DE2318523A1 - Verbrennungsvorrichtung - Google Patents

Description

München, den 12. April 1973

Nissan' Motor Company, Limited Yokohama City / Japan

Verbrennung svorr ichtung

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungsvorrichtung und insbesondere eine Verbrennungsvorrichtung, bei der die Abgabe giftiger Verbindungen unterbunden oder auf ein Minimum herabgesetzt wird. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung solcher Verbrennungsvorrichtungen in Wärmekraftmaschinen.

Zu den giftigen chemischen Verbindungen,die in Abgasen von Verbrennung3vorrichtungen und Verbrennungsmotoren, wie sie derzeit üblicherweise verwendet werden, enthalten s^nd, gehören unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxyd und Stickoxyde. Diese giftigen Verbindungen bilden eine Hauptursache der Luftverunreinigung in Städten und sogar Vorstädten. Um die giftigen Verbindungen aus Abgasen zu entfernen, sind schon verschiedene Vorrichtungen entwickelt und ausprobiert worden. Das gilt

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insbesondere für Verbrennungsmotoren und Brenner für Industrie und Haushalt, öfen, Boiler und andere Vorrichtungen. Um unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyd aus Abgasen zu entfernen, sind schon Einrichtungen entwickelt worden, mit- denen eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs oder erneute Oxydation oder Nachverbrennung von Abgasen, während sie durch die Abgaswege der Brennvorrichtung, des Verbrennungsmotors oder der Turbine strömen, erzielt werden sollen. Bei einer vollständigen Verbrennung des Brennstoffes oder einer erneuten Oxydation der Abgase entstehen jedoch Stickoxyde, so daß nach einem Kompromiß zwischen der Forderung nach Entfernung von Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen und der Entfernung von Stickoxyden aus Abgasen gesucht werden muß.

Beide Forderungen können jedoch nicht gleichzeit vollständig erfüllt werden, da in den herkömmlichen Verbrennungsvorrichtungen der Brennstoff mit Luft verbrannt wird und Luft nicht nur Sauerstoff sondern auch Stickstoff liefert, so daß sich Stickoxyde bilden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine heue Verbrennungsvorrichtung und eine Wärmemaschine, die eine solche Verbrennungsvorrichtung enthält,zu entwickeln, bei denen der Brennstoff mit einem oxydierenden Gas, das keinen Stickstoff enthält, verbrannt wird, so daß die Abgase völlig frei von giftigen Stickoxyden sind. Da das zur Verbrennung

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des Brennstoffes verwendete oxydierende Gas keinen Stickstoff enthält, kann der Brennstoff mit verbesserter Wirkung oder bei hoher Temperatur verbrannt werden, derart, daß die Abgase nicht nur frei von Stickoxyden sondern auch frei von Kohlenmonoxyd und unverbrannten Kohlenwasserstoffen, die bei einer unvollständigen Verbrennung des Brennstoffes in den Abgasen anwesend sind, sind.

Gemäß der Erfindung wird als Oxydationsmittel für den Brennstoff flüssiges Wasserstoffperoxyd (H₂O-) verwendet. Das Wasserstoffperoxyd zersetzt sich in Gegenwart eines Katalysators, beispielsweise eines Materials auf Grundlage Silber, exotherm zu Wasser und Sauerstoff wie folgt;

K₂O + 1/2

Diese exotherme Zersetzung von Wasserstoffperoxyd ist begleitet von der Erzeugung von Wärme, so daß die Temperatur des gebildeten Gasgemisches auf etwa 7oo°C steigt. Das auf diese Weise gebildete gasförmige Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff enthält eine große Menge an naszierendem Sauerstoff, so daß es chemisch außerordentlich aktiv ist. Wenn daher dieses Gemisch mit einem Brennstoff, wie Gasolin, Schweröl, Kerosin oder verflüssigtem Erdgas, in Kontakt kommt, wird der Brennstoff rasch gemäß der folgenden Gleichung verbrannt!

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+ 1/2 O₂ + C_nH_m ^ H₂O + CO₂,

worin C ίΐ allgemein für einen Kohlenwasserstoffbrennstoff η m

steht. Die bei dieser Umsetzung gebildeten Brenngase sind
vollständig frei von Stickoxyden, und da die Temperatur der Brenngase gewöhnlich bis in einen Bereich von 2 ooo bis
2 3oo C steigt, die mehr als ausreichend für eine vollständige Verbrennung des Brennstoffes ist, enthalten die Abgase praktisch keine unverbrannten Kohlenwasserstoffe oder
Kohlenmonoxyd.

Die bei dieser Verbrennung erzeugte Wärme ist gewöhnlich zu groß und das Volumen der Brenngase ist unzureichend, um die für einen Verbrennungsmotor erforderliche Energie zu erzeugen öder das Wasser für eine Dampfmaschine · zufriedenstellend zu erhitzen. Außerdem v/erden durch diese Wärme die Innenwand einer Brennkammer und Teile, die den
Brenngasen direkt ausgesetzt sind, überhitzt, so daß es
zu schwerwiegenden Schädigungen verschiedener der Brennkraftmaschine zugeordneter Teile kommen kann. Daher müssen die Brenngase mit einem weiteren Fluid verdünnt werden, so daß die Temperatur des Arbeitsnediums auf einen geeigneten Wert gesenkt und gleichzeitig das Gesamtvolumen des Arbeitsmediums erhöht wird. In herkömmlichen Verbrennungsvorrichtungen oder diese enthaltenden Maschinen werden große Men-

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gen an Luft als zusätzliches Medium verwendet, so daß die Vervrendung leistungsfähiger Gebläse notwendig wird. Dadurch wird die Wärmekraftmaschine oder der Wärmemotor aber verhältnismäßig groß, und es wird nur verhältnismäßig wenig Energie erzeugt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungnforra der Erfindung wird daher als Verdünnungsmittel für die Brenngase Wasser verwendet. Dieses Wasser wird in gesteuerter Menge in die durch die Verbrennung des Brennstoffs in Gegenwart von Sauerstoff erzeugten Brenngase und den durch die Zersetzung des Wasserstoffperoxyds erzeugten Wasserdampf eingespritzt und rasch verdampft, wodurch die Temperatur des Gasgemisches gesenkt und das Gesamtvolumen des Arbeitsmediums erhöht wird, üa Wasser wegen seiner großen latenten Verdampfungswärrae ein hohes Kühlvermögen hat, kann es in verhältnismäßig geringer Menge verv/endet werden, so daß Größe und Kapazität der Zufuhreinrichtung entsprechend klein gehalten werden können.

Wegen der hohen Temperatur der bei der exothernen Zersetzung von Wasserstoffperoxyd erzeugten Gase kann eine Verbrennung svojrichtung der oben beschriebenen 7*rt und ein Verbrennungsmotor ,in dem eine solche Maschine verwendet wird, mit Brennstoffen jeder Art, einschließlich flüssigen Brennstoffen, wie Gasolin, Kerosin und Leicht- oder Schweröl, gasförmigen Brennstoffen, wie verflüssigtem Erdgas oder Wasserstoff, und festen Brennstoffen, wie sie insbesondere aus Plastik hergestellt v/erden, betrieben werden. Wenn

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verhältnismäßig billige Brennstoffe verv/endet werden, werden die Kosten des Wasserstoffperoxyds weitgehend aufgehoben, so daß die Gesaratkosten des Brennstoffs für den Betrieb einer Brennkraftmaschine oder eines Verbrennungsmotors mit einer solchen Brennkraftmaschine den mit dem Betrieb herkömmlicher Verbrennungsanlagen mit Gemischen von Kohlenwasserstoffbrennstoffen hoher Qualität und Luft verbundenen vergleichbar oder sogar niedriger sind.

