DE204630C

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Publication number: DE204630C
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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Bekannt sind Verbrennungskraftmaschinen, bei denen die Verbrennungsluft komprimiert und nachher mit Brennstoff gemischt in einen im Zweitakt arbeitleistenden Kolbenmotor eingeführt und das Treibmittel zur Explosion gebracht wird, dort vorerst allein, dann unter gleichzeitiger weiterer Wirkung auf den Kolben des Arbeitszylinders in einer Turbine expandiert, wobei die während des Rückganges desInternal combustion engines are known in which the combustion air is compressed and then mixed with fuel in a two-stroke piston engine introduced and the propellant is made to explode, there for the time being alone, then under simultaneous further action on the piston of the working cylinder in a turbine expands, whereas during the decline of the

ίο Kolbens im Arbeitszylinder noch verbleibenden Verbrennungsgase durch ein Auspuffventil austreten, also nicht in die Turbine gelangen. Gegenüber diesen Anlagen wird beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung das Treibmittel in einem Kompressor möglichst isothermisch vorverdichtet, darauf gekühlt einer Viertakt-Verbrennungs- (Explosions-) Kraftmaschine zugeführt und schließlich mit einer bei derartigen Maschinen gebräuchlichen Auspufftemperatur, jedoch mit einer der Vorkompression und dadurch der erhöhten Eintrittsspannung in den Zylinder entsprechenden höheren Spannung in eine Turbine eingeführt. Hierdurch wird gegenüber den bekannten Anordnungen erreicht, daß durch die Trennung der Kompression in eine isothermische und eine nachfolgende adiabatische ein minimaler Kraftaufwand für einen gegebenen Enddruck und Endtemperatur dieser Kompression, welche beide aus ökonomischen Gründen möglichst hoch sein sollen, erforderlich ist.ίο Pistons still remaining in the working cylinder Combustion gases escape through an exhaust valve, i.e. do not get into the turbine. Compared to these systems, the subject of the present invention is the propellant Pre-compressed as isothermally as possible in a compressor, then one cooled Four-stroke internal combustion (explosion) engine supplied and finally with a at such machines common exhaust temperature, but with one of the pre-compression and thereby corresponding to the increased entry voltage into the cylinder higher voltage introduced into a turbine. This is compared to the known Arrangements that achieved by separating the compression into an isothermal and a subsequent adiabatic a minimal effort for a given final pressure and the final temperature of this compression, both for economic reasons if possible should be high is required.

Ebenso wird durch die Verlegung des adiabatischen Teiles der Kompression, d. h. desjenigen Teiles, wo größere Drücke und höhere Temperaturen herrschen, in den arbeitleistenden Kolbenmotor eine Überführung des hochgespannten und heißen Treibmittels überflüssig, und es kann dieselbe Überführung in den Arbeitszylinder bei kleineren Drücken und tiefer Temperatur mit weit kleineren Wärme- wie Druckverlusten durchgeführt werden.Likewise, by relocating the adiabatic part of the compression, i.e. H. of the one Part, where higher pressures and higher temperatures prevail, in the work-performing Piston engine a transfer of the high tension and hot propellant superfluous, and it can do the same transfer in the working cylinder at lower pressures and deeper Temperature can be carried out with much smaller heat and pressure losses.

Auch soll dadurch erreicht werden, daß die Verbrennungsluft schon mit dem Brennstoff vor oder nach der isothermischen Vorkompression gemischt werden kann.This should also ensure that the combustion air is already with the fuel can be mixed before or after the isothermal pre-compression.

Der Beginn der Verbrennung bzw. Verpuffung tritt bei vorliegender Erfindung entgegen bekannten Anordnungen, wo ein gewisser Kolbenhub vor der Explosion zur Einführung des Treibmittels nötig ist, im Totpunkt ein. Ferner passiert das gesamte Treibmittel alle Elemente der vorliegenden Verbrennungskraftmaschine, im Gegensatz zu bekannten Anlagen, wo ein Teil der Verbrennungsgase aus dem Arbeitszylinder ausgepufft wiird, also keine Expansionsarbeit in der Turbine mehr verrichtet. The beginning of the combustion or deflagration occurs in the present invention known arrangements where a certain piston stroke before the explosion to introduce the Propellant is necessary, a dead center. Furthermore, all of the propellant passes through all of the elements the present internal combustion engine, in contrast to known systems, where some of the combustion gases are exhausted from the working cylinder, i.e. none Expansion work done more in the turbine.

