DE410741C

DE410741C - Machine for generating compressed gases

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Publication number: DE410741C
Application number: DEM77514D
Authority: DE
Original assignee: Individual
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Priority date: 1922-04-25
Filing date: 1922-04-25
Publication date: 1925-03-19

Description

Maschine zur Erzeugung von Druckgasen. Die Erfindung betrifft eine Maschine zur Erzeugung von Druckgasen (Gebläse), bei der die in die Luft eingeführte Wärme unmittelbar die Druckerhöhung und das Hinausschieben der verdichteten Gase sowie das Einsaugen frischer Gase bewirkt.Machine for generating compressed gases. The invention relates to a Machine for the generation of compressed gases (blower), in which the gas introduced into the air Heat immediately increases the pressure and pushes out the compressed gases as well as sucking in fresh gases.

In Abb. i der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen Gebläses schematisch dargestellt. Gemäß, diesem Beispiel besteht der Arbeitsraum des Gebläses aus einem Zylinder i, in dem ein Kolben .2 mittels der Stange 3 verschoben werden kann, welche durch irgendwelche Antriebsmittel, z. B. mittels eines Elektromotors 5 und einer Kurbelwelle 4., in hin und her gehende Bewegung versetzt wird. An dem einen Ende des Zylinders i ist ein Wärmespeicher 6 angeordnet, und eine Leitung 7 verbindet die beiden Enden des Zylinders. In dem einen Zylinderkopf befinden sich die Saug- und Druckventile 8 und g. io ist eine Düse zur Einführung des Brennstoffes. Auf dem Saugventil 8 lastet der atmosphärische Druck Po und auf dem Druckventil g der Druck P der Druckleitung. Im Betriebe ist die der Brennstoffdüse io abgekehrte Seite 6d .des Wärmespeichers 6 kalt (Temperatur Ta), während die Temperatur gegen das andere Ende 6b des Wärmespeichers allmählich bis Tb zunimmt.In Fig. I of the drawing, an embodiment of such a fan is shown schematically. According to this example, the working space of the fan consists of a cylinder i, in which a piston .2 can be moved by means of the rod 3, which is driven by any drive means, e.g. B. by means of an electric motor 5 and a crankshaft 4, is set in reciprocating motion. A heat accumulator 6 is arranged at one end of the cylinder i, and a line 7 connects the two ends of the cylinder. The suction and pressure valves 8 and g are located in one cylinder head. io is a nozzle for introducing the fuel. The atmospheric pressure Po is applied to the suction valve 8 and the pressure P of the pressure line is applied to the pressure valve g. During operation, the side 6d of the heat accumulator 6 facing away from the fuel nozzle io is cold (temperature Ta), while the temperature towards the other end 6b of the heat accumulator gradually increases to Tb .

Die Wirkungsweise einer solchen Maschine ist die folgende: Es sei angenommen, daß der Wärmespeicher sich bereits in dem Betriebszustande, also auf die Temperaturgrenzen Ta-Tb angewärmt, befindet und der ganze Raum des Zylinders i sowie auch der Kanal 7 mit kalter Luft von atmosphärischem Druck Po angefüllt ist. Es sei zunächst angenommen, daß überhaupt keine Brennstoffzufuhr stattfindet, sondern daß die ganze Wärme vom Wärmespeicher geliefert wird. Bewegt sich der Kolben 2 in der Richtung des Pfeiles i i, so wird die vor demselben befindliche kalte Luft von der Temperatur Ta über den Kanal 7 durch den Wärmespeicher 6 hindurchgetrieben und gelangt auf die andere Seite des Kolbens, wobei sich die Luft wesentlich auf die obere Temperatur Tb des Wärmespeichers erwärmt. Da während dieser Erwärmung das Gesamtv oltim der Luft keine Veränderung erfährt, steigt der Druck im Arbeitsraume allmählich an. Durch diese adiabatische Drucksteigerung erleidet aber die beim Durchtritt durch den Wärmespeicher auf die Temperatur Tb erhitzte Luft eine weitere Erwärmung. Diejenigen Luftteilchen, welche gleich am Anfange des Hubes durch den Wärmespeicher auf die warane Seite mit dem Druck Po übergetreten sind, erleiden eine der ganzen Druckstufe PC F entsprechende adiabatische Verdichtung, nachdem sie bereits auf die Temperatur Tb erhitzt worden - sind, und werden durch diese Verdichtung auf die Temperatur Tb -i- A T erhitzt. Die später durch den Wärmespeicher hindurchtretenden Luftteilchen erleiden einen Teil der adiabatischen Kompression noch vor dem Durchtritt durch den Wärmespeicher und bloß den übrigen Teil der der Druckstufe P" -P entsprechenden adiabatischen Kompression nach ihrem Durchtritt, so daß die durch diese Kompression bewirkte Erhitzung über die obere Temperatur Tb des Wärmespeichers geringer ist als 0 T. Diese durch die adiabatische Kompression erfolgende Erhitzung über die obere WärmespeichertemperaturTb fällt um so geringer aus, je später die Luftteilchen während des Hubes i i durch den Wärmespeicher hindurchgetreten sind, und verringert sich auf 0 für,diejenigen Luftteilchen, die bei Erreichung der oberen Druckgrenze P an der «-ahnen Seite des Wärmespeichers ausgetreten sind. Die Temperatur dieser letzten Luftteilchen beträgt demnach bei Erreichung der oberen Druck grenze P bloß Tb. Wie bereits erwähnt, steigt also der Druck im Zylinder während des Hubes i i allmählich ttnd erreicht z. B. in der mit gebrochener Linie angedeuteten Stellung 2' des Kolbens 2 den Wert P.The mode of operation of such a machine is as follows: It is assumed that the heat accumulator is already in the operating state, i.e. warmed to the temperature limits Ta-Tb, and the entire space of cylinder i and channel 7 with cold air at atmospheric pressure Po is full. It is initially assumed that there is no fuel supply at all, but that all the heat is supplied by the heat accumulator. If the piston 2 moves in the direction of the arrow ii, the cold air in front of the same is driven by the temperature Ta via the channel 7 through the heat accumulator 6 and reaches the other side of the piston, whereby the air is essentially on the upper one Heated temperature Tb of the heat accumulator. Since the total volume of the air does not change during this heating process, the pressure in the working area rises gradually. As a result of this adiabatic increase in pressure, however, the air heated to temperature Tb as it passes through the heat accumulator suffers further warming. Those air particles that have passed through the heat accumulator to the warane side with the pressure Po at the beginning of the stroke, suffer an adiabatic compression corresponding to the entire pressure stage PC F after they have already been heated to the temperature Tb , and are caused by this Compression to the temperature Tb -i- A T heated. The air particles that later pass through the heat accumulator suffer part of the adiabatic compression before they pass through the heat accumulator and only the remaining part of the adiabatic compression corresponding to the pressure level P "-P after it has passed, so that the heating caused by this compression is above the upper The temperature Tb of the heat accumulator is lower than 0 T. This heating above the upper heat accumulator temperature Tb due to the adiabatic compression is the lower the later the air particles have passed through the heat accumulator during stroke ii, and decreases to 0 for those air particles which emerged on the-anterior side of the heat accumulator when the upper pressure limit P was reached. The temperature of these last air particles is therefore only Tb when the upper pressure limit P is reached. As already mentioned, the pressure in the cylinder rises during stroke ii gradually ttnd reached e.g. in the position 2 'of the piston 2 indicated by the broken line, the value P.

