DE2151373A1

DE2151373A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsvorgangs zwecks Vermeidung von schaedlichen Verbrennungsprodukten

Info

Publication number: DE2151373A1
Application number: DE19712151373
Authority: DE
Inventors: Melvin Prof Gerstein; Ginter James Syell
Original assignee: Ginter Corp
Current assignee: Ginter Corp
Priority date: 1970-10-16
Filing date: 1971-10-15
Publication date: 1972-04-20
Also published as: SE7113071L; ZA716641B; GB1363732A; IL37943A0; CS156524B2; IT939528B; AU3430771A; NL7113975A; FR2111447A5

Description

PATENTANWÄLTE

dr. ing. H. NEGENDANK · dipl.ing. H. HAUCK · dipl.-phys. W. SCHMITZ

HAMBURG-MÜNCHEN ZUSTELLUNGSANSCHRIFT: HAMBURG 36 · NEUER WALL 41

TEL. 36 74 28 UND 3 6 4110

TELEGR. NEQEDAPATENT HAMBTTRO MÜNCHEN 15 · MOZARTSTR. 23

TEL.5380586

TELEGR. NEGEDA.PATENT MÜNCHEN

Hamburg, H. Okt. 1971

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines VerbrennungsVorgangs zwecks Vermeidung von schädlichen Verbrennungsprodukten.

Die zunehmend stärker werdende Besorgnis um das zukünftige Wohlergehen der Menschheit hat dringende Untersuchungen dahingehend veranlaßt, ob sich ein Ersatz für Brennkraftmaschinen mit Innenverbrennung finden läßt, die unterschiedliche Verunreinigungen ausstoßen, welche für den Menschen und die Ökologie im allgemeinen potentiell gefährlich sind. Ein Hauptproblem ist dabei die unvollständige Verbrennung von Kohlenwasserstoff brennstoff en , insbesondere solchen, die als Benzin oder schwerere Treibstofföle aus Erdöl gewonnen werden. Zur Verringerung von unverbrannten Kohlenwasserstoffen in den Auspuffgasen werden als wirksame Faktoren eine hohe Verbrennungstemperatur und ein längeres Halten der Verbrennungsprodukte in Gegenwart von Sauerstoff angesehen.

Heutzutage sind nunmehr viele Anstrengungen auf die äußere Verbrennung gerichtet, in der Hoffnung, daß sich auf unvoll-

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ständige Verbrennung zurückzuführende Verunreinigungsstoffe vermeiden lassen. Alle bisher getroffenen Maßnahmen sind jedoch unzureichend.

Sämtliche bekannten Ausführungen von Brennkraftmaschinen bewirken eine Umweltverschmutzung mit Stickoxiden, und zwar unabhängig davon, ob die Verbrennung innerhalb oder außerhalb der Arbeitsmaschine erfolgt. Es ist bereits seit langem bekannt, daß bei Verbrennung eines Brennstoffs in Luft oder bei einer anderen Erhitzung von Luft auf beispielsweise 1900 2500 ⁰C Stickoxide, im allgemeinen in der Form von NO, ausgebildet werden, die dann später zu einer oder mehreren anderen Stickoxidverbindungen umgewandelt werden. Es ist allgemein bekannt, daß die Temperaturen, bei denen zuverlässig eine vollständige Verbrennung erfolgt, gleichzeitig auch die Temperaturen sind, bei denen Stickoxide gebildet werden. Bei allen Verbrennungsvorgängen in Brennkraftmaschinen mit Innenverbrennung ist es bis jetzt nicht möglich gewesen, sowohl die Entstehung von Stickoxiden als auch die Entwicklung von Verunreinigungen in der Form unverbrannter Kohlenwasserstoffe zu vermeiden, da die Verbrennungstemperaturen während der Expansion in weiten Grenzen schwanken. Bei Brennkraftmaschinen mit Außenverbrennung wie z.B. Turbinen und bestimmten Typen von Wärmekraftmaschinen kann die Verbrennung auf einer ausreichend hohen Temperatur erfolgen, um eine vollständige Verbrennung 2U gewährleisten, wobei die durch Expansion bedingte Abkühlung berücksichtigt werden kann.

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In Fällen einer Verbrennung im stetigen Strom wie bei bestimmten Turbinenausführungen wird ein Luftüberschuß zugeführt, um das Verbrennungsprodukt auf speicherbare (containable) Temperaturen zu bringen, wobei jedoch nach wie vor das Problem besteht, daß ein Teil der Verbrennung unter Temperaturen erfolgt, bei denen für eine vollständige Verbrennung Stickoxide ausgebildet werden. In der U.S. Patentschrift Nr. 3 456 438 von Meijer u.a. werden Maßnahmen zur Steuerung der Stickoxidausbildung in einer Vorrichtung vorgeschlagen, wonach zur Verringerung der Verbrennungstemperatur Rauchgas als inertes Medium dem Verbrennungsgas zugesetzt wird. Eine vollständige Steuerung läßt sich jedoch auf diese Weise nicht erzielen.

In mehreren Patentschriften ist die Befeuchtung der einer Turbinenbrennkammer zugeführten Luft, und in anderen Patentschriften wiederum die Befeuchtung der Brennkraftmaschinen mit Innenverbrennung zugeführten Luft beschrieben. Es ist jedoch bis jetzt noch nicht bekannt, eine vollständige Steuerung der Verbrennung und eine vollständige Steuerung der Stickoxidbildung in ein und demselben System, insbesondere in ein und derselben Kammer zu erreichen und dabei gleichzeitig ein Arbeitsmedium zu erzeugen, dessen Temperatur sich weit unterhalb der stabilen Verbrennungstemperaturen befindet.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Verbrennungsvorgangs,

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insbesondere der Temperatur des in einer Kammer erhaltenen und gespeicherten Arbeitsmediums und der Temperatur der Flamme, durch welche der Brennstoff zur Erzeugung des Arbeitsmediums verbrannt wird, zu schaffen. Insbesondere soll durch die Erfindung eine Verbrennungskammer mit gesteuerter Wasserzufuhr geschaffen werden, vermittels welcher die ganze Verbrennungswärme ausreichend stark absorbierbar ist, um die Temperatur des erhaltenen Mediums auf haltbare Temperatur- und Druckwerte zu bringen.

Das zu diesem Zweck vorgeschlagene Verfahren ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine in einem bestimmten Verhältnis zu dem in einer ersten Arbeitsmaschine benötigten Arbeitsmedium stehende Verbrennungsluftmenge adiabatisch verdichtet und in eine getrennte Brennkammer eingeführt, fein zerstäubter Brennstoff im wesentlichen im stochiometrisehen Mengenverhältnis zusammen mit der Luft bei Entflammungstemperatur in die Kammer eingespritzt und eine im Verhältnis zu dem eingespritzten Brennstoff stehende Menge eines fein zerstäubten flüssigen Kühlmittels derart in die Kammer eingespitzt wird, daß die Verbrennungswärme des Brennstoffs zusammen von dem Kühlmittel und den Verbrennungsprodukten bei einer vorbestimmten Temperatur des Arbeitsmediums absorbierbar, ist, und daß das fein zerstäubte Kühlmittel in einen, ersten und einen zweiten Anteil aufgeteilt wird, die jeweils vor bzw. hinter dem Verbrennungsbereich in die Kammer eingespritzt werden, wobei der vor dem Verbrennungsbereich

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eingespritzte Anteil ausreichend hoch bemessen ist, um die Flammentemperatur unterhalb der Temperatur für die Erzeugung nennenswerter Stickoxidmengen zu halten.

