DE54442C - Geschlossene Heifsluftmaschine mit Einspritzung warmer und kalter Flüssigkeit - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Ich benutze einen Erhitzer von passender Form, z. B. den in der Zeichnung mit 1 bezeichneten Kessel, welcher mit der Feuerung 2 versehen ist. Ferner verwende ich einen Cylinder 3, welcher einen Kolben 4 enthält, dessen Stange 5 mit der Treibwelle in bekannter Weise verbunden ist. Die Enden des Cylinders sind durch die hohlen Deckel 8 und 9 verschlossen. In passender Nähe des Cylinders stelle ich eine ΗεϊΓβλνβββεΓρυιτιρε ι ο und eine Kaltwasserpumpe 11 auf, deren bezw. Plunger von Excentern der Treibwelle bewegt werden. Jede Pumpe hat an jedem Ende eine Eintrittsund eine Auslafsöffnung und ist mit den gewöhnlichen Absperrventilen ausgerüstet. Der untere Theil des Kessels 1 steht durch das Rohr 12 mit den beiden Einlafsöffnungen der Heifswasserpumpe 10 in Verbindung, deren Auslafsöffnungen durch die Röhren 13 und 14 mit den hohlen Cylinderdeckeln 8 und 9 verbunden sind. Die Röhren 13 und 14 enden innerhalb der Deckel 8 und 9 in Brauseköpfe 15 und 16. Die beiden Einlafsöffnungen der Kaltwasserpumpe 11, deren Auslafsöffnungen durch die Röhren 19 und 20 mit den Deckeln 8 und 9 in Verbindung stehen, sind durch ein Rohr 17 mit der Austrittsöffnung eines Heifswasserkühlers 18 verbunden. Die Röhren 19 und 20 endigen ebenfalls in Brauseköpfe 21 und 22. Von der Eintrittsöffnung 23 des Kühlers 18 zweigen die beiden Röhren 24 ab, von denen jede nach einem Dreiwegehahn 25 bezw. 26 führt. Diese Hähne stehen mit den Cylinderdeckeln 8 und 9 in Verbindung und ferner mit einem Rohr 27, welches in geneigter Richtung angeordnet ist und in den Kessel 1 einmündet.

In den Röhren 13 und 14 sind die Hähne 28 und 29 angeordnet, welche ebenso wie die Hähne 25 und 26 zu den richtigen Zeiten durch Excenter der Treibwelle oder durch andere Mittel bewegt werden.

. Jetzt sei vorausgesetzt, dafs der aus den Pumpen, dem Cylinder, dem Erhitzer, dem Kühler und den Verbindungen gebildete Apparat derart mit Druckluft gefüllt sei, dafs der Druck hinter dem Kolben 20 Atmosphären (20 kg auf ι qcm) und vor dem Kolben 10 Atmosphären. (10 kg auf 1 qcm) betrage.

Es sei ferner angenommen, dafs, wenn der Kolben 4 sich von links nach rechts bewegt, der Kolben der Heifswasserpumpe 10 nach links Und jener der Kaltwasserpumpe 11 nach rechts bewegt werde.

Nachdem unter dem Kessel 1 Feuer angemacht ist, kann das in dem Kessel enthaltene Wasser unter dem genannten Druck sicher auf eine Temperatur von wenigstens 176⁰C. (350⁰ Fahrenheit) gebracht werden, ohne zu sieden. Es sei vorausgesetzt, dafs die Verhältnisse derartig seien, dafs der Cylinder ein Pfund Luft auf jeder Seite des Kolbens enthalte und dafs die Pumpen 10 und 11 in den Cylinder bezw. ein Pfund heifses Wasser hinter dem Kolben und ein Pfund kaltes Wasser vor dem Kolben bei jedem Hub einspritzen. Wenn jetzt der Kolben 4 sich nach rechts bewegt, so spritzt die Pumpe 10 Wasser von der angegebenen Temperatur von 176⁰ C. in den hohlen Deckel 8 und die Pumpe 11 kaltes

Wasser in den hohlen Deckel 9. Der Heifswasserregen erhitzt durch directe Berührung die hinter dem Kolben befindliche Luft mit grofser Geschwindigkeit; durch dieses Erhitzen der Luft wird die letztere befähigt, heifsen Dampf von der Oberfläche der zahllosen Tropfen heifsen Wassers sehr rasch aufzunehmen, und dieser Dampf, welcher ungefähr noch dieselbe Temperatur wie das heifse Wasser hat, trägt durch seine moleculare Berührung mit dazu bei, dafs das Erhitzen der Luft augenblicklich stattfindet. Wenn man jetzt die Formel zur Ermittelung der Endtemperatur eines Gemisches zweier Flüssigkeiten von verschiedenen Temperaturen anwendet, nämlich :

