DE2700727C2

DE2700727C2 - Gaszufuhreinrichtung für einen mit einem verdampften Flüssiggas arbeitenden Antrieb

Info

Publication number: DE2700727C2
Application number: DE2700727A
Authority: DE
Inventors: John Walter Cirencester Gloucestershire Rilett
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-01-16
Filing date: 1977-01-10
Publication date: 1986-03-20
Also published as: FR2338377B1; IE44579L; DE2700727A1; IE44579B1; US4092830A; IN147351B; IT1076544B; FR2338377A1; JPS52115941A; ATA19177A; AT366473B

Description

Die Erfindung betrifft eine Gaszufuhreinrichtung für einen durch arbeltslelstende Entspannung eines verdampften Flüssiggases wirkenden Antrieb. Derartige mit verdampftem Flüssiggas betriebene Antriebe sind an sich bekannt, beispielsweise Flüssiggasmotoren zum Antrieb von Modellflugzeugen oder für vergleichbare Kleinantriebe, wobei als Flüssiggas beispielsweise druckverflüssigtes Kohlendloxid verwendet werden kann. Generell können die für derartige Antriebszwecke grundsätzlich In Frage kommenden Flüssiggase In zwei große Gruppen eingeteilt werden, nämlich In bei Normaltemperatur ausschließlich durch Druckanwendung verflüssigbare Gase (wie ,beispielsweise das erwähnte Kohlendioxid) einerseits, und Gase, wie beispielsweise Stickstoff, die nur bei unterhalb (zum Teil weit unterhalb) Normaltemperatur liegender Temperatur druckverflüsslgbar sind. Gase dieser zweiten Gruppe müssen daher, um im verflüssigten Zustand gehalten zu werden. In gut wärmeisolierten Behältern gespeichert werden. Die Erfindung eignet sich grundsätzlich zur Anwendung In Verbindung mit Flüssiggasen beider Art, wenngleich für praktische Anwendungen, Insbesondere aaf dem Gebiet der Kleinantriebe, selbstverständlich Flüssiggase der ersten Gruppe Im Vordergrund stehen, da zu ihrer Verflüssigung und Aufbewahrung keine besonderen Kühl- und Wärmelsolatlonsvorrlchtungen erforderlich sind. Ihre Lagerung und Handhabung Im verflüssigten Zustand daher einfacher Ist, was offensichtliche Vorteile hinsichtlich Kompaktheit, konstruktiver Einfachheit und geringerem Gewicht der Antriebe bzw. zugehörigen Gaszufuhrelnrlchtungen mit sich bringt.

Derartige Flüssiggasantriebe weisen an sich gegenüber vergleichbaren Antrieben (Brennkraftmaschinen, Elektromotoren, Kompfessorantrleben) eine Reihe von Vorteilen auf, die sie für eine Vielfalt von Anwendungszwecken Interessant machen. Sie sind unabhängig von einer äußeren stationären Energiequelle und benötigen Insbesondere keine störenden elektrischen Zuleitungskabel oder Druckluftleltungen und besitzen daher eine hohe Ortsbeweglichkeit; nach Verbrauch einer Tankfüllung sind sie rasch mit dem als Arbeltsströ-

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mungsmlttel dienenden Flüssiggas nachladbar, sie sind nicht feuergefährlich, elektrisch ungefährlich, erzeugen keine störenden elektrischen oder magnetischen Felder, enthalten keine toxischen oder gefährlichen Chemikalien (Im Gegensatz etwa zu Blel-Akkus oder elektrischen Batterien); sie sind umweltfreundlich, da als Arbeltsströmungsmlttel ungetährliche, beispielsweise in der normalen Atmosphäre vorkommende natürliche Gase (wie etwa Kohlendioxid oder Stickstoff) verwendet

Diagramm im wesentlichen abwärts; hierbei gelangt der Dampf aus einem Zustand der Trockensättigung In das Naßdampfgebiet (d. h. ein Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf) mit entsprechend erhöhter Kondensation und

Flüssigzustands abgegrenzt, nach oben rechts durch die Trockensättlgungsdampfllnie gegen den Bereich des überhitzten Dampfes, und nach unten (für CO₂ wie erwähnt unterhalb -56,6° C) gegen den erwähnten Fest-/ Dampfbereich abgegrenzt. Im Tripelpunkt (für CO₂ bei ca. -56° C und einer Entropie von etwa 1,27) koexistieren die drei Phasen fest, flüssig, und dampfförmig.

Die oben erwähnte einfache Entspannung eines (nicht überhitzten) (Trocken-)Gasdampfes stellt sich in diesem

werden können, die nach Arbeitsleistung in dem io Diagramm wie folgt dar: Ausgehend von einem Punkt Antrieb problemlos In die AuBenluft abgelassen werden auf oder nahe der trocknen Sättigungsdampflinie mit können; sie sind konstruktiv einfach und von Haus aus einem Anfangsdruck von beispielsweise 30 bar (für slörunanfällig, ihre Herstellungs- und Betriebskosten einen CO₂-Antrieb) wird der trockene Sättigungsdampf sind gering; ihre Lelstungs- und Drehzahlabgabe 1st in unmittelbar entspannt, entsprechend einer Verschieeinfacher Weise steuerbar. Diese inhärenten Vorteile 15 bung des Arbeltspunktes im Temperatur-ZEntropfederartiger FlÜsslggasantriebe sollten ihnen an sich vielfältige Anwendungen sichern, und zwar über die
erwähnten Spielzeug- oder Modellflugzeugantriebe (ein
bevorzugtes Anwendungsgebiet) hinaus als Werkzeugantriebe (Haushalts- und Industrie-Werkzeuge), für 20 geringer Alisgangsleistung. Da der Arbeitspunki bei der Heckenscheren, tragbare Kettensägen, für Zahnärztboh- Verschiebung Im Diagramm nach ur,>in relativ bald auf rer, Rasenmäher und sogar für leichte Fahrzeuge, allge- die Grenze zum Fest-/Dampf-Bereieh trifft, ist die mein für Antriebszvrecke kleinerer oder mittlerer Entspannung notwendigerweise auf einen verhältnismä-Lelstung mit absatzweisem Betrieb. Big hohen Enddruck (Austrittsdruck des Dampfes) (im

Tatsächlich ist jedoch die Verbreitung derartiger 25 Fall von CO₂ ca. 5,3 bar) begrenzt, um die Bildung von Flüsslggasantrtebe auf Grund praktischer Probleme Feststoff iri Form von Trockeneiskristallen zu vermeihinter den Erwartungen zurückgeblieben. den, welche zu einem raschen Verschleiß des Motors

In diesem Zusammenhang besteht ein Hauptpro- führen würde. Insgesamt weist diese einfachste Beblem derartiger Flüssiggasantriebe in dem fortschreiten- trlebsart eines Flüssiggasmotors (beispielsweise CO₂-den Abfall des Gasdrucks im Verlauf der Entnahme 30 Flüssiggasmotors) mit Entspannung voti nicht überhltzvon verdampftem Flüssiggas aus dem Gasvorratsbehäl- tem Trockensättlgungsdampf daher Im wesentlichen die ter zum Antrieb des Flüssiggasmotors; durch diesen folgenden Nachteile auf: die Ausgangsleistung ist fortschreitenden Gasdruckabfall wird die Motorleistung verhältnismäßig niedrig; die Entspannung Im Motor 1st auf einen relativ niedrigen Wert beschrankt. Dieser zur Vermeidung von verschleißender Feststoffbildung Druckabfall des verdampften Flüssiggases ist seinerseits 35 auf einen verhältnismäßig hohen Enddruck (ca. 5,3 bar eine Folge der Abkühlung des Gases beim Übergang im Fall von CO₂) begrenzt; dies hat einen unerwünscht vom flüssigen In den dampfförmigen Zustand In dem hohen Auspuffgeräüschpege! wegen des Auspuffdruck-Gasvorratsbehälter, und bei der Arbeitsausdehnung des abfalls von diesem (verhältnismäßig hohen) Entspan-Gases gegen den Umgebungsdruck im Motor. Diese nungsenddruck des Gases auf den Umgebungsdruck Abkühlung wird besonders drastisch, wenn man 40 (ca. 1 bar) zur Folge.

versucht, die Drehzahl und die Leistung des Flüssiggas- Man hat bereits versucht, diese Nachtelle durch eine

motors zu erhöhen; die Abkühlung kann dabei bis zur Überhitzung des verdampften Flüssiggases vor seinem Eisbildung an der Außenseite des Gasvorratsbehälters Eintritt in den Antrieb zu vermelden oder zu vermin-(Gasflasche) führen. Durch die Abkühlung des Gases dem, d. h. durch eine Temperaturerhöhung des zugeerhöht sich ferner seine Dichte, was seinerseits eine 45 führten Flüssiggasdampfes bei Im wesentlichen konunerwünschte Erhöhung des Gasverbrauchs mit sich stantem Druck.

bringt. Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, Im einzelnen Ist aus der Deutschen Patentschrift

daß das verdampfte Flüssiggas sich im oder nahe dem 1 06 302 eine Vorrichtung zum Betrieb von Klelnmoto-Sättlgungszustand befindet; bei der Expansion In dem ren mit Kohlensäure bekannt, bei welcher die von der Antrieb, beispielsweise ctem Motor, hat dies eine teil- so Kohlensäurebombe zum Druckreduzierventil für den weise Kondensation des Gasdampfes In seinen flüssigen
oder sogar festen Zustand zur Folge, was zur Vermeidung einer Beschädigung des Motors unbedingt vermieden werden muß.

