Wärmekraftmaschine. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine, die zum Beispiel zur Gattung der mit hin- und hergehenden Kol ben arbeitenden Maschinen oder zur Gattung der Turbinen gehören kann.
Unter dem Ausdruck "Wärmekraft maschine" ist vorliegend eine Maschine zur Umwandlung von Wärme in Arbeit verstan den, einschliesslich aller notwendiger Appa ratur, wie zum Beispiel Verdichter, Regene- ratoren, Kessel, Brenner, Feuerungen usw., wie auch der eigentlichen arbeitenden Be standteile, wie Zylinder, Kolben, Rotoren, Statoren usw. Dampf, Luft oder Verbren nungsprodukte können das Arbeitsmittel sein.
Wärmekraftmaschinen im Sinne vorliegender Erfindung lassen sich in mancherlei bau lichen Formen, so zum Beispiel als Dampf maschinen mit Kesseln, Ü'berhitzern, Wieder überhitzern, oder als Maschinen mit innerer Verbrennung oder zum Beispiel auch als Turbinen ausführen.
Der Zweck der Erfindung besteht darin, die treibende Kraft mit weniger Brennstoff verbrauch zu erzeugen als wie bisher, das heisst die Umwandlung von Wärme in Arbeit unter höheren Wirkungsgraden herbeizufüh ren, als bisher möglich war.
In der vorliegenden Beschreibung um fassen die Ausdrücke "Rotgluthitze" und "rotglühend" Temperaturen von etwa 600'-C an aufwärts.
Die Erfindung lässt sich auf Maschinen mit verschiedenen Arbeitszyklen anwenden. Solche Arbeitszyklen umfassen sowohl die bekannten, als auch neue Arbeitszyklen.
Seit der Bekanntgabe von Carnots Grund satz, das der höchste theoretisch erreichbare thermische Wirkungsgrad in einer vollkom menen Maschine gleich sei dem Quotienten aus der Differenz zwischen der Maximal und der Minimaltemperatur des Arbeits zyklus durch dessen maximale absolute Tem peratur, war es das Ziel mancher Erfinder, Maschinen mit erhöhtem thermischem Wir kungsgrad dadurch zu schaffen, dass sie für die maximale Temperatur einen hohen @Tert einsetzten. .
Bei der gegenwärtig in Gebrauch befind lichen Verbennungskraftmaschine. nament- lieh bei derjenigen, in welcher die Verbren nung nominell ,>bei konstantem Volumen" stattfindet, wird ein sehr hoher Wert der Höchsttemperatur des Arbeitsmittels (die ge wöhnlich die des Schmelzpunktes des für die Zylinder gebrauchten Materials übersteigt) erreicht. Daher kühlt man die Zylinder äusser lich durch einen Kreislauf von Wasser oder Luft, oder innerlich, zum Beispiel durch Ein spritzung von Wasser oder Luft, so dass deren Innenfläche auf einer verhältnismässig niederen Temperatur gehalten werden kann, indem die Arbeitstemperatur des Hauptteils des Zylinders ungefähr<B>300'</B> C nicht über steigt.
Die durch Leitung und Ausstrahlung vom Arbeitsmittel an die Zylinder verlorene und durch das die Zylinder kühlende Medium abgeleitete Wärme steigt gewöhnlich auf ?5 bis 40 % der gesamten durch den Brenn stoff gelieferten Wärme an, abgesehen von @Ärärmeverlusten im Auspuff.
Im Laufe der Zeit wurden zahlreiche Vor schläge gemacht für die Konstruktion einer Wärmekraftmaschine mit Regeneration unter Anwendung eines hohen Betrages für die Höchsttemperatur ihres Arbeitszyklus und ohne Kühlmittel für den Zylinder oder den Arbeitskessel, in dem der eigentliche Arbeits teil des Zyklus sich abspielt.
Ausserdem wurden Heissluftmaschinen mit Zylindern aus gewöhnlichem Material her gestellt, welche auf ihrer Aussenseite auf Rotgluttemperatur gehalten werden. Aber bei solchen Maschinen nähert sich weder die Temperatur an der Innenseite der Zylin derwände, noch die durch das Arbeitsmittel erreichte Höchsttemperatur jemals derjenigen einer Rotglut unter dauerhaften Arbeits zuständen. Das Arbeitsmittel übt in Wirk lichkeit auf die Innenflächen des Zylinders eine Kühlwirkung aus.
Erreicht das Arbeitsmittel eine Rotglut temperatur, und wird auch versucht, den Zy linder auf Rotglut zu erhalten, so versagen die gewöhnlichen Materialien, wie Gusseisen, ,Stahl, Kupfer, wie sie bisher gebraucht wur den, vollständig. Sie besitzen bei hoher Tem- peratur nicht genüsend Stärke und werden durch das heisse Arbeitsmittel angegriffen.
Es wurde schon vorgeschlagen, den Zy linder oder Erhitzer einer Heissluftmaschine oder einer Maschine mit innerer Verbrennung, die bei Rotglut arbeiten soll, aus einer Zu sammenstellung einer Lamellierung aus Stahl, Eisen oder Kupfer und . einer solchen aus Nickel oder Platin anzufertigen, wobei diese letztere Lamellierung dem heissen Arbeits mittel ausgesetzt würde und die andern vor dem Angegtiffenwerden schützte.
Solche Vorschläge sind aber unausführbar, indem die Zusammenstellung bei diesen hohen Tem peraturen keine genügende Festigkeit besitzt. Ausserdem würden bei Maschinen mit innerer Verbrennung Nickel und Platin durch Koh lenoxydgas bei Rotgluttemperaturen rasch angegriffen.
Der gegenwärtige Stand der Technik kann dahin beschrieben werden, dass, obschon zahlreiche Erfinder von Zeit zu Zeit Vor schläge für Regeneratoren benutzende Ma schinen mit innerer Verbrennung gemacht haben, bisher keine solche, einen hohen Brennstoffwirkungsgrad ergebende Maschine gebaut wurde, die unter den gewöhnlichen gewerblichen Arbeitsverhältnissen befriedi gend zu laufen vermag. Die Maschine mit innerer Verbrennung, der Gegenstand zahl reicher Vorschläge, besteht als praktisch ar beitende Maschine noch nicht.
Der Urheber vorliegender Erfindung hat. nun erkannt, wie eine Rotglutmasehine ar beitsfähig gemacht werden kann, und hat Mittel gefunden, durch die eine solche Ma schine sich so bauen lä.sst, dass sie befriedigend läuft, mit einer bisher in der Praxis noch nie verwimkliehten Wirtschaftlichkeit des Brennstoffverbrauches.
Gemäss vorliegender Erfindung wird Vor sorge getroffen, dass das Arbeitsmittel min destens Rotgluttemperatur, das heisst min destens etwa 600 C, erreicht, und werden die mit diesem Arbeitsmittel in Berührung kommenden Teile aus feuerfesten Materialien gebaut, die gegen chemische Angriffe sei tens des heissen Arbeitsmittels widerstands- fähig sind und genügende Festigkeit besit zen, um Spannungen zu widerstehen. Diese Teile werden während des Betriebes der Ma schine auf Rotglut erhalten.
In den Fällen, wo ein Regenerator ver wendet wird, kann man diesen zweckmässig mit grossen, Wärme absorbierenden und aus strahlenden Flächen, aber kleinem, innerem Fassungsvermögen für das Betriebsmittel ausstatten und diesen Flächen entlang ab wechselnd heisses Betriebsmittel unter ver hältnismässig niederem oder Auspuff-Druck und kaltes Betriebsmittel unter einem höheren oder Einlassdruck leiten.
Zum Betrieb einer Maschine gemäss der Erfindung lässt sich irgendwelcher einem theoretisch vollkommenen Zyklus sieh nähern der thermodynamischer. Zyklus von Arbeits vorgängen anwenden. Die Höchsttemperatur des positiven Arbeitsteils des Zyklus wird so hoch als praktisch möglich gewählt, in allen Fällen etwa<B>600'</B> C oder höher,- bei einer Maschine mit innerer Verbrennung zweckmässig zum mindesten so hoch, dass die Zündung und Verbrennung des Brennstoffes beim Einspritzen in die erhitzte verdichtete Luft gesichert ist.
Ein besonders hoher Wirkungsgrad wird erreicht bei Anwendung der Erfindung auf Maschinen, die mit Zyklen arbeiten, welche durch folgende Merkmale gekennzeichnet sind: a) praktisch isothermische Verdichtung des Arbeitsmittels bei Mindesttemperatur des Zyklus von seinem Zustande des 'Höchst volumens zu dem des geringsten Volumens;
b) regeneratives Erhitzen des Betriebsstoffes nach dieser isothermischen Verdichtung durch Hitze, die dem Betriebsmittel während einer Periode entnommen wird, bei. der es seinen niedersten oder nahezu seinen niedersten Druck, beziehungsweise seinen Auspuffdruck erreicht hat, und c) praktisch isothermische Expansion des Betriebsstoffes bei der Höchst temperatur des Zyklus, begleitet von der Zu fuhr von Brennstoffhitze.
Bei Maschinen nach vorliegender Erfin dung können vorteilhafterweise folgende bauliche Einrichtungen ausgeführt werden: 1. Ein Umsteuer-Regenerator, innerhalb des Zylinders so angeordnet, dass sich ein klei ner schädlicher Raum ergibt.
2. Ein unabhängiges Regenerator-System mit heissen Ventilen am einen und kalten Ven tilen am andern Ende.
B. Ein Gegenstrom-Regenerator-System, mit einem Ende rotglühend, mit dem andern Ende verhältnismässig kühl.
4. Unabhängige Mittel zum Verdichten eines Betriebsmittels und zum Zuführen von Brennstoffhitze zu ihm.
5. Bezüglich der Betriebsmittelströmung hintereinandergeschaltete Zylinder; die Brenn stoffhitze wird dem Betriebsmittel an zwei oder mehr Zylindern stufenweise zugeführt.
