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Brennkraftmaschine für feste, Pulverförmige Brennstoffe mit einer
vom Arbeitszylinder abgeschnürten Brennkammer Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Brennkraftmaschine für feste, pulverförmige Brennstoffe mit einer vom Arbeitszylinder
durch einen Drosselkanal abgeschnürten Brennkammer mit im Betrieb glühender Wandung,
in die der Brennstoffeingebracht und der größte Teil der Luft des Arbeitszylinders
am Ende des Verdichtungshubes überführt wird.
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Beim Betrieb von Brennkraftmaschin:en für feste, pulverförmige Brennstoffe
ergehen sich bekanntlich erhebliche Schwierigkeiten. Es sind hierbei besonders als
große Übelstände die rasch erfolgende starke Verschmutzung der Maschine und der
große Verschleiß des Werkstoffes durch die Verbrennungsrückstände zu nennen.
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Man suchte diese Übelstände bisher auf verschiedene Art und Weise
zu bekämpfen. So ist vorgeschlagen worden, die Asch@ebildner aus dem Brennpulver
vermittels chemischer Vorbehandlun,g desselben aus diesem überhaupt zu entfernen,
um bei der Verbrennung eines derart behandelten Bnennpulvers in der Maschine zu
günstigen Ergebnissen zu gelangen.
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Des weiteren bemühte man sich, den durch die harten Rückstände verursachten
Verschleiß von Zylindern und Kolben dieser Maschinen dadurch ,auf einem praktisch
zulässigen Maß zu halten, daß man diese Teile aus besonders widerstandsfähigem Sonderwerkstoff
herstellte.
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Es mag vorteilhaft erscheinen, die Rückstände ergebenden Anteile des
Brennpulvers vor der Anwendung aus diesem zu entfernen; doch muß man sich ,aus wirtschaftlichen
Gründen mit einer nur teilweisen Entfernung dieser Bestandteile begnügen. Es können
daher Verschmutzung und Verschleiß dieser Maschinen durch die Anwendung dieser Verfahren
wohl vermindert, aber nicht vollkommen beseitigt werden. Auch bei Anwendung eines
verschleißfesten Werkstoffes bleibt, abgesehen von der Kostspieligkeit ,eines solchen,
der Übelstand der bekannten äußerst schnellen Verschmutzung der Maschine und des
Schmieröls noch bestehen.
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Durch die vorliegende Erfindung wird ein Weg zur Beseitigung dieser
Übelstände vor-,-es.chlagen. Die Erfindung besteht in der besonderen Vereinigung
verschiedener, zum Teil an sich bekannter Maßnahmen, und zwar darin, daß zunächst
der Brennstaub sowie Wasser oder Wasserdampf in die Brennkammer eingeführt und zusammen
mit zugeführter Luft vergast "werden, ferner der
Drosselkanal zwischen
Arbeitszylinder und Brennkammer im Sinne der Erzeugung einer kreisenden Bewegung
des Bnennkammierin'haltes bei Eintritt der Verdichtungsluft in die Brennkammer mündend
angeordnet ist und schließlich die in der Brennkammer sich bildende, durch Zusatz
von Flußmitteln fließfähig gemachte sowie durch die Bewegung des Brennkammerinhaltes
ausgeschleuderteund amBoden der Brennkammer niedergeschlagene Asche über eine besondere
Ableitung, unter Abschirmung des Übertrittes in den Drosselkanal, abgeführt wird.
Bei dieser Anordnung wird eine Trennung der gasförmigen Verbrennungsprodukte von
den festen Rückständen innerhalb der Maschine von dieser selbsttätig besorgt, so
daß die Verbrennungsgase frei von festen Rückständen in denArbeitszylinder hinein
entspannt werden, während dieRückstände in Form flüssiger Asche zurückgehalten und
beim Betrieb abgezapft werden.
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Die beiliegende Zeichnung erläutert die Arbeitsweise einer Maschine
gemäß der Erfindung an einem Ausführungsbeispiel. Die zur Verbrennung bestimmte
Brennpulvermenge wird in einen mit dem Arbeitszylinder durch einen Drosselkanal
f verbundenen Brennraum a eingeführt, dessen Wandungen sich beim Bietrieb auf hoher
Glühtemperatur befinden und in den gegen Hubende der größte Teil der Verbrennungsluft
überführt wird.
