DE1141138B - Brennkraft-Turbinenanlage, insbesondere Heizvorrichtung, mit einem Schwingrohrbrenner - Google Patents

Description

• Brennkraft-Turbinenanlage, insbesondere Heizvorrichtung, mit einem Schwingrohrbrenner Die Erfindung betrifft eine Brennkraft-Turbinenanlage, die sich insbesondere als Heizvorrichtung eignet. Speziell befaßt sich die Erfindung mit einer Brennkraft-Turbinenanlage, die als Energiequelle einen Schwingrohrbrenner aufweist, dessen Abgase der Schwingrohröffnung mittels einer die Turbine enthaltenden geschlossenen Ringleitung, die einen Teilauslaß für die Abgase und einen die Schwingrohröffnung umschließenden Injektor aufweist, wieder zugeführt werden und bei der die dem Schwingrohrbrenner nachgeschaltete, auf ihrem ganzen Umfang ausschließlich von Abgasgemisch aus alten und neuen Abgasen beaufschlagte Turbine eine außerhalb der Ringleitung angeordnete Arbeitsvorrichtung, insbesondere eine Pumpe oder ein Gebläse zum Fördern eines in einem Wärmetauscher Wärme aufnehmenden Mediums antreibt.
• Es ist bekannt, die periodisch austretenden Abgase eines Schwingrohrbrenners zum Antrieb einer Turbine zu benutzen, die ihrerseits ein Gebläse antreibt, das ein fremdes Medium fördert, das im Wärmetausch mit dem Schwingrohrbrenner steht und die aufgenommene Wärmeenergie in einem Wärmetauscher wieder abgibt. Auch ist es bekannt, die periodisch anfallenden Abgase einer explosiven Verbrennung nach dem Durchlaufen einer nach außen Arbeit liefernden Turbine dieser Turbine mit Hilfe eines eine Abgasausstrahldüse umschließenden Injektors periodisch zur Ausnutzung der Restenergie wieder zuzuführen. Die überwiegende Menge der Abgase läuft dabei im Ringstrom um, und aus dem Teilauslaß für die Abgase wird nur so viel Abgas entlassen, wie bei jedem Verpuffungsvorgang neu hinzutritt. Die Ausstoßperioden sind aber in beiden Fällen nur kurz.
• Gemäß der Erfindung wird zur Verbesserung der Turbinenbeaufschlagung dem die Schwingrohröffnung umschließenden, die alten Abgase resonanzfrei ansaugenden Injektor ein Pufferraum vorgeordnet. Im Injektor werden die alten Abgase dann durch die neuen Abgase kontinuierlich beschleunigt, so daß auch während der Unterdruckphase des Schwingrohrbrenners ein die Turbine treibender Gasstrom erhalten bleibt. Man hat also trotz einer periodischen Gasquelle einen resonanzfreien, kontinuierlichen Gasstrom zum Antrieb der Turbine zur Verfügung.
• Das Puffervolumen enthält ein Mehrfaches des vom Schwingrohrbrenner bei einem Schwingungsvorgang abgegebenen Gases, vorzugsweise mehr als das Dreifache, und es ist besonders zweckmäßig, wie schon vorgeschlagen, den Schwingrohrbrenner einschließlich der Schwingbrennkammer innerhalb dieses Puffervolumens anzuordnen. Man erhält auf diese Weise eine gute Wärmeausnutzung, einen sicheren Betrieb des Schwingrohrbrenners und eine automatisch wirkende Schalldämpfung.
• Um an gefährdeten Stellen einen Austritt von Abgasen in die Umgebung, z. B. in einen bewohnten Raum, zu vermeiden, kann man wenigstens diese gefährdeten Stellen an eine Unterdruckstelle des Schwingrohrbrenners anschließen, z. B. an den Luftansaub raum zwischen Luftfilter und Luftventil. Geringe austretende Abgasmengen gelangen dann ohne weiteres wieder in die Ringleitung; größere Abgasmengen lassen den Schwingrohrbrenner ersticken. Vorteilhaft bildet die dem Turbinenwellenlager vorgeschaltete Dichtung einen Teil des Schutzraumes.
• Außerdem kann man bei der Verwendung eines Gebläses einen Überdruck im Wärmetauscher erzeugen und einen Ringraum zwischen Dichtung und Lager an den den Überdruck aufweisenden Raum anschließen.
• In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel für den Gegenstand der Erfindung schematisch im Schnitt dargestellt.
• Der aus Schwingbrennkammer 1 und Schwingungsrohr 2 gebildete Schwingrohrbrenner, der nach Art eines Helmholtzschen Resonators arbeitet, wird über ein Mischrohr 3 mit Brenngemisch versehen. Dieses Mischrohr 3 erhält durch die Leitung 4 Brennstoff, z. B. Benzin, und durch die Leitung 5 Luft. Die von 6 kommende Luft durchsetzt das Filter 7 und das Ventil B. Die beim Anlaufen zu benutzende, eventuell elektrisch gespeiste Zündvorrichtung ist nicht dargestellt. Der Austrittsöffnung 9 des Schwingrohrbrenners gegenüber steht die Verengung 10 eines Injektors, der sich bei 11 erweitert. Die Abgase werden durch diese Erweiterung 11 und den Kern 12 dem Leitrad 13 der Turbine 14 zugeführt. Die die Turbine 14 verlassenden Abgase gelangen durch die Leitung 15, 16, 1.7 in den Pufferraum 18, der den Schwingrohrbrenner 1, 2 umschließt und aus dem der Schwingbrenner in Zusammenarbeit mit dem Injektor 10, 11 die verbrauchten Abgase wieder ansaugt. Eine an den Leitungsteil 17 angeschlossene Abgasauslaßleitung 19 verhindert, daß sich in der Ringleitung 10,11,15, 16, 17, 18 ein Überdruck ausbildet. Die Abgase können beliebig nach außen abgeführt werden.
• Die Ringleitung ist als beheizter Teil eines Wärmetauschers ausgebildet und zu diesem Zweck von einem Mantelraum umschlossen. Das Gebläse 20 saugt durch die Öffnung 21 Luft an und schickt diese teilweise durch den Kanal 22, der die Turbine, den Injektor und den Pufferraum umschließt, und teilweise durch die Zweigleitung 23 in das Rohr 24. Der zuerst erwähnte Luftstrom vereinigt sich über das Rohr 25 mit dem Luftstrom des Rohres 24, und beide verlassen den Wärmetauscher durch den Stutzen 26.
• Die Turbine 14 und das Gebläse 20 werden von einer Welle 27 getragen, deren Lagerkörper 28 durch eine Blechhaube 29 mechanisch mit der Ringleitung verbunden ist. Auf der der Turbine zugekehrten Seite des Lagers 30 befindet sich ein Dichtungskörper 31, dessen linker Teil als Labyrinthdichtung ausgebildet ist. Die letzte Stufe dieser Labyrinthdichtung ist durch Öffnungen 32 und 33 an einen Schutzraum 34 angeschlossen, der über eine Leitung 35 mit der Unterdruckstelle zwischen dem Filter 7 und dem Ventil 8 in Verbindung steht. Abgase, welche die Dichtung durchströmen, werden daher auf diesem Wege abgesaugt. Zusätzlich wird durch eine Verengung 36, die dem Stutzen 26 vorgeschaltet ist, innerhalb des äußeren Wärmetauschermantels ein Überdruck erzeugt, der durch Öffnungen 37 und 38 in den letzten Teil der Dichtung eindringt. Von hier aus bewegt sich also ein Luftstrom dem Abgasstrom entgegen und verhindert auf diese Weise jegliches Eindringen von Abgasen in das Kugellager.
• In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, an Stelle der axial durchströmten Turbine 14 eine radial durchströmte Turbine zu verwenden. Auch kann man die Führung des zu beheizenden Mediums so ausbilden, daß beispielsweise die Luft von 21 nur nach 22 geht, um dann bei 25 umgelenkt zu werden und durch das Rohr 24 zurückzuströmen; der Luftaustrittsstutzen wäre dann bei 23 anzuordnen. Auch können die Teile konzentrisch zueinander angeordnet werden.
• Wenn bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel auch ein zweites Lager 39 innerhalb des Kerns 12 eingezeichnet wird, so wird dieses zweite Lager doch in der Mehrzahl der Fälle überflüssig sein und aus Ersparnisgründen fortfallen können.

