DE502603C

DE502603C - Process for supplying heat to a compressed air machine

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Publication number: DE502603C
Application number: DEG71476D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1927-10-14
Filing date: 1927-10-14
Publication date: 1930-07-17

Description

Verfahren zur Zuführung von Wärme zu einer Druckluftkraftmaschine Gegenstand der Erfindung ist eine neue Art der Wärmezuführung zur Druckluftkraftmaschine.Method for supplying heat to a compressed air engine The invention relates to a new type of heat supply to the compressed air engine.

Es sind verschiedene Mittel bekannt, der Druckluft, kurz bevor sie in die Maschine eintritt, Wärme zuzuführen, einmal zur Vermeidung oder Verminderung der Eisbildung, dann auch zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit. Wenn die Druckluft verhältnismäßig kühl ankommt, ist die längst bekannte Wärmezufuhr durch einen Wärmeaustauscher vor dem Eintritt der Druckluft in die Maschine auch heute noch die einfachste und beste Einrichtung. Sie erweist sich- selbst dann noch als wirtschaftlich, wenn die zugeführte Wärme eigens erzeugt werden muß. Eine andere Art der Wärmezufuh i, vor dem Eintritt der Druckluft in die Maschine, ist die Einführung eines die Zusatzwärme enthaltenden Stoffes; in die Druckluft selbst, mit welcher er dabei in Mischung tritt. Diese Art der Wärmezufuhr erfordert aber einen großen Arbeitsaufwand, da der Stoff gegen den Druck der Luft in die Leitung eingeführt werden muß, was bei der Zuführung- von Wärme durch Wärmeaustauscher nicht erforderlich ist, Als zuführbare Ware ist auch die Naturwärme der umgebenden Luft anzuschauen, wenn die Luft in der Kraftmaschine kälter ist als die Luft der Umgebung. Das ist aber nur der Fall, wenn die Druckluft sich vorher schon ausgedehnt hat,' vor allem in dem Aufnehmer von Druckluftkraftmaschinen nach der Verbundanordnung. Für Dxuckluftverbundlokomotiven findet die Wärme der umgebenden Luft als Heizmittel seit Jahrzehnten in ausgedehntem Maße Anwendung. Nachdem die Druckluft sich durch Ausdehnen im Hochdruckzylinder weit unter die Temperatur der Umgebung abgekühlt hat, wird sie in .einem Wärmeaustauscher (OberfiÄchenvorwärmer) mit naturwarmer Außenluft vor ihrem Eintritt in den Niederdruckzylinder -wieder erwärmt.There are various known means of compressed air just before it enters the machine to add heat, once to avoid or reduce it ice formation, then also to improve profitability. When the compressed air When it arrives relatively cool, the long-known heat supply through a heat exchanger before the compressed air enters the machine, it is still the simplest and even today best facility. It still proves to be economical even if the supplied heat must be generated specially. Another way of applying heat the entry of the compressed air into the machine, is the introduction of the additional heat containing substance; into the compressed air itself, with which it is mixed occurs. However, this type of heat supply requires a lot of work because the substance must be introduced into the line against the pressure of the air, which is the case with The supply of heat through heat exchangers is not required, as supplyable The natural warmth of the surrounding air can also be seen when the air is in the commodity Engine is colder than the surrounding air. But that's only the case if the compressed air has already expanded beforehand, especially in the transducer of Pneumatic engines according to the compound arrangement. For compressed air locomotives has found the warmth of the surrounding air as a heating medium for decades Application dimensions. After the compressed air is expanded by expanding in the high pressure cylinder has cooled well below the temperature of the surroundings, it is stored in a heat exchanger (Surface preheater) with naturally warm outside air before it enters the low-pressure cylinder -heated again.

Die vorliegende Erfindung kann sowohl selbständig angewandt werden als auch in Verbindung mit sämtlichen vorstehend angeführten bekannten Einrichtung treten.The present invention can be used both on its own as well as in connection with all of the above-mentioned known devices step.

Die Zuführung der Wärme- der naturwarmen Luft ist mit dem neuen Verfahren auch bei einstufigen Druckluftkraftmaschinen anwendbar. Bei Verbunddruckluftkraftmaschineu ist eine Zuführung von naturwarmer Luft in einer zweiten Stufe -durch die Erfindung ermöglicht, nachdem vorher schon eine Züführung in der ersten Stufe in ,gewöhnlicher Weise durch einen Wärmeaustaüsicher stattgefunden hat.The supply of the warmth of the naturally warm air is with the new process can also be used with single-stage pneumatic power machines. In the case of composite pneumatic engines, etc. is a supply of naturally warm air in a second stage -by the invention allows, after previously a Züführung in the first stage in, more usual Way has taken place by a heat exchanger.

Wie noch gezeugt werden wird, wird bei der Erfindung die Wärme dadurch in den Luftzylinder eingeführt; daß ein Auswechslungsstoff (in der Regel - Luft), der eine höhere Temperatur als die ausgedehnte Luft besitzt, nach beendeter Ausdehnung und begonnenem Voraustritt bei geöffnetem AuslaZ in den Arbeitszylinder eingeblasen wird. An sich ist die Auswechslung des verbrauchten Triebmittels durch einen anderen Stoff bei gleichen und ,ähnlichen Druckverhältnissen im Spülverfahren auch bei anderen Kraftmaschinen bekannt. Die Wirkung und das Ziel dieser Auswechslung ist aber von der Erfindung völlig verschieden.As will be generated, in the case of the invention, the heat is thereby generated inserted into the air cylinder; that a substitute substance (usually - air), which has a higher temperature than the expanded air, after the expansion has ended and started advance with the AuslaZ open in the working cylinder is blown in. In itself, the replacement of the used propellant is through another substance with the same and similar pressure conditions in the rinsing process also known in other prime movers. The effect and purpose of this substitution but is completely different from the invention.

