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Wärmekraftmaschine.
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Eine weitere Gattung von bereits bekannten Vorrichtungen arbeitet zwar mit konstanten
Temperaturen, jedoch erfolgt die Steuerung des Arbeitsmittels nicht in Abhängigkeit von dessen Druck oder Volumen, sondern durch Abschlussorgane für das Arbeitsmittel, die zwangsweise von einer durch die Vorrichtung angetriebenen Welle aus, etwa durch eine Nockensteuerung, angetrieben werden.
Derartige zwangsehlüssige Steuerungen fallen bei der Erfindung weg, wie auch besondere Abschluss- organe, die den Verdampferteil vom Kondensationsteil zeitweise trennen, im allgemeinen entbehrlich sind, da das geschlossene System vorzugsweise aus einem einheitlichen Raum besteht, dessen Ver- dampferteil und Kondensationsteil miteinander ständig in Verbindung stehen.
Die gemäss der Erfindung vorgesehene Steuervorrichtung kann in verschiedener Weise aus- gebildet sein, z. B. als mechanische Kippvorrichtung, die zuerst gespannt wird und dabei einen Wider- stand leistet und dann bei Überschreiten einer labilen Mittelstellung plötzlich eine Kraft ausübt, die die genannte ruckartige Bewegung der Flüssigkeit bewirkt. Auch Reibungskräfte, die die Steuer- vorrichtung beeinflussen, oderDrosselwiderstände, die sich der-strömung des Arbeitsmittels entgegen- stellen, können zur Steuerung verwendet werden. Ferner können mit Spannfedern kombinierte, zwangs- weise gesteuerte Mitnahmevorriehtungen, z. B. Klinkengesperre od. dgl., Verwendung finden.
Der von der genannten Steuervorrichtung betätigte Verdränger kann innerhalb des geschlossenen Systems arbeiten, in welchem Falle er die Verteilung der Flüssigkeit innerhalb dieses Systems ändert, oder er kann einen beweglichen Teil der Wandung dieses Systems bilden, in welchem Falle er das Volumen des Systems ändert. Im letzteren Falle kann der Verdränger aus einem Kolben, vorzugsweise aber aus einem Federbalg, gebildet sein, der den Vorteil besitzt, dass die Kolbenreibung und das Problem des Diehthaltens wegfällt. Derselbe Vorteil wird erhalten, wenn auch das Arbeitsorgan als Federbalg ausgebildet ist, welches Organ im übrigen gleichfalls aus einem Kolben bestehen kann.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise dargestellt. Die Fig. 1-9 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung im Längsmittelschnitt.
Gemäss Fig. 1 ist ein Verdampfergefäss 1 über-einen schwach konischen, von einem elektrischen Widerstand 3 beheizten Boden 2 mit einem Kondensatorrohr 4 verbunden, das zur wirksamen Ableitung der Kondensationswärme mit Kühlrippen 18 versehen ist und an das unten ein Gefäss 5 angeschlossen ist. Mit dem unteren Rand des Gefässes 5 ist ein Federbalg 6 dicht verbunden. Ebenso ist der Oberrand des Gefässes 1 mit einem Federbalg 15 dicht verbunden. Die Gefässe 1 und 5 samt dem
Rohr 4 und den beiden Bälgen 6 und 15 bilden somit ein nach aussen völlig geschlossenes System. Der
Innenraum beider Bälge 6 und 15 steht mit der Aussenluft in Verbindung, so dass sie sich unter dem Einfluss des Unterschiedes zwischen dem im geschlossenen System jeweils herrschenden Druck und dem Atmosphärendruck bewegen.
Am Deckel 16 des oberen Balges 15 ist eine Kuppelstange 17 befestigt, welche die Hübe dieses als Arbeitsbalg zu bezeichnenden Balges nach aussen, d. h. an irgendeine arbeitsverzehrende Vorrichtung, z. B. einen Kompressor oder eine Pumpe, überträgt. Am Deckel 7 des unteren, als Steuerbalg zu bezeichnenden Balges 6 ist ein federnder Bügel 12 angesehraubt, dessen herabreichende, nach aussen federnde Schenkel an ihren Enden mit einwärts gerichteten Kerben 13 versehen sind. Ähnliche Kerben 9 sind an den unteren Enden von an der Unterseite der Vorrichtung befestigten Stützen 8 ausgebildet.
Zwischen den Kerben 9 und 13 sind zwei Stäbe 10 gelagert, die in der oberen Endlage des Steuerbalges 6 nach innen hin schräg aufwärts gerichtet sind, während sie in der unteren Endlage dieses Balges die gestrichelt angedeutete Stellung einnehmen. Dieses kniehebelartige Gestänge bildet eine Kippvorrichtung, deren Zweck und Arbeitsweise nachstehend beschrieben ist.
Die Vorrichtung wird im Vakuum mit der Flüssigkeit so weit gefüllt, dass der Flüssigkeitsspiegel, wie dargestellt, knapp oberhalb der Heizfläche 2 liegt, wenn der Steuerbalg 6 sich in der gezeichneten oberen Endlage befindet. Das geschlossene System ist ausschliesslich mit der Flüssigkeit und ihrem Dampf gefüllt und frei von Luft.
