gases to be burned are fed to a mixing device 3, which pre-mixes the gases to be burned by stochiometric means and delivers the fuel mixture via a gas line 2.
  • the gas line 2 has an outlet opening 4 through which the gas mixture flows.
  • a ring electrode 5 is arranged in a ring around the outlet opening 4 and connected to a voltage generator 7 via a line 6.
  • the voltage generator 7 is connected to a tip electrode 9 via a line 8.
  • the electric field E ignites the outflowing gas mixture, which burns in a combustion flame 10.
  • the flame 10 has a flame core 10a and a flame jacket 10b.
  • the flame 10 burns in a combustion chamber.
  • the combustion chamber is open.
  • the combustion chamber is a closed combustion chamber.
  • the electrical field E applied to the flame 10 generates a reaction plasma in the flame 10 that has a high degree of ionization.
  • the AC voltage applied to the two electrodes 9, 5 preferably has a frequency f between 50 Hz and 2 GHz.
  • the AC voltage can be sinusoidal or pulse-shaped.
  • the voltage generator 7 preferably additionally generates a direct voltage, so that in addition to the alternating electrical field, a direct electrical field is also applied to the flame 10.
  • the field strength of applied electric field E is preferably 0.1-10 kV / cm.
  • the applied electric field E which consists of a direct electric field and an alternating electric field, creates ions and electrons in the flame.
  • the most important reaction phases in the combustion process of redox-reactive exothermic reactions are thermal radicalization, cracking and the redox-reactive fire reaction.
  • the thermal radicalization and the plasma formation is intensified by the applied electric field E.
  • the radicals formed maintain their energy state until a redox reaction partner triggers the chemical redox reaction.
  • the reaction time of the redox reaction decreases with the increasing degree of radicalization of the redox reaction partners. As a result, the exothermic temperature gradient increases. The temperature within the flame 10 and thus the combustion efficiency n are also increased.
  • the supplied fuel molecules are thermally cracked.
  • the applied electric field E accelerates the bringing together of the radicalized and ionized redox reaction partners, so that the reaction speed increases sharply.
  • the electrochemical equilibrium of the combustion reaction is shifted by the electric field E.
  • the static, electrodynamic and combustion kinetic parameters are changed.
  • the burn-up times are reduced.
  • the reaction plasma of the flame has a very high degree of ionization I.
  • the flame resistance R of the plasma generated is lower than the electrical resistance of an ordinary flame.
  • the degree of ionization I that occurs within the plasma depends on the frequency, the slope and the pulse ratio of the applied AC voltage U.
  • the alternating electric field is designed with respect to the field strength and the frequency such that the degree of ionization I within the flame is optimal.
  • the ratio of the starting products of the chemical redox reaction to one another can be influenced by setting the field strength and the frequency of the applied electric field E. If, for example, two substances A, B react to the starting products C, D, the ratio f of the starting products C, D can be influenced by the frequency f and the field strength of the electric field E applied to the flame 10. With the fuel device 1 according to the invention, it is therefore possible to specifically reduce the proportion of harmful fuel products.
  • FIGS. 4A, 4B show different embodiments of the tip electrode 9 within the fuel device 1 according to the invention.
  • the tip electrodes 9a and 9b compress the field lines and thus locally increase the field strength.
  • a wire 11a with a diameter of 1/10 to 1/100 mm is accommodated in a jacket 12a.
  • the casing 12a consists of an insulation material or a ceramic, such as quartz.
  • This wire 11a is connected to the voltage generator 7 via the line 8.
  • a ball 13a At the end of the lead wire 11a there is a ball 13a, the diameter of which is larger than the diameter of the wire 11a.
  • the wire 11a conventionally consists of a tungsten-steel alloy.
  • the bullet 13a also consists of a tungsten steel alloy before ignition. After ignition, a layer of tungsten carbite is formed in the ball 13a, which is resistant to high temperatures.
  • FIG. 4B shows an alternative embodiment of the tip electrode 9.
  • the tip electrode 9b has a conical tip 13b. Due to the conical tip 13b, a particularly high field strength density is achieved.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the fuel combustion device 1 according to the invention.
  • a transformer 14 is additionally provided, which contains a first coil 14a and a second coil 14b.
  • the alternating voltage generated by the voltage source 7 is stepped up by the transformer 14 in accordance with the turns ratio of the two coils 14a, 14b.
  • the highly transformed alternating voltage is applied via lines 6, 8 to the two electrodes 5, 9 to generate an alternating electrical field.
  • the embodiment shown in FIG. 5 enables particularly high electrical field strengths to be achieved.
  • FIG. 6A shows a third embodiment of the fuel combustion device 1 according to the invention.
  • the counter electrode 9 is not formed by a tip electrode, but by a counter electrode 9, which surrounds a glass cylinder made of insulation material.
  • the cylinder 15, which consists of an insulating material, is coated with the counter electrode 9.
  • the interior of the cylinder 15 forms the combustion chamber for the flame 10.
  • the cylinder 15 is preferably a quartz tube.
  • the flame 10 absorbs electrical charge via the quartz 15 so that a capacitive reactive current can flow due to the alternating electrical field. If a DC voltage is additionally applied to the electrodes 5 and 9 by the voltage generator 7, a small DC current additionally flows.
  • FIG. 6B shows the third embodiment of the fuel combustion device 1 according to the invention shown in FIG. 6A in a control loop.
  • the flame 10 burns the supplied gas mixture and emits exhaust gases upwards to an exhaust gas detector 16.
  • the exhaust gas detector 16 detects the chemical composition of the exhaust gas and detects the proportion of pollutants, for example the proportion of nitrogen oxide within the exhaust gas.
  • the exhaust gas detector 16 supplies data to a controller 18 via a data line 17, the data supplied indicating the proportion of the pollutants to be eliminated in the exhaust gas.
  • the controller 18 controls the amplitude (U) and the frequency f of the voltage U generated by the voltage generator 7 via control lines 19. As a result, the amplitude
  • the controller 8 changes the frequency and the amplitude of the voltage until a minimal pollutant content is detected by the exhaust gas detector 16.
  • the control shown in FIG. 6B enables particularly environmentally friendly heating furnaces to be implemented.
  • the generation of the plasma within the flame 10 minimizes the amount of pollutants.
  • the frequency f and the amplitude of the applied electric field E are regulated in such a way that the concentration of the emitted pollutants is minimal.
  • the controller 18 is programmable for various fuel gas mixtures supplied by the mixer 3.
  • FIG. 7 shows a fourth embodiment of the fuel combustion device 1 according to the invention.
  • the counter electrode is formed by the earth or mass.
  • the advantage of the embodiment shown in FIG. 7 is that a counter or tip electrode does not have to be provided.
  • FIGS. 8 to 11 show different signal profiles of the voltage U applied to the electrodes 5, 9.
  • the voltage profile shown in FIG. 8 is a sinusoidal AC voltage which is superimposed on a DC voltage Un.
  • the ratio of the amplitude of the AC voltage is
  • FIG. 10 shows a further possible signal form of the applied AC voltage signal, the rising signal edge being steeper than the falling signal edge.
  • the AC voltage signal applied is pulse-shaped.
  • the rising signal edge has an edge steepness of 2 kV / ms, for example. This allows particularly high ionization gradients to be achieved within the flame.
  • FIG. 11 shows a further variant of an AC voltage signal applied to the electrodes 5, 9.
  • the AC voltage signal shown in FIG. 11 is pulse-shaped.
  • the pulse ratio which results from the ratio between the duration of the pulse ⁇ tpuis and the pulse repetition time ⁇ t Pau se, is preferably about 1/3.
  • the slope of the voltage pulses is, for example, 2 kV / ms. Typical amplitudes of the voltage pulses are 8 kV.
  • Figure 12 shows the position shown in Figure 6A third Ausfuh ⁇ approximate shape of the inventive Brennstoffverbrennungsvor- device 1 in a resonant circuit.
  • the voltage U generated by the voltage generator 7 is applied to the secondary circuit via a capacitor 21 and a transformer 22, which consists of two coupled coils 22a, 22b.
  • the ring electrode 5 is connected to the secondary coil 22b via a line 23.
  • the counter electrode 9 is connected via a line 24 to a DC voltage source 25.
  • the flame jacket 10b of the flame 10 forms a counter electrode to the cylindrical electrode 9.
  • the flame jacket 10b forms a capacitor surface. Energy is coupled in via the resonant circuit.
  • the secondary resonant circuit consists of the coupling inductor 22b and a capacitor. This capacitor is formed by the counter electrode jacket 9, the flame jacket 10b and the air dielectric.
  • FIG. 13 shows the equivalent circuit diagram for the resonant circuit shown in FIG. 12.
  • the electrode 9 and the flame jacket 10b form a capacitor 26 to which the flame resistor 27 is connected in parallel.
  • a DC bias of 1 to 10 KV is applied by the DC voltage source 25.
  • the resonance circuit stabilizes the flame in terms of its shape and its burning behavior.
  • the secondary resonant circuit is an RCL resonant circuit.
  • the resonant circuit has a resonance frequency f R.
  • the Flame can act from a half-open resonant circuit or as CLOSED ⁇ sener resonant circuit.
  • the flame 10 acts as an open resonance circuit or as an antenna, the flame body itself acting as an energy absorber.
  • FIG 14 is a preferred embodiment of a harmful ⁇ -lean combustion engine according to the invention.
  • the internal combustion engine has a fuel supply device, not shown, for supplying fuel.
  • the fuel is fed into a closed combustion chamber 28 as a combustion chamber.
  • the combustion chamber 28 is formed by an engine cylinder 29 and an engine piston 20 movable therein, which is provided for power transmission.
  • a tip electrode 9 projects into the combustion chamber 28. Preferred embodiments of such a tip electrode 9 are shown in FIGS. 4A, 4B.
  • the piston 30 is movable up to a top dead center TDC within the engine cylinder 29.
  • the tip electrode 9 extends into the combustion chamber 28 up to a distance L1.
  • the distance between the top of the combustion chamber and top dead center OT is L2.
  • the distance Ll is greater than the difference between L2 and Ll.
  • a voltage pulse is coupled into the resonant circuit coil 31b via a transformer 31, which comprises two coils 31a, 31b.
  • a capacitor 32 is connected in parallel to the oscillating circuit coil 31b.
  • a DC voltage source 32 is connected in series between the tip electrode 9 and the oscillating circuit coil 31b.
  • the counter electrode to the tip electrode 9 is preferably formed by the grounded motor cylinder 29.
  • the voltage signal shown in FIG. 15b is present at the tip electrode 9.
  • the voltage U 1 is coupled into the oscillating circuit coil 31 b by the transformer 31, so that the oscillating circuit consisting of the capacitor 32 and the coil 31 begins to oscillate.
  • the generated vibration is damped, so that its amplitude decreases.
  • the amplitude of the pulse-shaped voltage generated by the voltage generator is, for example, 2 KV.
  • the intervals between the different voltage pulses of the voltage signal Ul is determined by the number of revolutions of the motor.
  • the oscillating circuit 31b, 32 applies an oscillating, decaying sinusoidal alternating voltage signal to the tip electrode 9, to which a direct voltage Un is superimposed.
  • the voltage signal thus formed is shown in Figure 15B.
  • the fuel mixture supplied to the combustion chamber is ignited by the first pulse of a voltage pulse sequence.
  • the plasma formed in the explosion flame is maintained by the subsequent voltage pulses of the pulse sequence.
  • the ignition preferably takes place shortly before the piston 30 has reached the top dead center TDC.
  • the internal combustion engine according to the invention does not require an independent ignition device. This can optionally be provided in addition.
  • the internal combustion engine according to the invention is a gasoline engine or a diesel engine.
  • the frequency f of the voltage pulses generated by the oscillating circuit 31b, 32 can be in a range between 50 Hz and 2 GHz.
  • the internal combustion engine shown in Figure 14 according to the invention is characterized by a particularly simple structure. A conventional spark plug is not required for ignition.
  • the ignition takes place through the tip electrode 9. By generating the plasma within the explosion flame, the combustion within the combustion chamber 28 takes place particularly effectively with a high efficiency. ciency.
  • the proportion of pollutants formed is particularly low due to the plasma formed in the explosion flame.
  • FIG. 16 shows a first embodiment of a waste incineration device 33 according to the invention.
  • the waste incineration device 33 as shown in FIG. 16, has a combustion chamber 34, which in the embodiment shown in FIG. 16 is a rotary drum furnace 34.
  • the rotary drum furnace 34 is continuously rotated by roller drives 36, 37.
  • the waste material 38 to be incinerated is located on the bottom of the rotary drum oven 34.
  • the waste material 38 is introduced through an opening within the rotary drum oven 34.
  • a tip electrode 9 projects into the rotary drum furnace 34.
  • the tip electrode 9 is connected to the voltage generator 7 via a line 8.
  • the voltage generator 7 generates an AC voltage and a DC voltage.
  • the generated voltage is applied to a furnace jacket electrode 39 via a line 6.
  • the generated voltage U for garbage combustion is between 30 and 45 kV, for example.
  • FIG. 17 shows an alternative embodiment of a waste incineration device 33.
  • the first electrode is formed by a needle electrode grid 40 and the second electrode by a grate combustion grid, ie by an insulated mesh band 41.
  • the combustion Room 34 has a first opening 42 for supplying supply air and a second opening 43 for extracting exhaust air.
  • the combustion device 1 according to the invention is also suitable for the construction of
  • the flame 10 heats the ambient air as an energy transmission medium.
  • the ambient air is then fed to a heat exchanger.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Feeding And Controlling Fuel (AREA)
  • Liquid Developers In Electrophotography (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

Brennstoffverbrennungsvorrichtung (1) zur Verbrennung von Brennstoffen in einer exothermen chemischen Reaktion mit einer Einrichtung (2) zum Zuführen der Brennstoffe, einem Verbrennungsraum zur Verbrennung der zugeführten Brennstoffe in einer Flamme (10) und mit mindestens zwei Elektroden (5, 9), durch die ein elektrisches Feld (E) an die Flamme (10) zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas in der Flamme (10) angelegt wird, wobei das erzeugte Reaktionsplasma einen hohen Ionisationsgrad aufweist.

Description

Beschreibung
Brennstoffverbrennungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft eine Brennstoffverbrennungsvorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen n einer exothermen chemischen Reaktion.
Die Verbrennung ist eine chemische Reaktion (Oxidation) von Brennstoffen mit Sauerstoff der Luft unter Freisetzung von Warme. Kohlenwasserstoffe reagieren zu Kohlendioxid C02 und Wasserdampf H20. Die Verbrennung von festen Brennstoffen wird durch Erhitzen auf Entzündungstemperatur eingeleitet wahrend die Verbrennung bei flussigen Brennstoffen über Zwischenver- gasung durch die momentane Überschreitung der Zundgrenze mittels eines Zündfunken hervorgerufen wird. Bei gasformigen Brennstoffen wird durch momentane Überschreitung der Zundgrenze die Verbrennung mittels eines Zündfunken induziert. Bei der Verbrennung entstehen Abgase. Aus der Zusammensetzung der Abgase kann man die Gute der Verbrennung beurteilen. Eine Verbrennung ist im herkömmlichen Sinne eine plasmatisch anmutende exotherme Redoxreaktion, die unter Abgabe elektromagnetischer Strahlung, wie Licht- und Wärmestrahlung vonstatten geht. Unter Oxidation versteht man in der Chemie einen chemi- sehen Vorgang bei dem ein Teilchen Elektronen abgibt. Die abgegebenen Elektronen werden von anderen Teilchen, beispielsweise von Sauerstoff- und Chloratomen aufgenommen. Dieser Vorgang wird als Reduktion bezeichnet. Jeder Oxidationsvor- gang ist mit einem Reduktionsvorgang gekoppelt. Die Reaktio- nen, denen ein derartiger Elektronenubergang zu Grunde liegt, nennt man Redoxreaktionen. Bei allen chemischen Reaktionen ist Energie beteiligt. Energiereichere Systeme gehen unter Freisetzung von Energie in energiearmere Systeme über. Umgekehrt werden energiearmere Systeme unter Energieaufwand in energiereichere Systeme überfuhrt. Wird bei einer Reaktion
Wärmeenergie frei, so spricht man von einer exothermen Reaktion. Wird umgekehrt Energie aufgenommen, so liegt eine endo- therme Reaktion vor. Wahrend manche Stoffe, beispielsweise Holzkohle beim Verbrennen nur glühen, bilden andere Brennstoffe, wie beispielsweise Holz, Benzin oder Gas eine Flamme.
Eine Kerzenflamme zeigt drei Helligkeitszonen. Die Flamme enthalt innen einen dunklen Kern, der von einem gelbleuchtenden Mantel umgeben ist. Der gelbleuchtende Mantel wird in der Regel von einem blaulichen Flammensaum umschlossen. Der relativ kühle Kern enthalt die unverbrannten Dampfe des festen Stoffes. Als Dampf bezeichnet man allgemein die Gasphase eines Stoffes, der bei Zimmertemperatur fest oder flussig ist. Im Flammenmantel zersetzen sich diese Dampfe in brennende Gase und feine Kohlenstoffteilchen, die in helle Glut geraten und Licht aussenden. Diese Kohlenstoffteilchen verbrennen erst bei ungehinderten Luftzutritt am äußersten Flammensaum. Der Flammensaum bildet den heißesten Teil der Flamme. Eine Flamme ist somit ein brennender Gasstrom, wobei das Leuchten der Flamme durch glühende Feststoffteilchen hervorgerufen wird. Durch Flammen verbrennen daher alle brennbaren Gase so- wie solche Flüssigkeiten und Feststoffe, die oberhalb der
Entzündungstemperatur brennbare Dampfe bzw. gasformige Zersetzungsprodukte entwickeln. Flammen weisen an dem Flammenmantel einen anderen elektrischen Widerstand auf als das umgebende Gas. Der Flammenmantel ist in der Lage elektrische Ladungen zu transportieren. Bei einer herkömmlichen Flamme handelt es sich um eine thermische Ionisationserscheinung, die aus der Braunschen Molekularbewegung ableitbar ist.
Die Fähigkeit von Flammen elektrische Ladungen zu transpor- tieren wird bei den sogenannten Flammenionisationsdetektoren (FID) zur Flammenuberwachung ausgenutzt. Die Ionisationsflam- enuberwachung beruht auf dem Effekt, dass die heißen Flammengase elektrisch geladene Atome oder Moleküle bzw. Ionen enthalten, die einen elektrischen Strom leiten.
Figur 1 zeigt einen Flammenionisationsdetektor (FID) nach dem Stand der Technik. Der Flammenionisationsdetektor (FID) weist eine Ringelektrode R und eine Spitzenelektrode S auf. Die aus dem Flammenkern K und dem Flammenmantel M bestehende Flamme wird mit Brennstoff versorgt. Zwischen der Rmgelekt- rode R, die den Flammenkern K umschließt, und der Spitzenelektrode S wird durch ein elektrisches Wechselfeld aufgebaut, indem durch eine Spannungsquelle eine Wechselspannung zwischen den beiden Elektroden angelegt wird. Durch Anlegen der Wechselspannung an die in die Flamme eingetauchte Spit- zenelektrode S wird ein Strom durch eine Strommesseinrichtung messbar. Der gemessene Strom ist trotz der angelegten Wechselspannung kein Wechselstrom, sondern ein Gleichstrom. Mit dem Strommesser kann festgestellt werden, ob eine Flamme brennt. Aufgrund des Gleichrichtereffektes der Flamme kann auch bei Elektrodenkurzschluss nicht irrtumlich das Vorhandensein einer Flamme festgestellt werden. Flammenionisationsdetektoren FID können auch zur Konzentrationsmessung von Kohlenwasserstoffen in der Abluft und Raumluft eingesetzt werden. Dabei wird als Messeffekt die Ionisation organisch ge- bundener Kohlenstoffatome in einer Wasserstoffflamme ausgenutzt. Der bei dem elektrischen Feld auftretende Ionenstrom wird elektrisch verstärkt und angezeigt. Der Ionenstrom ist proportional zu der Zahl der in der Luftprobe vorhandenen organisch gebundenen Kohlenstoffatome . Man erhalt so die Kon- zentration für das Gesamtkohlenstoff in PPM. Die Nachweisgrenze liegt dabei bei 0,1 - 0,2 PPM.
Figur 2a zeigt einen Plasma-Jet-Reaktor nach dem Stand der Technik. Bei dem dargestellten Reaktor strömt ein Gasgemisch aus N2 und 02 über ein Rohr ein und gelangt in ein Mikrowellenfeld. Ein Generator erzeugt Mikrowellen, die in einen Hohlleiter einspeist und am anderen Ende des Hohlleiters reflektiert werden. Es kommt dabei zu einer Überlagerung der einlaufenden und auslaufenden Welle. Der Plasma-Jet-Reaktor dient als Abgaskatalysator. Aufgrund der Verweilzeit des durchströmenden Gasgemisches aus 02 und N2 in dem Uberlage- rungsfeld der Mikrowellen bilden sich ein thermisches Plasma mit Spitzentemperaturen von bis zu 10.000 Kelvin aus. Wird die Mikrowelle dabei gepulst so entsteht ein kaltes Plasma mit einer Temperatur von 1.000-2.000 Kelvin. Durch das in die Reaktionskammer eingeführte Plasma wird die Konzentration der in dem Abgas enthaltenen Schadstoffe gesenkt.
Unter Plasma versteht man allgemein ein ionisiertes Gas bzw. Gasgemisch. Fuhrt man diesen Gasen kontinuierlich Energie zu, beispielsweise in Form von elektrischen Strom, so gehen sie in einen Zustand über, in dem neutrale Gasmolekule angeregt und bei weiterer Energiezufuhr häufig positiv geladene Ionen und negativ geladene Elektronen entstehen. Dieses Gemisch aus neutralen, positiv und negativ geladenen Partikeln bezeichnet man als Plasma.
Eine weitere Möglichkeit die Konzentration von Schadstoffen zu verringern besteht darin, ein leichtionisierbares Edelgas, wie beispielsweise Argon, als Tragergas durch ein elektrisches Feld mittels Mikrowellen m Plasma umzuwandeln.
Figur 2b zeigt eine Anordnung nach dem Stand der Technik zur Beseitigung von Schadstoffen. Ein Mikrowellengenerator erzeugt ein elektromagnetisches Feld. Die erzeugten Mikrowellen werden an einem Reflektor reflektiert und erzeugen ein Plas- ma, das über eine Öffnung auf den zu beseitigenden Schadstoff trifft. Bei dem Schadstoff handelt es sich beispielsweise um Dioxin. Hierdurch wird die Braunsche Molekularbewegung der Dioxinmolekule stark erhöht. Das Argonplasma fuhrt zu einer Beseitigung der Dioxinmolekule aufgrund der hohen Temperatur in einer chemischen Reaktion. Ein Nachteil der in Figur 2b dargestellten Anordnung besteht darin, dass der Generator zur Erzeugung der Mikrowelle einen sehr hohen Energieverbrauch hat, wobei er typischerweise eine Leistung von 1-10 kW benotigt . Bei der in Figur 2b dargestellten Anordnung wird zu- nächst ein Plasma generiert und anschließend in einer getrennten Reaktionskammer das generierte Plasma mit den zu beseitigenden Schadstoff in Kontakt gebracht. Die Abbrandflamme und das durch den Reflektor gebildete Plasmafeld sind lokal von einander getrennt. Der Wirkungsgrad der in der Figur 2b dargestellten Anordnung zur Beseitigung von Schadstoffen ist aufgrund des hohen Energiebedarfs sehr klein.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Brennstoffverbrennungsvorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen zu schaffen, bei der der Anteil der von der Verbrennung entstehenden Schadstoffe mit geringem Energieaufwand mi- nimiert wird.
Die erfindungsgemaße Losung der Aufgabe besteht darin, eine potentialdifferenzbildende Wechelspannung zu erzeugen, d.h ein Spannungsfeld in einer Flamme, dessen Spannungsform eine Ladung von Kathode zur Anode fließen lasst, beispielsweise eine gepulste Gleichspannung oder eine gleichspannungs- uberlagerte Wechselspannung. Eine reine Wechselspannung ist nicht funktionsfähig und eine reine Gleichspannung ist nur unzureichend funktionsfähig die erfindungsgemaße Aufgabe zu- friedenstellend zu losen.
Die Flamme bildet mit der potentialdifferenzbildenden Wechelspannung ein Dispersionsspektrum mit einem Flammwiderstand aus, der über den Frequenzbereich variiert.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemaß durch eine Brennstoffverbrennungsvorrichtung bei dem im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelost.
Die Erfindung schafft eine Brennstoffverbrennungsvorrichtung zur Verbrennung von Brennstoffen in einer exothermen chemischen Reaktion mit einer Einrichtung zum Zufuhren der Brennstoffe, einen Verbrennungsraum zur Verbrennung der zugefuhrten Brenn- Stoffe in einer Flamme, und mit mindestens zwei Elektroden durch die eine elektrisches Feld an die Flamme zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas in der Flamme angelegt wird, wobei das erzeugte Reaktionsplasma einen hohen Ionisationsgrad aufweist.
Bei der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung wird der Flamme ein elektrisches Feld überlagert. Das elektrische Feld erzeugt dabei ein Reaktionsplasma innerhalb der Flamme. Durch dieses Reaktionsplasma wird der zugefuhrte Brennstoff effizient verbrannt, so dass die Konzentrationen der bei der Verbrennung entstehenden Schadstoffe minimal sind.
Die erfindungsgemaße Brennstoffverbrennungsvorrichtung zeichnet sich durch einen Energieverbrauch aus, der unter 100 Watt bei einem 10KW Brenner liegt, d.h. der elektrische Energie- eintrag liegt bei lediglich 0,1 % des gesamten chemischen E- nergieeintrags .
Der zugefuhrten Brennstoffe werden nahezu 100 %ig verbrannt, wobei unerwünschte Nebenprodukte im Abgas, wie beispielsweise Stickoxide (NOx) nur in sehr geringen Konzentrationen abgegeben werden.
Bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen als Brennstoff wird mittels der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvor- richtung der Anteil der unverbrannten Kohlenwasserstoffe, die ebenfalls Schadstoffe darstellen, im Abgas ebenfalls auf einen Anteil von nahezu Null abgesenkt.
Durch die Bildung eines Reaktionsplasmas innerhalb der Flamme wird die Energieausbeute im Vergleich zu herkömmlichen
Verbrennungseinrichtungen deutlich gesteigert. Die umwelt- schadlichen Giftstoffe, wie beispielsweise Dioxine und Fura- ne, werden durch die erfindungsgemaße Brennstoffverbrennungsvorrichtung fast vollständig beseitigt.
Durch das in der Flamme hervorgerufene Reaktionsplasma werden die Reaktionsgeschwindigkeiten innerhalb der Flamme gestei- gert und somit die Verbrennungstemperaturen. Die bei der ausgeführten Verbrennungsreaktion gewonnene Energie, die sogenannte Reaktionsenthalpie, hangt davon ab, wie hoch die Reaktionsgeschwindigkeit ist. Mit der Brennstoffverbrennungsvor- richtung werden beispielsweise Kohlenwasserstoff-Moleküle
(CXHY) als Brennstoff zugeführt. Die durch die BrennstoffVorrichtung erzeugte Energie ist umso großer je mehr Kohlenwasserstoff-Moleküle pro Zeiteinheit mit Sauerstoff (02) reagieren. Durch die Erzeugung des Plasmas wird die Verbrennungs- temperatur und somit die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht.
Hierdurch wird aber nicht die Energieausbeute bedeutend gesteigert, denn der Energiezugewmn der Verbrennung ist nur der Warmemhalt der durch den Effekt restoxidierbarer Verbrennungsgase. Die Schadstoffbelastung wird durch die er- findungsgemaße Brennstoffverbrennungsvorrichtung stark abgesenkt . Je nach Brennstoff kann durch die erfindungsgemaße Brennstoffverbrennungsvorrichtung die Energieausbeute um 1-3 % gesteigert werden.
Die erfindungsgemaße Brennstoffverbrennungsvorrichtung weist im Wesentlichen folgende Vorteile auf:
Die Energieausbeute wird im Vergleich zu herkömmlichen BrennstoffverbrennungsVorrichtungen gesteigert;
Der Anteil von Schadstoffen in den abgegebenen Abgasen wird minimiert. Bei diesen Schadstoffen kann es sich beispielsweise um Stickstoffoxide oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe handeln .
Bauteile der Brennstoffverbrennungsvorrichtung können bei gleicher Leistung kleiner dimensioniert werden.
