Yerbrennungskraftmaschine mit einem kalten und einem warmen Arbeitsraum und einem Wärmespeicher zwischen beiden. Die Erfindung betrifft eine Verbrennungs- kraftmaschine mit einem' kalten und einem warmen Arbeitsraum, bei der zwischen die beiden Arbeitsräume ein Wärmespeicher ein geschaltet ist, durch den Arbeitsgase aus dem kalten Arbeitsraum in den warmen Arbeitsraum hinüber- und nach der Expansion zurückgeschoben werden, um die Wärme zu verwerten, die nach der Expansion im war men Arbeitsraum in den Verbrennungsgasen noch zurückbleibt.
Es wurde bereits vorgeschlagen, Ver- brennungskraftmaschinen so mit flüssigem Brennstoff zu betreiben, dass ein Teil der Verbrennungsgase nach ihrer Expansion und dem Durchströmen eines Wärmespeichers nicht in die freie Duft auspuffen, sondern in den kalten Arbeitsraum zurückgefördert und aus demselben in verdichtetem Zustande aber mals in den warmen Arbeitsraum hinüber geschoben werden. Bei jedem Arbeitsbub sollte die zur Verbrennung des jeweils ein geführten Brennstoffes erforderliche Frisch- luft eingepumpt und eine der eingeführten Brennstoff- und Frischluftmenge gleiche Menge Auspuffgase ausgeschieden werden.
In derartigen Maschinen ist die Verbren nung des eingeführten Brennstoffes schlecht, wenn die Frischluft vor dem Zusammentreffen mit dem Brennstoff durch den Wärmespeicher strömen muss und dabei mit den Verbrennungs gasen gemischt und sehr verdünnt wird. Die Verbrennung ist auch schlecht, wenn gas förmiger Brennstoff durch den Wärmespeicher hindurch eingeführt und dabei vor der Ver brennung mit den Verbrennungsgasen gemischt wird, auch wenn die Frischluft unmittelbar in den Verbrennungsraum eingeführt wird. Würden aber sowohl gasförmiger Brennstoff, als auch die Frischluft durch den Wärme speicher hindurch eingeführt werden, so würde die Verbrennung bereits im Wärmespeicher selbst eintreten und diesen zerstören.
Es wurde deshalb vorgeschlagen, die Frischluft mit dem gasförmigen Brennstoff zusammen unmittelbar in den Verbrennungsraum einzu- führen, so dass die Verbrennung vor der Ver mischung mit den Verbrennungsgasen erfolgt. Diese Art der Zuführung der Frisehluft und von gasförmigem Brennstoff ist aber mit hohen Wärmeverlusten verknüpft, da die ein zuführende Frischluft, und bei gasförmigem Brennstoff auch letzterer vor der Verbrennung auf die Verbrennungstemperatur erhitzt werden müssen, wozu ein beträchtlicher Teil der Ver brennungswärme erforderlich ist.
Gemäss der Erfindung ist ausser dem zwi schen den warmen und den kalten Arbeits raum angeordneten Wärmespeicher an dein warmen Arbeitsraum für jeden gasförmigen Bestandteil der frischen Ladung noch ein weiterer Wärmespeicher angeschlossen, durch den der betreffende Bestandteil eingeführt und Auspuffgase ins Freie abgeführt werden.
Die Zeichnungen betreffen mehrere Aus führungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes. Fig. 1 zeigt einen mit flüssigem Brenn stoff gespeisten Verbrennungsmotor; Fig. 2 eine Gasmaschine, Fig. 3 eine andere Gasmaschine; Fig. 4 zeigt zwei zusammengebaute Wär mespeicher;
Fig 5 zeigt das Entropiediagramm der Verbrennungskraftmaschine. Fig. 6 veranschaulicht die Wirkungsweise der Maschine nach Fig. 3, und Fig. 7 zeigt das dazugehörige Entropie- diagramm.
Gemäss Fig. 1. ist der warme Arbeitsraum gebildet durch den Verbrennungszylinder a der Maschine, in dem der auf der Kurbel welle 3 wirkende Arbeitskolben 1 beweglich ist. Neben dein Zylinder a ist der Kompressor c angeordnet. Zwischen den Zylinder ca und den Kompressor c ist der Wärmespeicher R geschaltet, zwischen diesem und dem Kom pressor c ein Kühler e angeordnet, welcher mit dem Kompressor c den kalten Arbeits raum bildet.
Zur Einführung des flüssigen Brennstoffes und der Frischluft dient die Brennstoffpumpe b und die Luftpumpe q, welche vor jedem Arbeitsprozess eine der zu verbrennenden Brennstoffmenge entspre- ehende Menge Frischluft durch den Wärme speicher r in den Zylinder a einführt. Dieser besitzt ein Auspuffventil j, das den Austritt der Auspuffgase beherrscht und mittelst der Steuerung u betätigt wird.
Die Wirkungsweise der Maschine ist im Folgenden an der Hand des Errtropiedia- grammes (Fig. 5) erläutert. In diesem ist Po die dem athmosphärischen Druck entspre chende Isobare und Pi eine Isobare, welche dem niedrigsten Druck in den Arbeitsräumen der Maschine, zum Beispiel 10 Atmosphären entspricht. P. ist die dem höchsten Druck der Maschine, zum Beispiel 30 Atmosphären entsprechende Isobare. Die Wärmekapazität des Wärmespeichers R sei so gross, dass sich seine Temperatur beim Durchströmen der Gase nur unmerklich ändert.
Sei die Tempe ratur an der kalten Seite To und auf der warmen Seite fix, wobei T2 über der Ver brennungstemperatur ist.
Befinden sich die Kolben 1 und 2 in der in Fig. 1 dargestellten Stellung, so ist der Zylinder c mit Gasen von der Temperatur To und dein Druck P, gefüllt. Die Arbeits gase befinden sich also in dem durch Punkt 1 angedeuteten Zustande. Der Kolben 1 bleibt zunächst noch ruhig, während der Kolben 2 seinen Einwärtshub in der Richtung des Pfeils vollführt und die Verbrennungs gase verdichtet. Diese adiabatische Verdich tung versinnlicht die Linie 1--2 des Wärme diagrammes, laut dein die Gase den Zustand 2 mit dem Druck P. und der Temperatur Ti erreichen.
Hierauf bewegt sich der Kolben 1 auch aufwärts. Die Gase werden während des weiteren Hubes des Kolbens 2 von diesem durch den Kühler e und den Wärmespeicher B hindurch in den Verbrennungszylinder a hinübergeschoben. Während des Durchströ- mens durch den Kühler e werden die Gase entsprechend der Isobarlinie 2-1" auf die Temperatur To abgekühlt und gelangen in den Zustand 1a.
Beim Durchströmen des Wärmespeichers R werden sie bei gleich bleibendem Druck P2 längs der Isobarstrecke 1 ° - 3 auf die Höchsttemperatur Ts des Wärmespeichers R erhitzt und gelangen in den Zustand 3 des Diagrammes. Nun wird mittelst der Pumpe b flüssiger Brennstoff direkt und mittelst der Pumpe q die ent sprechende Menge Frischluft durch den Wärmespeicher r hindurch eingeführt. Diese wird im Wärmespeicher auf die Temperatur T2 erhitzt, so dass der Brennstoff beim Ein tritt sofort verbrennt.
Die Menge der Frisch luft und des Brennstoffes ist so gering, dass die entwickelten Verbrennungsgase nur einen Bruchteil der bereits in den Arbeitsräumen befindlichen Verbrennungsgase betragen. Durch die Verbrennung gelangen die Gase in den Zustand 4 des Diagrammes.
Brennstoff und Frischluft werden zweck mässig während der Bewegung der Kolben 1 und 2 so zugeführt, dass die Verbrennung entsprechend der Isobarlinie 3-4 bei gleich bleibendem Druck P2 erfolgt. Nach der Ver brennung ist der Kolben 2 in der Nähe der innern Totpunktlage angelangt und verharrt dort, während der Kolben 1, der erst einen Bruchteil seines Auswärtshubes vollführt hat, diesen vollendet, wobei eine adiabatische Ex pansion auf den Druck Pi entsprechend der Adiabate 4-5 stattfindet und die Gase in den Zustand 5 gelangen, in welchem sie auf die Temperater T2 der warmen Seite des Wärmespeichers R abgekühlt sind.
Während der Kolben 2 seinen Auswärts hub ausführt, vollführt der Kolben 1 seinen Hubwechsel und nähert sich dem Wärme speicher R. Dabei wird die Hauptmenge der Gase vom Zylinder a durch den Wärme speicher R hindurch wieder in den Zylinder c geschoben und bei gleichbleibendem Druck P1 längs der Isobarlinie 5-1 auf die Tem peratur<I>To</I> abgekühlt, so dass die Gase wieder in ihrem ursprünglichen Zustand 1 in dem Kompressor c sind.
Gleichzeitig wird durch die Steuerung<I>n</I> das Auspuffventil<I>j</I> derart geöffnet, dass eine bei der Verbrennung des eingeführten Brennstoffes mit der durch die Pumpe q eingeführten Frischluft entwickelten Menge Verbrennungsgas gleiche Menge Aus- puffgase durch den Wärmespeicher r aus der Maschine auspuffen.
Die Pumpe q schöpft die Frischluft aus der Atmosphäre mit dem Druck Po und der Atmosphärischen Temperatur To, entsprechend dem Punkt 11 des Diagrammes. Diese Luft wird gemäss der Adiabate 11-12 auf den Zustand 12 mit dem Druck P2 und der Temperatur T4 verdichtet.