Nach den der Erfindung zugrundeliegenden elnge- 55
henden Untersuchungen lassen sich diese Verhältnisse
besonders übersichtlich Im Temperatur-Entrople-Dlagramm veranschaulichen, das im Koordinatensystem von Entropie (Abszisse) und Temperatur (Ordinate) die Isoenthalplellnlen des betreffenden Flüssig- 60 Flugzeug-Gasturbinentriebwerk, d. h. also zum Betrieb gases zeigt; der mittlere Hauptteil des Diagramms eines verhältnismäßig großen Maschinenaggregats; die entspricht dem Naßdampfbereich, in welchem Flüssig- bekannte Vorrichtung arbeitet mit flüssigem Stickstoff keltS'/Dampfgemische zwischen dem kritischen Punkt als Flüssiggas, das In tiefgekühltem Zustand Im Flug-(für CO₂ beispielsweise bei 31° C) und der unteren zeug mitgeführt wird. Aus dieser bekannten Anordnung Begrenzung gegenüber dem Feststoff-Dampf-Berelch 65 Ist es auch bereits bekannt, die Überhitzung des (für CO₂ beispielsweise bei -56,6"C) vorliegen. Dieser verdampften Flüssiggases bei seiner Zufuhr aus dem Naßdampfbereich ist rtpch links oben durch die Sättl- Flüssiggasvorratsbehälter zu dem Antrieb durch gungsflüssigkeltsllnle gegen den Bereich des reinen Wärmetausch mit einer Wärmespelchersubstariz In

Anschluß des Motors führende Leitung durch ein geheiztes Wasserbad führt, um das Einfrieren der Kohlensäurewege bei anhaltender Kohlensäüreentnahn.i ta verhüten.

Ein nach diesem Prinzip der »Überhitzung bei konstantem Druck« arbeitender Flüssiggaymotor Ist ferner auch aus der DE-OS 24 39 108 bekannt. Im einzelnen handelt es sich bei dieser bekannten Vorrichtung um einen Antrieb eines Notstartaggregats für ein

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einem In der Zufuhrleitung angeordneten Wärmetau- Diese Arbeltswelse mit Überhitzung bei konstantem

scher vorzunehmen, die bei einer relativ hohen Tempe- Druck erbringt zwar gegenüber der einfachen Sättl-

ratur Im Bereich von 426° C bis 870° C eine Phasenän- gungsdampfentspannung eine gewisse Verbesserung der

derung erfahrt; das als bevorzugte Wärmespelchersub- Ausgangsleistung (beispielsweise 58,6 kJ/kg gegenüber

stanz genannte Lithiumhydroxid hat eine Phasenände- J 35,2 kJ/kg für den Fall von CO₂ unter den angegebe-

rung bei einer Temperatur von 852° C. Zum Erwärmen nen Bedingungen). Diese erhöhte Ausgangsleistung Ist

der Wärmespeichersubstanz auf diese hohe Temperatur jedoch In der erwähnten Welse mit dem Erfordernis

bzw. zur Aufrechterhaltung dieser Temperatur ist einer positiven Wärmezufuhr für die bei Im wesent-

wiederum eine positive Wärmezufuhr erforderlich, liehen konstantem Druck erfolgende Überhitzung

wofür an Bord des Flugzeugs eine entsprechende Inten- 10 erkauft. Außerdem besteht weiterhin der Nachteil der

slve Heizvorrichtung mitgeführt werden muß. durch die Feststoff-COi-Bildung bedingten Begrenzung

Die Notwendigkeit einer äußeren Wärmezufuhr und der Nutzentspannung In dem Motor auf einen verhält-

dle dadurch bedingte Mitführung besonderer Helzquel- nlsmäßlg hohen Auspuffdruck und der dadurch

len Ist ersichtlich untunllch und Insbesondere für das bedingte Nachteil eines unerwünscht hohen Auspuffge-

bevorzugte Anwendungsgebiet derartiger Flüssiggas- 15 räuschpegels.

antriebe auf dem Gebiete der Kleinantriebe (etwa für Die Erfindung betrifft - ausgehend etwa von der Modellflugzeuge, Handbohrgerate usw.) praktisch nicht Anordnung gemäß der DE-OS 24 39 108 - eine Gaszureallslerbar und stellt selbst für ein relatives Großaggre- fülleinrichtung für einen durch arbeltslelstende gat wie das Notstarnaggregat für ein Jet-Fiugzeug-Trieb- Entspannung eines verdampften Flüssiggases wirkender. werk gemäß der DE-OS 24 39108 eine erhebliche M Antrieb, mit einem Flüssiggas-Vorratsbehälter und Beeinträchtigung dar. Vor allem erbringt dieses einer von diesem zum Antrieb führenden Gasleitung bekannte Prinzip der Überhitzung bei Im wesentlichen sowie mit einem eine Wärmespelchersubstanz aufwelkonstantem Druck jedoch zwar gegenüber dem oben senden Wärmetauscher zur Überhitzung des Flüssiggasbehandelten Fall der einfachsten Arbeltswelse eine dampfes vor dem Eintritt in den Antrieb, und gegebegewisse Erhöhung der Ausgangsleistung, die übrigen 25 nenfalls auch zur Verdampfung des Flüssiggases vor Nachteile, nämlich die Begrenzung der arbeltsSelstenden dessen Überhitzung, wobei die Wärmespelchersubstanz Entspannung Im Motor auf «inen verhältnismäßig durch eine Zustandsänderung, z. B. eine Aggregatszuhohen Enddruck (zur Vermeidung von verschleißender standsäi.ierung, bei einer über der Temperatur des Trockeneisbildung) und der dadurch bedingte hohe Flüssiggasdampfes In dem Vorratsbehälter liegenden Auspuffgeräuschpegel bleiben jedoch bestehen. Dies 30 Temperatur Wärme aufnimmt und abgibt, läßt sich wiederum anschaulich mittels einer Betrach- Der Erfindung Hegt als Aufgabs eine weitere Verbestung anhand des Temperatur-Entrople-Dlagramms serung eines derartigen Flüssiggasantriebs mit Gaszuverdeutllchen (wobei wiederum COj-FlüssIggas unter rühreinrichtung mit Überhitzung des verdampfeten den gleichen Bedingungen von Ausgangstemperatur, Flüssiggases vor dem Eintritt In den Flüssigantrieb -druck und -enihalple zugrundegelegt sei). Ausgehend 35 zugrunde, derart, daß bei vergleichbarer Nutzarbeltslelwlederum von einem Trockensättlgungsdampf entspre- stung auf eine gesonderte äußere positive Helzenerglechend einem Punkt auf oder nahe der TrockensStt!» quelle zur Aufhelzung der Speichersubstanz verzichtet gungsdampfllnle ist hler eine Überhitzung vorgesehen, werden kann und gleichzeitig eine wesentliche Verrlnd. h. eine Überführung In den »Überhitzungsdampfbe- gerung des Auspuffgeräuschpegels erreicht wird; Insgerelch« im rechten oberen Teil des Diagramms; die 40 samt soll durch die Behebung der geschilderten Nach-Überhltzung erfolgt in den bekannten Fällen bei Im we- teile der bekannten Anordnungen der eingangs umrlssentllchen konstanten Druck, im angenommenen Fall sene breite potentielle Anwendungsbereich derartiger beispielsweise entlang der dem Ausgangsdruck entspre- Flüssiggasantriebe praktisch erschlossen werden, chenden Isobare ρ = 30 bar. Der Überhitzung entspricht Zu diesem Zweck Ist bei einer Gaszufuhrelnrlchtung Im Diagramm ein Übergang verhältnismäßig steil nach 45 der vorstehend genannten Art gemäß der Erfindung rechts oben auf eine Temperatur beispielsweise von vorgesehen, daß als Wärmespelchersubstanz eine solche ca. 30' C. Hierfür Ist eine positive äußere Wärmezufuhr verwendet wird, die eine Zustandsänderung unterhalb aus einer wenigstens eine Temperatur von ca. 35° C der normalen Umgebungstemperatur besitzt, daß die aufweisenden Wärmequelle erforderlich (bei der Anlage Wärmezufuhr an die Wärmespelchersubstanz zu deren gemäß der DE-OS 24 39 108 mit Stickstoff als Flüssig- 50 Zustandsänderung durch Wärmeaufnahme aus^ der gas sind wie gesagt Überhitzungstemperaturen Im Umgebung bei normaler Umgebungstemperatur erfolgt. Bereich von 420° C bis 870° C, vorzugsweise von 852° C und daß die Gasleitung bei der Zufuhr des Flüssiggasvorgesehen, mit entsprechend intensiver Helzenerglezu- dampfes von dem Flüssiggasbehälter zum Antrieb einen fuhr an das dort verwendete Speichersubstanzmaterial Druckabfall Im Gas von mehr als 10« des Sättlgungs-Lithiumhydroxid). Auf die Überhitzung erfolgt die 55 druckes des Flüssiggasdampfes bewirkt. Nutzentspannung Im Motor, was wiederum einer Ver- Der Erfindung Hegt die überraschende Erkenntnis Schiebung Im Diagramm im wesentlichen senkrecht zugrunde, daß sich bei einem Flüssiggasantrieb der nach unten entspricht. Da bei der unter im wesentli- bekannten Art (mit Überhitzung des zugeführten Fluschen konstanten Druck erfolgten Überhitzung der Ar- slggasdampfes mittels eines eine Wärmespelchersubbeltspunkt verhältnismäßig stell nach oben verschoben 60 stanz mit Zustandsänderung enthaltenden Wärmetauwurde, bleibt auch In diesem Fall die Entspannung Im schere) ohne zusätzliche, aktive gesonderte Hetzenergie-Motor auf einen verhältnismäßig hohen Enddruck (In zufuhr an die Wärmespelchersubstanz, In Verbindung der Größenordnung von ca. 5 bar im angenommenen mit einer Druckabsenkung (Drosselung) des Flüsslggas-Beispielsfail CO₂) begrenzt, da die Arbeltsltnle Im dampfes vor dem Eintritt In den Ausdehnungsmotor Verlauf der Arbeitsentspannung bereits bei dem 65 eine hohe Nutzarbeitsleistung des Motors aufrecht erwähnten verhältnismäßig hohen Druck auf die erhalten läßt, mit der Möglichkeit der Nuuentspannung Gienze zu dem nach unten anschließenden Fest- im Motor auf einen wesentlich niedrigeren Auspuffstoff/DamDfberelch trifft. druck mit dem weiteren Vorteil einer beträchtlichen

