DE3118867C2

DE3118867C2 - Explosions-Pumpe, insbesondere -Heber

Info

Publication number: DE3118867C2
Application number: DE19813118867
Authority: DE
Inventors: Günter Ing.(grad.) 2000 Hamburg Kupczik
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-05-13
Filing date: 1981-05-13
Publication date: 1985-08-22
Also published as: DE3118867A1

Abstract

Eine Explosions-Pumpe bzw. -Heber arbeiten mit einer für eine Elektrolyse geeignetem Wasser oder einer im wesentlichen H ↓2O enthaltenden Flüssigkeit unter Zerlegung durch einen elektrolytischen Vorgang und Zündung zur Erzeugung eines Antriebsimpulses, wobei ein entsprechender Unterdruck zur Nachförderung der Flüssigkeit ausgenutzt wird. Die Pumpe bzw. Heber besitzen wenigstens eine Verbrennungskammer als Förderzylinder (4, 5) mit wenigstens einem oberen Bereich mit senkrechter Achse und Ventilen (12, 13; 16, 17) im unteren Bereich, wobei am oberen geschlossenen Ende (28, 29) eine Zündeinrichtung und in der Nähe des oberen Endes (51) in dem Bereich mit senkrechter Achse Elektroden (34-37, 82) mit einem Anschluß (32, 33) an eine elektrische Energiequelle, insbesondere Gleichstromquelle, vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Explosions-Pumpe, insbesondere -Heber, mit einer Verbrennungskammer, die über ein Eingangs-Rückschlagventil mit Flüssigkeit füllbar und die mit einer Arbeitsleitung durch ein Ausgangs-Rückschlagventil verbindbar ist. das den Durchgang in die Arbeitsleitung freigibt und einen Durchtritt in umgekehrter Richtung sperrt, wobei wenigstens eine oben geschlossene Verbrennungskammer als Förderzylinder mit senkrechter Achse und den Ventilen im unteren Bereich vorgesehen ist und in der Nähe des oberen Endes Elektroden mit einem Anschluß an eine elektrische Energiequelle, insbesondere Gleichstromquelle, in den wenigstens einen Förderzyünder eingeführt sind und am oberen Ende der Verbrennungskammer eine Zündeinrichtung vorgesehen ist.

Bei einer derartigen bekannten Explosions-Pumpe nach der DE-PS 1 78 592 wird die Zündeinrichtung von den Elektroden gebildet. Nach Einschalten des elektrischen Stromes wird das Wasser im oberen Teil der Verbrennungskammer /ersetzt. Wenn aufgrund der Bildung des Gases das Wasser so weit heruntergedrückt ' ist, daß die Elektroden freiliegen, springt bei genügend starkem elektrischem Strom ein Funke über, der das gebildete Knallgas zündet. Diese Ausführung ist daher nicht anpassungsfähig. Insbesondere ist es nicht möglich, die Pumpe auf verschiedene Förderhöhen bzw. Wassertiefen einzustellen.

Explosions-Pumpen sind ferner aus der DE-PS 3 22 628 und den US-PS 12 85 678 und 22 72 477 bekannt Bei diesen wird aber kein Knallgas unter Wasser erzeugt

Nach der DE-PS 3 22 628 befindet sich eine Verbrennungskammer oberhalb der Wasseroberfläche. In ihr ist eine verdichtete brennbare Ladung angeordnet die gezündet wird. Der Druckimpuls wirkt auf eine Luftsäule zwischen einem oberen und einem unten in der Flüssigkeit angeordneten Luftbehälter, so daß die Luftsäule

ίο schwingt und dadurch Druckimpulse ausübt weiche über einen Windkessel Wasser durch ein Förderrohr nach oben treiben. Hierbei handelt es sich praktisch um ein Luftgestänge einer Pumpenanlage.

Nach der US-PS 12 85 678 wird von oben ein zündba-

u res Gas in den oberen Teil einer Explosionskammer geleitet, die im übrigen mit ihrem unteren Teil in das Wasser eintaucht und sich durch Rückschlagventile mit Wasser füllt Dieses im oberen Teil befindlich? Gas wird durch Handsteuerung oder durch einen Schwimmer in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsstand in einer oberen Kammer gezündet Durch den Dnuck wird das Wasser ausgetrieben, wobei eine Ventilsteuerung dafür sorgt, daß dabei der Spiegel in der oberen Kammer fällt. Nach Druckaufbau füllen sich die Kammern bis zum nächsten Pumptakt

Die US-PS 22 72 477 zeigt eine Expiosions-Pumpe, deren Brennkammsr ein Gemisch zugeführt wird, das durch eine Zündeinrichtung in der Brennkammer gezündet wird. Durch verschiedene Rückschlagventile wird dabei in Abhängigkeit vom Druckimpuls Flüssigkeit ausgetrieben bzw. angesaugt.

Auch diese Ausführungen lassen eine Anpassung an verschiedene Förderbedingungen nicht ohne weiteres zu.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eingangs angegebene Explosions-Pumpe dadurch zu verbessern, daß die Menge des zu zerlegenden Gases gesteuert werden kann und dadurch eine Anpassung an die Eintauchtiefe erreicht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elektroden in der Nähe des geschlossenen Endes eines Förderzylinders höhenverstellbar angeordnet sind und die Zündeinrichtung von den Elektroden getrennt ist. Hierbei werden die Elektroden lediglich zur Entwicklung des Knallgases eingesetzt und die Wasserzerlegung entfällt, wenn das Wasser unter die Elektroden verdrängt ist. Durch die Höheneinstellung der Elektroden läßt sich dabei die Menge des zündbaren Gases einstellen.

Bevorzugt wird dabei, daß die Elektroden exzentrisch an einer in die Förderzylinder verdrehbar eingeführten Achse angeordnet sind und ein Antriebsmotor zur Verdrehung der Achse vorgesehen ist. Dadurch ist eine einfache Möglichkeit zur Bewegung der Elektroden geschaffen.

Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung sind die Elektroden an der Innenseite der Förderzylinder an einer Platte angeordnet, die einen Schlitz abdeckt, und an der Außenseite der Förderzylinder isi ein Antriebsmotor mit einem Ritzel angeordnet, das in ei ,ner zahnstangenartigen Profilierung an der Außenseite i'der Forderzylinder kämmt. Diese Elektroden-Anordnungen eignen sich auch in der Anordnung an mehreren Förderzylindern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben, die in der Zeichnung dargestellt sind. Inder Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine prinzipielle Seitenansicht einer Pumpe,

F i g. 2 eine erweiterte Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform einer solchen Pumpe unter gleichzeitiger E-'rläulerung weiterer Einrichtungen,

F i g. 3 zwei Teilansichtcn für eine verstellbare Elektroden-Anordnung,

Fig.4 eine Teilansicht für eine andere Ausführungsform einer verstellbaren Elektroden-Anordnung,

F i g. 5 ein Diagramm zur Leispielsweisen Erläuterung des Vorgangs.

Die F i g. 3 und 4 zeigen die Anordnung der Elektroden auch in den Pumpen nach den F i g. 1 und 2.

Aucii wenn die Erfindung in erster Linie als Heberpumpe beschrieben wird, versteht sich, daß eine andere Anwendung möglich ist Maßgeblich für die Erfindung ist lediglich, daß wenigstens ein oberer Teil \'on Förderzylindern im Bereich zwischen Elektroden und einer Zündeinrichtung, insbesondere in Form einer Zündkerze mit senkrechter Achse, vorgesehen sind.

In der Ausführung nach F i g. 1 besitzt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einer senkrechten Achse 1 einen unteren Saugstutzen 2 und eine Arbeitsteilung 3, wobei jedoch Saugstutzen und Arbeitsleitung nicht \i Verbindung stehen. Das Beispiel nach F i g. 1 zeigt eine Lösung mit zwei Förderzylindern 4,5, wobei diese Förderzylinder repräsentativ für eine radialsymmetrisch um die Achse 1 angeordnete Anzahl von Förderzylindern ist. Es ist auch zum Beispiel eine Ausführung mit gegebenenfalls nur einem Förderzylinder 4 erkennbar, wobei der andere Förderzylinder 5 entfallen würde.

Die Förderzylinder 4, 5 stehen gemäß F i g. 1 über Kanalverzweigungen 6, 7 mit den unteren Enden von Förderzylindern durch öffnungen 8, 9 in Verbindung, deren Ränder Ventilsitze 10, 11 für Eingangs-Rückschlagventile 12, 13 sind, die zum Saugstutzen 2 hin schließen und zu den Förderzylindern 4, 5 hin öffnen. Die Ventile, die im Aijsiührungsbeispiel als Klappenventile gezeigt sind, haben in ihren Gelenken 14, 15 Federvorspannungen im Schließsinn. Anstelle der Federvorspannungen können auch andere Vorspannmittel angeordnet jein. Die Ventilsitze 10,11 bestimmen praktisch die Bodenfläche der Förderzylinder 4,5.

