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Heißluftmotor- und Dampfkraftanlage. Es sind Heißluftmotoranlagen
bekannt, bei denen die Arbeitsluft .durch eine mit Mantelkühlung versehene einstufige
Luftpumpe verdichtet, darauf einem Erhitzer zugeführt und nach Erhöhung der Temperatur
zur Arbeitsleistung ausgenutzt wird. Der Zweck der Mantelkühlung war, die Verdichtung
isothermisch durchzuführen. Die Wärmeentziehung durch den Zvlindermantel der Luftpumpe
ist indessen so gering, daß die Verdichtung trotz
der Kühlung nahezu
adiabatisch erfolgt. Die Anlagen arbeiten nur mit einer geringen Spannung. Wurde
eine höhere Spannung vorgesehen, so erhöhte sich infolge der nahezu adiabatischen
Verdichtung auch die Temperatur der verdichteten Arbeitsluft, so (laß dieser bis
zu einer bestimmten Höchsttemperatur nur eine geringere Wärmemenge zugeführt werden
konnte. Eine größere Leistung wurde also hiermit nicht erzielt.
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Es ist auch für den Betrieb einer Dampfluftmaschine der Vorschlag
gemacht, der Arl:eitsluft während der Saugperiode der einstufigen Luftpumpe gerade
so viel Wasserstaub beizufügen, wie zu einer isothermischen Verdichtung erforderlich
ist. Eine gleichmäßige Verdichtung des Wasserstaubes wird aber nicht erzielt. Die
Zvlinder und Kessel sind der Rostgefahr und yder Kesselsteinbildung ausgesetzt.
Außerdem sind Verluste bei einer mit Mischung verschiedener Dampf-oder Gasarten
arbeitenden Maschine nicht zti vermeiden.
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Um nun bei Heißluftmotoren eine hohe Luftspannung ausnutzen und die
hochgespannte Luft durch Abgase vorteilhaft erhitzen zu können, ist nach der Erfindung
zur Verdichtung der Arbeitsluft eine mehrstufige Luftpumpe mit zwischen ihren einzelnen
Stufen angeordneten Kühlvorrichtungen vorgesehen, und die hoch verdichtete Luft
wird von den Abgasen einer gemeinsam mit dem Luftmotor arbeitenden Dampfkraftanlage
erhitzt.
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Infolge dieser Anordnung wird die Verdichtungsarbeit der Luftpumpe
vermindert, die Temperatur der Arbeitsluft durch die Verdichtung nicht wesentlich
erhöht und somit die Abgase der mit dem Heißluftmotor parallel arbeitenden Dampfkraftanlage
in tunlichst günstiger Weise ausgenutzt.
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Um diese Wirkung zu erhöhen und eine hohe Temperatur der Arbeitsluft
zu erzielen, ohne daß der Lufterhitzer durch die hohe Temperatur der Kesselgase
leidet, ist der Lufterhitzer in zwei Teilen derart angeordnet, <laß der finit
dem Verdichter verbundene Teil in der Zone der kältesten und der finit dem Arbeitszylinder
verbundene Teil in der Zone der heißesten Gase und der Dampfüberhitzer zwischen
beiden Teilen angeordnet ist, wobei der erste Teil ini Gegenstrom und der zweite
Teil im Gleichstrom zti den Rauchgasen geführt wird.
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Damit im Luftüberhitzer nicht nur eine Temperatur-, sondern auch eine
Spannungserhöhung erzielt wird, ist die Steuerung des Verdichters und des Arlieitszvlinders
derart geregelt, daß die Luft im Erhitzer eine gewisse Zeit abgeschlossen bleibt,
so daß die Wärinezuftilir hei konstantem Volumen erfolgt, mit der Temperatur auch
die Spannung wächst und bei :dieser hohen Spannung der Arbeitszylinder seine Füllung
nimmt.
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Bei einem offenen Kreisprozeß würde die erste Stufe der Luftpumpe
sehr große Abmessungen erhalten; um diese zu verringern, ist ein geschlossener Kreisprozeß
vorgesehen, so daß die Arbeitsluft mit einer höheren Spannung der Luftpumpe zugeführt
wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen Abb. r den
Ouerschnitt durch den Dampfinaschinenkessel nebst Überhitzer, Abb. a einen Grundriß
der Gesamtanlage und Abb.3 ein Diagramm der Pumpen- und Luftzylinderarbeit ohne
Berücksichtigung der schädlichen Räume.
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In dem Kessel K wird die höchste Temperatur der Feuerung ausgenutzt.
Er dient zur Erzeugung des Dampfes für den Dampfinaschinenzylinder ZII, der im vorliegenden
Ausführungsbeispiel als Gleichstroinzvlinder ausgebildet ist. Die Feuergase streichen
in die Rauchkammer R, in welcher ein Luft-und ein Dampfüberhitzer gelagert ist.
