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Maschine zur Erzeugung von Druckgasen.
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Arbeitsraum in einen durch Innenverbrennung beheizten warmen Arbeitsraum und umgekehrt treibt und hiedurch lediglich durch unmittelbare Wirkung der Wärme imstande ist atmosphärische Luft oder irgend ein anderes Gas anzusaugen und auf einen höheren Druck verdichtet zu fördern.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass einerseits für die erzielten Arbeitsleistungen dieser Maschine der thermodynamische Kreislauf jener - im nachstehenden als #Fördermenge" bezeichneten - Menge des im Arbeitsraume wirkenden gasförmigen Arbeitsmittels massgebend ist, die während jenes - im nachstehenden # Förderperiode" bezeichneten - Arbeitsabschnittes von dem kalten Arbeitsraum durch den Wärmespeicher hindurch in den warmen Arbeitsraum übertritt, während dessen die auf den Förderhub verdichtete, - im nachstehenden als #Nutzmenge" bezeichneten - Gasmenge aus dem Arbeitsraum in die Druckleitung gefördert wird und dass es anderseits nicht wie bisher nötig ist,
für die Fördermenge einen Anteil des im Arbeitsraume vorhandenen Arbeitsmittels in Anspruch zu nehmen, sondern es sich vorteilhafter erweist, während der Förderperiode eine besondere Gasmenge als Fördermenge von aussen einzuführen.
Bei den bisherigen derartigenMaschinen erlitt nämlich die Fördermenge die einen Teil ihres thermodynamischen Kreislaufes bildende, dem Durchtritt durch den Wärmespeicher vorangehende Verdichtung im kalten Arbeitsraume zusammen mit der Verdichtung der Nutzmenge und wurde unmittelbar nach der Verdichtung als Anteil der im Arbeitsraume vorhandenen Gasmenge aus dem kalten Arbeitsraum durch den Wärmespeicher in den warmen Arbeitsraum hinübergesehoben.
Infolgedessen waren für den Zustand, in dem der Eintritt der Fördermenge in den Wärmespeicher n'folgte, die im kalten Arbeitsraume vorhandenen Verhältnisse massgebend. Dadurch aber, dass gemäss der Erfindung die Fördermenge erst während der Förderperiode von aussen in den Arbeitsraum eingeführt wird, kann man den Zustand (also sowohl die Temperatur ais auch den Druck) der Fördermenge von dem bei ihrem Eintritt in dem Arbeitsraum herrschenden Zustand des Arbeitsmittels unabhängig wählen.
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grad der Maschine erhöht oder die Maschine zur gleichzeitigen unmittelbaren Leistung mechanischer Arbeit herangezogen werden.
Dementsprechend ist der Arbeitsraum der Maschine gemäss der Erfindung
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Ma. ehine eingeführt werden können.
In der Zeichnung sind drei Ausführungsbeispiele des Eifindungsgegenstandes sehematisch dar- gestellt.
Fig. 1 ist ein sehematiseher Längsschnitt eines im offenen Kreislauf arbeitenden Druckgaserzeugers, der eine Druckluftturbine antreibt ; Fig. 2 ist ein schematischer Schnitt eines im geschlossenen Über-
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luftturbine antreibt ; Fig. 3 zeigt einen Druckgaserzeuger mit eingebautem Kühler in schematischem Schnitt und Fig. 4 den zwischen dem Hilfszylinder und dem Wärmespeicher angeordneten gesteuerten Absperrschieber.
In Fig. 1 ist A die auf bekannten Grundsätzen beruhende Maschine zur Erzeugung von Druckgasen, die aus einem Zylinder 1 besteht, in dem der Verdrängerkolben 2 hin und her verschiebbar ist. Der Kolben wird von der Welle 3 mittels der Kurbel 4 bewegt. Die Kurbelwelle erhält ihren Antrieb in beiiebiger Weise. Es kann z. B. hiezu ein Bruchteil der Leistung einer Druckluftkraftmaschine B benutzt werden, die mit dem durch die Maschine A erzeugten Druckgas betrieben werden soll. 5 ist ein Wärmespeicher, dessen kalte Seite mit 5 a und dessen warme Seite mit 5 b bezeichnet ist. Zwischen der warmen Seite 5 b des Wärmespeichers und dem Kolben 2 befindet sich der warme Arbeitsraum 6 b.
Der an der kalten Seite 5 a des Wärmespeichers befindliche Raum steht durch die Verbindungsleitung 7 unter Umgehung des Wärmespeichers 5 mit dem an der anderen Seite des Kolbens 2 befindlichen kalten Arbeitsraum 6 a in Verbindung. 8 ist eine Brennstoffpumpe, die z. B. einen flüssigen Brennstoff durch die Düse 9 in den warmen Arbeitsraum 6 b einführt. Selbstverständlich kann man auch gasförmigen Brennstoff anwenden.