Über diesen Ventilsitzen 10, 11 der Eingnngsventile 12,13 befindet sich radial zur Achse 1 ausgerichtet und einander gegenüberliegend, gegebenenfalls in sternförmiger Ausbildung, Ausgangsventile 16,17, deren Ventilsii/e 18,19 an der Seite der Förderzylinder 4,5 angeordncl sind und deren Ventilkörper 20, 21 zur Arbeitsteilung 3 hin einklappbar sind.

Anhand der F i g. 2 wird noch eine strömungsmäßig günstigere Ausgestaltung erreicht, in welcher der Ventilkörper 20 im geschlossenen Zustand einen bogenförmigen Einimtskanal in die Arbeitsteilung 3 bildet, während der andere Ventilkörper 21 sich glatt bei Verschwenkung um sein Gelenk 22 an die Innenwand der Arbeitsleitung 3 anlegen kann. Andere bekannte Ventilarten sind einsetzbar, beispielsweise Kugeln.

Die Förderzylinder 4, 5 sind wenigstens in ihrem obigen Bereich mit senkrechter Achse angeordnet. Der obere Bereich 24, 25 erstreckt sich von einer Ebene 26, 27, in der Elektroden angeordnet sind, zu einem oberen geschlossenen Ende 28,29, in welches eine Zündeinrichtung in Form einer Zündkerze 30,31 mit Zuleitungen 32, 33 eingeführt ist Die Elektroden 34,35 beziehungsweise 36,37 sind jeweils über Zuleitungen 38,39,40,41 an eine Gleichstromquelle angeschlossen. Es handelt sich bei 38, 41 um Kathoden und 39,40 um Anoden. Diese Elektroden sind isoliert in die Fi/i,derzylinder eingeführt.

Wenn der Arbeitskopf nach F i g. 1 als Teil einer Heberpumpe, in welcher die Arbeitsleitung 3 als Steigrohr ausgeführt ist, unter einen Flüssigkeitsspiegel abgesenkt wird, öffnen sich zunächst die Eingangs-Rückschlagventilc 12, 13, bis ein Druckausgleich stattfindet Entsprechend öffnen sich auch die Ausgangsventile 16, 17. so daß die Flüssigkeit, das heißt beispielsweise Meerwasser, in die Arbeitsteilung 3 aufsteigen kann. Wenn ein Druckausgleich erfolgt ist, schließen alte Ventile. Dann wird beispielsweise an die Elektroden 36,37 Spannung

ίο angelegt, und es entwickelt sich im oberen Teil des Förderzylinders 5 Knallgas solange, bis das Gasvolumen die Flüssigkeit unter die Ebene der Elektroden 36, 37 verdrängt hat. Unter Zeitversetzung erfolgt das gleiche im Förderzylinder 4.

Nach dem der Vorgang im Förderzylinder 5 erfolgt ist, wird die Zündkerze 31 gezündet und die Explosion jagt die im Förderzylinder verbliebene Flüssigkeit durch das Ausgangsventil 17 in die Arbeitsteilung 3, wobei dann im Verlauf des Betriebs Feststoffe mitgenommen werden. Die gegenüberliegenden Ventile, beispielweise 16, werden durch den Vorgang besonders auf ihren Sitz gepreßt.

Bei dem beschriebenen Vorgang wird nach der Explosion zwar wieder eine Volumenverkleinerung herbeigeführt, weil das Knallgas Wasser wird, aber die bei der Explosion entstehende Wärme führt zur Dampfbildung, welche bei der nachfolgenden Kondensation zu einem Unterdruck führt, so daß das Ausgangsventil 17 schließt und das Eingangsventil 13 öffnet, bis ein Druckausgleich stattgefunden hat, so daß sich dann der Vorgang wiederholen kann.