Die zur Ausführung des Verfahrens vorgeschlagene Vorrichtung weist eine Brennkammer zur Erzeugung eines speicherbaren Arbeitsmediums für eine Kraftmaschine aus mit einer Luftcharge vermischten Verbrennungsprodukten eines Brennstoffs und bei Kühlung der Produkte auf eine zur Speicherung dienende Temperatur erzeugtem Dampf auf und ist gekennzeichnet durch eine zum Einschließen der Luftcharge dienende langgestreckte Brennkammer, eine zum Beschicken der Kammer mit Luft an dem einen Kammerende dienende Vorrichtung, eine zum Beschicken der Kammer mit Brennstoff in der Nähe des gleichen Kammerendes dienende Vorrichtung und durch eine zum Einspritzen von Wasser in Proportion zu dem Brennstoff in die Kammer dienende Vorrichtung, die aus einer zum Einspritzen von Wasser in die Luft vor dem Beschicken der Kammer mit Brennstoff dienenden ersten Vorrichtung und einer zum Einspritzen von Wasserhinter dem Verbrennungsbereich und entfernt von dem vorgenannten Kammerende dienenden zweiten Vorrichtung besteht.

in

Das gesamte Kühlwasser wird in vorzugsweise in zwei/Unferzonen unterteilte Zonen der Brennkammer eingespritzt, so daß die Verbrennungstemperatur völlig unabhängig von der Steuerung der Temperatur des erhaltenen Mediums steuerbar ist. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind zwei Unterzonen für die Wassereinspritzung in die zugeführte Verbrennungsluft

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vorgesehen, wobei die eine Unterzone zum Ausgleich der Rückstromerhitzung in einem Wärmeaustauscher dient, der in Berührung mit der Brennkammer steht.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung werden im nachfolgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäß ausgebildeten Maschinenanlage mit einer Brennkammer.

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Maschinenanlage mit Verbrennungsluftrückstrom und wobei die erste Wassereinspritzzone in zwei Teile unterteilt ist.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung der Wassereinspritzung nach Zonen entsprechend der Erfindung .

Fig. H ist eine grafische Darstellung der Flammenstabilität in Abhängigkeit von der Flammentemperatur.

Fig. 5 ist eine grafische Darstellung des Verlaufs der maximalen Kühlmittelmenge, die als Funktion des Brennstoff-Luft-Gemischverhältnisses vor der Verbrennung zuführbar ist.

Entsprechend der Erfindung sind ein Verdachter und eine Arbeitsmaschine mit einer allgemein bei 10 dargestellten Brennkammer verbunden, der durch den Verdichter verdichtete

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mm Π mm

Luft zuführbar ist und die entsprechend dem Bedarf der Arbeitsmaschine Verbrennungsprodukte abgibt. Die Brennkammer 10 weist Wände 11 auf, die im allgemeinen hochisoliert sind, um das in dieser gespeicherte Arbeitsmedium mit geringstmöglichem Verluft zurückzuhalten. Die verdichtete Luft wird vermittels eines Verdichters 12 und über die Rohrleitung 13, in der sich ein Einwegventil 14 befindet, in das Innere der Brennkammer eingeführt. Der Verdichter 12 weist einen hin und her gehenden Kolben auf, was im allgemeinen bevorzugt ist, wenn Verichtungsverhältnxsse (worunter hier Druckverhältnisse verstanden sein sollen) von 16:1 oder mehr erwünscht sind. Bei dem Verdichter kann es sich jedoch auch um einen Axialverdichter wie bei 12' in Fig. handeln, bei dem die Verdichtung nicht taktweise sondern kontinuierlich erfolgt.

Eine Quelle 15 unter Druck stehenden Brennstoffs ist über ein Regelventil 16 und eine Einspritzleitung 17, die durch einen Sammlerbereich 18 der Brennkammer hindurchgeführt ist, mit einer Düse 19 verbunden, die sich innerhalb der Brennkammer befindet und von dem Sammlerbereich 18 vorzugsweise durch eine Durchbrechungen aufweisende Membran 20 getrennt ist, welche sich quer über die Brennkammer erstreckt. Ein Bereich der Brennkammer, in dem die Verbrennungsprodukte als Arbeitsmdium gespeichert werden, ist bei 21 dargestellt und soll in eine erste und eine zweite Zone Z₁ bzw. Z₀ untertielt werden, die durch die strichpunktierte Linie A-B voneinander getrennt sind. Die Zone Z. ist allgemein die-

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jenige Zone, in welcher bei maximalem Verbrennungsbereich für unterschiedliche Verbrennungsgeschwindigkeiten des Brennstoffs in der Brennkammer Flammen auftreten. Die Zone Z2 ist derjenige Bereich, über den hinaus die Wassereinspritzung die Temperatur des Flammenbereichs, der allgemein aus dem mit 24 dargestellten Bereich besteht, nicht unmittelbar steuert, während Brennstoff durch die Düse 19 innerhalb des Flammenschildes 22 und des Wärmeschildes 23 eingespritzt wird. Selbstverständlich kann das Ventil 16 auch in Fortfall kommen, wenn die Brennstoffquelle 15 nach dem Verdrängungsprinzip arbeitet oder der Brennstoff entsprechend dem auf andere Weise innerhalb der Anlage ermittelten Brennstoffbedarf zugemessen wird.

Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform tritt in 12' verdichtete Luft vermittels der Rohrleitung 13 und über einen die Brennkammer mit den Bereichen 21 und 24 umgebenden Sammlerbereich 25 in die Brennkammer 10' ein. Bei dieser dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird die Luft von dem Bereich 25 in entgegengesetzter Richtung um das Rückstromrohr 26 herum zugeführt und gelangt über die Durchbrechungen 27 in der Membran 20 in den Sammlerbereich 18, von dem aus sie dann in Vorwärtsrichtung in den Verbrennungsbereich 24 einströmt. Bei dieser Ausführungsform besteht die Zone Z₁ aus dem agnzen Bereich außerhalb des Rohrs 26 und ermöglicht aufgrund der Regenerativheizung der zugeführten Luft an den Wänden des Rohrs 26 eine unterschiedliche Aufteilung der

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Wassereinspritzung zwischen den Zonen Z. und Z_.

