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Verfahren und Vorrichtung zur Umsetzung von Wärme in kinetische und
Spannungsenergie Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung von Wärme in
kinetische und Spannungsenergie und eine zu dessen Durchführung dienende Vorrichtung
in Gestalt eines dazu geeigneten Düsensystems.
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Es sind bereits Verfahren bekannt, bei welchen Gase oder Dämpfe in
einem Düsensystem bei höherar Temperatur unter Umsetzung der Dehnungsarbeit in kinetische
Energie expandieren und bei niedrigerer Temperatur wieder verdichtet werden. Bei
diesen, bekannten Verfahren muß aber das Düsensystem etwa nach Art eines Flugkörpers
oder eines Geschosses bewegt werden, wodurch seine Anwendbarkeit weitgehend beschränkt
.ist. Auch ist hierbei der Wirkungsgrad der Energieumsetzung verhältnismäßig ungünstig.
Gegenstand der Erfindung ist demgegenüber ein Verfahren der eingangs arwähntenArt,
bei welchem der Arbeitsvorgang durch Unterdruck, also durch Vakuum, in denn Expansionsraum
eingeleitet wird, ,wodurch der Strömungsvorgang nach Einleitung des Arbeitsvorganges
erhalten bleibt, ohne daß das Düsensystem bewegt werden muß. Die Energieumsetzung
erfolgt hierbei ohne Zuhilfenahme irgendwelcher bewegten Maschinenteile, also in
sehr einfacher und betriebssicherer Form. Das ganzeDüsensystem kann überall ortsfest
verwendet werden, wodurch eine sehr vielseitige Anwendungsmöglichkeit gegeben ist.
Die, zur Dwchführung- des Verfahrens dienende Vorrichtung gestaltet sich hierbei
infolge des Wegfalls bewegter Teile sehr einfach und der Wirkungsgrad sehr günstig.
Die
auf diese Weise erzeugte kinetische Energie kann in die Spannungsenergie gespannter
. Gase, Dämpfe oder Flüssigkeiten übergeführt und in dieser Form aufgespeichert
oder auch unmittelbaaverwendet werden. Sie eignet sich unter anderem besonders zum
Antrieb, von Turbinen,, kann aber ebensogut auch zum Antrieb von Kolbenmaschinen,
Werkzeugen u. dgl. nutzbar gemacht werden.
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E.& kann auch die Expansion nach dem Caxnotschen Kresprozeß und
die Kompression nach einer Isotherme oder einer Polytrope erfolgen.
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Die zur Durchführung des Arbeitsvorganges erforderliche Wärme kann
dem Arbeitsmittel zu Beginn. des Arbeits-vorgarvges durch\7erbremnung oder durch
Beheizun,g des Gasstromes von außen zugeführt worden. Die Verbrennunigsluft wird
zwechmäßig durch Wärmeübeitgang von dem Cyaisstro@rn vorgewärmt, welcher die Endgeschwindigkeit
nach adiabatischer Kompression auf den Anfangsdruck erreicht hat. ' Zweckmäßig ist
es, den Gasstrom zwischen Expansion und Kompression durch Wärmeentzug zusätzlich
zu kühlen, Zeas entweder durch Wärmeableitung an ein äußeres Kühlmittel geschehen
kann oder durch Einspritzung von Flüssilgkeiten in den Gasstrom, welche iri diesem
verdampfen und ihn dadurch kühlere.
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Zur Einleitung des Arbeitsvorganges kann entweder .in dem an den Expansionsraum
anschließenden Raum ein Unterdruck erzeugt werden, beispielsweise mit Hilfe einer
Vakuumpumpe bekannter Bauart, oder es kann zu diesem Zweck Druckluft in das Düsensystem
eingeführt werden.
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Die zur Durchführung des Arbeitsvorganges dienende Vorrichtung besteht
im wesentlichen nur aus einem in einer Achse liegenden Düsensystem, das einen sich
allmählich verjüngenden, zur Einleitung der Verbrennung dienenden Raum aufweist,
ferner einen an diesem anschließenden Expansionsraum, in welchem zunächst noch unter
Wärmezufuhr durch die Verbrennung eine isotheirimis.che und daran anschließend eine
adiabatisdhe Expansion stattfindet, und einen Raum konstanten Druckes, auf -welchen
ein sich allmählich verengender Kompressionsraum folgt, der schließlich in eine
Düse ausmündet, deren Querschnitt entsprechend dem gewünschten Druckanstieg und
der Geschwindigkeitsverminderung sich allmählich- verjüngt. Der letzte Teil der
Kompressionsdüse isst zweckmäßig von einem Kanal umgaben., in welchem . die Verbrennungsluft
vorgewärmt wird.