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Verringerung des Auspuffgeräuschpegels. Diese Er- Bei der erflndungsgcmäß durch Vermittlung einer kenntnls, und Ihre erflndungsgcmäße Ausnutzung, Zustandsänderung der Wärmespeichersubstanz aus der Ist überraschend, da nach den gängigen Anschauungen. Umgebungsalmosphäre auf das Flüssiggas übertragenen eine druckvermindernde Drosselung des als Arbeitsströ- Wärme kann es sich beispielsweise um die Blndungsmungsmlttel zugeführten verdampften Flüssiggases vor 5 oder Schmelzwärme, die Verdampfungswärnie, die der arbeltslelstenden Entspannung im Motor nach Hydrationswärme oder allgemein die latente Wärme Möglichkeit vermieden werden sollte, da man annahm, einer anderweitigen Zustandsänderung der Wärmespeldaß ^*jch eine derartige vorherige Druckabsenkung die chersubstanz handeln, wobei die Warmespeichersub-Im Motor erzielbare nutzbare Arbeltsleistung und der stanz diese Wärme bei einem nachfolgenden Tempera-Wirkungsgrad verringert würde. Nach der der Erfln- 10 turanstleg wieder in reversibler Welse aus der Umgedung zugrundeliegenden Erkenntnis kann diese verbrei- bungsatmosphäre absorbiert. Als Wärmespelchersubtete Anschauung jedoch keine allgemeine Gültigkeit stanz für die Zwecke der Erfindung kommt eine beanspruchen und trifft für die erfindungsgemäße größere Anzahl von Substanzen In Frage, wie sie Vorgehenswelse nicht zu, bei welcher die Druckabsen- beispielsweise In CRC »Hand Book of Chemistry and kung In Verbindung mit einer Überhitzung (jedoch 15 Physics«, 55. Aufl., S. B-63 bis B-156, B-243 bis B-247, ohne äußere positive Heizenergiebeaufschlagung, C-639 bis C-658 und C-680 bis C-719 aufgezählt sind, sondern lediglich aus einer eine Zustandsänderung Im Im Fall von mit flüssigem CO₂ als Treibmittel bei Normaltemperaturbereich aufweisenden Wärmespei- normalen Umgebungstemperaturen betriebenen Flüsslgchersubstanz, die ihrerseits In Wärmetausch mit der gasantrieben gemäß der Erfindung sind geeignete Umgebungstemperatur steht) erfolgt. Der überra- 20 Wärmespeichersubstanzen beispielsweise Essigsäure sehende Effekt der erfindungsgemäßen Vorgangswelse (Schmelzpunkt etwa 16⁰C), Ameisensäure (Schmelzläßt sich wiederum mit einer Betrachtung anhand des punkt etwa 8° C), Wasser (Schmelzpunkt 0° C) sowie Temperatur-ZEntrople-Dlagramms veranschaulichen: Gemische dieser Stoffe, wodurch anderweitige Schmelz-Ausgehend wieder von einem Punkt auf oder nahe der punkte In dem angegebenen Temperaturbereich reall-Trockensäuigungsdampflinle (beispielsweise wieder mit 25 slerbar sind. So besitzt beispielsweise ein Gemisch aus einem Ausgangsdruck von 30 bar und einer Anfangs- 99 Vol.-% Essigsaure und 1 Vol.-% Wasser einen temperatur von beispielsweise ca. -5⁰C, Im Fall von Schmelzpunkt Im Bereich von ca. 1O⁰C, was für In CO₂) erfolgt die Überhitzung hier ohne positive Heiz- gemäßigten Klimazonen betriebene erfindungsgemäße energiezufuhr aus einer gesonderten Heizenergiequelle Flüssiggasantriebe zweckmäßig Ist. Die vorstehend ausschließlich durch Wärmetausch des Zufuhrdampfes 30 genannten bevorzugten Speichersubstanzen sind wegen mit einer Speichersubstanz, welche eine bei Normaltem- Ihrer relativ hohen gebundenen latenten Wärme peratur liegende Zustandsänderung aufweist, beisplels- (Schmelzwärme) beim Übergang flüssig/fest besonders weise mit Wasser mit einer Phasenänderung bei 0⁰C; attraktiv, well hierdurch eine verhältnismäßig kleine hierdurch wird die der Zustandsänderung der Speicher- Menge der Wärmespeichersubstanz (Im Fall von Wasser substanz entsprechende latente Wärmeenergie an das 35 beispielsweise 1 g Wärmespeicher-Wasser pro 3 bis 4 g Flüssiggas bzw. an den Flüsslgg£sdampf übertragen und CO₂) ausreicht. Die vorstehend genannten bevorzugten bewirkt die Überhitzung des Dampfes, beispielsweise Wärmespeichersubstanzen sind außerdem außerordentvon dem Ausgangswert von ca. -5° C auf einen Wert Hch billig und können daher beispielsweise in Verbinvon beispielsweise etwa -I⁰C; wesentlich 1st dabei, daß dung mit nach Gebrauch wegzuwerfenden CO₂-Patrodlese Überhitzung unter gleichzeitiger Druckabsenkung 40 nen als Flüssiggasvorratsbehälter, wie sie gemäß einer von dem Anfangswert von beispielsweise ca. 30 bar auf vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen beispielsweise 10 bar erfolgt. Dieser Überhitzung ent- sein kann, Anwendung finden. Des weiteren besitzen spricht Im Diagramm der Übergang zu einem Im Über- die genannten Wärmespeichersubstanzen eine erhltzungsdampfbereich verhältnismäßig weit rechts gele- wünscht hohe Wärmeleitfähigkeit, wodurch ein guter genen Punk'.. Die anschließende Nutzentspannung im 45 Wärmeübergang zwischen der Umgebung und der Motor entspricht wiederum einem Übergang im Tempe- Wärmespeichersubstanz einerseits sowie der Wärmeratur/Entropie-Dlagramm Im wesentlichen senkrecht Speichersubstanz und dem Flüssiggas (beispielsweise nach unten. Dabei kann jedoch nunmehr, wegen der CO₂) andererseits gewährleistet wird. Wasser ist wegen Verschiebung des Arbeltspunktes während der Überhit- seiner hohen Wärmeleitfähigkeit in dieser Hinsicht zung Im Diagramm weit nach rechts die Nutzentspan- 50 besonders vorteilhaft.

