DE11636C - Kalorisches Gebläse - Google Patents

Description

1880.

Klasse 27.

NICOLAI JAGN in ST. PETERSBURG und S. G. COHNFELD in ZAUCKERODA bei POTSCHAPPEL (Sachsen).

Calorisches Gebläse.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 4. April 1880 ab.

Vorliegende Erfindung hat zum Gegenstand die Anwendung des Princips der Ausdehnung und Zusammenziehung der Luft, hervorgebrächt durch abwechselnde Erwärmung und Abkühlung derselben, zur Erzeugung eines Windes von hoher Spannung, durch eine Combination von Vorrichtungen und Mechanismen, welche gestattet, eine Luftpressung nicht auf Kosten der mechanischen Arbeit, sondern durch unmittelbare Wirkung der Wärme, bei auf einander folgendem Uebertreten oder Circuliren der Luft aus einem Theil des Gebläses in den andern, hervorzubringen, wobei aus dem Gebläse eine verhältnifsmäfsig kalte Luft zur Ausströmung gelangt.

Fig. ι der beiliegenden Zeichnungen zeigt das calorische Gebläse in seiner einfachsten Construction, im verticalen Längsschnitt; Fig. 2 ist eine Oberansicht des Gebläses; Fig. 3 ein Querschnitt nach der Linie x-y, Fig. 1, des Röhren-Lufterhitzers; Fig. 4 die Seitenansicht eines wellenförmigen metallischen Bandes, welches zur Füllung des Regenerators dient; Fig. 5 ist ein Querschnitt der Regeneratorröhre, mit den darin befindlichen spiralförmig gewundenen, wellenförmigen metallischen Bändern.

Im Innern des gufseisernen Cylinders A, Fig. 1, befindet sich der Kolben B, welcher an seiner Peripherie mit einer oder mehreren Federn, ähnlich wie bei Dampfmaschinenkolben versehen ist. Wenn das Gebläse in Thätigkeit ist, so ist der Druck der Luft zu beiden Seiten des Kolbens sich gleich, und folglich das Streben der Luft, aus einem Theil des Cylinders in den andern, zwischen Kolben und Cylinder, zu entweichen, höchst unbedeutend. Deshalb kann den Kolbenfedern auch eine sehr geringe Spannung gegeben werden. Bei geringer Spannung der Federn ist aber deren Reibung an den Wandungen des Cylinders nur unbedeutend und ist deshalb zur Bewegung des Kolbens nur eine sehr geringe Kraft erforderlich.

Der Kolben B ist hohl und seine Höhlung mit irgend einem die Wärme schlecht' leitenden Material, z. B. Schlackenwolle oder pulverisirteni gebrannten Thon, gefüllt. Die Kolbenstange S tritt durch die im Deckel des Cylinders befindliche Stopfbüchse nach aufsen. Mittelst dieser Stange erhält der Kolben eine abwechselnde auf- und niedergehende Bewegung im Cylinder. Es wurde oben erwähnt, dafs der Widerstand bei der Bewegung des Kolbens nur ein geringer ist; infolge dessen braucht auch die Dicke der Stange £ nur eine unbedeutende zu sein, und es genügt, wenn dieselbe im Stande ist, das Gewicht des Kolbens B zu tragen.

Auf dem Deckel des Cylinders sind ein oder mehr Saugventile ν und ein oder mehr Druckventile v¹ angebracht. Die Anzahl der Saug- und Druckventile wird durch ihre Dimensionen bedingt. Grofse Ventile gerathen leichter in Unordnung und ist es deshalb besser, bei grofsen Cylindern mehrere kleine Ventile anzubringen und die von denselben ausgehenden Röhren in eine gemeinschaftliche Röhre zu vereinigen.

Der Kasten N, welcher oberhalb des Säugventils angebracht ist, hat. zwei Oeffhungen, von denen die eine, b, mit dem Motor, Fig. 6 und 7, communicirt, während über dieser das Röhrenstück F mit dem Drosselventil K, dessen Axe durch die Wandungen dieses Röhrenstückes hindurchgeht und an der Gabel K^x, Fig. 2, befestigt wird, angebracht ist. Das eine Ende der Gabel K¹ umfafst das Ende der Stange S und wird infolge dessen, sobald der Kolben B in seine unterste Stellung anlangt, der an der Stange .S befindliche Stift ζ die Gabel K¹ mitnehmen und das Ventil K öffnen. Das Schliefsen dieses Ventils geschieht beim Aufgang des Kolbens B durch das Gegengewicht Z.