Die Expansion im Zylinder findet bei vorliegender Erfindung bis zum Hubende statt, deshalb werden die Abgase, die in die Türbine eintreten, gegenüber bekannten Anlagen eine weit tiefere Temperatur besitzen, was für die Erhaltung der Turbinenschaufelung von großem Wert ist.In the present invention, the expansion in the cylinder takes place up to the end of the stroke, therefore, the exhaust gases that enter the door hinge are compared to known systems have a much lower temperature, which is important for the maintenance of the turbine blades is of great value.

Plötzliche große Änderungen der Kolbenkräfte finden nur in den TotpunktstellungenSudden large changes in the piston forces only take place in the dead center positions

statt, was für den gleichmäßigen Gang des Kolbenmotors von hoher Bedeutung ist.instead, which is of great importance for the smooth running of the piston engine.

Beiliegende Zeichnung veranschaulicht eineThe accompanying drawing illustrates a

. beispielsweise Ausführungsform des Erfindungs-. example embodiment of the invention

5' gegenstandes, von welcher die Fig. ι einen Vertikalschnitt und die Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie A-B der Fig. 1 zeigt.5 'object, of which the Fig. Ι a vertical section and FIG. 2 shows a section along the line AB of FIG.

Die gezeichnete Kohlenwasserstoffkraftanlage besitzt ein System von Viertakt -Explosionskolbenmotoren, welches acht mit Wassermänteln gekühlte Arbeitszylinder α aufweist, die symmetrisch und in bezug auf ihre Achsen radial um eine horizontale Welle b angeordnet sind. In diesen Zylindern sind Arbeitskolben c eingesetzt^ an welchen Triebstangen d angreifen, die mit einem auf der Welle b befestigten Stück e verbunden sind. Dieses Stück bildet eine exzentrisch zur Welle stehende runde _v Scheibe, gegen deren Umfang die Triebstangen mit ihren dieser Scheibe zugekehrten Enden stoßen, wobei zur Verbindung der Triebstangen mit der Scheibe um die genannten Enden ein gemeinsamer Ring / geführt ist, welcher eine Verschiebung der Enden gegenüber der Scheibe in der Richtung des Umfanges der letzteren gestattet, g bezeichnet einen Turbinenkompressor, dessen Laufrad auf der ■ Welle b befestigt ist und welcher eine Saugleitung h und eine Druckleitung i aufweist, an welche eine Kühleinrichtung k angeschlossen ist. Diese steht mit einer ringförmigen Druckkammer Z und diese wiederum durch Kanäle m mit den Arbeitszylindern a in Verbindung. η sind Kanäle, welche die Köpfe der Arbeitszylinder mit einer ringförmigen, mit einem Wärmeschutzmantel umgebenen Sammelkammer 0 verbinden, die zwischen den Arbeitszylindern und einer mehrere Geschwindigkeitsstufen aufweisenden Arbeitsturbine angeordnet ist, deren Laufrad fi auf der Welle b befestigt ist. Die Sammelkammer 0 ist mit Düsen q versehen, welche gegen die erste Geschwindigkeitsstufe des Laufrades j> gerichtet sind.
Die bezweckte. Arbeitsweise der vorbeschriebenen Kohlenwasserstoffkraftanlage ist die folgende: The drawn hydrocarbon power plant has a system of four-stroke explosion piston engines, which has eight working cylinders cooled with water jackets α , which are arranged symmetrically and with respect to their axes radially around a horizontal shaft b . In these cylinders, working pistons c are inserted ^ on which drive rods d attack, which are connected to a piece e fastened on the shaft b . This piece forms an eccentrically related to the shaft round _v disc, against the circumference of the rods with their this disk facing ends abut, being guided for connecting the rods with the disk around said ends, a common ring / which a displacement of the ends against the disk in the direction of the circumference of the latter, g denotes a turbine compressor, the impeller of which is mounted on the shaft b and which has a suction line h and a pressure line i , to which a cooling device k is connected. This is in communication with an annular pressure chamber Z, which in turn communicates with the working cylinders a through channels m. η are ducts which connect the heads of the working cylinders with an annular collecting chamber 0 surrounded by a heat protective jacket, which is arranged between the working cylinders and a multi-speed working turbine, the impeller fi of which is attached to the shaft b. The collecting chamber 0 is provided with nozzles q which are directed against the first speed stage of the impeller j> .
The intended. The hydrocarbon power plant described above works as follows:

Durch den Turbinenkompressor wird durch h Luft angesaugt und dieselbe durch i. mit Druck, z. B. von einigen Atmosphären, ausgestoßen, worauf diese Luft, die je nach der Art des Brennstoffes vor oder nach dem Kompressor eine Vermengung mit Brennstoff erfährt, in der Kühleinrichtung k abgekühlt wird, um sodann in abgekühltem Zustand in die Druckkammer I einzuströmen. Aus dieser wird nun die vorkomprimierte, angenommen schon mit gasförmigem Brennstoff gemengte Luft während des ersten Taktes der Viertakt-Explosionskolbenmotoren durch die Kolben derselben und durch die Kanäle m in die Arbeitszylinder eingesaugt, um sodann in denselben . während des zweiten Taktes einer zweiten Kompression unterworfen, während des dritten Taktes behufs Arbeitsleistung in den Kolbenmotoren entzündet und durch den vierten Takt aus den Arbeitszylindern durch die Kolben und durch die Kanäle η als Auspuffgase in die Sammelkammer 0 eingeführt zu werden. Von dieser Kammer strömen nun die Auspuffgase durch die Düsen q auf die Schaufeln der das Laufrad p aufweisenden Turbine, um in derselben Arbeit zu leisten. Die Arbeitsdrücke auf die Kolben c bewirken durch die Teile d, e, f eine drehende Bewegung der Welle b. Air is sucked in through the turbine compressor through h and the same through i . with pressure, e.g. B. from a few atmospheres, whereupon this air, which is mixed with fuel depending on the type of fuel before or after the compressor, is cooled in the cooling device k in order to then flow into the pressure chamber I in a cooled state. From this, the pre-compressed air, presumably already mixed with gaseous fuel, is sucked into the working cylinder during the first cycle of the four-stroke explosion piston engines through the pistons and through the channels m in order to then enter the same. subjected to a second compression during the second stroke, ignited during the third stroke for work in the piston engines and introduced into the collecting chamber 0 as exhaust gases by the fourth stroke from the working cylinders through the pistons and through the ducts η. From this chamber the exhaust gases now flow through the nozzles q onto the blades of the turbine having the impeller p in order to perform the same work. The working pressures on the pistons c cause the parts d, e, f to rotate the shaft b.

Wie aus vorstehendem hervorgeht, erfolgt die Entzündung des Brennstoffgemisches in den gegen hohe Temperaturen widerstandsfähigen Zylindern der Kolbenmotoren, und arbeiten die Arbeitsgase zuerst in den KoI- ·8ο benmotoren und sodann als Auspuffgase dieser in der Arbeitsturbine. Dadurch soll gegenüber den bekannten Explosionsturbinen, bei welchen die Arbeitsgase annähernd mit der hohen Verbrennungstemperatur des Brennstoffgemisches direkt den Turbinen zugeführt und die Schaufeln infolge dieser hohen Temperatur, welcher sie nicht zu widerstehen vermögen, zerstört werden, oder bei welchen die Arbeitsgase direkt nach der Entzündung, z. B. durch Einführen von Wasserdampf oder Luft in dieselben, abgekühlt werden, wodurch bedeutende Energieverluste entstehen, ein Mittel an die Hand gegeben werden, welches gestattet, bei rationeller Ausnutzung des Brennstoffes der Turbine Arbeitsgase von solcher Temperatur zuzuführen, welche eine Erhaltung der Turbinenschaufeln gewährleistet.As can be seen from the above, the ignition of the fuel mixture takes place in the cylinders of the piston engines, which are resistant to high temperatures, and the working gases work first in the piston engines and then as their exhaust gases in the power turbine. As a result, compared to the known explosion turbines, at which the working gases approximate to the high combustion temperature of the fuel mixture fed directly to the turbines and the blades as a result of this high temperature, which they are unable to withstand, are destroyed, or in which the working gases immediately after ignition, e.g. B. by Introducing water vapor or air into them, being cooled, causing significant Energy losses arise, a means to be given that allows at efficient use of the fuel of the turbine working gases of such temperature feed, which ensures maintenance of the turbine blades.

