DE3231808A1

DE3231808A1 - Brennstab - verbrennungsmotor und hilfsmittel dafuer

Info

Publication number: DE3231808A1
Application number: DE19823231808
Authority: DE
Inventors: Karl 7180 Crailsheim Eickmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-26
Filing date: 1982-08-26
Publication date: 1984-03-01

Description

Der*Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Brennraumanlage zu schaffen, die insbesondere fuer Verbrennungsmotoren mit aeusserer Verbrennung zwischen Verdichtern und Entspannern geeignet ist und insbesondere direkte Verbrennung von Staeben oder Baendern aus festen Brennstoffen, zum Beispiel, gereinigter Kohle, zulaesst.

Die Loesung der Aufgabe wird fuer Anlagen nach der Gattung der Oberbegriffe der Patentansprueche 1 und 2 mittels der Merkmale der kennzeichnenenden Teile der Ansprueche 1 und 2 geloest.

Besonders vortei lhafte Weiterbildungen der Aufgabe werden nach den kennzeichnenden Teilen der Patentansprueche 3 bis 12 geloest.

Zur Loesung gehoert auchr, die Verdichter so zu gestalten, dass eine staendige Zufuhr hoch komprimierter Luft gesichert wird, die die Selbstzuendung und Eigenvebrennung des festen Brennstabes in dem Brennraume ermoeglicht und sichert. Die Verdichter werden dafuer mit totraumarmen Formen und Ventilen versehen und das heis e Brenngas mag der Wasserverdampfung eingespritzen Wassers dienen, damit die Ent = spanner - Arbeitsteile bei ausreichend niedrigen Temperaturen arbeiten koennen. Durch die Verbrennungsmotoren der Erf indungcsoll die Abhaen= gigkeit der Stromerzeugung und der Fahrzeuge vom Benzin verringert oder ausgeschaltet werden und die Brennanlagen sollen Heizungen vom Heizoel u/iabhaengig machen.

Figur 1 ist ein Laenegsschnitt durch eine Brennraumanordnung der Figur 2 ist ein Schnitt durch Figur 1 entlang einem Teil der Linie II—II. Figur 3 ist ein Schnitt durch Figur 1 entlang der Linie III-III. Figur 4 ist ein Schnitt durch Figur 3 entlang der^Linie IV-IV. Figur 5 ist ein Schnitt durch Figur 4 entlang der Linie V-V. Figur 6 ist ein Schnitt durch ein anderes Aggregat der Erfindung. Figur 9 ist ein Schnitt durch einen Teil einer Alternative dazu» Figur 7 ist ein Querschnitt durch eine Anordnung der Erfindung. }o\_ Figur 8 ist ein Schnitt entlang VIII-VII durch Figur 7.

Figur 10 ist ein Laen gsschnitt durch einen Teile eines Verdichters

nach der Erfindung, und
Figur 11 ist ein Laenegsschnitt durch eine Duesenanordnung der Erfindung.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen Schnitte durch die Schematik eines Ausfuehrungsbeispiels meiner Erfindung eines Festbrennstoff-Staebe in Luft oder Gas verbrennenden Motors oder generell einer Festbrennstoff Verbrennungs- Vorrichtung. Das Gehaeuse des Brennraumes ist mit 10 bezeichnet und es enthaelt die Vorkammer 7, die ducch die Zuleitung 8 ein Gas, im Verbrennungsmotor bevorzugterweise Luft mit geringen oder keinen weiteren Gasanteilen. Die Zufuehrung des Gases oder der Luft erfolgt unter ausreichend hohem Drucke durch den Ei nlauf 8 in die Vor kammer 7 herein. Bei Verbrennungsmotoren ist es vorgezogen, die Luft in mehreren Kammern zu verdichten, komprimieren und zwar nachein = ander in verschiedenen Kammern, sodass sehtiesslich ein anaehernd konti nierlicher, wenn auch etwas schwankender, Druck luft oder Druckgas -Strom durch den Einlass oder die Einlaesse 8 in die Vorkammer 7 des Brenn = raumes im Brennkammerkperper 10 hereingepresst ist.

Gleichzeitig wird ein Stab aus festem Brennstoff, der mit 4 bezeichnet ist, durch die Brennstabfuehrung 1 , die mit Wand 3 einen Kuehlraum 2 ent=· halten mag, in den Flammraum oder an die Flammstelle 5 geleitet. Dabei stroemt gleichzeitig eine angemessene Menge Gas, in bevorzugterweise aber komprimierte Luft aus der Vorkammer 7 durch die Rieht- Konzentrations-~ und Leit - Duese 6 etwa in Richtung des Pfeiles 11 auf die Brennstelle zu und trifft dort auf den Stab aus Festbrennstoff. Der Festbrennstoff mag zum Beispiel gereinigte und gepresste Kohle sein.

Beim Zusammentreffen des Luftstromes aus Duese (n) 6 und des Brenn sstoff-Stabes 4 aus Fuehrung 1 im Flammraum oder der Brennstelle 5 verbrennt der Brennstoff des Stabes 4 in der Lu t , die aus der Duese auf die Spitze des Brennstoff-Stabes 4 zustroemt. Die Entzuendung des Brennstoffes an der Stelle 5 kann zum Beispiel daduech geschehen, dass im rueckwaertigem Teile, zum Beispiel in der Nachkammer 20 eine hohe Temperatur herrscht, die hoeher, als die Entzuendungs- oder Flamm-Tempe: ratur des Brennstoffes 4 ist und diese hohe Temperatur sich in die Brennstelle 5 hinein fortplanzt oder staendig in ihr vorhanden ist. Eine andere Moeglichkeit ist die Zuendung des Brennstoffes mittels speziell ange =

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ordneten, man-made Zuendvorrichtungen oder Zuendmit£eln.

Bevorzugt wird von mir Jedoch, die Luft in den Kompressions = kammern so hoch zu verdichten, dass die Temperatur der komprimierten Luft, die durch Einlass 8 in die Vorkammer 7 stroemt, hoeher, als die Entflammungstemperatur des Festbrennstoffes 4 ist.

