In der Industrie ist die Verwendung von direkt befeuerten Brennkammern zu Heizzwecken bei Temperaturen in der Größenordnung von bis zu 1000 °C verbreitet. Der bei in herkömmlicher Art und Weise direkt befeuerten Brennkammern einhergehende Wärmeverlust ist im allgemeinen direkt proportional zu deren Betriebstemperaturen, wobei bei einer hohen Temperatur ein hoher Wärmeverlust auftritt, was wiederum einen erhöhten Brennstoffverbrauch bedeutet. Sehr hohe Temperaturen bringen darüber hinaus eine Ermüdung der in der Umgebung der Brennkammer eingesetzten Materialien mit sich. Eine niedrigere Betriebstemperatur macht eine Erhöhung der Geschwindigkeit erforderlich, mit der die Konvektionswärme die Zielquelle erreicht. Da herkömmliche Brennkammern häufig bestimmte Drücke für die Mediumsbeschickung benötigen, beeinträchtigt deren Schwankung die Wirksamkeit dieser Brennkammern, da diese eine Änderung der Mediumsbeschickungs-Drücke nicht ausgleichen können. Der Betrieb von Brennkammern bei niedrigeren Temperaturen und erhöhter Effizienz hat daher auf den Ausstoß von Treibhausgasen und urbanen Stickoxiden eine positive Auswirkung. Es ist unter Anderem eine Aufgabe dieser Erfindung diese angesprochenen Probleme zur Verbesserung der Nützlichkeit und Effizienz von Brennkammern zu lösen.

Die Erfindung betrifft eine Brennkammer mit variabler Düse, welche zur Durchführung einer im großen und ganzen Konvektionswärme-Funktion einsetzbar ist, um als thermokinetischer Energielieferant zu dienen.

Die US-P-4,123,220 als Stand der Technik unterscheidet sich von der vorliegenden Erfindung darin, daß die Verbrennung des Brennstoffs sofort beim Inkontaktkommen mit der axial eingebrachten Luft abläuft. Zur Steuerung der Flammgeschwindigkeit sind keine Mittel vorgesehen, wobei die hauptsächliche Funktion dieser Lehre in der Abtrennung von toxischen Säuren und der Erzeugung von Strahlungswärme zur Wiedergewinnung liegt. Ein Merkmal der Gasbeschleunigung ist nicht vorhanden.

Obwohl die US-P-4,395,233 mehrstufige Verbrennung erwähnt, ist dieser Effekt auf ein Maximum von 3 Stufen begrenzt, bei denen immer zusätzlicher Brennstoff zugesetzt wird, um stöchiometrische Werte zu erhalten. In dieser Offenbarung ist eine Stufen-Verbrennung nicht erforderlich, mit der Maßgabe der Inhibierung von Stickoxiden. Die Erfindung offenbart weiter kein Merkmal der Gasbeschleunigung.

Die US-P-4,708,637 zeigt keine Mittel zur Steuerung der Injektionsgeschwindigkeits-Drücke, wie dies in der vorliegenden Erfindung der Fall ist. Bei Befolgung dieser Lehre verhindert eine minimale Fluktuation der Beschickungs-Ströme und Drücke eine vollständige Vermischung, was zu Kräften führt, die zur Strömungsrichtung nicht parallel verlaufen. Dies minimiert wiederum die Entwicklung kinetischer Energie bei ausgestoßenen Gasen, was in der Folge eine effektive Konvektion beeinflußt. Die fehlende Möglichkeit Injektionsgeschwindigkeitsdrücke zu steuern ist für eine stufenweise Verbrennung, insbesondere bei niedrigeren Betriebstemperaturen, von Nachteil, was zu einer unvollständigen Reaktion und Überhitzung führt, während in größeren Einheiten die Verbrennung mehr strahlenförmig abläuft, wodurch aufgrund des Fehlens von Wirbelbildung Stickoxide erzeugt werden.

Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen

1 zeigt in einer dreidimensionalen Rückansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Brennkammer;

2 zeigt die Brennkammer von 1 in einer End-Vergrösserung in Richtung des Pfeils B in 1;

3 zeigt die Brennkammer von 1 in einer Schnitt-Vergrösserung entlang der Linie A-A in 1;

4 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Brennkammer in Schnittansichts-Vergrößerung;

5 zeigt schematisch die Brennkammer von 4 von hinten; und

6 zeigt eine typische Bediumsbeschickungs- und Bedeckungs(Verschlussmittel-)-Düsenanordnung, die durch die Wandung eines Verbrennungs-Raumes der Brennkammer gebildet wurde und den Einstellmechanismus, der zum Einstellen der Beschickung des Verbrennungsmediums in den Verbrennungs-Raum verwendet wird.

In den Zeichnungen ist eine Brennkammer mit variable Düse in Form einer Brennkammer-Einheit im Allgemeinen mit dem Bezugszeichen 10 angegeben.

Die Brennkammer 10 umfaßt einen Verbrennungs-Raum 12, der sich gleichmässig um eine Zentrumsachse 14 erstreckt und in einer sich konstant verjüngenden Mediumsabgas-Anlage in Form einer Auslass-Düse 16 endet, wobei die Beschickung der Kammer 12 über Brennstoff- und Luftzufuhr-Anlagen in Form einer Luftbeschickungs-Kammer 18 und einer Brennstoffbeschickungs-Kammer 20 über Verbrennungsmediums-Düsenanordnungen in der Form einer Brennstoffbeschickungs-Anordnung 22 und einer Luftbeschickungs-Düsenanordnung 24 erfolgt, die in gegenüberliegenden Längswandunge 26 der Kammer ausgebildet sind, wobei die Querschnittsabmessungen der Düsen 28 der Anordnungen 22, 24 mittels eines Einstellmechanismus einstellbar sind, welcher versetzbar angebrachte, mit Düsen versehene Bedeckungsmittel (Verschlußmittel) 30 beinhaltet, welches mit Bedeckungsmittel-Düsenanordnungen 32 ausgebildet sind, die hinsichtlich Anzahl und Größe denen der entsprechenden Mediums-Düsenanordnungen 22, 24 gleichen, so daß sie einstellbar zusammen damit reagieren. Da die Größe/Abmessungen der Mediumsbeschickungs-Düsen 28 über die Bedeckungsmittel (Vers chlussmittel) 30 mechanisch einstellbar sind, ist die stromaufwärtige Beschickung des Mediums nicht kritisch, was die Verwendung der Einheit 10 über einen Bereich von Mediumsbeschickungs-Drücken ermöglicht. Die Kammer 12 wird Zündmitteln in Form einer Zündkerze 34 ausgesetzt, die durch deren hinteren Wandung 36 eingepaßt ist. Die Düse 16 kann gewöhnlich in einem Winkel von 21 ° konvergieren.

Die einzelnen Düsen 28.1 der Brennstoffbeschickungs-Düsenanordnung 22 und die Düsen 28.2 der Luftbeschickungs-Düsenanordnung 24 sind in dem gleichen Vorwärts-Winkel in Richtung der Düse 16 angeordnet und geneigt, wobei die Zentrumsachsen 38 der Brennstoffbeschickungs-Düsen 28.1 die Zentrumsachsen 40 der entsprechenden Luftbeschickungs-Düsen 28.2 entlang des Längszentrum 42 des Verbrennungs-Raumes 12 kreuzen. Die Düsen der Düsenanordnungen 32 folgen weiter der Richtung der Düsen 28.1 und 28.2, was dazu führt, daß die Beschickung entlang der jeweiligen Achsen 38 und 40 auch entlang der Düsen der Düsenanordnung 32 abläuft, sobald die Einheit 10 in Betrieb steht. Die Düsen 28 sind in zweckmäßiger Art und Weise regulär in Reihen und Kolonnen angeordnet, wie in 6 für eine sich planar erstreckende Anordnung gezeigt ist, und beabstandet, um in dem Verbrennungs-Raum 12, sobald in Benutzung, einen einheitlichen Druck zu fördern, wodurch eine stabile isentropische Transformation in der gesamten Kammer 12 sichergestellt wird. Die Düsen-Anordnung fördert aufgrund der Längsbeabstandung, welche gewählt wurde, um überlappende Verbrennungsbereiche auszubilden, die sich um das Längszentrum 14 der Verbrennungskammer 12 erstrecken, darüber hinaus eine wirksamere Verbrennungsreaktion,

Die Düsen 28.1 der Brennstoffbeschickungs-Düsenanordnung 22 und deren einstellbar registerfähigen Bedeckungsmittel-Düsenanordnungen 32 sind aufgrund des in der Verbrennungsreaktion erforderlichen Luftvolumens, das größer ist als das des Brennstoffs, ob Gas, Dampf oder Flüssigkeit, normalerweise kleiner als die Düsen 28.2 der Luftbeschickungs-Düsenanordnung 24 und deren einstellbar registerfähigen Bedeckungsmittel-Düsenanordnungen 32.

