DE2006986A1

DE2006986A1 - Pulsierend arbeitende Verbrennungs einrichtung

Info

Publication number: DE2006986A1
Application number: DE19702006986
Authority: DE
Inventors: Francis Emmanuel Joseph Sun ningdale Berkshire Briffa (Großbritannien)
Original assignee: Shell Internationale Research Maatschappy N V , Den Haag
Priority date: 1969-02-17
Filing date: 1970-02-16
Publication date: 1971-01-14
Also published as: GB1275461A; FR2035468A5; US3606867A; DK124975B; SE356804B; NL7002124A; NO127214B; AT299429B; BE745669A

Description

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B e a c h r e i b u η g zu der Patentanmeldung

SHELL ΙΝΤϋΙΗΝΑΪlOMLE HESEARCH MAATSGHAPPIJ N .V Haag, Niederlande

betreffends

Pulsierend arbeitende Verbrennungseinrichtung Die Erfindung bezieht sich auf pulsierend arbeitende Verbrennungseinrichtungen.

In Fällen, in denen Wärme übertragen werden öoll, tot die Verwendung pulaierend arbeitender Verbreiuiungseinrichtungenzahlreiche^ Vqrtieiiie* ^₁ , . : _;;

Bei solchen Einrichtungen wird eine höhe Intensität der Verbrennung erzielt, da eich der Verbrennungaprqeefl einer Verbrennung bei konetantem Volumen annähert, daher kann die Verbrennungekammer ISei einer gegebenen Wärmeabgabe«- bzw. Heizleistung relativ kleine Abmessungen erhalten·

Da die Verbrennungsgaee intermittietend erzeugt werden, wird der Wärmeübergangewiderstand durch die Grenzschicht verringert· Daher kann man bei einer gegebenen Leistung die Wärmeaustausohfläohen entsprechend klein ausbilden oder hohe Heizleistungen

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Es ist möglich, die maximale Gastemperatur mit Hilfe einer zusätzlichen Einspritzvorrichtung zu regeln, so daü die Gefahr einer Überhitzung von Heizflächen auf ein Minimum verringert werden kann.

Der in der Verbrennungekammer erzeugte Druck ermöglicht es, die Abgase leicht abzuführen, und daher kann man Abzugskanäle bzw. Kamine von kleinem Durchmesser verwenden.

Bis jetzt werden jedoch pulsierend arbeitende Verbrennungseinrichtungen weder in der Industrie noch im Haushalt im größerem Umfang verwendet, da die mechanischen oder aerodynamischen Ventile zum Regeln der intermittierenden Zufuhr von Brennstoff zu den Verbrennungavorrichtungen noch nicht einwandfrei arbeiten. Mechanische Ventile arbeiten häufig sehr geräuschvoll, und sie entwickeln bei längerer Betriebsdauer eine sich auf eine bestimmte Weise ausbildende Verformung, die zu einer Verringerung des Wirkungsgrades sowie zu Beschädigungen führt, während sich aerodynamische Ventile als unzweckmäßig erwiesen haben, da Verbrennungaprodukte bzw. Abgase durch den Einlaß zurückströmen. Außerdem ergeben sich Beschränkungen bezüglich des erzielbaren Verhältnisses zwischen der größten und der kleinsten Brennstoffzufuhr.

Durch die Erfindung soll eine pulsierend arbeitende Verbrennungseinrichtung geechaffen werden, bei der keine mechanischen Ventile benötigt werden, und deren Betriebsfrequenzbereich nicht nur von seiner natürlichen Resonanzfrequenz abhängt, ferner soll die Leistung einer aolchen Verbrennungseinrichtung (bzw. Brenners) unterhalb eines großen Bereiqhs regelbar «ein und bei der Inbetriebsetzung nur ein kleines Gebläse sum Zuführen von Luft während des Anheizens benötigt werden.