■Die Vorkompression und die -darauf erfolgende Abkühlung des Brennstoff gemisches oder der Verbrennungsluft soll eine möglichst hohe Kompression in den Arbeitszylindern der Kolbenmotoren ermöglichen, um das Brennstoffgemisch einem wärmetheoretisch möglichst günstigen Arbeitsprozeß unterwerfen zu können, wobei zu beachten ist, daß die Entzündungstemperatur des Brennstoffgemisches nicht erreicht wird, wenn die Einführung des Brennstoffes in die Verbrennungsluft schon vor der Entzündung stattfindet. no■ The pre-compression and the subsequent one Cooling of the fuel mixture or the combustion air should be as possible high compression in the working cylinders of the piston engines allow the fuel mixture subject to a work process that is as favorable as possible from a thermo-theoretical point of view can, taking into account that the ignition temperature of the fuel mixture is not achieved if the introduction of the fuel into the combustion air has already occurred before inflammation takes place. no

Die Düsen q sind so beschaffen, daß sie den Druck der in 0 einströmenden Auspuffgase in Geschwindigkeit umsetzen, was ganz oder teilweise geschehen kann.The nozzles q are designed in such a way that they convert the pressure of the exhaust gases flowing into 0 into speed, which can happen in whole or in part.

Damit die vorbeschriebene Kohlenwasserstoffkraftanlage vorteilhaft arbeitet, soll die Einführung der Auspuffgase in den Sammelraum 0 möglichst kontinuierlich sein, d.-h. die * Druck- und Temperaturverhältnisse der Auspuffgase sollen möglichst konstante sein.So that the above-described hydrocarbon power plant works advantageously, the introduction of the exhaust gases into the collecting space 0 should be as continuous as possible, i.e. the * pressure and temperature conditions of the exhaust gases should be as constant as possible.

Zürn Schluß sei bemerkt, daß die Kompressions- sowie die Arbeitsturbine statt gleichläufig, wie gezeichnet, auch gegenläufig, sein können, sowie daß das' System von Kolbenmotoren statt fest, auch um die Welle b drehbar angeordnet sein kann.In conclusion, it should be noted that the compression turbine and the power turbine can also rotate in opposite directions instead of in the same direction, as shown, and that the 'system of piston motors can also be arranged to be rotatable about shaft b instead of fixed.

Es ist selbstverständlich, daß die Zahl und Größe der Arbeitszylinder der Kolbenmotoren der Größe der herzustellenden Anlage anzüpassen ist. .It goes without saying that the number and size of the working cylinders of the piston engines is to be adapted to the size of the plant to be produced. .

Bei dem beschriebenen Beispiel ist angenommen, der Brennstoff werde in Gasform der Anlage zugeführt, derselbe kann aber bei geeigneter Konstruktion der Anlage auch in einer anderen, z. B. in flüssiger, dampfförmiger oder staubförmiger Form zugeführt werden.In the example described, it is assumed that the fuel is in gaseous form supplied to the system, but with a suitable construction of the system it can also be used in another, e.g. B. be supplied in liquid, vapor or dust form.

Claims

Patent claim:
Internal combustion engine system, consisting of a compressor (turbine compressor), a piston engine and a turbine connected downstream, characterized in that the propellant in the compressor is pre-compressed as isothermally as possible, then cooled to a four-stroke combustion (explosion) engine and finally with one of these Machines common exhaust temperature, but with a higher tension corresponding to the pre-compression and thus the increased inlet tension in the cylinder.

1 sheet of drawings.