DE2406804A1

DE2406804A1 - Gas turbine for propulsion or power generation - has separate combustion chamber with indirect heating of working fluid

Info

Publication number: DE2406804A1
Application number: DE19742406804
Authority: DE
Inventors: Gerhard Vester
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-02-13
Filing date: 1974-02-13
Publication date: 1975-08-21

Abstract

The engine has a central tube contg. the normal gas turbine components. At the entry there is an air compressor followed by a heating chamber after which there is a turbine which drives the compressor and further turbines which provide the useful output. The central tube is surrounded by an annular tube closed at the front. The front of this forms a combustion chamber and contains injection nozzles for the fuel. Deflector plates ensure that the heat of combustion is transferred through the heat exchanger surface between the combustion chamber and the air heating chamber. The outer tube is surrounded by an air gap and an insulating outer jacket to prevent heat loss to outside.

Description

" Heißmantelturbinenmotor " Die Erfindung betrifft einen Heißmantelturbinenmotor."Hot-Jacket Turbine Engine" The invention relates to a hot-jacket turbine engine.

Tubinenmotore werden als Düsentriebwerke, oder als Turboprop-Triebwerke für Flugzeuge und Fahrzeuge verwendet.Tubine engines are used as jet engines, or as turboprop engines used for aircraft and vehicles.

Es ist bekannt, daß in Turbinen- und Düsentriebwerken der kraftstoff in die komprimierte Luft gespritzt und verbrannt wird, die Verbrennungsgase werden über eine, oder mehrere Turbinen geleitet, die sie antreiben, bei Düsentriebwerken verläßt das Gas mit sehr hoher Geschwindigkeit das Triebwerk durch entsprechend geformte Düsen und erzeugt dabei den Rückstoß, den Schub. ei der Verbrennung entstehen hohe Temperaturen, die Luft und die Verbrennunssgase dehnen sic stark aus und verlassen die Brennkammer und das Triebwerk mit hoher Geschwindigkeit. Die Verurennuntsw:irme wird nur zu einem Teil in Bewegungsenergie umgewandelt, die .LbRabe von ungenützter Warme, von lAbwarme ist hoch, Kraftstoffteilchen werden unverbrannt mit der beschleunigten Luft aus dem Triebwerk gerissen, der Kra.ftstoffverbrauch ist hoch.It is known that in turbine and jet engines the fuel In the compressed air is injected and burned, the combustion gases become passed through one or more turbines that drive them, in jet engines the gas leaves the engine at a very high speed by correspondingly shaped nozzles and generates the recoil, the thrust. arise during combustion high temperatures, the air and the combustion gases greatly expand and leave the combustion chamber and the engine at high speed. The Verurennuntsw: irme is only partially converted into kinetic energy, the .LbRabe of unused Warm, from lWarm is high, fuel particles are unburned with the accelerated Air torn from the engine, fuel consumption is high.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad durch verbesserte Nutzung der Verbrennungswärme zu steigern, den Kraftstoffverbrauch zu senken, die Umweltbelastung durch Abw.brme und Giftstoffe in den abgasen zu reduzieren, sowie einen Ivotor zu schaffen, der mit einer Vielzahl von Kraftstoffen betrieben werden kann und an die Qualität der Kraftstoffe keine besonderen Ansprüche stellt.The invention is based on the object of improving the efficiency Use of the heat of combustion to increase, to reduce fuel consumption To reduce environmental pollution from waste gases and toxins in the exhaust gases, as well To create an Ivotor that can run on a wide variety of fuels can and does not make any special demands on the quality of the fuels.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kraftstoff nicht in die konprimierte Luft eingespritzt, mit dieser verbrannt und ausgestoßen wird, sondern, daß die komprimierte Luft in einer Röhre von außen erhitzt wird und allein die verdichtete und erhitzte Luft sich stark ausdehnt und mit woher Geschwindigkeit über Turbinen geleitet wird und bei Düsentriebwerken den Schub erzeugt.According to the invention, this object is achieved in that the fuel not injected into the compressed air, burned and expelled with it but that the compressed air is heated in a tube from the outside and just the compressed and heated air expands strongly and with which speed is directed over turbines and with jet engines the Generated thrust.

