DE297967C - - Google Patents

Description

Es sind Kraftmaschinenanlagen bekannt, welche aus einer Verbrennungsmaschine üblicher Bauart und' aus einer Dampfmaschine bestehen, bei welchen mit der Verlustwärme der Verbrennungsmaschine (Mantel- und Abgaswärme) Dampf von' niedriger Spannung erzeugt wird, der zum Betriebe der Dampfmaschine verwendet wird. Die damit erreichbaren Vorteile sind jedoch recht mäßige, denn der Anteil der

ίο entstehenden Dampfarbeit an der Gesamtarbeit ist im Verhältnis zur Arbeit der Verbrennungsmaschine nur klein und die bei den bekannten Verbrennungsmaschinen ohne Verwertung der Verlustwärme, namentlich bei den Zweitaktmaschinen größerer Ausführung, schon bestehenden und in der schnellen- Zerstörung der Zylinderwandung und im schlechten Lauf der Kolben und Kolbenringe beruhenden betrieblichen Schwierigkeiten werden nur noch erhöht.

Bei einer Kraftmaschinenanlage der bekannten Bauart hat man demnach eine betriebsunsicher arbeitende Verbrennungsmaschine, die außerdem noch bauliche Schwierigkeiten verursacht, da bei solchen die Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades bis jetzt hauptsächlich auf dem * Wege der Erhöhung des Expansionsgrades bzw. des Verbrennungsdruckes angestrebt wurde und der Gestängedruck im Verhältnis zur Leistung zu groß, der mechanische Wirkungsgrad zu schlecht und die Herstellungskosten zu hohe geworden sind, und eine unwirtschaftlich arbeitende Niederdruckdampfmaschine. Die Zerstörung der Zylinderwandung der Verbrennungsmaschine von gewisser Stärke und der schlechte Lauf der Kolben und Kolbenringe treten schon bei Kühlung mit Wasser von 60 bis 80° ein. Steigert man die Temperatur des Kühlmittels, wie es erforderlich ist, wenn man die darin aufgespeicherte Wärmemenge vorteilhaft ausnutzen will, oder geht man gar dazu über, das Kühlmittel zu verdampfen, so treten die gekennzeichneten Nachteile in erhöhtem Maße auf. Eine erhebliche Steigerung der Temperatur des Kühlmittels über 100^c hinaus ist ohne Gefahr überhaupt nicht zulässig. .

Die Verwertung der Abgaswärme in Abgasverdampfern ist bekannt und bietet keinerlei Schwierigkeiten; sie ist aber auch bei den Verbrennungsmaschinen mit den -üblichen Expansionsgraden nicht so erstrebenswert wie die der Mantelwärme, weil ihre Temperatur, insbesondere bei Zweitaktmaschinen mit Spülluftüberschuß nicht mehr besonders hoch ist und daher große Heizflächen erfordert.

Durch die nachfolgend beschriebene Erfindung soll nun eine Kraftmaschinenanlage der gekennzeichneten Art dahin verbessert werden, daß die angeführten Ubelstände beseitigt und die Herstellungskosten vermindert werden, ohne daß der thermische Wirkungsgrad wesentlich sinkt. Gleichzeitig soll der Anteil der.Dampfarbeit gegenüber der Arbeit der Verbrennungsmaschine bzw» gegenüber der Gesamtarbeit wesentlich erhöht werden.

Es soll also eine neue Kraftmaschinenanlage geschaffen werden, die aus einer betriebssicheren, in der Herstellung billigen Verbrennungsmaschine mit günstigem Gestängedruck und gutem

mechanischem Wirkungsgrad und aus einer wirtschaftlich arbeitenden Hochdruckdampfmaschine besteht, welche den aus der Verlustwärme der ersteren, besonders auch den bei der Kühlung der Zylinderwandung gewonnenen hochgespannten Dampf verarbeitet.

