DE2743584A1

DE2743584A1 - High performance reciprocating steam engine - has indirect heater in cylinder head to vaporise water with controlled exhaust quantity

Info

Publication number: DE2743584A1
Application number: DE19772743584
Authority: DE
Inventors: Jun Jerry Allen Burke; John Gordon Davoud
Original assignee: CYCLE ASS
Current assignee: CYCLE ASS
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1977-09-28
Publication date: 1979-04-05

Abstract

The engine has a piston (14) reciprocating in a cylinder (12). It has a piston rod (16) and a crosshead (18). Water is injected into the cylinder through a nozzle (30) by a pump (34) which draws the water from a hot well (32). Steam is exhausted through a mechanically operated valve (38) into a discharge chamber (40) from which is released to the condenser by a mechanically operated valve (46). The proportion of steam discharge is controlled by the volume of the discharge chamber (40) which can be varied by an adjustable piston (42). The water is evaporated in the cylinder (12) by an indirect heat exchanger (52) fitted directly in the cylinder head.

Description

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine unter Verwendung eines kondensierbaren Dampfes als Arbeitsfluid und im einzelnen eine Kondensationsdampf-Wärmemaschine mit einer Zweiphasenkompression und einer Konstantvolumenüberhitzung.The invention relates to a heat engine using a condensable steam as the working fluid and in detail a condensation steam heat engine with a two-phase compression and a constant volume superheat.

Hin- und hergehend betriebene Maschinen, bei denen ein kondensierbarer Dampf, gewöhnlich Wasserdampf, benutzt wird und die mit oder ohne Kondensatoren betrieben werden, sind seit etwa zweihundert Jahren bekannt und in erheblichem Umfang benutzt worden.Reciprocating machines where a condensable Steam, usually water vapor, is used and with or without condensers operated have been known for about two hundred years and to a considerable extent been used.

Während der längsten Zeit war ein niedriger thermischer Wirkungsgrad der Preis für relativ milde bzw. einfache Dampfbedingungen, das heißt eine niedrige Temperatur und einen niedrigen Druck, Diese Dampfbedingungen wurden während einer langen Zeit durch den Dampfkessel für den kondensierbaren Dampf vorgegeben. Der Feuer-bzw. Flammrohrkessel war einfach, stabil sowie einfach zu betreiben und wird noch in weitem Umfang benutzt. Auch heute ist jedoch ein Flammrohrkessel auf maximale Überdrücke von etwa 17,58 kg/cm2 (250 psig) beschränkt, und vielfach werden viel niedrigere Drücke benutzt. Der Flammrohrkessel kann mit einem Überhitzer benutzt werden, wobei jedoch die meisten benutzten Kolbendampfmaschinen 2 gesättigten Dampf bei Überdrücken unter 17,58 kg/cm (250 psig) verwendeten. Diese Dampfbedingungen ermöglichten die Anwendung einfacher Einlaßventile, die unter den vorkommenden Bedingungen angemessen wirksam waren und eine Vielzahl von Ausführungsformen hatten, wie Schieberventile, Kolbenventile und Ventilkegel-Ventile, sowie ein einfaches Schmiersystem.For the longest time there was a low thermal efficiency the price for relatively mild or simple steam conditions, that is, a low one Temperature and low pressure, these steam conditions were during a given by the steam boiler for the condensable steam for a long time. Of the Fire or The fire tube boiler was and will be simple, stable, and easy to operate still widely used. Even today, however, a flame tube boiler is at its maximum Overpressures of about 17.58 kg / cm2 (250 psig) are limited and many will be much lower pressures used. The fire tube boiler can be used with a superheater however, most piston steam engines used 2 saturated steam used at gauge pressures below 17.58 kg / cm (250 psig). These steam conditions made it possible to use simple inlet valves, which under the conditions that occurred were reasonably effective and had a variety of designs such as gate valves, Piston valves and valve cone valves, as well as a simple lubrication system.

Eine weitere Eigenschaft dieser bekannten Dampfmaschinen, die auf Kosten des Wirkungsgrades einfach waren, war in vielen Fällen, wenn auch nicht immer, ein relativ kleines Dampfexpansionsverhält nis. Dies vereinfachte die Ventilausbildung und ermöglichte einfache Einlaßventilintervalle.Another characteristic of these well-known steam engines that are based on Cost of efficiency was simple, was in many cases, if not always, a relatively small steam expansion ratio. This simplified the valve design and allowed for simple intake valve intervals.

Das Resultat war eine Maschine, die einfach, stabil sowie langlebig war und keine besonderen oder ungewöhnlichen Konstruktionsmaterialien oder -techniken erforderlich machte; hierfür mußte jedoch ein kleiner Wirkungsgrad in Kauf genommen werden.The result was a machine that was simple, stable and durable and no special or unusual construction materials or -techniques required; for this, however, had to be a small efficiency in Purchase to be taken.

In neuerer Zeit wurden beträchtliche Bemühungen unternommen, um Kondensationsdampf-Kolbenmaschinen mit höheren Wirkungsgraden zu entwickeln. Eine natürliche Lösung mit vorhersagbaren theoretischen Resultaten, jedoch innerhalb der Beschränkungen des Rankine-Kondensationszyklus, bestand in einer Verwendung viel höherer Temperaturen, Drücke und Expansionsverhältnisse. Es wurden Dampfbedingungen am Einlaß mit einer Temperatur von ca. 5350 C (logo0 F), mit absoluten Drücken von etwa 70 bis 211 kg/cm2 (looo bis 3000 psia) und Expansionsdruckverhältnissen von 25 : 1 angewendet. Es wurden neue Techniken sowie verbesserte Materialien benutzt, und es ergab sich ein großer Fortschritt bezüglich einer schnellen und wirkungsvollen Dampferzeugung durch die Verwendung von verbesserten Kesselüberhitzern vom Einrohrtyp.In recent times, considerable efforts have been made to design condensing piston engines to develop with higher efficiencies. A natural solution with predictable theoretical results, but within the limitations of the Rankine condensation cycle, has been to use much higher temperatures, pressures and expansion ratios. There were steam conditions at the inlet with a temperature of about 5350 C (logo0 F), with absolute pressures of about 70 to 211 kg / cm2 (looo to 3000 psia) and expansion pressure ratios of 25: 1 applied. New techniques and improved materials were used, and there has been a great advance in rapid and effective one Steam generation through the use of improved single-tube type boiler superheaters.

Eine andere Lösung zum Erzielen eines höheren Wirkungsgrades bestand in einer Xnderung des grundsätzlichen Rankine-Zyklus. Die US-Patente 3 798 908, 3 716 99o und 3 772 883 befassen sich mit einem Kondensationsdampf zyklus, bei dem der maximale Betriebsdruck durch mechanische Kompression von Naßdampf erreicht wird, also durch eine Zweiphasenkompression. Dieser Zyklus zeigt einen bedeutend höheren idealen Wirkungsgrad als der Rankine-Zyklus mit identischen Dampfbedingungen am Einlaß und Auslaß. Dieser verbesserte Zyklus hat eine relativ hohe Temperatur als ein Grunderfordernis, wenn sich eine lohnende Verbesserung gegenüber dem Rankine-Zyklus ergeben soll.Another solution to achieve higher efficiency was in an alteration of the basic Rankine cycle. U.S. Patents 3,798,908, 3 716 99o and 3 772 883 deal with a condensation vapor cycle in which the maximum operating pressure is achieved by mechanical compression of wet steam, so by a two-phase compression. This cycle shows a significantly higher one ideal efficiency than the Rankine cycle with identical steam conditions at Inlet and outlet. This improved cycle has a relatively high temperature than a basic requirement if there is a worthwhile improvement over the Rankine cycle should result.