Bei einem Maschinensystem mit Außenverbrennung und gesteuerter Temperatur der Speicherung des Arbeitsmediums, das später in einer getrennten Arbeitsmaschine verwendet wird, wird eine inerte Flüssigkeit, im allgemeinen Wasser, von einer unter Druck stehenden Quelle zugeführt, die bei 30 dargestellt und vermittels der Rohrleitung 31 und über die Regelventile 36 und 36' mit den Wassereinspritzdüsen 32, 33, 34 und 35 verbunden ist. Diese Ventile werden im allgemeinen von einer (nicht dargestellten) Temperaturfühlvorrichtung in'der Weise gesteuert, daß die Temperatur im Bereich Z₂ bei 21 einer gewünschten Arbeitstemperatur der Maschine entspricht und für eine Speicherung innerhalb der Wände des Rohrs 26 der Kammer 10 geeignet ist. Entsprechend der oben genannten · Patentschrift wird Wasser vermittels geeigneter Pumpvorrichtungen durch Düsen wie z.B. die Düsen 33 und 34 in den hinter dem Verbrennungsbereich liegenden und hier als Zone Z-bezeichneten Bereich eingeführt, welcher der Bereich ist, in dem die Wassereinspritzung vermittels der Düsen 33 und 34 zwecks Steuerung der Speichertemperatur nicht auf den Flammenbereich einwirken und die Flammen löschen kann, bevor sämtliche Brennstoffbestandteile vollständig verbrannt sind.

Entsprechend der Erfindung ist zusätzlich die Zone Z. vorgesehen, welche aus der Zone der Brennkammer besteht, welche den vor dem Flammbereich liegenden Rückstrom-Sammlerbereich 25 einschließt und zur unmittelbaren Steuerung der Ver-

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brennungstemperatur dienen kann. Eine zur Steuerung der Endtemperatur im Bereich 21 benötigte bestimmte Wassermenge kann vor der Verbrennung zugeführt werden und zur Kühlung der zugeführten Luft dienen, so daß sich eine verringerte Verbrennungstemperatur ergibt. Die Düse 32 zeigt die Einspritzung in den Bereich 18 bevor die zugeführte Luft in Berührung mit dem verdampften Brennstoff kommen kann. In einer Maschine mit Selbstzündung wie sie in Fig. 1 dargefc stellt ist hat die an dem Sammler 18 zugeführte Luft eine ausreichend hohe Temperatur um eine sofortige Verbrennung des durch die Düse 19 eingespritzten Brennstoffs zu bewirken. Bei der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform, in welcher die Verdichtung im allgemeinen niedriger ist, kann es wünschenswert sein, entsprechend der Darstellung eine herkömmliche Funkenzündung 29 vorzusehen. In jedem Falle wird die im Bereich 18 zugeführte Luft durch adiabatische Verdichtung erhitzt und dann von der durch den Verdichter 12 oder den Verdichter 12' hervorgerufenen adiabatischen Temperatur und nach Erhitzung durch den Durchstrom durch die die Brennkammer umgebenden Wände 26 in den Bereich 18 durch Einspritzen von Wasser abgekühlt.

. Bei der Ausführungsform der Fig. 2 kann zusätzliches V/asser durch die Düse 35 über die mit dem Ventil 36 versehene Leitung 31 oder über eine getrennte Leitung 31' mit einem Hilfsventil zugeführt werden, die ihrerseits unmittelbar mit der Quelle 30 verbunden ist. Es dürfte ohne weiteres einleuchten, daß

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für von dem Sammler 25 rückgeführte Luft ein unterschiedlicher und gesteigerter Prozentsatz des insgesamt zugeführten Wassers verbrauchbar ist, wenn Regenerativheizung der zugeführten Luft erfolgt ist. Die Regenerativheizung wird verstärkt durch vorläufige Abkühlung der zugeführten Luft vermittels des an dem Sammler 25 von der Düse 35 abgegebenen Wassers. Die Düse 35 kann auch weggelassen, und bei Fortfall der Düse 35 in einer Rückstromanordnung eine größere Wassermenge durch die Düse 32 eingeführt werden. In jedem Falle bewirkt das in den Bereichen 18 und 2 4 eingespritzte Wasser eine unmittelbare Steuerung der Verbrennungstemperatur in der Flammenzone und wird in dieser Beschreibung als in die Zone Z. eingeführtes Wasser bezeichnet.

Eine Maschine entsprechend der Erfindung kann aus einer Kolbenmaschine mit einem hin und hergehenden Kolben bestehen, wie allgemein bei 3 9 dargestellt, der das Arbeitsmedium über die Rohrleitung 37 und ein in dieser angeordnetes Leistungsregelventil 38 an einem abgestimmten Einlaßventil zugeführt wird und welche das Arbeitsmedium aus dem Arbeitszylinder an einer hier nicht in Einzelheiten dargestellten und in Fig. 1 allgemein mit 40 bezeichneten Auslaßventilvorrxchtung abgibt. Eine zur Arbeitsabgabe dienende Abtriebswelle ist in herkömmlicher Weise mit der Arbeitsmaschine 3 9 verbunden. Die Abtriebswelle ist außerdem mit der Welle des Verdichters 12 gekoppelt, so daß Ersatzluft zugeführt wird, wenn Arbeitsmedium aus der Kammer 10 abgezogen wird. Außerdem ist die

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Abtriebswelle normalerweise mit einem Nockenantrieb für die Ventilvorrichtung HO gekoppelt, wenn es sich um eine Kolbenmaschine handelt.

Wenn die Erfindung mit einem im stetigen Strom arbeitenden Axialverdichter 12' ausgeführt wird, kann der Verdichter über eine mit der Welle der Arbeitsmaschine 39', die hier als Turbine dargestellt ist, verbundene Welle angetrieben werden. Die Anordnung kann jedoch auch so getroffen werden, daß sich entweder eine Kolbenmaschine 39 oder eine Turbine 39' in Verbindung mit einem Verdichter 12 oder einem Verdichter 12' bei entsprechenden Abänderungen für Druck- und Volumenkapazität und in Verbindung mit der in Fig. 1 dargestellten Brennkammer 10 oder der in Fig. 2 dargestellten Brennkammer 10' verwenden läßt. Außerdem kann der Auspuff jeder Ausführungsform der Arbeitsmaschine in einem mehr oder minder geschlossenen Kreislauf für die Speicherung von bereits verwendetem Wasser bei Ul gesammelt werden, das nach Verflüssigung in ' einem entsprechenden Verflüssiger 42 zur Quelle 30 zurück umgewälzt wird. Bei dem Verflüssiger 42 kann es sich selbstverständlich um einen Verflüssiger des Wärmeaustauschtyps handeln, in dem die latente Verdampfungswärme des aus den Auspuffgasen verflüssigten Wassers ausgenutzt wird.