Bei der Zweitaktdieselbrennkraftmaschine werden die Verbrennungsgase gegen frische Luft ausgewechselt, um mit ihr den Sauerstoff für die nächste Verbrennung des eingespritzten Öles, also Stoff für einen chemischen Vorgang zu liefern. Auch bei Dampfmaschinen ist die Auswechslung vorgeschlagen worden. Bei dem Vorschlag (der übrigens nur für Auspuffdampfmaschinen gemacht ist und auch nur für sie möglich ist) handelt es sich um die Auswechslung verschiedenartiger Stoffe gegeneinander; es wird Dampf zum Teil herausgeschafft und durch Luft ersetzt, und zwar zu den ausgesprochenen Zweck, den großen Unterschied in der Wärmeübergangszahl beider Stoffe für die Verminderung der. sogenannten Austauschverluste in der Dam,pfmaschine nutzbar zu machen.. Durch die geringere Wärmeübergangszahl der Dampf-LuftJMischung wird der schädliche Wasserniederschlag an den Zylinderwandungen und weiter das verlustbringende Nachdampfen verringert. Betrachtet span nun die Wirkung der unmittelbaren Wärmezufuhr der eingespülten Luft, so zeigt sich bei der Druckluftkraftmaschine und der Auspuffdampfmaschine ein großer Unterschied durch die ganz ungleichen Temperaturgebiete, in denen sich die Vorgänge vollziehen. Dieser Unterschied tritt bei Zuführung von naturwarmer Luft im Auswechslungsverfahren am klarsten hervor. Wenn eine Auspuffdampfmaschine, wie das vorgeschlagen ist, mit naturwarmer Luft gespült wird, so stellen sich die Tempera.turverh,ältnissie folgendermaßen: Der Dampfdruck lieft während der Antrittsperiode etwas. über i Atm., die Temperatur also etwas über ioo°. Wenn nun Dampf von etwas mehr als ioo° durch naturwarme Luft von heispielsweise 15' ersetzt wird, so bedeutet das nicht eine Temperaturerhöhung, sondern eine sehr beträchtliche Abkühlung des Zylinderinnern. Ganz anders bei einer durch naturwarme Luft gespülten Druckluftkraftmaschine, welche ihre Druckluft aus einer län.g.eren Leiturig mit Natum,ärm:e empfängt. Während der Ausdehnung sinkt die Temperatur adiabatislch von z. B. 8 Atm. Eintrittsdruck ,gerechnet, weit unter den Gefrierpunkt, etwa auf -ioo°. Wenn nun die Spülluft ebenfalls mit Naturwärme in den Zylinder eingeführt wird, so verdrängt sie mit einer Temperatur von angenommenen 15" Luft von -ioo°; das bedeutet nicht, wie bei der mit naturwarmer Luft von 15' ausgespülten Auspuffdampfmasc'hine, eine Wärmeabfuhr, sondern eine erhebliche Wärmezufuhr, von welcher auch die Zylinderwandungen, besonders bei übersdhußspülung, namhafte Wärmemengen aufnehmen. Wenn die Dampfmaschine mit na.-turwarnver Luft gespült wird, ist der Gewinn eben von den obenerwähnten" völlig ungleichen Wärnveübergangsziffern von Dampf und Luft zu erwarten; es ist die Fremdartigkeit der gegeneinander ausgetauschten Stoffe, welche dein Erfolg bringt. Aber auch das Hauptziel der Auswechslung ist bei der Drucktuftkraftmaschine ein anderes: durch die Einführung der naturwarmen Luft, die ja stets kostenlos zur Verfügung steht, soll die Vereisung der Maschine vermieden und die Anwendung höherer Eintrittsdrucke ermöglicht werden.In the two-stroke diesel engine, the combustion gases are exchanged for fresh air in order to carry with it the oxygen for the next combustion of the injected oil, i.e. to supply the substance for a chemical process. Even replacement has been proposed for steam engines. At the suggestion (which, by the way, is only made for exhaust steam engines and only possible for them is) it is about the exchange of different substances for one another; some of the steam is removed and replaced by air, and that to the specifics Purpose, the big difference in the heat transfer coefficient of both substances for the reduction the. to make so-called exchange losses in the steam pumping machine usable the lower heat transfer coefficient of the steam-air mixture becomes the harmful water precipitation on the cylinder walls and further reduces the loss-making re-steaming. Now consider the effect of the direct heat supply from the air that is blown in, thus a large one shows up in the compressed air engine and the exhaust steam engine Difference due to the very unequal temperature areas in which the processes take place carry out. This difference occurs when naturally warm air is supplied in the replacement process most clearly. When using an exhaust steam engine like that suggested natural warm air is flushed, the tempera. The vapor pressure ran somewhat during the start-up period. about i Atm., the temperature so something about ioo °. If now steam of a little more than 100 ° from naturally warm air is replaced by 15 ', for example, this does not mean an increase in temperature, but a very considerable cooling of the inside of the cylinder. Quite different with one Compressed air engine flushed by naturally warm air, which extracts its compressed air a longer Leiturig with Natum, ärm: e receives. During the expansion it sinks the temperature adiabatically of e.g. B. 8 atm. Inlet pressure, calculated, far below the freezing point, about -ioo °. If now the purge air also with natural heat is introduced into the cylinder, it displaces with a temperature of assumed 15 "air of -ioo °; that does not mean, as with the naturally warm air of 15 ' flushed exhaust steam machine, a heat dissipation, but a considerable heat supply, of which the cylinder walls, especially with excess flushing, are well-known Absorb amounts of heat. If the steam engine is flushed with na.-turwarnver air, is the profit from the above-mentioned "completely unequal heat transfer rates to be expected of steam and air; it is the strangeness of what is exchanged for one another Substances that bring your success. But also the main goal of the substitution is in the case of the compressed air engine, another: through the introduction of the naturally warm Air, which is always available free of charge, is supposed to freeze the machine avoided and the use of higher inlet pressures made possible.

