DE6606130U

DE6606130U - Generator zur erzeugung von heissgas

Info

Publication number: DE6606130U
Application number: DE6606130U
Authority: DE
Original assignee: CAV Ltd
Current assignee: CAV Ltd
Priority date: 1967-04-27
Filing date: 1968-04-26
Publication date: 1970-09-03
Also published as: NL6805996A; FR1576471A; US3498593A; CH474666A; BE714316A

Description

C. A. V. LIMITED
Warple Way, Acton
London / England

Generator zur Erzeugung von Heißgas

Die Erfindung betrifft einen Generator z-ur Erzeugung von Heißgas mit einer Verbrennungskammer und einem Brenner. Mit Heißgasgeneratoren werden große Mengen von erwärmten Gasen erzeugt. Heißgas wird in großem Umfange zur Austrocknung von neuen Gebäuden verwendet, sowie zur Trocknung von frischgeschnittenen Ernten. Es wird außerdem angewandt, uisfoesondere Materialien, wie beispielsweise Gießereisand, zu trocknen. Dies sind nur ein paar Beispiele für die großen Anwendungsmöglichkeiten, die bei Anwendung von nichttoxischen Heißgasen noch ausgedehnt werden können, beispielsweise auf die Verwendung der heißen Gase als Raumheizung von großen Gebäuden.

Generatoren zur Erzeugung von Heißgas sind bekannt, in denen

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weise geringen Druck zugeführt wird. Diese Generatoren liefern nur eine vergleichsweise geringe Menge an heißen Gasen. Üblicherweise enthalten sie einen elektrischen Motor, der einen Lüfter antreibt, mit dem die Verbrennungsluft angesaugt wird. Zusätzlich treibt der Motor in dem Fall, wo flüssiger Brennstoff verbrannt wird, eine Brennstoffpumpe an, die Brennstoff aus einen der üblichen Brennstofftanks zu einem Brenner fördert. Solche Generatoren müssen, um große Mengen von Heißgasen herzustellen, groß ausgebildet sein, und der Erfolg ist, daß sie im allgemeinen nur in Dauereinrichtungen angewandt werden können, beispielsweise zur Raumheizung oder der Trocknung von Materialien. 22 181
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In einigen Fällen jedoch, wo nur ein relativ gering gewärmtes Gas erforderlich ist, können die Generatoren so klein gebaut werden, daß sie transportabel sind. In diesen Fällen ist es jedoch notwendig, daß am Anwendungsort eine Energiequelle für den Motor vorhanden ist. Dies ist beispielsweise bei Grundstücken, auf denen Gebäude neu errichtet werden, nur schwerlich der Fall, so daß eine geeignete Antriebsmaschine herbeigeschafft werden muß, beispielsweise eine Kolbenverbrennungskraftmas chine.

In einem Versuch, die Menge des mit einer Anlage einer bestimmten Größe erhältlichen Heißgases zu steigern und ebenfalls die Notwendigkeit des Vorhandenseins von äußeren Energiequellen au beseitigen, sind bereits kleine Gasturbinen angewandt worden. Diese sind sehr xiirksam und können Brennstoff mit hohem Wirkungsgrad verbrennen. Nachteilig ist jedoch, daß die üblichen Gasturbinen sehr teuer sind und ein kompliziertes Brennstoffsystem aufweisen. In den üblichen Gasturbinen liefert das Brennstoffsystem flüssigen Brennstoff an eine Verbrennungskammer unter einem hohen Druck. Es sind teuere Steuer- und Regeleinrichtungen notwendig, um sicherzustellen, daß die Maschine nicht außerhalb der durch die Konstruktion vorgegebenen Belastungsgrenzen arbeitet. Außerdem enthält das Brennstoffsystem empfindliche Teile, die leicht Schaden nehmen, wenn geeignete Wartungsmaßnahmen unausgeführt bleiben.

Als Resultat äer hohen Kosten dieser kleinen Gasturbinen ist ihre Anwendung begrenzt auf ganz besondere Verwendungszwecke. Im Gegensatz zu Heißgasgeneratoren sind transportable Wärmegeneratoren bekannt, die von verflüssigtem Petroleum Gas als Brennstoff Gebrach, macht. Diese Generatoren werden in großem umfange dort angewandt, wo an sich Heißgasgeneratoren zweckmäßiger wären,

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen transportablen Generator zur Erzeugung von Heißgas zu schaffen, der zur Abgabe von großen Heißgasmengen geeignet ist und der ein einfaches, robustes Brennstoffsystem enthält.
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Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Brenner in der Verbrennungskammer angeordnet ist, und aus einer Mischvorrichtung ein Brennstoff-Luft-Gemisch erhält und daß an dem Ausgang der Verbrennungskammer eine von den Verbrennungsgasen angetriebene Turbine angeschlossen ist und zwei durch die Turbine angetriebene Verdichter vorgesehen sind, wobei der eine Verdichter ausgangsseitig über eine Leitung mit dem Brenner und der andere Verdichter ausgangsseitig über eine weitere Leitung mit der Verbrennungskammer verbunden ist. Zur Gemischbildung ist als Mischvorrichtung vorzugsweise ein Vergaser vorgesehen. Außerdem können Mittel zur Steuerung des Brennstoffflusses zu dem Brenner vorgesehen sein. Zweckmäßigerweise sind die Steuermittel derart angeordnet, daß sie die Menge des durch den ausgangsseitig mit dem Brenner verbundenen Verdichters strömenden Brennstoff-Luft-Gemisches steuern.

Hinter dem Turbinenaustritt kann ein Ejektor angeordnet sein. Dieser erhält die die Turbine verlassenden Heißgase und dient dazu, ämosphärische Luft mit diesen Heißgasen zu vermischen und dadurch die erhältliche Menge von relativ kühleren Heißgasen zu vergrößern.

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann ein Ejektor mit einer Zündvorrichtung vorgesehen werden, zu dem Luft von dem an die Verbrennungskammer angeschlossenen Verdichter und Brennstoff zuführbar ist. Es ist auch möglich, den Ejektor mit einer Zugvorrichtung zu versehen, der hinter dem Turbinenaustritt angeordnet ist, und ihn an ein Brennstoffzulieferungssystem anzuschließen.

Nach einer weiteren Ausführungsforra der Erfindung kann der Generator eine weitere, in Flußrichtung hinter der Turbine angeordnete, heißgasgetriebene Turbine aufweisen und einen weiteren, durch diese Turbine angetriebenen Kompressor, sowie einen Wärmeaustauscher. Der Wärmeaustauscher erhält die heißen Gase, die die weitere Turbine verlassen und bewirkt einen Wärmeaustausch mit der Luft, die durch den genannten weiteren Kompressor dem Wärmeaustauscher zugeführt wird. Vorzugsweise speist der weitere Verdichter den Wärmeaustauscher direkt mit Luft.

Nach einer weiteren zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist ein Ejektor, dem Luft von dem weiteren Verdichter zugeführt wird, vorgesehen ₃ der an den Wärmeaustauscher angeschlossen ist. Der Wärmeaustauscher kann auch einerseits direkt an den Ausgang der Turbine angeschlossen sein und andererseits an einen Ejektor, der von dem mit der Verbrennungskammer verbundenen Verdichter gespeist wird.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der Erfindung dargestellt:

Fig. i zeigt eine Seitenschnittansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Generators, 25

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung des Generators nach Fig. 1,

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3, 4,

5, 6 zeigen schematische Darstellungen von anderen

erfindungsgemäßen Ausfünrungsformen in der Art der Fig. 2.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Generators enthält ein Gehäuseteil 1O₃ in dein

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eine Welle 11 drehbar gelagert ist. An dem einen Ende der Welle 11 ist ein Läufer 12 einer Radialturbine befestigt, der sich in einem Turbinengehäuse 13 befindet, das einen tangentialen Einlaß und einen axialverlaufenden Auslaß 15 aufweist. Das Turbinengehäuse ±.J> ist an dem Gehäuseteil 10 befestigt.

An dem anderen Ende der Welle 11 sind zwei Radialverdichter hintereinander angeordnet, die Läufer 16 und 17 aufweisen.

Die Läufer 16 und 17 sind in Verdichtergehäusen 18 bzw. 19 untergebracht. Der Verdichter, der von dsm Läufer 16 und dem Gehäuse 18 gebildet wird, ist im folgenden erster Verdichter genannt, während der Kompressor, der von dem Läufer 17 und dem Gehäuse 19 gebildet wird, im folgenden als zweiter Verdichter bezeichnet ist. Die Ve-dichtergehäuse 18 und 19 weisen tangentiale Auslässe 20 bzw. 21 und Einlasse 22 bzw. 23 auf.

Der Generator enthält weiter eine Verbrennungskammer 2¹I.

Diese ist von einem äußeren Gehäuse 25 umgeben, das im wesentlichen eine zylindristhe Form aufweist und mit einem verengten Halsteil 26 versehen ist. Das Ausströmende der Verbrennungskammor 2k ist an dsm Einlaß 14 der Turbine befestigt, und oberhalb des verengten Halsteils 26 befindet sich ein ringförmiges Tragglied 27, das dazu dient, das Ausströmende eines Flammrohres 28 zu stützen. Das obere Ende des Flammrohres ist durch einen Brenner 29 verschlossen und gehalten, der im oberen Ende des äußeren Gehäuses 25 befestigt ist. Das Flammrohr ist von einem ringförmigen Zwischenraum umgeben, dem Verdünnungsluft von der. zweiten Verdichter durch eine Zuleitung zugeführt wird. In dem Flammrohr sind Löcher 30 ausgebildet, durch die die Verdünnungsluft in das Flammrohr hineinströmen kann. Außerdem ist der Brenner 29 an den Auslaß 20 dos ersten Verdichters mittels einer Leitung 31 angeschlossen.

An dem äußeren Gehäuse 25 ist außerdem eine Zündkerze 32 befestigt, die bis in das Flammrohr unterhalb des Brenners 29 hineinreicht, um ein Brennstoff-Luft-Gemisch zu zünden. das in die Verbrennungskammer eingeführt wird.

Um ein zur Verbrennung geeignetes Gemisch des Brennstoffes mit Luft herzustellen, ist ein Vergaser 33 (in Fig. 2) vorgesehen, von dem das Gemisch dem ersten Verdichter zugeführt wird. Der Vergaser 33 wird mit Brennstoff von einer Brennstoffquelle 34 beliefert. Wenn flüssiger Brennstoff verwendet wird, kann ein üblicher Brennstoffvergaser mit einem Venturirohr angewendet werden, um den Brennstoff indem Luftstrom zu verteilen. Wo ein gasförmiger Brennstoff verwendet wird, beispielsweise Stadtgas, Naturgas oder vergastes Petroleum, wird das Gas unter einem geringen Druck an die Düse des Vergasers geleitet, so daß der letztere im wesentlichen nur eine Mischvorrichtung für Gas und Luft darstellt.

In Betrieb reiben die Heißgase, die die Verbrennungskammer verlassen, den Turbinenläufer, bevor sie durch eine Führung oder ähnliches ausgestoßen werden. Der Turbinenläufer wiederun treibt die Verdichterläufer, die das Brennstoff-Luft-Gemisch und die Verdünnungsluft an die Verbrennungskammer liefern. Die Verdünnungsluft bewirkt eine Verringerung der Temperatur der Gase, die in die Turbine eintreten, so daß eine sichere Arbeitstemperatur nicht überschritten wird.

Weiter ist aus Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich, daß die Verdichterläufer 16 und 17 einen unterschiedlichen Durchmesser und eine unterschiedliche Breite aufwiesen. Der Läufer 16 des ersten Verdichters hat einen größeren Durchmesser und eine kleinere axiale Breite als der Läufer 17, so daß der Ausgangsdruck des ersten Verdichters geringfügig größer ist als der des zweiten Verdichters. Die verringerte axiale Breite bewirkt, daß das gelieferte Brenn-

— 7 mm

stoff-Luft-Gemischvolumen kleiner ist» Durch Zulieferung des Brennstoff-Luft-Gemisches rait einem geringfügig höheren Druck wird ein Eindringen des Gemisches in die Verbrennungskammer sichergestellt. Ist der Verbrennungsprozeß einmal in Gang gesetzt, hält sich der Betrieb von selbst aufrecht, so/Lange, wie Brennstoff der Verbrennungskammer zugeführt wird.

Die relative Größe der zwei Verdichter ist derart bemessen, daß ihre Leistung zu allen Betriebsbedingungen paßt. Die Rotationsgeschwindigkeit hängt von der Menge des Brennstoffes ab, der der Luft zugemischt ist, die durch den ersten Verdichter strömt.

Das Verhältnis von Brennstoff zu Luft bleibt automatisch im wesentlichen konstant über dem gesamten Arbeitsbereich des Generators und die Arbeitsgeschwindigkeit und folglich die Menge des erzeugten Heißgases wird durch die Menge an zugeführtem Brennstoff bestimmt. In dem Fall, wo Brennstoff unter Druck dem Generator zugeführt wird, kann die Steuerung der Brennstoffmenge mittels eines Ventils durchgeführt werden, das den Brennstofffluß zu dem ersten Verdichter steuert.

j Der Vergaser 33 in Fig. 2 ist in Flußrichtung vor dem Ver-

dichter angeordnet, wird jedoch ein druckbeaufschlagter

Vergaser angewendet, so kann er auch hinter dem Verdichter· angeordnet sein, wie bei 35 angezeigt ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung ist flr eine Verwendung dort geeignet, wo große Kengen von Heißgas gefordert sind. In dieser Anordnung ist ein Ejektor kO vorgesehen, der von dem Heißgas gespeist wird, das die Turbine verläßt. Der Ejektor ¹JO ist so konstruiert, daß atmosphärische Luft mit den Heißgas, das die Turbine verläßt, gemischt wird, so daß die Temperatur sich erniedrigt und ein relativ großes

Volumen eines relativ kühlen Gases erhalten wird. In diesem Falle, wie auch in dem vorbeschriebenen Fall, enthält das Heißgas Verbrennungsprodukte des Brennstoffes.

Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung ist zur Herstellung von reinen Gasen geer gnet, die frei von Verbrennungsprodukten sind. Die Heißgase von der Turbine werden einer zweiten Turbine 4l zugeführt, die wiederum einen Axialverdichter antreibt, der saubere Luft an einen Wärmeaustauscher 43 liefert. Die Viärme austausche lement e des Wärmeaustauschers werden durch die Heißgase erwärmt, die die Turbine 41 verlassen, bevor die Heißgase an einem geeigneten Punkt ausströmen. In der Anordnung, die in Fig. 5 dargestellt ist, speist der Axialverdichter 42 einen Ejektor 44 mit Triebluft, die erwärmte Luft mitreißt, die in dem Wärmeaustauscher 43 erwärmt worden ist. In der in Fig. 6 dargestellten Anordnung wird der Wärmeaustauscher 43 diekt von den heißen Verbrennungsgasen gespeist, die die Turbine 12 verlassen. Außerdem ist der zweite Verdichter vergrößert und mit einer Abzweigung versehen, durch die Triebluft an einen Ejektor strömt. Die Triebluft reißt atmosphärische Luft mit sich und das Gemisch durchläuft den Wärmeaustauscher 43.

In allen oben beschriebenen Anordnungen wird der Grundaufbau, der unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 beschrieben worden ist, verwendet.

Schutzansprüclie:

Claims

j Schutzansprüche:

1. Generator zur Erzeugung von Heißgas mit einer Verbrennungskammer und einem Brenner, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (29) in der Verbrennungskammer (24) angeordnet ist und aus einer Mischvorrichtung (33) ein Brennstoff-Luft-Gemisch erhält, und daß an den Ausgang der Verbrennungskammer (24) eine von den Verbrennungsgasen angetriebene Turbine (12 bis 15) angeschlossen ist und zwei durch die Turbine (12 bis 15) angetriebene Verdichter (16,18; 17,19) vorgesehen sind, wobei der eine Verdichter (16,18) ausgangs seitig über eine Leitung (31) mit dem Brenner (29) und der andere Verdichter (17,19) ausgangsseitig über eine weitere Leitung mit der Verbrennungskammer (24) verbunden ist.

2. Generator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gemischbildung als Mischvorrichtung (33) ein Vergaser vorgesehen ist.

3. Generator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Steuerung des Brennstoffflusses zu dem Brenner (29) vorgesehen sind.

4. Generator nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel derart angeordnet sind, daß sie die Menge des durch den ausgangsseitig mit dem Brenner (29) verbundnen Verdichters (16,18) strömenden Brennstoff-Luft-Gemisches steuern.

5. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß hinter dem Turbinenaustritt (15) ein Ejektor (40) angeordnet ist.

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ο. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ejektor (45) mit ZundVorrichtung vorgesehen ist ₉ zu dem Luft ^τοη dem an die Verbrennungskammer (24) angeschlossenen Verdichter (17,19) und Brennstoff zuführbar ist.

7. Generator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ejektor (4G) mit einer Zündvorrichtung versehen ist, und an ein BrennstoffZulieferungssystem angeschlossen ist.

8. Generator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine weitere in Flußrichtung hinter der Tubrine (12] bis 15) angeordnete heißgasgetriebene Turbine (41) und einen weiteren durch diese Turbine (4l) angetriebenen Verdichter

(42) sowie einen Wärmeaustauscher (43).

9. Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verdichter (42) den Wärmeaustauscher (43) direkt mit Luft speist.

10. Generator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ejektor (44), dem Luft von dem weiteren Verdichter (42) zuführbar ist, vorgesehen ist, der an den Wärmeaustauscher

(43) angeschlossen ist.

11. Generator nachfeinem der Ansprücne 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher (43) einerseits direkt an den Ausgang (15) der Turbine (12 bis 15) angeschlossen ist und andererseits an einen Ejektor (45), der von dem mit der Verbrennungskammer (24) verbundenen Verdichter (17,19) gespeist wird.