Die Kippvorrichtung 8, 10, 12 trachtet stets, den Steuerbalg 6 in eine seiner Endlagen zu drücken, und stellt der lotrechten Bewegung dieses Balges aus der Endlage heraus einen Widerstand bis zur Hubmitte entgegen, in der die Stäbe 70 waagrecht liegen und somit auf den Balg keine axiale Kraftkomponente ausüben. In dieser MitteIlage befindet sich der Balg 6 und mit ihm das im geschlossenen System befindliche Arbeitsmittel im labilen Gleichgewicht und bei Überschreitung dieser Stellung übt die Kippvorrichtung auf den Balg 6 eine starke Kraft in der Richtung der bisherigen Bewegung aus, die den Balg ruckartig in seine andere Endlage bringt. Für die Wirkungsweise der Vorrichtung ist es von ausschlaggebender Bedeutung, dass somit diese plötzliche Bewegung von der Kippvorrichtung veranlasst, nicht aber von der Änderung des Druckes bzw.
Volumens des geschlossenen Systems bestimmt wird, wie nachstehend noch deutlicher beschrieben ist.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende : Durch Einschalten des Heizwiderstandes 3 wird die Heizfläche 2 erhitzt und die Flüssigkeit beginnt zu verdampfen. Der steigende Druck im geschlossenen System bewegt den Arbeitsbalg 15 mit der Stange 17 aufwärts (Druckhub), der Steuerbalg 6 bleibt jedoch vorläufig unbeweglich und wird erst dann von der Kippvorrichtung ruckartig in seine untere Endlage gebracht, wenn der Innendruck die von der Kippvorrichtung ausgeübte Axialkraft überschreitet. Durch das plötzliche Abwärtsgehen des Steuerbalges 6 wird das Volumen des
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geschlossenen Systems vergrössert und die Flüssigkeit sinkt nach unten, so dass der Flüssigkeitsspiegel etwa in die Höhe des unteren Endes des Kondensatorrohres 4 gelangt.
Hiedurch wird einerseits, da die Flüssigkeit die Heizfläche 2 verlässt, die weitere Verdampfung unterbrochen und anderseits gelangt der Dampf in das Kondensatorrohr 4 und wird hier kräftig kondensiert. Dadurch sinkt der Druck im geschlossenen System und der Saughub des Arbeitsbalges 15 beginnt. Es ist zu bemerken, dass die kontinuierlich. beheizte Heizfläche 2 auf diesen Druckabfall keinen Einfluss hat, da die Heizung den Druck nur dann bestimmt, wenn die Flüssigkeit mit der Heizfläche in Berührung steht, d. li.
Dampf gebildet wird. Das Sinken des Druckes unter Atmosphärendruck zufolge Kondensation dauert so lange, bis der Steuerbalg 6 durch die Kippvorrichtung nach oben geschnellt wird. Hiedurch wird die Flüssigkeit in die ursprüngliche Lage gehoben, worauf die folgende Verdampfungsperiode beginnt.
Dieses Spiel setzt sieh völlig selbsttätig fort, ohne dass die Heizung unterbrochen oder irgendwie geregelt zu werden braucht. Es ist ersichtlich, dass der Steuerbalg 6 nach Art eines Verdrängers wirkt, dessen periodische Bewegungen ein Pendeln der Flüssigkeit zur Folge hat, das die abwechselnde Verdampfung
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Da die Heizwicklung während des Betriebes dauernd angeschaltet bleibt, wird während der Kondensationsperiode der Heizfläche Wärme zugeführt, die nicht sofort zur Verdampfung verbraucht wird. Ein Wärmeverlust entsteht jedoch hiedurch nicht, da diese Wärmemenge sich an einer Temperaturerhöhung der Heizfläche auswirkt und bei der nächstfolgenden Verdampfungsperiode wieder der Verdampfung zugute kommt. In ähnlicher Weise wirkt die Kühlung der Kondensatorfläche auch während der Verdampfungsperiode durch Unterkühlen des Kondensatorrohres 4 bis in die nächste Kondensationsperiode nach.
Die Bedeutung der durch die Kippvorrichtung der Steuerung verliehenen labilen Charakteristik geht besonders klar hervor, wenn die Vorgänge betrachtet werden, die sieh ohne Verwendung einer Kippvorrichtung, also bei stabiler Charakteristik, abspielen würden, wobei also der Steuerbalg 6 bereits den geringsten Unterschieden zwischen Innendruek im geschlossenen System und Atmosphärendruck folgen würde. In einem solchen Falle würde der Steuerbalg 6 samt der Flüssigkeit gleich bei Beginn der Verdampfungsperiode und lange vor Erreichung einer wirtschaftlichen Druckhöhe absinken, wobei der Flüssigkeitsspiegel einen Punkt erreichen würde, dessen Temperatur so niedrig ist, dass keine weitere Verdampfung erfolgt.
