DE149736C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

Der Erfindungsgegenstand besteht in einem Verfahren und in einem Apparate zur Ausnutzung der Wärme von heißen Gasen (Heizgasen oder dergl.) für Treibzwecke und bezweckt im wesentlichen, die in den Gasen enthaltene Wärme, soweit als möglich, dadurch in Arbeit umzusetzen, daß man die von irgend einer Quelle zugeführten Gase in einem gegen die Atmosphäre durch Ventile abgeschlossenen und ein bewegliches Organ enthaltenden Raum durch eine hinter diesem Raum vorgesehene Kühlvorrichtung beliebiger Art abkühlt und so durch Erzeugung eines Unterdruckes Kraft gewinnt, indem das Organ in Bewegung gesetzt und dadurch eine Welle in Umdrehung gesetzt wird.

Wohl hat man bisher die in den heißen Gasen noch enthaltene Wärme nutzbar zu machen gesucht, jedoch stets nur in indirekter Weise, nämlich für Verdampfungs-, Vorwärmungs- und Trocknungszwecke, niemals aber direkt für Treibzwecke.

Die heißen Gase werden bei diesem Verfahren aus einem Räume mit ungefähr atmosphärischer Spannung in einen solchen mit niederer Spannung geleitet, wobei die Gase durch Antrieb einer Vorrichtung (Kolbenmotor, Turbine oder dergl.) eine Arbeit leisten, welche dem Unterschied zwischen der Temperatur der zuströmenden Heizgase und der Temperatur der in die Atmosphäre ausströmenden Gase, also dem Temperaturgefälle, entspricht.

In den Zeichnungen ist ein zur Ausführung des Verfahrens dienender Apparat in mehreren Anordnungen dargestellt, und zwar zeigen die Fig. 1 und 2 denselben im Schnitt, während die Fig. 3 eine andere Anordnung darstellt für die Benutzung der heißen Abgase von Gaskraftmaschinen.

Der Apparat besteht aus einem Motor a bezw. c und einem Kühler b, welch letzterer entweder durch Oberflächenkühlung oder mit Einspritzwasser wirken kann. In der Zeichnung ist der Kühler b als Oberflächenkühlapparat angenommen. Der Motor kann (Fig 1) ein Kolbenmotor α oder (Fig. 2) eine Turbine c sein.

Der Kolbenmotor (Fig. 1) besteht aus einem Zylinder a, dessen beide Enden ' geschlossen sind und welcher durch mit Ventilen ef versehene Rohransätze und Rohre g h einerseits mit der Gasquelle, andrerseits mit dem Kühler b in der Weise verbunden ist, daß das Gas von der Quelle aus abwechselnd in den einen oder den anderen Rohrschenkel einströmen kann.

Zu diesem Zwecke stehen die Ventile e e und ff mit einem Steuerungsorgan derart in Verbindung,^, daß jeweils das Ventil e des einen und das Ventil/ des anderen Zylinderendes geöffnet sind, während das Ventil e des zweiten und das Ventil f des ersten Zylinderendes geschlossen sind.

Die Wirkungsweise dieses als Unterdruckmotor wirkenden Kolbenmotors ist folgende:

Angenommen, der Kolben k wäre durch eine kleine, in der Zeichnung nicht dargestellte Hilfsmaschine angetrieben worden und

bewege sich von links nach rechts, so strömen durch das offen gehaltene Ventil e des linken Zylinderendes heiße Gase von der Gasquelle in den linken Zylinderteil nach, während der Kolken k durch die Einwirkung der unter atmosphärischem Drucke stehenden Gase, in-' folge des auf der entgegengesetzten Seite herrschenden Unterdruckes, von links nach rechts gezogen wird und die vor dem Kolben

ίο im rechten Zylinderteil befindlichen noch heißen Gase nach dem Kühler fließen, in welchem dieselben abgekühlt werden. Durch diese Abkühlung wird eine A^olumen- bezw. Spannungsverminderung der Gase herbeigeführt, welche sich in. einer Saugwirkung an dem jeweils mit dem Kühler verbundenen Motorende äußert. Die dem Unterdruckmotor α entströmenden heißen Gase gelangen in den Kühler b und werden in diesem nahezu auf die Temperatur des Kühlmittels abgekühlt. Hierbei erfahren die Gase eine Spannungsverminderung und es wird ein teilweises Vakuum hervorgerufen. Diesem entsprechend leisten dann die mit atmosphärischer Spannung in den Motor α eintretenden heißen Gase Arbeit.

Die theoretische Arbeitsleistung ergibt sich aus dem Unterschied der Temperaturen der zugeführten heißen und der abgeführten kalten Gase, mithin aus dem Temperaturgefälle und der Menge der Gase.

Während in der Fig. 3 der Kühler als einfacher Röhrenkühler gezeigt ist,, wobei vorteilhaft mehrere Kühler hinter oder nebeneinander angewendet werden können, ist derselbe in den Fig. 1 und 2 als zweikammeriger Röhrenkühler dargestellt und demgemäß in das Rohr h ein Dreiweghahn m eingeschaltet, um die Gase, je nach der Stellung dieses Hahnes, der einen oder anderen Kühlerhälfte zuführen zu können, in welcher dann die Gase, ihrer Abkühlung entsprechend, zu Boden sinken und schließlich durch die Ventile η ins Freie entweichen.

Die gleiche Wirkung findet statt, wenn, wie in Fig. 2 gezeigt, an Stelle des Motors α eine Turbine c angewendet wird.

