DE10392526B4 - A catalytic combustion system and method of operating a gas turbine incorporating such a system - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/40—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the use of catalytic means

Abstract

Verbrennungssystem zur Verwendung in einer Turbine, die einen Brennstoff in Anwesenheit von Luft verbrennt, wobei das System Distickstoffoxid-Emissionen im Wesentlichen eliminiert, mit:
einem Wärmetauscher, der aufweist:
einen Katalysatorgang, der sich entlang einer ersten Achse erstreckt und eine Vielzahl von Katalysatorgliedern aufweist; und
einen Kühlgang, der sich entlang einer zweiten Achse erstreckt;
wobei der Katalysatorgang mit dem Kühlgang thermisch in Kontakt steht;
wobei die Luft zunächst durch den Kühlgang und dann durch den Katalysatorgang strömt;
einem Katalysator, der innerhalb des Katalysatorganges angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, den Brennstoff mit der Luft zu verbrennen;
wobei die Luft zunächst an dem Katalysatorgang vorbei und durch den Kühlgang hindurch strömt, wodurch sie von dem Katalysatorgang thermische Energie aufnimmt;
einem Vormischbereich zum Mischen eines ersten Teils des Brennstoffes mit der Luft;
einem Hauptinjektorbereich, der wenigstens einen Injektor für die Katalysatorglieder aufweist;
wobei ein zweiter...A combustion system for use in a turbine burning a fuel in the presence of air, wherein the system substantially eliminates nitrous oxide emissions, comprising:
a heat exchanger comprising:
a catalyst gallery extending along a first axis and having a plurality of catalyst members; and
a cooling passage extending along a second axis;
wherein the catalyst gallery is in thermal contact with the cooling gallery;
wherein the air flows first through the cooling passage and then through the catalyst passage;
a catalyst disposed within the catalyst gallery and configured to combust the fuel with the air;
wherein the air first flows past the catalyst passage and through the cooling passage, thereby receiving thermal energy from the catalyst passage;
a premix area for mixing a first portion of the fuel with the air;
a main injector section having at least one injector for the catalyst members;
with a second ...

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Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzungsanmeldung der US-Patentanmeldung Nr. 10/189,711 mit dem Titel ”INJECTOR APPARATUS AND METHOD FOR CUMBUSTING A FUEL FOR A GAS POWERED TURBINE”, eingereicht am 3. Juli 2002, und der US-Patentanmeldung Nr. 10/120,268 mit dem Titel ”A CATALYTIC COMBUSTOR AND METHOD FOR SUBSTANTIALLY ELIMINATING NITROUS OXIDE EMISSIONS”, eingereicht am 10. April 2002. Die Offenbarungen der obigen Anmeldungen sind vorliegend durch Bezugnahme enthalten.The This application is a continuation-in-part of the US patent application No. 10 / 189,711 entitled "INJECTOR APPARATUS AND METHOD FOR CUMBUSTING A FUEL FOR A GAS POWERED TURBINE ", filed on July 3, 2002, and US Patent Application No. 10 / 120,268 with the Title "A CATALYTIC COMBUSTOR AND METHOD FOR SUBSTANTIALLY ELIMINATING NITROUS OXIDE EMISSIONS ", filed on April 10, 2002. The disclosures of the above applications are included herein by reference.

Die vorliegende Erfindung betrifft generell gasgetriebene Turbinen zu Erzeugen von Antriebsleistung und betrifft insbesondere ein Verbrennungssystem mit geringer Distickstoffoxid-Emission (”nitrous oxide emission”) für gasgetriebene Turbinensysteme.The The present invention relates generally to gas powered turbines Generating drive power and in particular relates to a combustion system with low nitrous oxide emission ("nitrous oxide emission") for gas-driven Turbine systems.

Es ist im Stand der Technik generell bekannt, Turbinen mit Gasen anzutreiben, die aus Verbrennungskammern ausgestoßen werden. Diese gasgetriebenen Turbinen können Antriebsleistung für viele Anwendungen, wie erdgestützte Kraftwerke, erzeugen. Bei der gasgetriebenen Turbine wird ein Brennstoff, wie eine Kohlenwasserstoffverbindung (beispielsweise Methan oder Kerosin) oder eine Wasserstoffverbindung, in einer sauerstoffreichen Umgebung verbrannt. Generell haben diese Verbrennungssysteme hohe Emissionswerte von unerwünschten Verbindungen, wie Distickstoffoxid- bzw. Stickstoffoxid-Verbindungen (”nitrous oxide compounds”, NOX) und Kohlenstoff enthaltende Verbindungen. Es ist generell wünschenswert, diese Emissionen soweit wie möglich zu verringern, so dass unerwünschte Verbindungen nicht in die Atmosphäre eintreten. Es ist insbesondere wünschenswert geworden, die NOX-Emissionen auf einen substantiell niedrigen Betrag zu reduzieren. Es ist generell wünschenswert, dass Emissionen von NOX nicht vorhanden sind, und sie werden als nicht vorhanden akzeptiert, wenn sie gleich oder kleiner sind als etwa ein Teil pro Million (”part per million”) Volumen Trockengewichtemissionen.It is generally known in the art to drive turbines with gases, which are expelled from combustion chambers. This gas powered Turbines can Drive power for many applications, such as earth-based Generate power plants. The gas-powered turbine becomes a fuel such as a hydrocarbon compound (e.g. methane or Kerosene) or a hydrogen compound, in an oxygen-rich Environment burned. Generally, these combustion systems have high levels Emission levels of unwanted Compounds such as nitrous oxide or nitrogen oxide compounds ( "Nitrous oxide compounds ", NOX) and carbon containing compounds. It is generally desirable these emissions as much as possible reduce, so that unwanted Compounds do not enter the atmosphere. It is special desirable have become, the NOX emissions to a substantially low amount to reduce. It is generally desirable NOX emissions are not present and they are considered not accepted if they are equal to or less than about one part per million ("part per million ") Volume dry weight emissions.

In einer Verbrennungskammer wird Brennstoff, wie Methan, in atmosphärischer Luft verbrannt, wobei die Temperaturen generell oberhalb von 1427°C (etwa 2600°F) liegen. Wenn die Temperaturen oberhalb von 1427°C liegen, erfahren die Stickstoff- und Sauerstoffverbindungen, die beide in atmosphärischer Luft vorhanden sind, chemische Reaktionen, die Distickstoffoxid-Verbindungen erzeugen. Die von den hohen Temperaturen bereitgestellte Energie ermöglicht das Aufbrechen (”break down”) von Distickstoff und Disauerstoff, insbesondere bei Vorhandensein anderer Materialien, wie Metalle, um so NOX-Verbindungen zu erzeugen wie NO2 und NO.In a combustion chamber, fuel such as methane is burned in atmospheric air with temperatures generally above 1427 ° C (about 2600 ° F). When temperatures are above 1427 ° C, the nitrogen and oxygen compounds, both present in atmospheric air, undergo chemical reactions that produce nitrous oxide compounds. The energy provided by the high temperatures allows break down of dinitrogen and dioxygen, especially in the presence of other materials, such as metals, to produce NO x compounds such as NO 2 and NO.

Es ist versucht worden, die NOX-Verbindungen zu reduzieren, indem die Luft anfangs erwärmt wird, bevor sie in die Verbrennungskammern eintritt, und zwar auf eine Selbstzündungs-Temperatur (”auto-ignition temperature”). Wenn die Luft in die Verbrennungskammer mit einer Selbstzündungs-Temperatur eintritt, ist keine Flamme notwendig, um den Brennstoff zu verbrennen. Selbstzündungs-Temperaturen sind generell niedriger als Pilotflammentemperaturen oder die Temperaturen innerhalb von Umlaufflammenhaltezonen. Wenn in der Verbrennungskammer keine Flamme erforderlich ist, ist die Verbrennungskammertemperatur niedriger, zumindest lokal, und verringert die NOX-Emissionen. Ein derartiges Verfahren besteht darin, den Brennstoff in der Luft mitzureißen, bevor er die Verbrennungskammer erreicht. Diese verunreinigte Luft, d. h. Luft, die den Brennstoff beinhaltet, wird dann in einem Vorbrenner gezündet, um die Temperatur der Luft zu erhöhen, bevor sie die Hauptverbrennungskammer erreicht. Dies verringert NOX-Emissionen beträchtlich. Nichtsdestotrotz sind NOX-Emissionen dennoch vorhanden, und zwar aufgrund der anfänglichen Vorverbrennung. Es ist daher wünschenswert, diese Vorverbrennung zu verringern oder zu eliminieren, um so im Wesentlichen sämtliche NOX-Emissionen zu eliminieren.It has been tried to reduce the NOX connections by the Air is initially heated before entering the combustion chambers, to one Auto-ignition temperature ( "Auto-ignition temperature "). When the air enters the combustion chamber at a self-ignition temperature occurs, no flame is necessary to burn the fuel. Auto-ignition temperatures are generally lower than pilot flame temperatures or temperatures within circulating flame holding zones. When in the combustion chamber no flame is required, is the combustion chamber temperature lower, at least locally, and reduces NOX emissions. Such a procedure is to entrain the fuel in the air before he reaches the combustion chamber. This polluted air, d. H. Air containing the fuel is then ignited in a pre-burner to to raise the temperature of the air before she reaches the main combustion chamber. This reduces NOX emissions considerably. Nevertheless, NOX emissions are nonetheless present due to the initial Pre-combustion. It is therefore desirable to reduce or eliminate this precombustion so as to Essentially all To eliminate NOX emissions.

Obgleich die Luft erwärmt wird, bevor sie in die Hauptverbrennungskammer eintritt, kann sie dennoch in der Verbrennungskammer gezündet werden, um den verbleibenden Brennstoff zu verbrennen. Daher wird eine zusätzliche Flamme oder ein zusätzlicher Lichtbogen verwendet, um den verbleibenden Brennstoff in der Hauptverbrennungskammer zu verbrennen. Dies verringert die Temperatur der Zündeinrichtung, erhöht jedoch dennoch die Temperatur der Verbrennungskammer. Zusätzlich hierzu wird der Luft kein Brennstoff hinzugegeben, wenn sie in die Verbrennungskammer eintritt. Stattdessen ist der gesamte Brennstoff bereits in der Luft mitgerissen worden, bevor sie in die Verbrennungskammer eintritt, um verbrannt zu werden. Dies verringert die Steuerung bzw. Kontrolle darüber, wo die Verbrennung stattfindet, und über die Temperatur in der Verbrennungskammer in starkem Maße.Although the air is heated before she enters the main combustion chamber, she can nevertheless ignited in the combustion chamber to the remaining To burn fuel. Therefore, an extra flame or an additional flame Arc used to remove the remaining fuel in the main combustion chamber to burn. This reduces the temperature of the ignition device, elevated but still the temperature of the combustion chamber. In addition to this No fuel is added to the air when entering the combustion chamber entry. Instead, the entire fuel is already in the Air has been entrained before entering the combustion chamber to be burned. This reduces the control about that, where the combustion takes place and the temperature in the combustion chamber to a great extent.

Weitere Ansätze, um NOX-Emissionen zu verringern, beinhalten das Anordnen von Katalysatoren in katalytischen Konvertern auf der Emissionsseite der Turbinen. Diese wandeln die NOX-Verbindungen um in wünschenswertere Verbindungen wie Distickstoff und Disauerstoff. Diese Konverter auf Emissionsseite sind jedoch nicht zu einhundert Prozent effizient, wodurch sie weiterhin zulassen, dass NOX-Emissionen in die Atmosphäre eintreten. Die Emissionskonverter verwenden auch Ammoniak-NH3-Gas, um die Reduktion von NOX auf N2 hervorzurufen. Ein gewisser Teil dieses Ammoniaks wird an die Atmosphäre abgegeben. Ferner sind diese Wandler teuer und erhöhen die Komplexität der Turbine und der Leistungserzeugungssysteme. Es ist daher wünschenswert, die Notwendigkeit nach katalytischen emissionsseitigen Konvertern zu eliminieren.Other approaches to reducing NOX emissions include placing catalysts in catalytic converters on the emissions side of the turbines. These convert the NOX compounds into more desirable compounds such as dinitrogen and dioxygen. However, these emission-side converters are not one hundred percent efficient, allowing them to continue allowing NOX emissions to enter the atmosphere. The emission converters also use ammonia-NH 3 gas to cause the reduction of NO x to N 2 . Some of this ammonia is released into the atmosphere. Further, these are Converters are expensive and increase the complexity of the turbine and the power generation systems. It is therefore desirable to eliminate the need for catalytic emission-side converters.

Aus der WO 02/27243 A1 ist eine katalytische Verbrennungsanordnung bekannt, mit einer Luftquelle, Brennstoffzuführungsmitteln, einer katalytischen Reaktoranordnung, einer Mischkammer und Mitteln zum Injizieren eines Brennstoffluftgemisches. Die katalytische Reaktoranordnung ist in Strömungsverbindung mit der Luftquelle und den Brennstoffversorgungsmitteln und weist einen Brennstoff-/Luftkanal auf, der beschichtet ist mit einem katalytischen Material. Der Brennstoff-/Luftkanal weist Luftkühlungsleitungen auf, die durch ihn hindurchgeführt sind und weist ein stromaufwärts gerichtetes Ende auf. Das stromaufwärts gerichtete Ende der Kühlungsleitungen ist in Strömungsverbindung mit der Luftquelle jedoch nicht mit den Brennstoffzuführungsmitteln.From the WO 02/27243 A1 For example, there is known a catalytic combustion assembly comprising an air source, fuel supply means, a catalytic reactor assembly, a mixing chamber, and means for injecting a fuel air mixture. The catalytic reactor assembly is in flow communication with the air source and the fuel supply means and has a fuel / air passage which is coated with a catalytic material. The fuel / air duct has air cooling ducts which are passed through it and has an upstream end. The upstream end of the cooling ducts is in flow communication with the air source but not with the fuel supply means.

Aus der JP 59107119 A ist die Verbrennungsgasturbine bekannt, bei der Brennstoff, der durch eine Düse injiziert wird, vorverbrannt wird, um eine Vorheiztemperatur zu liefern, die notwendig ist für eine katalytische Verbrennung. Ferner wird Brennstoff zur katalytischen Verbrennung durch eine Düse zugeführt, um ihn an einem Einfüllabschnitt zu verbrennen. Das Brennstoffluftverhältnis der Brennstoffluftmischung wird durch eine Rohrleitung zugeführt und ist einstellbar zwischen Null und Unendlich. Durch Variation des Brennstoffluftverhältnisses in der Rohrleitung, wird die Temperatur der Mischung, die an der stromabwärts gerichteten Seite des katalytischen Auslasses vorliegt, beliebig einstellbar. Weiterhin wird die Temperatur der Brennstoffluftmischung in dem Rohr angehoben innerhalb des katalytischen Einfüllabschnittes, da die Rohrleitung über den katalytischen Füllabschnitt herausragt und die Flamme durch Injektion des Gases am Erlöschen gehindert wird.From the JP 59107119 A For example, the combustion gas turbine is known in which fuel injected through a nozzle is pre-combusted to provide a preheat temperature necessary for catalytic combustion. Further, fuel for catalytic combustion is supplied through a nozzle to burn it at a filling portion. The fuel air ratio of the fuel air mixture is supplied through a pipeline and is adjustable between zero and infinity. By varying the fuel air ratio in the pipeline, the temperature of the mixture present on the downstream side of the catalytic outlet is arbitrarily adjustable. Further, the temperature of the fuel-air mixture in the pipe is raised within the catalytic filler portion because the pipe protrudes beyond the catalytic filler portion and the flame is prevented from being extinguished by injection of the gas.

Aus der JP 60064131 A ist ein katalytischer Brenner bekannt mit Kühllöchern, die sich zu dem Kopfteil eines inneren Zylinders in einem Brenner hin öffnen und zwar von der äußeren Umfangsfläche des inneren Zylinders durch ein Trägermaterial hindurch. Die Gastemperatur an dem Einlassteil einer Katalysatorschicht ist annähernd 500°C unter angemessenen Reaktionstemperaturbedingungen, die für den Katalysator erforderlich sind, und die Gastemperatur an dem Auslassteil ist ungefähr 1200°C bei den vorliegenden Bedingungen unter den Turbineneinlass-Temperaturbedingungen, wobei ebenso die Temperatur des Katalysator-Schichtträgermaterials auf nahezu derselben Temperatur gehalten wird.From the JP 60064131 A For example, a catalytic burner is known having cooling holes that open to the head of an inner cylinder in a burner, and from the outer peripheral surface of the inner cylinder through a substrate. The gas temperature at the inlet portion of a catalyst layer is approximately 500 ° C under reasonable reaction temperature conditions required for the catalyst, and the gas temperature at the outlet portion is approximately 1200 ° C at the present conditions under the turbine inlet temperature conditions, as well as the temperature of the catalyst Layer support material is maintained at almost the same temperature.