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Besteht der Festbrennstoff 4 zum Beispiel im Wesentlichen aus gereinigter, fest gepresster Kohle, dann ist die Zelbstentzuendungstemperatur zwischen 200 und 500 Grad Celsius. Bei fester Kohle liegt sie meistens um 400 Grad. Daher ziehe ich es vor, die Luft auf etwa 25 Atmospheren zu verdichten und unter diesem Druck ueber den Einlass 8 etwa kontinuierlich in die Vorkammer 7 herein zu leiten. Die Luft ist dann beim Durchstroemen der Duese(n) 6 so heiss, dass der Kohlebrönnstoff 4 sofort in ihr brennt. Da die einstroemende Luft ausserdem eine hohe Sauerstoffkonzentration hat, sinkt die Selbstzuendungstemperatur des Festbrennstoffes 4 meist noch wesentlich unter die fuer drucklose atmosphaerische Luft gueltige £>)£= zuendungs-Temperatur ab. Daher verwende ich in einigen Ausfuehrungs = beispielen auch einen geringeren Zu-'fuehrdruck in der Luft, als 25 ehnospz

■ heren. Der Brennstab 4 ist entweder in der Fuehrung 4 dichtend eingepasst, sodass der Druck aus Raum 7,20 nicht aus dem Brenngehaeuse 10 heraus entweichen kann, oder aber es ist eine Dichtung vorgesehen, die den Brennstab 4 in der Furhrung 1 in der dem Brennpunkt 5 entgegengesetzten Richtung abdichtet. Moeglich ist schliesslich noch, den Brennstoff 4 voellig in einer Kammer zu verwahren, die den gleichen Druck enthaelt, wie die Kammer 7,9 oder 20, um unerwuenschtes Entweichen von Druck, Gasleckage, aus den Raeumen im Brennraumkoerper 10 zu vermeiden, c.

Wie aus meinen aelteren Patentanmeldungen und anderer Literatur bekannt ist, stroemt am Ende eines Brennraumes 20 das verbrannte oder verbrennende Brennstoff-Luftgemisch ueber eine Ableitung aus in den betreffenden Entspannerraum, die Entspannerkammer oder die EntspannerkftfflJKern ein,

, um die Arbeit einsehtiesslich dem Antrieb des Kompressors zu liefern.

~~ Entsprechend stroemt das sich bei der Verbrennung im FlarnmplOifcz. 5 j

weiter heizende und ausdehnende Gas,z.B. Brennstoff-Luftgemisch, zum Beispiel durch Kanal 21 in die Nachkammer 20 hinein. Dortdrin setzt sich ι die Verbrennung fort, falls sie im Brennplatz 5 noch nicht vollstaendig ! erfolgt sein sollte. Der Raum 9 mag als Gaspolsterraum dienen, um Un = gleichmaessigkeiten der Zustroemung von komprimierter Luft aus Eine lass 8 oder Ungleichmaessigkeit der zeitlichen Brennmenge und des zeit = liehen Brenndruckes auszupolstern, also Fluktuationen zu verringern, also als eine Art Akkumulator zu wirken.

Ich ziehe es vor, die Luft so hoch zu verdichten, dass sie in der Vor = kammer 7 etwas hoeher verdichtet ist und in ihr ein etwas hoeherer Druck herrscht, als in der Nachkammer 20. Dadurch wird eine staendige Stroemung aus Duese 6 entlang Pfeil 11 auf den staendi/g eincfntfgeheten Brennstab 4

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mit staendiger Verbrennung unter Eigenzuendung im Brennplatz 5 und eine staendige Weiterstroemeung durch Kanaele 21 in die Nachkammer 20 hinein erreicht. Die Druckdifferenz in"den Kammern 7 und £0 hat Einfluss auf die Verbrennungsgeschwiridigkeit und die Stroemungsgeschwindigkeit, Weiterer Einfluss auf die Verbrennungs- und Stroemungsgeschwindigkeit ist durch die Vorwertsgeschwindigkeit 12 in Richtung des Pfeiles 12 des Brennstabes 4 gegeben. Dieser Brennstab wird bei Fahrzeugmotoren daher bevorzugter = weis« in seiner Geschwindigkeit in Richtung des Pfeil /2 regelbar gestaltet. Zum Beispiel wird die Geschwindigkeit in Richtung des Pfeiles 4 direkt oder indirekt mit dem Gaspedal, dem Geschwindigkeitsregler des Fahrzeuges, geregelt. Man kann das beispielsweise ueber eine Regelpumpe tun, die eine zeitlich veraenderliche Druckfluidmenge gegen den Schubappart 15 leitet, der dann entsprechend der Fluidmenge den Stab 4 schneller oder langsamer in Richtung des Pfeiles 12 treibt , wobei dann der ganze Motor schneller oder langsamer laeuft. Statt eines Fluidantriebs kann aber auch ein elektrischer oder mechanischer Antrieb ggf. mit Geschwindigkeits Regler fuer den Vorschub des Brennstabes 4 in Richtung des Pfeiles 12 einge = setzt werden.

Einer der Hauptgruende, weshalb ich es vorziehe, einen etwas hoeheren Druck in der Vorkammer 7, als in der Nach kammer 20 zu bilden, ist, dass ich'eine volle Verbrennung des Stoffes des Brennstoff Stabes 4 Zu₁ erreichen. Dadurch sollen giftige Abgase vermieden oder der Giftgehalt des Abgases durch unvo Istaendige Verbrennung verringert werden. Der Brennplatz 5 hat daher bevorzugterweise eine solche geometrische Form und Bemsessung, dass der Heissluftstrahl aus Duese (n) 6 den Zufluss Brennstoff 4 voll verbrennt und bestroemt.

Die Querschnitte und Geschwingkeiten der Pfeile 11 und 12 sollen deshalb in einem bestimmtem Verhältnisse zueinander stehen oder sich innerhalb eines bestimmten Verhaeltnisbereiches befinden. Dieser Verhaeltnisbereich oder dieses Verhaeltnis ist ausserdem zum Beispiel auch noch von der Druckhoehe im Raum 7 oder Raum 20 abhaengig.

