DE55897C - Dampf-Gas - Gemischmaschine mit gesonderter Dampfeinführung in den Arbeitscylinder - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

— M55837 —

KLASSE 14: /Dampfmaschinen.

Die Wirkung der Expansion des Dampfes in einem Dampfcylinder hört auf, wenn die Expansion so weit getrieben wird, dafs die Temperatur des Dampfes auf etwa ioo° C. sinkt. In diesem Zustande condensirt sich der Dampf, und das ganze vorher vom Dampfe eingenommene Volumen nimmt eine Spannung an, welche niedriger ist als der Atmosphärendruck. Nun ist man aber-gezwungen, den Dampf aus dem Cylinder treten zu lassen, bevor seine Temperatur auf ioo° sinkt, und es folgt daher ein Verlust sämmtlicher latenter Verdampfungswärme, die bei Maschinen mit Condensation an das zur Abkühlung und Verdichtung des Dampfes dienende Mittel abgegeben wird. Nach vorliegender Erfindung soll eine Nutzbarmachung der latenten Verdampfungswärme dadurch erzielt werden, dafs man den Dampf in einem Arbeitscylinder zur Wirkung kommen läfst, der mit comprimirter Luft oder anderen Gasen angefüllt ist, die im Begriffe sind, zu expandiren. Indem sich der Dampf mit der expandirenden Luft etc. mischt, giebt er seine Wärme an die sich durch Expansion abkühlende Luft etc. ab, wobei die Verhältnisse sich leicht so gestalten lassen, dafs bei weitem der gröfste Theil der latenten Verdampfungswärme zur Erwärmung der Luft dient. - In einer solchen Dampf-Luft- oder Dampf-Gas-Gemischmaschine kommt also der fein zertheilte Dampf mit der expandirenden Luft bezw. dem sich ausdehnenden Gase zur geeigneten Zeit in innige Berührung, wodurch eine Ueberführung des Dampfes in den flüssigen Zustand, also eine Condensation eintritt, sobald die Temperatur des expandirenden Gemisches entsprechend sinkt. Da man nun in der Expansion der Luft gleichzeitig ein Mittel hat, ihre Austrittstemperatur zu regeln, so kann man im Voraus festsetzen, dafs z. B. die Luft mit"5o° C. austreten soll, in welchem Falle der Arbeitscylinder eine unter ioo° liegende Temperatur erlangen, d. h. der Dampf entsprechend der Temperaturerniedrigung des Gemisches condensirt und dem expandirenden Luftvolumen seine hierbei frei werdende latente Verdampfungswärme abgegeben haben wird. Die auf das Luftvolumen übergegangene Wärme wird dann bei der Expansion desselben entsprechend in mechanische Arbeit umgewandelt. Diesem Gewinne an Arbeit stehen natürlich die Verluste gegenüber, welche mit der Erhöhung der Temperatur der austretenden Luft verbunden sind, indessen kommen diese Verluste bei der geringen Wärmecapacität der Luft weniger in Betracht.

Auf beiliegender Zeichnung ist eine solche Dampf-Gas-Gemischmaschine als Beispiel schematisch dargestellt.

Die comprimirte Luft tritt aus einem Compressor H nach einem Behälter G, und von hier durch Kanäle und Steuerungs-Einrichtungen C D in den Arbeitscylinder. In gleicher Weise gelangt Dampf durch Vermittelung von Steuerungs-Einrichtungen A B in den Cylinder, während das Gemisch von Dampf und Luft, nachdem es gewirkt hat, durch Steuerungs-Einrichtungen E und F entweicht. Sä'mmtliche Steuerungs-Einrichtungen sind nur schematisch angedeutet, sie können natürlich den besonderen Bedürfnissen entsprechend ausgebildet werden. Der Betrieb einer solchen

Dampf-Luft-Gemischmaschine gestaltet sich wie folgt: Zunächst tritt durch D lediglich verdichtete Luft ein, die während eines bestimmten Theiles des Kolbenhubes zuerst mit vollem Druck und dann expandirend wirkt. Im geeigneten Augenblicke wird nun in das Luftvolumen gespannter Dampf eingelassen, der zunächst gleichfalls durch Expansion wirkt, andererseits aber auch mit der bereits im Cylinder vorhandenen Luft sich innig mischt und dieselbe erwärmt. Sind nun die Verhältnisse so gewählt, dafs die Temperatur der austretenden Luft hinreichend tief liegt, so erfolgt die Erwärmung der expandirenden Luft unter Condensation des Dampfes und wird auf diese Weise bei Beendigung des Hubes die latente Verdampfungswärme des Dampfes abgegeben und durch Vermittelung der expandirenden Luft in mechanische Arbeit umgewandelt sein.

Das Wesen der vorliegenden Erfindung liegt im Gegensatz zu den bisher bekannten Anwendungsweisen der Gemische von Dampf und Druckluft also darin, dafs man die Mischung dieser beiden Kraftmittel aus bestimmten Gründen erst im Cylinder erfolgen lä'fst.

Der Zweck der Einführung von Wärme in die in der Arbeitsmaschine zur Expansion gelangende Druckluft ist ein zweifacher. Vorerst soll das Einfrieren der Maschine vermieden und zweitens soll das Arbeitsvermögen der Druckluft durch die zugeführte Wärme erhöht werden.

Was jedoch das Mafs der Erhöhung des Arbeitsvermögens anbelangt, dafs man der Druckluft durch Erwärmung zu ertheilen vermag, so ist es durchaus nicht gleichgültig, in welchem Stadium des Vorganges der Druckluft diese Wärme zugeführt wird, ebenso wie es andererseits sehr wichtig ist, beim Erzeugen dieser Druckluft in den Compressionsmaschinen die hierbei als unangenehme Nebenerscheinung auftretende Wärme rechtzeitig, d. h. während der Compression im Cylinder wegzuschaffen, um in beiden Fällen das Maximum der Oekonomie zu erreichen.

Wenn man Luft in den Compressionsmaschinen auf einen hohen Druck bringt, so wird man bei der Comprimirung eines gewissen Luftgewichtes, ganz abgesehen von der hierzu nöthigen mechanischen Arbeit der Compressionsmaschinen, viel weniger Kühlwasser brauchen, wenn man dasselbe während der Compression einspritzt und hierdurch eine angenähert isothermische Compression herbeiführt, als wenn man andererseits die Luft comprimirt und erst später mittelst Kühlwassers die Wärmemenge wegschafft, die bei der Compression im Luftgemisch auftrat.

In beiden Fällen ist hierbei das gleiche Luftgewicht und die gleiche Anfangstemperatur vorausgesetzt und als schliefsliches Ergebnifs der gleiche Druck und die gleiche Endtemperatur (im zweiten Fall nach erfolgter Kühlung) angenommen.

Das Gleiche zeigt sich bei Anwendung der Druckluft in den Arbeitsmaschinen.

Wenn man z. B. Druckluft von 8 Atmosphären zur Verfugung hat, derselben eine gewisse Wärmemenge zuführt und sie hierauf unter Arbeitsverrichtung in einem Cylinder bis auf einen gewissen Enddruck expandiren läfst, wobei die Luft ein im Voraus zu bestimmendes Temperaturgefälle erleidet, dann wird hierbei eine leicht berechenbare ,· mechanische Arbeit geleistet. Wenn man in einem anderen Falle die gleiche mechanische Arbeit von dem gleichen Luftgewichte ebenfalls bei einem Anfangsdrucke von 8 Atmosphären und mit Expansion bis zum gleichen Enddrucke in zwei Cylindern nach Wo olf'scher Art verrichten läfst, wobei ,der Luft jedesmal vor ihrem Eintritt in jeden Cylinder eine gewisse Wärmemenge zugeführt wird, und die Dimensionen der Cylinder derart gewählt sind, dafs unter Berücksichtigung der zugeführten Wärmemenge die Arbeiten beider Cylinder einander gleich sind, dann wird man die gleiche mechanische Arbeit, wie im ersten Falle, mit einer geringeren Menge an zugeführter Wärme leisten können, d. h. es gelingt, durch allmälige Zuführung der Wärme in den einzelnen Expansionsperioden der Luft unter sonst gleichen Umständen eine gröfsere Anzahl der in dem zugeführten^x Wärmemedium enthaltenen Calorien in mechanische Arbeit in der Luftmaschine umzusetzen.

Wenn man anstatt der im Vorhergehenden erwähnten zwei arbeitenden Cylinder eine Reihe solcher Cylinder wählt, deren Durchmesser wächst, und wobei die stufenweise expandirende Luft nach einander in die einzelnen Arbeitscylinder eintritt, wobei ihr jedesmal eine entsprechende Wärmemenge zugeführt wird, so ergiebt sich hieraus eine um so vortheilhaftere Verwendung der Wärme, je mehr Cylinder man wählt, d. h. je mehr man Gelegenheit nimmt, der Luft nach und nach die Wärme zuzuführen, im Verhältnifs, wie dieselbe durch die unter Arbeitsverrichtung stattfindende Expansion an Wärme verliert.

Es werden nach vorliegender Erfindung die als treibendes Medium wirkende Druckluft und der zur Benutzung gelangende Dampf auf getrennten Wegen dem Cylinder zugeführt, und die Zufuhr des Dampfes wird derart geregelt, dafs die bei der Expansion der Luft jeden Moment verschwindende Wärme sofort durch den gleichzeitig condensirenden Dampf, d. h. durch die hierbei frei werdende Condensationswärme entsprechend ersetzt wird.

Anstatt die Maschine so einzurichten, dafs sie, wie dargestellt, die Luft sich selbst verdichtet, kann man dieselbe auch von einer

Leitung für Druckluft speisen, die in einer Centralanlage oder anderweitig verdichtet war. Ebenso kann die Luft auch durch ein anderes Gas ersetzt werden, das bei seiner Expansion sich abkühlt und Dampf zu condensiren vermag, z. B. schweflige Säure, Ammoniakgas, Aether u. s. w.

Wesentlich ist in jedem Falle, dafs durch Vermischung des Gases oder der Luft mit dem während der Füllungs- oder Expansionsperiode im Cylinder einströmenden Dampf eine Condensation desselben und dadurch eine Erwärmung der Luft oder des Gases eintritt, so dafs die latente Verdampfungswärme mittelbar in mechanische Arbeit übergeführt wird.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Eine Dampf-Luft- oder Gas-Gemischmaschine, bei der dem im Arbeitscylinder arbeitenden Luft- oder Gasvolumen Dampf derart zugeführt wird, dafs derselbe sich mit der Luft oder dem Gas während der Füllungsund der Expansionsperiode, oder während letzterer allein, im Cylinder mischt und wobei die Zufuhr des Dampfes derart geregelt wird, dafs die bei der Expansion der Luft in jedem Moment verschwindende Wärme sofort durch den gleichzeitig condensirenden Dampf, d. h. durch die hierbei frei werdende Condensationswärme entsprechend ersetzt bezw. in mechanische Arbeit umgewandelt wird.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen,