DE2439109A1

DE2439109A1 - Verfahren und vorrichtung zur erzeugung pneumatischer energie unter verwendung von fluessigem sauerstoff

Info

Publication number: DE2439109A1
Application number: DE2439109A
Authority: DE
Inventors: Joseph A Connell
Original assignee: Nrg Inc
Current assignee: Nrg Inc
Priority date: 1973-08-24
Filing date: 1974-08-14
Publication date: 1975-02-27
Also published as: SE7410354L; CA1035143A; FR2241515B3; FR2241515A1; IE39910B1; NL7411252A; AU7134774A; BR7407003D0; GB1483259A; IT1018975B; US3886733A; IL45442A0; JPS5045144A; CH579750A5; IE39910L

Description

PATENTANWÄLTE

HELMUT SCHROETER KLAUS LEHMANN

DIPL.-PHYS. DIPL.-INC.

NRG Incoporated kn-nr-12

1.August 1974 BB/p

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung pneumatischer Energie unter Verwendung von flüssigem Sauerstoff

Die Erfindung betriffte ein Verfahren zur Erzeugung von pneumatischer Energie und Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens. Insbesondere woll eine Vorrichtung zur Erzeugung pneumatischer Energie zum Starten von Antriebsaggregaten, wie sie an Düsenflugzeugen vorhanden sind, geschaffen werden. Außerdem kann diese Vorrichtung zum Erzeugen von Notenergie für die in Plugzeugen pneumatisch gesteuerten Vorrichtungen dienen.

Die meisten Gasturbinen, die heutzutage Flugzeuge antreiben, benötigen zum Starten pneumatische Energie. Die meisten Düsenflugzeuge haben einen Druckluftturbinenstarter, der an der Gasturbine angeordnet ist. Ein Gas unter hohem Druck und hoher Temperatur wird an den Druckluftturbinenstarter geführt, damit die Gasturbine auf eine Geschwindigkeit gebracht wird, bei der sie selbst weiterlaufen kann. Um die Gasturbine zu starten, wird ein Druck von ungefähr 2,5 atü und eine Flußmenge von ca. 45 kg/min benötigt. Die heutzutage eingesetzten Einheiten zum Erzeugen der pneumatischen Energie sind entweder kleine Gasturbinen oder mechanisch betriebene Kompressoren. Beide Arten haben einen hohen Anschaffungspreis und sind schwierig zu warten und teuer zu überholen. Aber wesentlicher ist noch, daß diese beiden Arten ein begrenztes Leistungsvermögen haben, sowohl in Bezug auf die

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Menge als auch auf den Druck des abgegebenen Gases.

Einige Flugzeuge haben Luftdruckmotoren, die -mit von Gas unter Druck die Steuersysteme des Plugzeuges bedienen, wie z.B.. die hydraulische und elektrische Mechanik an Bord, wenn die Hauptgasturbine und die ihr zugeordneten hydraulischen und elektrischen Generatoren nicht, arbeiten. Kleine Gasturbinen und mechanisch betriebene Kompressoren wurden im allgemeinen verwendet, um die Druckluftmotoren anzutreiben.

Aus der US-PS 3 591 962 ist eine Vorrichtung zur Erzeugung pneumatischer Energie bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein Wärmespeicherelement verwendet, das aus einem festen Werkstoff besteht, der auf eine erhöhte Temperatur vorgewärmt worden war. Verflüssigtes Gas oder eine tiefgekühlte Flüssigkeit wurde mit dem Wärmespeicherelement in direkte Berührung gebracht, so daß das verflüssigte Gas verdampft,und dadurch Gas hohen Druckes erzeugt. Das Wärmespeicherelement ist notwendigerweise ziemlich schwer, und daher ist diese Vorrichtung primär zum Einsatz am Boden oder als eine Einrichtung zum Starten an Bord eines relativ großen Flugzeuges geeignet.

Es wird darauf hingewiesen, daß Notenergie zum Starten oft von ganz besonderer Bedeutung an Bord eines Flugzeuges ist, da Flugzeuge ohne Starteinrichtung an Bord nicht aufgrund ihrer eigenen Energie an einem entfernten Platz starten können. Während eines Fluges können die Turbinen in einer Notlage nur dadurch in Drehung versetzt werden, daß das Flugzeug eine Art Sturzflug unternimmt. Der Sturzflug ist Jedoch oft gefährlich sowohl wegen des Risikos das dadurch entsteht, das zusätzliche Kräfte am Flugzeug selbst angreifen, als auch im Falle einer Militärmaschine, bei der der Höhenverlust ein Risiko'darstellt.

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Die Verwendung von kleinen Turbinen an Bord, die durch Verbrennen von Treibstoff angetrieben werden und dadurch die größeren Antriebsaggregate starten, hat gewisse Nachteile, die zu .der schwierigen Wartung und den hohen Investitionskosten hinzu kommen. Bei diesen Systemen wird notwendigerweise normale Luft für den Verbrennungsvorgang verwendet, so daß sie in größeren Höhen nicht zuverlässig arbeiten. Es kann daher notwendig sein, die Plughöhe zu vermindern, bevor ein solches System eingesetzt werden kann, wodurch insbesondere in Kampfsituationen ein besonderes Risiko entsteht.

Bei anderen bekannten Startsystemen werden Tanks für komprimierte Luft verwendet, um die für die Verbrennung des Treibstoffes in einer Verbrennungskammer notwendige Luft zur Verfügung zu stellen, so daß die StartSchwierigkeiten in großen Höhen vermieden werden. Solche Systeme haben den allgemein bekannten Nachteil, daß der Transport von Tanks, in denen ein Gas unter äußerst hohem Druck gespeichert ist, eine Gefahr darstellt. Außerdem ist die Menge der verwendbaren pneumatischen Energie streng begrenzt.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen pneumatischer Energie an Bord eines Flugzeuges darzustellen, wobei diese Energie zum Erzeugen hydraulischer und elektrischer Ener.gie in einer Notsituation dient, und die ebenfalle dazu verwendet werden kann, ein Düsen- . aggregat eines Plugzeuges zu starten, entweder in einer Notsituation, am Boden an einem weit abgelegenen Ort oder während des Fluges. Ferner soll eine äußerfet kleine Bodeneinrichtung mit geringem Gewicht geschaffen werden, die leicht zu oder von einem Flugzeug her transportiert werden kann, um Notenergie.zu liefern oder bei einem Notstarfc eines Düsenaggregates eines Flugzeuges eingesetzt zu werden.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Gases hohen Druckes zum Schaffen pneumatischer Energie angegeben, das

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gekennzeichnet ist durch Speichern von verflüssiger^, inertem Gas in einem isolierten Gefäß bei einem vorgegebenen,erhöhten Druck, durch Speichern von flüssigem Sauerstoff in einem Gefäß, das innerhalb des flüssigen, inerten Gases angeordnet ist, wobei der Druck genauso groß ist, wie der Druck des verflüssigten, Inerten Gases, durch Speichern von Treibstoff und Vermischen eines Teiles des Treibstoffes mit einem Teil des flüssigen Sauerstoffes, durch Verbrennen dieser Mischung aus Treibstoff und flüssigem Sauerstoff zum Erzeugen eines Verbrennungsproduktes,durch Mischen des flüssigen, inerten Gases mit dem Verbrennungsprodukt, wodurch das verflüssigte, inerte Gas verdampft und das Verbrennungsprodukt abkühlt, und durch das Zuführen der Mischung aus flüssigen, inertem Gas und dem Verbrennungsprodukt an eine pneumatisch und mechanisch arbeitende Einrichtung zum Erzeugen von Energie.

Ein Lösungsmittel für die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung angegeben, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Brennkammer

zum Mischen eines Kohlenwasserstofftreibstoffes mit Sauerstoff und zum Verbrennen dieser Mischung vorhanden ist, wobei eine Flamme hohe Temperatur und ein sich daraus ergebendes, ausströmendes Gas hohe Temperatur entstehbar ist, und daß ein erstes, isoliertes Speichergefäß zum Speichern eines verflüssigten, inerten Gases bei einem vorgegebenen, erhöhtem Druck und ein zweites Speichergefäß, das wärmeleitend und in dem ersten Speichergefäß angeordnet ist und eine Menge flüssigen Sauerstoff enthält, vorhanden sind, wobei der Sauerstoff aus dem zweiten Spelchergefäß" über eine Verbindung an die Brennkammer abgebbar ist, und daß eine Einrichtung zum Steuern des Flußes des flüssigen Sauerstoffes in die Brennkammer vorhanden ist, und daß eine Einrichtung mit dem ersten Speiehergefäß zum Einbringen des flüssigen, inerten Gases in das aus der Brennkammer ausströmende Gas hoher Temperatur vorhanden ist, wodurch die Temperatur des ausströmenden Gases verringerbar und sein Volumen

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ORIGINAL INSPECTED

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vergrößerbar ist, und daß eine mit pneumatischer Energie arbeitende Vorrichtung durch das Gas antreibbar ist, daß beim Einbringen des flüssigen, inerten Gases 'in das unter hoher Temperatur ausströmende Gas entsteht.

Erfindungsgemäß wird die große Gasmenge,die für ein solches System notwendig ist, ohne daß besonders große und schwere Einrichtungen benötigt werden, die für die Verwendung an Bord eines Plugzeuges oder als leichte, transportierbare Bodeneinrichtung ungeeignet wärav dadurch erzeugt, daß ein paar tiefgekühlte Flüssigkeiten verwendet wird. Eine dieser Flüssigkeiten ist Sauerstoff, der mit einem normalen Kohlenwasserstofftreibstoff wie z.B. Flugzeugtreibstoff, gemischt wird, der normalerweise an Bord eines Flugzeuges transportiert wird. Der flüssige Sauerstoff wird zuerst mit dem Kohlewasserstofftreibstoff vermischt und entzündet, damit eine Flamme mit einer äußerst hohen Temperatur innerhalb der Brennkammer entsteht. Die zweite tiefgekühlte Flüssigkeit, die normalerweise ein inerter Stoff ist, wird anschließend in der Nähe der Hochtemperaturflamme eingeführt , so daß diese Flüssigkeit verdampfen und sich ausdehnen kann, um die hohe Temperatur des aus der Brennkammer ausströmenden Gases abzulenken wobei die Menge des ausströmenden Gases ganz wesentlich erhöht wird. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß der flüssige Sauerstoff so gespeichert werden kann, daß kein Absieden oder Verdampfen während des Speicherns entsteht. Dadurch wird das mögliche Risiko vermieden, daß bei an die Atmosphäre abdampfenden Sauerstoff entsteht. Ferner kann die Notanlage durch die Verwendung von flüssigem Sauerstoff unabhängig von der Außentemperatur oder Höhe des Flugzeuges arbeiten. Das Speichern von flüssigem Sauerstoff ohne das normale Absieden, welches bei solchem Speichern auftritt, wird dadurch

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bewerkstelligt, daß ein einzelnes Dewar oder isoliertes Tiefkühlgefäß verwendet wird, in den die inerte, tiefgekühlte Flüssigkeit oder das verflüssigte Gas aufbewahrt wird. In diesem Dev/ar befindet sich ein zweites Gefäß, in welchem der flüssige Sauerstoff gespeichert wird. Der inerte Stoff ist so ausgewählt, daß er bei einem gegebenen Druck einen Siedepunkt hat, dessen Temperatur unter der des Siedepunktes des flüssigen Sauerstoffes liegt, so daß der flüssige Sauerstoff immer in einer Umgebung aufbewahrt wird, deren Temperatur unter seinem Siedepunkt bei dem Speicherdruck liegt. Auf diese Weise wird der flüssige Sauerstoff weit unterhalb seinem Siedepunkt gehalten und ist von einem inerten, flüssigen Gas umgeben*, um eine äußerst sichere und stabile Speicherumgebung zu schaffen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung der Notanlage für ein Plugzeug mit der Steuereinrichtung.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung der Notstartanlage.

Fig. 5 zeigt eine genauere schematische Darstellung des Speichergefäßes für die Flüssigkeit und der Brennkammer, die bei einer leicht zu transportierenden Ausführungsform eingesetzt sind.

Fig. 4 zeigt eir. Enthai pie-Diagramm der verschiedenen Speicherzustände des flüssigen, inerten Gases bezüglich der ¹ Vorrichtung entsprechend den Figuren 1 bis 3.

Fig. 5 bis 7 zeigen Druckkurven innerhalb des Speichergefä3es für.das verflüssigte Gas unter verschiedenen Bedingungen in Abhängigkeit von der Zeit.

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Die Figur 1 zeigt ein Notenergiesystem für ein Flugzeug; bei dem ein Flüssigkeitstank 11 zum Aufnehmen der inerten Tiefkühlflüssigkeit oder des verflüssigten Gases wie z.B. von flüssigem N 2 * ^{He usw}· während des Fluges vor dem Einsatz der Notanlage verwendet wird. Der Flüssigkeitstank 11 enthält flüssigen Sauerstoff, der innerhalb des verflüssigten inerten Gases aufbewahrt wird, wobei er durch das inerte Gas isoliert und unter Druck gehalten wird, wie' es weiter unten erklärt ist. Die Isolierung des flüssigen Sauerstoffes durch das verflüssigte inerte Gas verhindert ein Absieden von flüssigem Sauerstoff. Der Tank 11 ist als ein normales Dewar mit einem inneren und einem äußeren Mantel ausgebildet, wobei ein Vakuum zwischen den Mänteln vorhanden ist. Ferner ist der innere Mantel mit einer Schicht aus Isoliermaterial höchster Güte umgeben. Auf diese Weise soll so weit wie möglich verhindert werden, daß verflüssigtes, inertes Gas aufgrund von liärmelechs des Tankes absiedet. Damit sowohl verflüssigtes, inertes Gas als auch flüssiger Sauerstoff aus dem Tank il abgezogen werden kann, ohne daß eine komplizierte oder fehleranfällige Einrichtung notwendig ist, wird das flüssige, inerte Gas, normalerweise flüssiger Stickstoff,im Tank auf einem erhöhten Druck gehalten. Bei der beispielhaften Ausführungsform beträgt der Druck 354,5 atü und die· Temperatur liegt bei ungefähr -146° C. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, die Flüssigkeit in ihrem kritischen Zustand zu halten, der hier durch die angegebener Werte für die Temperatur und den Druck beschrieben ist, da in ihrem kritischen Zustand die Dichten der Flüssigkeit und der Gasphase indentisch sind. Der Tank enthält daher einen homogenen Gas/Flüssigkeits-Zustand, ähnlich einem Nebel, so daß der Inhalt unabhängig von der Orientierung des Tanks 11, die sich in Abhängigkeit von der Flugweise des Flugzeuges ändert, entnommen.vwerden kann , und ohne daß der Druck oder der Fluß des abgegebenen Gases kleiner wird. Auch kann das verflüssigte,

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inerte Gas in seinem gesättigten Zustand aufbewahrt werden, was jedoch erfordert, daß die sich an Bord eines Plugzeuges befindende Anlage einen Tank 11 enthält, dem das Gas unabhängig von der Orientierung des Plugzeuges entnommen werden kann. Sowohl die kritische als auch die gesättigte Speicherweise erhöhen die Fähigkeit das Gas zur Entnahme aus dem Tank 11 unter Druck zu halten, wie es weiter unten beschrieben wird. Der flüssige Sauerstoff wird in einer verformbaren Blase innerhalb des verflüssigten, inerten Gases im Tank 11 aufbewahrt, so daß der kritische oder gesättigte Zustand des flüssigen, inerten Gases einen Druck auf die verforrabare Blase ausübt und dadurch ein sicheres Abziehen des flüssigen Sauerstoffes unabhängig von der Orientierung des Tankes 11 ermöglicht. Der Fachmann erkennt sofort, daß das flüssige, inerte Gas sich selbst innerhalb des Tankes 11 wegen der durch seine Wände einströmenden Wärme in einem Druckzustand während des Speicherns hält. Das sich ergebende Sieden der tiefgekühlten Flüssigkeit und die flexible Blase ergeben, daß der Druck des flüssigen Sauerstoffes in gleicher Weise wegen der flexiblen Trennschicht zwischen den beiden flüssigen Gasen aufrechterhalten wird. Wenn jedoch das verflüssigte, inerte Gas schnell aus dem Tank 11 abgezogen wird, nimmt der Druck unter normalen Umständen innerhalb des Tankes 11 ab jund die in den Tank 11 durch seine Wände einströmende Wärme würde normalerweise nicht ausreichen, um genügend Flüssigkeit am Sieden zu erhalten, damit die Drücke innerhalb des Tankes 11 über eine längere Zeitraum aufrechterhalten werden. Da aber das verflüssigte, inerte Gas in einen kritischen oder gesättigten Zustand gespeichert wird, wird dadurch die Fähigkeit dieses Gases wesentlich erhöht, seinen eigenen Druck und den des Sauerstoffes aufrechtzuerhalten, während jedes dieser verflüssigten Gases abgezogen wird. Auf diese Weise 1st es möglich Im Prinzip den gesamten Inhalt des Tankes 11 ohne zur Hilfenahme einer komplizierten Pumpeinrichtung zu verwenden·

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Der Tank 11 ist über ein Rohr 13 für den flüssigen Sauerstoff und ein Rohr 15 für das verflüssigte, inerte Gas mit einem Paar getrennten,von Hand zu bedienenden Ventilen 17 bzw.19 verbunden. Diese können von einer Bedienungsperson oder dem Piloten betätigt werden, um einen -Fluß einer jeder dieser tiefgekühlten Flüssigkeiten oder verflüssigten Gase durch ein Paar von normalerweise geöffneten Magnetventilen 21 bzw. 23 zum Einlaß einer Brennkammer 25 zu ermöglichen.

Ein Teil des verflüssigten, inerten Gases wird vorzugsweise über ein Rohr 27 zu einem Brennstofftank 29 geführt, um in ihm einen Druck zu erzeugen. Wenn sich die Anlage in-- der Ruhestellung vor ihrem Einsatz befindet, wird Treibstoff aus den Treibstofftanks des Flugzeuges durch ein Rohr Jl und ein Kontrollventil 33 in den Treibstofftank 39 gepumpt. Wenn die Anlage eingesetzt wird, verdampft ein kleiner Teil des sich in dem Rohr 27 befindenden verflüssigten, inerten Gases in einem normalen, mit Lamellen versehenen Wärmeaustauscher 37, um ein unter Druck stehendes Gas zu erzeugen, welches den Gasdruck innerhalb des Treibstofftankes 29 liefert. Das Kontrollventil 33 dient dazu, zu verhindern, daß der Druck im Treibstofftank 29'in den Treibstofftank des Flugzeuges gelangt. Auf diese Weise wird sichergestellt, daß eine Menge Treibstoff im Tank 29 unter Druck gehalten wird. Beim Einsatz der Anlage wird Treibstoff unter Druck über ein Rohr 37 zur Brennkammer 25 geleitet. Innerhalb der Brennkammer 25 wird der von Ventil 21 herkommende flüssige Sauerstoff mit dem Flugzeugtreibstoff, der über das Rohr 37 aus dem Tank 29 hergeleitet wird, vermischt. Dieses Gemisch wird in der Brennkammer 25 durch ein Zündkabel 41, das mit einer Zündanlage 39 verbunden ist, entzündet. Die Zündanlage 39 kann vorteilhafterweise mit einem Plußmeter 43 gekoppelt sein, das den Fluß des flüssigen Sauerstoffes innerhalb des Rohre9,welches vom Ventil 21 zur Brennkammer 25 führt, mißt, so daß die Zündanlage 39 nur dann ZUndimpulse am Kabel 41 abgibt, wenn flüssiger Sauer-

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stoff fließt, das heißt also,, wenn sich die Anlage im Arbeitseinsatz befindet.

Innerhalb der Brennkammer 25 verbrennt die Mischung aus flüssigem Sauerstoff und Plugzeugtreibstoff mit großer Stärke, nach dem sie durch die Zündanlage 39 entzündet worden ist. In die starke Flamme wird das verflüssigte, inerte Gas, welches vom Ventil 23 über ein Rohr 45 herangeführt wird, eingebracht. Das verflüssigte, inerte Gas verdampft durch die Hitze innerhalb der Brennkammer 25 und dient dazu, die austretenden Verbrennungsgase zu kühlen. Auf diese Weise ist das von der Brennkammer 25 abgegebene Gas im wesentlichen gekühlt und seine Massenflußrate wird wesentlich durch das Hinzuführen von verflüssigtem, inerten Gas über das Rohr 45 erhöht. Man sieht auch, daß die Plußrate des verflüssigten, inerten Gases, des flüssigen Sauerstoffes und des Plugzeugtreibstoffes zur Brennkammer 25 in vorteilhafterweise durch die Verwendung von Öffnungen oder flußregulierenden Ventilen gesteuert werden kann, wie sie dem Fachmann bekannt sind. Das von der Brennkammer 25 abgegebene Gas wird über ein Rohr 57 an eine Turbine 49 geleitet, die ganz wesentlich den Druck des abgegebenen Gases verringert und mechanische Energie erzeugt. Die Turbine 49 ist vorteilhafterweise als eine einstufige Axialturbine mit partieller Beaufschlagung ausgebildet, die eine optimale Umdrehungszahl von 96 000 UpM hat. Die Turbine 49 ist so angeordnet, daß sie axial eine hydraulische Pumpe 51 und einen elektrischen Generator 53 über ein Untersetzungsgetriebe 55 antreibt. Die Ausgangsfrequenz des elektrischen Generators 53 wird über eine elektrische Verbindung 57 abgenommen, und dient als Eingang für ein frequenzabhängiges Steuerelement 59*· welches ein Steuerventil 61 in dem Rohr 47 in bekannter Weise betätigt, um die optimale Arbeitsgeschwindigkeit der Turbine 49 aufrechtzuerhalten. Das von der Turbine 49 abgegebene Gas wird über ein Rohr 63 nach außen abgeführt.

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Das Steuersystem, das verwendet wird, um die Anlage für ein Flugzeug in einer Notlage zu steuern, wird nun beschrieben. Wie es bereits erwähnt wurde, kann die Notanlage" für ein Flugzeug:; durch das Öffnen:der von Hand zu betätigenden Steuerventile 17 und 19 eingeschaltet werden, die vorteilhafterweise zusammengekoppelt sind» Dadurch setzt ein Fluß sowohl des verflüssigten, inerten Gases und des flüssigen.Sauerstoffes vom Tank 11 her ein, worauf dann der Fluß durch den Wärmeaustauscher 35 zum Aufbau eines Gasdruckes innerhalb des Treibstofftankes 39 erfolgt, worauf sich ein Treibstofffluß vom Tank 29 in die Brennkammer 25 anschließt. Ferner wird durch die Bedienung der von Hand zu steuernden Ventile 17 und 19 das Flußmeter 43 ansprechen, um die Zündanlage 39 anzusteuern. Bei der in der Figur 1 dargestellten automatischen Notanlage ist ein Schalter 65 vorhanden, der durch die von Hand zu betätigenden Ventile I7 und 19 geschaltet wird, so daß,wenn die Ventile 17 und I9 geöffnet sind, der Schalter 65 geschlossen ist. Wenn die normalen elektrischen und hydraulischen Anlagen des Flugzeuges arbeiten, wirkt der hydraulische Druck und der.elektrische Strom auf einen hydraulisch zu betätigenden Schalter 67 und auf ein Magnetschalter 69, die ein Paar Schalter 7I bzw. 73 schließen. Diese Schalter sind in Serie angeordnet und in Serie mit dem Schalter 65 verbunden und wirken mit einem Relais 75 zusammen. Das Relais 75 ist so geschaltet, daß die normalerweise geöffneten Magnetventile 21 und 23 geschlossen sind. Wenn daher eine Bedienungsperson oder der Pilot die von Hand zu betätigenden Ventile 17 und öffnet, nach dem die Antriebsaggregate des Flugzeuges angelassen worden sind, wird der Sohalter 65 geschlossen und jeder der Schalter 71 und 73 befindet sich In der geschlossenen Lage, da die hydraulische und elektrische Anlage des Flugzeuges normal arbeitet. Diese Schalter vervollständigen daher den Kreis zum Relais 75, das die Magnetventile 21 und 23 geschlossen hält, wodurch der Arbeitseinsatz der Notanlage unterbunden wird. Man sieht, daß beim fehlerhaften Arbeiten entweder der hydraulischen oder der elektrischen Anlage

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im Flugzeug eine der Schalter 71 oder 73 in die geöffnete Lage gebracht wird, worauf das Relais 75 geöffnet wird und die Magnetventile 21 und 23 automatisch die Notanlage in Arbeitsbereitschaft bringen.

Wenn am Ende eines Fluges die Notanlage nicht verwendet worden ist, muß der Pilot öder die Bedienungsperson nur die von Hand zu betätigenden Ventile 17 und 19 schließen, bevor die Antriebsaggregate des Flugzeuges abgestellt werden, so daß das Relais 75 die Magnetventile Sl und 2]5 in ihre normalerweise offene Lage bringt, worauf nun die Antriebsaggregate abgestellt werden können ohne daß dadurch die Notanlage in Arbeitseinsatz kommt.

