| JP08105613 | INFRARED BURNER |
| JP2001106506 | COMBUSTION DEVICE FOR REFORMER |
| JP62210307 | TUBULAR TYPE HEATING FURNACE |
KREBS, Werner (Elly-Heuss-Knapp-Str. 21, Mülheim an der Ruhr, 45481, DE)
PRADE, Bernd (Siepmanns Hof 16, Mülheim, 45479, DE)
HASE, Matthias (Duisburger Str. 327, Mülheim, 45478, DE)
KREBS, Werner (Elly-Heuss-Knapp-Str. 21, Mülheim an der Ruhr, 45481, DE)
PRADE, Bernd (Siepmanns Hof 16, Mülheim, 45479, DE)
| Patentansprüche 1. Brenner einer Gasturbine, welcher einen Reaktionsraum (5) und mehrere in den Reaktionsraum (5) mündende Strahldüsen (6) umfasst, wobei mit den Strahldüsen (6) mittels eines FIu- idstrahls (2) durch einen Austritt (22) Fluid in den Reaktionsraum (5) eingedüst wird, wobei das Fluid im Reaktionsraum (5) zu Heißgas (4) verbrannt wird d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s bei mindestens einer Strahldüse (6, 6a, 6b, 6c) ein Ringspalt (8) um den Fluidstrahl (2) so angeordnet ist, dass ein Teil des Heißgases (4) aus dem Reaktionsraum (5) angesaugt wird und entgegen der Fluidströmrichtung in den Ringspalt (8) einströmt und innerhalb der Strahldüse (6,6a, 6b, 6c) mit dem Fluidstrahl (2) vermischt wird, und wobei der Ringspalt (8) mittels eines Einsatzrohres (12, 12a, 12b) gebildet ist, und wobei das Einsatzrohr (12a) am stromaufwärtigen Ende eine Verdickung (15) aufweist. 2. Brenner nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Einsatzrohr (12, 12a, 12b) mindestens eine Öffnung (11) aufweist, um das Heißgas (4) in den Fluidstrahl (2) einzudü- sen . 3. Brenner nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die mindestens eine Öffnung (11) stromaufwärts des Austritts (22) angeordnet ist. 4. Brenner nach einem der Ansprüche 1-3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Einsatzrohr (12b) fluidstromseitig in Strömungsrichtung diffus (21) ausgebildet ist. 5. Brenner nach einem der Ansprüche 1-4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Verdickung (15) in Strömungsrichtung diffus (17) ausgebildet ist. 6. Brenner nach einem der Ansprüche 1-5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s um das Einsatzrohr (12, 12a, 12b) ein zweiter Ringkanal (20) zur Führung von Verbrennungsluft und/oder Brennstoff vorgese¬ hen ist. 7. Brenner nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s in dem zweiten Ringkanal (20) Mittel zur Erhöhung des Wärme¬ übergangs vorgesehen sind. 8. Brenner nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s diese Mittel Dimpel und/oder Kühlrippen und/oder Wings sind. 9. Brenner nach einem der Ansprüche 6-8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die so durch den zweiten Ringkanal (20) strömende Luft und/oder Brennstoff das Einsatzrohr (12,12a, 12b) flui- dabstromseitig kühlt. 10. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s die Strahldüse einen Düsenauslass (22) mit Durchmesser (D) aufweist . 11. Brenner nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Düsenauslass (22) gegenüber dem Ringspalt (8) in Strö¬ mungsrichtung versetzt angeordnet ist. 12. Brenner nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s der Versatz (24) eine Länge von 0 mm-3x Durchmesser (D) mm umfasst . 