DE112013004974B4

DE112013004974B4 - Druckgaserzeugungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112013004974B4
Application number: DE112013004974.0T
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-10-11
Filing date: 2013-08-22
Publication date: 2017-12-28
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: CN104704292B; CN104704292A; HK1208523A1; DE112013004974A5; DE102012109679A1; WO2014056485A1

Abstract

Eine Druckgaserzeugungsvorrichtung umfasst eine Brennkammer (16), die über eine Mischkammer (17) mit jeweils mindestens einem Vorratsbehälter für eine energiereiche Sauerstoffverbindung als Oxidationsmittel und/oder eine brennbare Verbindung als Brennstoff verbunden ist, um ein Druckgas zu erzeugen.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Druckgaserzeugungsvorrichtung mit einer Brennkammer.
Aus der Praxis ist eine Flügelzellenpumpe bekannt, die einen in einer Zylinderbohrung eines Stators gelagerten Drehkörper, nämlich einen Rotor, aufweist, in den mindestens eine radial ausgerichtete Führung zur verschiebbaren Lagerung eines Drehschiebers eingelassen ist. Der Drehschieber liegt mit seiner freien Stirnseite aufgrund einer Federwirkung gegen die Umfangswandung der Zylinderbohrung an und unterteilt den Raum zwischen Stator und Rotor in zwei Kammern.
Im Weiteren sind dem Fachmann unterschiedliche Druckgaserzeugungseinrichtungen, in der Regel in Form von Verbrennungsmotoren, bekannt, wobei oftmals die Ausgangsgangsprodukte und/oder die Verbrennungsprodukte aus ökologischer Sicht nicht unbedenklich sind.
Drüber hinaus beschreiben die WO2009/021729 A1 , die US 4115999 A1 , die US 3677010 A1 und die US 5864517 A1 jeweils eine Druckgaserzeugungsvorrichtung mit einer Brennkammer, die über eine Mischkammer mit einem Vorratsbehälter für ein Oxidationsmittel und einen Brennstoff verbunden ist, um ein Druckgas zu erzeugen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckgaserzeugungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen einfachen und robusten Aufbau aufweist und mit umweltfreundlichen Brennstoffen zu betreiben ist.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst.
Die Unteransprüche stellen vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar.
Eine Druckgaserzeugungsvorrichtung umfasst eine Brennkammer, die über eine Mischkammer mit jeweils mindestens einem Vorratsbehälter für ein Oxidationsmittel und/oder einen Brennstoff verbunden ist, um ein Druckgas zu erzeugen.
Selbstverständlich sind das Oxidationsmittel und der Brennstoff in getrennten Vorratsbehältern gelagert. Handelt es sich um Feststoffe, dann erfolgt die Bevorratung in zerkleinerter Form, beispielsweise gemahlen.
Bevorzugt ist das Oxidationsmittel eine energiereiche Sauerstoffverbindung, wie Natriumchlorat oder Natriumperchlorat, und der Brennstoff eine brennbare Verbindung, vorzugsweise aus organischem Material, wie Holzmehl oder Holzkohlepulver. Es können aber auch getrocknete Exkremente oder Bioabfall oder dergleichen Verwendung finden, die sich in einem in einem geeigneten und für den Fachmann einfach zu ermittelnden Mischungsverhältnis mit dem Oxidationsmittel befinden, das beispielsweise einen Volumenanteil Oxidationsmittel und einen Volumenanteil Brennstoff umfasst.
