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Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen, unter Druck befindlichen
Kraftmittels für die Speisung von Torpedomotoren Gegenstand der Erfindung ist eine
Vorrichtung zur Erzeugung eines gasförmigen, unter Druck befindlichen Kraftmittels
für die Speisung von Torpedomotoren durch Verbrennung eines Gemisches von Luft und
flüssigem Brennstoff und Einspritzung eines Kühlmittels vor dem Einlaß in den Motor.
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Der Zweck der Erfindung besteht darin, in einer solchen Vorrichtung
den gänzlichen Verbrauch der Brennluft zu erzielen. Es ist bekannt, daß es, selbst
von einem theoretisch richtigen Gemisch ausgehend, praktisch nicht möglich ist,
einen gänzlichen Verbrauch aller Bestandteile des Gemisches zu erzielen.
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Bei üblichen Brennkraftmaschinen hat man gesucht, an Brennstoff zu
sparen, indem man einen Überschuß an Brennluft einließ. Bei Torpedomotoren ist es
aber angebracht, an verdichteter Luft zu sparen und aus diesem Grunde ist es besser,
einen Überschuß an Brennstoff zu verbrauchen. Man muß dann den vollständigen Verbrauch
der Brennluft zu erzielen suchen, selbst auf Kosten eines unv erbrannten Brennstoffüberschusses.
Das Gewicht der Behälter, die in einem Torpedo zum Mitführen der Luft dienen, ist
sehr hoch, und durch Verminderung des Luftverbrauches für eine bestimmte Arbeitsleistung
verkleinert man nicht nur das Gewicht der Luft, sondern auch dasjenige des Behälters.
Dieser Vorteil könnte nicht durch Verminderung des Brennstoffverbrauches erzielt
werden. Trotz dieses Brennstoffüberschusses kann es aber vorkommen, daß, wenn man
in einer Verbrennungskammer ein Gemisch aus Brennstoff und Luft ohne besondere Vorsicht
einführt, eine gewisse Luftmenge unverbraucht austritt.
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Die Vorrichtung gemäß der Erfindung beseitigt diesen Nachteil.
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Die Erfindung besteht hauptsächlich darin, daß die Vorrichtung innerlich
in mehrere nacheinanderfolgende Verbrennungskammern und eine anschließende Kühlkammer
eingeteilt ist, wobei Brennluft nur am Einlaß der ersten Kammer eintritt, wo auch
eine enste Einspritzung von Brennstoff unter Zündung des Gemisches erfolgt, während
weitere Brennstoffeinspritzungen in die Einschnürungen erfolgen, mit denen jede
Verbrennungskammer in die nächstfolgende bz-,v. in die Kühlkammer übergeht und wobei
jede Verbrennungskammer durch eine dünne Wand abgegrenzt ist, welche mit der äußeren
Wand der Vorrichtung einen ringförmigen Raum bildet, in welchen die Flüssigkeit
strömt, welche in die nächste Kammer eingelassen wird.
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Es sind Motoren für abgestufte Verbrennung bekannt, bei welchen die
Brennstoffeinspritzungen in der Zeit abgestuft sind, aber an einer gleichen Stelle,
d. h. im Motor selbst
stattfinden. Bei der neuen Vorrichtung dagegen
sind die Einspritzungen im Raume abgestuft und finden kontinuierlich in der gleichen
Zeit statt. Der Raum, in welchem die Verbrennung stattfindet, befindet sich übrigens
nicht im Motor selbst, sondern in einer Anordnung von Kammern, aus welchen das unter
Druck befindliche Gas in einen Motor ohne innere Verbrennung geleitet wird.
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Es ist ein Vergaser bekannt, bei welchem der Einlaß des Brennstoffes
an zwei nacheinanderfolgenden Stellen stattfindet, jedoch wird in diesem Falle der
Brennstoff, der an der zweiten Stelle entweicht, nicht entzündet, sondern nur zerstäubt
und verdampft. Es handelt sich somit dort nicht um eine abgestufte Verbrennung.
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Es ist schließlich eine Vorrichtung bekannt zur Vorwärmung des Brennstoffes
in einem Raum, der die Verbrennungskammer umgibt, aber in diesem Fall erfolgt der
Einlaß in nur einem Punkte und nicht in im Raum nacheinanderfolgenden Punkten.
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Mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes sind auf der
Zeichnung dargestellt.
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Fig. i zeigt einen axialen Schnitt durch einen Kraftmittelerzeuger
gemäß der Erfindung, bei dem zwei Verbrennungskammern und eine Kühlkammer vorgesehen
sind.
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Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch eine einfachere Vorrichtung mit
zwei Verbrennungskammern, von denen die letzte ebenfalls als Kühlkammer ausgebildet
ist.
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Die Fig. 3, 4 und 5 zeigen weitere Ausführungen dieser vereinfachten
Bauart.
