DE2130986A1

DE2130986A1 - Gasmaschine

Info

Publication number: DE2130986A1
Application number: DE19712130986
Authority: DE
Inventors: Newkirk Marc S
Original assignee: INTERNAT MATERIALS CORP
Current assignee: INTERNAT MATERIALS CORP
Priority date: 1970-06-22
Filing date: 1971-06-22
Publication date: 1971-12-30
Also published as: FR2096416B1; FR2096416A1; US3616779A

Description

Anmelder: International Materials, P.O. Box 934, 445 Broadway, Lynnfield, Massachusetts 01940, USA

Gasmaschine

Die Erfindung betrifft eine Gasmaschine, insbesondere einen Gasmotor mit Wasserstoff als Kraftstoff.

Es ist bereits ein Gasmotor mit Wasserstoff als Brennstoff bekannt (US PS 2 602 289), dessen Kraftstofftank für flüssigen Wasserstoff an einem Fahrzeug angeordnet ist. Der gasförmige Wasserstoff wird von dem Tank abgezogen und zum Antrieb des Verbrennungsmotors verwandt. Eine andere .Gasmaschine zur Verbrennung von Wasserstoff ist durch die US PS 3 101 592 bekannt.

Die bekannten Gasmaschinen haben jedoch gewisse Nachteile, welche deren praktische Verwendbarkeit als Antriebsmotor für Kraftfahrzeuge und andere Fahrzeuge begrenzen. Insbesondere erfolgt bei üblichen Gasmaschinen ein Austritt von unvermischtem Wasserstoff vorbei an den Kolbenringen in das Kurbelgehäuse. Dieser Wasserstoff mischt sich dann mit eintretender Luft bei dem Kompressionshub, wodurch eine brennbare Mischung in dem Kurbelgehäuse hergestellt wird, die durch Flammen gezündet, werden kann, die an den Ringen hindurchtreten. Dadurch ergeben sich unerwünschte und mitunter sogar gefährliche Verhältnisse.

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Bekannte Wasserstoffmotoren haben auch einen verhältnismäßig geringen Wirkungsgrad, beispielsweise, weil es nicht möglich ist, flüssigen Wasserstoff während längerer Zeit zu speichern, oder weil eine zu starke Erhitzung der Maschinenteile und eine unregelmäßige Verbrennung mit verhältnismäßig geringem Wirkungsgrad erfolgt. Deshalb erfolgte bisher nur eine sehr begrenzte Verwendung von Gasmaschinen. Andererseits erscheint jedoch eine Verwendung derartiger Gasmaschinen wünschenswert, weil die Verbrennung von Wasserstoff als Kraftstoff nur eine wesentlich geringere Luftverseuchung bedingt.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, eine Gasmaschine anzugeben, die eine möglichst geringe Luftverseuchung verursacht und möglichst betriebssicher bei relativ hohem Wirkungsgrad arbeitet. Ferner soll die Gasmaschine verhältnismäßig einfach herstellbar und unterhaltbar sein und einen wirtschaftlichen Betrieb durch die Verbrennung von gasförmigem Kraftstoff wie Wasserstoff ermöglicht. Der gasförmige Kraftstoff soll in Abhängigkeit von dem Bedarf der Maschine erzeugt werden.

Eine Gasmaschine gemäß der Erfindung wird mit einem gasförmigen Kraftstoff betrieben, der in flüssiger Form in einem isolierten Tank gespeichert wird. Zum Zwecke der Erläuterung soll eine Maschine beschrieben werden, in der Wasserstoff verbrannt wird, weil das hauptsächliche Verbrennungsprodukt von Wasserstoff als Kraftstoff Wasser ist, durch welches die Atmosphäre nicht verseucht wird. Ferner ist die spezifische Energie von Wasserstoff im Vergleich zu anderen Gasen verhältnismäßig groß.

Es wird ein Wärmetauscher zwischen dem Tank und dem Abgassystem der Maschine vorgesehen, so daß der flüssige Wasserstoff zur Lieferung von gasförmigem Wasserstoff entsprechend dem Kraftstoffbedarf der Maschine erhitzt wird. Der gasförmige Wasserstoff wird dann einem Vergaser, einem Gebläse einer Einblasedüse oder einer sonstigen üblichen Mischeinrichtung zugeführt, wo eine Vermischung mit Luft etwa irrjstöchiometrischen Verhältnis erfolgt, wodurch eine explosive Mischung gebildet wird, die dann den Brennkammern zugeführt wird.

