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Kaltdampfmaschine Die Erfindung betrifft Kaltdampfmaschinen, die mit
einem Gemisch von Druckgas, z. B. Druckluft, mit Dämpfen von Flüssigkeiten niederen
Siedepunktes, z. B. Kohlensäure, arbeiten. Der Arbeitsvorgang einer solchen Maschine
war bisher so gedacht, daß zunächst die Kohlensäure durch Expansion Arbeit leistet
und daß sie dann durch Abgabe ihrer latenten Wärme an das indifferente, permanente
Gas eine Spannungserhöhung desselben bewirkt, wonach das Gas weiter Arbeit leisten
soll. Dabei sollte durch den Verbrauch aller Wärme eine Verflüssigung der Kohlensäure
eintreten. Eine solche Verflüssigung hat sich aber bisher nicht erreichen lassen.
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Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, daß es praktisch nicht wünschenswert
ist, alle Wärme innerhalb einer solchen Kraftmaschine zu verbrauchen. Bei Kolbenmaschinen
würden alle Schmiermittel einfrieren, bei Turbinen würde die Flüssigkeit zu Stößen
und Schlägen führen. Gemäß der Erfindung findet daher die letzte Abkühlung bis zur
Verflüssigung des Betriebsstoffes zu seiner Trennung von dem Gase außerhalb der
Maschine statt. Diese Tiefkühlung kann durch Wärmeabgabe an einen noch kälteren
Stoff, etwa flüssige Luft, oder durch weitere Arbeitsleistung erreicht werden.
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Auf diese Weise ist ein Arbeitsverfahren praktisch möglich, bei dem
sowohl die Flüssigkeit wie auch das Druckgas im Kreislauf getrennt immer wieder
der Maschine zugeführt werden, so daß praktisch keine Verluste an Kohlensäure entstehen.
Würde man das Druckgas, also im allgemeinen die Luft, weil sie nichts kostet, auspuffen
lassen, so würde bei jedem Arbeitsvorgang die geringe Menge der Flüssigkeit, mit
der sich die Luft gesättigt hat, mit zu Verlust gehen, so daß nach kurzer Zeit ein
Nachfüllen der Flüssigkeit erforderlich und .ein ungestörter Kreislauf daher nicht
durchführbar wäre.
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Man kann die künstliche Kühlung des Betriebsstoffes innerhalb eines
geschlossenen Behälters durch ein Gas oder eine Flüssigkeit von. sehr tiefer Temperatur
in bekannter Weise herbeiführen.
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Wählt man den Weg, durch weitere Arbeitsleistung das Dampf-Gas-Gemisch
tiefzukühlen, so könnte man beispielsweise das Gemisch durch federnde Ventile hindurchströmen
lassen. Um das Ventil zu heben, muß eine gewisse Arbeit geleistet werden, d. h.
es wird Wärme verbraucht, und bei Anwendung von mehreren Ventilen hintereinander
tritt ein derartiges Temperaturgefälle ein, daß der Kohlensäuredampf sich verflüssigt.
Es lassen sich auch beide Wege verbinden und kann die Wärme teils durch Umsetzung
in Arbeit, teils mittels künstlicher Kühlung vernichtet werden.
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Die Arbeitsweise der Kaltdampfmaschine
gemäß der Erfindung
ist also folgende: Man verdichtet Luft oder ein anderes indifferentes Gas oder Gasgemisch
mit ganz niedrigem Siedepunkt im Zylinder oder läßt es aus einem Druckbehälter hinter
dem Kolben des Motors einströmen. Darauf läßt man die Kohlensäure oder eine leicht
siedende andere Flüssigkeit mit ähnlichen physikalischen Eigenschaften hinzu, und
zwar zweckmäßig in Dampfform, weil bei Einspritzung von flüssiger Kohlensäure der
durch die Verdichtung erwärmten Druckluft die zur Verdampfung der Kohlensäure nötigen
Kalorien entzogen werden müssen. Darauf läßt man das Gemisch expandieren und kühlt
es nach dem Ausfluß aus dem Zylinder durch -weitere Arbeitsleistung oder durch künstliche
Kühlung oder durch beide Mittel bis zur Verflüssigung der Flüssigkeit und damit
bis zu deren Trennung von der Luft. Schließlich führt man beide Teile, Flüssigkeit
und Luft, im Kreislauf der Maschine -wieder zu.
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In der Zeichnung ist eine nach obigem Verfahren arbeitende Maschine
schematisch und beispielsweise dargestellt.
