WO2012069155A2 - Pulsstrahl-dampferzeuger - Google Patents

Pulsstrahl-dampferzeuger Download PDF

Info

Publication number
WO2012069155A2
WO2012069155A2 PCT/EP2011/005750 EP2011005750W WO2012069155A2 WO 2012069155 A2 WO2012069155 A2 WO 2012069155A2 EP 2011005750 W EP2011005750 W EP 2011005750W WO 2012069155 A2 WO2012069155 A2 WO 2012069155A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
evaporator
steam
steam generator
chamber
pulse jet
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/005750
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2012069155A3 (de
Inventor
Michael Seifert
Christian Seifert
Sonja Seifert
Thomas Seifert
Hans-Dieter Seifert
Original Assignee
Michael Seifert
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Michael Seifert filed Critical Michael Seifert
Publication of WO2012069155A2 publication Critical patent/WO2012069155A2/de
Publication of WO2012069155A3 publication Critical patent/WO2012069155A3/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1853—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines coming in direct contact with water in bulk or in sprays
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00—Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass

Definitions

  • the invention relates to a steam generator, in particular a pulse jet steam generator for generating water or the like liquid vapor.
  • the steam provided with such a steam generator can be used in a variety of ways, for example for the so-called steam cracking of hydrocarbons, for concrete bonding, for driving a steam turbine, for heating, soil and substrate damping, vulcanization, for cleaning or sterilization purposes.
  • DE 32 10 545 shows a steam generator in which a flame continuously heats an evaporation tank. Through a valve, a precisely measured amount of liquid is passed into the evaporation tank. In contact with the hot container walls, the liquid evaporates. The resulting vapor is passed through a conduit from the container.
  • the container By evaporating the liquid, the container is cooled, so that a break is required to reheat the container walls before new liquid can be evaporated. But this also means that steam can only ever be produced in portions.
  • CONFIRMATION COPY Their immediate proximity to evaporate water, because namely the known burner can only produce a sufficiently flammable gas mixture by means of negative pressure, and because the possibly evaporating water in the burner flame extinguishing the burner flame and makes a restart of the burner required. So far, this does not permit continuous steam generation.
  • Continuous steam generation is possible with a known system based on rocket propulsion.
  • water is injected behind the explosion area of a blast gas mixture of oxygen and hydrogen for evaporation. This results in a strongly exothermic reaction directly steam as a reaction product.
  • the combustion chamber produces a temperature of about 3600 K at a pressure of about 80 bar.
  • the injection chamber is followed by an injection system, through which water can be injected into the hot exhaust gas of the reaction, which forms droplets there and finally evaporates.
  • the steam leaves the evaporator with a residual temperature of about 1200 K.
  • the object of the invention is therefore to provide a steam generator and in particular a pulse jet steam generator, which can be operated with readily available fuel and allows continuous steam generation.
  • the pulse jet steam generator comprises a pulse jet engine and an evaporator, wherein the pulse jet engine has a combustion chamber and a Verbrennungs Kunststoffeinlass- chamber, the combustion air inlet chamber having an air supply with a flutter valve, wherein a fuel supply flows through a fuel nozzle in the combustion chamber, wherein the combustion chamber Ignition device and an exhaust gas outlet, wherein the combustion air inlet chamber is connected to the combustion chamber, the evaporator having an exhaust gas inlet, a liquid supply, an evaporator chamber and a steam outlet, wherein the exhaust gas inlet of the evaporator is connected to the exhaust gas outlet of the pulse jet engine, that the exhaust gases of the pulse jet engine flow directly into the evaporator, wherein the liquid supply is arranged in the region of the evaporator chamber and wherein the liquid by the liquid supply in the evaporator chamber in the hot exhaust gas of the pulse jet engine can be injected.
  • the basis of the pulse jet steam generator according to the invention is thus a pulse jet engine, which is also known as Argus blacksmith tube, which is usually used to drive missiles.
  • the pulse jet engine is constructed approximately tubular and has a combustion chamber. At one end of the combustion chamber is a combustion air inlet chamber, to which in turn a flutter valve with a plurality of movable valve flaps is arranged, through which air can flow into the combustion chamber.
  • a fuel supply and an ignition device are arranged on the combustion chamber.
  • Air is ignited via the combustion air inlet chamber continuously injected under pressure through the valve into the combustion chamber. Due to the air pressure, the valve flaps open automatically. At the same time, fuel is injected into the combustion chamber. The resulting air-fuel mixture is ignited by the igniter. The explosion creates an overpressure in the combustion chamber, which closes the valve flaps. The flame and the hot exhaust gas thus flow from the open end of the tube into the evaporator chamber.
  • the invention is therefore based on a modified Schmid-Argus tube, as shown, for example, in EP 0 227 699 B1, which produces substantially less noise and in which no material fatigue of the flutter valve occurs.
  • the modified Schmid-Argus tube downstream of an evaporator downstream of an evaporator.
  • This evaporator has a liquid feed through which liquid in the hot exhaust of the engine can be injected. Due to the high temperatures, the liquid evaporates there immediately and exits as steam with the exhaust gas.
  • the pulse jet engine can be run on a variety of fuels, such as biogas, which is inexpensive and available in large quantities. However, it can also be operated with oxyhydrogen or other explosive gas mixtures.
  • the pulse jet engine are designed as a Schmid Argus tube and the evaporator is substantially tubular with a round cross section.
  • the liquid supply has a plurality of annularly arranged around the evaporator chamber fluid nozzles.
  • the evaporator at the steam outlet to a taper for increasing the exit velocity of the water vapor.
  • the higher speed prevents condensation in the evaporator and, if necessary, allows overheating of the steam.
  • the exhaust inlet of the evaporator may have a taper for increasing the exhaust gas velocity. This increases the inflow velocity of the exhaust gas, which causes turbulence and better distribution of the injected liquid, which in turn leads to faster and better evaporation.
  • the taper is expediently arranged before the liquid supply.
  • the air supply of the pulse jet engine has an intake silencer.