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Ein Rückströmen aus. dem Energiespeicher in, das Düsensystem kann
durch ein Rückschiagventäl bekannter Art verhindert werden. In der -Zeichnung sind
in-den Fig. r bis 5 in rein schematischer Form verschiedene Ausführungsbeispiele
von Düsensystemen gezeigt, mit welchen das- erfindungsgemäße Verfahren. durchgeführt
werden; kann; die Arbeitsweise der eiinzelnenVerfahrensmöglichkeiten ist nachstehend
an Hand der Figuren noch etwas ausführlicher erläutert.
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Bei dem Ausführungsbeiispiel nach Fig. i wird der Raum i durch eine
Vakuumpumpe üblicherBauart, -welche nicht näher dargestellt ,ist, mittels der Rohrleitung
2 luftleer gehalten. Das hier erzeugte Vakuum überträgt sich durch die Löcher 3
auf den zylindrischen Teil.. einer aus mehreren h.intereinandergeschadteten Düsen
und . Rohrstrecken wechselnden Querschnittes bestehenden Vorrichtung. Infolge des
im Raume q. vorhandenen Unterdruckes strömt Luftaus der Atmosphäre bei 5 in den
Erhitzer 6, nimmt hier im Geigenstrom Wärme auf und fließt dann durch die Rohrleitung
7 in die Kammer B. In dieser wird vor der Düse 9 durch das Rohr io Brennstoff in
Form von Gas, öl, Kohlenstaub od. dgl. zugeführt. Der Abstand der Rohrmündung ii
von der Düse 9 'kann durch axiale Verschiebung des Rohres io so eingestellt werden,
daß die Verbrennung -,viohl in dem Raum 8 eingeleitet wird, aber erst in der Düse
9 erfolgt. Durch geeignefe Ausbildung der- Düsenmündung i i und durch Zuleitung
des Brennstoffes unter entsprechendem Druck kann die Verbrennung so geregelt werden,
daß sie beispielsweise an der Stelle 12 beendigt ist. Hierdurch wird erreicht, daß
den auf die Düsenlänge 9-i2. expandierenden Gasen so viel Wärme zugeführt wird,
als durch die frei werdende Expansionsarbeit verbraucht wird., so daß hier die Expansion
isothermisch verläuft. Von der Stelle 12 bis zu der Stelle 14 erfolgt dann eine
-adiabattische Expansion. Das, Verdichtungsverhältnis ist hierbei so gewählt, daß
am Ende der Expansion bei 14. eine Temperatur eirreicht ist, welche nur wenig über
der Temperatur der von der Natur gegebenen Kühlmittel, z. B. der Luft oder des Fluß-
oder See-,n'<assers, liegt.
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Bei 14 erreichen die strömenden Gase ihre größte Gesch@;'indigkeit,
hier hat sich die ganze Expansionsarbeit aus der vorhergehenden isotheirmischen
und adiabatischen Expansion. in kinetische Energie, in Gestalt mit hoher Geschwindigkeit
strömender Gase, umgesetzt. Infolge ihrer lebendigen Kraft strömen diese Gase in
der sich nunmehr verjüngenden Düse von 15-16 -weiter und verdichten sich hierbei.
