DE252710C

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KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

PATENTSCHRIFTPATENT LETTERING

- JVl 252710 -KLASSE 14.Ä. GRUPPE - JVl 252710 - CLASS 14.Ä. GROUP

Kreislauf vollführt.Cycle.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 20. September 1911 ab.Patented in the German Empire on September 20, 1911.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Abwärmekraftmaschinenanlage. Hierzu verwendet man im vorliegenden Falle einen auf einer gemeinsamen Welle umlaufenden, aus einem Verdampfer, einer Speisevorrichtung, einer Kraftmaschine und einem Kondensator bestehenden Apparat, in welchem das Druckmittel (Gas, Dampf o. dgl.) einen geschlossenen Kreislauf vollführt, der denThe present invention relates to a waste heat engine system. For this one uses in the present case a rotating on a common shaft, an evaporator, a feed device, an engine and a condenser existing apparatus in which the pressure medium (gas, steam o. The like.) Performs a closed circuit that the

ίο Einwirkungen der Außenluft und demzufolge des atmosphärischen Druckes entzogen ist.ίο Effects of the outside air and consequently the atmospheric pressure is withdrawn.

Die Drehbewegung wird erzielt durch die Einwirkung des kreisenden Druckmittels auf ein an der Drehachse hängendes Gewicht, welches entweder unter Einwirkung der eigenen Schwere oder einer von außen einwirkenden elektromagnetischen Kraft annähernd unbeweglich gehalten wird.The rotary movement is achieved by the action of the rotating pressure medium a weight hanging on the axis of rotation, which either under the influence of its own Heaviness or an externally acting electromagnetic force almost immobile is held.

Die Speisevorrichtung wird durch das Kondensat selbst und die auf diese einwirkende Zentrifugalkraft betrieben. Die kreisende Flüssigkeit kann Wasser oder eine leicht siedende. Flüssigkeit sein (Ammoniakgas, schweflige Säure, verflüssigte Kohlensäure, Äther usw.). Die Wahl richtet sich nach der Temperatur der zur Verwendung kommenden Wärmequelle..The feed device is caused by the condensate itself and the one acting on it Centrifugal operated. The circulating liquid can be water or a slightly boiling one. Be liquid (ammonia gas, sulphurous acid, liquefied carbon dioxide, ether, etc.). The choice depends on the Temperature of the heat source to be used ..

Der neue Apparat ist insbesondere zur Wiedergewinnung der in beliebigen Abgasen oder sonstigen unbenutzt bleibenden Wärmequellen enthaltenen Wärmemengen (Dämpfe oder Auspuffgase, ausgestrahlte Wärme, Sonnenwärme usw. usw.) geeignet.The new apparatus is in particular for the recovery of any exhaust gases or other unused heat sources (vapors or exhaust gases, radiated heat, solar heat, etc., etc.).

Man wird in erster Linie als kalte Quelle Wasser oder Luft von der umgebenden Tem-It is primarily used as a cold source of water or air from the surrounding temperature.

peratur und als Wärmequelle die bequem und kostenlos zu beschaffenden, bereits erwähnten Abgase usw. verwenden.temperature and as a heat source those already mentioned, which can be obtained conveniently and free of charge Use exhaust gases, etc.

Die bekannten Abwärmekraftmaschinenanlagen gestatten lediglich die Verwendung von verhältnismäßig sehr warmen Quellen, welche Dampf liefern, weil es zu schwierig ist, einen Kessel zu konstruieren, der imstande ist, die in beträchtlichen, im allgemeinen im Ruhezustand befindlichen Gasmassen vieler Abgase zerstreuten Wärmemengen auszunutzen, für welche der Wärmeübergangskoeffizient demzufolge sehr gering ist.The known waste heat engine systems only allow their use from relatively very warm sources, which provide steam because it is too difficult is to construct a boiler that is capable of working in considerable, in general exploiting the gas masses of many exhaust gases in the quiescent state of dispersed heat, for which the heat transfer coefficient is therefore very low.

Durch die den Gegenstand der Erfindung bildende Abwärmekraftmaschinenanlage wird dieser Übelstand beseitigt.Through the waste heat engine system forming the subject of the invention this deficiency eliminated.