Hat man zum Beispiel gleiche Querschnitte der Duese (der Duesen) 6 und des Brennstabes (der Brennstaebe) 4, dann wird, um einen ganz groben Einblick zu geben, die Geschwindigkeit der Hoissluftstroemung 11 in Duese 6 bei etwa 25 Bar Druck etwa 1280 mal schneiX sein, als die Vorwaerts-Einflussbewegung 12 des Brennstabes 4 ist. Bei etwa 50 Bar Druck in der Heissluft wird fuer voll staendige Verbrennung die Geschwindig = keit der Heissluft durch Duese 6 etwa 800 mal schneller, als die Einschub -

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Bewegung des Brennstabes 4 sein. Diese Zahlenangaben sind jedoch nur sehr grobe, sehr vorlaeufigB und koennen noch weiteren Bericht! = gungen nach weiterer Erforschung und Messung unterliegen.

Es ist nun weiterhin noch zu erwarten, dass die Verbrennung in Brennplatz 5 nicht vollstaendig genug sein kann, wenn nicht dafuer gesorgt wird, dass der Heissluftstrahl 11 aus Duese 6 nach Verbrennung des aeusseren Teiles des Brennstabes 4 zuegig weiter auch die inneren oder unteren, rueckwaerti gen Teile des Brennstabes 4 mit frischer Heissluft versorgt, damit die ganze Dicke des Stabes 4 in der Luft verbrennt.

Daher sind nach Figuren 3 bis 5 oft mehrere Brennstaebe 4, wie 24,34,44,54 in Fuehrungen 1 angeordnet und zugefuehrt. wobei sie in die Heissluft-Zustroemluft aus den Heissluft Duesen 26,36,46,56 herßinschie = ben. Dfe Heissluft stroemt dabei durch Duesen 26,36,46,56 entlang der darin in Figur 4 gezeichneten Pfeile auf die betreffenden Brennstaebe 24,34,44,54 zu. Um eine richtige und vollstaendige Verbrennung zu er = halten, werden die Querschnitte der Zuleitungen 1 der Brennstoff-Stabe und die Dicken der Brenstoffstaebe 4 usw. so bemessen, dass die pickender Heissluftduesen 6,26,36,46,56 ei ne bestimmte Dicke 19 (Hoehe der Duese im Vergleich zu deren Breite) im Vergleiche zu der Dicke 18 des betreffenden Brennstabes 4,24,34,44,54 haben. Denn bei Verringerung der Dicke 19 der Duese 6 im Vergleiche zu der Dicke 18 des Brennstabes 4 erhoeht sich die Geschwindigkeit nach Pfeil 11 der Heissluft. Der Heissluftstrahl hat dann eine staerkere Durchschlag oder Eindring - Tiefe zum vollem Treffen alle Stellen und Teile des Brennstoff- Stabes 4,24,34,44,45. Mittels richtiger Wahl des Zufuehr Druckes der komprimierten Luft und des Verhaeltnisses 19 zu 18 der relativen Dicken der Diiese und des Brenns'tabes zusammen mit der richtigen Bemessung der Vorschubgeschwindigkeit 12 des Brennstabes wird also die Verbrennung im Brennplatze 5 sehr weit beeinflusst „ Die richtige Beherrschung und Kenntnis dieser Verhaeltnisse zusammen mit der Beherrschung des Baues geeigneter Kompressoren fuer ausreichend hohe Heissluft Drucke bewirken die Verwirklichung eines guten oder weniger guten Festbrennstoff Motors der Erfindung.

Die Formgebung, Querschnittsveraenderung und Richtung der Raeume-Kanael e 9,7,5,6,21 ,20 ist von der Geschwindigkeit, mit der der Motor arbeiten soll, weitgehend abhaengig und so vorn Druck.

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Im Falle vollstaendiger Verbrennung und Arbeit des Motors ohne hoehen Luftueberschuss, also im Falle eines Hochleistungsprozesses in einer klein bemessenen Maschine als Verbrennungsmotor, wird infolge des bohen Druckes dereinstroemenden, komprimierten Heissluft, die Ver = brennungshoechst-Temperatur in Brennpunkt 5, Kanal 21 und Nachkammer 20 sehr hoch. Sie kann oder wuerde so hoch werden, dass herkoemmliche Metalle, wenn sie den Koerper 10 der Brennvorrichtung bilden, schmel = zen wuerden. Ausserdem koennen diese hohen Temperaturen fuer denjdie^ Entspanner nachteilig sein, in den,die,das verbrannte Gas abstroemt, um in ihnen die bekannte Expansions-Arbeit zu leisten. Besonders ist das dann der Fall, wenn diese Entspanner herkoemml icher Bauert,zum Beispiel Zy = linder mit oszillierenden Kolben aus Metallen sind.

Daher empfehle ich, in die Kanaele 21 oder die Kammer 20 an jenen Stellen, an denen in der Stroemung die Verbrennung gerade ab = geschlossen ist, oder in der Naehe dieser Stelle oder nach dieser Stelle, Wasser unter hohem Druck als feinen Nebel , zum Beispiel durch die Due = se(n) 13 entlang den Pfeilen 14, einzuspritzen. Die Menge eing spritzen Wasser soll dabei in meinem Motor moeglichst so bemessen werden, dass das Wasser in Dampf umgewandelt wird und das Gas-Luft-Dampf-Gemisch beim Austritt aus dem Entspanner kein Wasser mehr, sondern Dampf ent = haelt, der noch etwas ueberhitzt ist, zum Beispiel um 5 bis 35 Grad, damit der Dampf und das ausstroemende Gas nicht zu feucht ist, um Verrostungen hervor zu rufen. Die Hochdruck-Pumpmittel fuer feine Zerstaeubung des Wassers oeim Einsprotzen findet man in parallelen Patentanmeldungen nach Konstruktionen des Erfinders. Einzelheiten ueber Wasser - Einspritz = mengen, Vorrichtungen, Zeiten usw., sowie ueber die Verhaeltnisse um den ·

I Brennplatz 5 findet man in entsprechenden Rotary Engine Kenkyusho

J Berichten, die bei Lizenzerwerb ausgeliefert werden koennen. Erreicht j wird bei diesem Wassernachspritzverfahren, dass die spaeteren Temepe 2λ! raturen im Entspanner oder in den Entspannern tragbar gering bleiben, um j die beschriebenen hohen Brennraumdrucke fuer die direkte Festbrennstoff = ■ Verbrennung zu zulassen und so einen hoch effektiven Motor zu verwirklichen. I Der Wasserdampf hat zum Beispiel bei Atmospherendruck rund das sechzehn = hundertfache Volumen ds Wassers. Bei richtiger Wassereinspritzmenge ist es moeglich, den Motor so, als arbeite er mit Luft-Brenngas, Jedoch mit geringeren Temperaturen^rbeiten zu Lassen.,

Figur 1 zeigt noch, dass eine rotierende Trommel 22 im Brenn= raum 20 ein rotierendes Fluessig eitsbad erzeugen kann, in dem die Kuehl = fluessigkeit (z.B. Wasser) 23 umlaeuft. Durch Bohrungen 24 mag eine

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dosierte, also begrenzte Menge solcher Kuehlfluessigkeit aus dem roties rendem Fluessigkeitsbad oder einem entsprechend stationaerem Fluessig = keitsbad zwecks Kuehlung der Wand des Koerpers 10 entweichen mag. Dadurch ist eine weitere MoegHichkeit gegeben, Ueberhitzung und Bruch von Brennkoerperteilen zu verhindern. Die Anordnung der Figur 1 ist ein Koerper, der Raeume enthaelt. Trotzdem hat sich der Ausdruck "Brenn= koerper" aber bisher nicht ei ngebuergert. Man nennt eine solche Vorrich= tung, wie die der Figur 1 , die man an einen Satz von Verdichterkammern und ein einen Satz von Entspannerkammern anschrauben oder zu ihnen verbinden mag, allgemein "Brennraum" und einen Verbrennungsmotor, der von Verdichtern aus Luft durch eine solche Anordnung zu einem Satze von Entspanner-Arbeitskammern leitet, einen Verbrennungsmotor mit aeusse= rer Verbrennung. Wenn in der Literatur oder dieser Patentanmeldung vom "Brennraum" geschrieben wird, dann ist das entweder einer der Raeume in einem Koerper 10-oder man hat den Koerper 10, der den wirkli «

chen Brennraum 9,7,21 ,20 enthaelt, der Einfachheit halber mit "Brennraum" benannt:.

In Figur 2 ist sichtbar, wie der Brennstab 4 genau vor

der Brennstabfuehrung 1 liegt, wenn er im Brennstofftank der Brenn = .. kammer-Anordnung 10 zugefuehrt wird. Rechts und linksroder nur rechts oder oder nur links von ihm liegen die Brennstaebe 16 der gleichen Brenn = stab-Schicht im Tank. Darueber liegen dann die Brennstaebe der naechsten Brennstabschicht 17 im Tank. So kann man den Brennstoff Tank voll unter voller Raurwa-usnutzung mit Brennstoff-Staeben 4,16,17 fuellen und einen nach dem anderem zu gegebener Zeit der Brennstabfuehrung 4 mittels der Schubvorrichtung 15 'zufuehren und den Vorschub in der Fuehrung 1 der fftvss&nbrennraumanordnung 10 nach Pfeil 12 mit Geschwindigkeit 12 durchfuehren.

Figur 6 zeigt einen Laenegsschnitt durch einen Ver =

dichter oder Entspanner fuer besonders hohe Temperaturen. Wenn naemlich der Motor nach Figur 1 , anderen Figuren oder anderen Patentanmeldungen auf Gedanken des Erf lenders mit sehr hogen Drucken ohne Kuehlung arbe/ c tet,oder Festbrennstoff-Rueckstaende verbleiben, dann koennen herkoemm = liehe Verdichter und Entspanner von Motoren oder die Zylinder und Kolben von Otto-Motoren oder Diesel-Motoren ungeeignet sein, den hohen Tempe = raturen stand zu halten. Erfindungsgemaess wird daher in Figur 6 der herkoemmliche Kolben aus Metall durch einen Kolben aus Wasser oder einer

anderen kuehlen Fluessigkeit ersetzt.

Die Figur 6 zeigt·daher die Kompressions - Kammer 27 in dem Kompre'ssionskammern Gehaeuse 25. Die Kompressionskammer ist Jedoch eine Expansionskammer, wenn das Aggregat als Entspanner arbeitet. Und sie ist eine Ansaug - kompressions - Expansions - und Auspuff - Kammer, wenn das Aggregat als Otto-Motor oder als Die/sei - Motor arbeitet.

Unterhalb des genannten Gehaeuses 25 ist eine Ringelementen - Anord * nung zum Beispiel nach der Patentanmeldung P vom 13, Juli

1982 angeordnet. Sie besteht in diesem Sonderfalle aus den IÖ Ringelementenpaaren oder Elementen 33 und 35, von denen eines auf dem Hubkolben 37 aufliegt und gegen dessen Kopf abgedichtet ist. Das Element am anderem Ende des Elementensatzes 33,35 dichtet gegenueber dem Gehaeu = se 25 ab. So ist innerhalb der Ringelemente 33,35 eine Kammer ausgebildet, die mit der Kammer 27 in Verbindung steht und mit Wasser gefuellt ist, das den Wasserkolben 40 der Erfindung bildet. Unterhalb oder am Hubkolben 37 ist der Hubkolbenantrieb 38,39 angeordnet, der das Pleuel einer Kurbel = wellenmaschine oder der Kolbenschuh einer Kolbenschuh - Hubwerk - Mas schine sein mag. Durch den Kolbenhubantrieb werden die Ringelemente 33, 35 periodisch gespannt oder entspannt. Zum praktischen Bau der