Unter zeitlicher Versetzung spielt sich ein entsprechender Vorgang dann im Förderzylinder 4 ab. Es versteht sich, daß der entstehende Unterdruck nicht nur Wasser ansaugt, sondern auch Feststoffe als Fördergut mitnimmt, und zwar entsprechend der Pfeilrichtung, wie es in den F i g. 1 und 2 für den Förderzylinder 4 gezeigt ist

Die F i g. 2 zeigt unter Verwendung der Grundlagen nach F i g. 1 weitere Ausgestaltungen, insbesondere mit der Eingangsventilen 12,13 und den Ausgangsventilen 16, 17 im Anschluß an bogenförmige Kanalabschnitte 42, 43, die in sternförmiger Anordnung zur Achse 1 vorgesehen sein können, wobei die Ventilsitze 18,19 so angeordnet sind, daß die Ventilkörper 20,21 in geschlossenem Zus'.and in schräger Lage den bogenförmigen Verlauf der Kanalabschnitte 42,43 fortsetzen.

Die Arbeitsteilung 3 ist in der Ausführung nach Fig. 2 als Eingangsstutzen zwischen den Förderzylindem 4, 5 zwischen dem eigentlichen Steigrohr 44 gezeigt, die aber über einen Windkessel 45 mit einem Gaspolster 78 zur Aufnahme von Druckspitzen angeordntt ist.

F i g. 2 zeigt zugleich die Zuleitungen 32,33 der Zündkerzen zu einem angetriebenen Verteiler 46, dem ein Antriebsmotor 47 über der Wasseroberfläche zugeordnet ist. Durch eine mechanisch gezeigte Antriebsverbindung 48 ist zugleich eine Schalt- und Steuerbaugruppe 50 zwischen einer Znergiequelle 51, insbesondere einem Gleichstromgenerator, und den Leitungsgruppen 52,53 mit den Zuleitungen einerseits 38, 39 und andererseits 40,41 gezeigt. Hierbei handelt es sich uirmne schematische Ausführung. Es versteht sich, daß auch ein Wechselstromgenerator angeordnet sein kann, wobei dann in den Leitungsbaugruppen 52,53, gegebenenfalls auch in Verbindung mit einem Transformator, unter Wasser Gleichrichter-Anordnungen vorgesehen sind.

Die Elektroden 34—37 können vorteilhaft fest, und

zwar insbesondere fest in der Nähe der oberen geschlossenen Enden 28,29 der Förderzylinder 4,5 angeordnet sein.

Nach Fig.3 wird bevorzugt, wie anhand der beiden Teilansichten, links in Seitenansicht und rechts in Vorderansicht, von der Innenseite eines Förderzylinders gesehen, erläutert wird, daß die Wand eines Förderzylinders 4 mit einer öffnung 79 versehen ist. In dieser öffnung ist eine Isolierbuchse 80 angeordnet, durch welche abgedichtet und verdrehbar eine Achse 81 geführt ist. An der Innenseite des Förderrylinders 4 trägt diese Achse eine exzentrische Elektrode 82, deren ausladender Teil in F I g. 3 nach oben eingestellt ist. An der Außenseite des Förderzylinders ist zweckmäßig ein Antriebsmotor 83 angeordnet, der mit der Achse 81 verbundcn ist. um die Elektrode, bzw. in Richtung des Pfeils 84. zu verstellen, so daß sie in die gestrichelte Lage 85 kommen kann.

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hinsichtlich der Zerlegung des für eine Elektrolyse geeigneten Wassers in der Lage sind, solange sie in dieses Wasser eintauchen, ergibt sich in Abhängigkeit von der Einstellung der Elektrode 82 die Möglichkeit, die Gasentwicklung zu steuern, und zwar über den Grenzwerten der Flüssigkeitsspiegel bei 86 und 87.

In einer anderen Ausführungsform nach F i g. 4 ist die Elektrode 34 mit einem Schaft 54 durch einen senkrechten Schlitz 55 der Wand des Förderzylinder geführt, wobei eine Dichtungsplatte 56 an der Innenseite des Förderzylinders 4 hinter der Elektrode 34 so angeordnet ist, daß sie in jeder Einstellung den Schlitz überdeckt. Dabei versteht sich, daß zur Höheneinstellung am Schaft 54 ein Antriebsmotor mit einem Ritzel 57 vorgesehen sein kann, der in einer zehnstangenartigen Profilierung 58 an der Außenseite des Förderzylinders 4 kämmt, um eine Höheneinstellung zu bewirken. Zweckmäßig ist in der Anordnung, an der Außenseite des Förderzylinders bzw. einer Zwischenplatte abgestützt, eine Feder vorgesehen, die die Dichtungsplatte in abdichtender Anlage hält. In jeder Ausführung stehen einander zugeordnete Elektroden 82 oder 34,35 bzw. 36,37 unter einer gleichen Antriebssteuerung, so daß die einander zugeordneten Elektroden gleichmäßig eingestellt werden.