In den 1 bis 3 und in einer Ausführungsform ist der Verbrennungs-Raum 12 ringförmig ausgebildet, wobei sich die Brennstoffbeschickungskammer 20 darin erstreckt. Die Luft-Beschickungskammer 18 umfasst den Verbrennungs-Raum 12.

Das mit Düsen versehene Bedeckungsmittel 30 ist auf der Brennstoffbeschickungs-Seite in der Form eines mit Düsen versehenen, zylindrisch geformten Bedeckungskörpers 44 ausgebildet, der entlang des inneren Bereichs, der neben den Innenwandungen 26.1 des Verbrennungs-Raumes 12 ausgestaltet ist, angepaßt ist. Der Körper 44 ist in Richtung der Zentrumsachse Achse 14 über eine mit einem Gewinde versehenen Welle 46 über eine angepaßte, mit einem Gewinde versehenen Welle, die in Art einer Schraube entlang eines manuell drehbaren Einstellrades 48 geführt wird, gleitend versetzbar. Eine lineare Versetzung des Körpers 44 hat den Effekt, daß die Abmessungen der Brennstoffbeschickungs-Düsen 28.1 in den auf dem den Brennstoffseiten-Einstellzylinder gebildeten Düsen 50 ein grösseres oder kleineres Register mit den Brennstoffbeschickungs-Düsen 28.1 aufweisen (geöffnet oder verschlossen werden). Das Rad 48 ist mit einer Sperrschraube 52 versehen, mit der es gegen Rotation gesperrt wird, wobei die Düsen 28.1 und 50 in einer festgelegten Relation festgehalten werden. Brennstoff wird über eine Beschickungsleitung 54 und im Umfang beabstandete Öffnungen 56, die sich in die Kammer 20 öffnen, in die Brennstoffbeschickungs-Kammer 20 eingebracht.

Auf der Luftbeschickungsseite ist das mit Düsen-Einstellzylinder versehene Bedeckungsmittel 30 in der Form eines Verbrennungs-Raumes außerhalb des zylindrischen Körpers 58, der neben der Außenwandung 26.2 des Verbrennungs-Raumes mit den Luftseiten gebildeten Düsen 60 angebracht ist. Der Körper 58 ist in Richtung der Achse 14 durch seine Drück- und Zieh-Mittel eines unabhängigen Werkzeugs linear versetzbar. Die Luftbeschickungskammer 18 wird durch eine Luftzuführleitung 59 beschickt.

Der zylindrische Körper 44, der mit seiner Welle 46 ausgestattet ist, die einlang des Rads 48 läuft, und der zylindrische Körper 58 ist durch den erfindungsgemässen Düseneinstellmechanismus entsprechend einstellbar.

Die Einheit 10 ist in herkömmlicher Art und Weise mit entsprechenden Dichtungen ausgestattet, um den Verlust an Beschickungsmedium an die Umgebung zu begrenzen. Die Einheit 10 dieser Ausführungsform ist natürlich in einem Gehäuse 62 eingeschlossen.

In einer anderen Ausführungsform und in den 4 und 5 liegt der Verbrennungs-Raum 12 in der Form eines rechteckigen Bereichs vor, der angeordnet ist, um sich um die Zentrumsachse 14 der Einheit 10 zu erstrecken, die auch das Zentrum der Kammer 12 bildet, erstreckt. Gegenüberliegende Seitenwandungen 64 und 66 sind jeweils mit der Brennstoffbeschickungs-Düsenanordnung 22 und der Luftbeschickungs-Düsenanordnung 24 ausgebildet.