  • a possible application of the steam generator according to the invention is an electric generator with a dynamoelectric machine, which is navantreibar with a steam turbine or the like by the steam generated in the steam generator.
  • a steam turbine any other suitable device can be used, which is suitable for driving a dynamoelectric system, such as a turbocharger, and which is able to convert the flow energy of the steam, for example in a rotational movement.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an inventive
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an electrical generator with the steam generator of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a pulse jet steam generator according to the invention, which is designated as a whole by 1.
  • the pulse jet steam generator 1 essentially has a pulse jet engine 2 and an evaporator 3.
  • the pulse jet engine 2 is designed as a Schmid-Argus tube and has a cylindrical combustion chamber 4. At one end of the combustion chamber 4, a combustion air inlet chamber 5 is arranged. The combustion air inlet chamber 5 opens into the combustion chamber 4. The mixing of air and fuel takes place preferably at the front end of the combustion chamber 4 instead.
  • the fuel supply 6 to the combustion chamber 4 via a guided through the combustion air inlet chamber 5 tube.
  • the fuel supply to the combustion chamber 4 via a fuel line 7, which has passed through the combustion air inlet chamber 5 ⁇ and opening into the combustion chamber 4 line section.
  • a filter 8 for filtering solid components, a fuel pump 9 for conveying the fuel and a valve 37 for regulating the quantity of the fuel supply are arranged.
  • a flutter valve 11 which is connected to a fresh air supply 12, opens into the combustion air inlet chamber 5. Fresh air passes via the flutter valve 11 into the combustion air inlet chamber 5, which subsequently forms a flammable mixture with the fuel in the combustion chamber 4.
  • a suction muffler 13 and a blower 14 are arranged in the fresh air supply 12.
  • a fuel nozzle 15 is provided, through which the fuel is injected into the combustion chamber 4.
  • the combustion chamber 4 has an ignition device 16, with which the fuel mixture can be ignited, wherein ignition is usually only necessary once to start the engine 2. In Be ⁇ drove the incoming mixture ignites to the existing hot exhaust gases of the previous explosion.
  • liquid fuels such as fuel oil, bio-oil or ethanol and biogas or natural gas, or any other combustible gas can be used.
  • the pulse jet engine 2 works as already described above. By the combustion chamber 4 upstream combustion air inlet chamber 5, the flutter valve 11, however, is no longer directly exposed to the temperatures of combustion, whereby its life is significantly extended. Through this Modifications a permanent operation of the pulse jet engine 2 is possible.
  • the negative pressure arising in the combustion chamber 4 may not be sufficient to open the flutter valve 11 after the explosion, so that active air can be blown into the combustion air inlet chamber 5 by the blower 14 arranged in the fresh air supply 12.
  • the hot exhaust gas 28 exits the combustion chamber 4 at the exhaust gas outlet 17 and passes directly into the exhaust gas inlet 18 of the evaporator 3.
  • the exhaust gas inlet 18 has a taper 20 in the flow direction 19, which causes an acceleration of the exhaust gas 28.
  • the taper 20 opens into an evaporator chamber 21, in which liquid 29 can be injected to the accelerated, hot exhaust gas 28.
  • a plurality of liquid nozzles 22 are arranged in a ring around the evaporator chamber 21, which allow a uniform and finely distributed injection of the liquid 29, in particular water.
  • the liquid nozzles 22 are connected via a liquid line 23 with a liquid supply.
  • a preferably volume-adjustable liquid valve 37, a filter 8 for filtering out dirt and suspended particles, a liquid pump 24 for conveying the liquid and a valve 10 for interrupting the liquid supply to the liquid nozzles 22 are arranged.
  • On the breaker valve 10 can also be dispensed with, since its function can be taken over by the flow adjustable valve 37.
  • the liquid supply can be made from a building management or from a tank.
  • the evaporator chamber 21 has a larger inside diameter than the outlet end of the exhaust gas inlet taper 20 Acceleration of the exhaust gas 28 and the expansion of the evaporator chamber 21, a turbulence and thus a better mixing of the exhaust gas 28 is effected with the liquid 29. As a result, the liquid 29 evaporates faster and more uniformly and a homogeneous exhaust gas-vapor mixture 30 results.
  • a steam outlet 25 is arranged, which also in the flow direction 1 9 preferably has a taper 20, which causes an acceleration of the steam 30.
  • the taper 26 opens into a steam pipe 27, which is adapted to the diameter of the taper 26. In the steam pipe 27, the steam 30 may be directed to a consumer.
  • the pulse jet engine 2 is operated permanently. Due to the pulsed mode of operation of the Schmid-Argus tube, it is advantageous if the liquid 29 to be evaporated is injected into the evaporator chamber 21 synchronized with the exhaust gas emission. But it is also possible to continuously inject the liquid to be evaporated in the evaporator chamber 21. Due to the very short pulse sequence of the explosions in the combustion chamber 4 so that practically a continuous steam generation is possible.
  • the pulse jet steam generator 1 can for this purpose have a user-operable steam switch, which controls the supply of water into the evaporator chamber 21, for example by opening the valve 37 in the water line 23 and / or the water pump 24 is turned on.
  • a volume-adjustable liquid valve 37 is provided in the water line 23. With the aid of the liquid valve 37, the amounts of the injected water or the same liquid can be adjusted so that the generated steam has the desired steam temperature.
  • the fuel pump 9, the water pump 24 and the blower 1 4 are driven by the same electric motor 31 to save costs and volume.
  • the individual devices can also be driven and controlled completely separately.
  • the pulse jet steam generator 1 is coupled to a steam turbine 32 for generating electricity.
  • a vibration decoupler 34 is preferably arranged, which smoothes the pulse-like vapor ejection for the uniform operation of the steam turbine 32.
  • the hot steam 30 is then passed through the steam turbine 32 in which a turbine wheel is rotated.
  • the turbine is coupled to a dynamo-electric machine 33, which converts the kinetic energy of the turbine into electrical energy.
  • a heat exchanger 36 is preferably arranged, in which the water 29 in the water line 23 is preheated by the residual heat of the steam before being injected into the evaporator chamber 21.
  • a condenser can be connected downstream, in which the vapor condenses and the water thus obtained can be used again for injection into the evaporator 3.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Fluidized-Bed Combustion And Resonant Combustion (AREA)
  • Vaporization, Distillation, Condensation, Sublimation, And Cold Traps (AREA)