2Q Ringelemente und des Ringelementensatzes, wie der Kammer darin, ist des zweckmaessig, die Regeln und Formeln der genannten Patentanmeldung vom 13, Juli 1982 zu beachten. Denn sonst funktioniert die Sache nicht und die Elemente brechen. Die Figur 6 zeigt die Elemente im entspannten Zu = stände. Durch Regulator, zum Beispiel, die Bohrung, 28 wird die Kammer innerhalb der Elemente 33,35 jetzt mit Wasser gefuellt, nachgefuellt oder von ueberfluessige« Wasser bzw. Fluessigkeit entleert ,sodass der in der Zeichnung dargestellte Wasserstand 40 etwa in Hohe der Anordnung ,Rege = lung 28, erreicht ist, Danach wird die Regelung 28 geschlossen, was mit bekannten Mitteln, Hahn, Ventil oder dergleichen gesehen kann. Danach treibt der Kolbenhubantrieb 38,39 den Hubkolben 37 aufwaerts, wobei die Elemente 33,35 achsial komprimiert werden, Dieser Hubvorgang wird forte gesetzt, bis das Wasser oder die Fluessigkeit 40 im Räume 27 hochsteigt und den gewuenschten Kompressions-Ventil Oeffnungsdruck erreicht. Ist das geschehen, oder ist das Auslassventil anderweitig geoeffent worden, dann oeffnet das Auslassventil 29 und laesst die komprimierte Luft durch Kammer 41 und Weiterleitung 31 entweichen oder leitet die Kompressions Luft ueber die genannten Wege 29,41,31 beim weiterem Kompressions - oder Schub-Hube aus der Kammer 27 heraus in den Kanal 31 hinein. Ist eine selbsttaet/ge Druckregelung der Oeffnung des Ventiles 29 vorgesehen,

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dann kann der Durchgangsraum 41 teilweise oder auch voll mit Kuehl = fluessigkeit, zum Beispiel mit Wasser, gefuellt sein, weil die Anlage so bemessbar ist, dass die Durchstroemluft ein Absinken des Kuehlwa = ssers aus Raum 41 in den Raum 27 herein verhindert.

Beim folgendem Ansaughube laesst der Kolbenhubantrieb 38,39 den Hubkolben 37 absinken, was durch durch Spannung in den Elementen 33,35 unterstuetzt werden kann.

Ist die Anordnung der Figur 6 als Otto -

Motor verwendet, dann ist sie noch mit einer Zuendung 43 versehen. Wenn sie jedoch ein Dieselmotor ist, dann hat sie eine Brennstoff-Ε inspritz Duese oder Anordnung 45. Entsprechend ist der Hub des Wasserkolbens

'■. . !40 relativ kuerzer oder laenger, um die Kompression der Luft oder des

j

j Brennstoff-Luftgemisches in Kammer 27 unter der Selbstzuendungs -Tempe -

! ' ratur, wie im Otto Motor zu halten, oder um die Temperatur durch Kompre =

_j j ssion auf die ο berhalb der Selbstzuende Temperatursti fe zu treiben, wie

' beim Diesel Motor. Der Hub der Hubantriebsvprrichtung 38, ist dann

■ entsprechend zu gestalten und zu bemessen, die Achsiale Kompression j und Entspannung der Ringelemente 33 und 35 entsprechend zu gestalten. : 1 Infolge der , inneren Selbstkuehlung innerhalb der Kammer 27 durch

das Wasser des Wasserkolbens darin, dann dieser Motor hoehere Drucke, " als der Dieselmotor zulassen. Beachtet werden sollte jedoch, dass man zu hohe Hubgeschwindigkeiten vorteilhafterweise vermeidet, um das Sprit = zen oder Planschen des Wasserkolbens 40 durch Massenkraefte und Geschwin = digkeiiten-zu vermeiden oder diese Erscheinung oder Moeglichkeit ein zuschraenken.

, Soll das Aggregat der Figur 6 als Entspanner bei

sehr hohen Temperaturen arbeiten, dann laesst man entweder .die Kuehl Fluessigkeit,z.B. das Wasser, aus der Dyrchstroemkamrner 41 heraus, oder man setzt einen Kanal 47 nach der Seite und montiert den Kopf des Koerpers 25 in umgekehrter Richtung, so,dass die Ventile 29 und 30 nach j unten zeigen. Das ist in Figur 9 im Prinzip dargestellt. Zwecks Kuehlung

j kann dann die Heisskammer 42 mit Kuehlfluid gefuellt werden. Das heisse Gas fuer die Expansionsarbeit stroemt dann durch Kanal 31 und Kammer durch deren Kuehlfluid hindurch ueber Einalssventil 30 in die Expansions = kammer 27 herein. Dabei muss das Auslassventil 29 zwangsmaessig geschlossen gehalten werden und erst zum Auspuffhube geoeffnet werden. Da der Auspuffhub kaelteres Gas, als der Fuellhub hat, ist dann in Kammer 41 eine Kuehlfluidfuellig nicht immer noetig. Sie kann aber angeord= net sein, indem man an Auslass 32 ein nach oben gebogenes ueber den Wasser

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spiegel verlaengertes Auspuffrohr anbringt.

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Die Figuren 7 und 8 sind im Wesentlichem eine Wiederholung der Figuren 23 und 25 der Ursprungsanmeldung P- 31 35 675. Doch enthalt-