Im Wärmespeicher r erwärmt sich die Frischluft längs der Iso- barlinie 12-3 auf die Temperatur T2 und dann infolge der-Verbrennung auf die Tem peratur Ts. Die durch das Auspuffventil j austretenden Auspuffgase kühlen sich im Hilfswärmespeicher r längs der Isobarenlinie 5-15 auf die Temperatur T5 ab und puffen mit dieser in die Atmosphäre aus.
Aus diesem Diagramm ist es also ersicht lich dass der Wärmespeicher r von den Aus puffgasen pro Kilogramm, die der Fläche 17, 15, 5, 10, 17 entsprechende Wärmemenge aufnimmt und an die Frischluft pro Kilo gramm die der Fläche 8, 12, 3, 9, 8 ent sprechende Wärmemenge abgibt.
Die Flächen 17, 15, 5, 10, 17 und 8, 12, 3, 9, 8 sind nicht gleich, doch ergeben die ihnen entsprechenden Wärmemengen mit dem Gewicht des betreffenden Mediums multipli ziert das gleiche Produkt, denn die vom Wärmespeicher aufgenommene und die von ihm abgegebene Wärmemenge sind einander gleich.
Wäre kein Wärmespeicher vorhanden, so müssten die Auspuffgase mit der Temperatur T2 auspuffen und würden pro' Kilogramm Gas die Fläche 17, 15, 5, 10, 17 entsprechende Wärmemenge mehr in die Atmosphäre ab führen. Diese Wärmemenge wird durch die Erfindung zurückgewonnen.
Gemäss Fig. 4 ist der Wärmespeicher r mit dem Wärmespeicher R zusammengebaut, von diesem jedoch durch eine Trennungswand derart abgeteilt, dass die Vermischung der Frischluft mit den Verbrennungsgasen ver hindert ist. Bei der Gasmaschine gemäss Fig. 2 ist die kalte Seite des Wärmespeichers R mit dem Kompressor c durch die Druckleitung des Kompressors, die an beiden Enden von dessen Druckventil f, beziehungsweise von einem Ventil g abgeschlossen ist und durch eine Leitung i verbunden, die an beiden Enden durch das Saugventil des Kompressors beziehungsweise ein Ventil h abgeschlossen wird und einen Kühler e und einen Druck behälter d aufweist.
In den Arbeitszylinder a münden zwei Düsen xi und x., welche mit je zwei Wärmespeichern ri und r2 beziehungs weise 2-s und r4 verbunden sind.
Diese sind durch je eine Leitung mit dem Gehäuse eines Drehschiebers in verbunden, der von der Kurbelwelle 3 angetrieben die Wärmespeicher ii und r2 beziehungsweise r3 und r4 abwech selnd über die Wärrneaustauschvorrichtung 4 mit den Motorzylindern k und mit der Brennstoff- beziehungsweise Frischluftpumpe <I>b</I> beziehungsweise q verbindet. Die Ein- und Auslassventile der Motorzylinder k sind ge steuert, während die Pumpendruckventile selbsttätig wirken.
Die Pumpensaugventile dagegen werden zweckmässig auch gesteuert und stehen mit den Einlassventilen der Motor zylinder k unter dem Einfluss eines nicht ge zeichneten Reglers derart, dass in jedem Arbeitsprozess der Maschine die eingeführte Brennstoffgasmenge der Belastung der Ma sehine entspricht, dass die eingeführte Frisch luftmenge zur vollständigen Verbrennung der Brennstoffgasmenge gerade ausreicht und dass eine der Menge der erzeugten Verbrennungs gase gleiche Menge Auspuffgase durch die 1Sl.otorzylinder g abgeführt wird,
und zwar auf die beiden Zylinder im Verhältnis der zugeführten Frischluft-undBrennstoffgasinenge verteilt, so dass beide mit der bleichen Tem peratur in die Verbrennungsdüse xi bezie hungsweise x2 eintreten. Die Motorzylinder Ii und die Pumpen ti und q wirken als Volu- menabmessvorrichtungen für das Brennstoff gas, die Luft und die Auspuffgase.
Die Wirkungsweise ist folgende Der Kolben 2 saugt aus dem Druckgas behälter d Verbrennungsgase mit dem Druck P, zum Beispiel 10 Atmosphären an, ver dichtet dieselben auf den Druck P= zum Beispiel 60 Atmosphären und fördert die Gase durch das Druckventil f, die Druck leitung, das Ventil g, den Wärmespeicher R in den Zylinderraum a.
In diesen wird in der dargestellten Stellung des Drehschiebers irt einerseits mittelst der Pumpe b Brennstoff gas durch die Kanäle 8 und 5 des Dreh schiebers m und durch den Wärmespeicher rs und anderseits mittelst der Pumpe q Frischluft durch die Kanäle- 6 und 7 des Drehschiebers 7u., sowie durch den Wärme speicher r3 gefördert.