Alle diese verbesserten Maschinenarten erfordern hohe Einlaßtemperaturen und -drücke sowie sehr kurze Einlaßventilintervalle, so daß erhebliche Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften und die Metallurgie gestellt werden. Wie zu erwarten ist, führen diese Maschinen zu vorhersagbar höheren Wirkungsgraden als Kondensationsmaschinen, die mit gesättigtem Dampf bei niedrigeren Drücken arbeiten. Neuere Dampfmaschinenentwicklungen für Kraftfahrzeuganwendungen zeigen, daß auch diese verbesserten Wirkungsgrade für einen Einsatz bei modernen Fahrzeugen unzureichend sein können. Auf noch höheren Temperaturen, Drücken und Expansionsverhältnissen basierende Weiterentwicklungen werden nunmehr in Erwägung gezogen. Einlaßtemperaturen von ca. 8150 C (15ovo0 F) und Überdrücke von ca. 211 kg/cm (3ovo psig) werden mit Gesamtdruckverhältnissen von 80 in dem Expansionsverfahren vorhergesagt, was eine Verbundmaschine mit einer Wieder- bzw. Nacherwärmung erforderlich macht. Diese Bedingungen erfordern neue Grenzen bezüglich des Einlaßventilmaterials und der mechanischen Ausbildung.All of these improved types of machines require high inlet temperatures and pressures as well as very short intake valve intervals, so that considerable requirements mechanical properties and metallurgy. As expected these machines lead to predictably higher efficiencies than condensation machines, which work with saturated steam at lower pressures. Newer steam engine developments for automotive applications show that these also have improved efficiencies for use in modern vehicles may be inadequate. To even higher ones Further developments based on temperatures, pressures and expansion ratios are now being considered. Inlet temperatures of approx. 8150 C (15ovo0 F) and gauge pressures of about 211 kg / cm (3ovo psig) are used with total pressure ratios of 80 in the expansion process predicted what a compound machine with a Requires reheating or reheating. These conditions require new ones Limits on the inlet valve material and mechanical design.

Im Ergebnis führt das Vorsehen geeigneter Einlaßventile zu einer Zwangsbedingung bezüglich der Kondensationsdampfkolbenmaschine auf der Basis entweder der Rankine- oder der Dampfkompressionszyklen. Eine andere Zwangsbedingung ergibt sich durch das Erfordernis einer oberen Zylinderschmierung. Rankine-Maschinen, die bei Dampfeinlaßtemperaturen von etwa 5350 C (logo0 F) arbeiten, haben gezeigt, daß sie mit Einrohrkesseln unter Verwendung von Ölen auf Kohlenwasserstoffbasis für die obere Zylinderschmierung ausgedehnt bzw. verlängert betrieben werden können, doch ist es äußerst unwahrscheinlich, daß dieses Verfahren einer Temperaturbedingung von ca. 8150 C (15ovo0 F) oder sogar noch höheren Temperaturen genügt. Eine dritte Zwangsbedingung ist wirtschaftlicher Art und beruht auf den hohen Kosten der Betriebsmaterialien, wie Nickel und Chrom, die für Einrohr-Kesselüberhitzer und Nacherhitzer erforderlich sind, welche bei derartig erhöhten Temperaturen und Drücken arbeiten.As a result, the provision of suitable intake valves creates a constraint with regard to the condensing steam piston machine on the basis of either the Rankine or the vapor compression cycles. Another constraint results from the requirement for top cylinder lubrication. Rankine machines operating at steam inlet temperatures of about 5350 C (logo0 F) have shown that they work with one-pipe boilers below Use of hydrocarbon-based oils for upper cylinder lubrication can be extended or extended, but it is extremely unlikely that that this method a temperature condition of about 8150 C (15ovo0 F) or even even higher temperatures are sufficient. A third constraint is more economical Type and relies on the high cost of operating materials, such as nickel and chromium, which are required for single-pipe boiler superheaters and post-heaters, which are included in such elevated temperatures and pressures work.

Ein Weg zum Vermeiden dieser Probleme besteht in der Verwendung einer Kondensationsdampfmaschine unter Ausnutzung einer Modifikation des Stirling-Zyklus bzw. -Prozesses. Die Schmierung und die Kolbenabdichtung in der Maschine ähneln Methoden, die für Hochdruck-Stirlingmaschinen unter Anwendung gasförmiger Arbeitsfluids, wie Wasserstoff und Helium, entwickelt wurden. In Maschinen dieser Art wird der Kolben durch Kunststoffringe am Boden eines langen Zylinders abgedichtet, wobei der Aufbau dergestalt ist, daß der Ring ständig in einem relativ kühlen Zylinderteil arbeitet, während sich der heiße Zylinderraum und die Oberseite des Kolbens auf sehr hohen Temperaturen von mehr als ca. 8150 C (15000 F) befinden können. Solche Maschinen vom sogenannten Rinia-Typ mit verbundenen Heiß- und Kalträumen haben keine Einlaßventile; sie erfordern keine Schmiermittel und sie sind mit Rücksicht auf die Ventilerfordernisse sowohl beim Gastyp, als auch beim Kondensationsdampftyp mechanisch einfach.One way to avoid these problems is to use a Condensation steam engine using a modification of the Stirling cycle or process. The lubrication and piston seal in the machine are similar Methods that are used for high-pressure Stirling engines using gaseous working fluids, such as hydrogen and helium. In machines of this type the Piston sealed by plastic rings at the bottom of a long cylinder, whereby the structure is such that the ring is constantly in a relatively cool cylinder part works while the hot cylinder space and the top of the piston on very high temperatures of more than approx. 8150 C (15000 F). Such Machines of the so-called Rinia type with connected hot and cold rooms do not have any Inlet valves; they don't require lubricants and they are made with consideration the valve requirements for both the gas type and the condensing type mechanically simple.

