-
Die
Erfindung betrifft einen Antrieb für eine Turbine und zwar
insbesondere eine Flugzeugturbine (auch Triebwerk genannt) sowie
ein Verfahren für den Betrieb einer solchen Turbine. Eine
Flugzugturbine ist eine Gasturbine, die ein Flugzeug beschleunigt.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Flugzeug mit dem Antrieb
für eine Turbine.
-
Ein
Antrieb für eine Turbine umfasst Mittel für das
Ansaugen von Luft. Die angesaugte Luft wird in einem Verdichter
des Turbinenantriebs verdichtet. Ein Kraftstoff wird in einer nachgeschalteten
Brennkammer zur verdichteten Luft hinzugefügt. Das Gemisch
aus Kraftstoff und verdichteter Luft wird in der Brennkammer gezündet
und verbrannt. Die Verbrennung bewirkt eine Temperaturerhöhung.
Die aufgebaute Energie entspannt sich in der nachfolgenden Turbine.
Die Turbine wandelt die thermische Energie in mechanische Energie
um, die den Verdichter antreibt. Der verbleibende Gasenergie-Anteil
kann ebenfalls über eine Arbeitsturbine in mechanische Energie
transformiert werden, oder sie wird über eine Düse
entspannt, indem die Masse des heißen Gases beschleunigt
wird und damit Schub erzeugt. Die transformierte Energie wird in
gewünschter Weise genutzt.
-
Luft
wird vor dem Eintritt in einen Verdichter eines Flugzeugtriebwerks
bereits aufgrund der Fluggeschwindigkeit verdichtet und so auf eine
Stautemperatur von 120 bis 140 Grad Celsius erwärmt. Wird sehr
schnell geflogen, so zum Beispiel Mach 6, so kann die Stautemperatur
bis auf über 1000 Grad Celsius ansteigen.
-
Ein
modernes Turbinen-Triebwerk für ein Flugzeug umfasst mehrere
Axial- oder Radialverdichter, die die Luft auf 48 Bar verdichten
und dabei entsprechend hoch erhitzen. Mit einer speziellen Sprühdüse
wird anschließend Kraftstoff in die verdichtete Luft eingespritzt.
-
Als
Kraftstoff wird bei einem Flugzeug derzeit Kerosin eingesetzt. Dieser
Kraftstoff ist aber mengenmäßig begrenzt. Es besteht
daher Bedarf, ein Flugzeugtriebwerk mit einem anderen Kraftstoff
betreiben zu können.
-
Aus
den Druckschriften
DE
195 24 680 A1 sowie
DE 195 24 681 A1 ist der Hinweis zu entnehmen,
alternativ Wasserstoff oder Erdgas als Kraftstoff einzusetzen und
diese Kraftstoffe in flüssiger, gekühlter Form
zu transportieren und zu lagern. In diesen Druckschriften wird allerdings
nur beschrieben, wie ein solcher verflüssigter Kraftstoff
gelagert werden kann.
-
Aus
der Druckschrift
EP
0 779 469 A1 ist bekannt, Flüssiggas wie LNG zunächst
zu verdampfen und das Gas einem Verbraucher zuzuführen,
um so beispielsweise ein Fahrzeug anzutreiben. Die Druckschriften
EP 1 112 461 B1 sowie
DE 100 33 736 A1 offenbaren,
eine Gasturbine mit Erdgas anzutreiben. Die Druckschrift
US2006213488A betrifft
einen Verbrennungsmotor, der mit LNG betrieben wird. LNG wird vor
der Verbrennung verdampft.
-
LNG,
auf minus 161 Grad Celsius gekühltes und verflüssigtes
Erdgas bzw. verflüssigtes Methan ist zündunwillig,
kann grundsätzlich nur mittels technischer Zerstäubung,
spezieller Sprüh- und Mischdüsen verbrannt werden
und ist daher ein Kraftstoff, der sehr sicher gelagert werden kann.