Die heißen Gase strömen hier von ihrer Quelle i aus durch die Turbinenradsätze nach dem Kühler b, in welchem durch die Abkühlung eine Spannungsverminderung erzeugt wird; die mit großer Geschwindigkeit in die Radkränze einströmenden Gase üben einen Druck auf die Laufschaufeln aus und setzen dieselben dadurch in Umdrehung.

Je größer der Spannungsunterschied der Gase ist, desto größer ist die Einströmungsgeschwindigkeit und dementsprechend auch die Leistung der Turbine. Der Spannungsunterschied aber ist wieder proportional dem Temperaturunterschied der in die Turbine einströmenden heißen und aus dem Kühler ausströmenden kalten Gase.

Zweckmäßig werden auch hier mehrere . Kühler nebeneinander oder ein Kühler mit mehreren Kammern angewendet, so daß den Gasen genügend Zeit zur Abkühlung geboten wird. Auch eine Verbindung von einem Oberflächenkühler mit einem Einspritzkühler kann sich als zweckmäßig erweisen.

Bei der Ausnutzung der Wärme der heißen Abgase von Gaskraftmaschinen ist ein besonderer Motor nicht mehr erforderlich. Hier ergibt sich bei gleich hohem Gasverbrauch bei hoher Temperatur der abziehenden Gase eine Erhöhung der Leistungsfähigkeit.

i (Fig. 3) ist die Gaskraftmaschine, als Quelle für die heißen Gase, h das den Auspuff der Maschine mit dem Röhrenkühler b verbindende Rohr und η das Austrittsventil für die gekühlten Gase aus dem Kühler.

Der Kolben k des Motors nach Fig. 1 ist hierbei ersetzt durch den Kolben y der Gaskraftmaschine. Der Arbeitsvorgang ist hierbei der folgende:

Die nach beendeter Expansion mit einer Temperatur von 350 bis 400⁰ C. von der Gas- kraftmaschine austretenden Verbrennungsgase gelangen in einen durch ein Auslaßventil abgeschlossenen Kühler und werden in demselben durch durchfließendes Wasser auf nahezu die Temperatur des Kühlwassers abgekühlt. Hierdurch vermindert sich die Spannung der Gase und es entsteht in dem Kühler ein Unterdruck. Bei Beginn der Austrittsperiode tritt der Kühlraum, in dem der Unterdruck herrscht, in Verbindung mit dem ·Zylinderraum, welcher die auszupuffenden Gase enthält und es findet ein sofortiger Spannungsausgleich zwischen Kühl- und Zylinderraum statt. Infolgedessen herrscht bei Beginn des Kolbenrückganges im Zylinderraum, d. i. vor dem rückwärts gehenden Kolben, noch ein gewisser Unterdruck, welcher die Rückwärtsbewegung des Kolbens erleichtert. Durch das hierbei stattfindende Überströmen noch heißer Gase nach dem Kühlraum steigt allmählich die Spannung in letzterem bis zur Atmosphärenspannung. In diesem Momente öffnet sich das selbsttätige oder gesteuerte Auslaßventil des Kühlers, kalte Gase werden entsprechend dem Rückgange des Kolbens bis zu seinem Hubende ins Freie gedrängt und der Kühlraum füllt sich mit den zuströmenden heißen Gasen. Nun schließt sich das Auslaßventil der Gaslcraftmaschine und auch das des Kühlers. Die in letzterem befindlichen Gase haben genügend Zeit zur. Abkühlung, ihre Spannung vermindert sich wieder und bei einer weiteren Auspuffperiode wiederholt sich der \^rorgang. Das erwähnte Verdrängen der kalten Gase von atmosphärischer Span-

llung aus dem Kühler erfordert die Überwindung eines ganz unbedeutenden Widerstandes, dessen äquivalente Arbeit dem Schwungrade der Maschine entnommen wird, welcher aber gegenüber dem Arbeitsgewinn, der aus dem zeitweiligen Unterdruck vor dem rückläufigen Kolben der Gaskraftmaschine resultiert, nicht in Betracht kommt.

Claims (3)

1. Patent-Ansprüche:

   I. Verfahren zur direkten Ausnutzung der Wärme von heißen Gasen oder dergl. für Kraftzwecke, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem bewegten Organe angesaugten heißen Gase in einen unabhängig von der Maschine angeordneten Kühler gedruckt und dort abgekühlt werden, wodurch eine Spannungsverminderung entsteht, welche zur weiteren Arbeitsleistung in der Maschine nutzbar gemacht wird.
2. 2. Zur Ausführung des unter 1. gekennzeichneten Verfahrene eine Maschine, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Kolben (k) im Zylinder (a) aus einer Rohrleitung (g) heiße Gase angesaugt und nach beendigtem Saughube in einen Kühler geschafft werden, wodurch auf der der Bewegungsrichtung zugewendeten Seite eine Spannungsverminderung bewirkt und auf der anderen Kolbenseite demnach ein arbeitverrichtender Überdruck über den Druck auf der anderen Kolbenseite erzeugt wird.
3. 3. Eine Ausführungsform der Maschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenmotor (s) durch eine Turbine (c) ersetzt ist, derart, daß die Gase mit einer dem Spannungsunterschied zwischen den in die Turbine eintretenden und den Kühler verlassenden Gasen entsprechenden Geschwindigkeit gegen die Turbinenkränze drücken.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.