Die vorliegende Erfindung ist auf eine Verbrennungseinrichtung und eine Verbrennungskammer für eine gas getriebene Turbine gerichtet. Ein Wärmetauscher und ein Katalysator verbrennen einen ersten Abschnitt bzw. einen ersten Teil von Brennstoff, der mit Luft vermischt ist, und zwar ohne die Erzeugung von unerwünschten chemischen Arten bzw. Verbindungen. Die gasgetriebene Turbine erfordert expandierende Gase, um die Turbinenflügel oder -blätter anzutreiben. Brennstoff wird generell verbrannt, um die erforderlichen Gase zu erzeugen. Ein Katalysator wird verwendet, um die Verbrennungstemperatur des Brennstoffes zu verringern. Der Katalysator wird an einem Satz von Rohren in einem Wärmetauscher angeordnet, derart, dass ein Abschnitt bzw. Teil der thermischen Energie auf die Luft übertragen werden kann, bevor diese an dem Katalysator angreift. Nach dem Zusammentreffen mit dem Katalysator erhöht der Brennstoff, der verbrannt wurde, die Temperatur der Luft auf eine Selbstzündungs-Temperatur, so dass keine weitere Zündquelle notwendig ist, um zusätzlichen Brennstoff zu verbrennen, der später hinzugegeben wird. Daher tritt die Luft, wenn sie aus dem Wärmetauscher austritt, in eine Hauptverbrennungskammer ein, wird mit einem zweiten Abschnitt bzw. Teil von Brennstoff vermischt, wobei sie sich von selbst entzündet und verbrennt.The The present invention relates to a combustion device and a Combustion chamber for directed a gas driven turbine. A heat exchanger and a catalyst burn a first portion or a first part of fuel, which is mixed with air, without the generation of undesirable chemical species or compounds. The gas driven turbine requires expanding gases to power the turbine blades or blades. Fuel is generally burned to supply the required gases produce. A catalyst is used to control the combustion temperature to reduce fuel. The catalyst is at a set of pipes in a heat exchanger arranged such that a portion or part of the thermal Transfer energy to the air can be before it attacks the catalyst. After the meeting increased with the catalyst the fuel which was burned up, the temperature of air an autoignition temperature, so no further ignition source necessary is to additional To burn fuel later is added. Therefore, the air enters when leaving the heat exchanger exit, entering a main combustion chamber, will be with a second Part or portion of fuel mixed, they differ from self-inflamed and burns.

Eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verbrennungssystem zur Verwendung in einer gasgetriebenen Turbine, die einen Brennstoff in Anwesenheit von Luft verbrennt, während Distickstoffoxid-Emissionen im Wesentlichen eliminiert werden. Das System weist einen Vorheizer auf, um komprimierte Luft zu erwärmen, um hypergolische Luft zu bilden. Eine Injektorplatte spritzt einen Brennstoff in die hypergolische Luft ein. Ein Injektorport, definiert durch die Injektorplatte, stellt den Brennstoff der hypergolischen Luft bereit, bevor ein wesentlicher Teil des Brennstoffes ver brennt. Im Wesentlichen der gesamte Brennstoff, der durch den Injektorport bereitgestellt wird, erreicht seine hypergolische Temperatur im Wesentlichen zur gleichen Zeit.A preferred embodiment The present invention includes a combustion system for Use in a gas powered turbine that uses a fuel burns in the presence of air, while nitrous oxide emissions be essentially eliminated. The system has a preheater to heat up compressed air to form hypergolic air. An injector plate injects one Fuel into the hypergolic air. An injector port, defined through the injector plate, provides the fuel of hypergolic Air ready before a significant portion of the fuel burns. Essentially all the fuel flowing through the injector port is reached, reaches its hypergolic temperature in Essentially at the same time.

Eine zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine gasgetriebene Turbine bereit. Die gasgetriebene Turbine weist einen Kompressor auf, der komprimierte atmosphärische Luft erzeugt, um ein Oxidationsmittel für die gasgetriebene Turbine bereitzustellen. Ein Verbrennungssystem mischt und verbrennt einen Brennstoff, der in die komprimierte atmosphärische Luft eingespritzt ist, um ein expandierendes Gas zu erzeugen. Ein Turbinenflügel wird von den expandierenden Gasen angetrieben.A second preferred embodiment of The present invention provides a gas driven turbine. The gas driven turbine has a compressor that compresses atmospheric Air generated to an oxidizer for the gas turbine provide. A combustion system mixes and burns one Fuel injected into the compressed atmospheric air, to create an expanding gas. A turbine wing becomes powered by the expanding gases.

Das Verbrennungssystem der zweiten bevorzugten Ausführungsform weist einen Vorheizbereich, eine erste Brennstoffleitung, eine zweite Brennstoffleitung und ein Injektorsystem auf. Die erste Brennstoffleitung führt einen ersten Teil von Brennstoff der komprimierten atmosphärischen Luft zu, die in dem Vorheizbereich verbrannt wird, um die komprimierte atmosphärische Luft auf eine hypergolische Temperatur zu erwärmen, um so hypergolische Luft zu erzeugen. Die zweite Brennstoffleitung führt einen zweiten Teil des Brennstoffs der hypergolischen Luft zu. Das Injektorsystem stellt den zweiten Teil des Brennstoffs der hypergolischen Luft zur Verfügung, bevor irgendein wesentlicher Teil des zweiten Teils des Brennstoffs verbrennt. Zusätzlich hierzu verbrennt im Wesentlichen der gesamte zweite Teil des Brennstoffs im Wesentlichen zur gleichen Zeit, derart, dass die Turbine im Wesentlichen keine Distickstoffoxid-Verbindungen emittiert.The combustion system of the second preferred embodiment has a preheat area, a first fuel line, a second one Fuel line and an injector system. The first fuel line supplies a first portion of compressed atmospheric air fuel which is combusted in the preheat area to heat the compressed atmospheric air to a hypergolic temperature to produce hypergolic air. The second fuel line supplies a second portion of the fuel to the hypergolic air. The injector system provides the second portion of the hypergolic air fuel before any substantial portion of the second portion of the fuel burns. In addition, substantially all of the second portion of the fuel burns at substantially the same time, such that the turbine substantially does not emit nitrous oxide compounds.

Eine dritte bevorzugte Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Verbrennen eines Brennstoffes für eine gasbetriebene Turbine in Anwesenheit von atmosphärischer Luft, während die Emission von Distickstoffoxid-Verbindungen im Wesentlichen eliminiert wird. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Vorheizers. Eine erste Brennstoff-Luft-Mischung wird gebildet, indem ein erster Teil des Brennstoffs und die Luft gemischt werden. Ein Selbstzündungs-Luftstrom wird erzeugt, indem die erste Brennstoff-Luft-Mischung verbrannt wird. Ein zweiter Teil des Brennstoffs wird dann dem Selbstzündungs-Luftstrom hinzugegeben. Der zweite Teil des Brennstoffs wird dann mit dem Selbstzündungs-Luftstrom vermischt, bevor im Wesentlichen irgendein Teil des zweiten Teils des Brennstoffes verbrennt.A third preferred embodiment includes a method for burning a fuel for a gas powered Turbine in the presence of atmospheric air while the Emission of nitrous oxide compounds substantially eliminated becomes. The method includes providing a preheater. A first fuel-air mixture is formed by adding a first part of the fuel and the air be mixed. A self-ignition airflow is generated by burning the first fuel-air mixture becomes. A second portion of the fuel then becomes the auto-ignition airflow added. The second part of the fuel is then with the Auto-ignition air stream mixed, before essentially any part of the second part of fuel burns.

Eine vierte bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verbrennungssystem zur Verwendung in einer Turbine, das einen Brennstoff in der Anwesenheit von Luft verbrennt, wobei Distickstoffoxid-Emissionen im Wesentlichen eliminiert werden. Das Verbrennungssystem weist einen Wärmetauscher auf. Der Wärmetauscher weist wenigstens ein Katalysatorrohr auf, das sich entlang einer ersten Achse erstreckt, und weist wenigstens ein Kühlrohr auf, das sich entlang einer zweiten Achse erstreckt. Die Achsen des Katalysatorrohrs und des Kühlrohrs liegen generell parallel zueinander. Das Katalysatorrohr steht in thermischem Kontakt zu dem Kühlrohr. Die Luft ist dazu ausgelegt, dass sie zuerst durch das Kühlrohr und dann durch das Katalysatorrohr strömt. Ein Katalysator ist im Inneren des Katalysatorrohrs angeordnet. Der Katalysator ist dazu ausgelegt, den Brennstoff mit der Luft zu verbrennen. Die Luft ist dazu ausgelegt, an dem Katalysatorrohr und durch das Kühlrohr hindurch zu strömen, wobei die Luft thermische Energie von dem Katalysatorrohr empfängt, wenn die Luft durch das Kühlrohr hindurch und an dem Katalysatorrohr vorbei strömt.A fourth preferred embodiment The present invention includes a combustion system for Use in a turbine that has a fuel in the presence of air, substantially eliminating nitrous oxide emissions become. The combustion system has a heat exchanger. The heat exchanger has at least one catalyst tube which extends along a extends first axis, and has at least one cooling tube, extending along a second axis. The axes of the catalyst tube and the cooling tube are generally parallel to each other. The catalyst tube is in thermal contact with the cooling tube. The air is designed to pass through the cooling pipe and first then flows through the catalyst tube. A catalyst is in the Inside the catalyst tube arranged. The catalyst is to designed to burn the fuel with the air. the air is designed to pass through the catalyst tube and through the cooling tube to stream, wherein the air receives thermal energy from the catalyst tube when the air through the cooling tube through and past the catalyst tube.

Eine fünfte bevorzugte Ausführungsform weist einen Kompressor, der dazu ausgelegt ist, komprimierte atmosphärische Luft zu erzeugen, ein Verbrennungssystem zum Mischen und Verbrennen eines Brennstoffes in der komprimierten atmosphärischen Luft, um expandierende Gase zu erzeugen, und eine Turbine auf, die von den expandierenden Gasen angetrieben wird. Das Verbrennungssystem weist eine erste Brennstoff-Zuführeinrichtung zum Zuführen von Brennstoff zu der komprimierten atmosphärischen Luft auf. Das Verbrennungssystem weist ferner einen Wärmetauscher mit wenigstens einem Katalysatorrohr auf, das einen Katalysator aufweist, der an der Innenseite des Katalysatorrohrs beschichtet ist, wobei die komprimierte Luft und der Brennstoff durch das Katalysatorrohr hindurch strömen. Eine zweite Brennstoff-Zuführeinrichtung führt Brennstoff zu der komprimierten atmosphärischen Luft zu, nachdem die komprimierte atmosphärische Luft durch das Katalysatorrohr hindurch gegangen ist.A fifth preferred embodiment a compressor designed to compress atmospheric air to generate a combustion system for mixing and burning one Fuel in the compressed atmospheric air to expand Generating gases, and a turbine on, from the expanding gases is driven. The combustion system has a first fuel supply device for feeding from fuel to the compressed atmospheric air. The combustion system points a heat exchanger with at least one catalyst tube containing a catalyst having coated on the inside of the catalyst tube is, wherein the compressed air and the fuel through the catalyst tube flow through it. A second fuel feeder leads fuel to the compressed atmospheric air to after the compressed atmospheric air through the catalyst tube has gone through.

Eine sechste bevorzugte Ausführungsform beschreibt ein Verfahren zum Betreiben der vorliegenden Erfindung, einschließlich Verbrennen eines Brennstoffes in Anwesenheit von atmosphärischer Luft, während die Emission von Distickstoffoxid-Verbindungen im Wesentlichen eliminiert wird. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen eines Wärmetauschers mit hohlen Rohren; das Anordnen eines Katalysators an wenigstens einem Abschnitt des Inneren der hohlen Rohre; das Bilden einer ersten Brennstoff-Luft-Mischung durch Mischen eines ersten Teils des Brennstoffs und der Luft; das Erzeugen eines Selbstzündungs-Luftstromes durch Verbrennen der ersten Brennstoff-Luft-Mischung, indem die erste Brennstoff-Luft-Mischung mit dem Katalysator in Kontakt gebracht wird; und das Erwärmen der Luft durch Übertragen eines Teils der thermischen Energie von den hohlen Rohren auf die Luft. Zusätzlicher Brennstoff kann in dem Selbstzündungs-Luftstrom verbrannt werden, und zwar ohne die Anwendung einer externen Zündeinrichtung.A Sixth preferred embodiment describes a method of operating the present invention, including burning of a fuel in the presence of atmospheric air while the Emission of nitrous oxide compounds substantially eliminated becomes. The method includes providing a heat exchanger with hollow pipes; arranging a catalyst on at least a section of the interior of the hollow tubes; forming a first fuel-air mixture by mixing a first part of the fuel and the air; the Generating a self-ignition air flow through Burn the first fuel-air mixture by adding the first fuel-air mixture is brought into contact with the catalyst; and heating the Air by transfer Part of the thermal energy from the hollow pipes on the Air. Additional fuel can be burned in the auto-ignition airflow without the use of an external ignition device.

Weitere Gebiete der Anwendbarkeit der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehend bereitgestellten detaillierten Beschreibung. Es versteht sich, dass die detaillierte Beschreibung, obgleich sie verschiedene Ausführungsformen der Erfindung angibt, lediglich dem Zwecke der Darstellung bzw. Erläuterung dient und den Schutzbereich der Erfindung nicht beschränken soll.Further Areas of applicability of the present invention will be apparent from the detailed description provided below. It is understood that the detailed description, although they different embodiments the invention, merely for the purpose of illustration or explanation serves and is not intended to limit the scope of the invention.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die vorliegende Erfindung ergibt sich vollständiger aus der detaillierten Beschreibung und der beigefügten Zeichnung, in der:The The present invention will be more fully understood from the detailed Description and attached Drawing in which:

1 ist eine perspektivische Ansicht einer gasgetriebenen Turbine mit einer Verbrennungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung; 1 is a perspective view of a gas driven turbine with a combustion device according to the present invention;

2 ist eine perspektivische Teilquerschnittsansicht einer einzelnen Verbrennungseinrichtung; 2 is a partial perspective cross-sectional view of a single combustion device;

3 ist eine detaillierte perspektivische Teilquerschnittsansicht eines Abschnittes des Wärmetauschers; 3 is a detailed perspective partial cross-sectional view of a portion of the heat exchanger;

4 ist eine vereinfachte diagrammartige Ansicht der Luftströmung durch die Verbrennungskammer hindurch, und zwar gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 4 is a simplified diagrammatic view of the air flow through the combustion chamber, according to a first embodiment of the present invention;

5 ist eine detaillierte perspektivische Teilquerschnittsansicht eines Abschnittes des Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform; 5 is a detailed perspective partial cross-sectional view of a portion of the heat exchanger according to a second embodiment;

5a ist eine detaillierte Ansicht eines Abschnittes des Vormischers gemäß der zweiten Ausführungsform; 5a Fig. 12 is a detailed view of a portion of the premixer according to the second embodiment;

5b ist eine vereinfachte diagrammartige Ansicht eines theoretischen Luftstromes in der Verbrennungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform; 5b Fig. 10 is a simplified diagrammatic view of a theoretical air flow in the combustion device according to the second embodiment;

6 ist eine detaillierte Querschnittsansicht eines Abschnittes der Hauptinjektoren; 6 Fig. 12 is a detailed cross-sectional view of a portion of the main injectors;

7a ist eine detaillierte Seitenansicht der stromabliegenden Seite der Hauptinjektorplatte gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 7a Fig. 12 is a detailed side view of the downstream side of the main injector plate according to a first embodiment of the present invention;

7b ist eine detaillierte Querschnittsansicht der Hauptinjektorplatte entlang der Linie 7b in 7a; 7b FIG. 12 is a detailed cross-sectional view of the main injector plate taken along line 7b in FIG 7a ;

8a ist eine detaillierte Seitenansicht einer stromabliegenden Seite der Hauptinjektorplatte gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 8a Fig. 11 is a detailed side view of a downstream side of the main injector plate according to a second embodiment of the present invention;

8b ist eine detaillierte Querschnittsansicht der Injektorplatte entlang der Linie 8b in 8a; und 8b FIG. 14 is a detailed cross-sectional view of the injector plate taken along line 8b in FIG 8a ; and

9 ist eine detaillierte perspektivische Teilquerschnittsansicht eines Abschnittes des Wärmetauschers gemäß einer zweiten Ausführungsform. 9 is a detailed perspective partial cross-sectional view of a portion of the heat exchanger according to a second embodiment.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VERSCHIEDENEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION THE VARIOUS EMBODIMENTS

Die folgende Beschreibung der verschiedenen Ausführungsformen ist prinzipiell lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch in keiner Weise einschränken. Genauer gesagt kann die nachstehende Verbrennungseinrichtung, obgleich sie im Zusammenhang mit einer terrestrischen bzw. erdgestützten Gasturbine beschrieben wird, auch in anderen Systemen verwendet werden. Ferner können der Mischer oder der Wärmetauscher in anderen Systemen als Turbinensystemen verwendet werden.The The following description of the various embodiments is in principle merely by way of example and is the invention, its application or its Restrict use in any way. More specifically, the following combustion device, although in connection with a terrestrial or ground based gas turbine also be used in other systems. Further can the mixer or the heat exchanger used in systems other than turbine systems.

In 1 ist eine gasgetriebene Turbine gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die gasgetriebene Verbrennungsturbine 10 kann einige unterschiedliche gasförmige Brennstoffe, wie Kohlenwasserstoffverbindungen (einschließlich Methan und Propan) und Wasserstoffverbindungen, verwenden, die verbrannt werden und sich ausdehnen, um Abschnitte bzw. Teile der gasgetriebenen Turbine 10 zu bewegen, um so Leistung zu erzeugen. Eine wichtige Kompo nente der gasgetriebenen Turbine 10 ist ein Kompressor 12, der atmosphärische Luft in die gasgetriebene Turbine 10 zwingt. Ferner weist die gasgetriebene Turbine 10 einige Verbrennungskammern 14 zum Verbrennen von Brennstoff auf. Der verbrannte Brennstoff wird dazu verwendet, um eine Turbine 15 anzutreiben, die Turbinenblätter oder -flügel 16 aufweist, die in der Turbine 15 axial versetzt angeordnet sind. Generell ist eine Vielzahl von Turbinenflügeln 16 vorhanden, die tatsächliche Anzahl hängt jedoch davon ab, welche Leistung die gasgetriebene Turbine 10 zu erzeugen hat. Aus Gründen einer klaren Darstellung ist nur ein einzelner Turbinenflügel gezeigt.In 1 a gas driven turbine according to a preferred embodiment of the present invention is shown. The gas powered combustion turbine 10 may use some different gaseous fuels, such as hydrocarbon compounds (including methane and propane), and hydrogen compounds that are burned and expand to portions of the gas driven turbine 10 to move so as to produce power. An important component of the gas driven turbine 10 is a compressor 12 , the atmospheric air into the gas-powered turbine 10 forces. Further, the gas driven turbine 10 some combustion chambers 14 for burning fuel. The burned fuel is used to make a turbine 15 to power the turbine blades or blades 16 that is in the turbine 15 are arranged offset axially. Generally there are a lot of turbine blades 16 However, the actual number depends on the performance of the gas turbine 10 to produce. For clarity, only a single turbine blade is shown.

Generell nimmt die gasgetriebene Turbine 10 atmosphärische Luft auf, verbrennt einen Brennstoff darin, der die Turbinenflügel 16 antreibt. Dem Grunde nach wird Luft eingesaugt und mit dem Kompressor 12 komprimiert, der generell eine Vielzahl von konzentrischen Flügeln aufweist, die entlang der axialen Länge des Kompressors 12 progressiv kleiner werden bzw. kleiner wachsen. Die Flügel in dem Kompressor 12 werden alle mittels einer einzelnen Achse angetrieben. Die unter hohem Druck stehende Luft tritt dann in die Verbrennungskammern 14 ein, in denen Brennstoff hinzugegeben und verbrannt wird. Sobald der Brennstoff verbrannt ist, expandiert er aus der Verbrennungskammer 14 heraus und greift an den Turbinenflügeln 16 an, was aufgrund aerodynamischer und hydrodynamischer Kräfte die Turbinenflügel 16 in Drehung versetzt. Die Gase bilden einen Ring, der die Turbinenflügel 16 in Drehung versetzt, die wiederum an einer Welle (nicht gezeigt) angebracht sind. Generell sind mindestens zwei Turbinenflügel 16 vorhanden. Einer oder mehrere der Turbinenflügel 16 greifen an der gleichen Welle an, an der auch der Kompressor 12 angreift.Generally, the gas-powered turbine picks up 10 atmospheric air burns a fuel in it, which is the turbine blades 16 drives. Basically, air is sucked in and with the compressor 12 compressed, which generally has a plurality of concentric wings, along the axial length of the compressor 12 grow progressively smaller or grow smaller. The wings in the compressor 12 are all driven by a single axis. The high pressure air then enters the combustion chambers 14 one in which fuel is added and burned. Once the fuel is burned, it expands out of the combustion chamber 14 and grabs the turbine blades 16 what due to aerodynamic and hydrodynamic forces the turbine blades 16 set in rotation. The gases form a ring that surrounds the turbine blades 16 rotated, which in turn are mounted on a shaft (not shown). Generally, there are at least two turbine blades 16 available. One or more of the turbine blades 16 At the same wave, on which also the compressor 12 attacks.

Die gasgetriebene Turbine 10 ist selbst-angetrieben, da die Drehung der Turbinenflügel 16 auch den Kompressor 12 antreibt, um Luft zum Einführen in die Verbrennungskammern 14 zu komprimieren. Weitere Turbinenflügel 16 sind an einer zweiten Welle 17 angebracht, die sich aus der gasgetriebenen Turbine 10 heraus erstreckt, um ein externes Bauteil anzutreiben. Nachdem die Gase sich durch die Turbinenflügel 16 hindurch erweitert haben, werden sie über einen Auslassport 18 ausgestoßen. Es versteht sich, dass die gasgetriebenen Turbinen für viele Anwendungen gebraucht werden, wie Maschinen für Fahrzeuge und Flugzeuge, oder zur Leistungserzeugung in einer erdgestützten gasgetriebenen Turbine 10.The gas powered turbine 10 is self-propelled, as the rotation of the turbine blades 16 also the compressor 12 drives to air for insertion into the combustion chambers 14 to compress. Further turbine blades 16 are on a second wave 17 attached, resulting from the gas turbine 10 out to power an external component. After the gases get through the turbine blades 16 through, they will have an outlet port 18 pushed out. It is understood that the gas powered turbines are needed for many applications, such as machines for vehicles and airplanes, or for power generation in a gas powered geothermal turbine 10 ,

Die Gase, die aus der gasgetriebenen Turbine 10 ausgestoßen werden, enthalten viele unterschiedliche chemische Verbindungen, die während der Verbrennung der atmosphärischen Luft in den Verbrennungskammern 14 erzeugt werden. Wenn lediglich reiner Sauerstoff und reiner Kohlenwasserstoff-Brennstoff verbrannt würden, und zwar absolut vollständig und stöchiometrisch, dann würden die Auslassgase lediglich Kohlendioxid und Wasser enthalten. Atmosphärische Luft besteht jedoch nicht zu 100% aus reinem Sauerstoff und enthält viele andere Verbindungen, wie Stickstoff und andere Spurenverbindungen. Daher können in der hochenergetischen Umgebung der Verbrennungskammern 14 viele unterschiedliche Verbindungen erzeugt werden. All diese Verbindungen treten aus dem Auslassport 18 aus.The gases coming from the gas turbine 10 Many different chemical compounds that are emitted during the combustion of atmospheric air in the combustion chambers 14 be generated. If only pure oxygen and pure hydrocarbon fuel were burned, absolutely complete and stoichiometric, then the exhaust gases would only contain carbon dioxide and water. Atmospheric air, however, is not 100% pure oxygen and contains many other compounds such as nitrogen and other trace compounds. Therefore, in the high energy environment of the combustion chambers 14 many different connections are generated. All these connections come out of the outlet port 18 out.

Es ist im Stand der Technik generell bekannt, dass ein Äquivalenzverhältnis bestimmt wird durch Teilen des tatsächlichen Verhältnisses von Brennstoff und Luft durch ein stöchiometrisches Verhältnis von Brennstoff zu Luft (bei dem kein Überschuss eines Ausgangsmaterials vorliegt). Daher würde eine vollständig effiziente Verbrennung von reinem Brennstoff und Sauerstoffluft einem Äquivalenzverhältnis von eins gleichen. Obgleich aus ökonomischen Gründen atmosphärische Luft in einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff bevorzugt sein kann, versteht sich, dass andere Oxidationsmittel und Brennstoffe vorgesehen werden können. Die Luft stellt einfach ein Oxidationsmittel für den Brennstoff bereit.It It is generally known in the art that an equivalence ratio is determined is by sharing the actual ratio of fuel and air through a stoichiometric ratio of fuel to air (with no surplus a starting material is present). Therefore, a completely efficient Combustion of pure fuel and oxygen air at an equivalence ratio of one same. Although economic Ground atmospheric air in a hydrocarbon fuel may be preferred understands itself, that other oxidants and fuels are provided can. The air simply provides an oxidizer for the fuel.

Es versteht sich, dass die gasgetriebene Turbine 10 mehr als eine Verbrennungskammer 14 aufweisen kann. Jede Bezugnahme auf lediglich eine Verbrennungskammer 14 dient vorliegend ausschließlich der Klarheit der nachstehenden Erörterung. Die vorliegende Erfindung kann mit jedem beliebigen Oxidationsmittel oder Brennstoff verwendet werden, der verwendet wird, um die gasgetriebene Turbine 10 anzutreiben. Darüber hinaus kann die Verbrennungseinrichtung 14 jeden geeigneten Brennstoff kombinieren. Luft ist lediglich ein beispielhaftes Oxidationsmittel und Kohlenwasserstoffe ein beispielhafter Brennstoff.It is understood that the gas turbine 10 more than a combustion chamber 14 can have. Any reference to just a combustion chamber 14 In the present case, it is for the clarity of the following discussion. The present invention can be used with any oxidant or fuel used to drive the gas driven turbine 10 drive. In addition, the combustion device 14 combine any suitable fuel. Air is merely an exemplary oxidant and hydrocarbons an exemplary fuel.

In 2 ist eine beispielhafte Verbrennungskammer 14 dargestellt. Die Verbrennungskammer kann eine beliebige geeignete Verbrennungskammer aufweisen, wie jene, die beschrieben ist in der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 10/120,268, die am 10. April 2002 eingereicht wurde, und zwar mit dem Titel ”A Catalytic Combustor For Substantially Eliminating Nitrous Oxide Emissions”, die vorliegend durch Bezugnahme enthalten sein soll. Die Verbrennungskammer 14 beinhaltet einen Vormischabschnitt oder -bereich 30, einen Wärmetausch- oder Vorheizabschnitt 32, der generell in einer Wärmetauschkammer umschlossen ist, und einen Hauptverbrennungsabschnitt 34. Eine erste oder Vormisch-Brennstoffleitung 36 stellt dem Vormischbereich 30 Brennstoff über einen Brennstoffverteiler 37 bereit, während eine zweite oder Haupt-Brennstoffleitung 38 dem Hauptverbrennungsabschnitt 34 Brennstoff über einen Hauptinjektor 52 zur Verfügung stellt. In dem Vormischbereich 30 ist ein Vormischinjektor 40 angeordnet, der Brennstoff aus der ersten Brennstoffleitung 36 in eine Vormischkammer oder Vormischer 42 einspritzt. Luft von dem Kompressor 12 tritt in den Vormischbereich 30 ein über eine Vielzahl von Kühlrohren 44 eines Wärmetauschers oder Vorheizers 45 (detailliert dargestellt in 3). Die Vormischkammer 42 umschließt ein Volumen zwischen dem Vormischinjektor 40 und dem Ausgang der Kühlrohre 44.In 2 is an exemplary combustion chamber 14 shown. The combustion chamber may comprise any suitable combustion chamber, such as that described in U.S. Patent Application Serial No. 10 / 120,268, filed April 10, 2002, entitled "A Catalytic Combustor For Substantially Eliminating Nitrous Oxide Emissions ", which should be included herein by reference. The combustion chamber 14 includes a premix section or area 30 , a heat exchange or preheat section 32 , which is generally enclosed in a heat exchange chamber, and a main combustion section 34 , A first or premix fuel line 36 represents the premix area 30 Fuel via a fuel distributor 37 ready while a second or main fuel line 38 the main combustion section 34 Fuel via a main injector 52 provides. In the premix area 30 is a premix injector 40 arranged, the fuel from the first fuel line 36 in a pre-mixing chamber or premixer 42 injects. Air from the compressor 12 enters the premix area 30 a over a variety of cooling tubes 44 a heat exchanger or preheater 45 (detailed in 3 ). The premix chamber 42 encloses a volume between the premix injector 40 and the exit of the cooling tubes 44 ,

In 2 ist ferner gezeigt, dass eine Vielzahl von katalytischen Wärmetauscher- oder Katalysatorrohren 48 sich in den Wärmetauscherbereich 32 hinein erstreckt. Die Wärmetauscherrohre 48 sind lateral voneinander beabstandet. Die Wärmetauscherrohre 48 sind jedoch nicht vertikal voneinander beabstandet. Diese Konfiguration erzeugt eine Vielzahl von Säulen 49, die durch die Wärmetauscherrohre 48 gebildet werden. Jedes Wärmetauscherrohr 48, und die Säule 49 insgesamt, definiert einen Gang bzw. Durchgang, durch den Luft hindurch gehen kann. Die Säulen 49 definieren eine Vielzahl von Kanälen 50. Es versteht sich, dass dies lediglich beispielhaft ist und dass die Rohre in jeder beliebigen Konfiguration voneinander beabstandet sein können, um unterschiedliche Gänge zu bilden. Von den Wänden der Wärmetauschkammer 33 können sich Richtfinnen bzw. -flügel nach innen erstrecken (nicht besonders dargestellt). Die Richtflügel richten die Strömung der Luft hin zu der Oberseite und dem Boden der Wärmetauschkammer 33, so dass Luft so gerichtet wird, dass sie vertikal durch die Kanäle 50 strömt, die durch die Wärmetauscherrohre 48 definiert sind.In 2 It is further shown that a plurality of catalytic heat exchanger or catalyst tubes 48 in the heat exchanger area 32 extends into it. The heat exchanger tubes 48 are laterally spaced from each other. The heat exchanger tubes 48 however, are not vertically spaced from each other. This configuration creates a variety of columns 49 passing through the heat exchanger tubes 48 be formed. Each heat exchanger tube 48 , and the pillar 49 overall, defines a passage through which air can pass. The columns 49 define a variety of channels 50 , It will be understood that this is merely exemplary and that the tubes may be spaced apart in any configuration to form different gears. From the walls of the heat exchange chamber 33 straightening wings may extend inwards (not particularly shown). The straighteners direct the flow of air toward the top and bottom of the heat exchange chamber 33 so that air is directed so that it is vertical through the channels 50 flows through the heat exchanger tubes 48 are defined.

Nahe den Enden der Wärmetauscherrohre 48, dort, wo die Wärmetauscherrohre 48 auf den Hauptverbrennungsabschnitt 34 treffen, befindet sich ein Hauptinjektor 52. Die zweite Brennstoffleitung 38 stellt dem Hauptinjektor 52 Brennstoff zur Verfügung, so dass Brennstoff an dem Ende von jedem Wärmetauscherrohre 48 eingespritzt werden kann. Beabstandet von dem Hauptinjektor 52, und zwar in Richtung hin zu dem Vormischbereich 30, befindet sich eine Intra-Treibmittelplatte (”intra-propellant plate”) 54. Die Intra-Treibmittelplatte bzw. Treibmitteltrennplatte 54 trennt die Luft, die durch die Kanäle 50 verläuft, und den Brennstoff, der der Brennstoff-Verteilerregion 56 zwischen der Seite des Hauptinjektors 52 und der Intra-Treibmittelplatte 54 zugeführt wird. Es versteht sich, dass die Intra-Treibmittelplatte 54 tatsächlich eine solide bzw. Festkörperplatte ist, obgleich dies bei dieser Ausführungsform nicht wirklich der Fall ist. Die Anordnung der Wärmetauscherrohre 48 schreibt vor, dass die Intra-Treibmittelplatte 54 segmentiert wird, wobei ein Teil der Intra-Treibmittelplatte 54 in einem jeweiligen Kanal 50 zwischen zwei Säulen 49 angeordnet ist.Near the ends of the heat exchanger tubes 48 , where the heat exchanger tubes 48 on the main combustion section 34 meet, there is a main injector 52 , The second fuel line 38 Represents the main injector 52 Fuel is available, leaving fuel at the end of each heat exchanger tubes 48 can be injected. Distanced from the main injector 52 towards the premix area 30 , there is an intra-propellant plate 54 , The intra-propellant plate or propellant separation plate 54 separates the air flowing through the channels 50 runs, and the fuel, the fuel distribution region 56 between the side of the main injector 52 and the intra-leavening plate 54 is supplied. It is understood that the intra-propellant plate 54 is actually a solid plate, although this is not really the case in this embodiment. The arrangement of the heat exchanger tubes 48 dictates that the intra-propellant plate 54 is segmented, with a portion of the intra-propellant plate 54 in a respective channel 50 between two columns 49 is arranged.

Luft, die aus den Wärmetauscherrohren 48 austritt, wird mit Brennstoff mitgerissen, der aus einem Injektorport (hier deutlicher dargestellt) in dem Hauptinjektor 52 eingespritzt wird, und dieser Brennstoff verbrennt dann in dem Hauptverbrennungsabschnitt 34. Der Hauptverbrennungsabschnitt 34 richtet die expandierenden Gase des verbrannten Brennstoffs so, dass diese an den Turbinenflügeln 16 angreifen, so dass die expandierten Gase die Turbinenflügel 16 antreiben können.Air coming out of the heat exchanger tubes 48 is entrained with fuel coming from an injector port (shown more clearly here) in the main injector 52 is injected, and this fuel then burns in the main combustion section 34 , The main combustion section 34 directs the expanding gases of the burned fuel so that they are on the turbine blades 16 attack, so that the expanded gases are the turbine blades 16 can drive.

In 3 ist ein Teil des Wärmetauschers 45 detailliert dargestellt. Obgleich der Wärmetauscher 45 bei einer Ausführungsform eine große Vielzahl von Rohren aufweist, wie es generell in 2 gezeigt ist, sind hier lediglich einige der Wärmetauscherrohre 48 und der Kühlrohre 44 dargestellt, aus Gründen einer besseren Klarheit. Der Wärmetauscher 45 ist ähnlich jenem Wärmetauscher, der beschrieben ist in dem US-Patent mit der Nummer 5,309,637 mit dem Titel ”Method of Manufacturing A Micro-Passage Plate Fin Heat Exchanger”, das vorliegend durch Bezugnahme enthalten sein soll. Der Wärmetauscher 45 weist eine Vielzahl von Kühlrohren 44 auf, die sich parallel zu und eng benachbart zu den Wärmetauscherrohren 48 erstrecken. Jedes der Kühlrohre 44 und der Wärmetauscherrohre 48 hat generell einen rechteckigen Querschnitt und kann aus jedem beliebigen, generell gut thermisch leitenden Material hergestellt sein. Vorzugsweise sind die Wärmetauscherrohre 48 und die Kühlrohre 44 aus rostfreiem Stahl gebildet. Es versteht sich, dass die Querschnittsform der Komponenten eine Vielzahl anderer Formen als Quadrate aufweisen könnte, obgleich die Kühlrohre 44 und die Wärmetauscherrohre 48 als im Wesentlichen quadratisch im Querschnitt gezeigt sind. Es wird jedoch angenommen, dass die generell quadratische Form den besten thermischen Transfer zwischen den Rohren 44 und 48 bereitstellt.In 3 is a part of the heat exchanger 45 shown in detail. Although the heat exchanger 45 in one embodiment comprises a wide variety of tubes, as generally described in U.S. Pat 2 is shown, here are just a few of the heat exchanger tubes 48 and the cooling pipes 44 shown, for the sake of clarity. The heat exchanger 45 is similar to that heat exchanger which is described in the U.S. Patent No. 5,309,637 entitled "Method of Manufacturing A Micro-Passage Plate Fin Heat Exchanger", which is incorporated herein by reference. The heat exchanger 45 has a variety of cooling tubes 44 on, extending parallel to and closely adjacent to the heat exchanger tubes 48 extend. Each of the cooling pipes 44 and the heat exchanger tubes 48 has a generally rectangular cross section and can be made of any, generally good thermally conductive material. Preferably, the heat exchanger tubes 48 and the cooling pipes 44 made of stainless steel. It is understood that the cross-sectional shape of the components could have a variety of shapes other than squares, although the cooling tubes 44 and the heat exchanger tubes 48 are shown as substantially square in cross-section. However, it is believed that the generally square shape gives the best thermal transfer between the tubes 44 and 48 provides.