6. Im Falle einer Turbine: Organe zum Einspritzen von Brennstoff nach der Regene ration und auf einer Anzahl von Expansions stufen des Betriebsmittels, wodurch die Tem peratur des letzteren während dieser Stufen so nahe als möglich auf einem vorbestimmten Höchstbetrag gehalten wird.
7. Mehrstufen-Verdichter mit Kühlvor richtung für die Zwischenstufen, und Rege nerator für das Betriebsmittel.
B. Im Falle von Turbinen: Mittel zum Zuführen von Brennstoffhitze durch den Sta- tor zum Betriebsmittel an einer Anzahl von Stellen der Stromrichtung entlang.
9. Ein Hochdruckteil mit hin- und her gehendem Kolben in Reihe mit einem als Turbine ausgebildeten Niederdruckteil.
10. Ein Satz von umsteuerbaren Rege neratoren für die Übertragung von Wärme vom Niederdruck-Heiss-Auspuffmittel zum Hochdruckmittel, selbsttätige oder mechanisch betätigte Umsteuerventile am Rotglutende der Regeneratoren und mechanisch betätigte Umsteuerventile am kühleren Ende der Re generatoren.
11. Zylinder und Kolben. jeder mit einem aus feuerfester und chemisch widerstands fähiger Legierung bestehenden und einer vom heissen Betriebsmittel herkommenden Rot gluthitze ausgesetzten Teil, während ihre übrigen Teile, die bei gewöhnlichen Tempe-. Taturen arbeiten, aus den für solche Zwecke üblichen Materialien bestehen, mit oder ohne besondere Kühlmittel. Zwischen diesen küh leren Teilen von Zylinder und Kolben sind in wechselseitiger Berührung Dichtungsmittel gegen den Druck des Betriebsmittels vor gesehen.
12. Aus feuerfester und chemisch wider standsfähiger Legierung bestehende Zylinder und Kolben, aber ohne gegeliseiti!-e Berüh rung am einen, der vom heissen Betriebsmittel erzeugten Rotgluthitze ausgesetzten Ende, und in passender Berührung mit Packungs- mitte-ln am andern Ende, das infolge des ge ringen M'ärmeleitungsvermögens der genann ten Legierung auf einer verhältnism-issig nie deren Temperatur steht.
Die bei Rotglut arbeitenden Teile der Maschine können zum Beispiel angefertigt werden a) aus einem Metall, das bei der Ar beitstemperatur die nötige Starke und Steif heit besitzt, jedoch dem Angriff des heissen Betriebsmittels nicht zu widerstehen vermag, sondern dagegen durch einen unangreifbaren Metallüberzug geschützt ist, oder b) aus einer feuerfesten Legierung, welche bei der Ar beitstemperatur die nötige Stärke besitzt und deren Oberfläche Angriffen genannter Art widersteht.
Diese letztere Legierung oder der genannte Schutzüberzug kann solcher Art sein, dass, sofern sie durch das Betriebsmittel angegriffen werden, der so angegriffene Teil der Oberfläche einen Schutzüberzug bildet, der ein weiteres Angreifen unterhalb der Oberfläche verhindert und so eine dauernd w i 'derst andsfähi z# e Struktur eroibt. Z,
Das Ma- terial soll also entweder nicht angegriffen werden oder infolge des Angriffes eine Ober fläche bilden, die einem weiteren Angriff durch das Betriebsmittel bei hohen Tempe raturen vorbeugt.
Dem Erfindungszweck dienliche Metalle bezw. Legierungen können gefunden werden cc) unter feuerbeständigen Metallen oder Le gierungen. in denen ein oder mehrere Me talle der Chromgruppe enthalten sind; b ) unter feuerbeständigen Metallen oder Le gierungen, in denen ein oder mehrere Metalle der Chromgruppe mit einem Metall oder mit Metallen der Nickelgruppe verbunden sind; c) unter feuerbeständigen Metallen oder Le gierungen, in denen ein oder mehrere Me talle der Chromgruppe mit Bor, Aluminium, Silizium oder andern, eine ähnliche Wirkung ergebenden Substanzen verbunden sind; d) unter Metallen der Chromgruppe zusam men mit einem oder mehreren Metallen der Gruppen der seltenen Erden.
Es hat sich gezeigt, dass für die Zwecke der Erfindung Chrom das widerstands fähigste Metall ist und dass Nickelchrom und Kobaltchrom gut wiederstehen; ferner, dass Wolfram. legiert. finit einem Metall der Chrom- oder der Nickelgruppe, ein gutes Er gebnis liefert; und ferner. dass Bor, Silizium und Aluminium in kleinen Verhältnissen wertvolle Beigaben in Nickel-Chrom-Legie- rungen darstellen, indem sie die Gleich förmigkeit des Gusses verbessern und die Festigkeit und die Widerstandsfähigkeit ge gen Angriffe bei Rotgluttemperatur erhöhen.
Eine gute Legierung, die gegossen werden kann und auch sonst geeignet ist, besteht aus 62 % Nickel, 20 ö Chrom, 5 % Eisen. % ö Kohle, .1 % Silizium und 8'/2 % Aluminium. Es hat sich gezeigt, dass diese Legierung die passende Stärke besitzt und dem Angriffe seitens des heissen Arbeitsmittels bei einer Temperatur von 800 bis 900 C während mehrerer Wochen zu widerstehen vermag. Diese Legierung ist völlig unschmiedbar und lässt sich maschinell nicht wie Eisen be arbeiten.
Es sind deshalb besondere DTass- nahmen erforderlich, um eine arbeitsfähige Konstruktion zu schaffen. Die Legierung kann sehr angenähert auf Grösse gegossen werden und wird dann zweckmässig durch Schleifen fertig bearbeitet. Sie lässt sich mit sehr gutem Erfolge schweissen. Löcher müs sen beim Giessen ausgespart oder in Pfrop fen aus maschinell bearbeitungsfälliger Le gierung angebracht werden, die man an den Guss anschweisst. Das Material kann durch eine schnellaufende Metallscheibe oder eine feine 'Schmirgelscheibe geschliffen werden.
Es hat sich gezeigt, dass mehrere, wenn nicht die meisten der Legierungen mit guten Widerstandseigenschaften praktisch für che mischen Angriff unzugänglich gemacht wer den können, wenn die dem heissen Betriebs mittel ausgesetzten Flächen geschliffen und poliert werden: Solche Flächen blieben bei einer Versuchsmaschine nach manchen Wo chen Betrieb noch glänzend und poliert. .
Wolfram, Nickelkobalt und? deren ein fache Eisenlegierungen werden durch das auf Rotgluttemperatur befindliche Betriebsmittel angegriffen. Wolfram ist bei Rotglut sehr stark; viel Eisen enthaltende Legierungen sind bei Rotglut verhältnismässig schwach. Einige der seltenen Erdmetalle, wie zum Bei spiel Zirkon, bilden ebenfalls wertvolle Bei gaben bei der Herstellung von .Legierungen.
Es hat sich zum Beispiel gezeigt, dass einige der oben erwähnten Legierungen, welche einen kleinen Prozentsatz von Bor, Silizium oder Zirkon enthalten, nachdem sie zunächst dem heissen Brennstoff ausgesetzt waren, nachher mit einer dünnen Oberflächenhaut überzogen werden, welcher Überzug irgend welchen Angriff der unter der Oberfläche liegenden Legierung vorbeugt.
Auf den Zeichnungen sind mehrere Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstan des dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch ein Beispiel in Form einer Rotglutturbine mit einem mehr stufigen Luftverdichter A mit Zwischenstufe und Wasserkühlmantel, mit einem Paar von umsteuerbaren Regeneratoren R, einem mehr stufigen Brennstoffgasverdichter F und Mit teln, um in eine Anzahl von Expansions stufen der Turbine Brennstoff einzuspritzen;
Fig. 2 veranschaulicht schematisch ein zweites Beispiel in Form einer Rotglut kolbenmaschine mit drei hintereinander geschalteten Zylindern, mit dreistufigem, mit hin- und herlaufenden Kolben versehenem Luftverdichter A mit Zwischenstufe und Kühlwassermantel, einem Paar getrennter, umsteuerbarer Regeneratoren R, einem drei stufigen Brennstoffgasverdichter F und Brennstoffeinspritzern für jeden Zylinder;
Fig. 3 zeigt unter Angabe von mehr bau lichen Einzelheiten eine einzylindrige Rot- gut-Kolbenmasch.ine mit einem im Kolben kopf angebrachten Regenerator R, einem Kompound-Luftverdichter mit Zwischenstufe und Kühlwassermantel, mit einem zwei stufigen Brennstoffgasverdichter und Mitteln zum Einspritzen von Brennstoff in den Zy linder;
Fig. 4 stellt einen unmittelbar unter dem Regenerator durch den Rotglutzylinder ge legten Schnitt der in Fig. 3 veranschaulich ten Maschine dar; Fig. 5 zeigt mehr schematisch eine ge genüber Fig. 3 abgeänderte Form von Zy linder und Kolben;
Fig. 6 ist ein Schnitt durch den im Zy linderkopf untergebrachten, auch in Fig. 3 dargestellten Regenerator; Fig. 7 ist ein Grundriss dieses Regene- rators; Fig: 8 zeigt eine Einzelheit davon;
Fig. 9 zeigt eine andere Ausführungs form eines im Zylinderkopf angebrachten Regenerators; Die Fig. 10 bis 12 betreffen einen Gegen strom-Regenerator, Fig. 10 ist ein Längs schnitt, Fig. 11 ein Querschnitt, und Fig. 12 eine Endansicht von innern Regenerator- Elementen;
Fig. 13 betrifft eine zugehörige Einzel heit. o .In Fig. 1 bedeutet C das Gehäuse einer Agialturbine mit Kränzen von feststehenden Schaufeln 2. Die Turbine könnte auch als Radialturbine mit feststehenden Leitschau- feln oder gegenläufigen Schaufelkränzen, so wie als kombinierte Radial-Achsialturbine ausgebildet sein. D ist der Rotor mit Krän zen von Schaufeln 3, und 4 ist der Einlass für heisse, verdichtete Luft. Die Auspuff gase verlassen die Turbine bei 5 und treten in die Leitung 14 ein.
