CH233945A - Process for generating propellant gases by means of oscillating gases and gas piston propellant gas generators for carrying out the process. - Google Patents

Process for generating propellant gases by means of oscillating gases and gas piston propellant gas generators for carrying out the process.

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CH233945A
CH233945A CH233945DA CH233945A CH 233945 A CH233945 A CH 233945A CH 233945D A CH233945D A CH 233945DA CH 233945 A CH233945 A CH 233945A
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CH
Switzerland
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gas generator
container
pressure
propellant gas
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German (de)
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Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
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Sulzer Ag
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    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass
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Description

  

  Verfahren zur Erzeugung von Treibgasen mittels schwingender Gase und     Gaskolben-          Treibgaserzeuger    zur Ausübung des Verfahrens.    Die     Erfindung        betrifft        ein    Verfahren zur       Erzeugung    von Treibgasen     mittels        schwin-          gend@er    Gase, das dadurch     gekennzeichnet    ist,       ,dass    in     einem        geschlossenen,

      mit     Einlass.-    und       Auslass'o#rga#nen        versehenen        Behälter    mit     einer     .der     Frequenzen    der     Eigenschwingungen    seines  Inhaltes     periodisch        Brennstoff    verbrannt     und:

  -          ,die    dadurch     angeregte        Gassichwi        bo-uug    aus  genützt     wird,    um durch .die     Einlassorgane     Luft     anzusaugen    und durch die     Awslassorgane     das     erzeugte    Treibgas     auszustossen.    Der zur  Ausführung des Verfahrens vorgesehene       Treibgasserzeuger        kann    einen     länglichen    Be  hälter.

   aufweisen,     der    an einem Ende     min-          destens        ein:        Saugventil    und am     andern.    Ende  mindestens ein     Druckventil    aufweist. Wenig  stens ein Teil des verwendeten     Brennstoffes     kann in gasförmigem     Zustand        angesaugt     werden. Die Luft und der Brennstoff können  dem     Treibgaserzeuger    in     vorverdichtetem     Zustand     zugeführt    werden.

   Der Behälter  kann am     ssaug!seitsgen    Ende mit     mindestens          einer        Einspritzdüse    für flüssigen     Brennstoff       und mit     mindestens        einer        Zündvorrichtung     versehen     ,sein.    Die     Eimass-    und     Auslassergane     ,des Behälters     können    als aerodynamische       Rückstromdrosseln    ausgebildet sein.

   Am       Saug-    und Druckende     kann,    eine     Querschnitts-          verringerungoder        -erweiterung    vorhanden  sein,     um,die        Höhe,der        Druckamplitude    zu     be-          .einfluSsen.    Der     Behälter    kann am     gaub        eiti-          gen    Ende     verengt,        am.        @drucks"eitigen        Ende,

  da-          gegenerweitert        sein,    um     die        Dmuckamplitude     der     Gasschwingung    am     :druckseitigen    Ende       herabzusetzen,    diejenige am     saugseitigen     Ende dagegen zu erhöhen.

       Die        in    den     Behäl-          ter        eingeführten,    Brennstoffe können ,durch       die    Temperaturerhöhung     entzündet        werden,     welche     die        Gasschwingung    im Gebiet der  grössten Schwingungsamplituden. durch     poli-          tropische        Verdichtung    erzeugt.

       Es    kann  flüssiger Brennstoff verwendet     und    dieser       kontinuierlieh        eingespritzt    werden. Die Ver  brennung kann durch     Jetonante    Selbstzün  dung, erfolgen.     In    der     Zone,    in welcher     -sich     ,die     Verbrennung        vollzieht;    kann ein G'rlüb-           körper        aus        ho:

  chhitze#bestä-ndigem        Material    als       Zündhilfe        eingebaut    sein.     Wenigsten,;    zum  Teil kann     fester    Brennstoff in     staubförmiger     Form verwendet werden.  



  Einige     Ausführungsbeispiele    des     erfin-          dungsgemässen        Treibgaserzeugers    sind auf  der Zeichnung     .schematisch    dargestellt.  



       Fig.    -1 zeigt einen     Gaskolben-Treibgas-          erzeuger    mit     gesteuertem    Schieber.  



       Fig.    2     isst    das Schema eines vereinfachten       Ga,skal'.ben-Treibgaserzeugers        ahne    Schieber.       Fig.    3 zeigt     einen    mit     Vorverdichtung    ar  beitenden     Gas#koliben-Treib#gaserzeuger.     



       Fig.    4     ist    die     schematische    Darstellung  eines     Gaskolben-Treibgaserzeugers.,    bei wel  chem     aerodynamieche        Rückstromdrosseln    statt  mechanischer Ventile sowie     ein    Treibgas  sammler zur Anwendung     kommen.     



  Bei der     in        Fig.    1     :dargestellten    Ausfüh  rung ist ein Behälter 1 auf der linken Seite  mit einer     Brennstoffeinspritzdüs:e    2 und einer  elektrischen Zündkerze 3 versehen. Das     linke          Ende        des,        Behälter &     1 ist durch eine     Flauech-          scheibe    4 abgeschlossen, die mit     einem    Ventil  5     ausgerüstet        isst.    In der     Mitte    des.