Vorzugsweise ist ein Gebläse in der Leitung zwischen der Mischeinrichtung und den Brennkammern vorgesehen, so daß das Gemisch

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von Kraftstoff und Luft in die Kammern mit verhältnismäßig hohem Druck während der normalen Arbeitsweise der Maschine eintritt. Dadurch ergibt sich ein verhältnismäßig hohes Kompressionsverhältnis von etwa 25 : 1, wodurch ein optimaler Wirkungsgrad erhalten wird. Bei Kurbeldrehzahlen ist jedoch der Wirkungsgrad des Gebläses verhältnismäßig gering, so daß sich üblichere Kompressionsverhältnisse ergeben, etwa von 10 : 1. Dieser geringe Druck wird aufrecht erhalten, bis die Maschine auf höhere Drehzahlen gelangt, wenn das Gebläse wirksam wird.

Die Maschine hat eine Abgasverteilerleitung, welche sich durch den Wärmetauscher erstreckt, so daß die Wärme der heißen Abgase flüssigen Wasserstoff in gasförmigen Wasserstoff umwandelt, wie oben erwähnt wurde. Andererseits verliert der Wasserdampf aistatsächliches Abgasprodukt einen Teil seiner thermischen Energie an den Wasserstoff. Dieser Wasserdampf mit geringem Energiegehalt erfüllt zusätzliche Funktionen, indem er in die Mischeinrichtung zurückgeleitet wird, wo er mit dem eintretenden Wasserstoff und der Luft vermischt wird und einen Teil der brennbaren Mischung bildet, welche in die Brennkammer eingeleitet wird. Deshalb dient dieser Dampf mit niedrigem Energiegehalt sowohl als Kühlmittel für die Maschine und als Expansionsmedium während der Verbrennung. In anderen Worten bedeutet dies, daß der zu diesem Zeitpunkt verhältnismäßig kühle Dampf in die Maschine eingeleitet wird, wo er zur Kühlung der Maschinenteile wie Zylinderwände, Kolben und Ventile beiträgt, so daß das Gemisch aus Kraftstoff und Luft in den Brennkammern in geeigneter Weise durch gesteuerte Zündfunken gezündet wird, im Gegensatz zu einer Zündung durch heiße Maschinenteile während des Kompressionshubs. Diese sogenannte Selbstzündung ist der Hauptgrund für das Klopfen einer Maschine.

Ferner wird der in die Brennkammern eingeleitete Wasserdampf erhitzt, wenn die brennbare Mischung gezündet wird. Der Dampf wird zu Dampf mit hoher Energie und dehnt sich zusammen mit den anderen Gasen in der Brennkammer aus. Deshalb ist der Dampf ein echtes Arbeitsmedium, welches dazu beiträgt, den Wirkungsgrad der Verbrennung und die von der Maschine abgegebene Leistung zu erhöhen.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer Gasmaschine gemäß der Erfindung erfolgt eine kontinuierliche Ausspülung von Was-

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serstoff aus dem Kurbelgehäuse, welcher gegebenenfalls dorthin gelangt ist. Mitunter kann vermischter oder nicht vermischter Wasserstoff aus den Brennkammern an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelgehäuse eintreten, vor er mit Luft vermischt wird, wodurch sich eine explosive Mischung ergeben kann. Wenn dies nicht verhindert wird, kann die Mischung durch Flammen gezündet werden, die an den Kolbenringen vorbeigelangen, wodurch eine unerwünschte und gefährliche Explosion in diesem Raum auftreten kann. Bei der Gasmaschine gemäß der Erfindung wird das Kurbelgehäuse kontinuierlich mit Luft gespült, so daß die Wasserstoffkonzentration in keinem Falle ausreicht, dort eine brennbare Mischung zu erzeugen.

Wahlweise kann das kalte von dem Wärmetauscher eintretende Wasserstoffgas durch das Kurbelgehäuse auf dem Weg zu der Mischeinrichtung umgeleitet werden. In dieser Weise spült der Wasserstoff brennbare Mischungen von Kraftstoff und Luft aus, welche in das Kurbelgehäuse austreten, oder reichert dieses Gemisch so stark an, daß es nicht mehr zündbar ist. Der durch das Kurbelgehäuse strömende kalte Wasserstoff kühlt ferner dort die Maschinenteile und verringert weiter den Austritt von Abgasen aus dem Kurbelgehäuse in die Atmosphäre.

