DE54442C

DE54442C - Closed hot air machine with hot and cold liquid injection

Info

Publication number: DE54442C
Application number: DENDAT54442D
Authority: DE
Original assignee: J. J. Mc. TIGHE, Geistlicher, in 175 West Cafson Street, Pittsburgh, Pennsylv., V. St. A
Anticipated expiration: 1909-09-24

Description

KAISERLICHESIMPERIAL

PATENTAMT.PATENT OFFICE.

Ich benutze einen Erhitzer von passender Form, z. B. den in der Zeichnung mit 1 bezeichneten Kessel, welcher mit der Feuerung 2 versehen ist. Ferner verwende ich einen Cylinder 3, welcher einen Kolben 4 enthält, dessen Stange 5 mit der Treibwelle in bekannter Weise verbunden ist. Die Enden des Cylinders sind durch die hohlen Deckel 8 und 9 verschlossen. In passender Nähe des Cylinders stelle ich eine ΗεϊΓβλνβββεΓρυιτιρε ι ο und eine Kaltwasserpumpe 11 auf, deren bezw. Plunger von Excentern der Treibwelle bewegt werden. Jede Pumpe hat an jedem Ende eine Eintrittsund eine Auslafsöffnung und ist mit den gewöhnlichen Absperrventilen ausgerüstet. Der untere Theil des Kessels 1 steht durch das Rohr 12 mit den beiden Einlafsöffnungen der Heifswasserpumpe 10 in Verbindung, deren Auslafsöffnungen durch die Röhren 13 und 14 mit den hohlen Cylinderdeckeln 8 und 9 verbunden sind. Die Röhren 13 und 14 enden innerhalb der Deckel 8 und 9 in Brauseköpfe 15 und 16. Die beiden Einlafsöffnungen der Kaltwasserpumpe 11, deren Auslafsöffnungen durch die Röhren 19 und 20 mit den Deckeln 8 und 9 in Verbindung stehen, sind durch ein Rohr 17 mit der Austrittsöffnung eines Heifswasserkühlers 18 verbunden. Die Röhren 19 und 20 endigen ebenfalls in Brauseköpfe 21 und 22. Von der Eintrittsöffnung 23 des Kühlers 18 zweigen die beiden Röhren 24 ab, von denen jede nach einem Dreiwegehahn 25 bezw. 26 führt. Diese Hähne stehen mit den Cylinderdeckeln 8 und 9 in Verbindung und ferner mit einem Rohr 27, welches in geneigter Richtung angeordnet ist und in den Kessel 1 einmündet.I use a heater of a suitable shape, e.g. B. denoted by 1 in the drawing Boiler, which is provided with the furnace 2. I also use a cylinder 3, which contains a piston 4, the rod 5 of which with the drive shaft in a known manner Way is connected. The ends of the cylinder are through the hollow lids 8 and 9 locked. I put a ΗεϊΓβλνβββεΓρυιτιρε ι ο and a Cold water pump 11, whose BEZW. Plunger are moved by eccentrics of the drive shaft. Each pump has an inlet and an outlet port at each end and is common to the ordinary Shut-off valves. The lower part of the boiler 1 protrudes through the Tube 12 with the two inlet openings of the Hot water pump 10 in connection, the outlet openings through the tubes 13 and 14 with the hollow cylinder lids 8 and 9 are connected. The tubes 13 and 14 end inside the cover 8 and 9 in shower heads 15 and 16. The two inlet openings the cold water pump 11, the outlet openings of which through the tubes 19 and 20 with the covers 8 and 9 are in communication are through a pipe 17 with the outlet opening of a hot water cooler 18 connected. The tubes 19 and 20 also end in shower heads 21 and 22. The two tubes 24 branch off from the inlet opening 23 of the cooler 18, each of which after a three-way valve 25 respectively. 26 leads. These taps stand with the Cylinder covers 8 and 9 in connection and also with a tube 27, which in inclined Direction is arranged and opens into the boiler 1.