Die Erfindung besteht darin, daß der Auswechslungsstoff nach erfolgter Ausdehnung der Luft in das Innere des Arbeitszylinders eingeführt und. sodann nach Schließen des Auslasses verdichtet wird. Die Auswechslung erfolgt entweder durch Spülung nach Art der Spülung in Zweitaktbrennkraftmaschinen oder im Viertakt durch Auss,chieben der entspannten Druckluft und Ansaugen, des wärmeren Auswechslungsstoffes. Nach Beendigung dieses Vorganges wird der Auswechslungsstoff im Zylinder selbst verdichtet und erreicht auch bei mäßiger Anfangstemperatur eine sehr hoheVerdichtungstemperatur. Wenn der Träger der verfügbaren Wärme für die unmittelbare Einführung in den Zylinder im Spülverfahren oder irn Viertakt geeignet ist (z. B. naturwarme Luft, u. U. auch Dieselmaschinenabgäse), kann man ihn selbst einführen, ohne einen Wärrneaustauscher zu benutzen; wenn er nicht geeignet ist, wird man mit ihm mittels Wärmeaustauscher eitlen anderen geeignet--n Auswechslungsstoff erwärmen und diesen dann in den Druckluftzylinder einführen.The invention consists in the fact that the substitute substance after Expansion of the air introduced into the interior of the working cylinder and. then after Closing the outlet is compressed. The substitution takes place either through Flushing like flushing in two-stroke internal combustion engines or in four-stroke Pushing out the relaxed compressed air and sucking in, the warmer substitute substance. After completion of this process, the substitute substance is in the cylinder itself compacts and reaches a very high compression temperature even at a moderate initial temperature. When the carrier of the available heat for immediate introduction into the cylinder is suitable in the flushing process or in four-stroke cycles (e.g. naturally warm air, possibly also Diesel engine emissions), you can introduce it yourself without a heat exchanger to use; if it is not suitable, it will be used by means of a heat exchanger vain other suitable - n heat the substitute and then put it in the compressed air cylinder introduce.

Für die bauliche Gestaltung der Auswechslungsanordnung und Auswechslungssteuerung bieten die Verbrennun,gskraftmascbinen zahlreiche Vorbilder.For the structural design of the replacement arrangement and replacement control the combustion engines offer numerous models.

Wenn der Auswechslungsstoff nicht ohnehin mit einem Druck zur Verfügung steht, der etwas höher als der Ausschubgegiendruck der Druckluftmaschine ist, ist beim Spülverfahren eine Spülpumpe (ein Spülgebläse) erforderlich. Die Spülpumpe kann alle bei Zweitaktbrennkraftnn;schinen angewandten Formen (Kolbengebläse, Kaspelgebläse, Schleudergebläse) haben. Auch das Strahlgebläse (u. U. auch mit Benutzung der Druckluft als Strahltriebkraft) kommt in Frage. Beim Viertakt ist keine Spülpumpe erforderlich; -er besorgt in dem Ausschubhub und Ansaughub, die Auswechslung selbst, auch. biei etwa außen, vor dem Ansaugeventil, bestehenden Luftunterdruck, z. B. infolge von Reibungswiderständen in einem Wärmeaustauscher.If the substitute is not available anyway with a print which is slightly higher than the extension pressure of the compressed air machine the flushing process requires a flushing pump (flushing fan). The irrigation pump can use all forms used in two-stroke combustion engines (piston blowers, Centrifugal fan). Also the jet fan (possibly also with the use of compressed air as jet driving force) comes into question. There is no flushing pump on the four-stroke necessary; -he takes care of the replacement itself in the extension stroke and intake stroke. biei about the outside, in front of the intake valve, existing negative air pressure, z. B. as a result of Frictional resistance in a heat exchanger.

Als Beispiel einer Druckluftkraftmaschine mit Auswechslung durch Spülung mögen die Abb. i und 2 dienen: Der Kolbenschieber k steuert zunächst den Eimaß und Auslaß der Druckluft (a und e bezeichnen die Auslaß- ' und Einlaßleitungen) wie bei einer ge,#vöhnhchen Dampfmaschine den Dampf. Die Auslaßüberdeckung wird etwas kleiner bemessen als bei der gewöhnlichen Maschine, so daß die Vorausströmung etwas früher beginnt. Der Auslaß hat hier aber noch eine weitere Aufgabe; er dient noch als Auslaß beim Spülvorgang und hat daher größere Luft- oder Gasmengen abzuführen .als bei einer gewöhnlichen Kraftmasaäine. Im Vorausstnömungspunkt beginnt der Druckausgleich zwischen dem Druck im Zylinder nnit dem der Außenluft. Erst nachdem der Druckabfall im Zylinder einigermaßen beendet ist, beginnt die Spülung, das Ventil f (Abb. 2) wird geöffnet, und es, strömt die wärmere @ Spülluft oder das wäxmere Spülgis, von g - kommend, in den Zylinder ein., die kalte, alte Luft vor sich herbeitreibend; sie entweicht dabei durch. den gewöhnlichen Auslaß des Kolbenschiebers. Wenn warme Spülluft oder Spülgase in reichlicher Menge eingeführt werden, um den Zylinder von innen nach außen weiter zu erwärmen, läßt der Auslaß auch noch Spülstoff .mit entweichen. Der Spülvorgang ist durch Pfeillinien in Abb. i dargestellt. Das Ventil f in Abb. 2 muß bei einer doppelt wirkenden Maschine zyveimal während einer Umdrehung ,gehoben und gesenkt werden, für jede Zylinderseite einmal, was z. B. durch eine einmal je Umdrehung bin und her bewegte -Nockenschiene mit zwei Nocken im Abstande von etwas weniger als der zweifachen Exzentrizität erreicht werden kann. Der Spülvorgang ist spätestens beendet, wenn der Kolben die Schlitze überfährt; er kann aber auch früher durch das Steuerventil l (Abb. 2) abgebrochen werden.Figs. I and 2 serve as an example of a compressed air engine with replacement by purging: The piston valve k first controls the dimension and outlet of the compressed air (a and e denote the outlet and inlet lines) as in a ge, # vöhnhchen steam engine the steam . The outlet cover is dimensioned a little smaller than in the normal machine, so that the pre-flow begins a little earlier. But the outlet has another task here; it still serves as an outlet during the flushing process and therefore has to dissipate larger amounts of air or gas than is the case with an ordinary Kraftmasaäine. At the pre-flow point, the pressure equalization between the pressure in the cylinder and that of the outside air begins. Only after the pressure drop in the cylinder has ceased to some extent does the purging begin, the valve f (Fig. 2) is opened and the warmer @ purging air or the warmer purging air, coming from g -, flows into the cylinder cold, old air blowing in front of them; she escapes through it. the usual outlet of the piston valve. If warm purging air or purging gases are introduced in abundance in order to further heat the cylinder from the inside to the outside, the outlet also allows flushing substance to escape. The flushing process is shown by arrow lines in Fig. I. The valve f in Fig. 2 must be raised and lowered zyveimal during one revolution in a double-acting machine, once for each cylinder side, which z. B. can be achieved by a once per revolution bin and fro-cam rail with two cams spaced a little less than twice the eccentricity. The flushing process is ended at the latest when the piston passes over the slots; however, it can also be canceled earlier using control valve 1 (Fig. 2).