Gegenstand der Erfindung ist also eine Verbrennungsvorrichtung, die dadurch gekennzeichnet ist; daß sie eine Brennkammer zum Verbrennen eines Brennstoffes,eine Einrichtung zur Einführung eines Brennstoffes in die Brennkammer, einer Einrichtung zur Einführung heißer oxydierender Gase, die durch exotherme Zersetzung von Wasserstoffperoxyd erzeugt werden, in die Brennkammer, um den Brennstoff in der Brennkammer zu verbrennen und damit Brennaase zu erzeugen, sowie eine Einrichtung zur Einführung eines weiteren Fluids in die Brenngase derart, daß ein Arbeitsmedium von geeigneter Temperatur und geeignetem Volumen erzeugt wird, auf v/eist.

Gemäß der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine der oben beschriebenen Art vorzugsweise in einer Wärmekraftmaschine, wie einer Dampfmaschine oder einer Dampf- und Gar,-HyV>rid~ kraftmaschine verwendet, um die Vorteile der Verbrennungsvorrich-

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tung nit der Temperatur und Volumen des Arbeitsmediums leicht in einem beträchtlich weiten Bereich gesteuert werden und eine vollständige Verbrennung des Brennstoffs erzielt werden können, ohne daß giftige Stickoxyde gebildet werden, auszuwerten.

Gegenstand der Erfindung ist daher weiterhin die Verwendung der oben beschriebenen Verbrennungsvorrichtung in einer Wärmekraftmaschine. Eine solche Wärmekraftmaschine weist die oben beschriebene Verbrennungsvorrichtung in Kombination mit einem Veidanpfer, einschließlich einer Verdampfung skaramer mit einem Gaseinlaß, die mit einer Brennkammer der Verbrennungsvorrichtung in Verbindung steht, so daß heißes Arbeitsmedium in die Verdampfungskammer gelangt, »wenigstens einer durch die Verdampfungskammer führende») Rohrleitung, einer Einrichtung zum Einführen von Wasser in die Rohrleitung, um darin durch Wärmeaustausch zwischen dem Wasser in der Rohrleitung und dem Arbeitsmedium in der Verdampfungskammer Dampf zu erzeugen,und einer vom Auslaß der Rohrleitung fortführenden Dampf entspannungseinrichtung, in der der Dampf entspannt und Antriebsenergie erzeugt wird, auf. In dieser Weise entspannter und unter verringertem Druck stehender Dampf kann in die Luft abgelassen oder gewünschtenfalls über einen Kondensor wieder in die Wasserzufuhreinrichtung und die Rohrleitung in dei Verdampfereinrichtung zurückgeführt werden. Auch die Gase in der Verdampfungskammer können an die Luft abgelassen werden, oder ι

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da diese Gase im wesentlichen aus Wasserdampf und Kohlendioxyd bestehen, kann das Kohlendioxyd an die Atmosphäre abgegeben, und das Wasser, in das Wasserzufuhrsystem zurückgeführt werden.'

Die Verdampfungseinrichtung kann aus üblichem hitzebeständigen-Material bestehen oder durch ein solches Material geschützt sein, da das in diese Einrichtung eingeführte Arbeitsmedium durch Einspritzen eines zusätzlichen Fluid in die Brenngase auf eine geeignete Temperatur gekühlt ist. Das zusätzliche Fluid kann atmosphärische Luft oder Wasser sein; jedoch ist das letztere aus den oben erwähnten Gründen bevorzugt. Wenn jedoch die Verdampfungseinrichtung aus Materialien hoher Wärmefestigkeit gebildet oder durch ein solches Material geschützt ist, können die Brenngase direkt, d.h. ohne Zusatz eines zusätzlichen Fluid in die Verdampfungseinrichtung eingeführt werden, was noch von der Verwendung der Wärmekraftmaschine abhängt.

Zufolge der Zersetzung des Wasserstoffperoxyds und der Verbrennung des Brennstoffs in Gegenwart von Wasser bilden sich, wie aus den obigen Reaktionsgleichungen ersichtlich ist, reichliche Mengen an Wasser, üa das in einer Verbrennungsvorrichtung der beschriebenen Art erzeugte Arbeitsmedium eine große Menge an Wasserdampf enthält, kann dieses

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Arbeitsmedium direkt als das Fluid, das auf das Energie erzeugende Teil einer Maschine wirkt, verwendet werden. Sofern diese Ausführungsform bevorzugt ist, kann die Verdampfungseinrichtuny fortgelassen werden, und das durch Verdünnen acr Brenngase erzeugte Arbeitsmittel kann direkt der Entspannungseinrichtung zugeführt werden. Entspannter Wasserdampf oder Dampf können direkt an die Luft abgelassen oder über einen Kondensor und, vorzugsweise, auch über eine Trenneinrichtung , von der in dem Dampf enthaltenes Kohlendioxyd an die Atmosphäre abgelassen wird, der Zufuhreinrichtung für zusätzliches Fluid der Verbrennungsvorrichtung wieder zugeleitet werden. Eine Wärmekraftmaschine der oben beschriebenen Art ist dann von besonderem Vorteil, v/enn es auf Raumersparnis ankommt, weil eine Verdampfungseinrichtung, die im allgemeinen ziemlich umfangreich ist, dabei nicht verwendet wird.

Eine Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung kann in einer Gasturbine verwendet werden, derart, daß in der Vorrichtung erzeugte heiße Verbrennungsgase direkt zum Betreiben des Laufrades einer Turbine verwendet werden, ohne daß man ihnen noch ein Kühl- oder Vertiünnungsfluid zusetzt. Da in diesem Fall die Brenngase von der Verbrennungsvorrichtung eine Temperatur von etwa 2 ooo C haben, wie oben erwähnt, ist es im allgemeinen erforderlich, daß Entspannung und Verwertung dieser Gase stufenweise unter Verwendung eines komple-

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xen Energieumwandlungsmechanismus erfolgt und daß die diesen Gasen ausgesetzten Komponenten aus bestimmten hitzefesten Materialien hergestellt sind, wozu eine verhältnismäßig große und kostspielige Turbinenanlage erforderlich ist. Um diese Probleme zu vermeiden und die Wärme der in einer Verbrennungsvorrichtung der beschriebenen Art erzeugten Gase wirksam zu nutzen,wird gemäß der Erfindung eine Dampf- und Gas-Hybridanlage vorgesehen, in der die Wärmeenergie der in einer Verbrennungskammer einer Verbrennungsvorrichtung erzeugten Gase zum Teil zum Betreiben einer Gasturbine und zum Teil zum Betreiben einer. Dampfturbine verwendet wird. Eine solche hybridanlage kann eine Verbrennungskraftmaschine, einschließlich einer Gasentspannungseinrichtung, die mit der Brennkammer der Verbrennungsvorrichtung in Verbindung steht, so daß heiße Gase von der Brennkammer entspannt werden und' Energie zum Betreiben einer Gasturbine liefern, und eine Außenverbrennungs- oder Dampfmaschine mit einer der Brennkammer der Verbrennungsvorrichtung zugeordneten Verdampfungseinheit zur Aufnahme von Wärme aus der Brennkammer, einer Einrichtung zur Einführung von Wasser in die Verdampfungseinrichtung zur Erzeugung von Dampf und einer Dampfentspannungseinrichtung, die an einen Auslaß der Verdampfungseinheit anschließt, so daß der Dampf entspannt und Energie zum Betreiben einer Dampfturbine erzeugt werden kann, aufweisen.

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In den Zeichnungen ist;

Fig. 1 eine schematische Veransehaulichung einer Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung ;

Fig. 2 ein Längsschnitt durch eine bevorzugte Ausführung sform einer Verbrennungseinrichtung, die einen Teil einer Verbrennungsvorrichtung, wie sie durch Fig. 1 veranschaulicht ist, bildet;

Fig. 3 ein Fig. 2 entsprechender Schnitt durch eine Modifikation einer Verbrerinungseinrichtung, wie sie durch Fig. 2 veranschaulicht ist;

Fig. 4 ein Fig. 2 entsprechender Schnitt durch eine weitere Modifikation einer Verbrennungseinrichtung, wie sie durch Fig. 2 veranschaulicht ist;

Fig. 5 eine schematische Veranschaulichung einer Dampfmaschine, die eine wie in Fig. 1 veranschaulichte Verbrennungsvorrichtung aufweist;

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Fig. 6 eine Fig. 5 entsprechende Veranschaulichung einer Modifikation einer Dampfmaschine, wie sie durch Fig. 5 veranschaulicht ist.

