DE440554C - Explosionsturbine mit Hilfsfluessigkeit - Google Patents

Explosionsturbine mit Hilfsfluessigkeit

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DE440554C
DE440554C DEG59245D DEG0059245D DE440554C DE 440554 C DE440554 C DE 440554C DE G59245 D DEG59245 D DE G59245D DE G0059245 D DEG0059245 D DE G0059245D DE 440554 C DE440554 C DE 440554C
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water
turbine
explosion
cylinder
auxiliary liquid
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DEG59245D
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FRITZ GUETTLER
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FRITZ GUETTLER
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid

Description

  • Explosionsturbine mit Hilfsflüssigkeit Um die Wirtschaftlichkeit solcher Kraftwerke sicherzustellen, deren Gestehungskosten, wie z. B. die der Wasserkraftanlagen, sehr hoch sind, ist man dazu übergegangen, auch den Nachtstrom der Kraftwerke dadurch auszunutzen, daß durch Elektrolyse Wasserstoff hergestellt wird. Dieser Wasserstoff kann, soweit er nicht in der Industrie, z. B. zum autogenen Schweißen, verbraucht wird, am Kraftwerk selbst aufgespeichert werden, um durch Verbrennung die Tagstrommenge des Kraftwerkes zu steigern. Ähnliches gilt für Windkraftwerke. Infolge der außerordentlich hohen Verbrennungstemperatur des Wasserstoffs war dies bisher nur durch wärmetechnisch unwirtschaftlichere Verbrennung des Wasserstoffs unter Dampfkesseln möglich. Denn obgleich Wasserstoffmotoren schon vielfach vorgeschlagen worden sind, haben diese sich eben infolge der außerordentlich hohen Verbrennungstemperaturen, denen kein Baustoff, insbesondere kein Kolbenverbrennungsmotor in der üblichen Form, auf die Dauer zu widerstehen vermag, nicht praktisch verwirklichen lassen.
  • Gemäß der Erfindung wird nun das aus Sauerstoff und Wasserstoff bestehende Knallgasgemisch zum Betrieb an sich bekannter Explosionsturbinen mit Wasser als Hilfsflüssigkeit benutzt. Dies bringt den Vorteil, daß der als Verbrennungsrückstand entstehende Wasserdampf sich sogleich nach der Explosion zu Wasser verdichtet und sich dem Wasserkolben der Maschine beimischt. Hierdurch entsteht infolge der Volumenverminderung unmittelbar nach der Explosion ein starker Unterdruck, der zum Ansaugen des frischen Knallgases für die nächste Ladung verwendet wird. Man erhält auf diese Weise ohne besonderen Energieaufwand eine rasche Füllung des Zylinders, und auch die Ausscheidung der Verbrennungsrückstände kann, da sie eine Flüssigkeit geworden sind, in einfacher Weise erfolgen.
  • Indem man Knallgas in einer Turbine mit Hilfsflüssigkeit zur Verbrennung bringt, erhält man die Möglichkeit, um 'die hohen Explosionstemperaturen zu beherrschen, da hier die Kühlung des Explosionsraumes und der arbeitenden Hilfsflüssigkeit möglich ist, zumal letztere auch noch außerhalb des Zylinderraumes in dem eigentlichen Turbinengehäuse gekühlt werden kann.
  • Eine weitere Vereinfachung des Aufbaues und Betriebes der Maschine ergibt sich noch dadurch, daß nur eine gesteuerte Gasöffnung für den Einlaß des Knallgases in den Motorzylinder vorgesehen zu werden braucht.
  • Da der Explosionsraum durch den Unterdruck nach erfolgter Explosion mit Frischgasen vollkommen gefüllt ist, wirkt auch die Verdichtung stark abfedernd auf die schwingende Wassermasse.
  • Die Zeichnung veranschaulicht schematisch als Beispiel eine Ausführungsform des neuen Motors, und zwar zeigt Abb. i einen Längsschnitt durch den Motor. Abb. 2 stellt das untere Gehäuse des Motors teils in Ansicht, teils im Schnitt, von oben gesehen dar.
