(19) |
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(11) |
EP 0 427 033 B1 |
(12) |
EUROPÄISCHE PATENTSCHRIFT |
(45) |
Hinweis auf die Patenterteilung: |
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28.12.1994 Patentblatt 1994/52 |
(22) |
Anmeldetag: 20.10.1990 |
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(54) |
Dampferzeuger
Steam generator
Générateur de vapeur
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(84) |
Benannte Vertragsstaaten: |
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BE DK ES FR GB IT NL SE |
(30) |
Priorität: |
04.11.1989 DE 3936806
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(43) |
Veröffentlichungstag der Anmeldung: |
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15.05.1991 Patentblatt 1991/20 |
(73) |
Patentinhaber: DEUTSCHE FORSCHUNGSANSTALT
FÜR LUFT- UND RAUMFAHRT e.V. |
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53111 Bonn (DE) |
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(72) |
Erfinder: |
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- Sternfeld, Hans, Prof.Dr.
W-7109 Jagsthausen (DE)
- Wolfmüller, Karlheinz, Prof.Dr.
W-7519 Eppingen/Adelshofen (DE)
- Brunn, Alfred
W-6962 Adelsheim-Sennfeld (DE)
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(74) |
Vertreter: Hoeger, Stellrecht & Partner |
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Uhlandstrasse 14 c 70182 Stuttgart 70182 Stuttgart (DE) |
(56) |
Entgegenhaltungen: :
EP-A- 0 088 376 FR-A- 324 895
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DE-C- 704 301 US-A- 4 377 067
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Anmerkung: Innerhalb von neun Monaten nach der Bekanntmachung des Hinweises auf die
Erteilung des europäischen Patents kann jedermann beim Europäischen Patentamt gegen
das erteilte europäischen Patent Einspruch einlegen. Der Einspruch ist schriftlich
einzureichen und zu begründen. Er gilt erst als eingelegt, wenn die Einspruchsgebühr
entrichtet worden ist. (Art. 99(1) Europäisches Patentübereinkommen). |
[0001] Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger, insbesondere einen Wasserstoff/Sauerstoffdampferzeuger,
mit einem Einblaskopf, durch welchen ein Oxidator und ein Brennstoff in eine sich
an den Einblaskopf anschließende Brennkammer eingeblasen werden und welcher mehrere
Einblaselemente aufweist, die ihrerseits den Oxidator und den Brennstoff gemeinsam
in die Brennkammer einblasen, und mit in die Brennkammer mündenden Einspritzvorrichtungen
für Wasser.
[0002] In der US-A-4,377,067 ist ein Dampferzeuger offenbart, bei welchem die Zufuhr der
Treibstoffe in die Brennkammer durch eine Vielzahl von Rohrkörpern erfolgt, welche
in Bohrungen in einem Einsatz eingesetzt sind und sich durch Bohrungen in einem weiteren
Einsatz und Bohrungen in einem zusätzlichen Einsatz sowie durch Bohrungen in der Einspritzplatte
hindurch bis in die Brennkammer erstrecken und mit den Trennwänden der Hohlräume verschweißt
sind.
[0003] Diese Rohrkörper weisen nun, sowohl die zentrale Bohrung für den Sauerstoff als auch
um diese herum angeordnete Bohrungen für den Wasserstoff auf, wobei die Mittelachse
der einzelnen Bohrungen, aus welchen der Wasserstoff austritt, gegenüber der Achse
der Bohrungen, aus welcher der Sauerstoff austritt, geneigt sind.
[0004] Bei derartigen Dampferzeugern besteht das Problem, den Oxidator und den Brennstoff
optimal in die Brennkammer einzublasen, so daß eine vollständige Verbrennung erfolgt,
wobei vorzugsweise der Oxidator und der Brennstoff in stöchiometrischen Verhältnissen
eingeblasen werden und eine vollständige Verbrennung erreicht werden soll.
[0005] Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der gattungsgemäßen
Art zu schaffen, bei welchem optimale Verbrennungsverhältnisse in der Brennkammer
geschaffen werden.
