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Publication number: DE240252C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 240252 KLASSE 46«. GRUPPE

Dr. GEORGE FRANCOIS JAUBERT in PARIS.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 18. Mai 1910 ab.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von Verbrennungskraftmaschinen (beispielsweise Petroleummaschinen) und im besonderen von Dieselmotoren, die auf Unterseebooten verwendet werden, während der Tauchperiode.

Man hat schon vorgeschlagen, derartige Maschinen während der Unterwasserfahrt mit reinem Sauerstoff zu speisen, der entweder ίο mit den der Kohlensäure beraubten Auspuff-■ gasen (d. h. mit ziemlich reinem Stickstoff) oder mit diesen Auspuffgasen in ungereinigtem Zustande (d. h. mit einem Gasgemisch, das eine große Menge Stickstoff und Wasserdampf, wie auch Kohlensäure und etwas Sauerstoff enthält) vermischt wurde.

Im ersten Falle stellt man ein der atmosphärischen Luft gleiches, die Verbrennung förderndes Gemisch her; im zweiten Falle ist das Gemisch ähnlich wie die Luft, enthält aber außerdem einen gewissen Betrag Wasserdampf und Kohlensäure.

Die Zusammensetzung der Auspuffgase eines Dieselmotors ist folgende (Schröter, Zeitschrift des Vereins deutscher Ingenieure vom 24. Juli 1897, Nr. 30):

Stickstoff. . . .
Kohlensäure .
Sauerstoff
Kohlenoxyd

Es hat sich nun herausgestellt, daß man bei einer der bisherigen gerade entgegengesetzten Betriebsweise, d. h. durch vollkom-

Bei voller	Bei halber
Belastung:	Belastung:
84,8 Prozent,	82,0 Prozent
ire . . 10,0	6,2 -
5,0 -	11,8
yd . . 0,2	0,0

menes Ausschalten des Stickstoffs aus dem Auspuffgase und alleiniges Beibehalten der Kohlensäure sehr günstige Ergebnisse erhält.

Wenn man beim Betriebe einer Kraftmaschine der angegebenen Art, in der die Auspuffgase wieder verwendet werden, in dem zur Verbrennung nötigen Gas, ohne an dem Sauerstoffgehalt etwas zu ändern, die (prozentuale) Konzentration der Kohlensäure auf Kosten der beiden anderen Bestandteile der Auspuffgase, des Stickstoffs und des Wasserdampfes (die. ^ß/₇ der Auspuffgase ausmachen) vergrößert, so nimmt die Kohlensäure in diesem Zustande größerer Konzentration und bei Abwesenheit von Wasserdampf unter Freigabe von freiem Kohlenstoff nach folgender Gleichung an der Verbrennung teil:

C₇F₁₆ -f 4 CO₂ + Hitze

Petroleum Kohlensäure

= 5V₂C₂ + 8H₂O + Hitze.

55

Kohlenstoff

Wasser

Beide Produkte dieser Reaktion sind, wie man sieht, bei gewöhnlicher Temperatur nicht gasförmig und können infolgedessen leicht an Bord aufbewahrt werden.

Die durch diese Gleichung dargestellte Reaktion ist das Gegenstück zu der Umsetzung von Kohlenstoff in Kohlensäure und Kohlenoxyd unter der Einwirkung von Wasserdampf:

C + H₂O ^==±iCO +H₂

C + 2H₂O ^==L· CO₂ + 2H₂.

Die Betrachtung dieser beiden Gleichgewichtsgleichungen lehrt, daß man, um die

rechtsstehende Reaktion zu erhalten, in dem zur Verbrennung beitragenden Gemisch den Stickstoff ausscheiden, den Wasserdampfgehalt verringern und den Gehalt an Kohlensäure und Wasserstoff vergrößern muß, d. h. für den vorliegenden Fall muß man die Zufuhr an kohlenwasserstoffhaltigem Brennstoff (Petroleum) vergrößern.