Eine derartige Gasmaschine kann mit unterschiedlichem gasartigem Kraftstoff arbeiten. Die Konstruktion ermöglicht einen verhältnismäßig großen Wirkungsgrad und ergibt ein verhältnismäßig großes Verhältnis von Leistung zu Gewicht, weshalb diese Gasmaschine einen wirtschaftlichen Betrieb ermöglicht.

Zusammenfassend werden deshalb die wesentlichen Merkmale der Erfindung in einer Gasmaschine gesehen, die durch einen gasförmigen Brennstoff wie Wasserstoff angetrieben wird, der in flüssiger Form in einem isolierten Tank gespeichert wird. Ein dem Tank zugeordneter Wärmetauscher wandelt die Flüssigkeit in ein Gas in gesteuerter Weise in Abhängigkeit von dem Bedarf der Maschine um. Das Gas wird dann zu der Mischeinrichtung der Maschine geleitet, in welcher es mit Luft vermischt wird und dann unter verhältnismäßig hohem Druck in die Brennkammern gepumpt wird, um ein hohes Kompressionsverhältnis zu erzielen. Der aus den Brennkammern austretende Dampf mit hoher Energie wird durch den Wärmetauscher zirkuliert, vor er einen Teil seiner Wärme abgibt und daraufhin wie-

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der in die Brennkammern eingeleitet wird, wo er als Kühlmedium und als Arbeitsmedium dient. Irgendein zündbares Gasgemisch, das in das Kurbelgehäuse gelangen sollte, wird ausgespült, um das Auftreten von Explosionen an dieser Stelle praktisch zu vermeiden.

Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbexspiels soll die Erfindung näher erläutert werden.

Die einzige Figur zeigt ein Blockdiagramm einer Gasmaschine gemäß der Erfindung.

Der flüssige Wasserstoff wird in einem isolierten oder doppelwandigem Tank 10 gespeichert. Ein Wärmetauscher 12 ist der unteren Wand des Tanks 10 eng zugeordnet und enthält ein heißes rohrförmiges Wärmetauscherelement 14, welches tatsächlich ein Teil des Abgassystems der Maschine ist und später noch näher beschrieben werden soll. Die durch das Element 14 gelangenden heißen Abgasprodukte geben einen Teil ihrer Wärme an den flüssigen Wasserstoff in dem Tank 10 ab, so daß ein Vorrat von Wasserstoffgas auf der Oberseite des Tanks vorhanden ist, wie in der Zeichnung angedeutet ist.

Das Ausmaß der Verdampfung von Wasserstoff wird deshalb direkt durch die Menge der Abgasprodukte bestimmt, die durch den Wärmetauscher fließt. Da die Menge des Abgases aus der Maschine von der abgegebenen Leistung abhängig ist, ist der Betrag der Verdampfung des Wasserstoffs in dem Tank proportional der von der Maschine abgegebenen Leistung. Wenn also die Leistung der Maschine erhöht wird, erzeugt die Maschine mehr Abgasprodukte, welche den flüssigen Kraftstoff stärker erhitzen, so daß mehr Wasserstoffgas in dem Tank erzeugt wird, um den Bedarf der Maschine zu erfüllen. Wenn dagegen die Leistung der Maschine abfällt, wird weniger Wasserstoffgas entsprechend dem verringerten Kraftstoffbedarf der Maschine erzeugt.

Eine Kraftstoffleitung 16 mit einem Druckregler 18 erstreckt sich von der Oberseite des Tanks 10 zu einem Zusatztank 22 für eine Gasspeicherung. In dem Tank 22 ist ein beträchtliches Gasvolumen vorgesehen, so daß dieser Vorrat verfügbar ist, um den momentanen Anforderungen der Maschine entsprechen zu können.

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Eine weitere Kraftstoffleitung 26 leitet Gas aus dem Tank 22 über eine Drosseleinrichtung 28 direkt in die Mischeinrichtung in der Maschine. Die Drpsseleinrichtung 28 kann ein einstellbarer Druckregler sein, welcher die Gaszufuhr zu der Mischeinrichtung steuert.

In der Mischeinrichtung 32 wird der Wasserstoff intensiv mit Außenluft gemischt, die über eine Luftleitung 34 eingezogen wird, welche übliche Einrichtungen wie Luftfilter enthält. Dieser Mischung wird auch ein Teil der Abgasprodukte der Maschine zugegeben, wie später noch erläutert werden soll. In jedem Falle wird ein explosives Gemisch aus Kraftstoff und Luft in der Mischeinrichtung 32 hergestellt, welches dann über eine Leitung 36 einem Gebläse 38 zugeführt wird. Der Auslaß des Gebläses 38 ist über eine Leitung 42 mit den Brennkammern 44 verbunden.

