DE3721143A1 - COMBUSTION DEVICE, IN PARTICULAR FOR HEATING THE WORKING GAS FOR A HOT GAS ENGINE - Google Patents

COMBUSTION DEVICE, IN PARTICULAR FOR HEATING THE WORKING GAS FOR A HOT GAS ENGINE

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DE3721143A1 DE19873721143 DE3721143A DE3721143A1 DE 3721143 A1 DE3721143 A1 DE 3721143A1 DE 19873721143 DE19873721143 DE 19873721143 DE 3721143 A DE3721143 A DE 3721143A DE 3721143 A1 DE3721143 A1 DE 3721143A1
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Abstract

A burner for heating gas in coils 3 of a hot-gas engine has gas from tube 6, the gas flow being induced by primary air passing through ejector 8 to produce a pressure lower than that in the tube 6. Air passes through pre-heater 2 and is split into primary air passing through swirl device 5 before ejector 8 and secondary air passing through swirl device 7. The flow rate of air is governed by temperature probe 18. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung, insbesondere zum Erhitzen des Arbeitsgases für einen Heißgasmotor über einen Wärmetauscher der Verbrennungs­ vorrichtung mit einer durch die Abgase der Verbrennungs­ vorrichtung beheizten Vorheizvorrichtung zum Vorheizen von Verbrennungsluft für einen gasförmigen Kraftstoff und mit Druckerzeugungseinrichtungen zum Erzeugen eines Luftdrucks, der zu einer Luftströmung längs einer Luft­ einlaßstrecke führt, die durch die Vorheizeinrichtungen und durch eine Mischzone hindurch in eine Verbrennungs­ zone der Verbrennungsvorrichtung führt, von wo die heißen Abgase durch die Vorheizvorrichtung hindurch ab­ geführt werden.The invention relates to a combustion device, especially for heating the working gas for one Hot gas engine via a combustion heat exchanger device with one through the exhaust gases of the combustion device heated preheating device for preheating of combustion air for a gaseous fuel and with pressure generating devices for generating a Air pressure leading to an air flow along an air inlet path leads through the preheaters and through a mixing zone into a combustion zone of the combustion device leads from where the hot exhaust gases through the preheater be performed.

Bei einer derartigen Verbrennungsvorrichtung umfassen die Druckerzeugungseinrichtungen insbesondere ein Ge­ bläse, über welches die Verbrennungsluft einer Vorheiz­ vorrichtung zugeführt wird. Außerdem ist speziell eine Regeleinrichtung zum Regeln des Massenstroms der zuge­ führten Luft vorgesehen.In such a combustion device the pressure generating devices in particular a Ge blower, over which the combustion air of a preheating  device is fed. Also, one is special Control device for regulating the mass flow of the led air provided.

Es ist beispielsweise aus der US-PS 40 67 191 bekannt, die Verbrennung eines Kraftstoffs mit Luft durch Regeln des Massenstroms der Luft zu regeln, wobei der Massen­ strom der Luft gemessen und anschließend der Massenstrom des Kraftstoffs in Abhängigkeit von dem gemessenen Massen­ strom der Luft geregelt wird. Ferner ist aus der US-PS 43 89 185 die Verwendung von vorgeheizter Luft als Primär­ und als Sekundärluft für das Verbrennen eines vergasten Kraftstoffs bekannt.It is known, for example, from US Pat. No. 4,067,191, the combustion of a fuel with air by rules regulate the mass flow of air, the masses flow of air measured and then the mass flow of the fuel depending on the masses measured flow of air is regulated. Furthermore, from the US-PS 43 89 185 the use of preheated air as the primary and as secondary air for burning a gas Known fuel.

Es ist möglich, die bekannten Verbrennungsvorrichtungen ohne Änderungen auch für die Verbrennung von Gasen bzw. gasförmigen Kraftstoffen zu verwenden, die nicht erst verdampft werden müssen. Derartige gasförmige Kraft­ bzw. Brennstoffe müssen jedoch mit einem Druck zugeführt werden, der höher ist als der Druckabfall über der Ver­ brennungsvorrichtung einschließlich der zugehörigen Vor­ heizvorrichtung. Andererseits wird das Gas häufig über ein Leitungssystem angeliefert, in dem ein Druck herrscht, der nur geringfügig über dem Atmosphärendruck liegt.It is possible to use the known combustion devices without changes also for the combustion of gases or to use gaseous fuels that are not first need to be evaporated. Such gaseous force or fuels, however, must be supplied at a pressure be higher than the pressure drop across the ver combustion device including the associated pre heater. On the other hand, the gas is often over delivered a pipe system in which there is pressure, which is only slightly above atmospheric pressure.

Es ist natürlich möglich, den Gasdruck mittels einer Pumpe anzuheben. Hierdurch wird die Verbrennungsvor - richtung jedoch komplizierter, so daß sich automatisch höhere Anschaffungs- und Betriebskosten ergeben.It is of course possible to raise the gas pressure using a pump. Thereby, the Verbrennungsvor is - however direction complicated, so that automatically higher capital and operating costs result.

Ausgehend vom Stande der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungsvorrichtung der eingangs angegebenen Art dahingehend zu verbessern, daß sie sehr billig ist und sehr zuverlässig arbeitet.The invention is based on the prior art the task of a combustion device to improve at the outset that it is very cheap and works very reliably.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Ver­ brennungsvorrichtung gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.This task is carried out at a generic Ver combustion device according to the invention by the Features of the characterizing part of the claim 1 solved.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung mündet eine Gaszuführleitung an der Engstelle eines Venturi-Rohres, wobei stromaufwärts von der Eng­ stelle eine erste Verwirbelungseinrichtung vorgesehen ist, über welche eine Primärluftströmung zugeführt wird. Die Strömung der Primärluft erzeugt an der Engstelle des Venturi-Rohres einen Unterdruck auf­ grund dessen das Gas, welches nur unter einem geringen Überdruck zugeführt wird, in ausreichendem Maße mit­ gerissen wird, um der Verbrennungskammer ein fettes Gemisch zuzuführen. Die erste Verwirbelungseinrichtung liegt dabei an einem Auslaß einer Luft-Sammelkammer, welcher die vorgeheizte Verbrennungsluft aus der Vorheizvorrichtung zugeführt wird. Dabei wird die Förderleistung eines Gebläses für die Verbrennungs­ luft so geregelt, daß die der Luft-Sammelkammer zuge­ führte Luft auf einer vorgegebenen Temperatur gehalten wird. Die Förderleistung des Gebläses wird also zum Aufrechterhalten einer vorgegebenen Vorheiztemperatur für die Verbrennungsluft geregelt. Aus der Luft­ Sammelkammer wird turbulente, vorgeheizte Luft außer­ dem über eine zweite Verwirbelungseinrichtung in die Verbrennungskammer eingeleitet.In a particularly preferred embodiment of the Invention opens a gas supply line at the narrow point a Venturi tube, being upstream of the Eng place a first swirling device provided through which a primary air flow is supplied becomes. The flow of primary air creates at the Narrow pressure of the Venturi tube because of this the gas, which is only under a small Sufficient overpressure is supplied with is torn to make the combustion chamber a fat one Add mixture. The first swirling device lies at an outlet of an air collection chamber, which the preheated combustion air from the Preheater is supplied. The Delivery rate of a blower for combustion air regulated so that the air collecting chamber led air kept at a predetermined temperature becomes. The delivery rate of the blower becomes Maintain a predetermined preheat temperature regulated for the combustion air. From the air  Collection chamber will exclude turbulent, preheated air via a second swirling device into the Combustion chamber initiated.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further details and advantages of the invention will be explained in more detail below with reference to drawings and / or are the subject of subclaims.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 einen schematischen Längsschnitt durch eine erfindungsgemäße Verbrennungsvorrichtung zum Aufheizen des Arbeitsgases für einen Heiß­ gasmotor und Fig. 1 shows a schematic longitudinal section through a combustion device according to the invention for heating the working gas for a hot gas engine and

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Druckver­ laufs längs eines durch die Verbrennungsvor­ richtung hindurchführenden Strömungspfades. Fig. 2 is a schematic representation of the Druckver run along a flow path leading through the direction of combustion.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Verbrennungskammer 1, die von einer Vorheizvorrichtung 2 umgeben und angrenzend an eine Anzahl von Heizrohren 3 angeordnet ist, die ein gasförmiges Arbeitsmedium einer Heißgasmaschine enthalten, die im übrigen nicht dargestellt ist. Die Verbrennungsgase , deren Strömung durch Doppelpfeile angedeutet ist, entstehen in der Verbrennungskammer 1 und werden teilweise abgekühlt, wenn sie um die Heiz­ rohre 3 herumströmen. Die Verbrennungsgase verlassen die Vorrichtung durch die Vorheizvorrichtung 2 hin­ durch, die als Rekuperationsanordnung mit benachbarten Kanälen für die Verbrennungsgase einerseits und fur zu erwärmende Luft andererseits ausgebildet ist. In particular, FIG. 1 shows a combustion chamber 1 which is surrounded by a preheater 2 and disposed adjacent to a number of heating tubes 3, containing a gaseous working medium of a hot-gas engine which is not shown in the other. The combustion gases, the flow of which is indicated by double arrows, arise in the combustion chamber 1 and are partially cooled when they flow around the heating pipes 3 . The combustion gases leave the device through the preheating device 2 , which is designed as a recuperation arrangement with adjacent channels for the combustion gases on the one hand and for air to be heated on the other hand.