Abb.2 zeigt den Kolben im Zylinder in dieser Stellung und an der linken Seite gleichzeitig die Schaulinie der Temperaturverteilung der Luftschichten im Zylinder. Am kalten Ende 6a des Wärmespeichers herrscht die Temperatur Ta, welche am warmen Ende 6b auf Tb steigt. Die zuerst übergetretenen, also knapp an die dem MTärmespeicher zugekehrte Seite des Kolbens 2 angrenzenden Luftschichten besitzen die Temperatur Tb ; 0T, während die Temperatur der Luftschichten gegen den Wärmespeicher allmählich auf Tb abnimmt. Die Temperatur der vor dem Kolben befindlichen Luft ist der Einfachheit halber nicht angedeutet, weil die Berücksichtigung der adiabatischen Verdichtung der kalten Luft vor ihrem Eintritt in den Wärmespeicher das Verständnis der Vorgänge erschweren würde. Setzt der Kolben seine Bewegung in der Richtung des Pfeiles ii fort, so werden, weitere kalte Luftmengen aus dem Raum ja in den Raum ib des Zylinders hinübergeschoben, es tritt dabei jedoch keine weitere Drucksteigerung ein, sondern es öffnet sich das Ventil g, und es wird kalte Luft aus dem Raum ja hinausgeschoben, so lange, bis der Kopien in seine Endstellung gelangt ist. Die hierbei durch den Wärmespeicher gedrückte Luft gelangt demnach mit der gleichmäßigen Temperatur Tb in den Zylinderraum ib. Die Temperaturverteilung der Luftschichten in dieser Endstellung des Kolbens ist in Abb. 3 mit dem vollen Linienzuge veranschaulicht. Die an den Kolben angrenzende Luftschicht besitzt nach wie vor die höchste Temperatur Tb +0 T, welche bis zu der am Ende der Verdichtungsperiode durch den Wärmespeicher hindurchgetretenen Luftschicht 15 auf T b sinkt, und sämtliche übrigen Luftschichten bis an die warme Seite 6b des Wärmespeichers besitzen die Temperatur Tb. Wird jetzt der Kolben 2 rückläufig in der Richtung des Pfeiles 12 bewegt, so wird die zwischen dem Kolben und der warmen Seite des Wärmespeichers im Raume ib befindliche Luft in entgegengesetzter Richtung durch den Wärmespeicher hindurchgedrückt, so daß sich die Luft wieder auf die Temperatur Ta abkühlt und Beinentsprechend eine adiabatische Druckverminderung von P auf Po erleidet, welcher eine Abkühlung um 0 T entspricht. Es sei hier nur der Einfluß der adiabatischen Abkühlung derjenigen Luftschichten berücksichtigt, die diese Abkühlung vor ihrem Eintritt an der warmen Seite des Wärmespeichers erleiden. Die zuerst an der warmen Seite des Wärmespeichers eintretenden Luftteilchen haben noch überhaupt keine adiabatische Druckverminderung erlitten, so daß sie mit der Temperatur Tb in den Wärmespeicher eintreten. Die später eintretenden Luftteilchen haben aber eine mehr oder weniger große acliabatische Temperaturerniedrigung erlitten, sind also kälter als Tb, wenn sie an der warmen Seite des Wärmespeichers in diesen eintreten.Fig. 2 shows the piston in the cylinder in this position and, on the left side, at the same time the visual line of the temperature distribution of the air layers in the cylinder. The temperature Ta prevails at the cold end 6a of the heat accumulator, which rises to Tb at the warm end 6b. The air layers that were traversed first, that is to say just adjacent to the side of the piston 2 facing the M heat accumulator, have the temperature Tb ; 0T, while the temperature of the air layers against the heat accumulator gradually decreases to Tb. The temperature of the air in front of the piston is not indicated for the sake of simplicity, because taking into account the adiabatic compression of the cold air before it enters the heat accumulator would make it difficult to understand the processes. If the piston continues its movement in the direction of the arrow ii, further amounts of cold air are pushed from the room into the room ib of the cylinder, but there is no further increase in pressure, but the valve g opens and it cold air is pushed out of the room until the copy has reached its end position. The air pressed through the heat accumulator in this way reaches the cylinder space ib with the uniform temperature Tb . The temperature distribution of the air layers in this end position of the piston is illustrated in Fig. 3 with the full line. The adjacent to the piston air layer has to be the highest temperature Tb +0 T, which up to the end of the compression period has passed through the heat storage air layer 1 5 is lowered to T b, and all other layers of the atmosphere up to the hot side 6b of the heat accumulator have the temperature Tb. If the piston 2 is now moved backwards in the direction of arrow 12, the air located between the piston and the warm side of the heat accumulator in space ib is pressed in the opposite direction through the heat accumulator, so that the air is again cools down to the temperature Ta and the leg accordingly suffers an adiabatic pressure reduction from P to Po, which corresponds to a cooling of 0T. Let us only consider the influence of the adiabatic cooling of those layers of air which suffer this cooling before they enter the warm side of the heat accumulator. The air particles that first enter the warm side of the heat accumulator have not yet suffered any adiabatic pressure reduction, so that they enter the heat accumulator at the temperature Tb. The air particles entering later, however, have suffered a more or less great decrease in acliabatic temperature and are therefore colder than Tb when they enter the heat storage tank on the warm side.