   Behälters  1     befindet        sich    ein     Alaschlussschieber    6, der       ,das    Innere des     Behälters    1 in die Räume 7  und 8     unterteilt.    Die rechte Seite des Behäl  ters 1     wird    von einem mit einer     Lavaldüse    9  versehenen Flansch 10 begrenzt.  



  Wird durch die Einspritzdüse 2 unter  hohem Druck eine abgemessene Brennstoff  menge, z. B.     Benzin,    in fein zerstäubtem  Zustand'     einbespritzt    und durch die Zünd  kerze 3 entflammt, so wird der     anfänglich     1     ata    betragende Druck im abgeschlossenen  Raume 7 auf beispielsweise 2     a.ta    ansteigen.

    Wird jetzt :der Schieber 6 durch eine nicht  gezeichnete     Steuerung    rasch     geöffnet,    so  wird der im Raume 7 befindliche Gasinhalt  mit     b        osseer        Geschwindigkeit    nach dem unter       Atmosphärentruck    stehenden Raum 8 expan  dieren, worauf der     %ssinh:alt    der Räume 7  und 8     oo        lange    durch die     La-val:düse    9 ent  weicht,     bis    der     Druck        in    .diesen Räumen auf  .den     Atmosphärendruck    abgesunken ist.

   Bei       zweckentsprechender        Gestaltung    des Behäl  ters 1 wird     unmittelbar        .nach    dem Öffnen    des Schiebers 6     infolge        der    sieh     in    bekannter  Weise     .ausbildenden        Drueliwellen    am linken       Ende    des Raumes 7 ein     Unterdruclk    entstehen.  Dieser     Unterdruck    ist die     unmittelbare    Folge  der plötzlichen Expansion der im Raum 7       eingeschlossenen    Gase nach dem rechten  Ende des Behälters 1 hin.

   Der absolute Druck  am linken Ende des Raumes 7 falle     infolge-          dessen    kurzzeitig auf beispielsweise 0,5     ata.     Wird nun das     Ventil    5 .durch eine nicht :ge  zeichnete     Steuerung    geöffnet, so     wird    aus  der     Atmosphäre    Luft in den Raum 7     ein-          dringen,    bis der Unterdruck in     dies:ein    letz  teren     verschwunden    ist.

   Werden durch die  erwähnten     Steuerungen    der     Schieber    6 und       dm,    Ventil. 5 rechtzeitig wieder     ge:sühlossen,     so wird sich der Raum 7, abgesehen von den  in     seiner    rechten Hälfte etwa noch verblie  benen Verbrennungsgasen,     wieder    im     An-          fang,szustand    befinden.

   Die linke Seite :des  Raumes 7 enthält wiederum reine     Luft,    so       dass    =durch     Einspritzung    und     Entzündung     weiterer     Brennstoffladungen    der ganze Vor  gang beliebig oft wiederholt werden kann.  Die Teile 2, 5 und 6 können dabei so ge  steuert werden,     dass    der Brennstoff mit einer  der Frequenzen der     Eigenschwingungen    des       Behälterinhaltes    verbrannt wird. Die ganze  Einrichtung wirkt somit als     thermischer.    Ver  dichter.

   Die aus der     Lavaldüse    9     entweiehen-          fen        Verbrennungsgase    könnten beispiels  weise eine Turbine treiben,     wodurch    der     B:e-          hälter    1 zum     Treibgas:erzeuger    für eine Tur  bine wird.  



  Der     Sehfeber    6 und seine Steuerung kön  nen auch     weggelasssen    werden     iFig.    21,     wenn     auf der linken Seite des Raumes 7     mittels        E.in-          spritzung    und Zündung von Brennstoff, z. B.  von Benzin, eine     möglichst        detonante        Exp:lo-          sionerzeugt    wird.

   Der Zweck des Schiebers 6  in,     Fig.    1 besteht in der Tat nur darin, eine       möglichst    plötzlich einsetzende und hierauf       ungehindert    ablaufende Expansion der im  Raum 7 eingeschlossenen     Crase        na.eh    dein  rechten Behälterende hin zu erzielen.

   Be  kanntlich. kann aber eine     detonante    Explosion  am linken Behälterende auch ohne     Verwen-          dung    eines Schiebers 6 im     Stande    sein, am      linken Ende des     Raumes    7 einen kurzzeiti  gen     Unterdruck    zu erzeugen und damit .die       Verwirklichung    des     beschriebenem.        Kreis,-          prozesses    zu ermöglichen.  



  Die     Verbrennung    muss unter relativ hohen  Drücken und Temperaturen     durchgeführt     werden, damit sie     von    einer möglichst weit  gehenden Expansion gefolgt werden kann.  <B>Zu</B>     diesem    Zweck sind der Behälter 1     und    die       Lavaldüsie    9 so gestaltet und der     Betrieb     wird so geführt, dass eine     Aufschaukelung     der Maximaldrücke erzielt wird.

