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Gasdampferzeuger für Brennkraftmaschinen, insbesondere Brennkraftturbinen.
Die Erfindung betrifft einen Gasdampferzeuger für Brennkraftmaschinen, insbesondere
Brennkraftturbinen, bei dem der als Druckmittel dienende Gasdampf dadurch erzeugt
wird, daß seine beiden Bestandteile durch die Saugwirkung der Explosionsgase auf
den Dampf in einer Strahlpumpe innig miteinander gemischt werden.
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Die bisher bekannten Gasdampferzeuger dieser Art haben den Nachteil,
daß der zur Mischung mit den Explosionsgasen bestimmte Wasserdampf entweder in einer
besonderen Anlage erzeugt werden muß oder aber, falls er etwa in einem die Explosionskammer
umgebenden Wassermantel erzeugt wird, erst nach längerem Betriebe der Maschine in
ausreichender Menge zur Verfügung steht. Bis dahin kann aber die Kraftmaschine bereits
außerordentlich stark erhitzt worden sein. In beiden Fällen ist es also ausgeschlossen,
Gasdampf-Brennkraftmaschinen, beispielsweise Gasdampfturbinen, etwa zum Antriebe
von Kraftwagen oder gar Flugzeugen zu verwenden, obgleich gerade Gasturbinen wegen
ihrer hohen Umlaufzahl und ihres hohen Wirkungsgrades hierzu ganz besonders geeignet
erscheinen.
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Durch die Erfindung ist die Möglichkeit gegeben, schon beim ersten
Explosionsstoß Wasserdampf in ausreichender Menge in der Maschine selbst zu erzeugen
und damit die Temperatur des Betriebsmittels von Anfang an derart gering zu erhalten,
daß die Verwendung derartiger Explosionskraftmaschinen auch bei Kraftwagen, Flugzeugen
usw. möglich ist.
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Dieser Zweck wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß die Strahlpumpe
in einer besonderen Kammer untergebracht ist, und daß auf die Düsen dieser Strahlpumpe
Rohre schraubenförmig aufgewickelt sind, die innerhalb einer Verdampfungspfanne
in einen mit Aus. trittsöffnungen versehenen Ring münden und mit Frischwasser oder
dem Kondensat der Maschine gespeist werden. Das diese Rohre durchfließende Frischwasser
oder Kondensat wird schon beim ersten Explosionsstoß derart stark erhitzt, daß es
spätestens auf der gleichfalls stark erhitzten Verdampfungspfanne in Dampf verwandelt
wird, der durch die Saugwirkung der Explosionsgase sofort mit diesem gemischt wird.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Gasdampferzeugers
schematisch im Schnitt dargestellt.
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Die Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einer Explosionskammer
i zur Erzeugung eines Gasstrahles sowie einer Dampfkammer 2. Das zündfähige Luftgasgemisch
wird der Explosionskammer i mittels einer Pumpe durch ein Ventil 3 unter Druck zugeführt.
Zur Zündung dient eine Zündkerze oder ähnliche Zündvorrichtung 4. Der Auspuff der
in der Verbrennungskammer verbliebenen Rückstände erfolgt durch ein Ventil 5. Die
Explosionskammer wird bis zur Zündung durch ein Tellerventil 6 geschlossen gehalten,
dessen Stange 7 außerhalb der Kammer durch eine Druckfeder 8 belastet ist, die so
stark bemessen ist, daß das Ventil durch den Ladedruck nicht geöffnet wird. Der
Hubraum des Ventils 6 liegt in einem Düsenrohr g, das in ein Düsenrohr io der Dampfkammer
2 einmündet. Die beiden Düsenrohre bilden eine Strahlpumpe. Die Dampfkammer kann
zwar von einer beliebigen Dampfquelle gespeist werden, doch wird, wie im Ausführungsbeispiel,
der Kühlwassermantel ii der Explosionskammer als Dampferzeuger benutzt. Er ist zu
diesem Zweck mit einer Dampfhaube 12 versehen, die durch ein Rohr 13 mit der Dampfkammer
2 in Verbindung steht. In die Leitung 13 ist ein Rückschlagventil 14 eingeschaltet.
