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Kraftmaschine für flüssige Luft.
Die Erfindung betrifft eine Kraftmaschine für flüssige Luft, bei der die vollkommene Verdampfung oder die Fortsetzung der in einer ausserhalb der Kraftmaschine gelegenen Erwärmungsanlage eingeleiteten Verdampfung im toten Raum des Zylinders während des ganzen Ausdehnungshubes vorgenommen wird.
Die Erfindung besteht im wesentlichen in der besonderen Ausbildung der im Totraum des Zylinders angeordneten Verdampferanlage und der damit zusammenhängenden konstruktiven Ausführung der Kraftmaschine.
In der Zeichnung sind zwei beispielsweise Ausführungsformen der Kraftmaschine dargestellt, u. zw. zeigt Fig. 1 den lotrechten Schnitt durch einen Zylinder, Fig. 2 die Gesamtanordnung einer Vier- zylindermaschine samt Verdampfungsanlage für die flüssige Luft nach der ersten Ausführungsform und Fig. 3 einen lotrechten Schnitt durch den Zylinder einer Maschine nach der zweiten Ausführungsform.
Die Kraftmaschine nach der ersten Ausführungsform besteht aus einem Zylinder 1, in dem in bekannter Weise ein mittels einer Kolbenstange. 3 auf einer Kurbelwelle 4 wirkender Kolben 2 geführt ist. Der Kolben 2 besitzt auf der Druckseite eine konische Randverdickung 2', auf die sich die als Kolbendichtung dienende Bleiplatte 5 und eine über diese gelegte Ledermanschette 6 stützen. Die Bleiplatte 5 und die Ledermanschette 6 sind durch einen in der Mitte des Kolbens 2 vorgesehenen Ansatz 7 gegen seitliche Verschiebung wie auch durch einen auf diesen geschobenen Ring 8 gegen Abheben gesichert.
Der tote Raum 9 nimmt etwa die halbe Länge des Zylinders 1 ein und ist, sobald der Kolben 2 den oberen Totpunkt-was etwa der gezeichneten Stellung in Fig. 1 entspricht-erreicht hat, vollkommen mit Wasser erfüllt. Im toten Raum 9 ist weiters ein Rohrenbündel M untergebracht, in dem mit Hilfe eines Zuflussrohres 11 und eines Abflussrohres 12 ständig Wasser kreist. Die Zuleitung des Betriebsstoffes zur Maschine erfolgt durch ein in wärmedichtes Isoliermittel 1. 3 gebettetes Speiserohr 14, das über der mit dem toten Raum 9 in Verbindung stehenden Kammer 15 des Zylinderdeckels 16 einen kegelstumpfförmigen Stutzen 17 aufweist. Die im Boden des Stutzens 17 vorgesehene Einlassöffnung ist durch ein Ventil 18 abgeschlossen, dessen Stössel 19 unmittelbar mit dem Kolbenansatz 7 zusammenwirkt.
In den Stutzen 17 mündet weiters unmittelbar unter dessen oberen Rand die Druckleitung 20 einer Wasserpumpe 21, deren in gleicher Weise wie der Kolben 2 abgedichteter Kolben 21'durch eine am Pumpengehäuse und der Kolbenstange 22 angreifende Feder 23 in der unteren Totpunktlagewas dem Ende des Saughubes entspricht-gehalten wird. Die Kolbenstange 22 wird pro Umdrehung der Kurbelwelle 4 einmal durch eine auf dieser befestigte Nocke 24 betätigt, wodurch das im Pumpengehäuse befindliche und der Saugleitung 25 entnommene Wasser über die Druckleitung 20 in den Stutzen 17 befördert wird. Die verbrauchten Gase verlassen den Zylinder 1 durch das am Grunde einer mit dem toten Raum in Verbindung stehenden Kammer 26 vorgesehene Auslassventil 27, dessen Stössel 28 ebenfalls durch eine Nocke 29 der Kurbelwelle 4 bewegt wird.
Zwecks Regelung der über dem Kolben 2 befindlichen Wassersäule ist der tote Raum 9 an seiner tiefsten Stelle mit einem Wasserbehälter 30 derart verbunden, dass die Verbindungsleitung 31 in der halben Höhe des Wasserbehälters 30 einmündet.
Um einen im Inneren des Wasserbehälters 30 angeordneten Bolzen 32 schwingt ein doppelarmiger Hebel 33, der einerseits einen Schwimmkörper 34. anderseits das Abschlussventil 35 für die Zuflussleitung 36 trägt.