   Diese     Auf-          schaukelung    wird sich     beispielsweise        in,        f.o:l-          gender        Weise    abspielen:

   Beim     Auftreffen:    der  von der     ersten    Explosion am     linken        Ende    des  Behälters 1 herrührenden Druckwelle auf den  Flansch 10     (Fig.    2)

   wird nur ein Teil der in  dieser Welle enthaltenen Energie durch die       Lavaldüse    9 in     Geschwindigkeit        und    in der  Turbine in mechanische     Energie        umgesetzt.     Der nicht umgesetzte Teil     der    Druckwelle  wird     -durch    den     Flansch    10 unter Druck  erhöhung     reflektiert    und bewegt sich hierauf       mit    der Schallgeschwindigkeit     des    Behälter  inhaltes wieder     @gegen    das linke Ende des  Behälters 1 zu.

   In dem Augenblick, .in dem  ,die     reflektierte    Druckwelle die     Flanselh-          scheibe    !erreicht, wird     _    sie nochmals     reflek-          tiert,    wobei sie dort einen     Druck        erzeugt,    der,  falls     ihr        ,genügend        Energie        belassen        wurde,

       höher liegen     wird    als der vor der     ersten     Explosion in diesem Raume herrschende       Druck    von 1     ata.    Der an der     Flanschscheibe    4  erreichte Druck, der nunmehr zweimal re  flektierten Druckwelle betrage     beispielsweise     1,5     ata.    Der Berg dieser Druckwelle befindet  sich     nun,    in der Zone der nach der ersten  Explosion     an@gesauggten    Luft.

   Wird nun in  dieser auf 1,5     ata    verdichteten Luftzone     ,inne     zweite     Brennstoffmenge    rechtzeitig     ein-          gespritzt    und     gezündet,    so wird sich     ein:

  ,          zweite    Explosion mit einem Druck von bei  spielsweise 3     ata        ereignen.        NacIh        abermaliger     zweifacher     Reflexion        der    zweiten     Druck-          welle    an den Teilen 10 und 4 wird sie an  der     Flanschs,cheibe    4 den Druck von beispiels  weise 2,2     ata    erreichen und durch Ein  spritzung     und:

      Zündung einer weiteren Brenn-         stoffmenge    eine Explosion von     beispielsweise     4,4     ata        Maximaldruck        ermöglichen.    Diese       Aufschaukelung        wird    so lange zunehmen,

         bis        die    durch die     Lavaldüse    10 abgeleitete  Energie und die     Wärmeverluste    des Behäl  ters 1     zusammengenommen    so gross gewor  den sind     wie    die durch die     Einspritzdüse    2  und das     Saugventil    5     eingeführte    Energie.

    Die durch cl"     Saugventil    5 angesaugte Luft  menge     wird    mit zunehmender     Aufschauke-          lung        ,dadurch    begrenzt,     dass    der Unterdruck  am     linken        Behälterende    mit zunehmender       Aufschaukelung    immer mehr     abnimmt.    Er  reicht dieser     Unterdruck    die obere     Grenze     von 1     ata,

      so     wird    das .automatische An  saugen der Luft     und    das     weitere        Ansteigen     des     mittleren        Druckes    .im     Behälter    1 verhin  dert, wobei unter     mittlerem    Druck das     In-          tegral    des     Druckes:

      über die     doppelte        Länge     ,des Behälters 1     und        die    Zeitdauer eines     Hin-          und        Herganges    .zu     verstehen    ist.  



  Wird jedoch, nach     F.i,g.    3, in     welcher        alle          bisher        erwähnten    Teile     gleich        bezeichnet        sind          wie    in den     F\ig.    1     und    2, dem     Ventil    5 vor  verdichtete Luft     zugeführt,    so kann der     mitt-          lere    Druck im     Behälter    1 weiterhin gesteigert  werden,

   auch     wenn    der     jeweilige    Minimal  druck .am     linken        Behälterende,den    Wert von  1     ata        übersteigen        sollte.    Die vorverdichtete       Luft        könnte    .in diesem Falle durch .den     Auf-          ladeverdichter    11     .geliefert    werden,

   der von  .der     Hilfsturbine    12 angetrieben     wird.    Die       Hilfsturbine    12 wird dabei durch eine<B>be-</B>  sondere     Leitung    13 von der     Haupttreibgm-          leitung    14 aus mit     Treibgasen        beliefert.     Durch das     Mittel    der     Vorverdichtung        der          angesaugten    Luft     lassen    sich auf diese     Weise     der     mittlere    Druck im     Behälter    1 sowie die  auftretenden 

      Maximaldrücke    noch erheblich  steigern. Bei     Anwendung    von     Maximal=          ,drücken    von     beispielsweise    50     ata    und mehr       kann    an Stelle von Benzin auch Gasöl als       Brennstoff        verwendet    werden,

       d'ä    sich     dieses     in der     hoch        verdichteten    und erhitzten Luft  von selbst     entzündet.        Eventuell    liessen sich  durch noch höhere     Maximal-        bezw.    Re  flexionsdrücke sogar Heizöle und Schweröle       oder    auch Kohlenstaub mit     annehmbarem              Zündverz,ug        verhrennen,    da ja in     diesem     Falle .auf keine Zylinder- oder Kolben  abnützung     Rücksicht    .genommen werden muss.

         S:elbstverständlich    können auch     gasförmige     Brennstoffe zur Anwendung gelangen.  



