DE369044C - Vorrichtung zur Erzeugung von Stickoxyd durch Explosion - Google Patents

Description

. Es ist bekannt, den Kreisprozeß van Gasmaschinen zur Bilduinig von iStickoxyd heranzuziehen. Bei 'der Gaskiraftimasdhine zersetzt sich aber dler gebildete !Stickstoff, größtenteils wieder während der Expansion, so daß ■die Gasmaschine our mit besonderen Abänderungen ¹ZUT Erzeugung von Sticfcstoffverfoiodungen herangezogen werden -kann'. Die Gasmaschine hat für diesen -chemischen Prozeß den Nachteil, daß die Bewegung dies Kalibens abhängt yon der Bewegung der das Schwungrad tragenden Kurbelwelle. In^ folged'essen tritt an den Totpunkten eine sehr langsame Bewegung des Kolbens ein, so daß die Verdichtung am Schluß und die Expansion am Anfang· nur bei !geringer Kölbengesehwindigkeit durchgeführt wird. Infolge der langsamen Expansion finden die. gelbildeten Stickstoffoxide Zeit, sich wieder zu zersetzen.

Gemäß der vorliegenden' Erfindung wird dieser Ü'belstand riadlurdh !beseitigt, daß der Explosionsrauim dlurchi einen freifliegenden schwerere Kolbenrbegrenzt wird, der durch¹ die Explosionsgase bewegt wird, miit großer Geschwindigkeit sich idem Hübende nähert und bei der Explosion eine viel raschere Beschleunigung erfahren kann, als ein an eine Kurb'öl angeschlossener Kolben. Infolgedessen tritt nach der Explosion eine so rasche Expansion und .rasche Kühlung ein, daß die gebildeten: Stickoxyde großenteils untersetzt bleiben und gewonnen werdien -können.

Der freifliegende Kolben hat ferner den Vorteil, daß er die Anwendung einer Vorzündung gestattet. Bei der gewöhnlichen Gasmaschine ist die Vorzündlung nachteilig, weil infolge der dadurch -entstehenden, besonders leibhaften Explosion übermäßige Stöße auf das Triebwerk ausgeübt werden. Bei 4P" einem freifti-egehden. Kolben, hat 'dagegen die . vor der Erreichung des 'Hubendes eintre^- tenide Vorzündung den" Vorteil, daß der Verdichtungsstoß vermindert wird), indem die Bawegungsuimkehr 'dies Kolbens durch·' die auftretende Druekstaigerung· im- Verdichtungsraum besicfaleunigt wird. Inifolgedessen ist ;d^;ie Anwendung des freifliegenden- Kolbens für die Bildung «von Stickoxyid'en durch! Entzündung explosibler iGemische ein wesentlicher Vorteil gegenüber dem mit der Kurbel verbundenen -Kolben der gewöhnlichen " Gasmaschine.

' In der Zeichnung ist ein. -A'usführungsbeispiel einer gemäß der Erfindung ausgeführten Einrichtung dargestellt. ' : . ".

■Bei der Ausführung der Erfindung in -der dargestellteni-Weise ist ein Kolben vorigesehen m-it stufenweise abigesetztem Durchmesser, welcher innerhalb eines Zylinders hin und her

beweglich' ist, dessen Bohrung entsprechend gestaltet dst.

Wenn 'es erwünscht ist, d'aß die Vorrichtung in sich- selbst geschlossen und geeignet ist, selbst das verbrennbare Gas und die Aüsblaseliuft zu, messen, zu verdichten und anzusaugen, können der Kolben und der Zylinder mit drei .Stufen, ausgeführt werden. Das eine Ende α des Kolibens wird' durch die Explosionsgase innerhalb des ■ Zylinders b beeinflußt, während das andere Ende c in dier Kammer d ein Gas verdichtet, welches seinerseits nutzbringendle äußere Arbeit leistet. Die Ringräume e, f bildet der Kolbenteif g innerhalb der Zylinderstufen h, i.

Der Rimgraium e dient dazu, den Brennstoff anzusaugen und der Verbrennungskammer b zuzuführen, zweckmäßig in solchem Verhältnis, d'aß das Gemisch sich nicht entzündet, ehe -es in dien Verbrennungsraum mit der Verbrennungsluift, die aus dem zweiten Ringraum / zugeleitet wird, gemischt wird.

•Wenn die Vorrichtung im Zweitäkt arbeitet, s© wird! die Rückbewegung, die dem Krafthu'b folgt, durch die Energie bewirkt, die in einem oder mehireren elastischen Kissen aufgespeichert ist, welche zweckmäßig zum Zweck der Steuerung veränderliche Fassungskraft haben.