Zum Nachfüllen des verdampften Wassers in den Kühlmantel dient ein Stutzen 15. Um
etwa mitgerissenes Wasser in der Dampfkammer 2 sofort zu verdampfen, mündet die
Dampfleitung 13 in einen Dampfrohrring 16, der auf der Unterseite mit Austrittsstutzen
17 versehen ist. Unterhalb des Dampfrohrringes 16 ist eine Verdampfungspfanne 18
angeordnet, die auf einem senkrechten Stutzen x9 der Düse io befestigt ist. Außerdem
sind auf die Düsen g und io Rohre 2o, 21 aus gut wärmeleitendem Stoff, z.B. Kupfer,
schraubenförmig aufgewickelt, die mittels einer Pumpe durch eine gemeinsame Leitung
22 mit Wasser oder dem Kondensat der Maschine gespeist werden und in einen Ring
23 mit Austrittsöffnungen 24 innerhalb
der Verdampfungspfanne 18
einmünden. Diese Einrichtung dient insbesondere zur raschen Dampferzeugung schon
vom ersten Explosionsstoß an. An die Mischdüse io schließt sich eine Leitung 25
an, die in eine Vorrats- und Druckausgleichskammer 26 einmündet und in die ein Rückschlagventil
27 eingebaut ist. An die Kammer 26 ist die Speiseleitung zum Betriebe der Kraftmaschine
angeschlossen.
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Die Einrichtung wirkt in folgender Weise: Der Explosionskammer i wird
durch das Ventil 3 mittels einer Ladepumpe ein zündfähiges Gasluftgemisch zugeführt
und dieses durch die Kerze q. gezündet. Die dabei auftretende Drucksteigerung bewirkt
das Öffnen des Ventils 6. Die Explosionsgase treten schußartig durch die Strahldüse
g in die Saugdüse io der Dampfkammer 2 und führen hierbei eine sofortige hochgradige
Erhitzung sowohl der beiden Düsen g, io als auch der sie dicht umgebenden Rohrschlangen
2o, 21 herbei. Das diese Rohrschlangen durchströmende Frischwasser oder Kondensat
wird infolgedessen augenblicklich in Dampf verwandelt, der durch die Austrittsöffnungen
24 des Ringes 23 ausströmt und auf die Verdampferpfanne 18 auftrifft, die inzwischen
gleichfalls stark erhitzt worden ist und somit den Verdampfungsprozeß, falls überhaupt
erforderlich, wirksam zu Ende führt. Der auf diese Weise erzeugte Dampf füllt sofort
die Dampfkammer 2 an, wird aber durch die Saugwirkung des die Düsen g und 1o durch
strömenden Explosionsgases alsbald mitgerissen. wobei sich ein homogenes Gemisch
von Dampf und Gas bildet und vollständiger Temperaturausgleich zwischen beiden Mitteln
stattfindet. Es wird also auf die eben geschilderte Weise schon während des ersten
Explosionsstoßes eine ausreichende Menge Dampf erzeugt, der sich sofort den Explosionsgasen
beimischt. Das Ventil 6 bleibt so lange geöffnet, bis die Explosionsgase auf den
Ladedruck explodiert sind. - Sobald das Ventil geschlossen ist, wird das Auspuffventil
5 geöffnet, um die Kammer von den Restgasen zu befreien und für die Aufnahme einer
neuen Ladung frei zu machen. Der eben beschriebene Vorgang wiederholt sich nun von
neuem, und zwar so lange, bis der die Explosionskammer i umgebende Wassermantel
ii -genügend stark erhitzt ist, um in kontinuierlichem Betriebe selbst die zur Erzeugung
des Gasdampfes erforderliche Dampfmenge zu liefern. Durch die hohe Temperatur der
Explosionsgase wird der in den Rohrschlangen 2o, 21 und dem Wassermantel ii erzeugte
Dampf so stark überhitzt und gleichzeitig die Temperatur des Gemisches so stark
erniedrigt, daß es eine zerstörende Wirkung auf die Kraftmaschine nicht mehr ausüben
kann. Die in der Dampfkammer 2 auftretende Drucksteigerung kann sich wegen der Einschaltung
des Rückschlagsventils iq. nicht auf die Dampfhaube 12 übertragen. Das erzeugte
Gemisch von Explosionsgasen und Dampf tritt durch Leitung 25 in die Sammelkammer
26, in der die Druckschwankungen des Treibgemisches derart ausgeglichen werden,
daß das zu der Kraftmaschine strömende Treibgemisch mit annähernd gleichem Druck
und gleicher Geschwindigkeit abströmt.
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An Stelle eines selbsttätigen Ventils 6 kann auch ein gesteuertes
Ventil verwendet werden. Das gesteuerte Ventil hat den Vorteil, daß die Expansion
der verbrannten Gase tiefer getrieben werden kann, so daß eine größere Energieausbeute
des Gasluftgemisches erreicht wird.
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Der Betrieb gestaltet sich um so günstiger, je mehr Stellen an die
Sammelkammer angeschlossen sind, die das Explosionsgemisch oder Gas und Dampf liefern.