Zusätzlich kann die Gerauschemission um etwa 10 Dezibel abge- senkt werden. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung besteht darin, dass die Form der Flamme durch das angelegte elektrische Feld beeinflussbar ist. Hierdurch kann erreicht werden, dass die erzeugte Verbrennungs- flamme den ganzen Verbrennungsraum ausfüllt oder alternativ bestimmte Raumabschnitte des Verbrennungsraums durch die Flamme erreicht werden.
Die erfindungsgemaße Brennstoffverbrennungsvorrichtung kann in allen Geraten eingesetzt werden bei denen ein offenes Feuer bzw. eine offene Flamme vorkommt. Dies sind insbesondere:
Anlagen zur Erzeugung von Dampf- und Prozesswarme in der
Industrie; - Heizungen;
Gasturbinen;
Mu11 erbrennungsanlagen;
Düsentriebwerke;
Hochtemperaturofen; - Verbrennungsmotoren.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass an die Verbrennungsflamme ein elektrisches Feld zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas in der Flamme angelegt wird. Dabei wird das elekt- rische Feld mittels mindestens zweier Elektroden an die Flamme angelegt.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung sind die Elektroden mit ei- nem Spannungsgenerator verbunden.
Der Spannungsgenerator erzeugt dabei vorzugsweise eine Wechselspannung .
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist ein Transformator zur Hochtransformation der durch den Spannungsgenerator erzeugten Wechselspannung vorgesehen, wobei eine Ladungsver- Schiebung im statistischen Mittel nur in eine Ladungstransportrichtung hm erfolgt.
Die angelegte Wechselspannung kann unterschiedliche Signal- formen aufweisen.
Bei einer ersten Ausfuhrungsform ist die erzeugte Wechselspannung nahezu sinusförmig, wobei die positiven Halbwellen eine größere Amplitude aufweisen als die negativen Halbwellen oder umgekehrt.
Bei einer alternativen Ausfuhrungsform ist die erzeugte Wechselspannung pulsformig, wobei ebenfalls eine Halbwellenabwei- chung in der Flache der Spannungsfunktion zwischen der posi- tiven und den negativen Halbfunktion besteht.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform erzeugt der Spannungsgenerator neben der Wechselspannung zusätzlich eine Gleichspannung. Dabei kann es bei der Wechselspannung um eine reine Sinuswechselspannung handeln.
In diesem Fall wird an dem Verbrennungsraum neben dem elektrischen Wechselfeld zusätzlich ein elektrisches Gleichfeld überlagert .
Die Feldstarke des an die Flamme angelegten elektrischen Feldes betragt vorzugsweise zwischen 0,1 und 10 kV/cm.
Zu einer bevorzugten Ausfuhrungsform liegt die Frequenz des an die Flamme angelegten elektrischen Feldes zwischen 50 Hz und 2 GHz.
Der Verbrennungsraum kann offen oder geschlossen sein.
In dem Verbrennungsraum kann sich auch ein Verbrennungsmedium befinden , in dem die Flamme ausgebildet wird, beispielsweise ein Katalytbrennerkorper oder ein Porenbrennerkorper . Bei einer ersten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung ist der Verbrennungsraum ein offener Raum.
Bei einer alternativen Ausfuhrungsform ist der Verbrennungsraum eine geschlossene Brennkammer.
Bei dem zugefuhrten Brennstoff kann es sich im Prinzip um ei- nen beliebigen Brennstoff handeln.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform handelt es sich bei dem zugefuhrten Brennstoff um ein Gasgemisch.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform ist das zuge- fuhrte Brennstoffgasgemisch ein Kohlenwasserstoffgemisch .
An die Flamme wird über mindestens zwei Elektroden ein elektrisches Feld zur Erzeugung eines Reaktionspiasmas angelegt.
An die Flamme wird über mindestens zwei Elektroden, zwischen denen bei einer möglichen Ausfuhrungsform mindestens eine Gitterelektrode zur Schwingungsbeeinflussung liegt, ein e- lektπsches Feld zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas ange- legt.
Durch die beiden Elektroden wird ein elektrisches Gleichfeld durch die Gitterelektroden wird ein elektrisches Wechselfeld angelegt Dieser Anordnung ist einer Rohrenanordnung, bei- spielsweise einer Triode oder Penthode gleichzusetzen.
Die Gitterelektroden übernehmen dabei eine Ladungsflusssteue- rung innerhalb der Flammverbrennung.
Dabei kann zwischen Anode und Kathode eine reine Gleichspannung liegen, wenn an den Gitterelektroden wechselfrequente Steuerstrome fliesen. Dabei weist vorzugsweise mindestens eine Elektrode eine E- lektrodenspitze zur Erhöhung der Feldstarke des elektrischen Feldes auf.
Bei der anderen Elektrode handelt es sich vorzugsweise um eine Ringelektrode.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform bilden die beiden Elektroden mit der Flamme einen Kondensator, der in einem elektrischen Schwingkreis verschaltet ist, wobei die Flamme selbst ein RC-Glied bildet.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform werden in der geschlos- senen Brennkammer der Brennstoffverbrennungsvorrichtung durch die Flamme Abfallstoffe ,wie beispielsweise Mull, verbrannt.
Diese Abfallstoffe bilden den zugefuhrten Brennstoff.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung ist die Form der Flamme in dem Verbrennungsraum durch Veränderungen der Feldstarke und der Frequenz des an die Flamme angelegten elektrischen Feldes E einstellbar.
Dies bietet den besonderen Vorteil, dass man gezielt bestimmte Räume innerhalb des Verbrennungsraums durch die Flamme erreichen kann. Man kann die Flamme so auf die raumliche Dimensionierung des Verbrennungsraums abstimmen und die Feldstarke und Frequenz des angelegten elektrischen Feldes vorzugsweise so einstellen, dass der Verbrennungsraum vollständig ausgefüllt ist.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform weist die erf dungsge- maße Brennstoffverbrennungsvorrichtung eine Mischeinrichtung zum Vormischen der zugefuhrten Brennstoffe auf. In der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung erfolgt die Zündung vorzugsweise durch das Anliegen des e- lektrischen Feldes.
Bei einer alternativen Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungseinrichtung ist zusatzlich eine Zun- dungseinrichtung zum Zünden der zugefuhrten Brennstoffe vorgesehen. Durch diese Zündeinrichtung wird beispielsweise ein Zündfunken zur Auslösung der Verbrennung erzeugt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform der erfin- dungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung besteht mindestens eine der beiden Elektroden aus einem katalytisch aktiven Material.
Diese katalytisch aktive Material ist vorzugsweise Platin.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der erfin- dungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung ist eine der beiden Elektroden als Injektorelektrode ausgebildet, durch die die Brennstoffe in den Verbrennungsraum eingespruht oder durch Ultraschallschwingungen eingenebelt werden.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausfuhrungsform der erfin- dungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung ist eine der beiden Elektroden als Spruhelektrode ausgebildet.
Durch die Spruhelektrode wird die Flamme vorzugsweise elektrostatisch aufgeladen.
In diese Flamme kann über ein Antennensystem, das aus der Ringelektrode besteht, ein elektromagnetisches Wechselfeld in die Flamme eingekoppelt werden.
Die Erfindung schafft ferner ein Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen durch eine Flamme in einer exothermen chemischen Reaktion mit den folgenden Schritten, nämlich Zufuhren der Brennstoffe in einem Verbrennungsraum zur Erzeugung der Flamme,
Anlegen eines elektrischen Feldes an die Flamme zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas mit einem hohen Iomsationsgrad mner- halb der Flamme.
Dabei wird an die Flamme vorzugsweise ein elektrisches Wechselfeld angelegt.
Das elektrische Wechselfeld kann auch über einen Hohlleiter in die Flamme eingekoppelt werden.
Das elektrische Wechselfeld kann dabei von einem Mikrowellenerzeuger generiert werden.
Zusatzlich zu dem elektrischen Wechselfeld wird bei einer alternativen Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens ein elektrisches Gleichfeld an die Flamme angelegt werden.
Die Feldstarken des elektrischen Feldes liegen vorzugsweise zwischen 0,1 kV/cm und 10 kV/cm.
Das elektrische Feld wird bei dem erfindungsgemaßen Verfahren durch mindestens zwei Elektroden an die Flamme angelegt.
Die Feldstarke des elektrischen, dem Gleichspannungsfeld u- berlagerten Wechselfeldes ist im Zeitverlauf bei einer ersten Ausfuhrungsform sinusförmig.
Bei einer alternativen Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens ist die Feldstarke des elektrischen Wechselfeldes im Zeitverlauf pulsformig.
Die Art der Pulsung einer Gleichspannung ist ebenso von Be- deutung, wie dessen Pulskurvenverlauf. Auch die Frequenz und der Kurvenformverlauf einer Gleichspannung überlagernden Wechselspannung ist von Bedeutung. Sinkt die Pulsweite mit entsprechendem Pulsflankenanstieg von ab lKV/ns unter 500 ms oder kleiner, ab, werden Festbrennstoffe innerhalb des Flammkorpers weiter pulverisiert. Der Pulsflankenanstieg und die Pulsbreite sind ein Maß für die partikulare Zerkleinerung der Festbrennstoffe wie beispielsweise Kohlestaub.
Bei der Mullverbrennung vermindert man dadurch eine hohe Staubentwicklung, und ein Anhaften unverbrannter Kohlenwasserstoffe .
Eine hochfrequente und von hoher Spannung hervorgerufene Verbrennungsreaktion ist sehr wünschenswert, da eine Anzahl sich kurzzeitig und intensiv ausbildender Plasmaflammerscheinungen gebildet werden, die zu einer kurzzeitigen, intensiven Entladung innerhalb der Flamme fuhren. Es ist aber über den Flammwiderstand ein Gleichgewicht des Energieeintrages berechenbar .
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfin- dungsgemaßen Vorrichtung wird das Hochfrequenzfeld derart betrieben, dass sich das in dem Kraftstoff Luft-Gemisch im Brennraum gebildete Plasma thermisch im Gleichgewicht befin- det, obwohl der Energieeintrag auch nur gepulst werden kann. Durch die erfindungsgemaße Regelung des Hochfrequenzfeldes eines elektrisch gepulsten oder wechelfelduberlagerten Gleichspannungsfeldes wird erreicht, dass sich eine stationäre Plasmaverbrennung und dadurch eine gleichmaßige Plasmaent- ladung hoher Intensität ausbildet, die nur eine geringe Entladungsneigung aufweist. Statt dessen wird aufgrund der hohen Frequenz erfindungsgemaß erreicht, dass sich kurzzeitige, hochohmige Plasmaentladungen innerhalb der Flamme in Form von Plasmablitzen ausbilden, die intensiv Energie zur Radikali- sierung des Kohlenwasserstoff Luft-Gemisches hervorrufen.
Zwar wirken diese Plasmaentladungen nur kurzzeitig, dafür a- ber aufgrund ihrer Anzahl in dem der Elektrode benachbarten Bereich bei der hohen Potentialdifferenzen besonders intensiv. Dadurch ist der niedrige Energieeintrag in die Flamme zu erklaren.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird das Hochfrequenzfeld mit einer Frequenz im MHz-Bereich betrieben. Eine derart hohe Frequenz tragt zur Bildung der homogen stationären, sich im thermischen Gleichgewicht befindlichen Plasmaverbrennung bei, bei der Ausgleichsvorgange durch Entladungen in Form von hochohmigen Plasmaentladungen und damit eine intensiven Flammreaktion erfolgt.
Besonders gunstig ist es, wenn das Plasma durch ein Hochfrequenzfeld mit einem steil ansteigenden, impulsformigen Ver- lauf erzeugt wird, bei dem in weiterer Ausgestaltung der steil ansteigende impulsformige Verlauf auf Werte kleiner o- der gleich etwa 500 V/us begrenzt wird. Durch derartige Spannungsverlaufe wird die Bildung von hochohmigen, nur kurzzeitig brennenden Plasmaentladungen innerhalb der Flamme beguns- tigt.
In einer anderen Weiterbildung wird das Hochfrequenzfeld auf einen im wesentlichen sinusförmigen Verlauf ausgeregelt, der im Bereich der Flanken der Sinusfunktion einen steil anstei- genden Verlauf aufweisen kann.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn die Plasmaentladung aus Korona- und/oder Streamer-Entladungen an der Elektrode gebildet werden, um einen sicheren Flammkontakt herzustellen und den Elektrodenverschleiß zu reduzieren. Hierbei können sich in einer Weiterbildung die Plasmafaden von der Elektrode büschelförmig divergierend zu der Flamme ausbreiten.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung bilden sich die Entladungen zwischen einer einzelnen Elektrode an der Flamme im Brennraum aus. Dies hat den Vorteil, dass die Geometrie der mindestens einen Elektrode eine Feldstarkeuberhohungen des Hochfrequenzfeldes hervorruft, die zu Bildung kurzeitiger Plasmaentladungen in die Flamme hinein führen. Eine derartige Konzentration der Wirkungen des Hochfrequenzfeldes auf die Flamme erlaubt ein sicheres Zünden der Flamme als auch ein sicheres Betreiben derselben .
Beispielhaft konstruktiv ist eine Elektrode in der Mitte des Reaktionsraumes der technischen Flamme sinnvoll, die eine Spitzenzundentladung mittels einer Tesla- Transformatoranordnung bei Reaktionsstart auslost.
Die Abbrandkapazitat ist ein dynamischer Flammsteuerungsfak- tor und kann als regeldynamische Flammoptimierungskonstante genutzt werden.
Flammen werden bei bestimmten Frequenzen zum Oszillieren in Eigenresonanz angeregt. Die Oszillation der Flamme kann frequenzgesteuert werden.
Bei Anlegen von zwei Wechselspannungen an die Flamme entsteht nach dem Uberlagerungsprinzip eine Differenzfrequenz der Frequenzen beider Wechselspannungen, was bedeutend zur Vermeidung von Flammabrissen oder der Unterdrückung von dynamischen Uberschwingungen der Flammen beitragt.
Die Frequenz des elektrischen Wechselfeldes liegt vorzugsweise zwischen 50 Hz und 2 GHz.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens werden die zugefuhrten Brennstoffe durch Anlegen des elektrischen Feldes gezündet, wobei die exotherme chemische Reaktion ausgelost wird. Bei einer alternativen Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verfahrens ist zusatzlich eine Zündeinrichtung vorgesehen, durch die die zugefuhrten Brennstoffe gezündet werden.
Bei einer besonders bevorzugten Ausfuhrungsform des erfin- dungsgemaßen Verfahrens werden die Brennstoffe zunächst durch eine Mischeinrichtung stochiometrisch gemischt und anschließend dem Verbrennungsraum zugeführt .
Die Brennstoffe werden vorzugsweise in den Verbrennungsraum gesprüht .
Die Erfindung schafft ferner einen Schadstoffarmen Verbrennungsmotor mit einer Kraftstoffzufuhrereinrichtung zum Zufuhren von Kraftstoff, mindestens einer Brennkammer zum Verbrennen des zugefuhrten Kraftstoffes in einer Explosionsflamme, wobei jede Brennstoffkammer jeweils mindestens zwei Elektro- den aufweist, durch die ein elektrisches Feld an die Explosionsflamme zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas anlegbar ist.
Die Brennkammer wird vorzugsweise durch einen Motorzylinder und einen darin beweglichen Motorkolben zur Kraftübertragung gebildet.
Die erste Elektrode des erfindungsgemaßen Verbrennungsmotors ist vorzugsweise eine Spitzenelektrode.
Die zweite Elektrode des erfindungsgemaßen Verbrennungsmotors wird vorzugsweise durch den geerdeten Motorzylinder gebildet.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verbrennungsmotors ist die erste Elektrode an eine Gleich- spannungsquelle angeschlossen. Diese Gleichspannungsquelle ist vorzugsweise Reihe zu einem Schwingkreis geschaltet, der aus einem Kondensator mit einer Schwingkreisspule besteht.
In diese Schwingkreisspule wird vorzugsweise über eine weitere Spule ein Pulssignal eingekoppelt.
Die Schwingfrequenz des Schwingkreises liegt dabei vorzugsweise zwischen 50 Hz und 2 GHz.
Bei einer ersten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verbrennungsmotors ist der Verbrennungsmotor ein Ottomotor.
Bei einer alternativen Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verbrennungsmotors ist der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor.
Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verbrennungsmotors wird der zugefuhrte Kraftstoff durch das angelegte elektrische Feld zur Erzeugung einer Explosions- flamme gezündet.
Die Erfindung schafft ferner eine Abfallverbrennungsvorrichtung zur Verbrennung von Abfallstoffen mit einem Verbrennungsraum zur Verbrennung der darin befindlichen Abfallstoffe in einer Flamme, und mit mindestens zwei Elektroden durch die ein elektrisches Feld an die Flamme zur Erzeugung eines Reaktionspiasmas angelegt wird.
Bei einer ersten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Abfallverbrennungsvorrichtung ist der Verbrennungsraum ein Drehtrommelofen .
Dabei wird die erste Elektrode vorzugsweise durch eine Spitz- elektrode und die zweite Elektrode vorzugsweise durch eine Ofenmantelelektrode gebildet. Bei einer weiteren Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Abfallverbrennungsvorrichtung wird die erste Elektrode durch ein Nadelelektrodengitter und die zweite Elektrode durch ein Rostfeuerungsgitter gebildet.
Bei der bevorzugten Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Abfallverbrennungsvorrichtung weist der Verbrennungsraum eine erste Öffnung zum Zufuhren von Zuluft und eine zweite Öffnung zum Abfuhren von Abluft auf.
Die Erfindung schafft fernen einen Heizofen zur Verbrennung von Brennstoffen in eine exotherme chemische Reaktion mit einer Einrichtung zum Zufuhren der Brennstoffe, einen Verbrennungsraum zur Verbrennung der zugefuhrten Brenn- Stoffe in einer Flamme, und mit mindestens zwei Elektroden durch die ein elektrisches Feld an die Flamme zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas mit hohen Ionisationsgrad anlegbar ist, wobei durch die Flamme ein Medium erhitzt wird.
Bei dem Medium handelt es sich vorzugsweise um die Umgebungsluft.
Das erhitzte Medium wird vorzugsweise einem Wärmetauscher zu- gefuhrt.
Im weiteren werden bevorzugte Ausfuhrungsformen der erfindungsgemäßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung, des erfin- dungsgemaße Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen, des erfindungsgemaßen Verbrennungsmotors, der erfindungsgemaßen
Abfallverbrennungsvorrichtung und des erfindungsgemaßen Heizofens unter Bezugnahme auf die beigefugten Figuren zur Erläuterung der erfindungsgemaßen Merkmale beschrieben.
Es zeigen: Figur 1 einen Flammenionisationsdetektor nach dem Stand der Technik;
Figur 2a einen Plasma-Jet-Generator nach dem Stand der Tech- nik;
Figur 2b einen Schadstoffkatalysator nach dem Stand der Technik;
Figur 3 eine erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffvorrichtung ;
Figur 4a eine erste Ausfuhrungsform der in der erfindungsge¬ maßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung eingesetz- ten Spitzenelektrode;
Figur 4b eine zweite Ausfuhrungsform der in der erfindungs- gemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung eingesetzten Spitzenelektrode;
Figur 5 eine zweite Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung;
Figur 6a eine dritte Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung;
Figur 6b die in Figur 6a dargestellte dritte Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung in einem Regelkreis;
Figur 7 eine vierte Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung;
Figur 8 eine an die Elektroden angelegte Wechselspannung gemäß einer Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen
Brennstoffverbrennungsvorrichtung; Figur 9 ein weiteres an die Elektroden angelegtes Wechselspannungssignal gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen BrennstoffVerbrennungsvorrichtung;
Figur 10 ein weiteres an die Elektroden angelegtes Spannungssignal gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen BrennstoffVorrichtung;
Figur 11 ein weiteres Wechselspannungssignal, das an die E- lektroden der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausfuhrungsform angelegt wird;
Figur 12 die Anordnung der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung in einem Schwingkreis;
Figur 13 ein Ersatzschaltbild das in Figur 12 dargestellten Schwingkreises ;
Figur 14 ein Schadstoffarmen Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung;
Figur 15a ein Pulssignal, welches in den Schwingkreis des er- findungsgemaßen Verbrennungsmotors gemäß Figur 14 eingekoppelt wird;
Figur 15b ein an die Spitzenelektrode des erfindungsgemaßen Verbrennungsmotors angelegten Wechselspannungssig- nals gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Verbrennungsmotors nach Figur 14;
Figur 16 eine erste Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen AbfallVerbrennungsvorrichtung;
Figur 17 eine zweite Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen AbfallverbrennungsVorrichtung; Figur 3 zeigt die Grundanordnung der erfindungsgemaßen Verbrennungsvorrichtung 1. Die Brennstoffverbrennungsvorrichtung 1 dient zur Verbrennung von Brennstoffen in einer exo- thermen chemischen Reaktion. Die Brennstoffverbrennungsvorrichtung 1 weist eine Einrichtung 2 zum Zufuhren von Brennstoffen auf. Bei der in Figur 3 dargestellten Ausfuhrungsform handelt es sich bei den Brennstoffen um ein Gasgemisch. Dabei werden die zuverbrennenden Gase einer Mischeinrichtung 3 zu- gefuhrt, die die zu verbrennenden Gase durch stochiometrisch vormischt und das Brennstoffgemisch über eine Gasleitung 2 abgibt. Die Gasleitung 2 weist eine Austrittsoffnung 4 auf, über die das Gasgemisch ausströmt. Eine Ringelektrode 5 ist ringförmig um die Austrittoffnung 4 angeordnet und über eine Leitung 6 mit einem Spannungsgenerator 7 verbunden. Der Spannungsgenerator 7 ist über eine Leitung 8 an eine Spitzenelektrode 9 angeschlossen. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung U zwischen der Ringelektrode 5 und der Spitzenelektrode 9 entsteht ein elektrisches Feld E in dem offenen Verbrennungsraum zwischen den Elektroden 5, 9.
Das elektrische Feld E zündet das ausströmende Gasgemisch, das in eine Abbrandflamme 10 verbrennt. Die Flamme 10 weist einen Flammenkern 10a und einen Flammenmantel 10b auf. Die Flamme 10 brennt in einem Verbrennungsraum. Bei der in der Figur 3 dargestellten Ausfuhrungsform ist der Verbrennungsraum offen. Bei einer alternativen Ausfuhrungsform ist der Verbrennungsraum eine geschlossene Brennkammer. Durch das an die Flamme 10 angelegte elektrische Feld E wird in der Flamme 10 ein Reaktionsplasma erzeugt, dass einen hohen Ionisationsgrad aufweist. Die an die beiden Elektroden 9, 5 angelegte Wechselspannung weist vorzugsweise eine Frequenz f zwischen 50 Hz und 2 GHz auf. Dabei kann die Wechselspannung sinusförmig oder pulsformig sein. Zusatzlich erzeugt der Spannungsge- nerator 7 vorzugsweise zusatzlich eine Gleichspannung, so dass neben dem elektrischen Wechselfeld auch ein elektrisches Gleichfeld an die Flamme 10 angelegt ist. Die Feldstarke des angelegten elektrischen Feldes E betragt dabei vorzugsweise 0,1 - 10 kV/cm.
In der Flamme 10 lauft eine ladungsbeschleunigte exotherme Reaktion ab. Durch das angelegte elektrische Feld E, das aus einem elektrischen Gleichfeld und einem elektrischen Wechselfeld besteht, entstehen Ionen und Elektronen in der Flamme.
Die wichtigsten Reaktionsphasen innerhalb des Verbrennungs- prozesses redoxreaktiver exothermer Reaktionen sind die thermische Radikalisierung, das Cracken und die redoxreaktive Ab- brandreaktion . Die thermische Radikalisierung und die Plasmabildung wird durch das angelegte elektrische Feld E verstärkt. Die gebildeten Radikale erhalten ihren Energiezustand aufrecht bis ein Redoxreaktionspartner die chemische Redox- reaktion auslost. Die Reaktionszeit der Redoxreaktion sinkt mit dem zunehmenden Radikalisierungsgrad der Redoxreaktionspartner. Dies hat zur Folge, dass der exotherme Temperaturgradient steigt. Die Temperatur innerhalb der Flamme 10 und somit der Verbrennungswirkungsgrad n werden ebenfalls erhöht.
Die zugefuhrten Brennstoffmolekule werden thermisch gecrackt. Das angelegte elektrische Feld E beschleunigt das Zusammen- fuhren der radikalisierten und ionisierten Redoxreaktionspartner, so dass die Reaktionsgeschwindigkeit stark zunimmt. Durch das elektrische Feld E verschiebt sich das e- lektrochemische Gleichgewicht der Verbrennungsreaktion. Es werden die statischen, elektrodynamischen und verbrennungski- netischen Parameter verändert. Die Abbrandzeiten werden verkürzt. Das Reaktionsplasma der Flamme weist einen sehr hohen Ionisationsgrad I auf. Der Flammenwiderstand R des erzeugten Plasmas ist niedriger als der elektrische Widerstand einer gewohnlichen Flamme. Der dabei auftretende Ionisationsgrad I innerhalb des Plasmas hangt von der Frequenz, der Flankensteilheit und dem Pulsverhaltnis der angelegten elektrischen Wechselspannung U ab. Das elektrische Wechselfeld wird bezuglich der Feldstarke und der Frequenz derart ausgebildet, dass der Ionisationsgrad I innerhalb der Flamme optimal ist. Mit steigendem Ionisations- grad I sinkt der Schadstoffanteil, da die Verbrennungsstoffe vollständig verbrennen. Der Ionisationsgrad I darf allerdings nicht zu sehr gesteigert werden, damit nicht zuviel zugefuhr- te elektrische Energie als Warme verlorengeht. Durch die Einstellung der Feldstarke und der Frequenz des angelegten e- lektrischen Feldes E lasst sich das Verhältnis der Ausgangsprodukte der chemischen Redoxreaktion zueinander beeinflussen. Reagieren beispielsweise zwei Stoffe A, B zu Ausgangsprodukten C, D, lasst sich durch die Frequenz f und die Feldstarke des an die Flamme 10 angelegten elektrischen Feldes E das Verhältnis der Ausgangsprodukte C, D beeinflussen. Mit der erfindungsgemaßen Brennstoffvorrichtung 1 ist es daher möglich, gezielt den Anteil von schädlichen Brennstoffprodukten zu reduzieren.
Die Figuren 4A, 4B zeigen verschiedene Ausfuhrungsformen der Spitzenelektrode 9 innerhalb der erfindungsgemaßen Brennstoffvorrichtung 1. Durch die Spitzenelektrode 9a bzw. 9b erfolgt eine Verdichtung der Feldlinien und somit eine lokale Erhöhung der Feldstarke. Bei der in Figur 4A dargestellten Ausfuhrungsform der Spitzenelektrode 9a ist ein Draht 11a mit einem Durchmesser von 1/10 bis 1/100 mm in einem Mantel 12a untergebracht. Die Ummantelung 12a besteht aus einem Isolationsmaterial bzw. einer Keramik, wie beispielsweise Quarz. Dieser Draht 11a ist über die Leitung 8 an den Spannungsgene- rator 7 angeschlossen. Am Ende des Zuleitungsdrahtes 11a befindet sich eine Kugel 13a, deren Durchmesser großer ist als der Durchmesser des Drahtes 11a. Der Draht 11a besteht her- kommlicherweise aus einer Wolfram-Stahl-Legierung. Die Kugel 13a besteht ebenfalls vor dem Zünden aus einer Wolfram-Stahl- Legierung. Nach dem Zünden bildet sich in der Kugel 13a eine Schicht aus Wolfram-Carbit , die hochtemperaturbestandig ist.