Vermittels der beschriebenen Vorrichtung läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren praktisch ausführen, nach dem Kühlmittel, vorzugsweise Wasser in flüssiger Phase, getrennt in zwei Zonen, eine Zone vor und/oder innerhalb des Verbrennungs-

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bereichs, nämlich die Zone Z., und eine hinter dem Austritt der Verbrennungsprodukte aus dem Flammenbereich liegende Zone Z„ eingespritzt wird. Die weitere Erläuterung des Prinzips, nach dem das gesamte Kühlmittel zur Einspritzung in die Zone Z^ oder die Zone Z„ aufgeteilt wird, um die besten Ergebnisse zu erzielen, setzt das Verständnis bestimmter grundlegender Erscheinungen der Verbrennung und Flammenausbreitung voraus. In Fig. 3 ist schematisch eine Brennkammer mit einem Verbrennungsbereich und vor und hinter der Verbrennung liegenden Bereichen dargestellt. Als Sammlerbereich 18 soll derjenige Bereich bezeichnet werden, welcher vor der Durchbrechungen aufweisenden Membran liegt, durch welche die Verbrennungsluft zum Eintritt in den bei 24 dargestellten Verbrennungsbereich gebracht wird, während der Bereich 21 denjenigen Teil der Brennkammer darstellt, der jenseits der Grenzen für die Flammenausbreitung liegt. Die Strahldüsen für das Einspritzen eines flüssigen Kühlmittels sind mit 1, 2, 3 bzw. M- bezeichnet. Es ist offensichtlich, daß durch die Düse 1 in den Bereich 18 eintretendes Kühlmittel augenblicklich verdampft wird, wenn die zugeführte Luft auf adiabatischer Verdichtungstemperatur ist, wie sie beispielsweise durch ein Verdichtungsverhältnis von 16:1 oder höher hervorgerufen wird. Das von der Düse 1 abgegebene Wasser dient zur Steuerung der Verbrennungstemperatur. Das an der Düse 2 eingespritzte Kühlmittel steuert in erster Linie die Speichertemperatur des erzeugten Arbeitsmediums, das zum Betrieb eines geeigneten

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Motors aus dem Bereich 21 abgezogen wird. Es beeinflußt die Verbrennungstemperatur nur indirekt durch Strahlung und Konvektionskühlung. Das durch die Düse 3, die in der dargestellten Weise angeordnet ist und einen verhältnismäßig großen Sprühwinkel aufweist, eingespritzte flüssige Kühlmittel kann zur Besprühung einiger bei 43 angedeuteter Abschnitte innerhalb des Verbrennungsbereichs 24 führen, wodurch ein teilweises Auslöschen der Flammen vor vollständiger Verbrennung erfolgt, so daß es zur Abgabe von Verunreinigungsstoffen kommen kann. Solche Abschnitte 43 sind zur Linken der willkürlichen Trennungslinie A-B dargestellt, wobei es sich hier um Kühlmittel handelt, das entsprechend der gegebenen Definition in die Zone Z^ eintritt. Die Abschnitte 44 des von der Düse 3 abgegebenen Kühlmittels treten nicht in den Flammen- oder Verbrennungsbereich ein und werden daher als Kühlmittel für Zone 2 bezeichnet. Daher sollte die Düse 3 entweder entsprechend der Darstellung in Fig. 3 weiter t nach rechts versetzt werden oder einen kleineren Dispersionswinkel aufweisen, damit die Grenzlinie A-B zwischen Zone 1 und Zone 2 nicht überschritten wird. Das durch die Düse 4 eintretende Kühlmittel wird offensichtlich in die Zone 1 eingeführt und kann entweder in den Verdichter oder in den Sammler 25 der Fig. 2 eingespritzt werden, um den Wirkungsgrad durch Regenerativheizung zu steigern. Bei der dargestellten Grenzlinie 20 handelt es sich um die in den Figuren 1 und 2 dargestellte und Durchbrechungen aufweisende Membran. Der Übersichtlichkeit halber sind Flammen- und Wärmeschild

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in Fig. 3 weggelassen.

Zwei in den Figuren 4 und 5 dargestellte Faktoren sind von grundlegender Bedeutung für die Konstruktion eines Verbrennungssystems, um die Erzeugung schädlicher Nebenprodukte zu vermeiden. Die in Fig. 4 allgemein bei 45 dargestellte Kurve zeigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen der Flammenstabilität und der Flammentemperatur. Die Kurve 45 würde wesentlich weiter nach rechts verlaufen, wenn der hier als Brennstoff angenommene Kohlenwasserstoff in reinem Sauerstoff verbrannt werden würde. Bei Verbrennung in normaler Luft, die in etwa der Zusammensetzung der normalen Luft entspricht, liegt die Verbrennungstemperatur im Bereich zwischen 2093 - 2482 ⁰C (3800 - 4500 ⁰F). Dementsprechend werden wie oben ausgeführt beträchtliche Mengen von NO erzeugt. Die Kurve 45 verläuft außerdem in Richtung niedrigerer Flammentemperatur und niedrigerer Flammenstabilität, wobei die Auslöschung der Flamme schließlich an einem etwas unbestimmten Punkt erfolgt, der von dem jeweils verwendeten Brennstoff und dem zur Verfügung stehenden Sauerstoff abhängig ist. Die gestrichelte Linie 46 zeigt eine zur Vermeidung von NO dienende maximale Verbrennungstemperatur von etwa 1760 ⁰C (3200 ⁰F) an. Die Abkühlung der Verbrennungsgase durch Einspritzung eines flüssigen, nicht entflammbaren Kühlmittels sollte ausreichend bemessen sein, um die Flammentemperatur auf angenähert 1760 ⁰C zu verringern. Bei dieser Temperatur werden sehr wenig NO oder andere Stickoxide beob-

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achtet. Die gestrichelte Linie 47 zeigt eine wünschenswerte mittlere Temperaturgrenze von 1535 ⁰C (2800 °F) , wobei sich jedoch auch niedrigere Temperaturen verwenden lassen. Der Schutz gegen die Ausbildung von Stickoxiden kann mit dem Schutz gegen CO und unverbrannte Brennstoffanteile zusammengefaßt werden, indem die Flammentemperatur auf einen zwischen den Linien 47 und 46 liegenden Bereich gebracht wird, d.h. zwischen 1538 und 1760 ⁰C beschränkt wird.

* Figur 5 zeigt allgemein bei 48 verschiedene Prozentwerte für das gesamte Kühlmittel zur Erzielung einer in Zone 1 verwendbaren Speiehertemperatur bei gleichzeitiger stabiler Verbrennung und aureichend hoher Flammentemperatur, um eine ausreichende Flammenausbreitungsgeschwindigkeit aufrecht zu erhalten und entsprechend Fig. 4 eine Flammenstabilität zu bewirken. Die Linie 49 stellt den maximalen Prozentsatz des erforderlichen Gesamtkühlmittels dar, um das erzeugte Arbeitsmedium auf eine zur Haltung und Verwnedung gewünschte

\ Speichertemperatur zu bringen, wobei in Zone 1 die Temperatur ausreichend hoch für eine einwandfreie Verbrennung ist. Die genauen Ziffern für diesen Prozentsatz schwanken natürlich mit unterschiedlichem Brennstoff-Luft-Gemisch und mit der gewählten Speichertemperatur, da eine größere Gesamtkühlmittelmenge erforderlich ist, um das erzeugte Medium auf eine Temperatur von 398 °C (750 ⁰F) als auf eine Temperatur von 537 ⁰C (1000 ⁰F) zu bringen. Für eine bestimmte Gemischzusammensetzung und eine bestimmte Speichertemperatur läßt