nung im Motor bis auf einer wesentlich niedrigeren Die Wirkungswelse der mit der Umgebungsatmo-Druck (beispielsweise von etwa 1,5 bar im gegebenen Sphäre einerseits und dem Flüssiggasvorratsbehälter Beispielsfall für CO₂) erfolgen, da in diesem Fall erst andererseits in Wärmekontakt stehenden Wärmespeibei diesem Druck die Grenzlinie zum Fest/Dampf-Be- chersubstanz im Rahmen der erfindungsgemäßen Einreich erreicht und überschritten wird. Hierdurch wird 55 richtung kann dahin zusammengefaßt werden, daß sie erreicht, daß unter Verzicht auf eine gesonderte inten- einen stärkeren Temperatur- und Druckabfall des FIüssive äußere Wänneenergiezufuhr und Beschränkung der slggases bei der Verdampfung verhindert und das Überhitzung auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert verdampfte Flüssiggas vor seiner Zufuhr zu dem entsprechend der Energieaufnahme der Wärmespeicher- Antrieb In der erwähnten Welse überhitzt. Die Wärmesubstanz aus der Umgebungsatmosphäre bei Ihrer Zu- 60 Speichersubstanz erfüllt diese Funktionen, Indem sie bei Standsänderung gleichwohl eine gute Ausgangsleistung einem Temperaturabfall des Flüssiggases automatisch des Motors (In der gleichen Größenordnung wie bei der Wärme freisetzt und auf das Flüssiggas und/oder den bekannten Betriebsart mit Überhitzung durch beträcht- Flüssiggasdampf überträgt. Im speziellen Fall eines liehe äußere Helzenergle-Zufuhr) erreicht wird, bei COj-FlüssIggasantriebs (auf den jedoch die Erfindung gleichzeitiger wesentlicher Herabsetzung des Entspan- 65 nicht beschränkt ist) kann beispielsweise eine Wärmenungsenddrucks (auf ca. 1 bar verglichen mit etwa 5 Speichersubstanz mit einem Schmelzpunkt zwischen bar bei der bekannten Vorgangswelse) mit entsprechend 0⁰C und 1O⁰C vorgesehen sein, die sich also bei norwesentlich verringertem Auspuffgeräuschpegel. malen Umgebungstemperaturen im flüssigen Zustand

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befindet. Bei Entnahme von (verdampftem) Flüssiggas stumpfform besitzen können, wodurch Im Eingriff mit aus dem Gasvorratsbehälter zur Beaufschlagung des dem zugehörigen anderen Gewinde ein schraubllnlen-Antrlebs wird das Im Behälter verbleibende Flüssiggas form Ig gewundener Strömungsweg für das verdampfte (beispielsweise CO₂) kälter. Diese Abkühlung wird von Gas gebildet wird, der als Drosselabschnitt wirkt, der In gutem Wärmekontakt mit dem Flüssiggas bzw. 5 Vorzugswelse steht wenigstens ein Teil des den Drosdem Flüssiggasvorratsbehälter stehenden Wiirmespel- seiabschnitt bildenden gewundenen Strömungswegs In chersubstanz jedoch kompensiert, und zwar In zwei- wärmeleitender Verbindung mit der Wärmespelchersubfacher Welse, "ämllch einmal durch Freisetzung der stanz bzw. mit einem Behälter für die Wärmespelchereigenen fühlbarCii Wärme der Wärmespeichersubstanz, substanz; In diesem Zusammenhang kann gemäß einer solange deren Temperatur noch oberhalb Ihrem Erstar- io bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorgeserungs-(Gefrler-)Punkt Hegt und In Richtung auf diesen hen sein, daß die wärmeaufnehmende Wärmespelcherti abfällt, und weiterhin dadurch, daß sie nach Abkühlung substanz aus zwei Teilen besteht, von denen einer In ^s unter Ihren Erstarrungs- bzw. Gefrierpunkt mit elnset- Wärmeleitung mit dem Flüssiggasbehälter und der zender Erstarrung Ihre Schmelzwärme an das Flüssiggas andere In Wärmeleitung mit der Gasleitung, und bzw. den Flüssiggasdampf abgibt, wodurch der Tempe- 15 vorzugsweise mit deren Drosselabschnitt, steht, wobei raturabfall des Flüssiggases angehalten und das ver- gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dampfte Flüssiggas In der beschriebenen Welse über- vorgesehen sein kann, daß dieser mit der Gasleitung In hltzt wird. Am Ende eines Motorlaufs wird die vorste- Wärmeleitung stehende Teil der Wärmespelchorsubhende, mit der Abgabe latenter Wärme verbundene Zu- stanz seine Zustandsänderung bei einer Temperatur Standsänderung der Wärmespeichersubstanz durch 20 erfährt, die höher ist als die Zustandsanderungstempe-Wärmeaufnahme aus der Umgebung wieder rückgängig ratur des anderen Teils der Wärmespeichersubstanz. Bei gemacht. Hierdurch wird erneut Wärme für den nach- einer praktischen Ausführung kann beispielsweise sten Motorlauf gespeichert, und dieser Vorgang kann vorgesehen sein, daß Gas, das in einem mit Wasser als sich Infolge der Reversibilität der Zustandsänderung der (einer ersten) Wärmespeichersubstanz zusammenwlr-Wärmespelchersubstrmz beliebig oft wiederholen. 25 kenden Flüsslg-Gas-Vorratsbehälter bei einer etwas Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der unter 0° C liegenden Temperatur verdampft wird. In der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Wärmespei- Gasleitung Im Wärmeaustausch mit einer zweiten chersubstanz als Mantel um den Flüsslggasvorratsbehäl- Wärmespeichersubstanz aus Essigsäure mit Wasserzuter herum angeordnet Ist. Vorzugswelse kann zur gäbe (Schmelzpunkt etwa 12⁰C) auf etwa 1O⁰C überVerbesserung des Wärmeübergangs der die Wärmespei- 30 hltzt wird. Dabei kann die als Drosselabschnitt chersubstanz aufnehmende Hohlraum (In der erwähnten dienende Überhitzerrohrschlange eine Druckverrlnge-Welse vorzugsweise ein den Flüssiggasbehälter um- rung um typischerweise 98,1 N/cm² (gegenüber einem gebender Mantel) mit Metallschaum, feinem Metall- vernachlässigbaren Druckabfall von typischerweise etwa geflecht, Metallgewebe, Metallspänen, Metalldrähten, 0,147 N/cm bei bekannten Flüssiggasantrieben) erfah-Metallpulver oder dergleichen gefüllt sein, derart daß 35 ren, wodurch gleichzeitig der Überhltzungswärmeübereln Netzwerk von (metallischen) Wärmeleltungspfaden gang unterstützt wird. Gleichzeitig kann die erflndungsdurch die Wärmespeicher-Substanz hindurch verläuft. gemäße bewußte beträchtliche Druckverminderung des Vorzugswelse ist zur Erhöhung der Geschwindigkeit Arbeitsgases vor seinem Eintritt in den Flüssigar.trleb des Wärmeübergangs die Anordnung dabei so getroffen, für eine Stabilisierung der Motordrehzahl und der daß die Länge dieser Wärmeleltungspfade Innerhalb des 40 Motorleistung ausgenützt werden. Indem beispielsweise Metallnetzwerks möglichst klein wird und die die ein beginnender Abfall der Motordrehzahl durch eine Wärmespeichersubstanz aufnehmenden Taschen bzw. Verringerung des Druckabfalls In der Drciselleltung Zellen Ihrerseits ebenfalls möglichst klein sind. Alter- kompensiert wird.

natlv kann gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung Alternativ oder zusätzlich zu einer Querschnlttsverauch vorgesehen sein, daß die Wärmespeichersubstanz 45 mlnderung und gewundenen Strömungsführung kann in einem Innerhalb des Flüssiggasbehälters angeordne- die Drosselung zur Druckverminderung In der Gasleiten Wärmespeichersubstanzbehälter untergebracht Ist, tung durch einen vorgesehenen porösen Einsatz bewirkt der in Wärmeleitung mit der Außenumgebung steht. werden.

Hierzu können beispielsweise enge Röhrchen oder Die erfindungsgemäße Gaszufuhreinrichtung eignet kleine Kapseln vorgesehen sein, vorzugsweise mit 50 sich zur Anwendung In Verbindung mit herkömmlieinem Durchmesser von weniger als 1 mm, belspiels- chen Flüssiggasantrieben beliebiger Art und Insbesonwelse von nur 0,2 mm. dere auch zur Nachrüstung bereits vorhandener Flüssig-Zur Erzielung der bei der erfindungsgemäßen gasantriebe. Demgemäß kann die Gaszufuhreinrichtung Vorgangsweise vorgesehenen Druckabsenkung des mit dem zugehörigen Flüssiggasantrieb, beispielsweise überhitzten Flüssiggasdampfes vor seinem Eintritt in 55 einem Verdrängungs- oder Turbinenmotor, baulichden Flüssigantrieb kann die vom Flüssiggasvorratsbe- konstruktiv integriert, oder als demgegenüber selbstänhälter zum Flüssiggasantrieb führende Gasleitung auf dlges Aggregat ausgebildet sein, gegebenenfalls auch als einen Teil ihrer Länge als Drosselleitung ausgebildet auswechselbares Aggregat zur wahlweisen Verbindung sein. Zu diesem Zweck kann die Gasleitung in dem mit mehreren Motoren, beispielsweise Modellflugzeug-Drosselabschnitt einen gewundenen Strömungsweg 60 Motoren. Bei der Ausbildung als Auswechselaggregat bilden, beispielsweise In Form einer gewundenen Rohr- oder zur Nachrüstung vorhandener Motoren kann die schlagen, die beispielsweise eine Länge von 0,5 m bis Verbindung zwischen dem Antrieb (beispielsweise 1 m und einen Innendurchmesser von beispielsweise bis Turbinenmotor) und dem Gaszufuhraggregat mittels zu 0,25 mm besitzen kann. Gemäß einer besonders eines geeigneten Adapters erfolgen, zweckmäßigen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, 65 Der Flüssiggasvorratsbehälter kann in die Gaszufuhrdaß der Drosselabschnitt der Gasleitung durch eine einrichtung fest eingebaut und nachfüllbar sein oder Verschraubung gebildet wird, wobei die Gewindegänge als in die Einrichtung einsetzbarer und aus ihr des einen Schraubgewindes im Querschnitt Kegel- entnehmbarer Behälter, insbesondere ggf. auch als