In den Röhren 13 und 14 sind die Hähne 28 und 29 angeordnet, welche ebenso wie die Hähne 25 und 26 zu den richtigen Zeiten durch Excenter der Treibwelle oder durch andere Mittel bewegt werden.The taps 28 are in the tubes 13 and 14 and 29 arranged, which as well as the taps 25 and 26 at the correct times be moved by eccentric of the drive shaft or by other means.

. Jetzt sei vorausgesetzt, dafs der aus den Pumpen, dem Cylinder, dem Erhitzer, dem Kühler und den Verbindungen gebildete Apparat derart mit Druckluft gefüllt sei, dafs der Druck hinter dem Kolben 20 Atmosphären (20 kg auf ι qcm) und vor dem Kolben 10 Atmosphären. (10 kg auf 1 qcm) betrage.. It is now assumed that the one from the pumps, the cylinder, the heater, the The cooler and the connections are filled with compressed air in such a way that the Pressure behind the flask 20 atmospheres (20 kg to ι qcm) and in front of the flask 10 atmospheres. (10 kg to 1 square cm).

Es sei ferner angenommen, dafs, wenn der Kolben 4 sich von links nach rechts bewegt, der Kolben der Heifswasserpumpe 10 nach links Und jener der Kaltwasserpumpe 11 nach rechts bewegt werde.It is further assumed that when the piston 4 moves from left to right, the piston of the hot water pump 10 to the left and that of the cold water pump 11 to the left moved to the right.

Nachdem unter dem Kessel 1 Feuer angemacht ist, kann das in dem Kessel enthaltene Wasser unter dem genannten Druck sicher auf eine Temperatur von wenigstens 176⁰C. (350⁰ Fahrenheit) gebracht werden, ohne zu sieden. Es sei vorausgesetzt, dafs die Verhältnisse derartig seien, dafs der Cylinder ein Pfund Luft auf jeder Seite des Kolbens enthalte und dafs die Pumpen 10 und 11 in den Cylinder bezw. ein Pfund heifses Wasser hinter dem Kolben und ein Pfund kaltes Wasser vor dem Kolben bei jedem Hub einspritzen. Wenn jetzt der Kolben 4 sich nach rechts bewegt, so spritzt die Pumpe 10 Wasser von der angegebenen Temperatur von 176⁰ C. in den hohlen Deckel 8 und die Pumpe 11 kaltesAfter the fire has been lit under the boiler 1, the water contained in the boiler can safely be brought to a temperature of at least 176 ^° C. (350 ^° Fahrenheit) under the pressure mentioned without boiling. Let it be assumed that the conditions are such that the cylinder contains a pound of air on each side of the piston and that the pumps 10 and 11 enter the cylinder and the cylinder, respectively. Inject a pound of hot water behind the piston and a pound of cold water in front of the piston on each stroke. If the piston 4 now moves to the right, the pump 10 injects water at the specified temperature of 176 ^° C. into the hollow cover 8 and the pump 11 injects cold water

Wasser in den hohlen Deckel 9. Der Heifswasserregen erhitzt durch directe Berührung die hinter dem Kolben befindliche Luft mit grofser Geschwindigkeit; durch dieses Erhitzen der Luft wird die letztere befähigt, heifsen Dampf von der Oberfläche der zahllosen Tropfen heifsen Wassers sehr rasch aufzunehmen, und dieser Dampf, welcher ungefähr noch dieselbe Temperatur wie das heifse Wasser hat, trägt durch seine moleculare Berührung mit dazu bei, dafs das Erhitzen der Luft augenblicklich stattfindet. Wenn man jetzt die Formel zur Ermittelung der Endtemperatur eines Gemisches zweier Flüssigkeiten von verschiedenen Temperaturen anwendet, nämlich :Water in the hollow lid 9. The hot water rain heats up by direct contact the air behind the piston at great speed; by this heating The latter is enabled to air the hot steam from the surface of the innumerable Drops of hot water to be absorbed very quickly, and this steam, which approximately still has the same temperature as the hot water, sustains by its molecular touch with this that the heating of the air takes place instantaneously. If you can now the formula for determining the final temperature of a mixture of two liquids of different types Applies temperatures, namely:

MS (T- X) = M¹ Sⁱ (X — T¹J,
in welcher MM' die Gewichte, SS¹ die specifische Wärme, T T¹ die Temperaturen und X die Endtemperatur bezeichnen, so finden wir, wenn wir annehmen, dafs dieLuft38° C. (100⁰F.) hatte, dafs die letztere auf eine Temperatur von 157⁰C. (315⁰F.) erhitzt wird. Bei dieser Temperatur ist der Druck der Luft ungefähr um 40 pCt. über den Anfangsdruck gestiegen; da letzterer, wie vorhin angegeben, 20 kg für ι qcm war, so wird der Druck jetzt 28 kg für ι qcm sein. Hierzu mufs als arbeitendes Element der Druck des von der so erhitzten Luft aufgenommenen Dampfes hinzugefügt werden, welcher Druck bei der genannten gemeinsamen Temperatur von 1 5 7 ° C. nahezu ■6 kg für ι qcm beträgt, so dafs der gesammte Anfangsdruck hinter dem Kolben 34 kg für ι qcm ist. Der wirksame Anfangsdruck ist dann gleich der Differenz zwischen dem Druck hinter dem Kolben und dem Druck vor dem Kolben. Der resultirende Anfangsdruck wird daher ungefähr MS (T- X) = M ¹ S ⁱ (X - T ¹ J,
in which MM ', the weights, SS ^1, the specific heat, TT ^1, the temperatures and X denote the end temperature, we find, if we suppose that dieLuft38 ° C (100 ⁰ F.) had, that the latter to a temperature of 157 ^° C. (315 ^° F.) is heated. At this temperature the pressure of the air is around 40 pCt. increased above the initial pressure; since the latter, as stated earlier, was 20 kg for ι qcm, the pressure will now be 28 kg for ι qcm. To this end, the pressure of the steam absorbed by the air heated in this way must be added as a working element, which pressure at the mentioned common temperature of 15 7 ° C. is almost 6 kg for ι qcm, so that the entire initial pressure behind the piston 34 kg is for ι qcm. The effective initial pressure is then equal to the difference between the pressure behind the piston and the pressure in front of the piston. The resulting initial pressure will therefore be approximate

34 — 10 = 24 kg auf ι qcm
sein.34 - 10 = 24 kg on ι qcm
be.

Unter diesem Druck bewegt sich der Kolben nach vorwärts, und der Druckverlust, welcher von dem Wärmeverlust, der infolge der während der Bewegung des Kolbens eintretenden Expansion stattfindet, herrührt, wird durch eine Reihenfolge von Condensationen des Dampfes und Wiederverdampfungen desselben und durch Abgabe der latenten Wärme des Dampfes an die Luft zum Theil ausgeglichen. Zu derselben Zeit ..tritt vor dem Kolben der kalte Regen ein und absorbirt den abgekühlten Dampf, uind daher wird die von der Compression herrührende Wärme eben so schnell, wie -sie erzeugt wird, der Luft entzogen.Under this pressure the piston moves forward, and the pressure loss, which the heat loss due to expansion occurring during movement of the piston takes place, arises, is caused by a sequence of condensations of the vapor and re-evaporation of the same and by releasing the latent heat of the steam the air partly balanced. At the same time ... the cold one enters in front of the piston Rainfall and absorbs the cooled steam, and hence that of the compression The resulting heat is extracted from the air as quickly as it is generated.

Die .Stellung der Hähne 25 und 26 bleibt während dieser Zeit unverändert, das heifse Wasser verläfst den Cylinder und kehrt durch die Schwerkraft mach dem Kessel zurück, und das .kalte Wasser -verläfst ebenfalls das andere Ende des Cylinders und kehrt durch die Schwere nach dem .Kühler zurück.The position of the taps 25 and 26 remains unchanged during this time, the hot water leaves the cylinder and turns through gravity pulls back the kettle, and the cold water runs off the other too End of the cylinder and, due to the gravity, returns to the cooler.