  Da sich .die Druckwellen mit der     Schall-          geschwindigkeit    des Behälterinhaltes fort  bewegen, ist die Frequenz und damit die       Leistungsdichte,    :das     heisst    die auf die Raum  einheit entfallende Leistung, eines solchen       Gas:kolben-Treib,aserzeugers    relativ hoch.  Nimmt man beispielsweise eine Fortpflan  zungsgeschwindigkeit von rund 500 m/sec an.  so hätte     ein    solcher     Treibgaserzeuger    von 3 m  Länge eine Frequenz von rund 5000     m/rnin.     



  Das     Ventil.    5,     die        Einspritzdüse    2 und  die Zündkerze 3 können elektromagnetisch,  hydraulisch oder pneumatisch in Funktion  der     Druckschwankungen    im Behälter 1, die  Einspritzdüse 2, die ihr vorgeschaltete     Brenn-          utoffpumpe    und das Ventil 5     ausserdem    noch  in Abhängigkeit     der    Drehgeschwindigkeit  der     Treibgasturbine,    der Belastung oder der  Auspufftemperatur     gesteuert    werden.  



  Das Tellerventil 5 könnte auch durch ein       selbsttätige;;        @Rückschlaggventil    oder eine aero  dynamische     Rückstromdrossel    ersetzt werden.  Die aerodynamischen     Rückstromdrosseln,    die  so ausgebildet sind,     @dass    ihr     Durehflusswider-          stan:d    in der einen Richtung     kleiner    ist als  in der entgegengesetzten Richtung, haben.

    den Vorteil,     keine    bewegten Teile zu     enthal-          ten,        anderseits    jedoch den     Nachteil    einer ge  wissen     Urdichtheit,    was einen     zusätzlichen          Verlust    verursacht.  



  Mit Rücksicht auf den Turbinenwirkungs  grad     bezw:    auf den     thermischen        Wirkungu-          grad    der ganzen Anlage kann es von Vorteil  sein, die Treibgase nicht direkt, sondern über  einen     Treibgassa.mmler    15     (Fig.    4) auf die  Treibgasturbine 19 zu leiten, um die Schwan  kungen des     Treibgasdruckes    teilweise     auszu-          gleichen,

          wobei    ein zweites     Rückschlagventil          bezw.    eine     zweite        Rüekutromdrossel    17 zwi  schen dem Behälter 1 und dem     Treibgas-          sammlier    15 angeordnet werden kann.

   Bei der  Anordnung nach     Fig.    4 ist auch :das     bisherige          Tellerventil    5 durch eine     Rückstrom@drossel       20     ersetzt.        Vom        Treibgassammler    15 ,gehen  die Treibgase einerseits durch die Leitung ;  13 zur Hilfsturbine 12, anderseits durch eine  Leitung 18 zur Hauptturbine 19.  



  Durch     diffusorartige    Ausbildung des  rechten Endes des     Behälters    1     l.ässt    sich ein  Teil der darin auftretenden Strömungsenergie ;  in Druck umwandeln. Anderseits kann das  linke Ende des Behälters 1 konisch verengt  werden, um in diesem Ende die Amplituden  der darin reflektierten     Druck-,vellen    zu er  höhen und damit die     Verbrennungstempera-,          tur    noch mehr zu steigern.  



  Der Behälter 1 sowie die     @ücksch@ag-          ventile    können je nach Bedarf     teilweise    oder  ganz mit     Wasserkühlmänteln        versehen    wer  den. Mit     Rücksicbt    auf das Material dürfen  die     Wa.udun:gstemperaturen    500  C erreichen  und sogar übertreffen., was im Vergleich zur       Zyliuderteinperatu:r    von     Kolbenbrennkra.ft-          maschinen    eine wesentliche.     Erhöhung    dar  stellt und eine Herabsetzung der an das  Kühlwasser     abgegebenen    Verlustwärme be  deuten würde.  



  Der Zünddruck darf 1.00     at    und mehr  erreichen, wenn dies im     betreffenden    Fall  für den thermischen     Wirkungsgrad    von Vor  teil ist, da hier keine Rücksicht auf die       Überanstrengung    des     Gestänges    und :der  Lager genommen werden muss, wie dies bei  der     Kolbenbrennkraftmaschine    der Fall ist.       Die    Reibungsverluste der schwingenden     Gas-          In        eind    kleiner als diejenigen der Kolben  und der Gestänge bei     Kolbenbrennkraft-          maschinen..     



  Die Leistung kann in bekannter     Weise     durch     Veränderung    der eingespritzten     bezw.     angesaugten Brennstoffmenge gesteuert wer  den. Da es ohne weiteres möglich ist, eine  grössere     Anzahl        Treibgaserzeuger    auf eine  gemeinsame Treibgasturbine wirken zu lassen,  kann die Leistung ausserdem durch Abschal  tung einzelner     Treibgase:rzeuger    geregelt  werden.  



  Der flüssige.     .gas-    oder     staubförmige     Brennstoff kann kontinuierlich, pulsierend  oder     durch    einzelne Einspritzungen     bezw.              Einblasunnggen        in        den.        Behälter    1     eingeführt     werden.  



