DE3520208A1

DE3520208A1 - Vorrichtung zum verbrennen eines brennstoffes und sauerstoff

Info

Publication number: DE3520208A1
Application number: DE19853520208
Authority: DE
Inventors: Tommy Oxie Backheim
Original assignee: United Stirling AB and Co
Current assignee: United Stirling AB and Co
Priority date: 1984-06-05
Filing date: 1985-06-05
Publication date: 1985-12-12
Anticipated expiration: 2005-06-06
Also published as: IT1206476B; FR2565328A1; JPS611915A; DE3520208C2; GB2159885B; JPH023086B2; US4613299A; GB2159885A; GB8513190D0; SE8403010D0; FR2565328B1; SE439057B; IT8521033A0

Description

3520200

Vorrichtung zum Verbrennen eines Brennstoffes und Sauerstoff

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verbrennen eines Brennstoffes und Sauerstoff, die mit einem Teil der Verbrennungsgase gemischt sind, die während der Verbrennung gebildet werden.

In der Schwedischen Patentschrift 8003953-0 ist eine Vorrichtung zum Verbrennen von Dieselöl mit im wesentlichen reinem Sauerstoff in einem einzigen Schritt beschrieben, wobei die Spitzenverbrennungstemperatur über eine fortlaufende Rezirkulation eines Teils der Verbrennungsgase nach ihrer Abkühlung verringert wird. Die bekannte Vorrichtung umfaßt eine Leitung zum Zuführen von im wesentlichen reinem Sauerstoff und eine Leitung zum Führen der Verbrennungsgase zu einem Schacht. Die Leitung zum Zuführen des reinen Sauerstoffs und die Leitung für die Verbrennungsgase bilden Teile eines Ejektors, dessen Abgabeseite zu einer Düse zum Zuführen des Dieselöls gerichtet ist.

Eine derartige Vorrichtung soll bei einer Heißgasmaschine, beispielsweise einer Stirling-Maschine, verwandt werden, die ohne Zuführung von Luft arbeiten sollte und somit für den Antrieb eines Unterseebootes geeignet ist.

Die Leitungen zum Zuführen des Sauerstoffes und zum Leiten des Verbrennungsgases zum Schacht sind in einem Stück mit den Wänden ausgebildet, die die Verbrennungskammer begrenzen, in der ein ziemlich hoher Druck von beispielsweise 3 Mpa herrscht.

Die Leitungen stehen somit in engem Kontakt mit sehr schweren Bauelementen. Während des Betriebes der Vorrichtung werden große Änderungen in der Temperatur, insbesondere natürlich während des Anlaufens der Vorrichtung auftreten. Das führt zu Änderungen in der relativen Lage der Leitungen und bringt Fehler in der Rezirkulation der Verbrennungsgase mit sich.

Durch die Erfindung soll eine Vorrichtung der oben beschriebenen Art geschaffen werden, bei der Temperaturänderungen keinen Einfluß auf die Geometrie der Injektoren haben.

Die Erfindung betrifft somit eine Vorrichtung zum Verbrennen eines Brennstoffes und Sauerstoff, die mit einem Teil der Abgase gemischt sind, die während der Verbrennung gebildet werden, welche Vorrichtung Wände, die eine im wesentlichen rotationssymmetrische Plenumkammer begrenzen, in der die Verbrennung erfolgt, wobei diese Wände Heizrohre umfassen, zwischen denen Zwischenräume bleiben, durch die die Verbrennungsgase die Kammer verlassen können, sowie eine Vielzahl von Injektoren umfaßt, die reinen Sauerstoff als Treibgas zum Ansaugen eines Teiles des Verbrennungsgases verwenden, das die Zwischenräume zwischen den Heizrohen passiert hat, und ist dadurch gekennzeichnet, daß die Injektoren von Rohren getragen j sind, die um annähernd 180° gebogen und mit einer Nabe verbun-ί den sind, in der ein ringförmiger Sauerstoff Versorgungskanal

vorgesehen ist, wobei die Nabe von einem Sauerstoffversorgungs-[' rohr getragen ist und zwei scheibenförmige Abdeckungen trägt, zwischen denen ein Zwischenraum bleibt, in dem die Ejektoren angeordnet sind, und der Außenumfang der Scheiben neben einer ringförmigen Verbrennungsgaskammer stromabwärts von den Heizrohren endet.