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sich ein maximal zulässiger Kühlmittelprozentsatz ohne weiteres berechnen und ist dementsprechend in Fig. 5 bei HB dargestellt. Die Kurve 4-8 stellt dementsprechend den maximal zulässigen Kühlmittelprozentsatζ für Kühlmittel in Zone 1 dar, der sich bei stöchiometrischem Mengenverhältnis von Brennstoff und Zufuhr luft der Linie <+9 nähert, wobei der Kühlmittelprozentsatz in Zone 1 außerdem eine Funktion der verwendeten Gesamtkühlmittelmenge für unterschiedliche, wählbare Speichertemperaturgrenzwerte ist. Links von dem Maximum der Kurve 48 befindet sich der Bereich abnehmenden Kühlmittels in Zone 1 aufgrund der abnehmenden Temperatur des Flammenbereichs, die sich aus der Verwendung fortschreitend gegenüber dem stöchiometrischen Prozentsatz kleinerer Brennstoffprozentwerte ergibt und bis zu dem Auslöschungspunkt reicht, an dem die Flamme gast. Auf der rechten Seite des Maximums befindet sich ebenfalls ein abnehmender Prozentsatz des Kühlmittels für Zone 1, der weniger als der idealen Verbrennung entspricht und bei dem das Brennstoff-Luft-Gemischverhältnis "reicher" ist als am stöchiometrischen Wert und nach unten am angereicherten Grenzwert bis zu einem Punkt führt, an dem keine Verbrennung erfolgt.

Zur Erzeugung von Auspuffgasen, die im Hinblick auf unverbrannte Kohlenwasserstoffe frei von Verunreinigungen sind, ist erforderlich, daß Luft entsprechend Fig. 5 angenähert im stöchiometrischen Verhältnis zugeführt wird und daß die Temperatur zur Gewährleistung einer vollständigen Ver-

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brennung ausreicht, d.h. oberhalb des in Fig. 4 dargestellten oberen Grenzwerts 47 liegt. Diese Bedingung wird im allgemeinen dadurch erfüllt, daß die Temperatur der Flamme auf einem ausreichend hohen Wert gehalten wird, bei dem sich eine ausreichend hohe Flammenausbreitungsgeschwindigkeit ergibt, so daß irgendwo innerhalb des Verbrennungsberexches vorhandener unverbrannter Brennstoff wieder zur Entzündung gebracht wird.

In Fig. 4 ist der Zustand einer zu hohen Wassereinspritzung in die Zone 1 im Bereich 50 zwischen den Linien 45 und 47 dargestellt, während der Zustand einer unzureichenden Wasserzufuhr in der Zone 1 im Bereich 51 auf der rechten Seite der Linie 46 dargestellt ist. Der Bereich 52 stellt dagegen einen Bereich dar, in dem der Zone 1 Wasser innerhalb praktischer Grenzwerte in einem gesteuerten System zugeführt wird. Es dürfte offensichtlich sein, daß der in Fig. 5 dargestellte Bereich 50 ebenfalls zu hohe Kühlmittelprozentwerte für das jeweils verwendete Gemisch darstellt.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß inertes flüssiges Kühlmittel in die Brennkammer in zwei gegenseitig voneinander abhängigenAnteilen eingespritzt werden kann, welche zwei grundlegende Aufgaben erfüllen: (1) Die Steuerung der Flammentemperatur zur Änderung der auftretenden chemischen Prozesse, insbesondere der Erzeugung von Verunreinigungen wie z.B. NO; (2) Die Steuerung der Verbrennungsprodukte auf eine gewünschte Temperatur, welche mit den Wänden der Speicherkammer und.

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denen der Arbeitsmaschine verträglich ist. Durch Einspritzen einer Kühlmittelflüssigkeit als Sprühnebel in Zone 2 wird der zweite Zweck erreicht, wobei sich jedoch keine genaue Steuerung der Flammentemperatur selbst erzielen läßt, welche durch das Kühlmittel in der Zone 1 gesteuert wird. Diese Kriterien treffen unabhängig davon zu, ob das Kühlmittel in der Form einer Flüssigkeit oder eines gasförmigen Verdünnungsmittels für die Verbrennungsprodukte eingespritzt wird, wie es im Gasturbinenbau häufig anzutreffen ist.

Wie zu verstehen, ist es nicht möglich, in Zone 1 sämtliches Kühlmittel zur Erzielung einer Speicherungstemperatur des Arbeitsmediums, das in einem von Wänden umgebenen Raum haltbar oder gegen Arbeitsflächen praktischer Beschaffenheit als Arbeitsmittel einaetzbar ist, da dadurch eine unsaubere Verbrennung, d.h. eine Löschung der Flamme verursacht werden würde. Man könnte denken, daß ein grober Sprühnebel, der in Zone 1 nur teilweise verdampft und in Zone 2 vollständig verdampft wird, beiden Zwecken gerecht wird; dieses hat sich jedoch als nicht durchführbar erwiesen, da sich damit nicht die genaue Steuerung ausführen läßt, die erforderlich ist, um zu gewährleisten, daß kein Teil der Verbrennungsflamme ausgelöscht wird und gleichzeiitig die Flammentemperatur an keiner Stelle einen vorbestimmten Verbrennungstemperaturgrenzwert innerhalb eines Bereiches von 1538 bis 1760 ⁰C überschreitet. Erfindungsgemäß werden daher die beiden

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Kühleffekte voneinander getrennt und die Steuerung der für jeden Effekt verwendeten Kühlmittelmenge erfolgt in der Weise, daß das Ergebnis ganz unter der Kontrolle des Maschinenbaukonstrukteurs bleibt und sich leicht vermittels kontinuierlicher Abfühlung von Temperaturen und entsprechend diesen Temperaturen erfolgender Steuerung der Wassereinspritzung erzielen läßt.

Es soll weiterhin darauf hingewiesen werden, daß der in " Fig. 4 dargestellte untere Temperaturgrenzwert 47 bei nur 1315 ⁰C (2400 ⁰F) oder niedriger liegen kann, wobei sich jedoch eine Flammengeschwindigkeit und Flammenstabilität ergeben, die näher an den Grenzwerten liegen und ggf. zur Erzeugung kleiner Prozentwerte unverbrannter oder nur teilweise verbrannter Brennstoffbestandteile führen. Wenn etwas nicht verdampftes Kühlmittel in der Flammenzone vorhanden sein sollte, kann eine an dieser Stelle erfolgende örtliche Verringerung der Flammentemperatur zu einer geringeren Ver-) brennungstemperatur von z.B. 1315 ⁰C führen, was dazu führen kann, daß nicht sämtliche Brennstoffbestandteile vollständig verbrannt werden. Es kann auch beobachtet werden, daß das Auftreten der Stickoxidbildung nicht genau bei dem angenommenen Grenzwert von 1760 ⁰C einsetzt. Wenngleich unterhalb dieses Grenzwertes sehr kleine Mengen erzeugt werden und dieser Grenzwert in der Weise festgelegt ist, daß die Ausbildung von Stickoxiden in nach derzeitigen Maßstäben besorgniserregenden Mengen verhindert wird und einer Abkühlung auf die Linie 46 der Fig. 4 entspricht, wird ein

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besserer Schutz gegen die Ausbildung von Stickoxiden durch Wahl eines unterhalb von 17 60 ⁰C liegenden Grenzwerts erreicht, so daß Abweichungen von einem konstruktionsgemäß vorgegebenen Grenzwert von beispielsweise 1538 C zufällige und örtlich begrenzte Schwankungen nach oben ohne Überschreitung des Grenzwerts von 1760 ⁰C₉ sowie nach unten ohne Überschreitung eines weiteren Grenzwerts von z.B. 1315 ⁰C gestatten, bei dem größere Mengen unverbrannter Brennstoffbestandteile erzeugt werden.