Die Stirling-Gasmaschine hat in der normalen Betriebsart weder Einlaß- noch Auslaßventile, während der Kondensationsdampftyp ein Auslaßventil zum Leiten eines Teils des kondensierbaren Dampfes zu dem Kondensator und einen Injektor zum Einspritzen von Kondensat während der Kompression in den sogenannten Kaltraum hat. Es handelt sich hierbei um einfache Arbeitsweisen sowohl bezüglich der mechanischen Eigenschaften, als auch bezüglich der metallurgischen Erfordernisse. Ein Nachteil desStirling-Zyklus ist die Notwendigkeit, daß die Arbeitssubstanz im gasförmigen Zustand zwischen den Heiß- und Kalträumen in der Maschine zyklisch behandelt wird. Der kombinierte Effekt der Gasviskosität und Trägheit besteht in einer Verminderung des Wirkungsgrades des Zyklus bzw.The Stirling gas engine does not have an inlet still exhaust valves, while the condensing vapor type has an exhaust valve for conduction a portion of the condensable vapor to the condenser and an injector to Injection of condensate during the compression in the so-called cold space. These are simple ways of working, both with regard to the mechanical Properties, as well as with regard to the metallurgical requirements. A disadvantage of the Stirling cycle is the need for the working substance to be in the gaseous Condition between the hot and cold rooms in the machine is treated cyclically. The combined effect of gas viscosity and inertia is a decrease the efficiency of the cycle or

Prozesses, wenn bei maximaler Leistung gearbeitet wird, das heißt bei maximalem Druck, wobei der gewöhnliche Weg zum Verändern der Leistungsabgabe solcher Maschinen darin besteht, den Druck der Arbeitssubstanz zu verändern. Ein weiteres praktisches Problem bei der Stirling-Maschine, sei es nun eine solche mit einer gasförmigen Arbeitssubstanz oder eine solche mit einer kondensierbaren dampfförmigen Arbeitssubstanz, besteht in der Ausbildung und Fabrikation der Heizelemente zwischen den Heiß- und Kalträumen der Maschine. Bis heute wurde kein zufriedenstellender Kompromiß zwischen den Materialkosten, dem Maschinenwirkungsgrad und den Erfordernissen einer Massenproduktion gefunden.Process when working at maximum power, that is at maximum pressure, the usual way of changing the power output of such machines consists in changing the pressure of the working substance. A Another practical problem with the Stirling engine, be it one with a gaseous working substance or one with a condensable vaporous one Working substance, consists in the training and manufacture of the heating elements between the hot and cold rooms of the machine. To date, none has been more satisfactory Compromise between material costs, machine efficiency and requirements found a mass production.

Es ist heute üblich, ein Rohrbündel zu verwenden. Das Konstruktionsmaterial ist allgemein ein hochtemperaturbeständiger Legierungsstahl. Metallurgische Erfordernisse führen zu einer Zwangsbedingung bezüglich der Temperatur, und die Form sowie die Konfiguration der Rohre ergibt eine weitere Zwangsbedingung bezüglich der Massenproduktionsverfahren. Keramische Stoffe oder Cermetalle (cermets) lassen sich zwar in zufriedenstellender Weise für einen ständigen Hochtemperaturtin einer oxidierenden Flamme einsetzen, doch führen diese Stoffe zu schwierigen Fabrikationsproblemen.It is common today to use a tube bundle. The construction material is generally a high temperature resistant alloy steel. Metallurgical requirements lead to a constraint regarding the temperature, and the shape as well as the The configuration of the pipes results in a further constraint on the Mass production process. Ceramic materials or cermetals (cermets) can be although in a satisfactory manner for a constant high temperature in an oxidizing Use a flame, but these substances lead to difficult manufacturing problems.

/betrieb Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer verbesserten Wärmekraftmaschine der genannten Art und im einzelnen einer Kondensationsdampfmaschine unter weitgehender Verminderung oder Ausschaltung der oben beschriebenen Probleme, die Außenverbrennungsmaschinen vom Rankine- und Stirling-Typ eigentümlich sind, und des Dampfkompressionszyklus mit einer herkömmlichen Einlaßventilsteuerung. / Operation The main object of the present invention is to Creation of an improved heat engine of the type mentioned and in detail a condensation steam engine with extensive reduction or elimination of the above-described problems affecting the Rankine and Stirling-type are peculiar, and the vapor compression cycle with a conventional one Inlet valve control.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe werden bei einer Wärmekraftmaschine der im Oberbegriff genannten Art erfindungsgemäß die im Kennzeichen von Anspruch 1 aufgeführten Merkmale vorgeschlagen.To solve the task at hand, a heat engine of the type mentioned in the preamble according to the invention in the characterizing part of claim 1 proposed features listed.

Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.Further features emerge from the subclaims.

Die vorliegende Erfindung beinhaltet somit eine Wärmekraftmaschine, bei der ein kondensierbarer Dampf als Arbeitsfluid benutzt wird und die einen Zylinder mit einem darin arbeitenden Kolben hat. Sie zeichnet sich dadurch aus, daß die Wärmezufuhr zum Hubvolumen bzw. -raum der Maschine in einer Zone erfolgt, die das Totvolumen des Zylinders am oberen Totpunkt des Kolbens aufweist.The present invention thus includes a heat engine, in which a condensable vapor is used as the working fluid and the one cylinder with a piston working in it. It is characterized by the fact that the heat supply to the stroke volume or space of the machine takes place in a zone that contains the dead volume of the cylinder at the top dead center of the piston.

Es ergibt sich eine Kondensationsdampfmaschine vor4>edeutender mechanischer Einfachheit, und diese Maschine kann bei den extrem hohen Temperaturen arbeiten, die erforderlich sind, um einen großen thermodynamischen Wirkungsgrad zu erreichen und hierdurch eine neue Maschine zu bilden, die leistungsmäßig mit guten Arbeitsmaschinen, wie der Dieselmaschine, vergleichbar ist.The result is a condensation steam engine mechanical simplicity, and this machine can withstand extremely high temperatures work that are required to achieve great thermodynamic efficiency to achieve and thereby to form a new machine that in terms of performance with good work machines, such as the diesel machine.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 - in einer fragmentarischen, schematischen und teilweise geschnittenen Ansicht eine Maschine mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, Figur 2 - einen schematischen, fragmentarischen Schnitt durch einen Wärmeaustauscher einer modifizierten Konfiguration, Figur 3 - einen Schnitt längs der Linie 3-3 aus Figur 2, Figur 4 - eine Figur 2 ähnelnde Ansicht einer weiteren modifizierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einem Schnitt längs der Linie 4-4 aus Figur 5, Figur 5 - einen Schnitt längs der Linie 5-5 aus Figur 4, Figur 6 - in einer schematischen Ansicht eine weitere abgewandelte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und Figur 7 - ein Wasser-Dampf-Phasendiagramm in einem Koordinatensystem mit Druck-Enthalpie-Koordinaten, wobei Dampfzustandspunkte angegeben sind, die der Betriebsweise eines Zyklus nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung entsprechen.The invention is illustrated below on the basis of exemplary embodiments shown in the drawings explained in more detail. They show: Figure 1 - in a fragmentary, schematic and partially sectioned view of a machine incorporating the principles of the present Invention, Figure 2 - a schematic, fragmentary section through a Heat exchanger of a modified configuration, Figure 3 - a longitudinal section the line 3-3 from Figure 2, Figure 4 - a Figure 2 similar view of another modified embodiment of the present invention in a longitudinal section the line 4-4 from Figure 5, Figure 5 - a section along the line 5-5 from Figure 4, FIG. 6 - a further modified embodiment in a schematic view of the present invention and FIG. 7 - a water-steam phase diagram in one Coordinate system with pressure-enthalpy coordinates, with vapor state points given that illustrate the operation of a cycle in accordance with the principles of the present invention correspond.

In Figur 1 bezeichnet die Hinweiszahl lo allgemein eine Maschine bzw. ein Triebwerk nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Die Maschine enthält einen Zylinder 12, in dem ein Kolben 14 mit einer Kolbenstange 16 und einem Kreuzkopf (crosshVad) 18 hin- und herbewegbar ist. Der Kolben 14 ist an seinem unteren Ende mit Dichtungs- bzw. Kolbenringen 20 versehen, die Kunststoffbänder aufweisen können, da sich die Ringe ständig in einer Von einer Kühlflüssigkeitskammer 22 umgebenen Zone des Zylinders 12 hin- und herbewegen. Die schematische Darstellung zeigt keine Mittel zum Leiten einer Klihlflüssigkeit zu und von der Kammer 22, da solche Mittel herkömmlich aufgebaut sein können. Die mit dem oberen Ende des Kreuzkopfes 18 verbundene Kolbenstange 16 des Kolbens 14 greift durch eine Öldichtung oder -packung 24, die von einer zylindrischen Querunterteilungswandung 26 getragen wird.In Figure 1, the reference number lo generally designates a machine or an engine according to the principles of the present invention. The machine contains a cylinder 12 in which a piston 14 with a piston rod 16 and a cross head (crosshVad) 18 is reciprocable. The piston 14 is at its lower end provided with sealing or piston rings 20, which can have plastic bands, since the rings are constantly surrounded by a coolant chamber 22 Move the zone of the cylinder 12 back and forth. The schematic representation does not show any Means for directing cooling fluid to and from chamber 22 as such means can be constructed conventionally. The one connected to the upper end of the cross head 18 Piston rod 16 of piston 14 engages through an oil seal or packing 24 which is supported by a cylindrical transverse partition wall 26.

Der Querkopf trägt einen Kurbelarm 28, der mit einer herkömmlichen Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden ist.The cross head carries a crank arm 28, which is connected to a conventional Crankshaft (not shown) is connected.

In dem oberen Teil der Zylinderwandung ist ein Flüssigkeitsinjektor 30 vorgesehen, der mit einer Quelle 32 für kondensierte sowie kondensierbare Flüssigkeit und mit einer Pumpe 34 verbunden ist.In the upper part of the cylinder wall is a liquid injector 30 provided with a source 32 for condensed as well as condensable liquid and is connected to a pump 34.

Die Flüssigkeitsquelle 32 kann zu einem Kondensator (nicht dargestellt) gehören, der mit einer noch zu beschreibenden Leitung 36 verbunden ist. Auch befindet sich in dem oberen Ende des Zylinders ein mechanisch betätigtes Ventil 38, beispielsweise vom Dreh-oder Ventilkegeltyp. Das Ventil 38 verbindet eine Aufnehmerzone 40 mit der oberen Zylinderzone. Der Aufnehmer ist mit einem Kolben 42 versehen, der eine Kolbenstange 44 hat, welche beispielsweise mit der Kurbelwelle für den Kurbelarm 28 oder mit einer über Steuerungsvorrichtungen bzw. -getriebe betriebenen zusätzlichen Kurbel verbunden ist. Die Aufnehmerzone 40 ist mit einem Auslaß 36 versehen, der über ein mechanisch betätigtes Ventil 46 zu dem Kondensator (nicht dargestellt) führt. Die Ventile 46 und 38 werden über Steuerungsmittel betrieben, die vom variablen Typ sein können, so daß die Steuerung der Maschine wahlweise manuell oder automatisch erfolgen kann.The liquid source 32 can be connected to a condenser (not shown) belong to the one with a line 36 to be described tied together is. There is also a mechanically operated one in the upper end of the cylinder Valve 38, for example of the rotary or valve cone type. The valve 38 connects a receiver zone 40 with the upper cylinder zone. The transducer is with a piston 42 provided, which has a piston rod 44 which, for example, with the crankshaft for the crank arm 28 or with one via control devices or gears operated additional crank is connected. The receiving zone 40 is with a Outlet 36 is provided which via a mechanically operated valve 46 to the condenser (not shown) leads. The valves 46 and 38 are operated by control means, which can be of the variable type, so that the control of the machine is optionally manual or can be done automatically.

Die so beschriebenen Mittel stellen sicher, daß ein fester Dampfanteil von dem Zylinder 12 am Ende der Expansion abgenommen wird, wobei das Ausmaß bzw. die Menge durch das Verhältnis des Hubvolumens der Aufnehmer zone 40 zum Hubvolumen und Totraum des Zylinders 12 bestimmt wird; in diesem Zusammenhang erfolgt keine Änderung durch den Kondensationsdruck. Ein zweites Mittel zum Abnehmen einer steuerbaren Dampfmenge am Ende eines jeden Expansionshubes besteht darin, daß der Dampfaufnehmer 40 mit einem variablen Volumen ausgebildet wird. In diesem Fall erfolgt kein Hin- und Herbewegen des Kolbens 42, sondern dieser wird vielmehr mittels der Kolbenstange 44 manuell bewegt, um das in dem Aufnehmer erforderliche Volumen zu erhalten.The means described in this way ensure that a fixed proportion of steam is removed from the cylinder 12 at the end of the expansion, the extent or the amount by the ratio of the stroke volume of the transducer zone 40 to the stroke volume and dead space of the cylinder 12 is determined; there is no in this context Change due to the condensation pressure. A second means of removing a controllable The amount of steam at the end of each expansion stroke is that the steam receiver 40 is formed with a variable volume. In this case there is no notification and moving the piston 42, but rather this is by means of the piston rod 44 moved manually to obtain the required volume in the transducer.

Unter Verwendung dieser Mittel zum Abnehmen bzw. Entfernen eines Dampfanteils aus dem Zylinder 12 erfolgt bei der normalen Betriebsart am Ende der Expansion ein öffnen des Ablaßventils 38, während das Ventil 46 geschlossen ist. Ein Teil des Dampfes in dem Zylinder 12 gelangt zu der Aufnehmerzone 40. Das Verhältnis des Gewichts des zum Aufnehmer geleiteten Dampfes zu dem Gewicht des in dem Zylinder 12 verbliebenen Dampfes wird durch folgende Größen bestimmt: 1. Relatives Volumen bzw. Volumenverhältnis der Aufnehmerzone 40 und des Zylinders 12 plus dem Totraum.Using these means to remove a portion of steam from the cylinder 12 takes place in the normal operating mode at the end of the expansion open the drain valve 38 while the valve 46 is closed. Part of the Steam in cylinder 12 passes to receiver zone 40. The ratio of weight of the vapor directed to the transducer to the weight of that remaining in the cylinder 12 Steam is determined by the following quantities: 1. Relative volume or volume ratio the receiver zone 40 and cylinder 12 plus the dead space.

2. Kondensationsdruck und Temperatur. 2. Condensation pressure and temperature.

3. Druck am Ende der Expansion. 3. Pressure at the end of the expansion.

Für einen gegebenen Satz von Dampfbedingungen am Ende der Expansion und einen gegebenen Kondensationstemperatur- und Druckwert kann das Volumen des Aufnehmers eingestellt werden, um irgendeinen erwünschten Dampfanteil aus dem Zylinder 12 zu entfernen.For a given set of steam conditions at the end of the expansion and a given condensation temperature and pressure value, the volume of the The receiver can be adjusted to any desired amount of vapor from the cylinder 12 to remove.

Der mit der Hinweiszahl 50 bezeichnete gesamte Zylinderkopfabschnitt des Zylinders 12 ist als neue Heizrohreinrichtung 52 ausgebildet, die einen Teil der vorliegenden Erfindung ausmacht.The entire cylinder head section identified by reference number 50 of the cylinder 12 is designed as a new heating tube device 52, which is a part of the present invention.

Die Heizrohre bestehen aus einer Vielzahl von dünnwandingen Rohren 54, welche an ihren unteren Enden 56 mit dem Volumen des Zylinders 12 und somit mit dessen Hubraum in Strömungsverbindung stehen. Zwischen den Rohren 54 befinden sich Abstände bzw. Leerräume 58, die mit den Heizgasen in Strömungsverbindung stehen, welche Verbrennungsgase von einem externen Brenner aufweisen können. Die Verbrennungsgase treten über eine Einlaßleitung 62 in eine allgemein mit der Hinweiszahl 60 bezeichnete Kammer ein, um aus dieser über eine Auslaßleitung 64 auszuströmen. Da die über die Leitung 64 austretenden Gase sehr hohe Temperaturen haben können, ist die Auslaßleitung 64 vorzugsweise mit einem regenerativen Wärmeaustauscher oder dergleichen verbunden, den die Gase durchströmen, bevor sie an die Atmosphäre bzw. Umgebung abgelassen werden.The heating pipes consist of a large number of thin-walled pipes 54, which at their lower ends 56 with the volume of the cylinder 12 and thus are in flow connection with the displacement. Located between the tubes 54 there are spaces or empty spaces 58 which are in flow connection with the heating gases, which combustion gases from an external burner may have. The combustion gases enter via an inlet line 62 into one generally designated by the reference number 60 Chamber in order to flow out of this via an outlet line 64. Since those about the Line 64 of exiting gases can have very high temperatures, is the outlet line 64 preferably connected to a regenerative heat exchanger or the like, through which the gases flow before they are released into the atmosphere or environment will.

Bei diesem Aufbau treffen die von dem Brenner herrührenden heissen Gase direkt auf die geschlossenen Enden der Heizrohre auf, um durch das Rohrbündel nach außen und somit zu einem Ablaßkanal zu gelangen, der gemäß Darstellung zu einem Luft-Wärmeaustauscher zum Erwärmen ankommender Verbrennungsluft führen kann.In this structure, the hot ones coming from the burner meet Gases directly onto the closed ends of the heating tubes in order to pass through the tube bundle to get to the outside and thus to a drainage channel, according to the illustration to a Air heat exchangers can lead to the heating of incoming combustion air.

Der Wärmeaustauscher kann aus Metall, wie aus Nickel-Eisen, oder einer anderen temperaturbeständigen bzw. Hochtemperatur-Legierung hergestellt sein. Die Form des Wärmeaustauschers ist besonders für einen Aufbau aus keramischen Materialien geeignet, wie aus Stickstoffsilicid (silicon nitride) oder Cermetallen (cermets), die extrem zweckmäßige Eigenschaften alc Wärmeaustauscher für Verbrennungsgase haben. Beispielsweise hat Stickstoffsilicid eine hervorragende chemische Beständigkeit, Stabilität bezüglich einer oxidierenden Flamme, Widerstandskraft gegenüber einer extremen thermischen Stoßbelastung und ein entsprechendes Festigkeitsverhalten bei extrem hohen Temperaturen von über 10900 C (2ovo0 F). Während bei der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung die Wärme zufuhr mittels Verbrennungsgasen von einem extern beheizten Brenner herrührt, können auch andere Wärmezufuhrmittel mit Flüssigkeit oder Kondensationsdampf als Wärmeaustauschmedium benutzt werden.The heat exchanger can be made of metal, such as nickel-iron, or a other temperature-resistant or high-temperature alloy. the The shape of the heat exchanger is particularly suitable for a structure made of ceramic materials suitable, such as nitrogen silicide (silicon nitride) or cermetals (cermets), the extremely useful properties of alc heat exchangers for Have combustion gases. For example, nitrogen silicide has an excellent one chemical resistance, stability to an oxidizing flame, resistance against extreme thermal shock loads and a corresponding strength behavior at extremely high temperatures of over 10900 C (2ovo0 F). While with the in figure 1 embodiment of the invention shown the supply of heat by means of combustion gases originating from an externally heated burner, other heat supply means can also be used be used with liquid or condensation vapor as a heat exchange medium.

In den Figuren 2 und 3 ist ein alternativer Aufbau zum Leiten heißer gasförmiger Verbrennungsprodukte um die Heizrohre 54 dargestellt. Mit der Hinweiszahl 12' ist allgemein das obere Ende des Arbeitszylinders dargestellt, an dem ein Zylinderkopf 70 befestigt ist, der die Heizrohre 54 enthält. Diese sind an ihren oberen Enden 54' geschlossen und an ihren unteren Enden wie bei 56 in den Hubraum des Zylinders 12' geöffnet. Die Heiz- bzw. Wärmeaustauscherrohre 54 sind von einer Sammelleitung 72 umgeben, die ein oberes Einlaßende 74 hat, welches mit einer Quelle für heiße gasförmige Verbrennungsprodukte verbunden ist. Bei diesem Aufbau treffen die heißen gasförmigen Verbrennungsprodukte direkt auf die geschlossenen Enden 54' der Heizrohre 54 auf, um diese zu umströmen, durch das Rohrbündel nach außen zu strömen und in einen umgebenden Sammelring 76 zu gelangen. Von dort strömen die Gase zu einem Ablaßkanal 78, der die Gase zu einem Luft-Wärmeaustauscher leiten kann, um ankommende Verbrennungsluft in der zuvor beschriebenen Weise zu erwärmen. Der Zylinderkopf 70 und die Rohre 54 können insbesondere dann einen unitären bzw. zusammenhängenden Aufbau haben, wenn der Wärmeaustauscher aus keramischem Material hergestellt ist.In Figures 2 and 3, an alternative structure for conduction is hot Gaseous combustion products around the heating tubes 54 are shown. With the clue number 12 'the upper end of the working cylinder is generally shown, on which a cylinder head 70 is attached, which contains the heating tubes 54. These are at their upper ends 54 'closed and at their lower ends as at 56 in the displacement of the cylinder 12 'open. The heating or heat exchanger pipes 54 are from a manifold 72 surrounded which has an upper inlet end 74 which is provided with a source of hot gaseous combustion products is connected. In this setup, the hot ones meet gaseous combustion products directly onto the closed ends 54 'of the heating tubes 54 to flow around it, to flow out through the tube bundle and in a surrounding collecting ring 76 to arrive. From there the gases flow to a discharge channel 78, which can direct the gases to an air heat exchanger to convert incoming combustion air to be heated in the manner previously described. The cylinder head 70 and the pipes 54 can in particular then have a unitary or cohesive structure, when the heat exchanger is made of ceramic material.

In den Figuren 4 und 5 ist eine modifizierte Ausführungsform eines Wärmeaustauschers 52'' dargestellt. Der Wärmeaustauscher ist an dem oberen Ende des Maschinenzylinders 12'' befestigt und in Draufsicht grundsätzlich viereckig. Er besteht aus einer Vielzahl von unter Abstand angeordneten, parallelen Platten 1o2, die so ausgerichtet sind, daß die Durchgänge zwischen den Platten parallel zur Richtung des Verbrennungsgasstroms in dem Kopfstück 104 verlaufen, wie es durch Richtungspfeile A in den Figuren 4 und 5 dargestellt ist. Jede der unter Abstand angeordneten parallelen Platten 102 ist in der Bohrungszone des Zylinders 12'' gebohrt oder mit Öffnungen 106 ausgebildet. Die Öffnungen oder Bohrungen 106 befinden sich in Strömungsverbindung mit dem Volumen oder Raum des Zylinders 12'', und zwar an ihren unteren Enden.In Figures 4 and 5, a modified embodiment is one Heat exchanger 52 ″ shown. The heat exchanger is at the top of the machine cylinder 12 ″ and basically square in plan view. It consists of a large number of spaced, parallel plates 1o2, the are oriented so that the passages between the Plates run parallel to the direction of the combustion gas flow in the head piece 104, as shown by directional arrows A in FIGS. Each of the spaced parallel plates 102 is in the bore zone of the cylinder 12 ″ drilled or formed with openings 106. The openings or bores 106 are in fluid communication with the volume or space of cylinder 12 '', namely at their lower ends.