Das mit Düsen versehene Bedeckungsmittel 30 liegt in der Form von gleitend angebrachten, mit Düsen versehenen Platten 68 und 70 vor, die jeweils mit der Luftbeschickungs-Seiteneinstell-Düsenanordnung 72 und der Brennstoffbeschickungs-Seiteneinstell-Düsenanordnung 74, welche die Bedeckungsmittel-Düsenanordnungen 32 darstellen, ausgebildet. Die Platten 68, 70 sind angebracht, um linear in Richtung der Achse 14 über die Griffe 76 versetzt zu werden. Die Platten 68 und 70 mit ihren Griffen 76 bilden den erfindungsgemässen Einstellmechanismus.

Obwohl nicht gezeigt ist die Einheit der Ausführungsform in 4 und 5 natürlich in einem Gehäuse eingeschlossen.

Da die Einheit 10 bei hohen Temperaturen betrieben wird, wird sie normalerweise aus wärmeresistentem Material hergestellt, einschließlich rostfreien, wärmebeständigen Stahllegierungen oder dergleichen.

Obwohl die Bennkammer in der Form einer Einheit 10 vorliegt, wird sie einfach hergestellt, um herkömmliche Einheiten mittels Nachrüsten direkt zu ersetzen. Wie in 1 gezeigt, ist es daher einfach an die Ausrüstung verschraubbar, was Wärmebefeuerung über Öffnungen 78 in einer vorderen Flansch 80 erfordert.

Sobald operativ installiert und als Antwort auf die Anfangsbeschickung, die durch die Zündkerze 34 gezündet wurde, brennend, ist der Konvektions-Heizeffekt der Einheit 10 durch einfaches Einstellen des entsprechenden Bedeckungsmittel-Düsenanordnung 32, entweder über das Rad 48 oder die entsprechende Platte 70 zur Brennstoffseiten-Beschickung oder den zylindrischen Körper 58 oder der Platte 70 zur Luftseiten-Beschickung einfach einstellbar.

Aufgrund der Beschleunigung des Stroms der Verbrennungsgase durch die Düse 16 wird ein Wärmeverlust aus der Verbrennungsreaktion zum Ort des Wärmeeinsatzes beschränkt, was ermöglicht, daß eine gewünschte Temperatur bei niederigeren Verbrennungstemperaturen erhalten wird. Die in der Seitenwandung ausgebildeten Düsen und deren Art der Anordnung hat den Effekt, daß die Verbrennungsreaktion auf das Zentrum der Verbrennungskammer konzentriert wird, wodurch die Wirksamkeit der Reaktion verbessert wird, während das entsprechende Medium durch die Änderung des Querschnittbereichs der Mediumbeschickungsdüsen einfach gesteuert wird, wodurch eine Änderung des Beschickungsdruckes des Verbrennungsmediums ebenfalls einfach ausgeglichen wird.

Ein Vorteil der Brennkammer-Einheit 10, wie spezifisch beschrieben, ist, daß die Beschickung des Mediums in die Verbrennungskammer einfach steuerbar ist, während der Aufbau der Beschickungs- und Einstell-Düsen die Brenneffizienz des beschickten Mediums fördert. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß eine Beschleunigung der Verbrennungsgase über die Düse einen Wärmeverlust zwischen der Brennkammer und dem Heiz-Ziel begrenzt.

Eine Brennkammereinheit (10) mit variabler Düse umfasst einen ringförmigen Verbrennungs-Raum 12, der sich um eine Zentrumsachse 14 erstreckt und in einer Entleerungsdüse 16 endet. Die Beschickung der Kammer 12 erfolgt aus Brennstoff- und Luft-Beschickungskammern 18 und 20 über eine Brennstoffbeschickungs-Düsenanordnung 22 und eine Luftbeschickungs-Düsenanordnung 24. Die Düsen 28.1, 28.2 der Düsenanordnungen sind angeordnet und in dem gleichen Vorwärtswinkel in Richtung der Düse 16 geneigt, so dass deren Zentrumsachsen 38, 40 entlang des Längszentrums des Verbrennungs-Raumes 12 schneiden. Die Querschnitts-Abmessungen der Düsen 28 sind mittels eines mit Düsen versehenen, versetzbar angebrachten, zylindrisch ausgebildeten Körpers 44 für die Brennstoffbeschickungsseite und eines mit Düsen versehenen, zylindrisch ausgebildeten Körpers 58 für die Luftbeschickungsseite einstellbar, wobei beide in Richtung der Achse 12 versetzbar ist.