Auf de Strecke von r5-17 wird so gekühlt, daß bei der K ompressionsarbeit keine
Temperaturerhöhung erfolgt, so daß diese Kompression isothermisch verläuft. Von
17-18 wird adiabatisch komprimiert. Bei iS wird wieder der Anfangsdruck, also etwa
der atmnosphänische Druck erreicht. Das Verdichtungsverhältnis. ist so gewählt,
d'aß die strömenden Gase bei 18 ihre bei 9=T2 inniegehabte Anfangstemperatur wiedeir
erreichen. Da aber-bei 18- gleichzeifig auch wieder der Anfangsdruck erreicht wird,
welcher auch in der Kammer 8 und am Anfang der Düse 9 herrscht, ist der Anfangszustand
wieder erreicht, : d. h. die Entropien .des. Anfangs- und des Endzustandes sind
gleich. Würde dann den Verbrennungsgasen bei 18 die kinetische Energie,- beispielsweise
durch Ausnutzung in einer Geschwindigkeitsturbine, entzogen und könnten sie mit
ihrem Wärmeeinhalt wieder zu weiterem Kreislauf-in die Düse 9 zurückgeführt werden,
so würde der Strömungsvorgäng .nach- dem.. als I.dealprozeß geltenden Carnotschen
Kreisprozeß erfolgen -und bei .einem, bestimmten Temperaturunterschied den. höchstmöglichen
Wirkungsgrad
bei der Umsetzung von Wärme in Kraft ergeben.
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Da jedoch die bei i8 wieder auf ihre Anfangs-, d. h. Verbrennungstemperatur
gebrachten Verbrennungsgase zu einer weiteren Verbrennung nicht mehr geeignet sind
,oder doch nur teilweise (wenn die Verbrennung mit hohem Luftüberschuß erfolgt ist)
unter Zuführung vcn Frischluft zur Verbrennung zurückgeführt werden können, wird
den heißen Verbrennunigsgase.n von i8-ig die Wärme entzogen und im Gegenstrom auf
die bei 5 eiz1-tretende Frischluft übertragen. Hierdurch wird der Gesamtström@ungspro.zeß
des Düsensystems in nahezu vollkommener Weise dem Carnotschen Prozeß angepa.ßt.
In dem konischen Rohrstück i8-ig findet also keine. Veränderung des Diruckes oder
der Geschwindigkeit statt. Lediglich die Wärme wird den strömenden Gasen entzogen.
Die Verjüngung des Rohres i8-ig entspricht der durch die Abkühlung entstehenden
Volumenveränderung. In dem kurzen, sich stark verjüngenden Düsenstück ig-i6 erfolgt
wiederum eine adiabatische Verdichtung auf einen so hohen Druck, daß den zuvor mit
hoher Geschwindigkeit strömenden Gasen nahezu die ganze kinetische Energie entzogen
und in Druck umgesetzt wird. Die nunmehr hochverdichteten und durch die Verdichtung
stark: erhitzten Gase werden bis zur Weiterbenutzung in dem geschlcssenen Behälter
2o aufgespeichert, der zweckmäßig durch ein RückschIagventil 13 gegen ein Zurückströmen
ge2.-sichert ist.
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Die den im Gefäß 20 aufgespeicherten Gasen innewohnende Energie ist
gleich dem Unterschied der bei der Expansion im Strömungsvorgang frei werdenden
Energie zu der bei .der Kompression aufgewandten Energie. Der Energieüberschuß ist
also, wie im Carnotschen Prozeß, um so, größer, je größer der Temperaturunterschied
zwischen der isothermischen Expansion und der isothermischen Kompression ist. Die
frei werdende und zur Verfügung stehende Arbeitsleistung ist also genau die gleiche
wie bei dem Ca.rn.otschen Kreisprozeß unter gleichen Verhältnissen. Ein Unterschied
gegenüber der üblichen Darstellung des Idealprozelsses besteht lediglich darin,
da.ß bei dem Strömungsvorgang die Arbeitsleistung nicht auf einen Kolben übertragen
wird, sondern in Form von kinetischer Energie in den expandierenden Gasen selbst
verbleibt. Desgleichen wird bei der Kompression der Arbeitsa@ufwand nicht durch
einen Kolben auf die sich in einem Zylinder befindenden Gase übertragen, sondern
der den strömenden Gasen innewohnenden kinetischen Energie entzogen. Die Geschwindigkeit
der strömenden Gase wird hierdurch verzögert.