An ihren oberen Enden 108 sind die Öffnungen oder Bohrungen 106 verschlossen. Diese Ausbildungsform ermöglicht herkömmliche Keramikherstellungstechniken.The openings or bores 106 are closed at their upper ends 108. This embodiment enables conventional ceramic manufacturing techniques.

In Figur 6 ist ein Blockdiagramm eines Leistungssystems unter Verwendung einer Maschine gemäß Figur 1 dargestellt. Eine aufgezeigte Maschine 200 hat einen Zylinder 202 und ist mit einem Wärmeaustauscher 204 versehen, der von dem in den Figuren 1, 2 und 3 oder 4 und 5 dargestellten Typ sein kann. Der Wärmeaustauscher wird über eine Leitung 208 mit Verbrennungsgasen von einem Brenner 206 versorgt. Die aus dem Wärmeaustauscher 204 austretenden heißen Gase werden durch eine Leitung 210 zu einem regenerativen Lufterwärmer 212 geführt. Die Verbrennungsgase verlassen den regenerativen Lufterwärmer 212 über eine Ablaßleitung 214. Dem regenerativen Wärmeaustauscher 212 wird über eine Leitung 216 Luft zugeführt, und die erwärmte Verbrennungsluft wird über eine Leitung 218 zum Brenner 206 geleitet. Eine ventilgesteuerte Leitung 220 verbindet die Zylinderzone der Maschine 200 mit einem volumenvariablen Aufnehmer 222, der von dem in Figur 1 dargestellten Typ sein kann. Abgezogenes bzw. abgesaugtes gasförmiges Arbeitsfluid wird von dem Aufnehmer über eine Leitung 224 zu einem Kondensator 226 geführt. Das kondensierte Fluid von dem Kondensator 226 wird durch eine Leitung 228 zu einer Hochdruckpumpe 230 und von dort zu einem Injektor 232 geleitet, um in der passenden Betriebsfolge in den oberen Teil des Zylinders 202 eingespritzt zu werden.In Figure 6 is a block diagram of a power system in use a machine according to Figure 1 is shown. A machine 200 shown has one Cylinder 202 and is provided with a heat exchanger 204, which is of the in the Figures 1, 2 and 3 or 4 and 5 may be the type shown. The heat exchanger is supplied with combustion gases from a burner 206 via a line 208. The hot gases exiting the heat exchanger 204 are passed through a conduit 210 led to a regenerative air heater 212. Leave the combustion gases the regenerative air heater 212 via a drain line 214. The regenerative Heat exchanger 212 is supplied via a line 216 air, and the heated Combustion air is directed to burner 206 via line 218. A valve controlled Line 220 connects the cylinder zone of the machine 200 with a volume variable Sensor 222, which may be of the type shown in FIG. Withdrawn or extracted gaseous working fluid is discharged from the transducer via a line 224 led to a capacitor 226. The condensed fluid from condenser 226 is through a line 228 to a high pressure pump 230 and from there to an injector 232 directed to the top of the cylinder in the appropriate operational sequence 202 to be injected.

Es wird nunmehr die Betriebsweise der in Figur 6 dargestellten Maschine beschrieben. Im normalen Betrieb, wenn die Maschine gestoppt bzw. angehalten ist, enthält der Zylinder und der Totraum (das Innenvolumen der Heizrohre) unter Druck stehenden Dampf.The mode of operation of the machine shown in FIG. 6 will now be discussed described. In normal operation when the machine is stopped respectively. stopped, the cylinder and the dead space (the internal volume of the heating pipes) pressurized steam.

Wenn sich die Maschine abkühlt, erfolgen ein Abfallen des Drucks und schließlich ein Kondensieren des Dampfes. Um die Maschine wieder zu starten, muß folgende Betriebsfolge durchgeführt werden: (1) Zünden des Brenners und dann (2) Antreiben der Maschine mit einem Starter (nicht dargestellt). Hierdurch wird auch die masche nengetriebene Einspritzpumpe angetrieben, und es wird Wasser in den Zylinder eingespritzt. Die normale Kompressionswärme verdampft einiges Wasser, und es wird dann Dampf in den Heizrohren erzeugt, wonach die Maschine kurzzeitig selbständig wird.When the machine cools down, there will be a drop in pressure and finally a condensation of the steam. To start the machine again, you must The following operating sequence must be carried out: (1) Igniting the burner and then (2) Driving the machine with a starter (not shown). This will also The mesh driven injection pump is driven and there is water in the cylinder injected. The normal heat of compression evaporates some of the water, and it becomes then steam is generated in the heating pipes, after which the machine briefly independently will.

Betriebsweise Bei der normalen Betriebsweise erfolgt am Ende der Expansion ein Öffnen des Ablaßventils 38 (Figur 1), während das Ventil 46 geschlossen ist. Ein Teil des Dampfes in dem Zylinder 12 gelangt zu dem Aufnehmer 40 (Figur 1) oder 222 (Figur 6). Das Verhältnis des Gewichts des zum Aufnehmer gelangenden Dampfes zu dem Gewicht des in dem Zylinder verbleibenden Dampfes wird durch folgende Größen bestimmt: 1. Relatives Volumen bzw. Volumenverhältnis des Aufnehmers und des Zylinders plus des Totraums. Operating mode In normal operating mode, at the end of the Expansion involves opening the drain valve 38 (Figure 1) while valve 46 is closed is. Some of the steam in the cylinder 12 reaches the receiver 40 (Fig 1) or 222 (Figure 6). The ratio of the weight of the one arriving at the transducer Steam to the weight of the steam remaining in the cylinder is given by the following Quantities determined: 1. Relative volume or volume ratio of the transducer and of the cylinder plus the dead space.

2. Kondensationsdruck und Temperatur. 2. Condensation pressure and temperature.

3. Druck am Ende der Expansion. 3. Pressure at the end of the expansion.

Für einen gegebenen Satz von Dampfbedingungen am Ende der Expansion und eine gegebene Kondensationstemperatur sowie einen entsprechenden Druck kann das Volumen des Aufnehmers bzw. Empfängers entsprechend eingestellt werden, um irgendeinen erwünschten Dampf anteil aus dem Zylinder 1 zu entnehmen.For a given set of steam conditions at the end of the expansion and a given condensation temperature and pressure the volume of the transducer or receiver can be adjusted accordingly to any the desired amount of steam can be taken from cylinder 1.

Für Erläuterungszwecke wird eine normale Betriebsweise des Leistungssystems beschrieben, wobei die Dampfextraktionsmethode die zweite der drei zuvor beschriebenen ist.For purposes of illustration, normal operation of the power system described, with the steam extraction method being the second of the three previously described is.