Aufser den Ventilen und der Stopfbüchse wird an dem Deckel des Cylinders A das obere Ende der gebogenen, kupfernen oder eisernen Röhre C befestigt. Das untere Ende dieser Röhre wird mittelst Flantschen und Bolzen mit dem Rohrstutzen d der horizontalen Röhre D verbunden. Das Innere der Röhre C wird mit einem metallischen Drahtgewebe, oder noch besser, mit wellenförmig gebogenen und spiral-

förmig gewundenen metallischen Bändern a,- -Fig. 4, angefüllt, wie Fig. 5 zeigt.

Hiernach erhält man einen empfindlichen Regenerator, welcher befähigt ist, Wärme aufzunehmen und der ihn durchströmenden Luft wieder abzugeben.

Unter dem Cylinder A befindet sich der Lufterhitzer D, dessen beide Enden mit Deckeln verschlossen sind, in welche konische Oeffnungen gebohrt werden, um eine möglichst grofse Anzahl kupferner Feuerröhren aufzunehmen, deren Durchmesser ca. 20 mm nicht übersteigen sollte. Diese Röhren werden am zweckmäfsigsten unter einander parallel gelagert. Der Lufterhitzer D trägt an seinen Enden zwei verticale Rohrstutzen c und d, von denen der eine c mit dem unteren Theile des Cylinders A, der andere d mit dem Regenerator C communicirt.

Somit ist der untere, unterhalb des Kolbens B befindliche Theil des Cylinders A durch den Lufterhitzer D und den Regenerator C mit dem oberen, über dem Kolben befindlichen Theile dergestalt in Verbindung gesetzt, dafs bei der Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des Kolbens B die Luft durch den erwähnten Regenerator C und den Lufterhitzer Ώ aus der einen Abtheilung in die andere frei circuliren kann.

Der Lufterhitzer D wird in einem entsprechend construirten Ofen so eingemauert, dafs die im Feuerraum erzeugten Verbrennungsgase zunächst durch die Feuerröhren passiren, sodann mehrmals um die Aufsenseite des Lufterhitzers D herumgehen (zu welchem Zweck in dem Ofen entsprechende Zugkanäle angebracht werden, ähnlich wie solches beim Einmauern von Dampfkesseln geschieht), und darauf erst in den zum Schornstein führenden Kanal eintreten.

Die Wirkung des beschriebenen Gebläses ist wie folgt:

Wird der Kolben B von unten nach oben bewegt, so tritt die oberhalb des Kolbens befindliche Luft durch den Regenerator C und den Lufterhitzer D unter den Kolben. Wenn hierbei die Feuerröhren erhitzt sind, so wird die Luft unter den Kolben in erwärmtem Zustande eintreten und wird ihre Spannung entsprechendermafsen erhöht werden. Gleichzeitig wird diese Erhöhung der Spannung oder des inneren Luftdruckes sich durch den Lufterhitzer D und den Regenerator C auch in den Raum oberhalb des Kolbens fortpflanzen, so dafs, wenn der Kolben eine gewisse Höhe erreicht hat, die Spannung der Luft sich um so viel vergröfsert, dafs sie das Druckventil v¹ öffnet. Bei fernerer Aufwärtsbewegung des Kolbens wird unter denselben nur ein Theil der Luft eintreten, während der andere Theil durch das Ventil v^l in die Windleitung strömt und eine Luftpressung hervorbringt. Sobald hierauf der Kolben seinen höchsten Punkt erreicht hat, beginnt man den Kolben abwärts zu bewegen, wobei die unter dem Kolben befindliche heifse Luft, obgleich sie sich noch mehr erhitzt, indem sie nochmals durch den Lufterhitzer Ϊ) passirt, bei ihrem Durchgange durch den Regenerator^ der eine grofse Oberfläche bietenden Füllung wegen, fast alle ihre Wärme abgiebt, und in den Raum oberhalb des Kolbens in verhältnifsmäfsig kaltem Zustande eintritt. Durch das Erkalten verliert die Luft einen Theil ihrer Spannung und wird infolge dessen bei der Abwärtsbewegung des Kolbens das Saugventil ν geöffnet, und tritt in den Cylinder kalte atmosphärische Luft. Bei der darauf folgenden Aufwärtsbewegung des Kolbens erwärmt sich die unter den Kolben eintretende Luft hauptsächlich durch die Füllung des Regenerators, d. i. auf Kosten der Wärme der vorher erkalteten Luft, und nimmt von den Feuerröhren nur einige ergänzende Wärme auf. Somit wird bei jedem Auf- und Niedergange des Kolbens B der Cylinder ein gewisses Quantum Luft in die Windleitung treiben und wird dieses Quantum um so gröfser sein, je höher die Temperatur ist, bis zu welcher die unterhalb des Kolbens eintretende Luft erwärmt wird. So lange der Kolben in Bewegung ist, gleichviel ob auf- oder abwärts, und ungeachtet der etwa entstehenden Veränderung in der Spannung der Luft, wird von beiden Seiten des Kolbens der gleiche Druck wirken. Deshalb begegnet der Kolben bei seiner Bewegung fast keinem Widerstände von Seiten der Luft. Infolge derselben Gleichheit des Druckes zu beiden Seiten des Kolbens wird die Luft fast gar keine Bestrebung zeigen, sich zwischen den Wandungen des Cylinders und des Kolbens hindurchzudrängen, wodurch ein Schmieren des Kolbens entbehrlich wird.

Dieser Umstand ist aufserordentlich wichtig, weil die Verbrennung und Eintrocknung der Schmieröle den hauptsächlichsten Uebelstand bei den calorischen Kolbenmaschinen der bisher bekannten Systeme bilden.

Aus obigem ist ersichtlich, dafs der Kolben in dem hier beschriebenen Gebläse nur die Circulation der Luft im Innern desselben bewirkt, während die Windpressung (das Blasen) infolge der abwechselnden Erwärmung und Abkühlung der circulirenden Luft entsteht.

Hierin besteht eben die Haupteigenthümlichkeit und der Vorzug der vorliegenden Erfindung. Um den Kolben in Bewegung zu bringen, bedarf es nur eines sehr geringen mechanischen Arbeitsaufwandes. Diese Arbeit kann entweder von einem besonderen Motor, z. B. einer Dampfmaschine, oder durch die Gebläsemaschine selbst verrichtet werden. Zu letzterem Zweck hat man nur die saugende Wirkung des Gebläsecylinders während der Abwärtsbewegung des Kolbens zu benutzen; angenommen, dafs die

atmosphärische Luft nicht anders als nach Durchgang durch irgend einen Ventilator oder überhaupt einen Luftmotor in den Cylinder gelangen kann, so ist klar, dafs dieselbe dabei ein gewisses Quantum mechanischer Arbeit entwickeln wird, welche mehr als genügend ist, um den Kolben des Gebläses in Bewegung zu setzen.

Im letzten Moment der Abwärtsbewegung des Kolbens zieht der an der Stange S befestigte Stift z, wie schon erwähnt, die Gabel k nach unten und öffnet das Ventil K, wobei der Cylinder sich ungehindert mit atmosphärischer Luft anfüllt, so dafs im Cylinder, ungeachtet der Luftverdünnung beim Niedergehen des Kolbens, im letzten Moment der erforderliche atmosphärische Druck wieder hergestellt wird. Gleichzeitig erniedrigt die atmosphärische Luft die Temperatur der im Cylinder befindlichen Luft, welche, obgleich beim Durchgange durch den Regenerator C den gröfsten Theil der aufgenommenen Wärme wieder abgebend, immerhin eine verhältnifsmäfsig hohe Temperatur besitzen kann.

So z. B. ist in Fig. 6 und 7 die allgemeine Anwendung einer Gebläsemaschine in einer Ober-, und Seitenansicht dargestellt, welche aus vier neben einander aufgestellten Cylindern besteht, deren Kolben durch die saugende Wirkung der Gebläse selbst in Bewegung gesetzt werden. AAAA sind die Gebläsecylinder, L das gemeinschaftliche Saugrohr, Äf² ein ebensolches Druckrohr oder die Windleitung.

ν sind die die Luft in die Cylinder A einlassenden Ventile, welche hier (anstatt im Deckel der Gebläsecylinder, wie Fig. 1 zeigt) über dem Saugrohr L angebracht sind. B² ist ein Luftrohr, bestehend aus einem Cylinder mit einem sich frei darin bewegenden Kolben, und einem Vertheilungsschieberkasten w. Die Construction des Luftmotors B¹ ist identisch mit derjenigen einer gewöhnlichen Dampfmaschine, mit dem einzigen Unterschiede, dafs derselbe nicht mit Dampf, sondern durch den Druck der äufseren Atmosphäre auf den Kolben arbeitet, wobei von der entgegengesetzten Seite des Kolbens die Luft stets von den Gebläsecylindern angezogen wird. Die Kolbenstange des Cylinders B² gleitet in der Führung m, wirkt auf den Schieber im Schieberkasten w und setzt das kleine Zahnrad η in rotirende Bewegung. Das Rad η, seinerseits in das grofse Rad Q eingreifend, giebt diesem eine ununterbrochene rotirende Bewegung. Auf der Axe des Rades Q ist der Krummzapfen r mit vier sich frei bewegenden und mit Oesen versehenen Ringen a¹ befestigt. An diese Oesen werden die Enden der die Rollen R R R R und R¹ R¹ R¹ R¹ R¹ umwindenden und mit ihren anderen Enden mit den Kolbenstangen SSSS der Gebläsecylinder verbundenen Ketten oder Seile befestigt. Es leuchtet ein, dafs, bei der in der Zeichnung dargestellten Anordnung, bei jeder Umdrehung des Rades Q eine jede der Stangen S eine volle Auf- und Abwärtsbewegung macht, wobei dem Steigen der einen Stange ein Niedergehen der anderen entspricht, und als Resultat ein ununterbrochenes Pressen der Luft in die Windleitung erzielt wird.

Der Einfachheit der Zeichnung wegen sind die Gegengewichte Z in Fig. 7 nicht eingezeichnet.

Bei der soeben beschriebenen Anordnung senken sich die Kolben der Gebläsecylinder durch ihr eigenes Gewicht; selbstverständlich kann man aber auch über, den Cylindern eine horizontale Welle mit Krummzapfen anbringen, welche mit den Stangen .S verbunden werden und diese Welle in Umdrehung versetzen, wodurch dasselbe Resultat erzielt wird, wie im vorhergehenden Falle, kurz: die Art der Uebertragung einer abwechselnden Bewegung auf die Kolben kann auf sehr verschiedene Weise bewirkt werden. Dasselbe mufs auch betreffs der Wahl des Systems des, vermittelst Luftverdünnung arbeitenden Motors gesagt werden; so kann man z. B. statt des cylindrischen Motors einen Flügelventilator anwenden.

Das hier beschriebene Gebläse ist hauptsächlich anwendbar für metallurgische Zwecke, z. B. für Hochöfen, Frischöfen, grofse Schmiedeessen etc., kurz überall da, wo die gewöhnlichen Gebläsemaschinen einen bedeutenden Aufwand an mechanischer Arbeit erfordern.

Schliefslich ist noch zu erwähnen, dafs die durch das calorische Gebläse gelieferte Luft, deren Spannung gröfser als die der Atmosphäre ist, nicht allein unmittelbar' zur Erzeugung des Gebläsewindes, sondern auch zu jeglicher mechanischer Arbeit gebraucht werden kann. Hierzu genügt es, die Luft aus dem Gebläseapparat in den Cylinder oder überhaupt Recipienten eines Motors, gleichviel welchen Systems, zu leiten. Da die Temperatur der durch das calorische Gebläse gelieferten Luft verhältnifsmäfsig nicht hoch ist, so bietet solche Benutzungsweise der calorischen Gebläsemaschine als Motor den bisher durch die existirenden calorischen Maschinen unerreichten Vortheil, dafs die bewegende Kraft in verhältnifsmäfsig kalter Luft besteht. Natürlich wird es bei Anwendung eines starken Gebläses, zum Zweck der Verrichtung mechanischer Arbeit, vortheilhafter sein, die Luft bis zu möglichst hoher Spannung zu bringen, was ohne Schwierigkeit dadurch erzielt werden kann, dafs man die Luft aus dem Cylinder in dem Momente entweichen läfst, wenn der Kolben B den obersten Punkt des Cylinders erreicht hat. Alsdann wird die Spannung der Luft mehr als zwei Atmosphären betragen. Das Einlassen der Luft in den Cylinder mufs dann geschehen, wenn der Kolben am niedrigsten Punkte steht,

wobei die Spannung der Luft im Cylinder weniger als eine halbe Atmosphäre beträgt.

Claims (5)

PATENT-Ansprüche:

1. Die Erzeugung eines Windes von hoher Spannung durch unmittelbare Ausdehnung und Zusammenziehung der Luft, hervorgerufen durch abwechselnde Erwärmung und Abkühlung derselben, wesentlich wie beschrieben.

2. Die Combination einer Gebläsemaschine, bestehend der Hauptsache nach aus einem Gebläsecylinder mit einem Kolben, auf dessen beiden Seiten, so lange die Maschine in Thätigkeit ist, ein gleicher Druck herrscht, und wobei der Raum über dem Kolben und derjenige unter dem Kolben, vermittelst eines Regenerators und einer Wärmequelle in Communication stehen, wesentlich wie beschrieben und zu vorerwähntem Zweck.

3. Der im Innern, anstatt mit einem Drahtgewebe ■ bezw. Netzwerke, mit aus wellenförmigen metallischen Bändern gefertigten Spiralen versehene ,Regenerator, wesentlich wie beschrieben und in Fig. 4 und 5 dargestellt.

4. Die Combination einer beliebigen Anzahl der unter 2. erwähnten Gebläsemaschinen mit einem gemeinschaftlichen, zur Bewegung der Kolben dienenden Luftmotor, wesentlich wie beschrieben und durch Fig. 6 und 7 der beiliegenden Zeichnung verdeutlicht.

5. Die Combination einer beliebigen Anzahl der beschriebenen calorischen Apparate mit einem Recipienten des Luftmotors, welcher mit einer verhältnifsmäfsig kalten und genannten calorischen Apparaten entströmenden Luft gespeist wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.