DE167614C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren un'd eine Vorrichtung' zur Umwandlung niedriger Flüssigkeitsspannungen in eine hohe. Die Flüssigkeit von niedriger Spannung wird in die einzelnen Abteilungen eines sogenannten Differentialmanometers eingeleitet, während diese Abteilungen außer Verbindung stehen. Durch Inverbindungsetzen der einzelnen Abteilungen wird darauf der Druck derselben

ίο durch die in ihnen befindliche, spezifisch leichtere Flüssigkeit übertragen und summiert. Die spezifisch schwere Flüssigkeit kann sowohl unmittelbar in die einzelnen Gefäße oder Abteilungen, aus denen das Differentialmano-. 15 meter besteht, eingelassen als auch von dem Gefäß mit der niedrigsten Spannung aus mittels Pumpen, welche zwischen den einzelnen Gefäßen eingeschaltet sind, durch sämtliche Gefäße hindurchgeführt werden. .

Das Verfahren ist beispielsweise anwendbar, um den Druck eines Wasserfalles von geringerer Druckhöhe in Form höherer Spannung weiter zu leiten. Durch Einleiten des Wassers in geeignete Behälter werden alsdann verschiedene Flüssigkeitssäuleii gleich der Druckhöhe ■des Falles gebildet. Danach werden die Wassersäulen in Verbindung gesetzt, um am Ende der verschiedenen Wassersäulen einen höheren Druck zu erhalten, so daß ein Teil des Wassers unter diesem höheren Druck ausfließen und in dieser Form in Energie umgesetzt werden kann. Der Ausfluß des Wassers wird begleitet von einer Annäherung an den Gleichgewichtszustand in der ganzen Gruppe.

Jedoch, können die Flüssigkeitssäulen durch Ablassen eines Teiles der Flüssigkeit am Boden der einzelnen Säulen wieder auf die wirksame Druckhöhe gebracht und dann wieder hintereinander geschaltet werden, um ihren Druck zu summieren und ihn in dieser Form nach der Verbrauchsstelle zu übertragen.

Die Erzeugung von Energie auf diese Art und Weise ist natürlich begleitet von einem entsprechend großen Verbrauch an Flüssigkeit, jedoch ist die Erfindung besonders dort wertvoll, wo eine Wasserkraft mit einer großen Wassermenge, jedoch geringer Druckhöhe, . nutzbar gemacht werden soll, und wo der Verbrauch an Wasser nicht in Betracht kommt, wenn nur der verlangte Druck erreicht werden kann.

Auf den beiliegenden Zeichnungen sind Fig. ι und 2 Ansichten einer Röhre, an Hand deren das physikalische Grundgesetz der Er- · findung erläutert werden soll. Fig. 3 ist eine Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 ist ein senkrechter Schnitt einer anderen Ausführungsform, wobei die Abschlußorgane sich in der Stellung befinden, um die einzelnen Flüssigkeitssäulen zu bilden. In Fig. 5 sind die Teile in einer Lage, in welcher sich der Druck ändert, und in Fig. 6 sind diese Teile in der äußersten Lage, die dem Ausfluß des unter dem summierten Druck stehenden Flüssigkeitsteiles entspricht.

Die in Fig. 1 und 2 dargestellte Glasrohre hat einen langen Schenkel 1, der mit einer Reihe von wellenförmig zusammengesetzten Rohren 2 verbunden ist, welche einander ähnlich, jedoch kürzer als der Schenkel 1 sind.

Wenn die untere Hälfte der verschiedenen Röhrenwellen mit Wasser gefüllt und die obere Hälfte von Luft von atmosphärischer Spannung eingenommen wird, dann stehen die verschiedenen Flüssigkeitssäulen im Gleichgewicht zueinander und halten in einer gleichen Flüssigkeitssäule in dem langen Schenkel ι der Fig. ι das Gleichgewicht. Die Linie 3-3 zeigt den gemeinsamen Wasserspiegel an.

