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Geschlossener, an einem Kopfende- mit einem Brenner ausgerüsteter
Brennraum mit Ausnutzung der Verbrennungsgase in einer Brennkraftmaschine Die Erfindung
bezieht sich auf einen geschlossenen Brennraum, der an einem Ende mit einem Brenner
ausgerüstet .ist. Der Brenner bzw. der Brennraum ist mit einem oder mehreren Hohlmänteln
verstehen. Hierbei wird das verdichtete gasförmige Verbrennungsmittel, vorzugsweise
Verbrennungsluft, dem Brenner mittels der Hohlmäntel zugeführt. Die bei der Verbrennung
entstandenen Verbrennungsgase werden in einer Brennkraftmaschine ausgenutzt.
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Die Erfindung be.stelht in erster Linie darin, daß der Brenner mit
aufgeteilter Flamme, insbesondere als Ringbrenner, ist- dem das gasförmige Mittel
teilweise in der Höhe der Brennstoffaustrittsöffnungen, teilweise über solche öffnungen
aus -dem oder den Hohlmänteln zugeführt wird, die oberhalb der Flamme liegen.
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Durch die Verwendung eines Brenners mit aufgeteilter Flamme wird erreicht,
d.aß die Verbrennungsluft, von der zweckmäßig ein Teil bereits dem Brennstoff vor
seinem Austritt aus dem Brenner- zugesetzt ist, auf kürzestem Wege mit allen Gasteilchen
in Berührung kommt, wodurch vollständige Verbrennung schon bei kurzer Flammenlänge
und entsprechend niedrigem Brennraum herbeigeführt wird. Wird der Brenner mit aufgeteilter
Flamme als Ringbrenner ausgeführt, wobei die Flammen auf einem oder mehreren Kreissen
verteilt sind und in- der Mitte des Brenners ein Blechzylinder angeordnet ist, so
werden die Verhältnisse noch -günstiger, da die Gassäule übler den Flammen eine
geringe Stärke aufweist und die Mischung von Verbrennungsgasen und Luft zur Herbeiführung
einer bestimmten Austrittstemperatur der Gase .aus dem Brennraum auf einer kürzeren
Strecke. erreichbar ist. Außerdem kann die Stelle, an der die Luft oberhalb der
Brennerflammen zugemischt werden wird, insbesGndere beim Ringbrenner näher an die
Brennermündung herangerückt werden, ohne daß die Verbrennung gestört wird. Wegen
dieser Wirkungen-ist es durch die Merkmale der Erfindung möglich, den Brennraum
besonders niedrig auszuführen.
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Bei ,einer Anordnung gemäß der Erfindung kann ferner die Gastemperatur
am Austritt der Gase aus dem Brennraum je nach Wahl der einzelnen Kanalabunessungen
in weiten Grenzen geändert *werden, ohne daß der Luftüberschuß bei der eigentlichen
Verbrennung in ungünstiger Weise erhöht zu werden braucht. Man kann also die Masse
so festlegen, daß die oberhalb der Brennerflamnien zugesetzte Luftmenge klein ist,
so, daß die Gastomperatur durch die Luftzumischung nur wenig herabgesetzt wird und
ein großes Temperaturgefälle
für die Gewinnung von Nutzwärme zur
Verfügung steht. Andererseits kann man die Abmessungen sch wählen, daß oberhalb
der Brennerfiammen so viel Ltl, zugesetzt wird, daß die Gastemperatur Austritt aus
denn Brennraum für den @e stoff der Brennkraftmaschine ohne besondö'x. Schutzmittel
erträglich ist.
