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Kraftmaschine Die Erfindung betrifft Kraftiaschinen mit äußerer Verbrennung,
insbesondere sowohl fär Kraftfahrzeuge als auch für ähnliche Anwendungen brauchbare
Brennkraftmaschinen mit einem geschlossenen Kreis, in dem Heißdampf in Umlauf gebracht
wird.
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Die Nachteile üblicher Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung
sind - vor allem in Verbindung mit Eraftfahrzeugen allgemein bekannt.
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Das Problem der Luftverschmutzung von Brennkraftmaschinen mit innerer
Verbrennung hat erneut die Aufmerksamkeit auf Dampfmaschinen gelenkt, die relativ
umweltverschmutzungsfreie Energiequellen fttr industrielle Kraftwerke und auch für
Kraftfahrzeuge sind, da man ihre Brenner viel leichter so einstellen kann, daß sich
eine vollständigere und reinere Verbrennung als bei
Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung ergibt.
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Da man Kraftfahrzeuge zum Nachfüllen des Kesselspeisewassers nicht
häufig anhalten mag und auch große Vorräte an Speisewasser nicht mitgenonmen werden
kdnnen, hat man versucht, Dampfkraftanlagen für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die
mit einem geschlossenen Kreis und Reaktionsdampfturbinen arbeiten. Doch konnte bisher
keines dieser Systeme so weit entwickelt werden, daß es anstelle von Brennkraftmaschinen
mit innerer Verbrennung als Antriebsquelle für Kraftfahrzeuge verwendbar war.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung einer einfachen
kleinen kompakten Eraftmaschine mit äußerer Verbrennung und geschlossenem Kreis,
die sich auf Grund ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer geringen latenten Wärmeverluste
bei leicht ldsbaren Kühlproblemen besonders gut zun Antrieb von Kraftfahrzeugen
verwenden lässt.
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Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung gelost durch eine
mit dem unter Druck stehenden Dampf gespeiste Injektordüse, die an einem zweiten
Einlaß flüssiges Strömungsmittel ansaugt, welches zusammen mit dem Dampf an der
InjektordUse als Strahl austritt und
die Schaufeln einer vor der
Injektordüse angeord neten Freistrahlturbine beaufschlagt. Eine solche Anordnung
kann im geschlossenen Kreis arbeiten, da die Preistrahlturbine in einem Gehäuse
untergebracht werden kann, von deren Innenraum Rilcklaufleitungen zu den Strömungsmittelvorräten
führen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei verschiedene, vorzugsweise
unvermiachbare Fllissigkeiten verwendet, von denen die eine bei einer geringeren
temperatur als die andere verdampft.
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Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefUgten Zeichnungen, in denen
bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise veranschaulicht sind.
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In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine sehr oder weniger schematische,
teilweise geschnittene Ansicht einer erfindungsgemäßen Kraftmaschine, Fig. 2 eine
der Fig. 1 ähnliche Darstellung einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung
und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Abwandlung
der vorliegenden Erfindung.
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Die in den Zeichnungen dargestellte erfindungsgemäße Kraftmaschine
enthält in einem Gehäuse 10 eine Freistrahlturbine 12, deren Welle 14 in gegenttberliegenden
Seitenwänden des Gehäuses gelagert ist. Wenn die Kraftmaschine mit geschlossenem
Kreis arbeiten soll, sind sn der Welle 14 (nicht dargestellte) Dich tungen vorgesehen,
um ein Entweichen der Strömungsmittel aus dem Gehäuse 10 zu verhindern. Die Welle
kann über ein geeignetes Getriebe ein fraftfahrzeug antreiben, Man kann die Welle
aber auch unmittelbar mit einem Generator, einer Pumpe oder dergl. verbinden, wie
dies allgemein üblich ist.
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Die Freistrahlturbine 12 wird dadurch in Betrieb gesetzt, daß mit
hoher Geschwindigkeit austretende Strdmungsmittelstrahlen 16 auf ihre Schaufeln
15 treffen.
