DE2452147A1

DE2452147A1 - Self-acting control device for gas generators - employing catalytic formation of gas from energy carrying liqs

Info

Publication number: DE2452147A1
Application number: DE19742452147
Authority: DE
Inventors: Hermann Ramaker; Eckard Rolf
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Priority date: 1974-11-02
Filing date: 1974-11-02
Publication date: 1976-05-06

Abstract

In a control device for gas generators in which the gas is generated by exothermic catalytic decompsn. of a liq. energy carrier, a throttling valve is provided in the inlet for the liq. energy carrier, and the valve setting is determined and fixed by a device sensing the temp. in the gas generator. Only small amts. of liq. enter the catalyst under cold conditions. This prevents flooding and supercooling of the catalyst which could subsequently lead to an explosion.

Description

Regeleinrichtung für Gaserzeuger Die Erfindung betrifft eine automatische Regeleinrichtung für den Zufluß des Energieträgers in einem Gaserzeuger, in dem der Energieträger katalytisch zersetzt wird und in einer exothermen Reaktion hochwertige Arbeitsgase erzeugt. Control device for gas generators The invention relates to an automatic Control device for the inflow of the energy carrier in a gas generator in which the energy source is catalytically decomposed and high quality in an exothermic reaction Working gases generated.

Es.sind zahlreiche Gaserzcuger bekannt, in denen flüssige YnerPigträger, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe, Hydrazin usw., durch eine katalytische Reaktion in hochwertige Arbeitsgase zersetzt werden. Dabei wird im allgemeinen der Energieträger über ein Einspritzsystem möglichst fein verteilt auf den beispielsweise granulatförmigen Katalysator gespritzt und durch Kontakt mit dem Katalysatormaterial in gasförmige Komponenten zerlegt Bei vielen Kataly- satormaterialien ist dabei eine Temperaturabhängigkeit ihrer Wirksamkeit festzustellen, und zwar in dem Sinne, daß der Wirkungsgrad mit steigender Temperatur erhöht wird. Eine Abkühlung, beispielsweise dadurch, daß der im allgemeinen kalte, flüssige Energieträger in zu großen engen zugeführt wird, kann dazu führen, daß insbesondere beim Einschalten der Geräte unginstige Reaktion verzugszeiten mit der Folge einer ungleichmäßigen Zersetzung verminderter Gasqualität auftreten. Durch einen Reaktionsverzug önnen Ansammlungen des Enerbieträgers auch derart reagieren, daß es zu unerwünschten Gasdruckspitzen, ja gegebenenfalls zu einer Explosion des Gaserzeugers kommt. Auch mit Einsatz der exothermen Reaktion kann es bei zu großer Flüssigkeitszufuhr zu einer Abkühlung des Katalysators mit den vorerwähnten Nachteilen kommen. Die Betriebs- und Funktionssicherheit eines solchen Gaserzeugers ist demnach wesentlich von einer ausreichenden Betriebstemperatur abhängig.Numerous gas generators are known in which liquid Yner-Pig carriers, such as hydrocarbons, hydrazine, etc., through a catalytic reaction decomposed into high quality working gases will. In general the energy carrier is distributed as finely as possible on the, for example, via an injection system granular catalyst injected and through contact with the catalyst material broken down into gaseous components With many catalyst materials is included determine a temperature dependence of their effectiveness, in the sense that that the efficiency is increased with increasing temperature. A cool down, for example by the fact that the generally cold, liquid energy source is too tight is fed, can lead to unfavorable, especially when switching on the devices Reduced reaction delay times with the consequence of uneven decomposition Gas quality occur. Due to a delay in reaction, accumulations of the energy carrier can occur also react in such a way that there are undesirable gas pressure peaks, yes possibly the gas generator explodes. Even with the use of the exothermic reaction If the liquid supply is too large, the catalyst can also cool down come to the aforementioned disadvantages. The operational and functional safety of a such a gas generator is therefore essentially of a sufficient operating temperature addicted.

Es sind deswegen bereits Vorschläge gemacht worden, den Katalysator durch Wärmezufuhr von außen bereits vor dem Einschalten der Geräte vorzuwärmen und auch während des Betriebs von außen her die Temperatur im Gaserzeuger zu überwachen. Andere Vorschläge gehen dahin, vor dem eigentlichen Einschalten des Gerätes kurzzeitig eine bestimmte Menge des flüssigen Energieträgers in den Katalysator einzuspritzen und die infolge des exothermen Zerfalls freiwerdende Wärme zum Vorheizen des Katalysators zu verwenden.For this reason, proposals have already been made, the catalyst to preheat by supplying heat from the outside before switching on the devices and to monitor the temperature in the gas generator from the outside even during operation. Other suggestions are for a short time before the device is actually switched on To inject a certain amount of the liquid energy carrier into the catalyst and the heat released as a result of the exothermic decomposition to preheat the catalyst to use.

Dieses Verfahren nützt aber nichts, wen während des Betriebs der Katalysator durch eine zu große Flüssigkeitszufuhr wieder abgekühlt wird.However, this process is of no use if the catalyst is in operation is cooled down again by excessive liquid intake.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache selbstregelnde und im Gaserzeuger integrierte Vorrichtung zu schaffen, die den Durchsatz des flüssigen Energieträgers optimal der Temperatur des Katalysators anpaßt, so daß ein schnellst-mögliches Aufheizen während der Anlaufphase und eine gleichbleibend günstige Zersetzungstemperatur im Gaserzeuger während der Betriebsphase gewährleistet ist.The object of the present invention is to provide a simple self-regulating and to create a device integrated in the gas generator, which increases the throughput of the liquid Energy carrier optimally adapts to the temperature of the catalyst, so that the fastest possible Heating up during the start-up phase and a consistently favorable decomposition temperature is guaranteed in the gas generator during the operating phase.

Die Regeleinrichtung nach der vorliegenden Erfindung ist dadurchgekennzeichnet, daß im Zulauf für den flüssigen Energieträger ein Drosselventil vorgesehen list, das durch ein von der Temperatur im Gaserzeuger beaufschlagtes Steuermittel verstellbar ist.The control device according to the present invention is characterized that a throttle valve is provided in the inlet for the liquid energy carrier, adjustable by a control means acted upon by the temperature in the gas generator is.

Vorzugsweise ist das Drosselventil als axial verstellbarer Hohlzylinder ausgebildet, der im Bereich radialer Ausflußöffnungen im ASaufrohr für den flüssigen Energieträger angeordnet ist.-Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform ist das Drosselventil als drehbarer Hohlzylinder ausgebildet, der mit radialen Ausflußöffnungen im Bereich-ebensolcher Öffnungen im Zulaufrohr für den flüssigen Energieträger versehen ist. Als Steuermittel für das Drosselventil ist in beiden Fällen ein temperaturempfind lichts Stellglied vorgesehen, das im Gasgenerator selbst angeordnet ist.The throttle valve is preferably an axially adjustable hollow cylinder formed, the in the area of radial outflow openings in the ASaufrohr for the liquid Energy carrier is arranged.-In another advantageous embodiment the throttle valve designed as a rotatable hollow cylinder with radial outflow openings in the area of the same openings in the inlet pipe for the liquid energy carrier is. In both cases, a temperature-sensitive device is used as the control means for the throttle valve light actuator provided, which is arranged in the gas generator itself.

Der Vorteil dieser erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist darin zu sehen, daß beim Einschalten des Gaserzeugers nur eine geringe Menge des flüssigen Energieträgers -mit dem Katalysator in Berührung kommt und zunächst durch die exotherme Reaktion für eine Aufheizung des Katalysators sorgt. Mit steigender Temperatur wird das temperaturempfindliche Stellglied für das Drosselventil wirksam, so daß in Abhängigkeit von der Temperatur des Katalysators selbst der Zulauf des flüssigen Energieträgers geregelt wird.The advantage of this control device according to the invention is therein too see that when you turn on the gas generator only a small amount of the liquid Energy carrier -with the catalyst comes into contact and initially through the exothermic Reaction ensures heating of the catalyst. As the temperature rises, the temperature-sensitive actuator for the throttle valve effective, so that depending on the temperature of the catalyst itself, the inflow of the liquid energy carrier is regulated.

Durch geeignete Auswahl der von dem Drosselventil beeinflußten Zulaufquerschnitte ist es leicht möglich, die günstigste Zersetzungstemperatur im. Gaserzeuger aufrecht zu erhalten.By suitable selection of those influenced by the throttle valve Inlet cross-sections it is easily possible to find the most favorable decomposition temperature in the. Gas generator upright to obtain.

In den beigefügten Zeichnungen sind zwei Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemäße Regeleinrlchtung dargestellt. Und zwar zeigen: Figur 1 eine Prinzipskizze eines bekannten Gaserzeugers, Figur 2 im Schnitt eine Regeleinrichtung nach der Erfindung mit einem axial verstellbaren Drosselventil, Figur 3 einen Schnitt durch die Figur 2 nach der Schnittlinie III/III und Figur 4 einen Schnitt durch eine Regeleinrichtung mit einem drehbar angeordneten Drosselventil.In the accompanying drawings are two embodiments for the control device according to the invention shown. In fact show: Figure 1 a Schematic diagram of a known gas generator, FIG. 2, in section, a control device according to the invention with an axially adjustable throttle valve, Figure 3 is a section through FIG. 2 according to the section line III / III and FIG. 4 a section through a control device with a rotatably arranged throttle valve.

In der Figur 1 ist mit 1 der Vorratsbehälter für den flüssigen Energieträger bezeichnet, der durch das Zulaufrohr 2 mit dem Einschaltventil 3 mit dem Gaserzeuger 4 verbunden list, in dessen Inneren der ICatalysator 5 in bekannter lleise angeordnet ist. Am unteren Ende des Gaserzeugers 4 ist die Rohrleitung 6 vorgesehen, durch das die im Gaserzeuger entstandenen Arbeitsgase dem (nichtdargestellten) Verbraucher 7 zugeführt werden. im Bereich des strich-punktierten Kreises, der mit Figur 2 bezeichnet ist, ist die Regeleinrichtung nach der Erfindung eigebaut.In FIG. 1, 1 is the storage container for the liquid energy carrier denotes, which through the inlet pipe 2 with the on-off valve 3 with the gas generator 4 connected list, inside which the catalytic converter 5 is arranged in a known manner is. At the lower end of the gas generator 4, the pipeline 6 is provided through that the working gases created in the gas generator to the consumer (not shown) 7 are fed. in the area of the dash-dotted circle denoted by FIG is, the control device is built in according to the invention.

Am gaserzeugerseitigen Ende des Zulaufrohrs 2 sind radiale Schlitze 24 vorgesehen, durch die der flüssige-Energieträger in den Einspritzraum 22 zwischen der Gehäusewand 23 und der Einspritzplatte 26 nach Öffnung. des Einschaltventils 3 gelangt. Diese Schlitze 24 sind vor dem Einschalten des Gaserzeugers fast vollständig durch den Hohlzylinder 21 abgedeckt, der durch Stege 27 mit der Steuerstange 28 verbunden ist. Diese Steuerstange 28 ist an ihrem unteren Ende mit dem Bimetallstreifen 25 gekoppelt, der auf der Unterseite der Einspritzplatte 26 unmittelbar oberhalb des Katalysators 5 befestigt ist. Die Einspritzplatte 26 ist mit einer Vielzahl von Einspritzdüsen 29 versehen.At the end of the inlet pipe 2 on the gas generator side there are radial slots 24 provided, through which the liquid energy carrier in the injection chamber 22 between the housing wall 23 and the injection plate 26 after opening. of the on-off valve 3 arrives. These slots 24 are almost complete before the gas generator is switched on by the hollow cylinder 21 is covered, which is connected to the control rod 28 by webs 27 is. This control rod 28 is connected to the bimetal strip 25 at its lower end coupled, which is on the underside of the injection plate 26 immediately above the Catalyst 5 is attached. The injection plate 26 is provided with a variety of Injection nozzles 29 are provided.

Die Wirkungsweise dieser Regeleinrichtung ist folgende: Beim Öffnen des Einschaltventils 3 fließt der in bekannter Weise unter Druck stehende Energieträger über das Zulaufrohr 2 durch den Hohlzylinder 21 und die Schlitze am unteren Ende des Zulaufs 2 in den Einspritzraum 22 und durch die Einspritzdusen 29 in das Katalysatormaterial 5. Dadurch. daß der Hohlzylinder 21 die Schlitze 24 fast vollständig abdeckt, gelangt aber pro Zeiteinheit nur eine kleine Menge des flüssigen Energieträgers in den Einspritzraun 22 und durch die Einspritzdüsen 29 zum Katalysator 5. Diese geringe Flüssigkeitsmenge bewirkt durch die exotherme Reaktion beim katalytischen Zerfall eine Aufheizung des Katalysatormaterials, ohne daß es dabei zu den oben beschriebenen negativen Erschainungen kommen kann. Mit zunehmender Temperatur bewirkt jedoch der Bimetallstreifen 25 ein Anheben der Steuerstange 28 und damit auch des Hohlzylinders 21. Diese Verstellung des IIoblzylinders 21 bewirkt aber eine zunehmende Öffnung der Schlitze 24, so daß der flüssige Energieträger in zunehmender Menge dem Katalysator zugeführt werden kann. Die zur Verstellung des Hohlzylinders benötigten Kräfte sind nur klein, weil auf den Hohlzylinder selbst durch die unter Druck stehende Flüssigkeit auf diesen praktisch keine Kräfte ausgeübt werden.The mode of operation of this control device is as follows: When opening the switch-on valve 3 flows in a known manner under pressure energy via the inlet pipe 2 through the hollow cylinder 21 and the slots at the lower end of the inlet 2 into the injection chamber 22 and through the injection nozzles 29 into the catalyst material 5. This. that the hollow cylinder 21 covers the slots 24 almost completely, arrives but only a small amount of the liquid energy carrier into the injection chamber per unit of time 22 and through the injection nozzles 29 to the catalytic converter 5. This small amount of liquid causes heating due to the exothermic reaction during catalytic decomposition of the catalyst material without causing the negative effects described above Appearances can come. However, as the temperature increases, the bimetal strip causes 25 a lifting of the control rod 28 and thus also of the hollow cylinder 21. This adjustment of the IIoblzylinders 21 but causes an increasing opening of the slots 24, so that the liquid energy carrier is fed to the catalyst in increasing quantities can. The forces required to adjust the hollow cylinder are only small because on the hollow cylinder itself through the pressurized liquid on it practically no forces are exerted.

In der Figur 4 ist anstelle des axial verstellbaren Hohlzylinders 21 der Figur 2 ein drehbarer Hohlzylinder 41 vorgesehen, der an seinem unteren Ende eine Vielzahl radialer Ausflußöffnungen 50 aufweist. Dementsprechend sind am unteren Ende des Zulaufs 2 anstelle breiter Schlitze 24, wie in Figur 2, eine Vielzahl in ihren Ausmaßen den Ausflußöffnungen 50 angepaßte radiale Öffnungen 44 vorgesehen, die vor dem Einschalten des Gerätes weitgehend durch die Stege 51 zwischen den Ausflußöffnungen 50 abgedeckt sind. Als Stellmittel für die Steuerstange 48 ist eine Bimetallspirale 45-an der Unterseite der Einspritzplatte 46 befestigt Die Wirkungsweise dieser Regeleinrichtung entspricht in vollem Umfang der in der Figur 2 dargestellten Einrichtung mit dem Unterschied, daß anstelle der Axialbewegung des Hohlzylinders 21 die Drehbewegung des Hohlzylinders 41 tritt. Diese Drehbewegu2lg führt in Abhängigkeit von der Temperatur im Gaserzeuger zu einer mehr oder weniger großen Freigabe der Austrittsöffnungen 44.In the figure 4 is instead of the axially adjustable hollow cylinder 21 of Figure 2, a rotatable hollow cylinder 41 is provided, which at its lower end has a plurality of radial outflow openings 50. Accordingly are at the bottom End of inflow 2 instead of wide slots 24, as in Figure 2, a multiplicity of radial openings adapted to the dimensions of the outflow openings 50 44 is provided which, before the device is switched on, largely through the webs 51 between the outflow openings 50 are covered. As an adjusting means for the control rod 48, a bimetal spiral 45 is attached to the underside of the injection plate 46 The mode of operation of this control device corresponds fully to that in Figure 2 device shown with the difference that instead of the axial movement of the hollow cylinder 21, the rotary movement of the hollow cylinder 41 occurs. This rotary movement leads to a more or less depending on the temperature in the gas generator large clearance of the outlet openings 44.

- Patentansprüche - - patent claims -

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e control device for gas generators, in those by catalytic decomposition of a liquid energy carrier in an exothermic Reaction working gases can be produced, thereby g e k e n n -z e i c h-n e t that A throttle valve (21, 41) is provided in the inlet (2) for the liquid energy carrier by a control means acted upon by the temperature in the gas generator (4) (25, 45) is adjustable.

2. Control device according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c It should be noted that the throttle valve is designed as an axially adjustable hollow cylinder (21) is that in the area of radial outflow openings (24) in the inlet pipe for the liquid Energy carrier is arranged.

3. Control device according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the throttle valve is designed as a rotatable hollow cylinder (41), with radial outflow openings (43) in the area of the same openings (44) in the Feed pipe for the liquid energy carrier is provided.

4. Control device according to claim 2 or 3, characterized in that g e k e n n -z e i c h e t that a temperature-sensitive actuator (25, 45) is arranged in the gas generator.