MS (T- X) = M¹ Sⁱ (X — T¹J,
in welcher MM' die Gewichte, SS¹ die specifische Wärme, T T¹ die Temperaturen und X die Endtemperatur bezeichnen, so finden wir, wenn wir annehmen, dafs dieLuft38° C. (100⁰F.) hatte, dafs die letztere auf eine Temperatur von 157⁰C. (315⁰F.) erhitzt wird. Bei dieser Temperatur ist der Druck der Luft ungefähr um 40 pCt. über den Anfangsdruck gestiegen; da letzterer, wie vorhin angegeben, 20 kg für ι qcm war, so wird der Druck jetzt 28 kg für ι qcm sein. Hierzu mufs als arbeitendes Element der Druck des von der so erhitzten Luft aufgenommenen Dampfes hinzugefügt werden, welcher Druck bei der genannten gemeinsamen Temperatur von 1 5 7 ° C. nahezu ■6 kg für ι qcm beträgt, so dafs der gesammte Anfangsdruck hinter dem Kolben 34 kg für ι qcm ist. Der wirksame Anfangsdruck ist dann gleich der Differenz zwischen dem Druck hinter dem Kolben und dem Druck vor dem Kolben. Der resultirende Anfangsdruck wird daher ungefähr

34 — 10 = 24 kg auf ι qcm
sein.

Unter diesem Druck bewegt sich der Kolben nach vorwärts, und der Druckverlust, welcher von dem Wärmeverlust, der infolge der während der Bewegung des Kolbens eintretenden Expansion stattfindet, herrührt, wird durch eine Reihenfolge von Condensationen des Dampfes und Wiederverdampfungen desselben und durch Abgabe der latenten Wärme des Dampfes an die Luft zum Theil ausgeglichen. Zu derselben Zeit ..tritt vor dem Kolben der kalte Regen ein und absorbirt den abgekühlten Dampf, uind daher wird die von der Compression herrührende Wärme eben so schnell, wie -sie erzeugt wird, der Luft entzogen.

Die .Stellung der Hähne 25 und 26 bleibt während dieser Zeit unverändert, das heifse Wasser verläfst den Cylinder und kehrt durch die Schwerkraft mach dem Kessel zurück, und das .kalte Wasser -verläfst ebenfalls das andere Ende des Cylinders und kehrt durch die Schwere nach dem .Kühler zurück.

Während des Hubes des Kolbens nimmt der Druck hinter dem Kolben ab, aber dadurch, dafs man das Luftvolumen zu dem Hub in ein entsprechendes Verhältnifs bringt, kann man die Druckabnahme so vorausbestimmen, dafs der Druck nicht unter jenen fällt, welcher nothwendig ist, um das Wasser im Kessel vor dem Kochen zu bewahren. Wählt man für dieses Verhältnifs z. B. 1 : 2, so wird der Enddruck hinter dem Kolben in dem gegebenen Falle ungefähr 17 kg auf 1 qcm sein. Daher wird der mittlere Druck hinter dem Kolben

— = 25,5 kg auf ι qcm

betragen.

Da die Volumenabnahme vor dem Kolben umgekehrt im Verhältnifs von 2 : 1 erfolgt, so wird der Enddruck 20 kg auf 1 qcm sein. Der mittlere Widerstand vor dem Kolben wird folglich

10 + 20

= 15 kg

Der gesammte mittlere wirksame Druck auf den Kolben ist also 25,5 bis 15 oder 10,5 kg, und dieser Druck wird in dem gegebenen Falle resultiren aus dem Verlust von nur wenigen Temperaturgraden, den das heifse Wasser erleidet, * welches in den Kessel zurückkehrt, während es noch sehr heifs ist. Dagegen wird das kalte Wasser vor dem Kolben nur um wenige Grade erwärmt, wobei es eben weniger gewinnt, als das heifse Wasser verliert; die Differenz ist nämlich in Arbeit umgewandelt worden.

Nach Vollendung des Hubes beginnen die Kolben der Pumpen ι ο und 11 sich in umgekehrter Richtung zu bewegen und werden die Stellungen der Hahne 25 und 26, 28 und 29 umgekehrt Der heifse Regen wird daher nun in den hohlen Deckel 9 eingespritzt und der kalte Regen in den hohlen Deckel 8. Der Druck auf die rechte Seite des Kolbens steigt augenblicklich auf 34 kg für 1 qcm, und der Druck auf die linke Seite des Kolbens fällt auf ι ο kg für ι qcm. Der mittlere wirksame Druck ist dann für diesen Hub wieder derselbe, wie oben angegeben. Das überschüssige heifse Wasser kehrt jetzt durch den Hahn 26 .in den Kessel zurück und das kalte Wasser durch den Hahn 25 nach dem Kühler, und dieser Rücklauf des heifsen und des kalten Wassers in ihre bezw. Behälter wird unveränderlich durch die Schwere hervorgebracht.

Auf diese Art wird sehr viel Brennmaterial erspart, denn das gebrauchte Wasser ist nur um ,2° C. (35 ° F.) (die auftretende Ternp.eraturdifferenz) von neuem zu erwärmen, wogegen bei den gewöhnlichen Dampfmaschinen ■966 Wärmeeinheiten .auf 1 Pfund Wasser ,auf-

Claims (1)

1. gewendet werden müssen, ehe die arbeitende Flüssigkeit überhaupt erhalten werden kann.

   Ferner wird auch dadurch gespart, dafs nur eine geringe Menge fliefsenden Wassers für den Kühler erforderlich ist, um die geringe Wärmemenge, welche dem kalten Regen durch die heifse Luft und den Dampf mitgetheilt wirdj zu beseitigen.

   Es ist zu bemerken, dafs das heifse Wasser in die Luft eingespritzt wird, wenn die letztere ihre Maximaldichtigkeit hat, und ferner ist noch hervorzuheben, dafs, weil die arbeitende Luftmasse innerhalb des Cylinders auf jeder Seite des Kolbens eingeschlossen ist, die ganze zu erhitzende Luftmasse auf einmal erhitzt wird, wenn der Regen heifsen Wassers in den hohlen Deckel gepumpt wird.

   Anstatt Wasser können auch andere Flüssigkeiten in dem Kessel erhitzt werden und an Stelle der Luft können andere Gase benutzt werden, oder es können auch zwei Flüssigkeiten von verschiedenen Siedepunkten, von denen die eine durch die hohe Hitze der anderen zuerst in die Arbeitsflüssigkeit umgewandelt wird, Verwendung finden, ohne von dem Wesen der Erfindung abzuweichen.

   Bei der beschriebenen Maschine sind Mittel vorzusehen, durch welche die überschüssige Ansammlung von condensirtem Dampf in dem Kühler verhindert wird. Dies kann durch eine Pumpe oder andere Vorrichtung geschehen, welche den sich ansammelnden Ueberschufs entfernt und nach Bedarf in den Erhitzer zurückführt.

   In Verbindung mit dem Apparat kann eine Luftpumpe zum Zwecke des Verdichtens der Luft und des Ersatzes der entwichenen Luft benutzt werden.

   Unter dem in der Beschreibung gebrauchten Ausdruck »Flüssigkeit« sind nicht nur gewöhnliche Flüssigkeiten, wie z. B. Wasser, verschiedene Oelarten etc., zu verstehen, denn in einigen Fällen können die Zwecke der Erfindung auch dadurch erreicht werden, dafs man in dem Erhitzer verschiedene, gewöhnlich feste Stoffe schmilzt, mögen dieselben nun Metalle oder andere Stoffe sein. Bei derartigen Abänderungen ist es nothwendig, an Stelle der Luft ein Gas von solcher Beschaffenheit zu verwenden, welches der Flüssigkeit durch chemische Verbindung mit derselben keine Energie entzieht; mit anderen Worten, das Gas mufs in jedem gegebenen Falle chemisch indifferent sein in Bezug auf die Flüssigkeit, mit welcher es in dem Apparat in Berührung kommt. Die zum Kühlen zu benutzende Flüssigkeit mufs in diesen Fällen ebenfalls entsprechend gewählt werden.

   Beim Beginn des Hubes haben die Heiz- und die Kühlflächen ihre Maximalgröfse, am Ende des Hubes haben beide ihre Minimalgröfse und zwischen diesen beiden Grenzen nehmen beide an Gröfse ab. Diese Verringerung der Flächen findet in einer Weise statt, welche die ökonomische Wirksamkeit der Umwandlung nicht vermindert, sondern vielmehr unterstützt, da die Flächenverringerung genau im Verhältnifs zu dem abnehmenden Bedarf an Hitze oder Kälte stattfindet. Wenn man ferner nur den Raum auf einer Seite des Kolbens während eines ganzen Hubes betrachtet, so nimmt die Heizfläche allmälig ab und verschwindet schliefslich in dem Augenblick, wo sie auf den kalten Regen trifft, dessen Oberfläche dann ein Maximum ist, und diese wird ihrerseits verringert und verschwindet in. Gegenwart des nächsten heifsen Regens.

   Durch eine geeignete Anordnung von Schiebern, Absperrvorrichtungen etc., wie sie bei den besten Dampfmaschinen üblich ist, können die Zeiten für das Einspritzen der heifsen und der kalten Flüssigkeit so genau regulirt werden, dafs eine Maschine, welche gemäfs den oben erläuterten Methoden construirt ist und arbeitet, sich als sehr sparsam in dem Verbrauch von Wärme erweisen wird; ihre Gröfse wird für eine gegebene Kraft sehr klein sein, und da nur wenige Liter Wasser in dem Erhitzer benöthigt werden, so werden, wenn eine Explosion eintreten sollte, Unglücksfälle vermieden. Es findet kein Austritt von Dampf statt, so dafs die Maschine nahezu geräuschlos arbeiten wird.

   Pateντ-Anspruch:

   Eine Heifsluftmaschine, bei welcher im Arbeitscylinder vor und hinter dem Kolben zwei getrennte Luftmengen wirken, und in die hinter dem Kolben wirkende, sich ausdehnende Luft eine heifsere Flüssigkeit eingespritzt wird, während gleichzeitig in die vor dem Kolben befindliche, sich zusammenziehende Luft eine kältere Flüssigkeit eingespritzt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.