Der Brennstoff wird 'zweckmäßig soweit als möglich vorgewärmt, und dies kann dadurch geschehen, .daß er diuireh einen Wärmeaustauscher oder Wied'ererhitzer k, I hindürchgeführt wird, in dem er einen Teil der fühlbaren Wärme der Verbrennungsprodukte, welche aus dem Zylinder b diurch eine große Auspufföffnung m, austreten, aufnimmt. Ein Teil dieser fühlbaren Wärme kann ferner benutzt werden, um die Druckluft oder ain and'eres aus der Kammer d abgehendes Gas zu erhitzen, ehe dieses für Kraftziwedke verwendet wird.

Das Ausspülen der Vorrichtung muß so vollständig wie möglich sein, um zu verhindem., daß das brennbare Gemisch mit tragen Gasen verdünnt wind, !beispielsweise CO₂ und H2O. Die Ausspüliluft und der Brenn- S stoff .können unter Drude gebracht werden ! während! «ines. Hubes des Kolbens, um wäh- j rend des nächsten Hubes verwendet zu j werden. " j

Der Kolben kann, falls gewünscht, hohl und mit einer geeigneten Kühlvorrichtung versehen sein., beispielsweise indem die Aus- j spülluft darin kreist, so daß sie ihre erste Vorwärmung vor dam Eintritt in den Wärmeaustauscher erhält, in. welch letzterem sie dann noch weiter vorgewärmt wird.

Die Wirkungsweise der dargestellten Vorrichtung ist folgende:

Man nehime an, daß der Kolben α am Ende seines Hubes nach links steht und hinter dem Kolben sich eine verdichtete Ladung explo- \ sibleo Gemisches befindet. Die Ladung wird j durch einen elektrischen Funken, und nach- 65.. : dem das Ventil η geschlossen ist, der Kolben unter hohem Druck nach rechts getrieben. Die Gase expandieren bis das linke Ende des Kolbens die Auspufföffnung m erreicht. Da diese einen großen j Durchgang besitzt, fällt der Druck sehr nasch j und die Auspuffgase fließen abwärts durch ι den röhrenförmigen Wiedererhitzer k, I ah ! und der Absorptionsrvorrichtung, in welcher das Stickoxyd gewonnen wird, zu. Sobald der Druck genügend gefallen ist, wird Aus-L spülluft, welche unter geringem Druck in dem Röhrensystem 0, p .aufgespeichert ist und durch die Ventile n, q gesteuert wird, durch Öffnung des Ventiles η eingeleitet, so daß die Auspuffgase gegen die Öffnung m getrie'ben werden. Der Kolben:, vollendet dann seine Bewegung nach rechts. Wenn der Kolben nach links zurückkehrt, wird Luft in der Kammer / verdichtet und durch .das Ventil q in die obere Hälfte k des röhrenförmigen Wiedererhitzers hindurch in die Kammer b gedruckt. Ein wenig später wird die reiche Gasmischuhg -aus e, welche jetzt einen gewissen Druck hat, durch den Kanal r und das Ventil s. in die 'Kammer b hineingedr.ückt, wo sie sich mit der- heißen Luft mischt. Der Kolben schließt dann· den Kanal m und' verdichtet dias explosible Gemisch, worauf ein neuer Kreislauf ibeginnt. -

Die Vorgänge innerhalb des Zylinders sind folgende:

Der nach rechts gehende Kolben sauigt eine reiche Gasmischung durch das Einlaßventil t an und wirkt dann bei der Rückbewegung nach links als Verdichter, indem er dieses Gemisch durch den 'Kanal' r und das Ventil s in ■die Kammer b überdruck! Der genaue Druck, bei welchem das Ventil ί sich öffnet, kann durch eine Fedterbelastung bestimmt werden.

Wenn der Durchgangs durch den Kolben α geschlossen ist, steigt der Druck in b schneller als der in e und¹ das Ventil s schließt sich, da die Länge des übrigbleibenden Raumes im Zylinder h größer ist als die des zu- rückbleibendien Raumes in der Kammer b.

Die Kammer / mit dem Kolben c bildet eine gewöhnliche Luftpumpe und während der Kolben sich nach rechts bewegt, wird Luft durch das Ventil« und den ringförmigen Raum· f angesaugt, und wenn der Kolben nach links bewegt wind, wird dliese Luft durch das Ventil q in den Wiedlererhitzer k und¹ aus diesem in die Kammer b gedrückt, solange der Durchgang m offen ist. Wenn dieser Durchgang sich sdhließt, so steigt der Druck in h schneller infolge d'es geeignet gewählten Ver-

hältnisses der Größe der Räume, als der Druck ivsf, so daß das Ventilη sich sofort schließt und 'der Kollben bei der weiteren Bewegung nach links nuT-die Luft in dem Rölirensystem -zwischen den Ventilen q und« verdichtet.