Das Gebläse 38 ist vorgesehen, weil es wünschenswert ist, daß die Mischung den Brennkammern 44 mit einem verhältnismäßig hohen Druck während des Normalbetriebs der Maschine zugeführt wird, um das Kompressionsverhältnxs der Maschine und dadurch dessen Gesamtwirkungsgrad zu erhöhen. Vorzugsweise sollte das Gebläse 38 die Mischung an die Brennkammern 44 mit einem so hohen Druck liefern, daß Kompressionsverhältnisse von etwa 25 : 1 erzielt werden.

Eine Arbeitsweise der Maschine bei so hohen Kompressionsverhälfcnissen bedeutet, daß das Anlassen zunächst schwieriger ist. Deshalb wird das Gebläse 38 so ausgewählt, daß bei Kurbeldrehzahlen der Maschine der Wirkungsgrad des Gebläses verhältnismäßig gering ist, so daß sich ein üblicheres Kompressionsverhältnxs ergibt, beispielsweise von etwa 10 : 1. Ein Gebläse mit geradgeführten Flügeln oder ein Routsgebläse ist zufriedenstellend. Das Gebläse 38 führt auch eine zusätzliche Funktion durch, indem es sehr gründlich die Gase vermischt, die den Brennkammern zugeführt werden, wodurch eine gleichförmige explosive Mischung in die Brennkammern eingeleitet wird.

Ein wahlweises Verfahren zur Erzielung des geringeren Kompressionsverhältnisses beim Anlassen der Maschine wird durch die An-

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ordnung einer Nebenflußleitung zu dem Gebläse 3 8 ermöglicht. Diese Nebenflußleitung enthält ein Ventil, das durch die Drehzahl der Maschine gesteuert wird und offenbleibt, solange die Maschine unterhalb einer ausgewählten Drehzahl arbeitet. Das Ventil kann ein übliches Ventil sein, das durch einen geeigneten Abgriff punkt gesteuert wird, welcher von der Drehzahl der Maschine, also von der Drehzahl der Kurbelwelle, abhängt. Wenn das Ventil geöffnet ist, ist der Druck der den Brennkammern 44 zugeführten Mischung ausreichend niedrig, um das erforderliche kleine Kompressionsverhältnis für das einfache Anlassen der Maschine zu liefern.

Um ferner das niedrigere Verhältnis bei Kurbeldrehzahlen zu erzielen, kann das Gebläse 38 selbst durch irgendeine bekannte Schalteinrichtung gesteuert werden, so daß es nur wirksam ist, wenn die Maschinendrehzahl einen ausgewählten Wert überschreitet.

Die Verbrennungsprodukte treten aus den Brennkammern 44 über eine Abgasleitung 46 aus. Da bei der dargestellten Maschine der Kraftstoff Wasserstoff ist, ist das hauptsächliche Verbrennungsprodukt Dampf. Die Abgasleitung 46 steht mit dem heißen Wärmetauscherelement 14 in Verbindung, so daß die heißen Verbrennungsprodukte durch den Wärmetauscher 12 hindurchtreten.

Diese Verbrennungsprodukte werden durch den flüssigen Wasserstoff in dem Tank 10 abgekühlt, so daß der Dampf mit hohem Energiegehalt in einen Dampf mit niedrigem Energiegehalt umgewandelt wird. Dieser Dampf mit niedrigem Energiegehalt wird dann an die Mischeinrichtung 32 über eine Leitung 48 zurückgeleitet, wo er mit dem eintretenden Wasserstoffgas und Luft vermischt wird. Dieser Wasserdampf oder Dampf mit niedrigem Energiegehalt wird zusammen mit dem Gemisch aus Kraftstoff und Luft in den Brennkammern 44 eingeleitet. Wenn dann die brennbare Mischung in den Kammern gezündet wird, wird der eingeblasene Wasserdampf in Dampf mit hohem Energiegehalt umgewandelt und dehnt sich zusammen mit den anderen Gasen aus, wodurch der gesamte Gasdruck in den Brennkammern erhöht wird. Durch Verwendung der Verbrennungsprodukte der Maschine selbst wird deshalb die Leistung und der Wirkungsgrad der Maschine erhöht.