Falls Verbrennungsgase als Arbeitsmittel für die Maschine dienen, also die angesaugten Gase die Verbrennung nicht zu unterhalten vermögen, so muss ausserdem auch noch Verbrennungsluft eingeführt werden. 10 sind Saugventile und 11 die Druckventile, deren Ventilkammer durch die Leitung 12 mit einem Druckgasbehälter 13 in Verbindung steht. Aus diesem kann das Druckgas einer beliebigen Verwendung zugeführt werden.
Gemäss dem dargestellten Beispiel soll das Druckgas behufs Erzeugung mechanischer Arbeit durch die Leitung 14 die Druckluftkraftmaschine (Turbine) B speisen. 15 ist ein Hilfszylinder in dem der Kolben 16 beweglich ist, der in bezug auf den Kolben 2 unter einem solchen Winkel mit der Kurbelwelle 3 verbunden ist, dass der Kolben 16 bereits einen bedeutenden Teil seines aufsteigenden Hubes ausgeführt hat, wenn sich der Kolben 2 in seiner unteren Totpunktlage befindet.
Dieser Hilfszylinder kann bei einfacheren Ausführungen der Maschine auch wegbleiben, in welchem Falle der unterhalb der kalten Seite 5 a des Wärmespeichers befindliche Raum statt eines beweglichen Kolbens durch eine unterhalb der Mündung der Leitung 7 angebrachte feste Wandung 15 a nach aussen
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Es sei vorerst angenommen, dass die Maschine ohne Hilfszylinder arbeitet und dass der Wärmespeicher sich in seinem Beharrungszustande befindet, in dem die kalte Seite 5 a des Wärmespeiehers etwa die Temperatur der Aussenluft und die warme Seite 5 b des Wärmespeichers eine möglichst hohe Temperatur, etwa 900 C, aufweist. Ferner sei angenommen, dass sich der Kolben 2 in seiner untersten Stellung befindet, wobei der Raum 6 a mit kaltem Gas angefüllt ist.
Steigt nun der Kolben 2, so wird das kalte Gas aus dem Raum 6 a durch die Verbindungsleitung 7 durch den Wärmespeicher 5 hindurch in den warmen Raum 6 b hinübergeschoben. Das Gas wird beim Durchtritt durch den Wärmespeicher 5 durch diesen auf desse1Y Höchsttemperatur erhitzt.
Infolge dieser Erhitzung findet während des Übertrittes in den warmen Arbeitsraum 6 b eine Volumenzunahme des übertretenden Gases statt, die in Anbetracht der Unveränderlichkeit des Gesamtvolumens der beiden Arbeitsräume 6 a, 6 b während der Kolbenbewegung eine Drucksteigerung verursacht.
Der Druck nimmt während des Aufwärtsganges des Kolbens 2 etwa bis zur Stellung x-x allmählich so lange zu, bis er den auf dem Druckventil 11 lastenden Druck erreicht. Bei weiterem Steigen des Kolbens schiebt dieser eine weitere Menge kalter Gase durch den Wärmespeicher hindurch in den warmen Raum 6 b hinüber. Beim Durchtritt durch den Wärmespeicher wird diese Gasmenge auf die Höchsttemperatur des Wärmespeichers und sodann durch die Verbrennung des bei 9 eingeführten Brennstoffes noch weiter erhitzt.
Infolge der während der Erhitzung stattfindenden Ausdehnung dieser Gase, wird während der nun beginnenden Förderperiode eine der Volumenzunahme entsprechende Menge Gas aus dem kalten Raume 6a durch das Druckventil11 und die Leitung 12 in den Druckgasbehälter 13 geliefert. Die Förderperiode dauert von der Stellung x-x bis zum Ende des Aufwärtshubes des Kolbens 2, also während der.
Hubstrecke . Bei Beginn des Abwärtshubes des Kolbens 2 wird das im Raum 6 b befindliche warme Gas durch den Wärmespeicher 5 und durch die. verbindungsleitung 7 hindurch in den kalten Arbeitsraum 6 a hinübergeschoben. Beim Durchtritt durch den Wärmespeicher kühlt sich das Gas ab und erfährt infolgedessen eine Volumenverminderung, wodurch in Anbetracht des unveränderlichen Gesamtvolumens eine Druckverminderung eintritt. Nach einer gewissen Strecke der Abwärtsbewegung des Kolbens 2, etwa bei Erreichung der Stellung y-y, ist der Druck in den Arbeitsräumen unter den auf dem Saugventil 10 lastenden äusseren Druck gesunken. Bei weiterem Niedergang des Kolbens 2 öffnet sich das Ventil 10 und es wird frische Luft aus der Atmosphäre oder irgend ein anderes Gas aus einem Behälter angesaugt.