In der Eigur 2 ist eine der Figur 1 ähnliche Anlage dargestellt, die dazu geeignet ist, die Antriebsaggregate eines Flugzeuges, das sich in einer Notlage befindet, zu starten. Es ist besonders gut für Düsenflugzeuge geeignet,wie es im folgenden beschrieben wird. In einem Tank 77 für eine tiefgekühlte Flüssigkeit oder ein verflüssigtes Gas, der in gleicher" Weise wie der Tank 11 in der Figur 1 gebaut ist,werdensowohl verflüssigter Sauerstoff als auch ein verflüssigtes, inertes Gas aufbewahrt. Die flüssigen Stoffe können über Leitungen 79 und 81 durch ein Paar von Hand zu betätigende Steuerventile 83 und 85 hindurchfließen, die vorteilhafterweise zum Zusammenarbeiten gekoppelt sind. Der Stoff gelangt durch ein Paar normalerweise geöffnete Magnetventile 87 und 89 zu einer Brennkammer 9I* die genauso gebaut ist, wie die Brennkammer 25, bis auf die Ausnahme, daß sie in vorteilhafterweise direkt mit dem Druckluftanlasser 93 eines Düsenaggregates gekoppelt ist. Genauso wie bei der in der Figur 1 dargestellten Anlage, ist eine Zündanlage 95 vorhanden, die den Zündstrom zur Brennkammer 9I in Abhängigkeit von dem Flußmeter 97 in der Leitung für den flüssigen Sauerstoff, führt. In ähnlicher

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Welse ist auch ein Treibstofftank 99 vorhanden, der Kohlenwasserstofftreibstoff über eine Rohrleitung lol in die Brennkammer 9¹ leitet. Vorzugsweise wird dieser Tank durch eine Verbindungsleitung ICTJ, die von der Leitung des verflüssigten, inerten Gases herkommt kanter Druck gehalten, damit der Fluß des Treibstoffes bewirkt wird. Auch ist ein Wärmeaustauscher* vorhanden, der unter Druck befindliches Gas aus dem verflüssigten, inerten Gases erzeugt. Ebenso wie in der Figur 1 ist ein Kontrollventil Io7 vorhanden, durch welches Treibstoff aus den Treibstofftanks des Flugzeuges in den Treibstofftank 99 gelangt, wobei das Kontrollventil Io7 verhindert, daß Treibstoff aus dem Tank 99 unter Druck in die Treibstofftanks des Flugzeuges gelangt.

Die Steuerung, die bewirkt, daß die Notstartanlage automatisch eingeschaltet wird, ist ziemlich ähnlich, wie die Steuerung der Anlage in Figur 1. Ein Schalter Io9 wird durch die von Hand zu betätigenden Ventile 83 und 95 betätigt, so daß beim öffnen dieser Ventile der Schalter 109 geschlossen wird. Wenn die Umdrehungszahl des Anlassers den normalen Abschaltewert erreicht hat, schließt ein Anlasserunterbrecherschalter 111 den Kreis für ein Relais 113, wodurch die Magnetventile 87 und 89 geschlossen werden . Auf diese Weise wird automatisch die Anlasseranlage abgeschaltet, so daß die nicht verbrauchte tiefgekühlte Flüssigkeit in dem Tank 77 bleibt, wo sie für wiederholte Startversuche zur Verfügung steht. Um sicher zu gehen, daß elektrische Energie an das Relais II3 über die Zuleitungen 115 geführt wird, unabhängig davon ob das Flugzeug durch die Notanlage der Figur 1 oder das normale elektrische System mit Energie versorgt wird, kann ein Relais 117 vorgesehen werden. Über seine Schaltkontakte wird normalerweise elektrische Energie von der normalen Elektrischen Versorgungsanlage des

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Plugzeuges geführt, aber es kann auch elektrischer Strom, der von der Notanlage her kommt,wenn diese eingeschaltet ist, weitergeleitet werden. Beim Einschalten des Notanlagesystems der Figur 1 wird die Relaisspule II9 angesteuert, wodurch die Kontakte des Relais 117 in ihre andere Stellung geschaltet werden. Ein Schalter 121 in der Ausgangsleitung des Relais 1st vorteilhafterweise so gekoppelt, daß er parallel mit dem Schalter I09 arbeitet, der durch die von Hand zu betätigenden Ventile 83 und 85 gesteuert wird. Wenn von der Notanlage keine weitere Energie abgegeben wird, wird der zum Schließen der Magnetventile 87 und 89 notwendige Strom von den von den Antriebsaggregaten angetriebenen Generatoren geliefert, bis die von Hand zu betätigenden Ventile 83 und 85 geschlossen sind. Durch Schließen der Ventile 83 und 85 wird der Schalter 109 geöffnet, so daß die Magnetventile 87 und 89 geöffnet werden, wodurch die Startanlage in eine Wartestellung gebracht wird.

In der Figur 5 ist eine andere Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Da diese Ausführungsform wesentlich einfacher ist, als die Ausführungsformen, die in den Figuren 1 und 2 dargestellt sind, wird die Beschreibung jener dazu verwendet, um den Aufbau der Tanks Ili77und 123 zum Speichern der tiefgekühlten Flüssigkeit und der Brennkammern 25,99 and 125 im einzelnen zu erläutern.

Die in. der Figur 3 dargestellte Ausführungsform dient im wesentlichen dazu, eine leicht zu transportierende Notanlage für pneumatische Energie zu schaffen, die beispielsweise auf Startbahnen oder entfernten Plätzen eingesetzt werden kann, um die notwendige pneumatische Energie zur Betätigung der pneumatischen Anlagen an Bord eines Flugzeuges oder zum Starten

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einer Düsenmaschine, zu verwenden. Der Tank 123 für die tiefgekühlte Flüssigkeit, die Brennkammer 125, ein Treibstofftank 127 und alle Verbindungsventile und Rohrleitungen werden in passender Weise angeordnet und auf einem beräderten Wagen montiert, so daß die ganze Vorrichtung einfach von einer einzigen ^! Person transportiert und .bedient werden kann, um pneumatische Energie zu erzeugen. Es handelt· sich also um eine vollkommen unabhängige Einheit, die keine wesentliche Anlaufzeit benötigt und sofort transportiert werden kann, so daß sie in einer Notlage oder an einer entfernten Stelle eingesetzt werden kann. Der Tank 12j5 für die tiefgekühlte Flüssigkeit oder das verflüssigte Gas ist vorteilhafterweise als ein doppelwandiges Vakuumgefäß mit einer Innenwand 129 und einer Außenwand I3I ausgebildet, wobei sich zwischen den Wänden ein Hohlraum befindet, der vorzugsweise aus Sicherheitsgründen evakuiert ist. Eine Vakuumbruchscheibe I33 ist mit dem evakuierten Zwischenraum verbunden und so ausgelegt, daß sie bei einem Druckunter- ■■ schied von ungefähr 1,25 at zerbricht. Wenn der äußere Behälter 123 einem Druck ausgesetzt ist, der ungefähr 1,25 at entspricht, zerbricht die Scheibe I33 und verhinfert dadurch - eine mögliche Beschädigung des Gefäßes I235, die durch' zu großen äußeren Druck erfolgen kann. Die äußere Wand I3I des Tanks 12]5 ist vorzugsweise innen mit einem Isolierstoff I35 ausgekletyäet, der z.B. als ein Isolierstoff höchster Güte aus abwechselnden dünnen Schichten aus Aluminiumfolie und Fieberglas gebildet ist. Diese doppelte Isolation durch den evakuierten Hohlraum und den Isolator I35 ermöglicht die Speicherung einer tiefgekühlten Flüssigkeit oder eines verflüssigten Gases bei sehr tiefen Temperaturen über eine ausreichend lange Zeit, so daß.eine ' solche Speicherung wirtschaftlich vertretbar ist.

Der Tank 12j5 hat einen oberen Ansatz I23, der sowohl den evakuierten Hohlraum zwischen den Wänden I23 und I3I abschließt,

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als auch die innere Wand 129 relativ zur Außenwand IJl abstützt. Ein Sockel 145 ist beispielsweise durch ein Gewinde an dem Ansatz 137 befestigt und dient als Halterung für eine Vielzahl von Fluidverbindungen zum inneren Hohlraum des Tankes 12j5 außerhalb der Blase 143, das heißt zu dem Speicherraum für das inerte Gas. Durch den Sockel 145 erhält man auch Zugang zum mittleren Hohlraum für den flüssigen Sauerstoff innerhalb der Wand 129. Der Zugang besteht aus einer Rohrverbindung I39 und hält eine Trennung zwischen dem flüssigen Sauerstoff im Tank 123 und dem verflüssigten inerten Gas durch einen nach unten weisenden Rohrartigen Plansch 143 aufrecht, an dem eine flexible Blase 143 befestigt ist. Man erkennt, daß die Rohrverbindung 139 durch den nach unten weisenden rohrartigen Plansch 141 hindurchgeht und mit dem inneren der Blase 143 ⁱⁿ Verbindung steht.