Methangas (Bio-Methan) ist ein relativ schnell nachwachsender Rohstoff
und steht daher im Unterschied zu Öl und Erdgas auch längerfristig
zur Verfügung.
-
LNG
gilt als schwer entflammbar und kann grundsätzlich nur
in mechanisch verdüster Form entflammt werden. Verdüstes
LNG weist einen Zündpunkt von 650 Grad Celsius auf, der
damit wesentlich höher als der Zündpunkt von Dieselkraftstoff
(250 Grad Celsius) oder Benzin (235 Grad Celsius) ist.
-
Um
beispielsweise einen Dieselmotor so umzurüsten, dass er
mit LNG betrieben werden kann, muss daher die Einspritzdüse
modifiziert werden. Außerdem muss ein solcher Motor zunächst
mit Dieselkraftstoff gestartet werden, um den Motor auf Betriebstemperatur
zu bringen. Erst nach Erreichen der Betriebstemperatur liegt eine
hinreichend hohe Temperatur vor, um einen konventionellen Dieselmotor
mit LNG betreiben zu können.
-
Im
Vergleich zu einem Dieselmotor sind bei einem Flugzeugtriebwerk
weitergehende Anforderungen zu beachten. Ein Flugzeugtriebwerk muss aus
Sicherheitsgründen in jeder operativen Höhe wieder
gestartet werden können. Mit einer sich ändernden
(Flug-)höhe verändern sich allerdings die Umgebungsbedingungen
sehr stark. So können Temperaturen am Boden ohne weiteres
40 Grad Celsius betragen, wohingegen in einer üblichen
Flughöhe die Außentemperatur –60 Grad
Celsius betragen kann. Die Dichte der Luft verändert sich
ebenfalls erheblich.
-
Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Turbine mit einem verflüssigten
Gas und zwar insbesondere mit einem besonders hoch methanhaltigen
Gemisch aus LNG und/oder verflüssigtem Bio Methan (Bio
LNG) betreiben zu können.
-
Zur
Lösung der Aufgabe umfasst ein Antrieb für eine
Turbine die Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen
ergeben sich aus den Unteransprüchen. Ein Verfahren für
den Betrieb des Turbinentriebwerks umfasst die Merkmale des Nebenanspruchs.
-
Zur
Lösung der Aufgabe ist ein Antrieb für eine Turbine
mit einem Verdichter für das Verdichten von Luft, mit einer
Düse für das Einspritzen eines ersten Kraftstoffes
in die verdichtete Luft und mit einer Brennkammer für das
Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches versehen. Außerdem
weist der Antrieb eine weitere Düse für das Einspritzen
eines zweiten Kraftstoffs auf.
-
Die
Düse für das Einspritzen eines ersten Kraftstoffs
dient dem Start des Antriebs bzw. eines Turbinentriebwerks umfassend
den Antrieb sowie eine Turbine, die durch das Zünden des
Luft-Kraftstoff-Gemisches mechanische Energie bereitstellt. Der
erste Kraftstoff ist daher ein konventioneller Kraftstoff und zwar
insbesondere Kerosin. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Triebwerk
jederzeit gestartet werden kann, da dieses insoweit konventionell beschaffen
ist oder zumindest beschaffen sein kann. Die zweite Düse
dient für das Einspritzen eines neuen Kraftstoffes, bei
dem es sich zumindest zunächst um ein Flüssiggas
handelt. Als Flüssiggas wird insbesondere LNG eingesetzt,
welches einem Tank entnommen und zur Brennkammer geleitet wird.
-
Ist
der Antrieb mit einem konventionellen Kraftstoff wie Kerosin gestartet
worden, so kann anschießend anstelle des ersten konventionellen
Kraftstoffes für den weiteren Betrieb das Flüssiggas
zugeführt werden. Von Vorteil ist dabei auch, dass mit
dem konventionellen Kraftstoff die Betriebstemperatur des Antriebs
erreicht werden kann, ehe auf den zweiten Kraftstoff umgestellt
wird. Weist der zweite Kraftstoff eine höhere Zündtemperatur
im Vergleich zum konventionellen Kraftstoff auf, so ist die Zündung
zumindest dann regelmäßig unproblematisch, wenn
im Zeitpunkt der Umstellung der Antrieb seine Betriebstemperatur
bereits erreicht hat.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird ferner durch einen Turbinenantrieb mit
einem Verdichter für das Verdichten von Luft, mit einer
Düse für das Einspritzen eines Kraftstoffes in
die verdichtete Luft und mit einer Brennkammer für das
Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemisches gelöst, der
einen Wärmetauscher für das Erwärmen
des Kraftstoffes vor dem Einspritzen des Kraftstoffes in die verdichtete
Luft umfasst. Wird ein verflüssigtes Gas, insbesondere
verflüssigtes Methan (CH4) als
Kraftstoff eingesetzt, so wird dieser Kraftstoff durch den Wärmetauscher
erwärmt und insbesondere verdampft, bevor der Kraftstoff
in die Brennkammer gelangt. Dies reduziert den technischen Aufwand,
der betrieben werden muss, um anschließend das Luft-Kraftstoff-Gemisch
zünden zu können.
-
In
einer Ausgestaltung befindet sich der Wärmetauscher in
einem Raum oder Bereich, in den die verdichtete und so erhitzte
Luft eingeleitet wird. Die Temperatur der erhitzten Luft kann ohne
weiteres 700°C betragen. Bei dieser Ausführungsform
wird die verdichtete Luft abgekühlt, bevor diese mit dem Kraftstoff
vermischt wird. Die Temperatur des zündfähigen Luft-Kraftstoff-Gemisches
wird so gesenkt. Dadurch kann bei gleicher Verbrennungstemperaturdifferenz die
Turbineneintrittstemperatur gesenkt werden, was die Bildung von
Stickoxiden (NOX) reduziert. Hohe Verbrennungstemperaturen und Drücke
bei modernen Triebwerken erhöhen zwar deren Wirkungsgrad, erhöhen
gleichzeitig aber auch drastisch die NOx-Bildung
in der Atmosphäre. Stickoxid in großen Höhen in
Form des Spurengases Bromnitrat ist als ein Zerstörer der
Ozonschicht der Erde bekannt. Die Bildung von Stickoxiden zu reduzieren
ist daher von größter Bedeutung für die
gesamte Luftfahrt und den Klimaschutz der Erde.
-
In
einer Ausgestaltung grenzt der Wärmetauscher an die Brennkammer
an, so dass der Kraftstoff durch die in der Brennkammer entstehende
Wärme erwärmt wird. Durch diese Kühlung
der Brennkammer wird verbessert sichergestellt, dass die Brennkammer
nicht derart hohen Temperaturen ausgesetzt wird, dass hierdurch
die Brennkammer beschädigt wird.
-
Vorzugsweise
ist eine Brennkammer doppelwandig ausgeführt und ein Wärmetauscher
befindet sich zwischen den beiden Wänden der Brennkammer.
Der Wärmetauscher kann insgesamt wenigstens zwei Rohre
aufweisen, in denen Flüssiggas wie LNG verdampft wird und
die verdampftes LNG zu einer Düse weiterleiten. Die Rohre
können mit regelbaren Durchströmventilen versehen
sein, um den Durchfluss von Flüssiggas durch die Rohre
steuern zu können. Hierdurch wird die Ausfallsicherheit
verbessert. Die Zuleitung oder Zuleitungen für das Flüssiggas
zur Düse können zunächst in ein Ringsammelrohr
einmünden und von dem Ringsammelrohr zu einer oder mehreren
Düsen weiter geleitet werden.
-
Es
ist jedoch nicht zwingend erforderlich, dass verflüssigtes
Gas zunächst verdampft wird. Mit Hilfe von Piezodüsen
sowie einem sehr hohen Druck gelingt es beispielsweise, LNG so zu
verdüsen, dass LNG direkt mit der verdichteten Luft gemischt
und gezündet werden kann. Diese Ausführungsform
ist von Vorteil, wenn die Technik einfach sein soll und auf Wärmeaustauscher
und dergleichen verzichtet werden soll.
-
Auch
in diesem Fall wird es für das Starten des Antriebs regelmäßig
erforderlich sein, zunächst einmal den Antrieb auf andere
Weise zu starten, um den jederzeitigen Start sicherzustellen. Der
Start erfolgt daher bevorzugt mit Hilfe eines zuvor verdampften
Gases oder mit Hilfe eines konventionellen Brennstoffs wie Kerosin.
Das Gas kann dem Tank entnommen worden sein, der das verflüssigte
Gas enthält. In einem solchen Tank entsteht stets immer auch
eine Dampfatmosphäre, die für den Start genutzt
werden kann.
-
Bei
Entstehen eines Überdrucks im Tank muss die Gasatmosphäre
abgepumpt werden. Das abgepumpte Gas kann auch für den
Betrieb einer Brennstoffzelle verwendet werden, mit der ein zugehöriges
Flugzeug ausgestattet ist. Mit einer solchen Brennstoffzelle wird
in einer Ausführungsform der Erfindung der elektrische
Strom erzeugt und erforderlichenfalls mit Hilfe einer Batterie gespeichert,
den das Flugzeug benötigt. Auf diese Weise gelingt es,
die Stromerzeugung von dem Betrieb eines Triebwerks abzukoppeln
und gleichzeitig so zu nutzen, dass Überdruck in einem
LNG-Tank abgebaut wird.
-
Ein
sich in einem Tank aufbauender Druck kann rasch den zulässigen
Höchstdruck überschreiten. Der zulässige
Druck kann relativ gering sein, so zum Beispiel lediglich zwei Bar,
um beispielsweise aus Kevlar® bestehende
Tanks einsetzen zu können. Solche Kevlar®-Tanks
bestehen beispielsweise aus Hohlfasern, damit eine gewünschte
Flexibilität gegeben ist und damit eine gewünschte
Sicherheit gewährleistet wird. Baut sich in einem solchen
Tank ein Überdruck auf, so kann dieser während
des Aufenthalts am Boden auch dazu genutzt werden, um mit Hilfe
von externen Brennstoffzellen elektrischen Strom zu erzeugen. Dieser
elektrische Strom kann beispielsweise in das Stromnetz eines Flughafens eingespeist
werden, wenn ein Flugzeug gelandet ist und aus irgendwelchen Gründen
nun dafür Sorge getragen werden muss, dass der Tankinhalt
genutzt wird, ohne das Flugzeug enttanken zu müssen.
-
LNG,
welches überwiegend aus Methan besteht, hat bei gleichem
Energieinhalt wie Kerosin ca. 16 bis 20% weniger Gewicht. Es ergeben
sich also Gewichtsvorteile, wenn ein Flugzeug mit LNG betankt und
betrieben wird.
-
Bei
gleichem Energiegehalt erzeugt LNG ca. 30% weniger CO2 und
80% weniger Stickoxyde als Kerosin. Außerdem fallen keine
Aromate an. LNG verhält sich daher umweltfreundlicher.
-
Mit
der Erfindung kann ein um 25% verbesserter Äußerer-Flugzeug-Wirkungsgrad
im Vergleich zu einem Betrieb mit Kerosin erzielt werden. Mit einem Äußerern-Flugzeug-Wirkungsgrad
ist der Transportwirkungsgrad eines Flugzeugs gemeint oder mit anderen
Worten der Kraftstoffverbrauch pro Sitzmeile.