Diejenige Schicht 16 (Abb. 3), welche in dem Augenblick in den Wärmespeicher eintritt, wenn der Druck bereits auf Po gesunken ist, hat ihre ganze adiabatische Entspannung im warmen Raume ib des Zylinders ausgeführt und dementsprechend eine Temperaturerniedrigung von T A erlitten, so daf) diese Luftschicht mit der Temperatur Tb- L1 T in den Wärmespeicher tritt. Dic übrigen zwischen der Schicht 16 und dem Kolben befindlichen Luftschichten haben gleichfalls eine Temperaturerniedrigung uni 0 T erlitten, so daß die Temperaturen, mit denen die einzelnen Luftschichten in den Wärmespeicher treten, durch die gebrochene Schaulinie der Abb. 3 veranschaulicht werden. Es tritt demnach ein durch die Fläche c, d, e, f, c veranschaulichter Wärmeverbrauch ein, der durch Wärmezufuhr ersetzt werden inuß. Diese Wärmezufuhr erfolgte nun bisher dadurch, daß man gleich am Anfange der Kompressionsperiode, also am Anfange des Hubes i i, Brennstoff in die Arbeitsluft einführte. Infolge dieser Brennstoffzufuhr wird dieTemperatur sämtlicherLuftschichten, nachdem sie in den Raum Ib getreten sind, um den `'Wert L1 T' erhöht. Die Temperaturverteilung am Ende des Hubes (Pfeilrichtung i i) ist in diesem Falle in Abb. q. durch die volle Linie veranschaulicht, während die punktierte Linie die Temperaturverteilung ohne Wärmezufuhr (wie in Abb. 3) andeutet. Die mittlere Temperatur Tzii der Luft, die für den thermischen Wirkungsgrad inaßgebend ist, 'wird durch die strichpunktierte Linie dargestellt. Bei dieser Art der Wärmezufuhr ist nun die höchste Temperatur T b -f- A T -(- ,A T' wesentlich höher als die mittlere Temperatur Tin, was sowohl aus wärmewirtschaftlichen Rücksichten. als auch auf die voluinetrische Wirkung des Gebläses nachteilig ist. Für die volumetrische Wirkung des Gebläses ist es wünschenswert, die Luft möglichst hoch zu erhitzen. Nun setzen der Erhitzung die Baustoffeigenschaften der finit der erhitzten Luft in Berührung tretenden Teile des Gebläses eine Grenze, weshalb die höchste Temperatur die für den thermischen Wirkunggrad maßgebende mittlere Temperatur Trrc möglichst wenig übersteigen soll. Besonders nachteilig ist es, daß dieLuftsciriclrt, welche wesentlich höher als die obere Temperatur des Wärmespeichers erhitzt ist, gerade an den Kolben angrenzt, welcher praktisch die einzige Wand bildet, durch welche ein Wärmeverlust durch Leitung stattfindet. Bei der praktischen Ausführung der Maschine wird nämlich derjenige Teildes Zylinders, in (lern sich «,arme Luft befindet, mit einer wärmeisolierenden Auskleidung versehen und die Länge des Kolbens etwa gleich der Hublänge bemessen, so daß die heiße Luft nicht finit denjenigen Teilen der Zylinderwand in Berührung kommt, die mit der kalten Luft in Berührung treten. Es kann infolgedessen die Wärme von den warmen Teilen des Zylinders auf dessen kalte Teile oder von der warinen Luft auf die kalte Luft wesentlich nur durch Vermittlung des Kolbens üibertragen werden. Es ist demnach dafür zu sorgen, daß finit dem Kolben nicht allzu hoch erhitzte Luft in Berührung tritt.That layer 16 (Fig. 3), which enters the heat accumulator at the moment when the pressure has already dropped to Po, has carried out its entire adiabatic relaxation in the warm space ib of the cylinder and accordingly suffered a temperature decrease of TA, so that) this layer of air enters the heat storage tank at the temperature Tb- L1 T. The other layers of air located between layer 16 and the piston have also suffered a temperature decrease of uni 0 T, so that the temperatures at which the individual layers of air enter the heat accumulator are illustrated by the broken line in Fig. 3. Accordingly, there occurs a consumption of heat, illustrated by the area c, d, e, f, c , which must be replaced by the supply of heat. This supply of heat has hitherto taken place by introducing fuel into the working air right at the beginning of the compression period, that is to say at the beginning of stroke ii. As a result of this fuel supply, the temperature of all air layers after they have entered room Ib is increased by the `` value L1 T ' . The temperature distribution at the end of the stroke (arrow direction ii) is in this case in Fig. Q. illustrated by the full line, while the dotted line indicates the temperature distribution without heat input (as in Fig. 3). The mean temperature Tzii of the air, which is inaßgebend for the thermal efficiency, 'is shown by the dash-dotted line. With this type of heat supply, the highest temperature T b -f- A T- (-, A T 'is significantly higher than the mean temperature Tin, which is disadvantageous both for reasons of heat economy and for the volumetric effect of the fan For the volumetric effect of the blower, it is desirable to heat the air as high as possible. Now, the building material properties of the parts of the blower that come into contact with the heated air limit the heating, which is why the highest temperature is the mean temperature Trrc, which is decisive for the degree of thermal effectiveness It is particularly disadvantageous that the air circuit, which is heated considerably higher than the upper temperature of the heat accumulator, just adjoins the piston, which practically forms the only wall through which there is a loss of heat by conduction The machine becomes that part of the cylinder in t is provided with a heat-insulating lining and the length of the piston is approximately equal to the stroke length, so that the hot air does not come into contact finitely with those parts of the cylinder wall that come into contact with the cold air. As a result, the heat from the warm parts of the cylinder to its cold parts or from the warm air to the cold air can essentially only be transferred through the intermediary of the piston. It must therefore be ensured that finitely the piston does not come into contact with excessively heated air.