Die verformbare Blase 143 ist so ausgebildet, daß sie bei der Speichertemperatur des flüssigen Sauerstoffes und der Speichertemperatur des verflüssigten, Inerten Gases flexibel ist. Sie kann vorteilhafterweise z.B. aus einer Polyesterfolie wie Mylar oder Kapton oder jedem anderen Material hergestellt sein, das bei tiefsten Temperaturen eine ausreichende Verformbarkeit und Flexibilität hat. Auch kann die Blase 143 ^aus halbfesten Ringen hergestellt sein, die z.B. aus rostfreiem Stahl bestehen und eine ausreichende Flexibilität haben, um den Druck zwischen der Außenseite und der Innenseite der Ringe zu übertragen. Die Blase 143 ist vorteilhafterweise ausreichend verformbar, so daß der Druck, der außerhalb der Blase 143 in dem Teil des Tankes I23 in dem sich das verflüssigte, inerte Gas befindet, herrscht, an den flüssigen Sauerstoff innerhalb der Blase 143 abgegeben wird, um ihn unter Druck zu setzen. Die Blase 143 hat vorteilhafterweise auch eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit, damit etwas Wärmeleitung besteht, so daß die Temperatur des flüssigen Sauerstoffes innerhalb der Blase 143 verringert wird, damit sie wesentlich unterhalb des Siedepunktes bei dem

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Speicherdruck: liegt, wodusih ein Absieden von flüssigem Sauerstoff verhütet wird.

An dem Sockel 145 ist ein Gasauslaßrohr 146 angeordnet, welches mit einer Bohrung 147 in dem-Sockel 145 verbunden ist und daher mit dem oberen Ende desjenigen Teiles verbunden ist, in dem das verflüssigte, inerte Gas in dem Tank 123 gespeichert ist. Da der Tank 123 normalerweise nicht vollkommen mit verflüssigtem, inerten Gas gefüllt ist und die Bohrung 147 mit dem oberen Teil des Tankes in Verbindung steht und dadurch auch mit der Dampfphase des verflüssigten, inerten Gases im Tank 123, ist ein Ventil 149 mit dem Auslaßrohr 146 verbunden. Ein Rohr 151 ist mit dem Auslaßventil 149 verbunden und führt zu einem Verbindungsstück 153 an dem das Gas über dem verflüssigten, inerten Gas direkt abgezogen werden kann. Das Ventil 149 wird von Hand bedient und ist beim normalen Arbeitseinsatz nur dann geöffnet, während der Tank 123 gefüllt wird. Durch öffnen des Ventiles 149 wird der Druck im Tank verringert und es dient daher als eine Art Sicherheitseinrichtung für diese Anlage. Jedoch wird normalerweise die an den Tank 123 gelangende Wärme nicht ausreichen, wie es weiter unten erklärt wird, einen solchen Druck aufrechtzuerhalten, der für die Erzeugung von pneumatischer Energie erforderlich ist, wenn Gas oben am Tank 123 abgezogen wird, so daß normalerweise daher das Gas hier nicht abgenommen wird.

Ein Rohr 155 steht mit dem Sockel 145 in Verbindung und führt an den Boden des Tankes 123, so daß verflüssigtes, inertes Gas vom Boden aus dem Tank entnommen oder an den Boden des Tankes von außen her gebracht werden kann. Dieses Rohr ist mit einem von Hand zu betätigenden Steuerventil 157 verbunden, welches selbst über ein Rohrstück l6l mit einem Verbindungsstück 159 für eine Flüssigkeit verbunden ist. Ein Rohr I63

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ist an das Verbindungsstück 159 angeschlossen und dient als eine Verzweigung zum Anschließen des Rohrers 155 und seines zugeordneten Ventiles 137 an mehrere Steuereinrichtungen für ein Fluid und die Brennkammer 125.

Ein Ventil I65, das vorzugsweise als ein von Hand zu betätigendes Plüssigkeits- oder Gasventil ausgebildet ist, ist mit dem an den Einlaß des Ventiles I57 anschließenden Rohr 155 verbunden und steht über ein Rohrstück 167 mit einem Flüssigkeits- oder Gasverbindungsstück 169 in Verbindung. Das Verbindungsstück 169 ermöglicht das Füllen des Tanks 123 von einem Speichertank mit verflüssigtem, inerten Gas wie z.B. flüssigem Stickstoff. Das Verbindungsstück I69 kann mit einem vom Versorgungstank (dieser ist hier nicht dargestellt) herkommenden Rohr verbunden werden, wobei dann das Ventil 165 geöffnet und das Ventil 157 geschlossen ist. Unter Ausnutzung des Druckunterschiedes zwischen dem Versorgungstank und dem Tank 123 oder durch die Verwendung einer Pumpe kann das verflüssigte, inerte Gas in den Tank 123 übergeführt werden. Während des FUllvorganges öffnet die Bedienungsperson vorzugsweise das Ventil 1^9 und es wird dann so eingestellt, daß das Gas, welches sich beim Kühlen des Tankes 123 durch das Eintreten von verflüssigtem, inerten Gas bildet, entweichen kann, während ein erwünschter Druck im Tank 123 aufrechterhalten wird. Um diese von Hand zu betätigende Drucküberwachung zu vereinfachen, kann die Bedienungsperson in gewissen Zeitabständen den Druck im Tank I23 dadurch kontrollieren, daß sie ein Manometer verwendet, wie es weiter unten beschrieben wird,

Mit dem Teil des Tankes I23, in dem das .verflüssigte,inerte Gas gespeichert wird, sind drei durch Druck zu betätigende Sicherheitseinrichtungen verbunden, um einen äußerst sicheren Behälter zu schaffen. Ein Rohr I7I, das Im Ansatz 137 angeordnet ist, steht mit einem Überdrückventil 173 in Verbindung. Dieses Ventil ist bei der be^- vorzugten AusfUhrungsform so eingestellt,

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daß der Druck aus dem Tank 125 &&■ die äußere Atmosphäre, abgegeben wird, wenn der Druck im Tank einen maximalen erwünschten Wert überschreitet, bei welchem die Anlage mit ungefähr 25 % arbeitet. Durch diese Druckbegrenzung wird eine Beschädigung so weit als möglich ausgeschlossen, die dadurch entstehen kann, daß Gas unter hohem Druck entweicht. Das Rohr 171 ist auch mit einem Manometer 175 verbunden, welches dazu verwendet wird, den Druck im Tank 123 von außen zu überwachen. Das Rohr 171 steht auch' mit einer zerstörbaren Druckscheibe 177 in Verbindung, die so ausgelegt ist, daß sie zerbricht, und dabei das Innere des Tankes 123 mit eier äußeren Atmosphäre verbindet, wenn der Druck im Tank einen gefährlichen Wert erreicht. Beim langen Aufbewahren von tiefgekühlter Flüssigkeit wird sich das Überdruckventil 173 ^v°n Zeit zu Zeit öffnen, um an die Atmosphäre Druck abzugeben, der dadurch entsteht, daß Wärme durch die Wände 129 und I3I einströmt. Die Bruchscheibe 177 ist nur als eine Sicherheitseinrichtung beim fehlerhaften Arbeiten der Anlage vorgesehen,um unerwünschte Drücke innerhalb des Tankes I23 zu vermeiden, sollte das Überdruckventil 173 nicht richtig arbeiten.

Das Rohr I39, welches mit dem flüssigen Sauerstoff innerhalb der Blase 143 in Verbindung steht, ist mit einem von Hand zu betätigenden Gas- und Flüssigkeitsflußsteuerventil I79 verbunden, welches selbst über ein Rohrstück I83 mit einem Verbindungsstück 181Hn Verbindung steht. Das Verbindungsstück 181 kann an ein Rohr angeschlossen werden, das von einem Versorgungstank mit flüssigem Sauerstoff (dieser ist nicht dargestellt) herführt. Das Ventil 179 ist dabei geöffnet, während ein zusätzliches Ventil I85 geschlossen ist, das mit einem Rohr 139 verbunden ist. Das verflüssigte, inerte Gas kann dann in den Tank 123 über das Ventil 169 eingebracht werden, so daß das Innere des Tankes 123 auf die Speichertemperatur des verflüssigten, inerten Gases abgekühlt wird. Flüssiger Sauer-

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stoff kann Von einem Versorgungstank unter Ausnutzung des Druckunterschiedes zwischen diesem und dem Tank 123 oder durch Zuhilfenahme einer Pumpe eingebracht werden. Während des Füllvorganges ist das Absieden von flüssigem Sauerstoff unbeträchtlich, da die gesamte Vorrichtung vorher bereits durch das verflüssigte, inerte Gas abgekühlt worden war. Jedoch sind mit dem Rohr 139 Sicherheitseinrichtungen verbunden, die weiter unten beschrieben werden, um sicherzustellen, daß sie Rohr 139 und in der Blase 143 kein zu hoher Druck aufbaut.

