DE1626066C3 - Verfahren zum Erzeugen von Druckgas durch katalytische Zersetzung eines flüssigen Monergols und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Description

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chen aus einer Einspritzkammer 1 mit Einspritzdü- In die entstehende Drallströmung wird eine dritte

sen 2, aus einem ringförmigen Katalysator 3, einem Monergolteilmenge 23 durch die Düse 18 in den Zy-

drallerzeugenden Düsenring 4, einem vom ringförmi- klon 17 eingespritzt und durch die Wärme der Zer-

gen Katalysator 3 eingeschlossenen Zyklon 5 und fallgase 20 α und 21 α aufgespalten. Die Schubdüse

einer Versorgungsleitung 6 mit einer Einspritzdüse 7. 5 19 wird durch die innerhalb der Drallströmung vor-

Dem Gasgenerator ist eine Schubdüse 8 nachgeschal- herrschenden aerodynamischen und thermodynami-

tet. sehen Verhältnisse aus dem Zentrum der Drallströ-

Mittels der Einspritzdüse 2 wird eine erste Moner- mung heraus gespeist, durch deren zentrifugierende golteilmenge 9 in zerstäubter Form in die Einspritz- Wirkung noch vorhandene Monergoltröpfchen der kammer 1 eingebracht. Die zerstäubte Monergol- io dritten Monergolteilmenge 23 so lange im Bereich teilmenge 9 durchströmt den Katalysator 3 und wird der Peripherie der Drallströmung gehalten werden, dort in Einzelgase aufgespalten, d. h. es werden unter bis auch sie thermisch zerlegt sind,
hoher Wärmeentwicklung Zerfallgase 9a erzeugt. Wird als Monergol z.B. Hydrazin verwendet, so Diese durchströmen dann den Düsenring 4, in dem beträgt für das Ausführungsbeispiel gemäß den sie beschleunigt werden. Durch die Einspritzdüse7 15 Fig. 1 und2 das Mischungsverhältnis zwischen der wird eine zweite Monergolteilmenge 10 eingebracht. ersten und zweiten Monergolteilmenge 9 bzw. 10 etwa Der Düsenring 4 erteilt den Zerfallgasen 9 α und dem 1 : 2, d. h., da nur etwa ein Drittel der Gesamtmonerdiesen beigemischten, zerstäubten Monergolteil 10 golmenge durch den Katalysator 3 geführt wird, kann einen Drall, mit dem beide Medien 9 α und 10 in den dieser wesentlich kleiner bemessen werden als verZyklon 5 einströmen. In diesem wird die zweite, zer- 20 gleichsweise der Katalysator eines herkömmlichen stäubte Monergolteilmenge 10 durch die Wärme der Gasgenerators. Die Wärme der Zerfallgase der nur Zerfallgase 9 α der ersten Monergolteilmenge 9 ther- ein Drittel der Gesamtmonergolmenge betragenden misch aufgespalten. Durch die zentrifugierende Wir- ersten Monergolteilmenge 9 reicht aus, um die restlikung der Drallströmung im Zyklon 5 gelangen nur chen zwei Drittel Monergolteilmenge der zweiten Zerfallgase 9 α und 10 α in die zentral angeordnete 25 Einspritzung thermisch aufzubereiten.
Schubdüse 8, während noch vorhandene Monergol- Wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den tröpfchen der zweiten Monergolteilmenge 10 so F i g. 3 und 4 ebenfalls Hydrazin verwendet, so genülange im Bereich der Peripherie der Drallströmung gen für die erste Monergolteilmenge 20 nur etwa gehalten werden, bis auch sie thermisch aufbereitet 11 °/o der Gesamtmonergolmenge bei entsprechend sind. 30 klein bemessenem Katalysator bzw. Katalysatorring-

Der Gasgenerator gemäß F i g. 3 besteht in der Sektoren 13. Die zweite Monergolteilmenge 21 kann

Hauptsache aus einer ersten Einspritzkammer 11 mit dann maximal etwa 22 % der Gesamtmonergolmenge

Einspritzdüsen 12, aus ersten Katalysatorringsekto- betragen, um von den Zerfallgasen 20 a der ersten

ren 13, aus einer zweiten Einspritz- bzw. Mischkam- Monergolteilmenge 20 in Höhe von 11 °/o noch auf-

mer 14 mit Einspritzdüsen 15, aus zweiten Katalysa- 35 bereitet werden zu können. Die Zerfallgase 20 α und

torringsektoren 16 und aus einem Zyklon 17 mit 21a der Monergolteilmengen 20 und 21 sind dann

Einspritzdüsen 18. Dem Gasgenerator ist wiederum ihrerseits in der Lage, die restlichen 67 °/o der dritten

eine Schubdüse 19 nachgeschaltet. Monergolteilmenge 23 thermisch aufzubereiten. Die