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Eine geinäß der Erfindung ausgebildete, pulsierend arbeitende Verbrennungseinrichtung umfaßt mindestens zwei Verbrennungsräume,, von denen jeder mit einem Einlaß für ein Gemisch aus einem Brennstoff und einem Oxidationsmittel, einem Auslaß für uie Verbrennungsgase, einer Zündvorrichtung und einer Signal- bzw. Impulsaufnahmevorrichtung versehen ist und bei der jeue Signulauinahmevorrichtung mit einem Steuerkanal eines strumungsjeuteuerten logischen Schaltelements in Form eines als Fluidikelements ausgebildeten Mehrwegeventils ver-. bunden ist, dessen jeder Auslaß mitdem Einlaß eines Verbrennungsraums in Verbindung steht.

Die Zündvorrichtungen können jeweils eine in dem betreffenden Verbrennungsraum angeordnete, an eine elektrische Hochspannungspuelle angeschlossene Stabilisierunga- und Zündvorrichtung tunfassen. Der Brennstoffeinlaß jeaes Verbrennungsraums umfaßt vorzugsweise eine oder mehrere üasdüsen mit Ejektoren zum Zuführen des Oxidationsmittels.

Jeder Verbrennungsraum kann von einem Mantel oder Behälter durch den ein zu erhitzendes Plud geleitet werden kann, abgegrenzt sein. Ferner können diese einen ihnen gemeinsam zugeordneten Mantel oder Behälter aufweisen. Die Auslässe der Verbrennungsräume können mit Schalldämpfungern versehen sein. * ' ,

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden an Hand einer schematischen Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

Die Zeichnung ist eine Bchematische Darstellung einer erfindungsgemäßen pulsierend arbeitenden Verbrennungseinrichtung mit zwei Verbrennungsräumen.

Die dargestellte Ausführungsform der Erfindung umfaßt zwei

rn 1 und 2, von*d 009883/1379

Verbrennungskammern 1 und 2, von*denen jede mit einem Einlaß

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ÄAD GRiGlNAl

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3 bzw. 4 und einem Auslaß 5 bzw. b versehen ist. Jede Verbrennungskammer enthält eine Zünd- una Stabilisierungsvorrichtung 7 büw. b und ist mit einem Signalaufnahmean"schluß als Signalaufnahmevorrichtung 9 bzw. 10 ausgerüstet. Die Brenngaszufuhr erfolgt über ein stromungsgesteuertes logisches Schaltelement 11 (Fluiuikelement) einer mit einem Ventil 13 versehenen xsrenngaszuführungaleitung 12A Die atromungsgesteuerte Schaltelement 11 hat mehrere Kaaftls, von denen ein Kanal 14 den mit der Gaszuführungsleitung verbundenen Einlaßkanal bildet, der sich in zwei Auslaßkanäle 15 und 16 verzweigt. Dort, wo der Einlaßkanal 14 in die beiden Auelaßkanale 15 und 16 übergeht, münden einander gegenüber liegend zwei Umschalt- oder Steuerkanäle 17 und 18. Der Aufbau solcher strömungsgesteuerter logischen Schaltelemente (Fluidikelement), insbesondere von Fluidik-Ventllen oder -Schaltern sowie die Anwendung solcher Ventile sind bekannt. An die Auslaßkanäle 15 und 16 sind zu zwei Gasejektordüsen 21 und 22 fuhrende Speiseleitungen 19 und 20 angeschlossen. Während des Betriebs der Verbrennungseinrichtung wircl das Oxidationsmittel z.B. Luft, durch die Einlasse 23 UM 24 der Gesejektoren hindurchgesaugt. '

Die Impulsaufnähmevorrichtungen 9 und 10 sind mit dfη augehörigen Steuerkanälen 17 und 18 über Verbindungsleliüngen 25 und 26 verbunden. Die Zündvorrichtungen 7 und 8 gind an eine hochfrquente Hochspannungsquelle 27 angesohloe&#n. Die Verbrennungskammern sind von einem Heizmantel 28 in'for^ eines Behälters umgeben, dem eine Flüssigkeit, z.B. Wase#r» über einen Einlaß 29 zugeführt, erhitzte Flüssigkeit Ub^ «i&tn Auslaß 30 entnommen werden kann, an den z.B. ein« heizungsanlage angeschlossen ist. Die Auslässe 5 Verbrennungsräume sind mit einer als gemeinsamen Leitung 31 verbunden.