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a ist der Zylinder, der in beliebiger Anzahl -vorhanden sein kann,
b der Kolben, der in bekannter Weise seine Bewegungen auf ein Kurbelgestänge c überträgt;
d ist ein Behälter, in dem die flüssige Kohlensäure oder das sonst verwendete Betriebsmittel
nach Vollendung eines Arbeitskreislaufes durch ein Wärmemittel wieder verdampft
wird, dessen natürliche Wärmeenergie im allgemeinen kostenlos zur Verfügung steht,
wie Luft oder \Vasser. Nach dem Ausführungsbeispiel wird das Wasser bei e in das
Rohrwerk fein- und bei g wieder fortgeleitet. Bei lt ist der Spiegel der
flüssigen Kohlensäure angenommen, über dem also durch die Heizwirkung des Wassers
Kohlensäuredampf unter Druck steht. Der obere Teil des Behältersd steht durch ein
Rohr!, in dem sich ein Absperrventil k befindet, mit dem Zylinder a der Kraftmaschine
in Verbindung.
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Vom anderen Zylinderende führt ein wärmeisoliertes Rohr L zu dem Behälter
v, in dem die Kohlensäure dadurch, daß sie weitere mechanische Arbeit leistet, bis
zur Verflüssigung gekühlt wird.
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In diesem Behälter ist eine Anzahl von beispielsweise in Reihe geschalteten
federnden Ventilen tvl, tv' usw. angeordnet, die von außen durch eine nicht dargestellte
Ventilstange von .Hand eingestellt werden können. Der untere Teil dieses Behälters
ist durch ein Rohr z mit einer Pumpe s verbunden, die die verflüssigte Kohlensäure
durch die Leitung t zu dem Behälterd zurückfördert.
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Da nicht mit Sicherheit damit gerechnet werden kann, daß alle Kohlensäure
in dem Behälter v verflüssigt wird, ist dieser noch durch ein wärmeisoliertes Rohru
mit einem Behälter oder Kondensator m verbunden, in dem der letzte Kohlensäuredampf
durch Wärmeabgabe verflüssigt wird.
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Zu diesem Zweck wird etwa flüssige Luft oder eine andere tiefgekühlte
Flüssigkeit bei it in das Röhrenwerk o ein- und bei p wieder fortgeleitet. Der untere
Teil des Behälters, in dem sich die verflüssigte Kohlensäure sammelt, ist durch
ein Rohr r wieder mit der Pumpe s verbunden, die auch diesen Teil der Flüssigkeit
in den unteren Teil des Behälters d durch das Rohr t drückt.
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Um einen Kreislauf der Luft herbeizuführen, ist noch zwischen dem
oberen Teil des Kondensators in und den beiden Enden des Zylinders eine Rohrverbindung
q. gelegt.
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Die Arbeitsweise dieser Viertaktmaschine ist folgende: Man verdichtet
die Luft im Zylinder a oder läßt anfänglich Druckluft aus einem Druckbehälter in
den Zylinder einströmen. Darauf läßt man den Kohlensäuredampf aus dem Behälter d
hinzu; darauf läßt man das Gemisch expandieren, wobei die Kohlensäure ihre latente
Dampf-värme an die Luft abgibt, so daß die Wärmeenergie der Kohlensäure günstig
ausgenutzt wird und die Expansion der Luft durch Aufnahme dieser Wärme mehr Arbeit
leistet, als zu ihrer Kompression erforderlich ist. Nach der Expansion strömt das
Gemisch, das noch unter einem Druck von mehreren Atmosphären steht, durch die Leitung
l zunächst durch den Apparat v, also durch die verschiedenen hintereinanderliegenden
federnden Ventile hindurch, wobei sich ein erheblicher Teil der Kohlensäure bis
zur Verflüssigung abkühlt. Dieser Teil wird durch die Pumpe s zu dem Behälterd zurückgefördert.
Der noch nicht verflüssigte Teil des Kohlensäuredampfes und die Luft strömen weiter
durch die Leitung ,u zu dem Behälter m, der durch flüssige Luft oder durch auf etwa
- 8o° gekühlten Spiritus gekühlt wird, so daß die letzten Reste der Kohlensäure
hier verflüssigt werden und durch die Leitung r und durch die Pumpe s ebenfalls
zum Behälter d zurückgelangen: Die Luft, die noch immer unter Druck steht, gelangt
durch das Rohr q. zum Zylinder a zurück, wird hier wieder komprimiert, darauf wird
wieder Kohlensäure zugeleitet usw.