  Der     Mass        enausgleich    kann durch bewegte       Ausgleichsmassen    oder durch     ,Synchronisa-          tion    paarweise     o4der        symmetrisch    angeordne  ter     Treibgaserzeuger    erzielt werden.  



  Der     Gaskalben-Treibgas        erzenger        kann     auch als die     Brennkammer    einer     Gasturbine     betrachtet werden. Gegenüber     bekannten          Ausführungen    dieser     Art    unterscheidet sich  der     Gegenstand    der     Erfindung        dadurch,    dass  bei ihm     eine        periodisch        erregte        Gasschwin-          gung    unterhalten wird, welche es ermöglicht,

    den     Druck        und    die Temperatur der Verbren  nung     und,damit    ,den     thermischen        Wirkungs-          grad        dea        Kreisprozesses    zu erhöhen und     durch          Erzielung        einer        thermi2chen        Verdichtung    .im       Treib"-,

  aserzeuger    selbst einen Teil der allen  falls erforderlichen     Verdichtungsarbeit    bei  wesentlich höherem Wirkungsgrad unmittel  bar zu     gewinnen.    Dadurch wird der mecha  nische     Leistungsaufwand    für :den     Antrieb          eines        allenfalls    nötigen rotierenden Verdich  ter     herabgesetzt    und eine     wesentliche    Steige  rung des     thermischen        Wirkungsgrades    der  ganzen     Crasturbinenanla@g.e    erreicht.  



  Der     Gaskolben-Treibgaserzewger    kann       namentlich    bei     Anwendung    hoher     Zünd-          ,drücke        Vorteile    bieten.

   Er kann mit     dem          Dieselmotor,    dem     F,reikolben-Treibgaserzeu-          :ger    und der     Gasturbine    in     Wettbewerb          treten        und    diese, teils durch seine Einfach  heit,     teils    durch seine     Wirtschaftlichkeit,          übertreffen.     



       Zum    Anlassen eines solchen     Gaskolben-          Treibgaserzeugers    wird     zweckmässig    Benzin  oder Gas als     Brennstoff    und     elektrische    Zün  dung verwendet. Sobald die     Aufschaukelung     genügend hoch     .gelangt    ist, kann unter Ab  schaltung der     elektrischen.    Zündung auf  Gasöl oder sonstige Brennstoffe     umgeschal-          tet    werden. Das     Anlassen    kann aber auch       mittels        Druckluft    geschehen.

   In diesem  Falle     wird    die Druckluftzufuhr mit     einer     Frequenz gesteuert, die ein Einfaches     oder     Vielfaches der Grundfrequenz des     Gasinhaltes          des    Behälters 1 ist. Auf diese     Weise    kann  der Druck aufgeschaukelt werden, bis der    Betrieb auf     Brennstoff        umgeschaltet    werden  kann.



  Process for generating propellant gases by means of oscillating gases and gas piston propellant gas generators for carrying out the process. The invention relates to a method for generating propellant gases by means of vibrating gases, which is characterized in that in a closed,

      Containers provided with inlet and outlet openings with one of the frequencies of the natural vibrations of its contents periodically burned fuel and:

  -, the Gassichwi bo-uug excited thereby is used to suck in air through the inlet organs and expel the propellant gas generated through the outlet organs. The propellant gas generator provided for carrying out the method can be an elongated container.

   have at least one suction valve at one end and at the other. Has at least one pressure valve end. At least some of the fuel used can be sucked in in a gaseous state. The air and the fuel can be supplied to the propellant gas generator in a pre-compressed state.

   At the suction end, the container can be provided with at least one injection nozzle for liquid fuel and with at least one ignition device. The size and outlet elements of the container can be designed as aerodynamic backflow throttles.

   At the suction and pressure end there may be a reduction or expansion of the cross-section in order to influence the height of the pressure amplitude. The container can be narrowed at the lower end, at the. @ Pressure "end,

  on the other hand, be expanded in order to reduce the pressure amplitude of the gas oscillation at the pressure-side end, while that at the suction-side end increases.

       The fuels introduced into the container can be ignited by the temperature increase, which causes the gas oscillation in the area of the greatest oscillation amplitudes. generated by political densification.

       Liquid fuel can be used and injected continuously. The combustion can be carried out by Jetonante self-ignition. In the zone in which the combustion takes place; can a G'rlüb- body from ho:

  Heat # resistant material must be installed as an ignition aid. Least,; In some cases, solid fuel in powder form can be used.



  Some embodiments of the propellant gas generator according to the invention are shown schematically in the drawing.



       Fig. -1 shows a gas piston propellant gas generator with a controlled slide.



       Fig. 2 is the scheme of a simplified Ga, Skal'.ben propellant gas generator without a slide. 3 shows a gas piston propellant gas generator operating with pre-compression.



       Fig. 4 is a schematic representation of a gas piston propellant gas generator. In wel chem aerodynamic backflow throttles instead of mechanical valves and a propellant gas collector are used.



  In the Ausfüh tion shown in Fig. 1: a container 1 is provided on the left side with a fuel injector: e 2 and an electric spark plug 3. The left end of the container & 1 is closed by a Flauech disk 4 which is equipped with a valve 5 for eating. In the middle of.

