DE1551084A1

DE1551084A1 - Vorrichtung zur indirekten Kuehlung beweglicher Teile von zeitlich veraenderlichen Beschleunigungen unterworfenen Waermemaschinen

Info

Publication number: DE1551084A1
Application number: DE19661551084
Authority: DE
Inventors: Beurtheret Charles Alpho Emile
Original assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Current assignee: Compagnie Francaise Thomson Houston SA
Priority date: 1965-09-07
Filing date: 1966-09-06
Publication date: 1970-01-29
Also published as: ES330925A1; GB1120185A; JPS4328354B1; US3390667A; FR1458413A; NL6612135A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die zur indirekte: Kühlung beweglicher Teile von zeitlich veränderlichen Beschleunigungen unterworfenen TTarnemaschinen bestimmt und mit einem
oder mehreren im Innern des betreffenden beweglichen 2eila inne: hr.lb eines der Fläche des Eintritts der V/arme in diesen Teil
benachbarten Bereichs vorgesehenen,- zumindest teilweise mit eini bei der Betriebstemperatur flüssigen Stoff gefüllten Primärhohl· räumen und mit einem oder mehreren v/eiter entfernt von der Wärmt eintrittsflache vorhandenen, von einem ein Schmiermittel für di< faschine bildenden Sekundärkühlflüssigkeitsstrom durchflossenan SelcundärkEBimern ausgestattet ist. Die mit einer solchen Vorrichtung zu kühlendan beweglichen Teile sind hierbei vor allem heisi

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Prop. 33ü8/D,T.E. . - 2 - :.·

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Ga3on ausgesetzt und bilden l'eil kinematischer !»lechani-y.han, die ihnen zeitlich veränderliche Besohlounigunjon auferlegen.

Solche beweglichen Teile, die mit Vorrichtungen dar erfindun_£;G^er.iäsDon Art au kühlen sind, cird beispiol3?/eise Kolben von Kompressoren oder VTärmemaschinen. Diese Kolben müssen Räume begrenzen, die heisse odor so jar unter Druck jl'ihend hoinse Gase enthalten, und müsnen die Dichtigkeit liener RUiuio uittclcgleitender und gesclinierter Abdichtungeh gewährleisten, nit denen sie ausgestattet sind· Damit diese Kolben und ihre Abdichtun^oteilo die vorgenannten Betriebsbedingunjan aushalten, ict ea notwendig, ständig die '.VUrnie auozufcroicen, lie ihre den heis-3en Ganan ausf;e3etsten Ι-Ίαοη

Sine besondere Schv/ieri^Iceit, die cei der K/hluns bev/eglicher Teile von ,/ärnemaschinen auftritt, beruht auf der Tatsrehe, da.Tc diese !Teile schlecht zirjänjüch sind und das3 sie mit der: festen !eilen der Llaschine nur L'bar Gelenke oder lager verbunden sind. Diesbezüglich besonders ernsthafte Probleme ergeben sich für die Läufer oder DrehkolDexi von Wärmel:raft:na.3 3iiinen. Diese Kolben v/erden zu einer trochoidalen oder zykloidalen Belegung angetrieben und besitzen an ihrem Aunseiiumfang η Bogen, die sich mit einem Stator in Glaitberührung befinden, der n+1 oder n-1 Bogen aufv/eist.

Da die hin- und hergehenden oder drohenden Kolben Teil von Hechanie:.!in bilden, welche gev/chnlich einen inneren o

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umlauf besitzen_f ist es bequem, diesen Flüssigkeitsumlauf dazu zu benutzen»■um die betreffenden beweglichen Teile durch das Innere der Maschine zu kühlen, Unglücklicherweise sind jedoch die Schmieröle aufgrund der !Tatsache cehr inittelmllcsige 7/ärmeübertrager, da bei Anwesenheit von Y/ürmef nüssen von allein mehreren zahn W/cia sie den Leidenfrost¹ sehen Phänomen unter- " warfen sind· Biese Erscheinung bewirkt, dass die Kühlung an den heiesesten Bereichen der für den .Värmeaustaureh bestirnten Y/änue cufgehoben ist. Die hohen örtlichen !'emperaturen, die sich daraus ergeben, sind nicht vereinbar mit der guten Erhaltung der Teile und rufen un.^leiohe Dilatationen hervor, welche die für diese Jeile erforderliche mechanische Genaui.,":üit herabsetzen. Darüber hinaus "vers-chlcchtort sich das chemisch wenig stabile Sciu:iaröl an den zu heissen V/andunjsbereichen und muss häufig erneuert werden.

Man hat bereits verbucht, diese Gefahren und Nachteile , aiiEzuechlieGsen, indem man an dor Innenfläche der hcissesten .'/and doi* ieile Strömungskui U3e fcesoiicerer rormgebung vorgesehen hat, Uli den ".Tärmeiransport zwischen dieser ,Vand und der Flüssigkeit svi V3rb-33sern, und :ηεη hu"L einer, sol.r schnellen Umstrom diüsor Flüjüitjkeit unt-r Druck herbeigeführt. Diese Ilascnalimen Jedoch haben rieh al3 un^ enöjenä erv/icsen, um einen ErhitzungsboiOich zu veraindern, der unverrücl-:Lc.r ist, um sich r.i" den am meist an belasteten Viandun^steilen in Berührung zu versetzen. Diesee unangenelime Verhalten läset sich dadurch erklären, dass dio zyklischen Beschleunigungen, denen iie Kolben unterließen,

