DE47730C - Verfahren zum Betriebe einer Kraftmaschine mittels Wasserdampf, Luft und Brennstoff und Heifsluftmaschine - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT

(Langaster, England).

und Heifsluftmaschine.

Der Motor nach- vorliegender Erfindung wird durch erhitzte Luft oder ein Gemisch von erhitzter Luft und Dampf betrieben, welches in eine geschlossene Verbrennungskammer unmittelbar unter dem Arbeitskolben eingeleitet und hier durch Verbrennen von flüssigem oder gasförmigem Brennmaterial zum Betriebe des Arbeitskolbens ausgedehnt wird.

An diesem Motor sind Einrichtungen angebracht, 'um die Hitze der abziehenden Gase in vollkommenstem Mafse und im Gegenstrome zu der nach der Verbrennungskammer strömenden Luft auszunutzen, um auf diese Weise einen hohen NutzefFect in der Leistung des Motors zu erzielen.

Zu diesem Zwecke stehen mit der Verbrennungskammer, in welcher die Kraftflüssigkeit (erhitzte Luft oder erhitzte Luft und Dampf gemischt) durch Verbrennung gasförmigen oder flüssigen Brennmaterials ausgedehnt wird, ein Regenerator in Verbindung, in welchem ein grofser Theil der Hitze der Auspuffgase angesammelt wird, um dieselbe an den nächstfolgenden Strom der Kraftflüssigkeit auf seinem Wege in die Verbrennungskammer abzugeben; ferner ein Ueberhitzer, durch welchen die vom Regenerator kommenden Auspuffgase hindurchströmen und ihn erhitzen; schliefslich noch ein Saturationskessel, der ebenfalls zur Wärmeabgabe von den Auspuffgasen durchströmt wird. Es wird zunächst die Zusammensetzung der Maschine unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden, und sodann der Arbeitsgang derselben.

Die allgemeine Anordnung ist aus Fig. 1, die die wesentlichsten Theile im Verticalschnitt darstellt, zu ersehen.

Der Arbeitscylinder 1, in welchem der hohle, mit Wasser gefüllte Kolben 3 arbeitet, wird durch eine Verlängerung der Verbrennungskammer 2 nach oben gebildet.

Cylinder und Kolben sind mit einer Bekleidung 4 versehen, um zwischen den Wänden und der Bekleidung einen Hohlraum 5 zu bilden, der mit nicht leitendem Material ausgefüllt wird. Asbest, mit Theer gemischt Und in einer Lage von etwa einem Centimeter Dicke in den Hohlraum eingelegt, bildet eine gute Zwischenschicht, die den Zweck hat, dafs die Bekleidung des Cylinders und des Kolbens eine hohe Temperatur annehmen kann, ohne dafs das übrige Metall der genannten Theile zu sehr leidet, und um ferner eine zu hohe Dampfentwickelung zu verhüten, die, wenn der Kraftflüssigkeit zu viel Dampf zugeführt wird, schädlich auf die Verbrennung einwirken kann. Unter der Verbrennungskammer 2, und vondieser durch eine durchbrochene Wand 7 aus feuerfestem Material geschieden, befindet sich der Raum 6, der den doppelten Zweck hat, dafs in ihm die in der Kraftflüssigkeit verbliebenen Kohlenwasserstoffe noch verbrennen und dafs in ihm vor der Ingangsetzung der Maschine durch eine Oeffnung 6^X ein Feuer zur Erhitzung aller umgebenden Theile angemacht werden kann.

Der Regenerator 8 ist vollständig mit feuerfestem Material gefüllt, unter Belassung der

nöthigen Durchgangskanäle,. um das Arbeitsfluidum bei seinem Durchströmen nach Kammer 2 einer intensiven Hitze auszusetzen. Zur Füllung des Regenerators können, nach Fig. 2 und 3, Stangen aus feuerfestem Material mit schraubenförmigen Kanälen an der Oberfläche genommen werden, oder, nach Fig. 4, abwechselnd gerade und gewellte Metallplatten oder Streifen aus Platin oder anderem nicht leicht oxydirenden Metall; oder es kann, nach Fig. 5, ein sich drehender Regenerator zur Anwendung kommen, durch den an jeder Stelle des Querschnitts eine gleichmäfsigere Temperatur aufgenommen und abgegeben wird. Die Verbrennungskammer 2, der Herd 6 und der Regenerator 8 sind von einem Wassermantel 9 umgeben. Ueber dem Arbeitscylinder ist eine durch die Kolbenstange 3^X betriebene Luftpumpe 10 angeordnet, in welche die Pumpe 11 Wasser einspritzt. Mit der Luftpumpe 10 ist durch das Rohr 10* der Saturationskessel 12 verbunden und der letztere durch Rohr I2^X mit dem Ueberhitzer 13.