[0006] Diese Aufgabe wird bei einem Dampferzeuger der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß
dadurch gelöst, daß die Einblaselemente entweder den Oxidator oder den Brennstoff
in einer inneren Zylinderströmung und den Brennstoff oder den Oxidator in einer die
innere Zylinderströmung umschließenden Ringströmung führen und austreten lassen.
[0007] Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß durch diese Art der Einblasung
des Oxidators und des Brennstoffs eine zuverlässige und vor allem stöchiometrische
Verbrennung der beiden möglich ist, was insbesondere bei Verwendung von Sauerstoff
als Oxidator und Wasserstoff als Brennstoff eine zwingende Notwendigkeit darstellt.
[0008] Besonders zweckmäßig ist dabei, daß die Ringströmung und die innere Zylinderströmung
von dem Einblaselement direkt in die Brennkammer eingeblasen werden.
[0009] Ferner ist es von Vorteil, wenn die Ringströmung und die Zylinderströmung mit parallel
zueinander verlaufenden Strömungsrichtungen im Einblaselement gebildet und in die
Brennkammer eingeblasen wird.
[0010] Als besonders günstig hat es sich hierbei erwiesen, wenn die Ringströmung koaxial
zur inneren Zylinderströmung verläuft.
[0011] Weiterhin hat sich bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Einblaskopfes als zweckmäßig
erwiesen, wenn der Oxidator in der inneren Zylinderströmung und der Brennstoff in
der äußeren Ringströmung geführt werden, so daß die Brennstoffströmung jeweils die
Strömung des Oxidators umgibt.
[0012] Wie bereits eingangs erwähnt, ist vorzugsweise der Oxidator Sauerstoff und der Brennstoff
Wasserstoff, wobei beide in stöchiometrisch gehaltenen Massenstromverhältnissen zugeführt
werden.
[0013] Bei der Konzeption des erfindungsgemäßen Einblaskopfes hat es sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, wenn die Einblaselemente in einem Innenbereich einer Bodenplatte
des Einblaskopfes angeordnet sind, welche einen den Innenbereich umschließenden, einblaselementfreien
Randbereich aufweist, wobei sich dieser Randbereich vorzugsweise bis zu einer die
Brennkammer umschließenden Wand erstreckt. Durch das Vorsehen dieses einblaselementfreien
Randbereichs wird insgesamt eine bessere Energieumsetzung stromabwärts der Einblaselemente
und eine niedrigere Wärmebelastung der Brennkammerwand erreicht.
[0014] Besonders vorteilhafte Relationen zwischen dem Innenbereich und dem Randbereich ergeben
sich dann, wenn die Fläche des Innenbereichs nicht mehr als das 0,6-fache der Gesamtfläche
der Bodenplatte, gebildet aus der Summe der Flächen des Innen- und des Randbereichs,
beträgt.
[0015] In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, daß die Bodenplatte kreisförmig
ausgebildet ist. Somit ist es auch zweckmäßig, wenn der Innenbereich kreisförmig ausgebildet
ist und der Randbereich einen den Innenbereich umgebenden Kreisringbereich darstellt.
[0016] Hinsichtlich der Ausbildung der Einblaselemente hat es sich ferner als vorteilhaft
erwiesen, wenn die Querschnittsfläche der Zylinderströmung größer als die Querschnittsfläche
der Ringströmung gehalten ist, um insbesondere eine gute Vermischung zwischen dem
Brennstoff und dem Oxidator zu erreichen.
[0017] Auch bezüglich der einzelnen, die Zylinderströmung und die Ringströmung führenden
Rohre haben sich bei bestimmten Relationen vorteilhafte Brenneigenschaften der Einblaselemente
ergeben.
[0018] So ist es besonders vorteilhaft, wenn die Länge des die Zylinderströmung ausbildenden
Innenrohrs des Einblaselements das mindestens Dreifache von dessen Durchmesser beträgt.
[0019] In gleicher Weise hat es sich alternativ oder zusätzlich zu dem Vorgenannten als
besonders günstig erwiesen, wenn die Länge der die Ringströmung ausbildenden Mantelfläche
des Einblaselements mindestens das Dreifache des "äquivalenten" oder "hydraulischen"
Durchmessers der Ringströmung beträgt.
[0020] Bei den bislang beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde lediglich auf die Anordnung
der Einblaselemente, welche während des Betriebs des Dampferzeugers die Zufuhr des
Oxidators und des Brennstoffs übernehmen, eingegangen. Es wurde jedoch nichts darüber
gesagt, wie eine Zündung des Oxidator/Brennstoffgemischs erfolgen soll.
[0021] So sieht ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel vor, daß in dem Randbereich
der Bodenplatte eine Mündungsöffnung einer Zündkammer oder Mündungsöffnungen mehrerer
Zündkammern angeordnet sind. Dadurch wird erreicht, daß die Zündkammern außerhalb
des Bereichs liegen, in welchem die für den Betrieb vorgesehenen Einblaselemente angeordnet
sind und somit die Einblaselemente ohne Rücksicht auf die Zündkammern optimal angeordnet
werden können.
[0022] Vorzugsweise sind, um eine gleichmäßige Zündung zu erreichen, mehrere Zündkammern
vorgesehen.
[0023] Während bei den Einblaselementen vorgesehen ist, daß diese den Oxidator und den Brennstoff
so in die Brennkammer einblasen, daß diese sich erst in der Brennkammer vollständig
vermischen, ist im Gegensatz dazu bei den Zündkammern vorgesehen, daß in diesen der
Oxidator und der Brennstoff zu einem zündfähigen Gemisch vermischt werden.
[0024] Vorzugsweise ist dabei die Zündkammer so ausgebildet, daß der in einer inneren Zylinderströmung
zugeführte Oxidator und der in einer die innere Zylinderströmung umschließenden Ringströmung
geführte Brennstoff, vor deren Austritt aus der Bodenplatte in einem Zündraum, vollständig
vermischt werden.
[0025] Günstigerweise ist der Zündraum so angeordnet, daß er sich an ein inneres, die innere
Zylinderströmung erzeugendes Zylinderrohr anschließt.
[0026] Außerdem ist zweckmäßigerweise der Zündraum so angeordnet, daß er von der Fortsetzung
der die Ringströmung nach außen begrenzenden Mantelfläche umgrenzt ist.
[0027] Zur Zündung des Gemischs aus Oxidator und Brennstoff ist vorzugsweise ein Zündelement
im Zündraum vorgesehen, wobei insbesondere das Zündelement unmittelbar vor der Mündungsöffnung
angeordnet ist.
[0028] Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung
sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels; in der Zeichnung
zeigen:
- Fig. 1
- einen teilweisen Längsschnitt durch ein schematisch dargestelltes Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers;
- Fig. 2
- eine vergrößerte Darstellung eines Einblaskopfs, und
- Fig. 3
- einen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig. 2.
[0029] Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Dampferzeugers, dargestellt in Fig.
1 umfaßt einen Einblaskopf 10, an welchen sich eine Brennkammer 12 anschließt, welche
von einem Brennkammergehäuse 14 umgeben ist. In diesem Brennkammergehäuse sind im
Abstand von dem Einblaskopf 10 mindestens einer oder auch mehrere Einspritzringe 16
angeordnet, mit welchen Wasser in die Brennkammer eingespritzt wird, so daß sich an
einem dem Einblaskopf 10 gegenüberliegenden Ende ein Dampfstrom 18 ausbildet, welcher
durch eine Auslaßöffnung 20 aus dem Dampferzeuger austritt. Das erfindungsgemäße Ausführungsbeispiel
wird vorzugsweise als Wasserstoff/Sauerstoff-Dampferzeuger betrieben, bei welchem
ein Sauerstoffstrom GO₂ und ein Wasserstoffstrom GH₂ dem Einblaskopf 10 in stöchiometrischen
Verhältnissen zugeführt werden, wobei dieser Einblaskopf 10 dann die beiden Ströme
in die Brennkammer 12 einbläst.
