DE356268C

DE356268C - Maschine zur Ausnutzung von Temperaturgefaellen

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Publication number: DE356268C
Application number: DEM68325D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1920-02-17
Filing date: 1920-02-17
Publication date: 1922-07-21

Description

Es ist bekannt, natürliche oder künstliche Temperaturgefälle dadurch auszunutzen, daß die Wärme zur Verdampfung einer leicht siedenden Flüssigkeit und die Kälte zur Rückverdichtung des Dampfes benutzt wird. Man hai auch bereits vorgeschlagen, die Verdampfung und Kondensation in geschlossenen lamellenartigen Behältern durchzuführen und die durch die Ausdehnung und Zusammenziehung der

ίο Doseninhaltes erzeugten Bewegungen auf eil? beliebiges Getriebe zu übertragen.

Die Erfindung geht von der letzteren Gattung" von Maschinen aus und besteht im wesentlichen darin, daß die zweckmäßig als Ausdehnungskörper zu bezeichnenden Dosen oder Lamellen in einem geschlossenen Gehäuse oder Behälter untergebracht sind, durch welche das Heizoder Kühlmittel hindurchgeschickt wird. Diese Maßnahme hat den Vorteil, daß das Heiz- oder

ao Kühlmittel auf die Wandungen mit verschiedenen Drücken zur Einwirkung gebracht werden kann, was für die Regelung der Arbeit der Ausdehnungskörper von Wichtigkeit ist.
Die Erfindung besteht ferner in der besonderen

as Anordnung und Steuerung der mit Ausdehnungskörper!! ausgerüsteten Kammern.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt. Hier zeigt

Abb. r einen senkrechten Mittelschnitt durch die gesamte Vorrichtung,

Abb. 2 einen Schnitt nach Linie A-B der Abb. r,

Abb. 3 einen Schnitt durch den Mittelteil der Vorrichtung nach Linie C-D der Abb. 1,

Abb. 4 einen senkrechten Schnitt durch den oberen Mittelteil der Vorrichtung nach Linie E-F der Abb. 2,

Abb. 5 und 6 zeigen je in einem senkrechten Schnitt eine Äusführungsform der Ausdehnungskörper.

Wie aus der Zeichnung hervorgeht, besteht die Kraftmaschine aus einer Anzahl im Kreis auf einer Bodenplatte 2 befestigter Gehäuse x^a, x^b, x^c usw., welche sowohl mit ihren oberen als auch unteren Enden vermittels entsprechender Leitungen 3^a, s^b, 3^C usw. und 4**, 4*, 4° usw. mit einer in der Mitte des Gehäusekranzes angeordneten Kammer 5 in Verbindung stehen.

In dieser Kammer werden mit Hilfe gleichachsiger senkrechter Zwischenwände zwei ringförmige Abteilungen 6 und 7 gebildet, die unter Zuhilfenahme von zwei Leitungen 8 und 9

mit der Saug- sowie mit der Druckseite einer Maschine io in Verbindung stehen, welche ein Ventilator sein wird, wenn ein Gas in Bewegung gesetzt werden soll, oder eine Zentrifugalpumpe, sobald eine Flüssigkeit befördert werden soll. Oberhalb der Abteilungen 6 und 7 und in der Höhe der Leitungen 3 ist ein drehbarer Verteiler (Trommel) 11 vorgesehen, dessen der Anzahl der Gehäuse 1 entsprechende öffnungen in seiner zylindrischen Wand derart angeordnet sind, daß mit Ausnahme von zweien immer je zwei untereinander verbunden sind, wie Abb. 2 zeigt. In dem Trommelverteiler 11 werden Abteilungen 6', 7' und 7" angeordnet, die denen mit 6 und 7 bezeichneten entsprechen und sich oberhalb diesen befinden. Die Verteilungstrommel bildet ein Stück mit den gleichachsigen senkrechten Röhren 12 und 13, die an die Stutzen 12' und 13' derselben angeschlossen

ao sind.

An den Rohren 12 und 13 ist in der Zone der Rohrleitungen 4 ein anderer Verteiler 14 (Abb. 3) angeschlossen, welcher aus zwei Abteilungen 15 und r.6 besteht und in seiner zylindrischen Wand mit einer den Gehäusen 1 entsprechenden Anzahl Öffnungen ausgestattet. ist, von denen zwei 15' und i6' an die Kammern 15 und 16 angeschlossen sind, während von den übrigen immer je zwei nebeneinander befindliche miteinander in Verbindung stehen.

Die von den Rohren 12 und 13 und den Verteilern ix und 14 gebildete drehbare Einrichtung erhält von außen her eine gleichförmige oder absatzweise Drehbewegung, und zwar durch ein Schneckenrad 13", das auf dem Rohr 13 befestigt ist und durch eine Schnecke 13"', die ihren Antrieb von einem gegebenenfalls vom Hauptmotor angetriebenen Motor erhält. Die Rohre 12 und 13 und die Abteilungen .

15, 16 decken sich mit den kreisförmigen Müji- j düngen der feststehenden Leitungen 17, 18, 19, j 20, in welche die Zuleitungen 17', 20' und die Auspuff leitungen 18', 19' münden. '

In den Gehäusen r befindet sich je eine Säule von balgartigen kleinen Ausdehnungskörpern 21, die aus zwei biegsamen Scheiben, welche durch eine elastische, zylindrische Wand verbunden sind, gebildet werden, wobei zwischen je zwei benachbarten Scheiben zweier Behälter eine Stange 22 eingeschaltet ist.

Diese Scheiben können aus Wellblech bestehen, wie in Abb. 5 gezeigt ist, oder von nachgiebigen Membranen gebildet werden, welche , Anordnung in Abb. 6 veranschaulicht ist. Doch wird in. beiden Fällen die Veränderung des Ausdehnungskörpervolumens durch eine Annähe- j rung oder Entfernung der Scheiben eines Ausdehnungskörpers erzielt.
Die an dem Boden des untersten Ausdehnungskörpers angeschlossene Stange 22 wird an dem Boden des Gehäuses 1 befestigt und die Stange des Deckels des höchstgelegenen Ausdehnungskörpers derart verlängert, daß sie durch eine im Gehäusedeckel angeordnete Stopfbüchse 23 hindurchragt und an einen Kolben 24 angeschlossen ist, welcher in einem Zylinder 25 gleitet und in seiner höchsten Stellung vermittels Gegengewichte 26 gehalten wird, die an über die Rollen 28 geführten Schnüren 27 hängen.

Diese Gegengewichte können gleichzeitig zum Ausgleichen des Gewichtes des Kolbens und der angeschlossenen Teile dienen, ferner zur Erzielung der erforderlichen Saugwirkung für das Ansaugen der Flüssigkeit durch die Leitung 33 und schließlich zur Regelung des Innendruekes der Ausdehnungskörper. Eine solche Regelung ist namentlich dann erforderlich, wenn der Druck des in den Behältern befindlichen Dampfes trotz der höchsten Außentemperatur niedriger als der atmosphärische Druck ist, da in diesem Falle die Behälter durch eine zusätzliche Wirkung ausgedehnt werden müssen.

Zwischen je zwei benachbarten Ausdehnungskörpern 21 wird an die Verbindungsstange 22 eine derart mit Öffnungen versehene Zwischenwand 29 eingeschaltet, daß die in das Gehäuse 1 eingeführte Flüssigkeit gezwungen wird, die Ausdehnungskörper 21 zu bespülen. ·

Die verschiedenen Zylinder 25 stehen durch die Rohrleitungen 30 mit einer mittleren Kammer 31 in Verbindung, in welche von unten durch die Ventile 32 hindurch die Saugleitung 33 mündet. Diese Kammer steht andererseits durch die Ventile 34 mit einer Auslaßleitung 35 in Verbindung, in Welche eine Luft- oder Gaskammer 36 eingesetzt ist.

Der Motor wird mit einem warmen Mittel, wie von einer natürlichen oder künstlichen Wärmequelle erwärmten Luft oder erwärmtem Wasser gespeist, das in die Leitung 17' eintritt, während ein kaltes Mittel, wie Luft oder Wasser von gewöhnlicher Temperatur oder künstlich durch Verdunstung oder andere Verfahren abgekühlt, durch die Leitung 20' zugeführt wird.