-
Durch
die Erfindung können ferner Wartungskosten für
das Triebwerk gesenkt werden, weil der Kraftstoff LNG schwefelfrei
ist und sauberer als Kerosin verbrennt. Insbesondere die kleinen
Turbinenkühlbohrungen der Turbinenschaufeln werden daher
im Vergleich zur Kerosinverbrennung vermindert durch Verschmutzung
verschlossen oder verkleinert, was die Wartungskosten beträchtlich
zu reduzieren vermag. Die wärmegedämmten Tanks,
die für das Betanken mit LNG benötigt werden,
können an die vorhandenen Laderäume in einem Flugzeug
angepasst werden, um Flugzeuge mit solchen Tanks nachrüsten
zu können. Die Tanks können fest montiert werden
oder austauschbar im Flugzeug untergebracht sein.
-
Nachfolgend
wird die Erfindung mit Hilfe von Figuren näher erläutert.
-
1 skizziert
einen Schnitt durch einen Abschnitt einer ringförmigen
Brennkammer bzw. Antrieb für eine Turbine. Der Antrieb
umfasst einen Verdichter 1, in dem angesaugte Luft verdichtet
wird. Vom Verdichter 1 gelangt die auf ca. 48 bar verdichtete und
auf ca. 700°C aufgeheizte Luft in einen Diffusorbereich 2 hinein,
also einen Bereich, der sich räumlich erweitert. Im Diffusorbereich 2 verlangsamt
sich die Strömungsgeschwindigkeit der erhitzten, verdichteten
Luft. In einer Ausführungsform der Erfindung befindet sich
ein Wärmetauscher 3 in diesem Diffusorbereich 2.
Der Wärmetauscher 3 wird über ein Kraftstoffzuführungs-Ringrohr 4a mit
mehreren Einlässen 4 gespeist. Über einen
jeden solchen Einlass 4 wird LNG in den Wärmetauscher 3 eingeleitet
und verdampft, was eine Abkühlung der im Diffusorbereich 2 vorhandenen
Luft zur Folge hat. Das Kraftstoffzuführungs-Ringrohr 4a wird
entweder im Außen- oder im Innenbereich des zugehörigen
Triebwerks in Nähe des Außenmantels herumgeführt.
Das Rohr des Wärmetauschers 3 weist aus strömungstechnischen
Gründen in der aus der 1 ersichtlichen
Weise einen ellipsenförmigen Querschnitt auf, damit Luft
den Wärmetauscher 3 leicht zu durchströmen
vermag. Die lange Seite der Ellipse verläuft also parallel
zur Luftströmung.
-
Die
gekühlte, verdichtete Luft wird über Wandöffnungen 5 und
den Ejektor 5a entlang der Wanddüsen 7 und 14 in
die Brennkammer 6 eingeleitet. Der Ejektor saugt die verdichtete
Luft bedingt durch die hohen Düsen-Kraftstoffgeschwindigkeit
in die Brennkammer, wo sich die Luft mit dem Kraftstoff vermischt.
Das im Wärmetauscher 3 verdampfte LNG gelangt
zu einer Gaseinspritzdüse 7, mit der das Gas in
die Brennkammer 6 eingespritzt wird. Es entsteht so ein
zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch in der Brennkammer,
welches sich über eine nachfolgende, nicht gezeigte Turbine
entlang des Pfeils 8 entspannt.
-
Der
Antrieb umfasst außerdem einen Einlass 9 für
Kerosin, über den Kerosin in ein Ringrohr 10 gelangt.
Das Ringrohr 10 umringt die Gasdüse 7 als
ein Funktionsbestandteil des Brennkammer-Ejektors. Der Antrieb umfasst
eine Vielzahl solcher Düsen 7, die entsprechend
der Ringform der Brennkammer 6 ringförmig verteilt
angeordnet sind. Vom Ringrohr 10 aus wird Kerosin über
mehrere Leitungen 12 in den Innenraum 13 des Mischdüsenbrenners 11 hinein
gepumpt. Das Kerosin tritt über die Düse 14 in
die Brennkammer 6 ein und wird dadurch verdüst.
Es entsteht so ein anderes zündfähiges Kraftstoff-Luft-Gemisch,
welches sicherstellt, dass der Antrieb in jeder Situation, also
auch in großen Höhen bei sehr tiefen Temperaturen
von zum Beispiel –50°C gestartet werden kann.
-
Bei
der in der 1 gezeigten Ausführungsform
wird LNG mit ca. 200 Bar in die Diffusorkammer durch den Wärmetauscher
hindurch in die Diffusorkammer eingespeist. Der Luftdruck in der
Diffusorkammer beträgt ca. 48 Bar. Mit einem Druck von
ca. 200 Bar wird verdampftes LNG durch die Düse 7 hindurch
gepresst und so zerstäubt. Luft gelangt über den
Ejektor und die Öffnungen 5 in der Wand der Brennkammer 6 in
den Brennraum mit einem Druck von ca. 48 Bar. Die Düse 7 trägt
dafür Sorge, dass durch den Ejektor und aus den Öffnungen 5 austretende
Luft mitgerissen wird, so dass ein optimiertes Gemisch von Luft
und Brennstoff im Bereich der Düse erzeugt wird. Luft wird
so mit dem Brenn- bzw. Kraftstoff optimal verwirbelt.
-
Zwischen
Wänden der Brennkammer einerseits und dem Mischdüsenbrenner 11,
dem Ringrohr 10 für die Zuführung von
Kerosin und den Düsen 14 für Kerosin
besteht bevorzugt keine Schweiß-, Niet oder Schraubverbindung.
Statt dessen gibt es dann lediglich Klemmverbindungen zwischen Ejektor-Einlaufblech
und einem Kerosinzuführungsringrohr 10. In diesem
Sinne ist ein jeder Mischdüsenbrenner 11 über
das jeweilige Ejektor Ringrohr 10 hängend an mindestens
drei Kerosin durchströmten Stegen 10a elastisch
gelagert befestigt. Stabilitätsprobleme aufgrund von unterschiedlichen
thermischen Ausdehnungen werden so vermieden.
-
2 zeigt
eine Abwandlung der in 1 gezeigten Ausführungsform
mit einem Wärmetauscher 3a im äußeren
Wandbereich der ringförmigen Brennkammer 6, die
zugleich das Außengehäuse des Triebwerks bildet.
Verflüssigtes Gas wird im Austrittsbereich der Brennkammer über
einen Einlass 4 in den Wärmetauscher 3a eingeleitet.
Der Wärmetauscher besteht aus mindestens zwei ineinander
gewickelten Rohren, die spiralförmig in Richtung Eintrittsbereich
der Brennkammer 6 verlaufen. Zwei Rohre werden in dieser
Ausführungsform aus Sicherheitsgründen vorgesehen,
um das verdampfte LNG über diesen kürzeren Weg
schneller zu verteilen. Wird auf diese beiden Vorteile verzichtet,
so genügt nur ein Rohr. In der in 2 gezeigten
Ausführungsform umfasst der Einlass 4 ein Ringrohr
im Außenbereich des Triebwerks, in das eine Zuführleitung
hineinführt und von dem zwei Abführrohe zu den
beiden Wärmetauscherrohren führen. Die Rohre können
spiralförmig aufgewickelt und in die äußere
Hülle der Brennkammer hineingebracht worden sein, um so den
Wärmetauscher 3a zu installieren. Vom Wärmetauscher 3a aus
wird das verflüssigte Gas über eine Leitung 3b in
den Wärmetauscher 3 eingeleitet und gelangt schließlich
in verdampfter Form zur Gasdüse 7. Durch die Gasdüse 7 wird
das verdampfte Flüssiggas eingespritzt, mit der komprimierten
bzw. verdichteten Luft vermischt und kontinuierlich verbrannt. Die Brennkammer
wird bei dieser Ausführungsform von den Wärmetauscherrohren
gekühlt. Die Wände der Brennkammer werden so vor
zu hohen Temperaturen geschützt. Indem flüssiges
Gas wie LNG entgegengesetzt zur Strömung in der Brennkammer 6 eingeleitet
wird, wird der besonders gefährdete Austrittsbereich aus
der Brennkammer besonders gut gekühlt. Im Austrittsbereich
verbrennen nämlich noch restliche Kohlenwasserstoffe, die
hier für eine besonders große Hitzeentwicklung
sorgen.
-
2 verdeutlicht,
dass der Querschnitt des Rohres des Wärmetauschers 3 auch
kreisrund sein kann. In einer anderen Ausführungsform kann
der Wärmetauscher 3 aber auch entfallen, so dass
dann Luft vom Wärmetauscher 3a direkt in die Gasdüse 7 eingeleitet
wird.
-
Da
starke thermische Schwankungen auftreten, wird das spiralförmig
verlaufende Rohr 3a vorteilhaft durch einen spiralförmig
verlaufenden Abstandshalter 16 räumlich getrennt,
um so thermische Spannungen zu vermeiden. Dieser Abstandshalter
drückt mit seiner Spitze 16a benachbarte Rohrleitungen auseinander.
Der Abstandshalter kann ebenfalls spiralförmig aufgewickelt
in die äußere Hülle der Brennkammer hineingebracht
worden sein, um so montiert zu werden. Benachbarte Rohrleitungen
werden durch den Abstandshalter 16 verspannt. Dadurch wird
vermieden, dass die Rohrleitungen des Rohres 3a schwingen
können. Außerdem wird ein Abstand zwischen den
Rohrleitungen eingestellt. Es handelt sich bei dem Abstandshalter 16 beispielsweise
um ein spiralförmig verlaufendes gewinkeltes Band.
-
Es
gibt darüber hinaus an beiden Enden des spiralförmig
verlaufenden Abstandhalters nicht gezeigte Stoppelemente. Zum einen
wird ein solches Stoppelement im Austrittsbereich aus der Kammer angeordnet.
Zum anderen kann beispielsweise ein Rohrabschnitt des Wärmetauschers
im Eintrittsbereich als Stoppelement wirken, um den Abstandshalter 16 zu
fixieren.
-
3 zeigt
vergrößert die Düse 7, aus der verdampftes
Gas austritt und von hier aus in das äußere Gehäuse 17 des
Mischdüsenbrenners 11 gelangt. Auf der Austrittsseite
des Mischdüsenbrenners tritt das verdüste Gas-Luftgemisch über
Lochbleche 18 kontrolliert aus, wird hier mit weiterer
außen zugeführter Brennkammerluft vermischt und
gezündet. Kerosin gelangt über die Zuleitungen 12 in
den abgeschirmten Bereich 13 hinein, tritt aus der Düsenöffnung 14 einer
Einspritzdüse aus, wird anschließend mit verdichteter
Luft, die über die äußere Seite des blütenförmigen
Mischdüsenbrenners an die Einspritzdüse herangeführt
wird, mit versprühtem Kerosin bestmöglich vermischt
und in der Brennkammer gezündet.
-
4 zeigt
eine detailliertere, dreidimensionale Darstellung des Austrittsbereiches
des Mischdüsenbrenners 11. Der Mischdüsenbrenner 11 verfügt hier
beispielsweise über neun Austrittsöffnungen in Form
von Lochblenden 18, aus denen das Flüssiggas in
Gasform austritt. Diese Austrittöffnungen sind um eine
Austrittsöffnung bzw. Düse 14, aus der
der verdüste konventionelle Brennstoff bzw. Kraftstoff (Kerosin)
austritt, herum gruppiert. In der 4 wird mit
Hilfe des Pfeils angedeutet, in welche Richtung der jeweilige, verdüste
Brennstoff austritt. Die Wandung 20 wird im Innenbereich
vom LNG-Luftgemisch (Mischdüsenbrenner) und im äußeren
Bereich von injizierter Luft blütenförmig zur
zweiten Düse, der Kerosindüse, geführt.