Sowohl die Kühlrohre 44 als auch die Wärmetauscherrohre 48 können von jeder beliebigen geeigneten Größe sein, sind jedoch vorzugsweise jeweils quadratisch im Querschnitt mit einer Breite und Höhe zwischen etwa 0,04 Zoll und etwa 1,0 Zoll (zwischen etwa 0,1 Zentimeter und etwa 2,5 Zentimeter). Die Dicke der Wände der Kühlrohre 44 und der Wärmetauscherrohre 48 kann jede beliebige geeignete Dicke sein. Die Wände müssen stark genug sein, um zu ermöglichen, dass die Fluide hierdurch strömen, müssen jedoch dennoch einen effizienten Transfer von Wärme zwischen dem Inneren der Wärmetauscherrohre 48 und der Luft in den Kanälen 50 und den Kühlrohren 44 ermöglichen. Die Dicke kann ferner aufgrund Größe und Materialwahl variieren.Both the cooling tubes 44 as well as the heat exchanger tubes 48 may be of any suitable size, but are preferably each square in cross-section, with a width and height between about 0.04 inches and about 1.0 inches (between about 0.1 centimeter and about 2.5 centimeters). The thickness of the walls of the cooling tubes 44 and the heat exchanger tubes 48 can be any suitable thickness. The walls must be strong enough to allow the fluids to flow therethrough, yet still require efficient transfer of heat between the interior of the heat exchanger tubes 48 and the air in the channels 50 and the cooling pipes 44 enable. The thickness may also vary due to size and material choice.

Die Kühlrohre 44 erstrecken sich parallel zu den Wärmetauscherrohren 48, und zwar über einen Teil der Länge der Wärmetauscherrohre 48. Generell ist jedes der Kühlrohre 44 an eines der Wärmetauscherrohre 48 gelötet, und zwar über die Distanz, über die sie benachbart zueinander angeordnet sind. Darüber hinaus können die Kühlrohre 44 und die Wärmetauscherrohre 48 jeweils aneinander gelötet sein. Die Kühlrohre 44 erstrecken sich zwischen den Säulen 49 der Wärmetauscherrohre 48. Gemäß verschiedener Ausführungsformen sind Lötmaterialien solche Materialien mit Schmelztemperaturen oberhalb von etwa 538°C (etwa 1000°F). Die Kühlrohre 44 erstrecken sich zwischen den Säulen 49 der Wärmetauscherrohre 48. Die Kühlrohre 44 und die Wärmetauscherrohre 48 bilden, wenn sie zusammengelötet sind, den Wärmetauscher 45, der einen Austausch von Wärme von Oberfläche zu Oberfläche bereitstellen kann. Es versteht sich jedoch, dass die Luft, die in den Kanälen 50 zwischen den Wärmetauscherrohren 48 verläuft, auch aufgrund der Wärme erwärmt wird, die von den Wärmetauscherrohren 48 auf die Luft in den Kanälen 50 übertragen wird.The cooling pipes 44 extend parallel to the heat exchanger tubes 48 , over part of the length of the heat exchanger tubes 48 , Generally, each of the cooling tubes 44 on one of the heat exchanger tubes 48 soldered, over the distance over which they are adjacent to each other. In addition, the cooling pipes can 44 and the heat exchanger tubes 48 each soldered to each other. The cooling pipes 44 extend between the columns 49 the heat exchanger tubes 48 , According to various embodiments, solder materials are those materials having melting temperatures above about 538 ° C (about 1000 ° F). The cooling pipes 44 extend between the columns 49 the heat exchanger tubes 48 , The cooling pipes 44 and the heat exchanger tubes 48 form, when they are soldered together, the heat exchanger 45 which can provide an exchange of heat from surface to surface. It is understood, however, that the air in the channels 50 between the heat exchanger tubes 48 runs, also due to the heat being heated by the heat exchanger tubes 48 on the air in the channels 50 is transmitted.

In 3 ist ferner gezeigt, dass die Brennstoff-Injektorports 60 in dem Hauptinjektor 52 gebildet sind. Die Injektorports 60 können in jeder geeigneten Anzahl vorgesehen sein. Gemäß verschiedener Ausführungsformen liegt ein Verhältnis von Wärmetauscherrohren 48 zu Injektoren 60 bei wenigstens eins. Es versteht sich jedoch, dass jedes beliebige geeignete Verhältnis von Injektoren 60 zu Wärmetauscherrohren 48 vorgesehen sein kann. Der Brennstoff wird der Verteilerregion 56 bereitgestellt, die durch die Intra-Treibmittelplatte 54, die Hauptinjektorplatte 52 und eine Verteilerplatte 61 eingegrenzt ist. Die Verteilerplatte 61 kann unterhalb, oberhalb oder um die Verteilerregion 56 herum angeordnet sein. Dies stellt jedem der Injektorports 60 Brennstoff bereit, ohne dass eine individuelle Brennstoffleitung für jeden Injektorport 60 erforderlich ist. Daher wird dann, wenn Luft aus jedem Wärmetauscherrohr 48 austritt, Brennstoff von dem Injektorport 60 in den Strom aus Luft eingespritzt, der von jedem Wärmetauscherrohr 48 emittiert wird. Auf diese Weise kann der Brennstoff sehr effizient und schnell innerhalb der Luft verteilt werden, die aus dem Wärmetauscher 45 strömt, wie es nachstehend erörtert wird.In 3 It is further shown that the fuel injector ports 60 in the main injector 52 are formed. The injector ports 60 can be provided in any suitable number. According to various embodiments, there is a ratio of heat exchanger tubes 48 to injectors 60 at least one. It is understood, however, that any suitable ratio of injectors 60 to heat exchanger tubes 48 can be provided. The fuel becomes the distributor region 56 provided by the intra-propellant plate 54 , the main injector plate 52 and a distributor plate 61 is limited. The distributor plate 61 can be below, above or around the distributor region 56 be arranged around. This puts each of the injector ports 60 Fuel ready without having an individual fuel line for each injector port 60 is required. Therefore, when air comes out of each heat exchanger tube 48 exit, fuel from the injector port 60 injected into the stream of air from each heat exchanger tube 48 is emitted. In this way, the fuel can be very efficient and fast within the Air is distributed from the heat exchanger 45 flows, as will be discussed below.

An den inneren Wänden der Wärmetauscherrohre 48 ist eine Beschichtung aus einem Katalysator angeordnet. Der Katalysator kann jeder beliebige geeignete Katalysator sein, der dazu in der Lage ist, einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff zu verbrennen, und kann beispielsweise Platin, Palladium oder Mischungen hiervon aufweisen. Der Katalysator ist dazu in der Lage, einen Kohlenwasserstoff-Brennstoff, wie Methan, zu verbrennen, und zwar ohne das Vorhandensein einer Flamme oder einer beliebigen anderen Zündquelle. Der Katalysator ist ferner dazu in der Lage, den Brennstoff zu verbrennen, ohne generell irgendwelche Nebenreaktionen zu involvieren. Demzufolge erzeugt die Verbrennung von Brennstoff keine unerwünschten Produkte. Es versteht sich, dass dann, wenn der Brennstoff keine Kohlenwasserstoffverbindung ist, ein unterschiedlicher, geeigneter Katalysator verwendet wird. Der Katalysator ermöglicht eine Verbrennung des Brennstoffes ohne eine zusätzliche Wärmequelle.On the inner walls of the heat exchanger tubes 48 a coating of a catalyst is arranged. The catalyst may be any suitable catalyst capable of burning a hydrocarbon fuel and may include, for example, platinum, palladium or mixtures thereof. The catalyst is capable of burning a hydrocarbon fuel, such as methane, without the presence of a flame or any other source of ignition. The catalyst is also capable of burning the fuel without generally involving any side reactions. As a result, combustion of fuel does not produce undesirable products. It is understood that when the fuel is not a hydrocarbon compound, a different suitable catalyst is used. The catalyst allows combustion of the fuel without an additional heat source.

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1–3 und ferner unter Bezugnahme auf 4 wird nunmehr ein Verfahren zum Verwenden der Verbrennungskammer 14 gemäß verschiedenen Ausführungsformen beschrieben. Die Verbrennungseinrichtung 14 weist einen Vormischer 42 auf, der auf jede beliebige geeignete Art und Weise gebildet sein kann. Der Vormischer 42 kann eine offene Region aufweisen, wie es in 4 dargestellt ist, oder kann eine Vielzahl der Kühlrohre 44 aufweisen, wie es in 5 dargestellt und nachstehend beschrieben ist. Wenn als der Vormischer 42 eine offene Region verwendet wird, folgt die Strömung generell dem durch die Pfeile in 4 angezeigten Pfad. Es versteht sich ferner, dass, wie oben beschrieben, eine Vielzahl von Rohren in dem Wärmetauscher vorhanden sind, diese sind jedoch in der vorliegenden Beschreibung der Luftströmung aus Gründen der Klarheit weggelassen. Atmosphärische Luft wird in dem Kompressor 12 komprimiert und dann in die Wärmetauschkammer 33 unter einem hohen Druck eingeführt. Die Luft, die in die Wärmetauschkammer 33 eintritt, wird durch Richtfinnen zur Oberseite und zur Unterseite der Wärmetauschkammer 33 gerichtet, so dass die Luft durch die Kanäle 50 strömen kann. Die Luft, die in die Wärmetauschkammer 33 eintritt, kann eine Temperatur zwischen etwa 37°C und etwa 427°C (etwa 100°F und etwa 800°F) besitzen. Generell tritt die Luft je doch in den Wärmetauscher 45 mit einer Temperatur von etwa 204°C bis etwa 400°C (etwa 400°F bis etwa 750°F) ein.With continued reference to the 1 - 3 and further with reference to 4 Now, a method of using the combustion chamber 14 described according to various embodiments. The combustion device 14 has a premixer 42 which can be formed in any suitable manner. The premixer 42 may have an open region as in 4 is shown, or may be a variety of cooling tubes 44 exhibit as it is in 5 shown and described below. If as the premixer 42 an open region is used, the flow generally follows that indicated by the arrows in 4 displayed path. It is further understood that, as described above, there are a plurality of tubes in the heat exchanger, but these are omitted in the present description of the air flow for the sake of clarity. Atmospheric air is in the compressor 12 compressed and then in the heat exchange chamber 33 introduced under a high pressure. The air entering the heat exchange chamber 33 is introduced by straightening to the top and bottom of the heat exchange chamber 33 directed, allowing the air through the channels 50 can flow. The air entering the heat exchange chamber 33 may have a temperature between about 37 ° C and about 427 ° C (about 100 ° F and about 800 ° F). Generally, the air enters the heat exchanger 45 at a temperature of about 204 ° C to about 400 ° C (about 400 ° F to about 750 ° F).

Wenn die Luft in den Kanälen 50 fortschreitet, steigt die Temperatur der Luft, so dass die Luft ”heiße” Luft wird. Die heiße Luft strömt durch den Gang, der durch die Kühlrohre 44 gebildet ist, und in den Vormischbereich 30 hinein. Die heiße Luft empfängt ferner thermische Energie, während sie durch die Kühlrohre 44 strömt. Es versteht sich, dass die Kühlrohre 44 zu einem Abschnitt der Wärmetauscherrohre 48 benachbart sind. Die Temperatur der heißen Luft, wenn sie in den Vormischbereich 30 eintritt, beträgt zwischen etwa 427°C und etwa 538°C (etwa 800°F und etwa 1000°F). Die Luft vollzieht in dem Vormischbereich 30 eine Wende innerhalb der Vormischkammer 42. Wenn die Luft innerhalb der Vormischkammer 42 wendet, spritzt der Vormischinjektor 40 Brennstoff in die Luft, so dass der Brennstoff in der Luft mitgerissen wird. Etwa 30% bis etwa 60% des gesamten zum Antrieb der gasgetriebenen Turbine 10 verwendeten Brennstoffes wird auf diese Weise in der Vormischkammer 42 mitgerissen.When the air in the channels 50 As the temperature of the air increases, the air becomes "hot" air. The hot air flows through the corridor through the cooling tubes 44 is formed, and in the premix area 30 into it. The hot air also receives thermal energy while passing through the cooling tubes 44 flows. It is understood that the cooling pipes 44 to a section of the heat exchanger tubes 48 are adjacent. The temperature of the hot air when in the premix area 30 occurs, is between about 427 ° C and about 538 ° C (about 800 ° F and about 1000 ° F). The air is in the premix area 30 a turn within the premix chamber 42 , If the air is inside the premix chamber 42 turns, injects the premix injector 40 Fuel into the air, so that the fuel is entrained in the air. About 30% to about 60% of the total to power the gas driven turbine 10 used fuel is in this way in the premixing chamber 42 carried away.

Nachdem die Luft in die Vormischkammer 42 eingetreten ist, fließt sie dann durch den Gang heraus, der durch die Wärmetauscherrohre 48 gebildet ist. In den Wärmetauscherrohren 48 verbrennt der Brennstoff in der Luft, wenn er in Eingriff gelangt mit dem Katalysator, der an den Innenwänden der Wärmetauscherrohre 48 angeordnet ist. Der Katalysator kann innerhalb des Wärmetauscherrohrs 48 auf eine Vielzahl von Arten angeordnet sein, wie Beschichten durch Lackieren oder Tauchen, oder durch Anbringen von Dichtungen an den Innenwänden. Wenn der Brennstoff verbrennt, steigt die Temperatur der Luft auf zwischen etwa 768°C und 930°C (zwischen etwa 1400°F und etwa 1700°F). Wenn die Temperatur der Luft ansteigt, wird sie hoch energetisch, um so Luft hoher Energie zu bilden, wobei die Luft hoher Energie dann ferner aus den Wärmetauscherrohren 48 austritt. Die Temperatur der Luft hoher Energie erreicht in den Wärmetauscherrohren 48 wenigstens die hypergolische oder Selbstzündungs-Temperatur des in der gasgetriebenen Turbine 10 verwendeten Brennstoffes. Daher ist die Luft hoher Energie, die aus den Wärmetauscherrohren 48 austritt, hypergolische oder Selbstzündungs-Luft und kann auch als solche bezeichnet werden. Die Selbstzündungs-Temperatur der Luft ist jene Temperatur, die die Luft besitzt, oder eine darüber liegende Temperatur, bei der dann, wenn mehr Brennstoff in die hypergolische Luft eingespritzt wird, der Brennstoff sich automatisch entzündet, ohne jeden weiteren Katalysator oder Zündquelle.After the air in the premix chamber 42 Then, it flows through the passage, which passes through the heat exchanger tubes 48 is formed. In the heat exchanger tubes 48 the fuel burns in the air when it engages with the catalyst attached to the inner walls of the heat exchanger tubes 48 is arranged. The catalyst can be inside the heat exchanger tube 48 be arranged in a variety of ways, such as coating by painting or dipping, or by attaching seals to the inner walls. As the fuel burns, the temperature of the air rises to between about 768 ° C and 930 ° C (between about 1400 ° F and about 1700 ° F). As the temperature of the air increases, it becomes highly energetic so as to form high-energy air, with the high-energy air being further from the heat exchanger tubes 48 exit. The temperature of high-energy air reaches in the heat exchanger tubes 48 at least the hypergolic or auto-ignition temperature of the gas-powered turbine 10 used fuel. Therefore, the air is high energy coming out of the heat exchanger tubes 48 exit, hypergolic or auto-ignition air and may also be referred to as such. The autoignition temperature of the air is that temperature which the air has or an overlying temperature at which, as more fuel is injected into the hypergolic air, the fuel will ignite automatically without any additional catalyst or ignition source.

In 5 ist ein Teil der Vormischkammer 42 gemäß einer zweiten Ausführungsform in größerer Genauigkeit dargestellt. Es lässt sich leichter erkennen, dass eine Vielzahl der Kühlrohre 44 vertikal übereinandergestapelt ist, um eine Kühlrohrsäule 44a zu bilden. Jedes Kühlrohr 44 und die Vielzahl der Kühlrohrsäulen 44a definieren einen Kühlgang. Daher kann Luft in die Verbrennungskammer 14 eintreten, durch die Kanäle 50 verlaufen, benachbart zu den Wärmetauscherrohren 48, und durch den Kühlgang, der durch die jeweiligen Kühlrohre 44 definiert ist. Die Kühlrohre 44 weisen daher einen Einlass 44b auf. Der Einlass 44b ist dort, wo die Luft aus dem Wärmetauscherkanal 50 in das Kühlrohr 44 eintritt. Der Einlass 44b des Kühlrohrs definiert eine Einlassfläche A, durch die Luft hindurchgehen kann. Der Einlass 44b des Kühlrohrs ist es, der es der Luft erlaubt, in das Kühlrohr 44 einzutreten, wenn sie hin zu der Vormischkammer 42 fortschreitet. In dem Vormischer 42 definiert jedes der Kühlrohre 44 eine Vielzahl von Austrittsöffnungen oder Ports 46. Jede der Austrittsöffnungen 46 weist einen Austrittsbereich bzw. eine Austrittsfläche B auf. Die Luft, die durch die Kühlrohre 44 hindurch geht, kann aus den Austrittsöffnungen 46 austreten, um in die Vormischbereiche 42 einzutreten. Jede Austrittsöffnungsfläche B ist generell kleiner als die Einlassfläche A, wobei jedoch die Gesamtfläche sämtlicher Austrittsöffnungsflächen B gleich oder größer sein kann als die Einlassfläche A. Darüber hinaus weist vorzugsweise jedes der Kühlrohre 44 eine Vielzahl von Austrittsöffnungen 46 auf. Demzufolge ist die Gesamtaustrittsöffnungsfläche B für jedes Kühlrohr 44 größer als dessen Einlassfläche A. Das genaue Verhältnis hängt von den Betriebsbedingungen, wie Temperatur oder Brennstofftyp, für die Verbrennungseinrichtung 14 ab.In 5 is part of the premix chamber 42 shown in greater detail according to a second embodiment. It is easier to see that a variety of cooling tubes 44 vertically stacked around a cooling tube column 44a to build. Each cooling tube 44 and the plurality of cooling tube columns 44a define a cooling passage. Therefore, air can enter the combustion chamber 14 enter, through the channels 50 run, adjacent to the heat exchanger tubes 48 , and through the cooling passage through the respective cooling tubes 44 Are defined is. The cooling pipes 44 therefore have an inlet 44b on. The inlet 44b is where the air from the heat exchanger channel 50 in the cooling tube 44 entry. The inlet 44b the cooling tube defines an inlet surface A through which air can pass. The inlet 44b It is the cooling pipe that allows the air to enter the cooling pipe 44 when they go to the premix chamber 42 progresses. In the premixer 42 defines each of the cooling tubes 44 a variety of outlet openings or ports 46 , Each of the outlet openings 46 has an exit region or an exit surface B. The air passing through the cooling pipes 44 goes through, can from the outlet openings 46 Escape to the premix areas 42 enter. Each outlet opening area B is generally smaller than the inlet area A, but the total area of all the outlet opening areas B may be equal to or greater than the inlet area A. Moreover, preferably, each of the cooling tubes has 44 a plurality of outlet openings 46 on. As a result, the total discharge port area B is for each cooling pipe 44 greater than its inlet area A. The exact ratio depends on the operating conditions, such as temperature or fuel type, for the incinerator 14 from.

Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 5 und ferner unter Bezugnahme auf 5A kann jede der Austrittsöffnungen 46 einen unterschiedlichen Austrittsdurchmesser B besitzen. Demzufolge kann eine erste Austrittsöffnung 46a eine erste Austrittsöffnungsfläche Ba aufweisen, wohingegen eine zweite Austrittsöffnung 46b eine zweite Öffnungsfläche Bb aufweist. Die Austrittsöffnungsflächen B können geändert werden, um das Äquivalenzverhältnis der Luft zu dem Brennstoff zu ändern, und können ferner dazu verwendet werden, um direkt die Strömung des Oxidationsmittels von den Kühlrohren 44 aus den Austrittsöffnungen 46 heraus zu steuern.With continued reference to 5 and further with reference to 5A can any of the outlet openings 46 have a different exit diameter B. As a result, a first outlet opening 46a a first exit opening area Ba, whereas a second exit opening 46b has a second opening area Bb. The exit port areas B may be changed to change the equivalence ratio of the air to the fuel, and may also be used to directly direct the flow of the oxidant from the cooling tubes 44 from the outlet openings 46 to steer out.

Der Vormischinjektor 40 weist eine Vielzahl von Vormisch-Brennstoffinjektoren 40a auf. Sobald die Luft aus den Austrittsöffnungen 46 austritt, und zwar in die Vormischkammer 42 hinein, wird Brennstoff über die Vormischinjektorports 40a eingespritzt, um diesen mit der Luft zu mischen, die aus den Kühlrohren 44 austritt. Die Anzahl der Vormischinjektorports 40a hängt von der bestimmten Anmeldung und von dem zur Verbrennung ausgewählten Brennstoff ab. Nichtsdestotrotz liegt das Verhältnis von Vormischinjektorport 40a zu Kühlrohren 44 generell zwischen etwa 0,3 und etwa 2,5. Nachdem die Luft in die Vormischkammer 42 eingetreten ist, strömt sie dann aus der Vormischkammer 42 heraus, und zwar durch den Gang hindurch, der von den Wärmetauscherrohren 48 gebildet wird.The premix injector 40 has a variety of premix fuel injectors 40a on. Once the air from the outlet openings 46 exit, in the premix chamber 42 in, fuel will be delivered via the premix injector ports 40a injected to mix this with the air coming out of the cooling tubes 44 exit. The number of premix injector ports 40a Depends on the particular application and on the fuel selected for combustion. Nevertheless, the ratio of premix injector port is 40a to cooling pipes 44 generally between about 0.3 and about 2.5. After the air in the premix chamber 42 has occurred, then flows out of the premixing chamber 42 out, through the passage, from the heat exchanger tubes 48 is formed.

In dem Vormischer 42 ist gemäß der zweiten Ausführungsform ein Verbrennungsinhibitor oder -unterdrücker angeordnet. Genauer gesagt ist ein Verbrennungsunterdrücker vorgesehen, um die Verbrennung des Brennstoffs in dem Vormischer 42 zu beschränken oder zu eliminieren, bevor also der Brennstoff die Katalysatorrohre 48 erreicht. Geeignete Verbrennungsunterdrücker beinhalten Beschichtungen, um die Bildung von Pre-Oxyl-Radikalen (”pre-oxyl radicals”) zu eliminieren, oder eine physikalische Struktur, die wenigstens in der Löschdistanz (”quenching distance”) für den Brennstoff vorliegt, der in den Vormischer 42 eingespritzt wird. Weitere geeignete Verfahren können gleichfalls verwendet werden, um eine Verbrennung des Brennstoffs zu hemmen, bevor dieser die Katalysatorrohre 48 erreicht.In the premixer 42 According to the second embodiment, a combustion inhibitor or suppressor is arranged. More specifically, a combustion suppressor is provided to stop the combustion of the fuel in the pre-mixer 42 to restrict or eliminate before so the fuel the catalyst tubes 48 reached. Suitable combustion suppressants include coatings to eliminate the formation of pre-oxyl radicals or a physical structure that is at least the quenching distance for the fuel that is in the premixer 42 is injected. Other suitable methods may also be used to inhibit combustion of the fuel before it becomes the catalyst tubes 48 reached.

Zusätzlicher Brennstoff wird über den Hauptinjektor 52 eingespritzt, wenn die Luft aus den Wärmetauscherrohren 48 austritt und in den Hauptverbrennungsabschnitt 34 eintritt. Der von dem Hauptinjektor 52 eingespritzte Brennstoff wird über die individuellen Injektorports 60 eingespritzt. Es kann jedes beliebige Verhältnis von Injektorports 60 zu Wärmetauscherrohren 48 verwendet werden, solange die gesamte Luft, die aus dem Wärmetauscher 45 austritt, gründlich mit dem Brennstoff durchmischt wird. Der gesamte zusätzliche Brennstoff zum Antreiben der gasgetriebenen Turbine 10 wird zu diesem Zeitpunkt eingespritzt, so dass der gesamte Brennstoff der Luft bei der Vormischkammer 42 und aus den Injektorports 60 hinzugegeben wird.Additional fuel is delivered via the main injector 52 injected when the air from the heat exchanger tubes 48 exit and into the main combustion section 34 entry. The one from the main injector 52 Fuel injected is via the individual injector ports 60 injected. It can handle any ratio of injector ports 60 to heat exchanger tubes 48 be used as long as all the air coming out of the heat exchanger 45 is thoroughly mixed with the fuel thoroughly. All the extra fuel needed to power the gas powered turbine 10 is injected at this time, so that the entire fuel of the air at the premixing chamber 42 and from the injector ports 60 is added.

Wenn die Luft durch die Wärmetauscherrohre 48 hindurch geht, wird der Brennstoff, der in der Vormischkammer 42 in der Luft mitgerissen wurde, durch den Katalysator verbrannt. Dies hebt die Temperatur der Luft gegenüber der Temperatur, mit der sie in die Wärmetauschkammer 33 eingetreten ist. Insbesondere wird die Temperatur der Luft angehoben auf einen Wert von generell zwischen etwa 700°C und 880°C (zwischen etwa 1300°F und etwa 1600°F). Diese Temperatur ist generell die hypergolische Temperatur, so dass der Brennstoff, der über den Injektorport 60 hinzugegeben wird, spontan verbrennt. Es versteht sich, dass unterschiedliche Brennstoffe unterschiedliche hypergolische Temperaturen besitzen. Demzufolge kann die Menge des Brennstoffes, die in dem Vormischabschnitt 42 hinzugegeben wird, geändert werden, um die Temperatur der Luft zu bestimmen, die aus den Wärmetauscherrohren 48 austritt.When the air passes through the heat exchanger tubes 48 goes through, the fuel that is in the premixing chamber 42 was carried away in the air, burned by the catalyst. This raises the temperature of the air relative to the temperature with which it enters the heat exchange chamber 33 occurred. In particular, the temperature of the air is raised to a value generally between about 700 ° C and 880 ° C (between about 1300 ° F and about 1600 ° F). This temperature is generally the hypergolic temperature, allowing the fuel to pass through the injector port 60 is added spontaneously burned. It is understood that different fuels have different hypergolic temperatures. Consequently, the amount of fuel that is in the premixing section 42 is added to be changed to determine the temperature of the air coming from the heat exchanger tubes 48 exit.

Unter Bezugnahme auf 6 erstrecken sich die Wärmetauscherrohre 48 von einer stromauf liegenden Seite 70 durch die Intra-Treibmittelplatte 54 hindurch und enden in dem Hauptinjektor 52. Eine Stirnseite des Injektors 52a liegt stromab der Wärmetauscherrohre 48. Brennstoff wird über die Haupt-Brennstoffleitung 38 der Verteilerregion 56 bereitge stellt, bei der es sich um den Bereich zwischen der Intra-Treibmittelplatte 54 und dem Hauptinjektor 52 handelt. Obgleich lediglich eine Haupt-Brennstoffleitung 38 dargestellt ist, versteht sich, dass mehr als eine Haupt-Brennstoffleitung vorgesehen sein kann. In der Hauptinjektorplatte 52 sind Oxidationsmittelpassagen oder -gänge 72 gebildet, bei denen es sich um Verlängerungen der Wärmetauscherrohre 48 handelt, die in der Hauptinjektorplatte 52 gebildet sind. Die hypergolische Luft von den Wärmetauscherrohren 48 geht durch die Oxidationsmittelgänge 72 hindurch und tritt in den Hauptverbrennungsbereich 34 ein.With reference to 6 extend the heat exchanger tubes 48 from an upstream side 70 through the intra-leavening plate 54 through and end in the main injector 52 , One end of the injector 52a lies downstream of the heat exchanger tubes 48 , Fuel gets over the main fuel line 38 the distributor region 56 bereitge provides, which is the area between the intra-propellant plate 54 and the main injector 52 is. Although only a major fuel management 38 it is understood that more than one main fuel line may be provided. In the main injector plate 52 are oxidant passages or passages 72 formed, which are extensions of the heat exchanger tubes 48 which is in the main injector plate 52 are formed. The hypergolic air from the heat exchanger tubes 48 goes through the oxidation aisles 72 through and enters the main combustion area 34 one.

Von dem Injektorport 60 erstreckt sich nach hinten ein Brennstoff-Einspritzpfad 74. Jeder Brennstoff-Injektorport 74 weist wenigstens einen Brennstoffpfad bzw. -gang 74 auf. Der Brennstoffgang 74 ist vorzugsweise eine Bohrung, die in der Hauptinjektorplatte 52 gebildet ist, um einen Zugriff auf die Brennstoff-Verteilerregion 56 zu erlangen, so dass der Brennstoff, der der Brennstoff-Verteilerregion 56 bereitgestellt ist, und zwar aus der Haupt-Brennstoffleitung 38, den Verbrennungsbereich 34 erreichen kann. Generell sind die Brennstoffgänge 74 in der Hauptinjektorplatte 52 gebildet, und zwar in den Abständen oder Stegen zwischen den Oxidationsmittelgängen 72, die sich aus den Wärmetauscherrohren 48 heraus erstrecken.From the injector port 60 extends rearward a fuel injection path 74 , Every fuel injector port 74 has at least one fuel path 74 on. The fuel gear 74 is preferably a bore located in the main injector plate 52 is formed to access the fuel distribution region 56 to obtain so that the fuel, that of the fuel distributor region 56 is provided, from the main fuel line 38 , the combustion area 34 can reach. Generally, the fuel gangs 74 in the main injector plate 52 formed, in the intervals or webs between the Oxiditätsmittelgängen 72 arising from the heat exchanger tubes 48 extend out.

Der Brennstoff tritt aus den Injektorports 60 als ein Brennstoffstrom 76 aus, und zwar ausgerichtet mit dem Brennstoffgang 74, der in der Hauptinjektorplatte 52 vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Brennstoffstrom 76 unter einem Halbwinkel zwischen etwa 40° und etwa 50°, und vorzugsweise von etwa 45° ausgerichtet. Daher ist es so, dass dann, wenn sich zwei der Brennstoffströme 76 schneiden, in einem Bereich der Brennstoffkammer 34, der stromab in Bezug auf die Stirnfläche 52a der Injektorplatte 52 liegt, sich die Ströme unter einem Winkel von 80° bis 100° schneiden. Es versteht sich jedoch, dass sich die Brennstoffströme 76 leicht unter einem unterschiedlichen Winkel schneiden können. Beispielsweise können die Brennstoffströme sich unter Winkeln schneiden, die im Bereich zwischen etwa 20° und etwa 150° liegen.The fuel comes out of the injector ports 60 as a fuel stream 76 out, and aligned with the fuel gear 74 which is in the main injector plate 52 is provided. Preferably, the fuel stream 76 oriented at a half angle between about 40 ° and about 50 °, and preferably about 45 °. Therefore, it is such that when two of the fuel streams 76 cut, in an area of the fuel chamber 34 which is downstream in relation to the end face 52a the injector plate 52 is located, the currents intersect at an angle of 80 ° to 100 °. It is understood, however, that the fuel flows 76 can easily cut at a different angle. For example, the fuel streams may intersect at angles ranging between about 20 ° and about 150 °.

In den 7a und 7b ist eine erste Ausführungsform des Brennstoff-Injektorports 60 dargestellt. Die hypergolische Luft, die als ein Oxidationsmittel wirkt, tritt aus den Oxidationsmittelgängen 72 aus. Wenn dies passiert, tritt Brennstoff aus den Injektorports 60 aus und wird entlang von Brennstoffströmen 76 übertragen. Da die zwei Brennstoffströme 76 winklig zueinander liegen, schneiden sie sich an einem Punkt stromab der Oxidationsmittelgänge 72 und zwischen den Oxidationsmittelgängen 72, und zwar in einem Stegbereich 77. Wie oben erörtert, schneiden sich vorzugsweise zwei Brennstoffströme 76 unter einem Winkel von etwa 90°. Wenn dieses Auftreffen auftritt, unterbrechen sich die zwei Brennstoffströme gegenseitig und erzeugen eine Brennstoffwolke 80, die sich in die geeigneten Oxidationsmittelgänge 72 hinein ausbreitet. Die Brennstoffwolke 80 ist beträchtlich und fein atomisiert, und zwar aus den Brennstoffströmen 76, die sich extrem schnell nach außen ausbreiten. Dies ermöglicht es, dass sich der Brennstoff in den Brennstoffströmen 76 sehr schnell mit der hypergolischen Luft vermischt, wenn diese aus den Oxidationsmittelgängen 72 austritt.In the 7a and 7b is a first embodiment of the fuel injector port 60 shown. The hypergolic air, which acts as an oxidizer, exits the oxidant passages 72 out. When this happens, fuel comes out of the injector ports 60 out and along along with fuel streams 76 transfer. Because the two fuel streams 76 At an angle to each other, they intersect at a point downstream of the oxidant aisles 72 and between the oxidation averages 72 , in a bridge area 77 , As discussed above, preferably two fuel streams intersect 76 at an angle of about 90 °. When this impact occurs, the two fuel streams mutually interrupt each other and create a fuel cloud 80 , which are in the appropriate Oxidationsmittelgänge 72 spread into it. The fuel cloud 80 is considerably and finely atomized, and indeed from the fuel streams 76 that spread extremely quickly to the outside. This allows the fuel to flow in the fuel streams 76 very quickly mixed with the hypergolic air, if this from the Oxidationsmittelgängen 72 exit.

Wie oben erörtert, tritt die Luft aus den Oxidationsmittelgängen 72 etwa mit der Selbstzündungs- oder hypergolischen Temperatur des Brennstoffs in den Brennstoffströmen 76 aus. Daher, sobald der Brennstoff aus den Brennstoffströmen 76 auf die Temperatur der hypergolischen Luft angehoben ist, die aus den Oxidationsmittelgängen 72 austritt, zündet der Brennstoff. Wenn der Brennstoff sich demzufolge im Wesentlichen vollständig mit der Luft durchmischt, wenn diese aus den Oxidationsmittelgängen 72 austritt, zündet im Wesentlichen die gesamte Menge des mit den Brennstoffströmen 76 eingespritzten Brennstoffes im Wesentlichen zur gleichen Zeit. Wenn dies auftritt, ist die Zündung von Brennstoff aus den Brennstoffströmen 76 über die Stirnseite 52 der Injektorplatte 52 im Wesentlichen konstant und gleich groß. Demzufolge werden im Wesentlichen keine heißen Punkte (”hot spots”) erzeugt, was die Temperatur der Verbrennungskammer 34 auf einer solchen Temperatur hält, bei der ermöglicht ist, dass im Wesentlichen keine Distickstoffoxid-Verbindungen erzeugt werden.As discussed above, the air exits the oxidant passages 72 at about the autoignition or hypergolic temperature of the fuel in the fuel streams 76 out. Therefore, as soon as the fuel from the fuel streams 76 raised to the temperature of the hypergolic air coming from the oxidant passages 72 exit, ignites the fuel. As a result, when the fuel substantially completely mixes with the air as it exits the oxidant passages 72 Essentially, ignites substantially the entire amount of the fuel streams 76 injected fuel at substantially the same time. When this occurs, the ignition of fuel is from the fuel streams 76 over the front side 52 the injector plate 52 essentially constant and the same size. As a result, substantially no hot spots are produced, which is the temperature of the combustion chamber 34 at such a temperature as to allow essentially no nitrous oxide compounds to be produced.

