WO2008034544A2 - Dampfmaschine - Google Patents

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WO2008034544A2
WO2008034544A2 PCT/EP2007/007927 EP2007007927W WO2008034544A2 WO 2008034544 A2 WO2008034544 A2 WO 2008034544A2 EP 2007007927 W EP2007007927 W EP 2007007927W WO 2008034544 A2 WO2008034544 A2 WO 2008034544A2
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valve
steam engine
steam
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WO2008034544B1 (de
Inventor
Kurt Hausmann
Original Assignee
Fa. H&B Power And Water Gmbh
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Publication of WO2008034544A2 publication Critical patent/WO2008034544A2/de
Publication of WO2008034544A3 publication Critical patent/WO2008034544A3/de
Publication of WO2008034544B1 publication Critical patent/WO2008034544B1/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L11/00—Valve arrangements in working piston or piston-rod
    • F01L11/02—Valve arrangements in working piston or piston-rod in piston
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/02—Steam engine plants not otherwise provided for with steam-generation in engine-cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L21/00—Use of working pistons or pistons-rods as fluid-distributing valves or as valve-supporting elements, e.g. in free-piston machines
    • F01L21/04—Valves arranged in or on piston or piston-rod
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B27/00—Instantaneous or flash steam boilers
    • F22B27/16—Instantaneous or flash steam boilers involving spray nozzles for sprinkling or injecting water particles on to or into hot heat-exchange elements, e.g. into tubes

Definitions

  • the invention relates to a steam engine having at least one cylinder and a piston arranged therein, which limits an expanding chamber receiving a expanding steam, which is relieved via at least one outlet opening, which is associated with an outlet valve.
  • the piston Wenig ⁇ least has a passage opening, the outlet opening forming and that the associated exhaust valve mounted as the piston side, free-flying valve is formed from ⁇ that one of the lower piston side associated valve plate and having a the passage opening by cross-shaft and is opened when approaching the piston to the top dead center by starting the shaft to an upper An ⁇ impact and is closed when approaching the piston to the bottom dead center by starting the valve disk to a lower stop.
  • the outlet valve is opened and closed here in an advantageous manner solely by the piston movement and the stationary inner stops.
  • An external actuator is not required in an advantageous manner.
  • the outlet valve therefore advantageously does not require any elements led out of the cylinder, so that a corresponding sealing is also omitted. Nevertheless, comparatively large flow cross sections are possible.
  • the measures according to the invention thus make possible overall a comparatively low-loss mode of operation. There are therefore still very small amounts of energy of steam at a comparatively low pressure usable, as obtained in the salt water distillation, etc. under vacuum, which is a main field of application of the invention.
  • the working chamber provided in the cylinder can be separated by the piston from an upper outlet space, which is likewise provided in the cylinder and provided with an exhaust steam opening.
  • the outlet chamber acts as a collecting chamber for the exhaust steam and ensures an orderly discharge of this Abdamfes.
  • To transmit the piston movement to a drive member of the piston is provided with a led out of the cylinder push rod.
  • each associated outlet valve can be performed with a provided at the upper end of its shaft bearing part.
  • the push rod which is required as a force transmission element, is advantageously suitable for mounting the outlet valve or the outlet valves. This results in a compact design with high reliability.
  • the piston may comprise a plurality of outlet openings, said outlet valves associated therewith may comprise a common, ge ⁇ superimposed on the push rod support member. This results in a particularly simple and compact design.
  • the outlet valve associated with the upper stop formed by the upper boundary of the discharge chamber and the exhaust valve associated with the un ⁇ tere stop by the lower boundary of the working space accordingly perform a dual function, which simplifies the arrangement.
  • inlet opening In arrangements with processing of externally generated steam of the working space is provided with at least one provided in its lower limit steam inlet opening, which is associated with an inlet valve, which is suitably controllable by means of a control rod connected to the piston.
  • the inlet opening may depart from an inlet space containing the inlet valve, which is connectable to a supply line.
  • the inlet valve can in this case be arranged in the inlet space, so that a seal is omitted here as well.
  • Another embodiment may be that the steam is generated internally.
  • the lower boundary of the working space is made of thermally conductive material and heated from the outside.
  • at least one acted upon with water injection valve is arranged, which has directed at the lower boundary nozzles.
  • a steam inlet arrangement is advantageously eliminated.
  • a plurality of cylinders connected in series on the steam side can be provided, wherein the exhaust steam opening of a first cylinder can be connected via a connecting line to the steam inlet opening of a downstream cylinder. In the area of the connecting line, additional heating energy can be supplied to the steam.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a cylinder of a steam engine according to the invention with external steam generation
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of a drive device comprising a plurality of cylinders according to FIG. 1,
  • Figure 4 is a schematic representation of a two-cylinder arrangement with in ternal steam generation
  • Figure 5 is a schematic representation of a two-cylinder arrangement with steam side connected in series cylinders with internal and external steam generation.
  • the steam engine on which the illustration according to FIG. 1 is based contains at least one cylinder 1 in which a piston 2 which can be moved up and down is arranged. This is connected to an upwardly led out of the cylinder 1 push rod 3, which is articulated via a connecting rod 4 to a crank 5.