Somit sind zwei Austrittsöffnungen durch eine Wandung 20 voneinander
getrennt, die von der Düsenöffnung 14 nach
außen hin, nach unten bzw. in Richtung Eintritt in die
Brennkammer abfällt. Über diese Wandungen 20 wird
die verdichtete Luft unterstützt durch den Koandereffekt
zu den Austrittsöffnungen für den Kraftstoff geführt.
Die Austrittsöffnungen werden jeweils mit einem Lochblech 18 abgedeckt,
um viele kleine kontrollierte Einzelgasflammen in der Brennkammer
zu erzeugen.
-
5a zeigt
eine Ausführungsform eines Wärmetauschers 3a für
einen Wärmetausch mit thermischer Energie, die in der Brennkammer
auftritt. Bei dieser Ausführungsform wird auf eine innenbeschichteten
Triebwerks-Außenwand im Brennkammerbereich ein mit Stegen 21 versehenes
Blech aufgebracht, das die Innenwand 15 darstellt. Die
in 5b vergrößert dargestellte Innenbeschichtung 22 der Außenwand
dient der dichten Verbindung zwischen den Enden 23 der
Stege 21. Die Enden 23 sind geriffelt, um eine
dichte Verbindung zu gewährleisten. Die Innenwand 15 weist
innen eine gewellte Oberfläche 24 auf, um den
Wärmeaustausch zu verbessern.
-
Soll
eine Brennkammer mit einem Wärmetauscher 3a nachgerüstet
werden, so besteht die vereinfachte Möglichkeit, ein Rohr
spiralförmig um die Außenwand des Triebwerks im
Brennkammerbereich herum aufzuwickeln und die Außenwärme
der Brennkammer zur Verdampfung des Flüssiggases zu nutzen.
Damit entfallen die Vorteile des Wandschutzes etc.
-
Die
beschriebenen Erfindungen sind schalltechnisch günstig,
da die Doppelwandung des Wärmetauschers den Verbrennungsschall
dämpfen. Die besondere Ausgestaltung des Mischdüsenbrenners mit
den mehreren Austrittsöffnungen 19, die um eine Austrittsöffnung 14 herum
gruppiert sind, ermöglicht es, dass zwei unterschiedliche
Kraftstoffe gleichzeitig oder nacheinander mit der verdichteten
Luft vermischt und verbrannt werden können, wobei der Grad
der Vermischung eine energieseitig abgestufte Verbrennung erlaubt.
Die besondere Konstruktion des hängend elastisch gelagerten
Mischdüsenbrenners 11, der eine Einheit bildet
mit mindestens drei hohlen Kerosin durchströmten Verbindungsstegen 12,
die wiederum eine Einheit bilden gemeinsam mit dem Kerosin Zuführungsringrohr 12 und
der Kerosindüse 14, ermöglichen die hintereinander
gestaffelte Dual-use-Fuel Technologie. Als ein Kraftstoff wird insbesondere
LNG (Liquefied Natural Gas) oder Bio LNG (tiefgekühltes
Methangas –161°C), ein erneuerbares Gas, das in
großen Mengen auf der Erde zur Verfügung steht
und nur geordnet eingesammelt werden muss, eingesetzt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19524680
A1 [0006]
- - DE 19524681 A1 [0006]
- - EP 0779469 A1 [0007]
- - EP 1112461 B1 [0007]
- - DE 10033736 A1 [0007]
- - US 2006213488 A [0007]