(Die Vorgänge in der Kammer d sind folgende:

■Wenn der Kolben sich nach rechts bewegt,

ίο wird¹ die Luft verdichtet und dann unter Übersdhreitang des Venitils ν zu einiem nicht dargestellten Drudiluftsammler geleitet. 'Diese Albleitung wird! -unterbrochen, sobald der Kolben den Durchgang w abschließt und von d'ieser Stalle an- wird die Luft weiter in der am Ende !geschlossenen Kammer, ei verdichtet, bis die kinetische Energie dies (bewegenden KoI-'bens auf gebraucht ist. Die Buffer wirkung der Druckluft leitet dann die Rüdklbewegung

ao des Kolbens .mach links ein und erteilt diesem eine lebendige Kraft, ''bis die Luft in der Kammer d bis 'zu Atmosphärenspannung expandiert ist. iVon da alb saugt der Kolben frische Luft durch, das Ventil χ -während des Restes des Hubes .an.

Die Vorrichtung rwind in Gang gesetzt, indem d'er Kolben in solche Lage gebracht wird, daß er sich ungefähr in der Mitte seines Hubes befindet. Dann· wird¹ von Hand in die Kammer b ein explosibles Gemisch eingepumpt uod dieses auf elektrischem Wege entzündet, so daß der Kolben eine Anfangsbewegung nach recihts erhält und das Gas am Ende der Kammer ei verdichtet. Der kleine Einlaß- ond¹' Auslaßkanal der Kammer b, welche au diesem Zweck notwendig sindl, sind in d'er Zeichnung nicht dargestellt. Es könnte notwendig sein¹, das Einlaßventil χ während des ersten Hubes nach rechts offen zu halten, aber nach dem ersten HuIb arbeitet die Vorrichtung vollkommen selbsttätig.

•Der langsamste Teil der'Bewegung tritt gegen- das Ende der Kolbenbewegung nachrechts ein und dies gilbt den Ausspülgasen Zeit, mit verhältnismäßig geringem Druck den Zylinder auszuspülen. Die elektrische Zündung wird durch, eine Kontakt-Vorrichtung erhitzt, die zweckmäßig in dem kalten Zylinder f untergebracht ist. Der einstellbare Peststelilkontakt ist an der Wandung des Zylinders f befestigt, während der Kolben c den beweglichen Kontakt trägt. Der Funke im Zylinder b iwird¹ etwas vor dem Ende des Huibes hervorgebracht, so daß die möglichst hohe Explosions temperatur erreicht wird.

Wenn die Gase vor der Verdichtung erhitzt werden·, kann die Zündung und Vorzündung plötzlich eintreten. .

- Wenn veränderliche Fassungskraft der Luftkissen gewünscht wind, so kann die Pufferluft in einem oder mehreren Gefäßen untergebracht sein, die den verlangten Druck enthalten) und mit 'dem Zylinder oder dem Teil der Vorrichtung verbunden sind, an dem die Pufferwirkung gewünscht'ist. Da die Drucksteigerung, welche indem Lu'ftpuffer erreicht wird, von der gesamten Fassungskraft des Puffers abhängt, kann die Bewegung des Kollbens durch- Einpumpen oder Auslassen der Puiffierluit verändert werden... .

Wenn mit dem Kolben eine Kolbenstange verbunden undl durch! eine Stopfbüchse im Ende der Kammer d Mn-durchgefüfart wird, so kann diese Stange mit schwingenden Gewichten gekuppelt werden, welche gegenüber ⁷S ihren Schwingachsen einstellbar sind, so daß ihr Trägheitsmoment vergrößert -otter verringert werden kann. Eine Vergrößerung des Trägheitsmomentes bringt eine langsamere Hin- und Herbewegung des Kolbens hervor. Solche schwingbaren Gewichte gewähren daher eine Vorrichtong zur Beeinflussung der Geschwindigkeit des Kolbens.

Claims (2)

Patent-Ansprüche: 8S

1. Vorrichtung zur Erzeugung von Stickoxyd' durch· Explosion "eines Sauerstoff und Stickstoff enthaltenden Gemisches in einem- durch einen' beweglichen Kolben begrenzten Raum, dadurch gekennzeichnet, d'aß diie Raumbegrenzung durch einen freifliegenden schweren Kolben bewirkt wird..

2. Vorrildhbung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der frei-fliegende Kolben (a, g, c) aus drei gleichachsigen Teile« verschiedenen Durchmessers besteht und in einem entsprechend abgestuften, mit Zuilaß- und Auslaßkanälen versehenen Zylinder beweglich ist, -wobei der erste Teil (δ) des Zylinders d'ile Verbrennungskammer, der zweite Teil (e) die Kammer -zum Ansaugen und Eindrükken des explosiblen Gemisches in die Ver-. forennungskammer (δ) und ^rder dritte Teil (/) eine Kammer zum Ansaugen und Verdichten der Spüllu'ft bildet, während die Kammer (ei) vor dem Ende des Kolbens eine Verdicbtungskamimier bildet. ,110

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.