Der Saturationskessel 12 ist von den Heizrohren 15, der Ueberhitzer 13 von den Heizrohren 17 durchzogen, die durch die mittelst Stopfbuchse ig angeschlossene Haube 18 mit einander in Verbindung stehen. Es ist zur gröfseren Ausnutzung des Brennmaterials empfehlenswerth, die Sättigung und die Ueberhitzung zu trennen, wie dies hier gezeigt ist; man kann aber auch beides in einem Gefäfse vereinigen, wenn es sich darum handelt, die Anlagekosten zu verringern.

Bei 14 mündet ein Wasserzerstäuber in den Kessel 12, während bei 16 ein Dampfstrahlapparat den im Kolben und Wassermantel entwickelten Dämpf in den Ueberhitzer 13 überleitet.

Der Wasserzerstäuber 14 ist in Fig. 6 a in vergröfsertem Mafsstabe gezeichnet. Das an einem Ende der Spindel 20 sitzende Ventil 14 schliefst das Rohr 21 am Austrittsende ab. Die Spindel 20 geht durch Stopfbüchse 22 hindurch und trägt eine Mutter 23, gegen welche die Feder 24 drückt. Ventil 14 bleibt also geschlossen, bis es von dem im Zufuhrrohre befindlichen Druck gegen den Druck der Feder geöffnet wird. Das unter hohem Drucke und durch einen sehr kleinen ringförmigen .Spalt eintretende Wasser nimmt dabei die zu seiner Diffusion vorteilhafte Nebelform an.

Diese Einrichtung des Zerstäubers kann sowohl für Wassereintritt in die Luftpumpe 10 als auch bei 32 zum Zerstäuben des Brennmaterials beim Eintritt in die Kammer vortheilhaft zur Anwendung kommen; in letzterem Falle wird das flüssige Brennmaterial durch eine kleine Pumpe 31 in den Zerstäuber hineingedrückt.

Die Kraftfiüssigkeit tritt von dem Ueberhitzer 13 durch die Drosselklappe 26, Abschlufsventil 27 und Rückschlagventil 27 a, sodann durch das Steuerventil 28 durch den Regenerator 8 in den Arbeitscylinder, woselbst es durch Verbrennung flüssigen oder gasförmigen Brennmaterials ausgedehnt und nach Verrichtung seiner Arbeit durch den Regenerator 8 nach dem Austrittsventil 29, durch das Rohr 30 in die Heizrohren 17 des Ueberhitzers 13 und von da durch die Haube 18 nach den Heizrohren 15 des Saturationskessels 12 übertritt, um schliefslich durch das Auspuffrohr 30* ins Freie zu gelangen.

Fig. 7 zeigt die Einrichtung, um die Bewegung der Pumpe 31 zur Veränderung des in die Verbrennungskammer einzuspritzenden Quantums flüssigen Brennmaterials zu reguliren. Das eine Ende der Stange 33 ist mit dem Pumpenkolben, das andere mit dem Stein 33* in dem Schlitz 34 des Hebels 35 verbunden; der Stein 33^X kann zur Aenderung des Hubes auf Schraube 37 in dem Schlitze verschoben werden. Hebel 35 ist bei 36 drehbar und wird durch eine Hubscheibe 38 ausgeschwungen, die durch die Maschine Umlauf erhält. Durch Feder 39 wird das freie Ende des Hebels 35 gegen die Hubscheibe angeprefst. An diesem Ende ist auch die Nase 40 angebracht, in deren Bahn der durch den Regulator bewegte Fanghebel 41 eintreten kann und bei zu schnellem Gange der Maschine die Pumpenbewegung bis auf einen geringen Aus- ' hub durch Scheibe 38 vermindert.

Es ist noch zu erwähnen, dafs die Pumpen 55 und 56 aus dem unteren Theil des Saturationskessels Wasser entnehmen, von denen Pumpe 5 5 durch Rohr 55^X Wasser an den Zerstäuber 14, Pumpe 56 durch Rohr 57 und 58 Wasser an das Innere des Arbeitskolbens 3 abgiebt. Rohr 59 . umgiebt das Rohr 58 theilweise und geht durch eine Stopfbüchse 61 nach Rohr 60, welches Wasser und Dampf aus Kolben 3 in den Wassermantel 9 überleitet. Aus dem oberen Theil des letzteren wird der Dampf durch Rohr 62 in den oberen Theil des Dampfkessels 64 übergeführt. Wassermantel 9 und Kessel 64 stehen im unteren Theil auch noch mittelst Rohres 63 in Verbindung. Von dem Dampfventil 66 des genannten Kessels kann durch Rohr 66^X Dampf nach dem Injector 16 oder nach der Dampfmaschine 6j geleitet werden, welche letztere die Luftcompressionspumpe 68 treibt, zur Speisung des Saturationskessels 12 mit geprefster Luft durch Rohr 69.