Die Figur 4B zeigt eine alternative Ausfuhrungsform der Spitzenelektrode 9. Bei der in Figur 4B dargestellten Ausfuhrungsform weist die Spitzenelektrode 9b eine kegelförmige Spitze 13b auf. Aufgrund der kegelförmig zulaufenden Spitze 13b wird eine besonders hohe Feldstarkendichte erreicht.
Figur 5 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung 1. Bei der in Figur 5 dargestellten Ausfuhrungsform ist zusatzlich ein Transformator 14 vorgesehen, der eine erste Spule 14a und eine zweite Spule 14b enthalt. Durch den Transformator 14 wird die durch die Spannungsquelle 7 erzeugte Wechselspannung entsprechend dem Windungsverhaltnis der beiden Spulen 14a, 14b hochtransformiert. Die hochtransformierte Wechselspannung wird über die Leitungen 6, 8 an die beiden Elektroden 5, 9 zur Erzeu- gung eines elektrischen Wechselfeldes angelegt. Durch die in Figur 5 dargestellte Ausfuhrungsform können besonders hohe elektrische Feldstarken erreicht werden.
Die Figur 6A zeigt eine dritte Ausfuhrungsform der erfin- dungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung 1. Bei der in Figur 6A dargestellten Ausfuhrungsform wird die Gegenelektrode 9 nicht durch eine Spitzenelektrode gebildet, sondern durch eine Gegenelektrode 9, die einen aus Isolationsmaterial bestehenden Glaszylinder umschließt. Der aus einem isolieren- den Material bestehende Zylinder 15 ist mit der Gegenelektrode 9 beschichtet. Der Innenraum des Zylinders 15 bildet den Verbrennungsraum für die Flamme 10. Bei dem Zylinder 15 handelt es sich vorzugsweise um eine Quarzrohre. Die Flamme 10 nimmt über das Quarz 15 elektrische Ladung auf, sodass aufgrund des elektrischen Wechselfeldes ein kapazitiver Blindstrom fließen kann. Wird zusatzlich durch den Spannungsgenerator 7 eine Gleichspannung an die Elektroden 5 und 9 ange- legt, fließt zusatzlich ein geringer Gleichstrom.
Figur 6B zeigt die in Figur 6A dargestellte dritte Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung 1 in einem Regelkreis. Die Flamme 10 verbrennt das zugefuhrte Gasgemisch und gibt Abgase nach oben zu einem Abgasdetektor 16 ab. Der Abgasdetektor 16 erfasst die chemische Zusammensetzung des Abgases und stellt den Schadstoffanteil beispielsweise den Anteil von Stickoxid innerhalb des Abgases fest. Der Abgasdetektor 16 liefert über eine Datenleitung 17 Daten an eine Steuerung 18, wobei die zugefuhrten Daten den Anteil der zu beseitigenden Schadstoffe im Abgas anzeigen. Die Steuerung 18 steuert über Steuerleitungen 19 die Amplitude (U) und die Frequenz f der durch den Spannungsgenerator 7 erzeugten Spannung U. Hierdurch werden die Amplitude |u| und die Frequenz f des an die Flamme 10 angelegten elektrischen Feldes E eingestellt. Die in Figur 6B dargestellt Anordnung stellt einen Regelkreis 20 dar, mit dessen Hilfe der Schadstoffanteil der Abgase, die durch die Abbrandflamme 10 hervorgerufen werden, minimiert werden kann. Hierzu verändert die Steuerung 8 die Frequenz und die Amplitude der Spannung solange, bis durch den Abgasdetektor 16 ein minimaler Schadstoffanteil festgestellt wird. Durch die in Figur 6B dargestellte Regelung können besonders umweltfreundliche Heizofen realisiert werden. Durch die Erzeugung des Plasmas innerhalb der Flamme 10 wird der Schadstoffanteil minimiert. Dabei werden die Frequenz f und die Amplitude des angelegten elektrischen Feldes E derart geregelt, dass die Konzentration der abgegebenen Schadstoffe minimal ist. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist die Steuerung 18 für verschiedene durch den Mischer 3 zugefuhrte Brennstoffgasgemische programmierbar .
Figur 7 zeigt eine vierte Ausfuhrungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvorrichtung 1. Bei der in Figur 7 dargestellten Ausfuhrungsform wird die Gegenelektrode durch die Erde bzw. Masse gebildet. Der Vorteil der in Figur 7 dargestellten Ausfuhrungsform besteht darin, dass eine Gegen- bzw. Spitzenelektrode nicht vorgesehen werden muss.
Die Figuren 8 bis 11 zeigen verschiedene Signalverlaufe der an die Elektroden 5, 9 angelegten Spannung U. Bei dem in Figur 8 dargestellten Spannungsverlauf handelt es sich um eine sinusförmige Wechselspannung, die einer Gleichspannung Un uberlagt ist. Dabei betragt das Verhältnis der Amplitude der Wechselspannung |0| zu der Gleichspannung Uo vorzugsweise etwa eins, wie in Figur 9 dargestellt.
Figur 10 zeigt eine weitere mögliche Signalform des angelegten Wechselspannungssignals, wobei die ansteigende Signalflanke steiler ist als die abfallende Signalflanke. Das angelegte Wechselspannungssignal ist pulsformig. Die ansteigende Signalflanke weist beispielsweise eine Flankensteilheit von 2 kV/ms auf. Hierdurch lassen sich besonders hohe Ionisationsgradienten innerhalb der Flamme erreichen.
Figur 11 zeigt eine weitere Variante eines an die Elektroden 5, 9 angelegten Wechselspannungssignals. Das in Figur 11 dar- gestellte Wechselspannungssignal ist pulsformig. Das Pulsver- haltnis, welches sich aus dem Verhältnis zwischen Dauer des Pulses Δtpuis und der Pulsfolgezeit ΔtPause ist, ergibt, betragt vorzugsweise etwa 1/3. Mit zunehmender Dauer der angelegten Spannungsimpulse sinkt der Widerstand R der Flamme asymptotisch gegen einen Widerstand R0 ab. Die Flankensteilheit der Spannungsimpulse betragt beispielsweise 2 kV/ms . Typische Amplituden der Spannungsimpulse liegen bei 8 kV. Durch das Anlegen der pulsformigen Wechselspannung oszilliert die Flamme harmonisch.
Figur 12 zeigt die in Figur 6A dargestellte dritte Ausfuh¬ rungsform der erfindungsgemaßen Brennstoffverbrennungsvor- richtung 1 in einem Schwingkreis. Die durch den Spannungsgenerator 7 erzeugte Spannung U wird über einen Kondensator 21 und einen Transformator 22, der aus zwei gekoppelten Spulen 22a, 22b besteht, an den Sekundarkreis angelegt. Die Ringelektrode 5 ist über eine Leitung 23 mit der Sekundarspule 22b verbunden. Die Gegenelektrode 9 ist über eine Leitung 24 an eine Gleichspannungsquelle 25 angeschlossen. Der Flammenmantel 10b der Flamme 10 bildet eine Gegenelektrode zu der zylinderformigen Elektrode 9. Der Flammenmantel 10b bildet eine Kondensatoroberflache. Über den Schwingkreis wird Ener- gie eingekoppelt. Der sekundäre Schwingkreis besteht aus der Koppelinduktivität 22b und einem Kondensator. Dieser Kondensator wird durch den Gegenelektrodenmantel 9, den Flammenmantel 10b sowie dem Luftdielektrikum gebildet.
Figur 13 zeigt das Ersatzschaltbild für den in Figur 12 dargestellten Schwingkreis. Die Elektrode 9 und der Flammenmantel 10b bilden einen Kondensator 26, zu dem der Flammenwiderstand 27 parallel geschaltet ist. Durch die Gleichspannungsquelle 25 wird eine Gleichvorspannung von 1 bis 10 KV ange- legt. Durch den Schwingkreis wird die Flamme bezuglich ihrer Form und ihres Abbrandverhaltens stabilisiert. Bei dem sekundären Schwingkreis handelt es sich um einen RCL-Schwingkreis. Der Schwingkreis weist eine Resonanzfrequenz fR auf. Die Flamme kann aus halboffener Resonanzkreis oder als geschlos¬ sener Resonanzkreis fungieren. Die Flamme 10 wirkt als offener Resonanzkreis bzw. als Antenne, wobei der Flammenkorper selbst als Energieabsorber fungiert.
Figur 14 ist eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines Schad¬ stoffarmen Verbrennungsmotors gemäß der Erfindung. Der Verbrennungsmotor weist eine nicht dargestellte Kraftstoffzu- fuhreinrichtung zum Zufuhren von Kraftstoff auf. Der Kraft- stoff wird m einer geschlossenen Brennkammer 28 als Verbrennungsraum zugeführt. Die Brennkammer 28 wird durch einen Motorzylinder 29 und einen darin beweglichen Motorkolben 20 gebildet, der zur Kraftübertragung vorgesehen ist. Eine Spitzenelektrode 9 ragt in den Verbrennungsraum 28 hinein. Bevor- zugte Ausfuhrungsformen einer derartigen Spitzenelektrode 9 sind in den Figuren 4A, 4B dargestellt. Der Kolben 30 ist bis zu einem oberen Totpunkt OT innerhalb des Motorzylinders 29 beweglich. Die Spitzenelektrode 9 reicht bis zu einer Distanz Ll in den Verbrennungsraum 28 hinein. Die Distanz zwischen der Oberseite des Verbrennungsraumes und dem oberen Totpunkt OT betragt L2. Bei einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist der Abstand Ll großer als die Differenz zwischen L2 und Ll. Sobald der Kolben 30 den oberen Totpunkt OT erreicht hat, wird über einen Transformator 31, der zwei Spulen 31a, 31b um- fasst, ein Spannungsimpuls in die Schwingkreisspule 31b eingekoppelt. Ein Kondensator 32 ist parallel zu der Schwingkreisspule 31b verschaltet. Zwischen der Spitzenelektrode 9 und der Schwingkreisspule 31b ist seriell eine Gleichspan- nungsquelle 32 verschaltet. Die Gegenelektrode zu der Spit- zenelektrode 9 wird vorzugsweise durch den geerdeten Motorzylinder 29 gebildet. An der Spitzenelektrode 9 liegt das in Figur 15b dargestellte Spannungssignal an. Durch den Transformator 31 wird die Span¬ nung Ul in die Schwingkreisspule 31b eingekoppelt, so dass der aus dem Kondensator 32 und der Spule 31 bestehende Schwingkreis zu schwingen beginnt. Die erzeugte Schwingung ist gedampft, so dass deren Amplitude abnimmt. Die Amplitude der vom Spannungsgenerator erzeugten pulsformigen Spannung betragt beispielsweise 2 KV. Die Abstände zwischen den verschiedenen Spannungsimpulsen des Spannungssignals Ul wird durch die Umdrehungszahl des Motors bestimmt. Durch den Schwingkreis 31b, 32 wird an die Spitzenelektrode 9 ein schwingendes, abklingendes sinusförmiges Wechselspannungssignal angelegt, dem eine Gleichspannung Un überlagert ist. Das so gebildete Spannungssignal ist in Figur 15B dargestellt. Durch den ersten Impuls einer Spannungspulsfolge wird das der Brennkammer zugefuhrte Kraftstoffgemisch gezündet. Durch die nachfolgenden Spannungsimpulse der Pulsfolge wird das in der Explosionsflamme gebildete Plasma aufrecht erhalten. Die Zündung erfolgt vorzugsweise kurz bevor der Kolben 30 den oberen Totpunkt OT erreicht hat. Der erfindungsgemaße Verbrennungsmotor, wie er in Figur 14 dargestellt ist, benotigt keine eigenständige Zündeinrichtung. Diese kann optional zusatzlich vorgesehen werden. Bei dem erfindungsgemaßen Verbrennungsmotor handelt es sich um einen Ottomotor oder um einen Diesel- motor. Die Frequenz f der durch den Schwingkreis 31b, 32 erzeugten Spannungsimpulse kann in einem Bereich zwischen 50 Hz und 2 GHz liegen. Der in Figur 14 dargestellte Verbrennungsmotor gemäß der Erfindung zeichnet sich durch einen besonders einfachen Aufbau aus. Eine herkömmliche Zündkerze wird zur Zündung nicht benotigt. Die Zündung erfolgt durch die Spitzenelektrode 9. Durch Erzeugung des Plasmas innerhalb der Explosionsflamme erfolgt die Verbrennung innerhalb der Verbrennungskammer 28 besonders effektiv mit einem hohen Wir- kungsgrad. Der Anteil der dabei gebildeten Schadstoffe ist aufgrund des in der Explosionsflamme gebildeten Plasmas besonders gering.
Figur 16 zeigt eine erste Ausfuhrungsform einer erfindungsgemaßen Abfallverbrennungsvorrichtung 33. Die Abfallverbrennungsvorrichtung 33, wie sie in Figur 16 dargestellt ist, weist einen Verbrennungsraum 34 auf, der bei der in Figur 16 dargestellten Ausfuhrungsform ein Drehtrommelofen 34 ist. Der Drehtrommelofen 34 wird durch Walzenantriebe 36, 37 kontinuierlich gedreht. An dem Boden des Drehtrommelofens 34 befindet sich der zu verbrennende Abfallstoff 38. Der Abfallstoff 38 wird durch eine Öffnung innerhalb des Drehtrommelofens 34 eingeführt. In den Drehtrommelofen 34 ragt eine Spitzenelekt- rode 9 hinein. Die Spitzenelektrode 9 ist über eine Leitung 8 mit dem Spannungsgenerator 7 verbunden. Der Spannungsgenerator 7 erzeugt eine Wechselspannung und eine Gleichspannung. Die erzeugte Spannung wird über eine Leitung 6 an eine Ofenmantelelektrode 39 angelegt. Die generierte Spannung U zur Mullverbrennung liegt beispielsweise zwischen 30 und 45 kV.
Dadurch wird ein derart starkes elektrisches Feld E innerhalb des Verbrennungsraumes 34 erzeugt, dass der darin enthaltene Abfallstoff 38 zu brennen beginnt. Der Abfallstoff 38 brennt in einer Flamme 10 ab, die ein Reaktionsplasma beinhaltet. Typische Verbrennungstemperaturen liegen bei 800 °C bis 900 °C.
Figur 17 zeigt eine alternative Ausfuhrungsform einer Abfallverbrennungsvorrichtung 33. Bei dieser Ausfuhrungsform wird die erste Elektrode durch ein Nadelelektrodengitter 40 und die zweite Elektrode durch ein Rostfeuerungsgitter, d. h. durch ein isoliertes Netzband 41 gebildet. Der Verbrennungs- räum 34 weist eine erste Öffnung 42 zum Zufuhren von Zuluft und eine zweite Öffnung 43 zum Abfuhren von Abluft aus.
Die erfindungsgemaße Verbrennungsvorrichtung 1, wie sie in Figur 3 dargestellt ist, eignet sich auch zum Aufbau von
Heizofen. Dabei erhitzt die Flamme 10 die Umgebungsluft als Energieubertragungsmedium. Die Umgebungsluft wird dann einem Wärmetauscher zugeführt.