ten sie einige wesentlichen Verbesserungen und Erweiterungen der ur = spruenglichen Erfindung. Diese ist zunaechst einmal die Anordnung des wichtigen Einlassventiles 80 im Kolbenkopf 40 des Kolbens 26. Die Kolben 26 sind, wie nach der Hauptanmeldung bekannt ist, in den Zylin = I dem des Gehaeuses 8 radial beweglich. Sie sind, wie aus der Hauptan = ; meldung bekannt, mit den Kolbenkoepfen 40 versehen, deren Form so j ausgestaltet ist, dass beim Einwaertshub aller Kolben in der Endlage J die Kolben mit ihren Kolbenkoepfem 40 einen Restraum 15 bilden, der ι fast null an Volumen ist. In der Praxis der Abmessungen nach den Figu ren 7 und 8 ist dieser Restraum nach voller Kompression, also der Totraum etwa die Haelfte eines Hundertstels des totalen Ansaug - und Kompressi onsvolumens der Figur. Bei den etwa 160 bis 170 mm Aussendi rchmesser eines Gehaeuses um das Aggregat herum haette diese Anlage der Figuren I etqa 56 cc Ansaug- und Kompressions- Volumen. Bei der doppelten Groe= ^! sse, 1:2 mass-staeblich vergroessert hatte das Gehaeuse etwa 330 bis mm Aussendurchmesser und das Aggregat an Ansaug und Kompressions Volumen von etwa 400 bis 450 cc pro Umdrehung. Bei vier solcher Aggre gate achsial hintereinander also etwa 1600 bis 1800 cc pro Umdrehung. I In der Hauptanmeldung fehlt eine zeichnerische Darstellung und

' spezielle Beschreibung des Weges der Ansaugluft in diesem Aggregat. Erfindungsgemaess wird daher der Kopf 40 des betreffenden Kolbens 26 mit einem. Einlass-oder Ansaug-Ventil 80 versehen. Der Kolben -Kopf ! 40 hat dafuer ei nen Hohlraum 84, der sich vom Hohlkolbenteil mit i Hohlraum 86 aus erstreckt. Ausserdem hat der Kolbenkopf 40 die Ansaug-

: oder Ei-nlass- Ventilfuehrung 82 mit den Durchstroemk nalelen 83 und \ die Fuehrung 82 dient fuer Fuehrung oder Halterung des Venti!scheider8/ • des E in Lassventil es 80. Ein Begrenzungstei I 87 kann angeordnet sein, ^₀ · um die Maximale Achsi albewegung des Ventieles 80 im Kolbenkopfe 40 zu ; begrenzen. Der erfindungsgemaesse Zweck der Anordnung des Einlass = ; ventiles innerhalb des Kolbens oder des Kolbenkopfes ist, einen kleinsten ' Totraum des Zylinders ohne Stoerung durch ein Einalssventil zu schäften, ! sodass an der Zylinderspitze dann lediglich die Auslaesse 77,78,79 zur j Weiterleitung in die Foerderkanaele 77 verbleiben, wobei der geringste Totraum erzielt wird. Das Aggregat ist dadurch in der Lage die groesste Menge Druckgas hochen Druckes rationell zu liefern. Die. Einfuehrung der Luft oder des Gaes erfolgt durch Oeffnen des Ventiles 80 beim Ansaug oder Einlass- Hub des betreffenden Kolbens oder der gesamten Kolben

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Dabei ist es zweckmaessig, das Gehaeuse mit einem Vordruck zu fuellen, zum Beispiel mittels eines Turbochargers, um einen ausreichend hohen Druck Jenseits des Einlassventiles 80 zu haben, damit dieses prompt oeffnet und eine groesste Menge Luft, am besten vorverdichteter Luft oder Gas durch den Einlass des offenen Ventiles 80 im Kolbenkopfe-40 einstroemen laesst in den Zylinder hinein.

Eine weitere Neuigkeit der Ergindung ist, dass die Kolben 26 nur noch eine ganz kurze Achsiallaenge der voll zylindrischen Fuehrung erhalten. Sie entspricht etwa dem Kolbenkopfe mit den Kolbenringen 3. Radial nach aussen erstrecken sich davon lediglich noch die Kolvenfinger oder Kolben Arme 85 als Fuehrungsteile zur Verhinderung des Kippens oder Verkantens des Kolbens. Der Kolben selbst ist Jetzt zwecks Erzielung radialer Kompakt heit so ,kurz, dass er sich selber nicht mehr fuehrt. Die Fuehrung ueberne-h- tneri die Kolbenfinger oder Kolbenarme 85, indem sie an den Fuehrer ncje-Flaechen der Zylinderfuehrungsstege 23 gleiten. Die Kolben selbst haben zwischen ihren Armen oder Fingern Jetzt einen Hohlraum Θ6 , Die Kolben erreichen dabei eine aeusserst geringe Masse, sodass sie viele Huebe pro Zeiteinheit zulassen koennen und ausserdem koennen nach Figur 8 beide Achsial-Enden des Zentralzylinderraumes 15 durch Leitungen 78 ueber Auslass-Ventile 79 in die Weiterleitungen oder Sammelleitungen 77 foerdern. Das Aggregat erreicht so hoechste Leistung bei geringem Gewicht und Raum.

Auch die Figur 10 zeigt, dass es oft zweckmaessig ist, das erfindungs = gemaesse Einalssventil innerhalb des Hubkolbens anzuordnen. Zum Beispiel haben die Kolben 53 bis 55 der Figur 10 auch Einlassventile und zwar die Einlassventile 67. Ansonsten aber zeigt die Figur 10, dass es heute moeg = lieh ist, Kompressoren fuer eine hohe Liefermenge Gas oder Luft hohen Druckes erfindungsgemaess rationell zu schaffen. Dafuer erhalten die Kolbenkoepfe komplementaere Formen zünden Stirnflaechen der Auslass = ventile und der Kolbenhub wird so weit, oder -lang, dass die Kolbenkopf = spitzen die Zylinderdecke/. - und Auslassventil- Stirnflaechen fast ohne Zwischneraum beruehren. Auseerdem werden dadurch erfindungsgemaess solche Ventile moeglich, die hohe Temperaturen ertragen und im Handel billig und schnell erhaeltlich sind. Zum Beispiel Kugeln als Ventile 63 oder 64 der Figur 10. Diese sind im Handel fuer hohe Temperaturen und Drucke aus Glas, Porzellan, Stahl, Karbon oder Hartmetallen erhaeltlich. Die Komplementaerflaechen in den KoIben-Koepfen oder in den Einlassventilkoepfen der Einlassventile 67 sind in der Figur 10 mit "0" gekenn= zeichnet. Diese Kugelventile beduerfen keiner besonderen Fuehrungen .