Die erfindungsgemäße Lehre besteht daher im wesentlichen darin, eine getrennt einstellbare selbsttätige Steuerung in zwei Zonen vorzusehen, um eine Temperatur der Verbrennungsflamme innerhalb eines bevorzugten Bereiches für verschiedene Anwendungsbedingungen zu erzielen, wobei sowohl unverbrannte BrennstoffbestandteiIe vermieden als auch die Erzeugung von Stickoxiden durch Verbindung von Sauerstoff mit dem in der Verbrennungsluft enthaltenen Stickstoff verhindert wird. Diese Steuerungen des Verbrennungsvorgangs erfolgen in Verbindung mit einer weiteren Steuerung der Temperatur des abgegebenen Arbeitsmediums, das innerhalb der Speicherkammer und der Arbeitsmaschine aufnehmbar ist.

Zur Erläuterung der Ausführung der Erfindung werden im nachfolgenden Beispiele für die in den Zonen 1 und 2 verwendeten Kühlmittelprozentsätze angegeben, wobei das Kühlmittel aus Wasser besteht. Zunächst sei angenommen, daß der Wärmeinhalt des Brennstoffs angenähert 10 286 kcal/kg

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(18 500 BTU/lb) entspricht und daß die verwendete Gesamtmenge dazu ausreicht, das mit Dampf vermischte Verbrennungsprodukt auf eine ausgewählte Haltetemperatur zu bringen, wobei im wesentlichen sämtliche Verbrennungswärme in Wasser absorbiert und im Arbeitsmedium gespeichert ist, da während des kontinuierlichen Betriebes nur etwa 5 % des Wärmegehalts durch die Isolation der Brennkammer 10 verloren geht.

Dabei ist zu beachten, daß die insgesamt zugeführte Wassermenge nicht nennenswert verändert ist, wenn die Wasserzufuhr in der vorstehend beschriebenen Weise auf zwei Zonen aufgeteilt wird. Die Gesamtmenge ist abhängig von der in einer beliebigen Zeitspanne der Brennkammer zugeführten Brennstoffmenge. Dementsprechend ist in den nachfolgenden Beispielen angegeben, wie sich die Aufteilung des Kühlmittels auf die Zonen 1 und 2 für eine bestimmte, der Brennkammer zugeführte Gesamtkühlmittelmenge erzielen läßt. Wenn zur Speicherung eine höhere Endtemperatur gewählt wird, wird ein niedrigerer Prozentsatz in Zone 2 und ein höherer Wasserprozentsatz in Zone 1 angwandt.

Bei dem angenommenen Wärmeinhalt von 10 286 kcal/kg für einen herkömmlichen Kohlenwasserstoff-Brennstoff werden angenähert 15 % der gesamten Wassermenge in Zone 1 zugeführt, wenn die Speichertemperatur als die Temperatur angesetzt wird, unter der die adiabatisch verdichtete Zuführluft eingespritzt wird, um zu vermeiden, daß die Flammentemperatur einen oberen Temperaturgranzwert von 1760 ⁰C überschreitet.

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Bei Verringerung der Flammentemperatur auf beispielsweise 1204 ⁰C (2 200 ⁰F) unter den gleichen Bedingungen müssen angenähert 40 des gesamten Wassers in die Zone 1 eingespritzt werden. Für die vorgenannten Beispiele wird angenommen, daß die adiabatische Verdichtungstemperatur angenähert 315 ⁰C beträgt.

Es kann außerdem darauf hingewiesen werden, daß die Regenerati vheizung in einer Vorrichtung der in Fig. 2 dargestellten Ausführungsform eine weitere Steigerung des Prozentsatzes des der Zone 1 zugeführten Wassers gestattet. Unter diesen Umständen wird die Temperatur des adiabatisch verdichteten Gases durch Regenerativheizung an den Wänden der Brennkammer noch weiter gesteigert, wenn außerdem angenommen wird, daß die Speichertemperatur höher ist als die mit 315 ⁰C angenommene Eingangstemperatur und ein Wärmeübergang von der Zone Z„ durch die Wand 26 zu dem Rückstrombereich erfolgen kann.

Es ist offensichtlich, daß der Rückstrom einen Wärmeübergang, durch die Wand 2 6 im stetigen Zustand verursacht, wenn die adiabatische Verdichtung nicht ausreichend ist, um die gewünschte Arbeitstemperatur der zugeführten Luft zu erreichen, beispielsweise wenn Axialverdichter geringere Verdichtungsverhältnisse als 16:1 aufweisen. In derartigen Fällen oder auch im Anlaufbetrieb kann eine Brennstoffzündvorrichtung wie z.B. die mit 2 9 bezeichnete verwendet werden. Ein Axialverdichter kann immer dann wünschenswert

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sein, wenn ein niedrigerer Arbeitsdruck geeignet ist wie z.B. wenn eine Turbine 39' über den Ausgang der Brennkammer angetrieben wird. Die Turbine kann in diesem Falle über die Welle 28' zum Antrieb des Verdichters 12' dienen und außerdem eine geeignete Abtriebswelle für die Leistungsabgabe aufweisen.

Zusammenfassend läßt sich sagen, daß es bis jetzt nicht be- W kannt war, sowohl die Ausgangstemperatur eines Generators für ein Arbeitsmedium und die Flammentemperatur zur Vermeidung von NO zu steuern. Wenngleich es bereits bekannt war, die Ausgangstemperatur durch Wassereinspritzung in die Zone 2 zu steuern und durch bestimmte Vorveröffentlichungen das Zusetzen kleinerer Wassermengen zur Verbrennungsluft für verschiedene andere Zwecke beschreiben, war es bislang nicht bekannt, daß sich eine gesteuerte Verbrennungstemperatur in einer Kolbenmaschine mit hin und her b gehendem Kolben und getrennt davon eine gesteuerte Temperatur und gesteuerter Druck durch Zufuhr von Wasser in zwei unterschiedlichen Zonen zur Steuerung der Betriebsbedingungen erzielen lassen. Außerdem war es bis jetzt unbekannt, daß Ausgangstemperaturen durch Wasserzufuhr vor oder am Verbrennungsbereich gesteuert werden können. Entsprechend der Erfindung kann ein vorbestimmter Kühlwasserprozentsatz wie in den vorstehenden Beispielen angegeben und gemäß den angegebenen Mengenverhältnissen vor der Verbrennung zugesetzt werden. Vor der Verbrennung zugeführtes Wasser oder Ver-

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dünnungsgas kann in keinem Falle in ausreichender Menge zugeführt werden, um das Arbeitsmedium auf speicherbare Temperaturen zu bringen, was der Grund dafür ist, daß weiteres Wasser zu diesem zweiten Zweck im Bereich der Zone 2 zugeführt wird.