13. Brenner nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Fluid Verdichterluft ist, welches mit Brennstoff vorge- mischt, teilvorgemischt oder nicht-vorgemischt ist. 14. Verfahren zur Stabilisierung der Flamme eines Brenners einer Gasturbine, welcher einen Reaktionsraum (5) und mehrere in den Reaktionsraum (5) mündende Strahldüsen (6) umfasst, wobei mit den Strahldüsen (6) mittels einem Fluidstrahl (2) Fluid in den Reaktionsraum (5) eingedüst wird, wobei im Reaktionsraum (5) das Fluid verbrannt wird, wodurch ein Heißgas (4) entsteht, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s bei mindestens einer Strahldüse (6) ein Ringspalt (8) vorhanden ist, wobei der Ringspalt (8) mittels eines Einsatzrohres (12, 12a, 12b) gebildet ist, und wobei das Einsatzrohr (12a) am stromaufwärtigen Ende eine Verdickung (15) aufweist, wobei durch den Ringspalt (8) das Heißgas (4) teilweise angesaugt wird und entgegen der Fluidströmrichtung in den Ringspalt (8) einströmt und innerhalb der Strahldüse (6) dem Fluidstrahl (2) beigemischt wird. 15. Verfahren nach Anspruch 14, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Fluid mit hoher Geschwindigkeit in den Reaktionsraum (5) einströmt . 16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-15, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s zwischen dem Reaktionsraum (5) und dem in den Reaktionsraum (5) strömenden Fluidstrahl (2) eine Druckdifferenz gebildet wird. 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14-16, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a s s das Fluid bei Teillastbetrieb des Brenners aus einem Brennstoff/Verdichterluft Gemisch gebildet wird, und bei Volllast aus Verdichterluft, welches nur noch geringfügig oder gar keinen Brennstoffanteil aufweist. |
Stabilisierung der Flamme eines Brenners Die vorliegende Erfindung betrifft einen Brenner zur Stabilisierung der Flamme einer Gasturbine, welcher einen Reaktionsraum und mehrere in den Reaktionsraum mündende Strahldüsen umfasst, wobei mit den Strahldüsen mittels eines Fluidstrahls Fluid in den Reaktionsraum eingedüst wird, wobei das Fluid im Reaktionsraum zu Heißgas verbrannt wird, sowie ein Verfahren zur Stabilisierung der Flamme eines Brenners einer Gasturbine .
Auf Strahlflammen basierende Verbrennungssysteme bieten ge- genüber drallstabilisierten Systemen aufgrund der verteilten Wärmefreisetzungszonen und der fehlenden drallinduzierten Wirbel insbesondere aus thermoakustischer Sicht Vorteile. Durch geeignete Wahl des Strahlimpulses lassen sich kleinska- lige Strömungsstrukturen erzeugen, die akustisch induzierte Wärmefreisetzungsfluktuationen dissipieren und somit Druckpulsationen, die für drallstabilisierte Flammen typisch sind, unterdrücken .
Die Strahlflammen werden durch Einmischen heißer rezirkulie- render Gase stabilisiert. Die hierfür nötigen Temperaturen der Rezirkulationszone können in Gasturbinen, insbesondere im unteren Teillastbereich, durch die bekannte Ringanordnung der Strahlen mit einer zentralen Rezirkulationszone nicht gewährleistet werden. Besonders im Teillastbereich muss daher dafür beachtet werden, dass durch zusätzliche Stabilisierungsmechanismen ein partielles bzw. komplettes Flammenverlöschen vermieden wird. Die Stabilisierung einer Strahlflamme bleibt daher eine nicht vollständig gelöste Aufgabe. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen vorteilhaften Brenner einer Gasturbine zur Stabilisierung der Flamme eines solchen Brenners zur Verfügung zu stellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein vor- teilhaftes Verfahren zur Stabilisierung der Flamme eines solchen Brenners zur Verfügung zu stellen.
Die auf den Brenner bezogene Aufgabe wird durch einen Brenner zur Stabilisierung der Flamme eines Brenners einer Gasturbine nach Anspruch 1 gelöst. Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch die Angabe eines Verfahrens nach Anspruch 16 gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung.
Dabei umfasst der erfindungsgemäße Brenner einer Gasturbine einen Reaktionsraum und mehrere in den Reaktionsraum mündende Strahldüsen. Mit den Strahldüsen wird mittels eines FIu- idstrahls Fluid in den Reaktionsraum eingedüst. Das Fluid im Reaktionsraum wird anschließend zu Heißgas verbrannt.
Die Erfindung hat erkannt, dass die auf Strahlflammen basierenden Verbrennungssysteme durch Einmischen heißer rezirkulierender Gase stabilisiert werden. Besonders im unteren Teillastbereich muss allerdings dafür Sorge getragen werden, dass durch zusätzliche Stabilisierungsmechanismen ein partielles bzw. komplettes Flammenverlöschen vermieden wird.
Erfindungsgemäß ist nun bei mindestens einer Strahldüse ein Ringspalt vorhanden, der um den Fluidstrahl angeordnet ist. Dieser saugt einen Teil des Heißgases aus dem Reaktionsraum an, so dass dieser entgegen der Fluidströmrichtung in den Ringspalt einströmt. Erfindungsgemäß wird nun innerhalb der Strahldüse das Heißgas mit dem Fluidstrahl vermischt.
Dies gewährleistet eine definierte Einmischung von Heißgasen in einen oder mehrere Strahlen eines Strahlbrenners, der somit eine verlässliche Zündung und damit eine verlässliche Stabilisierung des Gesamtbrenners gewährleistet. Die Heißgaseinmischung geschieht dabei bereits in der Strahldüse. Erfin- dungsgemäß wird zur Ansaugung die statische Druckdifferenz zwischen Brennkammer/Reaktionsraum und dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Fluid in der Düse genutzt, welches durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten einen abgesenkten statischen Druck aufweist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist der Ringspalt mittels eines Einsatzrohres gebildet. Die eingesaugten Gase können eine hohe Temperatur haben, welche unter Umständen den Brenner schädigen können. Bevorzugt ist daher das Einsatzrohr zumindest teilweise aus hochwertigen Werkstoffen mit und ohne Be- schichtung z.B. als keramische Ausführung mit und ohne Be- Schichtung ausgeführt.
Bevorzugt weist das Einsatzrohr mindestens eine Öffnung auf, um das Heißgas in den Fluidstrahl einzudüsen. In bevorzugter Ausgestaltung ist die mindestens eine Öffnung stromaufwärts angeordnet. Das Heißgas wird durch den Ringspalt direkt in die Düse eingesaugt und wird durch die Öffnungen in den Fluidstrahl eingedüst. Die Öffnungen sind daher in der direkt den Fluidstrahl begrenzenden Wand angebracht. Die Größe der Öffnungen als auch die Höhe des Ringspalts werden dabei so ausgelegt, dass eine gute Heißgaseinmischung in die Luft bzw. das Luft/Brennstoffluftgemisch in der Strahldüse gewährleistet ist und dass im Teillastbereich die Gemischtemperatur auf einen Wert gebracht wird, der eine sichere Zündung gewährleistet. Die Öffnungen können als Bohrung oder Schlitze aus- geführt sein, welche auch unter einem Winkel angestellt sein können .
In bevorzugter Ausgestaltung weist das Einsatzrohr am stromaufwärtigen Ende eine Verdickung auf. Wird Verdichterluft mit oder ohne Brennstoff als Fluid am Einsatzrohr vorbei zu der Düse geführt, so können somit Umlenkverluste vermieden werden. Vorteilhafterweise ist die Verdickung in Strömungsrichtung diffus ausgebildet. Somit kann eine Erhöhung der statischen Druckdifferenz zwischen der Brennkammer und den in der Düse mit hoher Geschwindigkeit strömenden Fluid bewirkt werden . Bevorzugt ist das Einsatzrohr fluidstromseitig in Strömungsrichtung diffus ausgebildet. Somit kann ebenfalls eine Erhöhung der statischen Druckdifferenz zwischen der Brennkammer und den in der Düse mit hoher Geschwindigkeit strömenden FIu- id bewirkt werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist um das Einsatzrohr ein zweiter Ringkanal zur Führung von Verbrennungsluft und/oder Brennstoff vorgesehen. Vorteilhafterweise sind in dem zweiten Ringkanal Mittel zur Erhöhung des Wärmeübergangs vorgesehen. Dies bewirkt, dass das heißgasführende Einsatzrohr effizient gekühlt wird. Bevorzugt sind diese Mittel Dimpel und/oder Kühlrippen und/oder Wings . Allerdings sind auch alle anderen Kühlkonzepte wie Prallkühlung, Konvektivkühlung vorstellbar bei denen die Verdichterluft bzw. das Verdichter/Brennstoffgemisch in den Reaktionsraum gegeben wird. In bevorzugter Ausgestaltung kühlt die durch den zweiten Ringkanal strömende Kühlluft und/oder Brennstoff das Einsatzrohr damit fluidabstromseitig.