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Das in die hocherhitzte Brennkammera eingebrachte Brennpulver wird
zunächst vor der Verbrennung durch Beigabe von Wasserdampf und durch Zuführung beschränkter
Luftmengen in der Brennkammer vergast, wobei die Umwandlung der Kohle in Gegenwart
der Luft und des Dampfes nach der bekannten Reaktion 4C-(- 02+2H20 = q. C O -f-
z H2 verläuft. Auf diese Weise erhält man in der Brennkammer nunmehr einen gasfärmigen,
unter dein Namen Mischgas bekannten Brennstoff.
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Die Behandlung eines Brennpulvers mit Wasserdampf ist an sich nicht
mehr neu, insofern, als man bereits vorgeschlagen hat, das im Dieselverfahren nur
sehr schwer zündende Pulver von Schwelrückständen dadurch zur Entfl.ammung zu bringen,
daß man es im heißen Zustand mit überhitztem Wasserdampf in Berührung bringt, um
auf diese Weise eine schnelle Durchzündung des Kokspulvers im Zylinder infolge Wassergasbildung
zu ermöglichen, wobei also die W.assergasanteile als Initialzünder für das schwerentzündliche
Brennpulver wirken sollen.
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Im vorliegenden Falle wird eine Zündung des Brennpulvers durch die
Gasentwicklung nicht erstrebt; vielmehr steht die zugeführte Luft in einem solchen
Verhältnis zur Kohle, daß die durch Dissoziation des Wasserdampfes bewirkte Wärmebindung
durch die bei der Entstehung von C O frei werdende Wärme ausgeglichen wird. Ein
Temperatursturz innerhalb des Reaktionsgemisches wird also vermieden, wodurch ein
ungestörter, schneller Verlauf der Reaktion gewährleistet ist, der noch in günstigster
Weise durch die starke Temperaturstrahlung der glühenden Kammerwandung beeinflußt
und ,anfänglich auch eingeleitet wird.
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Die benötigte Luftmenge, entstammt der Einblaseluft für das Brennpulver
oder der anfänglich in geringeren Mengen zuströmenden Verbrennungsluft.
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Während des Vergasungsvorganges werden naturgemäß die Asche bildenden
Bestandteile des Brennpulvers frei und schweben zum Teil als feine Teilchen in der
Gasmasse der Kammer, wobei sie nun weiter der Einwirkung von Flußmitteln ausgesetzt
werden, die zusammen mit dem Breimpulver in die Kammer eingeführt worden sind.
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Flußmittel, wie z. B. Alkaliverbindungen u. a., haben bekanntlich
die Eigenschaft, den Schmelzpunkt von Kohlenaschen außerordentlich herabzusetzen.
Besonders die Chloride der Alkalien, die zu den in der Hitze am leichtesten flüchtigen
Alkallsalzen zählen, sind daher für die vorliegende Aufgabe als besonders wirksam
,anzusehen.
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Durch die Wirkungsweise solcher in den Brennraum eingebrachten Flußmittel
wird erreicht, daß die an sich erst bei Temperaturen von i i oo bis i 6oo° schmelzenden
Aschepartikel nunmehr bei wesentlich tieferen Temperaturen, also schon bei der Temperatur
des Vergasungsvorganges, durch die Einwirkung des Flußmitteldampfes zum Fließen
kommen und sich daher schneller zu größeren Tropfen vereinigen, als es sonst durch
natürliches Zusammensintern der Fall wäre.
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Diese Tropfen flüssiger Asche unterliegen vermöge ihrer Schwere in
erheblichem Maße der Trägheit, sie suchen also eine ihnen erteilte Bewegungsrichtung
zu erhalten und folgen daher einem schnellen Richtungswechsel des sie tragenden
Gases nicht mehr. Es ergibt sich somit die Möglichkeit, die Aschetropfen mittels
Schleuderwirkung aus der Gasmasse zu entfernen und an der Brennkammerwandung in
flüssiger Form niederzuschlagen.