[0030] Wie in Fig. 2 dargestellt, bildet der die Brennkammer 12 abschließende und als Ganzes
mit 10 bezeichnete Einblaskopf eine Bodenplatte 22, welche mit einem äußeren Auflagerand
24 an einem Abschlußflansch 26 des Brennkammergehäuses 14 anliegt und sich in einer
senkrecht zu einer Längsachse 28 des Brennkammergehäuses verlaufenden Ebene erstreckt.
[0031] In einem konzentrisch um die Längsachse 28 herum verlaufenden, vorzugsweise kreisförmigen
Innenbereich I ist die Bodenplatte 22 mit einer Vielzahl von als Ganzes mit 30 bezeichneten
Einblaselementen versehen, welche mit einer Längsachse 32 parallel zur Längsachse
28 des Brennkammergehäuses ausgerichtet sind. Vorzugsweise sind dabei die Einblaselemente
30 in einem regelmäßigen Muster in dem Innenbereich I angeordnet und weisen im wesentlichen
konstante Abstände voneinander auf.
[0032] Jedes dieser Einblaselemente 30 umfaßt eine Bohrung 34, welche sich von einer der
Brennkammer 12 zugewandten Frontseite 36 der Bodenplatte 22 durch die Bodenplatte
22 hindurch in Richtung von der Brennkammer 12 weg bis zu einem Wasserstoffverteilerraum
38 erstreckt, und einem nachfolgend beschriebenen Innenrohr 50. Der Wasserstoffverteilerraum
38 wird dabei gebildet von einem Zwischenraum zwischen der Bodenplatte 22 und einem
parallel zu dieser auf der der Brennkammer gegenüberliegenden Seite sowie im Abstand
zu dieser angeordneten Zwischenboden 40, wobei die Zufuhr des Wasserstoffmassenstroms
GH₂ vorzugsweise in einem Außenbereich des Wasserstoffverteilerraums 38, insbesondere
über eine in radialer Richtung zur Längsachse 28 verlaufende Wasserstoffzuleitung
42 erfolgt, welche in den Wasserstoffverteilerraum 38 mündet.
[0033] Auf der dem Wasserstoffverteilerraum 38 gegenüberliegenden Seite des Zwischenbodens
40 ist ein Sauerstoffverteilerraum 44 vorgesehen, welcher einerseits durch den Zwischenboden
40 und andererseits durch einen rückseitigen Deckel 46 des Einblaskopfs 10 gebildet
wird. In diesen Sauerstoffverteilerraum 44 mündet eine Sauerstoffzuleitung 48.
[0034] Außer durch die Bohrung 34 umfassen die Einblaselemente 30 auch noch das Innenrohr
50, welches den Zwischenboden 40 durchsetzt und von dem Sauerstoffverteilerraum 44
ausgehend sich in Richtung der Brennkammer 12 erstreckt und innerhalb der Bohrung
34 mit einem vorderen Ende 52 mündet, wobei das vordere Ende 52 in einem Abstand a
hinter der Frontseite 36 der Bodenplatte 22 liegt.
[0035] Das Innenrohr 50 ist dabei koaxial zur Längsachse des jeweiligen Einblaselements
30 ausgerichtet und weist einen Außendurchmesser auf, welcher kleiner als ein Innendurchmesser
der Bohrung 34 ist, so daß, wie in Fig. 3 dargestellt, zwischen dem Innenrohr 50 und
der Bohrung 34 ein Ringspalt 54 verbleibt.
[0036] Da das Innenrohr 50 von dem Sauerstoffverteilerraum 44 ausgeht, strömt durch dieses
Innenrohr 50 eine Zylinderströmung 56 von Sauerstoffgas, welche aus diesem Innenrohr
an dessen vorderem Ende 52 austritt.
[0037] Da die Bohrung 34 sich bis zu dem Wasserstoffverteilerraum 38 erstreckt, welcher
von dem Innenrohr 50 aber vollständig durchsetzt ist, strömt in dem Ringspalt 54 zwischen
dem Innenrohr 50 und der Bohrung 34 eine Ringströmung 58 von Wasserstoffgas, welche
um die Zylinderströmung 56 bis zu dem vorderen Ende 52 des Innenrohrs 50 getrennt
verläuft, so daß sich in dem Einblaselement 30 beide Strömungen erst ab dem vorderen
Ende 52 des Innenrohrs vermischen können. Da das vordere Ende 52 im Abstand a von
der Frontseite 36 der Bodenplatte 22 angeordnet ist, beginnt eine Vermischung der
Ringströmung 58 mit der Zylinderströmung 56 in geringem Maße schon vor der Frontseite
der Bodenplatte 22 setzt sich aber dann in verstärktem Maße in die Brennkammer 12
hinein fort und erfolgt in dieser dann vollständig.
[0038] Erfindungsgemäß ist die für die Zylinderströmung zur Verfügung gestellte Querschnittsfläche
FZ größer als die für die Ringströmung zur Verfügung gestellte Querschnittsfläche
FR, wobei zusätzlich stets die Bedingung einzuhalten ist, daß Sauerstoff und Wasserstoff
in stöchiometrischen Verhältnissen miteinander eingeblasen werden.
[0039] Darüberhinaus ist in erfindungsgemäßer Weise die Länge LI des Innenrohrs 50 größer
als der dreifache Durchmesser des Innenrohrs.
[0040] Außerdem ist in erfindungsgemäßer Weise auch die Länge LB einer Mantelfläche der
Bohrung 34 so gewählt, daß sie größer ist als das dreifache des "äquivalenten" oder
"hydraulischen" Durchmessers der Ringströmung 58, wobei sich dieser "äquivalente"
oder "hydraulische" Durchmesser gemäß der Formel
errechnet, wobei U der Umfang des Strömungsquerschnitts der Ringströmung 58 ist.
[0041] Der Innenbereich I der Bodenplatte 22, welcher mit den Einblaselementen 30 versehen
ist, ist noch zusätzlich umgeben von einem Randbereich R, welcher den Innenbereich
I kreisringförmig umschließt und bis zu einer Innenwandfläche 60 des Brennkammergehäuses
14 reicht. Erfindungsgemäß ist dieser Randbereich R nicht mit Einblaselementen 30
versehen.
[0042] Dagegen sind in dem Randbereich R vorzugsweise Zündkammern 62 vorgesehen, welche
sich insbesondere in entgegengesetzter Richtung zur Brennkammer 12 von der Bodenplatte
22 ausgehend erstrecken und mit ihrer vorderen Mündungsöffnung 64 in der Frontseite
36 der Bodenplatte 22 münden.
[0043] Die Zündkammern 62 umfassen dabei ein eine Außenwand desselben bildendes Hüllrohr
66 sowie ein koaxial in diesem Hüllrohr 66 angeordnetes Zylinderrohr 68, welches zwischen
einer Innenwand des Hüllrohrs 66 und seiner eigenen Außenwand einen Ringraum 70 zwischen
dem Hüllrohr 66 bildet. Ein hinteres Ende des Zylinderrohrs 68 ist mit einer Sauerstoffzuführleitung
72 verbunden, während ein hinteres Ende des Ringraums 70 mit einer Wasserstoffzuführleitung
74 verbunden ist, so daß ebenfalls eine Zylinderströmung des Sauerstoffs von einer
Ringströmung von Wasserstoff umgeben ist.
[0044] Vorzugsweise endet das Zylinderrohr 68 in einem Abstand Z vor der Mündungsöffnung
64, so daß sich in der Zündkammer 62 die Ringströmung des Wasserstoffs mit der Zylinderströmung
des Sauerstoffs vollständig vermischen können. Vorzugsweise ist zwischen dem Ende
des Zylinderrohrs 68 und der Mündungsöffnung 64 ein elektrischer Zünder 76 vorgesehen,
welcher die sich mit der Zylinderströmung des Sauerstoffs vermischte Ringströmung
des Wasserstoffs vor der Mündungsöffnung 64 zündet, so daß aus der Mündungsöffnung
64 in der Bodenplatte 22 ein brennender Strahl 78 aus Wasserstoff und Sauerstoff austritt,
welcher dann in der Lage ist, die im Innenbereich I aus der Bodenplatte 22 austretenden
Wasserstoff/Sauerstoffströme zu zünden.