   Container 1 there is an aluminum closing slide 6, which divides the interior of the container 1 into the spaces 7 and 8. The right side of Behäl age 1 is bounded by a flange 10 provided with a Laval nozzle 9.



  Is through the injector 2 under high pressure a measured amount of fuel, for. B. gasoline, in a finely atomized state 'injected and ignited by the spark plug 3, the initially 1 ata amount pressure in the closed space 7 to, for example, 2 a.ta increase.

    If now: the slide 6 is opened quickly by a control (not shown), the gas content in the room 7 will expand at low speed towards the room 8, which is under atmospheric pressure, whereupon the% ssinh: old of the rooms 7 and 8 oo long The La-val: nozzle 9 escapes until the pressure in these rooms has dropped to atmospheric pressure.

   If the container 1 is appropriately designed, an underpressure will arise immediately after the slide 6 has been opened as a result of the pressure waves forming in a known manner at the left end of the space 7. This negative pressure is the direct result of the sudden expansion of the gases enclosed in space 7 towards the right-hand end of the container 1.

   As a result, the absolute pressure at the left end of the space 7 falls briefly to 0.5 ata, for example. If the valve 5 is now opened by a control not shown, air will penetrate into the space 7 from the atmosphere until the negative pressure in this space has disappeared.

   Are by the mentioned controls of the slide 6 and dm, valve. 5 closed again in good time, then room 7 will be in its initial state again, apart from the combustion gases that remain in its right half.

   The left side: of the room 7 again contains pure air, so that = by injecting and igniting additional fuel charges, the whole process can be repeated as often as desired. Parts 2, 5 and 6 can be controlled in such a way that the fuel is burned with one of the frequencies of the natural vibrations of the container contents. The whole facility thus acts as a thermal one. Compressor.

   The combustion gases escaping from the Laval nozzle 9 could, for example, drive a turbine, whereby the B: e container 1 becomes a propellant gas generator for a turbine.



  The Sehfeber 6 and its control can also be omitted iFig. 21, if on the left side of the room 7 by means of E. injection and ignition of fuel, e.g. B. from gasoline, an explosion as detonant as possible is generated.

   The purpose of the slide 6 in FIG. 1 is in fact only to achieve an expansion of the crashes enclosed in space 7 near the right end of the container, which begins as suddenly as possible and then proceeds unhindered.

   Well known. but a detonant explosion at the left end of the container can also be able to generate a brief negative pressure at the left end of the space 7 without the use of a slide 6 and thus the implementation of what has been described. Circle to enable process.



  The combustion must be carried out under relatively high pressures and temperatures so that it can be followed by an expansion as far as possible. For this purpose, the container 1 and the Laval nozzle 9 are designed and operation is carried out in such a way that the maximum pressures are increased.

   This oscillation will take place, for example, in the following way:

   Upon impact: the pressure wave from the first explosion at the left end of the container 1 on the flange 10 (Fig. 2)

   only part of the energy contained in this wave is converted into speed by the Laval nozzle 9 and into mechanical energy in the turbine. The unconverted part of the pressure wave is reflected by the flange 10 under pressure increase and then moves back towards the left end of the container 1 at the speed of sound of the container contents.

   At the moment when the reflected pressure wave reaches the flange disk, it is reflected again, generating a pressure there which, if it has enough energy left,

       will be higher than the pressure of 1 ata prevailing in this space before the first explosion. The pressure reached at the flange washer 4, the pressure wave which has now been reflected twice, is, for example, 1.5 ata. The mountain of this pressure wave is now in the zone of the air sucked in after the first explosion.

   If the second quantity of fuel is now injected and ignited in this air zone compressed to 1.5 ata, then a:

  , second explosion with a pressure of 3 ata for example. After repeated double reflection of the second pressure wave on parts 10 and 4, it will reach a pressure of, for example, 2.2 ata on the flange plate 4 and through injection and:

      Ignition of a further quantity of fuel enables an explosion of, for example, 4.4 ata maximum pressure. This surge will increase so long

         until the energy derived through the Laval nozzle 10 and the heat losses of the Behäl age 1 taken together have become as large as the energy introduced through the injection nozzle 2 and the suction valve 5.

    The amount of air sucked in through the suction valve 5 is limited with increasing upward movement, in that the negative pressure at the left end of the container decreases more and more with increasing upward movement. This negative pressure reaches the upper limit of 1 ata,

      This prevents the automatic aspiration of air and the further increase in the mean pressure in container 1, with the integral of the pressure under mean pressure:

      about twice the length of the container 1 and the time it takes to go back and forth.



  However, according to F.i, g. 3, in which all parts mentioned so far are labeled the same as in Figs. 1 and 2, the valve 5 is supplied with compressed air before, so the mean pressure in the container 1 can be increased further,

   even if the respective minimum pressure at the left end of the container should exceed the value of 1 ata. In this case, the pre-compressed air could be supplied by the charging compressor 11,

   which is driven by the auxiliary turbine 12. The auxiliary turbine 12 is supplied with propellant gases from the main propellant conduit 14 through a special line 13. By means of the pre-compression of the sucked in air, the mean pressure in the container 1 and the pressure that occurs can be determined in this way

      Increase the maximum pressures considerably. When using maximum =, pressures of, for example, 50 ata and more, gas oil can also be used as fuel instead of gasoline,

       d'ä this ignites by itself in the highly compressed and heated air. Possibly, even higher maximum or Reflection pressures even burn fuel oils and heavy oils or coal dust with an acceptable ignition delay, since in this case no cylinder or piston wear has to be taken into account.