Der gasförmige Brenn stoff wird durch die verschiedenen Öffnun gen 6 in die Turbine eingespritzt und ver brennt, indem er sich mit der erhitzten Luft mischt, während er zwischen den Schaufeln des Stators und denen des Rotors durch strömt. Die genannten Teile arbeiten bei Rotglut und bestehen aus einer der oben er- wähnten. schwer schmelzbaren Legierungen.
1' ist der mehrstufige Brennstoffgasverdich- ter. Die Figur zeigt sechs Zylinder und sechs Brennstoffzuleitungen f1, f-, f', f , f', <I>f zur</I> Turbine; f1 leitet das unter höchstem Drucke, f das unter geringstem Drucke stehende Gas in die Turbine.
ist der als sechsstufig angenommene umlaufende Luftverdichter mit Kühlwasser- inantel und fünf Zwischenkühlern A1. Durch den Stutzen 8 wird Luft von atmosphärischem Druck und atmosphärischer Temperatur an gesogen, und die verdichtete Luft wird bei 9 in die zu den Regeneratoren führende Lei tung 10 getrieben. Die Zeichnung zeigt einen Regenerator mit zwei Regeneratorzylindern. die Ventile besitzen, welche derart betätigt werden, dass,
während die verdichtete Luft durch den einen der Regeneratorzylinder fliesst und von ihm Wärme aufnimmt. der heisse Turbinenauspuff durch den andern Regeneratorzylinder strömt und Wärme an ihn abgibt. Die Ausbildung eines solchen Regenerators ist auf Fig. 2 ersichtlich und unten näher erläutert.
Die heisse verdichtete Luft wird durch die Leitung 12 (Fig.1) vom Regenerator an dio Turbine übergeführt. Der heisse Auspuff der Turbine wird mittelst der Leitung 14 zum Regenerator geleitet und der gekühlteAuspuff verlässt denRegenerator durch das Rohr 15. Die Turbine und der umlaufende Luftverdichter sind als gleichachsig und di rekt gekuppelt dargestellt. Der Verdichter F für das Brenngas wird von der Tnrbinenwelle aus durch ein Reduziergetriebe 16 ange trieben.
Beispielsweise und nicht in beschränken dem Sinne sei erwähnt, dass die Luft, iso- fliermisch oder nahezu so, wie es sich gibt, bis auf 7 kg pro cm' verdichtet und die Temperatur der verdichteten Luft während des Durchganges durch den Regenerator bis auf etwa 650 gesteigert werden kann. Durch die Verbrennung der ersten Brenn stoffzufuhr am Einlassende 4 der Turbine kann die Temperatur des Gasgemisches auf beispielsweise etwa 700 C erhöht werden.
Die sich ausdehnende Mischung wird auf etwa. 650 abgekühlt und die Verbrennung der nächsten Brennstofflieferung erhöht ihre Temperatur wieder auf etwa 700 , usw.; die Temperatur des gasförmigen Gemenges wird, während dieses durch die Turbine .strömt, zwischen den genannten Grenzen ge halten.
Durch diese Anordnung der Brezni- stoffeinspritzung und deren Anpassung an das Volumen der zugeführten Luft lässt sich die Höchsttemperatur auf den höchsten Wert festsetzen, der sich mit der Stärke und den Widerstandseigenschaften der Metallegierung verträgt, aus welcher die mit der verbrennen den Gasmischung in Berührung kommenden Teile bestehen.
Die Entzündung des Brennstoffes in der Turbine wird nach dem Anlassen herbei geführt durch die Hitze der Luft, in welche jener eingespritzt wird.
Bei diesem Zyklus erfolgt die nutzbare Arbeitsleistung gänzlich bei oder so nahe als möglich bei der Höchsttemperatur, welche dank der Verwendung der oben beschriebenen Legierungen viel höher ist, als es bisher mög lich war. Die Wärmeabführung erfolgt bei der geringsten Temperatur des Zyklus. Der Regenerator entzieht dem Auspuff Wärme, nachdem alle praktisch verwertbare Druck energie des Arbeitsmediums in mechanische, für das Antreiben des Rotors verwandte Ar beit umgesetzt worden ist. Auf diese Weise wird die mit dem Auspuff ausgegebene. Wärme auf einen sehr kleinen Betrag ver mindert. Für Maschinen der beschriebenen Art lässt sich flüssiger Brennstoff verwen den.
Die Organe zum Zuführen des Brenn stoffes zu den Statoren können der Natur des Brennstoffes angepasst werden.
Der in Verbindung mit der Turbine ver wendete Regenerator (bei dem die ganze Um steuerperiode etwa 10 Sekunden betragen mag), besteht vorliegend aus zwei Zylindern. Jeder der Zylinder, die das Regenerier- material enthalten, ist.
so gebaut, dass er dem Höchstdruck des Arbeitsgases widerstehen bann. Die Zylinder sind an jedem Ende mit Ventilen 18, 19 versehen (Fig. 2), die paar weise so betätigt werden, dass durch den einen Zylinder Auspuffgase gehen, während durch den andern Zylinder in entgegengesetzter l', ichtung verdichtete Luft strömt. Diese Zylinderpaare werden beispielsweise nach etwa je fünf Sekunden umgesteuert, so dass die Arbeitsbedingungen in der Turbine so konstant wie möglich gehalten werden.
Natürlich lassen sich auch zwei, drei oder gier Zylinderpaare verwenden und der Reihe nach umsteuern, wodurch praktisch gleich mässige Temperatur und ebensolcher Druck erhalten wird. Das kalte Ende der Regene- ratorzylinder ist mit den gewöhnlichen Ven tilen 18 ausgestattet, welche mechanisch, das heissto durch ein Getriebe betätigt werden. Das heisse Ende der Regeneratorzylinder ist aus einer der oben angegebenen, besonders feuerbeständigen Legierungen hergestellt, ebenso die Ventile 19.
Diese Ventile können selbsttätig sein, das heisst durch den Strom betätigt werden, der durch die am kalten Ende befindlichen, mechanisch betätigten Ventile geregelt wird. Die Regeneratorzylin- der sind verkleidet, um Wärme zurückzu lialten, und nur Deckel, Lager und Supports m erden gekühlt.
Bei Maschinen mit hin- und hergehendem Kolben wird die Luft zweckmässig in einem mehrstufigen Kolbenverdichter verdichtet; und zwar mit einer so vollständigen Küh lung und Zwischenkühlung, als in jedem Falle angängig ist. Vorzugsweise werden Drucke zwischen "( kg und 10 kg pro cm\ angewendet.
Bei der durch Fig. 3 dargestellten ein zylindrigen Ausführungsform einer solchen Maschine wird die kalte, verdichtete Luft durch einen am Zylinderende angebrachten Regenerator R in den Arbeitszylinder C, C1 der Maschine geleitet und hier auf etwa <B>700'</B> C erhitzt. Der Brennstoff, in Form eines Strahls von zerstäubtem 01 oder von verdichtetem Gas, wird durch das Rohr f1 plötzlich eingespritzt und verbrennt in der heissen Luft zwischen dem Regenerator und dem Arbeitskolben, was die Temperatur auf etwa 1200 bis<B>1500'</B> C erhöht.
Der Druck steigt. so auf einen Ilöchstbetrag. Die Ver brennungsprodukte dehnen sich aus und ar beiten; - ihr Druck fällt auf einen passenden Betrag über dem atmosphärischen Druck und ihre Temperatur auf ungefähr 800 C. Hier auf werden sie durch den Regenerator hin durch zurückgestossen, dem sie alle ihro nutz-. bare Wärme abgeben, und treten praktisch kalt durch das Auspuffventil aus. Es ist zu beachten, dass beide Ventile in der Zylinder wandung sich mit kühlem Arbeitsgas in Be rührung befinden.
Bei .einer abgeänderten Ausführungsform ist der Regenerator vom Zylinder getrennt und sind besondere Ventile und Ventil getriebe vorgesehen für die Regelung des Stromes zu und von dem Regenerator, wie in Fig. 2 angegeben. In diesem Falle sind die Hälfte der Regene-ratorvexitile und auch die Maschinenventile Heissventile.
Die durch Fig. 2 schematisch (besonders hinsichtlich der Ventile) veranschaulichte, dreizylindrige Maschine mit hin- und her laufenden Kolben ist ähnlich derjenigen nach Fig, 1, und übereinstimmende Teile sind in beiden Figuren mit gleichen -GberweisuDgs- zeichen versehen. Zwischen den Zylindern sind, wie bei Maschinen dieser Art üblich, Aufnehmer P eingesetzt. Die zwei Hub scheiben 21, welche die am kalten Ende des Regenerators befindlichen Ventile betätigen.
können auf der nämlichen Welle sitzen, wel che durch geeignete Getriebe intermittierend angetrieben wird, zweckmässigerweise von der Maschinenwelle aus, derart, dass die Hub scheiben die vier Ventile 18 gleichzeitig um steuern.
In Fig. 3 ist der Zylinder zweiteilig dar gestellt. Der eine Teil, C, der dem heiss ar beitenden Arbeitsfluidum ausgesetzt und da durch rotglühend gemacht wird, besteht aus einer der oben beschriebenen, widerstands fähigen Legierungen. Der andere Teil, C1, der dem Arbeitsfluidum nicht unmittelbar ausgesetzt ist, besteht mit dem aus gewöhn lichem Material angefertigten Gussgehäuse <B>C</B> aus einem Stück.
Das Gussgehäuse C2 um schliesst den Rotglutteil C unter Bildung eines Luftmantels 23 und enthält einen Kühlwassermantel 24, vermittelst dessen die vom Kolbenteile Dl durchlaufene Zylinder fläche und die Packungsringe 25 kühlgehal ten werden, so dass sie wirksam geschmiert werden können. Der Kolben ist ebenfalls zweiteilig. Sein Rotglutteil D besteht aus einer widerstandsfähigen Legierung, der kühlere Teil D1 aus gewöhnlichem Metall. Die beiden Teile sind durch geeignete Mittel aneinander befestigt.
Der Rotglutteil D hat etwas radiales Spiel, so dass er die Wände des Heisszylinderteils C nicht berührt.
Es sei hier bemerkt, dass, während bei kleinen Maschinen der Zylinder und die Sta- toren verkleidet werden mögen, um Wärme verluste durch Ausstrahlung zu verhindern, bei grossen Maschinen eine Verkleidung ent behrt werden kann, weil hier die äussern Flächen von Teilen, die sich in Berührung mit dem heissen Arbeitsmittel befinden, sich vorteilhaft kühlen lassen, zum Beispiel ver mittelst eines Luftstromes. Eine solche Kiih- lung erlaubt die Anwendung noch viel hö herer Temperaturen für das heisse Arbeits mittel, während gleichzeitig Gewähr dafür geboten ist, dass die höchste Temperatur die ser Teile sich innert den Grenzen hält, bei denen das feuerfeste Material widerstehen kann.
Fig. 5 stellt schematisch eine etwas an- dero Ausführungsform von Zylinder und Kolben dar. Jeder von diesen Teilen besteht aus einem Gussstück aus feuerbesEindiger Le gierung. Wegen des grossen Widerstandes, den die feuerbeständige Legierung der Wärmeleitung bietet, können die obern, mit dem bei Rotglut wirkenden Arbeitsfluidum in Berührung kommenden Teile rotglühend sein, während die untern, in Reibungs berührung befindlichen Teile verhältnismässig kühl sind und wirksam geschmiert werden können.
Der Zylinderdeckel 27 (Fig. 3) enthält einen Sitz für das hohle zylindrische Einlass- ventil 28 mit hohler Spindel 29. Das Aus puffventil 32 sitzt auf - diesem Einlassventil. Die Ventile werden durch Hubscheiben 33, 34 betätigt, die durch die Welle 36 angetrie ben werden und von denen die zwei Schei ben 33 für den Einlass dienen. Federn 37 und 38 besorgen das Schliessen des Einlass- und des Auspuffventils. Die Steuerwelle 36 wird von der Hauptkurbelwelle 40 der Ma schine aus angetrieben vermittelst der ver tikalen Seitenwelle 41 und zwei Paaren von Schraubenrädern 42, 43.
Das Brennstoffein spritznadelventil 45 wird von der Seiten welle 41 aus durch die in Fig. 4 angedeute ten Organe angetrieben, und zwar vermittelst einer Hubscheibe 48, einer Klinke 49 und Steuerungshebeln (Fig. 4). Das Schliessen wird durch die Feder 50 bewirkt. Zum Ent zünden der Mischung beim Anlassen dient eine Zündkerze 51. Bei 52 ist eine Einrich tung für die Aufnahme eines Indikators vor handen.
Der Zweistufenverdichter A wird un mittelbar von der Hauptkurbelwelle 40 aus angetrieben. Der Zwischenkühler Al, die Kühlwassermäntel A" und andere Teile sind durch Fig. 3 in allen Einzelheiten dargestellt und bedürfen daher keiner besonderen Be schreibung.
Die für den Gebrauch mit Motoren der obengenannten Typen bestimmten Regenera- toren, seien es im Zylinderende angebrachte, wio bei dem Typ mit hin- und herlaufendem Kolben, oder solche für den Turbinentyp, haben die Eigentümlichkeit, mit dem einen Ende unter hoher Temperatur, in Rotglut höhe, zu arbeiten, während sich das andere Ende auf einer verhältnismässig niederen Temperatur befindet.
Die im Zylinderkopf angeordneten werden vollständig aus einem der oben beschriebenen, ausgewählten MetallL oder Legierungen hergestellt. Regeneratoren, welche im Zylinderkopf von Motoren mit hin- und herlaufendem Kolben benutzt werden, erhalten zweckmässig einen kleinen -innern Fassungsraum, so dass der gesamteschäd liche Raum des Zylinders weniger als 10 5o des Hubvolumens beträgt.
Die Regeneratoren R (Fig. 1, 2 und 3) werden in rasch auf - einanderfolgenden Zwischenräumen umge.- steuert, um den höchsten Wärmeaustausch aus einem gegebenen Gewicht von dünnem oder feinem, feuerbeständigem Material zu erhalten.
Die zur Verwendung kommenden Rege neratoren R, die im Vergleich zu bisheriger Cxepflogenhe-it in sehr kurzen Zwischen räumen umgesteuert werden, stellen eine neue Vorrichtung dar. Der am raschesten wirkende Regenerator ist erforderlich am Zylinderende der kleinen Maschine nach Fig. 3, die 1500 Umdrehungen in der Minute machen möge, wodurch der Regenerator 3000 mal in der Minuto umgesteuert wird. Fr wird am besten hergestellt aus sehr dünnen Streifen oder Drähten aus feuerbeständiger Legierung mit zwischenliegenden feinen Kanälen für das Arbeitsmittel.
Am wenigsten häufig um zusteuern sind Regeneratoren, wie der Tur- binenregenerator oder der besondere Regene- rator für die Maschine mit hin- und her laufenden Kolben nach Fig. 2. Diese sind einander gleich und können zum Beispiel dreimal in der Minute umsteuern. Ihr ak tives Material kann aus dickeren Metallplat ten oder aus feuerbeständigem, nicht metal lischem Stoffe bestehen, der in Platten ge gossen ist. Man kann aber selbst feuer beständiges Bruchmaterial verwenden.
In dem Falle, wo höchste Periodenzahlen vorkommen, sollte das R.egeneratormaterial praktisch un- porös sein; bei geringeren Periodenzahlen kann ein kleiner Grad von Porösität vorhan den sein, ohne dass zu grosso Verluste ent stehen. In allen Fällen sollte der Luftraum innerhalb der Regeneratoren auf ein Min destmass reduziert werden im Verhältnis zur blossliegenden Oberfläche.
Die Oberflächen und die Umsteuergeschwindigkeit sollten in allen Fällen genügend gross gewählt sein, um die Temperatur der Auspuffgase bis auf einige Grade über diejenige der einströmen den Gase zu vermindern, um so eine gute R.egeneratorausnützung zu erhalten, was wichtig ist für die Wirtschaftlichkeit des ganzen Zyklus, indem ein grosser Prozentsatz der Gesamtwärme durch den Regenerator zu rückgewonnen werden kann.
Während das Gehäuse der Regeneratoren FL gemäss Fig. 1 und 2 aus starkem, gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigem Ma- terial beschriebener Art besteht, benötigen die wärmeaufspeichernden Teile innerhalb des Gehäuses keine grosse Festigkeit, obschon sie unangreifbar sein und eine grosse Auf nahmefähigkeit für Wärme besitzen sollen. Der wärmeaufspeichernde Teil des Regenera- tors kann aus dünnen Streifen feuerbestän digen Metalles bestehen.
Diese sollten in klei nen Abständen verteilt sein, um dazu bei tragen zu können, dass der Regenerator das geringste Volumen elastischen Fluidums er r.ält.
Der in den Fig. 6 bis 8 dargestellte. rin Innern eines Rotglutzylinders anzubrin gende Regenerator besitzt in geeigneten ge genseitigen Abständen angeordnete gerade Streifen 61, zwei Seitenplatten 62 und einen Reifen 63; der an letztere angeschweisst ist, so dass die Teile 61 und 62 durch ihn fest zusammengehalten werden und eine Scheibe bilden (Fig. 7).
Statt durch Reif und Schwei- ssung liessen sich die Teile 61 und 62 auch durch Drahtnieten zusammenhalten, die durch beide Seitenplatten 62 und alle Streifen 61 gesteckt und auf den Seitenplatten vernietet werden. Alle die genannten Teile fertigt man aus einer der ausgewählten widerstands fähigen, feuerfesten Legierungen an. Der Abstand zwischen den Streifen 61 wird da. durch erzielt, dass man an ihnen in passen den Abständen Augen auspresst in der Weise. dass die Augen des einen Streifens in ent sprechende Vertiefungen des benachbarten Streifens zu liegen kommen.
Die Krümmung dieser Augen ist so gewählt, däss sie den gewünschten Abstand der Streifen ergibt, wie dies durch Fig. 8 für die Augen von drei aufeinanderfolgenden Streifen dargestellt ist. Bei einem ausgefüliiten Regenerator. der einen Zapfen von etwa. 90 mm Durch messer bildete, betrug die Dicke der Streifen <B>0,125</B> mm und die Weite des Raumes zwi- sehen zwei Streifen 0,075 mm.
Die Breite der Streifen betrug 16,5 mm, 'die Oberfläche des Regenerators 9675 cm', Der in Fig. 9 dargestellte Regenerator besteht aus drei solchen Zapfen, deren Strei fen schmäler sind als die des in Fig. 6 ge zeigten Regenerators.
In dem Falle, wo ein vom Arbeitsraum getrennter Regenerator benutzt wird, kann dieser ein Gegenstromregenerator sein, be stehend aus sehr dünnen Platten aus feuer beständigem Material, die so angeordnet sind, dass sie in sehr kleinen Abständen gestützt werden, so dass sie den im Regenerator herrschenden Drücken auch dann standzu halten vermögen, wenn sie von geringster Dicke und mit dem kleinsten Aufwand an Material hergestellt sind. Bei einem solchen Gegenstromregenerator strömen das Hitze ab gebende und das Hitze empfangende Flui dum in entgegengesetzter Richtung durch die Hitzeübertragungselemente, welche die zwei Fluida. voneinander trennen.
Die Wärme ;ibertragung erfolgt durch Leitung von einer Oberfläche der Wärmeübertragangselemente zur andern. Der Durchfluss der beiden Fluida kann fortlaufend stattfinden, ohne 'Unter- bruch oder Umkehrung.
Bei dem durch die Fig. 10 bis 13 dar gestellten Gegenstrom-Regenerator ist für die hitzeaustauschenden Elemente eine zellen förmige Bauart verwendet. Ein dünnes Blatt 65 von passender Länge und Breite ist so um gebogen, dass es eine Anzahl paralleler Schlei fen bildet, die in einem Gehäuse von an nähernd prismatischer Gestalt eingeschlossen werden können. Die Falze 77 der abgebogenen Platte sind an den Enden schräg weggeschnit ten, so dass die geschnittenen Enden in vier schrägen Flächen 66 liegen. Die Ränder der Platte auf jeder der genannten Flächen sind so in einer Reihe von langen schmalen U an geordnet.
Die Ränder jedes der U sind mit einander verschweisst oder sonst passend mit einander verbunden, was durch die Linien 78 angedeutet sein soll. Längs dem äussern Um fange des durch das abgebogene Blatt 65 geschaffenen Zellengebildes ist ein Flansch 67 von der Form eines rechteckigen Rahmens mit den einander zugekehrten Enden der er- wähnten U, sowie mit den beiden äussern Längsseiten des Zellengebildes verschweisst. Der Flansch 67 ist zwischen die Flanschen der das äussere Gehäuse bildenden Teile 68 und 69 eingeklemmt. Für jeden der Gehäuse teile 68 und 69 ist ein abnehmbarer Deckel 70 vorgesehen. Am Gehäuseteil 68 ist 71 der Einlass für heisse und 72 der Auslass für kalte Auspuffgase.
Der Einlass für kalte Druckluft ist bei 73 und de-r Auslass für heisse Druckluft bei 74 am Gehäuseteil 69. Der Innenraum des Gehäuses 68, 69, 70 ist durch das Zellengebilde 65, 67 in zwei Teile 79 und 80 geteilt, die von den beiden Fluida in entgegengesetzter Richtung durchströmt werden können. Diese Teile werden alle aus ausgewählter, widerstandsfähiger, feuerfester Legierung hergestellt.
Eine für das Blatt 65 geeignete Dicke ist die von 0,125 bis 0,250 mm und ein pas sender Zwischenraum zwischen den Wänden ,jeder Zelle ist ein solcher von 0,75 bis 1,27 mm. Nimmt man je den kleineren von diesen Werten, so ergibt sich für einen Regenerator mit den innern Abmessungen 200 X 75 X 38 mm eine Oberfläche von annähernd 6500 cm\ für die Wärmeleitung durch die Zellenwände von einem Fluidum zum andern.
Der Druckunterschied zwischen den bei den Fluiden kann gross sein, und es soll nach stehend beschrieben werden, wie ein solches dünnes, flaches Blatt gegen so hohen Flui- dumdruck widerstandsfähig gemacht werden kann. Es lässt sich dies auf verschiedene Ar ten bewerkstelligen. Man kann zum Beispiel Trennungsstäbe, die in geeigneten Abstän den durch dünne Stangen oder Drähte aus einandergehalten werden, je zwischen zwei Schleifen des Blattes 65 einsetzen, die sich unter dem Drucke des Fluidums zu nähern die Neigung haben. Oder man presst aus dem Blatte 65, bevor es in Schleifen gebogen wird', runde Augen aus.
Auch kann man im Blatte 65 zwei Gruppen von parallelen Rippen von solcher Richtung auspressen, dass, wenn das Blatt gefaltet wird, die Rippen der einen Gruppe die der andern kreuzen, wodurch in regelmässigen Abständen Anschlagpunkte ent stehen. Schliesslich kann man auch, statt Rippen aus dem Blatte auszupressen, an ihm eine Anzahl dünner Drähte von passendem Querschnitt anschweissen, was 'dasselbe Er gebnis zeitigt. Die Anschlagpunkte sind in Fig. 18 mit 76 bezeichnet.
Die oben angegebenen, widerstandsfähigen Legierungen, aus denen die bei Rotglut ar beitenden Teile angefertigt werden können, sind gegen Wärmeleitung viel widerstands fähiger als die gewöhnlich für Zylinder, Kol ben, Turbinengehäuse, Rotoren und Schau feln verwendeten Materialien. Bezüglich Wi derstand gegen Wärmeübertragung sind diese widerstandsfähigen Legierungen eher mit Backsteinen und dergleichen zu vergleichen als mit den gewöhnlichen Metallen und Le gierungen.
Wird als Arbeitsmittel Dampf verwendet, so verringern sich die durch Wärmeleitungs- vermögen der Materialien bedingten Wärme verluste im thermodynamischen Arbeits kreislauf auf sehr kleine Beträge. Die An wendung eines Kondensators empfiehlt sich dort, wo Kühlwasser zur Verfügung steht, damit die Minimaltemperatur des Kreis laufes so nieder wie möglich gehalten wer den kann.
Eine solche mit einem Gegenstrom-Re- generator versehene Maschine kann zum Bei spiel auf folgende Weise arbeiten: Der aus der Kolbenmaschine oder Turbine austretende Niederdruckdampf, der immer noch Rotglut temperatur besitzt, wird durch einen Gegen strom-Regenerator geleitet, wo er den gröss ten Teil seiner fühlbaren Wärme abgibt, worauf er zum Kondensator strömt, wo seine latente Wärme ausgeschieden wird.
Das Kon denswasser wird mittelst einer Pumpe durch den Gegenstrom-Regenerator getrieben, wo sich seine Temperatur erhöht und wo es bei dem vorbestimmten Druck in gesättigten oder leicht überhitzten Dampf übergeführt wird. Dieser Dampf fliesst dann durch einen mit- telst Brennstoffes geheizten Gegenstrom-Re- generator, welcher in der entgegengesetzten Richtung von den von der Verbrennung des Brennstoffes herrührenden heissen Gasen durchströmt wird.
Es können mehrere mit- telst Brennstoffes - erhitzte Gegenstrom-Re- generatoren als Stufen in der Expansion des Dampfes angeordnet werden, zum Beispiel an den Aufnehmern V der mehrzylindrigen Kolbenmaschine (Fig. 2) oder an den Punk ten f 2,<I>f',</I> f', f', f der Turbine (Fig. <B>1).</B> Auf diese Weise wirkt der vom Niederdruck abdampf durchströmte Gegenstrom-Regene- rator gleichsam als ein Dampfkessel,
wäh rend die den Dampf erhitzenden Gegenstrom Regeneratoren als Überhitzer wirken.
Die Hochdruckluft oder Hochdruckstufen in der Expansion des Rotglutdampfes kön nen durch einen einzigen Zylinder, bezie hungsweise durch eine Mehrzahl von hinter- einandergeschalteten Zylindern mit hin- und herlaufendem Kolben und die Niederdruck stufen der Expansion durch eine Turbine ge bildet werden.
In allen Fällen werden die Regeneratoren, die Turbinengehäuse, Schaufeln und Rotoren oder Zylinder und Kolben aus einem Material hergestellt, welches imstande ist, den Bean spruchungen standzuhalten, welche bei den hohen Temperaturen, unter welchen die ge nannten Teile arbeiten sollen, auftreten können. Diese Teile sind auch imstande, chemischen Angriffen durch die elastischen Fluida, das heisst durch die Verbrennungsgase bei diesen Temperaturen zu widerstehen, sei es, dass sie selbst gegen solche Fluida. unempfindlich sind oder dass sie unempfindliche Überzüge besitzen.
-Es ist zu' beachten, dass, wenn Brenn stoff oder Brennstoffhitze dem Arbeits fluidum in einer Anzahl von Stufen seiner Expansion zugeführt wird, dieser Teil der Expansion der isothermischen Expansion ge nähert werden kann. Bei umlaufenden, tur binenartigen Verbrennungsmaschinen kann die Annäherung an die isothermische Expan sion eine sehr grosse werden. Die Expansion auf den Auspuffdruck hinunter kann ohne weitere Zufuhr von Brennstoff oder Brenn stoffwärme stattfinden. Infolge des hohen Widerstandes der arbeitenden Teile gegen die Ableitung von "##@Tärnie nähert sich diese Ex pansion mehr der adiabatischen Expansion, als bisher verwirklicht wurde.
Die Kompres sion des Arbeitsfluidums bei niederer Tem peratur (Luftkompression in einem mehr stufigen Kompressor mit Wassermantel und Zwischenkühlern oder die Zufuhr von Zas ter in das Ilochdrucksystem von Kesseln und Röhren mittelst einer Speisepumpe.) kann an genähert isothermiseh erfolgen.
Der thermodynamisehe Arbeitszyklus der beschriebenen Ausführungsbeispiele der Wärmemaschine ist also folgender: a) Isothermische oder nahezu isothermi- sche Verdichtung des Arbeitsfluidums bei der Minimaltemperatur vom grössten auf das kleinste Volumen.
b) Regeneratives Erhitzen des Arbeits fluidums nach der genannten isothermischen Kompression, wodurch das Volumen des Fluidums erhöht wird mittelst Wärme, wel che letzterem bei Perioden bezw. 13üben des Zyklus entnommen wird, bei denen es sich auf seinem minimalen oder Auspuffdrucke befindet.
c) Erhitzen des Arbeitsfluidums durch Zufuhr von Brennstoffwärme entweder bei annähernd konstantem Volumen oder unter annähernd konstantem Druck, oder unter Än derung von Druck und Volumen.
d) Expansion des Arbeitsfluidums mit oder ohne weitere Zugabe von Brennstoffhitze bis auf eine solche Auspufftemperatur hin unter, als der Regenerator mit Sicherheit aus zuhalten vermag.
e) Regenerativer Übergang von Wärme vom heissen, unter Niederdruck befindlichem Fluidum zu dem unter Verdichtungsdruck stehenden Arbeitsfluidum, wie oben bei b) beschrieben.
f) Ausscheidung von Wärme nach aussen durch erneute Kühlung des Niederdruck- Arbeitsfluidums.
