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Verfahren zum Betriebe von Verbrennungskraftmaschinen mit festen,
pulverförmigen Brennstoffen. Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betriebe von
Verbrennungskraftmaschinen, bei welchen feste, pulverförmige Brennstoffe in innigem
Gemisch mit Luft Verwendung finden und ein Zusammenballen, Festsetzen und Anbacken
des Pulvers auf dem Wege vom Vorratsbehälter bis zur Verbrauchsstelle dadurch verhütet
werden soll, daß das Gemisch beständig oder absatzweise in Bewegung gehalten wird,
so daß es nicht zur dauernden Ruhe gelangt und das Pulver nicht aus dem Gemisch
zu einer festen oder backenden Masse sich ausscheiden und absetzen kann. Bei bekannten
Motoren konnte bisher nicht mit Sicherheit verhütet werden, daß der Brennstoff bei
geringer werdendem Verbrauch sich auf dem Wege zur Entnahmestelle anstaute und zusammenpreßte,
wobei die beigemischte Luft mehr oder weniger ausgetrieben wurde. Es mußte infolgedessen
der Weg vom Vorratsbehälter bis zur Verbrauchs- oder Entnahmestelle möglichst kurz
bemessen werden, trotzdem eine gute sichere Lagerung des Vorratsbehälters nahe der
Verbrauchsstelle gewöhnlich schwierig ist, da es oft an Platz fehlt.
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Durch die Erfindung sollen die schädlichen Folgen aller Stauungswiderstände
und Verstopfungen in den Zuführungsleitungen mit Sicherheit vermieden und die Entmischung
von Luft und Brennstoffpulver so weitgehend verhütet werden, daß es möglich wird,
den Vorratsbehälter je nach den örtlichen Verhältnissen von der Verbrauchsstelle
beliebig weit entfernt anzuordnen. Erreicht wird das gemäß der Erfindung dadurch,
daß das lockere Gemisch von Luft und pulverförmigem Brennstoff in einem Kreislaufe
an der Verbrauchs- oder Entnahmestelle vorbeigeführt wird, welche daraus nur die
jeweilige Verbrauchsmenge entnimmt.
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Dabei kann das kreisende Gemisch nicht nur an allen Zylindern oder
Verbrennungskammern derselben Maschine, sondern auch an mehreren örtlich voneinander
getrennten Maschinen vorbeigeführt werden. Um die Fördermöglichkeit des Pulverluftgemisches
auch auf größere Entfernungen zu erreichen, wird das für den Kreislauf bestimmte
Gemisch vorteilhaft auf höhere Spannung gebracht.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele von zur Ausübung
des neuen Verfahrens geeigneten Vorrichtungen schematisch dargestellt.
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Abb. i zeigt im senkrechten Schnitt, teilweise in der Ansicht, die
Gesamtanlage einer Verbrennungskraftmaschine, der das Brennstoffpulver unmittelbar
nach seiner Mahlung, also bei gleichmäßiger Durchsetzung mit einer verhältnismäßig
geringen Luftmenge, zugeführt wird.
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Abb. 2 ist ein Querschnitt nach der Linie A-B der Abb. i ; die Abb.
3 bis 5 stellen verschiedene andere Ausführungsformen von Vorrichtungen zur Erzielung
eines Kreislaufes des Brennstoffpulvers dar.
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Abb. 6 ist ein Schnitt nach der Linie C-D der Abb. 5.
Abb.
7 veranschaulicht im senkrechten Schnitt, teilweise in der Ansicht, eine Vorrichtung
zur Erzielung eines hochgespannten Kreislaufes.