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Ferner ist der in die Brennkammern 44 eingeblasene Wasserdampf verhältnismäßig kühl. Deshalb werden dadurch die verschiedenen Maschinenteile wie die Zylinder, Kolbenringe gekühlt. Eine Folge davon ist, daß das eintretende Gemisch während des Kompressionshubs in der Regel nicht gezündet werden kann. Die explosive Mischung in jedem Zylinder wird deshalb zu dem genauen Zeitpunkt gezündet, der durch die Zündkerze dieses Zylinders bestimmt ist. Dadurch wird ebenfalls der Wirkungsgrad der Maschine erhöht und das Klopfen auf einem Minimum gehalten.

Diejenigen Verbrennungsprodukte, welche das Ende 46a der Abgasleitung erreichen, sind verhältnismäßig kühl und enthalten eine minimale Menge an schädlichen Verseuchungsprodukten, weil das hauptsächliche Verbrennungsprodukt Wasser ist. Deshalbverursacht selbst eine verhältnismäßig schlecht eingestellte Maschine praktisch» keine Verseuchung. Ferner ergibt das Verbrennen von Wasserstoff keine Niederschläge in der Maschine, wie dies bei üblichen Verbrennungsmotoren auftritt.

Die Menge von Dampf mit niedriger Energie, die durch die Leitung 48 in die Mischeinrichtung 32 zurückgeleitet wird, kann durch übliche Einrichtungen wie ein Drosselklappenventil 52 oder einfach durch eine Drosselung in der Leitung 48 eingestellt werden.

Vorzugsweise wird bei dieser Maschine eine Einrichtung vorgesehen, um den Aufbau eines zu großen Gasdrucks in dem Tank 10 zu verhindern. Eine Entlüftungsleitung 54 für Wasserstoffgas führt von der Oberseite des Tanks 10 zu der Abgasleitung 46. Die Leitung 54 enthält ein Rückschlagventil 46, welches den Austritt von Gas aus dem Tank 10 ermöglicht, wenn der Gasdruck einen vorherbestimmten Druck überschreitet. Das Gas wird über die Leitung 46 abgelassen, wo es sich mit den Verbrennungsprodukten aus den Brennkammern 44 vermischt und wird entweder in der beschriebenen Weise erneut zirkuliert oder an die Atmosphäre über das Ende 46a der Abgasleitung abgegeben. Das Ventil 56 bleibt geschlossen, wenn der Druck in der Abgasleitung 46 denjenigen in dem Tank überschreitet, so daß die Abgasprodukte nicht in den Tank 10 eintreten können.

Wahlweise kann der überschüssige Gasdruck in dem Tank 10 über

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eine Leitung 58 zu einer Station 62 verringert werden, welche ein Kontrollicht 64 enthält, welches bei Benutzung des Fahrzeugs gezündet wird. Diese Elemente sind in der Figur gestrichelt dargestellt. Die Leitung 58 enthält ein Rückschlagventil 66, welches zur Ableitung von Gas aus dem Tank 10 geöffnet wird, wenn der Gasdruck den eingestellten Wert überschreitet. Sobald das Gas die Station 62 erreicht, wird es durch die Kontrolleinrichtung 64 gezündet und in gesteuerter Weise verbrannt. Wenn die Station 62 verwandt wird, kann die Leitung 54 weggelassen werden.

An Stelle eines Kontrollichts kann die Station 62 einen Katalysator enthalten, welcher die Eigenschaft aufweisen sollte, daß er den Wasserstoff so umwandelt, daß er die Atmosphäre nicht verseucht. Beispiele derartiger Katalysatoren sind fein verteiltes Platin oder Palladium, das auf einem inerten Material wie Granulat aus Aluminiumoxyd niedergeschlagen ist.

Es ist möglich, daß eine gewisse Menge der Mischung in den Brennkammern 44 an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelgehäuse 68 der Maschine gelangen kann. Die Aufgabe dieser explosiven Mischung in dem Kurbelgehäuse ist ziemlich gefährlich und nicht wünschenswert. Dies ist der Fall, weil die Flamme aus den Brennkammern an den Kolbenringen vorbeitreten kann und die Mischung zünden kann. Um diese Gefahr möglichst weitgehend zu vermeiden, wird das Kurbelgehäuse 68 ständig ausgespült, so daß dort eine geringe Ansammlung zündbarer Mischungen erfolgt.

