DE1122403B

DE1122403B - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Wasserreaktionsmotors fuer Wasserfahrzeug durch intermittierendes Ausstossen von Wassersaeulen aus einem Rohr

Info

Publication number: DE1122403B
Application number: DEB47874A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-02-17
Filing date: 1958-02-17
Publication date: 1962-01-18

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Wasserreaktionsmotors für Wasserfahrzeuge durch intermittierendes Ausstoßen von Wassersäulen aus einem Rohr Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Betrieb eines Wasserreaktionsmotors für Wasserfahrzeuge durch intermittierendes Ausstoßen von Wassersäulen aus einem Rohr, in dessen vorderem Ende die Brennkammer mit der Ventilsteuereinrichtung im Fahrtstrom vorgesehen ist, mit Hilfe von Treibgas.
Die Aufbereitung des Treibgases durch Verbrennung von Brennstoffen mit Luft setzt verhältnismäßig große Brennkammern voraus, welche, da sie zweckmäßigerweise in den Fahrtstrom des Rohres gelegt werden, entsprechend hohe Strömungswiderstände erzeugen. Darüber hinaus ist gerade für den Antrieb von Unterwasserfahrzeugen die Heranziehung von Luft aus der Atmosphäre schwer möglich oder manchmal unmöglich.
Weiterhin weisen die bekannten Ausführungen dieses Prinzips auch Mängel in der Ausbildung des Wasseröffnungs- und Schließorgans sowie des Gasöffnungs- und Schließventils auf, die eine ungünstige Beaufschlagung des Wasserkolbens durch das Treibgas herbeiführen.
Bekanntgeworden sind auch reine Gasstrahlantriebe, welche mit Brennstoff und Luft arbeiten oder auch zur Erzeugung des Treibgases normale Brennstoffe mit flüssigen Sauerstoffträgern vorsehen.
Diese Art von Gasstrahlmotor für Wasserfahrzeuge weist einen sehr niedrigen Propulsionswirkungsgrad und somit Gesamtwirkungsgrad der Maschine auf und sieht zur Einleitung der Verbrennung des Gemisches eine Fremdzündung in Form von Heizelementen oder Zündkerzen vor.
Derartige Treibstoffe, die Fremdzündung voraussetzen, führen vor allem bei dem für obiges Verfahren vorgesehenen intermittierenden Betrieb mit hoher Frequenz zu Zündverzug und zu einem schleppenden Aufbau des Druckes des Treibgases. Auch wirkt die Unterbringung einer Zündeinrichtung gerade bei der Verlagerung der verhältnismäßig kleinen Brennkammer in das vordere Ende des Wasserrohres räumlich hindernd.
Durch die Erfindung werden die vorerwähnten Mängel behoben. Erreicht ist dies dadurch, daß der Motor mit einem Treibgas betrieben wird, welches durch Eigenreaktion von hochprozentigen flüssigen Sauerstoffträgern mit normalen Brennstoffen erzeugt wird.
Durch die Erfindung wird mit Rücksicht auf die Eigenreaktion des flüssigen Sauerstoffträgers mit normalem Brennstoff ein rascher Aufbau des Druckes des Treibgases erreicht, welches den Wasserkolben stoßartig beaufschlägt, so daß ein Eindringen des Treibgases in das Wasser vermieden wird. Ein weiterer Vorteil ist der, daß durch die Aufbereitung des Treibgases mit normalem Brennstoff in Verbindung mit hochprozentigen flüssigen Sauerstoffträgern eine Zündeinrichtung wegfällt, so daß die Gestaltung der Brennkammer vereinfacht wird und eine Verkleinerung des Brennkammervolumens möglich wird, welche sich vorteilhaft auf den Fahrtwiderstand des Motors auswirkt.
Ein Wasserreaktionsmotor nach dem erfindungsgemäßen Verfahren der Erzeugung des Treibgases durch Verbrennung von Brennstoff mit hochprozentigen flüssigen Sauerstoffträgern läßt auch einen hohen thermischen Wirkungsgrad der Maschine erreichen, da infolge der intensiven Wasserkühlung die Verbrennung dieser Treibstoffe mit hoher Temperatur beherrscht werden kann und hohe Betriebsdrücke mit Rücksicht auf den weitestgehenden Fortfall von beweglichen Maschinenelementen zulässig sind.