In der vorgenannten Patentschrift sind durch Fühler gesteuerte Steuerventile dargestellt, welche keinen Teil dieser Erfindung bilden und so eingestellt sind, daß sie die zugeführte Luft, das Verbrennungsprodukt und das Kühlmittelgemisch selbsttätig auf einer ausreichend hohen Wärmekapazität halten, um im Flammenbereich eine Überschreitung der Temperatur von 1760 ⁰C zu verhindern, sowie die Brennstoffzufuhr, d.h. den Brennstoffdurchsatz, auf. einen Wert für eine stöchiometrische Verbrennung steuern und die Speichertemperatur auf einem gewünschten und für die Speicherung geeigneten Wert halten. Beispielsweise kann die Brennstoffzufuhr lediglich in Abhängigkeit von einer Druckabnahme - δΡ unterhalb eines Grenzwerts, und die Wasserzufuhr in Abhängigkeit von einem Temperaturanstieg + &Ί in Zone 2 oberhalb der gewünschten Werte oder die Brennstoffzufuhr kann nach Beendigung des Anlaufvorgangs, wenn von der Maschine im Leerlauf oder im stetigen Betrieb Druck und Temperatur aufrecht erhalten werden, proportional der unterhalb eines für die Speicherung gewünschten Grenzwerts liegenden Temperatur erfolgen. Die Temperaturgrenzwerte für die Wassereinspritzung hängen von der jeweiligen Maschine und dem vor-

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genannten oberen Speichertemperaturgrenzwert ab, bei dem Wasser in Proportion zu + ΔΤ zugeführt wird, während die Brennstoffzugabe sowohl von der Luftmenge oder dem Durchsatz und dem Druckabfall - ΔΡ unterhalb eines gewünschten stetigen Zustands abhängt. Damit wird eine einstellbare, jedoch völlig selbsttätige gesteuerte Verbrennung bei richtigem Mischungsverhältnis und richtiger Temperatur zur k Vermeidung von unverbrannten Kohlenwasserstoff- , Kohlenmonoxid- und Stickoxidverunreinigungen erzielt und das Arbeitsmedium auf einer weit von der Verbrennungstemperatur entfernten Temperatur gespeichert. Somit erfolgt die Verbrennung völlig mit gleichförmiger Temperatur, die nicht von Ausdehnungsabkühlung abhängt.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche :

Verfahren zur Steuerung eines Verbrennungsvorgangs, insbesondere zur Aufbereitung des zum Betrieb einer Maschine verwendeten Arbeitsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß eine in einem bestimmten Verhältnis zu dem in einer ersten Arbeitsmaschine (39) benötigten Arbeitsmedium stehende Verbrennungsluftmenge adiabatisch verdichtet und in eine getrennte Brennkammer (10) eingeführt, fein zerstäubter Brennstoff im wesentlichen im stöchiometrisehen Mengenverhältnis zusammen mit der Luft bei Entflammungstemperatur in die Kammer eingespritzt und eine im Verhältnis zu dem eingespritzten Brennstoff stehende Menge eines fein zerstäubten flüssigen Kühlmittels derart in die Kammer eingespritzt wird, daß die Verbrennungswärme des Brennstoffs zusammen von dem Kühlmittel und den Verbrennungsprodukten bei einer vorbestimmten Temperatur des Arbeitsmediums absorbierbar ist, und daß das fein zerstäubte Kühlmittel in einen ersten und einen zweiten Anteil aufgeteilt wird, die jeweils vor bzw. hinter dem Verbrennungs bereich (2M-) in die Kammer (10) eingespritzt werden, wobei der vor dem Verbrennungsbereich eingespritzte Anteil ausreichend hoch bemessen ist, um die Flammentemperatur unterhalb der Temperatur für die Erzeugung nennenswerter Stickoxidmengen zu halten.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

daß die Aufteilung der Kühlmittelmenge, insbesondere Wasser, in den ersten und den zweiten Anteil derart geregelt wird, daß die Flammentemperatur einen Wert von 1760 ⁰C nicht überschreitet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelung in der Weise erfolgt, daß die mittlere

k Flammentemperatur um nicht mehr als _+ 22 2 ⁰C von einer Temperatur von 1535 ⁰C abweicht.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Anteil in zwei Teile aufgeteilt wird, von denen der eine Teil im wesentlichen der zur Verringerung der Temperatur der regenerativ erhitzten Luft auf die vor deren Wärmeaufnahme von der Brennkammer erforderliche Temperatur benötigte Teil und der andere Teil derart bemessen ist, daß durch diesen die Temperatur der regenerativ

k erhitzten Luft ausreichend verringert wird, so daß bei deren Zusammentreffen mit dem Kühlmittel die Wärmekapazität des kombinierten Mediums ausreichend hoch bemessen ist, um während der Verbrennung einen Temperaturanstieg über den zur Vermeidung der Erzeugung von Stickoxiden angegebenen Temperaturwert zu vermeiden.
5. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere zur unabhängigen Steuerung der Stickoxidbildung und der Ausschaltung nicht verbrannter Brennstoffbestandteile in einer

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isolierten Kammer mit Verbrennungsspeicher- und -ausgangsbereichen, dadurch gekennzeichnet, daß Umgebungsluft zu einem auf erhöhter Temperatur befindlichen und zur Unterstützung der Verbrennung dienenden Gas verdichtet und dieses Gas in einen ersten Bereich (Z.) der Brennkammer (10) eingeführt wird, in diesen Bereich eine angenähert im stöchiometrischen Mengenverhältnis zu der Luft stehende Brennstoffmenge eingespritzt und bei einer oberhalb eines unteren Grenzwerts für völlige Verbrennung liegenden Temperatur zur Verbrennung gebracht, in die verdichtete Luft vor der Vermischung mit dem Brennstoff ein erhitztes flüssiges Kühlmittel in ausreichender Menge eingespritzt wird, damit das mit der verdichteten Luft vermischte Kühlmittel einen Anstieg der Flammentemperatur innerhalb der Kammer über etwa 1760 C verhindert, in einen anderen Bereich (Z_?) der Kammer weiteres flüssiges Kühlmittel in einer zur Verringerung der Temperatur der Verbrennungsprodukte auf eine zum Zurückhalten derselben ausreichende Temperatur benötigten Menge eingespritzt und das Verhältnis der eingespritzten Kühlmittelmengen derart eingestellt wird, daß die Brenntemperatur oberhalb eines bei Überschreitung zur Erzeugung unverbrannter Brennstoffbestandteile führenden ersten Grenzwerts (47) und unterhalb eines bei Überschreitung zur Erzeugung von Stickoxiden führenden zweiten Grenzwerts (46) liegt und ein bei nennenswert unterhalb der Verbrennungstemperatur liegenden speicherbaren Temperaturen befindliches Medium erhalten wird.