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Im zuletztgenannten Falle ist außerdem die etwaige Explosionsgefahr,
des Brennkasnmerinhaltes bei Fehlzündung durch die Anwendung eines Ringbrenners
gegenüber einem ungeteilten Flächenbrenner dadurch weiterhin vermindert, daß wegen
der geringen Stärke der Gassäule oberhalb der Brennexfiammen und der damit verbundenen
schnelleren Mischung von Gas und Luft sich nur unmittelbar über den Brenneröffnungen
ein explosives Gemisch bilden kann und in geringer Entfernung vom Brenner das Gas-Luft-Gemisch
schon nicht mehr zündfähig ist. Damit ist jegliche Explosionsgefahr praktisch beseitigt,
so daß keine Sicherheitsmaßnahmen gegen explosives Zünden des Brennkammerinhaltes
nötig sind. ° Es sind an sich Brenner mit unterteilter Flamme bekannt. Man kennt
derartige Brenner z. B. bei Gasbadeöfen. Bei solchen Anlagen wurde jedoch nicht
oberhalb der Flamme eine besondere Zuführung von Verbrennungsluft vorgesehen. Derartige
Gasbadeöfen stehen auch nicht unter Druck, wie es bei einem geschlossenen Brennraum
nach der Erfindung der Fall ist, sondern die Verbrennungsgase bei diesen Gasbadeöfen
mit einem Brenner mit unterteilter Flamme verlassen in üblicher Weise die Anlage
mittels des natürlichen Schornsteinzuges. Auf dem Wege vom Brenner bis zum Abzug
haben die Verbrennungsgase ihre Wärme an den Flüssigkeitserhitzer möglichst vollständig
abzugeben.
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Es ist andererseits schon eine Bremikammer für Brennkraftturbinen
in Vorschlag gebracht, bei der die Verbrennungsluft, durch einen Hohlmantel geführt,
etwa in Höhe der Brennstoffaustrittsöffnung:en und auch oberhalb der Flamme Zutritt
hat. Diese bekannte Anlage weist jedoch keinen Unterteilten Brenner auf, der erst,
wie erwähnt, eine einwandfreie Verbrennung ermöglicht und dabei noch eine niedrige
Brennkammerhöhe zuläßt. Bei dieser bekannten Anlage ist es außerdem nicht ohne weiteres
möglich, das Mengenverhältnis der Vexbr-ennungsluft an den beiden Zuführungsstellen
zum Brennraub in beliebiger Weise zu ändern. Es läßt sich deshalb auch nicht ohne
Gefährdung des eigentlichen Verbrennungsvorganges in- der Brennkammer die Temperatur
der Verbrennungsgase beim Eintritt ,in, die Brennkraftmaschine -im Sinne der Erfindung
ständig derartig erniedrigen, daß eine vorzeitge Zerstörung gerade der empfindlichen
Teile der iBrennkraftmaschine mit Sicherheit verhindert ir d.
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'Die Erfindung bezieht sich dann noch auf !Weitere Einzelheiten der
Ausgestaltung des Brennraumes. Vorzugsweise wird z. B. innerhalb des Ringbrenners
ein besonderer Hohlmantel vorgesehen, der zur Zuführung des vorgewärmten gasförmigen
Mittels an die Brennstoffaustrittsöffnungen dient. Gerade bei der Benutzung eines
Ringbrenners ermöglicht die Anordnung des inneren Hohlmantels es, besonders große
Metallflächen anzuordnen, um die durch die Flamme erzeugte Wärme aufzunehmen. Das
Ziel einer möglichst vollkommenen Verbrennung des Brennstoffes wird durch die hierdurch
gegebenen guten Vorbedingungen der Vorwärmung der Verbrennungsluft besonders begünstigt.
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Weiter kann die Anordnung nach der Erfindung so getroffen werden,
daß in den der Flamme zunächstliegenden Mantelräumen für das gasförmige Mittel Rohrschlangen
zur überhitzung von Gasen oder Dämpfen angeordnet sind, die in einer Kraftmaschine
Arbeit leisten können.
