DE68924539T2 - Verbrennungsvorrichtung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Eine Vorrichtung dieser Art ist in der US-Patentanmeldung US-A-4089088 beschrieben.
• Die Erfindung ist gerichtet auf eine Verbrennungsvorrichtung zum Zuführen eines unter hoher Temperatur stehenden Verbrennungsgases zu entsprechenden Maschinen oder Anlagen wie beispielsweise Gasturbinen, Wärmeöfen, Kessel und dergleichenund insbesondere eine Verbrennungsvorrichtung zur Zufuhr eines unter hoher Temperatur stehenden Verbrennungsgases zu in Reihe geschalteten und mit Verbrennungsgas betriebenen mehrstufigen Systemen, in welcher ein Luft/Brennstoff-Mischgas zur vollständigen Verbrennung in Kontakt mit einer Anzahl von Hochtemperatur-Heizflächen gebracht wird mit dem Ergebnis, dass ein unter hoher hoher Temperatur stehendes Verbrennungsgas anfällt, das im wesentlichen frei von Sauerstoff ist.
• Das in dieser Art von Verbrennungsvorrichtung anfallende Verbrennungsgas wird vorzugsweise erzeugt durch vollständige Verbrennung dergestalt, dass es frei von Verunreinigern wie beispielsweise Stickoxyd (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd ist und einen ausreichend niedrigen Restsauerstoffgehalt aufweist.
• Bisher wurden drei Verbrennungsvorrichtungen dieser Art vorgeschlagen, und zwar:
• (1) eine Verbrennungsvorrichtung, in welcher Brennstoff mit Luft vermischt wird zur Herstellung eines Luft/Brennstoff- Mischgases, dessen Mischungsverhältnis innerhalb eines vorgegebenen zündfähigen Grenzbereichs liegt, und ein von einer Zündkerze der Vorrichtung erzeugter elektrischer Funke die Verbrennung des Mischgases einleitet, um so eine kontinuierliche Verbrennung dieses Mischgases zu bewirken;
• (2) eine Verbrennungsvorrichtung gemäss der von den Erfindern der erfindungsgemässen Vorrichtung angemeldeten Japanischen Auslegungsschrift Nr. 62-33213, in welcher Brennstoff mit vorgewärmter Luft zu einem vorgewärmten Luft/Brennstoff- Mischgas vermischt wird, das zur Erzielung einer katalytischen Verbrennung mit Katalysatoren zur Reaktion gebracht wird; und
• (3) eine Verbrennungsvorrichtung gemäss der von den Erfindern der erfindungsgemässen Vorrichtung angemeldeten Japanischen Auslegungsschrift Nr. 62-116808, in welcher eine äussere Umfangsfläche eines Heizrohrs eines Hauptverbrennungsaggregats mittels einer Hilfsverbrennungseinheit kontinuierllch auf die Zündtemperatur der jeweiligen Brennstoffe erhitzt wird und die Brennstoffe mit dem so erhitzten Heizrohr des Hauptverbrennungsaggregats in Kontakt gebracht werden und so eine kontinuierliche Verbrennung erfahren.
• Hinsichtlich der vorstehend unter (1) bis (3) beschriebenen Verbrennungsvorrichtungen des Stands der Technik ist Folgendes festzustellen:
• Die in Punkt (1) beschriebene Verbrennungsvorrichtung ist mit dem Nachteil behaftet, dass zur Aufrechterhaltung der Flamme das Verbrennungsgas teilweise unter hoher Temperatur gehalten wird, die nicht zulässt, dass das Auftreten von Stickoxyden (NOx) im Verbrennungsgas verhindert wird. Da hier die Zeit für die Vermischung des Brennstoffs mit Luft genau wie die Zeit für die Verbrennung des so hergestellten Luft/Brennstoff-Mischgases sehr kurz ist, ist das in dieser Verbrennungsvorrichtung gemäss (1) erzeugte Verbrennungsgas mit Verunreinigern wie unverbrannten Kohlenwasserstoffen und dergleichen sowie einer beträchtlichen Menge an Restsauerstoff belastet.
• Die Verbrennungsvorrichtung gemäss Punkt (2) ermöglicht zwar das Entflaminen des Luft-/Brennstoff-Mischgases bei relativ niedriger Temperatur, doch wird bei Verbrennung des Mischgases mit hohen Temperaturen oberhalb 1300ºC die Nutzungsdauer der in der Vorrichtung eingesetzten Katalysatoren verkürzt, wodurch es unmöglich ist, die Verbrennungsvorrichtung über längere Zeit hinweg zu betreiben. Weiter können bei dieser Verbrennungsvorrichtung keine schwefelhaltigen Brennstoffe eingesetzt werden, da Schwefel sich vergiftend auf die Katalysatoren auswirkt.
• Die unter Punkt (3) beschriebene Verbrennungsvorrichtung ist mit dem Nachteil behaftet, dass die Hilfsverbrennungseinheit mit dem Hauptverbrennungsaggregat zusammen ständig in Betrieb ist, so dass der Bedienungsperson für die Vorrichtung durch die doppelt erforderliche Steuerung die Bedienung erschwert wird. Weiter bietet diese Verbrennungsvorrichtung keinerlei Möglichkeit, das Auftreten von Stickoxyden (NOx) im Verbrennungsgas weitgehendst vollständig zu unterbinden.
• Bei der in einer Verbrennungsvorrichtung dieser Art eingesetzten Luft/Brennstoff-Mischeinheit wird ein sauerstoffhaltiges Gas wie beispielsweise Luft mit Brennstoff in einem vorgegebenen Verhältnis zu einem Luft/Brennstoff-Mischgas vermischt, das unter einem vorgegebenen Druck der Verbrennungseinheit der Vorrichtung zugeführt wird. Die Luft/Brennstoff-Mischeinheit weist ein Venturi-Rohr mit einer Venturi-Engstelle auf, in welcher eine Brennstoffaustrittsdüse angeordnet ist. Strömt vorgewärmte Luft durch diese Engstelle des Venturi-Rohrs der Luft/Brennstoff-Mischeinheit, so wird in dieser ein Teilvakuum erzeugt dergestalt, dass die Brennstoffaustrittsdüse Brennstoff in den die Engstelle passierenden vorgewärmten Luftstrom einsprüht.
• Bei Verbrennung mit Temperaturen zwischen 1200ºC und 1400ºC wird bei der vorbeschriebenen Verbrennungsvorrichtung der Brennstoff in der Luft/Brennstoff-Mischeinheit mit sauerstoffhaltigem Gas bzw. sauerstoffhaltiger Luft vermischt, das bzw. die auf eine Temperatur im Bereich zwischen 500ºC und 900ºC vorgewärmt wurde. Hierbei werden auch die in der Engstelle des Venturi-Rohrs angeordnete Brennstoffaustrittsdüse und die mit dieser verbundene Brennstoffzufuhrleitung auf diese Temperatur zwischen 500ºC und 900ºC erhitzt. Dies hat in vielen Fällen zur Folge, dass der Brennstoff unter Ausfällung von Kohlenstoffpartikeln in Brennstoffaustrittsdüse und Brennstoffzufuhrleitung pyrolisiert bzw. thermisch zersetzt wird. Diese abgelagerten Kohlenstoffteilchen führen häufig zu einer Verstopfung von Düse und Leitung.
• Besonders in dem Falle, da die Verbrennungsvorrichtung für die Zufuhr eines Hochtemperatur-Verbrennungsgases (dessen Temperatur ca. 1400 ºC beträgt) zu jedem einer Anzahl von in Reihe geschalteten Kesseln im vorderen Bereich eines jeden der Kesselaggregate angeordnet ist, gilt Folgendes: das von der ersten Verbrennungsvorrichtung gelieferte Verbrennungsgas wird dem ersten Kessel zugeführt; nach dem Passieren des ersten Kessels geht das Gas zur zweiten Verbrennungsvorrichtung und nach Durchströmen derselben zum zweiten Kesselaggregat, wobei in dieser Reihenfolge die übrigen Kessel und Verbrennungsvorrichtungen durchströmt werden, bis schliesslich das Verbrennungsgas den letzten Kesel passiert hat. Es wird hier also eine Mehrstufennutzung des Verbrennungsgases erreicht. In diesem Falle wird das Verbrennungsgas in jeden der Kessel mit einer Temperatur von 1400 ºC eingeleitet, um nach Durchströmen eines jeden Kesselaggregats mit einer Temperatur von 700 ºC aus diesem auszutreten. Das so abgegebene Verbrennungsgas wird jeweils in die Luft-/Brennstoff-Mischeinheit der jeweils nächsten Verbrennungsvorrichtung eingebracht, mit Brennstoff vermischt und zur erneuten Erhitzung auf eine Temperatur von 1400 ºC zur Verbrennung gebracht. Da das Venturi-Rohr der Luft/Brennstoff-Nischeinheit in einem Bereich nahe der Brennstoffaustrittsdüse auf eine beträchtlich hohe Temperatur erhitzt wurde, erfährt der Brennstoff in der Düse eine wiederholte thermische Zersetzung unter Ausfällung von Kohlenstoffteilchen mit dem Nachteil, dass die Brennstoffdüse im Venturi-Rohr der Luft/Brennstoff- Mischeinheit zugesetzt wird.
• Die vorliegende Erfindung basiert auf den vorgeschilderten Umständen.
• Damit besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung einer Verbrennungsvorrichtung, die in der Lage ist, ein Verbrennungsgas herzustellen, das paktisch frei ist von allen Verunreinigern wie Stickoxyden (NOx), unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxyd und dergleichen.
• Erfindungsgemäss wird eine Verbrennungsvorrichtung geschaffen, die eine vollständige Verbrennung eines aus sauerstoffhaltigen Gas bzw. Luft und Brennstoff bestehenden Mischgases sicherstellt, indem das Nischgas in Kontakt gebracht wird mit einer grossen Anzahl von hohe Temperatur führenden Oberflächen, und die in mehrstufigen mit Verbrennungsgas betriebenen Systemen eingesetzt wird, welche in Reihe geschaltet sind und eine hohe Ausnutzung des Verbrennungsgases und damit eine beträchtliche Energieersparnis gewährleisten.
• Weiter beinhaltet die Erfindung die Schaffung einer Luft/Brennstoff-Mischeinheit für die Verbrennungsvorrichtung, bei der praktisch keinerlei Gefahr besteht, dass die Brennstoffaustrittsdüse und die hiermit verbundenen Brennstoffzufuhrleitung zugesetzt werden von Kohlenstoffteilchen, die durch Pyrolyse bzw. thermische Zersetzung des der Düse und der Leitung zugeführten Brennstoffs anfallen.
• Im Rahmen der vorliegenden Erfindung werden die vorbeschriebenen Aufgaben gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1.
• Es folgt eine detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung sowie der in dieser eingesetzten Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas/Brennstoff mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen.
• Es bedeutet:
• Figur 1 eine Längsschnittansicht der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung;
• Figur 2 eine Querschnittsansicht der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung auf der Linie VII-VII in Figur 1;
• Figur 3 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform der Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas/Brennstoff zum Einsatz in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung; und
• Figur 4 eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform der Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas/Brennstoff zum Einsatz in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung.
• Die Figuren 1 und 2 zeigen die erfindungsgemässe Verbrennungsvorrichtung mit einem rohrförmigen Gehäuse 31 aus keramischem Material, das einen kreisrunden Querschnitt aufweist und senkrecht verläuft, und einer Ummantelung 41 aus wärmeisolierendem Material für dieses Gehäuse. Im Gehäuse 31 ist konzentrisch und drehbar eine zylindrische bienenwabenförmige Kanaleinrichtung 32 aus keramischem Material angeordnet, die auf einer Trägerwelle 31a gedreht wird, deren Achse ausgerichtet ist mit der Achse des rohrförmigen Gehäuses 31. Im oberen Bereich des rohrförmigen Gehäuses 31 befinden sich zwei Kammern 34a, 34b, die von der oberen Endfläche der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 aus einander gegenüberliegend angeordnet sind. Diese Kammern 34a, 34b sind einander angrenzend auf beiden Seiten einer Trennwand 33 ausgebildet, die diametral zum rohrförmigen Gehäuse 31 verlaufend einstückig mit diesem geformt ist. Die eine dieser Kammern 34a, 34b dient als Einlasskammer 34a für das Luft/Brennstoff-Mischgas und die andere als Verbrennungsgas- Auslasskammer 34b. Eine Luft/Brennstoff-Mischgas-Einlasseinrichtung 35 mündet in einen Seitenbereich der Mischgas- Einlasskammer 34a und eine Verbrennungsgas-Auslasseinrichtung 37 in einen Seitenbereich der Verbrennungsgas-Auslasskammer 34b. Im unteren Abschnitt des rohrförmigen Gehäuses 31 ist im unteren Endbereich der bienenwagenförmigen Kanaleinrichtung 32 und dieser gegenüberliegend eine Verbrennungsgaskammer 38 vorgesehen.
• Der untere Endbereich der Trägerwelle 31a der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 ist drehbar in einem Tragrahmen 39 gelagert und mit einer geeigneten Antriebseinheit 40 zum Drehantrieb der Trägerwelle verbunden. Im Innern der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 befinden sich eine Anzahl feiner Kanäle, die parallel zur Achse dieser Kanaleinrichtung über die gesamte axiale Länge derselben verlaufend sowie einander angrenzend ausgebildet sind. Wie aus Eigur 1 ersichtlich münden der obere Endbereich eines jeden dieser feinen Kanäle der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 in die Mischgas-Einlasskammer 34a sowie die Verbrennungsgas- Auslasskammer 34b und der jeweils untere Endbereich derselben in die Verbrennungsgaskammer 38. Im Zuge der Drehbewegung der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 dienen die feinen Kanäle abwechselnd als Ein- und Auslasskanal.
• Wie dies die Figur 2 zeigt, ist der Steuerbrenner 12 einer Hilfseinlasseinrichtung 36 mit der Mischgas-Einlasskammer 34a an einem Punkt verbunden, welcher der Mischgaseinlassöffnung 35 diametral gegenüberliegt und in die Mischgaseinlasskammer 34a einmündet. Das rohrförmige Gehäuse 31 ist mit wärmeisolierendem Material 41 umgeben und durch dieses in einem Aussengehäuse 42 fixiert.
• Im praktischen Betrieb der erfindungsgemässen Verbrennungseinrichtung in der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung erfolgt eine ständige Drehung der bienenwabenartigen Kanaleinrichtung 32 mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit. Unter diesen Bedingungen gibt zunächst der Steuerbrenner 12 über die Hilfseinlasseinrichtung 36 Verbrennungsgas in die Mischgas-Einlasskammer 34a, so dass durch dieses eine gemeinsame Erhitzung der Mischgas-Einlasskammer 34a und des oberen Endbereichs der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 erfolgt. Aufgrund der ständigen Drehbewegung der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 wird hierbei die gesamte Fläche des oberen Endbereichs der Kanaleinrichtung 32 fortlaufend auf eine vorgegebene Temperatur von ca. 900ºC erhitzt. Erreicht die Temperatur des oberen Endbereichs ca. 900ºC, so wird der Steuerbrenner 12 abgeschaltet und damit die Erhitzung der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 unterbrochen, während vorgewärmtes Luft/Brennstoff-Mischgas über die Mischgas-Einlasseinrichtung 35 in die Mischgas-Einlasskammer 34a gelangt. Dieses zugeführte Mischgas wird anschliessend zum Entflammen in Kontakt gebracht mit einer vorerhitzten Wandoberfläche der Kammer 34a und strömt über einen als Einlasskanal dienenden Teil der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 nach unten, so dass die Verbrennung des Mischgases im Einlasskanal beendet ist, wenn das Gas die Verbrennungsgaskammer 38 erreicht. Das in diese Kammer 38 eingetretene Gas strömt in den als Auslasskanal dienenden anderen Teil der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32, der in einem der Verbrennungsgas-Auslasskammer 34b entsprechenden Bereich teilweise aus den feinen Kanälen besteht. Die Verbrennung des Mischgases setzt sich im Auslasskanal fort, so dass das Verbrennungsgas in die Verbrennungsgas- Auslasskammer 34b gelangt, aus welcher es über die Verbrennungsgas-Auslasseinrichtung 37 abgeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird der der Verbrennungsgas-Auslasskammer 34b gegenüber angeordnete Auslasskanal durch das von der Verbrennungsgaskammer 38 abgegebene Verbrennungsgas erhitzt. Da die bienenwabenförmige Kanaleinrichtung 32 dreht, gelangen der so erhitzte Auslasskanal bzw. einige der feinen Kanäle der Kanaleinrichtung 32 aufeinanderfolgend in eine der Mischgas- Einlasskammer 34a gegenüberliegende Position, um so als Einlasskanal zu dienen. Da also der aufeinanderfolgend in Stellung gebrachte Auslasskanal nach ausreichender Erhitzung durch das Verbrennungsgas als Eingangskanal dient, gelangt das in den so erhitzten Einlasskanal eingeleitete Mischgas in Kontakt mit den ausreichend erhitzten Wandflächen dieses von der bienenwabenförmigen Einrichtung 32 gebildeten Kanals und wird so kontinuierlich zum Entflammen gebracht.
• Die erfindungsgemässe Verbrennungsvorrichtung gemäss Figur 1 und 2 kann zu einer Ausführungsform abgewandelt werden, bei welcher jede der Wandflächen der feinen Kanäle in der blenenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 zur Erzielung einer katalytischen Verbrennung des Mischgases mit Katalysatoren überzogen ist. Die erfindungsgemäss eingesetzten Katalysatoren bestehen aus Platin, Palladium und dergleichen. Die Besetzung der Wandflächen der bienenwabenförmigen Kanaleinrichtung 32 mit den Katalysatoren erfolgt durch Eintauchen der Kanaleinrichtung 32 in Katalysatorlösungen.
• Die vorbeschriebene Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungseinrichtung ermöglicht das Entflammen des aus dem Mischgas-Einlasskanal 35 zugeführten Mischgases und damit eine katalytische Verbrennung desselben selbst dann, wenn die Wandflächen auf der stromaufwärtigen Seite des Einlasskanals niedriger sind als 900ºC, wobei das Erhitzen dieser Wandflächen durch das vom Steuerbrenner 12 erzeugte und aus dem Hilfseinlasskanal 36 zugeführte Verbrennungsgas bewirkt wird.
• Weiterhin wird in der hier beschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung der Brennstoff mit vorgewärmter Luft zu einem Mischgas vermischt. Bei Einsatz eines gasförmigen Brennstoffs kann auf das Vorwärmen der Luft verzichtet werden, während bei Verwendung eines flüssigen Brennstoffs die Temperatur der vorgewärmten Luft beträchtlich niedriger sein kann, sofern die Temperatur des Brennstoffs in der Luft geringfügig höher als die Taupunkttemperatur liegt.
• In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass in der vorbeschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung schwefelhaltige Brennstoffs nicht eingesetzt werden können, weil Schwefel eine vergiftende Wirkung auf die hier benutzten Katalystoren hat.
• In der vorbeschriebenen Ausführungsform der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung kann als keramisches Material für die einzelnen Komponenten wie die Aussen- und Innenhülse, das rohrförmige Gehäuse 31 und die bienenwabenförmige Kanaleinrichtung 32 Silikonkarbid eingesetzt werden, das hervorragende Eigenschaften hinsichtlich mechanischer Festigkeit, Wärmebeständigkeit und Wärmeschockfestigkeit aufweist. Es besteht jedoch die Möglichkeit, diese Komponenten auch aus anderen geeigneten Keramikmaterialien herzustellen wie beispielsweise solchen auf Zirkonoxyd- und Cordieritbasis.
• Weiterhin können Aussenhülse und rohrförmiges Gehäuse 31 aus Aluminiumoxydfaser-Keramikmaterial hergestellt sein. In diesem Falle sollten nach Möglichkeit die Innenflächen der Aussenhülse und des rohrförmigen Gehäuse 31 auf geeignete Art und Weise, beispielsweise durch Aufspritzen und dergleichen, grosszügig mit einer Farbe beschichtet werden, deren Hauptbestandteil ein geeignetes Oxyd wie SiZr0&sub2;, MnO&sub2;.Cr&sub2;O&sub3; oder einem ähnlichen Material mit hervorragenden Infrarotabsorptionseigenschaften ist.
• Es folgt nunmehr eine detaillierte Beschreibung zweier unterschiedlicher Ausführungsformen der in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung mit den vorbeschriebenen Merkmalen eingesetzten Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas/Brennstoff (nachfolgend bezeichnet als Luft/Brennstoff- Mischeinheit) mit Bezug auf Figur 3 und 4.
• Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemässen Luft/Brennstoff-Mischeinheit wie in Figur 3 dargestellt umfasst ein Venturi-Rohr 50 mit einem Einlass-Reduzierbereich 51, einem Auslass-Diffusorbereich 52 und einer zwischen diesen Bereichen 50 und 51 befindliche Venturi-Engstelle 53. Ein Durchsatzregelgestänge 54 mit konischem Vorderende ist mit einem Trägerelement 55 verschraubt dergestalt, dass es gegenüber dem fest im Venturi-Rohr 50 angeordneten Trägerelement 55 axial bewegbar ist. Eine Einlassleitung 13 für vorgewärmte Luft ist verbunden mit der Lufteinlassöffnung des Venturi-Rohrs 50, dessen Auslassöffnung für Luft/Brennstoff- Mischgas an der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung angeschlossen ist.
• Eine Anzahl von Brennstoffaustrittsöffnungen 56 sind in Umfangsrichtung der inneren Umfangsfläche der Engstelle 53 voneinander abgesetzt in dieser inneren Umfangsfläche der Engstelle 53 des Venturi-Rohrs 50 ausgebildet und mit einer Brennstoffzufuhrleitung 14 verbunden. Wie klar aus Figur 3 ersichtlich, ist die Venturi-Engstelle 53 zu ihrer Kühlung von einem umlaufenden Wassermantel 57 umgeben. Eine Kühlwassereinlassleitung 58 und eine Kühlwasserauslassleitung 59 sind am Kühlwassermantel 57 angeschlossen.
• Wie dies die Figur 3 zeigt, wird in dieser ersten Ausführungsform der in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung eingesetzten Luft/Brennstoff-Mischeinheit ein aus vorgewärmter Luft und sauerstoffhaltigem Gas wie beispielsweise Verbrennungsgas bestehendes Eingangsgas aus der Einlassleileitung 13 für vorgewärmte Luft der Venturi-Engstelle 53 zugeführt, in welcher es beschleunigt wird, um zur Bildung des Luft/Brennstoff-Mischgases entsprechend Brennstoff über die Brennstoffaustrittsöffnungen 56 einzuspritzen. Dieses Luft/Brennstoff-Mischgas geht sodann unter Verwirbelung im nachfolgenden Auslass-Diffusorbereich 52 des Venturi-Rohrs 50 in die erfindungsgemässe Verbrennungsvorrichtung.
• Wird in der vorbeschriebenen Luft/Brennstoff-Mischeinheit zur Herstellung des Luft/Brennstoff-Mischgases der Brennstoff in das vorgewärmte einströmende Gas eingespritzt, so erreicht ein Teil des so erzeugten Mischgases den zündfähigen Grenzbereich. Um ein Verbrennen des Luft/Brennstoff- Mischgases im Venturi-Rohr 50 zu verhindern, muss dieses im Venturi-Rohr 50 kräftig verwirbelt werden, so dass also im Falle der erfindungsgemäss eingesetzten Luft/Brennstoff- Mischeinheit das einströmende Gas auf eine Geschwindigkeit von mindestens 100 m/s in der Venturi-Engstelle 53 beschleunigt werden muss, um diese kräftige Durchwirbelung zu bewerkstelligen.
• Da das Durchsatzregelgestänge 54 im axialen Mittelbereich der Venturi-Engstelle 53 angeordnet ist, wird der Strömungsguerschnitt des axialen zentralen Kanals für einströmendes Gas in dieser Engstelle 53 reduziert dergestalt, dass hier eine nur dünne Gasschicht vorgehalten wird. Dies bedeutet, dass selbst bei einer Venturi-Engstelle 53 mit relativ grossem Strömungsguerschnitt eine ausreichende Beschleunigung des einströmenden Gases und damit eine kräftige Verwirbelung des resultierenden Luft/Brennstoff-Mischgases im anschliessenden Auslass-Diffusorbereich 52 des Venturi-Rohrs 50 möglich sind.
• Der Strömungsguerschnitt der Venturi-Engstelle 53 wird durch axiales Verschieben des Regelgestänges 54 so reguliert, dass die Durchsatzrate des einströmenden Gases selbst dann im Bereich der Venturi-Engstelle 53 konstant bleibt, wenn die zuströmende Gasmenge schwankt. Hierdurch wird ein Luft/Brennstoff-Mischgas mit konstantem Mischungsverhältnis der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung zugeführt.
• Bei der vorbeschriebenen ersten Ausführungsform der Luft/Brennstoff-Mischeinheit gemäss Figur 3 wird dem Wassermantel 57 zur Kühlung der Venturi-Engstelle 53 Kühlwasser zugeletet. Da somit die Engstelle 53 eine ausreichende Kühlung erfährt, werden auch die Brennstoffaustrittsöffnungen 56 und der vordere Endbereich der Brennstoffzufuhrleitung 14 ausreichend gekühlt, so dass eine thermische Zersetzung des Brennstoffs in diesen Austrittsöffnungen 56 verhindert wird. Bei der thermischen Zersetzung des Brennstoffs unter Bildung von Kohlenstoffteilchen würden die Brennstoffaustrittsöffnungen 56 durch diese Kohlenstoffpartikel zugesetzt. Durch ausreichende Kühlung der Venturi-Engstelle 53 ist also ein Verstopfung der Brennstoffaustrittsöffnungen durch Kohlenstoffteilchen ausgeschlossen.
• Figur 4 zeigt eine zweite Ausführungsform der in der erfindungsgemässen Verbrennungsvorrichtung eingesetzten Luft/Brennstoff-Mischeinheit, die für Betrieb mit konstanter Leistung konzipiert ist. Hier ist eine Brennstoffaustrittsdüse 56 der stromabwärtigen Seite des Venturi-Rohrs 50a zugewandt in der Engstelle 53 desselben angeordnet. Diese Brennstoffaustrittsdüse 56 ist im vorderen Endbereich der von einem Kühlwassermantel 57 umgebenen Brennstoffzufuhrleitung 14 angeordnet, wobei eine Kühlwassereinlassleitung 58 und eine Kühlwasserauslassleitung 59 am Kühlwassermantel 57 angeschlossen sind.
• Bei dieser zweiten Ausführungsform der Luft/Brennstoff- Mischeinheit gemäss Figur 4 wird dem Mantel 57 Kühlwasser zur ausreichenden Kühlung sowohl der Brennstoffaustrittsdüse 56 als auch der Brennstoffzufuhrleitung 14 zugeführt, um die thermische Zersetzung des Brennstoffs sowie die Bildung von Kohlenstoffteilchen in der Düse 14 und der Leitung 14 und ein Zusetzen dieser Komponenten 56, 14 durch die resultierenden Kohlenstoffpartikel zu verhindern.
• Es sei noch erwähnt, dass in der ersten Ausführungsform der in Figur 3 dargestellten Luft/Brennstoff-Mischeinheit auch eine automatische Steuerung des Durchsatzregelgestänges in Abhängigkeit von der einströmenden vorgewärmten Luft-/Gasmenge möglich ist.
• In den Figuren 3 und 4 bezeichnet die Bezugsziffer 61 ein wärmeisolierendes Material.
• Bei den vorbeschriebenen Luft/Brennstoff-Mischeinheiten gemäss Figur 3 und 4 ist die Venturi-Engstelle 53 vorzugsweise aus einer geeigneten hitzebeständigen Legierung wie Inconel oder Hastelloy hergestellt, während der Einlass-Reduzierbereich 51, der Auslass-Diffusorbereich 52 und weitere Innenteile des Venturi-Rohrs 50 aus geeigneten keramischen Materialien wie Silikonkarbid, Zirkonoxyd, Cordierit oder dergleichen bestehen.

Claims (9)

1. Verbrennungsvorrichtung mit:

(a) einem rohrförmigen Gehäuse (31) mit kreisförmigem Querschnitt, das durch wärmeisolierendes Material (41) umgeben ist;

(b) einer zylindrischen Verbrennungsgas-Kanaleinrichtung (32) mit einer Anzahl von Verbrennungsgas-Kanälen angrenzend aneinander zur Bildung einer Anzahl von bienenwabenförmigen Kanalwandflächen, die insgesamt einen bienenwabenförmigen Querschnitt aufweisen, durch den ein Verbrennungsgas axial hindurchströmt, welche zylindrische Verbrennungsgas-Kanaleinrichtung drehbar in dem rohrförmigen Gehäuse angeordnet ist und auf einer Trägerwelle (31a) gedreht wird, die in dem rohrförmigen Gehäuse (31) montiert ist, wobei die Achse der Trägerwelle ausgerichtet ist mit einer Achse des rohrförmigen Gehäuses und einer Antriebseinheit (40) mit der Trägerwelle (31a) verbunden ist;

(c) einer mit Mischgas-Einlaßeinrichtung (35) mit einem Mischgaseinlaß, der zu der zylindrischen Verbrennungsgas-Kanaleinrichtung (32) offen ist;

(d) einer Hilfseinlaßeinrichtung (36) mit einem Steuerbrenner (12), welche Hilfseinlaßeinrichtung mit einem Hilfseinlaß für Mischgas versehen ist, der in die Verbrennungsgas-Kanaleinrichtung (32) mündet;

30 (e) einer Verbrennungsgas-Auslaßeinrichtung mit einem Verbrennungsgasauslaß, der auf einer Seite in die Verbrennungsgas-Kanaleinrichtung einmündet,

gekennzeichnet durch

(f) zwei Kammern (34a,34b), von denen eine (34a) als Einlaß- und Auslaßkammer eines sauerstoffhaltigen Gas/Brennstoff-Mischgases dient, während die andere (34b) als Einlaß- und Auslaßkammer des Verbrennungsgases dient, welche beide Kammern (34a,34b) an einem axialen Endbereich des rohrförmigen Gehäuses (31) angrenzend aneinander auf gegenüberliegenden Seiten einer diametralen Trennwand (33) ausgebildet sind, die einstückig geformt ist mit dem rohrförmigen Gehäuse (31), welche Mischgas-Einlaßöffnung in einen Seitenbereich der Einlaßkammer (34a) mündet, während die Hilfseinlaßöffnung in die Einlaßkammer (34a) im Abstand von der Mischgas- Einlaßöffnung und im rechten Winkel zu dieser mündet, wobei eine Verbrennungsgas-Auslaßöffnung (37) in einen Seitenbereich der Auslaßkammer (34b) des Verbrennungsgases mündet;

(g) eine Verbrennungsgaskammer (38), die im axialen Endbereich des rohrförmigen Gehäuses (31) gegenüber der Verbrennungsgas-Einlaßkammer (34a) und -Auslaßkammer (34b) angeordnet ist.

2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsvorrichtung weiterhin eine Mischeinheit für sauerstoffhaltiges Gas und Brennstoff auiweist, die versehen ist mit:

einem Venturi-Rohr (50) mit einer Venturi-Engstelle (53), die durch wärmeisolierendes Material (61) umgeben ist;

einer Brennstoffzufuhrleitung mit einer Brennstoffaustrittsdüse (56), die in die Venturi-Engstelle des Venturi-Rohres einmündet, welche Brennstoffaustrittsdüse im vorderen Endbereich der Brennstoffzufuhrleitung vorgesehen ist;

einer Kühleinheit (57,58,59) zum Kühlen eines geeigneten Bereichs der Brennstoffaustrittsdüse der Brennstoffzufuhrleitung in Verbindung mit der Brennstoffaustrittsdüse.

3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bienenwabenförmigen Wandfiächen der zylindrischen Verbrennungsgas-Kanaleinrichtung (32) überzogen sind mit Katalysatoren zur Erzielung einer katalytischen Verbindung des Mischgases.

4. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator Platin oder Paladium umfaßt.

5. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Einlaßkanaleinrichtungen (31) und der Auslaßeinrichtungen (31) aus wenigstens einem keramischen Material aus der Gruppe Silikonkarbid, Zirkonoxyd und Cordierit hergestellt ist.

6. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bienenwaben-Kanaleinrichtung (32) aus wenigstens einem keramischen Material der Gruppe Silikonkarbid, Zirkonoxyd und Cordierit hergestellt ist.

7. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturi-Rohr (50) aus wenigstens einem der keramischen Materialien der Gruppe Silikonkarbid, Zirkonoxyd und Cordierit hergestellt ist.

8. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der rohrförmigen Gehäuse (31) und der zylindrischen Verbrennungsgas- Kanaleinrichtungen (32) aus wenigstens einem keramischen Material der Gruppe Silikonkarbid, Zirkonoxyd und Cordierit hergestellt ist.

9. Verbrennungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Venturi-Rohr (50) aus wenigstens einem keramischen Material der Gruppe Silikonkarbid, Zirkonoxyd und Cordierit hergestellt ist.