DE850602C - Doppeltwirkende Kolbenmaschine zur Durchfuehrung chemischer Reaktionen in der Gasphase, bei der sowohl der Kolben als auch der an seinen Enden geschlossene Zylinder in axialer Richtung gegenueber dem Maschinengestell beweglich ist - Google Patents

Description

• Doppeltwirkende Kolbenmaschine zur Durchführung chemischer Reaktionen in der Gasphase, bei der sowohl der Kolben als auch der an seinen Enden geschlossene Zylinder in axialer Richtung gegenüber dem Maschinengestell beweglich ist Zusatz zum Patent 845 496 Das Patent 845 496 beschreibt ein Verfahren zur Durchführung sehr kurzzeitiger chemischer Reak- 1 tionen bei hohem Druck und hoher Temperatur in der Gasphase mit Hilfe einer Verdichtung und nachfolgender Ausdehnung in dem Zylinder einer Kolhenmaschine, bei der, um die Kolbenmaschine in Bewegung zu halten, von der Energie eines in dem Arbeitszyl inder expandierenden Gases von geeignetem Druck Gebrauch gemacht werden kann.
• Das obige Patent beschreibt außerdem eine geeignete doppeltwirkende Kolbenmaschine (Reaktionszylinder mit Kolben), die aus einem Zylinder besteht, der mit den erforderlichen Offnungen versehen ist und einen Kolben enthält, an dessen beiden Seiten sich ein Arbeitsraum befindet, und in der sowohl der Kolben als auch der an seinen Enden geschlossene Zylinder in axialer Richtung gegenüber dem Alasehinengestell beweglich ist. Kolben und Zylinder bewegen sich frei in waagerechter, jedoch stets in entgegengesetzter Richtung. Bei der'Maschine dieser Art, wie sie in dem obigen Patent beschrieben und dargestellt wurde, ist der Zylinder außen mit ebenen Oberflächen versehen, die sich über ebene Oberflächen bzw. Flächen des Maschinengestells bewegen, wobei diese Bewegung lewirkt, daß die Öffnungen des Zylinders im richtigen Augenblick mit den Offnungen des Gestells übereinstimmen.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Zylinder auch außen als ein Rotationszylinder ausgebildet und das Maschinengestell mit einem entsprechend geformten Bett für den Zylinder versehen, wobei dafür Sorge getragen ist, daß der Schwerpunkt des Zylinders unterhalb der waagerechten Rotationsachse des Zylinders liegt, um zu verhindern, daß sich der Zylinder in seinem Bett drehen kann, wodurch die Öffnungen von Zylinder und Gestell nicht mehr länger übereinstimmen würden.
• Die gewünschte Lage des Schwerpunktes kann auf verschiedene Weise erreicht werden, z. B. durch Anordnung der Achse der äußeren Oberfläche unterhalb der Achse der inneren Oberfläche des Zylinders, so daß die Zylinderwand an der unteren Seite dicker ist als an der oberen Seite des Zylinders, oder dadurch, daß in der oberen Seite des Zylindermantels Höhlungen bzw. Vertiefungen vorgesehen werden.
• Die einfachste Weise ist jedoch, den Zylinder mit koaxialen inneren und äußeren Oberflächen zu versehen und die Einlaß- und Auslaßöffnungen für die verschiedenen Medien über die auf diese Weise erhaltene gleichmäßig dicke Wand in solcher Weise zu verteilen, daß sichergestellt ist, daß der Schwerpunkt sich an dem richtigen Ort befindet.
• Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
• Fig. I ist ein senkrechter Längsschnitt des Gerätes gemäß der Erfindung; Fig. 2 ist ein senkrechter Querschnitt nach der Linie II-II, und Fig. 3 ist ein senkrechter Querschnitt nach der Linie III-III in Fig. 1.