Frisehluft und Brenn stoff werden in den Wärmespeichern r, und i-4 über die Entzündungstemperatur erhitzt und verbrennen in der Düse xs beim Zusam mentreffen, bevor sie in den Zylinder a ein treten.
Während des Arbeitshubes des Kolbens 1 erfolgt eine Entspannung der Gase auf den Druck Pi. Beim Einwärtshub des Kolbens d kehrt ein Teil der Verbrennungsgase durch das Ventil /t und durch den Kühler e wieder in den Behälter d zurück, und der Rest tritt durch die Düse xi, die Wärmespeicher ri und r2 und die Kanäle 9 und 10 des Dreh schiebers in die Zylinder k, und wirken auf Kolben, die mit der Kurbelwelle 3 verbunden sind; und strömen durch die Auspuffventile j ins Freie.
In den Zylindern k werden die aus dem Kreislauf ausscheidenden Auspuff gase von dem Druck P, = 10 Atmosphären auf den atmosphärischen Druck entspannt und geben die ihnen noch innewohnende Arbeit an die Kurbelwelle 3 ab. Der Wärme austauschvorrichtung 4 überträgt die Kom pressionswärme der durch die Pumpen q und b geförderten Frischgase auf die kalten Aus puffgase, die diese Wärme in den Hilfsmo toren k in Arbeit umwandeln. Diese Arbeit ist ungefähr gleich der Arbeit, die die Kurbel welle 3 in den Pumpen q und b zu leisten hat.
Es wird jetzt der Schieber in derart umgestellt, dass während des nächsten Ar beitshubes die Frischluft und das Brennstoff- gas durch die Wärmespeicher 3i und r_ und die Düse xi in den Verbrennungsraum a. ge speist werden, während die Auspuffgase den Zylinder a durch die Düse x2 und die Wärme speicher rs und r4 verlassen.
Die in Fig. 3 dargestellte Maschine ist gleichfalls für gasförmigen Brennstoff einge richtet.
Der die Nutzarbeit liefernde Druckgas motor a2, zum Beispiel eine Turbine, wird aus dem Druckgasbehälter d2 gespeist. Nach der Arbeitsleistung gelangen die Auslassgase des Druekgasmotors a2 in den Druckbehälter di. Statt einer Druckgasturbine kann eine oder eine grössere Anzahl anderer Druckgas kraftmaschinen, Kolbenmotoren, Werkzeug maschinen mit Druckgasantrieb zwischen die beiden Behälter di und d2 eingeschaltet sein.
Die Druckgasbehälter di und d2 stehen durch Ventile g beziehungsweise h mit der obern Seite des Verbrennungszylinders ai in Ver bindung. Im Zylinder ai spielt ein als Ver- dränger wirkender Kolben u, der mit einer Kurbelwelle 3 gekuppelt ist. Auf der untern Seite des Zylinders ai ist der Verbrennungs raum angeordnet, der durch den Wärme speicher R und die Leitung i mit dem Kühler e., mit der obern Seite des Zylinders al in ständig offener Verbindung steht.
Im Druck behälter di ist eine selbsttätige Entwässe rungsvorrichtung 12 angeordnet, die Kondens wasser ausscheidet.
Auf der Kurbelwelle 3 sind noch angeschlos sen : Die Frischluftpumpe q und die Brennstoff pumpe b, ein Niederdruckmotor und Mess- pumpen yi, y2 die von unrunden Scheiben ci-c4 mittelst Hebeln ,S1.--84 angetrieben werden.
Die Messpumpen yl-y4 sind einer seits durch Leitungen 5 mit Wärmespeichern r1. und r2 am Zylinder a.1. und anderseits mit Druckbekältern 1.o, z und v verbunden, von denen der eine w an den Niederdruck motor k angeschlossen ist, während die beiden andern z und <I>v</I> von den Punpen b und<I>q</I> mit Brennstoff beziehungsweise mit Luft gefüllt werden.
Die Messpumpen sind auf der obern Seite mittelst der Leitung l mit dem kalten Arbeits raum in Verbindung, so dass die Kolben ent lastet sind und keine Arbeit zu leisten haben. Die Bewegung dieser pumpen erheischt dem nach, abgesehen von der Überwindung der Reibung, keine Arbeit.
Die Wärmespeicher R, rr und r2 besitzen eine so grosse Wärmekapazität im Verhältnis zu den in ihnen aufzuspeichernden Wärme mengen, dass die Temperatur an jeder Stelle der selben konstant bleibt. Der Wärmespeicher R besitzt auf der warmen Seite zum Beispiel eine Temperatur T2 =1200 und auf der kalten Seite die Temperatur des Kühlers, zum Bei spiel 300 .