  • Abb.3 zeigt das Turbinengehäuse einer Maschinenhälfte in Ansicht und in Richtung der Turbinenachse gesehen.
  • Der Motor besitzt die beiden nebeneinanderstehenden Zylinder io und i i. Jeder Zylinder hat nur eine Ö3nung 12 und 13, die zwecks Zuführung des F riscligases durch ein gemeinsames Organ, beispielsweise einen Schieber 14, in beliebiger Ausführung gesteuert wird. Wasserstoff und Sauerstoff werden zweckmäßig in getrennten Kanälen i 2a, 121' und 13a, 13 b zugeführt und vereinigen sich erst kurz vor ihrer Entzündung im Explosionsraum selbst.
  • An jeden Zylinder schließt sich nach unten ein Rohrkrümmer 15, 16, dessen Öffnung 17, 18 an dem dem Zylinder benachbarten Ende dem Durchmesser dieses Zylinders entspricht, während er sich bei seiner Krümmung aus der lotrechten in die waagerechte Richtung mehr und mehr erweitert (vgl. Abb. 2 und 3). Die beiden Krümmer 15, 16 stoßen in Flanschen i 9 an diesen erweiterten Enden zusammen und sind beispielsweise durch Schrauben miteinander verbunden. Im Innern der Krümmer 15, 16 sind Verdrängung 2o, 21 angeordnet, die kegelähnliche Form haben und deren Spitzen 22, 113 nach dem Zylinderraum i o, ii zeigen. Die Verdrängerkörper 2o, 21 erweitern sich entsprechend der Erweiterung der Krüminer 15, 16 in der Weise, daß an der Stelle der Verbindungsflanschen 19 die Krümmer 15, 16, zwischen diesen und den Verdrängungskörpern 20, 21 ein Ringkanal 24 verbleibt, dessen Querschnitt z. B. etwa dem eines Zylinders 1o oder i i entspricht.
  • In diesem Ringraum 24 läuft der Schaufelkranz eines Turbinenrades 25, dessen Welle 26 die Verdrängerkörper 2o, 21 und die Krümmer 15, 16 durchsetzt, so daß sie bei 27 und 28 zu beiden- Seiten des Motors austritt und beispielsweise ein Schwungrad 29 tragen oder mit einer Maschine beliebiger Art gekuppelt sein kann.
  • Zur Kühlung der Maschine können die Zylinder i o, i i in üblicher Weise von einem Wasserkühlmantel3o umgeben oder auch vollständig in einem Wasserbade angeordnet sein. Ebenso können die Krümmer 15, 16 von außen durch Wasser gekühlt werden. Da sich auch im Innern der Zylinder eine Hilfsflüssigkeit, und zwar Wasser, befindet, so werden die Zylinderwandungen, welche den bei Wasserstoffverbrennung außerordentlich hohen Explosionstemperaturen ausgesetzt sind, von allen Seiten gekühlt. Hierdurch wird die in den Zylinderwandungen sich bei jeder Explosion aufspeichernde Wärme nach außen und innen an die Kühlflüssigkeit abgegeben.
  • Um auch die Betriebsflüssigkeit im Innern der Zylinder noch außerhalb der Zylinderräume kräftig, besonders auch dort zu kühlen, wo sie, wie in den Ringräumen 3 i und 32, in verhältnismäßig dünnem Strahl fließt, empfiehlt es sich, nicht nur die Krümmer 15 und 16 außen zu kühlen, sondern auch den Verdrängerkörpern 2o, zi innen Kühlwasser zuzuführen. Zu diesem Zwecke kann jeder Verdrängungs'körper 20, 2 i beispielsweise durch eine schmale, hohle Rippe 33 mit der Außenwand des Krümmers 15 oder 16 verbunden sein. Hierdurch 'kann Kühlwasser dem Stutzen 34 zugeführt werden, das, durch die Wandungen der Rippe 33 entsprechend gefährt, das Innere der Verdrängungskörper 20, 21 durchströmt und bei 35 wieder austritt.
  • Die Wirkungsweise der Turbine ist die folgende: Die Krümmerräume und ein Teil der Zylinderinnenräume ist mit Wasser angefüllt. Wenn der Motor, wie bei der in der Zeichnung dargestellten Ausführung angenommen ist, im Zweitakt arbeitet, so steht beispielsweise in dem Augenblick der Explosion im Zylinder i i der WasserspiegH 36 des Betriebswassers nur wenig unterhalb des Zylinderdeckels 3 fi, während in diesem Augenblick das Wasser in dem Zylinder i o seinen tiefsten Stand bei etwa 38 erreicht hat. Befindet sich nun in dem Raum 39 oberhalb des Wasserspiegels 36 verdichtetes Knallgas und wird dieses z. B. -mittels der Zündkerze 40 entzündet, so wird durch den Explosionsdruck das Wasser in dem Zylinder i mach abwärts getrieben. Da . s ch durch die Explosion der Wasserstoff mit denn- Sauerstoff zu Wasser verbindet und dieses Wasser sich als einziger Explosionsrückstand mit dem Be;riebswasser vereinigt, so entsteht, während sich die B.etriebsiwassersäule im Zylinder i i nach der Explosion nach abwärts bewegt, in -dem Raum 39 des Zylinders i i ein Unterdruck, welcher bei entsprechender Steuerung des Schiebers 14 zum Einsaugen des Frischgasgemisches für die nächste Explosion verwendet werden kann.
  • Das Betriebswasser, welches im Zylinder i i durch die Explosionsgase nach abwärts bewegt wird, wird nun durch den Krümmer 16 und den Verdrängungskörper 2 i derart geführt und umgelenkt, daß es als geschlossener Ringstrahl in voller Beaufschlagung auf die Schaufelung 41 des. Laufrades 25 trifft, zweckmäßig, nachdem es entsprechend einstellbare Leitschaufeln 42 durchströmt hat. Es empf; ehlt sich auch, an der Austrittsseite des Betriebswassers* aus der Laufradschaufelung 41 einstell- oder regelbare Leitschaufeln 43 vorzusehen, zwischen denen sich die Geschwindigkeit des austretenden Wassers in Druck umwandelt. Bei einer entsprechenden, von Hand regelbaren oder selbsttätig durch den Strömungsdruck des Wassers bewirkten Einstellung der Leitschaufeln 43 ist es möglich, die dem Wasser beim Austritt aus der Laufradschaufelung 4 i noch innewohnende Energie in ausreichenden Druck umzuwandeln, durch welchen, während das Betriebswasser im Zylinder io nach aufwärts steigt, das über dem Wasserspiegel 38 befindliche Frischgasgemisch möglichst hoch verdichtet wird.
  • Nach Verdichtung der Frischgase im Zylinder io erfolgt im oberen Totpunkte des Wasserspiegels 38 die Zündung in diesem Zylinder mittels der Zündkerze 40a. Die B.etriebswassersäule kehrt ihre Bewegungsrichtung um, pendelt also zwischen den beiden Zylindern i o und - i i dauernd hin und her, wobei jedoch das Laufrad 25 infolge der Stellung der Leitschaufeln 42, 43 stets so beaufschlagt wird, äaß sich sein Drehsinn nicht ändert.
  • Der Querschnitt der Explosionszylinder kann, um die Strömungs- und-Druckverhältnisse des Betriebswassers zu beeinflussen und auch, um eine möglichst große Kraftleistung bei geringem Gewicht des Betriebswassers zu erhalten, in an sich bekannter Weise veränderlich sein. So ist beispielsweise durch den strichpunktierten Linienzug 58 in Abb. i angedeutet, wie der Zylinder i i mit einem nach dem Turbinenrade hin enger werdenden Querschnitt ausgeführt werden könnte. Es ist empfehlenswert, den Querschnitt beider Zylinder in gleicher Weise auszuführen. Es kann durch diese Form auch erreicht werden, da.ß die Beaufschlagungsgesch'windigkeit des Wassers während jedes Arbeitsspiels möglichst gleichbleibt.