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6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kühlmittel Wasser verwendet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung im wesentlichen adiabatisch in einem Verhältnis von im wesentlichen nicht weniger als 16:1 erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kühlmittel teilweise in den ersten Bereich (Z.) und teilweise in den Verbrennungsbereich (2M-) eingespritzt wird und das weitere Kühlmittel an einer Stelle, an der keine Vermischung mit Verbrennungsgasen erfolgen kann, in den Ausgangsbereich eingespritzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium im Verhältnis zu der unter erhöhter Temperatur zugeführten verdichteten Luft aus dem zweiten Abschnitt des Verbrennungsraums abgezogen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 1, insbesondere bei der Verbrennung von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen zur Erzeugung eines keine unverbrannten Brennstoff- und Stickoxidbestandteile enthaltenden speicherbaren Arbeitsmediums, dadurch gekennzeichnet, daß einer von einer Arbeitsmaschine (3 9) thermisch getrennten Brennkammer (10) ein adiabatisch verdichtetes Luftgemisch in vorbestimmter Durchsatzleistung sowie zur Verbrennung innerhalb der Kammer bestimmter zer-

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stäubter Brennstoff in einem zu dem Luftdurchsatz in im wesentlichen stöchiometrischen Mengenverhältnis stehendem Durchsatz zugeführt und einer nicht über den Verbrennungsbereieh (24) hinausreichenden ersten Zone (Z.) der Kammer zerstäubtes flüssiges Kühlmittel in einem zur Einhaltung einer zwischen 1315 und 17 60 ⁰C liegenden Flammentemperatur dienenden Durchsatz zugeführt und einer hinter der ersten Zone liegenden zweiten Zone (Z„) der Kammer weiteres zerstäubtes flüssiges Kühlmittel in einem zur Einhaltung der Temperatur in der zweiten Zone auf einer wesentlich unterhalb der niedrigsten Temperatur, bei der unverbrannte Brennstoff bestandteile zuverlässig vermieden werden, liegenden Speichertemperatur dienenden Durchsatz zugeführt wird.
11. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10, insbesondere Brennkammer zur Erzeugung eines speicherbaren Arbeitsmediums für eine Kraftmaschine aus mit einer Luftcharge vermischten Verbrennungsprodukten eines Brennstoffs und bei Kühlung der Produkte auf eine zur Speicherung dienende Temperatur erzeugtem Dampf, gekennzeichnet durch eine zum Einschließen der Luftcharge dienende langgestreckte Brennkammer (10), eine zum Beschicken der Kammer mit Luft an dem einen Kammerende dienende Vorrichtung (12), eine zum Beschicken der Kammer ,mit Brennstoff in der Nähe des gleichen Kammerendes dienende Vorrichtung (15, 17, 19) und durch eine zum Einspritzen von Wasser in Proportion zu dem Brennstoff in die Kammer dienende Vorrichtung (30),

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die aus einer zum Einspritzen von Wasser in die Luft vor dem Beschicken der Kammer mit Brennstoff dienenden ersten Vorrichtung (32) und einer zum Einspritzen von Wasser hinter dem Verbrennungsbereich und entfernt von dem vorgenannten· Kammerende dienenden zweiten Vorrichtung (33, 34) besteht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wassereinspritzvorrichtung (32) eine Dosiervorrichtung (36) umfaßt, durch welche Wasser in ausreichender Menge einspritzbar ist, um die Brenntemperatur wenigstens auf 1760 ⁰C zu senken.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Wassereinspritzvorrichtung (34) eine Dosiervorrichtung (36') umfaßt, vermittels welcher die Temperatur der Verbrennungsprodukte unter die Temperatur, bei der eine stabile Verbrennung des Brennstoffs stattfindet, absenkbar ist.
14. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10, insbesondere zum Verbrennen von Brennstoff bei gesteuerter Verbrennungstemperatur und zum Erzeugen eines speicherbaren Arbeitsmediums für eine Arbeitsmaschine, gekennzeichnet durch einen eingangsseitigen Luftverdichter (12), durch den zur Unterhaltung einer Verbrennung in einer geschlossenen Kammer (10) Luft zuführbar ist, eine Brennkammer (10), der die Luf igzuführbar ist und die eine von der Eingangsseite entfernt angeordnete und mit

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einer Ventilvorrichtung (38) versehene Ausgangsverbindung (37) aufweist, eine Brennstoffeinspritzvorrichtung (15, 17, 19), durch die zur Verbrennung in der Kammer bestimmter Brennstoff der Kammereingangsseite zuführbar ist, eine erste Wassereinspritzvorrichtung (32), die dazu dient, eine Wassermenge vor der Brennstoffeinspritzvorrichtung in die Kammer einzuspritzen und die Verbrennungstemperatur des Brennstoffs auf einen ersten Wert zwischen 1315 C und 17 60 ⁰C zu senken, und durch eine zweite Wassereinspritzvorrichtung (33, 34), die dazu dient, eine ausreichend große Wassermenge an einer von der Brennstoffeinspritzvorrichtung entfernten Stelle in die Kammer einzuspritzen und die Temperatur von Dampf und Verbrennungsprodukten auf einen zweiten Wert zwischen 398 ⁰C und 983 ⁰C zu senken.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Wassereinspritzvorrichtung (32) eine Durchflußregelvorrichtung (36) umfaßt, vermittels welcher die mittlere Verbrennungstemperatur für einen bestimmten Brennstoff durchs atz auf im wesentlichen einen Wert von 1535 ⁰C einregelbar ist.
16. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-10, insbesondere zur Erzeugung eines zum Betrieb einer Arbeitsmaschine dienenden Arbeitsmediums, gekennzeichnet durch eine zum adiabatischen Verdichten einer in Proportion zu dem in einer ersten Arbeits- maschine

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(39) benötigten Arbeitsmedium stehenden Verbrennungsluftmenge dienende Vorrichtung (12), eine Brennkammer (10), eine zum Beschicken der Brennkammer mit Luft dienende Vorrichtung (13, 18), eine zum Einspritzen von zerstäubtem Brennstoff in im wesentlichen stöchiometrischen Mengenverhältnis zu der Luft in die Kammer dienende Vorrichtung (15, 17, 19), eine zum Einspritzen einer in Proportion zu ^ dem eingespritzten Brennstoff stehenden Menge von zerstäubtem flüssigem Kühlmittel in die Kammer dienende Vorrichtung, wobei diese Menge so bemessen ist, daß die Verbrennungswärme des Brennstoffs für eine vorbestimmte Temperatur des Arbeitsmediums von Kühlmittel und Verbrennungsprodukten gemeinsam absorbierbar ist, die letztgenannte Vorrichtung Mittel zum Aufteilen des Kühlmittels in einen ersten und einen zweiten Anteil, die jeweils vor bzw. nach der Verbrennung in die Kammer einspritzbar sind, aufweist, und der vor der Verbrennung einspritzbare Anteil ausreichend hoch bemessen ist, um die Flammentemperatur unterhalb der Temperatur für die Erzeugung nennenswerter Mengen von Stickoxiden zu halten.

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