DE71223C - Einrichtung zur Nutzbarmachung von Luft oder Gasen als Betriebskraft - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAM

Bei der Herstellung dieser Einrichtung ist von dem Standpunkt ausgegangen, dafs die höchsten darin .vorkommenden Temperaturen nicht die Grenze überschreiten sollten, welche durch die Erfahrung, als diejenige gefunden worden ist, welcher die Materialien auf eine lange Zeitdauer Stand halten. Demgemäfs sind bei vorliegender Maschine keine höheren Temperaturen erforderlich , als diejenigen, welche bei den heutigen Dampfmaschinen üblich sind. Fig. 1 zeigt den Längsschnitt einer solchen Maschine, Fig. 2 den Grundrifs derselben, Fig. 3 einen Querschnitt des Luftcompressionsapparates und Fig.4 ein Diagramm.

Sobald ein genügender Dampfdruck im Kessel ρ erzeugt ist, wird der Dampf durch Oeffhen des Dampfventils α durch Rohr b nach der Maschine geleitet. Die Maschine ist in diesem Falle eine gewöhnliche Dampfmaschine, nur dafs sie aufser mit den Cylindern c und c¹ noch mit den Hoch τ und Niederdruck-Luftcompressionspumpen d und d¹ versehen ist. Sobald die Maschine infolge des Dampfzutritts zu wirken beginnt, setzen sich auch die Pumpen in Thätigkeit. Hierbei entnimmt die Niederdruckpumpe d\ Fig. 2 und 3, ihre Luft von der Atmosphäre und giebt sie in verdichtetem Zustande durch Rohr e an den Behälter/ ab, während die Hochdruckpumpe d die Luft aus dem Behälter f durch das Schlangenrohr g anzieht und die dann noch mehr verdichtete Luft durch Rohr h an den Erhitzer i abgiebt. In dem Erhitzer i wird die Luft zunächst durch die Auspuffgase aus der Maschine erhitzt und dann durch die Abzugsgase aus dem Kessel auf dieselbe Temperatur wie diejenige des im Kessel befindlichen Dampfes erhitzt.

Vom Erhitzer i wird die Luft durch das Rückschlagventil k nach dem Mischapparat I geleitet, der vorläufig nur Dampf enthält. Hier tritt die Luft in zahlreichen kleinen Strahlen ein und wird somit durch und durch mit dem Dampf gemischt. Wenn jetzt eine gröfsere Luftmenge herausgelassen wird, so nimmt die Luft einen entsprechenden Theil des zulässigen Volumens in den Cylindern c und c¹ ein und somit hat nachher nur ein kleinerer Theil des Dampfes Gelegenheit,' mit Luft in das Rohr h einzutreten. Das Dampfventil α ist als Rückschlagventil ausgeführt, so dafs keine Luft in den Kessel eintreten kann.

Die Expansion der Mischung von Luft und Dampf tritt in der gewöhnlichen Weise zunächst im Cylinder c und dann im Cylinder c¹ ein. Das expandirte Gemisch wird aus c¹ durch Rohr m nach dem Abzug geleitet, wo es nahe am oberen Ende des Erhitzers i ausströmt und somit einen Theil der in ihm zurückbleibenden Wärme an die verdichtete Luft abgiebt.

Um eine günstige Wirkung zu erzielen, ist es nöthig, dafs

ι. die Verdichtung in den Pumpen sich mit einer so gering als möglichen Temperaturerhöhung für die Luft vollzieht, damit die Kraft, welche durch die Verdichtung verbraucht wird, so viel als möglich vermindert wird. Die gewöhnlichen Wassermäntel um die Cylinder und die Deckel der Pumpen halten die Temperatur nicht genügend zurück, und deshalb werden die Pumpendeckel mit langen,

keilförmig profilirten, hohlen Ringen ausgeführt, die sich in die Cylinder der Pumpen erstrecken, wodurch sehr grofse Kühlflächen erhalten werden, und die Pumpenkolben werden mit entsprechenden Nuthen versehen, so dafs nur ein kleiner freier Raum an den Enden des Hubes vorhanden ist. Aufserdem sind der Behälter/ und das Schlangenrohr g mit Wassermänteln versehen, so dafs die Temperaturerhöhung, welche in der Niederdruckpumpe d¹ Platz gegriffen hat, vermindert wird, bevor die Luft in die Hochdruckpumpe d eintritt.