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Die Anordnung giemüß der Erfindung kann weiterhin .so ausgestaltet
werden, daß eine in dem entgegen dem brennerseitigen Kopfende des Brennraumes liegenden-
oberen Teil des den Brenner umgebenden Hohlmantels eintretende Rohrschlange bis
zur Höhe der Brenneraustrittsöffnungen herabgeführt und im inneren Teil des innerhalb
des Brenners angeordneten und kürzer als der äußere ausgeführten Hohlmantels für
das gasförmige Mittel heraufgeführt ist.
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Schließlich kaxin im Innern des frei liegenden Teils der letztgenannten
Rohrschlange im Innern des Brennraumes noch eine zweite Rohrschlange vorgesehen
werden, in welcher Flüssigkeit verdampft bzw. überhitzt wird: Auf der Zeichnung
sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes wiedergegeben, und zwar zeigen
die Abb. i und 2 Längsschnitte durch zweiverschiedene Ausführungsformen eines Brennraumes
nach der Erfindung, Abb.3 einen Grundriß des Brennraumes nach Abb.2.
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Mit a ist ein gegen Wärmeverluste isolierter geschlossener Raum dargestellt,
der -als Druckbehälter ausgebildet ist. Am Böden dieses Behälters a befindet sich
ein Ringbrenner b, der in üblicher Weise eine Mehrzahl, von auf einem Kreise liegenden
Brennstoffaustrittsöffnungen besitzt. Mittels des Stutzens c wird der Brennstoff
in gasförmigem Zustand zweckmäßig mit Luft gemischt, zugeführt.
Bei
Verwendung eines flüssigen Brennstoffes kann diesem in einem nicht dargestellten
Mischrohr eine geringe- Menge vorgewärmter Luft zugesetzt werden, wodurch dieser
flüssige Brennstoff im Bremiraum leichter zur Verbrennung gebracht wird. Um den
Brenner herum ist ein Zylinder d aus schwer schmelzbarem Blech, z. B. Chromnikkelblech,
angeordnet. Dieser Zylinder d erstreckt sich in der ganzen Länge des Behälters a
und bildet mit der Außenwand des. Behäfers a einen Hohlmantel ei, durch welchen
mittels des Stutzens i Luft oder unbrennbares Gas, z. B. Kohlendioxyd, eingeleitet
wird.
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An dem Deckel a, des Behälters a ist ein weiterer Zylinder dl angebracht,
der kurz oberhalb der Brennstoffaustrittsöffnungen endet. Mittels des Zylinders
dl, der ebenfalls aus Chromnickel hergestellt sein kann, ist zusammen mit dem Zylinder'ld
ein zweiter Hohlmantel e2 geschaffen. Die vom Stutzen/ ;aus durch den Hohlmantel
e1 hochsteigende Verbrennungsluft bzw. das dementsprechende Gas wird am Deckel a1
des Behälters. ,a in den Hohlmantel e2 umgeleitet und tritt teilweise durch die
Öffnungen L durch den .Hohlmantel e2 hindurch oberhalb der Flamme in den Brennraum.
Teilweise gelangt die Verbrennungsluft oder das Gas am unteren Ende des Zylinders
dl in Höhe der Bremistoffaustrittsöffnungen des Brenners an die Flamme.
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Auch in der Mitte des Ringbrenners ist ein zweiteiliger Hohlmantel
angeordnet,- bei dem Luft- bzw. Gaszuführung in entsprechender Weise erfolgt. Es
ist der an seinem oberen Ende offene Zylinder d2 vorgesehen, der den Hohlmantel
e4 schafft, und zwischen dem Zylinder d2 und .dem oben geschlossenen Zylinder 3
liegt der Hohlmantel es, der an seinem unteren Ende in Höhe der Brenmstoffaustrittsöffnungen
offen ist.
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Durch den Stutzen/ kann Verbrennungsluft oder unbrennbares Gas über
den Hohlmantele., nach aufwärts und durch den Hohlmantel es abwärts in Höhe der
Brenistoffaustrittsöffnungen zur Flamme gelangen.
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Der in der Mitte des Ringbrenners angeordnete Holilmanbel ist niedriger
als der äußere. In dem zwischen dem Deckel a, des Behälters ja und dem inneren Hohlmantel
e3 befindlichen Raum ist eine Rohrschlange g untergebracht, die zum Erhitzen von
Flüssigkeit oder zur Erzeugung von Dampf dient und die mit einer Rohrschlangegl
im Hohlmantel e2 eine Einheit bildet.
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Das Zuführungsende dieser Rohrschlangenanordnung g, g1 befindet sich
bei ml, d. h. die Rohrschlange g1 verläuft vom oberen Ende des Hohlmantels e2 bis
zu dessen unterem Ende und .steigt dann ,als Rohrschlange g in den inneren Hohlmantel
e3 nach oben bis in den Dom k über dem Brennraum, wo sich das Abflußende in2 der
Rohrschlangenanordnung befindet. Die Verbrennungsgase müssen durch den frei liegenden
oberen Teil der Rohrschlangenanordnung hindurchtreten, um zu dem Austrittsstutzen
i" im Dom k zu gelangen.
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Die zweiteilige Ausführung des Hohlmantels hat zur Folge, daß die
Wärmeverlauste, nach außen herabgesetzt werden.- Durch die aus den Öffnungen L austretende
Luftmenge wird eine. Kühlung der Verbrennungsgase erreicht, bevor diese über die
Leitung i zur Brennkraftmaschine gelangen. -Hierdurch wird andererseits -- die Menge
der zur Arbeitsleistung zur Verfügung stehenden Gase bedeutend vermehrt. Dabei ist
es von besonderem Vorteil, daß bei dieser Anlage eine derartige Vermehrung der Arbeit
leistenden Gase vorgenommen werden kann, die bei anderen bekannten Anlagen zu einem
Luftüberschuß der Brenngase führen würde, der eine ordnungsgemäße Verbrennung nicht
mehr zuließe- Bei der vorliegenden Anlage- wird an die Brennerflammen selbst nur
so viel Luft herangeführt, als mit Rücksicht auf eine vollständige Verbrennung notwendig
erscheint.
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Die Anordnung nach den Abb. z und 3 entspricht grundsätzlich der Anordnung
nach Abb. i. In diesem Fall dient die Ro.hrschl.angenanordnung g, g1 ebenfalls zur
LUberhitzung von Grasen oder Dämpfen. Der zu überhitzende Stoff tritt, wie bei Abb.
i, bei ml ein und wird bei m2 aus der Schlange herausgeführt. In der Nähe der Brennerflammen
ist die Rohrschlange g ebenfalls, wie bei Abb. i, durch den Zylinderd3 gegen unmittelbare
Einwirkung der Flammen geschützt,, andererseits wird sie durch die vo@rbeistreichende
Luft gekühlt, so daß eine überbeanspruchung der Schlange nicht eintritt. Auch bei
diesem Ausführungsbeispiel müssen die Verbrennungsgase durch den oberen frei liegenden
Teil der Rohrschlange g hindurchtreten und dadurch eine starke Beheizung der Rohrschlange
bewirken. Insbesondere damit die Verbrennungsgase am Austrittsstutzen! mit Sicherheit
auf die für den Brennstoff der Kraftmaschine zulässige Temperatur von q.5o bis 500°
C gekühlt werden, ist in dem Innenraum der Rohrschlange g eine weitere Rohrschlangen
eingeschaltet mit dem Eintrittsende n1 und dem Austrittsende n2 (s. Abb.3), in welcher
Flüssigkeit verdampft werden kann.
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Im unteren Boden erfolgt die Brennstoff-und Luftzufuhr durch ein lösbares.
kegeliges Verbindungs.s.tückp, in dem die Kanäle für Brennstoff- und Luftzufuhr
derart angeordnet sind, daß sie gegenseitig und nach außen einen dichten Abschluß
gewährleisten.