Heat engine. The present invention relates to a heat engine which, for example, may belong to the genus of machines working with reciprocating Kol ben or to the genus of turbines.
The term "thermal power machine" is understood here to mean a machine for converting heat into work, including all necessary equipment, such as compressors, regenerators, boilers, burners, furnaces, etc., as well as the actual working components such as cylinders, pistons, rotors, stators, etc. Steam, air or combustion products can be the working medium.
Heat engines within the meaning of the present invention can be implemented in various structural forms, for example as steam machines with boilers, overheaters, re-superheaters, or as machines with internal combustion or, for example, as turbines.
The purpose of the invention is to generate the driving force with less fuel consumption than before, that is, the conversion of heat into work with higher efficiencies herbeizufüh Ren than was previously possible.
In the present description, the expressions "red-hot heat" and "red-hot" encompass temperatures of about 600 ° C. and up.
The invention can be applied to machines with different work cycles. Such work cycles include both the known and new work cycles.
Since the announcement of Carnot's principle that the highest theoretically achievable thermal efficiency in a perfect machine is equal to the quotient of the difference between the maximum and minimum temperature of the working cycle by its maximum absolute temperature, it has been the goal of some inventors To create machines with increased thermal efficiency by using a high @Tert for the maximum temperature. .
In the internal combustion engine currently in use. namely in the case of the one in which the combustion takes place nominally "at constant volume", a very high value of the maximum temperature of the working medium (which usually exceeds the melting point of the material used for the cylinders) is reached Cylinder externally by a circuit of water or air, or internally, for example by injecting water or air, so that its inner surface can be kept at a relatively low temperature by keeping the working temperature of the main part of the cylinder approximately <B> 300 ' C not over rises.
The heat lost through conduction and radiation from the working fluid to the cylinders and dissipated by the fluid cooling the cylinders usually rises to 5 to 40% of the total heat supplied by the fuel, apart from @ heat losses in the exhaust.
Over time, numerous proposals have been made for the design of a heat engine with regeneration using a large amount for the maximum temperature of its working cycle and without coolant for the cylinder or working boiler in which the actual working part of the cycle takes place.
In addition, hot-air machines were made with cylinders made of ordinary material, which are kept on their outside at red-hot temperature. But in such machines, neither the temperature on the inside of the cylinder walls nor the maximum temperature reached by the working medium ever approaches that of a red heat under permanent working conditions. The working fluid actually has a cooling effect on the inner surfaces of the cylinder.
If the work equipment reaches a red heat, and an attempt is also made to get the cylinder on red heat, the usual materials such as cast iron, steel, copper, as previously used, fail completely. At high temperatures, they do not have enough strength and are attacked by the hot work medium.
It has already been proposed that the cylinder or heater of a hot air machine or a machine with internal combustion that is supposed to work in red heat, from a combination of a lamination made of steel, iron or copper and. to make one of nickel or platinum, the latter lamination being exposed to the hot working medium and protecting the others from being attacked.
However, such proposals are impracticable because the composition does not have sufficient strength at these high temperatures. In addition, in machines with internal combustion, nickel and platinum would be quickly attacked by Koh lenoxydgas at red heat temperatures.
The current state of the art can be described as such that, although numerous inventors have made proposals from time to time for internal combustion machines using regenerators, no such high fuel efficiency machine has been built under the normal commercial working conditions able to run satisfactorily. The internal combustion machine, the subject of numerous proposals, does not yet exist as a practical machine.
The author of the present invention has. has now recognized how a red-hot machine can be made working, and has found means by which such a machine can be built in such a way that it runs satisfactorily, with fuel consumption that has never before been used in practice.
According to the present invention, precautions are taken to ensure that the work equipment reaches at least a red heat temperature, i.e. at least around 600 C, and the parts that come into contact with this work equipment are made of refractory materials that are resistant to chemical attack from the hot work equipment - are capable and have sufficient strength to withstand tension. These parts are kept red hot while the machine is running.
In cases where a regenerator is used, it can be expediently equipped with large, heat-absorbing surfaces with radiating surfaces, but with a small internal capacity for the equipment, and alternately hot equipment along these surfaces under relatively low or exhaust pressure and direct cold operating fluid under a higher or inlet pressure.
To operate a machine according to the invention, any theoretically perfect cycle can be approximated to the thermodynamic one. Apply cycle of operations. The maximum temperature of the positive working part of the cycle is chosen as high as practically possible, in all cases about <B> 600 '</B> C or higher, - in the case of a machine with internal combustion, it is advisable at least so high that ignition and combustion of the fuel is secured when injected into the heated compressed air.
A particularly high degree of efficiency is achieved when the invention is applied to machines that work with cycles which are characterized by the following features: a) practically isothermal compression of the working medium at the minimum temperature of the cycle from its state of maximum volume to that of the smallest volume;
b) regenerative heating of the fuel after this isothermal compression by means of heat that is taken from the fuel during a period. which it has reached its lowest or almost its lowest pressure, or its exhaust pressure, and c) practically isothermal expansion of the fuel at the maximum temperature of the cycle, accompanied by the supply of fuel heat.
In the case of machines according to the present invention, the following structural facilities can advantageously be implemented: 1. A reversing regenerator, arranged within the cylinder in such a way that there is a small harmful space.
2. An independent regenerator system with hot valves on one end and cold valves on the other.
B. A countercurrent regenerator system, red hot at one end and relatively cool at the other end.
4. Independent means of compressing a resource and supplying fuel heat to it.
5. Cylinders connected in series with regard to the flow of operating medium; the fuel heat is gradually fed to the operating fluid on two or more cylinders.
6. In the case of a turbine: means for injecting fuel after regeneration and on a number of expansion stages of the operating medium, whereby the temperature of the latter is kept as close as possible to a predetermined maximum during these stages.
7. Multi-stage compressor with cooling device for the intermediate stages, and regenerator for the equipment.
B. In the case of turbines: means for supplying fuel heat through the stator to the equipment at a number of locations along the direction of flow.
9. A high-pressure part with a reciprocating piston in series with a low-pressure part designed as a turbine.
10. A set of reversible regenerators for the transfer of heat from the low-pressure hot exhaust medium to the high-pressure medium, automatic or mechanically operated reversing valves at the red heat of the regenerators and mechanically operated reversing valves at the cooler end of the regenerators.
11. Cylinder and piston. each with a part made of refractory and chemically resistant alloy and a part that is exposed to the red glowing heat from the hot equipment, while the other parts, which are at normal temperatures. Tatures work made of the materials customary for such purposes, with or without special coolants. Between these cooler parts of the cylinder and piston, sealing means against the pressure of the operating medium are seen in mutual contact.
12. Cylinders and pistons made of refractory and chemically resistant alloy, but without sliding contact at one end, which is exposed to the red heat generated by the hot equipment, and in suitable contact with the center of the packing at the other end, as a result The low heat conductivity of the alloy mentioned is at a relatively low temperature.
The parts of the machine that work in red heat can, for example, be made a) from a metal that has the necessary strength and rigidity at the working temperature, but cannot withstand the attack of the hot equipment, but is protected against it by an unassailable metal coating , or b) made of a refractory alloy which has the necessary strength at the working temperature and whose surface resists attacks of the type mentioned.
This latter alloy or the protective coating mentioned can be of such a type that, if they are attacked by the equipment, the part of the surface attacked in this way forms a protective coating which prevents further attack below the surface and thus a permanent resistance. e structure. Z,
The material should therefore either not be attacked or, as a result of the attack, form a surface that prevents further attack by the equipment at high temperatures.
Metals serving the purpose of the invention respectively. Alloys can be found cc) under refractory metals or alloys. in which one or more metals of the chromium group are contained; b) among refractory metals or alloys in which one or more metals of the chromium group are combined with a metal or with metals of the nickel group; c) among fire-resistant metals or alloys in which one or more metals of the chromium group are combined with boron, aluminum, silicon or other substances that produce a similar effect; d) among metals of the chromium group together with one or more metals of the rare earth groups.
It has been shown that for the purposes of the invention, chromium is the most resistant metal and that nickel-chromium and cobalt-chromium resist well; also that tungsten. alloyed. finite a metal of the chromium or nickel group, gives a good result; and further. that boron, silicon and aluminum in small proportions are valuable additions to nickel-chromium alloys by improving the uniformity of the cast and increasing the strength and resistance to attack at red-hot temperatures.
A good alloy that can be cast and is otherwise suitable consists of 62% nickel, 20 ° chromium, 5% iron. % oil carbon, 1% silicon and 8 '/ 2% aluminum. It has been shown that this alloy has the right strength and is able to withstand attack by the hot working medium at a temperature of 800 to 900 C for several weeks. This alloy cannot be forged and cannot be machined like iron.
Special D measures are therefore required in order to create a workable construction. The alloy can be cast very approximately to size and is then conveniently finished by grinding. It can be welded with very good results. Holes have to be cut out during casting or made in plugs made of machinable alloy that are welded to the cast. The material can be sanded using a high-speed metal disc or a fine 'emery disc.
It has been shown that several, if not most of the alloys with good resistance properties can be made practically inaccessible to chemical attack if the surfaces exposed to the hot operating medium are ground and polished: such surfaces remained in a test machine after many weeks in operation still shiny and polished. .
Tungsten, nickel cobalt and? Their simple iron alloys are attacked by the operating medium, which is at red heat. Tungsten is very strong in red heat; Alloys containing a lot of iron are relatively weak in red heat. Some of the rare earth metals, such as zirconium, are also valuable inputs in the manufacture of alloys.
It has been shown, for example, that some of the above-mentioned alloys, which contain a small percentage of boron, silicon or zirconium, after being first exposed to the hot fuel, are subsequently coated with a thin surface skin, which coating is any type of attack prevents the alloy lying on the surface.
In the drawings, several exemplary embodiments of the subject invention are shown.