Die in jedem Gehäuse 1 eingeschlossenen Ausdehnungskörper 21 müssen eine bestimmte Menge einer Flüssigkeit enthalten, welche bei der Temperatur des warmen Mittels verdampft, ito und deren Druck durch die Gegengewichte 26 geregelt wird.

Falls mit hohen Temperaturen gearbeitet wird, kann man hierfür Wasser benutzen, indem durch die Leitung 17' Luft oder ein anderes Gas, oder auch eine Flüssigkeit, wie Öl, von einer Temperatur über 100° zugeführt wird, während man bei der Anwendung von niedrigen Temperaturen Zuflucht zu Ammoniak, Schwefelsäure, Chloräthyl, Schwefeläther,. Schwefelkohlenstoff, Essenzen, Benzolen, Alkoholen usw. nehmen wird, wobei die Ausdehnung oder Zu-

sammenziehung der Ausdehnungskörper gemäß der Verdampfungstemperatur der angewendeten Flüssigkeit ausgenutzt wird.

Für den Betrieb der ganzen Kraftmaschinen ist es erforderlich, daß zunächst die mittlere Einrichtung ii, 12, 13, 14 in einer Richtung entgegengesetzt der Uhrzeigerbewegung gedreh' wird und daß durch die Leitung 19/ ein Mittel, gegebenenfalls unter Druck zugeführt wird, da:

von höherer Temperatur als das zur gleicher Zeit in die Leitung 20' eingeführte Mittel ist.

Die Wirkungsweise des Motors geht nur , folgendermaßen vor sich: ■

Das durch die Leitung 17' ankommende warme Mittel gelangt in das senkrechte Rohr 12, fließt durch die Mündung 12' und sodann durch , den Stutzen 3", von hier in den oberen Teil des betreffenden Gehäuses i^a, wo es einen Teil seiner Wärme an die Ausdehnungskörper 21 abgibt, dessen Inhalt verdampft, wobei eine Ausdehnung dieser Körper selbst stattfindet und gleichzeitig ein Anheben des oberen Endes der Stange 22'. Das warme Mittel, welches das | Gehäuse x^a von oben nach unten gemäß den

Pfeilen der Abb. 1 durchströmt hat, gelangt j dann in die untere Leitung 4", die infolge der in diesem Zeitpunkt eingenommenen Stellung des Verteilers 14 (Abb. 3) mit der Leitung 4^b des Gehäuses x^b in Verbindung steht. Das Mittel gelangt sodann in den unteren Teil des Gehäuses x^b, durchströmt dieses nach oben zu und verläßt es durch die Leitung 3*, um hierauf durch die Leitung 3^C (Abb. 2) in den oberen Teil des Gehäuses i^c zu strömen, von hier in gleicher Weise nach unten zu gehen, sodann durch den unteren Kanal 4°, welcher mit dem ' Kanal 4^d (Abb. 3) in Verbindung steht, so daß : die Flüssigkeit von unten nach oben das Ge- ■ häuse x^d durchströmt, das es durch die Leitung; 3^ verläßt, die mit dem Rohr 13 und der Aus- ■ laßleitung 18' in Verbindung steht. Das warme < Mittel durchströmt daher nacheinander die Ge- j häuse x^a> x^b, x^c, x^d, wobei es seine Wärme gan^ oder teilweise abgibt. '

Zu gleicher Zeit langt die kalte Flüssigkeit in der Leitung 20' an, geht durch die Kammer 16 des unteren Verteilers 14, sodann durch die ; Leitung 4* nacheinander durch die Gehäuse x', ' x^l, x^m, xⁿ, dessen Leitung 4" mit der Mündung 15' (Abb. 3) übereinstimmt, durch welche es in die Auslaßleitung ig' (Abb. 1) geleitet wird. Die i kalte Flüssigkeit durchläuft somit die andere Gruppe der vier Gehäuse x^l, x^l, x^m, xⁿ. ι

In den andern beiden Gruppen von je vier Gehäusen findet weder ein Umlauf von kalter noch von warmer Flüssigkeit statt, sondern nur ein innerer Umlauf, welcher durch die Vorrichtung 10 bewirkt wird und zur Folge hat, daß ' die Luft oder ein anderes in den Gehäusen ent- ; haltenes Mittel nacheinander von dem Ge- ! häuse i^r zu demjenigen i^e strömt, sodann durch j die Leitungen 7', δ, ο, und 7", hierauf in die Gehäuse 1/, XS₁ χΐ\ durch die Leitung 6' in das Gehäuse x° und schließlich durch die Gehäuse Ii, xP zu dem Gehäuse i>\

In diesen beiden Gehäusegruppen findet c omit ein geschlossener, innerer Umlauf statt, wodurch ein Wärmeausgleich zwischen den Gehäusen, die vorher von dem warmen Mittel und denjenigen, die vorher durch das kalte Mittel bespült worden sind, vor sich geht.

