DK148697B - Apparat til gennemfoerelse af en termisk reaktion imellem stroemme af stroemningsdygtige medier - Google Patents

Description

148697

Opfindelsen omhandler et apparat til gennemførelse af en termisk reaktion imellem strømme af strømningsdygtige medier og af den i krav l's indledning angivne art.

Fra beskrivelsen til fransk patent nr. 2.071.012 kendes et sådant apparat til forbrænding af brændbare spildgasser, hvor flammen kan nå helt ud til indervæggen af det indre rør, så at dette virker som varmeveksler imellem de varme indre forbrændingsgasser og de igennem det ringformede man tilførte spildgasser. Dermed bliver væggen af det indre rør termisk stærkt belastet og opvarmet, så at den af apparatet afgivne varmeydelse ikke hurtigt kan tilpasses de aktuelle krav.

2 148697

Fra beskrivelsen til U.S.A.-patent nr. 2.564.700 kendes en kønrøgsovn, hvor forbrændingsgasserne bringes til at foretage en skruelinieformet bevægelse i det indre rør, fra hvis aksiale område kønrøgen føres ud, og ved hvis ildfaste beklædning der i det væsentlige kun befinder sig varme gasser, som termisk stærkt belaster og opvarmer den ildfaste beklædning, så at også denne ovn i det hele er termisk træg.

Opfindelsen har til formål at tilvejebringe et apparat af denne art, som er termisk mere fleksibelt og derved muliggør en finstyring af reaktionsprocesserne ved at holde den indre rørvæg termisk "kold".

Dette opnås ifølge opfindelsen ved en konstruktion af den i krav l's kendetegnende del angivne art.

Her trænger den igennem det ringformede rum påbegyndte strømning på helt rotationssymmetrisk måde ind i det indre af indsatsen og foretager dér en skruelinieformet strømning, der strømmer ud langs væggen af det indre rør. Da trykforholdene er fuldstændige rotationssymmetriske, opstår der ved aksen af det indre rør et undertryksområde, der sørger for, at de med hinanden reagerende medier forbliver i det indre aksiale område af det indre rør og ikke berører dettes væg. Da denne væg således belastes hverken termisk eller kemisk, stilles der ingen særlige fordringer til materialet, så at der eksempelvis kan anvendes normalt stål. Reaktionsbetingelserne bestemmes udelukkende af de to strømme og ikke af den aktuelle temperatur af væggen af det indre rør, hvorved reaktionen kan styres fint og hurtigt.

Åbningerne i den perforerede indsats er normalt cirkulære og bør i det mindste ved den mod den forreste væg vendende ende af indsatsen udvise et forhold imellem huldiameteren og vægtykkelsen på over 5·

Ved den i krav 2 angivne konstruktion fremmes blandingen af de to medier, og det forhindres, at det igennem tilgangsrøret indførte medium ikke når ud til indervæggen af det indre rør.

Det tangentialt i det ringformede rum indmundende indløbsrør er normalt anbragt nær ved den fra den forreste væg bortvendte ende af det ringformede rum, da dette uden i det ringformede rum anbragte ledeorganer begunstiger-' det jævne indløb af’ den skruelinieformede strøm i åbningerne af indsatsen.

148697 3

Ved at anbringe indløbsrøret længjsre bagud i apparatet og fordele gassens udløb fra det ringformede rum som angivet i krav 3 fremmes den strømning med "kold" rørvæg, der i forvejen er opnået som følge af den skruelinieformede strømning.

Forholdet imellem tværsnitsarealet af det ringformede rum og det totale tværsnitsareal af alle åbningerne ligger fortrinsvis imellem 5 og 15 på et cylindrisk svøb. Diameteren af det indre rør må ikke understige 500.mm, når der i den retliniede aksiale strøm tilføres et viskost reaktionsmiddel, eksempelvis svær brændselsolie, der fortrinsvis disper-geres meget fint og homogent.

Ved den i krav 4 angivne konstruktion kan den som følge af den skruelinieformede strømning tilvejebragte indsnævrede diameter af den ak-sialt i det indre rør brændende flamme opretholdes helt hen til rørenden.

Fortrinsvis træder den skruelinieformede strømning fra det ringformede rum igennem indsatsåbningeme med en hastighed på ca. 15-50 m/s, men også ved høje starthastigheder af den aksiale strøm, eksempelvis 100-150 m/s, omsluttes flammen fuldstændigt af den skruelinieformede strøm. Som følge af det i den centrale kerne herskende undertryk føres varme gaspartikler tilbage til kernens akse, og flammen forbliver inden for en cylinder, hvis radius andrager ca. 1/3 af inderrørets radius, når der ikke anvendes nogen opstemningsskive. Flammens diameter er i det væsentlige uafhængig af brændstoffets gennemløbsmængde, men flammens længde ændrer sig som en funktion af gennemløbsmængden.

Opfindelsen forklares nærmere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor: fig. 1 er et længdesnit igennem en første udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, fig. 2 er et snit langs linien a-b på fig. 1 med i snitplanen projicerede tilgangsledninger, og fig, 3 er et længdesnit igennem en anden udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen.

. 148697 4

Som vist på fig. 1 har apparatet ifølge opfindelsen en kappe 1, som i den ene ende er lukket med en forvæg 7· I kappen 1 er der indsat et cylinderformet indre rør 2, så at der ved den fra forvæggen 7 tortvendende ende opstår et lukket ringformet rum 4. I retning mod væggen 7 er det indre rør 2 forlænget med en indsats 2’ med åbninger 3, så at det ringformede rum 4 strækker sig hen til forvæggen 7.

Ved den fra forvæggen 7 bortvendende ende af det ringformede rum 4 indmunder der tangentialt i dette et indløbsrør 5, igennem hvilket der indføres gas. Igennem forvæggen 7 er der indført/ koaksialt med indsatsen 2* og det indre rør 2, dvs. i aksen af det af det indre rør 2 dannede forbrændingskammer 6, et tilgangsrør 8, der udmunder i det indre af indsatsen 2‘ og anvendes til fremføring af brændstof.

På den fra indsatsen 2' bortvendende side af forvæggen 7 er der et cylinderformet kammer 10, der lukkes af en parallelt med forvæggen 7 forløbende ydervæg 11 af apparatet, og som er forbundet med det indre af indsatsen 2’ igennem åbningen 9 i forvæggen 7. I det cylinderformede kammer 10 indmunder der en tilgangsledning 12, som på fig. 2 er vist tangentialt indmundende, men som dog kan danne en vilkårlig vinkel med den cylinderformede yderflade af kammeret 10.

Igennem kappen 1 og indsatsen 2 indrager der et tændrør 13, som kan trækkes tilbage efter antændingen. I det indre af forbrændingskammeret 6 er der ved overgangsstedet imellem dét indre rør 2 og indsatsen 2* anbragt en opstemningsskive 15 med en central åbning 17, og ved den frie ende af det indre rør 2 er der anbragt en opstemningsskive 14 med en central åbning 16.

Under drift indføres der brændstof igennem tilgangsrøret 8, gas igennem indløbsrøret 5 og luft igennem tilgangsledningen 12. Gassen strømmer igennem det ringformede rum 4 i en skruelinieformet strøm og træder ligeligt fordelt igennem åbningerne 3 i indsatsen 2’ og bevæger sig i en skruelinieformet strøm langs ydersiden af forbrændingskammeret 6 i udadgående retning. Det i den aksiale kerne af den skruelinie-formede strøm derved opstående undertryk indsuger de fra tilgangsrøret 8 og åbningerne 9 udtrædende aksiale strømme og fremfører disse. Ved antænding af tændrøret 13 startes en forbrænding, hvorved der i det indre af den skruelinieformede strøm opstår en flamme, hvis diameter i det væsentlige er bestemt af diameteren af de centrale åbninger 17 og 16. De dele af flammen, der søger at bevæge sig udad i retning imod 5 148697 det indre rør 2, føres af det i den aksiale kerne herskende undertryk tilbage imod aksen som vist ved de punkterede pile.

I den på fig. 3 viste udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen mangler ydervæggen 11, og forvæggen 7 er udformet uden åbningerne 9.

I stedet for er der her anbragt en skærm 18, der er fastgjort til en stang 19, som igen er fastgjort i tilgangsrøret 8 ved hjælp af en travers eller et kryds 20. Luften tilføres her igennem en ledning 21. Blandingen af luft og brændstof, der i et apparat af denne type i det væsentlige skal være gasformig, afbøjes først af skærmen 18, før den træder ind i forbrændingskammeret 6 og her antager den retliniede strømningsform i den centrale kerne af den skruelinieformede gasstrøm.

En brænder af den på fig. 3 viste udførelsesform kan eksempelvis have følgende hoveddimensioner:

Totallængde af apparatet: 45cm; inderdiameter af kappen 1: 55cm, inder-diameter af det indre rør 2 og indsatsen 2*: 42,5cm, vægtykkelse af indsatsen 2·: 5mm. Indsatsen 2» har 75 åbninger med en diameter på 20 mm, som i nærheden af forvæggen 7 danner et net med maskevidden 5x5 cm· Det indre rør 2 har endvidere ved sin fra forvæggen 7' bortvendende ende en langs en omkredslinie fordelte åbninger 23 med en diameter på 8 mm.

Apparatet fødes med 100 m^/h methan og med 3000 m^/h luft. De fra brænderen udtrædende gasser har en temperatur på 800 °C; temperaturen af den perforerede indsats 2 * andrager 150 °C, og témperaturen .af kappen 1 andrager 60 °C.