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Druckgaserzeuger. Die Erfindung betrifft einen Druckgaserzeuger, bei
dem die in die Luft eingeführte Wärme unmittelbar die Druckerhöhung und das Hinausschieben
des verdichteten Gases sowie das Einsaugen frischer Gase bewirkt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines solchen bekannten
Erzeugers schematisch dargestellt. Gemäß' diesem Beispiel besteht der Arbehsraum
des Erzeugers aus einem Zylinder i, in dem ein Kolben mittels der Stange 3 verschoben
werden kann, welche durch irgendwelche Antriebsmittel, z. B. mittels eines Elektromotors
5 und einer Kurbelwelle q., in hin und her gehende Bewegung versetzt wird. An dem
einen Ende des Zylinders i ist ein Wärmespeicher 6 angeordnet, und eine Leitung
7 verbindet die beiden Enden des Zylinders. In dem einen Zylinderkopf befinden sich
die Saug- und Druckventile 8 und 9. io ist eine Düse zur Einführung des Brennstoffes.
Auf dem Saugventil 8 lastet der atmosphärische Druck Po und auf dem Druckventil
9 der Druck P der Druckleitung: Im Betriebe ist die der Brennstoffdüse i o abgekehrte
Seite 6" des Wärmespeichers kalt (Temperatur Ta), während die Temperatur gegen das
andere Ende 6U des Wärmespeichers allmählich bis Tb zunimmt.
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Die Wirkungsweise einer solchen Maschine ist die folgende: , Es sei
angenommen, daß der Wärmespeicher sich bereits in dem Betriebszustande, also mit
den Temperaturgrenzen Ta-Tb angewärmt befindet und der ganze Raum des Zylinders
i sowie auch der Kanal 7 mit kalter Luft von atmosphärischem Druck Po angefüllt
ist. Es sei zunächst angenommen, daß überhaupt keine Brennstoffzufuhr stattfindet,
sondern daß die ganze Wärme vom Wärmespeicher geliefert wird. Bewegt sich der Kolben
z in der Richtung des Pfeiles i i, so wird die vor demselben befindliche kalte Luft
von der Temperatur Ta über den Kanal 7 durch den Wärmespeicher 6 hindurchgetrieben
und gelangt auf die andere Seite des Kolbens, wobei sich die Luft wesentlich auf
die obere Temperatur Tb des Wärmespeichers erwärmt. Da während dieser Erwärmung
das Gesamtvolumen der Luft keine Veränderung erfährt, steigt der Druck im Arbeitsraume
an.
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Ist der Kolben etwa am Ende der Hubstrecke x in die mit gebrochener
Linie gezeichnete Stellung z' gelangt, in der der Druck im Zylinder i den auf dem
Druckventil 9 lastenden Druck P überwindet, so wird im zweiter. Teil y des Hubes
i i ein Teil der Luft wieder durch die Leitung 7 und durch den Wärmespeicher 6 getrieben,
während ein Teil der Druckluft durch das Ventil 9 in die Druckleitung 15
entweicht. Hieraus geht also hervor, daß nur ein geringerer Teil des Hubvolumens
des Zylinders i für die Förderung der Druckluft verwertet wird, während ein größerer
Teil des Hubvolumens innerhalb des Arbeitsraumes verbleibt und lediglich von der
kalten Seite desselben an die warme Seite hinübergedrängt wird, um durch seine Erwärmung
den Druck der Luft von Po auf P zu steigern und sodann die Nutzluftmenge in die
Druckleitung zu verdrängen. Bewegt sich der Kolben nach dem Hubwechsel in der Richtung
des Pfeiles 12, so wird die unter dem Kolben z befindliche warme Luft durch den
Wärmespeicher 6 und durch den Kanal 7 auf die kalte Seite des Kolbens hinübergeschoben,
gibt seine Wärme hierbei an den Wärmespeicher 6 ab, in dem sich die Luft auf die
Temperatur Ta abkühlt. Da die Abkühlung bei unveränderlichem Volumen stattfindet,
so tritt eine entsprechende Druckverminderung ein. Hat die Druckverminderung den
Wert Po erreicht, so öffnet sich das Saugventil 8, und es tritt bei weiterem Niedergang
des Kolbens 2 Frischluft in den Zylinder i ein.
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Es ist bereits vorgeschlagen worden (vgl. die deutsche Patentschrift
66q.27), diesen Nachteil durch Anordnung einer Anzahl von unter verschiedenen Drucken
stehenden Druckbehältern zu beseitigen, die mittels einer eigenartigen Steuerung
während der Drucksteigerung nacheinander mit dem Arbeitszylinder verbunden und während
der Druckabnahme in umgekehrter Reihenfolge wieder an den Arbeitszylinder angeschlossen
werden sollten. Die bauliche Ausführung einer solchen Einrichtung ist jedoch bei
praktisch brauchbaren Hubzahlen des Kolbens mit Schwierigkeiten verknüpft.
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Die Erfindung will nun die volumetrische Wirkung des Druckgaserzeugers
in einfacher Weise verbessern.
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Gemäß der Erfindung ist zu diesem Zwecke in einem mit dem Arbeitsraum
verbundenen Hilfszylinder z i ein mit der Hubzahl des Hauptkolbens derart bewegter
Hilfskolben 2z vorgesehen, daß dieser seinen Druckhub wesentlich
am
Anfang des Druckhubes des Hauptkolbens und seinen Saughub wesentlich am Anfang des
Saughubes des Hauptkolbens vollzieht.
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Die Wirkungsweise ist die folgende: In der Zeichnung befindet sich
der Hauptkolben 2 (mit vollen Linien gezeichnete Stellung) am Anfang seines Druck-
oder Förderhubes. Der Kolben 22 befindet sich in der mit vollen Linien gezeichneten
Stellung g'.eichfalls am Anfang seines Druckhubes. In dem Zylinder i sowie im Hilfszylinder
21 herrscht hierbei der niedrigste Druck Po. Es wird nun der Kolben 22 in der Richtung
des Pfeiles 12 nach unten gestoßen, während d,--r Kolben 2 in seiner Stellung verharrt.
Hierdurch wird der Druck in dem Arbeitsraum i auf den Druck P der Druckleitung 15
gesteigert, bevor noch der Kolben 2 seinen Hub in der Richtung i i begonnen hätte.
Der Kolben 22 verharrt nun in der punktiert gezeichneten Stellung 22', während der
Kolben 2 seinen Förderhub in der Richtung des Pfeiles i i vollzieht. Sofort am Anfang
dieses Hubes wird ein Teil der Luft durch die Leitung und durch den Wärmespeicher
6 unter den Kolben 2 getrieben, wobei sich die Luft von der Temperatur Ta auf die
Temperatur Tb erhitzt.
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Durch Einspritzen von Brennstoff durch die Düse io erfolgt eine weitere
Erhitzung, so daß infolge der durch die Erhitzung bei konstantem Druck P bewirkten
Volumenzunahme ein Teil der im Arbeitsraum i befindlichen Luft durch das Ventil
9 in die Druckleitung 15 verdrängt wird. Es wird also sofort am Anfang des Förderhubes
des Kolbens 2 und bis zum Ende desselben Druckluft in die Druckleitung 15 gefördert.
Ist der Kolben 2 am Ende seines Hubes i i angelangt, so wird, während der Kolben
2 in seiner obersten Stellung verharrt, der Kolben 22 aus der punktierten Stellung
22' in die mit vollen Linien gezeichnete Stellung 22 in der Richtung des Pfeiles
i i bewegt. Infolgedessen wird das beim Niedergang des Kolbens 22 aus dem Zylinder
21 in den Zylinder i geschobene Luftvolumen wieder in den Hilfszvlinder 21 zurückgesaugt,
wodurch ein Druckabfall von P bis zu dem auf das Saugventil 8 wirkenden Außendruck
Po stattfindet. Wenn nun der Kolben 2 in der Richtung des Pfeiles 12 bewegt wird,
während der Kolben 22 in seiner mit vollen Linien gezeichneten Stellung verharrt,
so wird die zwischen dem Kolben 2 und dem Wärmespeicher 6 befindliche Luft durch
den Wärmespeicher und die Leitung 7 auf die kalte Seite des Kolbens hinübergeschoben,
wobei die Luft auf die Temperatur Ta abgekühlt wird und bei konstantem Druck Po
entsprechende Volumenverminderung erleidet, so daß durch das Saugventil 8 Frischluft
angesaugt wird. Das Ansaugen der Frischluft beginnt also bereits am Anfang des Saughubes
des Kolbens 2 und währt bis zum Ende des Hubes. Selbstverständlich ist es nicht
erforderlich, die Kolben 2 und 22 genau in der beschriebenen Art absatzweise zu
bewegen, sondern es kann praktisch die gleiche Wirkung auch bei kontinuierlicher
Bewegung beider Kolben erzielt werden, wenn die beiden Kolben durch ein an und für
sich bekanntes geeignetes Gestänge miteinander gekuppelt sind. Es kann z. B. der
Kolben 22, wie dies in der Zeichnung punktiert dargestellt ist, an die Kurbelwelle
¢ gekuppelt sein, wenn die beiden Kurbeln um einen geeigneten Winkel gegeneinander
verkeilt sind.
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Bei dieser Art der Kupplung der beiden Kolben wird der Kolben 2 an
seinen Hubenden nahezu in Ruhe verharren, während der Hilfskolben 22 seinen Druck-
oder Saughub vollführt, und anderseits wird der Kolben 22 an seinen Hubenden nahezu
in Ruhe verharren, während der Hauptkolben 2 seinen Förder- oder Saughub vollführt.
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Da der Hauptkolben nicht zwei unter verschiedenem Druck stehende Räume
voneinander trennt, so ist ein dichtes Schließen desselben nicht erforderlich und
kann durch eine gleichwertige andere Vorrichtung, z. B. durch einen Ventilator,
ersetzt werden, der entweder wechselweise in der einen und in der anderen Richtung
angetrieben oder bei gleichbleibender Drehrichtung wechselweise an die beiden Seiten
des Arbeitsraumes angeschlossen werden kann.