Im folgenden wird anhand der zugehörigen Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig.1 eine Vertikalschnittansicht durch das Aus

führungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig.2 eine Vertikal Schnittansicht durch einen

Teil des Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig.3 eine Schnittansicht durch einen Ejektor,

der bei dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwandt wird, und

Fig.4 eine Draufsicht auf einen Teil des Aus

führungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In der Zeichnung, und insbesondere in Fig -1 ist eine Verkleidung 1 dargestellt, die eine Kammer umschließt, in der ein hoher Druck von beispielsweise 3 Mpa herrschen kann. Wärmeisoliermaterialien 2 und 3 schützen die Verkleidung 1 und verhindern Wärmeverluste für den Fall, daß eine hohe Temperatur

: in den mittleren Teilen 4 der Kammer herrscht, die von der Verkleidung 1 umschlossen ist.

Der mittlere Teil 4 bildet eine im wesentlichen rotationssym-

metrische Plenumkammer für die Verbrennung. Die Plenumverbren- \ nungskammer 4 wird teilweise von Heizrohren 5 begrenzt,zwisehen denen Zwischenräume bleiben, durch die die gebildeten \ Verbrennungsgase die Kammer 4 verlassen können und in eine :' umgebende Ringkammer δ strömen können. Diese Ringkammer 6 ist mit einem nicht dargestellten Gasauslaß verbunden.

Die Kammer 4 wird auch von einem Teil der separat in den Fig.

2 und 4 etwas vergrößert als in Fig.1 dargestellten Vorrichtung begrenzt.

Der in Fig.2 und 4 dargestellte Teil umfaßt eine Nabe 7, die zwei scheibenförmige Abdeckungen 8,9 trägt, zwischen denen ein Zwischenraum 10 bleibt. Die Nabe 7 wird von einem Sauerstoff versorgungsrohr 11 gehalten, das dreimal um 90° gebogen ist, wodurch es sehr flexibel und gegenüber den thermischen Spannungen beständig ist. Die Nabe 7 weist eine vertikale mittlere Öffnung 12 auf, in der eine Olversorgungsdüse 13 aufgenommen werden kann, die in Fig.1 dargestellt ist. Die Nabe 7 weist eine untere breitere Bohrung 14 auf, die mit der Kammer 4 in Verbindung steht. Eine Anzahl von Ejektoren 15 mündet gleichfalls wie die Düse 13 in die Bohrung 14. Die Ejektoren 15 sind am besten in Fig.4 dargestellt, Einzelheiten sind am besten aus Fig.3 zu entnehmen.

Jeder Ejektor 15 umfaßt ein Venturirohr 16, dessen Ausgangsöffnung 17 zur mittleren vertikalen Achse der Nabe 7 versetzt gerichtet ist, um in der Kammer 14 einen Wirbel zu erzeugen. Sauerstoff, der als Treibgas verwandt wird, wird über ein Rohr 18 zugeführt, das um 180° gebogen und mit der Nabe 7 verbunden ist. Das Rohr 18 steht mit einer ringförmigen Sauerstoffkammer 19 in der Nabe 7 in Verbindung, wobei die Kammer 19 mit dem Rohr 11 verbunden ist. Das Rohr 18 ist sehr flexibel und kann sich ändernden Temperaturen ausgesetzt werden, ohne daß ernste Spannungen am Ejektor 15 auftreten, obwohl das Ausgangsende 17 des Rohres 16 starr mit der Nabe 7 verbunden sein kann. Beliebige Verformungen oder Winkel Versetzungen der Aufhängung des Ejektors 15 werden daher keinen Einfluß auf seine Funktion haben.

Die Ejektoren 15 saugen Verbrennungsgase durch die hinteren Enden 20 der Venturirohre 16 ein.

Die in der Verbrennungskammer 4 gebildeten Verbrennungsgase gehen zwischen den Rohren 5 hindurch in die Kammer 6 und werden erheblich, beispielsweise von 1400⁰C auf 800⁰C abgekühlt. Ein Teil der abgekühlten Gase wird dann in den Raum von der Kammer 6 eingesaugt.

Es versteht sich, daß der in Fig.2 dargestellte Teil der Vorrichtung nur durch das Rohr 11 aufgehängt ist. Die Vorrichtung wird gleichfalls durch die Düse 13 geführt, die jedoch durch ein sehr langes und flexibles Rohr 21 gehalten ist. Der Außenumfang der Abdeckungen 8 und 9 wird durch die Rohre 5 und die Isolierung 3 geführt, wobei diese Führung jedoch erhebliche relative Bewegungen zuläßt, ohne mechanische Spannungen hervorzurufen.

In Fig.1 ist weiterhin eine zurückziehbare Glühkerze 22 dargestellt, die zur Zündung während des Anlaufens der Maschine verwandt werden kann.

Während des normalen Betriebes der Maschine sind die Teile, deren Temperatur während des Anlaufens ansteigt, Verformungen und Änderungen in ihrer relativen Lage ausgesetzt.

Beliebige derartige Verformungen werden jedoch keinen Einfluß auf die Funktion und die Zuverlässigkeit der Vorrichtung haben. Die beiden Abdeckungen 8 und 9 können um einige Millimeter verformt werden und dennoch ihre richtige Funktion beibehalten, nämlich einen Teil der Abgase von der Kammer 6 zurück zur Verbrennungskammer 4 zu führen. Die Rohre 11 und 21 können Bewegungen der Nabe 7 folgen. Die Ejektoren 15 können Änderungen in ihren Richtungen aufgrund der Bewegungen der Rohre 18 ausgesetzt sein, ihre Hauptaufgabe, nämlich einen bestimmten Anteil an Sauerstoff und rezirkuliertem Verbrennungsgas zu liefern, werden sie jedoch unverändert erfüllen.

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Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E.Assmann Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PAT E N TA N WÄ LT E

ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT O F F I C L·

3/Li Case 148

UNITED STIRLING AB, MALMÖ/Schweden

Vorrichtung zum Verbrennen eines Brenn-Stoffhund. Sauerstoff ___.

PATENTANSPRÜCHE

Vorrichtung zum Verbrennen eines Brennstoffes und Sauerstoff, die mit einem Teil der während der Verbrennung gebildeten Verbrennungsgase gemischt sind, mit Wänden, die eine im wesentlichen rotationssymmetrische Plenumkammer begrenzen, in der die Verbrennung erfolgt, wobei die Wände Heizrohre umfassen, zwischen denen Zwischenräume bleiben, durch die die Verbrennungsgase die Kammer verlassen können, und mit einer Vielzahl von Ejektoren, die reinen Sauerstoff als Treibgas verwenden, um einen Teil des Abgases einzusaugen, das die Zwischenräume zwischen den Heizrohren passiert hat, dadurch gekennzeichnet, daß die Ejektoren von Rohren getragen sind, die um annähernd 180° gebogen und mit einer Nabe verbunden sind, in der ein ringförmiger Sauerstoff Versorgungskanal vorgesehen ist, wobei die Nabe von einem Sauerstoffversor-

gungsrohr getragen wird und zwei scheibenförmige Abdeckun gen trägt, zwischen denen ein Zwischenraum bleibt, in dem die Ejektoren angeordnet sind,und der Außenumfang der Scheiben neben der ringförmigen Verbrennungsgaskammer stromabwärts von den Heizrohren endet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Ejektoren zusätzlich durch die Nabe geführt sind.