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen Pulsstrahl-Dampferzeuger (1) mit einem Pulsstrahltriebwerk (2) und einem Verdampfer (3). Der Verdampfer (3) ist so angeordnet, dass das heiße Abgas (28) des Triebwerks (2) in den Verdampfer (3) strömt, wo Wasser (29) oder dergleichen Flüssigkeit (29) in das heiße Abgas (28) eingespritzt werden kann. Die eingespritzte Flüssigkeit (29) verdampft im heißen Abgas (28) sehr schnell und tritt als Dampf (30) aus dem Verdampfer (3) aus.

Description

Pulsstrahl-Dampferzeuger
Die Erfindung bezieht sich auf einen Dampferzeuger, insbesondere einen Pulsstrahl-Dampferzeuger zur Erzeugung von Wasseroder dergleichen Flüssigkeitsdampf.
Der mit einem solchen Dampferzeuger bereitgestellte Wasserdampf kann vielfältig eingesetzt werden, beispielsweise zum sogenannten Steamcracken von Kohlenwasserstoffen, zum Betonabbinden, zum Antreiben einer Dampfturbine, zur Erhitzung, Boden- und Substratdämpfung, Vulkanisierung, zu Reinigungs- oder Sterilisierungszwecken .
Im Stand der Technik sind viele verschiedene Dampferzeuger bekannt, die beispielsweise elektrisch oder mit einer offenen Flamme betrieben werden.
Die DE 32 10 545 zeigt beispielsweise einen Dampferzeuger, bei dem eine Flamme einen Verdampfungsbehälter kontinuierlich erwärmt. Durch ein Ventil wird eine genau bemessene Flüssigkeitsmenge in den Verdampfungsbehälter geleitet. Bei Berührung mit den heißen Behälterwänden verdampft die Flüssigkeit. Der dabei entstehende Dampf wird durch eine Leitung aus dem Behälter geleitet.
Durch die Verdampfung der Flüssigkeit wird der Behälter abgekühlt, so dass eine Pause zum erneuten Aufheizen der Behälterwände notwendig ist, bevor neue Flüssigkeit verdampft werden kann. Das bedeutet aber auch, dass Dampf immer nur portionsweise erzeugt werden kann.
Bislang ist es noch nicht gelungen, in einer Brennerflamme oder
BESTÄTIGUNGSKOPIE deren unmittelbaren Nähe Wasser zu verdampfen, weil nämlich die vorbekannten Brenner nur mittels Unterdruck ein ausreichend brennbares Gasgemisch erzeugen können, und weil das in der Brennerflamme eventuell verdampfende Wasser die Brennerflamme löscht und einen Neustart des Brenners erforderlich macht. Dies lässt bislang eine kontinuierliche Wasserdampferzeugung nicht zu .
Eine kontinuierliche Dampferzeugung ist mit einem bekannten System möglich, das auf einem Raketenantrieb basiert. Dabei wird hinter dem Explosionsbereich einer Knallgasmischung aus Sauerstoff und Wasserstoff zur Verdampfung Wasser eingespritzt. Dabei entsteht in einer stark exothermen Reaktion direkt Wasserdampf als Reaktionsprodukt. Im Brennraum entsteht eine Temperatur von etwa 3600 K bei einem Druck von etwa 80 bar. Dem Brennraum ist eine Einspritzanlage nachgeordnet, durch die Wasser in das heiße Abgas der Reaktion eingespritzt werden kann, das dort Tröpfchen bildet und schließlich verdampft. Der Dampf verlässt den Verdampfer mit einer Resttemperatur von etwa 1200 K.
Bei dieser Anordnung ist zwar eine kontinuierliche Dampferzeugung möglich, jedoch ist der zur Verbrennung notwendige Wasserstoff nicht beliebig verfügbar und aufwändig in der Lagerung und Handhabung.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Dampferzeuger und insbesondere einen Pulsstrahl-Dampferzeuger zu schaffen, der mit einfach verfügbarem Brennstoff betrieben werden kann und eine kontinuierliche Dampferzeugung erlaubt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Dampferzeuger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Pulsstrahl-Dampferzeuger weist ein Pulsstrahltriebwerk und einen Verdampfer auf, wobei das Pulsstrahltriebwerk eine Brennkammer und eine Verbrennungslufteinlass- kammer aufweist, wobei die Verbrennungslufteinlasskammer eine Luftzufuhr mit einem Flatterventil aufweist, wobei eine Brennstoffzufuhr durch eine Brennstoffdüse in der Brennkammer mündet, wobei die Brennkammer eine Zündvorrichtung und einen Ab- gasauslass aufweist, wobei die Verbrennungslufteinlasskammer mit der Brennkammer verbunden ist, wobei der Verdampfer einen Abgaseinlass , eine Flüssigkeitszufuhr, eine Verdampferkammer und einen Dampfauslass aufweist, wobei der Abgaseinlass des Verdampfers derart mit dem Abgasauslass des Pulsstrahltriebwerks verbunden ist, dass die Abgase des Pulsstrahltriebwerks unmittelbar in den Verdampfer strömen, wobei die Flüssigkeitszufuhr im Bereich der Verdampferkammer angeordnet ist und wobei die Flüssigkeit durch die Flüssigkeitszufuhr in der Verdampferkammer in das heiße Abgas des Pulsstrahltriebwerks einspritzbar ist.
Basis des erfindungsgemäßen Pulsstrahl-Dampferzeugers ist demnach ein Pulsstrahltriebwerk, das auch als Argus-Schmied-Rohr bekannt ist, das gewöhnlich zum Antrieb von Flugkörpern verwendet wird.
Das Pulsstrahltriebwerk ist etwa rohrförmig aufgebaut und weist eine Brennkammer auf. An einem Ende der Brennkammer ist eine Verbrennungslufteinlasskammer , an der wiederum ein Flatterventil mit mehreren beweglichen Ventilklappen angeordnet, durch das Luft in die Brennkammer einströmen kann.
Weiterhin sind an der Brennkammer eine Brennstoffzufuhr und eine Zündvorrichtung angeordnet.
Zur Zündung wird Luft über die Verbrennungslufteinlasskammer unter Druck durch das Ventil in die Brennkammer kontinuierlich eingeblasen. Durch den Luftdruck öffnen sich die Ventilklappen selbsttätig. Gleichzeitig wird Brennstoff in die Brennkammer eingespritzt. Das entstehende Luft-Brennstoff-Gemisch wird durch die Zündvorrichtung gezündet. Durch die Explosion entsteht in der Brennkammer ein Überdruck, durch den die Ventilklappen geschlossen werden. Die Flamme und das heiße Abgas strömen somit aus dem offenen Ende des Rohres in die Verdampferkammer .
Durch das ausströmende Abgas entsteht am Ventil ein Unterdruck, durch den die Ventilklappen wieder geöffnet werden und frische Luft in die Brennkammer nachströmt. Das erneut entstehende Brennstoff-Luft-Gemisch entzündet sich an den noch vorhandenen heißen Abgasen und/oder der heißen Brennkammerwand. Eine aktive Zündung durch die Zündvorrichtung ist somit nur einmalig beim Start notwendig. Die Verbrennung steuert sich weitgehend selbst .
Bisher war die Betriebsdauer solcher Pulsstrahltriebwerke jedoch stark limitiert, da das Flatterventil aufgrund der hohen Temperaturen bereits nach kurzer Zeit zerstört wurde. Zudem entsteht durch das Ventil und den Resonanzbetrieb ein extremer Geräuschpegel, so dass eine Anwendung in geschlossenen Räumen bisher nicht möglich war.
Der Erfindung liegt daher ein abgewandeltes Schmid-Argus-Rohr zugrunde, wie es beispielsweise in der EP 0 227 699 B1 gezeigt ist, das wesentlich weniger Lärm erzeugt und bei dem keine Materialermüdung des Flatterventils auftritt.
Wesentlich für die Erfindung ist jedoch, dass dem abgewandelten Schmid-Argus-Rohr ein Verdampfer nachgeordnet ist. Dieser Verdampfer hat eine Flüssigkeitszuf hr, durch die Flüssigkeit in das heiße Abgas des Triebwerks eingespritzt werden kann. Aufgrund der hohen Temperaturen verdampft die Flüssigkeit dort sofort und tritt als Dampf mit dem Abgas aus.
Das Pulsstrahltriebwerk kann mit verschiedenen Brennstoffen betrieben werden, beispielsweise mit Biogas, das kostengünstig und in großen Mengen vorhanden ist. Es kann jedoch auch mit Knallgas oder anderen explosiven Gasmischungen betrieben werden .
Da die Wassereinspritzung nicht in der Brennkammer, sondern erst außerhalb der Brennkammer in das heiße Abgas geschieht, wird der Verbrennungsprozess in der Brennkammer nicht beeinträchtigt. Auch wenn das in die Verdampferkammer einströmende Abgas durch die eingespritzte Flüssigkeit abkühlt, wird der zyklische Verbrennungsprozess in der Brennkammer nicht behindert .
Falls die Abgase zu stark abgekühlt werden, so dass die Abgas- Austrittsgeschwindigkeit dermaßen reduziert wird, dass in der I Brennkammer kein für das Öffnen des Luftventils ausreichender Unterdruck entsteht, kann durch eine aktive Zuführung der Luft und ein aktives Zünden des Gemisches der Verbrennungsvorgang am Laufen gehalten werden. Normalerweise ist dies jedoch nicht notwendig .
Aufgrund der Selbsterhaltung des Verbrennungsprozesses kann durch das gesteuerte Einspritzen von Flüssigkeit jederzeit quasi auf Knopfdruck Dampf erzeugt werden, und zwar mit beliebiger Temperatur, da die Menge an eingespritzter Flüssigkeit ) unmittelbar die Temperatur des Dampf-Abgasgemisches beein- flusst . Die Tatsache, dass mit Hilfe des erfindungsgemäßen Pulstrahl-Dampferzeugers quasi auf Knopfdruck Dampf mit beliebiger Temperatur erzeugt werden kann, ist ein besonderer Vor- teil der vorliegenden Erfindung. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Pulsstrahl-Dampferzeugers ist auch eine kontinuierliche Dampferzeugung möglich, so dass der Pulsstrahl-Dampferzeuger für viele Anwendungen geeignet ist.
In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung sind das Pulsstrahltriebwerk als Schmid-Argus-Rohr und der Verdampfer im Wesentlichen rohrförmig mit einem runden Querschnitt ausgebildet. i In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung hat die Flüssigkeitszufuhr mehrere ringförmig um die Verdampferkammer angeordnete Flüssigkeitsdüsen. Dadurch ist eine gleichmäßige, fein verteilte Einspritzung der zu verdampfenden Flüssigkeit möglich und die Verdampfung erfolgt schneller und gleichmäßiger.
Zweckmäßigerweise weist der Verdampfer am Dampfauslass eine Verjüngung zum Erhöhen der Austrittsgeschwindigkeit des Wasserdampfs auf. Durch die höhere Geschwindigkeit wird eine Kondensation im Verdampfer verhindert und erforderlichenfalls eine ) Überhitzung des Dampfes ermöglicht.
Alternativ oder zusätzlich kann der Abgaseinlass des Verdampfers eine Verjüngung zum Erhöhen der Abgasgeschwindigkeit aufweisen. Dadurch erhöht sich die Einströmgeschwindigkeit des Ab- j gases, wodurch eine Verwirbelung und bessere Verteilung der eingespritzten Flüssigkeit bewirkt wird, was wiederum zu einer schnelleren und besseren Verdampfung führt. Dazu ist die Verjüngung zweckmäßigerweise vor der Flüssigkeitszufuhr angeordnet .
)
Zur Verringerung der Betriebsgeräusche ist es vorteilhaft, wenn die Luftzufuhr des Pulsstrahltriebwerks einen Ansaugschalldämpfer aufweist. Eine mögliche Anwendung des erfindungsgemäßen Dampferzeugers ist ein elektrischer Generator mit einer dynamoelektrischen Maschine, die mit einer Dampfturbine oder dergleichen durch den im Dampferzeuger erzeugten Dampf drehantreibar ist. Statt einer Dampfturbine ist auch jede andere, geeignete Vorrichtung verwendbar, die sich zum Antreiben einer dynamoelektrischen Anlage, wie z.B. ein Turbolader, eignet und welche die Strömungsenergie des Dampfes beispielsweise in eine Rotationsbewegung umzusetzen vermag.
Die Erfindung ist nachfolgend anhand eines Ausführungs- und eines Anwendungsbeispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen
Dampferzeugers und
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines elektrischen Generators mit dem Dampferzeuger der Fig. 1.
Die Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Pulsstrahl-Dampferzeuger, der im Ganzen mit 1 bezeichnet ist. Der Pulsstrahl- Dampferzeuger 1 weist im Wesentlichen ein Pulsstrahltriebwerk 2 und einen Verdampfer 3 auf.
Das Pulsstrahltriebwerk 2 ist als Schmid-Argus-Rohr ausgebildet und weist eine zylinderförmige Brennkammer 4 auf. An einem Ende der Brennkammer 4 ist eine Verbrennungslufteinlasskammer 5 angeordnet. Die Verbrennungslufteinlasskammer 5 mündet in der Brennkammer 4. Die Vermischung von Luft und Brennstoff findet vorzugsweise am vorderen Ende der Brennkammer 4 statt. Die Brennstoffzufuhr 6 zur Brennkammer 4 erfolgt über ein durch die Verbrennungslufteinlasskammer 5 hindurchgeführtes Rohr. Die Brennstoffzufuhr zur Verbrennungskammer 4 erfolgt über eine Brennstoffleitung 7, die einen durch die Verbrennungsluftein¬ lasskammer 5 hindurchgeführten und in der Brennkammer 4 mündenden Leitungsabschnitt hat. In der Brennstoffleitung 7 sind ein Filter 8 zum Ausfiltern von festen Bestandteilen, eine Brennstoffpumpe 9 zum Fördern des Brennstoffes und ein Ventil 37 zur Mengenregulierung der Brennstoffzufuhr angeordnet.
In die Verbrennungslufteinlasskammer 5 mündet zusätzlich ein Flatterventil 11 , das mit einer Frischluftversorgung 12 verbunden ist. Über das Flatterventil 11 gelangt Frischluft in die Verbrennungslufteinlasskammer 5, die anschließend in der Brennkammer 4 mit dem Brennstoff ein entzündbares Gemisch bildet. In der Frischluftversorgung 12 sind ein Ansaugschalldämpfer 13 und ein Gebläse 14 angeordnet. Im vorderen Bereich der Brennkammer 4 ist eine Brennstoffdüse 15 vorgesehen, durch die der Brennstoff in die Brennkammer 4 eingespritzt wird. Die Brennkammer 4 weist eine Zündvorrichtung 16 auf, mit der das Brennstoffge- misch entzündet werden kann, wobei eine Zündung in der Regel nur einmalig zum Starten des Triebwerks 2 notwendig ist. Im Be¬ trieb entzündet sich das einströmende Gemisch an den vorhandenen heißen Abgasen der vorangegangenen Explosion.
Als Brennstoff kann beispielsweise neben Flüssigbrennstoffen, wie Heizöl, Bioöl oder Ethanol auch Bio- oder Erdgas, oder jedes andere brennbare Gas verwendet werden.
Das Pulsstrahltriebwerk 2 funktioniert wie bereits oben beschrieben. Durch die dem Brennraum 4 vorgeschaltete Verbrennungslufteinlasskammer 5 wird das Flatterventil 11 jedoch nicht mehr direkt den Temperaturen der Verbrennung ausgesetzt, wodurch seine Lebensdauer wesentlich verlängert wird. Durch diese Modifikationen ist ein dauerhafter Betrieb des Pulsstrahltriebwerks 2 möglich.
Aufgrund der Anordnung kann jedoch der in der Brennkammer 4 entstehende Unterdruck nicht ausreichen, um das Flatterventil 11 nach der Explosion zu öffnen, so dass durch das in der Frischluftversorgung 12 angeordnete Gebläse 14 aktiv Luft in die Verbrennungslufteinlasskammer 5 eingeblasen werden kann.
Das heiße Abgas 28 tritt am Abgasauslass 17 aus der Brennkammer 4 aus und gelangt unmittelbar in den Abgaseinlass 18 des Verdampfers 3. Der Abgaseinlass 18 weist in Strömungsrichtung 19 eine Verjüngung 20 auf, die eine Beschleunigung des Abgases 28 bewirkt. Die Verjüngung 20 mündet in eine Verdampferkammer 21, in der Flüssigkeit 29 zu dem beschleunigten, heißen Abgas 28 eingespritzt werden kann. Dazu sind ringförmig um die Verdampferkammer 21 mehrere Flüssigkeitsdüsen 22 angeordnet, die eine gleichmäßige und fein verteilte Einspritzung der Flüssigkeit 29, insbesondere Wasser, ermöglichen.
Die Flüssigkeitsdüsen 22 sind über eine Flüssigkeitsleitung 23 mit einer Flüssigkeitsversorgung verbunden. In der Flüssigkeitsleitung 23 sind ein vorzugsweise mengenregulierbares Flüssigkeitsventil 37, ein Filter 8 zum Herausfiltern von Schmutz- und Schwebeteilchen, eine Flüssigkeitspumpe 24 zum Fördern der Flüssigkeit und ein Ventil 10 zum Unterbrechen der Flüssigkeitszuführung zu den Flüssigkeitsdüsen 22 angeordnet. Auf das Unterbrecherventil 10 kann auch verzichtet werden, da dessen Funktion durch das mengenregulierbare Ventil 37 übernommen werden kann.
Die Flüssigkeitsversorgung kann aus einer Gebäudeleitung oder aus einem Tank erfolgen.
Die Verdampferkammer 21 hat einen größeren Innen-Durchmesser als das Auslass-Ende der Abgas-Einlass-Verjüngung 20. Durch die Beschleunigung des Abgases 28 und die Aufweitung der Verdampferkammer 21 wird eine Verwirbelung und damit eine bessere Mischung des Abgases 28 mit der Flüssigkeit 29 bewirkt. Dadurch verdampft die Flüssigkeit 29 schneller und gleichmäßiger und es entsteht ein homogenes Abgas-Dampf-Gemisch 30 . Am Ende der Verdampferkammer 21 ist ein Dampfauslass 25 angeordnet, der ebenfalls in Strömungsrichtung 1 9 vorzugsweise eine Verjüngung 20 aufweist, die eine Beschleunigung des Dampfes 30 bewirkt. Die Verjüngung 26 mündet in ein Dampfrohr 27 , das an den Durchmesser der Verjüngung 26 angepasst ist. In dem Dampfrohr 27 kann der Dampf 30 zu einem Verbraucher geleitet werden.
In der Praxis wird das Pulsstrahltriebwerk 2 dauerhaft betrieben. Aufgrund der pulsweisen Funktionsweise des Schmid-Argus- Rohres ist es vorteilhaft, wenn die zu verdampfende Flüssigkeit 29 mit dem Abgasausstoß synchronisiert in die Verdampferkammer 21 eingespritzt wird. Möglich ist aber auch, die zu verdampfende Flüssigkeit kontinuierlich in die Verdampferkammer 21 einzuspritzen. Aufgrund der sehr kurzen Pulsfolge der Explosionen im Brennraum 4 ist damit praktisch eine kontinuierliche Dampferzeugung möglich.
Der Wasserdampf 30 kann jedoch auch bedarfsorientiert erzeugt werden. Der Pulsstrahl-Dampferzeuger 1 kann dazu einen vom Benutzer bedienbaren DampfSchalter aufweisen, der die Wasserzufuhr in die Verdampferkammer 21 steuert, indem beispielsweise das Ventil 37 in der Wasserleitung 23 geöffnet und/oder die Wasserpumpe 24 eingeschaltet wird. Um die Menge des eingespritzten Wassers oder dergleichen Flüssigkeit einregeln zu können, ist in der Wasserleitung 23 ein mengenregulierbares Flüssigkeitsventil 37 vorgesehen. Mit Hilfe des Flüssigkeitsventils 37 kann die Mengen des eingespritzten Wassers oder der gleichen Flüssigkeit derart eingeregelt werden, dass der erzeugte Dampf die gewünschte Dampftemperatur hat. Im Beispiel sind die Brennstoffpumpe 9 , die Wasserpumpe 24 und das Gebläse 1 4 durch denselben Elektromotor 31 angetrieben, um Kosten und Bauvolumen zu sparen. Die einzelnen Geräte können jedoch auch vollständig separat angetrieben und angesteuert werden .
In Fig. 2 ist der erfindungsgemäße Pulsstrahl-Dampferzeuger 1 mit einer Dampfturbine 32 zur Stromerzeugung gekoppelt. Am Dampfauslass 25 des Verdampfers 3 ist vorzugsweise ein Schwingungsentkoppler 34 angeordnet, der den pulsartigen Dampf- ausstoß für den gleichmäßigen Betrieb der Dampfturbine 32 glättet. Der heiße Dampf 30 wird dann durch die Dampfturbine 32 geleitet, in der ein Turbinenrad in Drehung versetzt wird. Die Turbine ist mit einer dynamoelektrischen Maschine 33 gekoppelt, die die Bewegungsenergie der Turbine in elektrische Energie umwandelt .
Am Dampfausgang 35 der Dampfturbine ist vorzugsweise ein Wärmetauscher 36 angeordnet, in dem durch die Restwärme des Dampfes das Wasser 29 in der Wasserleitung 23 vor dem Einsspritzen in die Verdampferkammer 21 vorgewärmt wird.
Zusätzlich oder alternativ kann ein Kondensator nachgeschaltet werden, in dem der Dampf kondensiert und das so gewonnene Wasser erneut zur Einspritzung in den Verdampfer 3 verwendet werden kann.
Der Einsatz des Dampferzeugers zur Stromgewinnung ist lediglich ein mögliches Anwendungsgebiet. Die Erfindung ist keineswegs auf diese Anwendung beschränkt. Der Fachmann wird den erfindungsgemäßen Pulsstrahl-Dampferzeuger ohne Probleme für viele weitere Anwendungszwecke unverändert übernehmen können.