[0045] Hierzu wird vorzugsweise zwischen dem vorderen Ende des Zylinderrohrs 68 und der
Mündungsöffnung 64 ein Zündraum 80 ausgebildet, welcher die Länge Z aufweist und sich
zwischen dem vorderen Ende des Zylinderrohrs 68 und der Mündungsöffnung 64 erstreckt.
Vorzugsweise wird der Zündraum durch eine innere Mantelfläche 82 des Hüllrohrs 66
begrenzt, die ebenfalls zur Ausbildung der Ringströmung im Bereich zwischen dem Hüllrohr
66 und dem Zylinderrohr 68 beiträgt und sich bis zur Mündungsöffnung 64 fortsetzt.
Zweckmäßigerweise ragt ein Zündkopf 84 des Zündelements 76 über diese innere Mantelfläche
hervor und ist in einem Bereich der vollständigen Vermischung des Oxidators mit dem
Brennstoff, vorzugsweise unmittelbar vor der Mündungsöffnung 64 angeordnet.
[0046] Als Zündelement ist vorzugsweise eine Zündkerze oder eine Glühkerze vorgesehen.
[0047] Vorzugsweise ist bei dem erfindungsgemäßen Einblaskopf die Fläche FI des Innenbereichs
so gewählt, daß sie kleiner oder gleich dem 0,6-fachen der Fläche FI + FRa, d.h. der
Summe der Fläche des Innenbereichs FI und der Fläche des Randbereichs FRa beträgt.
1. Dampferzeuger mit einem Einblaskopf, durch welchen ein Oxidator und ein Brennstoff
in eine sich an den Einblaskopf anschließende Brennkammer eingeblasen werden, und
welcher mehrere Einblaselemente aufweist, die ihrerseits den Oxidator und den Brennstoff
gemeinsam in die Brennkammer einblasen, und mit in die Brennkammer mündenden Einspritzvorrichtungen
für Wasser,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Einblaselemente (30) entweder den Oxidator (O₂) oder den Brennstoff (H₂) in
einer inneren Zylinderströmung (56) und den Brennstoff (H₂) oder den Oxidator (O₂)
in einer die innere Zylinderströmung (56) umschließenden Ringströmung (58) führen
und austreten lassen.
2. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringströmung (58) koaxial
zur Zylinderströmung (56) verläuft.
3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oxidator (O₂)
in der inneren Zylinderströmung (56) und der Brennstoff (H₂) in der Ringströmung (58)
geführt sind.
4. Dampferzeuger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Einblaselemente (30) in einem Innenbereich (I) einer Bodenplatte (22) des Einblaskopfs
(10) angeordnet sind, welche einen den Innenbereich (I) umschließenden einblaselementfreien
Randbereich (R) aufweist.
5. Dampferzeuger nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des Innenbereichs
(FI) weniger als das 0,6-fache der Gesamtfläche der Bodenplatte (22), gebildet aus
der Summe der Flächen des Innenbereichs (FI) und des Randbereichs (FRa), beträgt.
6. Dampferzeuger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Querschnittsfläche der Zylinderströmung (FZ) größer als die Querschnittsfläche
(FR) der Ringströmung ist.
7. Dampferzeuger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge (LI) des die Zylinderströmung (56) ausbildenden Innenrohres (50) des Einblaselements
(30) mindestens ungefähr das Dreifache von dessen Durchmesser beträgt.
8. Dampferzeuger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Länge (LB) der die Ringströmung (58) ausbildenden Mantelfläche (34) des Einblaselements
(30) mindestens ungefähr das Dreifache des "äquivalenten" oder "hydraulischen" Durchmessers
der Ringströmung (58) beträgt.
9. Dampferzeuger nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
in dem Randbereich (R) der Bodenplatte (22) eine Mündungsöffnung (64) einer Zündkammer
(62) angeordnet ist.
10. Dampferzeuger nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Zündkammern (62)
vorgesehen sind.