Der Wasserbehälter 30 ist vorteilhaft noch durch eine Ausgleichsleitung 37 mit dem toten Raum 9 verbunden.
Die Wirkungsweise der Maschine soll an Hand der in Fig. 2 dargestellten Gesamtanordnung erläutert werden. Die zu verflüssigende Luft wird von dem von der Kurbelwelle 4 aus angetriebenen
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Verflüssigungsdüse 40 und weiterhin der Speisepumpe 41 zuströmenden Luft und der aus der Speisepumpe 41 kommenden und durch das innere Rohr 39b der Rohrschlange 39 zur Maschine fliessenden Luft statt. Zwecks Vermeidung von Wärmeableitung ist die Rohrschlange 39 von Isoliermaterial 42 umgeben.
Bevor die Betriebsluft in das Speiserohr 14 gelangt, durchfliesst sie eine Rohrschlange 43 im Gegenstrom mit dem durch die Zuflussöffnung 44 und Abflussöffnung 45 im Erwärmungsgefäss 46 kreisende Wasser von. gewöhnlicher Temperatur. Durch die in der Rohrschlange 39 und im Erwärmungsgefäss 46 erfolgte Anheizung verdampft die Betriebsluft, deren Spannkraft hiedurch zum Betrieb der Kraftmaschine hinreichend anwächst. Wenn der Kolben 2 (Fig. 1) den oberen Totpunkt erreicht, hebt sein Ansatz 7 den Stössel des Ventils 18 an, wodurch zuerst das im Stutzen 17 angesammelte Wasser und dann eine bestimmte Menge der vorgeheizten Betriebsluft durch die Kammer 15 in den toten Raum 9 gelangt.
Die der Betriebsluft innewohnende Spannkraft übt auf das im toten Raum 9 befindliche Wasser einen Druck aus, der einerseits den Abwärtsgang des Kolbens 2 bewirkt, anderseits presst dessen wagreehte Komponente die Ledermanschette 6 und die Bleiplatte 5 gegen die Zylinderwand, wodurch eine gute Abdichtung trotz geringem Bewegungswiderstand erzielt wird. Sobald der Ansatz 7 des Kolbens 2
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pumpe 21, durch die Nocke 24 der Kurbelwelle 4 veranlasst, ihren Druekhub aus und füllt den Stutzen 17 zwecks luftdichten Abschlusses des Ventils 18 mit Wasser.
Die über dem Kolben 2 befindliche Wassersäule heizt im Verein mit dem Wasser des Rohrenbündels- 10, welch letzteres bei der fortschreitenden Abwärtsbewegung in unmittelbare Berührung mit der Betriebsluft gelangt, diese fortgesetzt bis zum Ende des Ausdehnungshubes an, so dass eine restlose Ausnutzung der der Betriebsluft innewohnenden Energie gewährleistet ist. Die Kolbengeschwindigkeit ist gering, um eine vollkommene Nachheizung der Betriebsluft zu ermöglichen. Wenn der Kolben 2 den unteren Totpunkt erreicht, hebt die Nocke 29 den Stössel 28 des Auslassventils 27, wodurch sich dieses öffnet. Die Kammer 26 des Auslassventils 27 war aber vom vorhergegangenen Arbeitshub zwecks Abdichtung des Ventiles mit Wasser gefüllt, das nunmehr vor Entweichung der Betriebsluft ausfliesst.
In der Tiefstlage des Kolbens 2 regelt sich auch selbsttätig die Höhe der über dem Kolben 2 befindlichen Wassersäule. In diesem Augenblicke liegt nämlich der Wasserspiegel ungefähr in der Höhe des Schwimmkörpers 34, der bei zu geringem Wasserstand das Speiseventil 35 so lange öffnet, bis ein Ausgleich geschaffen ist. Die Schliessung des Auslassventils 27 erfolgt unmittelbar vor Erreichung des oberen Totpunktes, worauf auch wieder ein Teil des über dem Kolben 2 befindlichen Wassers in die Kammer 26 dringt.
Zur Erhöhung der Geschwindigkeit der mit hohem Drucke aber geringer Geschwindigkeit arbeitenden Kraftmaschine, ist diese zweckmässig mit einem Getriebe auszustatten. Nach der vorliegenden Ausführungsform besteht das Getriebe aus einer doppeltwirkenden Wasserpumpe 47, deren Kolbenstange 48 durch eine Kurbel 49 der Kurbelwelle 4 betätigt wird. Der Durchmesser des Kolbens 50 der Pumpe 47 ist zwecks Herabsetzung des hohen Druckes grösser als der des Kolbens 2. Die Pumpe 47 fördert in einen Druckwindkessel 51, aus dem das Wasser einer nachgeschalteten Turbine zugeführt wird. Das ausgenutzte Wasser fliesst wieder der Pumpe 47 zu.