Gießt man nun Flüssigkeit in den Schenkel χ der Röhre, so steigt die Flüssigkeit in der ersten Röhrenwelle. Die Bewegung wird durch die eingeschlossene Luft auf die Flüssigkeit in der nächsten Röhrenwelle übertragen, die dadurch verschoben wird, und so fort durch die sämtlichen Röhrenwellen, bis die Höhe der Flüssigkeitssäule in dem langen Schenkel genau gleich ist der Summe der Höhen der einzelnen Flüssigkeitssäulen in den Röhrenwellen, wie in Fig. 2 gezeigt ist, wo 4 der Wasserspiegel in dem langen Schenkel ist und 5 der Wasserspiegel der einzelnen Wassersäulen in den Röhrenwellen. Da Luft zusammendrückbar ist, so \verden die Wasserspiegel 5 in Wirklichkeit nicht in einer Geraden liegen, sondern von dem langen Schenkel nach der letzten Röhre 2 hin ansteigen. Jedoch kann dieser Umstand bei der Erklärung vernachlässigt werden. Durch entsprechende Verlängerung des wellenförmigen Teiles der Röhre kann am Boden des langen Schenkels jeder beliebige Druck erreicht werden.

Die in Fig. 3 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Endbehälter 34, von welchem aus die Verteilung des Wassers durch die Röhre 35 stattfindet. Der Behälter 34 steht in Verbindung mit einer Gruppe von Gefäßen 36, 37,38,39. Die Pumpe 40 fördert Wasser durch die Röhre 41 zu dem obersten Teil des Gefäßes 39. An dem unteren Teil des Gefäßes 39 ist das Saugrohr einer Pumpe 42 an-. geschlossen, deren Druckrohr 44 zu einem Punkt über der Querwand 45 des Gefäßes 38 führt. Ebenso sind Pumpen 46,47 und 48

45- zwischen den übrigen Gefäßen eingeschaltet. In die Verbindungsrohre 49, 50, 51 und 52 der Gefäße sind Ventile 53, 54, 55 und 56 eingeschaltet, so daß die Gefäße voneinander abgeschlossen werden können. Außerdem hat der obere Teil des Gefäßes ein von einem Ventil geschlossenes Luftauslaßrohr 57, 58, 59 und 60. Wenn bei der Inbetriebsetzung die ganze Gefäßgruppe mit Wasser gefüllt werden soll, dann werden die Ventile 53, 54, 55 und 56 geschlossen und die Luftauslaßventile 57, 58, 59, 60 geöffnet.

Die Pumpe 40 kann dann das Gefäß 39 bis oben füllen, da das Wasser in das untere Gefäß nur so weit entweichen kann, als die Zusammendrückbarkeit der Luft unterhalb der Querwand 61 es zuläßt. Die Luft kann nicht entweichen, weil das Ventil 56 geschlossen ist, und der Kolben der Pumpe 42 das Saugrohr 43 schließt. Wenn das Wasser das Gefäß 39 genügend gefüllt hat, dann wird die Pumpe 42 in Betrieb gesetzt, welche das Wasser aus dem unteren Teil des Gefäßes 39 saugt und in das Gefäß 38 fördert. Während dieser Zeit bleibt die Pumpe 40 im Betrieb, um den Wasserstand in dem Gefäß 39 aufrecht zu erhalten.

Darauf werden die Pumpen 46, 47, 48 nacheinander in Betrieb. gesetzt, so daß sie die übrigen Gefäße füllen. Wenn sämtliche Gefäße gefüllt sind, entspricht der in jedem einzelnen Gefäß herrschende Druck der Höhe der in jedem einzelnen Gefäß vorhandenen Wassersäule, da die Gefäße noch nicht so verbunden sind, daß sie den Druck summieren. Wenn dann die Luftauslaßventile 57, 58, 59 und 60 geschlossen und die Ventile 53, 54, 55 und 56 geöffnet werden, dann tritt die Summierung des Druckes von Gefäß zu Gefäß ein, und das Wasser in dem Behälter 34 kommt unter einen Druck, welcher der Summe der Einzeldrucke der Gruppe entspricht. Durch die Einlaßventile 62, 63, 64, 65 kann Luft eingepreßt werden, um den infolge der Kompression eintretenden Raumverlust auszugleichen. Wenn das den Abfluß des Wassers nach dem Verteilungsnetz regelnde Ventil 66 geöffnet wird, dann muß natürlich der Abfluß an Wasser durch entsprechendes Einpumpen von Wasser ersetzt werden, um den wirksamen Wasserspiegel in der ganzen Vorrichtung aufrecht zu erhalten. Zu diesem Zweck läßt man die Pumpen 48, 47, 46, 42 und 40 ständig laufen, so daß das Wasser von dem einen Ende der Vorrichtung nach dem anderen gedrückt wird und in das Gefäß 34 mit dem hohen verlangten Druck eintritt. Indessen braucht keine der Pumpen einen größeren Druck auszuüben, als der Höhe einer einzelnen Wassersäule der Gruppe entspricht. In der Figur sind so viele Pumpen gezeigt, wie Gefäße vorhanden sind, jedoch ist klar, daß diese Anzahl von Pumpen nicht wesentlich ist, da eine geringere Anzahl das Wasser unter geeignetem Druck von einem Teil des Netzes nach einem beliebigen anderen von höherem Druck fördern kann.