Fig. 7 eine Darstellung einer weiteren Modifikation einer Dampfmaschine, wie sie durch Fig. 5 veranschaulicht ist;

Fig. ö eine schematische Veranschaulichung einer

Dampf- und Gas-Iiybridanlage mit einer modifizierten Anordnung einer Verbrennungsvorrichtung, wie sie durch Fig. 1 veranschaulicht ist;

Fig. 9 ein Längsschnitt durch eine wesentliche Komponente einer bevorzugten Ausführungsform einer Dampf- und Gas-Hybridanlage der in Fig. 8 gezeigten Art; und

Fig. 1o ein Schnitt durch diese Ausführungsform längs der Linie X-X von.Fig. 9.

Die durch Fig. 1 veranschaulichte Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung weist eine Verbrennungseinrichtung 12 mit einem Verbrennungszylinder 14 auf. Der Verbrennungszylinder 14 weist eine Verbrennungskammer 16 und eine Brennstoffzuführeinrichtung 1ö auf. Die brennstoffzufuhr-

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einrichtung 8 kann in irgendeiner Weise aufgebaut und angeordnet sein, je nachdem was für ein Brennstoff verwendet wird. Der Brennstoff kann kontinuierlich* oder periodisch in die Verbrennungskaiiuner 16 eingeführt werden und wird in Gegenwart heißer oxydierender Gase, die durch die Oxydationsmittelzufuhreinrichtung, wie sie unten näher beschrieben wird, verbrannt.

Die Oxyaationsmittelzufuhreinrichtung weist einen Behälter 2o, in dem sich Wasserstoffperoxyd (H₂O₂) in flüssigem Zustand befindet, auf. Der Wasserstoffperoxydbehälter 2o ist an seinem Boden mit eine;n Auslaß ausgebildet, der in eine Leitung 22 führt, die über eine Katalysatoreinrichtung 32, wie sie unten näher beschrieben ist, und eine Einspritzdüse 24 in die Verbrennung skaiamer 16 führt.-Um das flüssige Wasserstoffperoxyd aus dem Behälter 2o ausfließen zu lassen, sind geeignete Druckmittel vorgesehen. Die hier gezeigten Druckmittel bestehen aus einem Behälter 26, in dem sich ein verdichtetes Inertgas, wie Stickstoff, befindet. Der Stickstoff wird aus dem Behälter 26 durch eine Leitung 20 in das obere Gebiet aes Behälters 2o eingeführt, so daß das flüssige Wasserstoffperoxyd stetig in die Leitung 22 gepreßt wird. Die Leitung 22 weist eine Ströraungsreglerventil 3o auf, das in seiner offenen Stellung flüssiges Wasserstoffperoxyd vom Behälter 2o durch die Einspritzdüse 24 in die Verbrennungskammer 16 einströmen läßt. In dieser Weise in die Verbrennungskammer 16 gelangtes Wasser-

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stoffperoxyd wird exotherm zu einem heißen Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff zersetzt,und dieses Gemisch erreicht dabei eine Temperatur von etwa 7oo C. Diese exotherme Zersetzung von Wasserstoffperoxyd wird durch einen Katalysator 32, beispielsweise ein Material auf Grundlage Silber, der unmittelbar vor der Einspritzdüse 24 angeordnet ist, beschleunigt.

Durch die Brennstoffzuführeinrichtung 18 in die Verbrennungskammer 16 eingeführter Brennstoff wird durch die"Warne der heißen oxydierenden Gase verbrannt, so daß in der Verbrennungskammer 16 Brenngase erzeugt werden. Die Temperatur der oxydierenden Gase von etwa 7oo C ist ausreichend, um die Verbrennung des Brennstoffes ohne irgendwelche Zündeinrichtungen herbeizuführen.

Die in dieser Weise erzeugten Brenngase können gewöhnlich nicht als Arbeitsmittel verv/endet werden, weil sie eine zu hohe Temperatur von etwa 2 ooo°C bis 2 3oo°C und ein verhältnismäßig geringes Volumen haben. Gemäß der Erfindung v/erden daher die heißen Brenngase mit einem zusätzlichen Fluid verdünnt, so daß die Temperatur des Arbeitsmittels auf einen geeigneten Wert gesenkt und gleichzeitig das Gesamtvolumen
des Arbeitsmittels auf einen für die beabsichtigte Verwendung geeigneten Wert erhöht wird. Als zusätzliches Fluid zur Verdünnung der Brenngase kann atmosphärische Luft geeignet sein;

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jedoch ist Wasser wegen seiner latenten Verdampfungswärnie und weil zum Einspritzen einer ausreichenden Menge an Luft in die Brennkammer, sofern als zusätzliches Fluid Luft verwendet wird, eine Pumpe oder ein Gebläse von beträchtlicher Kapazität erforderlich ist.

Eine Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung
v/eist daher weiterhin eine Zufuhreinrichtung für ein zusätzliches Fluid mit einem Wasservorratsbehälter 34 auf.
Eine Wasserzufuhrleitung 36 führt vom Boden des Wasserbehälters 34 über wenigstens eine Wassereinspritzdüse 38 zu der Brennkammer 16. Das Ausfließen des Wassers aus dem Behälter 34 erfolgt entweder durch,sein Eigengewicht oder gewünschtenfalls durch eine Pumpe 4o in der Leitung 36 zwischen dem Behälter 34 und der Einspritzdüse 38. Die Menge an Wasser, die in die Brennkammer 16 eingespritzt wird,
wird durch ein Strömungsregelventil 42 zwischen der Pumpe 4o und der Einspritzdüse 38 gesteuert. In die Brennkammer 16 eingespritztes Wasser wird rasch verdampft und mit den durch die Oxydation des Brennstoffes aus der Brennstoffzuführeinrichtung 18 erzeugten Brenngasen vermischt. Das so gebildete Arbeitsmittel wird durch einen Auslaß 44 in dem Verbrennungszylinder 14 aus der Brennkammer 16 ausgebracht.

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In den Fig. 2 bis 4 sind einige bevorzugte Ausführungsformen der Verbrennungseinrichtung 12 gezeigt.

Gemäß der durch Fig. 2 veranschaulichten bevorzugten Ausführung sforin einer Verbrennungseinrichtung 1 2 wird ein fester Kohlenwasserstoffbrennstoff in der Form eines Stabes verwendet. Ein fester Brennstoffstab kann aus Kunststoff abfällen, wie Plastikbehältern, hergestellt werden, so daß nicht nur die sich aus der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen ergebende Luftverschmutzung sondern auch die Ansammlung von Kunststoffabfallprodukten verhindert wird.

Ein Stab 46 aus festem Brennstoff wird in einer neben der Brennkammer 16 in dem Verbrennungszylinder 14 ausgebildeten Brennstoffkammer 48 gehalten. Der feste Brennstoff 46 befindet sich axial verschiebbar in der Brennstoffkammer 48 und seine Frontfläche 46a ist der Brennkammer 16 zugewandt. Der Verbrennungszylinder 14 weist an einem Ende der Brennkammer 16 einen Vorsprung 5o auf. Eine Bohrung 5oa in dem Vorsprung 5o steht an ihrem einen Ende über eine Einlaßöffnung 52 am Zustromende des Verbrennungszylinders 14 und eine Leitung 22 mit einem Wasserstoffperoxydbehälter 2o (Fig. 1) in Verbindung. Mit ihrem anderen Ende steht die Bohrung 5oa über eine Wasserstoffperöxydeinspritzdüse 24 mit der Brennkammer 16 in Verbindung. Innerhalb der Bohrung 5oa

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befindet sich ein Katalysator 32, so daß flüssiges Wasserstoffperoxyd, das aus der Leitung 22 in die Bohrung 5oa eintritt, exotherm zersetzt wird und dabei -aus Wasserdampf und Sauerstoff bestehende heiße oxydierende Gase bildet. Die so erzeugten heißen oxydierenden Gase werden dann durch die Einspritzdüse 24 in die Brennkammer 16 eingespritzt und treffen auf die Frontfläche 46a des festen Brennstoffes 46 in der Brennstoffkammer 4d, so daß an dieser Frontfläche 46a eine Verbrennung des festen Brennstoffs 46 erfolgt. Die dabei entstehende große Menge an heißen Brenngasen wird mit Wasser, Gas aus der Wassereinspritzdüse 38, die über eine Leitung 36 mit dem Wasserbehälter 34 in Verbindung steht (Fig. 1) eingespritzt wird, vermischt werden. Die so erhaltenen Gase haben eine ausreichend niedrige Temperatur und ein ausreichend großes Volumen, um Energie, an eine Wärmekraftmaschine zu liefern, und werden durch einen Auslaß 44 ausgebracht.

