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Publication number: DEH0019868MA
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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

Tag der Anmeldung: 2. April 1954 Bekanntgemacht am 8. November 1956Registration date: April 2, 1954. Advertised on November 8, 1956

DEUTSCHES PATENTAMTGERMAN PATENT OFFICE

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.Patent 932940 describes an engine consisting of a compressor and a piston machine with a closed, through a small air pump charged circuit of a gaseous working medium and recovery the waste heat from the working fluid that flows out of the piston engine. That from the compressor Working medium flowing to the piston engine is passed through a first fired heat exchanger Outside air is heated from the atmosphere in which. Oil or coal is burned. That after the expansion The working fluid of the piston machine that is still hot warms up in the second upstream heat exchanger the outside air that burns the oil or coal in the heat exchanger. The rest The heat content is usefully transferred to cooling water or air in a cooler.

Die vorliegende Erfindung löst die Aufgabe, die Wirtschaftlichkeit der Kraftmaschine durch die folgenden Maßnahmen zu steigern:The present invention solves the problem of the economy of the engine by to increase the following measures:

Der Arbeitszylinder erhält einen Niederdruckzylinder (gegebenenfalls doppelt wirkend) nachge-The working cylinder receives a low-pressure cylinder (possibly double-acting)

609 70i6/5-9-609 70i6 / 5-9-

H 19868 IaI 46dH 19868 IaI 46d

schaltet, der den hohen Expansionsdruck des den Hochdruckzylinder verlassenden Arbeitsmittels weiter zur Arbeitsleistung ausnutzt.which switches the high expansion pressure of the working medium leaving the high pressure cylinder further exploited for work performance.

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 ArbeitsmittelThe working fluid has cooled down considerably as a result of the expansion in the high-pressure cylinder. The first According to the invention, heat exchanger therefore has a built-in superheater, which is also from the burned outside air is applied, and the working fluid cooled in the high-pressure cylinder

ίο vor dem Eintritt in den Niederdruckzylinder aufwärmt. , ' ^: ίο warms up before entering the low pressure cylinder. , ' ^:

Als dritte erfindungsgemäße Maßnahme ist vorgesehen, die Kompression der Kreislaufluft zweistufig durchzuführen.As a third measure according to the invention, the compression of the circulating air is provided in two stages perform.

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.The diagram in Fig. Ι shows the economic success of these measures. To the left of the ordinate it can be seen with a dashed line how the working area A · L ^ of the compressor decreases adiabatically as a result of the two-stage compression when the compressed air is cooled back after the first stage. The right of the ordinate denotes A ■ L _n the working surface of the high-pressure cylinder and A · L _n the work of the low-pressure cylinder. By warming up the exhaust air from the high-pressure cylinder in the superheater, the working area / to the right of the dashed line is gained. If, instead of the low-pressure cylinder, an exhaust air turbine is connected to the superheater, then one has to think of the adiabats of the former up to the boost pressure p _{0 of} the diagram.

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.In the art it is known by multi-stage Compression and intercooling reduce the work involved and by warming up cooled compressed air and renewed expansion gain increased mechanical work. However, the measures applied to the subject matter of patent 932 940 are unknown and particularly effective.

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.2 and 3 show the engine of the invention in the scheme. K is the compressor, A is the working or high pressure cylinder, N 'is the low pressure cylinder, H is an exhaust air turbine, B is the first heat exchanger in which the superheater U is installed, C is the second heat exchanger, F an atomizer nozzle for oil and Z a gearbox or a fan. The crankshaft drive to the working cylinders is not shown. The arrows indicate the flow of the gases in the heating apparatus. They show that all heating apparatuses work in countercurrent.

Die Arbeitszylinder werden im allgemeinen gesteuerte, der Kompressor selbsttätige oder auch gesteuerte Organe besitzen.The working cylinders are generally controlled, the compressor automatic or else own controlled organs.

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.The engine works as follows: The circuit air compressed in the compressor K enters the first heat exchanger B , where it absorbs the heat from the oil injected ^{through the nozzle 7.} It enters the high pressure cylinder ^ in which it drives the working piston to expand. From this it flows through the superheater U, where it is warmed up again, in FIG. 2: to the low-pressure cylinder, in FIG. 3 to an exhaust air turbine, in which it expands further. The remaining heat content of the circulating air is released in the second heat exchanger C to the outside air, which burns the oil in the first heat exchanger B and acts on the superheater U there. Then the outside air flows into the open, while the cooled circulating air flows to the compressor K and the cycle starts again.

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.According to the invention, the arrangement can serve to increase the economy of the locomotives, which are known to be operated with steam and have hardly more than 12% thermal efficiency. This will be the case in particular if the engine A is allowed to act directly on the axles of the locomotive.

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.The subject of the invention differs from known compressed air internal combustion engines for railway vehicles in that the compressed air is in a closed charged circuit between the compressor, one with outside air and additional fuel fired heat exchanger, the working cylinders and a heat exchanger that circulates returns the cooled compressed air to the compressor. In the known compressed air internal combustion engines for locomotives, the axles are also directly from the cylinders driven, but expelled the expanded compressed air into the open. A closed, charged go There is no circulation.

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.It is envisaged to start the engine with compressed air from bottles, which is admitted into the heat exchanger B , so that it is heated for use in order to save.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Existing engine consisting of a compressor and a piston engine with a closed circuit of a gaseous working medium and recovery of the waste heat of the expanded, still hot working medium exiting the piston engine, the working medium flowing from the compressor to the piston engine being heated in a first heat exchanger by exhaust gases from outside air burned , while the still hot working fluid of the piston machine either preheats the outside air in an upstream second heat exchanger and / or cooling water in a cooler, according to Patent 932 940, characterized in that the expanded working fluid emerging from the working cylinder (A) also has a low-pressure cylinder (N) happens, which further uses the high expansion pressure of the working medium leaving the high pressure cylinder to generate work.

2. Engine according to claim 1, characterized in that in the first heat exchanger (B) a superheater is also installed, which also acts on the exhaust gases from the burned outside air from the working cylinder (A) flowing through the

: 609 706/50

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Expansion warms up cooled work equipment.

3. Engine according to claims 1 and 2, characterized in that the compression of the work equipment takes place in two stages.

4. Engine according to claims 1 to 3, characterized in that the working pistons are directly on the axles of a locomotive works.

Considered publications: German Patent Specifications Nos. 205 995, 480 475, 757, 749 528.

1 sheet of drawings