Da jetzt der Heizfläche 2 keine weitere Temperatur entzogen wird, würde ihre Temperatur übermässig ansteigen und Wärme nach aussen abgestrahlt werden. Die Flüssigkeit wäre bis zu jenem Punkt abgesunken, dessen Wandtemperatur genau jener Flüssigkeitstemperatur entspricht, die dem eben herrschenden Dampfdruck zugeordnet ist. Von nun ab bestünde keinerlei Anlass für eine Änderung des Druckes, es entstünde ein Gleichgewichtszustand und die Vorrichtung käme zur Ruhe. Würde der Flüsaigkeitsspiegel etwas sinken, so würde sofort der Dampfdruck durch Kondensation fallen und der Steuerbalg steigen, wodurch der frühere Flüssigkeitsspiegel wieder erreicht würde.
Umgekehrt würde bei Steigen des Flüssigkeitsspiegels der Druck durch Verdampfen steigen und der Spiegel durch Sinken des Steuerbalges wieder rückgestellt werden. Eine Arbeitsabgabe durch den Arbeitsbalg 15 wäre aber unmöglich.
Gegenüber der beschriebenen Ausführungsform sind mannigfache Änderungen möglich. Die Kippvorrichtung kann in verschiedener Weise ausgebildet sein, da sie bloss der Bedingung genügen soll, der Steuerung eine labile Charakteristik zu verleihen. Statt Bälgen können Kolben verwendet werden. Die Kühlung der Kondensatorfläche kann auch durch eine Flüssigkeitskühlung, beispielsweise nach dem Thermosiphonsystem, erfolgen. Infolge des weit höheren Wärmeüberganges kann in diesem Falle die Kondensatorfläehe kleiner ausgeführt werden, was besonders bei Vorrichtungen grösserer Leistung wichtig sein kann, da das erforderliche Hubvolumen des Steuerbalges 6 dann verhältnismässig geringer sein kann.
Die Vorrichtung nach Fig. 2 ist im wesentlichen gleich ausgebildet wie jene nach Fig. 1, bloss das Kondensatorrohr 4 ist schräggestellt, um die Bauhöhe der Vorrichtung zu verringern. Ferner ist
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unter der Bedingung zulässig, dass die von der Kippvorrichtung ausgeübte Axialkraft grösser ist als der auf die Stange J ? ausgeübte Gegendruck (Widerstand), so dass die labile Charakteristik auch hier gesichert ist. Ein besonderer Arbeitsbalg entfällt und das Verdampfergefäss 1 kann daher erheblich kleiner ausgeführt sein. Dies hat den Vorteil, dass der schädliche Raum verringert und damit der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird.
Gemäss Fig. 3 ist ein Verdampfergefäss J ! mit Boden 2 über einen Halsteil 23 und einen Kegel 19 mit dem Kondensatorrohr 4 verbunden, an das unten das Gefäss 5 angesetzt ist, welches in diesem Falle durch den Arbeitsbalg 15 gebildet ist, dessen Boden 24 die kraftabgebende Kuppelstange 17 trägt. Innerhalb des Kondensatorrohres 4 ist ein unten offener, doppelwandiger Steuerkörper mit den Zylindermänteln 20, 21 angeordnet, die oben über einen Kegel 31 in ein Rohr 22 übergehen, das den Halsteil 23 mit Spiel durchsetzt und etwas über den höchstmöglichen Flüssigkeitsspiegel empor- ragt. Die Gefässe und J stehen somit durch das Innere des Steuerkörpers 20, 21 in Verbindung. .
Zwecks Wärmeisolation ist der Ringraum zwischen den Mänteln 20, 21 evakuiert und zweckmässig mindestens eine der diesen Raum begrenzenden Wände hochglanzend poliert. Der Boden 24 trägt
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ferner eine Spindel 25, auf der zwei Schraubenfedern 28 sitzen, deren obere sich gegen einen Bund 29 und deren untere sich gegen eine Schulter der Spindel 25 abstützt. Die Federn 28 gelangen in nachstehend beschriebener Weise abwechselnd mit einer im Mantel 21 befestigten Anschlagscheibe 26 zur Anlage. Oberhalb dieser Anschlagscheibe im Mantel 21 vorgesehene Löcher stellen die Verbindung zwischen der Innen-und Aussenseite des Steuerkörpers 20, 21 her. Am Gefässe 5 befestigte Blattfedern 27 drücken gegen den Mantel 21 und halten dadurch den Steuerkörper durch Reibung in Stellung.
Bei Beginn der Verdampfung befindet sich der Steuerkörper 20, 21 in seiner obersten Stellung, in der sein Kegel 31 sich an den Kegel19 legt und dadurch das Absinken der über der Heizfläche 2 befindlichen Flüssigkeit nach Art eines Ventilabschlusses verhindert. Bei zunehmender Verdampfung dehnt sich der Arbeitsbalg 15 nach unten aus (Druckhub), so dass die Flüssigkeit im Innern des Steuerkörpers 20, 21 absinkt. Die hiebei stattfindende Berührung zwischen Dampf und Innenmantel 21 führt aber wegen der beschriebenen Wärmeisolierung nicht zu einer Kondensation des Dampfes. Beim Abwärtsgehen des Balges 15 setzt sieh die obere Feder 28 auf die Anschlagscheibe 26 auf und wird gespannt, bis der Dampfdruck so gross ist, dass er den von den Blattfedern 27 ausgeübten Reibungswiderstand überwindet.