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wegweffbarer Einwegbehälter nach Art der an sich nung 3 mit dem Inneren des Gasvorratsbehälters 33

bekannten Flüssigpatronen ausgebildet sein, wobei der verbunden 1st. Die Innenfläche des Stutzens 1 weist

Flüsslggasmolor bzw. die Gaszufuhreinrichtung ein einen kegelstumpfförmigen Bereich 4 auf, der als oberer Organ zum Aufstechen des Patronenverschlusses beim Ventilsitz mit einem elastomerischen Stopfen 2 zusam-

' Einsetzen aufweisen kann. Bei Ausbildung mit einem 5 menwlrkt.

auswechselbaren Flüssiggasvorratsbehälter kann die Am unteren Ende des Öffnung 36 ist ein unterer

Gaszufuhreinrichtung einen Halter zur Aufnahme des kegelstumpfförmlger Ventilsitz 9 vorgesehen, der eben-

'/. Flüssiggasbehälters mit einem an der Halterungsinnen- falls mit dem Stopfen 2 zusammenwirken kann, um

selte vorgesehenen geschlossenen oder nachfüllbaren einen Gasraum 10, der ein In Abhängigkeit vom VoIu-

' Mantel zur Aufnahme der Wärmespeichersubstanz io men des Gasvorratsbehälters gewähltes Volumen besitzt

aufweisen, derart, daß der Wärmespelchersubstanzbe- und über eine weitere Verbindungsöffnung 8 mit der

hälter beim Einsetzen des Flüssiggasbehälters in den öffnung 36 In Verbindung steht, gegen den Gasvorrats-

Halter in wärmeleitende Berührung mit dem Flüssiggas- behälter 33 abzudichten. Der Gasraum 10 Ist zwischen

vorratsbehälter kommt. dem Verbindungsteil 16 und dem einen Ende des

Bei Einwag- oder anderweitigen FlUsslggaspatronen, 15 zylindrischen Motorgehäuses 11 gebildet. Das Verbln-

^! die Im eingesetzten Zustand von einem die Wärmespei- dungstell 16 und das Motorgehäuse 11 werden durch

chersubstanz enthaltenden Mantel umschlossen werden, eine Hülse 12 aus wärmeleitendem Metall zusammcn-

sollen die Patronen zweckmäßig aus einem gut wärme- gehalten.

leitenden und zugleich korrosionsbeständigen Werk- Zum Füllen des Gasvorratsbehälters 33 mit Gas,

|^! stoff, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aiumi- 20 beispielsweise flüssigem Kühlendiüxld, wird eine nicht

1 '■■ niumleglerunq, bestehen; falls die Flüssiggaspatrone aus dargestellte, flüssiges CO2 enthaltende NachfUllflasche

i;-.' einem nlcht-fcorroslonsbeständigen billigen Werkstoff mit dem Füllstutzen 1 verbunden, wodurch der Stopfen

:'■· wie beispielsweise Stahl hergestellt 1st, soll sie zweck- 2 nach unten gegen den unteren Ventilsitz 9 gedrückt

''■■'■ mäßig mit einem korrosionsbeständigen Überzug ver- und der Gasvorratsbehalter 33 mit dem Füllstutzen )

■ sehen sein, der gleichzeitig einen guten Wärmeleiter 25 in Verbindung gebracht wird. Somit strömt flüssiges

;.i darstellt. Herkömmliche Überzugsanstriche sind hierfür CO₂ In den Gasbehälter 33, nicht jedoch In den

^v nicht geeignet, da sie in der Regel schlechte Wärmelei- Gasraum 10. Die NachfUllflasche kann In herkömm-

:'· ter sind. Vorzugsweise Ist ein Überzug erwünscht, der licher Weise ausgebildet sein und beispielsweise wie

'i nach dem Auftrag, Trocknen und Aushärten eine die bekannten Butanflaschen zum Nachfüllen von

Schichtdicke von weniger als 0,1 mm (vorzugsweise 30 Feuerzeugen arbeiten.

; weniger als 0,05 mm) und eine Wärmeleitfähigkeit von Beim Entfernen der Füllflasche vom Füllstutzen 1

j mindestens 0,008 J/s cm ⁰C (vorzugsweise von etwa wird der Stopfen 2 durch einen Differenzgasdruck

'H 0,021 J/s cm "C) besitzt. Dies läßt sich mit Anstrichen wieder In Anlage gegen den oberen Ventilsitz 4 zurück-

'i erreichen, die feinverteiltes Metallpulver, beispielsweise gedrückt. Infolge des Vorhandenseins des Gasraums 10

Aluminiumpulver, oder feinverteilte Metalloxide wie 35 kann der Motor so gebaut sein, daß er der lnternatlo-

ϊ; Zinkoxid oder Berylllumoxid, oder felnvertelltes Gra- nalen Regelung für Druck- oder Flüssiggasbehälter

f'_: phlt enthalten. entspricht. Diese Regelung verlangt, daß nicht mehr als

rr Im folgenden werden Ausführangsbeispiele der ErHn- etwa 75% des Innenvolumens der Gasbehälter- und

?'.· dung anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt Motoranordnung bei einer Temperatur von 15° C von

i; Fig. 1 In Längsschnittansicht einen mit Expansion 40 flüssigem CO₂ eingenommen wird. Die restlichen 25%

S eines Gases arbeitenden Rotationsantrieb m't einer sind als freier Gasraum freizuhalten, um die Ausdeh-

f\ integrierten Gaszufuhreinrichtung gemäß einer Ausfüh- nung In heißen Klimazonen aufnehmen zu können.

£ rungsform der Erfindung, Demgemäß beträgt das Verhältnis des Gasraumvolu-

s^f; Flg. 2 eine Querschnittsansicht des Flüsslggasvor- mens 10 zum Gasvorratsbehaitervolumen 33 beisplels-

H. ratsbehälters Im Schnitt längs der Ebene X-X In Fig. 1, 45 weise 25 : 75. Somit Ist auch bei vollständiger Füllung I Fig. 3 eine Querschnittsansicht des eigentlichen das geforderte höchstzulässige Verhältnis von 75% flüs-

: Rotationsantriebs Im Schnitt längs der Ebene Y-Y In sigem Gas zu 25% gasförmigem Gas nicht überschrit-

;i' Flg. 1, wobei der Rotor sichtbar ist, ten.

)■ Fig.4 in Längsschnittansicht eine Gaszufuhreinrich- Wie In Flg. 1 gezeigt ist, weist die Hülse 35 In ihrer

tung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfln- 50 Außenfläche eine ringförmige Ausnehmung 37 auf.

i dung mit Mitteln zur Stabilisierung und Steuerung des Eine die Hülse 35 umschließende äußere Hülse aus gut

, Gasdrucks, wärmeleitendem Metall bildet also mit der Inneren

s FI g. 5 in Längsschnittansicht eine Gaszufuhreinrich- Hülse 35 zusammen einen geschlossenen Ringraum

ρ tung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfin- bzw. Mantel 38 für eine Wärmespeichersubstanz 7.

I dung mit einem Einweg-Gasbehälter, 55 Beim Füllen des Mantels 38 mit der Wärmespelcher-

§ die F1 g. 6 und 7 in Längsschnitt- bzw. Seitenansicht substanz (gewöhnlich Wasser) wird ein kleiner

I einen Adapter zur Ausrüstung eines CO₂-Motors Luftraum (siehe Flg. 2) freigelassen, um Wärmeaus- I bekannter Art mit der erfindungsgemäßen Gaszu- dehnungen zu ermöglichen. Zwischen den beiden HOl- I fuhrelnrlchtung aus Fig. 5. sen sind elastomere Dichtungsringe 39 und 40 angeord-

p Der In Flg. 1 gezeigte Gasexpansions-Turblnenan- ω net, um ein Auslecken der Wärmespeichersubstanz zu

I trieb weist einen Flüsslggasvorrctsbehälter 33 auf, der verhindern. I durch ein Verbindungstell 16, ein Stirnteil 34 und eine Aus dem Gasvorratsbehälter 33 austretender gesättig- I dazwischen angeordnete, mit diesen Teilen verschraubte ter Dampf gelangt über die Öffnung 36 und die Verbin-

fj Hülse 35 aus gut wärmeleitendem Metall gebildet ist. dungsöffnung 8 In den Gasraum 10. Von dort aus

I Zum Einfüllen von verflüssigtem Gas ist ein Füllstut- 65 gelangt das Gas In einen zwischen dem Motorgehäuse

ί§ zen 1 vorgesehen, dessen unteres Ende gemäß der 11 und der Hülse 12 gebildeten Kanal 13. Die Hülse

H Darstellung In eine Öffnung 36 des Verbindungsteils 16 12 ist auf das entsprechende stirnseitige Ende des

3 eingesetzt ist, die Ihrerseits über eine Verblndungsöff- Verbindungsteils 16 und das diesem zugewandte stlrn-

27 OO

seitige Ende des Motorgehäuses 11 aufgeschraubt. Der Kanal 13 ist zwischen den Gewindegangen der Halse 12 und des Motorgehäuses 11 gebildet, die hierzu in geeigneter Welse mit kegelstumpfartlgem Profil ausgebildet sind, so naß der Kanai schraubenlinienförmig S verläuft und verhältnismäßig lang und eng ist Die einander zugewandten Stirnseiten des Motorgehäuses 11 und des Verbindungsteils 16 weisen einen kleinen Axialabstand voneinander auf, um den Eintritt des verdampften Gases in den Kanal 13 zu ermöglichen.