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Der Flüssigkeitsstrahl kommt vom Auslaß 94 einer Injektordüse 18.
Die Injektordüse 18 hat zwei Einlässe 19' und 23. Der erste Eingang 19' ist über
eine Lei t'ing 19 mit einem Dampferzeuger oder Kessel 20 verbunden, der unter hohem
Druck stehenden Dampf liefert.
Der sweite Einlaß 23 der Injektordüse
steht über eine Leitung 37 mit einem Vorratsbehälter 25 in Verbindung, der flüssiges.
Strömungsmittel enthält.
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Der am Einlaß 19' zugeführte, unter hchem Druck stehende Dampf, strömt
durch die Injektordüse mit hoher Geschwindigkeit und reißt in an sich bekannter
Weise das am Einlaß 23 eintretende flitesige Strömungsmittel mit. Der Strömungsmittelstrahl
16 am Auslaß 34 der Injektordüese ist somit eine schnell strömende Mischung von
Dampf und Flüssigkeit mit erheblicher Masse wegen des Flüssigkeitsgehaltes. Da die
Kraft, die der Strahl an der Freistrahlturbine ausübt, eine Funktion der Masse je
Zeiteinheit ist, sorgt die Flüssigkeit fUr einen Strahl mit relativ großer Energie,
selbst wenn die Geschwindigkeit vergleichsweise klein ist. Aus diesem Grunde ist
es von Vorteil, zwei verschiedene Strömungsmittel zu verwenden. Das dampfförmige
Strömungsmittel, das am Einlaß 19' zugeführt wird, hat einen geringeren Siedepunkt
als das vom In-Jektor sm Einlaß 29 angesaugte Strömungsmittel, damit dieses im wesentlichen
in flüssiger Phase bleibt, wenn es am Injektorauslaß 34 austritt.
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Bei Verwendung von zwei verschiedenen Strömungsmitteln
ist
es von Vorteil, wenn diese unvermischbar sind, damit man sie getrennt zu ihren Vorratsbehältern
eurückführen kann. Verschiedenste Kombinationen von Medien sind möglich. Beispielsweise
kann das den Hochdruck-Dampf liefernde Strömungsmittel Wasser sein, was Jedoch den
Nachteil hat, daß die Kraftmaschine einfrieren kann, wena sie bei Frost abgeschaltet
bleibt. Alkohol oder eine Mischung von Alkohol und Wasser sind auch denkbar. Das
flüssigbleibende Strömungsmittel hat vorzugsweise eine höhere Dichte und einen höheren
Siedepunkt als das zu verdampfende Strömungsmittel, damit es flüssig bleibt, wenn
es vom Dampfstrahl mitgerissen wird. Es kann sich hier um Leichtöle, beispielsweise
um Xerosen handeln. Ein flüssiges Strömungsmittel, daß man zusammen mit Wasserdampf
verwenden kann, ist auf dem Markt als Erzeugnis der Fa. Mbnsanto Ohemical Oompany
unter dem Warenzeichen "AroChlor" erhältlich.
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Verständlicherweise kann auch die gleiche Plussigkeit fUr beide Medien
verwendet werden. In einem solchen Falle eignet sich Wasser oder eine wit Gefrierschutz
versehene Wassermischung.
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Die Freistrahlturbine 12 sollte eine besonders £fr
Flllssigkeiten
wirksame Type sein, beispielsweise ein Pelton-Rad, mit mehr oder weniger schalenförmigen
Schaufeln oder PlUgeln 15, wie es bei 28 angedeutet ist Eine Dobble-Turbine, die
im wesentlichen eine Abwandlung eines Pelton-Rades ist. eignet sich ebenfalls. Die
Schaufeln 15 sind auf dem Umfang einer Naben- oder Mittelscheibe 27 befestigt, die
an der Welle 14 angebracht ist. Die Zahl der Schaufeln oder Flügel ist so gewählt,
daß alle Teile des aus Dampf und mitgerissener Flüssigkeit bestehenden Strahles
16 an den Schaufeln mit maximalen Wirkungsgrad zur Reaktion kommen. Die Schaufelzahl
lässt sich Xormtabellen entnehmen, beispielsweise Kent's Mechanioal Engineers Handbook,
12. Ausgabe.
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Falls erwünscht, können zwei oder mehr Injektoren so angeordnet werden,
daß sie ihre Strahlen auf verschiedenke Umfangsteile des Turbinenrades richten.