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sehr viel höher gegenüber derjenigen Beschleunigung Bind, welche die Schwerkraft in der umströmenden Flüssigkeit hervorrul'on kenn· Diese verliert somit periodisch den Kontakt mit der Wandung infolge ihrer Trägheit, Ein somit selbst während einer äusaerst kurzen Zeit von Y/asser frei gewordener Wandungeteil hat dann unwiderruflich den Kontakt mit der Flüssigkeit verloren» Dieser nimmt dann den sogenannten sphäroidischen Zustand an und rollt auf der Wandung, die zu heise geworden ist, ohne sie zu befeuchten. Der an einer Stelle somit gezündete Erhitzungsbereioh erstreckt sich dann immer weiter auf wachsende Flachen aufgrund der zyklischen Wiederholung der Flüssigkeitsbewegungen·

Man hat schon geglaubt, diese Erhitzungserscheinung vermeiden 2u können, indem man die mit dem öl in Berührung stehende iVand mit wäraieabgebenden Elementen ausstattet und systematisch eine durch Verv/endung anisothermer Oberflächen stabilisiert ο Örtliche Siedung hervorruft. Entsprechende Anordnung-en sind in den frunzöcischen Patentschriften 1 344 216 und 1 444 696 beschrieben. Entsprechend der erstgenannten Patentschrift besitzt die Wärmeaustauechwand ein Hetz -sehr tiefer nutenförmiger Kanäle, nach der zweiten Patentschrift netzförmig verteilte Vorsprünge mit praktisch aneinanderstossenden Grundflächen und

einen sich zumindest ü"ber einen wesentlichen Teil ihrer Höhe vermindernden Querschnitt. In beiden bekannten Fällen beeinflusst die Wärmeleitfähigkeit des 7/andungsmaterials entscheidend ■ die geometrische Eecfesung. Eine Siedung jedoch, insbesondere in Berührung mit anisothermen Flächenteilen, ist unverträglich

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mit der guten Erhaltung üblicher Schmiermittel wie mineralischen • ölen aufgrund ihrer bei V/ärme zu gsringen chemischen Stabilität.

Um in den beweglichen Teilen dan frärmetransport zv/icchen . - ihren erhitzten Bereichen und dem Kühl- und 3chinioröl zu regulieren, hat man bekanntlich auch schon vorgeschlagen, im Innern dieser Teile zwischen"den den heisoon Gasen ausgesetztön Flächen und den durch das öl befeuchteten Yianduh^an Hohlräume vorzusehen, die ein geschmolzenes Metall enthalten. Diese Art indirekter Kühlung jedoch hat sich jedoch im Hinblick auf aie Komplikationen, die diese Kühlart notwendig macht, als wenig wirksam erwiesen, und diese Technik hat au keiner endgültigen Lösung geführt.

Die bisher bekannten, das Schmieröl verwendenden Kühlvorrichtungen lassen somit eine ernsthafte thermische Begrenzung bestehen. Diese steht der Erhöhung der Leistungen mehrerer Mafechinentypen im V/ege, insbesondere bei Explosions- oder Verbrennungsmotoren, die Kolben mit linearer Bewegung öder mehrbogige Läufer enthalten. Um diesen Mangel zu vermeiden, wurde auch, schon vorgeschlagen, im Innern der Kolben oder Läufer einen · erzwungenen Umstrom des unter Druck; stehenden Wassers vorzunehmen· Diese Massnahme verbessert sehr merklich die Kühlung. Insbesondere ist sie vereinbar mit der Verwendung einer V/ärmeaus-· tauschfläche, die durch anisotherme Elemente vargrössert ist, die entsprechend den beiden vorgenannten Patentschriften aufgebaut sind. Sie lässt insbesondere- in der in diesen Patentschriften beschriebenen verbesserten Form lie them":.-ehe Grer:ee über

die bisher verlangten Bedürfnisse drLlnjcn· Jiece löcvaij jeuoch Wird auf Kosten technologischer Schwierigkeiten ei^v2i3lö_f αIo für die Ausführung und vor allem den uich e.uf lr.n^o /ieitrt'ur.j erstreckenden Unterhalt der vielfachen um] aufen.-en Di'uitunjon zwischen den betreffenden Kreicen fur den in der ;,Iafi2'..i:.e vor- ' handenen ürnstron des SoLnierüls und los gejebenenfullü noch mit einem frostschutz versetzten Kühlwassern beachtlich sind.

Der Krfindung liegt· die Aufgebe zugrunde j eine Kühlvorrichtung dar eingangs genannton Art au schaffen, welche die den bisher bekannten derartigen Vorrichtungen eigenen Vorteile in sich vereinigt, ohne deren Ungenüjenheiton oder deren Händel zu besitzen·

Diese Auf^aoe ist bei dor hier vorgeschlagenen Kühlvorrichtung vor allem dadurch gelöst, dass erfindungsgenrlss mindesimB ein Primärhohlraun teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt i::t, die bei ihrem Sättigungsdruck bei der Tenperatur verdampfbar ißt, die sie bei Kormalbetrieb der 11&εchina anniimat» ferner ihre 'Innenvtandung an der der Wäi»eeintrittailäch© zugewandten Seite wenigstens einen mit massiven Vorsprüngen ausgestatteten Teil besitzt und schlies3lioh dieser Primärhohlraum von der benachbarten Sekundärkacmer durch ein-3 Trennwand abgetrennt ist,* deren Stirnstiten Flächen darstellen, die wesentlich oberhalb der Gesamtfläche liegen»

Vorzugsweise ist clie ifch-3 Ur die Jandung des Primärhohl-

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kleinste Abmessung deren Grundfläche, parallel zur.Innenwandung gemessen· ITach besonders vorteilhaften Ausführungsfornien sind die Vorspränge entsprechend den beiden zuvor bereits genannten französischen Patentschriften ausgebildet·

