DE725931C

DE725931C - Einrichtung zum Betriebe von Kraftmaschinen durch fluessige Gase

Info

Publication number: DE725931C
Application number: DEZ24689D
Authority: DE
Inventors: Franz Zoerkler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1937-08-31
Filing date: 1938-07-16
Publication date: 1942-10-02

Description

Einrichtung zum Betriebe von Kraftmaschinen durch flüssige Gase Die Erfindung verfolgt den Zweck, denn Verbrauch von flüssiger Luft (Sauerstoff) bei den mit verflüssigten Gasen betriebenen Kraftmaschinen zu beschränken und gleichzeitig den thermischen Wirkungsgrad des Arbeitsprozesses außergewöhnlich zu steigern. Durch eine bestimmte Anwendungsart der Erfindung soll ferner auch die Gefahr unkontrollierbarer Explosionen vollkommenausgeschaltetwerden.
Einrichtungen zum Betrieb von Kraftmaschinen durch flüssige Gase, bei welchen flüssiges Gas mit unter Druck in den Zylinder eingespritztem Wasser gemischt wird, sind bekannt. Hierbei sind umfangreiche Einrichtungen für die Zuführung des flüssigen Gases und die Vereinigung des flüssigen Gases mit dem eingespritzten Wasser erforderlich. Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Betrieb von Kraftmaschinen durch flüssiges. Gas, bei welcher flüssiges Gas mit unter Druck in den Zylinder eingespritztem Wasser gemischt wird.
Die Neuerung gegenüber dem bisherigen Stande der Technik auf diesem Gebiete biesteht im wesentlichen auch darin, daß die flüssige Luft nicht erst durch eigene Wärmeanlagen oder andere unwirtschaftlich arbeitende Vorrichtungen und Einrichtungen in Gasform rückverwandelt wird, sondern daß die zur Rückumwandlung der flüssigen in den gasförmigen Zustand erforderliche Wärme infolge Verbrennens von Kohlenstoffträgern (Kohlenstaub., Holzmehl, Öl usw.) mit der aus dem Verdampferraum gewonnenen Druckluft im Arbeitszylinder durch Zündung unter unmittelbarer Einspritzung von Wasser gewonnten wird, wobei das Wasser sofort verdampft und in der Lage ist, die nötige Wärme abzugeben. Erfindungsgemäß kommt die für eine vollständige Verdampfung des Einspritzwassers notwendige Wärmezufuhr durch eine Verbrennung des im Kaltgase befindlichen Sauerstoffes mit irgendeinem anderen Stoff derart zustande, daß diese Verbrennung durch gesonderte Zündung vor der Wassereinspritzung eingeleitet wird.
Die eine Möglichkeit besteht darin, daß man die kalte Luft in- den Arbeitszylinder im Zeitpunkte des Kolbentotpunktes leitet, sie sodann mit einer kleinen Menge öl, Kohlnstaub o. dgl. durch Zündung verbrennt u=nd unmittelbar darauf Wasser einspritzt. Das Wasser verdampft sofort und steigert Druck und Temperatur allein schon durch die Verdichtung des explosionsartig entwickelten Dampfes bei gleichbleibendem Volumen.
Wesentlich an dem Vorgang ist, daß durch die Einspritzung des heißen Wassers und durch die Verbrennung eines äußerst kalten Gases Wärme zugeführt wird, wobei der Druck des Gases stark anwächst. Das sich dadurch ergebende Arbeitsmittel wird am besten nach Art der Hochdruckheißdampfmaschinen in zwei oder drei Stufen ausgenutzt.
Der Abdampf wird in einem Austausche;r abgekühlt und gibt dabei die Wärme an das Hochdruckwasser ab, welches in den Zylinder gespritzt -wird. Ein Teil der Wärme kann auch zur Verdampfung des flüssigen Gases im Fliehkraftschleuderer verwendet werden.
Um eine Verdampfung des hocherhitzten Wassers zu vermeiden, ist es notwendig, den Anfangsdruck des Kaltgases und das Gewichtsverhältnis zwischen Gas und Wasser derart zu wählen, daß der nach der Mischung sich ergebend=e Gasdruck eine Verdampfung bei der betreffenden Mischtemperatur nicht zuläßt. Es ergibt sich dann nach Einstäubung des Wassers ein Arbeitsmittel, das wegen des Wasserballastes eine mittlere spezifische Wärme hat, die viel höher ist als die der Luft. Nach völliger Entspannung des Arbeitsgases wird dasselbe aus den Zylinder gedrückt, der Nebel wird durch Siebfänger, elektrische Kondensatoren o. dgl. zu Wasser verdichtet. Das Wasser gelangt in die Einspritzpumpe, wird unter Hochdruck in die Einspritzrohre gebracht und sodann neuerlich den Zerstäuberdüsen zugeführt. Der Nebel nimmt am Kreisprozeß nur mittelbar teil, indem er die Wärmekapazität des arbeitenden Gases erhöht. So vollzieht sich der Kreislauf des Wassers. Im Auspuff geht nur eine verhältnismäßig geringe Wärmemenge verloren.
Dieser ganze Prozeß wäre natürlich undenkbar, wenn man nicht das aus der flüssigen Luft bzw. dem Stickstoff gewonnene Kalthochdruckgas zur Verfügung hätte. Wollte man die freie Atmosphäre dazu verwenden, so würde die Verdichtung allein schon einen hohen Energieaufwand nötig machen. aul'erdem wäre die Verdichtungsendtemperatur s-) groß, d.aß eingespritztes Wasser verdampfen würde.