Die Druckgaserzeugungsvorrichtung arbeitet mit festen oder flüssigen Oxidationsmitteln zur Verbrennung des Brennstoffs in der Brennkammer, die erst bei Bedarf in der Mischkammer gemischt und am Ende der Mischkammer durch Entzündung zur Reaktion gebracht werden. Wenn bevorzugt feste Brennstoffe und feste Oxidationsmittel verwendet werden, ist dies auch bei einem Unfall mit einer unkontrollierten Verbrennung relativ ungefährlich, da das Oxidationsmittel ohne den Brennstoff nicht reagiert und der gewählte Brennstoff mit Sauerstoff aus der Umgebungsluft nur sehr schwer. Das Oxidationsmittel und der Brennstoff können also nur dort reagieren, wo sie auch reagieren sollen, nämlich in der Mischkammer. Ist das Oxidationsmittel in der Luft vorhanden, kann diese selbstverständlich der Umgebung entnommen werden und ein spezieller Vorratsbehälter ist nicht erforderlich.
Natriumchlorat oder Natriumperchlorat als Oxidationsmittel ist verhältnismäßig einfach aus Kochsalz, Wasser und Gleichstrom herstellbar, wobei bei der Verbrennung unter Verwendung von Natriumperchlorat weniger Abfallstoffe anfallen als bei einer Reaktion mit Natriumchlorat. Als Brennstoff ist im Wesentlichen jeder Energieträger, insbesondere aus einem organischen Material, einsetzbar, insbesondere in einer zerkleinerten Form, beispielsweise gemahlen, geschreddert oder gehäckselt. Beispielsweise lassen sich kompostierbare Haushalts- oder Gartenabfälle verkoken, zerkleinern und als Brennstoff verwenden.
Die Druckgaserzeugungsvorrichtung ist als separate Einheit in Verbindung mit einer Vielzahl unterschiedlicher Antriebe verwendbar, in denen Druckgas zur Erzeugung einer mechanischen Energie verwendet wird. Bei entsprechender Ausgestaltung, beispielsweise im Wasser bzw. im Zusammenhang mit einer auf einem Rückstoß basierenden Maschine, also einem so genannten Strahlantrieb, kann der Ausstoß des Druckgases unmittelbar zum Antrieb eines Fahr- oder Flugzeugs benutzt werden.
Die entstehende Abwärme kann zur weiteren Druckerzeugung verwendet werden.
In Ausgestaltung ist zur Entzündung des aus dem Oxidationsmittel und dem Brennstoff bestehenden Gemischs ein Lichtbogen oder ein, aus Wasserstoff und Sauerstoff bestehendes, Hilfsgas in der Brennkammer vorgesehen. Der Lichtbogen kann permanent vorhanden sein oder lediglich zum Anzünden des Gemischs. Soll die Entzündung von Wasserstoff mit Sauerstoff als Hilfsgas erfolgen, kann der Wasserstoff in einem separaten Elektrolyseur hergestellt werden.
Der Brennkammer ist ein labyrinthartiger Filter zugeordnet, der Metallplatten umfasst. Das expandierende Druckgas durchströmt den aus Metallplatten zusammengesetzten Filter, wobei die Metallplatten derart angeordnet sind, dass das Druckgas durch Kurven des Labyrinths geleitet wird und nicht nur Wärme des Druckgases an die Metallplatten abgegeben wird, sondern auch Feststoffe abgeschieden werden, die sich nicht in einem dafür vorhergesehenen Zwischenraum zwischen dem Filter und dem Mischer abgesetzt haben.
Um ein unkontrolliertes Einleiten des Oxidationsmittels bzw. des Brennstoffs in die Mischkammer zu verhindern, ist zwischen der Mischkammer und dem mindestens einen Vorratsbehälter mindestens ein Rückschlagventil vorgesehen, das in eine die Mischkammer mit dem Vorratsbehälter koppelnde Verbindungsleitung eingesetzt ist.
Zweckmäßigerweise ist die Brennkammer auslassseitig mit einem druckgesteuert zu öffnenden Ventil verschlossen. Vorzugsweise umfasst das Ventil mindestens zwei federbelastete Ventilklappen, die unter Magnetwirkung im geschlossenen Zustand gehalten sind. Es bedarf eines bestimmten Drucks, bis die magnetisch in gegenseitiger Anlage gehaltenen Ventilklappen geöffnet werden. Das Druckgas wird anschließend unter einem relativ hohen Druck in die Gaskammer eingeleitet.
