Wärmekr aftmaschine. Die Wärmekraftmaschinen arbeiten in der Weise, dass ein gasförmiges Arbeitsmittel Wärme teilweise in mechanische Arbeit um setzt. Ein Teil der zugeführten Wärme muss dem Arbeitsmittel wieder entzogen werden; nicht der ganze Betrag an zugeführter Wärme kann als mechanische Arbeit gewonnen werden.
Der thermische Wirkungsgrad der Wärme kraftmaschine ist durch das Verhältnis
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bestimmt, worin Ti die absolute Temperatur des Arbeitsmittels nach der Wärmeaufnahme, Tz die absolute Temperatur nach der Ex pansion bedeuten.
Bei Wärmekraftmaschinen, welche mit Wasserdampf betrieben werden, ermöglicht die leichte Kondensierbarkeit des Dampfes, die Wärmeabfuhr bei befriedigend tiefen Temperaturen zu bewerkstelligen (20-30 C). Die Wärmezufuhr erfolgt bei Temperaturen bis 4500 C. Schwierigkeiten konstruktiver Natur erlauben bis auf weiteres nicht, die Temperatur noch höher zu wählen.
Bei Verbrennungskraftmaschinen geling es, dein Arbeitsmittel eine sehr hohe An fangstemperatur (etwa 1600 C), zu geben; dagegen bedingen konstruktive Erfordernisse, dass die Wärmeabfuhr bei noch hoben Temperaturen erfolgen muss (etwa<B>600'</B> C), so dass in dieser Beziehung die Dampf maschine der Verbrennungskraftmaschine überlegen ist.
Die den Gegenstand der Erfindung bil dende Wärmekraftmaschine arbeitet mit zwei Medien: Z.B. Verbrennungsgase und Wasser dampf, wovon mindestens das eine Treibmittel kondensierbar ist. Erfindungsgemäss dient das kondensierbare Treibmittel neben der Ar beitsleistung durch Expansion gleichzeitig zur Übertragung der von dem andern Treib mittel geleisteten Arbeit auf die Maschinen welle.
In h'ig. 1 und 2 beiliegender Zeichnung sind in schematischer Darstellung eine Ver- brectnungskraftmaschine üblicher Bauart und ein Ausführungsbeispiel einer Maschine gemäss der Erfindung einander gegenübergestellt. Fig. 7. zeigt die Verbrennungskraftma- schine üblicher Bauart mit einem Zylinder G, einem Kolben K, einer Kolbenstange S und einer Kurbelstange P.
Am Zylinder sind drei Ventile angeordnet: Das Einlassventil 1'E für Frischluft, das Ventil VB für die Brennstoff zufuhr, das Auspuffventil Y, Die Maschine nach Fig. 2 arbeitet mit zwei Kolben im gleichen Zylinder; der Kolben gi ist frei beweglich und der Kolben K 2 ist mit der nicht gezeichneten Kurbelwelle ver bunden.
Zwischen dem Zylinderboden und dem Kolben K1 befindet sich der Arbeits raum für die Verbrennungsgage G, während von den beiden Kolben K1 <B>und</B> K2 Wasser dampf D eingeschlossen wird. Der von den Verbrennungsgasen G auf den Kolben Ni ausgeübte Druck wird von diesem auf den Wasserdampf übertragen, welcher im weitern auf den Kolben K2 drückt. Wenn sich in folge der Bewegung der Kurbelwelle der Kolben K2 vom Kolben Ki einwenig entfernt, so vergrössert sich der mit Dampf gefüllte Zwischenraum; der Dampf expandiert.
Nun drücken die Verbrennungsgase den Kolben Ni dem Kolben K2 nach, so dass sich ihr Ar beitsraum ebenfalls vergrössert und sie eben falls expandieren. Die Drücke von Dampf und Verbrennungsgasen stehen immer in einem bestimmten Verhältnis zueinander, welches durch die beiden Seitenflächen des Kolbens Ni gegeben ist; sind wie in Fig. 2 die beiden Kolbenflächen gleich gross, so ist das Verhältnis der genannten Drücke gleich 1/1.
Am Anfang des Arbeitsvorganges be finden sich die beiden Kolben in den durch die Abstände so, so' vom Zylinderboden an gegebenen Stellungen. Der Arbeitsraum der Gase ist mit einem komprimierten, explosiblen Gasgemisch gefüllt; zwischen die beiden Kolben ist durch das Ventil SE Dampf ge geben worden. Sobald nun die Verbrennung des Gasgemisches einsetzt, die entweder durch künstliche Zündung mittelst elektrischer Fun ken oder infolge der Temperaturerhöhung durch die vorangegangene Kompression ver ursacht wird, beginnen beide Kolben sich in Richtung gegen die Kurbelwelle zu bewegen.
Nach einer gewissen Zeit greift ein ge steuerter Anschlag H in den Zylinder hinein und hemmt die weitere Vorwärtsbewegung des Kolbens Ni. Der Abstand des Kolbens Ki vom Zylinderboden ist in dieser Stellung si; inzwischen hat sich der Kolben K.- bis zum Abstands,' vom Zylinderboden bewegt. Während jetzt der Kolben .g', stillsteht und die Gase G durch das Auspuffventil VA ent weichen, vollendet der Kolben K2 seine Vor wärtsbewegung bis zum Abstand si" vom Zylinderboden, wobei der Dampf weiter expandiert und Arbeit leistet.
Wenn hierauf der Kolben K2 durch das Kurbelgetriebe rückwärts bewegt wird, so schiebt er den expandierten Dampf durch das Ventil SA aus dem Zylinder hinaus. Während des Ausstossens des Dampfes wird der Arbeitsraum der Gase durch das Ventil VE mit frischer Luft geladen. Nachdem der Kolben K2 am Ventil SA vorbei geglitten ist, komprimiert er den Dampfrest; sobald dessen Druck auf einen gewissen Wert angestiegen ist, setzt sich auch der Kolben K2 in Rück wärtsbewegung. Nun muss der gesteuerte Anschlag H aus dem Zylinder zurückgezogen werden, damit der Kolben K2 freie Bahn bekommt.
Während sich nun beide Kolben rück wärts bewegen, werden Dampfrest und Luft gleichzeitig verdichtet. Unmittelbar vor der Totpunktlage des Kolbens K2 öffnet sich das Ventil Vr und lässt frischen Dampf zwischen die beiden Kolben einströmen. Dadurch wird der anfängliche Zustand der Maschine wieder hergestellt; nach dem Einführen des Brenn stoffes durch das Ventil VB beginnt der Arbeitsvorgang aufs neue.
Während des beschriebenen Arbeitsvor ganges, insbesondere während der Expansion von Verbrennungsgasen und Dampf, strömt Wärme durch den Kolben Ni hindurch von den Gasen an den Dampf über. Dadurch wird ermöglicht, dass die Gase nach der Expansion mit tieferer Temperatur aus dem Zylinder austreten, als es bei einer Ver- brennungskraftmaschine üblicher Bauart der Fall ist; die Wärme der Gase wird also besser ausgenutzt.und somit eine Steigerung des Wirkungsgrades bewirkt.
Die Abgase können dann noch in bekannter Weise einer Abwärmeverwertung unterzogen werden Mit der beschriebenen Maschine wird eine Verbesserung der Wärmenutzung er reicht, indem Verbrennungs- und Konden sationsmaschine vereinigt sind. Zunächst werden die mechanischen Verluste, sowie Verluste durch Strahlung und Wärmeleitung herabgesetzt. Weiter treten die Abgase mit tieferer Temperatur aus der Maschine aus, als es bei bisher gebauten Verbren nungskraftmaschinen der Fall ist, weil ihnen schon während des Arbeitsvor ganges Wärme entzogen wird, welcher der Dampf aufnimmt.
Diese Wärme wird dem Dampf während seiner Arbeitsleistung zuge führt, weshalb die Zustandsänderung des Dampfes teilweise angenähert isotherm vor sich geht. Die während der isothermen Zu standsänderung zugeführte Wärme wird, so- fort vollständig in mechanische Arbeit umge wandelt und daher besser ausgenützt, als wenn sie, wie bei Abwärmeverwertung nach bekannter Weise, zur Dampferzeugung ver wendet würde.