In diesem Augenblick wird der Steuerkörper 20, 21 durch die in der oberen Feder 28 gespeicherte Energie ruckartig in die untere Endstellung bewegt, wobei sich der Ventilverschluss zwischen 19 und 31 öffnet.
Nun fliesst die über der Heizfläche 2 befindliehe Flüssigkeit in den Ringraum zwischen 20 und 4 ab und die Flüssigkeit stellt sich in diesem Raum und im Innern des Steuerkörpers 20, 21 gleich hoch ein. Hiedurch wird die Verdampfung unterbrochen und der Dampf kondensiert an der von der Flüssigkeit freigegebenen Fläche des Kondensatorrohres 4. Die dadurch bewirkte Druekverminderung bewegt den Balg 15 nach aufwärts (Saughub), bis der Steuerkörper 20, 21 durch die untere gespannte Feder 28 ruckartig nach oben bewegt wird. Obwohl nun eine weitere Kondensation nicht mehr stattfindet, bewegt sich der Balg 15 so lange weiter nach oben, bis ein Flüssigkeitsstrahl aus dem Rohr 22 auf die Heizfläche 2 fliesst, womit die nächste Verdampfungsperiode eingeleitet ist.
Die im Ringraum zwischen 4 und 20 eingeschlossene geringe Dampfmenge ist inzwischen gleichfalls kondensiert.
Es ist ersichtlich, dass die federnde Mitnahmevorrichtung für den Steuerkörper 20, 21 keine eigentliche Kippvorrichtung darstellt, jedoch wird durch die Energiespeieherung in den Federn 28 auch hier eine ruckartige Bewegung des Steuerorgans bewirkt. Es ist zu bemerken, dass diese Art der Steuerung auf der Tatsache beruht, dass die Reibung der Ruhe grösser ist als die Reibung der Bewegung, so dass der Steuerkörper 20, 21 während der Spannung der Federn 28 von den Blattfedern 27 zurückgehalten wird. Es ist ferner ersichtlich, dass hier die Steuervorrichtung nicht auf einen bestimmten Druck, sondern auf ein bestimmtes Volumen des geschlossenen Systems anspricht, da die Umsteuern des Steuerkörpers20, 21 erst dann vor sich geht, wenn der Steuerbalg 15 einen bestimmten Hub zurück- gelegt hat.
Selbstverständlich kann die Vorrichtung nach Fig. 3 statt mit einem federnden Mitnehmer für den Steuerkörper auch mit einer Kippvorrichtung nach den Fig. 1 und 2 ausgerüstet sein.
Gemäss Fig. 4 ist die Vorrichtung im Wesen wie nach Fig. 3 ausgebildet, jedoch ist eine Zusatzeinrichtung vorgesehen, die das Zufliessen der Flüssigkeit zur Heizfläche 2 bei Beginn der Verdampfungsperiode zwangsweise sicherstellt. Zu diesem Zwecke ist eine selbsttätig wirkende Pumpe, bestehend aus dem mit dem Boden 24 des Balges 15 verbundenen Zylinder 43 und einem darin arbeitenden Kolben44, vorgesehen. Sobald der Balg am Ende der Kondensationsperiode über die Sehraubenfeder 45 den Kolben 44 nach oben zu drücken beginnt, wird dieser Druck über das als Kolbenstange wirkende zentrale Rohr 47 auf die mit diesem verbundene Kippvorrichtung 10, 12 (gleicher Bauart wie in Fig. 1) übertragen. Sobald der Druck so gross geworden ist, dass er den Widerstand der Kippvorrichtung überwindet, schnellt diese nach oben.
Dies hat zur Folge, dass mittels des am Rohr 47 sitzenden Mitnehmers 48 der Schraubenfeder 49 und des auf dem Rohr 47 gleitenden, mit dem Mantel 21 fest verbundenen Federtellers 50 der Steuerkörper 20, 21 angehoben und das Ventil 19, 31 geschlossen wird.
Dies geschieht bereits, bevor die Kippvorrichtung ihre obere Endlage erreicht hat. Die Feder 49 ist so bemessen, dass die Kraft der Kippvorrichtung imstande ist, sie in dem nun folgenden Endstück des Hubweges zusammenzupressen. In diesem Augenblick ist der Kolben 44 an den im Zylinder 43 vorgesehenen Öffnungen 51 voriibergegangen, so dass als Folge der Hebewirkung der Kippvorrichtung die über dem Kolben 44 befindliche Flüssigkeit im Rohr zwangsweise auf die Heizfläche 2 gepumpt wird.
Die Veränderungen des Dampfdruckes während dieses Pumpvorganges haben auf seinen Ablauf keinen Einfluss, da alle bewegten Teile in bezug auf den Dampfdruck entlastet sind. Das Einsetzen einer Hubbewegung des Balges 15 nach abwärts beschleunigt vielmehr das Hochpumpen der Flüssigkeit durch die Gegenbewegung des mit dem Balg verbundenen Pumpenzylinders 43. Sobald der Balg 15 sieh seinem unteren Hubende nähert, wird nun mittels der Feder 46 auf den Kolben 44 und damit durch das Rohr 47 auf die Kippvorrichtung ein genügend starker Druck nach unten ausgeübt, so dass diese nach unten kippt, durch die Mitnehmer 52 und 53 den Steuerkörper 20, 21 nach unten mitnimmt und das Ventil 19, 31 öffnet, wodurch die Kondensationsperiode eingeleitet wird.