Dieser Zweck wird dadurch erreicht, daß der Expansionsgrad bzw. Verbrennungsdruck im Verbrennungszylinder gegenüber dem üblichen

ίο wesentlich herabgesetzt wird, aber gleichzeitig der Dampfdruck gegenüber dem bisher erreichbaren gesteigert wird,, derart, daß durch die Steigerung des Dampfdruckes und die mit der Herabsetzung des Expansionsgrades verbundene Vermehrung der Dampferzeugung die Dampfarbeit so vergrößert wird, daß die thermischen Verluste der Verbrennungsmaschine ganz oder teilweise wieder ausgeglichen werden.

Der indizierte thermische Wirkungsgrad einer Verbrennungskraftmaschine und der Gestängedruck hängen bekanntlich von dem Expansions . grad, worunter hier das Verhältnis von Verbrennungsdruck und Ansaugedruck gemeint ist, und vom Verbrennungsdruck der- arbeitenden Gasmenge ab, und zwar derart, daß ein großer Expansionsgrad einen guten indizierten thermischen Wirkungsgrad, aber einen ungünstig

■ großen Gestängedruck ergibt. Vom Gestängedruck werden jedoch der mechanische Wirkungsgrad*. der effektive thermische Wirkungsgrad und die Herstellungskosten der Verbrennungsmaschine . erheblich beeinflußt.

Setz.t man nach der Erfindung den Expansionsgrad bzw. Verbrennungsdruck im Verbrennungszylinder gegenüber dem üblichen herab, dann ist bei gleicher Verbrennungstemperatur damit eine Herabsetzung des ther-

■ mischen Wirkungsgrades der Verbrennungsmaschine, jedoch gleichzeitig eine gesteigerte Betriebssicherheit sowie eine Erhöhung der Temperatur der Abgase verbunden. Ferner kann eine erhebliche Steigerung des Dampf-

. druckes über die bisher als zulässig erachtete Höhe von etwa 2 Atm. hinaus eintreten, ohne daß dadurc'h irgendwelche Betriebsschwierigkeiten der Verbrennungszylinder zu befürchten sind, wie noch nachgewiesen wird.

Die Herabsetzung des thermischen Wirkungsgrades bringt- eine Vermehrung der Verlustwärme der Verbrennungsmaschine hervor, so daß daraus eine größere Dampfmenge als bei den bisher bekannten Verbrennungsmaschinen erzeugt werden kann. Die Vergrößerung der Dampfmenge und die Steigerung des Dampf druckes vermehren die Dampfarbeit im Verhältnis zur Arbeit der Verbrennungsmaschine erheblich. Dampfmaschinen sind aber immer noch die. einfachsten und betriebssichersten Kraftmaschinen, besonders wenn sie als Turbinen ausgebildet werden können. Vermehrte Dampfarbeit im Verhältnis zur Gesamtleistung bedeutet also neben der Verbesserung der Verbrennungsmaschine im vorliegenden Falle gleichzeitig erhöhte Betriebssicherheit.

An Hand eines Beispieles sei vorstehende Behauptung bewiesen. Es werde -zu diesem Zweck eine Zweitakt-Gleichdruck-Verbrennungsmaschine mit einem Expansionsgrad von 1:36 bzw. 36 Atm. Verbrennungsdruck und einem Wärmeverbrauch von 2000 Wärmeeinheiten für ι PS/Std. ohne Ausnutzung der Verlustwärme gewählt, denn diese Maschine stellt den schwierigsten Fall der Verbrennungskraftmaschinen vor. Der thermische Wirkungsgrad dieser Verbrennungsmaschine beträgt dabei 31,6 Prozent und bei 75 Prozent mechanischem Wirkungsgrad wird der indizierte thermische Wirkungsgrad 42,2 Prozent. In der.Verlustwärme sind demnach noch 57,8 Prozent" der durch den Brennstoff dem Verbrennungszylinder zügeführten Wärmemenge enthalten. Könnte man .90 Prozent der Verlustwärme ausnutzen, dann ständen 52 Prozent der zugeführten Wärme' zur Dampferzeugung zur Verfügung. Da der Dampfdruck jn diesem Falle wegen der entstehenden Betriebsschwierigkeiten 2 Atm. kaum übersteigen darf und eine Dampfturbine bei hoher Luftleere und überhitztem Dampf von 2 Atm., die im Dampf enthaltene Wärme mit höchstens 16 Prozent ausnutzt, so werden durch die Ausnutzung der Verlustwärme 52 X 0,16 = 8,3 Prozent der durch den Brennstoff aufgewendeten Wärme gewonnen. Der thermische Gesamtwirkungsgrad einer aus einer gewöhnlichen .Zweitakt-Gleichdruck-Verbrennungsmaschine mit Verlustwärmeausnutzung bestehenden Kraftmaschinenanlage steigt von 31,6 Prozent auf 39,9 Prozent. Die Arbeit der Dämpfmaschine beträgt dabei etwa 26 Prozent, der der Verbrennungsmaschine oder nur etwa 20 Prozent der Gesamtleistung.

