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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von sauerstoffarmen Gemischen von Stickstoff und
Kohlensäure.
Sauerstoffarme Gemische von Stickstoff und Kohlensäure finden in der Technik Anwendung zur feuer-und explosionssicheren Lagerung von feuergefährlichen Flüssigkeiten, wie Benzin, Spiritus u. dgl., um die Räume über der Flüssigkeit mit diesen Gasen zu erfüllen. Mit Vorteil verwendet man hierfür die Abgase einer Verbrennungskraftmaschine, deren Arbeit dazu benutzt wird, die Abgase in verdichtetem Zustand in einem Sammelbehälter aufzuspeichern.'Derartige Schutzgaserzeuger sind bekannt und bestehen im wesentlichen aus einer Verbrennungskraftmaschine und einem damit angetriebenen Gaskompressor. Nach der Erfindung wird hierbei nur ein einziger Zylinder verwendet, wodurch die Maschine einfacher und billiger und ihr Nutzeffekt gesteigert wird.
Das Verfahren nach der Erfindung besteht darin, dass die Verbrennungsgase nach erfolgter Expansion in demselben Zylinder einer neuerlichen Verdichtung ausgesetzt werden, worauf die nun hoch verdichteten Gase über ein unter bestimmtem Überdruck stehendes Rückschlagventil und einen Druckregler in einen Sammelbehälter gefördert werden.
Zur Ausführung dieses Verfahrens dient eine Verbrennungskraftmaschine, die sich von der üblichen Bauart dadurch unterscheidet, dass am Arbeitszylinder statt eines Auspuffventils deren zwei vorhanden sind.
Es ist zwar die Verwendung von zwei Auspuffventilen bei Schutzgasmaschinen bereits bekannt, hierbei wird aber in der Weise gearbeitet, dass knapp vor dem Ende der Expansionsperiode die Schutzgase mit höherer Auspuffspannung über einen Kühler in einen besonderen Kompressor abgeblasen und hier verdichtet werden. Am Ende der Expansionsperiode schliesst sich das Ventil und es öffnet sich gleichzeitig das normale Auspuffventil. Während der gesamten Auspuffperiode wird in diesem Falle das fast gänzlich entspannte Verbrennungsgas, im Verbrennungszylinder, in die freie Atmosphäre ausgeschoben.
Im Gegensatz hierzu folgt nach der Erfindung der Expansion der Verbrennungsgase unmittelbar deren Kompression, und zwar in demselben A beitszylinder. In der Fig. 1 der Zeichnung ist eine Ausführungsform der Einrichtung gemäss der Erfindung schematisch im Längsschnitt dargestellt. Die Fig. 2 und 3 zeigen die zugehörigen Diagramme. a ist der Zylinder der Verbrennungsklaftmaschine, b der Kolben, g die Kurbelwelle, c das Ansaugventil, k das erste Auspuffventil, an dem eine Rohrleitung h angeschlossen ist, die zu einer Kühlschlange und von hier zu einem Gassammler führt ; i ist ein Rückschlagventil, welches
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Auspuffgase nach aussen abströmen lässt.
Bei dem normalen Arbeitsvorgang öffnet sich am Ende des Expansionshubes (genau am unteren Totpunkte) das erste Ausströmventil k. Der nun folgende Auspuffhub des Kolbens wird als Kompressionshub verwendet, so dass der Kolben die beim Expansionshub auf zirka 5 Atm. expandierten Gase wieder verdichtet und über das geöffnete Ventil k nach Überdrücken des Rückschlagventils i und Druckregler f über einen Kühler in den Sammelbehälter fördert.
Am Ende der Maschinen-Kompressionsperiode, somit vor Beginn der darauffolgenden Ansaugperiode, wird das zuerst geöffnete Auspuffventil k geschlossen und das zweite Auspuffventil d in demselben Moment geöffnet, um den Kompressionsraum des Motors vollkommen
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von Verbrennungsgasen zu befreien und diese zu entspannen, um die Möglichkeit zu geben, bei der nun folgenden Ansaugpericde neue Brennstoffgcmische ohne Verminderung des volumetrischen Wirkungsgrades des Ansaughubes anzusaugen.
Da Schutzgasmaschinen ein möglichst sauerstoffarmes Gas liefern und die Eignung haben müssen, dass die Maschine bei irgendeinem Mangel, der die Qualität des Gases gefährdet, ausser Betrieb gesetzt wird, so ist eine besondere Sicherheitsvorkehrung zu diesem Zwecke an der Maschine vorgesehen.
Hinter dem Auspuffventil k oder in dessen Ableitung h wird stets ein Druck erhalten, der grösser ist als die Kompressionsspannung der verdichteten brennbaren Betriebsgase, und zwar wird dieser Druck durch einen Regler f immer auf einer Spannung erhalten, die um i Atm. höher ist als die maximale Kompressionsspannung des verdichteten brennbaren Gasgemisches.
Tritt nun eine Fehlzündung ein, so kann niemals ein brennbares, also ein sauerstoffreiches Gasgemisch in den Sammelbehälter gedrückt werden, weil das Rückschlagventil i nicht überdrückt werden kann.
Die Fig. 2 zeigt das Diagramm des Motors bei normalem Betriebe, d. h. bei Lieferung von sauerstoffarmen Abgasen, und Fig, 3 das Diagramm einer Fehlzündung.
Bei 1 beginnt die Ansaugperiode, bei 2 die Kompression des Ladegemisches, bei 3 wird die höchste Kompressionsspannung (zirka 5 Atm. ) erreicht und erfolgt Zündung des Gasgemisches, bei 4 ist Beginn des Expansionshubes bei einem Druck von zirka 18 Atm, Expansion und Arbeitsleistung, während bei 5 das Ende der Expansion
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nunmehr das erste Auspuffventil k und werden die Verbrennungsgase über das Rückschlagventil i durch das Rohr h zu einer Kühlschlange in den Gassammler geleitet.
Nach Abströmung der verdichteten Gase schliesst sich das Ventil k und öffnet sich auch das normale Auspuffventil c und werden hier die Abgase des Motors vollkommen expandiert und ausgeblasen, so dass bei Beginn des Saughubes bein wieder Ladegemisch angesaugt werden kann.
Im Diagramm nach Fig. 3 wird gezeigt, dass bei einer Fehlzündung die nachfolgende Kompression beim Ausschubhube nicht imstande ist, den auf dem Rückschlagventil i lastenden D. luck zu überwinden ; die verdichteten unverbrannten Gase können nun durch das zweite Auspuffventil c ins Freie entweichen.
PATENT-ANSPRÜCHE : i. Verfahren zur Erzeugung von sauerstoffarmen Gemischen von Stickstoff und Kohlensäure, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsgase eines Verbrennungsmotors nach erfolgter Expansion in demselben Arbeitszylinder einer neuerlichen Kompression ausgesetzt werden, worauf die hoch verdichteten Gase in einen Sammelbehälter gefördert werden.