Begrenzungsraeume 90, 91, in denen sie sich bewegen und dabei ihre Sitze osffnen und schliessen koennen, reichen aus. Diese Art Ventil Ausbildung eignet sich daher besonders fuer Kompressoren mit zwei = stufiger Verdichtung nach der Figur 10 fuer den Zweck der Lieferung grosser Luftmengen oder Gasmengen hoher Drucke, Hier ist in Figur gezeigt, dass der Erstkolben 53 gerade die unterste Lage hat. Der zweite Erstkolben 54 hat eine hoehere und der dritte Erstkolben 55 hat eine noch hoehere. Das soll andeuten, dass die drei Erstkolben zeitlich nacheinander arbeiten. Bei der Kompressionsbewegung

des betreffenden Erstkolbens 53,54,55 komprimiert der-Erstkolben Gas oder Luft und drueckt es durch das Auslassventil 63 heraus und mit dem erreichtem erstem Hochdruck in die Zweitzylinder 56,57,bzw. 58 hinein, wobei diese sich beim Abwaertshub der darin bewegten Kolben 59,60,61 mit dem Gas oder der Luft des ersten Hochdruckes fuellen. Danach bewegt sich der betreffende Zweitkolben im Zweitzylinder aufwaerts, um die schon hoch komprimierte Luft oder das schon hoch komprimierte Gas noch weiter zu verdichten und schliesslich mit dem zweitem Hochdruck ueber das zweite Hochdruckauslassventil des· betreffenden Endzylinders 56,57,58 durch die Sammel-Lieferleitung 65 in den Auslass oder die Weiterleitung zur Brennkammeranordnung weiter zu leiten. Der Erstzylinder 50 foerdert in den Zweitzylinder 56. Der Erstzylinder 51 foerdert in den Zweitzylinder 57 und der Erstzylinder 52 foerdert in den Zweizylinder Die Foederung der genannten Zylinder erfolgt zeitlich nacheinander und das Spiel'beginnt danach wieder von vorne, sodass eine dauernde Foerderung von hoch kompri mierter Luft oder Gas mit geringen Schwankungen und Fluktuationen erfolgt. Die Schwankungen und Fluktuationen des Druckes und der Liefermenge sind umsogeringer, je hoeher die ungerade Kolben und Zylinderzahl ist. Nicht gefoerdertes Restvolumen aus Totraum ist

nur teilweise Wirkungsgradverlust, weil die komprimierte Luft oder Gas ι
Q j darin wie--der expandiert und dabei den betreffenden Kolben zu treiben hilft.

Bei Kompressoren der Ausfuehrung nach dieser Figur koennen Gas- oder Luft-Drucke von 20 bis 100 oder noch mehr Bar erreicht und beherrscht werden. Dadurch lassen sich hohe Wirkungsgrade von Verbrennungsmo = j toren mit aeusseren Brennkammern verwirklichen. Die Erstkolben und die zugeordneten Zweitkolben, also 53 bis 55 und 59 bis 61 muessen fuer ihren Antrieb kraftschluessig miteinander verbunden sein, zum Beispiel durch Pleuel und Kurbelwellen, damit sie in richtiger Zeitfolge

zusammen arbeiten.

Die Figur 11 zeigt den Laen gsschnitt durch

eine. venEuri-rohr aehnliche Duese, durch die ich einen Gasstrom aus Kammer 72 in Richtung auf Kammer 76 sende, waehrend ich durch die Leitung 74 der Duese Brennstoffstaub zufuehre. Worau es erfindungs= gemaess ankommt, ist, dass die Geschwindigkeit des Druck gases, zum Beispiel der hoch komprimierte Luft oder des hoch komprimierten Wasserdampfes in Eingang 72 in einem bstimmtem Verhaeltnis zur Zuflussgeschwindigkeit des Brennpulvers, zum Beispiel des Kohlenstau = bes durch Leitung 74 in die Duesenenge 73 hinein besteht. Dadurch wird das gewuenschte Mischungsverhaeltnis und der Einblasdruck mit der Einblas-Geschwindigkeit bestimmt, mit der das Gas-Pulver Gemisch entweder durch die Engduese 75 oder durch die Wettduese 76 in die Brennkammer einer Aussenbrennkammer oder einer Innenbrennkammer eines Motors mit aeusserer oder innerer Verbrennung oder einer Heizungs Anlage geleitet werden soll. Ob Wasserdampf oder Luft verwendet wird, richtet sich danach, ob und wie weit das Pulver in dem Gase oder der Luft verbrennen oder nicht verbrennen soll. Das Gas, die Luft oder der Druck= dampf des Dueseneinganges 72 der Duese 71 mag aus einem der Kompre = ssoren der Erfindung entnommen sein oder aber in einem der heissen Brennraeume als Dampf aus Wasser geschaffen worden sein.

Durch verschiedene Details der gegenwaertigen Er-^-f indung und der Effindung(en) der Patentanmeldung vom 13. Juli 1982 ist es moeglich geworden, den Druckbereich des Verbrennungsmotors mit aeuse- rer Brennraumanordnung so weit in der Figur 9 der Erstanmeldung nach rechts zu verlegen, dass der Wirkungsgrad des Motors sich dem des Otto-Motors od&r des Ncset- Motors annaehert und dabei der Druck so hoch und die Temperatur im Brennraum so hoch,wird, dass im Brennraum sowohl Pulver, wie Fluessigkeit oder fester Brennstoff verbrannt werden kann. Gleichzeitig kann dabei die Leistung des Motors pro Gewicht und Raumbedarf aber ggf. noch kleiner werden, als die herkoem ml icher Motoren. Statt, wie in der Anmeldung vom 13.JuIi, Wasserstrahl« zur Zerstaeubung des Festbrennstoffes zu benutzen, kann man nach der gegenwaertigen Erfindung dafuer auch fluessige Brennstoffe verwenden. Das ist vor allem dann zu empfehlen, wenn der betreffende Motor mit Unterdrehzahl oder Unterlast laeuft. Denn dann mag es an Temperatur fuer die Direktverbrennung von Festbrennstoff-Staeben mangel/n.