Der Flüssiggasdampf tritt In der durch Pfeile 14 angedeuteten Welse in den Kanal 13 ein und gelangt über ein Nadelsteuerventil 15 in den Motor. Dabei wird der Flüssiggasdampf auf eine fast der Temperatur der Hülse 12 und des Motorgehäuses 11 entsprechende Temperatur erwärmt, welche im Bereich der miteinander in Eingriff stehenden Verschraubungen die wärmsten Teile des Motors sind. Außerdem unterliegt das Gas infolge der Reibung in dem schraubenllnlenförmlgen Kanal 13 einem Druckabfall, was in Verbindung mit dem Temperaturanstieg zur Folge hat, daß das Gas in geeignetem Maße eine Überhitzung erfährt.

Das Verbindungsteil 16 Ist vorzugsweise aus wärmeisollerendem Material, beispielsweise glasverstärktem Nylon, hergestellt, so daß die Hülse 12 und das zyiindrische Motorgehäuse 11 nicht durch thermischen Kontakt mit dem kälteren Gasvorratsbehälter abgekühlt werden. Zur weiteren Erhöhung der Überhitzung Ist die Hülse 12 mit einer Vielzatü von Rippen 18 versehen, die mit einem als Warmekollektor dienenden Metallring 17 in Verbindung stehen. Der Motor weist eine bei 28 und 27 gelagerte Welle 19 auf. Falls auf der Welle ein kleines Gebläse oder ein Propeller montiert ist, so daß ein Luftstrom Ober das Motorgehäuse mit seinen Rippen 18 uad dem Metallrihg 17 erzeugt wird, so nimmt das Metall um den Kanal 13 herum nahezu die Temperatur der Umgebungsluft an und überträgt auf das COj-Gas eine fast der Umgebungstemperatur entsprechende Temperatur.

Eine andere Möglichkeit der Erhöhung der Überhltzung besteht darin, daß In ähnlicher Welse, wie in den Fig. 1 und 2 mit Bezug auf den Gasvorratsbehälter gezeigt, ein Ringraum bzw. Mantel um den Motor herum angeordnet wird. In diesem Fall wird dieser Mantel mit einer Wärmespeichersubstanz gefüllt, die so gewählt ist, daß die Wärmespeichersubstanztemperatur gleich oder etwas höher als die gewünschte Überhltzungstemperatur ist. Beispielsweise könnte man den Gasvorratsbehälter mittels eines Wassermantels auf einer Temperatur von 0° C und den Motor mittels eines Essigsäuremantels auf einer Temperatur von 16° C halten.

Die Welle trägt einen In Fig. 3 sichtbaren, mit Schiebern 21 versehenen Rotor 22. Der Rotor 22 ist von herkömmlicher Konstruktion mit mehreren Schiebern 21, die vorzugsweise als Spritzgußteile aus ölgefülltem Polyäthylen hergestellt sind; die Schieber 21 sind In Schlitzen des Rotors 22 gleitend verschleblich; der Rotor ist vorzugsweise Im Spritzguß aus ölgefülltem Acetalkunststoff hergestellt (oder umgekehrt). Das Motorgehäuse 11 weist eine exzentrische Bohrung 23 als Kammer zur Aufnahme des Rotors 22 auf.

Die Schieber 21 sind In Richtung radial nach außen vorgespannt, und zwar entweder durch Federn 24 oder mittels Druckbeaufschlagung mit einem über kleine, nicht gezeigte Bohrungen zur Inneren Schieberkante zugeführten Gas.

Das überhitzte Gas tritt, nach mehr oder weniger

starker Drosselung, mittels des einstellbaren Nadelventils 15, durch eine Einlaßöffnung 25 in die Kammer 23 ein, wo es expandiert und dabei den Rotor antreibt und schließlich durch eine Auslaßöffnung 26 ausströmt.

Ein Auslecken von Gas an den Stirnseiten des Rotors kann durch Anordnung zweier stirnseitig dichtender Dichtungsscheiben 29 aus einem verhältnismäßig weichen und reibungsarmen Werkstoff wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen oder ölgefülltem Polyäthylen verbinden werden, die mittels eines O-Ringes 30 oder eines anderen zusammendrückbaren Teils wie beispielsweise einer Feder oder einer Federscheibe gegen die Stirnseiten des Rotors gedrückt werden. Die Umfangsränder der Rotorstiraflächen sind vorzugsweise schwach vorstehend ausgebildet (ähnlich den Rändern von Münzen); diese Vorsprünge liegen unter Druck gegen die stirnseitigen Dichtungsscheiben an und verhindern so das Entweichen von Gas an den Rotorstirnflachen in Radialrichtung. Der O-Rlng 30 verhindert auch ein axiales Auslecken von Gas am Umfang des Rotors (wo er gegen die Wandung der exzentrischen Bohrung 23 anliegt); da der O-Rlng 30 anfanglich zusammengedrückt Ist, dehnt er sich beim Auftreten von Verschleiß am Rotor und an den stirnseitigen Dichtungsscheiben aus, wodurch er den Verschleiß ausgleicht und die Entstehung von Leckströmungswegen unterbindet.

Größere Mototieistungen und eine größere Energiespeicherung bei einer gegebenen Arbeitsmittelmenge und Wärmespeichersubstanzmenge In Verbindung mit einer Steuerung und selbsttätigen Konstantregelung des Druckes und der Motorleistung Im Verlauf der zunehmenden Entleerung des Gasvorratsbehälters läßt sich mit der in Flg.4 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gaszufuhreinrichtung erzielen.

Diese Konstruktion Ist für Anwendungen bedeutsam, bei welchen eine höhere Leistung und eine Leistungsabgabe über eine längere Zelt verlangt werden, wie beispielsweise bei Rasenmähern, Mopedmotoren und Motoren für leichte Fahrzeuge, außerdem bei Anwendungen, die ein hohes Leistungs-Gewlchts-Verhältnis und geringen Gasverbrauch erfordern, wie beispielsweise bei Flugzeugen. Diese Ausführungsform einer erflndungsgemäßen Gaszufuhreinrichtung wird nachstehend beschrieben.

In einem Wärmespeichersubstanzbehälter 134, der vorzugsweise aus Metall mit großer Wärmeleitfähigkeit und geringem Gewicht wie beispielsweise einer Aluminiumlegierung oder Magnesiumlegierung besteht, befindet sich eine Wärmespeichersubstanz 133. An dem einen stirnseitigen Ende des Wärmespelchersubstanzbehälters bzw. eines Teils davon ist ein damit einstückiger Ansatz 135 In Form eines Joches gebildet. Das Joch 135 weist an seiner Innenfläche eine Abstufung 146 zur Bildung eines engeren und eines weiteren zylindrischen Bohrungsabschnitts 136 bzw. 148 auf. Innerhalb des Joches 135 und vorzugsweise mit engem Reibungspaßsitz im engeren Bohrungsabschnitt 136 und folglich in gutem Wärmekontakt mit dem Joch 135 befindet sich ein Metallkörper 137 (oder eine andere Form eines Wärmekollektors), der längs der Achse des Joches 135 verschiebbar Ist, so daß seine Außenfläche über einen größeren oder kleineren Bereich mit der Innenfläche des Joches 135 In Berührung steht. Auf diese Welse Ist die Berührungsfläche, über welche Wärme vom Joch 135 zum Metallkörper 137 (der vorzugsweise ebenfalls eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist) strömen kann, zwischen Null und einem Maximum verän-

27 OO 727

15 16

derbar, wenn der Metallkörper In Flg.4 von seiner Eine Entnahme von (verdampftem) Gas aus dem

rechten Endstellung aus nach links verschoben wird. Flüssiggasvorratsbehälter 139 bewirkt anfänglich einen