Im Gegensatz hierzu sei eine nach der Erfindung arbeitende Kraftmaschinenanlage betrachtet. Der Expansionsgrad bzw. Verbrennungsdruck im Zweitakt-Gleichdruck-Ölmotor sei hier beispielsweise auf 1:10 bzw. 10 Atm. herabgesetzt. Der thermische Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors beträgt bei gleicher Verbrennungstemperatur nur noch etwa 25 Prozent, während der mechanische Wirkungsgrad sich auf 87,6 Prozent erhöht und der indizierte thermische Wirkungsgrad sich zu 28,5 Prozent ,ergibt. In der Verlustwärme sind daher noch 71,5 Prozent der durch den Brennstoff dem Verbrennungszylinder zugeführten Wärme enthalten. Werden diese ebenfalls mit 90 Prozent ausgenutzt, was hier viel leichter ist, da auch die Abgastemperatur bei gleicher Verbrennungstemperatur eine höhere ist und die Heizfläche des Abgasverdampfers erheblich kleiner ausfällt, so stehen zur Dampferzeugung 64 Prozent der aufgewendeten Wärme zur Verfügung. Der

Dampfdruck kann hierbei beliebig hoch gehalten werden. Nimmt man z. B. 20 Atm. Dampfdruck an, so steigt der thermische Wirkungs- _ grad der Dampfmaschine, auf Dampf bezogen, von 16 auf 24 Prozent. Der thermische Gesamtwirkungsgrad einer Kraftmaschinenanlage nach der Erfindung mit herabgesetztem Expansionsgrade .bzw. Verbrennungsdrucke und erhöhtem Dampfdrucke .ist daher 25+ 64 χ 0,24 = 40,4

ίο Prozent, wobei der Anteil der Dampfarbeit 61,5 Prozent der der Verbrennungsmaschinenarbeit bzw. 38 Prozent der Gesamtarbeit ausmacht.

In diesem Beispiel ist die Dampf arbeit im

15. Verhältnis zur Arbeit der Verbrennungsmaschine von 26 Prozent auf 61,5 Prozent gestiegen. Während also. im ersten Falle die Dampfmaschine etwa ein Viertel der Verbrennungs-' maschine leistet, leistet sie im zweiten erheblich über die Hälfte. Die Vergrößerung der Dampfmenge und der höhere Dampfdruck vermehren hier die Dampfarbeit derart, daß nicht nur die thermischen Verluste der reinen Verbrennungsmaschine ausgeglichen, sondern übertroffen werden. Durch Festsetzung des Verbrennungsdruckes, des Dampfdruckes und der Höhe der Überhitzung des Dampfes hat man es in der Hand, den thermischen Gesamtwirkungsgrad der neuen Kraftmaschinenanlage auf einer gewünschten Höhe zu halten. Bei großen Leistungen wird man den Dampfdruck im allgemeinen niedriger halten als bei kleinen Maschinen, weil dadurch' die Betriebssicherheit der Verbrennungsmaschine wie auch die der Dampfmaschine weiter erhöht wird und weil bei großer Leistung für die Ausnutzung des Dampfes nur die Dampfturbine in Frage kommt, für welche der hohe Dampfdruck nicht die Bedeutung hat wie für eine Kolbendampfmaschine. Aber selbst bei Maschinen größter Leistung wird es sich stets so einrichten lassen, daß der Gewinn an Dampfarbeit die thermischen Verluste der Verbrennungsmaschine zu einem großen Teil ausgleicht. Man braucht bei der im Beispiel angegebenen Herabsetzung des thermischen Wirkungsgrades der Verbrennungsmaschine durch Herabsetzung , des Verbrennungsdruckes nicht stehenbleiben, sondern kann noch erheblich weitergehen. Außerdem^- kann man zu diesem Zwecke auch die Verbfennungstemperatur herabsetzen, wodurch eine weitere Erhöhung der Betriebssicherheit gewährleistet wird. Ist der thermische Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine auf . 21 Prozent, herabgesetzt, so wächst beispielsweise die Dampfarbeit auf etwa 80 Prozent derjenigen der Verbrennungsmaschine.