Bei der erfindungsgemäss auegebildeten Vorrichtung unterwerfen die zykliaohen Änderungen der Beschleunigung die in dem ■ Primlirhohlraun. enthaltene flüssigkeit einer Bewegung, die zwischen dem die Wärme von aussen aufnehmenden Wandungsteil und dem dem Sekundilrraum be na ehe ar ten 2 eil hin und her geht. Bekanntlich stellt sich oii:c rolche Bewegung ebenfalls in gewisson bokar.ii-en Vorrich: -κ. en ain, die in inneren Hohlräumen -eine Flüssigkeit enthalten, die j ed ο ah ±\n wesentlichen nicht verdampfbar ist, wo also litjse Bev/egunj; zu eiiiC-m V/ärmetransport durch errungene Konveition Aulaso gibt, -ei der Vorrichtung gemäs3 der ^ri'inciunj demge_3nüoer stellt sich vor allen oine Art verwickeltsren ,7armetransport3 grösserer »,irkraankeit ein, die ausser der '.,T.rmekonvektion eine v.n der von aussen erhitzten Wandung stabilisierte Verdampfung und eine V/iaderkondensation des Dampfes in der Flüssigkeit hervorruft«-Aufgrund der gresseren Wirksamkeit dieser V/arnietrynsportart gestattet die Vorrichtung ro:^r:äss der Erfindung, die tkar .i,:ehen 3egrensunjen der bisher cel;a::ntcr., das Schr.ier„:ittel als Kühlmittel verwendenden Vorrichtungen völlig zu durchbißclie21, und dies unter völliger ■ Jeibelialtunij der Einfachheit der Konstruktion und des Unterhalts dieser Vorrichtungsart-« da die endgültige ^T.7ärmeabführung durch den Schmier -ittelstrom erfolgt und. diuses Schmieriaittel. mit der PriKiärkühlflüerijlceit nicht in Berührung treten kann.

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Zum besseren Verständnis der mit der .Erfindung vorgeschlagenen Merkmale sind nachstehend einige in der Zeichnung schematisch veranschaulichte, rein beispielsweise wiedergegebene Ausführungsformen der mit der Erfindung vorgeschlagenen Vorrichtung beschrieben. Ee zeigern

Pig. 1 und 2 in zwei Orthogonalechnitten ein Aueführuagsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung, bei der der zu kühlende bewegliche Teil ein Drehkolben einer Y/ärmemaschine ist,

3 bis 5 die Betriebsweise der Vorrichtung der und 2 und

Pig, 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemass vorgeschlagenen Vorrichtung, bei tier der zu kühlende bewegliche Teil ein hin- und hergehender Kolben einer T/ärmemaschine ist«

Bei dem in Pig. 1 und 2 schematiach wiedergegebenen Motor ist der Drehkolben mit einer genäss der Erfindung ausgebildeten Kühlvorrichtung -ausgestattet. Pig. 1 stellt diesen Motor hierbei in Porn eines Schnitts län;js der mit A-A in Pig. 2 bezeichneten Llittelebene dar; Pig. 2 zeigt den Uotor in Porm eines Schnitts längs der Ebene B-B der Pig. 1, wobei die3e Ebene durch die Drehachse C der Ilotorwelle verläuft. Dieser Motor besteht iiri we-· .sentlichen aus einem festen l'eil, einem Stator 1 mit fünf konkaven Bögen 2, und zwei beweglichen Teilen, nämlich einer Welle

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unit einem Exzenter 4 und einem Läufer 5 mit v,ier konvexen Bögen 6 biß 9.

Der Stator 1 enthält· fünf Kompression3kar.jnern 10, die an • den mittleren Bereich ihrer Bojen 2 angrenzen; er ist mit Dich- · tungssegnenten 11 ausgestattet und besitzt ausserdem Organe wie Zufluss- und Ablaufventile, Zündkerzen oder Injektoren, welche l'eile - da nicht zur Erfindung gehörig - zeichnerisch nicht wiedergegeben sind. Die Aussenflache wird durch Luft oder durch eine Flüssigkeit gekühlt. JDs lot nur die Vorrichtung zur Kühlung der thermisch am meisten belasteten Teile, nämlich der Bögen 2 und insbesondere der■Kompressionskammern 10 dargestellt. Die Wände dieser !eile werden von anösen von einer Flüssigkeit bespült, die in e'inem gemeinsamen umfänglichen Hohlraum 12 enthalten ist. Die Oberfläche dieser Yfandungen enthält gitterartig verteilte Erweiterungen 15, die so ausgebildet sind, dass sie, beispielsweise entsprechend den beiden zuvor bereits genannten französischen Patentschriften einen Temperaturgradient^ besitzen, der eine wirksame Kühlung durch stabilisierte Siedung gewahrleistet.'

Der Läufer 5 bildet einen Hohlkörper, der einerseits d-jrch die Wandung 14 der vier Bögen 6 bis 91 andererseits durch saitliche Flansche 15 und 16 begrenzt ist. Diese tragen Dichtungs-' segnente 17· Der Läufer 5 besitzt Lager 18 und 19, die auf dem Exzenter 4 der Motorwelle 3 vorgesehen und mit zwei Zahnkränzen 20 bzw. 21 verbunden sind, deren Eingriff in die feststehenden Kränz©■ 22 and 23 die KineiratiJt der ßere fingen dor Bögen des

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Läuferu in Berührung rait dor. BUjon dos States; bewirbt. Ic. Betrieb dreht der Läufer um den 3xzuntcr 4 viermal ivu?.i jr Lchnell al3 die LIo torwelle 3 und Kit ^egör.über uieosr rückläufiger Bewegung·

Der lctor i:.-:t mit einer Vorrichtung uur KUhIUn₀ des Läufery juir.äsB der Erfindung aisgestat tut. 'Lor Innonraun -.;..: laufe · ε ist unterteilt in cv/ei Bereiche durch ei. e rir j£ürr.a;jo ^-önnwand 24, die aus einem Wellrohr bü.oteht, .Ιοεεβη endceitifje LIanaaiietLun 25 und 26 an Hingteile "27> 2& £Qzoa;;-3lsat jirld, äio ihrerseit.3 mechanisch mit den soitlichen Fl'in.vchen 15» 16 Über Disktiinfjen 29 zusajirer.jefü^t airid. Diese endseitifen I.Ii--.nac!ie «ten können aber auch unr:.i:telbr.r an die Pl^ncche *5 und 15 anj-eao-.v/oiarjt sein. jD-or zwiaohen den Bögen 6 bic 9 uni icr Tro:ir/,vand 24 ei.tLaltfc;na Ringraura 5^ bildet den Primi'r":Uhll.chi aum .mä der aurch die Ir-.3nnv/ar.d ?'_r und der. Exzente.- ' begrenzte Haur.. 4a die SokundärlclihlkaLaner, in der 3chni iröl -le-o MotorB um3trömt. Lor Cluir.ntrora verläuft Z'.viBchen dem Stator 1 und i"-r Uotorv/elle 3 Teer übliche Mittel, die in dem Stator einen Hin_£:an,j3rGhrstutzen'3O vnd eine 2iiitritt3rir:gnut 31 > oodann in der Lotorv/elle einen Πη~ flusßkanal 32, Verteileröffnunöen 33, Y/iuderaufnc^Bu^inun^en 34, einen Rücklauf kanal 35 und wieierun in Stator eins ./ie-ler aufnalinenut 36 und sinen luafluostv^aon 37 ur:f:.nsen. Auceerhalb dec Hot"or3 schliesot sich der Ölstroakroin über einen Kühler und oino Piunpe, v/slohe 3inrichtunron aeichnerioch nicht dargestellt sind. 'Jie Pig. 2 erkfci.ren lässt, 'inä Jie Cffn'ünjen 33 und 34 zur Verteilte: und V/iedoraufrishme dosj Scliniarrii !>tel3

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in der Ebene lor gröetten Exzentrizität dos Exzenters 4 ein-' . ander entgegongerichtet, und zwar in einer solchen Richtung, JuHS die differentiellen Fliehkräfte in der Richtung dec auferlegten Ums tr cms wirken.

Im Betrieb besitzt der durch das von dem umlaufenden Strahl der Verteilercffnungen 33 gespeiste Schmiermittel 38 gebildete flüssige Ring gegenüber der Trennwand 24» welche zwischen der Selrundärkühlkannner und dem PrimUrkÜhlhohlraum die Wärmeaustauschwand darstellt, eine verhältniemäsaig hohe Geschwindigkeit, IDs wiyd somit trotz wenig günstiger thermischer Eigenschaften des Schmiermittels auf der ausgedehnten Oberfläche der Y/ellun^en der Trennwand ein ausgezeichneter Wärmeaustausch bewirkt·

Die erfinaunjs^eiaUfjG vorgeschlagene Ausbildung des Primärhohlraum:. 5a 1st in dem ge\mhlten Ausführun^sbeisriel in vier 3etriebs::eiton deo Ilotors veranschaulich L. In diesem ?alle bewirken zwei der viar 3ö^en, nämlich die Bojen 7 und 9 den Zustrom und den Ausfluss, während die beiden anderen Beiden 6 und die Verdichtung und die Expansion vornehmen. Diese beiden letzteren Bö^en sind daher thermisch an: meisten belastet, und in dem dargestellten Aüeführunjsbeispiel enthält nur die Innenv/cndun^ des PriEilrwärneaustauiichhohlrauLis massive Yorsprün£,:e auf denjenigen Bereichen, die an dieser am meisten belasteten Bc^en angrenzen. Selbstverständlich setzt diese ',iirtschaftlichkeitsmassnahme voraus, dass bei der Montage des Motors der Lleeht.nismus zur Verteilting der Gase gegenüber der Stellung des Läufers

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festgesetzt ist. Die mit 39 bezeichneten massiven Vorsprung der¹Primärwärmeauatauschwand liegen hier in Form von Rippen mit etwa dreieckförmigem Querschnitt vor, die so angeordnet sind, daas aie mit. ihren Grundflächen praktisch aneinanderstoesen. Der Primärhohlraum ist teilweise mit einer verdampfbaren Flüssigkeit 40, beispielsweise Wasser unter Zusatz eines Frostschutzes wie Alkohol gefüllt. Man erhält aber auch gute Ergebnisse mit anderen chemisch stabilen Flüssigkeiten, die unter Atmosphärendruck eine Siedetemperatur von etwa 100⁰C und insbesondere zwischen 70 und 140⁰G besitzen, beispielsweise Äthylalkohol (/8⁰C), Trichloräthylen (87⁰C) oder Tetrachloräthylen (121⁰C). Der Püllungsgrad liegt gewöhnlich über 50 $>_% zumindest ist er so gewählt, dass die Trennv/and 24 stets teilweise mit der Flüssigkeit im Ruhezustand in Berührung verbleibt. Man kann in übrigen im Innern des Prinärhohlraum3 Ablenkelemente solcher ?orm und Anordnung vorsehen, daso in keinen Bereich gewisse Oberflächenteile Gefi.hr laufen, stündig ausser Berührung mit uer [Flüssigkeit zu gelangen.

Die in dem Primärkühlhohlraum enthaltene Flüssigkeit« unterliegt Trägheitskräften veränderlichen Vorzeichens in jeder betreffenden radialen Richtung, die auf die kreiiformige Bewegung der V/elle des Läufers zurückzuführen sind. Diese Kräfte sind beträchtlich und vor allem grosser als diejenigen, die von der Schwerkraft herrührenj sie steuern somit die Verteilung der Flüssigkeit im Hohlraum derart, dass in einem betrachteten Radial« schnitt in gewissen Bewegungsphasen die Flüssigkeit vollständig £e-ren die Priirilraust:r..ic;cliwand 14, in anderen Phasen gegen die

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Sekundäraus tauschv/and gedrückt ist, während in' Zwischen phasen sie nJLt ihrem Dampf eine heftig bewegte Emulsion bildet. Die 'wechselnde Beschleunigungakomponente überwiegt ständig die sich au3 einer UmIaufbewegung der Flüssigkeit ergebende Flieh- · •kraft. Um die sich in dem Primärhohlraum einstellenden 'iVärmeaustauGcherscheinun^en zu erklären, genügt es in wesentlichen, die alloinigen Beschleuni^unjen au berückeichtioen, denen die Flüssigkeit in radialer Richtung unterliegen\ und letztlich gewisse Wirkungen zu betrachten, die auf die UmlaufbewGjjimg der Flüssigkeit zurückzuführen sind. Diese Erklärung soll unter Bezujnahine auf die Fig· 3, 4 und 5 erfolgen, die Radialschnitte darstsllen, die durch den Primärhohlraum und seinen Flüssigkeitsinhalt verlaufen, die in drei typischen, oben charakterisierten Phasen aufgenommen sind und in denen die Flüssigkeit jeweils die liürneaustauschwand des Bozens 6 oder die Sekundärwürmeauataur.ehwand bespült oder in dem zwischen den beiden Wärmeaustausehwänden enthaltenen Baum mit ihrem Dampf eine Emulsion bildet.

Fig. 3 zöigt die Verteilung der Flüssigkeitsphase 40 und der Dampfphase 41, die sich einstellt, wenn die Wand des Bogena an die Flüssigkeit ötösat* Die wärmeabgebenden Elemente 39 Übertragen somit einen intensiven Wärmeflusa durch örtliche Verdampfung der Flüssigkeit in ihren Zwischenräumen 42· Die Trag-' lieitskräfte, welche die Flüssigkeit gegen die Wandung legen, treiben den somit gebildeten Dampf gegen die Sekundäraustau3chv/i.nd 24| in Berührung mit letzterer kondeneiert der Dampf teilweise. ■ - -

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Ge::uiüa Fig. ^ stellt sich JiG Verteilung der -ZYA. .■! -en und • dampfförmigen Phcse dann ein, wenn dia w'arm des Jojun:, 6 von Flüssigkeit frei vd.rd. Die .^ILlssiskcit tecr>ült 1-^i. Hj Vllriaeaustautchvvund 24 und kühlt a-icL :.;b, inde;:i sie .VV.i'ius an Ί·:ιο Schmiermittel 39 abji";t. Die aui-aei· Berührung π:ί ύ der j'liiaoi^-" keit ^elar-t-ten v/ür£ieab.,,e bonden -Dlencnie 39 eruit;:un eich d:u:n progressiv au3^ehüiid vun-ihrar ifx'undfluche 43· JcJoah Ci-j JLrmeträgheit, die auf die latsäcl.e ::urLickzuf ührcsn i. I, i-i.M: ai.2 filamente einzeln aa33.iv. sind, vcr.lörert die iirhi'-suns ihr^r iiiiden 44. Hieraus ergibt eich, d-tos ir nachfol^indun Z,yklu3 bei Rückkehr aus der'Phase rer.ürjo ^i₀*. 3 He Flüasi ^coit v/iador eine un: i":tolcai*e Jeruhrunt; mit diesen vorLUltnicniissi/ k-al'.en iinüon annir.rt und dass sich ein ürhi";j\:nj:.bereiJh au dun 3orährun_o-sflächen der Elencnte 3^CJ nicht oirintellsn lcar.n, aeloat v/enn ihve jrundfläeher... 43 oine Temperatur errulcht hc'.>ton, die über der '.critiachen Siodotenperatur lij-jt. Diesür U^abilisierun^ r.echanismuE, so£;eriar.nje Vapotron-i'ffo'.rt, ist v^n dom ülrfi::i-i 'entdeckt und vor allen in seinen Bericht an die Akaler.ie der 7/i33enschaf ten in Paria beschrieben werden, der uit "7erda:ipfun^ im komplexen Bereich einer eine im wesentlichen aniEJotherne heisse >/and beapülende.n PlU33i£keit^B betitelt ist.

In der in Fig. 5 wiedergegebenen Sv/iLChenphase a.vischen den beiden soeben beso'hrieber.en Phasen siuas lie einer Umkehr der dynamischen Kräfte unterliegor.de Flüssigkeit die Dampfmasse dui'chdringen. Hieraus erlitt aich eine Bnulfjion 45» in der die Flüssigkeit den Dampf kondensiert und sich erv/nrmt. Die Konden-

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υη_{" durch .Ιί,.οπυη; der Daupfphaae mit der stark bewegten ι·ηϊ avf ei-;or ;;ö renloer dor Jai^pftenf^ratur wesentlich niedrigeren Jcupori.t.·!· gehaltenen Flüasigkeitsphase erfolgt ausaeror.'üiitlicli eturk. Diο Zo- ci:.iov\inß dieser Erscheinung mit der BTabilisierten Si alwr^· a:. der Prinäraustauachfläche bewirkt zwischen die j or „"r-.ndun:· und dem sich mit der SeLundärw&rmeaus-· tau. el .,a^dunj in l^JorUhrun^ befindenden, wärmetransportier-anden-Scir."iu2\..i;.tel den -erin^suen Betrag an Temperaturunterschied unubhünjir vji dar. Abstand zwischen diesen beiden V/Linden, und lio Geij:.-.i.t:uii der tuiden .Tärmetauecher behält ihx*en Husserst jerir^.-.in Ge ca:„twi'.rr..t;wi der stand bis zu »7ärmefluosdiehten bei, die riGl:r.?c. Ίι hr>hjr als diejenigen lie-;en, die in den .7är!r:emaücliinen horleizuführon sind, die :.:i\; dor ürfindun.j behandelt werden.