Die Verdichtung beginnt mit dem Absrhluß des Auslasses durch den Muschelkolbenschieher k.The compression begins with the closure of the outlet with the mussel piston screwdriver k.

Das Ventil/ (Abb. 2) für die Steuerung der Spülluft fällt fort, wenn der Kolben die bei doppelt wirkenden Zweitaktbrennkraftmaschinen angewandte Höhe erhält (A'bb. q. links). Es ist dann die Spülung- früher beendet, weil. die Schlitze früher vom Kolben überfahren werden. Die Verdichtung wird hier aber, abweichend von der bei Zweitaktbrennkraftmaschinen üblichen, durch den Muschelkolbenschieber geregelt, wie das vorher bei der Druckluftkraftmaschine mit kleiner Kolbenhöhe und besonderem Spülventil erläutert ist.The valve / (Fig. 2) for controlling the purge air is omitted if the piston is the height used in double-acting two-stroke internal combustion engines received (A'bb. q. left). The flushing ends earlier because. the slots be run over earlier by the piston. The compression is here, however, different from the usual in two-stroke internal combustion engines, through the mussel piston valve regulated, as before with the compressed air machine with small piston height and special flush valve is explained.

Eine Viertaktdruckluftkraftmaschine mit Auswechslung durch Ausschieben der verbrauchten Druckluft und Ansaugen des wärmerem. Auswechslungsstoffes, dessen Wirkungsweise vorn kurz erläutert ist, ist nicht besonders dargestellt. Sie .gleicht im Aufbau und in der Steuerung im wesentlichen einer Viertaktdieselbrennkraftmasc'hine; nur tritt an Stelle des Brennstoffventils oder Einblascventils ein nach Art der Dampfmaschineneinlaßventile gesteuertes Drucklufteinlaßventil. Die Übersetzung von der Kurbelwelle ,auf die Steuerwelle hat wie bei allen Viertaktmaschinen das Verhältnis 2:1.A four-stroke pneumatic engine with replacement by pushing it out the used compressed air and suction of the warmer. Substance of substitution, of which Operation is briefly explained above, is not particularly shown. She. Equals in the structure and in the control essentially of a four-stroke diesel combustion engine; only occurs in place of the fuel valve or injection valve according to the type of Steam engine inlet valves controlled compressed air inlet valve. The translation of the crankshaft, as with all four-stroke engines, has the same ratio as the control shaft 2: 1.

Wenn man bei kleinem schädlichem Raum zu hohe Verdichtung vermeiden will, richtet man den Antrieb des Ansaugeventils so ein, daß @es vor Beendigung des Saughubes geschlossen wird. Dann dehnt sich der Zy- linderinhalt unter die Atmosphärenlinie und steigt bei der nachfolgenden Verdichtung wieder an.If you want to avoid excessive compression in a small, harmful space, set up the drive of the suction valve in such a way that @es is closed before the suction stroke ends. Then the cylinder content expands below the atmospheric line and increases again during the subsequent compression.

Bei der Verdichtung des Auswechslungsstoffes steigt sowohl in der Zweitaktmaschine mit Spülung wie bei der Viertaktmaschine die Temperatur des Auswechslungsstoffes sehr stark an. Schon bei einer mäßigen Einführungstemperatur von beispielsweise 20o° erreicht der Auswechslungsstoff, wenn er von z. B. 1,25 Atm. abs. auf 8 Atm. abs. verdichtet wird, adiabatiseh gerechnet, eine Verdichtungstemperatur von 527° (wenn der Auswechslungsstoff Luft ist). Wenn anderseits Luft mit einer Temperatur von der Temperatur der Umgebung, die beispielsweise gleich 15' gesetzt werde, von 8 auf i, 2 5 Atm. sich .ausdehnt, erreicht sie eine Temperatur von -i03`, ebenfalls adiabatisch gerechnet. Man darf -nicht einwenden, daß die Luft nicht bis auf die Gegendrucklinie sich ausdehne, vielmehr die Ausdehnung bei einem früheren Druck endige und dann ein, starker Spannungsabfall eintrete; denn es dehnt sich demgegenüber die im Zylinder verbleibende Luft während der Vorausströmung weiter aus, die während derselben ausgestoßene Luft vor sich hertreibend. Die ün Zylinder verbleibende Luft ist daher kälter als die ausgestoßene Luft.During the compression of the substitute substance, the temperature of the substitute substance rises very sharply both in the two-stroke machine with flushing and in the four-stroke machine. Even at a moderate introduction temperature of, for example, 20o °, the substitute substance reaches when it is replaced by z. B. 1.25 atm. Section. to 8 atm. Section. the compression, calculated adiabatically, is a compression temperature of 527 ° (if the substitute substance is air). If, on the other hand, air has a temperature of the temperature of the environment, which is set equal to 1 5 ' , for example, from 8 to 1.5 atm. If it .expands, it reaches a temperature of -i03`, also calculated adiabatically. One must not object that the air does not expand to the counter-pressure line, but rather that the expansion ends at an earlier pressure and then a sharp drop in voltage occurs; because, on the other hand, the air remaining in the cylinder expands further during the pre-flow, driving the air expelled in front of it. The air remaining in the cylinder is therefore colder than the expelled air.