  • led out of the cylinder 1 push rod 3 could also be a non-contact transmission by means of magnetically cooperating with the piston 2, arranged outside the cylinder 1 magnets, preferably permanent magnets be provided.
  • the piston 2 forms a displaceable upper boundary of a working space 6 provided in the cylinder 1, in which vapor present therein emits energy by expansion.
  • the working space 6 is connected to the outlet space 7 through at least one outlet opening, which is assigned an outlet valve.
  • the piston 2 is provided with at least one outlet opening forming axial passage opening 10, which is associated with an outlet valve 1 1, the valve base 12 associated with the piston underside, by means of which the associated passage opening 10 can be covered, and a valve stem 13 passing through the passage opening 10th having.
  • the exhaust valve 1 1 is designed as a free-flowing valve, which is adjusted only by the movement of the piston 2 and by zugrich Anshläge. The exhaust valve 1 1 is guided to Achieving an axis-parallel movement of the push rod 3 and this provided with a penetrated by the push rod 3 bearing part 14.
  • the piston 2 is provided with a plurality of passage openings 10 and associated with these exhaust valves 11.
  • two diametrically opposite passage openings 10 and outlet valves 11 are provided. These have a common, penetrated by the push rod 3 bearing part 14 to which the exhaust valves 11 are mounted with its valve stem 13.
  • the bearing part 14 is provided with an upper flattening 15, which interacts with an opposite abutment surface 16 inform the inside of the upper boundary wall 17 of the outlet space 7.
  • the stop surface 15 abuts against the stop surface 16, whereby the entire valve assembly with bearing part 15 and attached thereto exhaust valves 11 pressed down and thus the valve plate 12 are lifted from the respective associated system on the piston 2 , as shown in Figure 2c recognizable.
  • valve plate 12 When approaching the piston 2 to the bottom dead center, the valve plate 12 run with its designed as a contact surface underside on an opposite, provided in the region of the lower boundary of the working space 6 stop surface, whereby the exhaust valves 11 are closed, such as can be seen from Figure 2a.
  • the bottom 18 of the working space 6 is provided with upwardly projecting cams 19 to form stops, so that a distance between the piston 2 and the bottom 18 of the working space 6 results at bottom dead center, which causes the introduction of steam into the working space. cleared.
  • the valve plate 12 may be provided with downwardly projecting start cams, which cooperate with the bottom 18 of the working space 6.
  • the working space 6 is charged in the example shown with externally generated steam.
  • the bottom 18 of the working space 6 is provided with at least one steam inlet opening 20, to which an inlet valve 21 is assigned.
  • several openings may be provided on the inlet side. These can be assigned individual valves or a common valve.
  • two inlet openings 20 are provided with a common inlet valve 21.
  • This is mounted on a bearing part 22, in the case of a plurality of individual inlet valves, on a common bearing part 22 which is guided on a control rod 23 projecting downwards from the piston 2 and is supported thereon by means of a spring 24.
  • the inlet openings 20 descend from an inlet space 25 separated from the working space 6 by the bottom 18 formed by a stationary wall, which has a bulge 25a for the control rod 23 and an inlet 27 connected to a steam supply line 26.
  • valve plate 12 run only when the on ⁇ approximation of the piston 2 to the bottom dead center with its underside on the opposite abutment surfaces, whereby the outlet valves are closed off ⁇ . 11 At the same time the intake valves are ⁇ v ge 21 opens, so that steam can flow into the working chamber. 6 This situation is based on FIG. 2a.
  • the push rod 3 can cooperate with a flywheel.
  • a flywheel For this purpose, it is expedient to be able to couple a plurality of cylinders 1, which operate in phase-shift manner, to one another.
  • two counteracting cylinders 1 of the type on which FIG. 1 is based are coupled to one another.
  • the hinged to the push rods 3 crank gears 5 are connected via countershaft 28 with a drive shaft 29, which serves to drive a machine, such as a generator 30.
  • a continuous crankshaft instead of the single crank drives interconnected by the countershaft 28.
  • the injection valve 32 is disposed above the heatable bottom 30 and provided with nozzles directed thereto, through which on the bottom 30 directed rays 34 can be generated.
  • the nozzle arrangement is such that all areas of the floor 30 are substantially uniformly sprayable with water, as indicated by the beams 34.
  • To increase the water-sprayable surface of the bottom 30 of this can be provided with formed by ribs, grooves, etc. bumps, which facilitates heat transfer.
  • Figure 4 also shows two in Figure 3 a corresponding manner with each other ge ⁇ coupled cylinder 1.
  • the exhaust pipelines 9 of the cylinder 1 are connected here to a common exhaust passage 9a.
  • FIG. 5 shows an arrangement in which two cylinders 1 which are coupled to one another in the manner of FIGS. 3 and 4 are likewise provided.
  • a multiple relaxation of the steam is provided here.
  • the exhaust steam opening 8 of a first cylinder 1 is connected via a connecting line 40 to an inlet opening 20a of a downstream cylinder 1. This is greater than the first cylinder 1 according to the expansion of the vapor already carried out in the first cylinder.
  • the first cylinder 1 is one with internal steam generation, as already described in connection with FIG.
  • the downstream, larger cylinder 1 is operated with the steam leaving the first cylinder 1.
  • the two cylinders 1 work in push-pull, so that no inlet valve 20a of the second cylinder 1 associated with the inlet port is required.
  • the inlet opening 20a opens directly into the working space 6. If the series-arranged in series cylinders do not work in push-pull, an inlet device similar to the arrangements shown in Figures 1 to 3 may be provided.
  • the steam flowing through the connecting line 40 can be further heated in the region of the connecting line 40. This is one of the connection line

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Abstract

Bei einer Dampfmaschine mit wenigstens einem Zylinder (1) und einem hierin angeordneten Kolben (2), der einen expandierenden Dampf aufnehmenden Arbeitsraum (6) nach oben begrenzt, der über wenigstens eine Auslassöffnung (10) entlastbar ist, der ein Auslassventil (11) zugeordnet ist, wird dadurch eine gute Eignung für niedrige Drücke erreicht, dass der Kolben (2) wenigstens eine eine Auslassöffnung (10) bildende Durchlassöffnung aufweist und dass das dieser zugeordnete Auslassventil (11) als kolbenseitig geführtes, freifliegendes Ventil ausgebildet ist, das einen der Kolbenunterseite zugeordneten Ventilteller (12) und einen die Durchlassöffnung durchgreifenden Schaft (13) aufweist und bei Annäherung des Kolbens an den oberen Totpunkt durch Anlaufen des schaftseitigen Endes an einen oberen Anschlag (16) geöffnet und bei Annäherung des Kolbens (2) an den unteren Totpunkt durch Anlaufen des Ventiltellers (12) an einen unteren Anschlag (19) geschlossen wird.

Description

Dampfmaschine
Die Erfindung betrifft eine Dampfmaschine mit wenigstens einem Zylinder und einem hierin angeordneten Kolben, der einen expandierenden Dampf auf- nehmenden Arbeitsraum nach oben begrenzt, der über wenigstens eine Auslassöffnung entlastbar ist, der ein Auslassventil zugeordnet ist.
Bei den bekannten Anordnungen dieser Art wird das Auslassventil durch außerhalb des Zylinders angeordnete Betätigungseinrichtungen betätigt. Der mit der Betätigungseinrichtung zusammenwirkende Ventilschaft etc. ist dabei aus dem Zylinder herausgeführt und muss dementsprechend abgedichtet werden. Diese Abdichtung ist aufwändig und verursacht Verluste. Dieser Nachteil wird dann noch verstärkt, wenn große Querschnitte benötigt werden, die zu einer hohen Masse und Trägheit des Ventils führen. Die bekannten Anordnungen erfordern daher einen vergleichsweise hohen Druck des Dampfes. In Fällen, in denen nur ein vergleichsweise geringer Dampfdruck vorhanden ist, wie z.B. bei der Destillation von Meerwasser unter Vakuum z.B. gemäß DE 102 60 494 A1 erweisen sich daher Anordnungen oben genannter Art als nicht geeignet.
Hiervon ausgehend ist es daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Dampfmaschine eingangs erwähnter Art mit einfachen und kostengünstigen Mitteln so zu verbessern, dass ein Betrieb mit Dampf vergleichsweise niedrigen Drucks möglich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Kolben wenigs¬ tens eine die Auslassöffnung bildende Durchlassöffnung aufweist und dass das zugeordnete Auslassventil als kolbenseitig gelagertes, frei fliegendes Ventil aus¬ gebildet ist, das einen der Kolbenunterseite zugeordneten Ventilteller und einen die Durchlassöffnung durchgreifenden Schaft aufweist und bei Annäherung des Kolbens an den oberen Totpunkt durch Anlaufen des Schafts an einen oberen An¬ schlag geöffnet und bei Annäherung des Kolbens an den unteren Totpunkt durch Anlaufen des Ventiltellers an einen unteren Anschlag geschlossen wird.
Das Auslassventil wird hier in vorteilhafter Weise allein durch die Kolbenbewegung und die stationären inneren Anschläge geöffnet und geschlossen. Eine äußere Betätigungseinrichtung ist in vorteilhafter Weise nicht erforderlich. Das Auslassventil benötigt daher in vorteilhafter Weise auch keine aus dem Zylinder herausgeführten Elemente, so dass auch eine diesbezügliche Abdichtung entfällt. Dennoch sind vergleichsweise große Strömungsquerschnitte möglich. Die erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen somit insgesamt eine vergleichsweise verlustarme Betriebsweise. Es sind daher auch noch sehr geringe Energiemengen von Dampf mit vergleichsweise niedrigem Druck verwertbar, wie er bei der Salzwasserdestillation etc. unter Vakuum anfällt, die ein Hauptanwendungsgebiet der Erfindung ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der übergeordneten Maßnahmen sind in den Unteransprüchen angegeben. So kann der im Zylinder vorgesehene Arbeitsraum durch den Kolben von einem ebenfalls im Zylinder vorgesehenen, mit einer Abdampföffnung versehenen, oberen Auslassraum ge- trennt sein. Der Auslassraum fungiert als Sammelraum für den Abdampf und gewährleistet eine geordnete Ableitung dieses Abdamfes. Zur Übertragung der Kolbenbewegung auf ein Antriebsorgan ist der Kolben mit einer aus dem Zylinder herausgeführten Schubstange versehen. Auf dieser kann vorteilhaft jedes zugeordnete Auslassventil mit einem am oberen Ende seines Schafts vorgesehenen Lagerteil geführt sein. Die als Kraftübertragungsorgan benötigte Schubstange bietet sich in vorteilhafter Weise für eine Lagerung des Auslassventils bzw. der Auslassventile an. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Bauweise mit hoher Funktionssicherheit. Zweckmäßig kann der Kolben mehrere Auslassöffnungen aufweisen, wobei die diesen zugeordneten Auslassventile ein gemeinsames, auf der Schubstange ge¬ lagertes Lagerteil aufweisen können. Dies ergibt eine besonders einfache und kompakte Bauweise.
Vorteilhaft kann der dem Auslassventil zugeordnete, obere Anschlag durch die obere Begrenzung des Auslassraums und der dem Auslassventil zugeordnete un¬ tere Anschlag durch die untere Begrenzung des Arbeitsraums gebildet werden. Die genannten Begrenzungen üben dementsprechend eine Doppelfunktion aus, was die Anordnung vereinfacht.
Bei Anordnungen mit Verarbeitung von extern erzeugtem Dampf ist der Arbeitsraum mit wenigstens einer in seiner unteren Begrenzung vorgesehenen Dampfeinlassöffnung versehen, der ein Einlassventil zugeordnet ist, das zweckmäßig mit- tels einer mit dem Kolben verbundenen Steuerstange steuerbar ist. Die Einlassöffnung kann von einem das Einlassventil enthaltenden Einlassraum abgehen, der an eine Versorgungsleitung anschließbar ist. Das Einlassventil kann hierbei im Einlassraum angeordnet sein, so dass auch hier eine Abdichtung entfällt.
Eine andere Ausführung kann darin bestehen, dass der Dampf intern erzeugt wird. Hierzu ist die untere Begrenzung des Arbeitsraums aus wärmeleitendem Material hergestellt und von außen beheizbar. Im Arbeitsraums ist wenigstens ein mit Wasser beaufschlagbares Einspritzventil angeordnet, das auf die untere Begrenzung gerichtete Düsen aufweist. Hierbei kommt in vorteilhafter Weise eine Dampfeinlassanordnung in Wegfall.
Zur Erzielung einer besonders hohen Dampfausnutzung können mehrere, dampf- seitig in Serie geschaltete Zylinder vorgesehen sein, wobei die Abdampföffnung eines ersten Zylinders über eine Verbindungsleitung mit der Dampfeinlassöffnung eines nachgeordneten Zylinders verbunden sein kann. Im Bereich der Verbindungsleitung kann dem Dampf dabei zusätzliche Heizenergie zugeführt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und zweckmäßige Fortbildungen der überge- ordneten Maßnahmen sind in den restlichen Unteransprüchen angegeben und aus der nachstehenden Beispielsbeschreibung anhand der Zeichnung näher entnehm¬ bar.
In der nachstehend beschriebenen Zeichnung zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Zylinders einer erfindungsgemäßen Dampfmaschine mit externer Dampferzeugung,
Figuren den Zylinder gemäß Fig. 1 in verschiedenen Betriebsphasen, 2a-d
Figur 3 eine schematische Darstellung einer mehrere Zylinder gemäß Figur 1 umfassenden Antriebseinrichtung,
Figur 4 eine schematische Darstellung einer Zwei-Zylinderanordnung mit in terner Dampferzeugung und
Figur 5 eine schematische Darstellung einer Zwei-Zylinderanordnung mit dampfseitig in Serie geschalteten Zylindern mit interner und externer Dampferzeugung.
Die der Darstellung gemäß Figur 1 zugrundeliegende Dampfmaschine enthält wenigstens einen Zylinder 1 , in welchem ein auf- und abbewegbarer Kolben 2 angeordnet ist. Dieser ist mit einer nach oben aus dem Zylinder 1 herausgeführten Schubstange 3 verbunden, die über eine Pleuelstange 4 an eine Kurbel 5 angelenkt ist. Anstelle einer mechanischen Übertragung der Bewegung des Kolbens 2 auf die Pleuelstange 4 mittels der mit dem Kolben 2 verbundenen, aus dem Zylinder 1 herausgeführten Schubstange 3 könnte auch eine berührungslose Übertragung mittels magnetisch mit dem Kolben 2 zusammenwirkender, außerhalb des Zylinders 1 angeordneter Magnete, vorzugsweise Permanentmagnete vorgesehen sein. Der Kolben 2 bildet eine verschiebbare, obere Begrenzung eines im Zylinder 1 vorgesehenen Arbeitsraums 6, in welchem hierin befindlicher Dampf durch Expansion Energie abgibt. Durch die Expansion des Dampfes wird der Kolben 2 nach oben verschoben. Oberhalb des Kolbens 2 befindet sich im Zylinder 1 ein durch den Kolben 2 vom Arbeitsraum 6 getrennter Auslassraum 7, der mit einer nach oben abgehenden Abdampföffnung 8 versehen ist, an die eine Abdampf- leitung 9 anschließt.