Um den Verbrennungszylinder 14 gegen die Hitze der Brenngase zu schützen, kann die Brennkammer 14 vorzugsweise mit einer Schicht 54 aus einem hitzefesten Material, wie porösem Keramik, Porzellan oder einer gesinterten Legierung, ausgekleidet sein. Statt einer einzigen Wassereinspritzdüse 3a kann die Verbrennungseinrichtung 12 auch mit zwei oder

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mehr Wassereinspritzdüsen 38, die mit dem Behälter 34 in Verbindung stehen, ausgestattet sein.

Der feste Brennstoff 46 wird stetig gegen die Verbrennung skammer 16 geführt, so daß seine Frontfläche 46a ständig den durch die Einspritzdüse 24 in die Brennkammer 16 eingeführten oxydierenden Gasen ausgesetzt ist. Um dies zu erreichen, ist der Verbrennungszylinder 14 mit einem Rohrfortsatz 56, der von einem Außenende der Brennkammer 48 vorspringt, ausgebildet. Der Rohrfortsatz 56 weist eine Bohrung 56a, die mit ihrem inneren Ende mit der Brennstoff kanuner 48 in Verbindung steht, auf. Eine axial verschiebbare Kolbenstange 5b erstreckt, sich durch die Bohrung 56a und reicht mit ihrem innersten Ende bis in die Brennstoffkammer 48. Die Kolbenstange 58 trägt an ihrem inneren Ende ein Kontaktteil 6o, das mit der Rückfläche des festen Brennstoffs 46 in Kontakt steht und axial verschiebbar in der Brennstoffkammer 48 angeordnet ist. uie Kolbenstange 58 trägt außerdem an ihrem äußeren Ende eine Rolle 62, die in der Bohrung 56a des Rohrfortsatzes 56 axial verschiebbar ist. Die Bohrung 56a des Rohrfortsatzes 56 steht an ihrem von der Brennstoffkammer 48 abgewandten Ende über einen Durchtrittsweg 64 mit einer Quelle für ein hydraulisches Medium (nicht gezeigt),die eine Luftpumpe sein kann oder das in dem Wasserbehälter 34 (Fig. 1) befindliche Wasser nützen kann, in Verbindung, per von dieser Druckquelle ausgeübte Druck wirkt auf die Außenfläche 62a der Rolle 62, derart, daß die Kolbenstange

-rf- ^v

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58 gegen den festen Brennstoff 46 gestoßen und dadurch der feste Brennstoff 46 stetig gegen die Brennkammer 16 geführt wird, in dem Maße, wie der feste Brennstoff 46 an seiner Frontfläche 46a verbrannt und verbraucht wird. Um zu verhindern, daß der feste Brennstoff zu- schnell in die Brennkammer 16 fortschreitet kann zwischen der Brennkavtuner 16 und der Brennstoffkammer 48 ein ringförmig nach innen vorspringender Anschlag 66 vorgesehen sein, so daß die Endfläche 46a des festen Brennstoffs 46 mechanisch zurückgehalten wird. Der Verbrennungszylinder 14 ist, wie nicht gezeigt, so ausgebildet, daß ein Zugang zu der Brennstoffkammer 48 zum Einsetzen eines Stabes 46 aus festem Brennstoff einzusetzen oder einen solchen Stab, der durch die normale Verbrennung verbraucht ist, zu ersetzen.

In eier durch Fig. 3 veranschaulichten weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Verbrennungseinrichtung 12 wird ein fester Kohlenwasserstoffbrennstoff von allgemein Rohrforra verwendet. Der rohrförmige Brennstoff 58 hat eine Längsbohrung 28a und ist verschiebbar, vorzugsweise über eine hitzefeste Auskleidung 7o in einem Verbrennungszylinder 14 enthalten. Die Umfangsflache der Bohrung 48a in dem rohrförmigen Brennstoff 68 begrenzt eine Brennkammer 72, die an ihrem einen Ende über eine Einspritzdüse 24 am Zustromende des Verbrennungszylinders und eine Leitung 22 mit einem Wasserstoffperoxydbehälter 2o (Fig. 1) in Verbin- ~

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dung steht. Die Brennkammer 72 steht mit ihrem anderen Ende in offener Verbindung mit einer Mischkammer 74, die im Abströmende des Verbrennungszylinders 14 ausgebildet ist. Heiße oxydierende Gase von der exothermen Zersetzung von Wasserstoffperoxyd werden in die Brennkammer 72 eingespritzt, so daß der feste rohrförmige Brennstoff 68 an der Oberfläche seiner Längsbohrung 28a, die die Brennkammer 72 begrenzt, verbrannt wird. Die auf diese Weise erzeugten heißen Verbrennungsgase treten dann in die Mischkammer 7 4 über.

In einer Wand am Abstroniendteil des Verbrennungszylinders 14 ist ein die Mischkammer 74 umgebender Wasserverteilungsdurchtrittsweg 76 ausgebildet, der über eine Anzahl Löcher 7tf, die in einem Wandteil zwischen der Kammer 76 und der Mischkammer 74 ausgebildet und gleichmäßig darin verteilt sind, mit der Mischkammer 74 in offener Verbindung. Die Wassereinspritzdüse 38, die über die Leitung 36 mit dem Wasserbehälter 34 in Verbindung steht (Fig. 1) erstreckt sich bis in den Wasserverteilerdurchtrittsweg 76, so daß Wasser von dem Behälter 34 in den Durchtrittsweg 76 gepreßt und dort verteilt und in die Brenngase in der Mischkammer 74 gepreßt v/ird. Die Verbrennungsgase werden dadurch auf eine geeignete Temperatur gekühlt und auf ein bestimmtes Volumen gebracht und v/erden dann durch einen Auslaß 8o, der im Abströmende des Verbrennungszylinders 14 ausgebildet ist, aus der Mischkammer 74 ausgebracht.

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Diese Verbrennungseinrichtung 12 weist gegenüber der durch Fig. 2 veranschaulichten eine größere Oberfläche von festem Brennstoff, die für die Verbrennung zugänglich ist, auf und eignet sich daher insbesondere dann, wenn ein sehr großes Volumen an Verbrennungsgasen erzeugt werden soll.
D.h. eine Verbrennungsvorrichtung mit einer Verbrennungseinrichtung gemäß Fig. 3 ist von besonderem Vorteil bei ihrer Verwendung in einer Vvärmekraftmaschine, die ein rasches Ansprechen auf Beschleunigungsbedingungen und einen hohen Energieausgang bei großer Belastung erfordert.

Fig. 4 veranschaulicht eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer Verbrsnnungseinrichtung 12 der Verbrennungsvorrichtung von Fig. 1. Im Gegensatz zu der Verbrennungseinrichtung in der Fig. 2 und 3 wird für die Verbrennungseinrichtung 12 von Fij. 4 ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff, wie Schweröl oder Leichtöl, Kerosin, Gasolin oaer verflüssigtes Erdgas oaer Wasserstoff, verwendet. Wie in der Verbrennungseinrichtung 12 von Fig. 2 weist die Verbrennungseinrichtung 12 von Fig. 4 einen Verbrennungszylinder 14 mit einem Fortsatz 5o, der eine Bohrung 5oa aufweist, auf, und in dieser Bohrung befindet sich ein Katalysator 32, der die exotherme Zersetzung von flüssigem
Wasserstoffperoxyd, das durch einen Einlaß 52 in die Boh-

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rung eintritt, auf. Die heißen oxydierenden Gase treten durch die Einspritzdüse 24 in die Brennkammer 16 ein. Eine Brennstoffeinspritzdüse do springt in die Brennkammer 16 vor und ist über eine Zuführleitung 82 mit einer (nicht gezeigten) Quelle für einen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff verbunden, so daß kontinuierlich Brennstoff in die Brennkammer eingeführt werden kann. Der Brennstoff wird durch die durch die Düse 64 in die Brennkammer 16 eingeführten heißen oxydierenden Gase entzündet, und die gebildeten Verbrennungsgase werden mit Wasser verdünnt, das durch eine Einspritzdüse 38 _r die über die Leitung 36 mit einem Wasserbehälter 22 (Fig. 1) in Verbindung steht, in die Brennkammer 16 eingespritzt wird. Die Brennkammer 16 v/eist eine hitzefeste Auskleidung 54 zum Schutz gegen die in der Brennkammer 16 bei der Verbrennung des Brennstoffes gebildete Wärme auf. Das mit einer geeigneten Temperatur und in geeignetem Volumen anfallende Arbeitsmittel v/ird aus der Brennkammer durch einen Auslaß 44, der in dem Verbrennungszylinder 14 ausgebildet ist, ausgebracht.

Wie oben erwähnt erfolgt in der Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung die Verbrennung des Brennstoffes bei einer ausreichend hohen Temperatur und in Abwesenheit von Stickstoff, so daß die aus der Vorrichtung austretenden Abgase vollständig frei sind von nichtverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxyd, die

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bei einer unvollständigen Verbrennung eines Brennstoffes auftreten, sowie von giftigen Stickoxyden, die bei Anwesenheit von Stickstoff in den oxydierenden Gasen auftreten können. Die bei einer zu hohen Temperatur anfallenden Verbrennungsgase werden mit Wasser verdünnt, so daß das gebildete Arbeitsmittel eine Temperatur und ein Volumen hat, die genau und leicht durch Variieren der ihnen zugeführten Menge an Wasser gesteuert werden können.

Das in einer Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung erzeugte Arbeitsmittel kann zum Erhitzen von Wasser in einem Boiler oder dem Verdampfer einer Dampfmaschine oder zur Lieferung der Energie für eine Gas betriebene Wärmekraftmaschine, wie eine Gasturbine, verwendet werden.

Die Fig. 5 bis 7 veranschaulichen bevorzugte Arten der Verwendung einer Verbrennungsvorrichtung gemäß der Erfindung in einer Dampfmaschine.

In der durch Fig. 5 veranschaulichten Anordnung " kann eine Verbrennungseinrichtung 12, wie sie in den Figuren 2 oder 3 veranschaulicht ist, oder eine Modifikation davon verwendet werden. Die Verbrennungseinheit 12 wird von einem Wasserstoffperoxydbehälter 2o über eine Leitung 22, die ein Strömungsregelventil 3o enthalten kann, mit flüssigem Wasserstoffperoxyd versorgt. Flüs-

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siges Wasserstoffperoxyd in dem Behälter 2o wird stetig aus dem Behälter 2o durch nicht gezeigte Mittel mit einer durch das Strömungsregelventil 3o gesteuerten Geschwindigkeit in die Verbrennungseinrichtung 12 eingeführt, nachdem er in Gegenwart eines Katalysators, beispielsweise eines Materials auf Grundlage Silber, exotherm zu einem heißen Gemisch von Wasserdampf und Sauerstoff zersetzt ist. Die bei der Verbrennung des Brennstoffes erzeugten Verbrennungsgase v/erden mit Wasser vermischt, das von einer geeigneten (nicht gezeigten) Quelle in die Verbrennungseinrichtung 12 eingeführt wird, und das gebildete Arbeitsmittel von vorbestimmter Temperatur und vorbestimmten Volumen wird aus der Verbrennungseinrichtung 12 durch einen von einem (nicht gezeigten) Auslaß der Verbrennungseinrichtung 12 fortführenden Kanal 34 > der aus einem wärmefesten Material hergestellt oder durch ein solches Material geschützt ist, ausgebracht.

Eine Verdampfereinrichtung 86 weist ein Gehäuse 88 mit einem Gaseinlaß 88a, der mit dem Kanal 84 in offener Verbindung steht, und einem Auslaß 88b, der über ein Abgasrohr 9o in die Atmosphäre führt, auf. Eine Wärmeaustauscherrohrleitung 92 verläuft in Windungen durch das Innere des Gehäuses 88. Durch die Rohrleitung 52 wird Wasser über weiter unten beschriebene Beschickungsraittel geführt und bei seinem Durchtritt durch die Rohrleitung 92 durch Wärmeaustausch mit dem aus der Verbrennungseinrichtung 12 in das

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Gehäuse ÖÖ eintretenden /arbeitsmittel in Dampf umgewandelt. Der so erzeugte Dampf strömt durch eine Rohrleitung 94 in eine Dampfentspannungseinrichtung 96, wobei seine Geschwindigkeit durch ein Druckregelventil 98 in der Rohrleitung 94 gesteuert wird. Die Entspannung des in die Entspannungseinrichtung 96 eingeführten Dampfs erfolgt adiabatisch, so daß Energie zum Betreiben einer Vorrichtung, wie einer Turbine, erzeugt wird. Die Turbine ist nicht in.einzelnen gezeigt sondern nur durch die Bezugszahl 1oo, die für das Laufrad steht, symbolisiert. Der entspannte Dampf wird von der Entspannungseinrichtung 96 durch eine Rohrleitung 1o2 in einen Kondensor 1o4, in dem der Dampf gekühlt und wieder in Wasser umgewandelt wird, geführt. Das so erzeugte Wasser wird durch eine Rohrleitung 1o6 einer Pumpe 1o8 zugeführt und von dieser wieder über eine Rohrleitung 11o in die Wärmeaustauscherrohrleitung 92 in der Verdampfereinrichtung 86 gepumpt. Die Pumpe wird von der Entspannungseinrichtung 96 über eine Kupplungswelle 112 betrieben. Um die Pumpe 1o8 aus ihrem Ruhezustand in Dampf zu setzen, ist sie mit Startermitteln, die gemäß Zeichnung aus einem gleichzeitig mit der Pumpe über geeignete, mit 116 bezeichneten Kupplungsmittel gezeichneten Motor 116 ausgestattet. Die Kupplung 116 ist so ausgebildet, daß sie kuppelt, wenn die Waschine aus einem Ruhezustand in Gang gesetzt werden soll, und entkuppelt, wenn durch Inbetriebnahme der Entspannungseinrichtung 96 die Welle 112 angetrieben wird.

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Auf diese Weise wird kontinuierlich Wasser in der Rohrleitung 92 in der Verdampfereinrichtung 86 in Dampf umgewandelt und kann kontinuierlich die Welle 1oo antreiben, wenn heißes Arbeitsmittel aus dem Kanal 84 in das Gehäuse 88 eintritt und aus dem Auslaß 83b daraus austritt. Aus der Verdampfereinrichtung 86 austretende Abgase bestehen im wesentlichen aus Kohlendioxyd und Wasserdampf, so daß sie direkt oder durch einen Wärmeaustauscher 11 d an die Atmosphäre abgelassen v/erden können. Das Abgasrohr 9o und die Rohrleitung 11o durchsetzen den Wärmeaustauscher 118 derart, daß restliche Wärme in den durch das Abgasrohr 9o strömenden Abgasen teilweise an die Rohrleitung 11o übertragen und damit das in· die Wärmeaustauscherrohrleitung 92 in der Verdampf ereinrichtung 36 einzuführende Wasser vorheizt. Der Dampf aus der Entspannungseinrichtung 96 kann entweder an die Atmosphäre abgelassen oder, wie erwähnt, kondensiert und in die Verdampfereinrichtung 86 zurückgeführt werden.

