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Publication number: DEH0019868MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 2. April 1954 Bekanntgemacht am 8. November 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Das Patent 932940 beschreibt eine Kraftmaschine, bestehend aus einem Verdichter und einer Kolbenmaschine mit geschlossenem, durch eine kleine Luftpumpe aufgeladenen Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels und Rückgewinnung der Abwärme aus dem Arbeitsmittel, das aus der Kolbenmaschine abströmt. Das vom Verdichter zur Kolbenmaschine strömende Arbeitsmittel wird in einem ersten befeuerten Wärmetauscher durch Außenluft aus der Atmosphäre erhitzt, in der. Öl oder Kohle verbrannt wird. Das nach der Expansion noch heiße Arbeitsmittel der Kolbenmaschine wärmt in dem zweiten vorgeschalteten Wärmetauscher die Außenluft vor, die das Öl oder die Kohle in dem Wärmetauscher verbrennt. Der Rest des Wärmeinhaltes wird in einem Kühler nutzbar an Kühlwasser oder Luft übergeführt.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, die Wirtschaftlichkeit der Kraftmaschine durch die folgenden Maßnahmen zu steigern:

Der Arbeitszylinder erhält einen Niederdruckzylinder (gegebenenfalls doppelt wirkend) nachge-

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schaltet, der den hohen Expansionsdruck des den Hochdruckzylinder verlassenden Arbeitsmittels weiter zur Arbeitsleistung ausnutzt.

Das Arbeitsmittel ist durch die Expansion im Hochdruckzylinder stark abgekühlt. Der erste Wärmetauscher erhält deshalb erfindungsgemäß einen Überhitzer eingebaut, der gleichfalls von der verbrannten Außenluft beaufschlagt wjrd, und das im Hochdruckzylinder abgekühlte Arbeitsmittel

ίο vor dem Eintritt in den Niederdruckzylinder aufwärmt. , ' ^:

Als dritte erfindungsgemäße Maßnahme ist vorgesehen, die Kompression der Kreislaufluft zweistufig durchzuführen.

Das Diagramm in Fig. ι zeigt den wirtschaftlichen Erfolg dieser Maßnahmen. Links der Ordinate ist gestrichelt zu sehen, wie die Arbeitsfläche A · L^ des Kompressors durch die zweistufige Kompression adiabatisch abnimmt, wenn die komprimierte Luft nach der .ersten Stufe zurückgekühlt wird. Rechts der Ordinate bezeichnet A ■ L_n die Arbeitsfläche des Hochdruckzylinders und A · L_n die Arbeit des Niederdruckzylinders. Durch Aufwärmung der Abluft des Hochdruck-Zylinders in dem Überhitzer wird die Arbeitsfläche /rechts der gestrichelten Linie hinzugewonnen. Wird statt des Niederdruckzylinders eine Abluftturbine an den Überhitzer angeschlossen, so hat man sich die Adiabate des ersteren bis zu dem Ladedruck p₀ des Diagramms fortgesetzt zu denken.

In der Technik ist es bekannt, durch mehrstufige Kompression und Zwischenkühlung die aufzuwendende Arbeit herabzusetzen und durch Aufwärmung abgekühlter Druckluft und erneute Expansion vermehrte mechanische Arbeit zu gewinnen. Die Maßnahmen sind aber, angewendet auf den Gegenstand des Patents 932 940, unbekannt und besonders wirkungsvoll.

Fig. 2 und 3 stellen die Kraftmaschine der Erfindung im Schema dar. K ist der Kompressor, A der Arbeits- oder Hochdruckzylinder, N' der Niederdruckzylinder, H eine Abluftturbine, B der erste Wärmetauscher, in den der Überhitzer Ü eingebaut ist, C der zweite Wärmetauscher, F eine Zerstäuberdüse für Öl und Z ein Getriebe bzw. ein Gebläse. Das Kurbeltriebwerk zu den Arbeitszylindern ist nicht" mit dargestellt. Die Pfeile geben die Strömung der Gase in den Wärmeapparaten an. Sie zeigen, daß alle Wärmeapparate im Gegenstrom arbeiten.