Darüber hinaus werden nach der Erfindung die obenerwähnten Mängel bezüglich der Wasser- und Gassteuerung durch neuartige Maßnahmen beseitigt, so daß die Umsetzung der Wärmeenergie in Geschwindigkeitsenergie des Wassers äußerst wirtschaftlich vorgenommen wird.
Für eine Ausbildung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist erfindungsgemäß kennzeichnend, daß die Brennkammer sich innerhalb der Ventilsteuereinrichtung, gebildet von dem strömungsgünstig geformten Brennkammerkörper und dem Steuerorgan (Ventilkörper und Hohlzylinder als Ventilspindel od. dgl., der im Brennkammerkörper geführt ist und mit Schlitzen versehen ist), befindet.
Weiterhin kann es von Vorteil sein, die Gase erfindungsgemäß tangential aus den Schlitzen des Zylinders austreten zu lassen. Ferner ist es von Bedeutung, daß die Ventilsteuereinrichtung erfindungsgemäß in der Wasserabschlußstellung Öffnungen für den Durchtritt des Treibgases unmittelbar am vorderen Wasserrohrende freigibt, so daß das im Rohr befindliche Wasservolumen restlos ausgeschoben wird.
Für eine andere Ausbildung einer Vorrichtung nach der Erfindung ist es kennzeichnend, daß ebenfalls im vorderen Ende des Wasserrohres die Ventilsteuereinrichtung und in dieser ein Mischraum vorgesehen ist, in welchen die flüssigen Treibstoffe eingeführt werden, und daß durch die Vorverbrennung ein an den Mischraum anschließender Ringspalt gebildet wird, so daß eine Brennkammer entsteht, in welcher die völlige Verbrennung des Gemisches erfolgt, indem nämlich das Steuerorgan unter dem Einfluß des Anfangsdruckes in dem Mischraum, hervorgerufen durch Vorverbrennung des Gemisches, in die Wasserabschlußstellung verschiebbar ist.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung wiedergegeben sind. Es zeigt Fig. 1 die schematische Darstellung eines Wasserreaktionsmotors nach der Erfindung und Fig. 2 eine schematische Darstellung einer anderen Ausführungsform desselben.
Nach Fig. 1 ist der Brennkammerkörper 1 strömungsgünstig ausgebildet und über Rippen 2 mit dem Wasserrohr 3 verbunden. Das Steuerventil 4, welches den Wassereintritt in das Rohr 3 steuert, ist mit dem Zylinder 5 starr verbunden, welcher die Treibgassteuerung übernimmt und gemäß Darstellung gleitend im Brennkammerkörper 1 gelagert ist. Das gesamte Steuerorgan wird demnach vom Wasserabschlußventil 4 und dem Zylinder 5 als seiner Ventilspindel gebildet.
Das Innere des Zylinders 5 bildet die Brennkammer 9, er selbst ist am Umfang mit Schlitzen 6 versehen, welche durch Verschiebung des Steuerorgans 4, 5 durch den Gasdruck nach links in die Wasserschließstellung freigegeben werden, so daß die Treibgase aus der Brennkammer 9 austreten können, um den im Rohr 3 eingeschlossenen Wasserkolben auszuschieben.
Durch die Unterbringung des Brennraumes im Zylinder 5 wird einmal gegenüber den bekannten Ausführungen der schädliche Wasserraum am vorderen Ende des Wasserrohres 3 klein gehalten, und durch die Anordnung der Steuerschlitze 6 am verhältnismäßig großen Umfang des Zylinders 5 können diese so groß bemessen werden, daß sie die Treibgase mit geringsten Drosselverlusten in das Wasserrohr eintreten lassen.