Claims (6)

1. PATENTANSPROCHE: 1. Brennkraft-Turbinenanlage, insbesondere Heizvorrichtung, mit einem Schwingrohrbrenner, dessen Abgase der Schwingrohröffnung mittels einer die Turbine enthaltenden geschlossenen Ringleitung, die einen Teilauslaß für die Abgase und einen die Schwingrohröffnung umschließenden Injektor aufweist, wieder zugeführt werden und bei der die dem Schwingrohrbrenner nachgeschaltete, auf ihrem ganzen Umfang ausschließlich von Abgasgemisch aus alten und neuen Abgasen beaufschlagte Turbine eine außerhalb der Ringleitung angeordnete Arbeitsvorrichtung, insbesondere eine Pumpe oder ein Gebläse zum Fördern eines in einem Wärmetauscher Wärme aufnehmenden Mediums antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß dem die Schwingrohröffnung (9) umschließenden, die alten Abgase resonanzfrei ansaugenden Injektor (10,11) ein Pufferraum (18) vorgeschaltet ist.
2. 2. Turbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingrohrbrenner (1, 2) einschließlich der Schwingbrennkammer (1) innerhalb des Pufferraumes (18) angeordnet ist, so daß er im Betrieb von den alten Abgasen umströmt wird.
3. 3. Turbinenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringleitung wenigstens teilweise von einem Schutzraum umschlossen ist, der an eine Unterdruckstelle des Schwingrohrbrenners angeschlossen ist, vorzugsweise an den Luftansaugraum zwischen Luftfilter (7) und Luftventil (8).
4. 4. Turbinenanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Turbinenwellenlager (30) vorgeschaltete Dichtung (31) als Teil des Schutzraumes (34) ausgebildet ist.
5. 5. Turbinenanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebläse (20) einen Überdruck im Wärmetauscher (22, 23, 24, 25) erzeugt und daß ein Ringraum zwischen Dichtung (31) und Lager (30) an den den Überdruck aufweisenden Raum (23) angeschlossen ist.
6. 6. Turbinenanlage nach Anspruch 1 oder einem der folgenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (27) in an sich bekannter Weise beiderseits eines Lagers (30) das Turbinenlaufrad (14) und das Gebläse- oder Pumpenlaufrad (20) frei fliegend trägt. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 850 088; belgische Patentschrift Nr. 539 609; britische Patentschrift Nr. 743 470. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1089 948.