  • Ein Verlust an Betriebswasser wird durch das Wasser, welches bei der Verbrennung des Knallgases entsteht, ergänzt, doch kann auch sonst Betriebswasser zu irgendeinem geeilt, neten Zeitpunkt des Arbeitsspiels nachgefüllt oder auch gegebenenfalls abgezapft werden, wenn in dem betreffenden Zylinder etwa Atmosphärendruck herrscht.
  • Anstatt nur zwei Zylinder i o und i i in der vorher beschriebenen Weise miteinander arbeiten zu lassen, 'kann eine beliebige Anzahl von Zylindern oder Zylindergruppen verwendet werden, die entweder gemeinsam auf ein Turbinenrad 25 oder auf mehrere beliebig geschaltete Räder arbeiten. Hierbei könnten auch für alle Zylinder oder Zylindergruppen besondere Ausströmleitungen und, getrennt hiervon, besondere Auffangleitungen. oder Düsen angeordnet werden, die gegebenenfalls durch Einschaltung von Rückschlagventilen selbsttätig arbeiten. In diesem Falle kann die B'eaüfschlagung des Laufrades stets von der einen Seite erfolgen, während auf der anderen Seite das austretende Wasser aufgefangen und dem betreffenden Zylinder zugeführt wird.
  • Auch kann eine spezifisch leichtere Flüssigkeit als Wasser mit höherer Verdampfungstemperatur als letzteres die Wasserspiegel bedecken, um das Verdampfen des Wassers zu verhindern. Auch können mehrere Laufräder benutzt werden, die (entweder mehrstufig hintereinandergeschaltet sind oder jedes für sich eine besondere Bieaufschlagung mit oder ohne mehrstufiger Beaufschlagung desselben Rades besitzt.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Explosionsturbine, bei welcher die Explosionsgase auf Wasser wirken, das eine Turbine beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß, Knallgas als Betriebsmittel verwendet wird.
  2. 2. Turbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlung nicht nur in üblicher Weise von innen durch die Hilfsflüssigkeit und durch einen Zylinderkühlmantel, sondern auch im eigentlichen Turbinengehäuse erfolgt.
  3. 3. Turbine nach Anspruch i oder 2, dadurch ge'kennzeic'hnet, daß die Zylinder beim Betriebe mit reinem Knallgas nur je ein Einlaßorgan besitzen.
  4. 4. Turbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Strömungsweg des Wassers im unteren Teil innerhalb des Zylinderraumes ein Verdrängungskörper liegt.
  5. 5. Turbine nach Anspruch i und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper eine kegelähnliche Form mit einer zum Explosionsraum zeigenden Spitze besitzt, so daß er den geschlossenen Wasserstrahl, der nach erfolgter Explosion aus dem _Zylinderrohr schießt, auf einen entsprechend dünneren Strahl von breiterer Ausdehnung umformt.
  6. 6. Turbine nach Anspruch i, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdrängungskörper dem Betriebswasserstrahl einen derartigem ringförmigen Querschnitt gibt, daß er an der übertrittsstelle in das Laufrad, dem Schaufelungsquerschnitt entsprechend, das ganze Turbinenrad voll beaufschlagt.
  7. 7. Turbine nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die L°itradschaufeln des Ringkanals einstellbär sind und der bei jedem Arbeitsspiel sich ändernden Austritts- oder überströmgeschwindigkeit entsprechend geregelt werden. B. Turbine nach Anspruch i, bei der als Hilfsflüssigkeit mehrere sich nicht mischende Stoffe verwendet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die *spezi$sch leichtere Flüssigkeit, z. B. Öl, eine höhere Verdampfungstemperatur besitzt als Wässer, um bei den hohen Explosionstemperaturen des Knallgases eine Verdampfung des als Hilfsflüssigkeit dienenden Wassers zu verhindern.
DEG59245D 1923-06-08 1923-06-08 Explosionsturbine mit Hilfsfluessigkeit Expired DE440554C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE865840C (de) * 1949-04-01 1953-02-05 Kuno Dreyer Dipl Ing Brennkraftmaschine mit hin und her pendelndem Wasserkolben

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE865840C (de) * 1949-04-01 1953-02-05 Kuno Dreyer Dipl Ing Brennkraftmaschine mit hin und her pendelndem Wasserkolben

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