Vorteilhafterweise weist die Strahldüse einen Düsenauslass mit Durchmesser D auf. Bevorzugt ist der Düsenauslass gegenüber dem Ringspalt in Strömungsrichtung versetzt angeordnet. Vorteilhafterweise umfasst der Versatz eine Länge von 0-3 x Durchmesser des Düsenauslasses. Damit wird eine optimale Ansaugung vor allem im Teillastbetrieb gewährleistet.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das Fluid Verdichterluft, welche mit Brennstoff vorgemischt, teilvorgemischt oder nicht-vorgemischt ist.
Die auf das Verfahren bezogene Aufgabe wird durch die Angabe eines Verfahrens zur Stabilisierung der Flamme eines Brenners einer Gasturbine gelöst, welcher einen Reaktionsraum und meh- rere in den Reaktionsraum mündende Strahldüsen umfasst, wobei mit den Strahldüsen mittels einem Fluidstrahl Fluid in den Reaktionsraum eingedüst wird, wobei im Reaktionsraum das Fluid verbrannt wird, wodurch ein Heißgas entsteht. Erfindungsgemäß ist bei mindestens einer Strahldüse ein Ringspalt vorhanden, durch den das Heißgas teilweise angesaugt wird und entgegen der Fluidströmrichtung in den Ringspalt einströmt und innerhalb der Strahldüse dem Fluidstrahl beige- mischt wird.
Bevorzugt strömt das Fluid mit hoher Geschwindigkeit in den Reaktionsraum ein. Vorteilhafterweise wird zwischen dem Reaktionsraum und den in den Reaktionsraum strömenden Fluidstrahl eine Druckdifferenz gebildet.
Bevorzugt wird das Fluid bei Teillastbetrieb des Brenners aus einem Brennstoff/Verdichterluft Gemisch gebildet, und bei Volllast aus Verdichterluft, welche nur noch geringfügig oder gar keinen Brennstoffanteil aufweist. Diese Düsen wirken somit im Teillastbetrieb als Pilotbrenner mit Pilotstrahlen. Hierzu kann es zusätzlich vorteilhaft sein, dass diese „Pilotstrahlen" kleiner ausgeführt werden als die anderen Strahlen, damit weniger Luft durch diese Düsen tritt. Somit ist eine Stabilisierung bei Teillastbetrieb gewährleistet.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass der Brenner mit mehreren Strahldüsen ausgestaltet ist, von denen jedoch nur eine bzw. einige wenige erfindungsgemäße Düsen sind. Diese wirken dann bei Teillast wie oben beschrieben als „Pilot" und werden bei Volllastbetrieb mit wenig oder gar keinem Brennstoff beaufschlagt. Somit wird vermieden, dass bei Grundlastbetrieb erhöhte NOx Werten entstehen. Weitere Merkmale, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
Darin zeigen:
FIG 1 einen Ausschnitt aus einer Gasturbine mit einer
Brennkammer in einem Längsschnitt entlang einer Wellenachse nach dem Stand der Technik, Fig. 2 schematisch einen Schnitt durch einen Strahlbrenner quer zu dessen Längsrichtung, Fig. 3 schematisch einen Schnitt durch einen weiteren
Strahlbrenner quer zu dessen Längsrichtung,
Fig. 4 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düse 6,
Fig. 5 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düse 6a,
Fig. 6 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düse 6b,
Fig. 7 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düse 6c. FIG 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Gasturbine mit einer entlang einer Wellenachse 14 angeordneten und nicht dargestellten Welle und einer parallel zur Wellenachse 14 ausgerichteten Brennkammer 16 in einem Längsschnitt. Die Brennkammer 16 ist rotationssymmetrisch um eine Brennkammerachse 18 aufgebaut. Die Brennkammerachse 18 ist in diesem speziellen Ausführungsbeispiel parallel zur Wellenachse 14 angeordnet, wobei sie auch angewinkelt zur Wellenachse 14, im Extremfall senkrecht zu dieser verlaufen kann. Ein ringförmiges Gehäuse 10 der Brennkammer 16 umgibt einen Reaktionsraum 5, der eben- falls rotationssymmetrisch um die Brennkammerachse 18 ausgeführt ist. Mittels einer Strahldüse 3 des Stands der Technik wird ein Luft bzw. Luft/Brennstoffgemisch in den Reaktionsraum 5 eingebracht. Die rezirkulierenden Heißgase 4 im Reaktionsraum sind mit 1 angegeben.