Die Steuerschlitze 6 können nach einem weiteren Erfindungsgedanken in den Zylinder 5 schräg eingefräst sein, so daß die Treibgase tangential am Zylinderumfang austreten und um die Zylinder- bzw. Brennkammerachse rotieren, wodurch sie bei der Beaufschlagung der Wasseroberfläche einen Potentialwirbel erzeugen, welcher bekanntlich die Oberflächenspannung des Wassers erhöht und somit das Eindringen des Treibgases in das Wasser verhindert.
Bei Verwendung von flüssigen Sauerstoffträgern bildet sich in der Brennkammer 9 durch die Verdampfung der flüssigen Treibstoffe ein Kammervordruck, durch welchen das Steuerorgan 4, 5 bereits in Wasserabschlußstellung gebracht wird, so daß harter Aufschlag des Steuerorgans auf den Sitz und ein Austreten der Treibgase in Fahrtrichtung vermieden werden.
Die Brenn- und Sauerstoffzufuhr erfolgt über eine Pumpe 7 und durch die Rippen 2 zu den Einspritzdüsen 8 in die Brennkammer 9, wo die Stoffe durch Selbstreaktion zur Verbrennung gebracht werden.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist in dem Brennkammerkörper 8' und dem Steuerorgan 2' lediglich eine Mischkammer 1' vorgesehen, welche in der Wassereintrittsstellung des Steuerorgans 2' eine Kugelkammer bildet.
In diese Mischkammer 1' wird über die Förderpumpe 7' Brennstoff und flüssiger Sauerstoff über Düsen bekannter Art eingespritzt und zur Mischung und Selbstreaktion gebracht bzw. die Vorverbrennung eingeleitet.
Beim Einsatz der Verbrennung wird das Steuerorgan 2', 4' durch den Verbrennungsdruck in die Wasserabschlußstellung geschoben, so daß ein Ringspalt, gebildet vom Ventilkörper 2', dem Brennkammerkörper 8' und dem Wasserrohr 3', entsteht, der die Brennkammer 9' bildet, in welcher die völlige Verbrennung des Gemisches stattfindet.
Die so gebildete Brennkammer 9' steht unmittelbar mit dem Wasserrohr in Verbindung, so daß die Treibgase, ohne ein Steuerorgan, z. B. Schlitze, zu durchlaufen, den Wasserkolben direkt beaufschlagen können.
Die Ventilspindel 4' des Wasserabschlußventils 2' ist in dem strömungsgünstigen Körper 5' verschiebbar gelagert, der koaxial vor dem Wasserrohr 3' angeordnet und über Rippen 6' an ihm befestigt ist.
Die Arbeitsweise des Motors nach Fig. 1 erfolgt so, daß für die Füllung des Rohres 3 mit Wasser das Steuerorgan 4, 5 durch den Staudruck des Wassers geöffnet wird und gleichzeitig die Gasaustrittsschlitze 6 geschlossen werden.
Nach dem Füllvorgang des Rohres 3 wird über die Pumpe 7 bzw. die Einspritzdüsen 8 der Treibstoff in die Brennkammer 9 eingespritzt und zur Verbrennung gebracht.
Während des Druckaufbaues in der Brennkammer wird das Steuerorgan 4, 5 in die Wasserabschlußstellung - gemäß Fig. 1 nach links - gebracht, und die Treibgase treten nunmehr über die Schlitze 6 rotierend aus und beaufschlagen den Wasserkolben an der Ringfläche, gebildet von Brennkammerkörper 1 und Rohr 3. Durch die Expansion des Treibgases wird nun der im Rohr 3 befindliche Wasserkolben beschleunigt, wobei sich die Reaktionskraft auf dem Wasserabsohlußventil 4 bzw. am Rohr 3 abstützt.
Nach Ausschieben des Wasserkolbens nach rechts wiederholt sich der Arbeitsprozeß.
Die in der Zeiteinheit mögliche Zahl der Arbeitsprozesse wird bestimmt durch den Zeitaufwand des Füll- und Ausschiebvorganges.