Im Laufe eines υ^.ΐ^ιιί'^'ΐΐ'ΐΰ miterliejt der iir. abgedichteten Hohlraum -herrsche!:, ο Druck aujenulickliciien iinderun -n, nämlich einem Anwachsen in der P'.iaße öer ?ig. 3, einer. Abfall in der Phaee der Pig· 4 und vor aller: in der Phase der Fig. 5; jedoch der Ilittelwert des Trucks steigt mit der abgegebenen Icintiing. Jede Druckeriicliuiij; hat nämlich i;ur ITol^e, die Viirksarikeit jeder der benutzen .Väraeaustau.: char ten zn steigern, die Verdanpfung, Kondensation v.iid 7äri.ien-.Dtausch an der Sekundärv.and. Der Betrieb der hier vcr^epchla^.eiien Vorrichtung weist, sorbit eine natürliche Stabilität at-.f.

i die bcarle^un^en festzulegen, wird man die Gri-össe der

Druck'o uiiö io:;peratuien für einen leicht ausführbarer. Γ ε. 11 ab-

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• schätzen. Das öl, das da3 äuseere Wilrmeträgerfluid bildet, "kann durch eine Pumpe mit einer solchen Leistung in Umlauf versetzt werden, dass seine Erwärmung in Berührung mit der Sekundäraustauüchwand 24 im Maximalbereich 2O⁰O nicht übersteigt. Übliche äussere Kühlmittel lassen leicht zu, eeine mittlere Temperatur beispielev/eise auf 70⁰C zu halten. Eine in bekannter Weise bemessene gedrängte Ausführung des Wärmetauschers 24 gestattet, einen Würmefluss von etwa 10 W/cm mit einem.3O⁰O nicht übersteigenden Temperaturunterschied eu übertragen, und zwar unter Berücksichtigung der starken Bewegtheit an seiner Berülirungssteile. Man kann also im voraus berechnen, dasa die mittlere Temperatur der Primärflüaaigkeit etwa bei 10O⁰C liegen v/ird. In dem dichten Primärhohlraum, der für die Gasphase nur einen äusserst begrenzten Raum lässt_f v/ird somit der an der Priraärau3tauachfläche gebildete Dampf einen Druck annehmen, der nur durch die gleichzeitige Konden·⁴ sierung in der Flüssigkeit begrenzt ist. Die Wirksamkeit der Kondensation durch Mischung in einer bewegten Emulsion wächst nämlich sehr rasch mit dem Temperaturunterschied sogenannter UnterSättigung, der zwischen der Flüssigkeit und ihrem Dampf herrscht, und die Erfahrung beweist, dass ein Temperaturunterschied von 20⁰C eine überreichliche Kondensationskapazität sicherstellt. Demzufolge nimmt der Druck einen solchen Yfert an, dass sich der Dampf bei einer Temperatur von etwa 120⁰C bildet, die einem Absolutdruck von 2 tis 4 Bar entspricht, wenn die Flüssigkeit bo ausgewählt worden ist, wie zuvor erläutert wurde. Ein mittlerer Überdruck von 1 eis 3 Bar gegenüber dem Atmosphä-

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rendruck liegt gerade etwa in der Grcssenordnung des üblichen Drucks im ölumstron einer Y/ännemasclnner Die 'JJrennwand 24 unter-• liegt somit keiner überinässigen mechanischen Beanspruchung, und iaro Ausführung a bellt unter dieser. 3e..lfngunjen kein schwieri-.Giis Problem dar.

Die Abmessungen der warmeab^ebenden Elemente "39 der Prinärur.stauGchwand müssen so vorgeno::j;.eh werden, dass jegliche Je-.Jahr einer "Überhitzung, ausgeschlossen ist. PlIr eine bestimmte Verwendung kennt man Jeweils den Nennwert der Dichte des Y/ilrmeflüssen ._tuer dui'ch die Tarmeav α tauschwand 6. Ausgehend von diesem Ytert lassen sich die' Abmessungen der Elemente 39 in Abhängigkeit der Wärmeleitfähigkeit des die "«Tand bildenden Metalls und gewisser physikalischer jü^enaohaften der Primärflüssigköit berechnen. Aus den Angaben der bereits mehrfach erwähnten beiden französischen Patentschriften lassen sich diese Ab- mos-sungen derart bestimmen, um eine gute Wirtschaftlichkeit

' \\ni dem verfolgten Zweck an^epasscü Leistungen zu erzielen. Eine somit festgelegte, bis zu mehreren hundert W/cm übertragande ■«/lirnieaustausohwand besitzt in Höhe der durch die Grundflächen 43 der "Vorspränge 59 definierten fiktiven Fläche eine stabile · l'eirperatur, die nur um einige zehn !rad'Celsius die Temperatur des mit ihr in Berührung steliünJen gelieferten Dampfs überstsigt.

Durch Z u satin ens. teilung dei* suvor fi'r die in dem Primärhohlraum einerseits un-,1 in der Seiamdcrkairmer andererseits herrschor..;en BeJlngun_oen :=,'.;nga.:".i:'ten nu:::-jvit_:ü:;en Hrjebnisse läsüt

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oich 3chliesson» dass dio Maximal temperai'.:.¹ u:i .Ur IrirJlr-.u-.·- tauschfläche wesentlich unter 2CO⁰G bleibt .oiu do..::v 1.Λ δ di^ IJei/poratur der den lieioaen Grasen uu.ajeset;: ,.en Flache in der Gros ε ein Ordnung-von 200 Z selbst ooi Anv/eoci.hoi t oi:".-..-rj ücLr starken V/arnoflUusea blei'.;en kann, xline εο1..Ίυ ..υ .·...·:"r.kui::; dor Temperatur lässt zu, die Bot.risbabc "ΐη.··ιιη on dou L.'lufero und (l:.o 7erlu.lten doa Jcani'on..i :tjls un den rjib3:1.,on Pitchm beachtlich zu verbessern. DieuL jzüglich iot ;:; .ea: r.do^s ; natigi v/onn im beccLriebenan LIo tor die ^ij 1. vn^ooü^r.e;!-!.; 17 '-n einer 3ehr irksr.r.en Kühlung teilnehmen, v-oil üe 7er Jf.;.«pJun * ε.η den Voro^rünjen 3j beocLränlrt iat, ^ ■:.^a ir.. FiJIe hcror laß ten sich die Verd?r.ofunj ebei.Jalla h.·' len Ir.i-ei:v/annun;:ü teilen 46 der flansche in unmittelbar er iTäi.e lor 3e£::xn',e einstellt.