Während des Hubes des Kolbens nimmt der Druck hinter dem Kolben ab, aber dadurch, dafs man das Luftvolumen zu dem Hub in ein entsprechendes Verhältnifs bringt, kann man die Druckabnahme so vorausbestimmen, dafs der Druck nicht unter jenen fällt, welcher nothwendig ist, um das Wasser im Kessel vor dem Kochen zu bewahren. Wählt man für dieses Verhältnifs z. B. 1 : 2, so wird der Enddruck hinter dem Kolben in dem gegebenen Falle ungefähr 17 kg auf 1 qcm sein. Daher wird der mittlere Druck hinter dem KolbenDuring the stroke of the piston, the pressure behind the piston decreases, but as a result, that the volume of air can be brought into a corresponding ratio to the stroke the decrease in pressure is determined in advance so that the pressure does not fall below that which is necessary to keep the water in the kettle from boiling. If you choose for this ratio z. B. 1: 2, the final pressure will be behind the piston in the given case should be about 17 kg per 1 square cm. Therefore becomes the mean pressure behind the piston

— = 25,5 kg auf ι qcm- = 25.5 kg to ι qcm

betragen.be.

Da die Volumenabnahme vor dem Kolben umgekehrt im Verhältnifs von 2 : 1 erfolgt, so wird der Enddruck 20 kg auf 1 qcm sein. Der mittlere Widerstand vor dem Kolben wird folglichSince the volume decrease in front of the piston takes place inversely in the ratio of 2: 1, so the final pressure will be 20 kg per 1 sq cm. Of the medium resistance in front of the piston is consequently

10 + 2010 + 20

= 15 kg= 15 kg

Der gesammte mittlere wirksame Druck auf den Kolben ist also 25,5 bis 15 oder 10,5 kg, und dieser Druck wird in dem gegebenen Falle resultiren aus dem Verlust von nur wenigen Temperaturgraden, den das heifse Wasser erleidet, * welches in den Kessel zurückkehrt, während es noch sehr heifs ist. Dagegen wird das kalte Wasser vor dem Kolben nur um wenige Grade erwärmt, wobei es eben weniger gewinnt, als das heifse Wasser verliert; die Differenz ist nämlich in Arbeit umgewandelt worden.The total mean effective pressure on the piston is 25.5 to 15 or 10.5 kg, and this pressure, in the given case, will result from the loss of only a few Degrees of temperature suffered by the hot water * which returns to the kettle, while it is still very hot. In contrast, the cold water in front of the flask is just around warmed a few degrees, and it gains less than the hot water loses; the For difference has been converted into work.

Nach Vollendung des Hubes beginnen die Kolben der Pumpen ι ο und 11 sich in umgekehrter Richtung zu bewegen und werden die Stellungen der Hahne 25 und 26, 28 und 29 umgekehrt Der heifse Regen wird daher nun in den hohlen Deckel 9 eingespritzt und der kalte Regen in den hohlen Deckel 8. Der Druck auf die rechte Seite des Kolbens steigt augenblicklich auf 34 kg für 1 qcm, und der Druck auf die linke Seite des Kolbens fällt auf ι ο kg für ι qcm. Der mittlere wirksame Druck ist dann für diesen Hub wieder derselbe, wie oben angegeben. Das überschüssige heifse Wasser kehrt jetzt durch den Hahn 26 .in den Kessel zurück und das kalte Wasser durch den Hahn 25 nach dem Kühler, und dieser Rücklauf des heifsen und des kalten Wassers in ihre bezw. Behälter wird unveränderlich durch die Schwere hervorgebracht.After completion of the stroke, the pistons of pumps ι ο and 11 begin in reverse Direction to move and become the positions of the taps 25 and 26, 28 and 29 conversely, the hot rain is now injected into the hollow cover 9 and the cold rain in the hollow lid 8. The pressure on the right side of the piston increases instantly to 34 kg for 1 square cm, and the pressure on the left side of the piston is noticeable ι ο kg for ι qcm. The middle effective The pressure for this stroke is then the same as stated above. The excess The hot water now returns to the kettle through the tap 26, and so does the cold water through the tap 25 to the cooler, and this return of the hot and cold Water in their resp. Container is invariably made by gravity.