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OftlÖlNAL INSPECTED

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Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel laufen die Arbeitsspiele im wesentlichen wie folgt ab: Der aus einem der Auslaßkanäle, z.B. dem Kanal 15» der strömungsgesteuerten logischen Schaltelements 11 ( des Steuerschalters) in einem·bestimmten Augenblick austretende Gasstrom gelangt in einen Verbrennungsraum die Kammer 1, in der das Gemisch aus Brennstoff und dem im Ejektor mitgerissenen Oxidationsmittel, z.B. Luft, durch die Zündvorrichtung, die Vorrichtung 7, gezündet wird. Der auf die Verbrennung in der Kammer 1 zurückzuführende Druckimpuls wird dann von der Signal- bzw. Impulsaufnahmevorrichtung (Druckfühler) der Vorrichtung 9t aus über eine- Leitung, die Leitung 25» dem Umschalt- oder Steuerkanal des Sehaltelements 11, dem Kanal 17, zugeführt. Das Drucksignal schaltet der Schaltelement um und bewirkt, daß der Brenngasstrom nicht mehr dem Auslaß 15> sondern dem anderen Auslaß 16 zugeführt wird. Dieses halbe Arbeitsspiel wiederholt sich dann mit dem zweiten Verbrennungsraum der Kammer 2, woraufhin das nächste vollständige Arbeitsspiel, abläuft, so daß die Verbrennung abwechselnd in den beiden Kammern 1 und 2 erfolgt. ·

Die Frequenz, mit der die Steuersignale oder -impulse erzeugt werden, ist durch die BrenngasZufuhrungsgeschwindigkeit, die Zusammensetzung des Gemisches aus Brennstoff und Oxidationsmittel, sowie die Verzögerung des Umschaltvorgangs durch das atrömungsgesteuerte Schaltelement TI bestimmt, während sich der Druckanstieg in den Verbrennungsräumen naoh der Konstruktion der Verbrennungskammern richtet.

Es ist keine Resonanz erforderlich und die Frequenz der Signale läßt sich leicht regain. Die beschriebene Einrichtung umfaßt keine mechanischen Ventile, so daß keine beweglichen Bauteile vorhanden sind. Ferner benötigt man keine inter-

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mittierenü arbeitende Gasquelle. Außerdem ist es nicht erforderlich, die Luft zwangsläufig zuzuführen. Die zum Aufrechterhalten des pulsierenden Betriebs benotigte Energie entspricht nur einem Bruchteil der aurch die Verbrennungsdruckwelle freigesetzten Energie.

Weiterhin werden die Verbrennungsräume gegenphasig betrieben, dies wirkt sich insofern vorteilhaft aus, weil üie Lauestärke des durch die .brenner erzeugten Geräusches verringert ist.

Wenn uie Einrichtung mit einem flüssigen Brennstoff oeurieben werden soll, kann man das Oxidationsmittel als das jenige Piud verwenden, uas abwechselnd auf den einen und den anderen Verbrennungsraum umgeschaltet wird, in diesem Pail wird das Oxidationsmittel durch das logische Schaltelement 11 geleitet und der Brennstoff z.B. mit Hilfe eines Vergasers oder dergleichen den Verbrennungsräumen zugeführt.