Die Arbeitsweise des Antriebes nach Fig. 2 ist derjenigen von Fig. 1 grundsätzlich ähnlich. Nach Fig. 2 werden zum Unterschied von Fig. 1 die flüssigen Treibstoffe in einen Mischraum 1' eingespritzt, in welchem sie nach intensiver Mischung zur Selbstreaktion gebracht werden und die Vorverbrennung eingeleitet wird, wobei durch den auftretenden Druck das Steuerorgan 2', 4' in die Schließstellung nach links gebracht wird und der Ringspalt bzw. der Brennraum 9' entsteht, in welchem die völlige Verbrennung des Gemisches stattfindet. Der Ringspalt bzw. Brennraum 9' steht unmittelbar mit dem Wasserrohr 3' in Verbindung, so daß die Treibgase den im Rohr eingeschlossenen Wasserkolben unmittelbar beaufschlagen und ausschieben. Durch diese Anordnung der Brennkammer wird durch den Fortfall von Steuerschlitzen eine Drosselung des Gases vermieden und auch der schädliche Raum der Maschine weitestgehend herabgemindert.
Weiterhin wird die Einrichtung für den Brennraum volumenmäßig reduziert, so daß beim Einbau der Brennkammer in das Wasserrohr geringster Widerstand für den Wasserreaktionsmotor erreicht wird.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Betrieb eines Wasserreaktionsmotors für Wasserfahrzeuge durch intermittierendes Ausstoßen von Wassersäulen aus einem Rohr, in dessen vorderem Ende die Brennkammer mit der Ventilsteuereinrichtung im Fahrtstrom vorgesehen ist, mit Hilfe von Treibgas, da- durch gekennzeichnet, daß der Wasserreaktionsmotor mit einem Treibgas betrieben wird, welches durch Eigenreaktion von hochprozentigen flüssigen Sauerstoffträgern mit normalen Brennstoffen erzeugt wird.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (9) sich innerhalb der Ventilsteuereinrichtung befindet, die gebildet wird von dem gleichachsig im Kopf des Wasserrohres (3) angeordneten, vom Wasser umströmbaren, strömungsgünstig geformten Brennkammerkörper (1) und von dem Steuerorgan, bestehend aus dem Wasserabschlußventil (4) und aus einem Hohlzylinder (5) als seiner Ventilspindel, der in einer axialen zylindrischen Bohrung des Brennkammerkörpers geführt ist, mit dieser zusammen die Brennkammer (9) bildet und in Wasserabschlußstellung des Ventils (4) freigegebene Auslaßschlitze (6) enthält.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßschlitze (6) für tangentialen Austritt der Gase aus der Brennkammer (9) eingerichtet sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßschlitze (6) so weit nach vorn angeordnet sind, daß die Treibgase unmittelbar am vorderen Ende des Wasserrohres ausströmen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan (4, 5) unter dem Einfluß des Anfangsdruckes in der Brennkammer (9), hervorgerufen durch Teilverbrennung des Gemisches, in die Wasserabschlußstellung verschiebbar ist.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (9') sich innerhalb der Ventilsteuereinrichtung befindet, die gebildet wird von dem gleichachsig im Kopf des Wasserrohres (3') angeordneten, vom Wasser umströmbaren, strömungsgünstig geformten Brennkammerkörper (8') und von dem Steuerorgan (2', 4'), bestehend aus dem Wasserabschlußventil (2') und seiner Ventilspindel (4'), die bei Wasseröffnungsstellung des Ventils einen Mischraum (1') enthält, der von dem Brennkammerkörper (8') und dem Ventil (2') gebildet wird, in den die flüssigen Treibstoffe über die Pumpe (T) eingeführt werden, und daß durch Verschiebung des Steuerorgans (2', 4') in die Wasserschlußstellung durch den Druck der Vorverbrennung ein Ringspalt (9') als Brennkammer entsteht, in welchem die völlige Verbrennung des Gemisches stattfindet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 878 599; französische Patentschriften Nr. 1020 515, 1043 920; britische Patentschriften Nr. 700 393, 734 486; USA.-Patentschrift Nr. 2 746 249.