Gemäss Fig. 5 sind die Teile 1-7 und 15-18 im Wesen gemäss Fig. 1 angeordnet und ausgebildet.
Das zur Verkleinerung des schädlichen Raumes mit einem ortsfesten, in sieh geschlossenen Füllkörper 32 versehene Kondensatorrohr 4 ist gegen das Verdampfergefäss 1 durch eine Platte 54 abgeschlossen,
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in die ein kurzes Kapillar- oder Drosselröhrchen 55 eingelötet ist und deren Mittelöffnung 57 oben durch ein Ventil 56 abschliessbar ist. Über dem Ventil 56 ist an die Platte 54 ein Rohr 58 angesetzt. das'etwas über den höchsten Flüssigkeitsstand hinausreicht. Das Kondensatorrohr 4 ist unten gegen das Gefäss 5 durch ein leicht bewegliches Plattenventil -59 abschliessbar, das durch eine Feder 60 gegen seinen Sitz M gedruckt wird und in dem gleichfalls ein Drosselrohrehen 62 eingelötet ist.
Mit Beginn der Verdampfung im Gefäss 1 setzt zufolge des in diesem Gefäss steigenden Druckes der Abfluss der Flüssigkeit nach abwärts ein. Das Ventil 06 ist dabei geschlossen und das Kapillarrohr 55 verzögert den Abfluss der Flüssigkeit in solchem Mass, dass während dieser Zeit bereits ein erheblicher Dampfdruck entstehen kann. Sobald die Flüssigkeit oberhalb der Platte 54 abgelaufen ist, tritt durch das Kapillarrohr 55 Dampf hindurch, der infolge seiner vielfach geringeren Zähigkeit einen viel geringeren Widerstand im Kapillarrohr findet, so dass nun ein rascher Druckausgleich zwischen den durch dasselbe verbundenen Räumen stattfindet.
Der Ablauf der Flüssigkeit aus dem Gefäss 5 unter Senkung des Balges 6 findet praktisch keinen Widerstand, da das untere Ventil 59 schon bei geringen Über- drücken öffnet und einen grossen Öffnungsquerschnitt besitzt. Sobald eine ausreichende Fläche des Kondensatorrohres 4 frei wird, setzt die Kondensation ein und wenn der Druck unter den im Gefäss 5 herrschenden Druck gesunken ist, wird das untere Ventil 59 geschlossen und die Flüssigkeit steigt unter Entspannung des Balges 6 durch das untere Kapillarrohr 62 nach oben. Hiebei erfolgt ebenfalls eine starke Drosselung, die den Durchtritt so verzögert, dass sich inzwischen im Kondensatorrohr 4 ein stärkerer Unterdruck eingestellt hat, der sich durch das Kapillarrohr 55 auch in das Verdampfergefäss fortsetzt.
Die Flüssigkeit steigt nun durch das sich leicht öffnende Ventil 56 in das Verdampfergefäss 1, bis durch den gebildeten Dampf der Druck auf ein höheres Mass steigt, als dem über dem Steuerbalg 6 herrschenden Druck entspricht.
Es ist ersichtlich, dass die durch die Drosselvorriehtungen bewirkte Verzögerung in der periodischen Bewegung des Arbeitsmittels in ähnlicher Weise wirkt wie die durch das Spannen einer Kippvorrichtung (Fig. 1, 2) bzw. die Energiespeicherung eines federnden Mitnehmers (Fig. 3) bewirkte Verzögerung. Diese Drosselvorrichtung spricht auf ein bestimmtes Volumen des Arbeitsmittels an, da der Zeitpunkt, in dem die Flüssigkeitsströmung im Kapillarrohr von einer Dampfströmung abgelöst wird, eine Funktion des Dampfvolumens ist.
Gemäss Fig. 6 ist im Rohr 4 mit geringem Spiel ein kolbenförmiger Verdrängerzylinder 63 leicht beweglich, der oben von einer Kippvorrichtung 10, 12 nach Art der Fig. 1 getragen wird. Die Kippvorrichtung wird durch den Arbeitsbalg 15 unter Zwischenschaltung von Federn 45 und 46 nach Er-
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wird die Kippvorrichtung 46. 42 nach oben gekippt und damit der Verdränger 68 angehoben, wodurch sich der unter demselben im Rohr 4 befindliche freie Raum vergrössert, die Flüssigkeit nach unten gesaugt und die Kondensationsfläche des Rohres 4 freigegeben wird.
Nun erfolgt die Kondensation und die Kippvorrichtung wird durch den abwärtsgehenden Balg 15 schliesslich nach unten gekippt. so dass die Flüssigkeit durch den sieh senkenden Verdränger 63 wieder nach oben gedrückt und die Kondensationsfläche und Heizfläche überflutet werden, womit eine neue Verdampfungsperiode einsetzt.