Denkt man sich die im Zylinder verbleibende Luft von -103n wieder auf 8 Atxn. verdichtet, so kommt man wieder auf 15° gegenüber 527° bei Einführung von Auswechslungsluft mit 20o° Anfangstemperatur. Wenn, statt der Luft von 200°, Luft von Natutwärme eingespült wird und auf 8 Atm. verdichtet wird, kommt man; adiabatisch gerechnet, auf eine Temperatur von 213*' statt i S", auf welche Temperatur sich die auf -ro3° abgekühlte Luft wieder bei der Verdichtung des Restes erheben würde.If you think of the -103n air remaining in the cylinder on 8 atxn. compressed, you get back to 15 ° compared to 527 ° at the introduction of replacement air with an initial temperature of 20o °. If, instead of the air of 200 °, Air is flushed in by natural heat and at 8 atm. condensed will, one comes; calculated adiabatically to a temperature of 213 * 'instead of i S " what temperature the air, cooled to -ro3 °, is again during compression of the rest would rise.

Die Wärme des Auswechslungsstoffes wird in zweifacher Weise im Zylinder wirksam: Erstens werden die Zylinderwandungen der Maschine während der Einführungszeit des Auswechslungsstoffes von innen kräftig geheizt, nachdem säe durch die voraufgegangene Ausdehnung der Druckluft stark abgekühlt waren. Diese Innenheizung der Wandungen setzt sich bei der Verdichtung fort, indem die Temperatur `bei der Verdichtung stark steigt. Die Innenheizung erstreckt sich, da die Lauf-Rächen des Zylinders inzwischen vom Kolben zum Teil abgedeckt sind, vorwiegend auf die Umflächen des schädlichen Raumes. Ihre Heizung ist besonders wichtig, weil sie zunächst von der frisch ,atretenden Druckluft getroffen werfen.The heat of the substitute material is in the cylinder in two ways Effective: Firstly, the cylinder walls of the machine will become effective during the introduction period of the substitute substance strongly heated from within, after sowing through the preceding one Expansion of the compressed air were greatly cooled. This internal heating of the walls continues during compaction by increasing the temperature `during compaction increases. The interior heating extends, since the barrel-revenge of the cylinder meanwhile are partially covered by the piston, mainly on the surfaces of the harmful Space. Your heating is especially important because it starts out from the fresh, emerging Throw compressed air hit.

Zweitens tritt der durch. die Verdichtung stark erhitzte Auswechslungsstoff bei der nächsten Einführung der Druckluft mit dieser in Mischung, wobei eine Temperatur des Gemisches entsteht, die im allgemeinen über der Temperatur der eintretenden Druckluft liegt.Second, it comes through. the compaction strongly heated substitute material at the next introduction of the compressed air with this in mixture, whereby a temperature of the mixture arises, which is generally above the temperature of the entering Compressed air lies.

Die beiden Wirkungen sind verschiedenartig, .es isst aber rechnerisch kaum zu ermitteln, mit welchem Anteil sie am Gesamterfolg unter verschiedenen _Bedingungen beteiligt sind; nur das weiß man, däß die durch die Mischung entstehende Temperaturerhöhung der neu eintretenden Druckluft um so kleiner ist, je mehr Wärme vorher an die Wandungen abgegeben ist.The two effects are different, but it eats arithmetically It is difficult to determine the extent to which they contribute to the overall success under different conditions involved; only one knows that the temperature increase resulting from the mixture the newly entering compressed air is the smaller, the more heat previously on the walls is delivered.

Es ist aber bei der Auswechslung durch Spülung, wenn der Auswechslungsstoff in ünheschränkter Menge zur Verfügung steht, möglich, die Wärmeabgabe an die Wandungen ohne wesentliche Beeinträchtigung der Mischungstemperatur zu vergrößern. Dies ist der Fall, wenn die Luft der Umgebung als Auswechslungsstoff` benutzt wird: Man erhöht durch reichliche Bemessung des Spiilpumpenhubvolumens die in den Zylinder .eingeblasene Menge des Auswechslungsstoffes weit über das zum Ersatz der alten kalten Gase erforderliche - Mali; dann wird ein Teil, des Auswechslungsstoffes durch den Zylinder ,hindurch ausgeblasen, nachdem er Wärme an die Wandungen abgegeben .hat. Der im Zylinder verbleibende "und dann verdichtete Auswechslungsstoff wird eine höhere Temperatur behalten, als wenn ohne über_schuß gearbeitet wird. -Aus den Anwendungsarten heben sich zwei verschiedene- 'Arten -besonders hervor, nämlich der Fall, daß außer der die Maschine umgebenden Luft keine Wärmequellen vorhanden sind, und dann der Fall, daß in der Nähe der Maschine namhafte Mengen Wärme als Abwärme von anderen Maschinen oder Apparaten oder sonstwie zur Verfügung stehen oder künstlich. erzeugt werden.It is, however, when replacing by flushing, when the substitute substance is available in unlimited quantities, the heat dissipation to the walls is possible without significantly affecting the mixing temperature. This is the case when the surrounding air is used as a substitute substance: one increases the volume blown into the cylinder by ample dimensioning of the flushing pump stroke volume Amount of substitute material far beyond that required to replace the old cold gases - Mali; then part of the substitute material passes through the cylinder blown out after it has given off heat to the walls. The one remaining in the cylinder "and then compacted substitute will keep a higher temperature than when working without excess. -Two different types of application stand out- 'Species, namely the case that besides those surrounding the machine Air no heat sources are present, and then the case that near the machine significant amounts of heat as waste heat from other machines or devices or otherwise are available or artificially. be generated.