In Fig. 1 ist im unteren Teil der Vorheizvorrichtung 2 ein Kanal für die Verbrennungsgase gezeigt, während im oberen Teil der Vorheizvorrichtung 2 ein Kanal für die zuströmende Luft gezeigt ist, deren Strömung durch einfache Pfeile angedeutet ist. Diese Luft wird von einem Gebläse 12 als geregelter Massenstrom geliefert, wobei die Regelung des Massenstroms mit Hilfe eines schematisch dargestellten Reglersystems 16 in Abhängig­ keit von der Temperatur des Arbeitsmediums in den Heiz­ rohren 3 erfolgt. In Fig. 1 ist ein Temperatursensor 18 für das Reglersystem 16 schematisch dargestellt. Ein im Rahmen der vorliegenden Erfindung brauchbares Reglersystem ist in der US-PS 40 67 191, auf die hier­ mit ausdrücklich verwiesen wird, detailliert beschrieben.In Fig. 1 the bottom of the preheating device 2 is shown a channel for the combustion gases, while a channel for the incoming air is shown in the upper part of the preheater 2, whose flow is indicated by simple arrows. This air is supplied by a blower 12 as a regulated mass flow, the regulation of the mass flow using a schematically illustrated control system 16 depending on the speed of the working medium in the heating tubes 3 . A temperature sensor 18 for the control system 16 is shown schematically in FIG. 1. A controller system which can be used in the context of the present invention is described in detail in US Pat. No. 4,067,191, to which reference is expressly made here.

Nach dem Passieren der Vorheizvorrichtung 2 tritt die Luft in eine Luftkammer 4 ein, aus der die Luft als Primärluft durch eine Verwirbelungseinrichtung 5 austreten kann, die ein Gaszuführrohr 6 umgibt, oder als Sekundärluft durch eine Verwirbelungseinrichtung 7, welche an die Verbrennungskammer 1 angrenzt. Die durch die Verwirbelungseinrichtung 5 strömende Luft dient, wie gesagt, als Primärluft und wird durch eine Eng­ stelle 8 einer Strahldüsenanordnung geleitet, in die das Gaszuführrohr 6 vorsteht. Das (dort erzeugte) reiche Gemisch aus Gas und Primärluft wird, sobald es ausreichend mit der Sekundärluft gemischt ist, aufgrund der hohen, in der Verbrennungskammer 1 herrschenden Temperatur oder mit Hilfe einer Zündkerze (nicht gezeigt) gezündet.After passing through the preheating device 2 , the air enters an air chamber 4 , from which the air can emerge as primary air through a swirling device 5 , which surrounds a gas supply pipe 6 , or as secondary air through a swirling device 7 , which adjoins the combustion chamber 1 . The air flowing through the swirling device 5 serves, as said, as primary air and is passed through a narrow point 8 of a jet nozzle arrangement, into which the gas supply pipe 6 protrudes. The rich mixture of gas and primary air (produced there), as soon as it is sufficiently mixed with the secondary air, is ignited due to the high temperature prevailing in the combustion chamber 1 or with the aid of a spark plug (not shown).

Die Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Anordnung wird nachstehend unter Bezugnahme auf Fig. 2 der Zeichnung näher erläutert.The mode of operation of the arrangement shown in FIG. 1 is explained in more detail below with reference to FIG. 2 of the drawing.