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Bei 18 ist der gesamte Energieüberschuß aus Kompressionsarbeit abzüglich
Expansionsarbeit in kinetische Energie umgesetzt. An dieser Stelle entspricht der
in der Düse herrschende Druck genau dem Anfangsdruck. Vcn i8-ig ändern sich weder
Druck noch Geschwindigkeit. In diesem konischen Rohrstück wird lediglich denk Gasen
die Wärme zur Rückgewinnung entzogen; auf den eigentlichen Strömungsvorgang hat
dies nur den Einfluß der Einsparung an Brennstoff, denn ohne die Wärmerückgewinnung
würde die Temperatur der Verbrennungsluft im Raum 8 der Temperatur der Außenatmosphäre
entsprechen.. Man müßte daher, um bei 9 vor der isothermischen Expansion auf dieselbe
Gastemperatur zu kommen, mehr B;rennstoff aufwenden. Im übrigen wurde sich jedoch
an den Expansions- und Kompressionsvorgängen nichts ändern, und auch die aus deren
Unterschied sich ergebende Arbeitsleistung würde gleichbleiben.
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Die den strömenden Gasen bei 18 oder i 9 innewohnende Energie könnte
auch unmittelbar zum Antrieb einer Turbine mit Geschwindigkeitsstufung oder aber
auch zum Raketenantrieb für Geschosse, Flugzeuge od. dgl. verwendet werden. Sobald
der Strömungsvorgang nach dem Verfahren gemäß der Erfindung eingeleitet ist, kann
derselbe beliebig lange, aufrechterhalten bleiben. Das zur Einleitung des Strömungsvorganges
mit Hilfe einer Vakuumpumpe einmal erzeugte Vdkuum .in dem Raum i und in dem zylindrischen
Teil 1q.-15 bleibt von selbst aufrechterhalten und kann sich unter Umständen sogar
noch stark erhöhen, d. h.. die Luftleere wird sich nach denn Einsetzen des Strömungsvorganges
stets von selbst den jeweiligen Verhältni.ssen anpa.ss;n und kann beliebig hoch
gewählt werden.
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In Fig. 2 ist eine gegenüber jener nach Fig. i vereinfachte Vorrichtung
zur Ausführung des Verfahrens dargestellt. Zugleich ist diese Vo@rrich.tung so gestaltet,
daß der Strömungsvorgang zweimal hintareinandergeschaltet ist. Selbstverständlich
wäre es auch möglich, den Strömungsvorgang nicht nur zweimal, sondern beliebig oft
hintereinanderzuschalten.. Es dürfte jedoch kaum notwendig sein, den Strömungsvorgang
öfter, als zweimal nacheinander anzuwenden, da man hierbei schon ein ungemeingroßes
Verdie'htun'gsverhältniserhalten kann, das allen praktischen Bedürfnissen angepaßt
werden kann. Bei 22 wird dem Verbrennungsraum 23 Frischluft zugeführt. Durch das
Rohr 24 erfolgt die Zuführung von Brennstoff. Die im Raum 23 entstandenen Verbrennungsgase
strömen durch. den engsten Teil 25 der Düse 25-26 auf das im Raum 2; und im zylindrischen
Teil 26-28 des Düsensystems herrschende Vakuum. Da im Verhrennungsraurn 23 eine
vollkommene Verbrennung stattfindet und im konischen Düsenstück 25-26 keine Wärme
zu- noch abgeführt wird, erfolgt die Expansion adiabatisch. Bei 26 wird die größte
Geschwindigkeit des Strömungsvorganges erreicht, die bis zur Stelle 28 gleiichblenbt.
Verbrennungstemperatur und Expansionsve,rhäItnis sind so gewählt, daß die Te;mpe:ratnr
der strömenden Gase, nachdem sie bei 26 ihre größte Geschwindigkeit erreicht haben,
der Temperatur der jeweils zur Verfügung stehenden natürlichen Kühlmittel exitsp@richt.
Von 28-29 wird unter gleichzeitiger Abführung von Wärme isothermisch verdichtet.
Die Al.),führunig der Wärme erfolgt beispielsweise- durch Kühlwasser, dias bei 3o
dem Hohlraum eines die Düse 28-29 umgebenden Mantels 31 zuströmt und bei 38 wieder
abfließt. Bei 29 ist die größte Verdichtung erreicht. Die verdichteten
Gase
werden dann kalt in dem Druckbehälter 30 gesammelt; ihre Energie entspricht
dem Unterschied der bei der, adiabatischen Expansion der heißen Verbrennungsgase
frei gewordenen Arbeit von der bei der isothermischen Kompression der gekühlten
Verbrennungsgase aufgewendeten Arbeit.
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An den Druckraum 3o angeschlossen ist eine zweite Verbrennungskammer
32. Durch das Rohr 33 wird wiederum Brennstoff zugeführt, der in der Kmnsner 32
mit dem aus der ersten Verbrennung in dein Kammer 23 vorhandenen Luftüberschuß verbrennt.
Die heißen Verbrennungsgase strömen dann miederum durch den engsten Raum der Düse
34 in den erweiterten Düsenraum 35 und expandieren hierbei adiabatisch auf dass
im Raum 36 und dem zylindrischen Teil des Düsensystems 35-3-7 herrschende Vakuum.
Von 37 strömen dann die Gase in dem sich verjüngenden Düsenteil infolge ihrer ldbendigen
Kraft -weiter und werden hierbei ein zweites Mal komprimiert.
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In Fig. 3 ist eine: -weitere Vorrichtung zur Aus.-übung des Verfahrens
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt, bei -welcher im Raum 40-4z zum Anfahren
des Strömungsvorganges kein Vakuum erzeugt -wird. Notwendig ist nur, daß der Raum
51 durch ein Schlabberventil 52, wie dies hei Injektoren dec Fall ist, mit der Außenluft
in Verbindung steht, so daß ein etwa beim Anfahren entstehender Überdruck durch
das Schlabberventil ausgeglichen -wird. Sobald dann ein Vakuum entsteht, schließt
das Ventil das Vakuum gegen die Außenluft selbsttätig ab. Hierbei wird der Strömungsvorgang
durch die Zuführung von Druckluft mit entsprechend hohem Druck durch die Rohrleitung
2 in den Verbrennungsraum 43 eingeleitet: Der Brennstoff wird durch die Röhre 44
ebenfalls unter einem entsprechenden Druck zugeführt. Die- Verbrennung erfolgt dann,
wie bei Fig. 2 beschrieben, im Verbrennungsraum vor der engsten Stelle 45 der Expansionsdüse.
Bei 4o ist die adiabatische Expansion beendigt und die größte Geschwiindigkeit erreicht,
und bei 41 beginnt die isothermisahe Kompression und ist beendigt bei 46; dann;
strömen die Gase in den Druckraum 47. Von diesem aus können die gespannten Gase
durch den Rohrstutzen 48. zur weiteren Verwendung fortgeleitet werden. Bei der Kompression
werden die Gase genau so -wie bei Fig. 2 durch das bei 49 zuströmende und bei 5o
austretende Kühlwasser gekühlt. In dem zylindrischen Düsenstück 40-4i wird nach
der Einleitung des Strömungsvorganges selbsttätig ein Vakuum, erzeugt, dessen Höhe
sich automatisch den gegebenen Verhältnissen anpaßt, so daß der Strömungsprozeß
auch dann aufrechterhalten wird, -wenn dem Verbrennungsraum 43 auch keine Druckluft,
sondern nur noch unter atmosphärischem Druck stehende Frischluft zugeführt -wird.
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Bei der Vorrichtung nach Fig. 4 ist im Gegensatz zu den Vorrichtungen
nach den Fig. 1 bis 3 die Kühlung beispielsweise auch auf das zylindrische, unter
Vakuum stehende Mittelstück 54-55 ausgedehnt. Diese Kühlung hat den Zweck, daß die
an der weitesten Stelle 56 der Expansionsdüse expandierten, aber noch zu heißen
Gase unter allen Umständen auf die vorgesehene Temperatur gekühlt -werden. Eine
zu hohe Temperatur kann beispielsweise dadurch entstehen, daß die Verbrennungsgase
im Verbrennungsraum 57 und an der engsten Stelle 58 der Düse eine für das gewählte
Verdichtungsverhältnis, -welches von den Querschnitten bei 58 und 56 abhängt, zu
hohe Temperatur aufweisen. Desgleichen ist es möglich, daß bei ungenügend hohem
Druckverhältnis, wie es z. B. beim Anfahren des Gasstromes infolge ungenügenden
Vakuums im kaum 59 gegeben sein kann, eine höhere Gastemperatur am weitesten Querschnitt
56 der Expansionsdüse herrscht. Auch können die Expansions- bzw. Druckverhältnisse
und die Temperaturverhältnisse von vornherein so- gewählt -werden, daß vor der Kornpression
eine Kühlung zwecks Erzielung eines höheren Energieüberschusses notwendig -wird.
Dadurch, daß die strömenden Gase im zylindrischen Teil 54-55 äuf die vorgesehene
Temperatur gebracht werden, -wird das Anfahren des Gasstromes erleichtert. Zur sicheren
Aufrechterhaltung des bei 56 an der weitesten Stelle und im Raum 59 zugrunde gelegten
Vakuums wird die Gastemperatur am Ende der Expansion bei 56 zweckmäßig etwas über
der zugrunde gelegten Temperatur gehalten und im zylindrischen Zwischenstück 54-55
auf die vorgesehene Temperatur gekühlt. Durch diese Kühlung verringert sich das
Gasvolumen auch noch nach der Expansion, erhöht sich also naturgemäß das Vakuum
im Raum 5:6-55 und dadurch zugleich auch im Raum 55-59 Hierdurch -wird auch eine
durch die Bremswirkung im zylindrischen Zwischenstück 56-55 entstandene Druckerhöhung
ausgeglichen. Von 55-59 erdet eine isothermische Kompression statt. Das Kühlmittel
tritt bei 6o zu und fließt bei 61 ab. Von 62 aus erfolgt der Anschluß an die Vakuumpumpe.
An Stelle der Verbindung des Düsensystems mit dem Vakuum durch Bohrungen in der
Düsenwand ist hier der Raum 59 durch einen schmalen Spalt 63 mit dem Düsenraum verbunden.
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Fig. 5 stellt töne Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach der
Erfindung dar, bei welcher im Gegensatz zu den vorhergehenden Vorrichtungen die
strömenden Gase nicht von außen her gekühlt werden, sondern durch dieVerdampfungswärme
des in den Gasstrom eingespritzten Wassers. Zu diesem Zweck sind beispielsweise
am Anfang der Kompressionsdüse Bohrungen 68 angebracht, durch welche, gleichmäßig
verteilt, feine Wasserstrahlen in den Gasstrom eingespritzt werden. In dem dort
her.rscbenden hohen Vakuum wird das Wasser bei sehr niedriger Temperatur, die dem
Sättigungsdruck entspricht, verdampft. Diese Verdampfungstemperaturkann unter Umständen,
besonders im Sommer, unter der Temperatur der zur Verfügung stehenden Kühlmittel,
Wasser oder Luft, lieben. So beträgt beispielsweise die Temperatur des gesättigten
Wasserdampfes von o,oi at Druck nur 6,7°. Die Menge des eingespritzten Wassers läßt
sich sehr leicht regeln und kann so bemessen werden" daß nur bei einem Teil der
Kompression, wie z. B. beim
Carnotschen Prozeß, oder aber bei der
ganzen Kompression gekühlt wird. Mit Hilfe der Verdampfungswärme geeigneter Flüssigkeiten
mit niedrigem Siedepunkt, welche vor oder während der Kompression in den Gasstrom
eingespritzt werden, läßt sich der IdeaIprozeß iin nahezu vollkommener Weise: verwirklichen,
wenigstens soweit es sich um die Kühlung bei der iisothermischen Verdichtung handelt.
Der kleine Temperaturanstieg mit abnehmendem Vakuum bzw. zunehmender Verdichtung
ist hierbei ziemlich belanglos, da sich die Temperaturzunahme in mäßigen Grenzen
bewegt.
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Bei der Nachahmung des Carnotschen Prozess; s ist keine Gefahr vorhanden,
daß der Wasserdampf bei zunehmendem Druck wieder kondensiert und schädliche Wassertropfen
bildet, da ja anschließend an die isotheirmiische Verdichtung sofort die adiabatische
Verdichtung mit starkem Temperaturanstieg erfolgt, so, daß nicht nur der Sattda,mpf
erhalten bleibt, sondern noch eine hohe Überhitzung desselben, entsprechend dem
Kompressionsverhältnis, stattfindet.