         S: Of course, gaseous fuels can also be used.



  Since the pressure waves move at the speed of sound of the container contents, the frequency and thus the power density, ie the power allotted to the space unit, of such a gas: piston propellant generator is relatively high. For example, if one assumes a propagation speed of around 500 m / sec. such a propellant gas generator of 3 m length would have a frequency of around 5000 m / min.



  The valve. 5, the injection nozzle 2 and the spark plug 3 can be operated electromagnetically, hydraulically or pneumatically as a function of the pressure fluctuations in the container 1, the injection nozzle 2, the fuel pump upstream of it and the valve 5 also depending on the rotational speed of the propellant gas turbine, the load or the Exhaust temperature can be controlled.



  The poppet valve 5 could also be an automatic ;; @ Check valve or an aerodynamic backflow throttle must be replaced. The aerodynamic backflow throttles, which are designed so that their flow resistance: d is smaller in one direction than in the opposite direction.

    the advantage of not containing any moving parts, but on the other hand the disadvantage of a certain basic tightness, which causes an additional loss.



  With regard to the turbine efficiency and / or the thermal efficiency of the entire system, it can be advantageous not to direct the propellant gases directly, but via a propellant gas turbine 15 (FIG. 4) to the propellant gas turbine 19 in order to control the swan to partially compensate for changes in the propellant gas pressure,

          a second check valve BEZW. a second reverse flow throttle 17 between the container 1 and the propellant gas collector 15 can be arranged.

   In the arrangement according to FIG. 4: the previous poppet valve 5 is replaced by a return flow throttle 20. From the propellant gas collector 15, the propellant gases go through the line on the one hand; 13 to the auxiliary turbine 12, on the other hand through a line 18 to the main turbine 19.



  Due to the diffuser-like design of the right end of the container 1, some of the flow energy occurring therein can be; convert to pressure. On the other hand, the left end of the container 1 can be conically narrowed in order to increase the amplitudes of the pressure waves reflected therein in this end and thus to increase the combustion temperature even more.



  The container 1 and the @ ücksch @ ag valves can be partially or completely provided with water cooling jackets as required. With a look back at the material, the rolling temperatures can reach and even exceed 500 C, which is an essential factor in comparison to the cylinder temperature of piston-type internal combustion engines. Increase represents and would mean a reduction in the heat loss given off to the cooling water.



  The ignition pressure may reach 1.00 at and more if this is advantageous for the thermal efficiency in the case in question, since here no consideration must be given to overstraining the linkage and: the bearings, as is the case with the piston internal combustion engine. The friction losses of the oscillating gas in and smaller than those of the pistons and the linkage in piston internal combustion engines ..



  The performance can in a known manner by changing the injected BEZW. The amount of fuel sucked in is controlled. Since it is easily possible to have a larger number of propellant gas generators act on a common propellant gas turbine, the output can also be regulated by switching off individual propellant gas generators.



  The liquid one. . Gaseous or dusty fuel can bezw. continuously, pulsating or by individual injections. Injection into the. Tray 1 are inserted.



  The mass compensation can be achieved by moving compensating masses or by synchronizing in pairs or symmetrically arranged propellant gas generators.



  The gas cylinder propellant can also be viewed as the combustion chamber of a gas turbine. Compared to known designs of this type, the subject of the invention differs in that it maintains a periodically excited gas oscillation, which makes it possible

    the pressure and the temperature of the combustion and thus to increase the thermal efficiency of the cyclic process and by achieving thermal compression.

  Asgenerator himself to gain part of the compression work if necessary with a significantly higher degree of efficiency. This reduces the mechanical output required for: The drive of any rotating compressor that may be required and a significant increase in the thermal efficiency of the entire Crasturbinenanla@g.e is achieved.



  The gas piston propellant gas generator can offer advantages especially when using high ignition pressures.

   It can compete with the diesel engine, the F-piston propellant gas generator and the gas turbine and outperform them, partly because of its simplicity and partly because of its economic efficiency.



       To start such a gas piston propellant gas generator, gasoline or gas is expediently used as fuel and electrical ignition. As soon as the swing is high enough, the electrical can be switched off. Ignition can be switched to gas oil or other fuels. Starting can also be done with compressed air.