Auf der Zeichnung ist beispielsweise eine Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes dargestellt.The drawing shows, for example, an embodiment of the subject matter of the invention shown.

Fig. ι zeigt den Zusammenhang des Verdampfers, der als Turbine gedachten eigentlichen Kraftmaschine, des Kondensators und der Speisevorrichtung.Fig. Ι shows the relationship between the evaporator and the actual turbine, which is intended Power machine, the capacitor and the feed device.

Fig. 2 zeigt die Turbine im Schnitt nach Linie A-A in Fig. 1.FIG. 2 shows the turbine in section along line AA in FIG. 1.

Fig. 3 ist ein Schnitt nach Linie B-B in Fig. i, aus welchem der Flüssigkeitssammler ersichtlich ist.Fig. 3 is a section along line BB in Fig. I, from which the liquid collector can be seen.

Fig. 4 zeigt im Querschnitt und im Längsschnitt die Einrichtung der Kraftmaschine, wenn diese als Kolbenkraftmaschine ausgebildet ist.Fig. 4 shows in cross section and in longitudinal section the device of the engine, if this is designed as a piston engine.

Fig. 5 ist ein Schnitt durch die Regelungseinrichtung. Fig. 5 is a section through the control device.

Auf sämtlichen Figuren sind die beweg-On all figures are the moving

lichen Teile in vollen Linien, die unbeweglichen dagegen in strichpunktierten Linien dargestellt.unmovable parts in full lines, the immovable parts in dash-dotted lines shown.

Der neue Apparat besteht im wesentlichen (Fig. i) aus einem Verdampfer i, einer Speisevorrichtung 2, dem eigentlichen Motor 3, welcher als Turbine oder Kolbenkraftmaschine ausgebildet sein kann, sowie aus einem Kondensator 4.The new apparatus consists essentially (Fig. I) of an evaporator i, one Feed device 2, the actual motor 3, which is a turbine or piston engine can be formed, as well as from a capacitor 4.

Diese einzelnen Bestandteile sitzen auf einer gemeinsamen Hohlwelle 5, welche ein ununterbrochenes Kreisen des Kraftmittels zwischen dem Verdampfer, dem Motor und dem Kondensator sowie die Rückführung dieses Kraftmittels nach der Speisevorrichtung und von dort aus nach dem Verdampfer ermöglicht. These individual components sit on a common hollow shaft 5, which is a continuous circling of the fuel between the evaporator, the motor and the condenser and the return of this fuel to the feed device and from there to the evaporator.

Die Bestandteile i, 2, 3, 4 und 5 bilden ein in sich geschlossenes Aggregat, welches mit der Welle 5 umläuft, die in den Lagern p, p ruht. Auf der' Welle 5 sitzt eine Riemenscheibe 8.The components i, 2, 3, 4 and 5 form a self-contained unit which rotates with the shaft 5, which rests in the bearings p, p. A belt pulley 8 is seated on the shaft 5.

Verdampfer und Kondensator.Evaporator and condenser.

Diese beiden Organe bestehen aus Rohrbündeln, welche so eingerichtet sind, daß einerseits ein guter Wärmeübergang zwischen der kreisenden Flüssigkeit und den dieselbe enthaltenden Rohren und andererseits zufolge der Drehbewegung ein energischer Umlauf des Heiz- bzw. Kühlmittels durch die die Rohrbündel umgebenden, auf der Zeichnung schematisch dargestellten Blechmäntel erzielt wird.These two organs consist of tube bundles, which are set up so that on the one hand, a good heat transfer between the circulating liquid and the same containing pipes and on the other hand, as a result of the rotary motion, an energetic one Circulation of the heating or cooling medium through the one surrounding the tube bundle, on the drawing sheet metal jackets shown schematically is achieved.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel bestehen die Rohrbündel aus einer Reihe von geraden Rohren 6, welche einerseits mit der Hohlwelle 5 und andererseits mit nach einer Schraubenlinie verlaufenden Röhren 7 verbunden sind, so daß eine mehrgängige schraubenförmige Fläche von großer Steigung entsteht, welche die Gase oder Flüssigkeiten der Wärme- bzw. der Kältequellen ansaugt.In the present embodiment, the tube bundles consist of a number of straight tubes 6, which on the one hand with the hollow shaft 5 and on the other hand with after a Helical tubes 7 are connected, so that a multi-thread helical Area of great incline is created, which sucks in the gases or liquids from the heat or cold sources.