Auf diese Art wird sehr viel Brennmaterial erspart, denn das gebrauchte Wasser ist nur um ,2° C. (35 ° F.) (die auftretende Ternp.eraturdifferenz) von neuem zu erwärmen, wogegen bei den gewöhnlichen Dampfmaschinen ■966 Wärmeeinheiten .auf 1 Pfund Wasser ,auf-In this way a lot of fuel is saved, because the used water is only to heat up 2 ° C. (35 ° F.) (the temperature difference that occurs), whereas in ordinary steam engines 966 thermal units. to 1 pound of water, to

Claims

must be turned before the working fluid can even be obtained.

In addition, savings are made in that only a small amount of running water is used the cooler is required to absorb the small amount of heat that the cold rain carries through to remove the hot air and steam.

It is to be observed that the hot water is injected into the air when the latter has its maximum density, and it should also be emphasized that because the working Air mass is trapped inside the cylinder on each side of the piston, the whole to be heated air mass is heated at once when the rain has hot water in the hollow Lid is pumped.

Instead of water, other liquids can also be heated in the boiler and on Instead of air, other gases can be used, or two liquids can also be used of different boiling points, one of which is first converted into the working fluid by the high heat of the other will find use without departing from the essence of the invention.

In the machine described, means are to be provided by which the excess Accumulation of condensed vapor in the cooler is prevented. This can be done through a Pump or other device happen, which the accumulating excess removed and returned to the heater as required.

In connection with the apparatus an air pump can be used for the purpose of compressing the Air and the replacement of the escaped air.

The term "liquid" used in the description is not limited to ordinary ones Liquids such as B. water, different types of oil, etc., to understand, because in In some cases the purposes of the invention can also be achieved in that if different, usually solid substances are melted in the heater, like them Be metals or other substances. With such changes it is necessary to In place of air, to use a gas of the same nature as that of liquid does not withdraw any energy by chemical connection with it; in other words, the gas must in any given case be chemically indifferent to the Liquid with which it comes into contact in the apparatus. The one to use for cooling In these cases, the liquid must also be selected accordingly.

At the beginning of the stroke, the heating and cooling surfaces have their maximum size, on At the end of the stroke both have their minimum size and between these two limits both decrease in size. This reduction in areas takes place in a way that which does not reduce the economic effectiveness of the conversion, but rather supported, since the area reduction exactly in proportion to the decreasing demand takes place in heat or cold. Furthermore, if you only have the space on one side of the When the piston is viewed over an entire stroke, the heating surface gradually decreases and finally disappears the moment it meets the cold rain, its Surface is then a maximum, and this in turn is reduced and disappears into. Presence of the next hot rain.

Through a suitable arrangement of slides, shut-off devices, etc., as in As is common in the best steam engines, the times for injecting the hot and cold of the cold liquid can be so precisely regulated that a machine which corresponds to the above methods explained and works to be very economical in the consumption of Warmth will turn out; their size will be very small for a given force, and there only a few liters of water are required in the heater, so if an explosion occurs should occur, accidents avoided. There is no escape of steam instead, so that the machine will work almost noiselessly.

Pateντ claim:

A hot air machine, in which in the working cylinder in front of and behind the piston two separate amounts of air act, and the one behind the piston, expanding Air a hotter liquid is injected while at the same time in front of the piston If the air is contracting, a colder liquid is injected.

For this purpose ι sheet of drawings.