Durch die erste Einspritzdüse 12 wird eine erste zweiten Katalysatorringsektoren 16 haben eine

Monergolteilmenge 20 in zerstäubter Form in die er- 40 Sicherheitsaufgabe zu erfüllen, und zwar insofern, als

ste Einspritzkammer 11 eingebracht. Die zerstäubte sie dazu dienen, bei maximalem Verhältnis, das zur

Monergolteilmenge 20 durchströmt die Katalysator- Optimierung der Anlage anzustreben ist, zwischen

ringsektoren 13 in Längsrichtung bis zu deren schub- der ersten und zweiten Monergolteilmenge 20 bzw.

düsenseitig geschlossenem Ende und wird dabei in 21 einen vollständigen Zerfall der beiden Monergol-

Einzelgase aufgespalten, d. h., es werden unter hoher 45 teilmengen 20 und 21 auch mit Sicherheit zu garan-

Wärmeentwicklung Zerfallgase 20 a erzeugt. Diese tieren.

verlassen in radialer Richtung nach außen die Kata- In der Theorie ist es möglich, den ersten Katalysa-

lysatorringsektoren 13 und treten in die zweite Ein- tor sehr klein zu halten und sämtliche nachfolgenden

spritz- bzw. Mischkammer 14 ein. Dort wird den hei- Prozesse in Form von kaskadenartigen Zumischun-

ßen Zerfallgasen 20 α die zweite, zerstäubte Moner- 50 gen vieler (in ihrer Menge steigenden) Monergolteil-

golteilmenge 21 beigemischt, die durch die Wärme mengen rein thermisch zu gestalten. Praktische Uber-

der Zerfallgase 20 a thermisch aufgespalten wird, legungen setzen der Stufenzahl der Einspritzungen

wobei Zerfallgase 21 α entstehen. Beide Zerfallgase jedoch eine endliche Grenze.

20 α und 21 α durchströmen dann die Katalysator- Es liegt durchaus im Rahmen der Erfindung, an

ringsektoren 16. Diese haben die Aufgabe, eventuell 55 Stelle einer der ersten Monergolteilmenge 10 bzw. 20

noch in flüssiger Form vorhandene Monergolrestteile chemisch gleichen zweiten und/oder dritten Moner-

aufzuspalten. Am radial innen gelegenen Ausgang golteilmenge 11 bzw. 21 und/oder 23 eine gegenüber

der Katalysatorringsektoren 16 sind Drallschaufeln der ersten Monergolteilmenge 10 bzw. 20 chemisch

22 vorgesehen, die den in den Zyklon 17 einströmen- verschiedene zweite und/oder eine dritte usw. Monerden Zerfallgasen 20 a und 21a einen Drall erteilen. 60 golteilmenge 11 bzw. 21 und/oder 23 zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 2 zeigenden Wand auf, aus denen Brennstoff in die Patentansprüche: Brennkammer eingespritzt wird, welcher der hohlen Verteilerplatte zentral zugeführt wird. Die Verteiler-

1. Verfahren zum Erzeugen von Druckgas platte stellt somit einen sogenannten Brausekopf mit durch katalytische Zersetzung eines flüssigen 5 über die ganze Querschnittsfläche der Brennkammer Monergols, wobei die Gesamtmenge an Monergol verteilten Einblasbohrungen für die heißen Zerfallin mindestens zwei Teile aufgeteilt wird, wovon gase und Einspritzbohrungen für den noch flüssigen, der eine Teil zunächst in zerstäubtem Zustand zu zerstäubenden Brennstoff dar, die sich miteinander katalytisch zersetzt wird, während der andere, vermischen und dann reagieren. Durch die Paralleliebenfalls zerstäubte Teil den heißen, aus dem io tat der vorgenannten Einblasbohrungen und EinKatalysator kommenden Zerfallgasen beige- spritzbohrungen, beide axial zur Brennkammerlängsmischt und von diesen thermisch aufgespalten achse ausgerichtet, verläuft der Brennprozeß unter wird, dadurch gekennzeichnet, daß gegenseitiger örtlicher Verwirbelung tendenziös in die katalytisch gewonnenen Zerfallgase in Drall axialer Richtung.

versetzt werden und in diese Drallströmung die 15 Die bekannten Ausführungen sind insofern nachunzersetzte Monergolteilmenge eingebracht wird. teilig, als hierbei die Mischkammer bzw. Brennkam-

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfah- mer, um eine vollständige thermische Aufbereitung rens nach Anspruch 1 mit einem ringförmigen des noch flüssigen Monergols bzw. einen vollständi-Katalysator, dadurch gekennzeichnet, daß der gen Ausbrand des Brennstoffes zu erlangen, relativ ringförmige Katalysator (3 bzw. 13 und 16) ein 20 lang wird. Dies bedingt eine Vergrößerung der geZyklon (5 bzw. 17) einschließt und in Strömungs- samten Baulänge des Triebwerks und eine Vergrößerichtung vor diesem ein drallerzeugender Düsen- rung des Wärmeverlustes und damit eine Verschlechring (4) angeordnet ist. terung des Wirkungsgrades.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen vorzukennzeichnet, daß an der Innenwand des ringför- 25 schlagen und Vorrichtungen zu schaffen, die für das migen Katalysators (16) Drallschaufeln (22) vor- Verfahren der eingangs genannten Art Verbesserungesehen sind. · gen in prozessualer und baulicher Hinsicht mit sich

bringen.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden gemäß der Er-

30 findung die katalytisch gewonnenen Zerfallgase in

Drall versetzt, und in diese Drallströmung wird die

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum unzersetzte Monergolteilmenge eingebracht.
Erzeugen von Druckgas durch katalytische Zerset- Durch die Erfindung wird die thermische Aufbe-

zung eines flüssigen Monergols, und Vorrichtung zur reitung und Zersetzung der zweiten Monergolteil-Durchführung des Verfahrens, wobei die Gesamt- 35 menge innerhalb der und durch die heißen Zerfallmenge an Monergol in mindestens zwei Teile aufge- gase beschleunigt. Ferner wird die Aufbereitungsteilt wird, wovon der eine Teil zunächst in zerstäub- und Prozeßstrecke durch die Rotationsströmung bei tem Zustand katalytisch zersetzt wird, während der gegebener Brennkammererstreckung »mathematisch« andere, ebenfalls zerstäubte Teil den heißen, aus dem verlängert. Innerhalb der Drallströmung werden die Katalysator kommenden Zerfallgasen beigemischt 40 unzersetzten, weil noch schwereren Teilchen auszen- und von diesen thermisch aufgespalten wird. trifugiert und bis zu ihrer vollständigen Aufspaltung

Nach der USA.-Patentschrift 2 930 184 ist es be- lokalisiert und nicht gleich in die Schubdüse geförkannt, die Gesamtmenge eines zu zersetzenden dert, so daß dadurch auch der Ausbrandwirkungs-Monergols in zwei Teilmengen aufzuteilen, wovon grad verbessert wird.

eine erste Teilmenge zerstäubt einem Katalysator zu- 45 In Ausgestaltung der Erfindung schließt der in an geführt und von diesem zersetzt wird, während eine sich bekannter Weise ringförmige Katalysator ein zweite Teilmenge, ebenfalls in zerstäubtem Zustand, Zyklon ein, und in Strömungsrichtung vor diesem ist den heißen, aus dem Katalysator kommenden Zer- ein drallerzeugender Düsenring angeordnet. Hierfallgasen beigemischt und dabei thermisch aufgespal- durch wird die Baulänge der Anlage verkürzt und ten wird. Die Einführung der heißen Zerfallgase und 50 der Wärmeverlust reduziert bzw. der außenliegende die Einbringung der zweiten Monergolteilmenge in Katalysator aufgeheizt und somit sein Wirkungsgrad eine Mischkammer erfolgt dabei für beide Kompo- ^ gesteigert.

nenten nebeneinander und in Längsrichtung dieser In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind an

Kammer parallel zueinander. der Innenseite des ringförmigen Katalysators Drall-

Ferner offenbart die britische Patentschrift 55 schaufeln vorgesehen.

892 993 ein Raketentriebwerk, bei dem vor der In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der

eigentlichen Brennkammer ein ringförmiger, koaxial Erfindung dargestellt. Es zeigt

zur Triebwerkslängsachse angeordneter Katalysator F i g. 1 eine erste Ausführung eines nach dem ervorgesehen ist, der von einem monergolen Sauer- findungsgemäßen Verfahren arbeitenden Gasgenerastoffträger radial von innen nach außen durchströmt 60 tors für ein Raketentriebwerk im Längsschnitt,
wird. Dieser wird dabei in Zerfallgase umgewandelt, F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II der

die dann durch viele, in axialer Richtung sich er- Fig. 1,

streckende Bohrungen einer vor der eigentlichen F i g. 3 eine zweite Ausführungsform eines Gas-

Brennkammer angeordnetem. Verteilerplaite in die generators für ein Raketentriebwerk im Längsschnitt Brennkammer einströmen, die dem ringiönnigen Ka- 65 und

talysator axial nachgeschaltet ist. Die Verteilerplatte F i g. 4 einen Schnitt nach der Linie IV-IV der

ist hohl ausgebildet und weist weitere, ebenfalls axial Fi g. 3.
gerichtete Bohrungen auf ihrer zur Brennkammer hin. Der Gasgenerator nach F i g. 1 besteht im wesentli-