• Das dargestellte Gerät umfaßt ein Gestell I, in das eine im Innern zylindrische Büchse 2 eingesetzt ist, die den beweglichenZylinder3 enthält. Innerhalb des Oberteils des Gestells befindet sich eine Gaskammer 6, die mit einem Einlaß für das in der Älaschine zu behandelnde Gas verbunden ist. Diese Gaskammer ist mit der Einlaßöffnung 7 der Zylinderbüchse e verbunden. Weiterhin ist innerhalb des unteren Teils des Gestells die Gaskammer g augeordnet, die mit der Ahführungsleitung für das zu behandelnde Gas verbunden ist und mit zwei Auslaßöffnungen 10 und 10' der Büchse 2 übereinstimmt. Endlich schließt das Gestell zwei weitere Kammern 12a und I2b ein, die über einen Verbindungskanal I2 verbunden sind und für die Zuführung des Hilfsmediums dienen, das dadurch, daß es expandiert wird, die Energie erzeugt, um das Gerät in Bewegung zu halten, und das darüber hinaus dazu beiträgt, daß bei einer bestimmten Kompression die gewünschte Temperatur erhalten wird. Als Hilfsmedium wird häufig Wasserdampf gewählt. Er wird bei 16 zugeführt und kann über drei Öffnungen 17a, 17a', 13a an einem Ende und entsprechende drei Öffnungen, von denen in der Zeichnung nur Öffnung 13b zu sehen ist, ani anderen Ende der Zylinderbüchse von jeder Kammer in den von der Zylinderbüchse 2 eingeschlossenen Raum geführt werden.
• Der bewegliche Zylinder 3 hat die folgenden Öffnungen: Einlaßöffnung 8 für das zu behandelnde gasförmige Medium, zwei Auslaßöffnungen 11 und 11' für das behandelte Medium und das verwendete Hilfsgas und drei Öffnungen 15a, 15a', 14a an einem Ende und entsprechende drei Öffnungen, von denen in der Zeichnung nur die Öffnungen I5b und I4b zu sehen sind, am anderen Ende des Zylinders 3 für die Zuführung des Hilfsgases. Sowohl die Einlaßöffnung 8 als auch die Auslaßöffnungen 11 und 11' und die Öffnungen 15a, 15a' an dem einen und die entsprechenden Öffnungen an dem anderen Ende des Zylinders für das Hilfsgas sind oberhalb der waagerechten Ebene angeordnet, die durch die Achse geht, um welche die innere und äußere Oberfläche des Zylinders beschrieben sind. Unterhalb dieser Ebene befinden sich nur die Öffnungen 14a und 14b für das Hilfsgas. Es ist ersichtlich, daß auf diese Weise der Schwerpunkt des Zylinders unterhalb der durch die Achse hindurchgehenden waagerechten Ebene liegt. Der Zylinder zeigt infolgedessen, wenn er sich innerhalb der Zylinderbüchse in axialer Richtung bewegt, keine Neigung, sich um seine Achse zu drehen, was die richtige Lage der verschiedenen Öffnungen beeinträchtigen würde, so daß diese nicht mehr mit den verschiedenen Kammern des Gestells verbunden würden.
• Zylinder 3 besteht aus zwei Teilen 3, und 3h, von denen jeder einen Zylinderdeckel und einen Teil des damit verbundenen Zylindermantels umfaßt. Da der Teil des Zylindermantels im Zylinderteil 3a ziemlich kurz ist und derjenige des Zylinderteils 3h ziemlich lang, befindet sich die Verl>indung der beiden Zylinderteile, beispielsweise die Schraubverbindung 4, zwischen den Öffnungen 8, 11, 11' an der einen und 14a, 5a und 15a' an der anderen Seite. Dieser Aufbau hat gegenüber einer Einrichtung, bei der die Zylinderdeckel in dem aus einem Stück liestehenden Zylindermantel befestigt wären, gewisse Vorteile.
• Bei einem solchen Aufbau würde die Verbindung zwischen einem Zylinderdeckel und der Zylinderwand infolge der hoben Drücke, die am Ende der Verdichtung innerhalb des zylinders auftreten können, unter großen Spannungen stehen.
• Der Zylindermantel wurde ülier den Deckel hinaus verlängert, um an den äußeren Enden die aufrechten Kanten 19 zu bil(len, welche in großem Maße zur Steifigkeit der Zylinderenden beitragen.
• Die durch diese aufrechten Kanten gebildeten Höhlungen können vorteilhafter Weise die Form, beispielsweise eines Sechskants, zur Aufnahme eines Schlüssels für das Zusammenschrauben der Teile 3, und 3h aufweisen.
• Der Kolben 5 kann sich frei innerhalb des Zylinders 3 bewegen. Zur Schmierung des Kolbens und des Zylinders sind an den Innenseiten sowohl der Zylinderbüchse 2 als auch des Zylinders 3 Ölnuten vorgesehen.