Die Figur 2 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen
Strahlbrenner senkrecht zu einer Wellenachse 14 des Brenners. Der Brenner umfasst ein Gehäuse 10, welches einen kreisförmi- gen Querschnitt aufweist. Innerhalb des Gehäuses 10 ist eine bestimmte Anzahl an Strahldüsen 3 im Wesentlichen ringförmig angeordnet. Jede Strahldüse 3 weist dabei einen kreisförmigen Querschnitt auf. Außerdem kann der Brenner einen Pilotbrenner 25 umfassen.
Die Figur 3 zeigt schematisch einen Schnitt durch einen weiteren Strahlbrenner, wobei der Schnitt senkrecht zur Mittelachse des weiteren Brenners verläuft. Der Brenner weist eben- falls ein Gehäuse 10 auf, welches einen kreisförmigen Querschnitt besitzt und in welchem eine Anzahl innerer und äußerer Strahldüsen 3,30 angeordnet ist. Die Strahldüsen 3,30 weisen jeweils einen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei die äußeren Strahldüsen 3 eine gleich große oder größere Quer- schnittsfläche besitzen als die inneren Strahldüsen 30. Die äußeren Strahldüsen 3 sind im Wesentlichen ringförmig innerhalb des Gehäuses 10 angeordnet und bilden einen äußeren Ring. Die inneren Strahldüsen 30 sind ebenfalls innerhalb des Gehäuses 10 ringförmig angeordnet. Die inneren Strahldüsen 30 bilden einen inneren Ring, der konzentrisch zu dem äußeren Strahldüsenring angeordnet ist.
Die Figuren 2 und 3 zeigen lediglich Beispiele für die Anordnung von Strahldüsen 3,30 innerhalb eines Strahlbrenners. Selbstverständlich sind alternative Anordnungen, ebenso wie die Verwendung einer anderen Anzahl an Strahldüsen 3,30 möglich.
Die auf Strahlflammen basierenden Verbrennungssystem bieten gegenüber drallstabilisierten Systemen aufgrund der verteilten Wärmerfreisetzungszonen und der fehlenden drallinduzierten Wirbel insbesondere aus thermoakustischer Sicht Vorteile. Durch geeignete Wahl des Strahlimpulses lassen sich kleinska- lige Strömungsstrukturen erzeugen, die akustisch induzierte Wärmefreisetzungsfluktuationen dissipieren und somit Druckpulsationen, die typisch für drallstabilisierende Flammen sind, unterdrücken. Die auf Strahlflammen basierenden
Verbrennungssysteme werden durch Einmischen heißer rezirku- lierender Gase stabilisiert. Besonders im unteren Teillastbereich muss allerdings dafür Sorge getragen werden, dass durch zusätzliche Stabilisierungsmechanismen ein partielles bzw. komplettes Flammenverlöschen vermieden wird. Dies wird mit- hilfe der Erfindung nun gelöst.
Fig. 4 zeigt eine Strahldüse 6 gemäß der Erfindung. Hierbei umfasst der Brenner einen Reaktionsraum 5 und mehrere in den Reaktionsraum 5 mündende Strahldüsen 6. Mittels der Strahldü- se wird mit einem Fluidstrahl 2 Fluid in den Reaktionsraum 5 eingedüst. In dem Reaktionsraum 5 wird das Fluid zu Heißgas 4 verbrannt .
Dabei kann das Fluid ein Brennstoff/Luft Gemisch sein, oder auch nur aus Verdichterluft gebildet werden.
In der Strahldüse 6 ist nun ein Ringspalt vorhanden. Dieser wird aus einem Einsatzrohr 12 gebildet. Der Ringspalt 8 ist somit um den Fluidstrahl 2 angeordnet. Durch diesen Ringspalt 8 wird nun Heißgas 4 in die Düse 6 angesaugt. Zur Ansaugung des Heißgases 4 wird die insbesondere statische Druckdifferenz zwischen der Brennkammer 16 bzw. dem Reaktionsraum 5 und dem mit hoher Geschwindigkeit strömenden Fluid genutzt, welches durch die hohen Strömungsgeschwindigkeiten einen abge- senkten statischen Druck aufweist. Durch den Ringspalt 8 strömt nun Heißgas 4 entgegen der Strömungsrichtung des FIu- idstrahls 2 in der Düse 6 in die Düse 6 zurück. Dort wird das Heißgas 4 dem Fluidstrahl 2 beigemischt. Die Heißgasbeimischung erfolgt somit erfindungsgemäß innerhalb der Düse 6. Dies entspricht einer definierten Einmischung von Heißgas in der Düse 6, wodurch eine verlässliche Zündung und somit eine verlässliche Stabilisierung des Gesamtbrenners gewährleistet wird.
Die Stabilisierung ist insbesondere bei Teillastbetrieb vorteilhaft. Erfindungsgemäß können somit nur ein oder wenige Düsen 6 eines Strahlbrenners mit dieser Vorrichtung zur An- saugung von Heißgas 4 ausgestaltet sein. Diese können bei Teillastbetrieb als Pilotbrenner wirken. Das Fluid kann dabei ein Brennstoff/Luft Gemisch sein. Hierzu kann es zusätzlich vorteilhaft sein, dass diese „Pilotstrahlen" kleiner ausge- führt werden als die anderen Strahlen, damit weniger Verdichterluft durch diese Düsen 6 tritt. Im Volllastbetrieb oder nahe der Volllast wird das Fluid nur noch mit wenig oder gar keinem Brennstoff beaufschlagt. Das Fluid kann dabei dann im Wesentlichen aus Verdichterluft bestehen. Somit können erhöh- te NOx-Werte bei Grundlast vermieden werden.
Das Heißgas wird dabei über den Ringspalt 8 angesaugt. Dieser wird durch ein Einsatzrohr 12 gebildet. Stromaufwärts im Einsatzrohr 12 sind ein oder mehrere Öffnungen 11 gebildet, mittels denen das Heißgas 4 dem Fluidstrahl 2 beigemischt werden kann. Die Öffnungen 11 sind im Einsatzrohr 12 strahl- seitig, das heißt in der den Strahl begrenzenden Wand angeordnet. Die Öffnungen 11 können dabei als Bohrungen ausgeführt sein.
Die Größe der Öffnungen 11 als auch die radiale Höhe H des Ringspalts 8 sind dabei so ausgeführt, dass eine gute
Heißgaseinmischung in den Fluidstrahl 2 in der Strahldüse 6 gewährleistet ist.
Die Düse 6 weist zudem einen Düsenauslass 22 mit Durchmesser D auf. Der Düsenauslass 22 kann gegenüber dem Ringspalt 8 in Strömungsrichtung versetzt angeordert sein. Bevorzugt umfasst der Versatz 24 eine Länge L von 0mm-3x D (mm) , wobei D der Durchmesser des Düsenauslasses 22 ist.
Somit wird gerade im Teillastbereich die Gemischtemperatur auf einen Wert gebracht, die eine sichere Zündung und damit eine verlässliche Stabilisierung des Gesamtbrenners in allen Fahrbereichen gewährleistet.
Der Fluidstrahl 2 kann dabei aus einen Luft/Brennstoffgemisch unterschiedlicher Mischungsgüte bestehen. Die Strahlflamme selber kann dabei vorgemischt, teil- vorgemischt oder nicht- vorgemischt sein.
Fig. 5 zeigt ein weiteres zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Düse 6a. Dabei ist ein zweiter Ringkanal 20 vorhanden, welcher um den Ringspalt 8 herum angeordnet ist. Dieser Ringkanal 20 kann im Wesentlichen zur Führung der Verdichterluft oder des Luft/Brennstoffgemisch zum Düseneinlass 28 ausgestaltet sein. Die Verbrennungsluft bzw. das Brenn- stoff/Luftgemisch kann zur Kühlung besonders der radial äußeren Wand des Einsatzrohres 12 dienen. Dies ist vorteilhaft, da die eingesaugten Gase eine hohe Temperatur aufweisen, die ansonsten potentiell den Brenner schädigen können. Der Ringkanal 20 kann zudem mit wärmeübergangserhöhenden Maßnahmen ausgeführt sein. Dies können beispielsweise Dimpel und/oder Wings oder/und Kühlrippen sein, wie auch eine konvektiv oder Prallkühlung oder andere konventionelle Kühlkonzepte, bei denen die als Kühlluft ausgestaltete Verdichterluft oder das Luft/Brennstoffgemisch in den Reaktionsraum 5 abgegeben wird. Somit wird die Verdichterluft oder das Luft/Brennstoffgemisch zur Kühlung der heißgasführenden Bauteile unter gleichzeitiger Vorwärmung genutzt.
Auch können die heißgasführenden Passagen, also insbesondere das Einsatzrohr 12 aus hochwertigen Werkstoffen z.B. aus keramischen oder Keramikenthaitigen Werkstoffen gefertigt sein, wobei die Werkstoffe noch beschichtet sein können.
Fig. 6 und Fig. 7 zeigen weitere Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Düse 6b und 6c. Diese zeigen Düsen, welche insbesondere die statische Druckdifferenz zwischen der Brennkammer 16 bzw. dem Reaktionsraum 5 und der Fluidstrahlströ- mung 2 in Höhe der Einmischstelle erhöhen. Fig. 6 zeigt dabei ein Einsatzrohr 12a, welches am stromauf- wärtigen Ende eine Verdickung 15 aufweist. Die Verdickung 15 ist dabei abgerundet ausgeführt. Somit können vorteilhafter- weise Umlenkverluste der Verdichterluft bzw. des Brennstoff/Luftgemisches im Ringkanal 20 vermieden werden.
Auch kann die Verdickung 15 in Strömungsrichtung diffus 16 ausgebildet sein. Somit ergibt sich eine besonders effiziente Druckdifferenzerhöhung. Die Öffnungen 11 können dabei auch als Schlitze, welche ggf. schräg an gestellt sind, ausgeführt sein .
Fig. 7 weist eine Düse 6c auf, bei welcher das Einsatzrohr 12b fluidstromseitig in Strömungsrichtung diffus 21 ausgebildet ist. Auch hier ergibt sich eine besonders effiziente Druckdifferenzerhöhung .
Mit der hier vorgestellten Erfindung wird somit eine verläss- liehe Zündung und damit eine verlässliche Stabilisierung des Gesamtbrenners gewährleistet. Dabei werden angesaugte Heißgase 4 über einen Ringspalt 8 um den eigentlichen Strahl, das heißt, dem Fluidstrahl 2 angesaugt, und innerhalb der Düse 6 diesem Strahl 2 beigemischt. Als treibende Kraft wird dabei die statische Druckdifferenz zwischen Brennkammer und Strahlströmung eingesetzt. Insbesondere ist bei Teillastbetrieb eine solche Stabilisierung wichtig.
Next Patent: EVAPORATOR SYSTEM FOR ORGANIC COATINGS AND COMPONENTS