Claims

Patentansprüche
1. Brennstoffverbrennungsvorrichtung (1) zur Verbrennung von Brennstoffen in einer exothermen chemischen Reaktion mit:
(a) einer Einrichtung (2) zum Zufuhren der Brennstoffe;
(b) einem Verbrennungsraum zur Verbrennung der zugefuhrten Brennstoffe einer Flamme (10);
(c) und mit mindestens zwei Elektroden (5, 9), durch die ein elektrisches Feld (E) an die Flamme (10) zur Erzeugung eines Reaktionspiasmas in der Flamme (10) ange- legt wird, wobei das erzeugte Reaktionsplasma einen hohen Ionisationsgrad aufweist.
2. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektroden (5, 9) mit einem Spannungsgenerator (7) verbunden sind.
3. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Spannungsgenerator (7) eine Wechselspannung erzeugt.
4. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein Transformator (14) zur Hochtransformation der durch den Spannungsgenerator (7) erzeugten Wechselspannung vorgese¬
5. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die erzeugte Wechselspannung nahezu sinusförmig ist, wo¬ bei eine Differenz in der Flache der Spannungsfunktion zwischen der positiven und den negativen Halbwelle besteht.
6. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine erzeugte Wechselspannung pulsformig ist.
7. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Spannungsgenerator (7) eine Gleichspannung erzeugt.
8. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Feldstarke des an die Flamme (10) angelegten elektrischen Feldes (E) zwischen 0,1 und 10 kV/cm betragt.
9. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Frequenz (f) des an die Flamme (10) angelegten e- lektrischen Feldes (E) zwischen 50 Hz und 2 GHz liegt.
10. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Verbrennungsraum eine geschlossene Brennkammer ist.
11. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Verbrennungsraum ein offener Raum ist.
12. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der zugefuhrte Brennstoff ein Gasgemisch ist.
13. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zugefuhrten Brennstoffe ein Kohlenwasserstoffgemisch sind.
14. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens eine Elektrode (9) eine Elektrodenspitze zur Erhöhung der Feldstarke des elektrischen Feldes (E) aufweist.
15. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens eine Elektrode (5) eine Ringelektrode ist.
16. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Elektroden (5, 9) einen Kondensator bilden, der in einem elektrischen Schwingkreis verschaltet ist.
17. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in der geschlossenen Brennkammer durch die Flamme Ab- fallstoffe verbrannt werden.
18. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Form der Flamme in dem Verbrennungsraum durch Veran- derung der Feldstarke und der Frequenz (f) des an die Flamme (10) angelegten elektrischen Feldes (E) einstellbar ist.
19. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Mischeinrichtung (3) zum Vormischen der zugefuhrten
Brennstoffe vorgesehen ist.
20. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine Zündeinrichtung zum Zünden der zugefuhrten Brenn¬ stoffe vorgesehen ist.
21. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass mindestens eine der Elektroden (5, 9) aus einem katalytisch aktiven Material besteht.
22. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 21, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das katalytisch aktive Material Platin ist.
23. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass eine der Elektroden (5, 9) eine Spruhelektrode ist, durch die die Brennstoffe in den Verbrennungsraum einspruhbar sind.
24. Brennstoffverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 23, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Flamme (10) durch die Spruhelektrode elektrostatisch aufladbar ist.
25. Verfahren zur Verbrennung von Brennstoffen durch eine
Flamme in einer exothermen chemischen Reaktion mit den folgenden Schritten: (a) Zufuhren der Brennstoffe m einen Verbrennungsraum zur Erzeugung der Flamme (10);
(b) Anlegen eines elektrischen Feldes (E) an die Flamme (10) zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas mit einem hohen Ionisationsgrad innerhalb der Flamme.
26. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass ein elektrisches Wechselfeld an die Flamme (10) angelegt
27. Verfahren nach Anspruch 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass zusatzlich zu dem elektrischen Wechselfeld ein elektrisches Gleichfeld an die Flamme (10) angelegt wird.
28. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 25 bis 27, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Feldstarke des elektrischen Feldes (5) zwischen 0,1 kV/cm und 10 kV/cm liegt.
29. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das elektrische Feld (5) durch mindestens zwei Elektroden (5, 9) an die Flamme (10) angelegt wird.
30. Verfahren nach Anspruch 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Feldstarke des elektrischen Wechselfeldes (E) im Zeitverlauf sinusförmig ist.
31. Verfahren nach Anspruch 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Feldstarke des elektrischen Wechselfeldes (E) in Zeitverlauf pulsformig ist.
32. Verfahren nach Anspruch 26, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Frequenz (f) des elektrischen Wechselfeldes (E) zwischen 50 Hz und 2 GHz liegt.
33. Verfahren nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zugefuhrten Brennstoffe durch Anlegen des elektrischen Feldes (E) gezündet werden, wobei die exotherme chemi- sehe Reaktion ausgelost wird.
34. Verfahren nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die zugefuhrten Brennstoffe durch eine vorgesehene Zund- einrichtung gezündet werden.
35. Verfahren nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Brennstoffe durch eine Mischeinrichtung (3) stochio- metrisch gemischt und anschließend dem Verbrennungsraum zugeführt werden.
36. Verfahren nach Anspruch 25, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Brennstoffe in den Verbrennungsraum gesprüht werden.
37. Schadstoffarmer Verbrennungsmotor mit: (a) einer Kraftstoffzufuhreinrichtung zum Zufuhren von Kraftstoff;
(b) mindestens einer Brennkammer (28) zum Verbrennen des zugefuhrten Kraftstoffes in einer Explosionsflamme;
(c) wobei jede Brennkammer (28) jeweils mindestens zwei Elektroden (5, 9) aufweist, durch die ein elektrischen Feld (E) an die Explosionsflamme zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas anlegbar ist.
38. Verbrennungsmotor nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Brennkammer (28) durch einen Motorzylinder (29) und einen beweglichen Motorkolben (30) zur Kraftübertragung gebildet ist.
39. Verbrennungsmotor nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine erste Elektrode (9) eine Spitzenelektrode ist.
40. Verbrennungsmotor nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine zweite Elektrode (29) durch einen geerdeten Mo- torzylinder gebildet wird.
41. Verbrennungsmotor nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die erste Elektrode (9) an eine Gleichspannungsquel- le (32) angeschlossen ist.
42. Verbrennungsmotor nach Anspruch 41, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Gleichspannungsquelle (32) m Reihe zu einem Schwingkreis (31b, 32) geschaltet ist, der aus einem Kondensator (32) und einer Schwingkreisspule (31b) besteht.
43. Verbrennungsmotor nach Anspruch 42, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass über eine weitere Spule (31a) ein Pulssignal in die
Schwingkreisspule (31b) eingekoppelt wird.
44. Verbrennungsmotor nach Anspruch 42, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die SchwmgFrequenz (f) des Schwingkreises (31a, 32) zwischen 50 Hz und 2 GHz liegt.
45. Verbrennungsmotor nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbrennungsmotor ein Ottomotor ist.
46. Verbrennungsmotor nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbrennungsmotor ein Dieselmotor ist.
47. Verbrennungsmotor nach Anspruch 37, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der zugefuhrte Kraftstoff durch das angelegte elektrische Feld zur Erzeugung der Explosionsflamme gezündet wird.
48. Abfallverbrennungsvorrichtung (33) zur Verbrennung von Abfallstoffen mit: (a) einem Verbrennungsraum (34) zur Verbrennung der darin befindlichen Abfallstoffe (38) m einer Flamme (10) ;
(b) und mit mindestens zwei Elektroden (9, 39; 40, 41) durch die ein elektrisches Feld (E) an die Flamme (10) zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas anlegbar ist.
9. Abfallverbrennungsvorπchtung nach Anspruch 48, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbrennungsraum ein Drehtrommelofen ist.
50. Abfallverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 49, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine erste Elektr,ode (9) durch eine Spitzenelektrode und eine zweite Elektrode (39) durch eine Ofenmantelelektrode gebildet ist.
51. Abfallverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 48, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine erste Elektrode (40) durch ein Nadelelektrodengitter und eine zweite Elektrode (41) durch ein Rostfeuerungsgitter gebildet ist.
52. Abfallverbrennungsvorrichtung nach Anspruch 48, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass der Verbrennungsraum (42) eine erste Öffnung zum Zufuhren von Zuluft und eine zweite Öffnung (43) zum Abfuh- rungen von Abluft aufweist.
53. Heizofen zur Verbrennung von Brennstoffen in einer exothermen chemischen Reaktion mit: (a) einer Einrichtung (2) zum Zufuhren der Brennstoffe;
(b) einem Verbrennungsraum zur Verbrennung der zugefuhr- ten Brennstoffe in einer Flamme (10);
(c) und mit mindestens zwei Elektroden (5, 9) durch die ein elektrisches Feld (E) an die Flamme (10) zur Erzeugung eines Reaktionsplasmas mit hohem Ionisati- onsgrad anlegbar ist, wobei durch die Flamme (10) ein Medium erhitzt wird.
54. Heizofen nach Anspruch 39, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Medium die Umgebungsluft ist.
55. Heizofen nach Anspruch 40, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das erhitzte Medium einem Wärmetauscher zugeführt wird.
PCT/EP2003/002976 2002-03-22 2003-03-21 Brennstoffverbrennungsvorrichtung WO2003081130A1 (de)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP03714869A EP1490630B1 (de) 2002-03-22 2003-03-21 Brennstoffverbrennungsvorrichtung