Drei durch Druck betätigte Sicherheitseinrichtungen sind mit dem Rohr I39 verbunden, um einen möglichst sicheren Behälter zu schaffen. Diese Einrichtungen bestehen aus einem Überdruckventil 187, einem Manometer I89 und einer Bruchscheibe I9I, von denen jede Einrichtung in ähnlicherweise arbeitet und gestaltet ist, wie es in Bezug auf die vergleichbaren Einrichtungen I73* 175 und 177 beschrieben worden ist, die mit dem verflüssigten, inerten Gas zusammenwirken. Das Rohr I39 ist auch mit einem von Hand zu betätigenden Flüssigkeitsflußsteuerventil 185 verbunden, welches wiederum mit einem Verbindungsstück 193 über ein Rohr I95 in Verbindung steht, das zum Füllen von flüssigem Sauerstoff aus der Blase I²TJ in die Brennkammer 125 dient.

Die Brennkammer 125 ist über ein Paar Rohre 197 und I99 mit den Verbindungsstücken I93 bzw. I59 verbunden, damit sowohl flüssiger Sauerstoff, als auch verflüssigtes, inertes Gas in die Brennkammer 125 eingebracht werden kann.-Diese ist über ein Rohr 201 mit einem TreibstofftarkJ27 verbunden. Der Tank 127 enthält typischer Welse Flugzeugtreibstoff oder einen anderen Kohlenwasserstofftreibstoff, der zusammen mit Sauerstoff eine leicht entzündbare Mischung ergibt. Der Druck im Tank 123, der durch das Verdampfen von verflüssigtem, inerten Gas aufgrund

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eines Wärmeeintritts durch die Wände 129 und IjJl aufrechterhalten wird, wirkt so, daß flüssiger Sauerstoff durch das Rohr 197 und verflüssigtes, inertes Gas durch das Rohr 199 während des Arbeitens der Brennkammer 125 in diese eingebracht wird, so daß keine zusätzliche Pumpeinrichtung erforderlich ist. Zusätzlich kann der Treibstofftank 127 "selbstpumpend" dadurch gemacht werden, daß eine kleine Menge von verflüssigtem, inerten Gas von dem Rohr 199 Über eine Leitung 2OJ in einen normalen, mit Lamellen versehenen, rohrartigen Wärmeaustauscher 205 gebracht wird, der Wärme aus der ihn umgebenden Atmosphäre zum Verdampfen dieser kleinen Plüssigkeitsmenge aufnimmt. Das Hochdruckgas das so entsteht, kann in den Treibstofftank über eine Leitung 207 eingebracht werden. Um sicherzustellen,daß dieser Druck nicht aus dem Treibstofftank 127 entweicht, kann ein Kontrollventil 209 im Rohr 211 angeordnet werden, welches dazu verwendet wird, den Tank .127 zu füllen. Das Kontrollventil erlaubt nur einen Pluß in den Tank 127. Man sieht, daß sobald das Ventil 157 geöffnet wird, um einen Pluß von verflüssigtem, inerten Gas in die Brennkammer 125 zu ermöglichen, ein kleiner Teil dieses verflüssigten,inerten Gases im Wärmeaustauscher verdampft, und dadurch automatisch den Treibstofftank 127 unter Druck setzt, wodurch der Treibstofffluß in die Brennkammer 125 erfolgt. Andererseits wäre es auch möglich eine Treibstoffpumpe in der Rohrleitung 201 anzuordnen, die immer dann arbeitet, wenn die Anlage eingesetzt wird.

Die Brennkammer 125 enthält eine erste Mischkammer 213, die mit den Rohren 197 und 2ol verbunden ist, und dazu dient, den Treibstoff aus dem Tank 127 ^mit- dem flüssigen Sauerstoff aus der Blase IkJ zu mischen. Diese Mischung gelangt durch eine Einschnürung 215 der Brennkammer 125» wo sie"durch eine Zündvorrichtung 217 entzündet wird, die in einer normalen Weise von einer Zündanlage 218 angesteuert wird. Die Zündanlage kann vorteiihafterweise so ausgelegt sein, daß sie zusammen mit dem Ventil I85 arbeitet, so O.&ß sobald flüssiger Sauerstoff

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aus der Blase I^ aufgrund des öffnens des Ventiles I85 fließt, die Zündanlage 2l8,die Zündeinrichtung 217 ansteuert. Die Mischung aus flüssigem Sauerstoff und Treibstoff brennt mit starker Hitze in einer sich ausdehnenden Einschnürung und dehnt sich in eine zweite Mischkammer 221 der Brennkammer 125 aus.· Das Rohr I99 ist tangential an der Mischkammer 221 befestigt, um verflüssigtes, inertes Gas wie z.B. flüssigen Stickstoff mit den Verbrennungsprodukten zu vermischen. Das tangentiale Einführen des Rohrers I99 unterstützt das gründliche Vermischen dieser Stoffe dadurch, daß ein schraubenförmiger Fluß in der zweiten Mischkammer 221 hergestellt wird, wie er durch den Pfeil 223 angedeutet ist. Man sieht, daß die Ventile 157 und 185 in bevorzugter Weise zusammengekoppeltssind, so daß die Bedienungsperson beide Ventile gleichzeitig betätigt, wodurch sowohl flüssiger Sauerstoff als auch verflüssigtes, inertes Gas und der Treibstoff gleichzeitig in die Vorrichtung gelangen. Wenn zusätzlich die Zündvorrichtung 218 so ausgelegt ist, daß sie automatisch durch die Betätigung dieser Ventile einsetzt, kann die gesamte Anlage durch die Betätigung eines einzelnen Ventiles eingeschaltet werden.

Das Einführen von verflüssigtem, inerten Gas kühlt die Verbrennungsprodukte innerhalb der Mischkammer 221 und erhöht ganz wesentlich den Massenfluß des Gases, so daß am Auslaßrohr der Brennkammer 125 ein Hochdruckgas mit großen Fluß zur Verfügung steht, um eine pneumatische Vorrichtung 227, die schematise! dargestellt ist, zu betätigen. Die Vorrichtung 227 kann eine Startvorrichtung für ein Düsenaggregat eines Flugzeuges, eine Steuereinrichtung oder eine andere Vorrichtung eines Flugzeuges sein, die pneumatische Energie benötigt.

'Zusätzlich zu dein äußeren Verblndüngseitmenten die bisher beschrieben worden sind, ist eine Einrichtung zum Aufrechterhalten des gewünschten Druckes innerhalb des Tankes 123 bei der bevor-

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zugten AusfUhrungsform vorgesehen. Der Fachmann erkennt, daß die tiefgekühlte Flüssigkeit im Tank I23 sich selbst während des Speicherns in einem Druckzustand hält, da Wärme durch die Wände 129 und IjJl eindringt, wodurch das verflüssigte, inerte Gas siedet. Jedoch, wenn verflüssigtes, inertes Gas schnell dem Tank 123 entnommen wird, sinkt der Druck im Tank und die in ihneindringende Wärme wird nicht ausreichen, um genügend Flüssigkeit am Sieden zu erhalten, damit der Druck im Tank über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten wird. Aus diesem Grund wird bei der bevorzugten Ausführungsform zum Aufrechterhalten des Druckes im Tank 123 ein geschlossenes -.System verwendet. Dieses geschlossene System besteht aus einem Wäremaustauscherrohr 229* welches mit dem inneren des Teiles des Tankes 123 für das verflüssigte, inerte Gas in der Nähe des Bodens verbunden ist und schraubenförmig um die Isolierung I35 in der Nähe der äußeren Wand 131 des Tankes I23 gewunden ist. Ein Fluid, das in das Rohr 229 in der Nähe des Bodens des Tankes I23 eindringt und durch den Teil des Rohrers 229 hindurchfließt, der in der Nähe der Isolierung 135 angeordnet ist, wird verdampfen, da die Innenfläche der Isolierung I35 eine Temperatur hat, die oberhalb des Siedepunktes der tiefgekühlten Flüssigkeit beim Speicherdruck liegt. Das andere Ende des Rohres 229 ist über ein von Hand zu betätigendes Ventil 23I mit einem Regulator 233 verbunden. Der Regulator 233 wiederum steht über ein Rohr 235 mit der Bohrung ΙΛ7 im Sockel 145 in Verbindung und dadurch auch mit dem Teil des verflüssigten, inerten Gases im Tank I23. Da ·. Fluid in dem schraubenartigen Abschnitt des Rohrers 229 verdampft wird, wird aufgrund der Schwerkraft Fluid im Rohr vom Boden des Tankes 123 fließen, wenn das verflüssigte, inerte Gas verdampft wird. Dieser Fluß wird durch den Regulator 233 und das Ventil 23I gesteuert. Daher öffnet sich der Regulator 233 um den Druck innerhalb des Tankes I23 aufrechtzuerhalten, ! sobald Flüssigkeit oder Gas dem Tank I23 entnommen wird. Während ^! des Arbeitseinsatzes der Vorrichtung muß . aa§ von Hand zu betätigende Ventil 23I geöffnet sein, wenn das geschlossene.

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System zum Druckaufbau funktionieren soll. Man sieht, daß, wenn der Tank 12} nicht verwendet wird, der Druck in ihm über den durch den Regulator 255 vorgesehenen Druck durch das Einfließen von Wärme durch die Wände I29 und I3I ansteigen kann, und daß daher das Überdruckventil I73 dazu verwendet wird, das Maximum des von außen erzeugten Druckanstieges zu kontrollieren.

Tiefgekühlte Flüssigkeit oder verflüssigtes Gas in Versorgung 'tanks, aus denen das verflüssigte, inerte Gas des Tankes I25 entnommen wird, wird normalerweise eher bei normalem atmosphärischem Druck gehalten, als bei dem erhöhten Druck, wie es in dem Tank I25 erforderlich ist. Wenn diese tiefgekühlte Flüssigkeit oder verflüssigtes Gas dazu verwendet wird, den Tank 12J zu füllen, ohne daß Maßnahmen getroffen werden, damit die tiefgekühlte Flüssigkeit in einem kritischen oder gesättigtem Zustand aufrechterhalten wird, dann wird dadurch das anschließende Arbeiten der Anlage unterbunden .

In der Figur 4 ist eine Enthalpie Kurve für einen beliebigen, tiefgekühlten Stoff dargestellt, der bei der in der Figur 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform Stickstoff ist. Bei dieser Enthalpie -Kurve ist der Wärme inhalt«.-pro Gewichtseinheit des Stoffes in Abhängigkeit vom Druck dargestellt. Zusätzlich sind in der Figur 4 mehrere Linien konstanter Temperatur eingezeichnet. Man sieht, daß wenn der Druck bei dem der Stickstoff gehalten wird, zunimmt, die Siedetemperatur des Stickstoffes ebenso ansteigt. Eine Gerade 237 ist in der Figur 4 beim Wert des Außendruckes, das heißt bei l,o at, gezogen. Wenn Stickstoff bei diesem Druck frei sieden kann, hat er eine Temperatur von -195,6⁰C, wie es durch die Kurve 239 zum Ausdruck kommt. Bei der vorliegenden Vorrichtung mag es beispielsweise wünschenswert sein, im Tank 123 einen Druck von 16,5 atüzu haben, wie es durch die Kurve 241 dargestellt ist. Bei einem Druck von 17,5 at hat flüssiger, siedender Stickstoff eine Temperatur von

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- 162,2 C, wie es durch die Kurve 243 dargestellt ist.

Viele Tiefkühlflüssigkeiten und verflüssigte Gase sind äußerst schlechte Wärmeleiter. Wenn daher flüssiger Stickstoff mit einem Druck von l,o at in den Tank I23 eingebracht wird und der Druck darin auf 17,5 at erhöht wird, steigt die Temperatur des flüssiger, Stickstoffes, der mit der Oberfläche" der Wand 127 in Berührung steht auf einen Wert von - 1Ö2,2°C und wird sieden, wodurch der erforderliche Druck im Tank I23 aufrechterhalten wird. Es kann daher vorkommen, daß der flüssige Stickstoff in der Nähe der Oberfläche des Mantels 129 siedet, während das Innere des flüssigen Stickstoffes innerhalb des Tankes I23 bei einer Temperatur von ungefähr 195,6⁰C bleibt, da flüssiger Stickstoff ein schlechter Wärmeleiter ist. Die sich in der Mitte befindende Menge des flüssigen Stickstoffes unterliegt daher einem Druckanstieg, der durch die Kurve 259 dargestellt" ist, und bleibt bei einem Druck von 17*5 at und einer Temperatur von -195,6°C. Diese Werte liegen aber innerhalb des Bereiches der flüssigen Phase im Diagramm der Figur 4. Es besteht daher ein Übergang zwischen dieser Menge von flüssigem Stickstoff am Punkt 245 und einem Außenbereich des Stickstoffes, der sich an die Wand 229 anschließt und dem Punkt 247 entspricht.

Wenn man nun annimmt, daß dem Tank I23 Flüssigkeit entnommen wird; wird der Druck im Tank wegen des durch das Entfernen des flüssigen Stickstoffes entstehenden Hohlraumes fallen. Die Flüssigkeit im äußeren Bereich entsprechend dem Punkt 247 wird sich längs der Kurve 243 bewegen und wird daher in die Gasphase entsprechend der Fig.4 übergeführt. Die Flüssigkeit im äußeren Bereich wird infolgedessen Sieden und wird dazu beitragen den Druck innerhalb des Tankes 123 bei 17,5 at aufrechtzuerhalten. Die Menge der Flüssigkeit entsprechend dem Punkt 245 wird sich längs der Kurve 239 bewegen, wird jedoch in dem Teil des Phasendiagrammes der Figur 4 bleiben, der der flüssigen Phase entspricht und daher nicht sieden. Der größte. Teil der Flüssigkeit im Tank 123 wird infolgedessen nicht zum erwünschten Druck im Tank 123 beitragen , wenn Flüssigkeit von ihm abgezogen wird. Daher hat es

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sich als vorteilhaft erwiesen, Maßnahmen zu ergreifen, um

das verflüssigte, inerte Gas im Tank I23 in einem kritischen oder gesättigten Zustand zu speichern, das heißt , daß die gesamte Flüssigkeitsmenge beim Punkt 247 zu liegen kommt.

Um dieses zu ermöglichen, muß der gesamte flüssige Stickstoff im Tank 123 auf eine Temperatur von - 162,2⁰C erhitzt werden, während der Druck bei 17,5 at gehalten wird. Wenn dies verfolgt, kann man der Figur 4 entnehmen, daß, wenn aus dem Tank 123 Flüssigkeit abgezogen wird, die gesamte Menge von flüssigem, inertem Gas im Tank 123 sich längs der Kurve 225 verschiebt und dan^n tendiert zu sieden. Aus diesem Grunde wird die gesamte Menge von Flüssigkeit im Tank 123 zum Erzeugen von Gas beitragen, um den notwendigen Druck im Tank 123 aufrechtzuerhalten. Der Wirkungsgrad der Anlage wird dadurch erhöht.

Um dies zu erreichen kann eine Heizeinrichtung 249 im Tank 123 angeordnet sein und über eine elektrische Verbindung 25I mit einer äußeren Energiequelle über einen Anschluß 253 ver bunden werden. Wenn die Flüssigkeit einmal erhitzt worden ist, so daß die gesamte Menge am Punkt 247 der Figur 4 liegt, kann die äußere Energiequelle abgeschaltet werden.

Um die Vorteile darzustellen, die sich dadurch ergeben, daß ein geschlossenes System zum Aufbau des Druckes verwendet wird und daß die Flüssigkeit in einem kritischen oder gesättigten Zustand gespeichert wird, ist in der Figur 5 die ungefähre Rate des Druckabfalles im Tank 123 aufgrund der Entnahme von flüssigem Sauerstoff und verflüssigtem,inerten Gas mit einer vorgegebenen Rate dargestellt, wobei das Ventil 233 geschlossen ist, so daß das geschlossene System zum Druckaufbau nicht arbeitet. Bei der in der Figur 5 dargestellten Verhältnissen ist keine Maßnahme getroffen worden, daß der flüssige Stickstoff, der einen Anfangsdruok von 17,5 at im Tank I23 hat, im gesättigten oder kritischen Zustand gespeichert wird.

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In der Figur 6 sieht man verglichen mit der Figur 5 Wirkung, die durch das öffnen des Ventiles 235 entsteht, so daß das geschlossene System zum Druckaufbau dazu beiträgt, den Druck aufrechtzuerhalten, sobald Flüssigkeit dem Tank 123 entnommen wird.