Es rerbleibt rooh,- die "Γ/irI'un^en zu Lotruihten, die «iah durch die gewöhnliche Umlaufbov/ü^ung der I''l"aüi_cjcoit 40 in der.. durch den Primärhohlraum gebildeten Rin^raua eir.ste-lon. Diece relative Bewegung v/ird äusserot turbulent, vor allem während jedeo Bereichwech3elfj und insbesondere v/äl:reud der 3eschleunigungön. Dieser ringffrni^e Umstroß der Pli.'-j:.i_t:keit ha^J; i:ur folge, die Temperatur awischon den aufeinenderfolj'onden Bögen auszugleichen, die in den beschriebenen AußführungsbeispiQl eines yiertaktmotors versohiedenen v7ärmelaü can unterließen» Dies bewirkt eine rute Sinregelung der Dilatationen dea Läufers,

lⁿig. 6 zpigt ein Beispiel für eine Ar.v^ndun/* der erfiniungngc:nässen Vorrichtung auf einen hin- .aid hargehsnden KoI -j:.

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BAD ORIGINAL

c;:.r.j:· .Yar: .οτηο tors. Der Bocion 47 dieses Kolbens, der aus tlior-? ro(l,"iv-..r.i^r. :il.en Gr'.'.nlen eir.e unebene 7orm beeilst, trägt an seiner Inr.oiiflücLü w;"r::.erib■•ebor.d.o -IJleinent.e in Form massiver Yorsprünge 59» . ..ei-■:!-.'_-c!ι CruoG er ht.lt lieh sind. Auseon besitzt dieser KoI-lon DicLiun ;on 48, die in ITuten 49 enthalten sind. Im Innern i at oin JJ32VJ2 ¹JC ^T.it den Hantel 51 durch dichte Schweineung ::"Vi ·.:.-on^3^ü^"t. Der Deckel 50 enthält an seiner Aussenseite L:i :>r 52 und 53 i'ür die Kolbenwelle 54 unter Herstellung der ι;; L:it i.or PleiAstange 55· Der von dem Deckel 50 einge-

i1f;uin bildet den PrinUraustauaohhohlraum. Um die g klarer zu medien, iat die Primärkühlflüijsigkeit nicht da:\;oDtü.i:it, die teilweise diesen Hohlraum füllt und die periodisch in -iarULrunr nil der ."ürneaustauschwand 56 verdampft. Die

[rieL-ustEuechkanuer ist durch ein Schlangenrohr 57 ;, in dein ein Öluinrtrom über eine Leitung 53 erfolgt, velohe die Kolbenweile 54 und das Lager 52 durchdringt. Sie wird gespeist-übur eir.e Leitung 591 die im Innern der Pleuelstange 55 vorli'.uxt. Lac Austrittsei.5.e der Schlange 57 gelangt in die Öffniuig 60 eines Doms 61, der die Llitto des Deckels i?U einnimiut. Von üort ab xiiesst das öl in das Gehäuse des Motors. Die öffnung 60 kann εο beaescen \.ei'üen, uei die abfliessende Ölmenge fes"i".r:ul!ejen· Der Abfluss des Cls kann aber auch durch eine weitere Ly I tun/: o-^folgen, weloke das Lager 53 durchquert. Der Dom bildet uin Element zur !Leitung der in Bewegung befindlichen Flüssigkeit; ferner dient er zur Abstützung der Rohrschlange 57· unter Zwischenschaltung von Stützen 62. Der Deckel 50 kann auch eine in der Zeichnung nicht dargestellte, dicht abschliessbare Füllöffnung enthalten,

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Claims

- 20 - 13,,J j ■ > '* ί'. ;! . , υ λ

Patentansprüche f

^/Vorrichtung zur indirekten Kühlung beweglicher Teile von

eitlieh veränderlichen Beschleunigungen unterworfenen 7Urmemaschinen mit einem oder mehreren im Innern des betreffenden beweglichen Teils innerhalb eines der yiäahe des Eintritts der V.'ärne in diesen Teil benachbarten Bereiche vorgesehenen, zumindest teilweise mit einem bei der Betriebstemperatur flüssigen Stoff gefüllten Prlmät'hohlräthsen und mit einem oder mehreren weiter entfernt νοϊ|ΐ der firme eintrittsflache vorhandenen, von einem ein jÖ0]b&ierisi44*il für die Maschine bildenden Sekundärkühlflüseig|?eiteet*pm durchflossenen Sekundärkai.mern, dadurch gekeftngeiohnet, dass mindestens ein Prinärhoßlraum (pa.) teilweise mit ijlner I¹IUs*- ^: sigkeit (40) gefüllt ißt, die bei ihrem Sättigungsdruck bei der Temperatur verdampf bar ist, die sie bei ^pi^nalbetr^eb • der Maschine annimmt, ferner ife^e Innenwanfluag (14) an der der Wärmeeintrittsfläche zugewandten Öeite wenigstens einen mit massiven Vorsprüngen {$$.) ausgest'öttetfn Teil besitzt und sohliesslich dieser Primärtohl#äum (5&) v©b dea? benachbarten Sekundärkar^ner (4ä) durch eine Trennwand (24) abgetrennt igt, deren Stirnseiten Flächen darstellen, die weeenfblioh oberhalb der Gesamtfläche liegen»