Claims

Ansprüche
Dampferzeuger, insbesondere Pulsstrahl-Dampferzeuger, aufweisend ein Pulsstrahltriebwerk (2) und einen Verdampfer
(3) , wobei das Pulsstrahltriebwerk (2) eine Brennkammer
(4) und eine Verbrennungslufteinlasskammer (5) aufweist, wobei die Verbrennungslufteinlasskammer (5) eine Luftzufuhr (12) mit einem Flatterventil (11) hat, wobei in der Brennkammer (4) eine Brennstoffzufuhr (6) mündet, wobei die Brennkammer (4) eine Zündvorrichtung (16) und einen Abgasauslass (17) aufweist, wobei die Verbrennungslufteinlasskammer (5) mit der Brennkammer (4) verbunden ist, wobei der Verdampfer (3) einen Abgaseinlass (18), eine Flüssigkeitszufuhr (22), eine Verdampferkammer (21) und einen Dampfauslass (25) aufweist, wobei der Abgaseinlass
(18) des Verdampfers (3) derart mit dem Abgasauslass (17) des Pulsstrahltriebwerks (2) verbunden ist, dass die Abgase (28) des Pulstrahltriebwerks (2) unmittelbar in den Verdampfer (3) strömen, wobei die Flüssigkeitszufuhr (22) im Bereich der Verdampferkammer (21 ) angeordnet ist und wobei die Flüssigkeit (29) durch die Flüssigkeitszufuhr
(21) in der Verdampferkammer (21) in das heiße Abgas (28) des Pulsstrahltriebwerks (2) einspritzbar ist.
Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Pulsstrahltriebwerk (2) als Schmid-Argus-Rohr und die Verdampferkammer (21) im Wesentlichen rohrförmig mit einem runden Querschnitt ausgebildet sind.
Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeitszufuhr vorzugsweise mehrere ringförmig um die Verdampferkammer (21) angeordnete Flüssigkeitsdüsen (22) aufweist.
4. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdampfer (3) am Dampfauslass (25) vorzugsweise eine Verjüngung (26) zum Erhöhen der Austrittsgeschwindigkeit des Wasserdampfs (30) aufweist.
5. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgaseinlass (18) des Verdampfers (3) vorzugsweise eine Verjüngung (20) zum Erhöhen der Ab¬ gaseinströmgeschwindigkeit aufweist .
6. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger (1) zur Erzeugung größerer Dampferzeugungs-Leistungen mit weiteren, vorzugsweise Baugleichen Dampferzeugern (1) verbunden und insbesondere parallel geschaltet ist.
7. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzufuhr (12) des Pulsstrahltriebwerks (2) einen Ansaugschalldämpfer (13) aufweist und/oder dass ein Schalldämpfer dem Dampfaustritt (27) nachgeschaltet ist. .
8. Elektrischer Generator mit einem, gemäß den Ansprüchen 1 bis 7 ausgebildeten Dampferzeuger (1) und einer dynamoelektrischen Maschine (33), die durch eine Dampfturbine (32) oder dergleichen mit dem im Dampferzeuger (1) erzeugten Dampf (30) drehantreibar ist.
PCT/EP2011/005750 2010-11-23 2011-11-15 Pulsstrahl-dampferzeuger WO2012069155A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010052268.6 2010-11-23
DE102010052268.6A DE102010052268B4 (de) 2010-11-23 2010-11-23 Pulsstrahl-Dampferzeuger