Der ,Gestängedruck einer Zweitakt-Gleichdruck-Verbrennungsmaschine mit 10 Atm. Verbrennungsdruck beträgt, auf gleiche Leistung bezogen, nur etwa 47 Prozent von dem einer gewöhnlichen Gleichdruck-Verbrennungsmaschine mit 36 Atm. Verbrennungsdruck. Die Herstellungskosten einer. Maschine nach der Erfindung sind demnach, wie leicht einzusehen ist, bedeutend niedriger als bei einer gewöhnlichen Verbrennungsmaschine.

Wie schon erwähnt, führt die Steigerung der Kühlwassertemperatur über 100 ° bei den bisher üblichen Expansionsgraden und Verbrennungsdrucken in den Verbrennungszylindern Betriebs- Schwierigkeiten herbei, weil die Zylinderwände zu heiß werden. Die Wärmeübertragung an die Zylinderwände erreicht nämlich, auf die Flächeneinheit und Stunde bezogen, ungeheure Werte, die weder im Dampfkesselbetrieb noch auf anderen technischen Gebieten bei Heizung mit Feuergasen auch nur annähernd üblich sind, wobei noch zu berücksichtigen ist, daß für die Wärmeleitung durch die Zylinderwände das wegen seiner schlechten Wärmeleitzahl für solche Zwecke am . wenigsten, geeignete Gußeisen aus betriebstechnischen Gründen meistens Verwendung finden muß.

Nach angestellten Versuchen (s. Jahrbuch der Schiffbautechnischen Gesellschaft 1912, Vortrag von Junkers) gehen beispielsweise bei einer Zweitakt - Gleichdruck - Verbrennungsmaschine . unter normalen Betriebsverhältnissen etwa 260000 WE. auf ι qm Wandfläche des Verbrennungsraumes der am höchsten beanspruchten Zylinderstelle in der Stunde über. Zur Ableitung dieser großen Wärmemenge ist an dieser Stelle der Zylinderwand ein erhebliches Temperaturgefälle erforderlich; es beträgt etwa 50° für ι cm Wandstärke bei Gußeisen.

Ein Zylinder von 500 mm Durchmesser einer Gleichdruck - Verbrennungsmaschine - erfordert beispielsweise bei 36 Atm. Verbrennungsdruck eine Wandstärke von 4 cm, so daß zur Wärmeleitung ein Temperaturgefälle von 4 X 50 = 200° zwischen innerer Lauffläche und der Wärme ableitenden Außenfläche des Zylinders vorhanden sein muß. Eine derartig hohe Temperaturdifferenz in der Zylinderwand übt aber auf ihre Haltbarkeit einen recht ungünstigen Einfluß aus, welcher sich mit der Zeit in Rißbildungen bemerkbar macht.

Wie schon erwähnt, werden die Wände der Verbrennungszylinder jetzt meistens mit Wasser von 60 bis 80° Endtemperatur gekühlt. Die Temperatur der Zylinderlauffläche muß daher bei dem gewählten Beispiel 200 ° + (60 bis 80 °) = 260 ° bis 280 ° werden. Eine derartig hohe Temperatur der Lauffläche bildet beinahe die Grenze für die Schmierfähigkeit des an der Lauffläche haftenden Schmieröles und damit für die Haltbarkeit der Kolbenringe bei den hohen üblichen Verbrennungsdrucken.

Die hohe Temperaturdifferenz in der Zylinderwand sowie die hohe Temperatur der Zylinderlauffläche sind somit die Hauptursachen_; daß es bis heute noch nicht möglich gewesen ist,

das Kühlwasser im Kühlmantel unter hohem Druck (bis io Atm. und mehr) zu verdampfen und den auf diese Weise erzeugten hochgespannten Dampf in einer wirtschaftlich arbeitenden Dampfkraftmaschine neben dem durch die Abgase in bekannter Weise erzeugten zu verwenden. Ja, die vorerwähnten Ursachen gestatten deshalb nicht einmal bei Wasserkühlung die betriebssichere Herstellung von Verbrennungszylindern großer Leistungen.

Man hat zwar schon versucht, die Temperaturdifferenz in- der Zylinderwand herabzusetzen, indem man das Kühlwasser durch Schwächung der Zylinderwand möglichst nahe

i5- an die Zylinderlauffläche heranbrachte. Aber ganz abgesehen davon, daß zur Ausgleichung dieser Schwächung der Zylinderwand notwendigerweise angegossene oder aufgeschrumpfte Verstärkungen angebracht werden mußten, blieb trotzdem die Differenz von 50 ° für 1 cm Wandstärke bestehen. Rißbildungen sind auch hierbei in der Praxis noch die Folge gewesen.

Die vorliegende Erfindung bringt in dieser Beziehung eine erhebliche Verbesserung mit sich.

Der Wärmeübergang auf die Zylinderwand ist bekanntlich annähernd proportional der Dichte des Heizmittels. Setzt man beispielsweise den Verbrennungsdruck auf die Hälfte herab, so wird bei gleicher Temperaturdifferenz zwischen Heizmittel und Kühlmittel auch der Wärmeübergang auf etwa die Hälite herabgehen, und die Temperaturdifferenz in der Zylinderwand wird sich dann nur zu etwa 25 ° für ι cm Wandstärke ergeben. Da für den halben Verbrennungsdruck auch nur die halbe Wandstärke erforderlich ist, so sinkt die Temperaturdifferenz in der Zylinderwänd von 200 ° bei dem schon früher betrachteten Zylinder von 500 mm Durchmesser auf 2 X 25 = 50 °. Die dann noch auftretenden Wärmespannungen in der Zylinderwand sind nicht mehr gefährlich. Bei gleicher Temperatur der Lauffläche kann man deshalb bei der neuen Kraftmaschinenanlage mit der Temperatur des Kühlmittels erheblich höher gehen, und zwar auf 280 ° —· 50 ° = 230 °. Einer Kühltemperatur von 230 ° entspricht ein Dampfdruck von etwa 30 Atm. Nimmt man nur 20 Atm. Dampfdruck an, so wird die Temperatur der Lauffläche 211 ° + 50 ° = 261 ° werden, also so hoch wie bei Kühlung mit Wasser .von 6o° sein.

Wählt man den Dampfdruck gleich oder etwas größer als den Verbrennungsdruck, so kann man mit der Wandstärke bis auf das praktisch geringste Maß heruntergehen, wodurch die Temperatur der Zylinderlauffläche noch !deiner ausfällt. Beim Überwiegen des Dampfdruckes über den Verbrennungsdruck treten im Zylindermantel, abgesehen von den kleinen noch vorhandenen Wärmespannungen nur noch Druckspannungen auf, gegen welche bekanntlich Gußeisen erheblich widerstandsfähiger ist als gegen Zugspannungen. Es ist also möglich, betriebssichere Verbrennungszylinder auch von größter Leistung herzustellen. Das hier für eine Zweitakt - Gleichdruck - Verbrennungsmaschine Gesagte findet sinngemäße Anwendung für alle Arten'der Verbrennungskraftmaschinen, auch auf solche mit Vorkompression der Verbrennungsluft.' Es ist natürlich nicht notwendig,· den Dampf im Kühlmantel zu erzeugen, man kann vielmehr auch das zur Dampferzeugung erforderliche Speisewasser im Kühlmantel nur bis auf die Verdampfungstemperatur erwärmen, ohne daß etwas an dem vorliegenden Erfindungsgedanken geändert wird.