Fig. 1 shows schematically an example in the form of a red-hot turbine with a multi-stage air compressor A with an intermediate stage and water cooling jacket, with a pair of reversible regenerators R, a multi-stage fuel gas compressor F and means to inject fuel into a number of expansion stages of the turbine ;
Fig. 2 schematically illustrates a second example in the form of a red-hot piston machine with three cylinders connected in series, with a three-stage air compressor A provided with reciprocating pistons with an intermediate stage and cooling water jacket, a pair of separate, reversible regenerators R, a three-stage fuel gas compressor F and Fuel injectors for each cylinder;
Fig. 3 shows, indicating more structural details, a single-cylinder Rot- gut-Kolbenmasch.ine with a regenerator R mounted in the piston head, a compound air compressor with intermediate stage and cooling water jacket, with a two-stage fuel gas compressor and means for injecting fuel into the cylinder;
Fig. 4 shows a ge immediately below the regenerator by the red heat cylinder laid section of the machine illustrated in Fig. 3; Fig. 5 shows more schematically a GE compared to Figure 3 modified form of cylinder and piston;
Fig. 6 is a section through the cylinder head accommodated in the cylinder, also shown in Fig. 3 regenerator; Fig. 7 is a plan view of this regenerator; Fig. 8 shows a detail thereof;
Fig. 9 shows another embodiment of a regenerator mounted in the cylinder head; 10 to 12 relate to a countercurrent regenerator, FIG. 10 is a longitudinal section, FIG. 11 is a cross-section, and FIG. 12 is an end view of internal regenerator elements;
Fig. 13 relates to a related item. In FIG. 1, C denotes the housing of an agial turbine with rings of stationary blades 2. The turbine could also be designed as a radial turbine with stationary guide vanes or counter-rotating blade rings, as well as a combined radial-axial turbine. D is the rotor with wreaths of blades 3 and 4 is the inlet for hot, compressed air. The exhaust gases leave the turbine at 5 and enter line 14.
The gaseous fuel is injected into the turbine through the various openings 6 and burns ver by mixing with the heated air as it flows between the blades of the stator and those of the rotor. The parts mentioned work in red heat and consist of one of the above. difficult-to-melt alloys.
1 'is the multi-stage fuel gas compressor. The figure shows six cylinders and six fuel supply lines f1, f-, f ', f, f', <I> f to the </I> turbine; f1 feeds the gas under the highest pressure, f the gas under the lowest pressure into the turbine.
is the six-stage circulating air compressor with cooling water jacket and five intercoolers A1. Through the nozzle 8 air is sucked in at atmospheric pressure and temperature, and the compressed air is driven at 9 in the device 10 leading to the regenerators Lei. The drawing shows a regenerator with two regenerator cylinders. have valves which are operated in such a way that,
while the compressed air flows through one of the regenerator cylinders and absorbs heat from it. the hot turbine exhaust flows through the other regenerator cylinder and gives off heat to it. The design of such a regenerator can be seen in FIG. 2 and explained in more detail below.
The hot, compressed air is transferred from the regenerator to the turbine through line 12 (Fig. 1). The hot exhaust from the turbine is conducted to the regenerator by means of line 14 and the cooled exhaust leaves the regenerator through pipe 15. The turbine and the rotating air compressor are shown as being coaxially and directly coupled. The compressor F for the fuel gas is driven from the turbine shaft by a reduction gear 16 is.
For example, and not in a limited sense, it should be mentioned that the air, mixed with insulation or almost as it is, compresses to 7 kg per cm 'and the temperature of the compressed air during passage through the regenerator up to about 650 can be increased. As a result of the combustion of the first fuel supply at the inlet end 4 of the turbine, the temperature of the gas mixture can be increased to approximately 700 ° C., for example.
The expanding mixture will be at about. 650 cooled down and the combustion of the next fuel batch increases its temperature again to about 700, etc .; the temperature of the gaseous mixture while it is flowing through the turbine is kept between the stated limits.
With this arrangement of the pretzel injection and its adaptation to the volume of the supplied air, the maximum temperature can be set to the highest value that is compatible with the strength and resistance properties of the metal alloy from which the parts coming into contact with the combusted gas mixture consist.
The ignition of the fuel in the turbine is brought about after starting by the heat of the air into which it is injected.
In this cycle, the usable work performance takes place entirely at or as close as possible to the maximum temperature, which, thanks to the use of the alloys described above, is much higher than was previously possible. Heat dissipation occurs at the lowest temperature of the cycle. The regenerator removes heat from the exhaust after all practically usable pressure energy of the working medium has been converted into mechanical work related to driving the rotor. This way, the one output with the exhaust. Heat reduced to a very small amount. Liquid fuel can be used for machines of the type described.
The organs for supplying the fuel to the stators can be adapted to the nature of the fuel.
The regenerator used in connection with the turbine (in which the entire control period may be around 10 seconds) consists of two cylinders. Each of the cylinders that contain the regeneration material is.
built so that it can withstand the maximum pressure of the working gas. The cylinders are provided with valves 18, 19 at each end (FIG. 2), which are operated in pairs so that exhaust gases pass through one cylinder, while compressed air flows through the other cylinder in the opposite direction. These cylinder pairs are reversed, for example, every five seconds, so that the working conditions in the turbine are kept as constant as possible.
Of course, two, three or greedy cylinder pairs can also be used and reversed one after the other, whereby practically uniform temperature and pressure is obtained. The cold end of the regenerator cylinder is equipped with the usual valves 18, which are operated mechanically, that is to say by means of a transmission. The hot end of the regenerator cylinder is made of one of the above-mentioned, particularly fire-resistant alloys, as are the valves 19.
These valves can be automatic, i.e. they can be operated by the current that is regulated by the mechanically operated valves located at the cold end. The regenerator cylinders are clad to let heat back, and only the lids, bearings and supports are cooled.
In machines with reciprocating pistons, the air is expediently compressed in a multi-stage piston compressor; and with as complete a cooling and intercooling as is acceptable in any case. Preferably, pressures between "(kg and 10 kg per cm \" are used.
In the one-cylinder embodiment of such a machine shown in FIG. 3, the cold, compressed air is passed through a regenerator R attached to the cylinder end into the working cylinder C, C1 of the machine and heated here to about 700 ° C . The fuel, in the form of a jet of atomized oil or compressed gas, is suddenly injected through the pipe f1 and burns in the hot air between the regenerator and the working piston, bringing the temperature to around 1200 to 1500 ' > C increased.
The pressure increases. so on a maximum amount. The combustion products expand and work; - Their pressure falls to a suitable amount above atmospheric pressure and their temperature to about 800 C. Here they are pushed back by the regenerator, which they all benefit from. give off heat, and exit practically cold through the exhaust valve. It should be noted that both valves in the cylinder wall are in contact with cool working gas.
In a modified embodiment, the regenerator is separated from the cylinder and special valves and valve gear are provided for regulating the flow to and from the regenerator, as indicated in FIG. In this case half of the regenerator vexitile and also the machine valves are hot valves.
The three-cylinder machine with reciprocating pistons illustrated schematically by FIG. 2 (particularly with regard to the valves) is similar to that according to FIG. 1, and corresponding parts are provided with the same reference numbers in both figures. As is customary in machines of this type, transducers P are used between the cylinders. The two hub discs 21 which operate the valves located at the cold end of the regenerator.
can sit on the same shaft, which is driven intermittently by suitable gears, conveniently from the machine shaft, in such a way that the hub disks control the four valves 18 at the same time.
In Fig. 3 the cylinder is made in two parts is. One part, C, which is exposed to the hot working fluid and is made red-hot by it, consists of one of the tough alloys described above. The other part, C1, which is not directly exposed to the working fluid, consists of one piece with the cast housing <B> C </B> made of common material.
The cast housing C2 encloses the red heat part C to form an air jacket 23 and contains a cooling water jacket 24, by means of which the cylinder surface through which the piston parts Dl pass and the packing rings 25 are kept cool so that they can be effectively lubricated. The piston is also in two parts. Its red-hot part D is made of a resistant alloy, the cooler part D1 of ordinary metal. The two parts are attached to one another by suitable means.
The red glow part D has some radial play so that it does not touch the walls of the hot cylinder part C.
It should be noted here that while the cylinder and the stators may be clad in small machines in order to prevent heat loss through radiation, in large machines a cladding can be removed because here the outer surfaces of parts that are are in contact with the hot working fluid, can be advantageously cooled, for example by means of an air flow. Such a cooling allows the use of much higher temperatures for the hot working medium, while at the same time ensuring that the highest temperature of these parts is kept within the limits at which the refractory material can withstand.
Fig. 5 shows schematically a somewhat different embodiment of the cylinder and piston. Each of these parts consists of a cast piece of refractory alloy. Because of the great resistance offered by the fire-resistant alloy to the conduction of heat, the upper parts that come into contact with the working fluid in red heat can be red-hot, while the lower parts that are in frictional contact are relatively cool and can be effectively lubricated.
The cylinder cover 27 (FIG. 3) contains a seat for the hollow cylindrical inlet valve 28 with a hollow spindle 29. The exhaust valve 32 sits on - this inlet valve. The valves are operated by cam disks 33, 34 which are ben driven by the shaft 36 and of which the two disks 33 are used for the inlet. Springs 37 and 38 close the inlet and exhaust valves. The control shaft 36 is driven by the main crankshaft 40 of the machine by means of the vertical side shaft 41 and two pairs of helical gears 42, 43.
The fuel injection needle valve 45 is driven from the side shaft 41 by the organs indicated in Fig. 4, namely by means of a lifting disc 48, a pawl 49 and control levers (Fig. 4). The closing is effected by the spring 50. A spark plug 51 is used to ignite the mixture during starting. At 52 there is a device for receiving an indicator.
The two-stage compressor A is driven directly from the main crankshaft 40 from. The intercooler Al, the cooling water jackets A "and other parts are shown in detail by FIG. 3 and therefore do not require any special description.