Selbstverständlich kann die flüssige Luft auch Isolierflaschen entnommen werden oder es kann der Betriebsstoffverbrauch gleichzeitig durch die von der Kraftmaschine durchgeführte Verflüssigung der Luft und durch Entnahme aus Isolierflaschen gedeckt werden.
In Fig. 3 ist eine vereinfachte Ausführungsform der Kraftmaschine dargestellt, bei der die vollständige Verdampfung der flüssigen Luft unmittelbar im toten Raum des Zylinders stattfindet. Die mit der ersten Ausführungsform übereinstimmenden Teile der Maschine sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Zuführung der Betriebsluft erfolgt durch das an der untersten Stelle des toten
Raumes 9 in diesen mündende Speiseroln'52, das ebenfalls durch Isoliermaterial 53 gegen Wärmeverlust geschützt ist.
An die Mündung des Speiserohres 52 schliesst eine Pfanne 54 an, durch deren Austritts- öffnungen 55 die flüssige Luft in den toten Raum 9 tritt. Infolge des geringen spezifischen Gewichtes steigt die flüssige Luft durch das im toten Raum 9 befindliche Wasser entlang dem Röhrenbündel 10 auf und übt durch seine Verdampfung eine treibende Kraft auf den Kolben 2 aus. Die Steuerung des Einlasses erfolgt durch ein von der Kurbelwelle gesteuertes Einlassventil.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Kraftmaschine für flüssige Luft, deren Verdampfung im Zylinder während des ganzen Aus- dehnungshubes erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdampfungsvorrichtung im toten Raum des Zylinders angeordnet ist, deren Oberfläche während des Ausdehnungshubes in zunehmendem Masse in unmittelbare Berührung mit der sich ausdehnenden Betriebsluft gelangt.
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Power machine for liquid air.
The invention relates to an engine for liquid air, in which the complete evaporation or the continuation of the evaporation initiated in a heating system located outside the engine is carried out in the dead space of the cylinder during the entire expansion stroke.
The invention consists essentially in the special design of the evaporator system arranged in the dead space of the cylinder and the associated structural design of the engine.
In the drawing, two exemplary embodiments of the engine are shown, u. 1 shows the vertical section through a cylinder, FIG. 2 shows the overall arrangement of a four-cylinder machine including evaporation system for the liquid air according to the first embodiment, and FIG. 3 shows a vertical section through the cylinder of a machine according to the second embodiment.
The engine according to the first embodiment consists of a cylinder 1 in which, in a known manner, a piston rod. 3 piston 2 acting on a crankshaft 4 is guided. The piston 2 has a conical thickened edge 2 'on the pressure side, on which the lead plate 5 serving as a piston seal and a leather sleeve 6 placed over it are supported. The lead plate 5 and the leather sleeve 6 are secured against lateral displacement by a projection 7 provided in the center of the piston 2 and against lifting off by a ring 8 pushed onto it.
The dead space 9 takes up about half the length of the cylinder 1 and is completely filled with water as soon as the piston 2 has reached the top dead center - which corresponds approximately to the position shown in FIG. 1. In the dead space 9, a pipe bundle M is also housed, in which water constantly circulates with the aid of an inlet pipe 11 and an outlet pipe 12. The supply of the operating material to the machine takes place through a feed pipe 14 which is embedded in heat-tight insulating means 1, 3 and which has a frustoconical connector 17 above the chamber 15 of the cylinder cover 16 connected to the dead space 9. The inlet opening provided in the base of the connector 17 is closed by a valve 18, the plunger 19 of which interacts directly with the piston attachment 7.
The pressure line 20 of a water pump 21, whose piston 21 'is sealed in the same way as the piston 2 by a spring 23 acting on the pump housing and the piston rod 22 in the bottom dead center position, corresponds to the end of the suction stroke into the nozzle 17, directly below its upper edge - is held. The piston rod 22 is actuated once per revolution of the crankshaft 4 by a cam 24 attached to it, whereby the water located in the pump housing and taken from the suction line 25 is conveyed via the pressure line 20 into the nozzle 17. The used gases leave the cylinder 1 through the outlet valve 27 provided at the bottom of a chamber 26 connected to the dead space, the plunger of which is also moved by a cam 29 of the crankshaft 4.