■'■ I, J } "· "

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennj&jiiöhae^f, aftss ' "

die Höhe der massiven Vorsprünge (39) kleia«f 1st als die .'_t

fünffa'jlie kleinste Abmessung deren Grundfläohfe i*|l4|para|lel ' zur Innenv.^r:>ndung (14) gemessen· · '*

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BAD ORIGINAL

>. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch-gekennzeichnet, dasD die massiven Vorspränge (39) durch ein iTets von in die Innenwandunii (14) Gir^sbraciiten nutenf amiden Kanälen gebildet sind, deren mittlere Breite (d) weniger als ein Drittel ihrer. liefe (b-) beträgt, und die sv/i&chen den Kanälen liegenden Seile der V/and (14) in Querrichtung zu den Kanälen eine mittlere Stärke (a) aufweisen, die mit der ICanaltiefe (b/) sov/ie der 'Jiirmoleitfähigksit (c) des die Vfcnd (14) bildenden Jarl:stoffs durch die Gleichung

b, = ι · Va · c~*

^erimiipft ist, v/oboi b- und a in SsntiF.esör und c in 'H/cm. · G oinausetaen sind und ia ein zwischen 0,? xi5 1,3 liegander motorischer- faktcsr ist#

4» ¥oiTichtung naclt eiaea der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennrtiiohnet, dass die massiven Vorspränge (39) nit ihren v'inmä-ΐΐΐΐ^αβίϊ (43) pralrbiaeh ara^iiisiiderstoscsii vjcl-1 siiBiiiideet lib sr eir-aii wesentlichen !eil i!;ror Höhe (b_n) siali -/on ihrer Grandflüohe (43) au ifc^aia Ausae&bereich (44) hin tqtP bildet sind, \70-bei folgende Besiehmigsn gel

bo - k · ß ·

wobei s wnd s* die Grraidflache itwä aie gesagte Saitariflache

i.; ii.o.v Wäraeleitun^sköefti^Loat Äes die fos^prüiiga bildenden

q die kritische 7/ürmeflussdiehte für die zn verdampfende

!flüssigkeit boi Betriebsdruck,
ö der zwischen der Grundfläche und der.: üuoseren Sndberoich

der 7orapri;n,.:e zulässige Semieraturubfall, $ die auf die Y/ärmee in trittsf lache benogene maxinale 7ärrne~

flussdionte,
k ein swivel* ;n 1 ur.·:. 2 v/v'hlbiiror :i.m.ei"i..Ji^r öivLcrIiöi"!;u-

f al: - or xind
ρ ein z\'i±L?'*im C,S uni 1,6 liefen..!er r.v..iri^elier Leist-.n^sfaktor sind.

5· Vorrichtung nach einem der vorher^elvjr.deη Ancprüche, dadurch ZulMu.zeiohriQtt dass öio PrinjärkulilflU^:;i:;'_;:eit (40) unter den bei der im Betrieb erreichten lenpsrr.tur jheti: oh stabilen Flüssig:üixeri ausgewählt i3t, üie üine Siedeterperatur nahe dor iür die SekundärkühlflÜssi^lceit (33) iiulusci^en Temperatur besitzen.

6« Vcrriohtuns nach einem der vorlierceitier^n Ansprüche, dadurch geksmizeichnet, aase die PrimärkühlflUsLi^keit (40) unter den bei der in Betrieb 'erreichten„iemperatar clier..i';ch stabilen Flüssigkeiten ausgewählt ist, die unter dam gewöhnlichen

■ ' ϊ '■ ο

'■ AtiaoSphärendruck eiad Siedetemperatur zv/iichen 70 und HO C

besitzen. - ·', '■

7, Vorrichtung nach e|nein der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass '"mßT bsiw, die irimürhohlräur..e (5a)' :.it mehr als 50 >5 Priiaärkühlflüsuieksit (4ü) gefüllt,^fcrta.

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8· Vorrichtung nceh einem der vorhergehenden Anspräche, dadurch gekeiinseichnat, dass der bzw· die Primärhohlräunie (5a) 3¹IUbsijkeitseleneHte aufweisen, die derart ausgebildet und angeordnet sind, dass "reine primäre (14) oder aekundäre (24) V/tlr.-eaustc.i schflache in Betrieb s'si'ndig ausser Berührung mit der ITühlflüößi^oit (40) ctoht*

9.* Vorrichtung nach o".nen der voriiarjeLercen i-ii-.^rtiche, dadurch gekennaeicl..i.3t, days die Je-a oir.v. -;ie * rinürliohlräune (5a) von der o& treffe?: 5 en Selcundärkaruier (4a) i:o:.nenäe !Trennwand (24) S"inn auö^ebildet und gewellt iet (Pig. 2 bis 5).

10·'Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkaimner durch ein im Innern des Primärhohlraums (5a) angeordnetes Schlan^enrohr (57) gebildet ist (Pig. 6). . ·

11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche für eine - Wärmemaschine nit Im Querschnitt mehrbogigem Brehkolben, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenraum mehrerer oder.aller Bügen (6 bis 9) des Läufers (5) einen einzigen, mit einer einsijen SekuniUlrkar-irier (4&) in Berührung stehender. Prinär-

■ hohlraum (5a) bildet»

12, Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis'10 für eine Wärmemaschine mit im Querschnitt mehrbogigem Brehkolben, dadurch gekennzeichnet, dass die Sekundärkammer (4a) aus einem Me-

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BAD

tullwe:^:.lrc:.f (24) be:.-;^J;;=i.t und die irvi.-lfliijsi^kei^ {'jb) in 'iisae Iva..:..:ur üter Mit dar troiueridcn Y/elle (3) ur.ilauf(j-.de Verteiler (3i) eintritt.

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