Das Kurbelgehäuse 68 ist über eine Leitung 72 mit der Mischeinrichtung 32 verbunden. Wenn die Maschine läuft, wird in der Leitung 72 ein Unterdruck erzeugt, so daß Luft von der Außenseite in das Kurbelgehäuse über dessen Leitung 68a eingezogen wird. Diese Frischluft spült kontinuierlich irgendwelche brennbaren Mischungen aus dem Kurbelgehäuse hinaus, so daß dort praktisch keine Explosionsgefahr besteht.

Ein wahlweises Verfahren zur Erzeugung eines Unterdrucks in dem Kurbelgehäuse besteht darin, die Leitung 72 direkt mit einer üblichen Vakuumpumpe zu verbinden. Statt das Kurbelgehäuse in der oben beschriebenen Weise mit Luft auszuspülen, kann das verhältnismäßig kalte Wasserstoffgas in der Leitung 16 über das Kurbelgehäuse vor dem Eintritt in den Zusatztank 22 umgeleitet werden,

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so daß in dem Kurbelgehäuse eine Wasserstoffatmosphäre vorhanden ist. Dieser ständige Durchfluß von verhältnismäßig kühlem Wasserstoffgas verdünnt irgendeine brennbare Mischung und spült diese aus, welche Mischung sich in dem Kurbelgehäuse gegebenenfalls angesammelt hat, so daß darin eine solche Anreicherung erfolgt, daß !die resultierende Mischung aus Luft und Kraftstoff nicht gezündet werden kann, weil weniger als 25 Volumenprozent Luft vorhanden sind. Selbst wenn also eine Flamme an den Kolbenringen vorbei in das Kurbelgehäuse eintreten sollte, kann deshalb die vorhandene Gasmischung nicht gezündet werden.

Ferner kühlt auch die verhältnismäßig kalte Strömung aus Wasserstoff gas in dem Kurbelgehäuse die Maschinenteile, wodurch die gasförmigen Verseuchungen auf einem Miniumum gehalten werden, die von dieser Stelle austreten können.

Aus der vorangegangenen Beschreibung ist ersichtlich, daß eine derartige Gasmaschine mit gutem Wirkungsgrad mit Wasserstoff oder anderen Gasen arbeiten kann. Bei der Verwendung von Wasserstoff wird der Vorteil ausgenutzt, daß das Gas eine hohe Temperatur der Selbstzündung hat, weshalb ein verhältnismäßig hohes Kompressionsverhältnis Verwendung finden kann. Ferner hat Wasserstoff ein hohes Verhältnis von freier Energie und Gewicht. Der Kraftstoff kann als Flüssigkeit gespeichert werden, so daß er nur einen minimalen Raum einnimmt. Ferner dient der Kraftstoff nicht nur zur Verbrennung. Der Kraftstoff dient vielmehr auch zur Kühlung der verschiedenen Maschinenteile sowie zur Rückführung von Abgasprodukten, die dann wieder in die Verbrennungskammern als Expansionsmedien zurückgeführt werden. Deshalb dient der Wasserstoff als Kraftstoff dazu, einen maximalen Wirkungsgrad der Masc hine zu erzielen und die Menge unerwünschter Verseuchungsprodukte minimal zu halten/ die aus der Maschine austreten.

Vor allem kann jedoch der gasförmige Kraftstoff dazu dienen, das Kurbelgehäuse der Maschine auszuspülen und den Aufbau einer explosiven Mischung darin minimal zu halten. Die Konstruktion, die Wartung und' die Betriebskosten einer derartigen Maschine sind trotzdem verhältnismäßig niedrig.

Patentansprüche

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Claims

L ! J U J ö ü

-11-Patentansprüche

/ 1-J Gasmaschine, gekennze ichnet durch einen isolierten ' Tank zur Speicherung von gasförmigem Kraftstoff in flüssiger Form, durch eine Mischeinrichtung zum Vermischen des Kraftstoffs mit "Luft, und durch einen Wärmetauscher, der in wärmeleitender Verbindung mit dem Tank steht und durch den heiße Abgase aus der Maschine leitbar sind, so daß der flüssige Kraftstoff vor seiner Zuführung in die Mischeinrichtung in ein Gas umgewandelt wird und die Verdampfung des Kraftstoffs in dem Tank den Kraftstoffbedarf der Maschine entspricht.

2. Gasmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Wärmetauscher Kühlrippen enthält, die in den Tank ragen, um eine großflächige Verbindung mit flüssigem Kraftstoff herzustellen.

3. Gasmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Weiterleitung von Abgas, die in der Leitung durch den kalten Brennstoff in dem Tank kondensiert wurden, zurück in die Brennkammern, um dort als Expansxonsmedium während der Verbrennung zu dienen.

4. Gasmaschine nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Zusatztank in der Brennstoffleitung zwischen dem Tank und der Mischeinrichtung, um einen verfügbaren Vorrat von gasförmigem Kraftstoff zu bilden, welcher den augenblicklichen Anforderungen der Maschine entspricht.

5. Gasmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß eine Einrichtung in Verbindung mit dem Tank steht, um den Gasdruck dadurch zu erniedrigen, wenn dieser einen vorherbestimmten Wert überschreitet.

6. Gasmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß die Einrichtung zur Verringerung des Drucks durch eine Station zur Druckentlastung zur Umwandlung des gasförmigen

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Kraftstoffs in eine nicht explosive Form gebildet ist, und daß eine Einrichtung mit einem Ventil vorgesehen ist_# die zwischen den Tank und die Station geschaltet ist, so daß gasförmiger Kraftstoff in der Leitung zu der Station abgelassen wird, wenn der Gasdruck in dem Tank einen vorherbestimmten Druck überschreitet.

- Gasmaschine nach Anspruch 6, dadurch gek'ennzeich net, daß die Station eine Kontrolleinrichtung zum Verbrennen von überschüssigem Gas enthält, das der Station zugeführt wird.

8. Gasmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet;, daß die Station einen Katalysator enthält, um das der Station zugeführte überschüssige Gas zu oxidieren.

9. Maschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlastungseinrichtung ein Sperrventil enthält, das zwischen den Tank und die Abgasleitung der Maschine geschaltet ist, so daß überschüssiges Gas in dem Tank der Abgasleitung zuführbar ist.

10. Gasmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Kurbelgehäuse aufweist, und daß eine Einrichtung zum Ausspülen des Kurbelgehäuses vorgesehen ist, so daß irgendwelcher gasförmiger Kraftstoff, der aus den Brennkammern eingedrungen ist, nicht zur Herstellung eines explosiven Gemischs in dem Kurbelgehäuse führen kann.

11. Gasmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichn e t , daß die Einrichtung zum Ausspülen eine Einrichtung zum Abzug von nicht zündbarem Gas durch das Kurbelgehäuse enthält, um eine explosive Atmosphäre zu verdünnen und sich ansammelnde Gemische auszuspülen.

12. Gasmaschine nach Anspruch 11,dadurch gekennzeichnet, daß die Spüleinrichtung durch eine Leitung zwischen dem Kurbelgehäuse und der Mischeinrichtung gebildet ist, so daß das Gas in dem Kurbelgehäuse in die Mischeinrichtung hineingezogen und mit dem eintretenden Kraftstoff vermischt wird.

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13. Gasmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß die Spüleinrichtung eine Einrichtung zum Zirkulieren von kaltem gasförmigem Kraftstoff von dem Tank durch das Kurbelgehäuse aufweist, bevor dieser in die Mischeinrichtung eingeleitet wird, um das Vorhandensein von Luft in dem Kurbelgehäuse minimal zu halten, und um dadurch dort den Aufbau einer zündbaren Mischung zu verhindern.

14. Gasmaschine nach Anspruch 1_# dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zwischen der Mischeinrichtung und den Brennkammern vorgesehen ist, um den Druck zu ändern, mit dem die Mischung aus der Mischeinrichtung den Brennkammern entsprechend der Drehzahl der Maschine zugeführt wird.

15. Gasmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung des Drucks eine Pumpe aufweist, die in der Leitung zwischen der Mische inrich¹-tung und den Brennkammern vorgesehen ist, und daß eine Einrichtung auf die Drehzahl der Maschine anspricht, um diese Pumpe anzuschalten, wenn die Drehzahl der Maschine einen vorherbestimmten Wert überschreitet.

16. Gasmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Änderung des Drucks eine Pumpe aufweist, die in der Leitung zwischen der Mischeinrichtung und den Brennkammern der Maschine vorgesehen ist, daß eine Nebenflußleitung um die Pumpe in der Kraftstoffleitung vorgesehen ist, und daß ein Ventil an die Nebenflußleitung angeschlossen ist und auf die Drehzahl der Maschine anspricht, welches Ventil sich öffnet, wenn die Drehzahl der Maschine unter einem vorherbestimmten Wert liegt.