Demgemäß besteht das Verfahren nach der

ίο Erfindung darin, die Verbrennung des Petroleums während der < Tauchperiode unter Anwesenheit eines die Verbrennung fördernden Gases stattfinden zu lassen, das nur aus mit Kohlensäure verdünntem Sauerstoff besteht, und dies zu dem Zwecke, während man den Sauerstoff der Kohlensäure an der Verbrennung des Petroleums sich beteiligen läßt, eine Verminderung des Verbrauchs an eingeführtem Sauerstoff und eine Verminderung der nicht zu verdichtenden Bestandteile in dem Überschuß der Auspuffgase zu erhalten und diesen Überschuß an Auspuffgasen leicht im Wasser löslich zu machen. In der Zeichnung ist eine beispielsweise Einrichtung eines Zweitaktdieselmotors an Bord eines Unterseebootes schematisch dargestellt, der nach dem Verfahren gemäß der Erfindung arbeitet.

Der Zweitaktmotor von bekannter Konstruktion hat zwei mit den Enden aneinander liegende Zylinder α und b, deren Kolben in Tandemanordnung an einer gemeinsamen Pleuelstange angreifen.

Der Zylinder α dient als Kompressionspumpe und fördert in einen Behälter h, der andere, b, der Zylinder der Kraftmaschine, hat ein Einlaßventil c für Petroleum oder anderen flüssigen Brennstoff, der durch eine Leitung d zugeführt wird.

Die Einspritzung geschieht mittels Luft oder Kohlensäure unter Druck, die durch ein mit einem Dreiweghahn f versehenes Rohr e in das Gehäuse des Ventils c geleitet wird.

Durch ein Ventil g kann der Zylinder b mit dem Behälter h verbunden werden, der an der anderen Seite an dem Kompressionszylinder α angeschlossen ist, und ein anderes Ventil I steht mit einer Leitung i in Verbindung, die von einer von dem Motor getriebenen Pumpe j gespeist wird, welche ein Dreiweghahn k mit der Atmosphäre oder mit einem nicht dargestellten Sauerstoff behälter in Verbindung setzen kann.

Das Auspuffrohr m des Zylinders b ist durch ein Rohr η an einen Sammelbehälter 0 für die Abgase angeschlossen, auf dem ein Dreiweghahn ft angeordnet ist, der einerseits mit der Atmosphäre und andererseits mit einem Verdichter und Ausscheider q in Verbindungt steht.

Dieser letztere ist durch ein Rohr r mit Druckregler s an einen Trocken - Ausscheider oder - Reiniger t angeschlossen, der an seinem einen Ende eine aufsaugende Masse, wie Torf, enthält; dieser Reiniger t kann durch einen Dreiweghahn ζ einerseits mit einer zu der Ansaugeöffnung des Zylinders α führenden Leitung u in Verbindung gesetzt werden und andererseits mit der Atmosphäre. An dem' Reiniger kann eine nicht dargestellte Vorrichtung angebracht sein, die eine Untersuchung der Gase durch den Augenschein gestattet.

Eine Zweigleitung ν geht von dem Rohr r ab und besitzt ein so eingestelltes Ventil x, daß es sich bei einem gewissen Drücke im Kreisprozeß öffnet; diese Abzweigung führt zur Ansaugestelle einer Pumpe y, die nach außen fördert.

Eine Stange I, die mit einem Griffe versehen ist, verbindet die Schlüssel der Hähne z, ft, k und f miteinander, so daß man die verschiedenen Hähne gleichzeitig stellen kann.

Für die Fahrt an der Oberfläche stellt man die Stange in der Weise ein, daß die Hähne k, p und ζ mit der Atmosphäre in Verbindung sind und der Hahn f das Petroleumeinspritzventil mit einem mit Druckluft gefüllten Behälter in Verbindung setzt. Das Einspritzen des Petroleums geschieht mittels Druckluft, der Kolben α saugt atmosphärische Luft durch den Hahn ζ an und drückt sie in den Behalter h, von wo man sie zum Ausspülen des Maschinenzylinders b entnimmt.