Fig 6. zeigt schematisch den Verbrennungs zylinder a mit dem Druckgasmotor a2 und in einem Kolbenhubdiagramm den Druck verlauf im Zylinder ai; ' Fig. 7 ist ein Wärmediagramm, in wel chem die Ordinaten die absoluten Tempera turen und die Abszissen die Entropien dar stellen.
Bei der in Fig. 6 gezeichneten untern Totpunktlage des Verdrängers et befinden sich die ganze Gasmasse G im Verbrennungs zylinder unter Vernachlässignng der in den Wärmespeichern<I>R,</I> ri, r2 und der Leitung i, deren Volumen als schädlicher Raum wirkt, befindlichen Menge in dem "kalten Arbeits raum" unter dem Druck Pi von zum Beispiel 10 Atmosphären des Niederdruckbehälters di und besitzt die Temperatur T; des Kühlers ei, welche gleich der Atmosphärentemperatur sei.
Dieser Zustand entspricht dem Schnittpunkt der Isobare P1., mit der Isotherme T, im Wärmediagramm (Fig. 7). Die ganze Gas masse G denke man sich in drei Teile geteilt: die als Verdichtungsmenge GQ, Fördermenge Gf und Nutzmenge G. bezeichnet werden sollen.
Während der Verdränger u sich von der untern Totlage um die Strecke h1. in die Lage x bewegt, wird die mit G, bezeichnete Verdichtungsmenge von dem Verdränger ec aus dem kalten Arbeitsraum durch die Lei tung i und den Wärmespeicher R hindurch in den unter dein Verdränger u liegenden "warmen Arbeitgraum 11 hinübergeschoben.
Während des Durchganges durch den Wärme speicher werden die Gase von der Tempe ratur Ti der kalten Seite des Wärmespeichers auf die Temperatur T2 der warmen Seite erwärmt. Da das Volumen des Druckgas generators nicht geändert wird, bewirkt diese Erwärmung eine Steigerung des Druckes von P, auf Druck P2,
gemäss der Kurve<I>I-</I> Il des in Fig. 6 eingezeichneten Diagrammes. Infolge dieser Drucksteigerung werden die in dem kalten Arbeitsraum verbleibende Förder menge Gf und die Nutzmenge G. adiabatisch vom Druck Pi und der Temperatur Ti auf den Druck P2 und eine entsprechende Tem peratur T3 verdichtet. Dieser Zustandsände rung entspricht die Adiabate 1-2 des Wärme diagrammes (Fig. 7).
Ein jedes Teilchen der Menge G" welches bei einem zwischen P, und P2 liegenden Druck mit der Höchst temperatur T2 des Wärmespeichers in den warmen Arbeitsraum eintritt, erleidet hier eine weitere adiabatische Drucksteigerung bis auf den Druck P2 und erfährt daher eine dieser Drucksteigerung entsprechende Tempe ratursteigerung über T?. Diese ,Temperatur- steigerungen sind für die einzelnen Anteile von G,, verschieden und ergeben für die ganze Menge 6,
bei Erreichung des Druckes P eine mittlere Temperatur T5. Es entspricht somit der Zustand der Menge G, nach ihrem Durchtritt in den warmen Arbeitsraum dem Punkt 7 des Wärmediagrammes. Die ganze Zustandsänderung der Menge G, während der Hubstrecke hi versinnlicht die Linie 1-7 des Wärmediagramms. Die Menge G, hat hierbei vom Wärmespeicher eine Wärmemenge Q,, aufgenommen, welche für 1 kg die Fläche 9, 1, 7, 12, 9 des Wärmediagrammes darstellt.
Alle während der Hubstrecke hi erfolgten Wirkungen sind auf Kosten dieser Wärme menge Q, entstanden.
Während der Verdränger u sich von der Lage x und um die Hubstrecke lag in die obere Totlage bewegt, wird eine weitere Gas menge, die Fördermenge Gf, durch die Lei tung i und durch den Wärmespeicher R in den warmen Arbeitsraum hinübergeschoben.
Da sich die Druckventile lt beim Druck P2 öffnen, bleibt der Druck während der ganzen Förderperiode entsprechend der Strecke lI-ZI1 des Kolbenhubdiagrammes ständig P2. Die Menge Of durchströmt auf ihrem Wege durch die Leitung i den Kühler ei und wird durch diesen gemäss der Isobarstrecke 2-3 von der Temperatur Ts auf die Kühlertemperatur T; abgekühlt.
Dabei gibt die Fördermenge Gf an den Kühler die Wärmemenge Qs ab, wel che für 1 kg der Menge Gf durch die Fläche 8, 3, 2, 9, 8 des Wä rmediigrammes dargestellt wird.
Die Menge Gf tritt mit der Temperatur Ti in den Wärmespeicher R und erwärmt sich hier bei gleichbleibendem Druck P2, also gemäss der Isobarstrecke 3-4, auf die Höchsttemperatur T des Wärmespeichers, so dass ihr Volumen sich auf das 31= '1-;,TI- fache vergrössert. Das Gas nimmt aus dem Wärmespeicher die Wärmemenge Qf auf, die für 1 kg der Menge Gf durch die Fläche 8, 3, 4,10, 8 des Wärmediagrammes dargestellt wird.
Während der Förderperiode schieben die Hesspumpen ys und J.4 die auf den Druck P- verdiehtete Brennstoffmenge Ob und Frischluftrnenge G, durch die Wärmespeicher ri und r2 in den warmen Arbeitsraum.
Die Frischgase erwärmen sich in den Wärme speichern ri und rz auf deren Höchsttempe ratur, welche gleich der Höchsttemperatur <I>T2</I> des Wärmespeichers P ist.<I>T2</I> liegt ober halb der Entzündungstemperatur des Brenn stoffes, deshalb verbrennt der Brennstoff beim Eintritt in den warmen Arbeitsraum ohne besondere Zündung und teilt die Verbrennungs wärme den in dem warmen Arbeitsraum befindlichen Gasen mit, so dar) deren Tem peratur bei gleichbleibendem Druck P2 steigt. In Wirklichkeit vermischen sich alle im warmen Arbeitsraum befindlichen Gase miteinander.
Doch denke man sich der Ein fachheit der Erklärung halber, dass die Gas menge G,. unverändert in ihrem am Ende der Verdichtungsperiode eingenommenem Zu stand 7 verharrt und die Fördermenge Gf die ganze Wärmemenge Qi aufnimmt, welche für 1 kg derselben durch die Fläche 10, 4, 5, 11, 10 des Wärmediagrammes dargestellt wird.
Während des Hinüberschiebens der Fördermenge<B>0,</B> und der Verbrennung wird, da das Volumen der beiden Arbeitsräume un verändert bleibt, eine der der Fördermenge Gf entsprechende Menge der im kalten Arbeits raum verbliebenen Verbrennungsgase, die Nutzmenge 0n, durch das Druckventil h ver drängt. Während der Verbrennung und wäh rend des Abwärtsbubes des Verdrängers u werden die Verbrennungsgase aus dem war men Arbeitsraum hinausgedrüekt.
Beim Passieren des Wärmespeichers R kühlen sie sich auf die Temperatur Ti ab, wodurch infolge der Unveränderlichkeit des (äesamtvolumens ein Druckabfall längs der Kurve 111-IV des Kolbenhubdiagrammes eintritt. Wenn der Verdränger u den Hub las zurückgelegt und die Stelle y erreicht hat, ist der Druck bis auf den Druck Pi gesunken.
Der leichteren Verständlichkeit halber sei angenommen, dass die auf die kalte Seite zu rückkehrende Menge gerade die als Verdich tungsmenge G, bezeichnete Gasrnenge sei, von der angenommen wurde, dass sie im Zu stand 7 verharrt sei. Die einzelnen Teile dieser Verdichtungsmenge machen dann alle jenen Zustandsänderungen in umgekehrter Reihenfolge und in umgekehrtem Sinne durch, welche sie während der Verbindungsperiode durchgemacht haben. Infolgedessen kehrt die Verdichtungsmenge GP aus dem Zustand 7 längs derselben Linie 7-1 in den Anfangs zustand 1 zurück.
Die Verdichtungsmenge G, gibt hierbei an den Wärmespeicher R für je 1 kg die der Fläche 12, 7, 1, 9, 12 ent sprechende Wärmemenge ab, genau dieselbe Wärmemenge Qo, welche sie von demselben während der Verdichtungsperiode aufgenom men hat. Die Verdichtungsmenge G,, hat also im Ganzen weder Arbeit geleistet, noch Arbeit oder Wärme verbraucht.
Die Fördermenge Gf verbleibt während dieser Periode im warmen Arbeitsraum und erleidet da eine adiabatische Entspannung vom Druck<I>Z</I> und der Temperatur T4 ge mäss der Adiabate 5-6 auf den Druck P1 und erreicht bei entsprechender Bemessung der eingeführten Brennstoff- und Frischluft- menge Ob beziehungsweise <B>01</B> gerade die obere Temperatur T2 des Wärmespeichers.
Bei der weiteren Abwärtsbewegung des Verdrängers um die Hubstrecke h4, das heisst von der Stellung y bis zur untern Totlage, bleibt der Druck konstant gleich P2, denn die Saugventile ,g öffnen sich und die neue Nutzmenge G" strömt aus dem Niederdruck behälter d1, der unter dem gleichbleibenden Druck Pi steht mit der Temperatur T1, also im Anfangszustande 1, in den kalten Arbeits raum ein.