Der erste Fall liegt in der Regel: vor bei zentraler Luftverdichtung mit Verteilung der Luft an mehrere Druckluftkraftmaschinen; ferner bei Druckluftlokomotiven, die einen Drucklüftvorrat für längere Zeit reit sich führen- Da -Maschinen von Anlagen dieser Art weitab vom Verdichter stehen oder ohne Zusammenhang mit ihm laufen, ist die Druckluft, welche den Verdichter warm verläßt, bis zurr Eintritt in den Zylinder der Kraftmaschine so weit abgekühlt, daß ihre Temperatur die der umgebenden Luft kaum überschreitet. Wenn solche Luft in der Druckluftkraftmäsahine arbeitet, sinkt die Temperatur bei einigermaßen weitgehender Ausdehnung außerordentlich tief, und zwar auch bei verhältnismäßig warmer Außenluft weit unter den Gefrierpunkt. Diesen tiefen Temperaturen gegenüber ist die Temperatur der Umgebung noch sehr warm. Der Ersatz der kalten, im Zylinder sonst verbleibenden Luft durch die Außenluft wird also nicht nur die Vereisung der Maschine verhindern, sondern die Temperatur der Maschine so weit erhöhen, daß auch die sonst entstehende Abkühlung und Verminderung des spezifischen Rauminhalts der frisch eintretenden Druckluft vermieden wird. ` Der zweite Fall kann sich durch planmäßige Zusammenlegung oder zufälliges Beieinanderliegen von Abwärme liefernden Maschinen und Apparaten mit der Druckluftkraftmaschine ergeben. Wenn dabei die Druckluftmaschine die Druckluft aus größerer Entfernung empfängt, wird die Temperatur auch hier die der Umgebung nicht wesentlich überschreiten. Es wird daher das Richtigste sein, die verfügbaren Abwärmen zunächst dazu zu benutzen, die ankommende Druckluft vor ihrem Eintritt in den. Zylinder nach dem bekannten Verfahren mittels Wäimeaustauscher zu erwärmen. *Die dann noch in denn. Wärmeträger verbliebene- Wärme könnte zwar noch nach der vorliegenden Erfindung ausgenutzt werden. Da aber die Druckluft mit verhältnismäßig niedrigerTemperatur ankommt, bleibt bei Anwendung von Gegenstrom im Warmeaustausch-er ad restlicher Wärme für -die Ausnutzung im Auswechslungsverfahren nicht mehr viel -übrig.The first case is usually: before central air compression with distribution of the air to several compressed air engines; also with compressed air locomotives, that lead to a compressed air supply for a long period of time of this type stand far from the compressor or run unrelated to it the compressed air, which leaves the compressor warm, up to the entry into the cylinder the engine cooled so far that its temperature is that of the surrounding air hardly exceeds. When such air works in the pneumatic power machine, it sinks the temperature with a somewhat extensive expansion is extraordinarily low, and even when the outside air is relatively warm, well below freezing point. This one Compared to low temperatures, the temperature of the surroundings is still very warm. Of the Replacement of the cold air otherwise remaining in the cylinder with the outside air so not only prevent the machine from icing up, but also the temperature of the Increase the machine so much that the otherwise resulting cooling and reduction the specific volume of the freshly entering compressed air is avoided. ` The second case can be due to planned amalgamation or coincidence from machines and devices that deliver waste heat with the compressed air engine. If the compressed air machine receives the compressed air from a greater distance, the temperature will not significantly exceed that of the surroundings here either. It the best thing to do is to first use the available waste heat to the incoming compressed air before it enters the. Cylinder according to the known To heat the process by means of a heat exchanger. * The then still in then. Heat transfer medium Remaining heat could still be used according to the present invention. However, since the compressed air arrives at a relatively low temperature, remains at Use of countercurrent in the heat exchanger ad residual heat for utilization Not much left in the substitution process.

Anders liegen aber die Verhältnisse, wenn auch der Verdichter in nächster Nähe der Druckluftkraftnnaschine steht. Dann -liefert er die Druckluft mit verhältnismäßig hoher; von der Verdichtung herrührenden Temperatur an die Drückluftkraftmaschine ab. Die der Druckluft vor ihrem Eintritt in den Zylinder zugeführte, anderweitig verfügbare Wärmemenge kann dann im Gegenstrom äußerstenfalls bis zu der Temperatur ausgenutzt werden, welche die unmittelbar vom Verdichter kommende Luft besitzt. Wenn z. B. die vom Verdichter kommende Luft eine Temperatur von 2oo° hat und die Temperatur des Trägers der sonst verfügbaren Wärme q.oo° beträgt, wird sich letztere in einem Wärmeaustauschapparat vielleicht auf 25o° durch Wärmeabgabe an die Druckluft vermindern lassen (nicht ganz auf 200°, weil noch ein gewisser Temperaturunterschied für den Wärmeüblergang vorhanden sein muß, wenn man mit einer mäßig großen Heizfläche auskommen will). Die mit 25o° abgehende Wärme ist verloren, wenn sie nicht in der durch. die vorliegende Erfindung ermöglichten Weise ausgenutzt wird. Die Sache hat Bedeutung für die Übertragung der Leistung von Brennkraftmasdhinen auf eine Kraftmas.hine mit besserer Manävrierfälhigkeit. Als solcher ist die Druokluftkraftmaschine anzusehen. Es treibt hier eine Brennkraftmaschine (bei Lokomotiven eine Dieselmaschine) einen Verdichter an, welcher die Druckluft an eine Druckluftkraftmaschine abliefert, und zwar mit ziemlich hoher Temperatur. Die Abgase der Dieseknascbine dienen dann zur weiteren Temperaturerhöhung der Druckluft durch einen -Wärmeaustauscher und nachleer zurr Erwärmung der Spülluft.But the situation is different, even if the compressor is next Close to the pneumatic power machine. Then he delivers the compressed air with proportionally higher; the temperature resulting from the compression to the compressed air engine away. The one supplied to the compressed air before it enters the cylinder, otherwise available amount of heat can then in the extreme case in countercurrent up to the temperature be used, which has the air coming directly from the compressor. If z. B. the air coming from the compressor has a temperature of 2oo ° and the Temperature of the carrier of the otherwise available heat is q.oo °, the latter will be in a heat exchange apparatus perhaps to 25o ° by giving off heat to the compressed air Let it decrease (not all the way to 200 °, because there is still a certain temperature difference must be available for the heat hazard if you have a moderately large heating surface wants to get along). The heat leaving at 25o ° is lost if it is not in the by. the present invention is made possible. The thing has Significance for the transfer of the power from internal combustion engines to a power engine with better maneuverability. The pressure air engine is to be regarded as such. An internal combustion engine drives one here (a diesel engine in the case of locomotives) Compressor, which delivers the compressed air to a compressed air engine, and with a fairly high temperature. The exhaust gases from the cylinder are then used for further increase in temperature of the compressed air through a heat exchanger and then empty for heating the purge air.