Aus dem Obigen geht hervor, dass sich während eines Doppelhubes des Kolbens 2 folgende vier Arbeitsperioden abspielen :
1. Von der unteren Totpunktlage bis zur Stellung x-x, also während der Strecke h1 des aufsteigenden Hubes, erfolgt die Drucksteigerung des gesamten Inhaltes der Arbeitsräume, wobei ein Teil des in diesen befindlichen Arbeitsmittels von der kalten Seite durch den Wärmespeicher auf die warme Seite übertritt und hiedurch die Drucksteigerung bewirkt, weshalb diese Luftmenge"Verdiehtungsmenge" genannt werden soll.
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kein Druckgas aus dem oberhalb des Kolbens 2 befindlichen kaltem Raum 6a über die Verbindungsleitung 7 durch den Wärmespeicher 5 geführt zu werden, sondern es wird die ganze Menge des im kalten Arbeitsraum 6 a befindlichen Druckgas durch das Druckventil 11 hinausbefördert.
Die hiedurch erreichten Vorteile sind mehrfache :
Der unmittelbarste Vorteil ist die Steigerung des volumetrischen Wirkungsgrades des Druckgaserzeugers, da auch jene Gasmenge, die sonst als Fördermenge während der Förderperiode aus dem kalten Arbeitsraum auf die warme Seite überzugehen hatte, als Nutzgasmenge nach aussen gefördert, also die Nutzgasmenge vergrössert wird. Ein zweiter Vorteil besteht darin, dass die Verbindungsleitung 7 während der Förderperiode entlastet wird, da während dieser Periode kein Gas durch die Verbindungs- leitung vom kalten Arbeitsraum zum Wärmespeicher strömen muss. Es entfallemomit die mit einer solchen Strömung verbundenen Strömungsverluste.
Ein dritter Vorteil besteht darin, d1 : ss die Temperatur der kalten Seite des Wärmespeichers auf der niedrigsten Temperatur des Arbeitszyklus, d. h. der Temperatur des Kühlers, gehalten werden kann, ohne einen Kühler innerhalb des Arbeitsraumes der Maschine anordnen zu müssen. Hiedurch entstehen Vorteile bezüglich des thermischen und weitere Vorteile bezüglich des volumetrischen Wirkungsgrades. Ein vierter Vorteil entsteht daraus, dass bei Erzeugung der durch das Einlassorgan18eingeführtenDruckgasmengeisothermischeVerdichtungangewendetwerdenkann.
Ein fünfter Vorteil entsteht dadurch, dass die Zuführung der durch das Einlassorgan. M eingeführten Gasmenge bei einem höheren Druck erfolgen kann als der im kalten Arbeitsraum herrschende, wodurch der sonst ohne äussere Arbeitsleistung arbeitende Druckgaserzeuger zur äusseren Arbeitsleistung herangezogen wird. Ein sechster Vorteil besteht in der Steigerung des mechanischen Wirkungsgrades.
Um die Vorteile, die damit verbunden sind, dass der Kühler nicht im Arbeitsraume selbst angeordnet zu werden braucht, richtig beurteilen zu können, muss zunächst darauf hingewiesen werden, dass beim Druckgaserzeuger A, wie bei allen Wärme in Arbeit umsetzenden thermischen Maschinen, es den thermodynamischen Grundsätzen zufolge bekanntlich nicht genügt lediglich Wärme zuzuführen, sondern es muss auch dafür gesorgt werden, dass in irgendwelcher Form eine gewisse Wärmemenge abgeführt wird. Die besondere Art der Wärmeabführung bei dem Druckgaserzeuger ergibt sich aus dem Nachstehenden :
Bei allen Ausführungen des Druckgaserzeugers A wird das am Ende der Saugperiode, also der Hubstrecke h4, im kalten Arbeitsraum 6 a befindliche und eine niedrigere Temperatur T1 aufweisende
Gas während der darauffolgenden Verdichtungsperiode, also während der Hubstrecke , adiabatisch auf eine der Drucksteigerung vom Drucke pi auf den Druck p2 entsprechenden höhere Temperatur T 2 gebracht. Bei den bisher bekannten Ausführungen des Druckgaserzeugers, bei denen die Fördermenge nicht von aussen zugeführt wird, gelangt ein Teil des adiabatisch verdichteten Gases während der Förderperiode h2 durch den Wärmespeicher 5 als Fördermenge auf die warme Seite.
Da gemäss der eingangs erwähnten Erkenntnis es gerade die Fördermenge ist, die den die Arbeit leistenden thermo-dynamischen
Kreislauf ausführt, so muss die Wärmeabführung aus dieser Fördermenge geschehen, u. zw. ist es deren Verdichtungswärme, die in irgendeiner Weise durch Kühlung abgeleitet werden muss. Würde dies nicht geschehen, so würde-wie weiter unten nachgewiesen wird - der Temperaturunterschied zwischen der kalten und warmen Seite des Wärmespeichers, der eine Grundbedingung für die Wirkung des Druckga-
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(Fig. 3), der die Verdichtungswärme der Fördermenge vor dem Eintritt in den Wärmespeicher entzieht, so dass diese mit der Eühlertemperatur Tj in den Wärmespeicher eintritt.
Besitzt also die kalte Seite J a. des Wärmespeichers bereits die Temperatur T1, so wird diese durch den Durchtritt der genannten Gasmenge nicht geändert. Sollte aber die kalte Seite des Wärmespeichers durch überschüssige Wärmemengen auf eine höhere Temperatur erwärmt worden sein, so wird diese Temperatur durch die aus dem Kühler abgekühlt eintretenden Gase ständig auf die niedrigste Temperatur Tl herabgedrückt. Der Temperaturunterschied zwischen der kalten und warmen Seite des Wärmespeichers wird also beständig aufrechterhalten und es erhält dabei die kalte Seite des Wärmespeichers stets die niedrigste Temperatur T, des thermodynamischen Kreislaufes.
Die Anordnung des Kühlers im Arbeitsraume selbst ist aber nachteilig. Eine solche Anordnung erheischt nämlich schwer ausführbare, kostspielige Bauarten, falls in dem zur Verfügung stehenden verhältnismä. ssig geringen Raum, also bei geringen Abmessungen, eine grosse Kühlwinkung erzielt werden sell. Aber selbst in diesem Falle bewirkt der Kühler eine bedeutende Vergrösserung des schädlichen Raumes.
Dadurch nun, dass gemäss der Erfindung im Arbeitsraume kein Kühler untergebracht werden muss, entfallen die obigen Nachteile.
Die Anordnung des Kühlers ausserhalb des Arbeitsraumes ist an und für sich bekannt, doch konnte bei der bekannten Anordnung die Temperatur der kalten Seite des Wärmespeichers nur auf einer die
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spezifische Leistung der Maschine beeinträchtigt werden.
Ist nämlich im Arbeitsraum selbst kein Kühler vorhanden, so wird die Verdichtungswärme der Fördermenge vor Eintritt in den Wärmespeicher nicht entzogen. Diese Wärmemenge wird daher beim Eintritt in den Wärmespeicher an die kalte Seite 5 a desselb@ n abgegeben, wodurch die Temperatur dieser
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Seite auf T2 steigt. Infolgedessen verlässt die während der nächstfolgenden Druckentspannungs- und Saugperiode h3 und h4 auf die kalte Seite zurücktretende Gasmenge den Wärmespeieher mit dieser höheren Temperatur T2. Die Temperatur T2 dieser zurückgekehrten Gasmenge wird während der folgenden adiabatischen Verdichtungsperiode 711 auf eine noch höhere Temperatur T 3 steigen.
Dif fntspreclwnde adiabatische Verdiehtungswärme wird sodann beim Eintritt der nächsten Fördermenge in den Wärme-
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speichers nicht vollständig, wenn dafür geso@gt wird, dass die während der Snugperiode angesaugte frische Nutzgasmenge ständig mit der niedrigsten Temperatur T1 eintritt. Dies ist z. B. ohneweiters der Fall, wenn der Druckgaserzeuger unmittelbar aus der Atmosphäre Luft aussaugt, deren Temperatur mit G1 angenommen wird.
In einem solchen Falle wird wohl, wie dies sofort gezeigt werden soll, ein gewisser Temperaturunterschied zwischen der kalten und wannen Seite des Wärmespeichers erhalten, aber die kalte Seite des Wärmespeichers erreicht eine Temperatur, die notwendigerweise höher liegt als die niedrigste Temperatur T1 des Arbeitsspieles.
Die mit dieser nedirigsten Temperatur T1 angesaugte frische Nutzluftmenge wird nämlich während der ersten Verdichtungsperiode h1 im kalten Arbeitsraum von der Temperatur 1\ auf die der adiabatischen Drucksteigerung vom Drucke pi auf P2 entsprecuende Temperatur T2 verdichtet. Während der darauffolgenden Förderperiode h2 geht min ein Teil dieses verdichteten Gases als Fördermenge auf die warme Seite hinüber und erhöht inzwischen beim Eintritt in den Wärmespeicher die Temperatur der kalten
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Verdichtung von der Mischtemperatur T/auf eine Verdichtungstemperatur T'2, die höher als T'2 ist, da auch T/höher als Ti war.
Die kalte Seite des Wärmegpeichers erwärmt sich daher währe nd der zweite n Förderperiode beim Durchtritt der zweiten Fördermenge auf die höhere Temperatur T2'. Die sodann von der warmen Seite mit derselben Temperatur T'2 zurückkehrende Gasmenge vermischt sich nun während der nächsten Saugperiode h4 abermals mit der frisch angesaugten Nutzluftmenge von der Temperatur Ti.
Es entsteht also im kalten Arbeitsraum eine zweite Mischtemperatur T/', die zwischen T/und T'2 liegt und höher ist als die frühere Mischtemperatur T'1. Durch ständige Wiederholung dieser Vorgänge erreicht die kalte Seite des Wärmespeichers schliesslich eine Grenztemperatur Tx2 und der kalte Arbeitsraum am Ende der Saugperiode eine Grenzmisehtemperatur Tx1. Diese Grenztemperaturen werden dann
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im kalten Arbeitsamme - die sogenannte kalte Arbeitsleistung der Maschine-nicht, wie bei einem im Arbeitsraum angeordneten Kühler, zwischen den Temperaturen T1 und Ta, sondern zwischen den höheren Temperaturen Ti''und Tg', wodurch der thermische Wirkungsgrad vermindert wird.
Die gleichen Temperaturveihältnisse entstehen, wenn der Druckgaserzeuger A mit der Druck- verbrauchsma. schine B nach der in Fig. 2 dargestellten Anordnung im geschlossenen Kreislauf arbeitet
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der Saugperiode ebenfalls die Grenzmischtemperatur Tj. Die Verdichtung erfolgt von der Mischtemperatur T, die höher als Taist, genau auf die Temperatur T2x, die höher als T2 ist,
und die Nutzgasmenge wird mit dieser Temperatur T2x in den Druckgasbehälter 13 gefördert. Aus diesem strömt die Nutzgasmenge der Druckverbrauchsmaschine B zu und erleidet in dieser-unter Leistung einer entsprechenden Nutzarbeit-eine adiabatische Entspannung. Da diese zwischen denselben Druckgrenze P2 und pi stattfindet, zwischen denen die Verdichtung erfolgte, so erniedrigt sich die Temperatur-von Wärmeverlusten abgesehen'- genau wieder auf T, die sie im Druckerzeuger A am Anfang der Verdichtung besessen hat. Die Nutzgasmenge pufft also nach ihrer Arbeitsleistung in der Druckverbrauchsmaschine B mit der Temperatur Tlx aus und gelangt mit dieser in den Niederdruckbehälter 26.
Es muss daher durch
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Kreislaufes wieder mit dieser Temperatur in den Druckgaserzeuger A eintrete.
Durch Abkühlung der Nutzgasmenge von Tlx auf Tin dem Kühler wird gerade die Verdichtungwärme der Fördermenge abgeleitet, die im Druckgaserzeuger während der Saugperiode durch Vermischung die Temperatur Puder angesaugten Nutzgasmenge auf T erhöht hatte und von der bereits oben behauptet worden ist, dass sie unbedingt abzuführen sei.
Hieraus ist gleichzeitig auch die unbedingte Notwendigkeit der Anordnung eines Kühlers in einer mit geschlossenem Kreislauf arbeitenden Maschine ohneweiters ersichtlich. Würde man nämlich keinen Kühler anwenden, so würde das aus der Druckgasverbrauchsmaschine B in den Behälter 26 auspuffende Gas bei ungekühltem Eintritt in den Druckerzeuger A die aus dem vorhergehenden Arbeitsspiel stammende Verdichtungswärme der Fördermenge mitführen, der sich die im folgenden Arbeitsspiel entwickelte Ver- dichtungswärme der Fördermenge stets hinzufügt, so dass sich im Arbeitsmittel während seines Kreislaufes die in sämtlichen vorangehenden Arbeitsspielen entwickelten Verdichtungswärmen der Fördei- menge anhäufen würden,
was eine stetige Temperatursteigerung des Gases im Behälter 26 zur Folge hätte. Infolgedessen müsste die Temperatur des in den Druekerzeuger tretenden Gases und der kalten Seite des Wärmespeichers allmählich die oberste Temperatur des Wärmespeichers erreichen.
Arbeitet der Druckgaserzeuger im offenen Kreislauf, so ist die Anordnung eines besonderen Kühlers ausserhalb der Maschine überflüssig, da in diesem Falle die aus der Druckgasverbrauchsmasehine in die freie Atmosphäre auspuffende Nutzgasmenge durch letztere selbst auf die Temperatur T, der Umgebung abgekühlt und eine äquivalente Luftmenge aus der Atmosphäre mit der Temperatur Ti durch den Druckgaserzeuger angesaugt wird. In diesem Falle wirkt also die Atmosphäre selbst als Kühler.
Aus der vorstehenden Erörterung der Temperaturverhältnisse geht hervor, dass bei den bekannten Ausführungen des thermischen Druckgaserzeugers die Temperatur der kalten Seite des Wärmespeichers nur dann auf der niedrigsten Temperatur TA gehalten werden kann, wenn der Kühler innerhalb des Arbeitsraumes angeordnet ist. Bei aussenliegendem Kühler nimmt aber diese Temperatur einen höheren Wert T2, v an. Diese Temperaturerhöhung führt aber zu einer Verminderung des volumetrischen Wirkungsgrades und der spezifischen Leistung der Maschine.
Je niedriger nämlich die Temperatur der kalten Seite des Wärmespeichers gehalten werden kann, d. h. je grösser der Temperaturunterschied zwischen seiner warmen und kalten Seite ist, eine desto kleinere Fördermenge muss während der Förderperiode von der kalten Seite auf die warme Seite des Wärmespeichers hinübergeschoben werden, um durch ihre Volumzunahme die Nutzgasmenge nach aussen zu verdrängen.
Ein je kleinerer Anteil der im kalten Arbeitslaum befindlichen Gasmenge als Fördermenge für das Verdrängen der Nutzmenge in Anspruch genommen werden muss, desto grösser fällt die nach aussen gelieferte Nutzmenge aus, desto höher wird also der volumetrische Wirkungsgrad des Druckgaserzeugers. Da jedoch der die günstigsten Temperaturverhältnisse ergebende Einbau des Kühlers in dem Arbeitsraum die oben erwähnten anderweitigen Nachteile nach sich zieht, so war es also wünschenswert, die den Erfindungsgegenstand bildenden Mittel zu finden, um diese günstigsten Temperaturverhältnisse auch bei aussenliegendem Kühler zu erzielen.
Da also gemäss der Erfindung die Fördermenge in bereits auf den Förderdruck verdichtetem Zustand von einer äusseren Quelle eingeführt wird, so kann sie vor ihrer Einführung durch einen ausserhalb angeordneten Kühler 25 (Fig. 1) auf die niedrigste Temperatur Tl abgekühlt und in diesem Zustande durch den Anschluss 17 dem Wärmespeicher zugeführt werden, dessen kalte Seite also ständig auf der niedrigsten Temperatur Ti erhalten wird.
Der hiezu erforderliche Kühler 25 befindet sich aber ausserhalb der Arbeitsräume, kann also ohne Vergrösserung des schädlichen Raumes einen beliebig grossen Rauminhalt aufweisen. Infolgedessen kann der Kühler ohne andere Rücksichten die einfachste Bauart erhalten, z. P.. als Rieselkühler ausgeführt werden und dabei leicht zugänglich sein.
Die Wirkung des im Sinne der Erfindung ausserhalb des Arbeitsraumes angeordneten Kühlers weicht von der Wirkung des in bekannter Weise ausserhalb des Arbeitsraumes angeordneten Kühlers darin wesentlich ab, dass während bei letzterem die Kühlung des in den Arbeitsraum einzuführenden Arbeitsmittels auf der unteren Druckgrenze erfolgte und das kalte Arbeitsmittel während der Saugperiode in den Arbeitsraum eingeführt wurde, im Gegensatz hiezu gemäss der Erfindung das in den Arbeitsraum einzuführende Arbeitsmittel nach seiner Verdichtung auf den Förderdruck, also auf der oberen Druck-
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grenze abgekühlt und nach Erreichung des Höchstdiuckes im Arbeitsraum während der Förderperiode in diesen eingeführt wird.
Gemäss der Erfindung, kommt es also darauf an, dass die während der Förderperiode eingeführte Fördermenge, nachdem sie mindestens auf den Förderdruck verdichtet worden und abgekühlt worden ist, in einem Zeitpunkt in den Arbeitsraum eingeführt wird, nach dem sie keiner weiteren Drucksteigeiung, also auch keiner aus dieser stammenden Temperatursteigerung mehr im Arbeitsraum unterworfen ist, sondern mit ihrer niedrigsten Temperatur in den Wärmespeicher tritt.
Aus der eingangs erwähnten Erkenntnis, dass es die Fördermenge ist, deren thermodynamiseher Kreislauf die Arbeitsleistung des Druckgaserzeugers liefert, folgt, dass für den thermischen Wirkungsgrad des Druekgaserzeugers die mittlere Temperatur jener Zustandsänderungen massgebend ist, denen die Fördermenge während ihres Aufenthaltes im warmen und kalten Arbeitsraum unteiworfen wird, da die während des Durchlaufens des Wärmespeichers in dem einen und dem andern Sinne stattfindenden Zustandsänderungen sich als gleiche und entgegengesetzte einander aufheben. Die mittleren Temperaturen der im warmen und kalten Arbeitsraum stattfindenden Zustandsänderung der Fördermenge ergeben die für die Berechnung des thermischen Wirkungsgrades massgebende obere und untere Temperaturgrenze des thermodynamischen Kreislaufes.
Bei den bisherigen Ausführungen, bei denen die Fördermenge als ein Anteil des in dem kalten Arbeitsraum befindlichen Arbeitsmittels diesem entnommen wurde, war es unvermeidlich, dass die Verdichtung, der das Arbeitsmittel im kalten Arbeitsraume vor ihrem Eintritt in den Wärmespeicher unterworfen war, sich adiabatisch vollzog.
Die durchschnittliche Temperatur der im kalten Arbeitsraum sich vollziehenden Zustandsänderung der Fördermenge liegt in diesem Falle wesentlich höher als die tiefste Temperatur TA des Kühlers.
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geführte Verdichtung der Fördermenge wird die durchschnittliche Temperatur der in den Pumpen, also in einem angegliederten äusseren Teil des kalten Albeitsraumes sich vollziehenden Zustandsänderung der Fördermenge näher an die unterste Temperaturgrenze herangerückt als bei der im kalten Arbeits ?'aul1l des Druckgaserzeugers erfolgenden adiabatischen Verdichtung der Fördeimenge, womit der thermische
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Fig.
2 zeigt eine Anlage bei der die durch das Masehinenaggregat angetriebene besondere mehr- stufige Pumpe 20 die Gase in einen Druckbehälter 19 auf den Einfühiungsdruck veidichtet, wobei die in an sich bekannterweise nach den einzelnen Stufen eingeschalteten Kühler 25, 25 die Verdichtungswärme abführen. Gemäss dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel arbeitet das Maschincnaggregat mit geschlossenem Überdruckkreislauf, indem die Kraftmaschine B in einen Niederdruckbehälter 26 auspufft, der mit dem Saugventil 10 des thermischen Verdichters A in Verbindung steht.
Falls die Verbrennungsluft und bei Benützung eines gasförmigen Brennstoffes auch dieser vor Einführung in den Arbeitsraum mittels Pumpen 29, 30 auf den Förderdruck verdichtet und während der Förderperiode an der kalten Seite der Hilfswärmespeicher 31, 32 in den Arbeitsraum eingeführt wird, so bilden diese Gase einen Teil der Fördermenge, so dass die bei 17 einzuführende Förder menge entsprechend
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In den mit bezug auf die Fig.
1 und 2 beschriebenen Fällen besteht der Unterschied des Zustandes des während der Förderperiode im kalten Arbeitsraum der Maschine befindlichen Arbeitsmittels und der von aussen eingeführten Fördermenge darin, dass letztere eine niedrigere Temperatur besitzt als die im kalten Arbeitsraum der Maschine befindlichen adiabatisch verdichteten Gase. Die von aussen eingeführte Fördermenge kann aber auch einen höheren Druck als der während der Förderpcüode in dem kalten Raum herrschende besitzen. In diesem Falle muss jedoch noch ein weiteres gesteuertes Absperrorgan vorgesehen sein, das die Verbindung zwischen den zu beiden Seiten des im Albeitsraume in diesem Falle abdichtend geführten Kolbens liegenden kalten Teilen des Arbeitsraumes während der Einführung der Fördermenge unterbricht.
Ist auch ein Hilfszylinder 15 vorhanden, so muss dieses Verschlussorgan ausserdem auch die Verbindung zwischen dem Hilfszylinder und dem Wärmespeicher unterbrechen, ohne die Verbindung des Hilfszylinders mit der kalten Seite des Hauptkolbens 2 aufzuheben. Ist der Hilfskolben 16, wie in Fig. 2 veranschaulicht, mit seiner wirksamen Arbeitsfläche der kalten Seite des Wärmespeichers unmittelbar zugekehrt angeordnet, wobei die Verbindungsleitung 7 zwischen dem Wärmespeicher und dem Hilfskolben 16 einmündet, so muss das Verschlussorgan zwischen der Einmündungsstelle der Verbindungsleitung 7 und der kalten Seite des Wärmespeichers liegen.
Fig. 4 zeigt die Anordnung eines solchen Absperrorganes. Zwischen der kalten Seite 5 a des Wärme- Speichers und demHilfszylinder ist ein Schieber 21 derart eingeschaltet, dass dieser zwischen der MÜndung der Verbindungsleitung 7 und der kalten Seite 5 a des Wärmespeichers 5 liegt. Die die von aussen einzuführende Fördermenge zulassenden Ventile 18 sind dabei im Kreise um den Boden des Hilfszylinders 15 angeordnet und münden in den Raum zwischen dem Schieber 21 und der kalten Seite 5 ades Wälmespeichers. Der Schieber 21 und die Ventile 18 werden derart gesteuert, dass der Schieber 21 bei Erreichung des Földordruckes geschlossen wird, worauf die Ventile 18 geöffnet werden.
Bei diesel Einrichtung kann die Fördermenge unter einem höheren als dem Förderdruck eingeführt werden, so dass der im Raum 6 b herrschende Druck (Fig. 2) höher sein kann als der Druck im Raum 6 a. Die Ventile 18 werden noch vor dem Ende des Földerhubes des Kolbens 2 wieder geschlossen, so zwar, dass im Raume 6 beine Expan8ion stattfindet und bis zum Ende des Hubes der Druck an den beiden Seiten des Kolbens 2 wieder gleich wird.
Solange zwischen den beiden Seiten des Kolbens 2 ein Druckunterschied herrscht, also während der Förderperiode bis zur Druckgleichheit der beiden Kolbenseite am Ende der Expansion, wird durch den Druckunterschied eine den Kolben 2 antreibende Arbeit geleistet, die von der Kurbelwelle. 3 abge- nommen werden kann. Die Maschine wirkt in diesem Falle nicht nur als Dluckgaseizeuger, sondern gleichzeitig auch als unmittelbar äussere Arbeit erzeugende Kraftmaschine.
Ein Abspeirorgan zwischen der den Hilfszylinder mit der kalten Kolbenseite des Arbeitsraumes verbindende Leitung 7 und der Einführungsstelle 17 der Fördermenge ist auch dann von Vorteil, wenn die Fördermenge mit keinem höheren als dem Förderdruck eingeführt wird, um in dicsem Falle ein Ver-
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getriebenen wärmeren Gasen vollkommen zu verhindern.
Zu diesem Zwecke ist aber nicht ein vollständig absperrendes, also gesteuertes Absperrorgan erforderlich, sondern es genügt eine durchbrochene Trennungswand 21 a (Fig. 1), deren Durchbrechungen derart bemessen sind, dass sie bloss die Mischung der kalten und wärmeren Gase durch die Trennungswand hindurch erschweren, indem sie dem Gasdurchtritt aus dem Hilfszylinder gegen den Wärmespeicher einen grösseren Widerstand entgegensetzen als jenen, der dem Durchgang durch die Verbindungsleitung 7 entspricht. Infolgedessen tritt beim Einwärtshub des Hilfskolbens 16 das Arbeitsmittel aus dem Hilfszylinder vorwiegend durch die Verbindung-
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Hilfszylinders und der kalten Seite des Wärmespeichers.
Gegebenenfalls kann es notwendig sein, zwei derartige Drossel-oder Absperrorgane anzuordnen zur Unterbrechung der Verbindung zwischen dem Hilfszylinder und dem Wärmespeicher oder demWärmesppieher und dem an der kalten Kolbenseite liegenden Arbeitsraum.
Vorstehend ist bereits dargelegt worden, dass durch die Erfindung der thermische Wirkungsgrad und die spezifische Leistung der Maschine erhöht werden können. Da ein Teil der Energieverluste, z. B. die Wälmeverluste durch Strahlung und Leitung des warmen Arbeitsraumes, nur von den Abmessungen und den herrschenden Temperaturen, nicht aber unmittelbar von der Leistung abhängen, so gestaltet sich bei Steigerung der Leistung derselben Maschine das Verhältnis dieser unveränderlichen Verluste zur Gesamtleistung günstiger. Es bewirkt also die Erhöhung der spezifischen Leistung ihrerseits wieder eine Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades. Es wird aber auch noch der mechanische Wirkungsgrad erhöht.
Dadurch nämlich, dass die Verdichtung der Fördermenge ausserhalb des Albeitsraumes des thermischen Druckgaserzeugers in besonderen Pumpen (20 in Fig. 2) erfolgen kann, können diese von der thermischen Maschine unabhängig bezüglich ihrer Bauart (z. B. mehrstufig und doppelwirkend) und Drehzahl den günstigsten Verhältnissen angepasst werden, so dass sich die Verdichtungsarbeit der Földer- menge mit einem besseren mechanischen Wirkungsgrad vollzieht, als wie wenn dies im Druckgaserzeuger selbst erfolgen würde.