Der Arbeitsraum 6 ist durch wenigstens eine Auslassöffnung, der ein Auslassventil zugeordnet ist, mit dem Auslassraum 7 verbunden. Hierzu ist der Kolben 2 mit wenigstens einer eine Auslassöffnung bildenden, axialen Durchlassöffnung 10 versehen, der ein Auslassventil 1 1 zugeordnet ist, das einen der Kolbenunterseite zugeordneten Ventilteller 12, mittels welcher die zugeordnete Durchlassöffnung 10 abdeckbar ist, und einen die Durchlassöffnung 10 durchgreifenden Ventilschaft 13 aufweist. Das Auslassventil 1 1 ist als freifliegendes Ventil ausgebildet, das nur durch die Bewegung des Kolbens 2 und durch zuggeordnete Anshläge verstellt wird. Das Auslassventil 1 1 ist zur Bewerkstelligung einer achsparallelen Bewegung an der Schubstange 3 geführt und hierzu mit einem von der Schubstange 3 durchsetzten Lagerteil 14 versehen.
Zweckmäßig ist der Kolben 2 mit mehreren Durchlassöffnungen 10 und diesen zugeordneten Auslassventilen 11 versehen. Im dargestellten Beispiel sind zwei einander diametral gegenüberliegende Durchlassöffnungen 10 und Auslassventile 11 vorgesehen. Diese besitzen ein gemeinsamens, von der Schubstange 3 durch- griffenes Lagerteil 14, an dem die Auslassventile 11 mit ihrem Ventilschaft 13 angebracht sind.
Das Lagerteil 14 ist mit einer oberen Abflachung 15 versehen, die mit einer gegenüberliegenden Anschlagfläche 16 inform der Innenseite der oberen Begrenzungs- wand 17 des Auslassraums 7 zusammenwirkt. Bei einer Annäherung des Kolbens 2 an den oberen Totpunkt läuft die Anschlagfläche 15 an die Anschlagfläche 16 an, wodurch die gesamte Ventilanordnung mit Lagerteil 15 und hieran angebrachten Auslassventilen 11 nach unten gedrückt und damit die Ventilteller 12 von der jeweils zugeordneten Anlage am Kolben 2 abgehoben werden, wie in Figur 2c er- kennbar ist.
Bei einer Annäherung des Kolbens 2 an den unteren Totpunkt laufen die Ventilteller 12 mit ihrer als Anlauffläche ausgebildeten Unterseite auf eine gegenüberliegende, im Bereich der unteren Begrenzung des Arbeitsraums 6 vorgese- hene Anschlagfläche auf, wodurch die Auslassventile 11 geschlossen werden, wie aus Figur 2a ersichtlich ist. Im dargestellten Beispiel ist der Boden 18 des Arbeitsraums 6 zur Bildung von Anschlägen mit nach oben vorspringenden Nocken 19 versehen, so dass sich im unteren Totpunkt ein Abstand zwischen Kolben 2 und Boden 18 des Arbeitsraums 6 ergibt, was die Einleitung von Dampf in den Arbeits- räum erleichtert. Gleichzeitig oder alternativ könnten natürlich auch die Ventilteller 12 mit nach unten vorspringenden Anlaufnocken versehen sein, die mit dem Boden 18 des Arbeitsraums 6 zusammenwirken.
Der Arbeitsraum 6 wird im dargestellten Beispiel mit extern erzeugtem Dampf be- aufschlagt. Hierzu ist der Boden 18 des Arbeitsraums 6 mit wenigstens einer Dampfeinlassöffnung 20 versehen, der ein Einlassventil 21 zugeordnet ist. Zweckmäßig können auch einlassseitig mehrere Öffnungen vorgesehen sein. Diesen können einzelne Ventile oder ein gemeinsames Ventil zugeordnet sein. Im dargestellten Beispiel sind zwei Einlassöffnungen 20 mit einem gemeinsamen Einlass- ventil 21 vorgesehen. Dieses ist an einem Lagerteil 22, bei mehreren Einzel-Einlassventilen an einem gemeinsamen Lagerteil 22 angebracht, das auf einer vom Kolben 2 nach unten abstehenden Steuerstange 23 geführt und mittels einer Feder 24 hieran abgestützt ist. Die Einlassöffnungen 20 gehen von einem durch den durch eine stationäre Wand gebildeten Boden 18 vom Arbeitsraum 6 getrennten Einlassraum 25 ab, der eine Ausbuchtung 25a für die Steuerstange 23 sowie einen an eine Dampf-Versorgungsleitung 26 angeschlossenen Eingang 27 aufweist.