Einige der vorgenannten Organe des Thermo-Motors · sind in den Fig. 1 a bis Fig. ι ο a in vergröfsertem Mafsstabe wiedergegeben.

Zur Inbetriebsetzung des Motors wird wie folgt verfahren:

Auf dem Herd 6 wird durch Oeffnung 6^X ein Feuer angemacht, um die umgebenden Theile auf Rothglut zu bringen und namentlich um die durchbrochene Wand 7 durchzu-

Claims (1)

1. heizen. Die Verbrennungsproducte dieses Feuers werden theilweise durch Platte 7 in den Raum 2, von wo sie durch eine verschliefsbare (nicht gezeichnete) Oeffnung entweichen, und theilweise durch den Regenerator 8 geleitet.

   Gleichzeitig wird durch Feuer auf dem Rost 6 5 im Dampfkessel 64 Dampf erzeugt, durch welchen der Dampfmantel 9 angeheizt wird. Sodann wird die Dampfmaschine 67 in Betrieb gesetzt, um Luft in den Saturationskessel 12 und Ueberhitzer 13 zu drücken. Ist hier genügender Druck vorhanden und bei 6 alles gut erhitzt, so wird Oeffnung 6^x und die Abzugsöffnung im Verbrennungsraum 2 geschlossen. Sodann wird der Kolben 3 auf den tiefsten Punkt gebracht, wodurch sich das Steuerventil 28 öffnet, und wird das Absperrventil 27 geöffnet, wodurch nun der folgende Kreislauf von Vorgängen beginnt:

   Die im Saturationskessel und Ueberhitzer aufgespeicherte Luft strömt durch Ventil 28 durch den Regenerator 8, indem sie sich erhitzt und ausdehnt, geht dann durch die Oeffnungen der Wand 7, woselbst sie auf in feinen Sprühregen zertheiltes flüssiges Brennmaterial trifft, das sich nun entzündet, wodurch sich grofse Hitze entwickelt und weitere Ausdehnung der heifsen Luft stattfindet. Hat dadurch der Kolben einen Dritttheil seines Aufgangs bewirkt, so" schliefst sich das Steuerventil 28 und die eingeschlossene Luft expandirt, bis der Kolben seinen Aufgang vollendet hat. In diesem Moment öffnet sich das Austrittsventil 29 und strömen nun- die Verbrennungsproducte aus Kammer 2 durch die Wand 7, Herd 6, durch den Regenerator 8 unter Abgabe eines grofsen Theiles ihrer Hitze, von wo sie durch Ableitungsrohr 30 in die Heizröhren 17 und dann durch Haube 18 in die Heizröhren 15 übertreten, um durch Auspuffrohr 30* schliefslich zu entweichen. .Bei diesem Abströmen aus Kammer 2 bis aus dem Rohr 3O^X sind die Verbrennungsproduc-te von Rothglut bis auf eine Temperatur zurückgegangen, die wenig höher ist, als die durch Luftpumpe 10 zugeführte Luft hat. Die von dieser Pumpe nunmehr zugeführte Luft verfolgt den entgegengesetzten Weg der Verbrennungsproducte, wobei sich ihre Temperatur ganz wesentlich erhöht. Die beim Kolbenaufgang aus Pumpe 10 weggedrückte angefeuchtete Luft, die zunächst in den Saturationskessel 12 gelangt, wird hier bereits stark angeheizt und wird das sich ansammelnde Wasser im Kreislauf durch Pumpe 5 5 und Zerstäuber 14 immer wieder eingetrieben, so dafs hier so viel wie möglich die Hitze der Abgase noch absorbirt wird.

   Die von hier nach dem Ueberhitzer übertretende, mit Feuchtigkeit gesättigte Luft wird hier getrocknet und in der Temperatur ^ über den Saturationspunkt erhöht. Nachdem die so erhitzte Luft durch die Ventile 26, 27, 27a und 28, durch den Regenerator unter wesentlicher Erhöhung ihrer Temperatur und durch Wand 7 gegangen, die zertheilte Flüssigkeit verbrannt und den Kolben bewegt hat, so wiederholt sich der eben beschriebene Vorgang des Ab- und Zuströmens von neuem.