Da bekanntlich Stickstoff in großen Mengen bei der Sauerstoffabrikation abfällt. so könnte dieser Abfallstoff nunmehr eine volkswirtschaftlich gute Verwendung finden, wodurch auch die Erzeugungskosten des Nutzgases verringert würden. Eine interessante Aussicht dürfte sich für ..die Deckung des Kraftbedarfes von Sauerstofferzeugungsanlagen ergeben, da diese Werke ihren Abfallstickstoff unmittelbar zum Antrieb ihrer eigenen Anlage verwenden. könnten.
In der Zeichnung zeigen: Abb. i die Einrichtung zur Wassereinspritzung und nachträglicher Verdampfung, Abb. a die Einrichtung mit Stickstoffbetrieb und ohne Verdampfung des Wassers. In Abb. i ist eine wesenhafte Darstellung einer Anlage veranschaulicht. I ist der Tank für das flüssige Gas, Z ist der Fliehkraftzerstäuber, 3 die Rohrleitung für das Kaltgas zum Zylinder 5. 4 ist eine Schieberventilsteuerung, 6 der Arbeitskolben, 7 Zünddrähte zur Zündung. 8 sind die Wasserzerstäuberdüsen, 9 der Auspuffschieber, io das Auspuffrohr. i i zeigt einen Wärmeaustauscher, t z die Wasserhochdruckrohrleitung, 13 die Einspritzpumpe, 14 eine Brennstaub- oder Brennölzuführung.
Wenn der Kolben 6 nahe dem Totpunkte ist, öffnet der Schieber 4 den Kaltgaseinlaß und schließt zugleich wieder. Sodann erfolgt die Wassereinspritzung, wobei ein Teil des Wassers verdampft. In dem Ausführungsbeispiel ist keine- eigene Brennstoffeinspritzung vorgesehen. Der Brennstoffstaub wird mit dem Wasser durch den Zubringer 14 eingeführt und durch eine Zentrifuge mit dem Wasser emulgiert. Wenn das Wasser verdampft, werden die kleinen Brennstoffteilchen frei und infolge Berührung mit dem konzentrierten Sauerstoff entflammt. Die damit verbundene Temperatursteigerung verdampft den restlichen Wassernebel, so daß aller Brennstoff frei wird und verpufft. Nach Arbeitsleistung im Zylinde=r 5 wird das Gasheißdampfge-misch während des ganzen Rückhubes durch die Auspufföffnung in das Rohr i o geschoben und von hier entweder in einen Niederdruckzylinder oder in den Austauscher, in welchem das Einspritzwasser erhitzt «wird. Durch die Pumpe 13 wird das Wasser unter Druck gesetzt. Ein Ventil 12' steuert die Düseneinspritzung.
In Abb. 2 mündet die Gaszuführung 3' in eine Kammer oder in einen Vorzylinder 15. Die Zufuhr von flüssiger Luft (Sauerstoff wird z. B. durch den Kolben 16 gesteuert. Gegenüber ist der Hochdruckwasserzerstäuher angeordnet, welcher in dem Augenblick in Tätigkeit tritt, in welchem die Kaltluftmündung durch 16 abgeschlossen ist. Das Ventil i g ist dazu da, den Zylinder 16 während der Rückhubperiode des Arbeitskolbens 22 zu schließen und dafür gleichzeitig den Zylinderraum mit dem Rohr 20 zu verbinden, durch das das entspannte Nebelgas in den Neb.elauflöser 23 tritt. Hier fließt das aus dem verdichteten Nebelentstandene Wasser in den Sammelbehälter 24, während das reine Abgas durch das Rohr 25 austritt. Die Ptunpe 26 pumpt das Wasser durch die Rohrschlange 18 nach dem Austauscher 27, in dem es erhitzt wird und den Kreislauf durch den Zerstäuber 17 von neuem beginnt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zum Betriebe von Kraftmaschinen durch flüssige Gase, bei welcher flüssiges Gas mit unter Druck in den Zylinder eingespritztem Wasser gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die für eine vollständige Verdampfung des Einspritzwassers notwendige Wärmezufuhr durch eine Verbrennung des im Kaltgase befindlichen Sauerstoffes mit irgendeinem anderen Stoffe zustande kommt, derart, daß diese Verbrennung durch gesonderte Zündung vor der Wassereinspritzung eingeleitet wird.
2. Einrichtung zum Betriebe von Kraftmaschinen durch flüssige Gase nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, -daß im heißen Einspritzwasser Verhrennungsbestandteile (Kohlenstaub, öl usw.) in feiner Emulsion beigemischt enthalten sind, welche bei Zerstäubung in das Kaltgas mit dem im Gas enthaltenen Sauerstoff in Berührung kommen und infolge der durch Temperaturausgleich und Druckanstieg entstehenden Hochtemperaturen zur Entzündung kommen, den Rest des Wa.sserneb:els verdampfen, .die in ihm noch eingeschlossen gewesenen Verbrennungsbestandteile frei machen und gleichfalls zur Explosion bringen.
3. Einrichtung zum Betriebe von Kraftmaschinen durch flüssige Gase nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischung von Gas und Wassernebel in einer eigenen Vorkammer erfolgt, während der Ausschub des entspannten Gemisches aus dem zugehörigen Arbeitszylinder erfolgt.
4. Einrichtung zum Betriebe von Kraftmaschinen durch flüssige G.a*e nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufheizung des Pumpenwassers zwischen Einspritzpumpe und Einspritzdüsen erfolgt.