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Gemäß Fig. i besteht der Kraftmittelerzeuger aus einem kräftigen Gefäß
i, das durch Scheidewände 5 und 6 in drei Kammern 2, 3 und 4 eingeteilt ist. In
den Wänden 5 und 6 sind für den Durchgang der Gase mittlere Öffnungen vorgesehen.
Die Brennluft tritt bei 7 in die Kammer 2 ein und wird z. B. durch eine gelochte
Glocke 8 gleichmäßig verteilt. Die Brennluft wird zum größten Teil in dieser Kammer
mit dem Brennstoff in Berührung gebracht, der durch einen Zerstäuber 9 eingespritzt
wird.
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Bei dieser Ausführung ist die Verbrennungskammer 2 innen durch eine
dünne Wand i o begrenzt, die bei i i in einer Einschnürung ausläuft und in die mittlere
Übergangsöffnung des Bodens 5 mündet. Der ringförmige Raum 12 zwischen der Wand
io und der Gefäßwand i ist durch kleine Öffnungen 13 mit einem ringförmigen Kanal
14 verbunden, der selbst mit einer Rohrleitung 15 in Verbindung steht. Durch diese
wird der flüssige Brennstoff herbeigeleitet. Der Zweck des Kanals 14 und der Öffnungen
13 besteht darin, den Brennstoff im ringförmigen Raume 12 gleichmäßig zu verteilen.
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In diesem Raume wird der Brennstoff erhitzt, ganz oder teilweise verdampft
und in gewissen Fällen mehr oder weniger in Gase zersetzt, die mit dem Sauerstoff
eine sehr kräftige Reaktion eingehen (Wasserstoff, Methan o. dgl.). Die Zersetzung
kann gegebenenfalls durch einen Katalysator beschleunigt werden, der sich im Raume
12 befindet.
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Der in diesem Raume vorbereitete Brennstoff strömt durch kleine Öffnungen
16, die in der- Innenwand io vorgesehen sind, in die Einschnürung i i. Hierbei wird
er mit den aus der Kammer 2 strömenden Gasen vermischt. Da an dieser Stelle die
Wirkung der Gase geschwächt ist, erfolgt das Mischen der Gase und des Dampfes unter
guten Bedingungen für die Verbrennung der letzten Reste der Brennluft in der nachfolgenden
Verbrennungskammer 3. Beim Austritt aus der Einschnürung i z treten die Gase in
den erheblich größeren Querschnitt der Kammer 3, wodurch ihre Strömungsgeschwindigkeit
vermindert wird und Wirbelungen erzeugt werden, die zum vollständigen Verbrauch
der Brennluft beitragen.
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Die Kammer 3 ist ebenfalls durch eine dünne Innenwand 1 7 begrenzt,
die mit einer in der mittleren Öffnung der Scheidewand 6 befindlichen Einschnürung
2o versehen ist. Die Innenwand 17 bildet auch hier mit der Außenwand des Gefäßes
einen ringförmigen Raum 18, der einerseits durch Löcher 22 mit einem kingkanal2i
in Verbindung steht, welcher durch eine Rohrleitung 23 gespeist wird, und anderseits
mit der Einschnürung 2o durch kleine Löcher 24 in Verbindung steht. Durch die Rohrleitung
23 wird in den ringförmigen Raum 18 ein Kühlmittel eingelassen. Das Kühlmittel,
z. B. eine Flüssigkeit, strömt durch den Raum 18, wird erhitzt, verdampft und gegebenenfalls
zersetzt und schließlich durch die Öffnungen 24 in den aus der Kammer 3 strömenden
Gasstrom eingelassen. Dort zersetzt sich das Kühlmittel weiter und mischt sich in
der Kammer 4 mit den Verbrennungsgasen, bevor diese durch die Öffnung 25 in die
Kraftmaschine eingelassen werden. Durch das Zumischen des Kühlmittels wird die Temperatur
der verbrannten Gase herabgesetzt.
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Die Einschnürung im Boden der Kammern 2 und 3 hat den Vorteil, daß
sie den in Reaktion befindlichen Gasen ein Hindernis entgegensetzt und daß sie ein
kräftiges Durchrühren der Gase bewirkt.
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Die dünnen Wände io und ii kommen zwar unmittelbar mit den brennenden
Gasen in Berührung, jedoch wird ihre Beschädigung
dadurch verhindert,
daß sie durch die durch die Ringräume strömende Kühlflüssigkeit stark gekühlt werden.