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In der Gesamtansicht (Abb. i) besitzt die Kraftmaschine einen Zylinder
r: mit offener Düse 2, die gegen den Zylinder zu eine Verengung, z. B. Lochplatte
3, besitzt. Die gegebenenfalls schon vorzerkleinert gelieferte Kohle wird in den
Schüttrumpf q. einer Pulvermühle 5 eingebracht, aus der ein Gebläse 6 den Mahlstaub
absaugt und durch Leitung 7 zu einem Windsichter 8 befördert, von dem die groben
Teile durch Leitung 9 in die Mühle 5 zurückgelangen, während das genügend feine
Staubluftgemisch durch einen Erhitzer io und Leitung ii in einen Vorrats- oder-
Ausgleichsbehälter 12 befördert wird, von wo aus der Überschuß durch Leitung 13
in die :Mühle 5 zurückkehrt, so daß der Kreislauf geschlossen ist und das Gemisch
in beständiger Bewegung bleibt. An Stelle des Gebläses 6 kann auch eine beliebige
andere Fördervorrichtung in den Kreislauf eingeschaltet sein, z. B. eine Kolben-,
Kapsel- oder Zahnradpumpe. Der Schüttrumpf 4. ist als Vortrockner für die Kohle
ausgebildet und kann mit den Abgasen und dem Kühlwasser der Kraftmaschine in geeigneter
Weise beheizt werden. Ebenso bildet der Gemischerhitzer io eine Wärmeaustauschvorrichtung,
die, wie aus der Zeichnung ersichtlich, mit den Abgasen der Kraftmaschine geheizt
werden kann. Beim Durchgang durch den Erhitzer io wird das Gemisch vorgewärmt. Diese
Vorerhitzung kann bis fast auf die Entzündungstemperatur des Brennstoffpulvers gesteigert
werden, so daß das Gemisch beim Eintritt in den Arbeitszylinder i sofort entflammt.
Mittels der Drosselklappen 1q. kann der Zutritt der Abgase zum Erhitzer io geregelt
und dieser gegebenenfalls ganz ausgeschaltet werden. Der Antrieb der Mühle 5, des
Gebläses 6 und des Windsichters 8 kann beliebig erfolgen, beispielsweise wie in
der Zeichnung, durch die Kraftmaschine selbst. Eine Riemenscheibe i5 auf der Kurbelwelle
16 treibt mittels Riemen 17 die Mühlenwelle 18, die ihrerseits mittels Riemenantriebes
ig die Gebläsewelle 2o antreibt, deren Drehung ein weiterer Riemenantrieb 21 schließlich
auf die Windsichterwelle 22 überträgt.
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Der Vorrats- oder Ausgleichbehälter 12, ist oben durch einen Deckel
23 dicht verschlossen. Mit seinem trichterförmigen unteren Teile ist er auf ein
Gehäuse 2.4, das auf dem Zylinderdeckel 25 befestigt ist, aufgesetzt. In dem Gehäuse
drehen sich zwei einander parallele gegenläufige Schleuderschnecken 26, 27 (Abb.
2), die einerseits zu beiden Seiten der Trichteröffnung des Behälters 12 und andererseits
zu beiden Seiten des Düsenfüllv entils 28 münden. Sie werden dauernd in rascher,
gegenläufiger Drehung erhalten, so daß die eine von ihnen das Kohlenstaubluftgemisch
vom Behälter 12 zum Düsenventile 28 und die andere es von hier nach dem Behälter
12 zurückbefördert. Die Schnecken 26, 27 erhalten beliebigen Antrieb, z. B. mittels
eines besonderen Elektromotors oder, wie in der Zeichnung, durch eine in die Auspuffleitung
29 eingeschaltete Turbine 3o, deren Laufrad 31 auf der verlängerten einen Schneckenwelle
sitzt, die die erhaltene Drehung mittels Stirnrädern 32, 33 überträgt (Abb. 2).
Anstatt von den Abgasen der Verbrennungsmaschine kann das Laufrad 31 der Turbine
auch von einem anderen Druckmittel, z. B. von der Einblasedruckluft oder von dem
unter Druck zuströmenden Kühlwasser, Schmiermittel, Spülmittel o. dgl., getrieben
werden. Die Schnecken 26, 27 sind so ausgebildet, daß sie das geförderte Kohlenpulver
bei seinem Vorbeigange am Düsenfüllventile 28 kräftig mit Luft durchwirbeln. Sie
schleudern infolge der erzeugten Zentrifugalwirkung bei Eröffnung des im Maschinentakte
gesteuerten Düsenventils 28 die jeweils erforderliche Menge Brennstoffpulver in
die Düse 2 hinein. Ein Anstauen des Brennstoffpulvers und damit ein Verstopfen der
Durchgänge ist unmöglich gemacht, weil der zweite Schneckenstrang 27 den jeweils
durch das mehr oder weniger öffnende Füllventil 28 nicht in die Düse z gelangenden
Überschuß an Brennpulver zum Vorratsbehälter 2 zurückbefördert.