Wenn sich der Kolben 2 gemäß Figur 2a im unteren Totpunkt befindet, sind das Einlassventil bzw. die Einlassventile 21 geöffnet und die Auslassventile 11 geschlossen. Hierdurch kann über die Versorgungsleitung 26 herangeführter Dampf über die Einlassöffnungen 20 in den Arbeitsraum 6 einströmen. Hierdurch wird der Kolben 2 nach oben bewegt, wie in Figur 2b angedeutet ist. Die Auslassventile 1 1 bleiben dabei infolge des auf die Unterseite der Ventilteller 12 wirkenden Dampf- drucks in ihrer Schließstellung. Bereits im Verlauf der Aufwärtsbewegung des Kolbens 2 werden die Einlassventile 21 , wie in Figur 2c angedeutet ist, geschlossen, wodurch der im Arbeitsraum 6 sich befindende Dampf ohne weitere Zufuhr von Frischdampf weiter expandieren kann. Bei der Annäherung des Kolbens 2 an den oberen Totpunkt läuft das Lagerteil 14 mit seiner Anlauffläche 15 an die zugeordnete Gegenfläche 16 an, wodurch die Auslassventile 11 in die Öffnungsstellung gelangen, wie aus Figur 2c ersichtlich ist. Dementsprechend kann nun der im Arbeitsraum 6 sich befindende Dampf über die Abdampföffnung 8 abströmen, wodurch der Arbeitsraum 6 entlastet wird. Bei der anschließenden Abwärtsbewegung des Kolbens 2 bleiben die Auslassventile 11 aufgrund der nach unten gerichteten Schwerkraft und mangels einer nach oben gerichteter Gegenkraft zunächst in der geöffneten Stellung, wie in Figur 2d ange¬ deutet ist. Die Einlassventile 21 bleiben dabei zunächst in der geschlossenen Stel- lung, so dass der sich verkleinernde Arbeitsraum 6 entleert wird. Erst bei der An¬ näherung des Kolbens 2 an den unteren Totpunkt laufen die Ventilteller 12 mit ihrer Unterseite auf die gegenüberliegenden Anschlagflächen auf, wodurch die Aus¬ lassventile 11 geschlossen werden. Gleichzeitig werden die Einlassventilev21 ge¬ öffnet, so dass Dampf in den Arbeitsraum 6 einströmen kann. Diese Situation liegt der Figur 2a zugrunde.
Um die hin- hergehende Bewegung des Kolbens 2 über die Totpunkte hinweg aufrechtzuerhalten, kann die Schubstange 3 mit einem Schwungrad zusammenwirken. Zweckmäßig können hierzu einfach mehrere Zylinder 1 , die phasenver- schoben arbeiten, miteinander gekoppelt sein. In Figur 3 sind zwei gegenläufig arbeitende Zylinder 1 der der Figur 1 zugrundeliegenden Art miteinander gekoppelt. Hierzu sind die an die Schubstangen 3 angelenkten Kurbeltriebe 5 über Vorgelege 28 mit einer Antriebswelle 29 verbunden, die zum Antrieb einer Maschine, beispielsweise eines Generators 30 dient. Selbstverständlich wäre es auch denkbar, anstelle der durch die Vorgelege 28 miteinander verbundenen Einzelkurbeltriebe eine durchgehende Kurbelwelle vorzusehen.
Mit Ausnahme der Schubstange 3 sind keine nach außen geführten Teile vorgesehen, die abgedichtet werden müssten. Die Abdichtung der Schubstange 3 sowie die an der Dichtung entstenden Reibungsverluste werden vermieden, wenn anstelle der Schubstange 3 maagnetisch mit dem Kolben 2 zusammenwirkende Magnete oben erwähnter Art Verwendung finden. Die auf dem Kolben 2 aufgenommenen Auslassventile 11 benötigen keine Abdichtung. Eine Dampfmaschine der vorstehend beschriebenen Art funktioniert daher bereits bei vergleichsweise geringem Dampfdruck und kann daher schon mit Dampf betrieben werden, der bei der Meerwasserdestillation unter Vakuum erzeugt wird. Die gezeigte Ventilanord¬ nung ermöglicht auch vergleichsweise große Durchlassquerschnitte, wodurch Strömungsverluste ausgeschlossen werden.
Bei der Anordnung gemäß Figuren 1 bis 3 findet extern erzeugter Dampf Verwendung. Es ist aber auch denkbar, den Dampf im Arbeitsraum 6 zu erzeugen. Eine derartige Anordnung mit intern erzeugtem Dampf liegt der Figur 4 zugrunde. Der Einfachheit halber finden für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen Verwendung. Der Kolben 2 mit Auslassventilanordnung, Auslassraum und Abdampfanordnung stimmt mit der Anordnung gemäß Figur 1 überein. Im Gegensatz zur Anordnung gemäß Figur 1 ist die untere Begrenzung des Arbeitsraums 6 hier als beheizbarer Boden 30 ausgebildet. Im dargestellten Beispiel findet hierzu eine aus wärmeleitfähigem Material bestehende Platte Verwendung, die von außen beheizt wird, wie durch Pfeile 31 angedeutet ist. Im Arbeitsraum 6 befindet sich ein Einspritzventil 32, das über eine den beheizbaren Boden 30 oder den Zylindermantel durchsetzende Versorgungsleitung 33 mit unter Druck stehendem Wasser beaufschlagbar ist. Das Einspritzventil 32 ist oberhalb des beheizbaren Bodens 30 angeordnet und mit auf diesen gerichteten Düsen versehen, durch welche auf den Boden 30 gerichtete Strahlen 34 erzeugbar sind. Zweckmäßig ist die Düsenanordnung so, dass alle Bereiche des Bodens 30 im Wesentlichen gleichmäßig mit Wasser besprühbar sind, wie durch die Strahlen 34 angedeutet ist. Zur Vergrößerung der mit Wasser besprühbaren Oberfläche des Bodens 30 kann dieser mit durch Rippen, Nuten etc. gebildeten Unebenheiten versehen sein, was die Wärmeübertragung erleichtert.
Wenn sich der Kolben 2 im unteren Totpunkt befindet wird in der Versorgungsleitung 33 ein Druckstoß erzeugt, wodurch das Einspritzventil 32 öffnet und die Strahlen 34 erzeugt werden. Zweckmäßig kann das über die Versorgungsleitung 33 herangeführte Wasser erhitzt werden, wie durch die Pfeile 35 angedeutet ist. Das auf die heiße Innenoberfläche des beheizbaren Bodens 30 auftreffende Wasser verdampft praktisch schlagartig. Dies wird durch die Druck- und Wärmebeaufschlagung des Wassers noch gefördert. Der so erzeugte Dampf bewirkt durch seine Expansion eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 2, wobei die Auslassventile 11 infolge des Dampfdrucks in der Schließstellung bleiben. Im dargestellten Beispiele sind die Ventilteller 12 der Auslassventile 11 mit nach unten ab- stehenden Anlaufnocken 19a versehen, welche die Auslassventile 11 bei der An¬ näherung an den unteren Totpunkt in die Schließstellung bringen, wie in Figur 4 links angedeutet ist. Bei der Annäherung des Kolbens 2 an den oberen Totpunkt werden die Auslassventile 11 in der im Zusammenhang mit Figur 1 beschriebenen Weise geöffnet, wie in Figur 4 rechts angedeutet ist.
Die Figur 4 zeigt ebenfalls zwei in Figur 3 entsprechender Weise miteinander ge¬ koppelte Zylinder 1. Die Abdampfleitungen 9 dieser Zylinder 1 sind hier an eine gemeinsame Auspuffleitung 9a angeschlossen.
Die Figur 5 zeigt eine Anordnung, bei der ebenfalls zwei in der der Figuren 3 und 4 entsprechenden Weise miteinander gekoppelte Zylinder 1 vorgesehen sind. Im Unterschied zu den Ausführungen gemäß Figuren 3 und 4 ist hier jedoch eine mehrfache Entspannnung des Dampfes vorgesehen. Hierzu ist die Abdampföff- nung 8 eines ersten Zylinders 1 über eine Verbindungsleitung 40 mit einer Einlass- öffnung 20a eines nachgeordneten Zylinders 1 verbunden. Dieser ist entsprechend der bereits im ersten Zylinder erfolgten Expansion des Dampfes größer als der erste Zylinder 1 . Bei dem der Figur 5 zugrundeliegenden Beispiel handelt es sich beim ersten Zylinder 1 um einen solchen mit interner Dampferzeugung, wie im Zusammenhang mit Figur 4 bereits beschrieben. Der nachgeordnete, größere Zylinder 1 wird mit dem den ersten Zylinder 1 verlassenden Dampf betrieben. Im dargestellten Beispiel arbeiten die beiden Zylinder 1 im Gegentakt, so dass kein der Einlassöffnung 20a des zweiten Zylinders 1 zugeordnetes Einlassventil benötigt wird. Die Einlassöffnung 20a mündet hier direkt in den Arbeitsraum 6. Sofern die in Serie hintereinander angeordneten Zylinder nicht im Gegentakt arbeiten, kann eine Einlasseinrichtung ähnlich den Anordnungen gemäß Figuren 1 bis 3 vorgesehen sein.
Der die Verbindungsleitung 40 durchströmende Dampf kann im Bereich der Ver- bindungsleitung 40 weiter erwärmt werden. Hierzu ist eine der Verbindungsleitung
40 zugeordnete Heizeinrichtung vorgesehen, wie durch Pfeile 41 angedeutet ist.
Der hier als Schlange ausgebildete, beheizbare Abschnitt der Versorgungsleitung
33 und der beheizbare Abschnitt der Verbindungsleitung 40 können in einem mit
Heizgas beaufschlagbaren Kanal 42 angeordnet sein, der einerseits an eine Feue- rung Und andererseits an einen Kamin angeschlossen ist, in den auch die Abdampfleitung 9 des zweiten Zylinders 1 mündet. Die hier im Gegentakt arbeitenden Zylinder 1 sind in derselben Weise aneinander gekoppelt wie die Zylinder gemäß Figuren 3 und 4.

Claims

Patentansprüche
1. Dampfmaschine mit wenigstens einem Zylinder (1 ) und einem hierin angeord¬ neten Kolben (2), der einen expandierenden Dampf aufnehmenden Arbeitsraum (6) nach oben begrenzt, der über wenigstens eine Auslassöffnung (10) entlastbar ist, der ein Auslassventil (11) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) wenigstens eine eine Auslassöffnung (10) bildende Durchlassöffnung aufweist und dass das dieser zugeordnete Auslassventil (11 ) als kolbenseitig geführtes, freifliegendes Ventil ausgebildet ist, das einen der Kolbenunterseite zugeordneten Ventilteller (12) und einen die Durchlassöffnung durchgreifenden Schaft (13) aufweist und bei Annäherung des Kolbens an den oberen Totpunkt durch Anlaufen des schaftseitigen Endbereichs an einen oberen Anschlag (16) geöffnet und bei Annäherung des Kolbens (2) an den unteren Totpunkt durch Anlaufen des Ventiltellers (12) an einen unteren Anschlag (19) geschlossen wird.