Die Verwendung· der Luftauslässe 57,58 usw. und der Ventile 53, 54 usw. ist ebenfalls nicht wesentlich, da diese Teile durch geeignete andere Teile ersetzt werden könnten. Außerdem können die verschiedenen Gefäße einzeln gefüllt und dann in Verbindung gesetzt werden.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen eine zusammenhängende Röhre mit mehreren gleichen Wellen 67,68 und 69. Der Schenkel 70, welcher etwas über den Spiegel des auszunutzenden Wasserfalles emporragt, verläuft bei 71 wagerecht zu dem Gehäuse72 eines Dreiwegehahnes.

An dem Gehäuse sitzt ein Auslaßstutzen 74. Von dem Ventilgehäuse steigt die Röhre vorteilhaft bei 75 etwas geneigt nach der nächsten Röhrenwelle an, wo sie dann bei 76 senkrecht zu dem nächsten Schenkel 68 ansteigt. In die Wassereinlaßröhre 78 ist eine Ventilkammer 80 mit einem Schwimmerventil 79 eingebaut. Das Ventil gestattet dem Wasser freien Abfluß nach unten, verhindert aber dadurch, daß sich die Schwimmerkugel gegen den Sitz des Ventiles 81 legt, ein Aufwärtsfließen des Wassers. Ein . Querschnitt 82 verhindert, daß die Schwimmerkugel die untere Öffnung der Ventilkammer schließt. Die Röhre 78 steht bei 83, beispielsweise mit dem Behälter zwischen dem Mühlengerinne und dem Rad in Verbindung, dessen Wand 84 das Wasser auf dem normalen Wasserstand 85 erhält.

Das Rohr 68 ist ebenso wie das Rohr 67 ausgeführt und steht mit der Wassereinlaßröhre 86, .in welche das Ventil 87 eingebaut ist, in Verbindung. Die Röhre 86 steht bei 88 mit dem Wasserbehälter 84 in Verbindung. In das Gehäuse 90 ist genau wie bei 73 ein Dreiwegehahn 89 eingeschaltet. Der senkrechte Schenkel 91 der Röhrenwelle 69 endigt in eine Düse 92, die durch einen gewöhnlichen Hahn 93 in der Kammer 94 abgesperrt werden kann. An dem Schenkel 91 ist die Einlaßröhre 95 angeschlossen, in welche das Ventil 96 eingebaut ist und die bei 97 mit dem Wasserbehälter in Verbindung steht.

Die Düse 92 führt zu einem geeigneten, von Wasser oder Druckluft anzutreibenden Motor 98, oder, wie durch die punktierten Linien bei 99 angedeutet ist, es kann die Röhre auch in eine Strahldüse enden. Nimmt man an, die Teile befänden sich in der in Fig. 4 gezeigten Lage und es sei kein Wasser in der Röhre, dann ist die Wirkungsweise die folgende:

Das Wasser fließt in den drei Einlaßröhren 78,86 und 95 nach unten und steigt in den Schenkeln 70,JJ und 91 bis zu dem einpunktierten Wasserstand 85; jedoch fließt es nicht in die Schenkel j6 oder 100 über, da die oberen Umbiegungen der Röhren oberhalb des Wasserspiegels liegen. Die Dreiwegehähne 73 und 89 stellen eine Verbindung der Röhrenteile 75 und 101 mit der Außenluft her, so daß das Ansteigen des Wassers in den Schenkeln nicht von der darin befindlichen Luft verhindert wird.

Wenn die Schenkel auf diese Weise gefüllt sind, dann wird der Hahn 89 in die in Fig. 5 gezeigte Stellung gedreht, um das Auslaßrohr 102 zu schließen und eine Verbindung zwischen dem Schenkel JJ und dem geneigten Rohrteil 101 herzustellen. Nun fällt derWasserspiegel in dem Schenkel JJ, da ein Teil des Wassers durch den Hahn 89 nach dem geneigten Rohrteil 101 fließt und die Luft zwischen der Oberfläche des Wassers 103 und der Oberfläche des Wassers in dem Schenkel 91 zusammendrückt. Jedoch öffnet sich sofort . das Schwimmerventil 87, so daß das Wasser in dem Schenkel JJ wieder auf die ursprüngliche Höhe 85 steigt.

Dieser Vorgang bringt das Wasser in dem Schenkel 91 unter den Druck der Wassersäule in dem Schenkel JJ, der vermittels der in dem geneigten Rohrstück 101 und dem senkrechten Rohrstück 100 eingeschlossenen Luft übertragen wird. Die Spannung an dem Auslaßhahn 93 ist daher doppelt so groß wie die Spannung infolge der natürlichen Fallhöhe. Der Hahn 96 verhindert, daß das Wasser des Schenkels 91 und der Röhre 95 unter dem verstärkten Druck in den Wasserbehälter zurückfließt; es bleibt daher die ganze Druckhöhe in dem Schenkel 91 bestehen.

Nachdem so der Wasserspiegel in dem Schenkel JJ auf die ursprüngliche Höhe gebracht ist, dann wird der Hahn 73 so gedreht, daß der Schenkel 70 mit dem geneigten Rohrteil 75 in Verbindung gesetzt wird. Dadurch tritt ein Fallen der Wassersäule in dem Schenkel 70 ein, wobei die Luft in dem geneigten Rohrteil 75 und dem senkrechten Rohrteil 76 zusammengepreßt wird. Die Wassersäule in dem Schenkel 70 wird jedoch sofort wieder durch Wasser, das durch die Röhre 78 eintritt, auf die ursprüngliche Höhe gebracht. Dies bewirkt ebenfalls ein geringes Zurückdrängen der Wassersäule in dem Schenkel JJ, da das Anwachsen des auf die Oberfläche übertragenen Druckes ein weiteres Zusammendrücken der Luft in dem geneigten Rohrteil 101 und dem senkrechten Rohrteil 100 zur Folge hat.

Wenn die ganze Schenkelgruppe auf diese Weise in Verbindung gesetzt ist, dann steht der untere Wasserspiegel in jeder Röhrenwelle, mit Ausnahme der letzten, durch die eingeschlossene Luft mit dem oberen der nächsten Röhrenwelle in Verbindung, so daß die Summe der Einzeldrücke der verschiedenen Wassersäulen auf die letzte Wassersäule übertragen wird. Wenn dann der Hahn 93 geöffnet wird, wie in Fig. 6 gezeigt, dann wird das Wasser aus der Düse 92 unter einem Druck ausgetrieben, der anfänglich gleich ist der Summe der Gesamtdrücke, der jedoch, da ein Fallen der verschiedenen Wassersäulen eintritt, rasch abnimmt.

Es ist deshalb nicht tunlich, zu warten, bis der Schenkel 91 sich ganz von Wasser entleert hat, sondern man wird den Hahn 93 schließen, wenn das Wasser in den senkrechten Schenkeln 70, Jj und 91 so weit in die geneigten Rohrteile 75 und 101 geflossen ist, daß der Wasserspiegel etwa bezw, bei 104, 105, 106,

107 ^unc' ^I08 steht, so daß der Gleichgewichtszustand noch nicht erreicht ist.