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In Abb. i sind zwei verschiedene Kreisläufe zum Inbewegunghalten des
Brennstoffpulvers dargestellt. Der eine Kreislauf geht aus der Mühle 5 durch das
Gebläse 6 und die Leitung 7 nach dem Windsichter 8, von hier weiter durch Leitung
ii zum Vorrats- oder Ausgleichsbehälter 12 an der Entnahmestelle und durch Leitung
13 zur Mühle 5 zurück. Ein zweiter Kreislauf wird durch die Schnecken 26 und 27
zwischen dem Vorratsbehälter 12 und dem Düsenfüllventile 28 aufrechterhalten. Anstatt,
wie gezeichnet, mehrere Kreisläufe hintereinanderzuschalten, kann auch nur einer
davon angewandt werden. So kann z. B. der Vorrats-oder Ausgleichbehälter 12 unmittelbar
über die Düsenfüllöffnung 36 gesetzt werden, so daß der kleine Kreislauf mit den
Schnecken 26, 27 weggelassen werden kann. Das Füllen der Düse 2 erfolgt in diesem
Falle bei Eröffnung des Düsenfüllventils 28 unter dem Einflusse eines im Behälter
12 herrschenden, durch das Gebläse 6 erzeugten Überdruckes. Man kann aber auch den
großen Kreislauf aus der Mühle 5 heraus fortlassen und mit dem durch die Schnecken
a6, 27 erzeugten kleinen Kreislauf zwischen Behälter 12 und Füllventil 28 allein
arbeiten. Der Behälter i2 dient dann als Vorratsraum und muß je nach seinem Fassungsvermögen
von Zeit zu Zeit besonders mit Brennstoff gefüllt werden. Letztere Arbeitsweise
ist überall dort möglich, wo die örtlichen Verhältnisse die Anordnung eines genügend
großen Vorratsbehälters nahe der Verbrauchsstelle gestatten.
Die
Abb. 3 bis 6 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Vorrichtungen zur Erzielung
eines solchen kleinen Kreislaufes des Brennstoffpulvers unmittelbar an der Entnahmestelle
vorbei.
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Bei der Ausführungsform nach Abb. 3 ist im unteren Teile des trichterförmigen
Brennstoffbehälters 12 eine Scheidewand 34 eingebaut, die eine Durchtrittsöffnung
35 aufweist. In diesen laternenförmigen Raum 35 mündet die Düsenfüllöffnung 36,
die durch ein nicht gezeichnetes Abschlußorgan im Maschinentakte geschlossen und
freigegeben wird. Zu beiden Seiten der Zwischenwand 34 sitzt je ein Schleuderrad
37, 38 auf einer gemeinsamen Welle 39, die in beliebiger `''eise Antrieb erhält.
Das Schleuderrad 37 fördert den aus dem Vorratsbehälter 12 nachdrängenden Brennstoffstaub
nach dem Raum 35 und wirft ihn bei Freigabe der Düsenfüllöffnung 36 in einer deren
Öffnungsweite und -dauer entsprechenden Menge in die Düse, während der nicht verbrauchte
Überschuß vom andern Schleuderrad 38 erfaßt und wieder in den Vorratsbehälter zurückgeführt
wird.
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In Abb. ¢ sind im unteren Teile des Vorratsbehälters 12 wieder durch
Einbauten 34 zwei Kanäle 40, 41 beiderseits der Düsenfüllöffnung 36 für das Zuströmen
und Wegführen des Brennstoffpulvers gebildet worden. Durch eine Schleuderschnecke
42 wird das durch den Kanal 4o kommende Pulver nach der Düsenfüllöffnung 36 gefördert
und, soweit es bei der Öffnung des Düsenfüllorgans nicht in dieDüse tretenkonnte,
dem Kanal 41 zugeführt, durch den es wieder in den Vorratsbehälter 12 gelangt.