Die Arbeitszylinder werden im allgemeinen gesteuerte, der Kompressor selbsttätige oder auch gesteuerte Organe besitzen.

Die Kraftmaschine arbeitet wie folgt: Die im Kompressor K verdichtete Kreislauf luft tritt in den ersten Wärmetauscher B ein, wo sie die Wärme aus dem durch die Düsei⁷ eingespritzten öl aufnimmt. Sie tritt in den Hochdruckzylinder^, in dem sie den Arbeitskolben expandierend antreibt. Aus diesem strömt sie durch den Überhitzer Ü, wo sie wieder aufgewärmt wird, in Fig. 2 : zum Niederdruckzylinder', in Fig. 3 zu einer Abluftturbine, in denen sie weiter expandiert. Der restliche Wärmeinhalt der Kreislaufluft wird im zweiten Wärmetauscher C an die Außenluft abgegeben, die das öl im ersten Wärmetauscher B verbrennt und den Überhitzer Ü daselbst beaufschlagt. Danach strömt die Außenluft ins Freie, während die abgekühlte Kreislaufluft dem Kompressor K zuströmt und den Kreislauf von neuem beginnt.

Die Anordnung kann erfindungsgemäß zur Hebung der Wirtschaftlichkeit der Lokomotiven dienen, die bekanntlich, mit Dampf betrieben, kaum mehr als 12 % thermischen Wirkungsgrad haben. Das wird insbesondere dann der Fall sein, wenn man die Kraftmaschine A unmittelbar auf die Achsen der Lokomotive wirken läßt.

Von bekannten Druckluftbrennkraftmaschinen für Eisenbahnfahrzeuge unterscheidet sich der Erfindungsgegenstand dadurch, daß die Druckluft in geschlossenem aufgeladenem Kreislauf zwischen dem Verdichter, einem mit Außenluft und Zusatzbrennstoff befeuerten Wärmetauscher, den Arbeitszyliridern und einem Wärmetauscher kreist, der die Druckluft gekühlt dem Kompressor wieder zuführt. Bei den bekannten Druckluftbrennkraftmaschinen für Lokomotiven werden zwar die Achsen ebenfalls unmittelbar von den Zylindern angetrieben, die expandierte Druckluft aber ins Freie ausgestoßen. Ein geschlossener, aufgeladener go Kreislauf ist nicht vorhanden.

Es ist vorgesehen, die Kraftmaschine mit Druckluft aus Flaschen anzulassen, die in den Wärmetauscher B eingelassen wird, so daß sie erhitzt zwecks Ersparnis zur Verwendung kommt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Aus einem Verdichter und einer Kolbenmaschine .bestehende Kraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf eines gasförmigen Arbeitsmittels und Rückgewinnung der Abwärme des aus der Kolbenmaschine austretenden expandierten, noch heißen Arbeitsmittels, wobei das vom Verdichter zur Kolbenmaschine strömende Arbeitsmittel in einem ersten Wärmetauscher durch Abgase verbrannter Außenluft erhitzt wird, während das noch heiße Arbeitsmittel der Kolbenmaschine entweder die Außenluft in einem vorgeschalteten zweiten Wärmetauscher und/oder Kühlwasser in einem Kühler vorwärmt, nach Patent 932 940, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Arbeitszylinder (A) austretende expandierte Arbeitsmittel noch einen Niederdruckzylinder (N) passiert, der den hohen Expansionsdruck des den Hochdruckzylinder verlassenden Arbeitsmittels weiter zur Arbeitserzeugung ausnutzt.

2. Kraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten Wärmeaustauscher (B) noch ein Überhitzer eingebaut ist, der gleichfalls von den Abgasen der verbrannten Außenluft beaufschlagt das aus dem Arbeitszylinder (A) abströmende, durch die

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Expansion abgekühlte Arbeitsmittel wieder aufwärmt.

3. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompression des Arbeitsmittels zweistufig erfolgt.

4. Kraftmaschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitskolben unmittelbar auf die Achsen einer Lokomotive wirken.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 205 995, 480 475, 757, 749 528.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen