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Gebläse.
Die Erfindung betrifft ein Gebläse, bei dem die in die Luft eingeführte Wärme unmittelbar die Druckerhöhung und das Hinausschieben des verdichteten Gases sowie das Einsaugen frischer Gase bewirkt.
In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen Gebläses schematisch dargestellt.
Gemäss diesem Beispiel besteht der Arbeitsraum des Gebläses aus einem Zylinder 1, in dem ein Kolben 2 mittels der Stange 3 verschoben werden kann, die durch irgendwelche Antriebsmittel, z. B. einen Elektromotor 5 und eine Kurbelwelle 4, in hin und her gehende Bewegung versetzt wird. An dem einen Ende des Zylinders 1 ist ein Wärmespeicher 6 angeordnet und eine Leitung 7 verbindet die beiden Enden des Zylinders. In dem einen Zylinderkopf befinden sich die Saug-und Druckventile 8 bzw. 9. 10 ist eine Düse zur Erführung des Brennstoffes, der von einer durch ein Antriebsorgan 13 der Kurbelwelle betätigten Pumpe 14 geliefert wird. Auf dem Saugventil 8 lastet der atmosphärische Druck Pound auf dem Druckventil 9 der Druck P der Druckleitung. Im Betriebe ist die der B. rennstoffdüse.
M abgekehrte Seite 6a des Wärmespeichers kalt (Temperatur Ta), während die Temperatur gegen das andere Ende 6b des Wärme- speichers allmählich bis Tb zunimmt.
Die Wirkungsweise eines solchen Gebläses ist die folgende : Es sei angenommen, dass der Wärmespeicher sich bereits in dem Betriebszustande, also mit den Temperaturgrenzen Ta-Tb angewärmt, befindet und der ganze Raum des Zylindecs 1 sowie auch der Kanal 7 mit kalter Luft von atmosphärischem Druck Po angefüllt ist. Es sei zunächst angenommen, dass überhaupt keine Brennstoffzufuhr stattfindet, sondern dass die ganze Wärme vom Wärmespeicher geliefert wird. Bewegt sich der Kolben 2 in der Richtung des Pfeiles 11, so wird die vor dem Kolben befindliche kalte Luft von der Temperatur Ta über den Kanal 7 durch den Wärmespeicher 6 hindurchgetrieben und gelangt auf die andere Seite des Kolbens, wobei sich die Luft im wesentlichen auf die obere Temperatur Tb des Wärmespeichers erwärmt.
Da während der Erwärmung der Gesamtinhalt der Luft keine Veränderung erfährt, steigt der Druck im Arbeitsraum allmählich an. Nach Erreichung des auf das Druckventil 9 lastenden Druckes wird Druckluft in die Druckleitung 15 gefördert. Während des Rückganges des Kolbens 2 in der Richtung des Pfeiles 12 wird die warme Luft durch den Wärmespeicher 6 und durch die Leitung 7 gedrückt, kühlt sich dabei auf die Temperatur Ta ab und erleidet eine Druckverminderung. Sobald der Druck auf den atmosphärischen Druck gesunken ist, wird durch das Saugventil 8 Frischluft angesaugt.
Um die Reibungswiderstände d"r strömenden Gase zu vermindern, muss der Wärmespeicher in der Strömungsrichtung der Gase eine möglichst geringe Baulänge erhalten, so dass diese Baulänge nur einen geringen Bruchteil der Baulänge des Zylinders beträgt, wogegen der Rückführungskanal 7 sich auf die ganze Zylinderlänge erstreckt. Da dieser lange Rückführungskanal zwecks Verminderung der Reibungsverluste einen möglichst grossen Querschnitt erhalten muss, so verursacht der Rückführungskanal eine den Wirkungsgrad des Gebläses stark beeinträchtigende Vergrösserung des schädlichen Raumes.
Zur Verminderung dieses Nachteiles werden gemäss der Erfindung die Saug-und Druckventile des Gebläses an dem zwischen dem Kolben und der warmen Seite des Wärmespeichers liegenden Raume angeordnet, dessen Inhalt ein solches Vielfaches des Inhalts des zwischen dem Kolben und der kalten Seite des Wärmespeichers liegenden Raumes beträgt, dass die aus dem Wärmespeicher vordringende heisse Luftwelle durch das Druckventil nicht hindurchtritt. Bei dieser Anordnung kann die Wirkung des schädlichen Raumes des Rückführungskanals wesentlich herabgesetzt werden und es kann der Rück-
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führungskanal auch gänzlich fortfallen.
Zu diesem Zwecke sind zwischen dem Kolben und dem Wärmespeicher in Reihe mit dem Hauptarbeitsraum und dem Wärmespeicher ein kleinerer Wärmespeicher und fin kleinerer Hilfsarbeitsraum oder deren mehrere hintereinander geschaltet, deren Abmessungen in der Richtung der Temperatursteigerung der Wärmespeicher entsprechenden Reihenfolge stufenweise zunehmen, wobei der Inhalt eines jeden Arbeitsraumes ein solches Vielfache des Inhaltes des
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die kalten Enden der Wärmespeicher nicht erreichen.
Fig. 2 zeigt ein Gebläse dieser Art in schematischem Längsschnitte. la ist der Hauptarbeitsraum mit dem die Hilfsarbeitsräume 1b und le unter Zwischenschaltung der Wärmespeicher Ra und Rb in Reihe geschaltet sind. Die kalten Seiten der Wärmespeicher sind mit vollen Linien und die warmen Seiten mit gebrochenen Linien angedeutet, so dass ersichtlich ist, dass der Inhalt der einzelnen Arbeitsräume in der Richtung der Temperaturzunahme der Wärmespeicher stufenweise zunimmt. An der warmen Seite der Wärmespeicher sind die Düsen 10 zur Einführung des Brennstoffes und an der kalten Seite die Kühler 17 zur Abführung der aus dem thermodynamischen Kreislauf endgültig abzuführenden Wärmemengen angeordnet. Bei Anordnung von Auspuffventilen können diese Kühler fortfallen. So ist z.
B. am Hauptwärmespeicher Ra kein Kühler gezeichnet. Die aus dem Kreislauf des Arbeitsraumpaares 1a und 1b endgültig zu entführenden Wärmemengen ziehen mit der in die Druckleitung 15 geförderten Druckluft ab. Im kleinsten Arbeitsraum 1e befindet sich der Kolben 2.
Die Saug-und Druckventile 8 und 9 sind gemäss der Erfindung an dem zwischen dem Kolben 2 und der warmen Seite des Wärmespeichers Ra liegenden Raum la angeordnet. Der Rückführungskanal 7 verbindet das äusserste Ende dieses Raumes la mit dem hinter dem Kolben 2 liegenden Raum 16. Die Wirkungsweise ist die folgende :
In der gezeichneten Stellung des Kolbens x sind sämtliche Arbeitsräume mit kalter Luft angefüllt.
Die mit vollen Linien gezeichneten kalten Enden der Wärmespeicher besitzen die Temperatur Ta und die mit gebrochenen Linien gezeichneten warmen Enden die Temperatur Tb. Wird der Kolben in der Richtung des Pfeiles 11 bewegt, so wird kalte Luft aus dem Raume Je durch den Wärmespeicher Rb in den Raum lb gedrückt, wobei sich diese Luft von der Temperatur Ta auf die Temperatur Tb erhitzt und eine Volumzunahme erfährt. Diese aus dem Raum lc in den Raum lb übergetretene warme Luft verdrängt aus dem Raum lb kalte Luft, deren Inhalt ein Mehrfaches jener kalten Luft beträgt, die durch den Kolben 2 aus dem Raum lc in den Raum lb gedrängt worden ist.
Die aus dem Raum lb verdrängte kalte Luft tritt durch den Wärmespeicher Ra in den Raum la, erhitzt sich dabei auf die Temperatur Tb und erleidet wieder eine Volumzunahme. Infolgedessen wird aus dem Raum la eine entsprechende Menge kalter Luft durch das Druckventil 9 in die Druckleitung 15 verdrängt.
Wenn die durch die Temperaturerhöhung der Luft von Ta auf Tb bewirkte Volumzunahme ein n-faches des ursprünglichen Inhaltes beträgt und wenn der während des Hubes 11 des Kolbens 2 aus dem Raum ? c verdrängte Luftinhalt mit V bezeichnet wird, so wird aus dem Raum 1b das Volum n. V und aus dem Raum la das V olum n2. V verdrängt. Während also das Gebläse einen Luftinhalt von etwa nib2. V fördert, muss durch die Rückführungsleitung 7 nur ein Luftinhalt V hinter den Kolben 2 in den Raum 16 zurückgeführt werden, so dass die Rückführungsleitung 7 nur einen geringen Querschnitt erhalten muss, wobei der durch diese Rückführungsleitung und durch den Raum 16 gebildete schädliche Raum äusserst gering ausfällt.
Der Inhalt des Arbeitsraumes la ist so gross bemessen, dass die während des
Hubes 11 vom Wärmespeicher Ra vordringende heisse Luftwelle am Ende des Hubes nicht bis zu den Ventilen 8 und 9 vordringt oder doch mindestens keine heisse Luft durch das Druckventil9 hindurch- tritt. Auch der Arbeitsraum lb ist in dem Verhältnis zum Arbeitsraum le so gross bemessen, dass die während des Hubes 11 des Kolbens 2 aus dem Wärmespeicher Rb vordringende heisse Luftwelle nicht bis an das kalte Ende des Wärmespeichers Ra vordringt.
Wenn die durch die Erhitzung bewirkte Volum- zunahme der Luft wie bereits erwähnt, ein n-faches beträgt, so muss auch der Inhalt des Raumes lb das n-fauche des Inhaltes des Raumes lc und der Inhalt des Raumes la ein n-faches des Inhaltes des Raumes
Raumes lb betragen. Es können statt zweier oder dreier Stufen auch mehrere Stufen hintereinander geschaltet werden. Hiebei wird der Querschnitt des Kolbens 2 im Verhältnis zur Leistung des Gebläses so gering, dass die Rückführung 7 gänzlich fortfallen und die Seite 16 des Kolbenzylinders mit der freien
Luft in Verbindung stehen kann.
Beim Rückgang des Kolbens S 3 strömt die heisse Luft aus dem Raum la durch den
Wärmespeicher Ra in den Raum lb und aus diesem durch den Wärmespeicher Rb in den Raum le zurück, wobei sie sich auf Ta abkühlt und eine Volumverminderung erfährt, wodurch in den Raum la ein Frisch- luftvolumen dz V durch das Ventl 8 eingesaugt wird.
In Fig. 2 sind die Hilfsarbeitsräume zwischen dem Kolben und der kalten Seite des Wärme- speichers Ra geschaltet. Fig. 3 zeigt dagegen eine Anordnung, bei der der Hilfsarbeitsraum lb mit dem Hilfswärmespeicher Rb zwischen dem Kolben 2 und der warmen Seite des Wärmespeichers Ra in der
Rückführungsleitung 7 angeordnet ist. Durch diese Anordnung wird der Einfluss des schädlichen
Paumes der Rückführungsleitung y und der von Wärmespeicher Ra abgekehrten Seite 16 des Kolben- zylinders gleichfalls beseitigt.
Beim Niedergange des Kolbens 2 wird beinahe die ganze aus dem Arbeits-
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raum la. verdrängte kalte Luft in die Druckleitung 15 gefördert und nur ein verschwindender Bruchteil t- dieser Luft gelangt durch den Hilfswärmespeicher Rb in den Hilfsarbeitsraum lb, wobei diese Luft von der Temperatur Ta auf die Temperatur Tb erhitzt wird. Durch die hiebei erlittene Volumzunahme
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und 3) wird also die volumetrische Wirkung des Gebläses wesentlich über die volumetrische Wirkung des in Fig. 1 dargestellten Gebläses erhöht.
Vorstehend wurde stets von einem Kolben als Mittel zum Treiben der Luft durch den oder die Wärmespeicher gesprochen, doch kann statt eines Kolbens irgendeine andere Treibvorriohtung, z. B. ein Ventilator, benutzt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Gebläse, bei dem die im Arbeitsraum befindliche Luft durch eine Treibvorrichtung in abwechselnder Richtung durch einen Wärmespeicher hindurchgetrieben und durch in den Arbeitsraum eingeführten Brennstoff erhitzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Saug- und Druckventile (8 bzw. 9) an dem zwischen der Treibvorrichtung (2) und der warmen Seite des Wärmespeichers (Ra) liegenden Raume (la) angeordnet sind, dessen Inhalt ein solches Vielfaches des Inhaltes des zwischen der Treibvorrichtung und der kalten Seite des Wärmespeichers liegenden Raumes (lb) beträgt, dass die aus dem Wärmespeicher vordringende heisse Luftwelle durch das Druckventil nicht hindurchtritt.