Der Luftüberhitzer besteht aus zwei Teilen, und zwar dem von den heißeren Rauchgasen
im Gleichstrom bestrichenen Teil L1 und dem von den kühleren Heizgasen bestrichenen
Teil L2. Zwischen beiden Teilen liegt der Dampfüberhitzer D, der von den Heizgasen
im Gegenstrom bestrichen wird.
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Der Luftmotorzy linder Z1 wird vom Luftüberhitzer gespeist. Seine
Arbeit wird vollständig auf die Kurbelwelle übertragen. Die Leistung des vom Dampfüberhitzer
gespeisten Dampfmaschinenzylinders ZII wird nur zum Teil auf die Kurbelwelle übertragen.
Der andere Teil der Leistung wird in der dreistufigen Luftpumpe P, deren Kolben
unmittelbar mit dein Kolben der Dampfmaschine verbunden ist, aufgezehrt.
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Der Zylinder Z' des Luftmotors ist als einstufiger Gleichstromzylinder
ausgebildet. Nachdem die Luft in ihm Arbeit geleistet hat, entweicht sie durch die
Zvlinderschlitze und gelangt durch die Leitung o in den Kühler K1, in welchem, wie
aus dein Diagrainin Abb. 3 hervorgeht, eine Spannung von 2,5 Atm. herrscht.
Nachdem die Luft hier abgekühlt bzw. ihr spezifisches Volumen verringert ist, wird
sie durch das Rohr J in die erste Stufe der Luftpumpe p geleitet und hier nach der
Polytrope a, h auf 6 Atm. verdichtet. Darauf wird die Luft durch den zweiten Kühler
K2 wieder abgekühlt, und es erfolgt die Verdichtung nach c, d auf 1d. Atiii.
und nach nochmaliger Kühlung durch den dritten Kühler Kß nach e, f auf 3o
Atm. und endlich der Auslaß nach f, g vor Eintritt in den Lufterhitzer.
Da
die Füllung des Luftzylinders erst nach einer Kurbeldrehung um i8o° beginnt und
der Luftüberhitzer bis dahin abgeschlossen bleibt, wächst mit der Temperatur auch
die Spannung im Überhitzer bis h (vgl. Abb. 3). Jetzt nimmt der Luftzylinder seine
Füllung, wobei die Spannung bis i und nach der anschließenden Expansion bis k sinkt.
Beim Auslaß in den Kühler K1 fällt die Spannung bis in, und der Arbeitsvorgang wiederholt
sich.
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Die Spannung der Luft im Kühler K'- kann durch eine besondere Luftpumpe,
welche die Undichtigkeitsverluste ersetzt, konstant, d. h. auf der Austrittsspannung
- 2,5 Atm. gehalten werden. Nach Abzug der Verdichtungsarbeit für die Luftpumpe
verbleibt von dem Diagramm des Luftzylinders die Fläche a, b, c, d, e, f, g,
h, i, k, in, a, durch welche der Arbeitsausschuß dargestellt wird. Diese Fläche
ist abhängig von der Spannung und dem Temperaturunterschied zwischen Eintritt in
den Luftüberhitzer und Austritt aus demselben. Da die Temperatur der Luft beim Eintritt
in den überhitzer sehr gering ist, so werden die Abgase des Kessels tunlichst weit
ausgenutzt. Andererseits kann die bei der Kühlung der Luft abgeführte Wärme für
den Kesselbetrieb Verwendung finden. Beispielsweise wird in Abb. z durch die Speisepumpe
S das Speisewasser durch den Kühler KI gedrückt; es dient also zur Kühlung der Luft
und wird in demselben vorgewärmt, bevor es in den Kessel gelangt.
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Luft- und Dampfzylinder können derartig zu einem Zylinder vereinigt
werden, daß in bekannter Weise auf der einen Seite des Kolbens der Dampf und auf
der anderen Seite die Luft zur Wirkung kommt. In dieser Weise kann auch das Spannungsgefälle
der Luft und des Dampfes in zwei Stufen durch einen gemeinsamen Hoch- und Niederdruckzylinder
ausgesetzt werden. Hierbei ist die Möglichkeit vorhanden, dem Dampf und der Luft
durch Zwischenüberhitzung nochmals Wärme zuzuführen.
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Die Vereinigung des Luftmotors mit einer Dampfmaschine hat, auch den
Vorteil, daß die Inbetriebsetzung ohne Schwierigkeit erfolgen kann und die Dampfmaschine
die Leistungsregelung übernimmt, während der Luftmotor mit gleichmäßiger Füllung
arbeitet. Die aus dem Heißluftzylinder in den ersten Kühler übertretende Luft kann
auch zur Vorüberhitzung der aus der letzten Stufe der Pumpe in den TJberhitzer gedrückten
Luft Verwendung finden.
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Die Ausnutzung der heißesten Verbrennungsgase in dem Dampfkessel hat
den Vorteil, daß die Luftüberhitzer nur von Rauch-und Feuergasen bestrichen werden,
welche in ihrer Temperatur schon etwas herabgesetzt sind. Die Gefahr des Verbrennens
der Luftüberhitzer ist damit ausgeschlossen.