In Hüttenwerken kommt :eine ähnliche Anordnung für Umkehrwalzenzugmaschinen und andere Maschinen, welche eine große Mancvrierfähigkeit verlangen und daher nicht direkt von. einer Brennkraftmaschine angetrieben werden können, in Frage. Hier würde etwa eine Gichtgasmaschine den Verdichter treiben und dieser die Druckkluft für die in der Nähe aufgestellte Druckluftkraftmaschine mit noch hoher Temperatur abgeben. Die Luft würde dann vor dem Eintritt in die Druekluftmaschine zunächst mit den Abgasen der Giahtgasmaschine in einem Wärmeaustauscher aufgeheizt werden. Die dann noch in den Abgasen enthaltene Wärme läßt sich in der Druckluftkraftmaschme auch hier noch durch Spülung zum großen Teil ausnutzen.In smelting works comes: a similar arrangement for reversing roller tractors and other machines which require great maneuverability and therefore do not directly from. an internal combustion engine can be driven in question. Here would about a furnace gas machine drive the compressor and this the pressure gap for the compressed air machine set up in the vicinity output at a still high temperature. The air would then first with the exhaust gases before entering the air pressure machine the gas engine can be heated in a heat exchanger. Then still The heat contained in the exhaust gases can also be used here in the compressed air power unit can still be used to a large extent by flushing.

Für die Erwärmung der Spülluft durch die Abgase der Brennkraftmas@chine ist noch ein weiterer Wärmeaustawschapparaterforderlich. Die Anwendung der Erfindung für diesen Fall ist in Abb. 3 schematisch dargestellt. Die Dieselmaschine v mit dem Einlaßventil e und dem Auslaßventil cc treibt einen in der Abbildung nicht dargestellten Verdichter, welcher die Druckluft für den Betrieb der DruckluftkraftmascMne t liefert, an. Bevor die Druckluft in die Druckluftmaschine eingelassen wird, durchströmt sie einen Wärmeaustauscher w1, in welchem sie durch die Abgase der Dieselmaschzme erwärmt wird und dabei ihren Rauminhalt stark vergrößert. Bis hierher enthält die Anordnung gegenüber Bekanntem nichts Neues.For heating the purge air through the exhaust gases from the internal combustion engine Another heat exchanger is required. Application of the invention for this case is shown schematically in Fig. 3. The diesel engine v with the inlet valve e and the outlet valve cc drives a not shown in the figure Compressor, which supplies the compressed air for the operation of the compressed air force machine, at. Before the compressed air is let into the compressed air machine, it flows through it a heat exchanger w1, in which it is heated by the exhaust gases of the diesel engine and greatly increases its volume. So far the arrangement contains nothing new compared to the familiar.

Die 'Abgase der Dieselmaschine verlassen den Wärmeaustauscher w1 trotz des angenommenen Gegenstromes aus dem oben angegebenen Grunde mit ziemlich. hoher Temperatur. Die in den Abgasen noch enthaltene Wärme würde verlorengehen, wenn sie nicht noch im Sänne der Erfindung ausgenutzt wird. Zu dem Zwecke ist ein zweiter Wärmeaustauscher w2 angeordnet, welcher von den bei h aus deren Wärmeaustauscher w1 kommenden Gasen durchströmt wird und die von der Spülpumpe s kommende Spülluft erhitzt, ehe sie in die Druckluftmaschine t eingeführt wird. Die aus dem Wärmeaustauscher strömenden Auspuffgase werden in die Auspuffleitung .Y geleitet. Bei der Verdichtung der eingespülten Luft erfährt sie i=n Druckluftzyllnder die erläuterte starke Temperatursteigerung. Die gestrichelte Linie I-2 bleibe für die Betrachtung der vorstehenden Anordnung noch außer acht. Man kann den zweiten Wärmeaustausoher und die Spülpumpe auch vermeiden, wenn man die Dieselabgase unmittelbar als Auswechslungsstoff im Spülverfahren in die Druckluftmaschine einführt. Zur Erläuterung dieser Anordnung kann die gleiche Abb.3 dienen: Man denke sich in ihre die Spül- pumpe und den zweiten Wärmeaustauscher w@ fort, ferner auch die zugehörigen Anschlußleitungen, und dafür die gestrichelte Leitung i-2 eingefügt. Dann gelangen die aus dem Wärmeaustauscher w1 austretenden Abgase der Dieselmasnhme mit der ihnen nach Durchströmung von wl noch verbliebenen Wärme unmittelbar als Spülgas in den Arbeitszyli7lder der Druckluftmaschine t und spülen diese aus. Der etwa vorhandene Überschuß an Gasen entweicht durch den normalen Auslaß der Druckluftmascbine. Der Ausdehnungsenddruck der Diesehnaschin:e genügt reichlich, um die Spülung zu bewirken und damit die Spülpumpe zu ersetzen. Rechnungsmäßig werden nicht alle Abgase der Brennkraftmaschine für die Ausspülung der Druckluftmaschine gebraucht. Eis empfiehlt sich daher (bei Benutzung des Überdruckes am Ende der Ausdehnung der Brennkraftmaschine als Spülüberdruck für die Druckluftmaschine) den für die Spülung benötigten Teil. der Abgase von der Hauptmenge abzuzweigen.The 'exhaust gases from the diesel engine leave the heat exchanger w1 in spite of the assumed countercurrent for the reason given above. high temperature. The heat still contained in the exhaust gases would be lost if it was not still used in the Sänne of the invention. For this purpose, a second heat exchanger w2 is arranged, through which the gases coming from its heat exchanger w1 at h flow through and heats the scavenging air coming from the scavenging pump s before it is introduced into the compressed air machine t. The exhaust gases flowing out of the heat exchanger are directed into the exhaust pipe .Y. During the compression of the flushed air, it experiences the strong temperature increase in the compressed air cylinder. The dashed line I-2 remains disregarded for the consideration of the above arrangement. The second heat exchanger and the flushing pump can also be avoided if the diesel exhaust gases are introduced directly into the compressed air machine as a substitute in the flushing process. The same Fig.3 can be used to explain this arrangement: Think of it as the flushing pump and the second heat exchanger w @, and also the associated connecting lines, and for this the dashed line i-2 inserted. Then the exhaust gases of the diesel engine exiting from the heat exchanger w1, with the heat still remaining after they have flowed through wl, enter the working cylinder of the compressed air machine t directly as flushing gas and flush it out. Any excess gas that may be present escapes through the normal outlet of the compressed air machine. The final expansion pressure of the machine is sufficient to effect the flushing and thus to replace the flushing pump. In terms of calculation, not all exhaust gases from the internal combustion engine are used to flush out the compressed air machine. Therefore, ice is recommended (when using the overpressure at the end of the expansion of the internal combustion engine as a flushing overpressure for the compressed air machine) the part required for flushing. to divert the exhaust gases from the main volume.