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2012069155A2 true WO2012069155A2 (de) 2012-05-31
WO2012069155A3 WO2012069155A3 (de) 2012-08-09

Family

ID=45002893

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/005750 WO2012069155A2 (de) 2010-11-23 2011-11-15 Pulsstrahl-dampferzeuger

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010052268B4 (de)
WO (1) WO2012069155A2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014134313A (ja) * 2013-01-08 2014-07-24 Hiroshima Univ パルス燃焼装置、および溶射装置

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CZ304340B6 (cs) * 2012-12-19 2014-03-12 VĂŤTKOVICE POWER ENGINEERING a.s. Vstřikový generátor paroplynové směsi
DE102015116730B4 (de) 2014-10-02 2022-04-28 Steffen Koch Vorrichtung und Verfahren zum Erzeugen eines heißen und wasserdampfhaltigen Gases

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3210545A1 (de) 1982-03-23 1983-10-06 Rolf Kresel Impuls-dampfantrieb fuer kaeltemittelkompressoren
EP0227699B1 (de) 1985-06-12 1989-01-04 PLETZER, Georg Feuerungseinrichtung

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB176838A (en) * 1920-11-05 1922-03-06 David Mccrorie Shannon An improved method of & apparatus for generating power by combustion
US2950592A (en) * 1954-01-06 1960-08-30 Curtis Automotive Devices Inc Resonant pulse jet engine having an engine valve antechamber
US3668145A (en) * 1970-11-09 1972-06-06 Us Interior Production activated carbon in dual pulse jet engine system
US6062018A (en) * 1993-04-14 2000-05-16 Adroit Systems, Inc. Pulse detonation electrical power generation apparatus with water injection
US6016773A (en) * 1998-11-23 2000-01-25 Zinke; Robert Dan Pulse combustion steam generator

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3210545A1 (de) 1982-03-23 1983-10-06 Rolf Kresel Impuls-dampfantrieb fuer kaeltemittelkompressoren
EP0227699B1 (de) 1985-06-12 1989-01-04 PLETZER, Georg Feuerungseinrichtung

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014134313A (ja) * 2013-01-08 2014-07-24 Hiroshima Univ パルス燃焼装置、および溶射装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010052268A1 (de) 2012-05-24
WO2012069155A3 (de) 2012-08-09
DE102010052268B4 (de) 2015-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2004962B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur erzeugung von heissgas und dieselpartikelfiltersystem
EP2326815B1 (de) Verbrennungsturbine mit diskontinuierlicher verbrennung
DE102009003486A1 (de) Energieerzeugungssystem mit einer Abgastemperaturabsenkvorrichtung und System zur Steuerung einer Temperatur von Abgasen
EP1990578A1 (de) Gasturbine mit Wassereinspritzung
EP2440852A1 (de) Antrieb für eine turbine nebst antriebsverfahren
DE102010052268B4 (de) Pulsstrahl-Dampferzeuger
EP0006163B1 (de) Verfahren und Vorrichtungen zur Rauchgasführung in einem Wärmekessel
DE2163983B2 (de) Nachverbrennungsanlage für die Abgase von Brennkraftmaschinen
DE1064760B (de) Zuendeinrichtung fuer Brennkammern von Rueckstossantrieben
DE10347509A1 (de) Heizgerät mit einer Zerstäuberdüse
DE2439873A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum erzeugen wasserstoffreichen gases
DE202009016059U1 (de) Vorrichtung zur Stromerzeugung
WO2022117345A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur verbrennungsluftzufuhr und abgasrezirkulation für einen brenner
DE102006014853A1 (de) Dampferzeugungsverfahren und Dampferzeuger
DE102009026266A1 (de) Mobiles Heizgerät
EP1643085A1 (de) Heizungsanlage mit einer Gasturbinenanordnung und einem elektrischen Generator
DE3318863A1 (de) Kraftmaschine mit gasturbine
DE19937921B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Verdampfen eines flüssigen Brennstoffes für einen Brenner
DE1009441B (de) Vorrichtung zum Regeln des Ausgangsquerschnittes der Duese eines Rueckstossantriebes
EP2035747A2 (de) Verbrennungsverfahren sowie brennstoffkesselanordnung dafür
DE1476913C3 (de) Gasturbinenanlage mit einer tangential beaufschlagten mehrstufigen Turbine mit intermittierender Energieumsetzung
DE10052844B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Energiegewinnung aus Gas
DE102005027704A1 (de) Verbesserte Wärmekraftmaschine
DE681688C (de) Verfahren zur Krafterzeugung durch Wasserdampf
DE202004015362U1 (de) Heizungsanlage sowie Anbaueinheit für eine solche Heizungsanlage

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11785592

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

DPE1 Request for preliminary examination filed after expiration of 19th month from priority date (pct application filed from 20040101)
NENP Non-entry into the national phase in:

Ref country code: DE

122 Ep: pct app. not ent. europ. phase

Ref document number: 11785592

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2