Ein eventuelles radiales Spiel zwischen dem Metallkör- geringen Abfall sowohl der Temperatur als auch des

per 137 und dem Joch 135 kann vorzugsweise mit Druckes des im Behälter befindlichen Gases und folg-

einem gut wärmeleitenden Schmiermittel (beisplels- 5 Hch auch einen Abfall der Temperatur des linken Endes

weise Silikonfett mit darin dlsperglertem Zinkoxid) des Wärmeleitrahres bzw. der Wärmeleitstange 140.

ausgefüllt werden, um den Wärmeübergang zu verbes- Die Regelungsfeder 142 drückt das Wärmeleitrohr

_sern. infolge dieses Druckabfalls im Gasvorratsbehälter etwas

Der Metallkörper 137 dient als Lager für das eine nach links, wodurch sich die Berührungsfläche Ende einer aus einem gut wärmeleitendem Material io zwischen dem Metallkörper 137 und dem Joch 135

bestehenden Stange oder eines Wärmeleltrohres 140, vergrößert; da das Joch 135 wärmer als die sich abküh-

das sich In der gezeigten Weise nach links durch eine lende Wärmeleitrohranordnung ist, strömt nunmehr

flexible Membran 138 und eine Wand 147 eines Flüs- mehr Wärme vom Joch 135 zu dem Wärmleitrohr und

slggasvorratsbehälters 139 hindurch In diesen hinein von diesem über die Rippen 145 In das Flüssiggas, im

erstreckt. Der innere Rand 149 der Membran ist 15 Sinn einer Wiederherstellung des ursprünglichen

zwischen der Stange bzw. dem Rohr 140 und dem Drucks und der ursprünglichen Temperatur des flüssi-

Metallkörper 137 befestigt, während der äußere Rand gen Gases. Dies hat eine Rückverstellung des Wärme-

150 der Membran zwischen der Wand 147 und der leitrohrs nach rechts unter Auswölbung der ivlembran linken Stirnfläche eines nach innen ragenden Bundes 138 nach außen zur Folge.

151 eines hohlen, etwa zylindrischen Verbindungsteils 20 Ein weiterer bedeutsamer Vorteil dieser Konstruktion 144 befestigt ist, das auf den Flüssiggasvorratsbehälter der Gaszufuhreinrichtung Ist ihr Vermögen, die 139 aufgeschraubt Ist. Durch eine Öffnung In der Wärmeströmung aus einem viel größeren Wärmespef-Wand 147, durch weiche das Wärmeleitrohr (bzw. die eher zu steuern. Selbst wenn daher die Wärmespeicher-Stange) 140 hindurchragt, kann Flüssiggas hlndurchtre- substanz 133 wesentlich wärmer als dfj Flüssiggasvorten, so daß die Membran 138 praktisch als Verschluß 25 ratsbehälter 139 und das darin: befindliche Flüssiggas bzw. als Wandung des Gasvorratsbehälters wirkt. Ist, wird die Wärmezufuhr an das Flüssiggas Im Sinn

An seinem linken Ende Ist das Rohr 140 in einem einer Aufrechterhaltung des jeweils gewünschten

das Teil eines Verbindungsstücks 116 ausgebildeten Gasdrucks geregelt, derart daß dieser nicht auf ein

Axialgleitlager 141 gelagert, derart daß das Rohr bzw. unerwünschtes Maß ansteigen kann, was eine nutzlose

die Stange 140 nach links oder rechts verschiebbar ist. 30 Erhöhung des Gasverbrauchs bedeuten würde. Die

Ein Abschnitt des Innerhalb des Gasvorratsbehälters Wärmespelchersubstanz könnte daher gegebenenfalls

139 befindlichen Teils des Rohres (bzw. der Stange) ist vor der Inbenutzungnahme der Einrichtung zur Spei-

mlt einer Anzahl von Rippen 145 versehen, die axial cherung einer größeren Wärmeenergiemenge sogar über

oder-wie In Fig. 4 gezeigt radial verlaufen können, und die Umgebungstemperatur hinaus erwärmt werden,

In das im Behälter 139 befindliche Flüssiggas hlnelnra- 35 wobei diese größere gespeicherte Wärmeenergiemenge

gen. Diese Anordnung erleichtert den Wärmeübergang dann während dem anschließenden Betrieb auf das

von dem Wärmeleitungsrohr (bzw. der Stange) 140 In Arbeltsmittel übertragen und im Motor In Nutzleistung

den Flüssiggasvorratsbehälter 139. umgesetzt werden könnte.

Auf dem Rohr 140 Ist Innerhalb des Behälters 139 Hierdurch würde gegebenenfalls die Erzeugung

eine Druckfeder 142 so angeordnet, daß sie auf das 40 wesentlich höherer Gasdrücke als bei Umgebungstem-

Rohr eine nach links gerichtete Vorspannkraft ausübt; peratur ermöglicht; eine Auslegung des Motors für ein

die Feder Ist so bemessen, daß, wenn der Gasdruck In entsprechendes Expansionsverhältnis vorausgesetzt,

dem Behälter 139 den gewünschten Wert aufweist, sich würde dies bei gegebener Ausgangsleistung eine merk-

dcr Metallkörper 137 etwa in der in Fig.4 gezeigten liehe Verringerung des Gasverbrauchs bzw. bei glel-

Stellung befindet. 45 chem Gasverbrauch eine beträchtliche Steigerung der Das Joch 135 Ist vorzugsweise mit einem Außenge- Ausgangsleistung ermöglichen.

winde 143 versehen, das mit einem entsprechenden Die zusätzliche Erwärmung der Wärmespelchersub-

Innengewlnde des Verbindungsstückes 144 zusammen- stanz vor der Inbetriebnahme der Einrichtung kann

wirkt. Das Verbindungsstück 144 besteht vorzugsweise beispielsweise mittels eines elektrischen Heizelements

aus einem wärmeisolierenden Werkstoff wie beisplels- 50 oder eines elektrischen Heizmantels ISd erfolgen, der

weise glasverstärktem Nylon, um eine unerwünschte vorzugsweise mit einem thermostatischen Ausschalter

Wärmeströmung von dem Wärmespelchersubstanzbe- versenen Ist. Beispielsweise könnte bei Anwendung als

hälter 134 zu dem Gasvorratsbehälter 139 zu verhln- Hilfsenergiequelle für eine Brennkraftmaschine der

dem. Wärmespeichersubstanzbehälter mit der Abgaswärme

Die Schraubverbindung zwischen dem Verbindungs- 55 oder mit anderer Wärme aus der Maschine (beispiels-

stück 144 und dem Joch 135 ermöglicht eine variier- weise vom Zylinderblock) warm gehalten werden. Bei

bare Einstellung des Joches 13S Im Sinn einer stärkeren einer derartigen gegenüber der erfindungsgemäßen

oder schwächeren thermischen Kopplung zwischen der Betriebswelse abgewandelten Betriebsart mit gesonder-

Innenfläche des Joches 135 und dem Metallkör- ter Wärmezufuhr an die Wärmespeichersubstanz Ist

per 137. Dies ermöglicht eine äußere Einstellbarkelt des 60 eine theimlsche Isolierung des Gasvorratsbehälters und

gesteuerten Gasdruckes In dem Gasvorratsbehälter 139 des Wärmespelchersubstanzbehiälters angezeigt, damit

und damit der Leistung eines Antriebsmotors, der am die zusätzliche gespeicherte Wärmeenergie nicht an die

linken Ende des Verbindungsslückes 116 ähnlich wie Umgebung abströmen kann.

In Flg. I anschließbar 1st. Flg. S zeigt eine zur Anwendung mit nicht nachfüll-

Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Flg. 4 65 baren Elnweg-Flüsslggas-Vorratsbehältern geeignete gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Gaszufuhr-Gaszufuhreinrichtung Im Hinblick auf die Stabilisierung einrichtung, des Gasdruckes näher beschrieben: Die Gaszufuhreinrichtung gemäß Flg. 5 weist eine

27 OO

(in der Zeichnung teilweise entleert dargestellte) Einweg-Gasflasche bzw. Gaspatrone 201 mit CO2 Füllung auf, die an ihrer Außenseite mit einem wärmeleitenden LackOberzug versehen ist. Unmittelbar an der Innenseite einer Verschlußmembran 203 der Gaspatrone 201 ist ein kleines ölgetränktes Kissen 202 vorgesehen. Die den Flüssiggasbehälter bildende Gaspatrone 201 ist in einen Halter 204 eingesetzt, der vorzugsweise als Spritzgußteil aus glasverstärktem Nylon hergestellt und mit einer Auskleidung 2OS aus Metallschaum oder Metallgewebe versehen 1st, die eine Wärmespelchersubstanz 206 enthält. Wenn die Gaspatrone beispielsweise 8 g CO2 enthält, besteht die Speichersubstanz vorzugsweise aus etwa 2 g Wasser.