Um die Vorrichtung zu entleeren, werden die Ventile 73,89 und 93 in die in Fig. 4 gezeigte Stellung gedreht, worauf das Wasser durch die Auslaßstutzen 74 und 102 aus den geneigten Rohrteilen 75 und 101 abfließt. Dann werden die Schenkel 70, γ] und 91 durch die Röhren 78, 86 und 95 von neuem gefüllt, bis die Wassersäule wieder ihre ursprüngliche Höhe erreicht, so daß die vorhin beschriebenen Vorgänge sich wiederholen können.

So können durch den Abfluß eines Teiles der Flüssigkeit, die unter dem ganzen verfügbaren Druck steht, an der Düse 92 oder der ■ sonstigen Endigung der Röhrengruppe nacheinander folgende Impulse erzielt werden. Durch Vereinigung mehrerer solcher Vorrichtungen, die sich nacheinander an einem gemeinsamen Punkte entleeren, kann eine fortwährende Wirkung erzielt werden.

Obwohl im vorhergehenden die Wirkungsweise der Vorrichtung so dargestellt ist, als geschähe das Füllen der Rohre und ihr Entleeren absatzweise, so ist doch eine derartige Reihenfolge in den Vorgängen nicht wesentlich. Anstatt die Dreiwegehähne 89 und 73 nacheinander zu drehen, um die Wassersäule nach der ersten. Zusammendrückung der Luft wieder ansteigen zu lassen, können auch sämtliche Hähne 89, 73 und 93 gleichzeitig zu der in Fig. 6 gezeigten Lage geöffnet werden, worauf die Summierung· des Druckes genau wie vorhin erfolgt. Jedoch wird durch die gleichzeitig abwärts fließenden Wassersäulen in gewissem Grade das dynamische Ergebnis ungünstig beeinflußt, so daß es unter gewissen Bedingungen vorteilhaft ist, die Ventile in der zuerst beschriebenen Reihenfolge zu bewegen.

Bei den oben beschriebenen Arten von Vorrichtungen wurden Wasser und Luft als Arbeitsflüssigkeiten und Wasser als Übertragungsmittel verwendet. Jedoch können auch andere Flüssigkeiten benutzt werden, wenn diese nur verschiedenes spezifisches Gewicht haben. Außerdem braucht auch nicht die schwere Flüssigkeit in der anzutreibenden Maschine verwendet werden, denn es ist ersichtlich, daß der Enddruck auch beispielsweise auf eingeschlossene Luft ausgeübt werden kann.

Claims (5)

Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Umwandlung einer niedrigen Flüssigkeitsspannung in eine höhere, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in die einzelnen Abteilungen eines sogenannten Difrerentialmanometers eingeleitet wird, während diese Abteilungen außer Verbindung stehen, worauf durch Inverbindungsetzen der einzelnen Abteilungen der Druck derselben durch die in ihnen befindliche spezifisch leichtere Flüssigkeit übertragen und summiert wird.

2. Verfahren nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwerere Flüssigkeit von dem Gefäß mit der niedrigsten Spannung aus mittels zwischen den einzelnen Gefäßen eingeschalteter Pumpen durch sämtliche Gefäße hmdurchgeführt wird.

3. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die schwerere Flüssigkeit von einem Behälter (84) aus durch Einlaßrohre (83, 88, 97), in welche Schwimmerventile (79, 87, 96) eingebaut sind, in die die einzelnen Flüssigkeitsdrücke erzeugenden aufrechten Rohrteile (70, yy,

91) eingelassen und nach der Arbeitsleistung derjenige Teil der schwereren Flüssigkeit, welcher in den Raum für die leichtere Flüssigkeit eingetreten ist, durch Ventile (73,89,93) abgelassen wird.

4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Gefäße in der Höhe durch Scheidewände (61) in zwei Teile abgeteilt sind, und daß von der Scheidewand ein Rohr in die Nähe des Bodens des unteren Gefäßteiles reicht, aus welchem ein Rohr (49, 50, 51, 52) mit Absperrorgan (53,54,55,56) zum Kopf des Gefäßes mit höherer Spannung führt.

5. Vorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Boden eines Gefäßteiles mit niedrigerer Spannung ein Rohr (44) mit eingeschalteter Pumpe (42, 46, 47, 48) zum Boden des oberen Gefäßteiles des nächst höheren Gefäßes reicht. .

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.