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Die Kühlflüssigkeit wird in die Verbrennungsgase nur an einer Stelle
eingelassen, wo die Brennluft bereits vollständig verbraucht ist, so daß die Verbrennung
durch den Einlaß des Kühlmittels nicht gestört werden kann, wie dies bei bekannten
Vorrichtungen der Fall ist, wo die Kühlflüssigkeit dort eingelassen wird, wo die
Verbrennung beginnt oder noch nicht beendet ist. Dies ist bei den bekannten Vorrichtungen
dieser Art um so mehr zu befürchten, als die benutzte Kühlflüssigkeit gewöhnlich
aus Wasser besteht.
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Bei der Vorrichtung gemäß der Erfindung kann Wasser ohne Störung der
Verbrennung und ohne Gefahr von Neuzündungen benutzt werden. Es kann jedoch vorteilhafter
sein, statt Wasser einen flüssigen Brennstoff zu benutzen, z. B. Petroleum, Benzin,
Alkohol o. dgl., oder eine Flüssigkeit, die thermodynamische oder thermochemische
Eigenschaften besitzt.
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Zur Erhöhung der Leistung kann es weiter von Vorteil sein, die zu
verdampfende Flüssigkeit mehr oder weniger vorzuwärmen, damit sie sich in Bestandteile
zersetzt, die einen besseren Wirkungsgrad sichern.
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Besteht die zu verdampfende Flüssigkeit z. B. aus Äthylalkohol, so
kann man bei passend gewählter Temperatur und etwaiger Benutzung eines Katalysators
im Raume 18, die nachfolgende Zersetzung erzielen: C., H, O = H. -;- C H4 +
CO,
die zwar Wärme verbraucht, jedoch schließlich zur Erzeugung einer größeren
Anzahl gasförmiger Moleküle für einen bestimmten Druck und eine bestimmte Temperatur
führt. Dies ist insbesondere für eine Kolbenkraftmaschine von Vorteil.
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Die Gegenwart eines Katalysators ist in gewissen Fällen unentbehrlich.
Selbst in den Fällen, wo die Temperatur allein einwirkt, kann man nicht in beliebiger
Weise während der Einführung der Gase die Temperatur der eingelassenen Flüssigkeit
regeln. Dadurch können sehr verschiedenartige Zersetzungen bewirkt werden, die für
den Wirkungsgrad der Vorrichtung weniger vorteilhaft sind.
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Wird als Brennstoff Äthylalkohol benutzt, so kann der Katalysator
aus Zink in Gestalt von Spänen bestehen, die durch die Verbrennung in der Vorrichtung
auf eine Temperatur von annähernd 55o° C erhitzt werden, wobei dann der Äthylalkohol
sich in Wasserstoff (H.), Acetaldehyd (CH3COH), etwas Äthylen (C.H.) zersetzt und
das Acetaldehyd sich seinerseits in Kohlenoxyd (CO) und in Methan
(CH,) zu zersetzen sucht. Die Fig. 2 zeigt eine vereinfachte Ausführung,
bei welcher die Kammer 3, die Innenwand 17 und die Rohrleitung 23 der ersten Ausführung
beseitigt w=orden sind.
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In diesem Falle erfolgt nur eine zusätzliche Einführung von Brennstoff
durch die Öffnungen 16 der Einschnürung r1, durch welche die Verbrennung der letzten
Luftmengen in der Kammer 4. bewirkt wird. Hierbei genügt es, zur Herabsetzung der
Temperatur der Verbrennungsgase auf das gewünschte Maß eine genügend große Brennstoffmenge
einzuführen.
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Gemäß Fig. 3 ist in der Innenwand ro der Verbrennungskammer 2 ebenfalls
eine Einschnürung 26 vorgesehen, die diese Kammer von der nachfolgenden trennt.
In dieser Einschnürung befindet sich ein Rohrring 27, der von mehreren radial angeordneten
Rohrstücken 28 getragen wird, durch welche der verdampfte oder zersetzte Brennstoff
eingelassen wird. Dieser mischt sich mit den aus der Kammer 2 austretenden Verbrennungsprodukten
und tritt zu diesem Zweck durch kleine Öffnungen 29,30 im Rohrring 27 aus.
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Bei der Ausführung nach Fig.4 ist der Rohrring 27 der vorhergehenden
Ausführung durch einen Hohlkörper 32 von fast kegelförmiger Gestalt ersetzt, in
welchem ebenfalls kleine Löcher 29, 30 für das Einspritzen des Brennstoffes
in den Gasstrom vorgesehen sind.
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Bei der Ausführung nach Fig.5 ist die Innenwand der Verbrennungskammer
durch eine Rohrschlange 32 gebildet, deren Windungen sich berühren. Der Brennstoff
wird bei 33 in diese Rohrschlange eingelassen, verdampft und zersetzt sich mehr
oder weniger und entweicht durch eine Reihe Löcher 34, die in den letzten Windungen
der Rohrschlange vorgesehen sind. Der entweichende Brennstoff mischt sich mit den
aus der Verbrennungskammer austretenden Verbrennungsgasen.