Das der Verdünnung der in der Verbrennungseinrichtung 12 erzeugten Verbrennungsgase dienende Wasser muß nicht, wie oben beschrieben, direkt in die Verbrennung seinrichtung 12 eingeführt werden, sondern kann alter nativ auch in das Gehäuse 38 der Verbrennungseinrichtung 86 eingeführt werden, um dort die Verbrennungsgase zu verdiinnen· Wie durch die gestrichelten Linien in Flg. 5

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gezeigt, kann eine solche Anordnung eine von dem Abgasrohr der Verdampfereinrichtung 86 abzweigende Abgasumlaufleitung 12o auf v/eisen. Diese Abgasumlauf leitung *12o endet in einer Verteilerkammer 122, aie um den Zustroiateil des Gehäuses ausgebildet ist, und steht über einer Anzahl Löcher oder Einspritzdüsen 124 in einem Wandtei-1, der die Innenfläche der Verteilerkanimer 122 begrenzt, mit dem Inneren des Gehäuses in offener Verbindung. In der Umlaufleitung 12o ist ein Drosselventil 126, ein Gebläse oder eine Pumpe 12ü und ein Strömungsregelventil 13o vorgesehen, so daß die Abgase (die hauptsächlich aus Wasserdampf bestehen, jedoch auch beträchtliche Mengen an Kohlendioxyd enthalten können) mittels des Gebläses oder der Pumpe 128 mit einer durch das Regelventil 13o gesteuerten Geschwindigkeit in die Verteilerkammer 122 geleitet werden.

Wenn die Abgase zu der Verdampfungseinrichtung 86 zurückgeführt werden, kann Kohlendioxyd von ihnen abgetrennt werden, um die Wirkung der Verdünnung der Verbrennungsgase zu erhöhen. Fig. 6 veranschaulicht eine Dampfmaschine mit einer hierfür geeigneten Abgasumlaufanordnung.

i'ig. 6 veranschaulicht eine Dampfmaschine, die im wesentlichen durch Fig. 5 veranschaulichten Ausführungsform entspricht. Entsprechende Teile sind daher mit gleichen Bezugszahlen versehen. Für das Umlaufenlassen der Abgase ist

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ein Kondensor 132 vorgesehen. Ein Abgasrohr 9o führt in den Kondensor 132, so daß wasserdampf in den Abgasen aus der Verdampfungseinrichtung 86 zu flüssi-gem Wasser kondensiert wird. Dieses flüssige Wasser enthält das in den aus der Verdampfereinrichtung 36 austretenden Abgasen enthaltene Kohlendioxyd. Der Kondensor 132 hat einen Auslaß, der über einen Durchtrittsweg 134 zu einer Trenneinrichtung 136 führt, in der Kohlendioxyd von dem Gemisch extrahiert und durch einen Auslaß 138 an die Atmosphäre abgelassen wird. Das Wasser wird dann durch eine Rohrleitung 14o einem Wasserspeicher 142 und von dort durch eine Rohrleitung 144 einer Pumpe 146 zugeführt. Durch die Pumpe 146 wird das Wasser durch eine Rohrleitung 148 und ein Strömungsregelventil 15o in eine Kammer 152, die in einem Kanal 84 zwischen der Verbrennungseinrichtung 12 und der Verdampfungseinrichtung 86 angeordnet ist, gepumpt. Die Kammer 152 weist eine Wassereinspritzdüse 154 auf, die mit der Rohrleitung 148 in offener Verbindung steht, so daß das mittels der Pumpe 146 zugeführte toasser mit einer durch das Strömungsregelventil 15o gesteuerten Geschwindigkeit in die Kammer 152 eingespritzt wird. Von der Verbrennungseinrichtung 12 austretende heiße Verbrennungsgase werden in dieser Weise mit Wasser verdünnt, während sie durch die Kammer 152 strömen, und das so erhaltene Arbeitsmittel hat eine geeignete Temperatur von beispielsweise 1 2oo bis 1 6oo C und ein geeignetes Volumen.

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Die Pumpe 146, die das Wasser in die Kanuner 152 zurückpumpt, wird von einer Dampfentspannungseinrichtung 96 über eine Kupplungswelle 156, die mit einer Welle 112, die die Entspannungseinrichtung 96 mit einer Pumpe 1o8 in der in Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebenen Dampfumleitung sanordnung verbindet, angetrieben. Um die Pumpen 1o8 und 1o6 aus einem Ruhrzustand, in dem die Entspannungseinrichtung 96 außer Betrieb ist, in Gang zu setzen, sind Startermittel vorgesehen, die gemäß Fig. 6 aus einem Rotor 15ö und einer Kupplung 16o bestehen. Durch die Kupplung 16o wird der Motor 15<J iuit den Pumpen 1oö und 146 gekuppelt, wenn die Entspannungseinrichtung 96 außer Betrieb ist, und entkuppelt, wenn die Entspannungseinrichtung 96 in Betrieb ist.

Die Abgasumlauf anordnung kann gewünschtenf alls, v/ie aus der obigen Beschreibung ersichtlich, in offener Verbindung mit der Verbrennungseinrichtung 12 stehen. In diesem Fall kann die Wassereinspritzdüse 154 in die Brennkammer 16 der Verbrennungseinrichtung 12 von Fig. 2 oder Fig. 4 oder in einen ringförmigen Wasserverteilerkanal 76 einer Verbrennungseinrichtung 12, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist, hineinragen.

Wie oben erwähnt, wird durch die Zersetzung von Wasserstoffperoxyd una die Verbrennung des Brennstoffes eine große Menge an Viasserdampf erzeugt. Diese Menge an Wasserdampf wird durch Einspritzen von Wasser in die Ver-

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brennungsgase vergrößert, so daß die schließlich zu den VeruaEipfereinrichtunyen 36 der in den Fig. 5 oder 6 veranschaulichten Dampfmaschinen gelangenden Arbeitsmittel einen sehr großen Anteil an Wasserdampf enthalten. Die
von der Verbrennungseinrichtung 12 anfallenden Arbeitsiriittel können daher direkt als Antriebsmittel für ein
mechanisches Energie erzeugenues Teil einer Maschine verwendet werden, ohne daß eine Verdampfungseinrichtung oder andere Einrichtungen, wie eine Pumpe oder eine Wärmeaustauscherrohrleitung , die einer solchen Verdampfungseinrichtung zugeordnet sein können, verwendet werden. Eine bevorzugte Ausführungsform einer Dampfmaschine, mit der dies möglich ist, ist in Fig. 7 veranschaulicht.

Die in Fig. 7 veranschaulichte Dampfmaschine
weist eine Dampfentspannungseinrichtung 162 auf, in die ein von der Verbrennungseinrichtung 12 wegführender Kanal 84 einmündet. Die Dampfentspannungseinrichtung 162
hat einen (nicht gezeigten) Auslaß, der über einen Durchtrittsweg 164 mit einem Kondensor 132 einer Äbgasumlaufanordnung, wie sie im Zusammenhang mit Fig. 6 beschrieben ist, in offener Verbindung steht. Verbrennungsgase
aus der Verbrennungseinrichtung 12 strömen also durch
den Kanal 34 und durch die Kammer 152, in der sie mit
Wasser, das durch eine Düse 154 eingespritzt wird, vermischt werden. In der Kammer 152 und in dem auf diese

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Kammer folgenden Teil des Kanals ö4 wird eine sehr große Menge an Dampf in Geraisch mit einer beträchtlichen Menge an Kohlendioxyd erzeugt. Dieses Geraisch wird in die Dampfentspannungseinrichtung 162 eingeführt und adiabatisch entspannt, so daß es ein (nicht gezeigtes) mechanisches Energieerzeugungsteil antreiben und eine Ausgangswelle 166 drehen kann. Der entspannte Dampf wird über den Durchtrittsweg 164 einem Kondensor 132 zugeführt und dort zu flüssigem Wasser kondensiert. Das Gemisch aus flüssigem Wasser und Kohlendioxyd wird dann einer Trenneinrichtung 136 zugeführt, aus der Kohlendioxyd durch einen Auslaß 138 an die Atmosphäre abgelassen wird. Das flüssige Wasser wird dann über einen Wasserspeicher 142 einer Pumpe 146 zugeführt und mittels dieser Pumpe über ein Strömungsregelventil 15o der Wassereinspritzdüse 154 zugepumpt. Eine Pumpe 146 v/ird während des Betriebs der Maschine über eine KupplungsweHe 16Ü durch die Dampfentspannungseinrichtung 162 und während der Inbetriebnahme der Maschine über eine Kupplung 16o durch den Motor 15ö betrieben.

Da die aus der Verbrennungseinrichtung 12 austretenden Verbrennungsgase direkt als Arbeitsmittel zum Betreiben der Entspannungseinrichtung 162 verwendet werden, kann bei einer Dampfmaschine dieser Art eine Ver-

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dampfereinrichtung fortgelassen werden, so daß eine Dampfmaschine/ wie sie durch Fig. 7 veranschaulicht ist, einen verhältnismäßig einfachen Aufbau und gelinge Größe hat.

Fig. ö veranschaulicht schematisch eine bevorzugte Anlage, bei der die durcli die Verbrennung eines Brennstoffes erzeugte Wärmeenergie so aufgeteilt wird, daß Maschinenteile unabhängig voneinander angetrieben werden.

Die durch Fig. 8 veranschaulichte Anlage weist eine mit Gas betriebene Verbrennungsniaschine und eine mit Dampf betriebene Maschine, die allgemein durch die Bezugszahlen 17o bzw. 172 gekennzeichnet sind, auf. Die mit Gas betriebene Einrichtung 17o entspricht in ihrem Aufbau im wesentlichen einer Verbrennungseinrichtung 12, wie sie in den Figuren 2 bis 4 veranschaulicht ist, und weist eine Quelle 174 für flüssiges Wasserstoffperoxyd und eine Quelle 176 für einen Brennstoff, der in diesem Fall ein flüssiger oder gasförmiger Brennstoff, wie Kerosin, Schweröl, Gasolin, oder verflüssigtes Erdgas oder Wasserstoff sein kann, auf. Flüssiges Wasserstoffperoxyd wird von der Quelle 174 mittels einer Pumpe 173 durch ein Strömungsregelventil 1öo einem Katalysator 182, beispielsweise einem Material auf Grundlage Silber, zugeführt. An dem Katalysator 182 wird Wasserstoff exotherm zersetzt, so daß ein heißes Gemisch von Wasser-

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dampf und Sauerstoff in die Brennkammer 184 gelangt. Während die oxydierenden Gase erzeugt werden, wird gleichzeitig Brennstoff von der Quelle 176 Mittels einer Pumpe 186 über ein Strömungsregelventil 183 der Brennkammer 184 zugeführt. In dieser Brennkammer wirci der Brennstoff mit den von dem Katalysator 182 zuströmenden heißen oxydierenden Gasen vermischt und verbrannt, so daß in der Brennkammer 184 heiße Verbrennungsgase erzeugt werden. Gewünschtenfälls können die Ventile 18o und 188 über einen geraeinsamen Mechanismu oder eine andere Verbindung gesteuert werden, so daß Brennstoff und Wasserstoffperoxyd der Brennkammer in einem bestimmten Verhältnis zugeführt werden. Die erzeugten Verbrennungsgase v/erden durch einen Gasdurchtrittsweg 192 in eine Gasentspannungseinrichtung 194 geführt, um ein erstes mechanisches Teil 196 der Anlage zu betreiben. Abgase von der Entspannungseinrichtung 194 können durch ein Abgasrohr 198 an die Atmosphäre abgelassen werden.

Die mit Dampf betriebene Einrichtung 172 weist dagegen eine Verdampfungseinrichtung 2oo mit Wärmeaustauschmitteln, die nit dem Gasdurchtrittsweg 192 in Verbindung stehen, auf. Die Verdampfungseinrichtung 2oo v/ird von einem Wasserspeicher 2o2 über eine Pumpe 2o4 mit Wasser gespeist, so daß Wasser bei seinem üurch-

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tritt durch die Verdanipfereinrichtung 2oo in Dampf umgewandelt wird. Der Dampf wird dann über einen üurchtrittsweg 2o6 in eine Dampfentspannungseinrichtung»2o3 eingeführt, uui ein zweites mechanisches Teil 21 ο der Anlage anzutreiben. Entspannter Dampf wird von der Entspannungseinrichtung 2o8 in einen Kondensor 212 eingeführt, wo er zu flüssigem Wasser kondensiert wird, das dann zu dem Wasserspeicher 2o2 zurückgeführt wird. Die beiden mechanischen Teile 196 bzw. 21 ο können Turbinenlaufräder mit zugehörigen Wellen sein. Die Wellen können ein gemeinsames Ausgangsteil oder miteinander zusammenwirkende Ausgangsteile betreiben, oder sie können unabhängig voneinander wirkende Ausgangsteile betreiben.

Gewünschtenfalls kann ein weiterer Wärmeaustauscher 214 vorgesehen sein, der eine Verbindung zwischen der Leitung 192 für Verbrennungsgas und der Dampfleitung 2o6 herstellt. Dieser Wärmeaustauscher 214 ist der Verdampfereinrichtung 2oo nachgeschaltet, so daß aus der Verdampfereinrichtung 2oo austretender Dampf weiter erhitzt v/ird, bevor er in die Dampfentspannungseinrichtung 2oä gelangt.

Ein Beispiel für eine praktisch verwendbare Anlage dieser Art wird im folgenden im Zusammenhang mit den Fig. 9 und 1o veranschaulicht, wobei nur die Trennkammer 134, die Verdampf er einrichtung 2oo und die direkt damit verbun-

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denen Teile gezeigt sind.

Eine Brennkammer 184 wird von einem Verbrennungszylinder 214 begrenzt. Der Verbrennungszylinder 214 weist einen Einlaß (keine Bezugszahl) auf, der über einen Katalysator 182 mit einem Strömungsregelventil 18o (Fig. 8) in Verbindung steht, und einen Auslaß (keine Bezugszahl), der in den Gasübertrittsweg 192 übergeht, auf. Eine Brennstoffeinspritzdüse 26o führt von einem Strömungsregelventil 188 (Fig. 8) in die Brennkammer 184 und ragt in diese hinein. Durch die Düse 216 v/ird Brennstoff in die Brennkaramer 184 eingeführt und darin in Gegenwart eines heißen Gemisches von Wasserdampf und Sauerstoff, das durch exotherme Zersetzung von Wasserstoffperoxyd in Gegenwart des Katalysators 182 erzeugt ist, verbrannt. Die so in der Brennkammer 184 erzeugten heißen Verbrennungsgase treten durch den Gasdurchtrittsweg 192 und treiben zu gegebener Zeit ein mechanisches Teil 176 (Fig. 8) an. Eine Verdampfereinrichtung 2oo weist einen Behälter 218 auf, in den von einem Wasserspeicher 2o2 über eine Zufuhrpumpe 2o4 (Fig. 8) eine Wasserzufuhrleitung 22o einmündet. Der Verbrennungszylinder 214 ist so in dem Behälter 218 angeordnet, daß er mit dem Wasser, das kontinuierlich von dem Wasserspeicher 2o8 in den Behälter 21Ö gelangt, in Kontakt steht oder darin eintaucht, so daß Wasser in dera Behälter 218 in Dampf umgewandelt v/ird. Der Behälter 218 weist an seinem oberen Ende einen Dampfauslaß (keine Bezugszahl) auf, der zu einem Dampfdurchtrittsv/eg

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2o6 führt, so daß von dem heißen Wasser in dem Behälter 218 aufsteigender Dampf einer Entspannungseinrichtung 2o8 zugeführt wird und ein mechanisches Teil·· 21o der Anlage antreibt. Um die'Verdampfung von'Wasser in dem Behälter 213 zu fördern weist der Verbrennungszylinder 214 an seiner Außenwand eine Anzahl Wärmeaustauschteile oder -rippen 223 auf, und gewünschtenfalls kann der Verbrennungszylinder 214 mit eir\em Fortsatz 224, der sich von der Brennkammer 184 zu dem Verbrennungsgasdurchtrittsweg 192 erstreckt, ausgebildet sein, um die Fläche, an der Wasser in dem Behälter 218 durch Verbrennungsgase aus der Brennkammer 184 erhitzt werden kann, zu vergrößern. Der Fortsatz 224 kann eine Anzahl von Rohren 216 aufweisen, durch die Wasser aus dem -Behälter 218 geführt wird.

In der Brennkammer 1Ü4 erzeugte Verbrennungsgase haben anfangs eine Temperatur über 2 ooo C, wie oben erv/ähnt. Wenn die Verbrennungsgase nur zum Betreiben eines mechanischen Antriebteils einer Energieanlage, wie einer Gasturbine, verwendet wird, muß ihre Entspannung stufenweise unter Verwendung eines komplexen Energieumwand lung smechanismus erfolgen, wobei Wärmeenergie verlorengeht,und die einzelnen Teile der Verbrennungseinrichtung und der Gasturbine müssen durch kostspieli-

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ges hitzefestes Material geschützt oder aus einem solchen Material hergestellt sein. Wenn dagegen die Wärmeenergie der Verbrennungsgase nur verwendet wird, um Wasser in Dampf umzuwandeln, der dann ein mechanisches Teil einer Energieanlage, wie einer Dampfmaschine, antreibt, muß notwendig eine Wärmeaüstauschereinrichtung von großen Ausmaßen vorgesehen werden.

Diese Probleme werden bei der durch die Fig. 8, 9 und 1o veranschaulichten Anlage beseitigt, weil ein Teil der thermischen Energie der Verbrennungsgase zum Betreiben eines gasbetriebenen mechanischen Teils einer Energieanlage und zum Teil zur Erzeugung von Dampf zum Betreiben eines danipfbetriebenen mechanischen Teils einer Anlage verwendet wird, per Verbrennungszylinder und andere damit verbundene Teile werden kontinuierlich durch Übergang von Wärme von den Verbrennungsgasen zu dem mit dem Verbrennungszylinder in Kontakt stehenden Wasser gekühlt und müssen daher nicht durch hitzefeste Materialien geschützt oder aus solchen hergestellt sein.

Die von der mit Gas und der mit Dampf betriebenen Einrichtungen erzeugte mechanische Energie kann entweder vereinigt werden, um ein gemeinsames Teil anzutreiben oder an unabhängig voneinander betriebene Teile geführt werden.

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Wenn cine Hybridanlage gemäß der Erfindung als Energiequelle für ein Motorfahrzeug verwendet wird, können die mit Gas und die mit Dampf betriebenen Teile über ein Getriebe oder hydraulische Mittel zur Drehkraftumwandlung mit der Kurbelwelle des Fahrzeugs verbunden sein. In diesem Fall können Wasserstoffperoxyd und Brennstoff während des Leerlaufs mit verringerter Geschwindigkeit der Brennkammer zugeführt werden, um die Menge an Verbrennungsgasen zu verringern. Unter dieser Bedingung kann von den Verbrennungsgasen stammende thermische Energie hauptsächlich zur Dampferzeugung verwendet werden, so daß das Motorfahrzeug durch das dampfbetriebene Teil der Hybridanlage mit verhältnismäßig geringer Geschwindigkeit betrieben wird. Dies trägt zur Lösung der Probleme bei, die mit dem Austreten heißer Abgase und mit dem starken Geräusch, die auftreten, wenn ein mit einer üblichen Gasturbinenmaschine ausgerüstetes Motorfahrzeug mit geringer Geschwindigkeit um eine Ecke oder über eine Kreuzung fährt. Da außerdem die bei der exothermen Zersetzung von Wasserstoffperoxyd erzeugten heißen oxydierenden Gase eine sehr hohe oxydierende Wirkung auf Brennstoff haben, können Flammen aus der Brennkammer nicht nach außen gelangen,und zwar auch dann nicht, wenn die Zufuhrgeschwindigkeit von Brennstoff und Wasserstoffperoxyd auf verhältnismäßig geringe Werte absinkt. Damit kann die Leerlaufgeschwindigkeit eines Motors in einem motorbetriebenen Fahrzeug gemäß der

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Erfindung beträchtlich niedriger sein als bei einem herkömmlichen, mit einer Gas- oder Dampfturbine betriebenen
Fahrzeug. Zum Starten oder Beschleunigen des Fahrzeugs
kann die Zufuhrgeschwindigkeit von Brennstoff und Viasserstoff peroxyd rasch erhöht werden, so daß mit stark erhöhter Geschwindigkeit Verbrennungsgase erzeugt werden.Unter diesen Bedingungen wird das Fahrzeug dann von dem mit Gas angetriebenen Teil der Kybridanlage betrieben, derart, daß eine Verzögerung, die durch Betreiben des Fahrzeugs mit
einer mit Dampf betriebenen Anlage auftreten könnte, vermieden wird.

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Claims (11)

1. Patentansprüche

   f \ ■

   ! 1-/Verbrennungsvorrichtung, .dadurch gekennzeichnet,

   daß sie eine Brennkammer, eine Einrichtung zur Einführung eines Brennstoffes in die Brennkaramer, eine Einrichtung zur Einführung heißer oxydierender Gase, die durch exotherme Zersetzung von Wasserperoxyd erzeugt werden, in die Brennkammer sowie eine Einrichtung zur Einführung eines weiteren Fluids in die Brenngase, derart, daß ein Arbeitsmittel von geeigneter Temperatur und geeignetem Volumen erzeugt wird, aufweist.
2. 2. Verbrennungsvorrichtung nach /vnspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einführung der heißen oxydierenden Gase einen Katalysator zur exothermen Zer-* Setzung von Wasserstoffperoxyd zu den heißen oxydierenden Gasen aufweist.
3. 3. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff die Form eines festen Brennstoffstabes, von dem eine Oberfläche stetig den Gasen in der Brennkammer ausgesetzt ist, hat.
4. 4. Verbrennungsvorrichtung nach Anspi'uch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Einführung des Brennstoffes einen Kolben, der mit einer Oberfläche des festen Brennstoffstabes außerhalb der Brennkammer in Eingriff kom-

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   men kann, sowie Mittel zum Pressen des Kolbens in Richtung zur Brennkammer aufweist.
5. 5. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffeinführungseinrichtung noch einen Anschlag angrenzend an die Brennkammer aufweist, um die bewegung des festen Brennstoffstabes in Richtung zur Brennkammer zu begrenzen.
6. 6. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff die Form eines festen Rohres mit einer die Brennkammer begrenzenden zylindrischen Bohrung hat.
7. 7. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie stromabwärts von dem festen Brennstoff rohr eine Mischkammer, die mit der Bohrung des rohrförmigen festen Brennstoffs in offener Verbindung steht, und weitere Zufuhreinrichtungen zum Einspritzen von weiterem Fluid in die Mischkammer zur Verdünnung und Kühlung der in der Boiirung erzeugten Verbrennungsgase aufweist.
8. 8. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine die Mischkammer umgebende Verteilerkammer mit einer Anzahl von Löchern, über die die Verteilerkammer in offener Verbindung mit der Mischkammer steht,

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   aufweist, v/obei die Einrichtung zur Zuführung von weiteren Fluid wenigstens eine in die Verteilerkammer vorspringende Düse zur Einführung des weiteren Fluids -in die Verteilerkammer, von der dieses Fluid durch die öffnungen in die Mischkammer gelangt, aufweist.
9. 9. Verbrennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennstoff fließfähig ist und in die Verbrennungskammer eingespritzt wird, sowie durch Mittel zum Einspritzen des flüssigen Brennstoffs in die Verbrennungskammer .
10. 10. Verwendung einer Verbrennungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Erzeugung eines Arbeitsmittels für Wärmekraftmaschinen.
11. 11. Verwendung einer Verbrennungsvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Erzeugung der Arbeitsmittel für eine Hybridanlage mit einer .mit Gas und einer mit Dampf zu betreibenden Einrichtung für ilotorfahrzeuge.

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