In bestimmten Anwendungsfällen, z.B. wenn die von der Einrichtung abgegebenen Gase als ein eine schnelle Erhitzung bewirkender Gasstrom verwendet werden, der auf Gegenstände auftrifft, die einer Wärmebehandlung unterzogen werden sollen, kann man mittels strömungsgesteuerter Schaltelemente oder Schaltungen (Fluidikelemente) die Zufuhr beider Flude, d.h. sowohl des Brennstoffs als auch des Oxidationsmittels steuern.

ferner kann man eine erfindungsgemäße Verbrennungseinrichtung so ausbilden, daß sie mehr als zwei Verbrennungsräume umfaßt, in diesem Fall muß man zur Steuerung des Betriebs eine «trömungegesteuerte logische Steuerschaltung mit mehreren Schaltstellungen verwenden, indem man z.B.

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mehrere logische Schaltelemente hintereinander schaltet, von uenen jedes mit einer Signalaufnahmevorrichtung verbunden und in der richtigen Weise zeitabhängig angesteuert wird.

Pa jeder Uruckanstige in einer Verbrennungskammer bewirkt, daß nach einem solchen Anstieg ein Unterdruck auftritt, durch de'n ein negatives Signal (erzeugt wird, ist es bei Einrichtungen, bei denen diese negativen Signale eine vorherrschende Rolle spielen, erforderlich, den Einfluß dieser Signale zu neutralisieren. Alternativ hierzu kann man die Signalaufnaluaeanschlüsse miteinander vertauschen. Ferner kann man dafür sorgen, dali dac Eintreten von Verbrennungsgasen in den Hauptkanal der logischen Fluidikelemente verhindert wird, indem man z.B. in jeden der Signalaufnähme anschlüsse oder in die Umschult- oder Steuerkanäle eine Membran einschaltet.

-Patentansprüche-

43.74

Claims

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MUNCH*»

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Patentansprüche

Pulsierend arbeitende Verbrennuttgseinrichtuog, g e kennzeichnet durch mindestens zwei Verfere-ii- « nungsräume (1, 2), von denen jeder mit einem Einlaß (~3

bzw. 4) für ein Gemisch aus einem Brennstoff und einem £» Oxidationsmittel, einem Auslaß (5 bzw. 6) für Äie Verbrennungsgase einer Zündvorrichtung und einer Signalaufneigevorrichtung (9 bzw. 10) versehen ist und bei der je-

• de Signa!aufnahmevorrichtung mit einem Steuerkanal (17

bzw. 18) eines strömungsgesteuerten logischen SosÄltele- y ments (11) Fluidik oder einer ströraungsgesteuerteB logischen Schaltung verbunden ist, we-ehe(s) als Mehrwegeventil arbeitet und an deren jedem Auslaß (15, 16) jeweils der Einlaß eines Verbrennungsraums angeschlossen 1st.
2. Verbrennungseinrichtung nach Anspruch 1, da&uroh gekennzeichnet , daß die Zündvorrichtungen' jeweils eine Zünd- und Stabilisierungsvorrichtung,(7

"_f bzw. 8) umfassen, von denen je eine in jedem Verbrennungsraum (1, 2) angeordnet und mit einer elektrisches,Hooh- |. Spannungsquelle (27) verbunden ist.
3. Verbrennungseinrichtung· nach Anspruch 1 odei? 2,

j dadurch gekennzeichnet , daß der Brennstoff -

einlaß jedes Verbrennungsraums (1, 2) eine Brennggtsätt-ί se (21 bzw. 22) mit Oxidationsraittel-Ejektor (23 " 24) umfaßt.

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4. Verbrennungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , daß jeder Verbrennungsraum (1_f 2) von einem Mantel oder Behälter (28) umgehen ist, durch den ein zu erhitzendes Plud hindurchgeleitet werden kann.
5. Verhrennungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch

g e k en η ζ e i c h η e t , daß den Verbrennungsräumen (1, 2) ein gemeinsamer Hantel oder Behälter (28) zum Hindurchleiten eines zu erhitzenden Pludes zugeordnet ist.
6. Pulsierend arbeitende Verbrennungseinrichtung, dadurch ge kennzeichnet, daß an die Auslässe (5, 6) der Verbrennungsräume (1, 2) Schalldämpfer (31) angeschlossen sind.
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