17. Gasmaschine nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Druckänderung ein durch die Maschine betätigtes Gebläse aufweist, daß das Gebläse einen verhältnismäßig niedrigen Wirkungsgrad bei Kurbeldrehzahl der Maschine hat, und daß dasGebläse einen verhältnismäßig großen Wirkungsgrad bei normalen Betriebsdrehzahleη der Maschine hat.

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18. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Brennkammern, durch eine Einrichtung zur Zufuhr eines brennbaren Gemischs in die Brennkammern, durch eine Einrichtung zum Kühlen der Abgase aus den Brennkammern, und durch eine Einrichtung zum Rezirkulieren zumindest eines Teils der Abgase und zur Vermischung mit der Mischung aus Kraftstoff und Luft, die in die Brennkammern eingeleitet wird, so daß der Dampf während der Verbrennung als Expansionsmedium dient.

19. Gasmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zuführende Einrichtung eine Mischeinrichtung enthält, um den gasförmigen Brennstoff mit der Luft und den Dämpfen zu vermischen, um den Brennkammern eine brennbare Mischung von Kraftstoff und Luft zuzuführen.

20. Gasmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zwischen die Mischeinrichtung und die Brennkammern geschaltet ist, um den Druck der Mischung zu ändern, welche den Brennkammern zugeführt wird, und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf die Drehzahl der Maschine anspricht, um die den Druck ändernde Einrichtung zu steuern, so daß die Mischung den Brennkammern unter verhältnismäßig niedrigem Druck bei Kurbeldrehzahlen der Maschine zugeführt wird, und die Mischung den Brennkammern unter verhältnismäßig hohem Druck bei normalen Maschinendrehzahlen zugeführt wird.

21. Gasmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein isolierter Brennstofftank für gasförmigen Brennstoff in flüssiger Form vorgesehen ist, und daß eine Einrichtung zur Weiterleitung von kaltem Brennstoff aus dem Tank in die Einspritzeinrichtung vorgesehen ist, welcher kalte Kraftstoff zur Kühlung der betreffenden Maschinenteile beiträgt.

22. Gasmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung einen Wärmeaustauscher enthält, welcher dem Tank zugeordnet ist, und durch den die Abgase hindurchgeleitet werden.

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23. Gasmaschine nach Anspruch 22, gekennzeichnet durch einen Zusatztank zwischen dem Tank und der Einspritzeinrichtung, welcher zur Speicherung von gasförmigem Kraftstoff dient, um den augenblicklichen Bedarf der Maschine liefern zu können.

24. Gasmaschine nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Station zur Änderung des Drucks zur Umwandlung des gasförmigen Kraftstoffs in einen nicht zündbaren Zustand, und durch eine auf Druck ansprechende Einrichtung, die zwischen dem Tank und der Station angeschlossen ist, um Gas von dem Tank zu der Station weiterzuleiten, wenn dessen Druck einen vorherbestimmten Wert überschreitet.

25. Gasmaschine nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Station eine Kontrolleinrichtung aufweist, um Kraftstoff zu verbrennen, welcher dieser Station zugeführt wird.

26. Gasmaschine nach Anspruch 24, dadurch gekenn-

z ei c h η e t , daß die Station einen Katalysator enthält, um dieser Station zugeleiteten Kraftstoff zu oxidieren.

27. Gasmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennze ichnet , daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um Gas aus dem Tank zu der Abgasleitung der Maschine weiterzuleiten, wenn der Gasdruck in dem Tank einen vorherbestimmten Wert überschreitet.

28. Gasmaschine nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Kurbelgehäuse enthält, und daß eine Leitung vorgesehen ist, um kalten gasförmigen Kraftstoff von dem Tank zu dem Kurbelgehäuse zu leiten, bevor dieses Gas der Einspritzeinrichtung zugeführt wird, so daß der Kraftstoff Luft aus dem Kurbelgehäuse herausspült, um den Aufbau einer explosiven Mischung dort zu verhindern.

29. Gasmaschine nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine ein Kurbelgehäuse aufweist,

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und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, um das Kurbelgehäuse mit einem nicht zündbaren Gas auszuspülen, um den Aufbau einer explosiven Mischung darin zu verhindern.

30. Gasmaschine nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, -daß die Spüleinrichtung durch eine Leitung zwischen dem Kurbelgehäuse und der Mischeinrichtung gebildet ist, so daß Gas in dem Kurbelgehäuse in die Mi Scheinrichtung hineingezogen wird, um mit dem zugeführten Kraftstoff vermischt zu werden.

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