An seinem In der Darstellung linken Ende ist der is Halter 204 mit einem Innengewinde versehen, das auf ein Außengewinde eines Bauteils 207 aufgeschraubt ist. Dieses Gewinde dient nicht zur Befestigung des Halters 204, sondern ermöglicht auch das Aufstechen der Verschlußmeretnan 203 durch eine Hohlnadel 208 beim Aufschrauben des Halters 204 auf das Baulei! 207. Gegen einen Austritt der Wärmespeichersubstanz 206 Ist der Halter 204 durch einen O-Ring 209 abgedichtet; entsprechend ist der Hals der Gaspatrone 201 gegen ein Auslecken des CO₂ nach dem Aufstechen mittels eines am Hals der Patrone 202 anliegenden O-Ringes 210 abgedichtet. Die Aufstechnadel 208 ist mittels einer Mutter 211 an dem Bauteil 207 gehalten und mittels eines O-Rlnges 212 abgedichtet. Die Nadel 208 Ist an einem Überhitzerrohr 213 angelötet, das In einer Überhitze* kammer 214 zu einer Rohrschlange aufgewickelt ist und mündet in e'nem daran angelöteten Auslaßstutzen 215.

Die Überhitzerkammer 214 Ist ^pI diesem Ausführungsbeispiel zwischen einem Anschlußteil 229 und der In der Zeichnung linken Stirnfläche des Bauteils 2Q? gebildet. Sie kann bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 1,5 g eines Gemisches aus 99 Volumenprozent Eisessig und 1* Wasser enthalten, das eine weitere Wärmespelchersubstanz 216 darstellt und die Überhitzung auf eine Gasdampftemperatur von etwa 10° C unterstützt. Ein Rohrschlangenhalter 217 In Form einer Kunststoffscheibe hält die Windungen des Überhltzerröhrchens 213 zusammen. Der Auslaßstutzen 215 Ist mit einem O-Ring 218 versehen und Ist mittels eines Dichtungsklebers In eine Buchse 219 eingeklebt. Die Buchse 219 ist Ihrerseits in abdichtender Weise In das Anschlußstück 229 eingepreßt, und zwar entweder unter Verwendung eines Klebedichtungsmittels oder durch Elnformung In das Anschlußstück 229, das ebenso wie so das Bauteil 207 vorzugsweise im Spritzgußverfahren aus glasverstärktem Nylon oder Acetalkunststoff oder einem anderweitigen, gegen Essigsäure beständigen Kunststoff hergestellt ist. Die Überhitzerkammer ist gegen ein Auslecken der weiteren Wärmespelchersubstanz 216 mittels eines O-Rlnges 220 abgedichtet oder alternativ dazu mittels eines Klebedichtungsmittels oder durch Dreh- oder Relbungsschwelßung abgedichtet. Alle mit der weiteren Wärmespeichersubstanz 216 in Berührung stehenden Metallteile sind vorzugsweise aus ω Aluminium oder rostfreiem Stahl oder aus galvanisiertem Flußstahl hergestellt, wenn Essigsäure als die weitere Wärmespeichersubstanz verwendet wird. Kupfer und kupferhaltlge Metalle wie beispielsweise Messing können korrodieren und sind daher nicht zu empfehlen.

Die erfindungsgemäße Gaszufuhrelnrlchtung eignet sich In einfacher Welse zur Anwendung In Verbindung mit vorhandenen herkömmlichen Antrieben. Eine derartige Anbringung mittels eines einfachen Adapters 1st In den FI g. 6 und 7 veranschaulicht.

Flg.6 zeigt einen Motor, der mit einem Montageflansch 221 und Montageschrauben 222 versehen ist. Fig. 6 zeigt einen zugeordneten Adapter solcher Ausbildung, daß er mit dem Montageflansch 221 zusammenpaßt. Der Adapter ist mit Gewindebohrungen 223 versehen zur Schraubverbindung mit dem Montageflansch 221 des Motors mittels Schrauben 2^2. Die in der Zeichnung linke Stirnseite des Adapters Ist mit einer Bohrung 224 zur Aufnahme einer weich anlötbaren Gaszuleitung 225 für den Motor versehen. An seinem In der Zeichnung rechten Ende weist der Adapter ein Außengewinde 226 auf, auf welches die Buchse 219 der In Fig. 5 gezeigten Anordnung, die ein entsprechendes Innengewinde aufweist, aufschraubbar Ist, so daß der Motor mit dem daran befestigten Adapter schnell mit der Gasversorgungseinrichtung verbindbar ist. Außerdem weist der Adapter eine abgeschrägte Bohrung 227 auf, die zur Aufnahme des Auslaßstutzens 215 der Gaszufuhreinrichtung aus FIg, 5 dient und gleichzeitig den O-Rlng 218 des in Fig. S gezeigten Anschlußstückes 229 zwecks Abdichtung zusammendrückt.

Das ölgetränkte poröse Kissen 202 (Flg. S) bewirkt, daß das aus der Patrone 201 ausströmende Gas kleine Öltröpfchen mit slcfe In den Motor einbringt. Dieses Schmierverfahren Ist besonders zweckmäßig bei Elnweg-Gaspatronen, da dann jedesmal beim Einsetzen einer frischen Patrone In den Halter der Motor beim Beginn des Motorlaufes zusammen mit dem Gasdampf frisches Schmiermittel zugeführt erhält.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

27 OO Patentansprüche:

1. GaszufuhrelnrJchtung für einen durch arbeltslelstende Entspannung eines verdampften Flüssig- gases wirkenden Antrieb, mit einem Flüssiggas-Vorratsbehälter (33; 139; 201) und einer von diesem zum Antrieb (11, 21, 22, 23) führenden Gasleitung (13; 213), sowie mit einem eine Wärmespelchersubstanz (7; 133; 206) aufweisenden Wärmetauscher zur Überhitzung des Flüssiggasdampfes vor dem Eintritt in den Antrieb, und gegebenenfalls auch zur Verdampfung des Flüssiggases vor dessen Überhitzung, wobei die Wärmespeichersubstanz durch eine Zustandsänderung, z. B. eine Aggregatzustandsänderung, bei einer über der Temperatur des Flüssiggasdampfes in dem Vorratsbehälter liegenden Temperatur Wärme aufnimmt und abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeichersubstanz (7; 133; 20£>eIne solche verwendet wird, die eine Zustandsänderung unterhalb der normalen Umgebungstemperatur besitzt, daß die Wärmezufuhr an die Wärmespeichersubstanz zu deren Zustandsänderung durch Wärmeaufnahme aus der Umgebung bei normaler Umgebungstemperatur erfolgt, und daß die Gasleitung (13; 213) bei der Zufuhr des Flüssiggasdampfes von dem Flüssiggasbehälter (33; 139; 201) zum Antrieb einen Druckabfall im Gas von mehr als 10« des Sättigungsdruckes des Flüssiggasdampfes bewirkt. *

2. Gaszufulreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeichersubstanz (7; 206) als Mantel (37; 205) um den Flüssiggasbehälter (33; 201) herum angeordnet ist.

3. Gaszufuhreinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespelchersubstanz (206) in einem Mantel untergebracht ist, der als Innenauskleidung (205) einer den Flüssiggasbehälter (201) aufnehmenden Halterung (204) ausgebildet ist. *

4. Gaszufuhreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespelchersubstanz In einem Innerhalb des Flüssiggasbehälters angeordneten Speichersubstanzbehälter untergebracht ist, der in Wärmeleitung mit der Außenumgebung steht.

5. Gaszufuhreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wärmeaufnehmende Wärmespeichersubstanz aus zwei Teilen (206, 216) besteht, deren einer (206) In Wärmeleltunß mit dem Flüssiggasbehälter (201) und deren anderer (216) in Wärmeleitung mit der Gasleitung (213) steht.

6. Gaszufuhreinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Gasleitung (213) In Wärmeleitung stehende Teil der Wärme-Speichersubstanz (216) seine Zustandsänderung bei einer Temperatur erfährt, die höher Ist als die Zustandsänderungsstemperatur des anderen Teiles der Wärmespeichersubstanz.

7. Gaszufuhreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bewirkung des Druckabfalls bei der Zufuhr des Flüssiggasdampfes die Gasleitung wenigstens Ober einen Teil Ihrer Länge als Drosselabschnitt ausgebildet Ist.

8. Gaszufuhreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung: In Ihrem Drosselabschnitt einen gewundenen Strömungsweg für den zugeführten Flüssiggasdampf bilden.

9. Gaszufuhreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung in dem Drosselabschnitt als gewundene Rohrschlange (213) mit engem Rohrquerschnitt ausgebildet ist.

10. Gaszufuhreinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drusselabschnitt der Gasleitung von einer Verschraubung (13) gebildet wird, von welcher wenigstens die einen Gewindegänge im Querschnitt K.egelstumpfform besitzen.

11. Gaszufuhreinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung In dem Drosselabschniit einen porösen Einsatz aufweist.

12. Gaszufuhreinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung In Ihrem Drosselabschnitt In Wärmeleitungsverbindung mit der Wärmespeichersubstanz bzw. mit einer der Wärmespeichersubstanzen steht.

13. Gaszufuhreinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmespeichersubstanz Wasser, Essigsäure, Ameisensäure oder Gemische hiervon und als Flüssiggas CO₂ verwendet werden.