Dies wird gemäß .der Erfindung dadurch erreicht, daß rnan den Brennstoff wesentlich an der oberen Druckgrenze der Arbeitsluft zuführt, also mit der Brennstoffzufuhr in der Nähe desjenigen Zeitpunktes beginnt, in dem dieDruckluft bereits ihrenHöchstdruckP erreicht hat.According to the invention, this is achieved in that the fuel essentially at the upper pressure limit of the working air, i.e. with the fuel supply begins near the point in time at which the compressed air has already reached its maximum pressure P. has reached.

Zur Steuerung der Brennstoffzufuhr dient gemäß,der Zeichnung z. B. eine Nockenscheibe 13, die auf die Brennstoffpumpe 14 einwirkt. Doch kann hierzu selbstverständlich eine beliebige, dem Aggregatzustand des Brennstoffes entsprechende Steuerung verwendet «-erden.To control the fuel supply is used according to the drawing z. B. a cam disk 13 which acts on the fuel pump 14. Of course, any control system that corresponds to the physical state of the fuel can be used for this purpose.

Gemäß der Erfindung wird also, wenn sich der Kolben aus der mit vollen Linien gezeichneten Stellung in der Richtung des Pfeiles i i l;ewegt, zunächst kein Brennstoff eingeführt, so lange, bis der Kolben annähernd in diejenige Stellung 2' gelangt ist, in welcher der Druck seine obere Grenze P erreicht hat. Erst in diesem Augenblicke beginnt die Brennstoffzufuhr, welche während des ganzen weiteren Teiles des Hubes fortdauert. Während des rückläufigen Hubes findet dann überhaupt keine Brennstoffzufuhr statt.According to the invention, if the piston is from the full Lines drawn position in the direction of the arrow i i l; ewegt, initially none Fuel introduced until the piston is approximately in that position 2 'has reached in which the pressure has reached its upper limit P. Only in At this moment the fuel supply begins, which continues for the rest of the time Part of the stroke continues. During the declining stroke then takes place at all no fuel supply takes place.

A@bb. 5 veranschaulicht die Ten iperaturvert@ilu.ng bei einer solchen: Brennstoffzufuhr, wobei die Höchsttemperatur T b + .@ T' der Luft die für den thermischen Wirkungsgrad maßgebende mittlere Temperatur Tiu nur wenig übersteigt und wobei die an den Kolben angrenzende Luftschicht nur die Temperatur Tb -!- A. T erreicht, die nicht höher ist als die, die ohne Wärtnezuftthr, lediglich durch die adiabatische Kompression (Abb. 3) erreicht wird. Selbstverständlich muß man imit der Brennstoffzufuhr nicht genau im Augenblicke der Erreichung des Höchstdruckes einsetzen, sie kann auch schon etwas früher beginnen und kann etwas vor dem Ende des Hubes in der Richtung i i abgestellt werden; es kommt bloß darauf an, daß die Brennstoffzufuhr ihren Höchstwert nicht vor Eintritt des Höchstdruckes erreicht.A @ bb. 5 illustrates the ten iperaturvert@ilu.ng for such: fuel supply, the maximum temperature T b +. @ T 'of the air only slightly exceeding the mean temperature Tiu, which is decisive for the thermal efficiency, and the air layer adjacent to the piston only temperature Tb -! - A. T , which is not higher than that which is achieved without the addition of heat, only through adiabatic compression (Fig. 3). Of course, the fuel supply does not have to start exactly at the moment when the maximum pressure is reached; it can also start a little earlier and can be stopped a little before the end of the stroke in direction ii; all that matters is that the fuel supply does not reach its maximum value before the maximum pressure has been reached.

Claims

PATENT CLAIM: Machine for the generation of compressed gases, in which the Air in the working room by a displacer in alternating directions driven through a heat accumulator and introduced into the work space Fuel is heated, characterized in that the introduction of the fuel essentially at the upper compression limit of the air in the work area he follows.