Eigentliche Kraftmaschine.Actual power machine.

Fall einer Turbinenmaschine.Case of a turbine engine.

Die Turbine als solche ist üblicher Bauart, jedoch mit dem Unterschied, daß der Rotor sieh außen befindet und mit der gemeinschaftlichen Hülle des Kraftaggregats zusammenhängt. Der Stator dagegen befindet sich innen und bildet die unabhängige feste Masse, auf welche die kreisende Flüssigkeit einwirkt.The turbine as such is of the usual type, but with the difference that the rotor see outside and related to the common shell of the power unit. The stator, on the other hand, is located inside and forms the independent solid mass, on which the circulating liquid acts.

Der Stator ist auf der Achse 5 auf Kugeln gelagert und wird durch die Einwirkung der Schwere oder durch den Einfluß einer von außen wirkenden elektromagnetischen Anziehungskraft auf dieser Achse 5 annähernd unbeweglich gehalten.The stator is mounted on the axis 5 on balls and is by the action of the Gravity or due to the influence of an external electromagnetic attraction held almost immovable on this axis 5.

Im ersteren Falle ist die den Stator bildende Scheibe in der oberen Hälfte hohl ausgebildet, dagegen in der unteren Hälfte stark belastet, wie dies aus der Zeichnung ohne weiteres ersichtlich ist. In dieser Weise bildet der Stator ein an der Achse 5 hängendes kreisförmiges Gegengewicht.In the former case, the disc forming the stator is hollow in the upper half, however, heavily loaded in the lower half, as can be seen from the drawing. In this way it forms the stator is a circular counterweight hanging on the axis 5.

In dem Falle, daß der Stator durch Elektromagnetismus unbeweglich gehalten wird, besteht er aus einer magnetischen Scheibe oder aus einer mit magnetischen Elementen versehenen Scheibe. Der den Rotor bildende Mantel dagegen sowie dessen Schaufeln bestehen aus einem nicht magnetischen Metall, wie z. B. Bronze oder Messing.In the event that the stator is kept immobile by electromagnetism, there is it consists of a magnetic disk or one with magnetic elements Disc. The casing that forms the rotor, on the other hand, as well as its blades are made of a non-magnetic metal, such as B. bronze or brass.

Die magnetischen Massen des Stators werden durch einen von außen zugeführten und vom Apparat unabhängigen magnetischen Kraftfluß erregt.The magnetic masses of the stator are supplied by an externally and independent of the apparatus magnetic flux excited.

Die beispielsweise durch Fig. 1 und 2 dargestellte Turbine ist eine Aktionsturbine mit Geschwindigkeitsabstufung. Sie gehört den Zentrifugalturbinen an und besitzt in bezug auf die mittlere senkrecht zur Achse stehende Ebene symmetrische Kränze.The turbine shown for example by FIGS. 1 and 2 is an action turbine with Speed gradation. It belongs to the centrifugal turbine and has in relation wreaths symmetrical on the middle plane perpendicular to the axis.

Die von dem Verdampfer durch die gemeinschaftliche Welle zuströmende Flüssigkeit gelangt in die Turbine durch eine- Reihe von Düsen 10, welche in dem Rotor vorgesehen sind. Die Flüssigkeit expandiert in der Turbine und erzeugt Kraft durch Einwirkung auf die Kränze 9 des Stators und des Rotors. Nach Verlassen der Schaufelung gelangt sie in die ringförmige Kammer 11 und von dort aus durch Rohre 12 nach dem Kondensator.The liquid flowing from the evaporator through the common shaft enters the turbine through a series of nozzles 10 provided in the rotor are. The liquid expands in the turbine and creates force through action on the rings 9 of the stator and the rotor. After leaving the shovel it arrives into the annular chamber 11 and from there through pipes 12 to the condenser.