The regenerators intended for use with engines of the above types, whether they are mounted in the cylinder end, such as the reciprocating piston type, or those for the turbine type, have the peculiarity of having one end under high temperature in Red heat high to work, while the other end is at a relatively low temperature.
Those arranged in the cylinder head are made entirely of one of the selected metals or alloys described above. Regenerators, which are used in the cylinder head of engines with reciprocating pistons, are expediently given a small inner capacity so that the total damaging space of the cylinder is less than 10 5o of the stroke volume.
The regenerators R (Fig. 1, 2 and 3) are reversed in rapidly successive intervals in order to obtain the highest heat exchange from a given weight of thin or fine, fire-resistant material.
The regenerators R coming to use, which are reversed in very short spaces compared to previous Cxepflogenhe-it, represent a new device. The fastest acting regenerator is required at the cylinder end of the small machine according to FIG. 3, the 1500 revolutions per minute, whereby the regenerator is reversed 3000 times in the minute. Fr is best made from very thin strips or wires made of fire-resistant alloy with fine channels in between for the working medium.
Regenerators such as the turbine regenerator or the special regenerator for the machine with reciprocating pistons according to FIG. 2. These are the same and can, for example, reverse three times a minute. Your active material can consist of thicker metal plates or of fire-resistant, non-metallic material that is cast in plates. But you can even use fire-resistant broken material.
In the case where the highest number of periods occurs, the regenerator material should be practically non-porous; with a lower number of periods, a small degree of porosity can be present without causing excessive losses. In all cases, the air space within the regenerators should be reduced to a minimum in relation to the exposed surface.
The surfaces and the reversing speed should in all cases be chosen sufficiently large to reduce the temperature of the exhaust gases to a few degrees above that of the inflowing gases, in order to obtain good generator utilization, which is important for the economy of the whole Cycle in which a large percentage of the total heat can be recovered by the regenerator.
While the housing of the regenerators FL according to FIGS. 1 and 2 consists of a strong material of the type described which is resistant to high temperatures, the heat-accumulating parts within the housing do not require great strength, although they should be invulnerable and have a high absorption capacity for heat . The heat-storing part of the regenerator can consist of thin strips of fire-resistant metal.
These should be distributed at small intervals in order to be able to contribute to the fact that the regenerator receives the smallest volume of elastic fluid.
The one shown in Figs. 6-8. rin inside a red glow cylinder to be attached regenerator has at suitable mutual distances arranged straight strips 61, two side plates 62 and a tire 63; which is welded to the latter so that the parts 61 and 62 are firmly held together by it and form a disc (Fig. 7).
Instead of hoop and welding, the parts 61 and 62 could also be held together by wire rivets, which are inserted through both side plates 62 and all strips 61 and riveted onto the side plates. All the parts mentioned are made from one of the selected tough, refractory alloys. The distance between the strips 61 becomes there. achieved by squeezing eyes out at them at appropriate intervals. that the eyes of one strip come to rest in the corresponding depressions of the adjacent strip.
The curvature of these eyes is chosen so that it results in the desired spacing of the strips, as shown by FIG. 8 for the eyes of three successive strips. With a filled regenerator. the one pin of about. 90 mm in diameter, the thickness of the strips was 0.125 mm and the width of the space between two strips was 0.075 mm.
The width of the strips was 16.5 mm, 'the surface of the regenerator 9675 cm'. The regenerator shown in FIG. 9 consists of three such pins, the strips of which are narrower than those of the regenerator shown in FIG. 6.
In the case where a regenerator separate from the working space is used, this can be a counter-current regenerator, consisting of very thin plates of fire-resistant material, which are arranged so that they are supported at very small intervals so that they are in the regenerator are able to withstand prevailing pressures even if they are made of the smallest thickness and with the least amount of material. In such a countercurrent regenerator, the heat emitting and the heat receiving fluids flow in opposite directions through the heat transfer elements, which the two fluids. separate from each other.
The heat transfer takes place by conduction from one surface of the heat transfer element to the other. The flow of the two fluids can take place continuously, without interruption or reversal.
In the countercurrent regenerator provided by FIGS. 10 to 13, a cell-shaped design is used for the heat-exchanging elements. A thin sheet 65 of suitable length and width is bent so that it forms a number of parallel loops which can be enclosed in a housing of approximately prismatic shape. The folds 77 of the bent plate are cut away diagonally at the ends so that the cut ends lie in four inclined surfaces 66. The edges of the plate on each of the said faces are arranged in a series of long narrow U's.
The edges of each of the U are welded to one another or otherwise suitably connected to one another, which should be indicated by the lines 78. Along the outer circumference of the cell structure created by the bent sheet 65, a flange 67 in the form of a rectangular frame is welded to the facing ends of the mentioned U, as well as to the two outer long sides of the cell structure. The flange 67 is clamped between the flanges of the parts 68 and 69 which form the outer housing. For each of the housing parts 68 and 69, a removable cover 70 is provided. On the housing part 68, 71 is the inlet for hot exhaust gases and 72 the outlet for cold exhaust gases.
The inlet for cold compressed air is at 73 and the outlet for hot compressed air at 74 on the housing part 69. The interior of the housing 68, 69, 70 is divided by the cell structure 65, 67 into two parts 79 and 80, which are divided by the two Fluids can be flowed through in the opposite direction. These parts are all made from selected, tough, refractory alloy.
A suitable thickness for sheet 65 is from 0.125 to 0.250 mm and a suitable gap between the walls, each cell is from 0.75 to 1.27 mm. If one takes the smaller of these values, then for a regenerator with the internal dimensions 200 X 75 X 38 mm there is a surface of approximately 6500 cm \ for the heat conduction through the cell walls from one fluid to the other.
The pressure difference between the fluids can be great, and it will be described below how such a thin, flat sheet can be made resistant to such high fluid pressure. This can be done in a number of ways. One can, for example, separating rods, which are held from each other by thin rods or wires in suitable Abstän, each insert between two loops of the blade 65, which have the tendency to approach under the pressure of the fluid. Or one squeezes round eyes out of the sheet 65 before it is bent into loops.
Two groups of parallel ribs can also be pressed out in the sheet 65 in such a direction that, when the sheet is folded, the ribs of one group cross those of the other, whereby stop points are created at regular intervals. Finally, instead of pressing ribs out of the leaf, a number of thin wires of suitable cross-section can be welded to it, which produces the same result. The attachment points are designated by 76 in FIG. 18.
The tough alloys specified above, from which the parts can be made at Rotglut, are much more resistant to heat conduction than the materials commonly used for cylinders, pistons, turbine housings, rotors and blades. With regard to resistance to heat transfer, these resistant alloys are more likely to be compared with bricks and the like than with the common metals and alloys.
If steam is used as the working medium, the heat losses caused by the thermal conductivity of the materials in the thermodynamic working cycle are reduced to very small amounts. The use of a condenser is recommended where cooling water is available so that the minimum temperature of the circuit can be kept as low as possible.
Such a machine equipped with a countercurrent regenerator can work, for example, in the following way: The low-pressure steam exiting the piston engine or turbine, which is still red hot, is passed through a countercurrent regenerator, where it generates the largest amount Releases part of its sensible heat, whereupon it flows to the condenser, where its latent heat is released.
The condensate water is driven by a pump through the countercurrent regenerator, where its temperature increases and where it is converted into saturated or slightly superheated steam at the predetermined pressure. This steam then flows through a countercurrent regenerator that is heated by means of fuel and through which the hot gases resulting from the combustion of the fuel flow in the opposite direction.
Several countercurrent regenerators, heated by means of fuel, can be arranged as stages in the expansion of the steam, for example at the sensors V of the multi-cylinder piston engine (FIG. 2) or at points f 2, <I> f ', </I> f', f ', f of the turbine (Fig. <B> 1). </B> In this way, the countercurrent regenerator through which the low-pressure steam flows acts like a steam boiler,
while the countercurrent regenerators that heat the steam act as superheaters.
The high-pressure air or high-pressure stages in the expansion of the red-hot steam can be formed by a single cylinder or a plurality of cylinders connected in series with reciprocating pistons and the low-pressure stages in the expansion by a turbine.
In all cases, the regenerators, turbine housings, blades and rotors or cylinders and pistons are made of a material that is able to withstand the stresses that can occur at the high temperatures under which the parts mentioned are supposed to work. These parts are also able to withstand chemical attack by the elastic fluids, that is to say by the combustion gases at these temperatures, be it that they are themselves against such fluids. are insensitive or that they have insensitive coatings.
It should be noted that if fuel or fuel heat is supplied to the working fluid in a number of stages of its expansion, this part of the expansion can be approached to isothermal expansion. In rotating, turbine-like internal combustion engines, the approach to isothermal expansion can be very large. The expansion down to the exhaust pressure can take place without any further supply of fuel or fuel heat. As a result of the high resistance of the working parts to the derivation of "## @ Tärnie, this expansion comes closer to the adiabatic expansion than was previously achieved.
The compression of the working fluid at a low temperature (air compression in a multi-stage compressor with a water jacket and intercooler or the supply of Zas ter into the Iloch pressure system of boilers and pipes by means of a feed pump) can be approximately isothermal.
The thermodynamic working cycle of the described exemplary embodiments of the heat engine is therefore as follows: a) Isothermal or almost isothermal compression of the working fluid at the minimum temperature from the largest to the smallest volume.
b) Regenerative heating of the working fluid after said isothermal compression, whereby the volume of the fluid is increased by means of heat, wel che the latter at periods BEZW. 13 practice the cycle at which it is at its minimum or exhaust pressures.
c) Heating the working fluid by supplying fuel heat either at an approximately constant volume or under an approximately constant pressure, or with a change in pressure and volume.
d) Expansion of the working fluid with or without further addition of fuel heat down to such an exhaust temperature as the regenerator can withstand with certainty.
e) Regenerative transfer of heat from the hot fluid under low pressure to the working fluid under compression pressure, as described above under b).
f) Excretion of heat to the outside through renewed cooling of the low-pressure working fluid.