Da der Brennstoff in der Brennstoffwolke 80 sich so schnell in die Luft hoher Energie hinein ausbreitet, die aus den Oxidationsmittelgängen 72 austritt, vermischt sich der Brennstoff mit der hypergolischen Luft und wird schneller auf die hypergolische Luft erwärmt als die Zünd- oder Verbrennungsrate des Brennstoffs. Daher erreicht im Wesentlichen der gesamte Brennstoff, der aus dem Injektorport 60 eingespritzt wird, die hypergolische Temperatur im Wesentlichen zur gleichen Zeit. Demzufolge verbrennt im Wesentlichen der gesamte Brennstoff im Wesentlichen zur gleichen Zeit, was die Erzeugung von diskreten heißen Punkten wesentlich reduziert.As the fuel in the fuel cloud 80 It spreads so fast into the air of high energy that comes out of the oxidant aisles 72 the fuel mixes with the hypergolic air and is heated faster to the hypergolic air than the ignition or combustion rate of the fuel. Therefore, essentially all the fuel that comes out of the injector port reaches 60 is injected, the hypergolic temperature substantially at the same time. As a result, substantially all of the fuel burns at substantially the same time, significantly reducing the generation of discrete hot spots.

In den 8a und 8b ist ein Brennstoff-Injektorport 90 gemäß einer unterschiedlichen bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform tritt Luft hoher Energie aus dem Hauptinjektor 52 über die Oxidationsmittelgänge 72 aus. Es werden auch Brennstoffströme 76 erzeugt, wenn Brennstoff aus einer Vielzahl von Injektorports 90 austritt. Die Injektorports 90 sind nicht kreisförmig sondern besitzen generell eine rechteckige Form, mit einer Höhe H, die wesentlich größer ist als eine Breite W. Die Höhe H des Injektorports 90 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der Höhe der Oxidationsmittelgänge 72. Demzufolge wird ein Brennstoffstrom oder -fächer 92 durch die Brennstoffinjektoren 90 erzeugt, der im Wesentlichen aufgespreizt oder abgeflacht wird, wenn er aus dem Injektorport 90 austritt, im Gegensatz zu dem zuvor beschriebenen Brennstoffstrom 76.In the 8a and 8b is a fuel injector port 90 according to a different preferred embodiment of the present invention. In this embodiment, high-energy air exits the main injector 52 via the oxidant aisles 72 out. There are also fuel streams 76 generated when fuel from a variety of injector ports 90 exit. The injector ports 90 are not circular but generally have a rectangular shape with a height H that is substantially greater than a width W. The height H of the injector port 90 extends substantially parallel to the height of the Oxiditätsmittelgänge 72 , As a result, a fuel stream or fan becomes 92 through the fuel injectors 90 produced, which is substantially spread or flattened when it comes out of the injector port 90 leakage, in contrast to the fuel flow described above 76 ,

Brennstoff kann in den Brennstoffgang 74 über jeden geeignet geformten Port eintreten, sobald sich der Gang 74 jedoch dem Injektorport 90 nähert, wird der Gang im Wesentlichen rechteckförmig mit einer Höhe H, die sehr viel größer ist als eine Breite W. Wie es insbesondere in 8b gezeigt ist, weist die stromauf liegende Seite der Hauptinjektorplatte 52 einen Einlassport 94 auf, der im Wesentlichen kreisförmig ist. Nichtsdestotrotz ist der Injektorport 90 im Wesentlichen rechteckförmig. Der Brennstoffstrom 92, der so erzeugt wird, ist im Wesentlichen aufgespreizt oder verdünnt bzw. dünner gemacht, bevor er einen Schnittpunkt mit einem anderen Brennstoffstrom 92 erreicht. Wenn zwei Brennstoffströme 92 sich schneiden, erzeugen sie eine Brennstoffwolke 96, die es ermöglicht, dass der über die Injektorports 90 bereitgestellte Brennstoff sich mit der hypergolischen Luft vermischt, die aus den Oxidations mittelgängen 72 austritt, und zwar bevor der Brennstoff, der in den Brennstoffströmen 92 bereitgestellt wird, seine Zündtemperatur erreicht.Fuel can into the fuel gear 74 Enter via any suitably shaped port as soon as the gear is up 74 however, the injector port 90 approaching, the passage becomes substantially rectangular with a height H which is much greater than a width W. As it is in particular in 8b is shown, the upstream side of the Hauptinjektorplatte 52 an inlet port 94 which is essentially circular. Nonetheless, the injector port is 90 essentially rectangular. The fuel flow 92 thus generated is substantially spread or thinned before intersecting with another fuel stream 92 reached. If two fuel streams 92 intersect, they create a fuel cloud 96 that allows it via the injector ports 90 provided fuel mixes with the hypergolic air, the intermediates from the oxidation 72 leak, and that before the fuel that flows in the fuel streams 92 is provided, reaches its ignition temperature.

Dies erlaubt ein beträchtliches Vermischen des Brennstoffes mit der Luft, die aus den Oxidationsmittelgängen 72 austritt, bevor der Brennstoff verbrennt, so dass die Verbrennung in der Verbrennungskammer 34 quer über die Stirnseite 52a der Hauptinjektorplatte 52 im Wesentlichen gleichmäßig ausgebildet ist. Dies lässt generell nicht zu, dass sich heiße Punkte in dem Verbrennungsbereich 34 bilden, wodurch die Erzeugung von NOX-Chemikalien im Wesentlichen eliminiert wird. Es versteht sich bei dieser Ausführungsform, dass gegenüberliegende Brennstofffächer 92 nicht notwendig sind, um eine geeignete Brennstoffwolke 96 bereitzustellen. Da der Injektorport 90 einen Brennstofffächer 92 erzeugt, der bereits beträchtlich aufgeweitet und verteilt ist, ist das Aufeinanderauftreffen der zwei Brennstoffströme generell nicht notwendig.This allows considerable mixing of the fuel with the air coming from the oxidant passages 72 exit before the fuel burns, causing the combustion in the combustion chamber 34 across the front 52a the main injector plate 52 is formed substantially uniform. This generally does not allow for hot spots in the combustion area 34 form, thereby substantially eliminating the generation of NO x chemicals. It is understood in this embodiment that opposed fuel compartments 92 are not necessary to get a suitable fuel cloud 96 provide. Because the injector port 90 a fuel compartment 92 produced, which is already considerably expanded and distributed, the collision of the two fuel streams is generally not necessary.

Wie oben erörtert, besitzt die Temperatur, die aus dem Wärmetauscher 45 austritt, die Selbstzündungs- oder hypergolische Temperatur des Brennstoffs, der in der gasgetriebenen Turbine 10 verwendet wird. Demzufolge zündet der Brennstoff, sobald der Zündstoff die Temperatur der Luft erreicht hat. Da der Brennstoff gründlich mit der Luft durchmischt wird, findet die Verbrennung des Brennstoffes nahezu momentan bzw. zu einem Zeitpunkt statt und wird keine lokalen oder diskreten heißen Punkte erzeugen. Da der Brennstoff so gut mit der Luft gemischt wird, die aus dem Wärmetauscher 45 austritt, gibt es keinen Punkt oder keinen Bereich, bei dem mehr Brennstoff vorliegt als bei einem anderen Punkt, was gleichfalls heiße Punkte in dem Hauptverbrennungsabschnitt 34 erzeugen könnte. Demzufolge ist die Temperatur der Luft, die von dem Hauptinjektor 52 kommt und in den Hauptverbrennungsabschnitt 34 hineingeht, im Wesentlichen gleichförmig. Während des Betriebs der gasgetriebenen Turbine 10 ist die charakteristische Mischrate des Brennstoffs kürzer als die Verbrennungsrate des Brennstoffs.As discussed above, the temperature that exits the heat exchanger 45 leakage, the auto-ignition or hypergolic temperature of the fuel, which in the gas-driven turbine 10 is used. As a result, the fuel ignites as soon as the fuel reaches the temperature of the air. Since the fuel is thoroughly mixed with the air, combustion of the fuel will occur almost instantaneously and will not generate local or discrete hot spots. Because the fuel is mixed so well with the air coming out of the heat exchanger 45 There is no point or area where there is more fuel than at any other point, which are also hot spots in the main combustion section 34 could produce. As a result, the temperature of the air is that of the main injector 52 comes and into the main combustion section 34 goes in, essentially uniform. During operation of the gas powered turbine 10 the characteristic mixing rate of the fuel is shorter than the combustion rate of the fuel.

Die Temperatur der Luft liegt, nachdem der zusätzliche Brennstoff aus dem Hauptinjektor 52 verbrannt worden ist, zwischen etwa 1315°C und 1595°C (etwa 2400°F und etwa 2800°F). Vorzugsweise beträgt die Temperatur jedoch nicht mehr als etwa 1426°C (etwa 2600°F). Es können unterschiedliche Brennstoff-zu-Luft-Verhältnisse verwendet werden, um die Temperatur in dem Hauptverbrennungsabschnitt zu steuern. Der Hauptverbrennungsabschnitt 34 richtet die expandierenden Gase in ein Übergangsrohr (nicht gezeigt), so dass sie in dem Turbinenbereich 15 an den Turbinenflügeln 16 angreifen, und zwar mit einer Strömungsform mit geeignetem Querschnitt.The temperature of the air is after the additional fuel from the main injector 52 has been burned between about 1315 ° C and 1595 ° C (about 2400 ° F and about 2800 ° F). Preferably, however, the temperature is not more than about 1426 ° C (about 2600 ° F). Different fuel-to-air ratios may be used to control the temperature in the main combustion section. The main combustion section 34 directs the expanding gases into a transition pipe (not shown) so that they are in the turbine area 15 at the turbine blades 16 attack, with a flow shape with a suitable cross-section.

Die Verwendung des Wärmetauschers 45 erhöht die Temperatur der Luft, um heiße oder erwärmte Luft zu erzeugen. Die heiße Luft ermöglicht es dem Katalysator, den Brennstoff zu verbrennen, der in der Vormischkammer 42 in der Luft mitgerissen worden ist, ohne die Notwendigkeit weiterer anderer Zündquellen. Der Katalysator tritt lediglich in Wechselwirkung mit dem Kohlenwasserstoff-Brennstoff und dem Sauerstoff in der Luft, um den Brennstoff zu verbrennen, ohne zu reagieren und andere chemische Arten bzw. Verbindungen zu erzeugen. Demzufolge sind die Produkte der Verbrennung in den Wärmetauscherrohren 48 im Wesentlichen lediglich Kohlendioxid und Wasser, und zwar aufgrund des darin angeordneten Katalysators. Es werden keine signifikanten Mengen anderer chemischer Arten bzw. Verbindungen erzeugt, und zwar aufgrund der Verwendung des Katalysators. Ferner ermöglicht es die Verwendung der Wärmetauscherrohre 48 mit einem darin angeordneten Katalysator, dass die Temperatur der Luft die Selbstzündungs-Temperatur des Brennstoffs erreichen kann, so dass keine zusätzlichen Zündquellen in dem Hauptverbrennungsabschnitt 34 notwendig sind. Demzufolge erreicht die Temperatur der Luft nicht eine Temperatur, bei der fremde Arten bzw. Verbindungen leicht erzeugt werden können, wie NOX-Chemikalien. Aus diesem Grund haben die Emissionen der gasgetriebenen Turbine 10 der vorliegenden Erfindung nahezu keine NOX-Emissionen. D. h., die NOX-Emissionen der gasgetriebenen Turbine 10 gemäß der vorliegenden Erfindung liegen generell unterhalb von etwa 1 Teil pro Million Volumen Trockengas (”1 Part per million volume dry gas”).The use of the heat exchanger 45 increases the temperature of the air to produce hot or warmed air. The hot air allows the catalyst to burn the fuel that is in the premixing chamber 42 was carried away in the air without the need for other sources of ignition. The catalyst merely interacts with the hydrocarbon fuel and oxygen in the air to burn the fuel without reacting and producing other chemical species or compounds. As a result, the products of combustion in the heat exchanger tubes 48 essentially only carbon dioxide and water, due to the catalyst disposed therein. No significant amounts of other chemical species or compounds are generated due to the use of the catalyst. Furthermore, it allows the use of the heat exchanger tubes 48 with a catalyst disposed therein, that the temperature of the air can reach the auto-ignition temperature of the fuel, so that no additional ignition sources in the main combustion section 34 necessary. As a result, the temperature of the air does not reach a temperature at which foreign species or compounds can be easily generated, such as NOX chemicals. For this reason, the emissions of gas-powered turbine 10 The present invention virtually no NOX emissions. That is, the NOX emissions of the gas driven turbine 10 in accordance with the present invention, generally below about 1 part per million volume of dry gas ("1 part per million volume dry gas").

Ferner eliminiert die Verwendung des Wärmetauschers 45 die Notwendigkeit nach irgendwelchen anderen Vorbrennern, die in der gasgetriebenen Turbine 10 zu verwenden wären. Der Wärmetauscher 45 liefert die thermische Energie für die Luft, so dass das Katalysatorbett sich auf der geeigneten Temperatur befindet. Aus diesem Grund gibt es keine anderen Bereiche, bei denen fremde oder unerwünschte chemische Arten erzeugt werden können. Zusätzlich hierzu liegt das Äquivalenzverhältnis des Vormischbereiches generell zwischen etwa 0,20 und 0,30, wobei das Äquivalenzverhältnis des Hauptinjektors 52 zwischen etwa 0,50 und etwa 0,60 liegt. Dies bedeutet, dass die Brennstoffverbrennung in beiden Bereichen als eine magere Mischung erfolgt. Demzufolge gibt es niemals eine überschüssige Menge an Brennstoff, die nicht verbrannt wird. Ferner hilft die magere Mischung, die Temperaturen der Luft zu verringern, um Seitenreaktionen bzw. Nebenreaktionen leichter zu steuern. Es versteht sich, dass unterschiedliche Brennstoffverhältnisse verwendet werden können, um unterschiedliche Temperaturen zu erzeugen. Dies kann für unterschiedliche Brennstoffe notwendig sein.Furthermore, the use of the heat exchanger eliminates 45 the need for any other pre-burners used in the gas transmission a turbine 10 to be used. The heat exchanger 45 provides the thermal energy to the air so that the catalyst bed is at the appropriate temperature. For this reason, there are no other areas where foreign or unwanted chemical species can be produced. In addition, the equivalence ratio of the premix area is generally between about 0.20 and 0.30, with the equivalence ratio of the main injector 52 is between about 0.50 and about 0.60. This means that fuel combustion takes place in both areas as a lean mixture. As a result, there is never an excess amount of fuel that is not burned. Furthermore, the lean mixture helps to lower the temperatures of the air to more easily control side reactions. It is understood that different fuel ratios may be used to produce different temperatures. This may be necessary for different fuels.

In 9 ist ein detaillierter Teil der Verbrennungseinrichtung 14, ähnlich dem in 3 dargestellten Teil, gemäß unterschiedlicher Ausführungsformen eines Wärmetauschers 145 dargestellt. Eine Vormischkammer 142 ermöglicht, dass Luft von dem Kompressor mit einem ersten Teil des Brennstoffs gemischt wird. Luft kommt von dem Kompressor und verläuft durch eine Kühlfinne 144 anstelle durch eine Vielzahl von Kühlrohren 44, wie in Bezug auf die erste Ausführungsform erläutert. Es versteht sich, dass in den Kühlfinnen 144 auch Austrittsports vorgesehen werden können, um den Vormischbereich 142 zu bilden. Die Kühlfinne 144 ist durch zwei im Wesentlichen parallele Platten 144a, 144b definiert. Es versteht sich jedoch, dass andere Teile, wie eine Oberseite und eine Unterseite, enthalten sein werden, um die Kühlfinne 144 zu umschließen. Zusätzlich hierzu ist eine Wärmetauscher- oder Katalysatorfinne 148 vorgesehen anstelle der Wärmetauscherrohre 48, wie sie in Bezug auf die erste Ausführungsform erörtert wurden. Erneut ist die Katalysatorfinne 148 definiert durch Seitenwände, eine obere Wand und eine untere Wand, und definiert eine Säule 149. Jede Katalysatorsäule 149 ist jedoch durch eine einzelne Katalysatorfinne 148 definiert, anstelle durch eine Vielzahl von Katalysatorrohren 48, wie oben erläutert. Die Kühlfinne 144 kann eine Vielzahl von Kühlfinnen 144 aufweisen. In der Mehrzahl definiert jede Kühlfinne 144 einen Kühlgang. In ähnlicher Weise kann die Wärmetauscherfinne 148 eine Mehrzahl von Wärme tauscherfinnen 148 aufweisen. Jede Wärmetauscherfinne 148 oder die Vielzahl der Wärmetauscherfinnen 148 definiert einen Wärmetauscher- oder Katalysatorgang.In 9 is a detailed part of the combustion device 14 , similar to the one in 3 shown part, according to different embodiments of a heat exchanger 145 shown. A premixing chamber 142 allows air from the compressor to be mixed with a first portion of the fuel. Air comes from the compressor and passes through a cooling fin 144 instead of a variety of cooling tubes 44 as explained in relation to the first embodiment. It is understood that in the cooling fins 144 also exit ports can be provided to the premix area 142 to build. The chilling fin 144 is by two substantially parallel plates 144a . 144b Are defined. It will be understood, however, that other parts, such as a top and a bottom, will be included around the chill fin 144 to enclose. In addition to this is a heat exchanger or catalyst fin 148 provided in place of the heat exchanger tubes 48 as discussed with respect to the first embodiment. Again, the catalyst fin 148 defined by sidewalls, a top wall and a bottom wall, and defines a pillar 149 , Each catalyst column 149 however, is by a single catalyst fin 148 defined, instead of by a variety of catalyst tubes 48 as explained above. The chilling fin 144 Can a variety of cooling fins 144 exhibit. In the majority defines each cooling fin 144 a cooling passage. Similarly, the heat exchanger fin 148 a plurality of heat exchanger fins 148 exhibit. Each heat exchanger fin 148 or the plurality of heat exchanger fins 148 defines a heat exchanger or catalyst path.