Brfindungsgemß geschieht dies dadurch, daß eine Röhre mit Lufteintritt, Luftkammer und Turbinenkanal, im abstand von einer zweiten Röhre umgeben ist, in der die Verbrennung stattfindet.According to the invention, this is done in that a tube with air inlet, Air chamber and turbine duct, surrounded at a distance by a second tube, in that the combustion takes place.

Im Gegensatz zu den bekannten Turbinen- und Diisentriebwerken, wird hier die Verbrennungswarme inöglichst lange gehalten. Die Yerbrennungsröhre hat dazu an ibrer Außenseite zur Wärmedämmung eine Isolation, bestehend, von innen nach außen: aus einer geschlossenen Lufthülle in Form einer auf der Verbrennungsröhre im Abstand angebrachten dopnelten Wandung, die an den Rohrenden c eschlossen ist, sowie einer darauf aufgebrachten Isolierschicht.In contrast to the well-known turbine and jet engines, here the heat of combustion is kept for as long as possible. The burn tube has in addition there is insulation on the other outside for thermal insulation, from the inside to the inside outside: from a closed air envelope in the form of one on the combustion tube double wall attached at a distance, which is closed at the pipe ends, as well as an insulating layer applied thereon.

In der Frennkammer ist ein Hitzeleitschild, der die Verbrennunéçshitze von der Außenwandung der Verbrenrngsröhre anhält und an die Luftkammer leitet, sowie die Einspritzdüsen und gegehenenfalls die Zündanlage und Luftzuführung. Dies hangt davon ab, ob ein Kraftstoff-Luftgemisch eingespritzt wird, oder der Kraftstoff direkt eingespritzt wird, oder aber Brennstoffe, wie Wasserstoff und Sauerstoff verwendet werden, die keine Luftzuführung benötigen. In der Brennkanmer findet eine kontinuierliche Verbrennung, wie in einer J1eizanlage statt. Die Verbrennungshitze erhitzt die Luftkammer und den Turbinenkanal, die Verbrennungsgase treten an Ende der Verbrennungsröhre, nachdem sie ihre iVarne weitgehend abgegeben haben, aus (bei Fahrzeugmotoren werden sie von dort über eine Leitung dem Auslaß zugefahrt). nei der Verbrennung entstehen hohe Tenperaturen, die Luftkammer und der Turbinenkanal werden stark erhitzt, die Luft in der Luftkammer dehnt sich stark aus und verläßt die Luftkam:ner mit hoher Geschwindigkeit. Die Luft wird nun zunächst über eine Turbine geleitet, die mit dem vor der Luftkammer sitzenden Kompressor verbunden ist und diesen antreibt. Der Kompressor drückt Luft in die Luftka-nn;er. Die erhitzte Luft wird über weitere Turbinen geleitet. Bei einem Düsentriebwerk verläßt die Luft anschließend mit sehr hoher Geschwindigkeit das Triebwerk durch entsprechend geformte Düsen und erzeugt dabei den Rückstoß, den Schub.In the furnace chamber is a heat shield that prevents the heat from burning stops from the outer wall of the combustion tube and directs it to the air chamber, as well as the injection nozzles and, if applicable, the ignition system and air supply. This depends depends on whether an air-fuel mixture is injected or the fuel is injected directly is injected, or fuels such as hydrogen and oxygen are used that do not require an air supply. In the Brennkanmer takes place a continuous Combustion takes place as in a heating system. The heat of combustion heats the air chamber and the turbine duct, the combustion gases enter the end of the combustion tube, after they have largely given their iVarne off (in the case of vehicle engines from there via a line to the outlet). never arise during combustion high temperatures, the air chamber and the turbine duct are strongly heated Air in the air chamber expands strongly and leaves the air chamber at a higher rate Speed. The air is now first passed through a turbine, which with is connected to the compressor in front of the air chamber and drives it. Of the Compressor pushes air into the air duct. The heated air is over further Turbines headed. In the case of a jet engine, the air then leaves with a lot high speed the engine through appropriately shaped nozzles and generates thereby the recoil, the thrust.

9ei Turbinenmotoren nimmt die letzte Turbine die restliche Energie der erhitzten luft auf, die Turbinenumdrehung wird auf das Triebwerk übertragen.In the case of turbine engines, the last turbine takes the remaining energy the heated air, the turbine rotation is transferred to the engine.

In einer bevorzugten Ausführungsforn. der Erfindung, bestimmt für die Anwendung in Fahrzeugen und iiberall dort, wo ein Rückstoß nicht gewünscht Ist, ist die innenliegende shre endlos, vom Ende des Turbinenkanals führt ein, außerhalb der Verbrennungsröhre geführter Luftkanal, wieder in die innerhalb der Verbrennungsröhre angeordnete Luftkammer. Bei dieser Ausführungsform sitzt der Kompressor am Ende des Turbinenkanals. Die Turbinenachse ist zur Kraftübertragung auf das Triebwerk, nach vorne, entgegengesetzt'der Luftströmung durch den Luftkanal hindurch geführt (dies erleichtert die Aidichtung).In a preferred embodiment. of the invention, intended for Use in vehicles and everywhere where recoil is not desired Is, the inner shre is endless, from the end of the turbine duct leads in, outside the air duct led through the combustion tube, back into the inside of the combustion tube arranged air chamber. In this embodiment, the compressor sits at the end of the turbine duct. The turbine axis is for power transmission to the engine, to the front, in the opposite direction to the air flow, passed through the air duct (this makes the ai-poetry easier).

Die endlose Röhre ist mit Luft gefüllt. Die Verbrennungshitze in der umgebenden Brennkammer erhitzt die Luftkammer und den Turbinenkanal, die Luft in der Luftkammer dehnt sich stark aus, schließt das Ventil zum Luftkanal und verläßt die Luftkammer mit hoher Geschwindigkeit und wird über die Turbinen im Turbinenkanal geleitet, die sie antreibt, beim Lauf durch den Turbinenkanal wird die Luft weiter erhitzt und dehnt sich weiter aus. Am Ende des Turbinenkanals wird sie vom Kompressor mit hoher Geschwindigkeit in den außerhalb der Verbrennungsröhre geführten Luftkanal gedrückt. Die Luft kühlt etwas ab und wird mit hohem Druck -infolge der Erhitzung und Ausdehnung und mit hoher Geschwindigkeit wieder in die Luftkammer gepreßt, wo sie weiter erhitzt wird und den Kreislauf wieder antritt.The endless tube is filled with air. The heat of combustion in the surrounding combustion chamber heats the air chamber and the turbine duct, the air in the air chamber expands greatly, closes the valve to the air duct and leaves the air chamber at high speed and is driven over the turbines in the turbine duct that drives them, as the air passes through the turbine duct, the air is passed on heats up and continues to expand. At the end of the turbine duct, it is taken from the compressor at high speed into the air duct outside the combustion tube pressed. The air cools down a little and becomes high pressure as a result of the heating and expansion and pushed back into the air chamber at high speed where it is heated further and the cycle starts again.

In einer weiteren Ausbildungsform wird zusätzlich zum Kraftstoff in die Brennkammer Sauerstoff durch eine Sauerstoffeinspritzdüse eingespritzt, um die Temperatur zu erhöhen und damit die ivlotorleistung und die Beschleunig mg zu steigern.In a further form of training, in addition to fuel, in Oxygen is injected through an oxygen injector to the combustion chamber To increase the temperature and thus to increase the motor power and the acceleration mg.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß damit ein Motor geschaffen ist, der mit allen Kraftstoffen und allen flüssigen und gasförmigen Brennstoffen betrieben werden kann, da in der Brennkammer nur eine einfache Verbrennung zur Wärmeerzeugung notwendig ist, kann er selbst mit Altöl, oder in einer größeren Ausführung, mit schwerem Heizöl betrieben werden, weiterhin darin, daß der Rotor einen unten ',Yirkun"sgrad hat und die Verbrennun£swärme weitgehend in Bewegungsenergieumsetzt, dies bedeutet sparsamer Eraftstoft'verbrauch und wesiig Umweltbelastung durch Abwärme und Giftstoffe, Kraftstoffe mit Bleizusatz sind grundsätzlich nicht erforderlich, insoferne also sogar eine wesentliche Umweltentlastung, die verwendbaren Kraftstoffe sind billiger, der Verbrauch ist gering, der Motor arbeitet besonders wirtschaftlich, in der Ausführung mit dem geschlossenen, endlosen Iuftkreislauf kumulieren diese Effekte, dieser Motor arbeitet mit höchster Wirtschaftlichkeit.The advantages achieved with the invention are in particular: that an engine has been created that works with all fuels and all liquids and gaseous fuels can be operated, as only one in the combustion chamber simple combustion is necessary to generate heat, it can even use waste oil, or in a larger version, can continue to be operated with heavy fuel oil in that the rotor has a lower degree of yirkun and the heat of combustion is largely converted into kinetic energy, this means economical fuel consumption and important Environmental pollution through waste heat and toxins, fuels with added lead are fundamental not necessary, so inasmuch as even a significant reduction in the burden on the environment Usable fuels are cheaper that Consumption is low, the engine works particularly economically, in the version with the closed, These effects accumulate in an endless air cycle, this motor works at maximum Economics.

Weitere besondere Vorteile bestehen insbesondere darin, daß damit ein llotor zur Verbrennung der energiereichen nrennstoffe Wasserstoff und Sauerstoff geschaffen ist, der die bei der Verbrennung dieser stoffe entstehenden sehr hohen Temperaturen optimal nutzt und in Bewegungsenergie ualwandelt. ei Verwendung der Brennstoffe Wasserstoff und Sauerstoff, ein vollkomnen sauber arbeitender Motor, ohne Umweltbelastung durch Giftstoffe.Further particular advantages are in particular that with it a ll engine to burn the high-energy fuels hydrogen and oxygen is created, which is very high when these substances are burned Optimally uses temperatures and converts it into kinetic energy. ei using the Fuels hydrogen and oxygen, a perfectly clean engine, without environmental pollution from toxins.

Ausfahrungsheispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgendem näher beschrieben. Es zeigen Fig. 1 Einen erfindungsgemäßen ;7eißmantelturbinenmotor, die innenliegende Röhre hat vorne Luft Eintritt und hinten Luft-Austritt, sie ist im Abstand von einer zweiten Röhre umgeben, in der die Einspritzdüsen für den Kraftstoff (1) und gegebenenfalls die Zündanlage in die Brennkammer (2) ragen, der Hitzeleitschild (3) leitet die Verbreiinungswärme über die Röhre der Luftkammer und des Turbinenkanals, am offenen Ende der Brennkanmer treten die Verbrennungsgase aus, die Verbrennungsröhre ist von einer wärmedämmenden Isolierung umgeben: geschlossene Lufthülle in einer geschlossenen doppelten Wandung (8) und Isolierschicht (9).Ausfahrungshebeispiele the invention are shown in the drawings and are described in more detail below. 1 shows an inventive ; 7 White jacket turbine engine, the inner tube has air inlet at the front and air at the rear Air outlet, it is surrounded at a distance by a second tube in which the injection nozzles are located for the fuel (1) and possibly the ignition system in the combustion chamber (2) protrude, the heat shield (3) conducts the dissemination heat over the tube of the Air chamber and the turbine duct, the combustion gases enter at the open end of the combustion duct off, the combustion tube is surrounded by a heat-insulating insulation: closed Air envelope in a closed double wall (8) and insulating layer (9).

In der innenliegenden Röhre (7) sitzt vorne, beim Lufteintritt, der Kompressor (6) der von der ersten Turbine (5) angetrieben wird. Die Luftkammer (4) und der Turbinenkanal werden von außen stark erhitzt. Die Luft in der Luftkammer dehnt sich stark aus und verläßt die Luftkammer mit hoher Geschwindigkeit. In the inner tube (7), the Compressor (6) which is driven by the first turbine (5). The air chamber (4) and the turbine duct are strongly heated from the outside. The air in the air chamber expands greatly and leaves the air chamber at high speed.

Die Luft wird nun zunächst über eine Turbine geleitet, die mit dem vor der Luftkammer sitzenden Kompressor verbunden ist und diesen antreibt. Die erhitzte Luft wird über weitere Turbinen (5) geleitet, die sie antreibt und derAUadrehung auf das Triebwerk übertragen wird. Bei Düsentriebwerken verlaBt die Luft anschließend mit sehr hoher Geschwindigkeit den Turbinenkanal durch entsprechend geformte Düsen und erzeugt dabei den Rückstoß, den Schub. The air is first passed through a turbine that is connected to the is connected to the compressor seated in front of the air chamber and drives it. The heated one Air is passed over further turbines (5), which drive them and the rotation is transferred to the engine. In the case of jet engines, the air is then released the turbine duct at very high speed through appropriately shaped nozzles and creates the recoil, the thrust.

In der Figur ist an der Oberseite ces Tteißmantelturbinen motors eine nach vorne geschlossene Brennkammer (2) für die Einspritzung von tiias.erstoí'f und Sauerstoff oder aber von Kraftstoff-Luft-Gemischen von einem Vergaser, oder Zerstaubungsbrenner, gezeigt. An der Unterseite des dargestellten Heißmantelturbinenmotors weist die Brennkammer (2) eine Verbrennungsluftzuführung auf. Hier wird der Kraftstoff in die Luft eingspritzt. In the figure is on the top ces Tteißmantelturbinen motors a forward closed combustion chamber (2) for the injection from tiias.erstoí'f and oxygen or from fuel-air mixtures of one Carburetor, or atomizing burner, shown. At the bottom of the illustrated Hot-jacket turbine engine, the combustion chamber (2) has a combustion air supply on. Here the fuel is injected into the air.

Fig. 2 Einen erfindungsgemäßen tleißmantelturbinenmotor mit endloser innenliegenden Röhre, vom Ende des Turbinenkanals führt ein, außerhalb der Verbrennungsröhre geführter Luftkanal, wieder in die Luftkammer (4), die ein Einlaßventil (10) aufweist.Fig. 2 A tleißmantelturbinenmotor according to the invention with endless inner tube, leading from the end of the turbine duct, outside the combustion tube guided air duct, again into the air chamber (4), which has an inlet valve (10).

Der Kompressor (6) sitzt am Ende des Turbinenkanals. Die Turbinenachse ist zur Kraftübertragung auf das Getriebe, nach vorne, entgegengesetzt der Luftströmung, durch den Luftkanal hindurchgeführt. Die Wirkungsweise ist auf Seite 3 beschrieben. The compressor (6) sits at the end of the turbine duct. The turbine axis is for power transmission to the gearbox, forward, opposite to the air flow, passed through the air duct. The mode of operation is described on page 3.

Die Brenlkammern (2) sind, wie bei Fig. 1 beschrieben, an der Ober- und der Unterseite, aus DarstelluJgseründen, unterschiedlich dargestellt. The burning chambers (2) are, as described in Fig. 1, on the upper and the bottom, for reasons of presentation, shown differently.

Fig. 3 Einen erfindungsgemäßen Heißmantelturbinenmotor mit endloser Luftführungsröhre und zwei Verbrennungsröhren mit Treiz-/Brennkammern. Der Kompressor sitzt jeweils vorne, beim Lufteintritt.Fig. 3 A hot jacket turbine engine according to the invention with endless Air duct and two combustion tubes with firing / combustion chambers. The compressor sits in front at the air inlet.

Die erhitzte Luft zirkuliert unter hohen Druck mit hoher Geschwindigkeit und treibt dabei die Turbinen an. Die Luft wird jeweils in der Luftkammer und im Turbinenkanal weiter erhitzt und beschleunigt. Dies kann fortlaufend, oder im Gegentakt erfolgen. The heated air circulates under high pressure at high speed and drives the turbines. The air is in the air chamber and in the Turbine duct further heated and accelerated. This can be continuous or push-pull take place.

Fig. 4 Einen erfindungsgemäßen FTeißmantelturblnellmotor mit endloser Luftführungsröhre und zwei Verbrernungsröhren mit Brennkammern, ohne Lompressor, mit einer anderen ;sbildung der Rrennka:nmer in der oberen Feiz-, Verbrennungsrohre und einer anderen Ausbildung aer TIltzeleltschilder in dieser Verhrennungsröhre. In der oberen Brennkammer erfolgt die Verbrennung und die Führung der Verbrennungswärme und Verbrennungsgase entgegengesetzt der Strömungsrichtung der Luft. Die erhitzte Luft zirkuliert mit hoher Geschwindigkeit unter hohem Druck und treibt dabei die e Turbinen an. Die Luft wird jeweils in der Luftkammer und im Turbinenkanal weiter erhitzt und beschleunigt. Dies kann kontinuierlich, oder im Gegentakt erfolgen.4 shows a white-jacket turbo-cylinder motor according to the invention with an endless Air duct and two combustion tubes with combustion chambers, without Lompressor, with a different formation of the racing chamber in the upper heating and combustion tubes and another formation of the TIltzeleltschilder in this Verhrnungröhre. The combustion and the management of the combustion heat takes place in the upper combustion chamber and combustion gases opposite to the direction of flow of the air. The heated one Air circulates at high speed under high pressure, propelling the e turbines on. The air continues in the air chamber and in the turbine duct heated and accelerated. This can be done continuously or in push-pull.

Claims

Expectations :

1ijeißmantelturbinenmotor for all fossil fuels and fuels in gaseous or liquid form, and especially for combustion of hydrogen and oxygen, respectively. the additional oxygen injection in the fuel-air mixture, characterized in that an air duct is surrounded at a distance by a combustion tube that has a Thermal insulation - preferred, a double wall attached at a distance of the pipe, which is closed at the pipe ends, as well as one applied to it Insulating layer - and inside it, between the inner wall of the combustion tube and outer wall of the air duct, a combustion chamber that contains the air duct ring-shaped, with I (raft fuel injection nozzles, ignition system and combustion air supply, respectively with injection nozzles for a fuel-air mixture from a carburetor, or Atomizing burner, respectively. with hydrogen and oxygen injectors, benz. at Fuel or fuel-air mixture injection, with additional oxygen injection nozzles, and an annular torch shield placed in the annular combustion chimney goes around, as well as that the combustion tube is open at the end, bezv ;. that in the end the exhaust pipe is attached to the combustion tube; furthermore that the air duct an Luftka.mmer and a turbine duct and Teißluftturbinen in the turbine duct are arranged, of which a turbine with the compressor, which is also in the Luftführurigsröhre sits, is connected.

2. Iteissmantelturbinenmotor according to claim 1, characterized in that that the air duct is open at both ends.

,. Geißr, lantelturbinenm; otor according to claim 2, characterized in, that the open end of the air duct is designed as a thrust nozzle.

4. rfeiß: shell turbine engine according to claim 1, characterized in that that the air duct is endless and one guided outside the combustion tube Has air duct which leads from the end of the turbine duct into the air chamber.

5. T! Eil3mantelturbinenmotor according to claim 2 and 4, characterized in that that the turbine axis is guided out of the hot jacket engine.

6. lleißmantelturbinenmotor according to claim 4, characterized in that that the air chamber has an inlet valve.

7. hot jacket turbines: notor according to claim 4, characterized in that that the endless air duct is surrounded by two combustion tubes.

8. Hot jacket turbine engine according to llnspruch 4, characterized in that that the endless Luftleitun gsröhre is surrounded by several combustion tubes.

9. hot-jacket turbine engine according to claim 4, characterized in that that no compressor is installed in the air duct.

10. Hot-jacket turbine engine according to claim 4, characterized in that that the air duct guided outside the combustion tube has a cooling system.

11. Hot jacket turbine engine according to claim 10, characterized in that that the cooling of the air duct is air cooling and the air duct is ribbed Has surface.

12. Hot jacket turbine engine according to claim 10, characterized in that that the cooling of the air duct is liquid-time cooling -preferably, a water cooler- is.