Leerseite

Claims

PATENTANSPRUECHE

Heizanlage mit einer Brennkammer und nacheinander lie = fernden vorgeschalteten Kompressorkammern zur Lieferung von Luft in die Brennkammer hinein und mit einer Vorrichtung zur Verhinderung eines starken Abfallens des Druckes in der Brenn = kammer, dadurch gekennzeichnet,

dass der Brennraum mit einer Fuehrungsanordnung 1 zur gere = gelten Zufuehrung eines Festbrennstoffes, Brennstoffstabes, Brennstoffbandes , 4 , versehen ist und der Druck im Brennraum sp hoch gehalten ist, dass der Brennstab durch Eigenzuendung verbrennt und eine kontinuierliche Flamme im Brennpunkte 5 bei kontinuierlicher Druckluftzufuehrung aufrecht erhaelt.
2.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Brennkammer die Brennkammer eines Verbrennungsmotors mit aeusserer Verbrennung und der Brenn = kammer nachgeschalteten Expansionskammern ist, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte Brennstab 4 ein Festbrennstoff, zum Beispiel gereinigte oder gepresste Kohle in Form eines Stabes oder Bandes ist, und die kontinuierliche Verbrennung des Brennstabes in der der Brennkammer zugefuehr = ten komprimierten Heissluft zur Leistungsabgabe eines Motors verwendet ist.
3.) Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Brennstabe 4 eine Geschwindigkeitsregelung zur Be = Stimmung und Kontrolle der Zufuhrgeschwindigkeit zugeordnet ist und/oder der Brennstab in seiner ₍Fuehrung gegen Gasverl uste abgedichtet ist.
4.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fluessigkeitskolben 40 derart angeordnet ist, dass eine Kammer zwischen komprimierbaren konischen Ring = elementen mit einer Verdichter- oder Entspanner-Kammer 27 verbunden ist und eine Fluessigkeit in der Kammer 40 dann in die genannte Kammer 27 eindringt oder sie verlaesst und deren Volumen vergroessert oder verkleinert, wenn die Ringelemente 33, 35 komprimieren oder expandieren.

-2-
5.) Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Kammer 27 einen Deckel mit Einlassund Auslass-Ventilen 29j30 enthaelt und als Verdichter oder Entspanner fuer Luft oder Gas verwendet ist, wobei der genannte Wasserkolben oder Fluidkolben 40, also die Fluid = menge 40 untgerhalb der Kammer oder in ihr das Kammernvo = lumen komprimiert oder expandiert und dabei Gas oder Luft in sich komprimier oder expandiert.
6.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

dass die Verdichter kontinuierlich und . bei moeglichst gerin = ger Fluktuation komprimierte heisse Luft durch eine Duese 6 mit einer Querschnittsform und einder Querschnittsdicke geleitet wird, die der Querschnittsform und Dicke des Brennstabes 4 entspricht, oder die Dicke und Querschnittsform des Brennbandes der der Duese 6 entspricht, sodass die Brennstoffdicke 18 und die Duesendicke 19 bei entsprechenden Geschwindigkeiten des Brennstabes und durch die Duesen so aufeinander abgesteimmt sind, dass eine ideale volstaendige Verbrennung des festen Brennstoffes des Stabes oder des Bandes 4 erfolgt.
7.) Anlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke 18 und die Zufuhrgeschwindigkeit 12 des Brennsta -bes 4 der Form, Dicke 19 und Durchstroemungs- Geschwindigkeit und Druck angemessen angepasst ist, sowie die Stabbewegungsrich = tung und die Duesenrichtung, wie der Abstand des Stabes 4 und der Duese 6 fuer vollstaendige und perfekte Verbrennung aufein = ander abgestimmt Bind.
8.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben 26,40 eines Kompressors oder Entspanners ein Einlass-Ventil 80,67 zwecks Fuellung der Arbeitskammer 15, 50,51,52 durch den Kolben 53,54,55, 26, 40 hindurch enthaelt, sodass eine Einrichtungs - Gasstroemung durch die Arbeits = kammer erzielt wird und die Stirnfiaeche des Koibenkopfes oder des Ventilkopfes, 0, zur Stirnfiaeche des Auslassventiles 63,15 komplementaer angepasst ist, um Totr^um in der genannten Ar = beitskammer zu vermeiden und einen Motor mit aeusserer Verbre = nnung hohen Druckes und Wirkungsgrades zu schaffen.
9.) Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Brennkammer ein rotierendes Fluessigkeitsbad 23, insbesondere ein rotierendes Wasserbad 23 angeordnet ist.
10.) Anlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Verbrennung Wasser unter hohem Druck und unter feiner Zerstaeubung in die Brennkammer 20 eingespritzt und verdampft wird, um die Temperatur des Gases nach der Verbrennung auf eine fuer die Teile und Ventile brauchbare Temperatur zu senken, oder um durch Verdampfung des Wassers einen besonderen Atbeitseffekt der Anlage oder des Motors zu erzielen.
11.) Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Ventile Kugeln oder Rollen verwendet sind, die Kolbenoder Einlass-Ventilkoepfe kompiementaere Stirnflaechenteile haben oder die genannten Kugel- oder Rollen Ventile gedreht, gerollt, und/oder oszilliert werden.
12.) Alnage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdichtersatz mehrere Erstzylinder zeitlich nach = einander in Zweitzylinder foerdern, zum Beispiel die Erstzylinder 50,51,52 in die Zweitzylinder 56,57,58 ueber Ventile 63 zwi= sehen den Erstzylindern und Zweitzylindem foerdern, wobei diese Foerderung unter einem erstem Hochdruck erfolgt und dabei die Zweitzylinder beim Auswaertshube mit. diesem erstem Hochdruck gefuellt werden, um danach zeitlich nacheinander aus den genann= ten Zweitzylindern 56,57,58 heraus Hochdruckluft mit einem zweitem, hoeherem, Hochdruck ueber Ventile 64 in die gemein= same Sammelleitung 65 und Weiterleitung 66 zu foerdern.