Im einzelnen hat der Luftdruck, der von dem Gebläse 12 in die Luftkammer 4 gefördertenLuft den Wert p 1, wobei der Luftkammer 4 in der Darstellung gemäß Fig. 2 die Position s 1 zugeordnet ist. Hinter der Verwirbelungs­ einrichtung 5, jedoch vor Erreichen des Venturi­ abschnitts bzw. der Engstelle 8, hat der Druck der Primärluft den Wert p 2, wobei dieser Stelle in Fig. 2 die Position s 2 zugeordnet ist. An der Engstelle 8 - in der Position s 3 in Fig. 2 - herrscht der Druck p 3, welcher niedriger ist als der Druck des Gases, welches über das Rohr 6 zugeführt wird. In der Verbrennungs­ kammer - Position s 4 in Fig. 2 - herrscht ein Druck p 4, während der Druck der Abgase nach dem Passieren der Vorheizvorrichtung 2 den Wert p 5 hat. Dieser Druck ist etwas höher als der Atmosphärendruck, und dem Auslaß der Vorheizvorrichtung 2 ist in Fig. 2 die Position s 5 zugeordnet.In particular, the air pressure of the air conveyed into the air chamber 4 by the blower 12 has the value p 1 , the position s 1 being assigned to the air chamber 4 in the illustration according to FIG . Behind the swirling device 5 , but before reaching the Venturi section or the constriction 8 , the pressure of the primary air has the value p 2 , this position in FIG. 2 being assigned the position s 2 . At the constriction 8 - in position s 3 in FIG. 2 - the pressure p 3 prevails, which is lower than the pressure of the gas which is supplied via the pipe 6 . In the combustion chamber - position s 4 in Fig. 2 - there is a pressure p 4 , while the pressure of the exhaust gases after passing the preheater 2 has the value p 5 . This pressure is somewhat higher than the atmospheric pressure, and the position s 5 is assigned to the outlet of the preheating device 2 in FIG. 2.

Die Druckdifferenz p 1-p 4 entspricht dem Druckabfall über der Verwirbelungseinrichtung 7, d.h. dem Druck­ abfall, welcher für die Sekundärluft eintritt, wie dies in Fig. 2 durch eine gestrichelte Linie zwischen den Positionen s 1 und s 4 angedeutet ist. The pressure difference p 1 - p 4 corresponds to the pressure drop across the swirling device 7 , ie the pressure drop that occurs for the secondary air, as indicated in FIG. 2 by a dashed line between the positions s 1 and s 4 .

Die Gasströmung durch das Rohr 6 ist durch strich­ punktierte Linien angedeutet (Fig. 2) und der Massen­ strom des Gases ist eine Funktion des Massenstroms der zugeführten Luft.The gas flow through the tube 6 is indicated by dash-dotted lines ( Fig. 2) and the mass flow of the gas is a function of the mass flow of the air supplied.

Claims (7)