Die auf die kalte Seite zurück kehrende Fördermenge G± kühlt sich inzwi schen im Wärmespeicher gemäss der Isobar- strecke 6-1 von der Temperatur T2 auf die Temperatur Ti ab und kehrt ebenfalls in den Anfangszustand zurück. Sie gibt hierbei an den Wärmespeicher für jedes Kilogramm die ,der Fläche 9, 1, 6, 11, 9 entsprechende Wärmemenge ab.
Infolge der Äquidistanz der Isobaren P2 und Pi sind die zwischen den gleichen Isothermen Ti und T2 liegenden Flächen 8, 3, 4, 10, 8 und 9, 1, 6, 11, 9 ein ander kongruent, somit ist die von der Förder menge Gf während der Saugperiode an den Wärmespeicher rückerstattete Wärmemenge gleich der während der Förderperiode auf genommenen. Am Ende der Saugperiode ist daher der kalte Arbeitsraum mit Verbren nungsgasen von dem Drucke Pr und von der Temperatur Ti gefüllt und enthält genau dieselbe Gewichtsmenge wie am Anfang der Verdichtungsperiode.
Die Fördermenge Gf hat also den Kreis lauf 1, 2, 3, 4, 5, 6, 1 durchgemacht, also für jedes Kilogramm eine der durch die Fläche 1, 2, 4, 5, 6, 1 desselben dargestellte Wärme menge äquivalente Arbeit geleistet, welche mit lf bezeichnet werde. Nun ist die Fläche 1, 2, 4, 5, 6, 1 = 8, 3, 4, 10, 8 - 8, 3, 2, 9, 8, --r10,4,5,11,10-9,1,6,11,9. Das erste Glied entspricht der vom Wärme speicher R durch die Fördermenge Cif auf genommenen, das letzte die von ihr an den selben rückerstattete Wärme, welche einander gleich sind, also bleibt 1, 2, 4, 5, 6,1 = 10, 4, 5,11,_10 - 8, 3, 2, 9,<B>8</B>.
Das erste Glied bedeutet liier die jedem Kilogramm der Fördermenge bei der Ver brennung zugeführte Wärmemenge qi, das zweite die von jedem Kilogramm abgeführte Menge q2. Es ist \A l± = q1 - q2, wo A =
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das Wärmeäquivalent der Arbeit bedeutet.
Für die ganze Fördermenge G± beträgt die geleistete Arbeit L± <I>=</I> G± l± und die ein beziehungsweise abgeführte Wärme Qi <I>=</I> G± qi Q2 <I>=</I> G± q2, wobei <I>A</I> L± <I>=</I> Qi <I>-</I> Q2.
In Wirklichkeit sind die Verhältnisse verwickelter, denn die Verdichtungs- und Fördermenge vermischen sich stets und eine jede Elementarmenge der Mischung macht einen besonderen Arbeitskreislauf durch. Das Gesamtergebnis dieser Elementarzyklen ist aber stets dasselbe und wird durch die vier letzten Gleichungen ausgedrückt.
Die erzeugte Arbeit wird unmittelbar auf die Nutzmenge G" übertragen, indem diese vom Zustand 1 auf 2 verdichtet wird. Dies entspricht einer Pumpenarbeit, welche für je 1 kg mit l" bezeichnet werden soll. Die Verdichtung der ganzen Nutzmenge G. erfor dert die Arbeit G" 1n und es besteht die Gleichung: L± <I>-</I> Gf l± <I>-</I> G#, Zn.
Die auf den Druck P2 und die Temperatur Ti verdichtete Nutzmenge tritt in diesem, dem Punkt 2 des Wärmediagrammes ent sprechenden Zustande in die Turbine a2 ein, in welcher sie eine adiabatische Entspannung gemäss der Adiabate 2-1 des Wärmedia gramrnes erleidet und in dem Anfangszustand 1 in den Niederdruckbehälter di strömt.
In diesem herrscht also der Zustand 1, das heisst der Druck- Pi und die Temperatur Ti. Aus diesem Behälter wird die Nutzmenge Gn vom Druckgaserzeuger neu angesaugt. Die Nutzmenge führt demnach einen geschlossenen Kreislauf aus, welcher durch die Linie 1- 2-1 im Wärmediagramm dargestellt wird.
Der Verbrennungszylinder ai und der Druck gasmotor a2 bilden infolgedessen zusammen eine Kraftanlagd, in welcher der Verbren- nungszylinder ni gleichzeitig die Rolle einer Verbrennungskraftmaschine und eines mit dieser gekuppelten Kompressors spielt.
Zur Beschreibung der Frischluft- und Brennstoffgaszufuhr und der Abfuhr einer entsprechenden Menge Auspuffgase soll der Einfachheit halber angenommen werden, dass für alle drei beteiligten Stoffe dieselben lso- barlinien im Wärmediagramm Geltung haben.