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Zur Ausübung der Schleuderkraft kann in vorteilhafter und einfacher
Weise die kinetische Energie der in die Brennkammer gegen Ende des Verdichtungslrub.es
eingeschobenen Verbrennungslluft angewandt werden, was beispielsweise derart geschieht,
daß man die mit hoher Geschwindigkeit einströmende Verbrennungsluft in an sich bekannter
Weise veirnittels des Drosselkanals/ derart in die Brennkammer eintreten läßt, daß
der Gasmasse
in derselben eine heftig kreisende Bewegung erteilt
wird, wobei die Aschetropten aus der Gasmasse lierausgeschleudtrt und an der Brennkammerwandung
niedergeschlagen werden.
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Um die Drehbewegung der Gasmasse in der Kammer hierbei ,auf einen
möglichst hohen und wirksamen Wert zu bringen, :erhält der Brennkainmerraum a zweckmäßig
eine trommelförmige Gestalt, in die der gegen Austritt von Ascheabscheidungen ,abgeschirmte
Drosselkanal f in geeigneter, die Strömung nicht hindernder Weise,einmündet. Die
Brennkammer ist gegen Wärmeverluste nach außen durch eine Isolation c geschützt
und vom inneren Gasdruck durch äußere umhüllende Bauteile d in bekannter Weise @entlastet.
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Die an der glühenden Brennkammerw vandung niedergeschlagenen Aschetropfen
übierziehen diese mit einer flüssigen, klebrigen Schicht, an der die ebenfalls dagegen
geschleuderten etwaigen größeren oder zusain-'mengebackenen und daher träger vergasenden
Kohlekörner haftenbleiben und infolge der nun plötzlich an ihrer Oberfläche zur
Einwirkung kommenden hohen Relativgeschwindigkeit" kreisenden Luft-Gas-Gemisch!es
momentan verbrannt werden. Am Ende des Verdichtungshubes sind somit alle Rückstände
in der Brennkammer durch die Stoßkraft der eingeschobenen Verdichtungsluft niedergeschlagen,
so daß die Verbrennungsgase beim I-Iubwechs.el von allen festen Rückständen gereinigt
in den Arbeitszylinder eintreten und arbeitleistend entspannt werden.
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Infolge des durch Anwendung der Flußmittel erreichten tiefen Schmelzpunktes
der flüssigen Asche rinnt diese an der glühenden Kammerwand herab und sammelt sich
am Boden ä der Brennkammer an. Sie wird während des Betriebes durch eine besondere,
nötigenfalls beheizte Abflußleitun,g ,abgezapft.
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Art und Mengt der anzuwendenden Flußmittel richten sich nach der Beschaffenheit
und dein Anteil der Aschebildner des jeweils zur Anwendung gelangenden Brennpulvers
und der gewünschten Verflüssigungstemperatur der fließfähig zu machenden As.clie.
Sie werden zweckmäßig dem Brennpulver während der Vermahlung beigegeben, um eine
gleichmäßig feine Verteilung zu .erreichen. Der Zündvorgang beim Einströmen der
Verdichtungsluft in die mit Mischgas gefüllte Brennkammer verläuft in der bei Glüh'kammerverpuffungsmaschinen
bekannten Weise, wobei. der Zündzeitpunkt und die Verpuffung der Kammerladung bekanntlich
durch geeignete Bemessung des Drosselkanals festgelegt ist.
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Da vorteilhaft die Einführung des Brennpulvers und des Wasserdampfes
in die Brennkammer und damit der Beginn der Vergasung bereits am Anfang des Auspuffhubes
geschehen kann, ist man in der Lage, bei Viertaktm.aschinen dieser Art eine Zeitdauer
von drei Takten für die Vergasung nutzbar zu machen.
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Der Wasserdampfanteil des Reaktionsgemisches in der Kammer kann ,auch
dadurch erzeugt werden, daß, wie bekannt, Wasser in die Brennkammer eingespritzt
oder dein Brennpulver vor seiner Anwendung beigemengt wird.
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Die Inbetriebsetzung der Maschinenanordnung erfolgt vermittels flüssiger
Treibstoffe, bis die erforderliche Betriebswärmie der Brennkammer erreicht ist.