Durch Versuche hat es sich herausgestellt, dafs bei einer mäfsigen Anzahl von Umdrehungen für die Maschine die Temperatur der etwas über 3 Atmosphären verdichteten Luft nicht höher als auf ungefähr 20⁰ C. steigt.

Es ist ferner nöthig, dafs

2. die Luft und der Dampf richtig mit einander gemischt werden, weil eine innige Mischung von Dampf und Luft bei weitem günstiger expandirt als nur Dampf allein, und zwar aus dem Grunde, weil diese Mischung nicht so empfindlich für das Abkühlen ist, wenn sie mit den Wänden der Rohre und Cylinder in Berührung kommt. Der beschriebene Mischapparat / erzeugt eine vollkommene Mischung.

Weiter ist nöthig, dafs

3. die Pumpen und Cylinder so im Verhältnifs zu einander gewählt werden, dafs aufser der durch die Pumpen strömenden Luft nur eine solche Dampfmenge, die während der Expansion der Mischung vollständig condensirt werden kann, in die Mischung eintreten kann. Die latente. Wärme, welche auf diese Weise frei wird, wird dann durch, die Luft in der Mischung aufgenommen und somit in Arbeit umgesetzt.

Fig. 4 zeigt ein combinirtes theoretisches Diagramm der Wirkungsweise der Maschine. Die Ordinaten für die punktirte Curve AA¹A² zeigen die Druckzunahme, wenn Luft bei constanter Temperatur verdichtet wird. Die Ordinaten für die Curve A B^l zeigen die Druckzunahme in der Niederdruckpumpe'rf¹ unter der Voraussetzung, dafs die Temperatur während der Verdichtung allmälig von 20° auf 40 ° C. steigt. Die Volumenverminderung von B¹ bis A¹ wird verursacht durch das Abkühlen der Luft in dem Behälter f und dem Rohr g. Die Curve A¹B'² zeigt die Druckzunahme in der Hochdruckpumpe d unter denselben Bedingungen, wie sie für die Pumpe d^[ gelten. Die Volumenerhöhung von B ² bis C richtet sich nach dem Erhitzen der verdichteten Luft durch die Abzugsgase von 40 ° auf 189 ° C. Die Volumenzunahme von C² bis C³ entspricht der Menge Dampf, die hinzugefügt ist, um die Temperatur während der Expansion aufrecht zu erhalten. Diese ganze Dampfmenge wird am Ende der Expansion condensirt. Die Curve C²C¹ zeigt die Drucke während der Expansion der Mischung und die punktirte Curve C² C¹ veranschaulicht, wie die. Luft allein expandiren würde, wenn ihre Temperaturen jederzeit auf Höhe der Temperaturen des Dampfes von entsprechendem Druck erhalten würden.

Für die dargestellte Maschine trifft folgende Berechnung zu, unter der Annahme, dafs die Zahl der Umdrehungen 220 in der Minute beträgt:

Durchmesser in Millimetern	Hub in Millimetern	Compression zwischen	mittlerer Druck	verbrauchte indicirte Pferde kraft
Niederdruckpumpe 444,5 Hochdruckpumpe 244,5	203 203	6,8 bis 227 Atm. 22,7 - 74,8 -	8,47 Atm. 27,92 -	39)93 ' 39)79
zusammen . . .	79)72

Durchmesser in Millimetern	285,75 444)5	Hub in Millimetern	74,8 25,4	Expansion zwischen ~	mittlerer Druck	abgegebene ■indicirte Pferde kraft
Hochdruckcylinder Niederdruckcylinder		to to O O OJ OJ		bis 25,4 Atm. - 9,07 -	30,16 Atm. 12,26 -	58,74 58,02
			zusammen . . .	116,76.