In der Figur 7 kann man die Wirkung gegenüber der Figur 6 erkennen, die dadurch entsteht,'daß der flüssige Stickstoff in einem kritischen oder gesättigten Zustand beim Speicherdruck gehalten wird, bevor Flüssigkeit entnommen wird. Man sieht, daß der Wirkungsgrad der Anlage wesentlich erhöht worden ist.

Abgesehen von der Heizeinrichtung249 der Figur J, gibt es viele Vorrichtungen, durch die eine Speicherung des verflüssigten, inerten Gases im kritischen Zustand erreicht werden kann. Beispielsweise kann heißes Gas durch die Flüssigkeit geleitet werden, oder eine Rühreinrichtung kann im Tank 12j5 angeordnet sein, damit die durch die Mantel 129 und I3I einfließende Wärme die gesamte Flüssigkeitsmenge erhitzt. Eine sehr lange Speicherung kann unter Umständen auch eine gesättigte Flüssigkeit beim Speicherdruck entstehen lassen, da die Wärme im äußeren Bereich gegebenenfalls die gesamte Flüssigkeitsmenge erhitzt.

Die in der Figur 3 dargestellte Vorrichtung wird in folgender ^: Weis« benutzt. Eine Bedienungsperson füllt den Tank 12J mit einem verflüssigten, inerten Gas"über das Verbindungsstück I69 und das Ventil I65. Daraufhin füllt er die Blase IkJ, mit flüssigem Sauerstoff durch das Verbindungsstück 18I und das Ventil 179. Diese Ventile werden geschlossen und das verflüssigte, inerte Gas bis zu seinem kritischen oder gesättigten Zustand erhitzt. Die Anlage kann dadurch eingeschaltet werden, daß die Ventile I85 und 157 geöffnet werden, was vorzugsweise gleichzeitig geschieht, wodurch die Zündanlage 218 eingeschaltet wird und der Treibstofftank 127 unter Druck gesetzt wird, um den VerbrennungsVorgang in der Brennkammer 125 einzuleiten. Die

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ORIGINAL INSPECTI

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Verbrennung kann solange andauern, bis keine pneumatische Energie mehr benötigt wird, worauf dann die Ventile 185 und I57 geschlossen werden können, oder bis andererseits der flüssige Sauerstoff, das verflüssigte, inerte Gas oder der Treibstoff ausgebraucht worden sind.

Es wird darauf hingewiesen, daß der Aufbau des Tanks 123 für das verflüssigte Gas und die Brennkammer 125* die in Bezug auf die Ausführungsform gemäß der Figur 3 im einzelnen beschrieben worden sind, auch für die Tanks 11 und 77 zum Speichern des verflüssigten Gases und die Brennkammern 25 bzw. 91 entsprechend den Ausführungsformen der Figuren 1 und 2 verwendet werden können.

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Claims

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Patentansprüche

l.j Verfahren zur Erzeugung von pneumatischer Energie, gekennzeichnet durch Speichern von verflüssigtem, inertem Gas in einem isolierten Gefäß (11, 123) bei einem vorgegebenen, erhöhten Druck, durch Speichern von flüssigem Sauerstoff in einem Gefäß (IkJ), das innerhalb des flüssigen, inerten Gases angeordnet ist, wobei der Druck genau so groß ist, wie der Druck des verflüssigten, inerten Gases, durch Speichern von Treibstoff und Vermischen eines Teiles des Treibstoffes mit einem Teil des flüssigen Sauerstoffes, durch Verbrennen dieser Mischung aus Treibstoff und flüssigem Sauerstoff zum Erzeugen eines Verbrennungsproduktes, durch Mischen des flüssigen,· inerten Gases mit dem Verbrennungsprodukt, wodurch das verflüssigte,, inerte Gas verdampft und das Verbrennungsprodukt abkühlt,und durch das Zuführen der Mischung aus flüssigem, inerten Gas und dem Verbrennungs- · produkt an eine pneumatisch und mechanisch arbeitende Einrichtung zum Erzeugen von Energie.
2. Vorrichtung zur Erzeugung von pneumatischer Energie, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennkammer (25, 125) zum Mischen eines Kohlewasserstofftreibstoffes mit Sauerstoff undzuQ Verbrennen dieser Mischung vorhanden ist, wobei eine Flamme hoher Temperatur und ein sich daraus ergebendes, . ausströmendes Gas hoher Temperatur entstehbar ist,und daß ein erstes, isoliertes Speichergefäß (11, 123) zum Speichern eines verflüssigten, inerten Gases bei einem vorgegebenen, erhöhtem Druck und ein zweites Speichergefäß (1^3), das wärmeleitend und in dem ersten Speichergefäß angeordnet ist und eine Menge flüssigen Sauerstoff enthält, vorhanden sind,

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wobei der Sauerstoff aus dem zweiten Speichergefäß über eine Verbindung an die Brennkammer abgebbar ist, und daß eine Einrichtung (I7, 21, I85) zum Steuern des Flußes des flüssigen Sauerstoffes in die Brennkammer vorhanden ist, und daß eine Einrichtung (I9, 23, I57; 159, 163, 199) mit dem ersten Speichergefäß zum Einbringen des flüssigen, inerten Gases in das aus der Brennkammer ausströmende Gas hoher Temperatur vorhanden ist, wodurch die Temperatur des ausströmenden Gases verringerbar und sein Volumen vergrößerbar ist, und das eine mit pneumatischer Energie arbeitende Vorrichtung durch das Gas antreibbar ist, das beim Einbringen des flüssigen, inerten Gases in das unter hoher Temperatur ausströmende Gas entsteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Sauerstoff durch das zweite Speichergefäß (143) unter dem gleichen Druck steht, wie das verflüssigt, inerte Gas in seinem Speichergefäß ( 123) .
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3*

dadurch gekennze lehnet , daß das zweite Speichergefäß (143) eine im ersten Speichergefäß (11, I23) verformbare Blase ist, wobei die Blase bei der Speichertemperatur des verflüssigten Sauerstoffes und des verflüssigten, inerten Gases verformbar ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-4,

dadurch gekennzeichnet , daß das verflüssigt, inerte Gas bei seinem Speicherdruck einen Siedepunkt hat, der unter dem Siedepunkt des verflüssigten Sauerstoffes beim Speicherdruck des verflüssigten Sauerstoffes liegt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-5* dadurch gekennzeichnet, daß das verflüssigte,

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inerte Gas Stickstoff ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (249) im erstenSpeicheigefäß (123) zum Erhöhen der Temperatur des verflüssigten, inerten Gases vorhanden ist, wodurch das verflüssigte, inerte Gas auf die Sättigungstemperatur bei seinem Speicherdruck bringbar ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2-7* dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (222) mit dem ersten Speichergefäß (123) zum Verdampfen eines Teiles des verflüssigten, inerten Gases vorhanden ist, und daß der erzeugte Dampf in das erste Speichergefäß (123) zurückführbar ist, wodurch ein vorgegebener Druck innerhalb des ersten (123) und zweiten (143) Speichergefäßes aufrechterhaltbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2- 8,

dadurch gekennzeichnet, daß die mit pneumatischer Energie arbeitende Vorrichtung ein Generator zum Erzeugen von Notenergie in einem Plugzeug ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9,

dadurch gekennzeichnet, daß die mit pneumatischer Energie arbeitende Vorrichtung ein Druckluftstarter für ein Düsenantriebsaggregat eines Plugzeuges ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9»

dadurch gekennzeichnet, daß der Generator zum Erzeugen von Notenergie ein elektrischer Generator und ein hydraulischer Generator an Bord eines Plugzeuges ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 - 11»

dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum automatischen Einbringen des flüssigen Sauerstoffes, des

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Kohlenwasserstofftreibstoffes und des verflüssigten, inerten Gases in eine Brennkammer vorhanden ist, und.daß die Einrichtung automatisch beim Ausfall der elektrischen oder/ und hydraulischen Energie an Bord eines Flugzeuges einschaltbar ist.

Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brennkammer (25* 125) vorhanden ist, und daß eine erste Mischkammer (213) mit dem zweiten Speichergefäß (I¹KJ) zum Speichern von flüssigem Sauerstoff und mit dem Kohlenwasserstofftreibstoff verbunden ist, und daß eine Zündkammer (219) mit der ersten- Mischkammer (213) verbunden ist, wobei der Mischkammer (219) eine Zündeinrichtung (218) zugeordnet 1st, und daß eine zweite Mischkammer (221) mit der ZUndkammer (219) und dem ersten Speichergefäß (I23) zum Speichern eines verflüssigten, inerten Gases verbunden ist.

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