US10/507,689 US20050208442A1 (en) 2002-03-22 2003-03-21 Fuel combustion device
AU2003219092A AU2003219092A1 (en) 2002-03-22 2003-03-21 Fuel combustion device
DE50304472T DE50304472D1 (de) 2002-03-22 2003-03-21 Brennstoffverbrennungsvorrichtung

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10212995 2002-03-22
DE10212995.9 2002-03-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2003081130A1 true WO2003081130A1 (de) 2003-10-02

Family

ID=28050778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2003/002976 WO2003081130A1 (de) 2002-03-22 2003-03-21 Brennstoffverbrennungsvorrichtung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20050208442A1 (de)
EP (1) EP1490630B1 (de)
AT (1) ATE335167T1 (de)
AU (1) AU2003219092A1 (de)
DE (1) DE50304472D1 (de)
ES (1) ES2272962T3 (de)
WO (1) WO2003081130A1 (de)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059209A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung von verbrennungsvorgängen bei brennstoffen
WO2006067108A1 (de) * 2004-12-20 2006-06-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung von verbrennungsvorgängen
DE102007025551A1 (de) 2007-05-31 2008-12-11 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen
WO2009089830A3 (de) * 2008-01-18 2011-12-29 Innovent E.V. Technologieentwicklung Vorrichtung und verfahren zum aufrechterhalten und betrieb einer flamme
RU2482391C1 (ru) * 2011-11-29 2013-05-20 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Способ увеличения скорости горения
US20140287368A1 (en) * 2013-03-23 2014-09-25 Clearsign Combustion Corporation Premixed flame location control
CN104395673A (zh) * 2012-05-31 2015-03-04 克利尔赛恩燃烧公司 低NOx燃烧器和操作低NOx燃烧器的方法
CN104395673B (zh) * 2012-05-31 2016-11-30 克利尔赛恩燃烧公司 低NOx燃烧器和操作低NOx燃烧器的方法
CN111663996A (zh) * 2020-05-22 2020-09-15 四川升能泰科技有限公司 一种油电混合***及汽车

Families Citing this family (65)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007036219A1 (de) * 2007-08-02 2009-02-05 Limited Liability Research-And-Production Company Ukrtranskom Verfahren zum Verstärken der Verbrennung eines Festbrennstoffes
US8851882B2 (en) * 2009-04-03 2014-10-07 Clearsign Combustion Corporation System and apparatus for applying an electric field to a combustion volume
BRPI1011433A2 (pt) * 2009-05-08 2016-03-15 Federal Mogul Ignition Co "circuito amplificador de potência, sistema de ignição corona, e, motor de combustão interna"
WO2011088250A2 (en) 2010-01-13 2011-07-21 David Goodson Method and apparatus for electrical control of heat transfer
US11073280B2 (en) 2010-04-01 2021-07-27 Clearsign Technologies Corporation Electrodynamic control in a burner system
US9732958B2 (en) 2010-04-01 2017-08-15 Clearsign Combustion Corporation Electrodynamic control in a burner system
US9243800B2 (en) * 2011-02-09 2016-01-26 Clearsign Combustion Corporation Apparatus for electrodynamically driving a charged gas or charged particles entrained in a gas
DE102011080620B4 (de) * 2011-08-08 2014-06-05 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren für die Beschichtung eines Isolationsbauteils und Isolationsbauteil sowie elektrisch leitfähiges Heizkabel
MX2014007905A (es) 2011-12-30 2015-04-16 Clearsign Comb Corp Metodo y aparato para la mejora de la radiacion de la llama.
US9284886B2 (en) 2011-12-30 2016-03-15 Clearsign Combustion Corporation Gas turbine with Coulombic thermal protection
US9377195B2 (en) 2012-03-01 2016-06-28 Clearsign Combustion Corporation Inertial electrode and system configured for electrodynamic interaction with a voltage-biased flame
US9879858B2 (en) 2012-03-01 2018-01-30 Clearsign Combustion Corporation Inertial electrode and system configured for electrodynamic interaction with a flame
US9366427B2 (en) 2012-03-27 2016-06-14 Clearsign Combustion Corporation Solid fuel burner with electrodynamic homogenization
US9289780B2 (en) 2012-03-27 2016-03-22 Clearsign Combustion Corporation Electrically-driven particulate agglomeration in a combustion system
US9696031B2 (en) 2012-03-27 2017-07-04 Clearsign Combustion Corporation System and method for combustion of multiple fuels
US9371994B2 (en) 2013-03-08 2016-06-21 Clearsign Combustion Corporation Method for Electrically-driven classification of combustion particles
US20150121890A1 (en) * 2012-04-30 2015-05-07 Clearsign Combustion Corporation High velocity combustor
WO2014005143A1 (en) * 2012-06-29 2014-01-03 Clearsign Combustion Corporation Combustion system with a corona electrode
US9702550B2 (en) * 2012-07-24 2017-07-11 Clearsign Combustion Corporation Electrically stabilized burner
US9310077B2 (en) 2012-07-31 2016-04-12 Clearsign Combustion Corporation Acoustic control of an electrodynamic combustion system
US20150219333A1 (en) * 2012-08-27 2015-08-06 Clearsign Combustion Corporation Electrodynamic combustion system with variable gain electrodes
WO2014040075A1 (en) 2012-09-10 2014-03-13 Clearsign Combustion Corporation Electrodynamic combustion control with current limiting electrical element
WO2014085720A1 (en) 2012-11-27 2014-06-05 Clearsign Combustion Corporation Multijet burner with charge interaction
US9513006B2 (en) 2012-11-27 2016-12-06 Clearsign Combustion Corporation Electrodynamic burner with a flame ionizer
EP2738460A1 (de) * 2012-11-29 2014-06-04 Siemens Aktiengesellschaft Verbrennungssystem einer Strömungsmaschine
CN104854407A (zh) * 2012-12-21 2015-08-19 克利尔赛恩燃烧公司 包括互补电极对的电燃烧控制***
US10060619B2 (en) 2012-12-26 2018-08-28 Clearsign Combustion Corporation Combustion system with a grid switching electrode
US9441834B2 (en) 2012-12-28 2016-09-13 Clearsign Combustion Corporation Wirelessly powered electrodynamic combustion control system
US9469819B2 (en) 2013-01-16 2016-10-18 Clearsign Combustion Corporation Gasifier configured to electrodynamically agitate charged chemical species in a reaction region and related methods
US10364984B2 (en) 2013-01-30 2019-07-30 Clearsign Combustion Corporation Burner system including at least one coanda surface and electrodynamic control system, and related methods
US10386062B2 (en) 2013-02-14 2019-08-20 Clearsign Combustion Corporation Method for operating a combustion system including a perforated flame holder
CN104903647B (zh) 2013-02-14 2018-02-02 克利尔赛恩燃烧公司 具有穿孔反应稳定器的燃料燃烧***
WO2014127306A1 (en) 2013-02-14 2014-08-21 Clearsign Combustion Corporation SELECTABLE DILUTION LOW NOx BURNER
US11460188B2 (en) 2013-02-14 2022-10-04 Clearsign Technologies Corporation Ultra low emissions firetube boiler burner
US10119704B2 (en) 2013-02-14 2018-11-06 Clearsign Combustion Corporation Burner system including a non-planar perforated flame holder
US10571124B2 (en) 2013-02-14 2020-02-25 Clearsign Combustion Corporation Selectable dilution low NOx burner
US9377189B2 (en) 2013-02-21 2016-06-28 Clearsign Combustion Corporation Methods for operating an oscillating combustor with pulsed charger
US9696034B2 (en) 2013-03-04 2017-07-04 Clearsign Combustion Corporation Combustion system including one or more flame anchoring electrodes and related methods
US20140255856A1 (en) * 2013-03-06 2014-09-11 Clearsign Combustion Corporation Flame control in the buoyancy-dominated fluid dynamics region
US20140272730A1 (en) * 2013-03-12 2014-09-18 Clearsign Combustion Corporation Active magnetic control of a flame
WO2014160836A1 (en) * 2013-03-27 2014-10-02 Clearsign Combustion Corporation Electrically controlled combustion fluid flow
US9739479B2 (en) 2013-03-28 2017-08-22 Clearsign Combustion Corporation Battery-powered high-voltage converter circuit with electrical isolation and mechanism for charging the battery
WO2014183135A1 (en) * 2013-05-10 2014-11-13 Clearsign Combustion Corporation Combustion system and method for electrically assisted start-up
US9574767B2 (en) 2013-07-29 2017-02-21 Clearsign Combustion Corporation Combustion-powered electrodynamic combustion system
WO2015017084A1 (en) 2013-07-30 2015-02-05 Clearsign Combustion Corporation Combustor having a nonmetallic body with external electrodes
WO2015038245A1 (en) 2013-09-13 2015-03-19 Clearsign Combustion Corporation Transient control of a combustion reaction
WO2015042566A1 (en) 2013-09-23 2015-03-26 Clearsign Combustion Corporation Control of combustion reaction physical extent
WO2015051377A1 (en) * 2013-10-04 2015-04-09 Clearsign Combustion Corporation Ionizer for a combustion system
US20150104748A1 (en) 2013-10-14 2015-04-16 Clearsign Combustion Corporation Electrodynamic combustion control (ecc) technology for biomass and coal systems
CN105705864B (zh) 2013-11-08 2017-10-03 克利尔赛恩燃烧公司 配备火焰位置致动的燃烧***
CN105765304B (zh) * 2013-12-31 2018-04-03 克利尔赛恩燃烧公司 用于扩展燃烧反应中可燃极限的方法和装置
CN105960565B (zh) 2014-01-24 2019-11-12 克利尔赛恩燃烧公司 低NOx火管锅炉
WO2015123683A1 (en) * 2014-02-14 2015-08-20 Clearsign Combustion Corporation Application of an electric field to a combustion reaction supported by a perforated flame holder
US10640720B2 (en) * 2014-04-04 2020-05-05 The Trustees Of Princeton University Process for generating cool flame and flameless fuel oxidation using non-equilibrium plasma activation
US10174938B2 (en) 2014-06-30 2019-01-08 Clearsign Combustion Corporation Low inertia power supply for applying voltage to an electrode coupled to a flame
WO2016018610A1 (en) * 2014-07-30 2016-02-04 Clearsign Combustion Corporation Asymmetrical unipolar flame ionizer using a step-up transformer
US10458647B2 (en) 2014-08-15 2019-10-29 Clearsign Combustion Corporation Adaptor for providing electrical combustion control to a burner
US9702547B2 (en) 2014-10-15 2017-07-11 Clearsign Combustion Corporation Current gated electrode for applying an electric field to a flame
US20160123577A1 (en) * 2014-11-03 2016-05-05 Clearsign Combustion Corporation Solid fuel system with electrodynamic combustion control
US20160158585A1 (en) * 2014-12-08 2016-06-09 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Electromagnetic Fire Control System
US10514165B2 (en) 2016-07-29 2019-12-24 Clearsign Combustion Corporation Perforated flame holder and system including protection from abrasive or corrosive fuel
EP3814684A4 (de) * 2018-06-28 2022-04-20 ClearSign Technologies Corporation Brenner mit einem elektrischen permittivitäts- oder elektrischen kapazitätsflammensensor
CN210373578U (zh) * 2019-07-26 2020-04-21 深圳驭龙电焰科技有限公司 离子针及炉头
CN112050220B (zh) * 2020-07-29 2023-04-14 沈阳航空航天大学 一种采用等离子体技术净化陈腐垃圾的处理***及方法
CN113027615B (zh) * 2021-04-14 2022-11-04 中国航空发动机研究院 一种利用轴向电极控制燃烧的发动机