Zwischen den jeweiligen Katalysatorfinnen 148 sind weiterhin Kanäle 150 vorgesehen, so dass Luft von dem Kompressor durch die Kühlfinnen 144 hindurch in die Vormischkammer 142 strömen kann. Die Luft wird dann mit einem ersten Teil des Brennstoffs vorgemischt und strömt zurück durch die Katalysatorfinnen 148 zu der Hauptinjektorplatte 152. An der Hauptinjektorplatte 152 sind Injektionsports 160 vorgesehen, um Brennstoff einzuspritzen, wenn Luft aus der Katalysatorfinne 148 austritt. Es ist eine geeignete Anzahl von Injektionsports 160 vorgesehen, so dass die geeignete Menge Brennstoff mit der Luft gemischt wird, wenn diese aus den Katalysatorfinnen 148 austritt. Eine Intra-Treibmittelplatte 54 ist ebenfalls vorgesehen.Between the respective catalyst fins 148 are still channels 150 provided so that air from the compressor through the cooling fins 144 through into the premixing chamber 142 can flow. The air is then premixed with a first portion of the fuel and flows back through the catalyst fins 148 to the main injector plate 152 , At the main injector plate 152 are injection ports 160 provided to inject fuel when air from the catalyst fin 148 exit. It is a suitable number of injection ports 160 so that the appropriate amount of fuel is mixed with the air as it flows out of the catalyst fines 148 exit. An intra-leavening plate 54 is also provided.

An der Hauptinjektorplatte 152 sind weiterhin Injektorports 60 oder 90 vorgesehen, um Brennstoffströme 76 oder 92 bereitzustellen, wenn erwärmte Luft aus den Oxidationsmittelpfaden (nicht besonders gezeigt) aus den Katalysatorfinnen 148 austritt. Jeder der zuvor beschriebenen Injektorports 60 oder 90 kann mit der zweiten Ausführungsform des Wärmetauschers 145 verwendet werden, um eine gründliche Durchmischung des Brennstoffes mit dem Gas bereitzustellen, wenn dieses aus den Katalysatorfinnen 148 austritt. Dies ermöglicht eine gründliche bzw. beträchtliche Mischung des Brennstoffs mit der Luft, wenn diese aus den Katalysatorfinnen 148 austritt, bevor der Brennstoff in der Lage ist, seine Zündtemperatur zu erreichen. Demzufolge sind die Temperaturen über die Stirnflä che des Hauptinjektors 152 und in der Verbrennungskammer 34 weiterhin im Wesentlichen konstant, ohne irgendwelche heiße Punkte, bei denen NOX-Chemikalien erzeugt werden könnten.At the main injector plate 152 are still injector ports 60 or 90 provided to fuel flows 76 or 92 when heated air from the oxidant paths (not particularly shown) from the catalyst fines 148 exit. Each of the previously described injector ports 60 or 90 can with the second embodiment of the heat exchanger 145 used to provide thorough mixing of the fuel with the gas as it fumes from the catalyst 148 exit. This allows a thorough mixing of the fuel with the air as it flows out of the catalyst fines 148 exits before the fuel is able to reach its ignition temperature. Consequently, the temperatures over the Stirnflä surface of the main injector 152 and in the combustion chamber 34 continue to be essentially constant without any hot spots where NOX chemicals could be generated.

Es versteht sich ferner, dass die Kühlfinnen 144 sich ähnlich den Kühlrohren 44 in den Vormischer 142 hinein erstrecken können. Es können in dem Teil der Kühlfinnen 144, der sich in den Vormischer hinein erstreckt, zusätzliche Ports vorgesehen sein, so dass die gesamte Luft aus den Kühlfinnen austritt und sich mit einem ersten Teil des Brennstoffs vermischt. Daher kann die Verbrennungseinrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform einen Vormischer 142 aufweisen, der im Wesentlichen ähnlich ist zu dem in 5 dargestellten Vormischer, mit der Ausnahme, dass die Ports in den Kühlfinnen 144 und nicht in den individuellen Kühlrohren 44 ausgebildet sind. Zusätzlich hierzu kann diese alternative Ausführungsform einen Verbrennungshemmer aufweisen, um Unterstützung beim Eliminieren einer Verbrennung in dem Vormischer 142 zu leisten.It is further understood that the cooling fins 144 similar to the cooling tubes 44 in the premixer 142 can extend into it. It can in the part of the cooling fins 144 which extends into the premixer, additional ports must be provided so that all of the air exits the cooling fins and mixes with a first portion of the fuel. Therefore, the combustion device according to the second embodiment can be a premixer 142 which is substantially similar to that in FIG 5 shown premixer, except that the ports in the cooling fins 144 and not in the individual cooling tubes 44 are formed. Additionally, this alternative embodiment may include a combustion inhibitor to aid in eliminating combustion in the premixer 142 afford to.

Es versteht sich ferner, dass der Wärmetauscher gemäß der vorliegenden Erfindung nicht die Verwendung von individuell umschlossenen Regionen oder modularen Teilen erfordert. Stattdessen kann der Wärmetauscher aus einer Vielzahl von Lagen bzw. Blechen, wie Welllagen bzw. -blechen, gebildet sein. Ein erster Satz dieser Lagen ist relativ zueinander so orientiert, dass eine Vielzahl von Säulen gebildet wird. Der erste Satz von Lagen weist einen Katalysator auf, der auf einer Seite beschichtet ist, die einer zugeordneten Lage gegenüberliegt, derart, dass das Innere der Säule den Katalysator enthält, damit dieser den Luftstrom kontaktiert. Auf diese Weise muss der Katalysator nicht an dem Inneren eines geschlossenen Raumes beschichtet werden, sondern der Raum wird stattdessen gebildet, nachdem der Katalysator beschichtet ist, um den Katalysatorgang zu bilden. Dem ersten Satz von Lagen ist betriebsmäßig ein zweiter Satz von Lagen zugeordnet, die einen zweiten Satz von Säulen definieren, die wenigstens teilweise zwischen dem ersten Satz von Säulen angeordnet sind. Auf diese Weise können ähnlich dem Wärmetauscher 145 Wärmetauschersäulen und Kühlsäulen gebildet werden. Diese bilden dann den Katalysatorgang und den Kühlgang, und zwar im Betrieb der Verbrennungseinrichtung.It is further understood that the heat exchanger according to the present invention does not require the use of individually enclosed regions or modular parts. Instead, the heat exchanger may be formed of a plurality of sheets, such as corrugated sheets. A first set of these layers is oriented relative to each other so that a plurality of columns is formed. The first set of layers comprises a catalyst coated on a side facing an associated layer such that the interior of the column contains the catalyst to contact the air stream. In this way, the catalyst does not have to be coated on the interior of a closed space, but the space is instead formed after the catalyst is coated to form the catalyst pathway. The first set of plies is operatively associated with a second set of plies defining a second set of columns at least partially disposed between the first set of columns. In this way, similar to the heat exchanger 145 Heat exchanger columns and cooling columns are formed. These then form the catalyst passage and the cooling passage, in the operation of the combustion device.

Die vorliegende Erfindung stellt folglich eine Vorrichtung und ein Verfahren bereit, die die Erzeugung von NOX-Emissionen nahezu oder vollständig eliminiert. Vorteilhafterweise wird dies erzielt, ohne die Konstruktion der gasgetriebenen Turbine 10 oder der Verbrennungseinrichtungen 14 signifikant komplizierter zu machen.The present invention thus provides an apparatus and method that virtually or completely eliminates the generation of NO x emissions. Advantageously, this is achieved without the construction of the gas powered turbine 10 or the incinerators 14 significantly more complicated.

Die Beschreibung der Erfindung ist naturgemäß lediglich beispielhaft, und Variationen, die vom Grundgedanken der Erfindung nicht abweichen, sollen sich demzufolge innerhalb des Schutzbereiches der Erfindung befinden. Derartige Variationen werden nicht als ein Abweichen vom Geist und Schutzbereich der Erfindung betrachtet.The Description of the invention is by way of example only, and Variations that do not depart from the spirit of the invention, should therefore be within the scope of the invention are located. Such variations are not considered a departure from Spirit and scope of the invention considered.

Claims (38)

Verbrennungssystem zur Verwendung in einer Turbine, die einen Brennstoff in Anwesenheit von Luft verbrennt, wobei das System Distickstoffoxid-Emissionen im Wesentlichen eliminiert, mit: einem Wärmetauscher, der aufweist: einen Katalysatorgang, der sich entlang einer ersten Achse erstreckt und eine Vielzahl von Katalysatorgliedern aufweist; und einen Kühlgang, der sich entlang einer zweiten Achse erstreckt; wobei der Katalysatorgang mit dem Kühlgang thermisch in Kontakt steht; wobei die Luft zunächst durch den Kühlgang und dann durch den Katalysatorgang strömt; einem Katalysator, der innerhalb des Katalysatorganges angeordnet ist und dazu ausgelegt ist, den Brennstoff mit der Luft zu verbrennen; wobei die Luft zunächst an dem Katalysatorgang vorbei und durch den Kühlgang hindurch strömt, wodurch sie von dem Katalysatorgang thermische Energie aufnimmt; einem Vormischbereich zum Mischen eines ersten Teils des Brennstoffes mit der Luft; einem Hauptinjektorbereich, der wenigstens einen Injektor für die Katalysatorglieder aufweist; wobei ein zweiter Teil des Brennstoffes mittels des Hauptinjektors mit der Luft gemischt wird; und wobei der Hauptinjektor dazu ausgelegt ist, den zweiten Teil des Brennstoffes mit der Luft derart zu mischen, dass die Temperatur über den gesamten Bereich des wenigstens einen Injektors im Wesentlichen gleich ist.Combustion system for use in a turbine, which burns a fuel in the presence of air, the System nitrous oxide emissions substantially eliminated, with: one Heat exchanger, which has: a catalyst passage extending along a first axis and a plurality of catalyst members having; and a cooling passage, extending along a second axis; wherein the catalyst gear with the cooling passage thermally in contact; the air being first through the cooling passage and then flows through the catalyst passage; a catalyst, which is arranged within the catalyst passage and designed to is to burn the fuel with the air; being the air first past the catalyst passage and through the cooling passage therethrough it absorbs thermal energy from the catalyst path; one Premix area for mixing a first part of the fuel with the air; a Hauptinjektorbereich, the at least one injector for the Having catalyst members; being a second part of the fuel mixed with the air by means of the main injector; and in which the main injector is adapted to the second part of the fuel to mix with the air such that the temperature over the entire area of the at least one injector substantially is equal to. Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Katalysatorgliedern eine Vielzahl von Katalysatorsäulen bildet, die jeweils quer zu der ersten Achse beabstandet sind und die eine Vielzahl von Kanälen definieren, die dazu ausgelegt sind, Luft durch sich hindurch strömen zu lassen; wobei der Kühlgang eine Vielzahl von Kühlrohren aufweist, die eine Vielzahl von Kühlrohrsäulen bilden, die jeweils quer zu der zweiten Achse beabstandet sind; und wobei die Kühlrohre sich im Wesentlichen benachbart zu den Katalysatorgliedern entlang der zweiten Achse erstrecken, und zwar zumindest über einen Abschnitt der Länge der Katalysatorglieder.A combustion system according to claim 1, the Plurality of catalyst members forming a plurality of catalyst columns, each spaced transversely to the first axis and the one Variety of channels define, which are designed to allow air to flow through it; in which the cooling passage has a plurality of cooling tubes, which form a plurality of cooling tube columns, the each spaced transversely to the second axis; and in which the cooling pipes substantially adjacent to the catalyst members along extend the second axis, at least over a section the length the catalyst members. Verbrennungssystem nach Anspruch 2, wobei die Katalysatorglieder, die Kühlrohre und die Kanäle einen Strömungspfad für die Luft definieren, derart, dass die Luft durch Hindurchströmen durch die Kanäle und die Kühlrohre thermische Energie von den Katalysatorgliedern empfangen kann.A combustion system according to claim 2, wherein the catalyst members, the cooling pipes and the channels one flow path for the Define air, such that the air by passing through the channels and the cooling pipes can receive thermal energy from the catalyst members. Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei die thermische Energie ermöglicht, dass der Brennstoff mittels des Katalysators verbrannt wird.A combustion system according to claim 1, wherein the thermal Allows energy, that the fuel is burned by means of the catalyst. Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei der Katalysator ein Material aufweist, das dazu in der Lage ist, einen Brennstoff in der Luft unterhalb von etwa 1.500°C zu verbrennen.A combustion system according to claim 1, wherein the catalyst a material capable of producing a fuel to burn in the air below about 1,500 ° C. Verbrennungssystem nach Anspruch 1, ferner mit Flügeln, die dazu ausgelegt sind, die Luftströmung um das Katalysatorrohr herum zu richten.A combustion system according to claim 1, further comprising wings which are designed to the air flow to straighten around the catalyst tube. Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei der Kühlgang einen Kühlflügel aufweist und wobei der Katalysatorgang einen Katalysatorflügel aufweist.A combustion system according to claim 1, wherein the cooling passage is a Cooling wing has and wherein the catalyst gallery comprises a catalyst blade. Verbrennungssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Achse und die zweite Achse für zumindest einen Abschnitt des Katalysatorganges und des Kühlganges parallel verlaufen.The combustion system of claim 1, wherein the first Axis and the second axis for at least a portion of the catalyst gallery and the cooling gallery run parallel. Turbine mit: einem Kompressor, der dazu ausgelegt ist, komprimierte atmosphärische Luft zu erzeugen; einem Verbrennungssystem zum Mischen und Verbrennen von Brennstoff, der in die komprimierte atmosphärische Luft eingespritzt wird, um expandierende Gase zu erzeugen; einer Turbine, die von den expandierenden Gasen angetrieben wird; wobei das Verbrennungssystem aufweist: eine erste Brennstoffzuführeinrichtung, um der komprimierten atmosphärischen Luft Brennstoff zuzuführen; einen Wärmetauscher, der einen Katalysatorabschnitt aufweist, mit einem Katalysator, der innerhalb des Katalysatorabschnittes angeordnet ist, wobei die komp rimierte Luft und der Brennstoff durch den Katalysatorabschnitt hindurch strömen; eine zweite Brennstoffzuführeinrichtung, um der komprimierten atmosphärischen Luft Brennstoff zuzuführen, und zwar nachdem die komprimierte atmosphärische Luft durch den Katalysatorabschnitt hindurch gegangen ist; einem Vormischbereich zum Mischen eines ersten Teils des Brennstoffes mit der Luft; einem Hauptinjektorbereich, der wenigstens einen Injektor für das Katalysatorrohr aufweist; wobei ein zweiter Teil des Brennstoffes mit der komprimierten atmosphärischen Luft in dem Hauptinjektor gemischt wird; und wobei der Hauptinjektor dazu ausgelegt ist, den zweiten Teil des Brennstoffes mit der komprimierten atmosphärischen Luft derart zu mischen, dass die Temperatur über den Bereich des wenigstens einen Injektors im Wesentlichen gleich ist.A turbine comprising: a compressor configured to generate compressed atmospheric air; a combustion system for mixing and burning fuel that is in the compressed at atmospheric air is injected to produce expanding gases; a turbine driven by the expanding gases; the combustion system comprising: first fuel supply means for supplying fuel to the compressed atmospheric air; a heat exchanger having a catalyst section with a catalyst disposed within the catalyst section, wherein the compressed air and the fuel flow through the catalyst section; a second fuel supply means for supplying fuel to the compressed atmospheric air after the compressed atmospheric air has passed through the catalyst portion; a premix area for mixing a first portion of the fuel with the air; a main injector portion having at least one injector for the catalyst tube; wherein a second portion of the fuel is mixed with the compressed atmospheric air in the main injector; and wherein the main injector is configured to mix the second portion of the fuel with the compressed atmospheric air such that the temperature is substantially equal over the range of the at least one injector. Turbine nach Anspruch 9, wobei der Katalysatorabschnitt eine Vielzahl von Katalysatorgliedern aufweist, die sich jeweils entlang einer ersten Achse erstrecken; wobei der Wärmetauscher ferner eine Vielzahl von Kühlrohren aufweist, die sich jeweils entlang einer zweiten Achse erstrecken, die zumindest über eine ausgewählte Länge generell parallel zu der ersten Achse ausgerichtet ist; wobei die Katalysatorglieder so angeordnet sind, dass sie eine Vielzahl von Säulen bilden, die quer zu der ersten Achse beabstandet sind und eine Vielzahl von Kanälen definieren; und wobei die Kühlrohre in einer Vielzahl von Säulen angeordnet sind und sich über eine Distanz entlang der Katalysatorglieder erstrecken und generell senkrecht zu den Kanälen ausgerichtet sind.Turbine according to claim 9, wherein the catalyst section has a plurality of catalyst members, each extend along a first axis; the heat exchanger Further, a plurality of cooling tubes each extending along a second axis, the least over a selected one Length in general aligned parallel to the first axis; wherein the catalyst members are arranged so that they form a plurality of columns, which are transverse to the spaced apart from the first axis and defining a plurality of channels; and the cooling tubes in a variety of columns are arranged and over extend a distance along the catalyst members and generally perpendicular to the channels are aligned. Turbine nach Anspruch 10, wobei die Katalysatorglieder, die Kühlrohre und die Kanäle einen Strömungspfad für die komprimierte atmosphärische Luft definieren, derart, dass die komprimierte atmosphärische Luft dazu ausgelegt wird, thermische Energie von den Katalysatorgliedern zu empfangen, indem sie durch die Kanäle und die Kühlrohre hindurch strömt.Turbine according to claim 10, wherein the catalyst members, the cooling pipes and the channels a flow path for the compressed atmospheric air define such that the compressed atmospheric air is designed to thermal energy from the catalyst members to receive by passing through the channels and the cooling tubes flows through it. Turbine nach Anspruch 10, wobei thermische Energie auf die komprimierte atmosphärische Luft übertragen wird, wenn diese durch den Wärmetauscher hindurch strömt, derart, dass der Brennstoff aus der ersten Brennstoffzuführeinrichtung mittels des Katalysators verbrannt wird.Turbine according to claim 10, wherein thermal energy on the compressed atmospheric Air transfer when passing through the heat exchanger flows through, such that the fuel from the first fuel supply is burned by means of the catalyst. Turbine nach Anspruch 9, wobei der Katalysatorabschnitt einen Katalysatorflügel aufweist.Turbine according to claim 9, wherein the catalyst section a catalyst blade having. Verfahren für eine Turbine zum Verbrennen eines Brennstoffes in Anwesenheit von atmosphärischer Luft, während die Emission von Distickstoffoxidverbindungen im Wesentlichen eliminiert wird, wobei das Verfahren aufweist: Bereitstellen eines Wärmetauschers mit einer Vielzahl von Gängen; Anordnen eines Katalysators in zumindest einer Teilmenge der Gänge; Bilden einer ersten Brennstoff-Luft-Mischung durch Mischen eines ersten Teils des Brennstoffes und der Luft; Erzeugen eines Selbstzündungs-Luftstromes, indem die erste Brennstoff-Luft-Mischung durch Inkontaktbringen der ersten Brennstoff-Luft-Mischung mit dem Katalysator verbrannt wird; Erwärmen der Luft durch Übertragen eines Abschnittes der thermischen Energie von den Gängen auf die Luft; Bilden einer zweiten Brennstoff-Luft-Mischung, indem dem Selbstzündungs-Luftstrom über einen Injektorbereich ein zweiter Teil von Brennstoff hinzugegeben wird, so dass die Temperatur über den gesamten Injektorbereich im Wesentlichen gleich ist; und Erzeugen eines expandierenden Gases durch Verbrennen der zweiten Brennstoff-Luft-Mischung, wobei das expandierende Gas entsteht, wenn der Brennstoff in der zweiten Brennstoff-Luft-Mischung die Temperatur des Selbstzündungs-Luftstromes erreicht.Procedure for a turbine for burning a fuel in the presence of atmospheric Air while substantially eliminates the emission of nitrous oxide compounds wherein the method comprises: Providing a heat exchanger with a variety of aisles; arrange a catalyst in at least a subset of the passages; Form a first fuel-air mixture by mixing a first Part of fuel and air; Generating a self-ignition airflow, by bringing the first fuel-air mixture through contact burned the first fuel-air mixture with the catalyst becomes; Heat the air through transfer a section of thermal energy from the corridors the air; Forming a second fuel-air mixture by the self-ignition air flow over a Injector area a second part of fuel is added, so the temperature over the entire injector area is substantially the same; and Produce an expanding gas by burning the second fuel-air mixture, wherein the expanding gas is formed when the fuel in the second fuel-air mixture the Temperature of the self-ignition air flow reached. Verfahren nach Anspruch 14, ferner mit dem Schritt, eine Turbine mittels des expandierenden Gases anzutreiben.The method of claim 14, further comprising the step of to drive a turbine by means of the expanding gas. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erste Brennstoff-Luft-Mischung ein Äquivalenzverhältnis zwischen etwa 0,10 und etwa 0,30 aufweist.The method of claim 14, wherein the first fuel-air mixture an equivalence ratio between about 0.10 and about 0.30. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die zweite Brennstoff-Luft-Mischung ein Äquivalenzverhältnis zwischen etwa 0,40 und etwa 0,60 aufweist.The method of claim 14, wherein the second fuel-air mixture an equivalence ratio between about 0.40 and about 0.60. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Selbstzündungs-Luftstrom eine Temperatur zwischen etwa 760°C (1400°F) und 871°C (1600°F) aufweist.The method of claim 14, wherein the autoignition airflow is at a temperature between about 760 ° C (1400 ° F) and 871 ° C (1600 ° F) having. Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Schritt des Erwärmens der Luft beinhaltet, einen Teil der thermischen Energie zu übertragen, die in den Gängen erzeugt wird, wenn der Katalysator den Selbstzündungs-Luftstrom bildet.The method of claim 14, wherein the step of heating the air includes transferring a portion of the thermal energy generated in the passages as the catalyst travels through the passages Auto-ignition air flow forms. Verbrennungssystem zur Verwendung in einer gasgetriebenen Turbine, das einen Brennstoff in Anwesenheit von Luft verbrennt, während Distickstoffoxid-Emissionen im Wesentlichen eliminiert werden, mit: einem Vorheizer, um ein Volumen eines Oxidationsmittels zu erwärmen, um ein Volumen eines Oxidationsmittels hoher Energie zu bilden; einem Injektorglied, um einen Brennstoff, der eine hohe Temperatur aufweist, in das Volumen des Oxidationsmittels hoher Energie einzuspritzen; einem Injektorport, der durch das Injektorglied definiert ist, um den Brennstoff dem Volumen des Oxidationsmittels hoher Energie bereitzustellen, bevor ein wesentlicher Teil des Brennstoffes verbrennt; und wobei der Brennstoff über den Injektorport derart bereitgestellt wird, dass die Temperatur über den gesamten Bereich des Injektorgliedes im Wesentlichen gleich ist.Combustion system for use in a gas-powered Turbine burning a fuel in the presence of air, while Nitrous oxide emissions are substantially eliminated, with: one Preheater to heat a volume of an oxidant to to form a volume of a high energy oxidant; one Injector member to a fuel, which has a high temperature, into the volume of high energy oxidant; one Injector port, which is defined by the injector member to the To provide fuel to the volume of high energy oxidant before a substantial part of the fuel burns; and in which the fuel over the injector port is provided such that the temperature over the entire area of the injector member is substantially equal. Verbrennungssystem nach Anspruch 20, wobei der Vorheizer aufweist: einen Katalysatorgang, der einen Katalysator aufweist, der darin angeordnet ist; einen Kühlgang; und wobei der Katalysatorgang und der Kühlgang sich über eine ausgewählte Distanz im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken.The combustion system of claim 20, wherein the preheater having: a catalyst gallery having a catalyst, which is arranged therein; a cooling passage; and the Catalyst gear and the cooling gear over a selected one Extend distance substantially parallel to each other. Verbrennungssystem nach Anspruch 21, wobei der Katalysatorgang eine Vielzahl von Katalysatorgliedern aufweist, die eine Vielzahl von Katalysatorsäulen bilden, die jeweils quer zu der ersten Achse beabstandet sind und die eine Vielzahl von Kanälen definieren, die dazu ausgelegt sind, dass das Oxidationsmittel hier hindurch strömen kann; wobei der Kühlgang eine Vielzahl von Kühlrohren aufweist, die eine Vielzahl von Kühlsäulen bilden, die jeweils quer zu der zweiten Achse beabstandet sind; und wobei die Kühlsäulen sich im Wesentlichen benachbart zu den Katalysatorsäulen entlang der zweiten Achse erstrecken, und zwar zumindest für einen Abschnitt der Länge der Katalysatorsäulen.A combustion system according to claim 21, in which the catalyst gallery has a plurality of catalyst members, which form a plurality of catalyst columns, each transverse spaced apart from the first axis and defining a plurality of channels, which are designed to allow the oxidant to pass through stream can; the cooling passage has a plurality of cooling tubes, which form a plurality of cooling columns, each spaced transversely of the second axis; and in which the cooling columns themselves substantially adjacent to the catalyst columns along the second axis extend, at least for a section of the length the catalyst columns. Verbrennungssystem nach Anspruch 20, ferner mit: wenigstens einem ersten und einem zweiten Injektorport; wobei ein erster Brennstoffstrom von dem ersten Injektorport erzeugt wird; und wobei ein zweiter Brennstoffstrom von dem zweiten Injektorport erzeugt wird; wobei der erste Brennstoffstrom und der zweite Brennstoffstrom aufeinander treffen, um eine Brennstoffwolke zu bilden, und zwar vor dem Schnittpunkt mit Luft hoher Energie.The combustion system of claim 20, further comprising: at least a first and a second injector port; being a first Fuel flow is generated from the first injector port; and in which a second fuel stream is generated from the second injector port becomes; wherein the first fuel stream and the second fuel stream meet to form a fuel cloud, namely before the intersection with high-energy air. Verbrennungssystem nach Anspruch 23, wobei der erste Brennstoffstrom und der zweite Brennstoffstrom sich unter einem Winkel zwischen etwa 20° und etwa 150° schneiden.The combustion system of claim 23, wherein the first Fuel flow and the second fuel flow under a Angle between about 20 ° and cut about 150 °. Verbrennungssystem nach Anspruch 23, ferner mit: einem Brennstoffpfad, der in dem Injektorglied gebildet ist, derart, dass der erste Brennstoffstrom und der zweite Brennstoffstrom, die von dem ersten bzw. dem zweiten Injektorport bereitgestellt werden, sich schneiden, um die Brennstoffwolke zu erzeugen.The combustion system of claim 23, further comprising: one Fuel path formed in the injector member such that the first fuel stream and the second fuel stream coming from be provided to the first and the second injector port, intersect to create the fuel cloud. Verbrennungssystem nach Anspruch 20, wobei der Injektorport im Wesentlichen eine Rechteckform besitzt, derart, dass ein Brennstoffstrom abgeflacht wird, wenn der Brennstoffstrom aus dem Injektorport austritt.The combustion system of claim 20, wherein the injector port has a substantially rectangular shape, such that a fuel flow flattened when the fuel flow exits the Injektorport. Turbine nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ferner mit: einem Kompressor, um komprimierte atmosphärische Luft zu erzeugen, um für die gasgetriebene Turbine ein Oxidationsmittel bereitzustellen; einem Verbrennungssystem zum Mischen und Verbrennen eines in die komprimierte atmosphärische Luft eingespritzten Brennstoffes, um ein expandierendes Gas zu erzeugen; einem Turbinenflügel, der von den expandierenden Gasen angetrieben wird; wobei das Verbrennungssystem aufweist: einen Vorheizbereich; eine erste Brennstoffleitung, um einen ersten Teil von Brennstoff der komprimierten atmosphärischen Luft zuzuführen, der in dem Vorheizbereich verbrannt wird, um die komprimierte atmosphärische Luft auf eine hypergolische Temperatur zu erwärmen, um hypergolische Luft zu erzeugen; eine zweite Brennstoffleitung, um einen zweiten Teil von Brennstoff der hypergolischen Luft zuzuführen; ein Injektorsystem, um den zweiten Teil von Brennstoff der hypergolischen Luft bereitzustellen, bevor ein wesentlicher Teil des zweiten Teils von Brennstoff verbrennt; und wobei im Wesentlichen der gesamte zweite Teil von Brennstoff im Wesentlichen zur gleichen Zeit verbrennt, derart, dass die gasgetriebene Turbine im Wesentlichen keine Distickstoffoxid-Verbindungen emittiert.Turbine according to one of claims 9 to 13, further comprising: one Compressor to generate compressed atmospheric air to for the gas powered turbine to provide an oxidant; one Combustion system for mixing and burning one in the compressed atmospheric air injected fuel to produce an expanding gas; one Turbine blades, which is powered by the expanding gases; the Combustion system comprising: a preheat area; a first fuel line to a first part of fuel the compressed atmospheric To supply air, which is burned in the preheating area to the compressed atmospheric air to warm to a hypergolic temperature to hypergolic air to create; a second fuel line to a second Supply part of fuel to the hypergolic air; one Injector system to the second part of fuel the hypergolic Provide air before an essential part of the second part of fuel burns; and where essentially the entire burning the second part of fuel at substantially the same time, such that the gas driven turbine essentially does not emit nitrous oxide compounds. Turbine nach Anspruch 27, ferner mit: der Luft, bevor die Luft in den Vorheizbereich eintritt; einer Hauptinjektorplatte, die wenigstens einen ersten und einen zweiten Injektor aufweist; und einem Verbrennungsbereich, in dem die zweite Zufuhr von Brennstoff verbrannt wird.The turbine of claim 27, further comprising: the air, before the air enters the preheat area; a main injector plate, having at least a first and a second injector; and a combustion region in which the second supply of Fuel is burned. Turbine nach Anspruch 28, ferner mit: einem ersten Brennstoffstrom, der von dem ersten Injektorport erzeugt wird; und einem zweiten Brennstoffstrom, der von dem zweiten Injektorport erzeugt wird; wobei der erste Brennstoffstrom und der zweite Brennstoffstrom aufeinander auftreffen, um eine Brennstoffwolke zu bilden, bevor sie die hypergolische Luft schneiden.The turbine of claim 28, further comprising: a first fuel stream generated by the first injector port; and a second fuel stream generated by the second injector port; wherein the first fuel stream and the second fuel stream impinge upon each other to form a fuel cloud before intersecting the hypergolic air. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, ferner mit den Schritten: Erzeugen eines Selbstzündungs-Luftstromes, wobei ein Brennstoff homogen verbrennt, und zwar spontan bei Erreichen der Temperatur des Selbstzündungs-Luftstromes; Bereitstellen eines ersten Teils des Brennstoffes für den Selbstzündungs-Luftstrom; und Mischen des ersten Teils von Brennstoff mit dem Selbstzündungs-Luftstrom, bevor im Wesentlichen irgendein Teil des ersten Teils von Brennstoff verbrennt, um die Emission von Distickstoffoxid-Verbindungen im Wesentlichen zu eliminieren.A method according to any one of claims 14 to 19, further comprising steps: Generating a self-ignition air flow, wherein a Burning fuel homogeneously, spontaneously when reaching the Temperature of the self-ignition air flow; Provide a first part of the fuel for the self-ignition air flow; and Mixing the first part of fuel with the autoignition airflow, before essentially any part of the first part of fuel burns to reduce the emission of nitrous oxide compounds in the To eliminate substantially. Verfahren nach Anspruch 30, ferner mit: Erzeugen eines expandierenden Gases durch Verbrennen des ersten Teils von Brennstoff in dem Selbstzündungs-Luftstrom, wobei das expandierende Gas auftritt, wenn der Teil von Brennstoff in dem Selbstzündungs-Luftstrom verbrennt, und zwar bei Erreichen der Temperatur des Selbstzündungs-Luftstromes.The method of claim 30, further comprising: Produce an expanding gas by burning the first part of Fuel in the auto-ignition air flow, wherein the expanding gas occurs when the part of fuel in the autoignition airflow burns, when reaching the temperature of the self-ignition air flow. Verfahren nach Anspruch 31, ferner mit dem Schritt des Antreibens einer Turbine mit dem expandierenden Gas.The method of claim 31, further comprising the step driving a turbine with the expanding gas. Verfahren nach Anspruch 30, wobei der Selbstzündungs-Luftstrom eine Temperatur zwischen etwa 760°C (1400°F) und 871°C (1600°F) aufweist.The method of claim 30, wherein the autoignition airflow is at a temperature between about 760 ° C (1400 ° F) and 871 ° C (1600 ° F) having. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Mischen des ersten Teils von Brennstoff ferner beinhaltet: Auftreffenlassen eines ersten Brennstoffstromes auf einen zweiten Brennstoffstrom, um eine Brennstoffwolke zu erzeugen.The method of claim 30, wherein the mixing of the The first part of fuel also includes: impinging a first fuel stream to a second fuel stream, to create a fuel cloud. Verfahren nach Anspruch 34, wobei das Auftreffen des ersten Brennstoffstromes auf den zweiten Brennstoffstrom unter einem Winkel zwischen etwa 20° und etwa 150° erfolgt.The method of claim 34, wherein the impingement of the first fuel flow to the second fuel flow below an angle between about 20 ° and about 150 °. Verfahren nach Anspruch 35, ferner mit: Bilden des ersten Brennstoffstromes und des zweiten Brennstoffstromes als im Wesentlichen flache Ströme, und zwar bevor man die Ströme aufeinander auftreffen lässt.The method of claim 35, further comprising: Form the first fuel stream and the second fuel stream as essentially flat streams, before the currents can hit each other. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Mischen des ersten Teils von Brennstoff ferner beinhaltet, dem Selbstzündungs-Luftstrom einen im Wesentlichen flachen Brennstoffstrom bereitzustellen.The method of claim 30, wherein the mixing of the The first part of fuel also includes the auto-ignition airflow to provide a substantially flat fuel stream. Verfahren nach Anspruch 30, wobei das Erzeugen eines Selbstzündungs-Luftstromes ferner aufweist: Bilden einer Brennstoff-Luft-Mischung durch Mischen eines zweiten Teils von Brennstoff mit einem Luftvolumen; und Verbrennen des zweiten Teils von Brennstoff in dem Luftvolumen, wobei das Verbrennen des zweiten Teils von Brennstoff die Temperatur des Luftvolumens auf eine Selbstzündungs-Temperatur erhöht.The method of claim 30, wherein generating a Auto-ignition air stream further comprising: Forming a fuel-air mixture Mixing a second portion of fuel with an air volume; and Burning the second part of fuel in the volume of air, wherein the burning of the second part of fuel is the temperature increased air volume to an auto-ignition temperature.
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