Die Pumpen b und q (Fig. 3) schöpfen die Brennstoffgasmenge Gb und die Frischluft menge Gi aus einer CTasquelle beziehungs weise aus der Atmosphäre mit dein Druck Po der Atmosphäre und der Atmosphären temperatur Ti (Fig. 7), also im Zustand 13 des Wärmediagrammes. DieFrischgase werden gemäss der Adiabate 13-14 auf den Druck Pi verdichtet und in den Druckgas-, bezie hungsweise den Druckluftbehälter z bezie hungsweise t:
geschoben. In diesem herrscht also der Zustand 14, das heisst der Druck Pi und die Temperatur Tc. Von hier werden die Frischgase durch die 1Vlesspumpen yi, y2 (Fig. 3) angesaugt und gemäss der Adiabate 14-15 (Fig. 7) auf den Druck P2 und auf die Temperatur T7 verdichtet, sodann wäh rend der Förderperiode (Fig. 6) durch die Wärmespeicher ri und r. in dem warmen Arbeitsraum gedrückt.
In den Wärmespei chern, deren kältere Seite im Beharrungs zustand die Temperatur T7 und die wärmere die Temperatur T2 hat, erwärmen sich die Frischgase gemäss der Isobarstrecke 15-4 auf die Temperatur T2, wobei jedes Kilo gramm die der Fläche 16, 15, 4, 10, 16 ent sprechende Wärmemenge von den Wärme speichern aufnimmt. Die Temperatur T2 liegt oberhalb der Zündtemperatur (beispielsweise T = 12001' abs.),
so dass die Frischgase beim Eintritt in den warmen Arbeitsraum sofort verbrennen und sich mit den dort be findlichen Gasen vermischend ihre Verbren nungswärme auf die letzteren übertragen. Die aus den Frischgasen entstandenen Verbren nungsgase, deren Menge Ga = Gb -f- Gi ist, erwärmen sich zugleich mit den übrigen Gasen beim gleichbleibenden Druck P2 gemäss der Isobarstrecke 4-5 auf die Höchsttem- peratur T4 des Kreislaufes und jedes Kilo gramm nimmt hierbei die durch die Fläche 19,- 4, 5, 11, 10 dargestellte Wärmemenge,
das heisst q1 auf, insgesamt also Ga q1. Wäh rend der Entspannungsperiode expandiert die Gasmenge Ga, gemäss der Adiabate 5-6, wodurch ihr Druck auf P2 und ihre Tempe ratur auf T2 sinkt.
Während der Saugperiode saugen die Messpumpen y3, <I>y4</I> (Fig.3) bei gleichbleibendem DruckPt durch die Wärme speicher die Auspuffgasmenge Ga ab und schieben dieselbe in den Behälter zo,
wobei sich die ausscheidende Gasmenge Ga von der Höchsttemperatur T? der Wärmespeicher auf deren untere Temperatur T7 gemäss der Iso- barstrecke 6-17 des Wärmediagrammes ab kühlen und an die letzteren für jedes Kilo gramm Gas die der Fläche 18, 17, 6, 11, 18 entsprechende Wärmemenge abgeben. Infolge der Äquidistanz der Isobarlinie Pi und P2 ist diese Fläche der Fläche 16, 15, 4, 10; 16 gleich.
Die Messpumpen ys, y4 sind so be messen, dass durch den Wärmespeicher r1 die der Brennstoffmenge Gb und durch den Wärmespeicher r2 die der Frischluftmenge G1 gleiche Verbrennungsgasinenge ausströmt. Bei beiden Wärmespeichern sind die auf genommenen und abgegebenen Wärmemengen einander gleich, so dass sich auch die Wärme speicher r1 und r2 im Wärmegleichgewicht befinden.
Aus dem Behälter<B>zu,</B> in dem der Zustand 17, das heisst der Druck P, und die Temperatur T7 herrscht, gelangen die Auspuffgase in den Niederdruckmotor k und entspannen sich dort unter Leistung von Arbeit gemäss der Adiabate 17-19 auf den Atmosphärendruck Po und auf eine Tempe ratur Tis. Mit dieser pufft sie schliesslich in die Atmosphäre aus. Die Frischgase und die Auspuffgase führen demnach gemeinsam den Kreislauf 13, 14, 15, 4, 5, 6, 17, 19, 13 aus und jedes Kilogramm leistet eine der Fläche dieses Kreislaufes äquivalente Arbeit.
Bei jedem Aufwärtshube des Verdrängers <I>u</I> fördert die Frischluftpumpe<I>q</I> Frischluft und die Brennstoffpumpe U brennbares Gas auf den Druck Pi verdichtet, durch die Wärmespeicher r1 beziehungsweise r2 in den Kreislauf, und beim folgenden Abwärtshub des Verdrängers u gelangt eine der in den Kreislauf gespeisten Gasmenge gleiche Ge wichtsmenge Auspuffgase in den Motor k und wird aus dem Kreislauf ausgeschieden.