Niskoemisyjna komora spalania opracowana przez naukowców Georgia Tech

Niskoemisyjna komora spalania opracowana przez naukowców Georgia Tech

Amerykańscy naukowcy z Instytutu Technicznego w Georgii stworzyli nową komorę spalania, która może znaleźć zastosowanie w wielu urządzeniach, począwszy od silników odrzutowych, poprzez zespoły napędowe, a kończąc na domowych podgrzewaczach wody. Zastosowane przez nich rozwiązania techniczne są bardzo proste, jednak efekt jaki przynoszą jest wart uwagi. Główną zaletą nowej konstrukcji jest ograniczenie do minimum emisji tlenku azotu i tlenku węgla, dwóch substancji w głównej mierze odpowiedzialnych za zanieczyszczenie powietrza.

Nową komorę spalania nazwano Stagnation Point Reverse Flow Combustor. Według dr Bena Zinna z Guggenheim School of Aerospace Engineering, głównego koordynatora badań, nowa komora ma prostszą konstrukcję niż dostępne obecnie rozwiązania. Dzięki temu jej produkcja i konserwacja jest dużo tańsza. Ponadto umożliwia kompletne spalenie paliwa połączone z produkcją większej ilości energii i ograniczeniem emisji spalin do minimum. Ma to ogromne znaczenie w dzisiejszych czasach, kiedy regulacje prawne ciągle zmniejszają dopuszczalny poziom emisji tlenków azotu i węgla pochodzących z silników, elektrowni i przemysłu.

Obecnie, w celu zmniejszenia emisji, przed wtryśnięciem paliwa do komory miesza się go z dużą ilością wirującego powietrza. Wymaga to złożonych i drogich rozwiązań, a sam proces spalania często powoduje komplikacje prowadzące szybkiego zużycia urządzenia. Konstrukcja Instytutu Technicznego w Georgii eliminuje te wady. W tym przypadku powietrze i paliwo są wtryskiwane osobno do komory spalania, natomiast sam kształt komory zmusza oba składniki do mieszania się ze sobą i z produktami spalania zanim nastąpi zapłon.

W nowej konstrukcji badacze chcieli wykorzystać proces spalania bezdymnego, który jest efektem niskotemperaturowego spalania. Paliwo spala się w niskotemperaturowych reakcjach, które zachodzą w wielu miejscach komory. Lepsza kontrola przepływu substratów reakcji i produktów spalania wewnątrz komory eliminuje wysokotemperaturowe przestrzenie, co skutkuje mniejszą emisją tlenków azotu i węgla. Rozwiązanie to eliminuje również niestabilność akustyczną obecną we współczesnych niskoemisyjnych komorach.

W urządzeniach spalających paliwo gazowe i ciekłe, takich jak turbiny gazowe i silniki lotnicze, nowa komora redukuje emisję tlenku azotu do mniej niż jednej części na milion, a tlenku węgla poniżej dziesięciu części na milion. Jest to wynik znacznie lepszy niż w przypadku innych komór spalania.

Badanie nad nową konstrukcją zostało zlecone przez NASA. Członkami ścisłego zespołu badawczego byli profesor Ben T. Zinn, Yedidia Neumeier, Jerry Seitzman i Jeff Jagoda z School of Aerospace Engineering. Pomagali im inżynierowie Yoav Weksler i Ben Ami Hashmonay.

Początkowym celem badania było opracowanie komory spalania do silników lotniczych i energetycznych turbin gazowych, która będzie umożliwiała spalanie dużych ilości paliwa w małej objętości, cechując się jednocześnie niską emisja spalin, przy zmiennych warunkach pracy (regulowana moc lub natężenie przepływu paliwa). Jak pokazały badania, nowa konstrukcja może znaleźć szerokie zastosowanie, począwszy od ciężkich zastosowań przemysłowych, a skończywszy na elementach domowych urządzeń grzewczych.

(au)