Wie aus F i g. 2 hervorgeht, ist in einer besonderen Ausführungsform jeweils in das obere verschlossene Ende 28,29 eines Förderzylinders 4,5 eine Zuleitung 59, 60 eingeführt, die über ein Regelventil, insbesondere eine Dosiereinrichtung 61, 62 zu einer gegebenenfalls auch gemeinsamen Quelle 63, 64 für O2 führt, um eine gewisse Menge Jieses Mediums einzuführen. Die Regelventile 61,62 sind insbesondere über eine Funktionsverbindung 65. gegebenenfalls auch über eine angeschlossene Steuereinrichtung 66 als Verteiler, mit der Antriebsverbindung 48 durch eine Antriebs-Getriebeeinrichtung 67 verbunden, so daß jeweils Oj eingeführt wird, nachdem ein funktioneller Durchgang zwischen den Elektrodenpaaren 34, 35 bzw. 36, 37 aufgehört hat und bevor die Zündkerzen 30,31 zünden. Dadurch wird möglichen Sauerstoffmängeln vorgebeugt to

F i g. 5 zeigt ein Druckdiagramm für den Zustand in einem Förderzylinder, und zwar den Druck als Ordinate 68 über dem Zylindervolumen als Abzisse 69.

Bei Beginn der Elektrolyse bei 70 im Nullpunkt ergibt sich ein gewisser Gasdruck 71 bis zum Zeitpunkt der Zündung der Zündkerzen 30,31 im Diagrammpunkt 72. Der explosionsartige Druck schnellt auf eine Druckspitze 73 und fällt dann entsprechend der Kurve 74 unter Austrieb des Mediums durch die Ausgangs-Rückschlagventile auf den Endwert 75 ab.

Schon bei Beginn der Zerlegung des Wassers aufgrund der Elektrodenschaltung im Punkt 70 entwickelt sich eine Saugdrueklinie 76. Durch die begleitende Entstehung eines Unterdrucks, die insbesondere regelmäßig zunimmt und die dann auch beim Endwert 75 des Explosionsdrucks als Ansaugdruck 77 mit ihrem größten Wert wirksam wird, um Flüssigkeit und Feststoffe anzusaugen. Hierbei wirkt zugleich die Dampfbildung im Förderzylinder und die anschließende Kondensation mit. Die Druckbilanz zeigt, daß am Ende des Vorgangs ein Saugdruck herrscht, der das zugeordnete Eingangsventil öffnet und eine Wiederfüllung des Förderzylinders sicherstellt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Explosions-Pumpe, insbesondere -Heber, mit einer Verbrennungskammer, die über ein Eingangs-Rückschlagventil mit Flüssigkeit füllbar und die mit einer Arbeitsleitung durch ein Ausgangs-Rückschlagventil verbindbar ist, das den Durchgang in die Arbeitsleitung freigibt und einen Durchtritt in umgekehrter Richtung sperrt, wobei wenigstens eine oben geschlossene Verbrennungskammer als Förderzylinder mit senkrechter Achse und den Ventilen im unteren Bereich vorgesehen ist und in der Nähe des oberen Endes Elektroden mit einem Anschluß an eine elektrische Energiequelle, insbesondere Gleichstromquelle, in den wenigstens einen Förderzylinder eingeführt sind und am oberen Ende der Verbrennungskammer eine Zündeinrichtung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Eiektroden (34 fei^.37) in der Nähe des geschlossenen Endes (2S₁2S) emcs FörderzyHnders (4,5) höhenverstellbar angeordnet sind und die Zündeinrichtung (30, 31) von den Elektroden getrennt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (82) exzentrisch in einer in die Förderzyünder (4,5) verdrehbar eingeführten Achse (81) angeordnet sind und ein Antriebsmotor (83) zur Verdrehung der Achse (81) vorgesehen ist

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (34—37) an der Innenseite der """ö'itlerzylinder (4, 5) an einer Platte (56) angeordnet sind, die einen Schlitz (54) abdeckt, und daß an der Außenseite der rörderzylinder (4, 5) ein Antriebsmotor mit einen« Rit7sl (57) angeordnet ist, das in einer zahnstangenartigen Profilierung (58) an der Außenseite der Förderzylinder (4.5) kämmt.