Auch bei Drehung der Verteilungseinrichtung 11, 12, 13, 14 um ein sechzehntel des Kreisumfanges bleibt noch immer zwischen den Gehäucxn eine Verteilung in vier Gruppen bestehen, von denen eine von dem warmen Mittel und eine von dem kalten Mittel betrieben werden, während zwei Gruppen einen inneren Umlauf erhalten. Doch ist hierbei jede Gruppe um ein Gehäuse verschoben, so daß die Gruppe mit warmer Versorgung die Gehäuse x^b, x^c, x^d, x^e und die mit kalter diejenigen x^l, x^m, 1", x° usw. einschließen.

Jedes Gehäuse wird also somit während einer gewissen Zeit der Wirkung des warmen Mittels unterworfen, und zwar in steigendem Grade mit der Annäherung an die Versorgungsstelle, hierauf der abkühlenden Einwirkung des in den anderen Gehäusen befindlichen Inhalts, auf welchen kurz zuvor das Kühlmittel eingewirkt hat, hierauf der Wirkung des Kühlmittels selbst und schließlich der vorwärmenden Einwirkung des Inhalts derjenigen Gehäuse, in welchen kurz vorher das Wärmemittel gewirkt hat.

Während der Bespülung durch das Wärmemittel verdampft der Inhalt der Ausdehnungkörper 21, so daß diese aufgebläht und die Stang 22' und mithin der entsprechende Kolben 24 angehoben werden, während infolge der Einwirkung des Kältemittels der Inhalt der Ausdehnungskörper 21 wieder kondensiert wird, so daß diese zusammenschrumpfen, wodurch ein Sinken der Stange 22' und des angeschlossenen Kolbens stattfindet.

Wenn die Ausdehnungskörper 21 mit kritisehen inneren Drücken arbeiten, so nimmt jeder Kolben in den zwischengeschalteten Perioden eine Mittelstellung ein; wenn sie hingegen mit einem höheren Druck als den kritischen arbeiten, so wird das Ausdehnen erst dann erfolgen, wenn im Innern dieser Körper die Temperatur die Höhe der Siedehitze bei dem herrschenden Druck erreicht hat.

Mithin findet ein vollständiger Arbeitsgang eines jeden Kolbens bei jeder Umdrehung des Verteilers ii, 12, 13., 14 statt, dessen Geschwindigkeit mit Rücksicht auf die Anzahl eine Gruppe bildenden Gehäuse geregelt werden muß, so daß die betreffende Flüssigkeit ihre ganze Wärme an die Ausdehnungskörper 21 iao abzugeben imstande ist.

In der gezeigten Ausführung werden die

Kolbenbewegungen dazu benutzt, um Wasser durch die Leitung 33 anzusaugen und in die Leitung 35 zu drücken, oder Wans-cr für Bcspülungszwecke zu heben oder für motorische Zwecke aufzuspeichern.

In dem letzterwähnten Falle wird die Leitung 35 mit einem hydraulischen Motor beliebiget Bauart, z. B. einer Turbine, verbunden, dessen Auslaß in die Leitung 33 geführt wird. Zu diesem Zweck kann Wasser oder eine andere geeignete Flüssigkeit zur Verwendimg gelange i. Die abwechselnde Bewegung der Stangen 22' kann auch in anderer Weise ausgenutzt werden, z. B. für die unmittelbare oder mittelbare Aus *5 führung einer Arbeit. Auf jeden Fall kann man mit einer Kraftmaschine der beschriebenen Art ein zur Verfügung stehendes Temperaturgefälle in vollkommener Weiso ausnutzen, wobei der Aibeitsgang derart getroffen werden kann, daß der Wärmeausgleich zwischen der in den Ausdehnungskörpern 21 befindlichen Flüssigkeit und des in Anwendung genommenen Mittels sein Maximum unter gleichzeitiger Herabminderung der Verluste aui ein Minimum erreicht wird.