1. Verbrennungsvorrichtung, insbesondere zum Erhitzen des Arbeitsgases für einen Heißgasmotor über einen Wärme­ tauscher der Verbrennungsvorrichtung mit einer durch die Abgase der Verbrennungsvorrichtung beheizten Vor­ heizvorrichtung zum Vorheizen von Verbrennungsluft für einen gasförmigen Kraftstoff und mit Druckerzeugungs­ einrichtungen zum Erzeugen eines Luftdrucks, der zu einer Luftströmung längs einer Lufteinlaßstrecke führt, die durch die Vorheizeinrichtungen und durch eine Mischzone hindurch in eine Verbrennungszone der Ver­ brennungsvorrichtung führt, von wo die heißen Abgase durch die Vorheizvorrichtung hindurch abgeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß Aufteileinrichtungen (4, 5, 7) vorgesehen sind, um die Luftströmung stromabwärts von der Vorheizvorrichtung (2) längs der Lufteinlaßstrecke auf eine Primärluft­ strecke, die durch die Mischzone hindurch in die Ver­ brennungszone der Verbrennungsvorrichtung führt, und auf eine Sekundärluftstrecke aufzuteilen, die die Mischzone umgeht und direkt zu der Verbrennungszone führt, daß eine mit einem Kraftstoffvorrat in Ver­ bindung stehende Gaszuführleitung (6) vorgesehen ist, deren Auslaß so angeordnet ist, daß der gasförmige Kraftstoff längs der Primärluftstrecke im Bereich der Mischzone und stromaufwärts von der Verbrennungszone zuführbar ist, und daß am Auslaß der Gaszuführleitung (6) Unterdruckerzeugungseinrichtungen (8) vorgesehen sind, mit deren Hilfe dort längs der Primärluftstrecke ein derartiger Unterdruck erzeugbar ist, daß der gas­ förmige Kraftstoff durch die Luft zur Mischung mit derselben in die Primärluftstrecke ansaugbar ist, um ein reiches Gemisch zu bilden, welches in die Ver­ brennungszone eintritt, um dort mit der über die Sekundärluftstrecke zuströmenden Luft verbrannt zu werden.1. Combustion device, in particular for heating the working gas for a hot gas engine via a heat exchanger of the combustion device with a heated by the exhaust gases of the combustion device before heating device for preheating combustion air for a gaseous fuel and with pressure generating devices for generating an air pressure leading to an air flow along leads an air inlet path, which leads through the preheating devices and through a mixing zone into a combustion zone of the combustion device, from where the hot exhaust gases are discharged through the preheating device, characterized in that dividing devices ( 4 , 5 , 7 ) are provided to the Air flow downstream of the preheater ( 2 ) along the air inlet path to a primary air that leads through the mixing zone into the combustion zone of the combustion device and to divide into a secondary air path that the mixing one bypasses and leads directly to the combustion zone that a gas supply line ( 6 ) connected to a fuel supply is provided, the outlet of which is arranged such that the gaseous fuel can be supplied along the primary air path in the region of the mixing zone and upstream of the combustion zone, and that at the outlet of the gas supply line ( 6 ) negative pressure generating devices ( 8 ) are provided, with the help of which such a negative pressure can be generated there along the primary air path that the gaseous fuel can be drawn into the primary air path through the air for mixing with the same in order to achieve a rich Form mixture, which enters the combustion zone to be burned there with the air flowing in via the secondary air path. 2. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufteileinrichtungen eine Luftkammer (4) für die aus der Vorheizvorrichtung (2) austretende, vorgeheizte Luft umfassen, sowie eine erste Verwirbelungseinrichtung (5) zwischen der Luftkammer (4) und den Unterdruckerzeugungseinrich­ tungen und eine zweite Verwirbelungseinrichtung (7) zwischen der Luftkammer (4) und der Verbrennungs­ zone.2. Combustion device according to claim 1, characterized in that the dividing devices comprise an air chamber ( 4 ) for the preheated air emerging from the preheating device ( 2 ), and a first swirling device ( 5 ) between the air chamber ( 4 ) and the vacuum generating lines and a second swirling device ( 7 ) between the air chamber ( 4 ) and the combustion zone. 3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterdruckerzeugungsein­ richtungen eine den Auslaß der Gaszuführleitung (6) ringförmig umgebende Engstelle umfassen, an die sich in Strömungsrichtung eine sich trichterförmig nach außen erweiternde, ringförmige Wandfläche anschließt.3. Combustion device according to claim 2, characterized in that the vacuum generating devices include an outlet of the gas supply line ( 6 ) surrounding a narrow constriction, which is followed by a funnel-shaped outward widening, annular wall surface. 4. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Verwirbelungseinrich­ tung (7) rings um das auslaßseitige Ende der sich erweiternden Wandfläche angeordnet ist.4. Combustion device according to claim 3, characterized in that the second Verwirbelungseinrich device ( 7 ) is arranged around the outlet end of the expanding wall surface. 5. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Verwirbelungseinrich­ tung (5) rings um die Einlaßseite der Engstelle (8) angeordnet ist und einen geringeren Durchmesser als die zweite Verwirbelungseinrichtung (7) aufweist.5. Combustion device according to claim 4, characterized in that the first Verwirbelungseinrich device ( 5 ) is arranged around the inlet side of the constriction ( 8 ) and has a smaller diameter than the second swirling device ( 7 ). 6. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auslaß der Gaszuführleitung (6) eine Öffnung umfaßt, welche in einer quer zur Strömungsrichtung des gasförmigen Kraftstoffs in der Leitung verlaufenden Ebene liegt, und daß die Unter­ druckerzeugungseinrichtungen eine ringförmige, den Auslaß der Gaszuführleitung (6) umgebende Engstelle (8) umfassen.6. Combustion device according to claim 1, characterized in that the outlet of the gas supply line ( 6 ) comprises an opening which lies in a plane extending transversely to the direction of flow of the gaseous fuel in the line, and in that the vacuum generating devices have an annular, the outlet of the gas supply line ( 6 ) surrounding narrow point ( 8 ). 7. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß am Auslaß für die aus der Vorheiz­ vorrichtung (2) austretenden Abgase im wesentlichen der Umgebungsdruck herrscht und daß der gasförmige Kraftstoff über die Gaszuführleitung mit einem gering­ fügig über dem Umgebungsdruck liegenden Druck zuführ­ bar ist.7. Combustion device according to claim 1, characterized in that there is essentially the ambient pressure at the outlet for the exhaust gases from the preheating device ( 2 ) and that the gaseous fuel is supplied via the gas supply line with a pressure slightly above the ambient pressure.
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