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Kraftmaschine für flüssige Luft.
Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine für flüssige Luft, bei der die vollkommene Verdampfung oder die Fortsetzung der in einer ausserhalb der Kraftmaschine gelegenen Erwärmungsanlage eingeleiteten Verdampfung im toten Raum des Zylinders während des ganzen Ausdehnungshubes vorgenommen wird.
Die Erfindung besteht im wesentlichen in der besonderen Ausbildung der im Totraum des Zylinders angeordneten Verdampferanlage und der damit zusammenhängenden konstruktiven Ausführung der Kraftmaschine.
In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen der Kraftmaschine dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 den lotrechten Schnitt durch einen Zylinder, Fig. 2 die Gesamtanordnung einer Vier- zylindermaschine samt Verdampfungsanlage für die flüssige Luft nach der ersten Ausführungsform und Fig. 3 einen lotrechten Schnitt durch den Zylinder einer Maschine nach der zweiten Ausführungsform.
Die Kraftmaschine nach der ersten Ausführungsform besteht aus einem Zylinder 1, in dem in bekannter Weise ein mittels einer Kolbenstange. 3 auf einer Kurbelwelle 4 wirkender Kolben 2 geführt ist. Der Kolben 2 besitzt auf der Druckseite eine konische Randverdickung 2', auf die sich die als Kolbendichtung dienende Bleiplatte 5 und eine über diese gelegte Ledermanschette 6 stützen. Die Bleiplatte 5 und die Ledermanschette 6 sind durch einen in der Mitte des Kolbens 2 vorgesehenen Ansatz 7 gegen seitliche Verschiebung wie auch durch einen auf diesen geschobenen Ring 8 gegen Abheben gesichert.
Der tote Raum 9 nimmt etwa die halbe Länge des Zylinders 1 ein und ist, sobald der Kolben 2 den oberen Totpunkt-was etwa der gezeichneten Stellung in Fig. 1 entspricht-erreicht hat, vollkommen mit Wasser erfüllt. Im toten Raum 9 ist weiters ein Rohrenbündel M untergebracht, in dem mit Hilfe eines Zuflussrohres 11 und eines Abflussrohres 12 ständig Wasser kreist. Die Zuleitung des Betriebsstoffes zur Maschine erfolgt durch ein in wärmedichtes Isoliermittel 1. 3 gebettetes Speiserohr 14, das über der mit dem toten Raum 9 in Verbindung stehenden Kammer 15 des Zylinderdeckels 16 einen kegelstumpfförmigen Stutzen 17 aufweist. Die im Boden des Stutzens 17 vorgesehene Einlassöffnung ist durch ein Ventil 18 abgeschlossen, dessen Stössel 19 unmittelbar mit dem Kolbenansatz 7 zusammenwirkt.
In den Stutzen 17 mündet weiters unmittelbar unter dessen oberen Rand die Druckleitung 20 einer Wasserpumpe 21, deren in gleicher Weise wie der Kolben 2 abgedichteter Kolben 21'durch eine am Pumpengehäuse und der Kolbenstange 22 angreifende Feder 23 in der unteren Totpunktlagewas dem Ende des Saughubes entspricht-gehalten wird. Die Kolbenstange 22 wird pro Umdrehung der Kurbelwelle 4 einmal durch eine auf dieser befestigte Nocke 24 betätigt, wodurch das im Pumpengehäuse befindliche und der Saugleitung 25 entnommene Wasser über die Druckleitung 20 in den Stutzen 17 befördert wird. Die verbrauchten Gase verlassen den Zylinder 1 durch das am Grunde einer mit dem toten Raum in Verbindung stehenden Kammer 26 vorgesehene Auslassventil 27, dessen Stössel 28 ebenfalls durch eine Nocke 29 der Kurbelwelle 4 bewegt wird.
Zwecks Regelung der über dem Kolben 2 befindlichen Wassersäule ist der tote Raum 9 an seiner tiefsten Stelle mit einem Wasserbehälter 30 derart verbunden, dass die Verbindungsleitung 31 in der halben Höhe des Wasserbehälters 30 einmündet.
Um einen im Inneren des Wasserbehälters 30 angeordneten Bolzen 32 schwingt ein doppelarmiger Hebel 33, der einerseits einen Schwimmkörper 34. anderseits das Abschlussventil 35 für die Zuflussleitung 36 trägt.
Der Wasserbehälter 30 ist vorteilhaft noch durch eine Ausgleichsleitung 37 mit dem toten Raum 9 verbunden.
Die Wirkungsweise der Maschine soll an Hand der in Fig. 2 dargestellten Gesamtanordnung erläutert werden. Die zu verflüssigende Luft wird von dem von der Kurbelwelle 4 aus angetriebenen
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Verflüssigungsdüse 40 und weiterhin der Speisepumpe 41 zuströmenden Luft und der aus der Speisepumpe 41 kommenden und durch das innere Rohr 39b der Rohrschlange 39 zur Maschine fliessenden Luft statt. Zwecks Vermeidung von Wärmeableitung ist die Rohrschlange 39 von Isoliermaterial 42 umgeben.
Bevor die Betriebsluft in das Speiserohr 14 gelangt, durchfliesst sie eine Rohrschlange 43 im Gegenstrom mit dem durch die Zuflussöffnung 44 und Abflussöffnung 45 im Erwärmungsgefäss 46 kreisende Wasser von. gewöhnlicher Temperatur. Durch die in der Rohrschlange 39 und im Erwärmungsgefäss 46 erfolgte Anheizung verdampft die Betriebsluft, deren Spannkraft hiedurch zum Betrieb der Kraftmaschine hinreichend anwächst. Wenn der Kolben 2 (Fig. 1) den oberen Totpunkt erreicht, hebt sein Ansatz 7 den Stössel des Ventils 18 an, wodurch zuerst das im Stutzen 17 angesammelte Wasser und dann eine bestimmte Menge der vorgeheizten Betriebsluft durch die Kammer 15 in den toten Raum 9 gelangt.
Die der Betriebsluft innewohnende Spannkraft übt auf das im toten Raum 9 befindliche Wasser einen Druck aus, der einerseits den Abwärtsgang des Kolbens 2 bewirkt, anderseits presst dessen wagreehte Komponente die Ledermanschette 6 und die Bleiplatte 5 gegen die Zylinderwand, wodurch eine gute Abdichtung trotz geringem Bewegungswiderstand erzielt wird. Sobald der Ansatz 7 des Kolbens 2
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pumpe 21, durch die Nocke 24 der Kurbelwelle 4 veranlasst, ihren Druekhub aus und füllt den Stutzen 17 zwecks luftdichten Abschlusses des Ventils 18 mit Wasser.
Die über dem Kolben 2 befindliche Wassersäule heizt im Verein mit dem Wasser des Rohrenbündels- 10, welch letzteres bei der fortschreitenden Abwärtsbewegung in unmittelbare Berührung mit der Betriebsluft gelangt, diese fortgesetzt bis zum Ende des Ausdehnungshubes an, so dass eine restlose Ausnutzung der der Betriebsluft innewohnenden Energie gewährleistet ist. Die Kolbengeschwindigkeit ist gering, um eine vollkommene Nachheizung der Betriebsluft zu ermöglichen. Wenn der Kolben 2 den unteren Totpunkt erreicht, hebt die Nocke 29 den Stössel 28 des Auslassventils 27, wodurch sich dieses öffnet. Die Kammer 26 des Auslassventils 27 war aber vom vorhergegangenen Arbeitshub zwecks Abdichtung des Ventiles mit Wasser gefüllt, das nunmehr vor Entweichung der Betriebsluft ausfliesst.
In der Tiefstlage des Kolbens 2 regelt sich auch selbsttätig die Höhe der über dem Kolben 2 befindlichen Wassersäule. In diesem Augenblicke liegt nämlich der Wasserspiegel ungefähr in der Höhe des Schwimmkörpers 34, der bei zu geringem Wasserstand das Speiseventil 35 so lange öffnet, bis ein Ausgleich geschaffen ist. Die Schliessung des Auslassventils 27 erfolgt unmittelbar vor Erreichung des oberen Totpunktes, worauf auch wieder ein Teil des über dem Kolben 2 befindlichen Wassers in die Kammer 26 dringt.
Zur Erhöhung der Geschwindigkeit der mit hohem Drucke aber geringer Geschwindigkeit arbeitenden Kraftmaschine, ist diese zweckmässig mit einem Getriebe auszustatten. Nach der vorliegenden Ausführungsform besteht das Getriebe aus einer doppeltwirkenden Wasserpumpe 47, deren Kolbenstange 48 durch eine Kurbel 49 der Kurbelwelle 4 betätigt wird. Der Durchmesser des Kolbens 50 der Pumpe 47 ist zwecks Herabsetzung des hohen Druckes grösser als der des Kolbens 2. Die Pumpe 47 fördert in einen Druckwindkessel 51, aus dem das Wasser einer nachgeschalteten Turbine zugeführt wird. Das ausgenutzte Wasser fliesst wieder der Pumpe 47 zu.
Selbstverständlich kann die flüssige Luft auch Isolierflaschen entnommen werden oder es kann der Betriebsstoffverbrauch gleichzeitig durch die von der Kraftmaschine durchgeführte Verflüssigung der Luft und durch Entnahme aus Isolierflaschen gedeckt werden.
In Fig. 3 ist eine vereinfachte Ausführungsform der Kraftmaschine dargestellt, bei der die vollständige Verdampfung der flüssigen Luft unmittelbar im toten Raum des Zylinders stattfindet. Die mit der ersten Ausführungsform übereinstimmenden Teile der Maschine sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zuführung der Betriebsluft erfolgt durch das an der untersten Stelle des toten
Raumes 9 in diesen mündende Speiseroln'52, das ebenfalls durch Isoliermaterial 53 gegen Wärmeverlust geschützt ist.
An die Mündung des Speiserohres 52 schliesst eine Pfanne 54 an, durch deren Austritts- öffnungen 55 die flüssige Luft in den toten Raum 9 tritt. Infolge des geringen spezifischen Gewichtes steigt die flüssige Luft durch das im toten Raum 9 befindliche Wasser entlang dem Röhrenbündel 10 auf und übt durch seine Verdampfung eine treibende Kraft auf den Kolben 2 aus. Die Steuerung des Einlasses erfolgt durch ein von der Kurbelwelle gesteuertes Einlassventil.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kraftmaschine für flüssige Luft, deren Verdampfung im Zylinder während des ganzen Aus- dehnungshubes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdampfungsvorrichtung im toten Raum des Zylinders angeordnet ist, deren Oberfläche während des Ausdehnungshubes in zunehmendem Masse in unmittelbare Berührung mit der sich ausdehnenden Betriebsluft gelangt.