DE3520208C2 - Verbrennungsvorrichtung in einer Heißgasmaschine, insbesondere einer Stirlingmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des einzigen Anspruchs.

Eine Verbrennungsvorrichtung dieser Art ist aus SE-AS 428 599 bekannt, wobei Dieselöl mit im wesentlichen reinem Sauerstoff in einem einzigen Schritt verbrannt und dabei die höchste Verbrennungstemperatur über eine fortlaufende Rezirkulation eines Teils der Verbrennungsgase nach ihrer Abkühlung verringert wird. Es ist eine Leitung zum Zuführen von Sauerstoff und eine Leitung zum Führen der Verbrennungsgase zu einem Schacht vorgesehen. Die Sauerstoffleitung und die Leitung für die Verbrennungsgase bilden Teile eines Ejektors, dessen Abgaseseite zu einer Düse zum Zuführen des Dieselöls gerichtet ist.

Eine derartige Vorrichtung soll bei einer Heißgasmaschine, insbesondere einer Stirlingmaschine, verwendet werden, die ohne Zuführung von Luft arbeitet und somit für den Antrieb eines Unterseebootes geeignet ist.

Die Leitungen für die Sauerstoffzufuhr und zum Führen der Verbrennungsgase 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 Betriebs der Vorrichtung, insbesondere während des Anlaufens der Vorrichtung, treten erhebliche Temperaturschwankungen auf. Dies führt zu Änderungen der relativen Lage der Leitungen und bringt Fehler in der Rezirkulation der Verbrennungsgase mit sich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art so auszubilden, daß sich bei Temperaturänderungen kein Einfluß auf die Geometrie der Ejektoren ergibt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des einzigen Anspruchs gelöst.

Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vertikalschnittansicht durch das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Vertikalschnittansicht 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 Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

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 rotationssymmetrische Brennkammer für die Verbrennung. Die Brennkammer 4 wird teilweise von Heizrohren 5 begrenzt, zwischen denen Zwischenräume bleiben, durch die die gebildeten Verbrennungsgase die Brennkammer 4 verlassen können und in eine die Brennkammer 4 umgebende ringförmige Verbrennungsgaskammer 6 strömen können. Diese Verbrennungskammer 6 ist mit einem nicht dargestellten Gasauslaß verbunden.

Die Brennkammer 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 Sauerstoffversorgungsrohr 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 Brennstoffdüse 13 aufgenommen werden kann, die in Fig. 1 dargestellt ist. Die Nabe 7 weist eine untere breitere Bohrung 14 auf, die mit der Brennkammer 4 in Verbindung steht. Eine Anzahl von Ejektoren 15 mündet gleichfalls wie die Brennstoffdüse 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 Brennkammer 4 einen Wirbel zu erzeugen. Sauerstoff, der auch 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 Sauerstoffkammer 19 mit dem Sauerstoffversorgungsrohr 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 Venturirohres 16 starr mit der Nabe 7 verbunden sein kann. Beliebige Verformungen oder Winkelversetzungen 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 Brennkammer 4 gebildeten Verbrennungsgase gehen zwischen den Heizrohren 5 hindurch in die Verbrennungsgaskammer 6 und werden erheblich, beispielsweise von 1400°C auf 800°C abgekühlt. Ein Teil der abgekühlten Verbrennungsgase wird dann in den Zwischenraum 10 aus der Verbrennungsgaskammer 6 eingesaugt.

Es versteht sich, daß der in Fig. 2 dargestellte Teil der Vorrichtung nur durch das Sauerstoffversorgungsrohr 11 aufgehängt ist. Die Vorrichtung wird gleichfalls durch die Brennstoffdüse 13 geführt, die jedoch durch ein sehr langes und flexibles Rohr 21 gehalten ist. Der Außenumfang der Abdeckungen 8 und 9 wird durch die Heizrohre 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 Vorrichtung verwandt werden kann.

Während des normalen Betriebes 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 Verbrennungsgase von der Verbrennungsgaskammer 6 zurück zur Brennkammer 4 zu führen. Das Sauerstoffversorgungsrohr 11 und das flexible Rohr 21 mit der Brennstoffdüse 13 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.

Claims (1)

1. Verbrennungsvorrichtung in einer Heißgasmaschine, insbesondere einer Stirlingmaschine, wobei Brennstoff und Sauerstoff, mit einem Teil der während der Verbrennung gebildeten Verbrennungsgase gemischt, verbrannt werden, mit Heizrohren (5), die eine im wesentlichen rotationssymmetrische Brennkammer (4) umgeben, in der die Verbrennung erfolgt, wobei zwischen den Heizrohren (5) Zwischenräume existieren, durch die die Verbrennungsgase aus der Brennkammer (4) in eine die Brennkammer (4) umgebende ringförmige Verbrennungsgaskammer (6) eintreten, und mit einer Vielzahl von Ejektoren (15), die den für die Verbrennung vorgesehenen Sauerstoff als Treibgas verwenden, um einen Teil der Verbrennungsgase aus der Verbrennungsgaskammer (6) einzusaugen, wobei die Mündungen (17) der Ejektoren (15) auf eine Brennstoffdüse (13) hin gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Ejektoren (15) von Rohren (18) getragen werden, die um annähernd 180° gebogen und mit einer Nabe (7) verbunden sind, in der eine ringförmige Sauerstoffkammer (19) vorgesehen ist, wobei die Nabe (7) von einem Sauerstoffversorgungsrohr (11) getragen wird und ihrerseits zwei scheibenförmige Abdeckungen (8, 9) trägt, zwischen denen ein Zwischenraum (10) bleibt, in dem die Ejektoren (15) angeordnet sind, wobei die äußeren Ränder der Abdeckungen (8, 9) in die ringförmige Verbrennungsgaskammer (6) ragen, so daß der Zwischenraum (10) zwischen den Abdeckungen (8, 9) mit der Verbrennungsgaskammer (6) verbunden ist.