Bei dieser Anordnung ist der gesamte Innenmeehanismus völlig entlastet und es zeigt sich hier besonders deutlich, dass der Ablauf der Steuerbewegungen völlig unbeeinflusst von dem späteren Stand des Arbeitsbalges 15 erfolgt. Es ist daher die vollkommene Überflutung der Heizfläche in der einen Periode ebenso gesichert wie die Freilegung der ganzen Kondensationsfläche in der andern Periode.
Der Kippmechanismus hat nur das geringe Gewicht des Verdrängers 63 in den Endlagen zu halten und ist deshalb nur wenig beansprucht.
Gemäss Fig. 6 kann das obere und untere Ende des Kondensationsrohres 4 durch ein schraubenförmiges Rohr 67 von geringem Durchmesser verbunden sein. Beim Senken bzw. Heben des nach Art eines Tauchkolbens wirkenden Verdrängers 63 wird Flüssigkeit in das Sehraubenrohr 67 getrieben bzw. von demselben abgesaugt. Ein solches Rohr mit grosser Oberfläche besitzt besonders günstigen Wärmeübergang nach aussen und es wird daher eine besonders wirksame Kondensation erzielt. Die Kondensation findet aber auch in dem schmalen Ringraum zwischen Verdränger 63 und Rohr 4 statt und es sind daher auch hier Kühlrippen. 18 verwendet. Es ist zu bemerken, dass das geringe Spiel zwischen Rohr 4 und Verdränger 63 wegen der leichten Beweglichkeit des letzteren notwendig ist.
Dieses Spiel ist aber unschädlich, da eine Abdichtung zwischen Rohr 4 und Verdränger 63 nicht erforderlich ist.
In Fig. 6 ist ferner eine Sieherheitsvorriehtung gegen das Überschreiten eines bestimmten Höchstdruckes dargestellt. Das Kondensationsrohr 4 ist unten durch einen unten offenen und innen mit der Aussenluft in Verbindung stehenden Balg 64 abgeschlossen. Eine Schraubendruckfeder 65 stützt sich
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Bügels 68 an der Rast 69 verhindert. Steigt hingegen der Druck über ein höchstzulässiges Mass, das durch entsprechende Wahl des Balges 64 und seiner Feder 65 einstellbar ist, so sinkt der Balg 64 und damit auch die FlÜssigkeit von der Heizfläehe 2. Dadurch wird die Verdampfung verringert bzw. unterbrochen, bis der Druck wieder unter das zulässige Höchstmass sinkt.
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Bei der Ausführungsform nach Fig. 7 ist ein zylindrisehes Gefäss 90 oben durch eine Kappe 91 abgeschlossen und geht unten in einen erweiterten Teil 92 über, an dessen Unterrand ein Arbeitsbalg 93 befestigt ist, der oben in einen Kolben 94 übergeht. Die Stirnwand 95 des Kolbens 94 trägt einerseits die Stange 17 und anderseits federnde Stützen 8 der etwa nach Fig. 1 ausgebildeten Kippvorrichtung. Die Stäbe 10 dieser Kippvorrichtung stützen sich innen in Kerben einer Stange 96 ab. die am Boden eines zylindrischen, hohlen Verdrängerkörpers 97 befestigt ist. Im Gefäss 90 ist eine mit Durch-
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der Kappe 91 dient als Heizfläche und ist mit dem Heizwiderstand 104 versehen. Bei 105 sind lotrechte Kühlrippen angedeutet.
An der Stirnwand 95 des Kolbens 94 ist ferner ein Bügel 106 befestigt.
Die Stange 96 tritt durch ein Loch dieses Bügels in dessen Inneres und trägt an ihrem Ende einen Bund 107.
In der dargestellten Lage befindet sich die Vorrichtung am Ende der Kondensationsperiode
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Abstand a, zwischen Verdränger 97 und Kolben 94 ist somit konstant geblieben und es wurde bloss die Feder 101 gespannt.
Der Durchmesser des Verdrängers 97 ist nun derart gewählt, dass er dem wirksamen Durch-
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messer eines Kolbens zu verstehen, der bei gleiehem Hub das gleiche Hubvolumen (verdrängtes Volumen) ergibt wie der Balg. Wenn somit der Fliissigkeitsraum des geschlossenen Systems durch das Aufwärts-
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balges 93 keine Schwankungen des Flüssigkeitsspiegels bewirken.
Hiebei ist selbstverständlich Voraus- setzung, dass der Abstand a während der Arbeitshübe konstant bleibt, was durch eine genügend kräftige Ausbildung der Kippvorrichtung 8, 10 erreicht wird.
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periode ist von grossem Vorteil, da-wie aus der Zeichnung ersichtlich-durch den ringförmigen Verdampferraum innerhalb der Heizfläche 108 die Menge der jeweils zu verdampfenden Flüssigkeit sowie der schädliche Raum klein gehalten und somit der Wirkungsgrad der Vorrichtung erhöht wird.
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dem Ringquersehnitt zwischen Verdränger 97 und Heizfläche ? 3 entspricht.
Nach Beendigung des Saughubes wird schliesslich die Kippvorrichtung 8, 10 durch den Druck der Feder 101 umgesteuert, wobei die Stäbe 10 nach innen zu abwärts geneigt sind. Hiedurch wird
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gegenüber dem Kolben 94 wird durch das zugelassene Spiel des Bundes 107 innerhalb des Bügels 406 bestimmt. ) Durch die Verringerung des Abstandes a wird Flüssigkeit nach oben gedrückt, so dass die Heizfläche 103 überflutet wird und die Verdampfungsperiode beginnt. Während dieser sinkt der Balg 93 samt Kolben 94 und Verdränger 97 bei konstantem Abstand a und konstantem Flüssigkeitsspiegel, bis schliesslieh nach Spannen der Feder 100 die Kippvorrichtung 8, 10 in die dargestellte Lage umgestellt wird.
Hiedurch vergrössert sich der Abstand a, die Flüssigkeit sinkt von der Heizfläche und von einem Teil der Kondensatorfläche ab und die Kondensationsperiode beginnt, an deren Ende
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entspricht gleichfalls dem wirksamen Durchmesser des Balges 93. Der Kolben 94 besitzt daher eine ähnliche Ausgleiehswirkung wie der Verdränger 97, indem nämlich bei Hin-und Hergehen des Balges 93 der Raum zwischen dem Balg 94 und dem Gefässteil 92 seine Grösse nicht ändert, so dass während der
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Die zwischen Balg 93 und Gefässteil 92 eingeschlossene Flüssigkeit nimmt daher an der oberhalb des Kolbens 94 vor sich gehenden Erwärmung im wesentlichen nicht teil,
wodurch der Wirkungsgrad verbessert und allfällige schädliche Wärmedehnungen der Flüssigkeit vermieden werden, insbesondere wenn der Flüssigkeitsraum unterhalb des Kolbens 94 verhältnismässig gross ist.
Wie bereits bemerkt, ist es für die Erzielung eines günstigen Wirkungsgrades wünschenswert, dass sich nur soviel Flüssigkeit im Verdampfungsraum befindet, als zur Erzeugung der notwendigen Dampfmenge gerade erforderlich ist. Wenn die Flüssigkeit durch das ruckartige Abwärtsgehen des Verdrängers 97 mit grosser Geschwindigkeit im Ringraum zwischen Verdränger und Gefäss 90 aufwärts gedrückt wird. so könnte sie unter Umständen zufolge der aufgenommenen lebendigen Energie bis
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an die Spitze der Kappe 91 hinaufsrhnellen, d. h. in grösserem Mass in den Verdampfer gelangen, als notwendig und erwiinseht.
Zur Verhinderung eines solchen Vorganges ist, wie in Fig. 7 ersichtlich, der Innendurchmesser der Kappe 91 im Bereich der Heizfläche 7C3 verengt, so dass die Flüssigkeit
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Fig. 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung nach Fig. 7. Die Teile 17, 90, 91, 92, 93.
103, 104 und 105 sind ähnlich ausgebildet und arbeiten in gleicher Weise wie gemäss Fig. 7. Der Kolben 94 ist hier jedoch weggelassen und der untere Abschluss des geschlossenen Systems erfolgt durch einen am Arbeitskolben 98 befestigten topfartigen Körper 110. Auch hier ist eine Steuervorrichtung vorgesehen, die während der Arbeitshübe eine starre Verbindung zwischen Balg 93 und Verdränger 97
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Diese Steuervorrichtung besteht hier jedoch nicht aus einer ausgesprochenen Kippvorrichtung, sondern aus einem nachstehend zu beschreibenden Klinkengesperre.
Mit dem topfartigen Körper 110 ist eine Spindel 111 fest verbunden. in der bei 112 zwei
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der Klinken 773, 774 hindurchragen. Am Gefäss 90 ist ein ringförmiges Widerlager 120 befestigt, gegen das sich unten und oben Federn 121, 122 abstützen, die anderseits an den Bunden 123 bzw. 124 der
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Nocken 118, 119 ausgebildet. In der Nähe der Enden des Rohres 116 sind Rasten 126 bzw. 127 ausgebildet, in welche die sperrzahnartigen Enden der Klinken 113, 114 einfallen können.
Das obere Ende des Rohres 116 ist mittels eines kleinen Federbalges 128 mit einem Federteller 129 verbunden, der unter Zwischenschaltung von Sehraubenfedern 130, 181 auf eine mit dem Verdränger 97 fest verbundene Muffe 1. 32 wirkt. Bei der nachstehenden Beschreibung der Wirkungsweise der Vorrichtung sei der Einfachheit halber zunächst angenommen, dass das Rohr 116 mit dem Verdränger 97 starr, d. h. ohne Zwischenschaltung der Teile 128-1 : 32. verbunden ist.
Während der Kondensationsperiode (Saughub) wandert der Arbeitsbalg 93 samt der Spindel 111 aufwärts und die in die Rast 127 eingreifende Klinke 114 nimmt die Hülse 116 und den Verdränger 97 mit, wobei die Feder 122 gespannt wird (gezeichnete Stellung der Vorrichtung). Gegen Ende des
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in der bei Fig. 7 beschriebenen Weise eingeleitet. Nun fällt der Sperrzahn der Klinke 11. 3 in die Rast 126 ein, so dass der abwärts gehende Arbeitskolben 93 den Verdränger 97 unter Spannung der Feder 121 mitnimmt. Schliesslich wird die Klinke 773 durch Anschlagen ihres Nockens 118 an die Schrägfläche 125 aus der Rast 126 ausgehoben, wodurch die Feder 121 den Verdränger 97 wieder nach oben schnellt und die Kondensationsperiode eingeleitet wird, worauf sich die beschriebenen Vorgänge wiederholen.