Die Pumpe / fördert durch das Ventil I in diesen Zylinder b atmosphärische Luft von entsprechendem Druck, die mit dem durch das Ventil c zugeleiteten Brennstoff das Explosionsgemisch bilden soll.

Die Reinigungsapparate q und t sind unbenutzt, und die Pumpe y, die keine Nutzarbeit leistet, kann dann losgekuppelt sein.

Für die Unterwasserfahrt ersetzt man zunächst die Druckluft zum Einspritzen des Petroleums durch Kohlensäure unter Druck, die durch das Rohr e zugeführt wird. Die Auspuffgase des Maschinenzylinders werden durch eine Spülung mit Kohlensäure unter Druck ausgetrieben. Diese Kohlensäure wird für die ersten Umdrehungen der Maschine nach ihrer Isolierung von der Atmosphäre von einer zweckmäßigen Quelle geliefert, beispielsweise von der, die die für die Einspritzung des Petroleums gebrauchte Kohlensäure hergibt.. .

Die Auspuffgase werden durch das Rohr η in den Verdichter und Ausscheider q geleitet, der aus zwei Teilen besteht. In dem einen Teil, beispielsweise einem Oberflächenkondensator, wird der Wasserdampf niedergeschlagen, während in dem anderen, mit Torf o. dgl. gefüllten Teil, der einen Filter bildet, die Kohlenstoffteilchen, das unverbrannte Öl und die letzten Wasserspuren zurückgehalten werden.

Der trockene Ausscheider t hält noch die Staubteilchen und die sonst noch vorhandenen Stoffe zurück, die haben durchschlüpfen könneu, und diese Filtrierung durch den in dem Behälter befindlichen Torf ist vollendet, wenn man sich durch den Augenschein für eine gewisse Dichte dieser Gase von einer vollständigen Reinigung überzeugt.

Die gereinigten Gase, gehen durch das

ίο Rohr ü zur Ansaugestelle des Zylinders a. Diese gereinigten und komprimierten Auspuffgase gehen dann in den Behälter A, von dem aus sie für die Spülung verwendet werden. Die Einspritzung des Petroleums durch das Ventil c kann ebenfalls mit Hilfe der in dem Behälter h aufgespeicherten, gereinigten Auspuffgase ausgeführt'werden, die dann durch eine geeignete, nicht dargestellte Rohrleitung und einen Kompressor zu dem Ventil c ge-

ao führt wird. Der Sauerstoff wird durch das Ventil I in den Zylinder b geleitet.

Von diesem Augenblicke an, wenn keine Speisung mit Luft mehr stattfindet, tritt kein frischer Stickstoff in die Rohrleitungen, und nur der darin schon enthaltene braucht noch entfernt zu werden.

Zu diesem Zwecke wird, da der Überschuß der Gasprodukte durch das Ventil χ ausgeschieden wird, der in den Behältern q und t verbliebene Stickstoff nach und nach durch dieses Ventil ausgetrieben, was innerhalb einer ganz kurzen Zeit geschieht, da die Menge der durch die Verbrennung des Petroleums in dem Zylinder erzeugten kohlenstoffhaltigen Gase gegenüber dem kleinen Betrag an in der Rohrleitung und ihren Zuführungen befindlichen stickstoffhaltigen Gasen groß ist.

Man erhält so ein Auspuffgas, das nur noch reine und trockene Kohlensäure und außerdem eine gewisse Menge Sauerstoff enthält, die bei der Verbrennung hat entschlüpfen können.

Von diesem Augenblick an wird, was man leicht an den sich bildenden Kohlenniederschlagen erkennt, die zum Betriebe der Maschine nötige Wärme zu gleicher Zeit nach den beiden folgenden Reaktionen gebildet.

Dabei bestehen die Verbrennungsrückstände

aus: .

i. Gewöhnliche Verbrennung:
C₇ H₁₉ + 11 O₂ = 7 C O₂ + 8 H₂ O

Petroleum

Sauerstoff Kohlensäure

Wasser.