Claims (5)

1. Die Wirkungsweise des Geräts ist die gleiche wie die der in dem Patent 845 496 beschriebenen Vorrichtung, auf die in der Einleitung Bezug genommen wurde, und ist kurz die folgende: Kolben 5 und Zylinder 3 bewegen sich immer in entgegengesetzten Richtungen, und jeder führt gegenüber seiner Älittelstellung eine hin und her gehende Bewegung aus, wobei die Amplituden dieser Bewegungen im umgekehrten Verhältnis zu ihren Massen stehen. In jedem der an leiden Seiten des Koll>ens befindlichen Zyl inderräume finden ahwechselnd Ausdehnung und Verdichtung statt. Angenommen, der Kolben l>efindet sich in der äußersten rechteii Lage und der Zylinder folglich in der linken, dann ist die linke Seite des Zylinders über die geöffnete Einlaßöffnung 8 und die Auslaßöffnung 11 und I I' mit der Gaskammer 6 und der Gaskammer g verbunden. l)as Frischgas aus der Gaskammer 6 schiel)t die in dem Zvlinderraum vorhandene l>ehandelte Nfischung in die Gaskammer g und spült den Zylinderraum. Wenn darauffolgend der Kolben sich nach links bewegt, werden die Öffnungen 8, 11 und ii' geschlossen und das in dem linken Zylinderraum vorhandene Gas verdichtet. Während dieser Verdichtuiig treten infolge der Bewegung des Zylinders 3 die Öffnungen 14a, 15a und I5at mit den Öffnungen 13a, 17a und 17a' in Verbindung, so daß Hilfsgas zugeführt wird, das unter einem Druck steht, der höher liegt als der in diesem Augenblick erreichte Verdichtungsdruck, und das, nachdem diese Öffnungen sich geschlossen haben, zusammen mit dem zu behandelnden Gas verdichtet wird, bis die Endverdichtung erreicht ist und die Bewegung von Kolben und Zylinder sich umkehrt. Während des nachfolgenden ;\usdehnungstaktes werden die Öffnungen 14a, 15a und 15a' in einem bestimmten Augenblick wiederum geöffnet, so daß frisches Hilfsgas in den Zylinderraum eintritt. An dem Ende dieses Taktes sind wiederum die Einlaß- und Auslaßöffnungen offen, und der gleiche Zyklus wiederholt sich an dieser Seite. Dasselbe findet an der anderen Seite des Kolbens statt mit der Ausnahme, daß, wenil in dem linken Zylinderraum eine Verdichtung stattfindet, in dem rechten Raum eine Ausdehnung stattfindet, und umgekehrt.

   Das Hilfsgas kann eine doppelte Aufgabe halmen In erster Linie, wenn das während der Verdichtung zugeführte Hilfsgas ein höheres Cp aufweist als das CD zu behandelnde Gas, verbürgt es, daß die während der N'erdichtung auttretende Endtemperatur höher ist, als es liei Alwescnheit dieses Gases der Fall sein wurde. Zweitens liefern die sowohl während des Verdichtungs- als auch während des Ausdehnullgstaktes zugeführten Gasmengen die Energie, die erforderlich sein kann, um das Gerät in Betrieb zu halten.

   Dadurch, daß der bewegliche Zylinder als ein Rotationskörper ausgebildet ist, werden besondere Vorteile erhalten. Der Zylinder kann aus zwei Teilen bestehen, von denen jeder einen Zylinderdeckel und einen Teil des Zylindermantels umfaßt. Diese zwei Teile des Zylinders können mittels einer in der Zylinderwand vorgesehenen Schraubverbindung leicht verbunden werden.

   P A T E N T A N S P R Ü C H E : 1. Doppeltwirkende Kolbenmaschine zur Durchführung chemischer Reaktionen in der Gasphase, die aus einem Zylinder besteht, der mit den erforderlichen Öffnungen versehen ist und einen Kolben enthält, an dessen beiden Seiten sich ein Arbeitsraum befindet, und bei der sowohl der Kolben als auch der an den Enden geschlossene Zylinder in axialer Richtung gegenüber dem Maschinengestell waagerecht beweglich sind, gemäß Patent 845 496, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder auch außen als Rotationszylinder ausgebildet ist und das Maschinengestell mit einem entsprechend ausgebildeten Bett für den Zylinder versehen ist, wobei der Schwerpunkt des Zylinders unterhalb der Achse der Außenfläche des Zylinders angeordnet ist.
2. 2. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinder mit koaxialen Innen- und Außenoberflächen versehen ist und die verschiedenen Öffnungen in solcher Weise über die auf diese Weise erhaltene gleichmäßig dicke Wand verteilt sind, daß der Schwerpunkt des Zylinders sich unterhalb der Achse befindet.
3. 3. Kolbenmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Einlaßöffnung(en) für das zu behandelnde Gemisch als auch die Auslaßöffnung(en) oberhall> der durch die Achse gehenden waagerechten Ebene angeordnet sind.
4. 4. Kolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderdeckel mit einem Teil des Zylindermantels aus einem Stück bestehen, so daß die zum Zusammenfügen des einen mit dem anderen Teil des Zylinders dienende Verbindung in dem Zylindermantel zwischen den Deckeln liegt.
5. 5. Kollienmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zylindermantel nach außen über die Deckel hinaus verlängert ist, wodurch an der Außenseite jedes Zylinderdeckels eine aufrechte Kante gebildet wird.