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Die Abb. 5 und 6 zeigen eine Ausführungsform, bei der das Kohlenpulver
aus dem Vorratsbehälter i2 auf eine rasch umlaufende Schleuderscheibe 43 gelangt.
Infolge entsprechender Schrägstellung der Schaufeln 44 der Schleuderscheibe
43 sowie unter dem Einfluß der Zentrifugalkraft wird das Kohlenpulver nach dem Umfang
der sich drehenden Scheibe 43 und durch die Düsenfüllöffnurig 36 bei Öffnung des
Düsenventils 28 gedrängt. Der Überschuß des geförderten Brennstoffes strömt in der
in Abb. 5 eingezeichneten Pfeilrichtung durch die Rückwurfschaufeln 43-T des zweiten
Radkörpers 43h mit Hilfe der feststehenden Diffusorschaufeln 431 zum Vorratsbehälter
12 zurück.
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In Abb. i ist der durch das Gebläse 6 erzeugte Kreislauf des Brennpulvers
nur an der Düse einer Einzylindermaschine vorbeigeführt. Man kann aber auch sämtliche
Düsen oder Verbrennungskammern einer Mehrzylindermaschine oder mehrere Maschinen
in den Kreislauf einschalten oder mit diesem eine besondere Abteil- und Zuführvorrichtung
speisen, die ihrerseits wieder den Brennstoff den beliebig weit entfernt liegenden
Verbrauchsstellen zuführt. Eine solche Anordnung ist in Abb. 7 als Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt. Dabei wird das Pulverluftgemisch in der Zuführungsvorrichtung
auf hohe Spannung gebracht, so daß auch größere Förderwege überwunden werden können.
Der Druck des Gemisches kann derart gesteigert werden, daß er auch zur Überwindung
des Kompressionsenddruckes im Arbeitszylinder der Verbrennungsmaschine ausreicht,
so daß diese keine besondere Einblaseluftpumpe zu besitzen braucht. Die zweckmäßig
vorzerkleinerte Kohle wird wieder in den Schüttrumpf 4 aufgegeben und gelangt von
hier in die Pulvermühle 5, aus der das lockere und infolge des Mahlvorganges mit
Luft durchsetzte Pulver durch das Gebläse 6 abgesaugt wird. Die Welle 2o des Gebläses
6 erhält ihren Antrieb mittels Riemenantriebes i9 von der `'Felle 45 aus, die z.
B. von einem Elektromotor 46 aus angetrieben wird. Das Gebläse 6 befördert das Gemisch
in einen als Windsichter ausgebildeten trichterförmigen Vorratsbehälter 12, dessen
unterer Auslauf durch das Ventil 47 abgeschlossen ist. Der Vorratsbehälter 12 ist
durch eine Leitung 48 mit der Mühle 5 verbunden, durch welche die abgesichteten
gröberen Teile sowie der zuviel geförderte und nicht verbrauchte Überschuß wieder
zur Mühle 5 zurückgeführt wird. Das Ventil 47 wird von der Motorwelle 45 durch Vermittlung
eines Nockens 49 und einer Zugstange 50 gesteuert. An die durch das Ventil
47 verschlossene Auslaßöffnung des Behälters 12 schließt sich ein Aufnahmeraum 51
an, in welchen beim jedesmaligen Öffnen des Ventils 47 eine entsprechende Brennstoffmenge
eingewirbelt wird. Der Einlagerungsraum 51 besitzt ein Entlüftungsventil 61, welches
vor dem jeweiligen Öffnen des Füllventils 47 durch Vermittlung eines Nockens 62
auf der Motorwelle 45 angehoben wird. Im Einlagerungsraum 51 wird das Brennstoffgemisch
mittels Preßluft auf hohe Spannung gebracht und dann unter hohem Drück im Kreislauf
an den eigentlichen Verbrauchsstellen vorbeigeführt, beispielsweise, wie gezeichnet,
an den Düsen 52 einer Zweizylindermaschine. Die Preßluft zur Herstellung dieses
Hochdruckkreislaufes wird in einem Kompressor 53 erzeugt und durch die Leitung 54
dem Einlagerungsraum 51 zugeführt. Der Eintritt der Preßluft in den Raum 51 wird
durch das Ventil 55 gesteuert. In der Auslaßleitung 56 ist ein weiteres gesteuertes
Abschlußventi157 angeordnet, welches den Übertritt des hochgespannten Gemisches
aus dem Einlagerungsraum 51 in die zu den einzelnen Zylindern i der Verbrennungsmaschine
führende Leitung 58 steuert. jeder Zylinder i besitzt ein gesteuertes, im Hub regelbares
Einlaßventil 59. Vom letzten Arbeitszylinder i führt eine Leitung 6o das nicht verbrauchte
Gemisch zum Vorratsbehälter 12 zurück. In der Leitung 6o können Druckminderer 63
eingebaut sein, worin der zum
Behälter i2 zurückkehrende Überschuß
auf normale Spannung reduziert wird.
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Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Bei geschlossenen
Ventilen 55 und 57 wird das Füllventil 47 geöffnet und der Einlagerungsraum 51 mit
Brennpulver gefüllt. Das Einbringen des Pulvers in den Raum 51 erfolgt unter dem
Einflusse eines im Behälter 12 herrschenden, vom Gebläse6 erzeugtenÜberdruckes.
Sobald die genügende Menge Brennstoffpulver in den Aufnahmeraum 51: eingewirbelt
worden ist, wird das Füllventil 47 geschlossen und dann das Preßluftventil 55 in
der Leitung 54 geöffnet, worauf der Einlagerungsraum 51 mit der Hochdruckluft des
Kompressors 53 aufgefüllt wird. Diese hochgespannte Kompressorluft drängt den Inhalt
des Einlagerungsraumes 51 durch das sich nun öffnende Ventil 57 in die Leitung 58.
Nach dem Ausblasen des Raumes 51 schließt sich das Ventil 57 wieder, worauf
das Entlüftungsventil 61 geöffnet wird und die Preßluftfüllung des Raumes-51 nach
außen entweicht. Dadurch wird der Einlagerungsraüm 51 auf atmosphärischen Druck
gebracht, so daß er beim folgenden Öffnen des Füllventils 47 durch den im Behälter
12 herrschenden Überdruck leicht mit Brennstoffpulver gefüllt werden kann.
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Der in der Leitung 58 erzeugte Druck kann so groß gewählt werden,
daß er den Kompressionsenddruck in den Arbeitszylindern i überwindet, so daß diese
keine besondere Einblaseluftpumpe zu besitzen brauchen. Bei Öffnung der gesteuerten
Einblaseventile 59 tritt dann ohne weiteres die der Öffnungsweite und -dauer
entsprechende Gemischmenge in die Arbeitszylinder i ein. Ein Zusammenpressen des
Kohlenpulvers wird durch die Luftbeimischung verhindert. Das Pulver kann sich auch
bei hohem Druck und langen Förderwegen niemals in der Förderleitung anstauen und
brikettieren, weil bei verminderter Entnahme durch die Verbrauchsstelle der Überschuß
immer wieder weiter -bewegt und zum Vorrat zurückgeführt wird.
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Natürlich kann man auch bei der Einrichtung nach Abb. 7 den Kreislauf
aus der Mühle 5, durch Gebläse 6, Vorratsbehälter 12 und Leitung 48 weglassen und
nur mit dem Hochdruckkreislauf durch die Leitungen 58 und 6o allein arbeiten. Der
Vorratsbehälter i2 muß dann wieder besonders mit Brennstoff gefüllt werden.
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Die in den Brennstoffkreislauf eingeschalteten Vorbereitungsvorrichtungen
für das Kohlenpulver, wie Trockner, Staubmühle, Sichter, Staubabscheider und Erhitzer,
können von der Kraftmaschine getrennt in einen besonderen Raum aufgestellt werden,
so daß der Kraftmaschinenraum von allen Hilfs- und Vorbereitungsvorrichtungen frei
bleibt.