2. Zersetzung der Kohlensäure:
C₇ H₁₆ -f 4CO₂ + Hitze

Petroleum Kohlensiiure

■= 5¹AA H- 8H₂O + Hitze.

Kohlenstoff Wasser

Schließlich kann die gesamte Reaktion folgendermaßen formuliert werden:
2 C₇ H₁₆ + 11 O₂ + 4 C O₂

7CO₂

+ 16H₂O,

= ₇

C₂

1.6. H₂ O.

d\ h. der Betrag an für eine gewisse Menge Petroleum gebildeter gasförmiger Kohlensäure, mit anderen Worten an über Bord zu beförderndem Gas, ist auf die Hälfte gegenüber der Menge reduziert, die bei einer nur nach der Gleichung 1 stattfindenden Verbrennung entstehen würde.

Diese Gleichungen zeigen ferner, daß der Verbrauch an Sauerstoff nur halb so groß ist wie bei einer Zersetzung des Petroleums nur nach der Gleichung 1.

Endlich folgt daraus, daß der Überschuß an Auspuffgas, das sich nach der Gleichung 1 bildet, reines, Betrag um Betrag in kaltem Wasser lösliches Kohlensäuregas ist, dessen man sich durch einfaches Ableiten in das Meer entledigen kann, ohne die Aufmerksamkeit des Feindes durch an der Meeresoberfläche platzende Gasblasen zu erregen. Mit anderen Worten: Diese Art und Weise der Speisung des Motors bedeutet eine Ersparnis an Sauerstoffverbrauch, was für ein Unterseeboot hinsichtlich seines Aktionsradius ein Punkt von großer Wichtigkeit ist, denn das Mitführen von Sauerstoffgas, sei es in Form von Gas go unter Druck, sei es in Form von chemischen Produkten, die dieses Gas entwickeln können, ist immer hinderlich. Andererseits ergibt die Verbrennung viel Kohlenstoff und Wasserdampf, beides verdichtbare Produkte, wodurch die Menge an in das Meer zu leitenden oder auch aufzuspeicherndem Auspuffgas beträchtlich vermindert wird. Außerdem enthalten die Auspuffgase bei diesem Speisungsverfahren als Verbrennungsprodukte nur reine, im Wasser leicht lösliche Kohlensäure und etwas Sauerstoff, nur die Menge des während der Unterwasserfahrt verbrauchten Petroleums ist etwas größer.

Man kann natürlich auch die Einspritzung des Petroleums mit Hilfe von Luft beibehalten, da der Betrag an Einspritzluft gegenüber dem Zylinderrauminhalt sehr klein ist; in diesem Falle ist aber eine kleine Menge Stickstoff in dem Kreisprozeß enthalten.

Claims

Patent-Ansprüche:

i. Verfahren zum Betriebe von Verbrennungskraftmaschinen in Unterseebooten, insbesondere von Dieselmotoren, während der Unterwasserfahrt, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennung des Brennstoffs (Petroleum) mit Hilfe eines nur aus Kohlensäure und Sauerstoff bestehenden Gases, unter vollständigem Ausschluß von Wasserdampf, bewirkt wird, zum Zwecke, die Abscheidung von Kohlenstoff und Sauerstoff zu

ermöglichen und auf diese Weise durch die Teilnahme des Sauerstoffs der Kohlensäure an der Verbrennung des Brennstoffs einerseits den Verbrauch des eingespritzten Sauerstoffs und andererseits die Menge der nicht verdichtbaren Gase in dem Überschuß der Auspuffgase zu vermindern und diesen Überschuß an Auspuffgas in Wasser löslich zu machen.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in die Leitung zur Rückführung der Abgase in den Motor ein Kondensator und Ausscheider (q) eingeschaltet ist, der den für die Reaktion hinderlichen Wasserdampf nach Maßgabe seiner Entstehung aus dem Kreisprozeß vollkommen entfernt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.