Zur Umwandlung des Druckes ist die Brennkammer mit einer Einlassbohrung eines Antriebsmotors gekoppelt.
Die Druckgaserzeugungsvorrichtung kann an beliebigen Fahrzeugen, beispielsweise zu Land oder zu Wasser eingesetzt werden.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar sind. Der Rahmen der Erfindung ist nur durch die Ansprüche definiert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die zugehörige Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
1 eine schematische Teilschnittdarstellung einer Flügelzellenmaschine zur Verwendung im Zusammenhang mit einer Druckgaserzeugungsvorrichtung nach der Erfindung,
2 eine schematische Teilschnittdarstellung der Druckgaserzeugungsvorrichtung für die Flügelzellenmaschine nach 1 und eine
3 eine Teilschnittdarstellung der Druckgaserzeugungsvorrichtung für die Flügelzellenmaschine nach 2 in alternativer Ausgestaltung.
Die Flügelzellenmaschine umfasst einen Stator 1 mit einem Einlassbohrungen 2 und Auslassbohrungen 3 aufweisenden Gasraum 4, in dem ein in der Druckgaserzeugungsvorrichtung hergestelltes Druckgas strömt, um einen umfangsseitige Flügel 5 aufweisenden Drehkörper 6 in Rotation zu versetzten, wobei die Flügel 5 den Gasraum 4 in Zellen 7 unterteilen. Jeder Flügel 5 weist ein zylinderabschnittförmiges Fußteil 8 auf, das in einer entsprechenden axial ausgerichteten Öffnung 9 des Drehkörpers 6 schwenkbar gelagert ist. Ausgehend von dem Fußteil 8 verläuft der Flügel 5 sich spitz verjüngend umfangsseitig zu einem Kopfteil 10. Der Flügel 5 weist insgesamt einen geradlinigen Verlauf vom Fußteil 8 zum Kopfteil 10 auf seiner von dem Druckgas beaufschlagten Seite und auf der gegenüberliegenden Seite einen bogenförmigen Verlauf auf. Um den schwenkbaren Flügel 5 in einer Wirk- oder Arbeitsstellung zu halten, in der die dem Druckgas abgewandte bogenförmige Seite an einem an dem Drehkörper 6 ausgebildeten Anschlag 11 anliegt, ist in dem Drehkörper 6 eine Feder 12 für jeden Flügel vorgesehen. Die Federn 12 sind in sternförmig zueinander verlaufenden Bohrungen 13 des Drehkörpers 6 untergebracht und greifen an einem Exzenter-Nocken 14 im Bereich des Fußteils 8 des zugeordneten Flügels 5 an. Aufgrund eines sich ändernden Querschnittes des Gasraums 4 verschwenken die Flügel 5 zwangsgesteuert in eine Ruheposition, in der sie in korrespondierenden Aussparungen 16 des Drehkörpers 6 einliegen.
Die Einlassbohrung 2 des Stators 1 ist mit einer Brennkammer 16 der Druckgaserzeugungsvorrichtung gekoppelt, die über eine Mischkammer 17 mit mindestens einem nicht dargestellten Vorratsbehälter für einen Brennstoff, insbesondere Holzmehl bzw. Holzkohlepulver, und ein Oxidationsmittel, insbesondere Natriumchlorat oder Natriumperchlorat, verbunden ist, um das Druckgas zu erzeugen, das in der Flügelzellenmaschine zum Antrieb des Drehkörpers 6 Verwendung findet. Zwischen der Mischkammer 17 und den Vorratsbehältern ist in die Verbindungsleitungen 18 für das Oxidationsmittel und den Brennstoff jeweils ein Rückschlagventil 19 eingesetzt, das den Transport des Oxidationsmittels bzw. des Brennstoffs von dem jeweiligen Vorratsbehälter in die Mischkammer verhindert oder ermöglicht. An die Mischkammer 17 schließt sich ein Bereich an, in dem das das Oxidationsmittel und den Brennstoff umfassende Gemisch mittels eines Lichtbogens 20 entzündet wird, damit sich das Druckgas bildet. Bei dieser Verbrennung anfallende Rückstände werden im Freiraum 21 der Brennkammer 16 gesammelt. Das Druckgas durchströmt einen labyrinthartig zusammengesetzte Metallplatten 22 umfassenden Filter 23, in dem weitere Verbrennungsrückstände abgeschieden werden, um einen Auslass 24 der Brennkammer 16 und die damit verbundene Einlassbohrung 2 des Stators 1 zu erreichen. Selbstverständlich kann der Auslass 24 der Brennkammer 16 mit mehreren Einlassbohrungen 2 gekoppelt werden, wobei auch Ventilsteuerungen Verwendung finden können, um wechselnde Strömungskanäle für das Druckgas freizugeben bzw. zu verschließen.
In einer alternativen Ausgestaltung ist zwischen der Brennkammer 16 und dem Auslass 24 ein druckgesteuert zu öffnendes Ventil 25 mit Ventilklappen 26 vorhanden, die zum einen federbelastet und zum anderen mit Magnetteilen 27 bestückt sind, um eine Zuhaltung zu erzielen, die erst beim Vorliegen eines bestimmten Gasdrucks öffnet.
Bezugszeichenliste

1: Stator
2: Einlassbohrung
3: Auslassbohrung
4: Gasraum
5: Flügel
6: Drehkörper
7: Zelle
8: Fußteil
9: Öffnung
10: Kopfteil
11: Anschlag
12: Feder
13: Bohrung
27: Magnetteil
14: Exzenter-Nocken
15: Aussparung
16: Brennkammer
17: Mischer
18: Verbindungsleitung
19: Rückschlagventil
20: Lichtbogen
21: Freiraum
22: Metallplatte
23: Filter
24: Auslass
25: Ventil
26: Ventilklappe

Claims

Druckgaserzeugungsvorrichtung mit einer Brennkammer (16), die über eine Mischkammer (17) mit jeweils mindestens einem Vorratsbehälter für ein Oxidationsmittel und/oder einen Brennstoff verbunden ist, um ein Druckgas zu erzeugen, wobei in einem Freiraum (21) der Brennkammer (16) bei der Verbrennung anfallende Rückstände sammelbar sind, wobei der Brennkammer (16) ein labyrinthartiger Filter (23) zugeordnet ist, der im Wesentlichen Metallplatten (22) umfasst, wobei die Brennkammer (16) auslassseitig mit einem druckgesteuert zu öffnenden Ventil (25) verschlossen und mit einer Einlassbohrung (2) eines Antriebsmotors gekoppelt ist.
Druckgaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Oxidationsmittel eine energiereiche Sauerstoffverbindung und der Brennstoff eine brennbare Verbindung ist.
Druckgaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die energiereiche Sauerstoffverbindung Natriumchlorat oder Natriumperchlorat ist.
Druckgaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Brennstoff organisches Material ist.
Druckgaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das organische Material Holzmehl oder Holzkohlepulver ist.
Druckgaserzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Entzündung des aus dem Oxidationsmittel und dem Brennstoff bestehenden Gemischs ein Lichtbogen (20) oder ein aus Wasserstoff und Sauerstoff bestehendes Hilfsgas in der Brennkammer (16) vorgesehen ist.
Druckgaserzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Mischkammer (17) und dem mindestens einen Vorratsbehälter mindestens ein Rückschlagventil (19) vorgesehen ist, das in eine die Mischkammer (17) mit dem Vorratsbehälter koppelnde Verbindungsleitung (18) eingesetzt ist.
Druckgaserzeugungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (25) mindestens zwei federbelastete Ventilklappen (26) umfasst, die unter Magnetwirkung im geschlossenen Zustand gehalten sind.
Druckgaserzeugungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 zur Kopplung mit einem Antriebsmotor eines Fahrzeugs oder Flugzeugs.