Die Anordnung mit Abzweigung eines Teiles der Abgase der Diesehnaschme und seine Benutzung als Spülstoff ist als Ausführungsheispiel in Abb. q. und 5 dargestellt. Die aus dem närmalen Auslaß im Kopf einer Dieselmaschine v (Abt. q.) kommenden Abgase durchströmen den Wärmeaustauscher iv und erhitzen die von dem Verdichter ziemlich warm bei c ankommende Druckluft vor ihrem Eintritt in die Druckluftkraftmaschine in gewbhnlieher Weise. Ein Teil der Abgase wird der Dieselmas.chinev bei z vor der völligen Entspannung am Ende der Ausdehnungentnommen und als heißer Spülstoff der Druekluftmaschine zugeführt, nachdem sie v 'her einen Behälterq zum Ausgleich der or Druckschwankungen durchströmt haben. Die Spülgase treten durch die Schlitze der Zylinderwandungen in die Druckluftmaschine t ein und werfen die kalten Gase durch den Auslaß der normalen Kolbens:chiehersteuerung heraus.The arrangement with branching off part of the exhaust gases of the Diesehnaschme and his Use as washing-up liquid is an example in Fig.q. and 5 shown. The one from the narrow outlet in the head of a diesel engine v (Dept. q.) Coming exhaust gases flow through the heat exchanger iv and heat the Compressed air arriving from the compressor quite warm at c before it enters the pneumatic power machine in the usual way. Part of the exhaust is the Dieselmas.chinev taken at z before complete relaxation at the end of the expansion and being hotter Rinsing substance supplied to the air-conditioning machine after it has v 'ago a container for Compensate for or pressure fluctuations have flowed through. The purge gases pass through the slots in the cylinder walls in the compressed air machine t and throw the cold gases through the outlet of the normal piston: valve control out.

Bei Mehriylindermaschinen genügt die Spülgasentnahme aus einem Arbeitszylinder. In Abb. 5 ist die Entnahmevorrichtung für den abzuzweigenden Teil der Abgase einer Viertaktdiesehnas@chine noch genauer dargestellt. Das seitlich angebaute Entnahmeventil z wird noch, bevor der Kolbenrand beim Niedergang den oberen Rand .u des Schlitzes überfahren hat, geöffnet und befindet sich bei der gezeichneten Kolbenstellung schon in. der Absohlußbewegung begriffen. Beim überfahren des Randes u beginnt die Entnahme. Erst nachdem sie .erfolgt ist und das Ventil - beinahe ganz geschlossen ist, wird das normale Auslaßventil a im Zylinderdeckel geöffnet und läßt die Hauptmenge der Gase in den Wärmeaustauscher -v (Abt, q.) entweichen. Auch bei der Zweitaktdieselma:schme läßt sich eine Entnahinevorrichttuig für -die Abzyveigung der Spülgase anbringen.In the case of multi-cylinder machines, it is sufficient to remove the purging gas from a working cylinder. In Fig. 5, the extraction device for the part of the exhaust gases to be diverted is one Viertaktdiesehnas @ chine shown in more detail. The removal valve attached to the side z is still before the piston edge on the companionway the upper edge .u of the slot has passed, is open and is already at the piston position shown in. the final movement. Removal begins when the edge u is driven over. Only after it has taken place and the valve - is almost completely closed will the normal exhaust valve a in the cylinder cover opens and lets the bulk of the Gases escape into the heat exchanger -v (Abt, q.). Even with the two-stroke diesel engine: Schme A removal device can be attached for the removal of the flushing gases.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Method for supplying heat to a compressed air engine by a substitute substance of higher temperature than the expanded air possesses, characterized in that the substitute substance after expansion has taken place the air is introduced into the interior of the working cylinder and then after closing of the outlet is compressed. a. Air pressure machine according to claim i, characterized characterized in that the replacement takes place in the flushing process by adding the replacement substance after the start of the pre-flow introduced into the cylinder and thereby the. consumed Air is discharged through the opened outlet. 3. Compressed air engine after Claim i, characterized in that the replacement is effected in four-stroke by pushing out the used luff after the pre-flow has ended 'in the following, stroke and the substitute is sucked in in the subsequent stroke. q .. pneumatic power machine according to claim. t and a, characterized in that the one located in the vicinity Internal combustion engine supplied exhaust gases are used as a substitute and the overpressure existing in the internal combustion engine at the end of the expansion of the gases is used as a flushing pressure for the compressed air engine.