Die vorliegenden¹ Verhältnisse lassen sich am besten an Hand von Diagrammen übersehen.

Fig. ι stellt beispielsweise ein theoretisches Druckvolumendiagramm einer Zweitakt-Gleichdruck-Verbrennungsmaschine mit einem Expansionsgrad von ι : 36 und mit 36 Atm. Verbrennungsdruck dar, während Fig. 3 ein solches einer· Maschine mit herabgesetztem Expansionsgrad von ι: 18 und auf 18 Atm. herabgesetztem Verbrennungsdruck anzeigt. Zunächst sei bemerkt, daß beide Diagramme bei 1800 ° Verbrennungstemperatur zwar nicht die gleichen indizierten mittleren Drucke besitzen (7,5 kg/cm² in Fig. ι bzw. 6,7 kg/cm² in Fig. 2), daß aber die effektiven Leistungen zweier Zylinder von gleichen Abmessungen infolge des günstigen Gestängedruckes der Maschine mit herabgesetztem Expansionsgrad ungefähr gleich groß sind. Hieraus folgt, daß die zu kühlenden Zylinderoberflächen auch in beiden Fällen angenähert gleiche Größe aufweisen; ebenso ist die an das Kühlwasser übergehende Wärme dem absoluten Betrag nach annähernd übereinstimmend, nur ihre Verteilung über die einzelnen Teile der Oberfläche ist eine andere, bei der Kraftmaschinenanlage mit nach der Erfindung im Verbrennungszylinder herabgesetztem Expansionsgrad bzw. V.erbrennungsdruck günstigere. Das Verhalten ist aus den Fig. 2 und 4 zu ersehen. Es sind dies bekannte Darstellungen des Wärme- " Überganges, wie sie zuerst für Dampfkessel bekannt geworden sind. Die Heizflächen sind als' Abszissen, die in der Stunde auf den m² in jedem Teil der Heizfläche übergehende Wärme als Ordinate aufgetragen, während die schraffierten Flächen die -· gesamte übergehende Wärmemenge darstellen.

Fig. 2 gehört zu einer Verbrennungsmaschine der üblichen Bauweise mit dem Druckvolumendiagramm nach Fig. 1. Die Strecke A-B stellt die Oberfläche des zylindrischen Teiles des Kühlmantel seiner großen Maschine in m² dar. _%A-C ist der vom Kolben nicht überfahrene zylindrische Teil des Kompressionsraumes, C-B der vom Kolben freigegebene Mantel. Im Punkt D ist die Verbrennung beendet, er^nt-

spricht D in Fig. τ. Während der Verbrennung ist die Wärmeübertragung am höchsten und, wie früher erwähnt, etwa 260 000 WE für 1 m² Zylinderfläche. Mit abnehmendem Druck und abnehmender Temperatur geht sie zurück. Für die Zylinderwände gefährlich ist nur die am Anfang des Hubes: auftretende.

Fig. 4 zeigt die bedeutend günstigeren Verhältnisse für eine Zweitakt-Gleichdruck-Verbrennungsmaschine, welche in einer Kraftmaschinenanlage nach der Erfindung mit dem Druckvolumendiagramm nach Fig." 3 arbeitet. Die Wärmeübertragung hat hier einen Höchstwert von nur etwa 165 000 WE. für 1 m^a/Std.; sie

.1.5 bleibt infolge der längsameren Druck-,und Temperaturabnahme zwar höher wie die in Fig. 1; ,die Verteilung ist jedoch gleichmäßiger über den ganzen Hub und erreicht keinesfalls eine gefährliche Höhe. Dabei ist noch zu berücksichtigen, daß, wie schon erwähnt, die Zylinderwandstärke durch den halben Verbrennungsdruck nur halb so groß sein muß wie früher, und die hohe Temperaturdifferenz in der Wand, die die Ursache der Zerstörung durch Rißbildung ist, ganz bedeutend herabgesetzt wird. Wie schon hervorgehoben, liegt ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung darin, daß die betriebstechnisch günstige Dampfarbeit im Verhältnis zur Gesamtarbeit vergrößert wird.

Man kann diesen Erfindungsgedanken, noch ; weiter ausbauen, wenn man eine Kraftmaschinenanlage gemäß der Erfindung mit ein'er gewöhnlichen Dampfkraftanlage, d. h. mit einer solchen, welche einen besonders beheizten Kessel besitzt, vereinigt, ohne daß der thermische Gesamtwirkungsgrad ungünstig beeinflußt wird. Dieser Teil der Erfindung beruht nämlich auf der neuen Erkenntnis, daß der thermische Wirkungsgrad einer aus einer Verbrennungsmaschine und aus einer mit einer besonderen Feuerung versehenen Dampfkraftanlage bestehenden Kraftmaschinenanlage für jedes bestimmte Verhältnis von Verbrennungsmaschineh und Danipfarbeit in weiten Grenzen von der Höhe des Verbrennungsdruckes fast gänzlich nnabhängig ist, wie leicht durch Rechnung nachzuweisen ist.

Eine solche Vereinigung ergibt für eine bestimmte Dampfarbeit die kleinstmögliche Kesselanlage. Soll z. B. die Dampfarbeit so groß sein wie die Verbrennungsmaschinenarbeit, und hat man den thermischen Wirkungsgrad der Verbrennungsmaschine so vermindert, daß die aus der Verlustwärme entstehende Dampfarbeit etwa 80 Prozent derjenigen der Verbrennungs- - maschine ausmacht, dann ist die besondere Kesselanlage nur für eine restliche Dampferzeugung von 20 Prozent zu bemessen.. Gegenüber einer gewöhnlichen Dampfkraftanlage von der gleichen Leistung wie die der Verbrennungsmaschine werden 80 Prozent an Kessel erspart.

Zieht man zum Vergleich eine Dampfkraftanlage heran, welche die gesamte Leistung durch Dampf allein hervorbringt, dann beträgt die Kesselersparnis go Prozent. Hat man beispielsweise eine Kraftmaschinenanlage von 20 000 PS mit reinem Dampfbetrieb,' so-sind dazu, um eine Zahl zu nennen, 20 Kessel erforderlich. Bei einer Kraftmaschinenanlage, welche zur Hälfte aus einer gewöhnlichen Verbrenmingsmaschine ohne Ausnutzung der Verlustwärme und zur Hälfte aus einer gewöhnlichen Dampfkraftanlage besteht, sind für die gleicheXeistung noch 10 Kessel erforderlich. Entwirft man eine Kraftmaschinenanlage, bestehend aus einer gewohnlichen Verbrennungsmaschine mit Ausnutzung der Verlust wärme und aus einer Dampfkraftanlage, dann erzielt man nach früheren Ausführungen aus der Verlustwärme etwa 25 Prozent der Verbrennungsmaschinenarbeit und für die gleiche Dampfarbeit wie im vorstehenden Beispiel sind noch 75 Prozent des Dampfes in einer besonderen Kesselanlage zu erzeugen; die Kesselanlage muß also immer noch mit 7,5 Kesseln ausgeführt werden.

Eine Kraftmaschinenanlage nach der Erfindung braucht für das gleiche Verhältnis von Dampfarbeit und Arbeit der Verbrennungsmäschine nur noch zwei besonders beheizte Kessel. Eine nur aus Verbrennungsmaschinen bestehende Kraftanlage würde zwar überhaupt keine Kessel erfordern, die Kosten an Brennstoff würden aber bei einem Ölpreis von sechs Mark für 100 kg sich zu 1,2 Pfennig für 1 PS/Std. ergeben, während bei einer mit Öl und Kohle betriebenen Kraftmaschinenanlage nach der Erfindung' die Brennstoff kosten für die PS/Std. unter einem Pfennig bleiben werden.