   In this case, the compressed air supply is controlled at a frequency which is a single or multiple of the basic frequency of the gas content of the container 1. In this way, the pressure can be rocked until operation can be switched to fuel.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zur Erzeugung von Treib- gasen mittels schwingender Gase, dadurch gekennzeichnet, dass in einem .geschlossenen, PATENT CLAIMS: I. Process for the production of propellants by means of oscillating gases, characterized in that in a closed, mit Einlass- und Auslassorganen versehenen Behälter mit einer der Frequenzen .der Eigen schwingungen seines Inhaltes periodisch Brennstoff verbrannt und die .dadurch an geregte Gasschwingung ausgenützt wird, Containers provided with inlet and outlet devices with one of the frequencies .the natural vibrations of its contents periodically burn fuel and the .thereby excited gas vibrations are used, um durch die Einlassurgane Luft anzusaugen und durch die Auslassorgane das erze%gte Treibgas auszustossen. II. Treibgaserzeuger zur Ausübung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter eine läng- liehe Gestalt, to suck in air through the inlet organs and expel the propellant gas produced through the outlet organs. II. Propellant gas generator for carrying out the method according to patent claim I, characterized in that the container has an elongated shape, an einem Ende mindestens ein Einlassorgan und am andern. Ende mindestens ein Auslassergan aufweist. UNTERANSPRMHE 1. Verfahren zur Erzeugung von. Treib ,gasen nach Patentanspruch I, dadurch ge kennzeichnet, #dass, wenigstens ein Teil des verwendeten Brennstoffes in .gasförmigem Zustand angesaugt wird. 2. at least one inlet member at one end and at least one inlet member at the other. Has at least one outlet end at the end. SUB-CLAIM 1. Process for producing. Propellant gases according to claim 1, characterized in that at least part of the fuel used is sucked in in a gaseous state. 2. Verfahren zur Erzeugung von Treib gasen nach Patentanspruch I und Unteran spruch 1, dadurch :gekennzeichnet, dass die Luft und der Brennstoff dem Treibgaserzeu- ger in vorverdichtetem Zustand zuggeführt werden. Method for generating propellant gases according to claim 1 and sub-claim 1, characterized in that the air and the fuel are supplied to the propellant gas generator in a pre-compressed state. 3. Treibigaserzeuger nach Patentanspruch II, ,dadurch ;gekennzeichnet, dass der Behäl- ter am saugseitigen Ende mit mindestens einer Einspritzdüse für flüssigen Brennstoff und mit mindestens einer Zündvorrichtung versehen ist. 3. Propellant gas generator according to claim II, characterized in that the container is provided with at least one injection nozzle for liquid fuel and with at least one ignition device at the suction-side end. 4. Treib:gaserzeuger nach Patentanspruch II und Unteranspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass die Einlass- und Auslassorgane des Behälters als aeredynamische Rück stromdrosseln ausgebildet sind. 5. 4. Propellant: gas generator according to claim II and dependent claim 3, characterized in that the inlet and outlet organs of the container are designed as aeredynamic reverse flow throttles. 5. Treibgaserzeuger nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter am Saug- und Druckende verschiedene Querschnitte aufweist, um an den Behälter- i enden verschieden hohe Druckamplituden zu erhalten. Propellant gas generator according to claim II, characterized in that the container has different cross-sections at the suction and pressure end in order to obtain different high pressure amplitudes at the container ends. 6. T'reibgaserzeuger nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 3-5, dadurch ge kennzeichnet, dass der Behälter am saug- seitigen Ende verengt, am druckseitigen Ende ,dagegen erweitert ist, um die Druck amplitude der Gasschwingung am druck seitigen Ende herabzusetzen, diejenige am saugseitigen Ende dagegen zu erhöhen. 6. Propellant gas generator according to claim II and dependent claims 3-5, characterized in that the container is narrowed at the suction-side end, on the other hand, is expanded at the pressure-side end in order to reduce the pressure amplitude of the gas oscillation at the pressure-side end on the other hand to increase the suction end. 7. Treibgaserzeuger nach Patentanspruch II und Unteransprüchen 3-6, dadurch ge kennzeichnet, dass ,die in den Treibgaserzeu- ,ger eingeführten Brennstoffe durch die Tem- peraturerhähun!g entzündet werden, welche die Gasschwingung im Gebiete der grössten Schwingungsamplituden durch politropische Verdichtung erzeugt. 7. Propellant gas generator according to claim II and dependent claims 3-6, characterized in that the fuels introduced into the propellant gas generator are ignited by the temperature increase which the gas oscillation generates in the area of the greatest oscillation amplitudes through politropic compression. $. Treübgaserzeuger nach Patentanspruch 1I und Unteransprüchen 3-7, dadurch ge kennzeichnet, dass flüssiger Brennstoff ver wendet und dieser kontinuierlich eingespritzt wird. 9. Trei.bgaserzeuger nach Patentanspruch II, dadurch .gekennzeichnet, dass die Ver brennung durch detonante Selbstzündung er folgt. $. Treüb gas generator according to claim 1I and dependent claims 3-7, characterized in that liquid fuel is used and this is continuously injected. 9. Trei.bgaserzeuger according to claim II, characterized in that the combustion by detonant self-ignition he follows. 10. Treibgase.rzeuger nach Patentanspruch II, dadurch ,gekennzeichnet, dass in der Zone, in welcher sich die Verbrennung vollzieht, ein Glühkörper aus hachhit.zebeständigem Material als Zündhilfe eingebaut ist. 11. Treibgaserzeuger nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zum Teil fester Brennstoff in staubförmiger Form verwendet wird. 10. Treibgase.rzeuger according to claim II, characterized in that in the zone in which the combustion takes place, an incandescent body made of hachhit.zebeständigem material is installed as an ignition aid. 11. Propellant gas generator according to claim 1I, characterized in that at least partially solid fuel is used in powder form.
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