Speisevorrichtung (Fig·. 1 und 3).Feed device (Figs. 1 and 3).

Das Rohrbündel des Kondensators ist mit einem Gehäuse 13 von kreisförmigem Querschnitt verbunden, welches auf dem Ende der gemeinschaftlichen Welle sitzt und als Flüssigkeitssammler dient. In diesem Gehäuse ist auf der Welle 5 ein Gegengewicht ,14 auf Kugeln gelagert. Dieses Gegengewicht trägt ein Rohr 16, welches krummlinig gebogen und entgegengesetzt der Drehbewegung des Aggregats gerichtet ist. Das Ende 15 dieses krummen Rohres nähert sich dicht der zylindrischen Fläche 17 des Flüssigkeitssammlers und schöpft die kondensierte Flüssigkeit, welche durch die Zentrifugalkraft durch das Rohr 19 in die Hohlwelle 5 übergeleitet wird, von wo aus dieselbe in die eigentliche Speisevorrichtung übertritt.The tube bundle of the condenser has a housing 13 of circular cross-section connected, which sits on the end of the common shaft and acts as a fluid collector serves. In this housing, a counterweight 14 is on the shaft 5 Balls stored. This counterweight carries a tube 16 which is curved in a curvilinear manner and is directed opposite to the rotational movement of the unit. The end of 15 this curved pipe closely approaches the cylindrical surface 17 of the liquid receiver and scoops the condensed liquid, which is caused by centrifugal force through the Tube 19 is transferred into the hollow shaft 5, from where the same into the actual feed device transgresses.

Die Speisevorrichtung besteht aus zwei geraden Rohren 20, 21, welche auf der Welle 5 angebracht sind. Jedes dieser Rohre ist etwa in der Mitte mit einer ringförmigen Erweiterung 22, 23 versehen, welche als Speisebehälter dient. Diese Behälter werden mittels Rundschieber 24, 25 und Öffnungen 26, 27, 28, 29 abwechselnd mit den Rohren 20, 21, d. h. ■The feed device consists of two straight tubes 20, 21, which are mounted on the shaft 5 are appropriate. Each of these tubes is roughly in the middle with an annular extension 22, 23, which serves as a food container. These containers are opened by means of round slides 24, 25 and openings 26, 27, 28, 29 alternating with the tubes 20, 21, d. H. ■

mit dem Kondensator und mit den schraubenförmigen Rohren 7, d. h. mit dem Verdampfer, in Verbindung gesetzt.with the condenser and with the helical tubes 7, d. H. with the vaporizer, put in touch.

Die Rundschieber stehen mittels Stangen 30, 31 mit einem in der Kammer 33 angeordneten Absperrorgan 32 in Verbindung.The round slides are by means of rods 30, 31 with one arranged in the chamber 33 Shut-off device 32 in connection.

Das aus den Rundschiebern, den Stangen und dem Absperrorgan gebildete Ganze ist um den Mittelpunkt des Absperrorganes ausbalanciert und kann bei geringem Reibungswiderstand beim Auffüllen des einen Rohres 20 oder 21 und Entleeren des anderen Rohres hin und her spielen, so daß die Öffnungen 27, 28 abgesperrt, die Öffnungen 26, 29 dagegen geöffnet werden, und umgekehrt.The whole made up of the round valves, the rods and the shut-off device is balanced around the center of the shut-off element and can be used with low frictional resistance when filling one pipe 20 or 21 and emptying the other pipe Play back and forth so that the openings 27, 28 blocked off, the openings 26, 29 against it opened and vice versa.

Regelung.Regulation.

In das Rohr 35 ist zwischen dem Verdampfer und dem Motor ein unter Federspannung stehendes Ventil 34 (Fig. 5) eingeschaltet, welches durch Drosselung des zuströmenden Dampfes die Regelung bewirkt, wenn die Feder unter Einwirkung der die zulässige Grenze überschreitenden Zentrifugalkraft zusammengedrückt wird.In the pipe 35 is a spring loaded between the evaporator and the motor standing valve 34 (Fig. 5) switched on, which by throttling the inflowing The regulation is effected by steam when the spring is compressed under the action of the centrifugal force exceeding the permissible limit will.

Wirkungsweise des Apparates.Mode of operation of the apparatus.

Angenommen, das kreisende Kraftmittel sei in zweckmäßiger Weise zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator verteilt, und der Verdampfer befände sich in Verbindung mit der warmen, der Kondensator dagegen in Verbindung mit der kalten Quelle. Ist nun der Apparat frei von Luft, so stellen sich die Drücke auf die den Temperaturen entsprechenden Werte ein, so daß zwischen dem Verdampfer und dem Kondensator ein Druckunterschied entsteht.Assume that the circulating force means is expediently between the Evaporator and the condenser distributed, and the evaporator would be in communication with the warm source, while the condenser is connected with the cold source. If the apparatus is now free of air, the pressures are equal to the temperatures corresponding values, so that between the evaporator and the condenser Pressure difference arises.

Zufolge dieses Druckunterschiedes strömt das Kraftmittel durch das Rohr 35 und die Düse 10 und gelangt so zur Krafterzeugung in der Turbine, wodurch das ganze Aggregat um die Welle 35 gedreht wird. Nachdem die Flüssigkeit in der Kammer 11 ihre Geschwindigkeit verloren hat, strömt sie durch den Druckunterschied über die Rohre 12 in den Kondensator und kondensiert dort in Tropfenform an den Wandungen der Rohre 6 des Rohrbündels. Die so entstandene Flüssigkeit begibt sich nach dem Flüssigkeitssammler und wird darauf durch die Zentrifugalkraft mittels der Rohre 16, 19 nach der Speisekammer 33 übergeleitet, welche auf diese Weise gefüllt wird.As a result of this pressure difference, the power medium flows through the tube 35 and the Nozzle 10 and thus reaches the power generation in the turbine, whereby the whole unit is rotated about the shaft 35. After the liquid in the chamber 11 increases its speed has lost, it flows through the pressure difference through the tubes 12 in the condenser and condenses there in the form of drops on the walls of the tubes 6 of the tube bundle. The resulting liquid goes to the liquid collector and is thereupon by centrifugal force transferred by means of the tubes 16, 19 to the pantry 33, which on this way is filled.

Nimmt man nun an, daß das aus den Rundschiebern, den Stangen und dem Absperrorgan bestehende Ganze um den Mittelpunkt des Absperrorganes ausbalanciert ist, so befindet sich dasselbe unter Einwirkung der Zentrifugalkraft in nicht stabilem Gleichgewicht, wenn man annimmt, daß dieser Mittelpunkt auf der geometrischen Achse der Welle 5 sich befindet.If one assumes now that the round valve, the rods and the shut-off device existing whole is balanced around the center of the shut-off element, so is located the same thing under the action of centrifugal force in unstable equilibrium, if it is assumed that this center point is located on the geometrical axis of the shaft 5.

Eine äußerst geringe Kraftwirkung wird demnach schon ausreichen, um das Gleichgewicht zu zerstören. Nimmt man an, daß das eine der Rohre 20, 21 mit Flüssigkeit gefüllt ist, so wird der betreffende Rundschieber unter Einwirkung der durch die Zentrifugalkraft ihn belastenden Flüssigkeit den anderen mitnehmen, und das Ganze wird beispielsweise in die aus Fig. 1 ersichtliche Lage übergehen, gemäß welcher die öffnungen 26, 29 geöffnet, die Öffnungen 27,28 dagegen geschlossen sind. Der Inhalt des Speisebehälters 23 ergießt sich dann unter Einwirkung der Zentrifugalkraft in den Verdampfer, während der Speisebehälter 32 den Inhalt des Rohres 20 aufnimmt. Während dieser Zeit ist durch das Absperrorgan 32 der Zugang zu diesem Rohr abgesperrt worden, so daß dasselbe sich nicht füllen kann.An extremely small force will therefore be enough to maintain equilibrium to destroy. Assume that one of the tubes 20, 21 is filled with liquid is, the round slide in question is under the action of the centrifugal force Take the other liquid with you, and the whole thing becomes for example pass into the position shown in FIG. 1, according to which the openings 26, 29 open, while the openings 27, 28 are closed. The contents of the food container 23 then pours under the action of centrifugal force into the evaporator, while the feed container 32 the contents of the Tube 20 receives. During this time there is access to through the shut-off device 32 this pipe has been shut off so that it cannot fill up.