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Der Dampferzeuger 20 kann ein konventioneller Wasserrohr- oder Flammrohrkessel
sein, dessen Wärmequelle vorzugsweise ein Brenner 28 fur flüssige Brennstoffe ist.
Um den Wärmeausgang am Brenner mit dem Jeweils vorhandenen Bedarf an Dampf su koordinieren,
befindet sich im Kessel ein geeigneter Sensor 39 (Fig. 2), der
entweder
auf die Temperatur oder den Druck des Verdampfungsmediums im Kessel anspricht. Dieser
Sensor steuert ein Regelventil 40 in einer Brennstoffleitung 41 des Brenners 38.
Sensor 39 und Ventil 40 sind so zusammengeschaltet, daß der Brennstoffluß zum Brenner
so geregelt wird, daß der in dem Kessel er zeugte Dampf einen im wesentlichen konstanten
Druck erhält. Ein nicht dargestelltes Drahtgeflecht in den Rohren eines Wasserrohrkessels
kann die Tröpfchen zerschlagen und die Dampferzeugung vergrößern.
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Um bezüglich der Arbeitsgeschwindigkeit flexibler zu sein, kann die
Kraftmaschine mehrere Kessel 20 enthalten, die Uber Rückschlagventile 42, individuell
steuerbare Ventile 43 und eine Sammelleitung 44 selektiv mit dem Einlaß 19' der
Injektordüse 18 verbindbar sind (Fig. 3)o Der Vorratsbehälter 25 für das flüssige
Strömungsmittel kann unmittelbar unter dem Gehäuse 10 angeordnet sein. Eine im wesentlichen
horizontale Wand 25' über dem Behalter 25 und unter dem Teil des Gehäuses, in dem
die Freistrahlturbine umläuft, enthält Abflußöffnungen, über die das flüssige Strömuügsmittel
zum Sammelbehälter 25 zurückkehren kann.
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Seitlich oberhalb der Freistrahlturbine 12 befindet sich ein Auslaß
zu einem Kondensator 26. Die Seitenwände 35 des Gehäuses, die von der Wand 252 nach
oben führen, dienen als Prallblech, welches die Ausscheidung der Flüssigkeit aus
dem Dampf begünstigt. Die Dampfkomponente des Strömungsmittelstrahles aus dem Injektor
strbmt über die Oberseite des Prallbleohes sum Kondensator 26, wo eine ausreichende
Kühlung er folgt, um den Dampf in den flüssigen Zustand zuriickzuführen. Das Strömungsmittel
fließt durch den Kondensator nach unten in einen Behälter 24, von wo das kondensierte
Strömungemittel mit einer Pumpe 30 sum Kessel 20 zurückgeleitet werden kann, Die
Pumpe 30 kann von der Welle 14 des Turbinenrades angetrieben werden. Ein Gebläse
47, das ebenfalls von der Turbinenwelle angetrieben werden kann, bläst durch den
Kondensator Küblluft. Wie Fig. 2 zeigt, können auch durch den Sammelbehälter 25
des flüssigen Strömungsmittels im wesentlichen horizontal ausgerichtete Kühlrohre
49 hindurchgeführt werden, durch die der Lüfter 47 Kühlluft hindurchbläst. Wegen
eines gedrungenen Aufbaues ist der Kondensator 26 am einen Ende des Gehäuses 10
angeordnet.
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Aus der vorstehenden Beschreibung und den Zeichnungen
erkennt
der Fachmann, daß die vorliegende Erfindung eine einfache, kompakte, wirksame Kraftmaschine
mit äußerer Verbrennung und geschlossenem Kreis offenbart, aie für den Antrieb von
Kraftfahrzeugen und auch für viele andere Anwendungen brauchbar ist.