   Beim Beginn der Motorenbewegung ist im Wassermantel 9 noch keine Dampfentwickelung vorhanden, bis die aus den Verbrennungen resultirende Hitze die Wände der Kammer so erhitzt hat, dafs Dampfentwickelung stattfindet und Dampf mit Wasser gemischt (da im Mantel für die Trennung nicht genügender Raum vorhanden ist) durch Rohr 62 nach 64 überströmt. ,

   Bildet sich genügender Dampf, so läfst. man denselben durch Ventil 66 nach dem Injector 16 in den Ueberhitzer 13, worauf nun die Mischung der überhitzten Luft mit dem überhitzten Dampf die Arbeitsflüssigkeit bildet, welche mit dem brennenden Sprühregen den Motor betreibt.

   In Fig. 8 ist noch eine Modification des in Fig. 6 dargestellten Zerstäubers angegeben; hier sitzt das Ventil 42 in dem Ende des Rohres 43 und an einer Spindel 42, die am anderen Ende -einen durch Stopfbüchse 46 hindurchtretenden Kolben 45 trägt; letzterer liegt gegen eine Feder 47 an, die durch Einstellung der-Querstange 48 in ihrer Wirkung regulirt werden kann und die das Ventil 42 geschlossen hält. Wird der Kolben durch den Druck im Zufuhrrohr zurückgedrängt, so drängt sich die Flüssigkeit unter hohem Druck und Geschwindigkeit aus dem ringförmigen Schlitz und zerstäubt in einen feinen Nebel.

   Kommt gasförmiges Brennmaterial zur Anwendung, so kann man dasselbe entweder mit Gaspumpe direct in die Verbrennungskammer 2,. Fig. 9, oder zunächst zu seiner Erhitzung durch den Regenerator 8, Fig. 10, treiben. In letzterem Falle sollte der Gasstrom den Regenerator vor dem Luftstrom passiren, damit Verbrennung im Regenerator vermieden wird und alles Gas thatsächlich im Räume 2 zur Verbrennung gelangt.

   In Fig. 9 ist 49 der Cylinder, 50 der Kolben der Gaspümpe, 51 und 52 sind Ein- und Auslafsventile. Aus letzterem tritt es in ein Reservoir, aus dem es das Gaszulafsventil 53 nach Bedarf in die Verbrennungskammer 2 abgiebt.

   In Fig. 10 ist das Gaszulafsventil angegeben, das sich etwas vor dem Lufteinlafsventil 28 öffnen sollte, so dafs die eingelassene Luft das Gas im Regenerator 8 vor sich hertreibt und die Verbrennung erst im Räume 2 vor sich geht.

   Patenτ-Ansρrüche:

   i. Das Verfahren, eine Kraftmaschine mittelst einer Flüssigkeit zu betreiben, welche aus

   einem Gemenge von geprefster, mit Wasserdampf vermischter und hocherhitzter Luft und gasförmigem oder zerstäubtem flüssigen Brennstoff besteht, wobei die geprefste Luft auf ihrem Wege zum Arbeitscylinder zu-'nächst durch Sprühregen mit Wasser gesättigt, dann unter Zuleitung von Wasserdampf erhitzt und schliefslich durch Berührung mit erhitzten Flächen auf hohe Temperatur gebracht wird, und die erhitzten Flächen durch die Auspuffgase auf ihrem Wege im Gegenstrome zu der zuströmenden Betriebsluft geheizt werden.
   2. Zur Ausführung des im Ansprüche i. gekennzeichneten Verfahrens eine Heifsluftmaschine mit geschlossener Verbrennungskammer in Verbindung mit einer Luft- - pumpe io, einem Sättigungskessel 12 mit Wasserzerstäuber, einem Ueberhitzer 13 mit Dampfinjector und einem Regenerator 8, welche in ihrer Aufeinanderfolge den Luftweg zur Verbrennungskammer bilden, während die Auspuffgase nach entsprechender Ventilumsteuerung den Regenerator und die im Ueberhitzer und im Sättigungskessel angebrachten Rohrbündel durchziehen, um ihre Wärme behufs Vorheizung der Betriebsluft abzugeben.

   Bei der im Anspruch 2. gekennzeichneten Heifsluftmaschine die Anordnung eines hohlen, mit Wasserspeisung versehenen Arbeitskolbens 3 und eines Wassermantels 9, welcher die Verbrennungskammer 2, den , Herd 6 und den Regenerator 8 umhüllt, unter Verbindung des Kolbeninnern mit dem Wassermantel, wobei die Wärme der Theile 2, 6 und 8 zur Entwickelung von. Dampf benutzt wird, mit welchem der Injector des Ueberhitzers 13 gespeist wird.
   Behufs Inbetriebsetzung der im Anspruch 2. gekennzeichneten Heifsluftmaschine bei derselben die Anordnung eines Dampfkessels 64 zur Lieferung von Dampf für den Injector des Ueberhitzers 13 und einer Dampfmaschine 67 zum Betriebe einer besonderen Luftpumpe 68.

   Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.