Der Rundschieber 24 ist dann nicht mehr durch das Gewicht der Flüssigkeitssäule in Rohr 20 belastet, wogegen der Rundschieber 23 durch die Zentrifugalkraft der Flüssigkeitssäule im Rohr 21 belastet ist.The round slide 24 is then no longer in due to the weight of the liquid column Tube 20 is loaded, whereas the round slide 23 is caused by the centrifugal force of the liquid column is loaded in the tube 21.

Demnach findet eine Mitnahme des Schiebers 24 durch den Schieber 23 statt, und dieses selbsttätige Hin-und Herpendeln wiederholt sich, wobei jedesmal der Inhalt einer der Speisebehälter sich in den Verdampfer ergießt.. Accordingly, the slide 24 is entrained by the slide 23, and this automatic back and forth pendulum is repeated, each time the content of one of the Food container pours into the evaporator.

Fall einer Kolbenkraftmaschine.Case of a reciprocating engine.

In dem Fall, wo der Motor aus Kolbenkraftmaschinen besteht, können diese radial angeordnet werden, und zwar senkrecht zur Achse 5, wie dies aus Fig. 4 hervorgeht. Für alle Treibstangen ist ein gemeinsamer Kurbeizapfen 36 vorgesehen, welcher mit der unbeweglichen Masse zusammenhängt, der an der gemeinschaftlichen Welle aufgehängt ist. Diese Masse besteht aus zwei Scheiben, welche in ihrem unteren Teil in ähnlicher Weise wie der Stator der Turbine belastet sind und auf beiden Seiten der Zylinder auf der Welle 5 mittels Kugeln gelagert sind.In the case where the engine consists of piston engines, these can be radial are arranged, namely perpendicular to the axis 5, as can be seen from FIG. For all drive rods a common crank pin 36 is provided, which is immovable with the Mass, which is suspended from the common shaft. This mass consists of two discs, which loads in its lower part in a similar way as the stator of the turbine and are mounted on both sides of the cylinder on the shaft 5 by means of balls.

Die Steuerung erfolgt durch Rundschieber, welche mittels Nockenscheiben bewegt werden, die auf den als Gegengewicht dienenden Scheiben angebracht sind.The control is carried out by round slides, which are moved by means of cam disks, which are attached to the discs serving as a counterweight.

Der beschriebene Kreislauf der Flüssigkeit läßt sich umkehren, und der Apparat arbeitet dann nicht mehr als Motor, sondern als eine Kälteerzeugungsmaschine.The liquid cycle described can be reversed and the apparatus works then no longer as a motor, but as a refrigeration machine.

Claims

Patent Claims:

i. Waste heat engine system in which the fuel is a self-contained Cycle completes, thereby

characterized in that the converting the fuel in vapor or gas form Evaporator (ι) and of the vapor or gaseous fuel in Movement offset part of the actual engine (3) and the capacitor (4) on a common shaft (5) sit, with 'which they rotate together, and which not alone to feed the Fuel in the engine (3) and the condenser (4), but also for Return of the condensate to the also arranged and circulating on it Feed device (2) of the evaporator (1) is used, which is caused by the condensate itself and the acting on it Centrifugal force is operated, so that the whole thing is closed, secured against the ingress of outside air Aggregate forms.

2. waste heat engine system according to claim i, characterized in that the non-rotating, serving as a stator part of the engine from one to the Shaft loosely suspended weight, which by its own gravity or weight held almost immobile by the influence of an electromagnetic force will.

3. engine system according to claim i, characterized in that the The evaporator (1) and the condenser (4) consist of tube bundles (6, 7) which are designed so that the exhaust gases or the coolant are moved through the same.

In addition 3 sheets of drawings.