11. Dampferzeuger nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer
(62) so ausgebildet ist, daß der Oxidator (O₂) und der Brennstoff (H₂) zu einem zündfähigen
Gemisch vermischt werden.
12. Dampferzeuger nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündkammer (62) so
ausgebildet ist, daß der in einer inneren Zylinderströmung zugeführte Oxidator (O₂)
und der in einer die innere Zylinderströmung umgebenden Ringströmung zugeführte Brennstoff
(H₂) vor deren Austritt aus der Bodenplatte (22) in einem Zündraum (80) vermischt
werden.
13. Dampferzeuger nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündraum (80) sich
an ein inneres, die innere Zylinderströmung erzeugendes Zylinderrohr (68) anschließt.
14. Dampferzeuger nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Zündraum (80)
von der Fortsetzung der die Ringströmung nach außen begrenzenden Mantelfläche (82)
umgrenzt ist.
15. Dampferzeuger nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zündelement
(66) in dem Zündraum (80) angeordnet ist.
16. Dampferzeuger nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündelement (66) unmittelbar
vor der Mündungsöffnung (64) angeordnet ist.
1. Steam generator with an injection head, an oxidizer and a fuel being injected therethrough
into a combustion chamber following the injection head, and said injection head having
a plurality of injection elements, said elements, for their part, injecting the oxidizer
and the fuel together into the combustion chamber, and injection devices for water
opening into the combustion chamber, characterized in that the injection elements
(30) convey either the oxidizer (O₂) or the fuel (H₂) in an inner cylindrical flow
(56) and the fuel (H₂) or the oxidizer (O₂) in an annular flow (58) surrounding the
inner cylindrical flow (56) and allow them to exit.
2. Steam generator as defined in claim 1, characterized in that the annular flow (58)
extends coaxially to the cylindrical flow (56).
3. Steam generator as defined in claim 1 or 2, characterized in that the oxidizer (O₂)
is conveyed in the inner cylindrical flow (56) and the fuel (H₂) in the annular flow
(58).
4. Steam generator as defined in any of the preceding claims, characterized in that the
injection elements (30) are arranged in an inner region (I) of a base plate (22) of
the injection head (10), said base plate having an edge region (R) surrounding the
inner region (I) and being free of injection elements.
5. Steam generator as defined in claim 4, characterized in that the surface area of the
inner region (FI) is less than 0.6 times the total surface area of the base plate
(22), formed by the sum of the surface areas of the inner region (FI) and the edge
region (FRa).
6. Steam generator as defined in any of the preceding claims, characterized in that the
cross-sectional area of the cylindrical flow (FZ) is greater than the cross-sectional
area (FR) of the annular flow.
7. Steam generator as defined in any of the preceding claims, characterized in that the
length (LI) of the inner pipe (50) of the injection element (30) forming the cylindrical
flow (56) is at least approximately three times its diameter.
8. Steam generator as defined in any of the preceding claims, characterized in that the
length (LB) of the circumferential surface (34) of the injection element (30) forming
the annular flow (58) is at least approximately three times the "equivalent" or "hydraulic"
diameter of the annular flow (58).
9. Steam generator as defined in any of the preceding claims, characterized in that an
opening (64) of an ignition chamber (62) is arranged in the edge region (R) of the
base plate (22).
10. Steam generator as defined in claim 9, characterized in that a plurality of ignition
chambers (62) are provided.
11. Steam generator as defined in claim 9 or 10, characterized in that the ignition chamber
(62) is designed such that the oxidizer (O₂) and the fuel (H₂) are mixed to form an
ignitable mixture.
12. Steam generator as defined in claim 11, characterized in that the ignition chamber
(62) is designed such that the oxidizer (O₂) introduced in an inner cylindrical flow
and the fuel (H₂) introduced in an annular flow surrounding the inner cylindrical
flow are mixed in an ignition volume (80) prior to exiting from the base plate (22).
13. Steam generator as defined in claim 12, characterized in that the ignition volume
(80) follows an inner cylindrical pipe (68) forming the inner cylindrical flow.
14. Steam generator as defined in claim 12 or 13, characterized in that the ignition volume
(80) is bounded by the continuation of the circumferential surface (82) limiting the
annular flow outwardly.
15. Steam generator as defined in any of claims 9 to 14, characterized in that an ignition
element (66) is arranged in the ignition volume (80).
16. Steam generator as defined in claim 15, characterized in that the ignition element
(66) is arranged directly in front of the opening (64).
1. Générateur de vapeur comprenant une tête d'injection, par laquelle un oxydant et un
combustible sont insufflés dans une chambre de combustion raccordée à la tête d'injection
et qui présente plusieurs éléments d'injection qui, à leur tour, injectent l'oxydant
et le combustible conjointement dans la chambre de combustion, et des dispositifs
d'injection d'eau débouchant dans la chambre de combustion, caractérisé en ce que
les éléments d'injection (30) guident et laissent sortir l'oxydant (O₂) ou le combustible
(H₂) dans un courant cylindrique interne (56) et le combustible (H₂) ou l'oxydant
(O₂) dans un courant annulaire (58) entourant le courant cylindrique interne (56).
2. Générateur de vapeur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le courant
annulaire (58) s'étend coaxialement au courant cylindrique (56).
3. Générateur de vapeur suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que
l'oxydant (O₂) est guidé dans le courant cylindrique interne (56) et le combustible
(H₂) dans le courant annulaire (58).
4. Générateur de vapeur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en
ce que les éléments d'injection (30) sont agencés dans une zone interne (I) d'une
plaque de fond (22) de la tête d'injection (10) qui présente une zone de bord (R)
exempte d'éléments d'injection et entourant la zone interne (I).
5. Générateur de vapeur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la surface
de la zone interne (FI) est inférieure à 0,6 fois la surface totale de la plaque de
fond (22), formée de la somme des surfaces de la zone interne (FI) et de la zone de
bord (FRa).
6. Générateur de vapeur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en
ce que la surface en section transversale du courant cylindrique (FZ) est plus grande
que la surface en section transversale (FR) du courant annulaire.
7. Générateur de vapeur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en
ce que la longueur (LI) du tube interne (50), réalisant le courant cylindrique (56),
de l'élément d'injection (30) est au moins égale à environ trois fois son diamètre.
8. Générateur de vapeur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en
ce que la longueur (LB) de la surface d'enveloppe (34), réalisant le courant annulaire
(58), de l'élément d'injection (30) est au moins égale à environ trois fois le diamètre
"équivalent" ou "hydraulique" du courant annulaire (58).
9. Générateur de vapeur suivant l'une des revendications précédentes, caractérisé en
ce qu'un orifice d'embouchure (64) d'une chambre d'allumage (62) est agencé dans la
zone marginale (R) de la plaque de fond (22).
10. Générateur de vapeur suivant la revendication 9, caractérisé en ce que plusieurs chambres
d'allumage (62) sont prévues.
11. Générateur de vapeur suivant l'une des revendications 9 et 10, caractérisé en ce que
la chambre d'allumage (62) est réalisée de façon que l'oxydant (O₂) et le combustible
(H₂) soient mélangés pour former un mélange allumable.
12. Générateur de vapeur suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la chambre
d'allumage (62) est réalisée de façon que l'oxydant (O₂) amené dans un courant cylindrique
interne et le combustible (H₂) amené dans un courant annulaire entourant le courant
cylindrique interne sont mélangés dans un espace d'allumage (80) avant leur sortie
de la plaque de fond (22).
13. Générateur de vapeur suivant la revendication 12, caractérisé en ce que l'espace d'allumage
(80) se raccorde à un tube cylindrique (68) interne qui produit le courant cylindrique
interne.
14. Générateur de vapeur suivant l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce
que l'espace d'allumage (80) est délimité par le prolongement de la surface d'enveloppe
(82) limitant vers l'extérieur le courant annulaire.
15. Générateur de vapeur suivant l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce qu'un
élément d'allumage (66) est agencé dans l'espace d'allumage (80).
16. Générateur de vapeur suivant la revendication 15, caractérisé en ce que l'élément
d'allumage (66) est agencé directement avant l'orifice d'embouchure (64).