Zu Beginn des Aufwärtshubes des Maschinenkolbens schließt das Ventil 38. Das Ventil 46 öffnet, so daß der Druck in dem Aufnehmer bzw. Empfänger 40 oder 222 auf den Kondensatordruck fallen kann.At the beginning of the upstroke of the machine piston, the valve closes 38. The valve 46 opens, so that the pressure in the transducer or receiver 40 or 222 can drop to the condenser pressure.

Während des Aufwärtshubes des Kolbens 14 wird das Gewichtsäquivalent des aus dem Zylinder 12 oder 202 entnommenen Dampfes als feiner Wassersprühnebel in den Zylinder 12 oder 202 eingespritzt.During the upstroke of piston 14, the weight becomes equivalent of the steam withdrawn from the cylinder 12 or 202 as a fine spray of water injected into cylinder 12 or 202.

Hierdurch werden die Entropie sowie Enthalpie des Dampfes in dem Zylinder und auch die Kompressionsarbeit vermindert.This reduces the entropy and enthalpy of the steam in the cylinder and also reduces the compression work.

Der gesamte komprimierte Dampf ist im Totpunkt in die Heiz- bzw.The entire compressed steam is in the dead center in the heating resp.

Wärmeübertragungsrohre geleitet, und an diesem Punkt ist das Wärmeübertragungsmaß wegen des großen Dampfdrucks stark vergrößert.Heat transfer pipes passed, and at this point the heat transfer coefficient is greatly enlarged because of the high vapor pressure.

Das Überhitzen auf hohe Temperatur erfolgt faktisch bei konstantem Volumen. Der überhitzte Hochdruck-Dampf in den Heizrohren expandiert, wobei auf den Kolben bei dessen Abwärtshub Arbeit ausgeübt wird. Am Ende der Expansion erfolgt eine Wiederholung des Zyklus. Um die Leistung der Maschine zu verändern, wird der Maximaldruck in dem Zylinder 12 oder 202 durch Einspritzen von mehr oder weniger Wasser erhöht oder abgesenkt. Hierdurch erfolgt eine entsprechende Änderung aller Zustandspunkte des Zyklus.The overheating to high temperature takes place in fact at a constant Volume. The superheated high-pressure steam in the heating pipes expands, whereby on the piston is performing work on its downward stroke. At the end of the expansion takes place a repetition of the cycle. To change the performance of the machine, the Maximum pressure in cylinder 12 or 202 by injecting more or less Water increased or decreased. This changes all of them accordingly State points of the cycle.

Da die Maschine eine große Verbrennungsgas-Abgastemperatur hat, besteht die übliche Weise zum Behandeln dieser Situation in der Verwendung eines regenerativen Luftheizers bzw. -erwärmers, wie er bei 212 in Figur 6 dargestellt ist.Since the engine has a large combustion gas exhaust temperature, there is the usual way to handle this situation is to use a regenerative Air heater or warmer, as shown at 212 in FIG.

In Figur 7 entsprechen ideale Zustandspunkte des Arbeitsfluids dem beschriebenen Zyklus. Der Punkt A ist der Zustandspunkt (maximale Temperatur und maximaler Druck), wenn sich der Kolben 14 (Figur 1) am oberen Totpunkt und der gesamte Dampf in den Heizrohren befinden. Die Linie AB entspricht einer idealen isentropen Expansion. Es liegt eine Wärmezufuhr während der Expansion vor.In FIG. 7, ideal state points of the working fluid correspond to this described cycle. Point A is the state point (maximum temperature and maximum pressure) when the piston 14 (Figure 1) is at top dead center and the entire There are steam in the heating pipes. The line AB corresponds to an ideal isentropic Expansion. There is a supply of heat during the expansion.

Das praktische Ergebnis ist eine thermodynamische Expansion irgendwo zwischen den isentropen und isothermen Vorgängen; und die Arbeitsabgabe ist etwas größer als dargestellt. Am Punkt B öffnet das Ventil 38 (Figur 1), und der Druck fällt bis zum Punkt C. Ein Teil des Dampfes wird dadurch aus dem Zylinder 12 entfernt. Dabei liegt folgendes Verhältnis vor: Gewicht des zum Aufnehmer geleiteten Dampfes Länge DF Gewicht des im Zylinder verbleibenden Dampfes Länge GD Nachdem das Ventil 38 (Figur 1) geschlossen ist, wird das Gewichtsäquivalent des entfernten Dampfes in den verbliebenen Dampfteil eingespritzt, wobei Naßdampf vom Zustandspunkt D erzeugt wird. Die Linie DE zeigt die ideale isentrope Kompression von Naßdampf des Zustandspunkts D. Die Kompression wird bis zum Punkt E fortgesetzt. Der Punkt E liegt auf der Linie konstanten Volumens, wobei diese Linie durch den Punkt A verläuft; der Punkt A ist der Zustandspunkt des Dampfes in dem Totraum, das heißt in den Heizrohren 54 aus Figur 1, nach der Wärmezufuhr. Am oberen Totpunkt ist der Dampf vom Zustandspunkt E in die Heiz- bzw. Wärmeaustauscherrohre geleitet. Die Linie E-A entspricht der Wärmezufuhr zum Dampf, und zwar bei konstantem Volumen.The practical result is a thermodynamic expansion somewhere between the isentropic and isothermal processes; and the work tax is something larger than shown. At point B the valve 38 (Figure 1) opens, and the pressure falls to point C. Part of the steam is thereby removed from the cylinder 12. The relationship is as follows: Weight of the steam fed to the sensor Length DF Weight of the steam remaining in the cylinder Length GD After this the valve 38 (Figure 1) is closed, the weight equivalent of the removed Steam is injected into the remaining steam part, taking wet steam from the state point D is generated. The line DE shows the ideal isentropic compression of wet steam of state point D. The compression is continued up to point E. The point E lies on the line of constant volume, this line passing through point A; point A is the state point of the steam in the dead space, i.e. in the heating pipes 54 from FIG. 1, after the supply of heat. At top dead center the steam is from the state point E passed into the heating or heat exchanger pipes. The line E-A corresponds to the Heat supply to the steam at a constant volume.

Gemäß der Darstellung ist der maximale Kompressionsdruck viel kleiner als der maximale Druck am Ende der Wärmeabsorption durch den Dampf in den Heizrohren. Der Vorteil dieser Konfiguration besteht in einer verminderten Kompressionsarbeit.As shown, the maximum compression pressure is much smaller than the maximum pressure at the end of the heat absorption by the steam in the heating tubes. The advantage of this configuration is a reduced work of compression.

Die Zustandspunkte aus Figur 7 gelten für eine ideale Maschine.The state points from FIG. 7 apply to an ideal machine.

Tatsächlich erfolgt die oben dargestellte Expansion nicht wirklich isentrop, und zwar wegen der kontinuierlichen Wärmezufuhr zu einem Teil des Dampfes während der gesamten Expansionsarbeit. In ähnlicher Weise erfolgt eine Wärmezufuhr zu einem Teil des Dampfes während der Kompression, und die Kompressionsarbeit ist auch größer als in dem Diagramm dargestellt. Dies ähnelt in gewisser Weise den Zustandsänderungen in dem Stirling-Zyklus, bei dem ein Teil der Expansion in dem sogenannten 'Kalt' Raum und ein Teil der Kompression in dem 'heim' Raum erfolgt. Der resultierende Effekt besteht jedoch wie bei der Stirling-Maschine darin, daß die Expansionsgesamtarbeit bedeutend die Kompressionsarbeit übersteigt und die Maschine ein Erzeuger für mechanische Arbeit bzw.In fact, the expansion outlined above doesn't actually happen isentropic, because of the continuous supply of heat to part of the steam throughout the expansion work. Heat is supplied in a similar manner to some of the vapor during compression, and the work of compression is also larger than shown in the diagram. This is somewhat similar to the state changes in the Stirling cycle, in which part of the expansion occurs in the so-called 'cold' Space and some of the compression in the 'home' space takes place. The resulting However, as with the Stirling engine, the effect is that the total expansion work significantly exceeds the work of compression and the machine is a producer of mechanical Work or

Leistung ist.Performance is.

Obwohl die Tatsache der kontinuierlichen Wärmeaufnahme wie bei dem Stirling-Zyklus die mathematische Behandlung einer tatsächlichen Maschine verkompliziert, kann eine angemessene Approximation der Leistungsfähigkeit dieser Wärmemaschinenart erzielt werden, wenn eine ideale isentrope Expansion sowie Kompression und eine Wärme zufuhr bei konstantem Volumen angenommen werden, wie es in Figur 7 dargestellt ist.Although the fact of continuous heat absorption as with that Stirling cycle complicates the mathematical treatment of an actual machine, can be a reasonable approximation of the performance of this type of heat engine be achieved, if an ideal isentropic expansion as well as compression and a heat input at constant volume can be assumed, as in Figure 7 is shown.

Der Ausdruck für den thermodynamischen Wirkungsgrad des Zyklus mit den Zustandspunkten A-B-C-D-E-A aus Figur 7 lautet: Expansionsarbeit - Kompressionsarbeit Wirkungsgrad = Wärmeaufnahme durch die Arbeitssubstanz Die Expansionsarbeit entspricht der Differenz zwischen der inneren Energie am Punkt A und der inneren Energie am Punkt B bzw.The expression for the thermodynamic efficiency of the cycle with the state points A-B-C-D-E-A from Figure 7 reads: work of expansion - work of compression Efficiency = heat absorption by the working substance. The work of expansion corresponds to the difference between the internal energy at point A and the internal energy at Point B resp.

dem Wert uA - UB.the value uA - UB.

Die Kompressionsarbeit entspricht der Differenz zwischen der inneren Energie am Punkt E und der inneren Energie am Punkt D oder dem Wert uE - uD.The work of compression corresponds to the difference between the inner Energy at point E and the internal energy at point D or the value uE - uD.

Die bei konstantem Volumen absorbierte bzw. aufgenommene Wärme entspricht der Differenz zwischen der inneren Energie am Punkt A und der inneren Energie am Punkt E oder dem Wert uA - uE.The heat absorbed or absorbed at constant volume corresponds to the difference between the internal energy at point A and the internal energy at Point E or the value uA - uE.

Unter Verwendung der in Figur 7 angegebenen numerischen Werte für UA' UB UD' UE ergeben sich folgende Größen: Expansionsarbeit uA - uB = (1352 - 1081) = 271 BTU/lb = 150,5 kcal/kg Kompressionsarbeit uE - uD = (1119 - 933) = 186 BTU/lb.Using the numerical values given in Figure 7 for UA 'UB UD' UE the following sizes result: Expansion work uA - uB = (1352 - 1081) = 271 BTU / lb = 150.5 kcal / kg compression work uE - uD = (1119 - 933) = 186 BTU / lb.

= 103,2 kcal/kg Wärmeaufnahme bei konstantem Volumen uA - uE = 1352 - 1119 = 233 BTU/lb = 129,3 kcal/kg Wirkungsgrad = 271233186 = o,364 oder 36,4 % Der oben arithmetisch beschriebene Zyklus weist die Kompression DE auf, wobei der Punkt E auf der Dampfsättigungslinie liegt. = 103.2 kcal / kg heat absorption with constant volume uA - uE = 1352 - 1119 = 233 BTU / lb = 129.3 kcal / kg efficiency = 271233186 = o, 364 or 36.4% The cycle described arithmetically above has the compression DE, where the Point E is on the steam saturation line.

Der Zyklus kann auch durch Komprimieren von Dampf niedrigerer Eigenschaft bzw. Qualität erfolgen, was in einer mechanischen Kompression von Naßdampf D1E1 endet, oder es könnte eine Kompression in den überhitzten Bereich durch die Zustandsänderung zwischen D2E2 erfolgen. In jedem Fall liegt der Zustandspunkt des Dampfes am Ende der Kompression und vor der Wärmeaufnahme auf der Konstantvolumenlinie E1E E2A, die durch den Zustandspunkt A verläuft, welcher den Zustand des Dampfes nach der Wärmeaufnahme bestimmt. Die vorstehende Beschreibung beinhaltet somit die verbesserte Wärmemaschine und ein Beispiel für die Größenordnung des hierbei zu erwartenden Wirkungsgrades.The cycle can also be done by compressing steam of lower property or quality take place, which results in a mechanical compression of wet steam D1E1 ends, or there could be a compression in the overheated area due to the change of state between D2E2. In any case, the steam's state point is at the end the compression and before the heat absorption on the constant volume line E1E E2A, which runs through the state point A, which shows the state of the steam after the Determined heat absorption. The above description includes thus the improved heat engine and an example of the magnitude of this expected efficiency.

Claims

Claims 1. Heat engine with a condensable steam as a working fluid, characterized in that the heat supply to the working fluid of the machine takes place indirectly, namely in a cylinder having the dead volume Zone, and that the working fluid as a fine liquid spray into the displacement of the cylinder of the machine is introduced.

2. Machine according to claim 1, characterized in that a part of the working fluid at the end of each expansion stroke from the cylinder zone (12, 12 ', 12' ') is removed or removed.

3. Machine according to claim 2, characterized in that the removal or removing part of the working fluid from the displacement of the cylinder (12, 12 ', 12 '') via a mechanically operated valve (38).

4. Machine according to claim 2 or 3, characterized in that the removed or removed from the displacement of the cylinder (12, 12 ', 12' ') of the machine Part of the working fluid is or will be condensed.

5. Machine according to one of claims 1 - 4, characterized in that that is the equivalent weight of the working fluid removed at the end of the expansion on the upward stroke of the piston (14) into the cavity of the cylinder (12, 12 ', 12' ') is injected.

6. Machine according to claim 1, characterized in that the heat supply corresponds to constant volume heating and superheating.

7. Machine according to claim 1, characterized in that the heat supply to the Working fluid through the wall of the dead volume of the working cylinder (12, 12 ', 12' ') he follows.

8. Machine according to claim 1, characterized in that the working fluid in a tube bundle (52; 102, 106) is heated, the open ends (56) in permanent direct flow connection with the cylinder zone (12, 12 ', 12' ').

9. Machine according to claim 8, characterized in that the tube bundle a block having a plurality of transverse channels in the block is designed for the passage of hot gaseous combustion products and that there is a plurality of openings (106) in the block, which are in direct Flow connection with the cylinder zone (12 '') and the dead volume of the cylinder turn off.