2. Dampfmaschine nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) den Arbeitsraum (6) von einem oberen, mit einer Abdampföffnung (8) versehenen Auslassraum (7) trennt.
3. Dampfmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) mit einer aus dem Zylinder (1 ) herausgeführten Schubstange (3) versehen ist, auf der jedes zugeordnete Auslassventil (11 ) mit einem im Bereich des oberen Endes eines Schafts (13) vorgesehenen Lagerteil (14) geführt ist.
4. Dampfmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (2) mehrere Auslassöffnungen (10) aufweist und dass die diesen zugeordneten Auslassventile (11 ) ein gemeinsames, auf der Schubstange (3) geführtes Lagerteil (14) aufweisen.
5. Dampfmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerteil (14) eine obere Anlauffläche (15) aufweist.
6. Dampfmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Anschlag (16) durch die Innenwand der oberen Be¬ grenzung (17) des Auslassraums (7) gebildet wird.
7. Dampfmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass wenigstens ein Ventilteller (12) eine untere Anlauffläche auf¬ weist.
8. Dampfmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Anschlag (19) durch ein Element der unteren Begrenzung des Arbeitsraums (6) gebildet wird.
9. Dampfmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Begrenzung des Arbeitsraums (6) und/oder wenigstens ein Ventiltelier (12) wenigstens eine Anschlagnocke (19, 19a) aufweist.
lO.Dampfmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsraum (6) mit wenigstens einer in seiner unteren Be- grenzung (18) vorgesehenen Dampfeinlassöffnung (20) versehen ist.
11. Dampfmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Dampfeinlassöffnung (20) ein Einlassventil (21 ) zugeordnet ist.
12.Dampfmaschine nach lAnspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jedes Ein- lassvedntil mit einem Lagerteil (22) auf einer vom Kolben (2) nach unten ab- stehenden Steuerstange (23) geführt und mittels einer Feder (24) hieran abgestützt ist.
B.Dampfmaschine nach einem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Einlassöffnungen (20) vorgesehen sind, denen ein gemeinsames Einlassventil (21 ) zugeordnet ist, das ein Lagerteil (22) aufweist, das auf der Schubstange (23) aufgenommen und hieran mittels einer Feder (24) abgestützt ist.
14.Dampfmaschine nach einem der Ansprüche 10 - 13, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einlassöffnung (20) von einem unterhalb der unteren Begrenzung (18). des Arbeitsraums (6 plazierten Einlassraum (25) abgeht, in den eine Ver- sorgungsleitung (26) mündet und der eine der Steuerstange (23) zugeordnete Ausbuchtung (25a) aufweist.
15. Dampfmaschine nach einem der Ansprüche 10 - 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdampf Öffnung (8) eines Zylinders (1) über eine Verbindungsleitung (40) mit einer Dampfeinlassöffnung (20a) eines nachgeordneten, einen größeren Hubraum aufweisenden Zylinders (1 ) verbunden ist.
lό.Dampfmaschine nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsleitung (40) eine Heizeinrichtung (41 ) zugeordnet ist.
17. Dampfmaschine nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolben (2) der durch eine Verbindungsleitung (40) miteinander verbundenen Zylinder (1) phasenverschoben, vorzugsweise um 90° phasenverschoben bewegt werden.
18. Dampfmaschine nach einem der Ansprüche 15 - 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Schubstangen (3) der durch eine Verbindungsleitung (40) miteinander -verbundenen Zylinder (1 ) mit einer gemeinsamen Welle (29) zusammenwirken.
19. Dampfmaschine nach einem der Ansprüche 1 - 9, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Begrenzung des Arbeitsraums (6) als aus wärmeleitendem Material bestehende Platte (36) ausgebildet ist, die mittels einer Heizeinrichtung (31 ) von außen beheizbar ist und dass im Arbeitsraum (6) wenigstens ein mit einem Verdampfungsmittel beaufschlagbares Einspritzventil (32) mit auf die Innenseite der beheizbaren Platte (36) gerichteten Düsen angeordnet ist.
2O.Dampfmaschine nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseite der Platte (36) eine durch Unebenheiten vergrößerte Oberfläche aufweist.
21. Dampfmaschine nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Einspritzventil (32) als unter Druck öffnendes Ventil ausgebildet ist und dass das diesem zugeführte vorzugsweise durch Wasser gebildete Verdampfungsmittel mit Druck beaufschlagbar ist.
22. Dampfmaschine nach einem der Ansprüche 19 - 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das dem Einspritzventil (32) zuführbare Verdampfungsmittel mittels einer Heizeinrichtung (35) beheizbar ist.
23. Dampfmaschine nach einem der Ansprüche 19 - 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Beaufschlagung des Arbeitsraums (6) mit Verdampfungsmittel im Takt der Hubfrequenz des Kolbens (2) erfolgt.
24.Dampfmaschine nach einem der Ansprüche 19 - 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdampföffnung (8) eines mit wenigstes einem Einspritzventil (32) versehenen Zylinders (1) durch eine Verbindungsleitung (40) mit der Einlassöff- nung (20a) eines mit Dampf beaufschlagbaren Zylinders (1) verbunden ist.
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