Es könnte nun der Einwand erhoben werden, daß die zur Ausnutzung der Verlustwärme erforderlichen Einrichtungen die Ersparnisse an Kesseln aufwiegen. Das ist aber nicht der Fall. Die Hauptdampferzeugung erfolgt durch die Wände der Verbrennungszylinder, die Kühlmäntel sind sozusagen unter hohem Verbrennungsdruck stehende Feuerkisten. Die Wärme der Abgase wird dagegen hauptsächlich zur Überhitzung des in den Zylindermänteln erzeugten Dampfes und zur Vorwärmung des Speisewassers der Zylindermäntel und der damit verbundenen Dampfkraftanlage benutzt.

Für den Antrieb von Schiffen ist eine Kraftmaschinenanlage nach der Erfindung besonders zweckmäßig, denn bei. diesen braucht man schon für andere Zwecke eine Kesselanlage.

In vielen Fällen wird es sogar zweckmäßig sein, die Dampfkraftanlage ■ im Verhältnis zur Gesamtleistung erheblich größer als die der Verbrennungsmaschiue zu machen. Trotzdem wird der thermische Gesamtwirkungsgrad nicht viel sinken und die Ersparnis an der Kesselanlage dem absoluten Betrage nach bestehen bleiben.

1st ζ. B. das Verhältnis der Dampfarbeit zur Arbeit der Verbrennungsmaschine wie 2 : 1 und gibt die Verlustwärme der Verbrennungsma-■ schine so viel Dampf wie im vorigen Beispiel her, so ist der thermische Gesamtwii kungsgrad immer noch über 27 Prozent und die Ersparnis an Kesselanlage beläuft sich gegenüber einer gewöhnlichen Dampfkraftanlage noch auf 60 Prozent. Bei dieser Leistungsverteilung wird bei einer Anlage von 20 000 PS. die Verbrennungsmaschine 6660 PS. hervorbringen, die Dampfkraftanlage dagegen 13 340 PS. bewältigen, und zwar mit acht Kesseln.

Die Möglichkeit, zwei verschiedene Brennstoffe verwenden zu können, bietet den Vorteil, daß man mit der Dampfkraftanlage allein weiterarbeiten kann, wenn der Brennstoff für die Verbrennungsmaschine einmal ausgehen sollte. Weiter kommt hinzu, daß eine Kraftmaschinenanlage nach der Erfindung überlastbar ist, da die Kesselanlage forciert werden kann, während eine Kraftmaschinenanlage ohne besonders beheizte Kesselanlage sich in diesem Punkt genau wie eine gewöhnliche Verbrennungsmaschine verhält.

Die vorstehenden Ausführungen zeigen, daß die Verbrennungsmaschine, insbesondere auch die Zweitaktmaschine durch die vorliegende Erfindung selbst für größte Leistungen lebensfähig wird.

Claims (3)

Patent-Ansprüche:

1. Kraftmaschinenanlage, die aus einer Verbrennungsmaschine und aus einer Dampfmaschine besteht, bei welcher zur Speisung der letzteren Dampf verwendet wird, der aus der Verlustwärme der Verbrennungsmaschine, besonders derjenigen der Zylinderwandung gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Expansionsgrad im Verbrennungszylinder (der beispielsweise bei einer Zweitakt - Gleichdruck - Verbrennungsmaschine ι : 36 beträgt) und der Verbrennungsdruck (der bei einer solchen Maschine 36 Atm. ist) gegenüber dem üblichen herabgesetzt wird, aber gleichzeitig der Dampfdruck gesteigert wird, derart, daß durch die Steigerung des Dampfdiuckes bzw. der Kühlwassertemperatur und die mit der Herabsetzung des Expansionsgrades verbundene Vermehrung der Dampferzeugung die Dampfarbeit so vergrößert wird, daß die thermischen Verluste der Verbrennungsmaschine ganz oder teilweise wieder ausgeglichen werden.

2. Kraftmaschinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfdruck höher als der Verbrennungsdruck ist.

3. Kraftmaschinenanlage, dadurch gekennzeichnet, daß eine Maschinenanlage gemäß Anspruch 1 mit einer gewöhnlichen Dampfkraftanlage vereinigt ist..

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

Berlin, gedruckt in der reicHsdrückereI.