Die Art der vorliegenden Kraftmaschine gestattet ferner die Ausnutzung eines engbegrenzten Tdmperaturgefälles sowis die Anwendung jeder Wärmequelle, sogai solcher von niedriger Temperatui bei Verwendung eines Inhaltes für die Ausdehnungskörper 21, der bei der zur Verfügung stehenden Tempeiatur verdampft.

Das wanne Mittel kann, nachdem es den Apparat durchströmt hat, durch die Lesung i8' i zu dem Wärmeg?nerator zurückgebracht wer- ; den, wo es aufs neue erhitzt wird, wodurch auf ; diese Weise ein geschlossenei Kreislauf gebildet ^: wird, wie z. B. bei den Thermosiphonheizungsanlagen. In gleicher Weise kann man den Kreis- ', lauf des kalten Mittels handhaben. :

Es ist selbstredend möglich, natürliche Wärme- i quellen (vulkanischerNatur, Sonnenwärme usw.) ' oder Abwärme (Industrieöfen, Auspuffgase und ; -dämpfe, Kondensationswässer usw.), kurz im ; allgemeinen gesagt, jede Wärmequelle von ; großer oder kleiner Intensität zu benutzen.

Als kaltes Mittel kann kalte Luft oder kaltes Wasser in Verwendung genommen werden, wobei die Abkühlung z. B. durch Verdunstung von Wasser oder anderen Flüssigkeiten erzielt werden kann. Für den Betrieb der Kraftmaschine genügt es schon, wenn ein Temperaturgefälle zwischen der gewöhnlichen Atmosphäre und abgekühlter Luft vorhanden ist, oder auch zwischen zwei Wassermengen von verschiedener Temperatur.

Claims

Patent-Ansprüche :

1. Kraftmaschine zur Ausnutzung von Temperaturgefällen, bei welcher die durch Temperaturwechsel erzeugte Ausdehnung und Zusammenziehung von mit einer leicht verdampfbaren Flüssigkeit gefüllten Ausdehnungskörpern auf ein Getriebe übertragen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausdehnungskörper in geschlossenen, von dem Heiz- oder Kühlmittel abwechselnd durchfloss en en Behältern angeordnet sind.

2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gehäuse, in denen die Ausdehnungskörper untergebracht sind, in einem geschlossenen Kreis angeordnet und mit ihren Enden an eine Mittelkammer angeschlossen sind, in welcher ein drehbarer, mit den Zu- und Ableitungen in Verbindung stehender, derart mit Mündungen ausgestatteter Verteiler eingesetzt ist, daß bei jeder seiner Stellungen eine Gruppe der Gehäuse von dem Heizmittel und die andere Gruppe von dem Kühlmittel durchströmt werden.

3. Maschine nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die Einrichtung der Steuerung derart, daß bei jeder Betriebsstellung etwa ein Viertel der Gehäuse geheizt, ein weiteres Viertel der Gehäuse gekühlt und die zwischen beiden Gruppen liegenden verbleibenden Viertelgruppen miteinander derart in Verbindung stehen, daß go zwischen beiden ein Temperaturaustausch stattfinden kann.

4. Maschine nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der drehbar gelagerte Verteiler in einer Mittelkammer untergebracht ist, in welche die verschiedenen Leitungen von den die Ausdehnungskörper enthaltenden Gehäusen münden, und daß er aus zwei Trommeln entsprechend den oberen und unteren Leitungen besteht, die in ihrem zylindrischen Teile eine Anzahl Öffnungen besitzen, von denen zwei der Einlaß- oder der Auslaßleitung entsprechen, während die anderen immer je zwei verschiedene Gehäuse verbinden.

5. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Mittelkammer angeordnete Verteiler eine schrittweise oder gleichförmige Bewegung erhält, und zwar von außen her, gegebenen- no falls von der Kraftmaschine selbst, und zwar in dem Sinne, in welchem die mit den betreffenden Mitteln zu versorgenden Gehäuse folgen.

Hierzu r Blatt Zeichnungen.