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Wird jedoch so viel Wasser eingespritzt, da.ß eine Kühlung durch dessen
Verdampfungswärme nicht nur bei einem Teil der Kompression, sondern während der
ganzen Kompression stattfindet, so. ist zu beachten, daß die Endtemperatur bei dein
vorhandenen Druck möglichst nicht unter die Temperatur des Sattda!mpfeis sinkt,
da hierbei eine schädliche Wasserbildung unvermeidlich wäre; sie muß vielmehr über
dieser bleiben, damit eine Wasserbildung unbedingt vermieden wird. Die Einspritzdüsen
können bespielsweise an der Stelle 68 angebracht oder auch über den ganzen anschließenden
zylindrischen Teil und konischen Teil beliebig verteilt sein.
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Bei der Vorrichtung nach Fi.g. 5 strömen, wie bei den vorhergehenden
Vorrichtungen, die heißen Gase vom Verbrennungsraum 69 durch die engste Stelle der
Düse 70, expandieren im konischen Teil 70-7 i und erreichen am weitesten Teil 71
der Düse ihre größte Geschwindigkeit.
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Um das im Raum 72 herrschende, Vakuum aufrechtzue.rhalten, ist die
Leitung anschließend an den zylindrischen Teil 71-73 von 73-7d. unterbrochen, die
Gase strömen von hier aus in die trichterförmige Erweiterung 7d.-75 und von da in
da,s zylindrische Stück 75-76, um dann im komischen Teil 76-77 des Düsensystems
verdichtet zu werden. Die verdichteten Gase strömen dann durch den ve.rjünb en Teil
der Düse 77-78, dessen Querschnitt dem Druck, der Temperatur und der vorgesehenen
Geschwindigkeit des Gasstrcmes a.ngepaßt ist, in den Druckraum 79 und können von
hier aus durch den Stutzen 8o der Verwendungsstelle zufließen. Der Stutzen 8i dient
zum Anschluß an die Vakuumpumpe-. Durch den Stutzen 82 wird dem Ilohlraum 83, mit
w ielchem die Einspritzdüsen 68 in Verbindung stehen, die Kühlflüssigkeit, im vorliegenden
Fall Wasser, zugeführt. Da, die V erdampfungswärme der Flüssigkeiten und
insbesondere diejenige des Wassers sehr hoch ist, wird zur Kühlung des Gasstromes
nur eine verhältnismäßig kleine Menge Flüssigkeit gebraucht, so daß beispielsweise
trotz des hohen spazifischen Volumens des Wasserdampfes durch die vermehrte Gasmenge
bei der Kompression ein Verlust entsteht, der nur wenige Prozent der Gesamtleistung
des Strahlungsvorganges ausmacht.
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Das am Ende des verjüngten Teiles der Düse 77-78 angebrachte
Rückschlagventil 84 verhindert ein Zurückströmen des Gasstromes beim Anlassen.
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Bei den. besprochenen Ausführungsbeispielen werden zu dem Strömungsprozeß
nach der Erfindung heiße Verbrennungsgase verwendet; statt dessen kann auch reine
Luft oder auch jedes andere Gas oder Dampf verwendet werden. Eine Erwärmung könnte
in diesem Fall nicht durch Einspritzung von Brennstoff, und indirekte Verbrennung
erfolgen, die Wärme müßte hierbei, wie bei einem Dampfüberhitzer od. dgl., von außen
zugeführt und durch die Wände auf das Medium übertragen werden.
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Was die: Expansion in den Düsensystemen anbelangt, ist es nicht unbedingt
erforderlich, daß die Gase sicherst wie .beim Carno:tschen Prozeß isothermisch und
dann adiabatisch ausdehnen; dieselben können sich auch beispielsweise polytropisch
oder in beliebiger Form ausdehnen. Dasselbe gilt auch für die Kompression.. Bedingung
für die Einleitung und Aufrechterhaltung des Strömungsvo.rganges ist jedoch, daß
die Expansionsarbeit stets größer als dike Kompressionsarbeit ist, da andernfalls
kein Arbeitsüberschuß entsteht und eine Strömung der Gase ausgeschlossen ist.
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Für die Einleitung und Aufrechterhaltung des Strömungsvorganges ist
es nicht unbedingt erforderli.ch, daß in dem Düsensystem mit einem Vakuum gearbeitet
wird. Es genügt, wenn nur ein Druckunterschied von entsprechender Höhe vorhanden
ist.