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2604936A (en) * 1946-01-15 1952-07-29 Metal Carbides Corp Method and apparatus for controlling the generation and application of heat
US3087472A (en) * 1961-03-30 1963-04-30 Asakawa Yukichi Method and apparatus for the improved combustion of fuels
DE1254364B (de) * 1964-05-30 1967-11-16 Cockerill Ougree Sa Verfahren zur Erzeugung eines Gasgemisches mit hohem Waermeinhalt zum Schmelzen und/oder zum Frischen von Metallen und Brenner zur Durchfuehrung des Verfahrens
DE1274781B (de) * 1965-11-01 1968-08-08 Exxon Research Engineering Co Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades bei Brennern
GB1140861A (en) * 1965-02-11 1969-01-22 Felix Jiri Weinberg Fuel burners
JPS5853627A (ja) * 1981-09-25 1983-03-30 Hino Motors Ltd デイ−ゼルエンジンの燃焼改善装置
WO1996001394A1 (en) * 1994-07-01 1996-01-18 Torfinn Johnsen An electrode arrangement for use in a combustion chamber
DE10137683A1 (de) * 2001-08-01 2003-02-20 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung von Verbrennungsvorgängen bei Brennstoffen

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3122212A (en) * 1960-06-07 1964-02-25 Northern Natural Gas Co Method and apparatus for the drilling of rock
US3274371A (en) * 1965-06-01 1966-09-20 Union Carbide Corp Method of depositing metal
FR2290945A1 (fr) * 1974-11-12 1976-06-11 Paillaud Pierre Procede pour ameliorer le rendement energetique d'une reaction
US4230448A (en) * 1979-05-14 1980-10-28 Combustion Electromagnetics, Inc. Burner combustion improvements

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2604936A (en) * 1946-01-15 1952-07-29 Metal Carbides Corp Method and apparatus for controlling the generation and application of heat
US3087472A (en) * 1961-03-30 1963-04-30 Asakawa Yukichi Method and apparatus for the improved combustion of fuels
DE1254364B (de) * 1964-05-30 1967-11-16 Cockerill Ougree Sa Verfahren zur Erzeugung eines Gasgemisches mit hohem Waermeinhalt zum Schmelzen und/oder zum Frischen von Metallen und Brenner zur Durchfuehrung des Verfahrens
GB1140861A (en) * 1965-02-11 1969-01-22 Felix Jiri Weinberg Fuel burners
DE1274781B (de) * 1965-11-01 1968-08-08 Exxon Research Engineering Co Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades bei Brennern
JPS5853627A (ja) * 1981-09-25 1983-03-30 Hino Motors Ltd デイ−ゼルエンジンの燃焼改善装置
WO1996001394A1 (en) * 1994-07-01 1996-01-18 Torfinn Johnsen An electrode arrangement for use in a combustion chamber
DE10137683A1 (de) * 2001-08-01 2003-02-20 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Beeinflussung von Verbrennungsvorgängen bei Brennstoffen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 007, no. 141 (M - 223) 21 June 1983 (1983-06-21) *

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2004059209A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-15 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung von verbrennungsvorgängen bei brennstoffen
WO2006067108A1 (de) * 2004-12-20 2006-06-29 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung von verbrennungsvorgängen
US7845937B2 (en) 2004-12-20 2010-12-07 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for influencing combustion processes
DE102007025551A1 (de) 2007-05-31 2008-12-11 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigen Brennstoffen
US8601819B2 (en) 2007-05-31 2013-12-10 Siemens Aktiengesellschaft Method and device for the combustion of hydrocarbon-containing fuels
WO2009089830A3 (de) * 2008-01-18 2011-12-29 Innovent E.V. Technologieentwicklung Vorrichtung und verfahren zum aufrechterhalten und betrieb einer flamme
RU2482391C1 (ru) * 2011-11-29 2013-05-20 Учреждение Российской академии наук Институт химической физики им. Н.Н. Семенова РАН (ИХФ РАН) Способ увеличения скорости горения
CN104395673A (zh) * 2012-05-31 2015-03-04 克利尔赛恩燃烧公司 低NOx燃烧器和操作低NOx燃烧器的方法
CN104395673B (zh) * 2012-05-31 2016-11-30 克利尔赛恩燃烧公司 低NOx燃烧器和操作低NOx燃烧器的方法
US20140287368A1 (en) * 2013-03-23 2014-09-25 Clearsign Combustion Corporation Premixed flame location control
CN111663996A (zh) * 2020-05-22 2020-09-15 四川升能泰科技有限公司 一种油电混合***及汽车

Also Published As

Publication number Publication date
EP1490630B1 (de) 2006-08-02
ATE335167T1 (de) 2006-08-15
AU2003219092A1 (en) 2003-10-08
EP1490630A1 (de) 2004-12-29
DE50304472D1 (de) 2006-09-14
ES2272962T3 (es) 2007-05-01
US20050208442A1 (en) 2005-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1490630B1 (de) Brennstoffverbrennungsvorrichtung
EP2149013B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur verbrennung von kohlenwasserstoffhaltigen brenngasen
EP1412675B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung von verbrennungsvorgängen bei brennstoffen
DE10356916B3 (de) Verfahren zum Zünden der Verbrennung eines Kraftstoffes in einem Verbrennungsraum eines Motors, zugehörige Vorrichtung und Motor
WO1996001394A1 (en) An electrode arrangement for use in a combustion chamber
DE102008055564A1 (de) Pilotvorrichtung mit Vorvermischung, Vorverwirbelung und Plasmaunterstützung
DE3883719T2 (de) Mikrowellen-verbrennungsvorrichtung.
WO2016046029A1 (de) Zündung von flammen eines elektropositiven metalls durch plasmatisierung des reaktionsgases
WO1994006543A1 (de) Verfahren zur plasmachemischen zersetzung und/oder vernichtung von schadstoffen, insbesondere zur abgasreinigung von verbrennungsmotoren oder anderer mit fossilem treibstoff betriebenen maschinen, sowie zugehörige vorrichtung
EP2358986A1 (de) Verbrennungskraftmaschine und verfahren zur kompressionszündverbrennung
RU2457395C2 (ru) Способ интенсификации сжигания твердого топлива
WO2006034983A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur beeinflussung von verbrennungsvorgängen, insbesondere beim betrieb einer gasturbine
JPH08210619A (ja) 液体廃棄物質の熱酸化のための方法
Ju et al. Effect of rotating gliding arc plasma on lean blow-off limit and flame structure of bluff body and swirl-stabilized premixed flames
EP1121522B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur plasmachemischen reduzierung von gasförmigen und/oder festen schadstoffen in abgasen von verbrennungsmotoren
EP0246283A1 (de) Verfahren zur temperaturerhöhung von katalysatoren und vorrichtung zur durchführung des verfahrens.
DE19747701C2 (de) Plasmastrahl-Zündung für Verbrennungskraftmaschinen
DE3936516A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum zersetzen von halogenierten organischen verbindungen
DE3243396C2 (de) Verdampfungsbrenner für flüssigen Brennstoff
US3207953A (en) Incandescent ceramic electrical igniter
Zheng et al. planar laser-induced fluorescence diagnostics for spatiotemporal OH evolution in pulsed corona discharge
DE1274781B (de) Verfahren und Vorrichtung zur Verbesserung des Verbrennungswirkungsgrades bei Brennern
RU2790745C1 (ru) Способ сжигания топлива
EP1466171A1 (de) Verfahren zur verminderung von schäden an heizungsanlagen und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
Xu et al. Temporal and spatial evolution of OH concentration in a lean premixed propane-air flame assisted by nanosecond repetitively pulsed discharges

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NI NO NZ OM PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): GH GM KE LS MW MZ SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LU MC NL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
DFPE Request for preliminary examination filed prior to expiration of 19th month from priority date (pct application filed before 20040101)
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2003714869

Country of ref document: EP

WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 2003714869

Country of ref document: EP

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: 8642

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 10507689

Country of ref document: US

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: JP

WWG Wipo information: grant in national office

Ref document number: 2003714869

Country of ref document: EP