In order to regulate the water column located above the piston 2, the dead space 9 is connected at its lowest point to a water container 30 in such a way that the connecting line 31 opens at half the height of the water container 30.
A double-armed lever 33, which on the one hand carries a floating body 34, on the other hand carries the shut-off valve 35 for the inflow line 36, swings around a bolt 32 arranged in the interior of the water container 30.
The water tank 30 is advantageously also connected to the dead space 9 by a compensating line 37.
The mode of operation of the machine will be explained using the overall arrangement shown in FIG. The air to be liquefied is driven by the air from the crankshaft 4
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The liquefaction nozzle 40 and the air flowing into the feed pump 41 and the air coming from the feed pump 41 and flowing through the inner tube 39b of the tube coil 39 to the machine take place. In order to avoid heat dissipation, the coil 39 is surrounded by insulating material 42.
Before the operating air reaches the feed pipe 14, it flows through a coil 43 in countercurrent to the water circulating through the inflow opening 44 and outflow opening 45 in the heating vessel 46. ordinary temperature. As a result of the heating that takes place in the pipe coil 39 and in the heating vessel 46, the operating air evaporates, the tensioning force of which increases sufficiently for the operation of the engine. When the piston 2 (Fig. 1) reaches top dead center, its extension 7 lifts the plunger of the valve 18, whereby first the water collected in the nozzle 17 and then a certain amount of the preheated operating air through the chamber 15 into the dead space 9 got.
The tension force inherent in the operating air exerts a pressure on the water in the dead space 9, which on the one hand causes the downward movement of the piston 2 and, on the other hand, its horizontal component presses the leather sleeve 6 and the lead plate 5 against the cylinder wall, creating a good seal despite little resistance to movement is achieved. As soon as the approach 7 of the piston 2
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pump 21, caused by the cam 24 of the crankshaft 4, its Druekhub and fills the nozzle 17 for the purpose of airtight closure of the valve 18 with water.
The water column located above the piston 2 heats in conjunction with the water of the pipe bundle 10, which the latter comes into direct contact with the operating air during the progressive downward movement, this continues until the end of the expansion stroke, so that complete utilization of the operating air Energy is guaranteed. The piston speed is low in order to enable complete reheating of the operating air. When the piston 2 reaches the bottom dead center, the cam 29 lifts the plunger 28 of the outlet valve 27, whereby the latter opens. However, the chamber 26 of the outlet valve 27 was filled with water from the previous working stroke in order to seal the valve, which now flows out before the operating air escapes.
In the lowest position of the piston 2, the height of the water column above the piston 2 is also automatically regulated. At this moment the water level is in fact approximately at the level of the float 34 which, when the water level is too low, opens the feed valve 35 until a compensation is created. The outlet valve 27 is closed immediately before the top dead center is reached, whereupon part of the water located above the piston 2 again penetrates into the chamber 26.
To increase the speed of the prime mover, which operates at high pressure but at low speed, it is expedient to equip it with a gear. According to the present embodiment, the transmission consists of a double-acting water pump 47, the piston rod 48 of which is actuated by a crank 49 of the crankshaft 4. The diameter of the piston 50 of the pump 47 is larger than that of the piston 2 in order to reduce the high pressure. The pump 47 delivers into a pressure air vessel 51, from which the water is fed to a downstream turbine. The used water flows back to the pump 47.
Of course, the liquid air can also be taken from vacuum flasks or the consumption of operating material can be covered at the same time by the liquefaction of the air carried out by the engine and by removal from vacuum flasks.
In Fig. 3, a simplified embodiment of the engine is shown in which the complete evaporation of the liquid air takes place directly in the dead space of the cylinder. The parts of the machine that correspond to the first embodiment are provided with the same reference numerals. The supply of the operating air takes place through the at the lowest point of the dead
Space 9 in this opening Speiseroln'52, which is also protected by insulating material 53 against heat loss.
A pan 54 adjoins the mouth of the feed pipe 52, through whose outlet openings 55 the liquid air enters the dead space 9. As a result of the low specific weight, the liquid air rises through the water in the dead space 9 along the tube bundle 10 and exerts a driving force on the piston 2 through its evaporation. The intake is controlled by an intake valve controlled by the crankshaft.
PATENT CLAIMS:
1. Power machine for liquid air, the evaporation of which takes place in the cylinder during the entire expansion stroke, characterized in that an evaporation device is arranged in the dead space of the cylinder, the surface of which comes increasingly into direct contact with the expanding operating air during the expansion stroke .