Der Abstand zwischen Arbeitsbalg 93 und Verdränger 97 ist somit auch hier während der Arbeitshübe konstant und wird nur zwischen den Hüben zur Umsteuerung der Vorrichtung geändert.
Zur einwandfreien Wirkungsweise der Vorrichtung ist es erforderlich, dass nach jedesmaliger Umsteuerung der Arbeitsbalg 93 mit dem Verdränger 97 durch Einfallen einer der Klinken 113, 114 wieder gekuppelt wird, was nur dann der Fall ist, wenn die Relativverschiebung zwischen Arbeitsbalg und Verdränger ihr volles Mass erreicht. Dies kann unter Umständen, beispielsweise bei stark wechselnden
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sein, insbesondere dann, wenn die Verwendung besonders starker Federn 121, 122 nicht erwünscht ist.
Um auch in einem solchen Falle das Einfallen einer der Klinken nach erfolgter Relativver-
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dränger 97 nicht starr, sondern unter Zwischenschaltung der Federn 130, 131 verbunden. (Bei der folgenden Darlegung wird der kleine Balg 128 vorläufig als starrer Körper angesehen.) Durch diese federnde Verbindung wird eine gewisse Unabhängigkeit der Bewegung der Hülse 116 bzw. des Arbeitsbalges 93 von jener des Verdrängers 97 erzielt, indem z. B. bei Umsteuerung auf die Verdampfungsperiode, also bei Ausheben der Klinke 114, die Feder 12. 2 auf jeden Fall die Hülse 116 so weit nach unten bewegt, bis die Klinke 11. 3 einfallen kann.
Sollte der Widerstand gegen das Senken des Verdrängers 97 besonders gross sein, so wird er durch die Feder 737 langsam nachgezogen, d. h. er eilt der Hülse 116 nach. Der analoge Fall tritt bei der Umsteuerung auf die Kondensationsperiode auf. Hiebei ist zu beachten, dass die Federn 130, 131 schwächer sind als die Federn 121, 122.
Der Zweck des kleinen Balges 128 ist folgender : Wie bereits früher bemerkt wurde, ist es für die
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periode stets eine genau bestimmte Höhe aufweist. Dies ist jedoch wegen der unvermeidlichen Wärmedehnungen der Flüssigkeit unter Umständen schwierig zu erreichen. Erwärmt sich nun die Flüssigkeit, so dehnt sich der kleine Balg 128 aus und hebt den Verdränger 97 ein wenig, wodurch ein Heben des
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der Verdampfungsflüssigkeit der wirksame Durchmesser des Balges 128 sich zum Durchmesser des Verdrängers 97 so verhält wie das Volumen der Verdampfungsflüssigkeit zum Volumen der Füll- flüssigkeit im Balg 128.
Fig. 9 zeigt in vergrössertem Massstab einen Teil einer Vorrichtung, die nach Fig. 8 ausgebildet und mit einer zusätzlichen Einrichtung versehen ist, durch welche die Energie des Dampfes während seiner Expansion ausgenutzt und dadurch der Wirkungsgrad weiter verbessert wird.
Die Klinke 113'besitzt einen Sperrzahn, der zwei abgesetzte Stufen 135, 136 aufweist. Demgemäss ist das Widerlager 120 mit zwei versetzten Schrägflächen 125'und 125" versehen. In der dargestellten Lage befindet sich die Vorrichtung am Beginn der Verdampfungsperiode (Druekhub) knapp nach erfolgter Umsteuerung. Durch die Drueksteigerung wird der Arbeitsbalg 9. 3 samt Spindel 111,
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gedrüekt wird, dass der Zahnt eil 136 aus der Rast 126 ausgehoben wird, worauf die gespannte Feder 121 die Hülse 116 samt dem Verdränger 97 bis zum Anschlag des Zahnteiles 135 an die Rast 126 hebt. Hiedurch sinkt die Flüssigkeit von der Heizfläche 108 (Fig. 8) ab, ohne jedoch die Kondensatorfläche des Gefässes 97 freizugeben.
Dadurch wird die weitere Dampferzeugung unterbrochen und der bereits vorhandene Dampf expandiert und leistet Arbeit, ohne durch Kondensation verringert zu werden, wobei der Arbeitsbalg 93 samt dem Verdränger 97 weiter gesenkt wird. Schliesslich gelangt der Nocken
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Teile sind gemäss Fig. 8 ausgebildet. Statt einer zweistufigen Klinke 113'kann auch eine dritte Klinke zur Erzielung des beschriebenen zweiphasigen Druckhubes vorgesehen sein.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Wärmekraftmaschine, bei der ein in einem allseits und ständig geschlossenen System befind-
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Teil der Wandung des geschlossenen Systems bildet.