Die indicirte (theoretische) Pferdekraft beträgt somit 116,76 bis 79,72 = 37,04 Pferdestärken.

Bei der oben erwähnten Anzahl von Umdrehungen (220 in der Minute) braucht die Maschine 109,16 kg Dampf in der Stunde.

Da die Erhitzung der Luft vollständig durch die Abgangswärme aus den Auspuffgasen, die in jedem Kessel eine genügende Temperatur für diesen Zweck besitzen, vor sich geht, so ist es nur nöthig, eine Menge Brennstoff zu benutzen, welche die erwähnte Dampfmenge zu erzeugen vermag. Mit einem guten Kessel würde diese Menge mit 10,9 kg Kohle in der Stunde erzeugt werden, was einem Verbrauch

an Kohle von 0,272 kg für die indicirte Pferdekraft und Stunde entspricht. Die besten Dreifachverbundmaschinen brauchen ungefähr dreimal so viel Brennstoff für die indicirte Pferdekraft und Stunde.

Obwohl die vorbeschriebene Maschine mit zwei Cylindern und zwei Pumpen dargestellt wurde, kann eine beliebige Zahl von Cylindern und Pumpen verwendet werden. Die Maschine kann auch so ausgeführt werden, dafs sie immer von neuem dieselbe Luft wieder benutzt. In diesem Falle wird die Luft nach Benutzung nach einem Kühler, statt nach einem Abzug geleitet. In dem Kühler giebt sie zunächst ihre überschüssige Hitze an die comprimirte Luft ab, und dann wird sie genügend gekühlt, um das Wasser aus dem Dampf auszuscheiden und die Luft zur Wiedercompression geeignet zu machen. Bei dieser Anordnung, der Maschine ist es vortheilhaft, einen etwas höheren Anfangsdruck anzuwenden, als derjenige der Atmosphäre beträgt, und in diesem Falle ist eine' besondere Füllpumpe nöthig, um den höheren Druck zu erzeugen und um Undichtigkeiten zu beseitigen, die etwa vorkommen könnten.

Wenn die Maschine mit frischer Luft arbeitet, ist es vortheilhaft, einen Theil der aus den Cylindern entwichenen Luft in den Feuerraum des Kessels zu leiten, um die Verbrennung zu befördern.

Das Kühlen der Luft in den Compressionspumpen kann auch dadurch erreicht werden, dafs man während der Compression kaltes Wasser in die Pumpen einleitet. In diesem Falle mufs das Wasser aus der Luft durch Centrifugiren entfernt werden, bevor die Luft nach dem Erhitzer geleitet wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Einrichtung zur Nutzbarmachung von Luft (oder anderen permanenten Gasen) als Triebkraft in Arbeitscylindern, bei welcher die Luft (oder das Gas) durch eine Compressionspumpe (oder Compressionspumpen) (d d¹) bei möglichster Beschränkung der Temperaturerhöhung comprimirt wird, während die comprimirte Luft (oder das Gas) durch Einführen in einen Erhitzer (i) von den Abgasen eines Dampfkessels erhitzt wird, mit dessen Dampf die erhitzte Luft in einem Mischapparat (I) zur gründlichen Vermischung gelangt, derart, dafs dies Gemisch aus Dampf und Luft (oder Gas) in den auch die Compressionspumpen antreibenden Arbeitscylinder (c) gelangt, während der Auspuff der Arbeitscylinder gleichfalls dem Erhitzer (i) zugeführt wird.

   Hierzu 3 Blatt Zeichnungen.