Titel: Kraftmaschinen mit leicht flüchtigen Arbeitsflüssigkeiten.
Autor: Anonymus
Fundstelle: 1898, Band 308 (S. 73–78)
URL: http://dingler.culture.hu-berlin.de/article/pj308/ar308026

Kraftmaschinen.
Kraftmaschinen mit leicht flüchtigen Arbeitsflüssigkeiten.

(Schluss des Berichtes S. 49 d. Bd.)

Mit Abbildungen.

Bei der in Fig. 6 dargestellten Maschine der Compagnie internationale pour l'exploitation des procédés Adolphe Seigle in Lyon (D. R. P. Nr. 84483) dient als Treibflüssigkeit ein Gemisch von Dämpfen aus Wasser und Kohlenwasserstoffen.

Die Benutzung zweier Flüssigkeiten mit verschiedenen Siedepunkten soll bereits bei einer Gas- und Aethermaschine von du Trembley vorliegen. Der Gegenstand der Erfindung erstreckt sich darauf, als Nebenflüssigkeit Wasser und als Hauptflüssigkeit einen schweren Kohlenwasserstoff zu verwenden; als Beispiel des letzteren kann etwa das russische Solaröl dienen, welches bei der Destillation des rohen kaukasischen Erdöls nach dem Kerosen gesammelt wird, d.h. desjenigen Oeles, welches ungefähr über 300 bis 350° sich bildet.

Textabbildung Bd. 308, S. 73

a0 ist ein beliebiger Generator, am besten ein Serpollet-Generator, in welchem sich die schweren Kohlenwasserstoffdämpfe bilden, a ist eine den zu verdampfenden Kohlenwasserstoff enthaltende Rohrschlange. b0 ist eine beliebige Maschine mit einfacher, doppelter oder dreifacher Expansion oder z.B. eine rotirende Maschine nach Parsons oder de Laval.

b ist ein Rohr, welches die schweren Kohlenwasserdämpfe nach dem Condensator c0 überleitet, in welchem genannte Dämpfe condensirt werden und welcher zugleich als Erzeuger für Wasserdampf dient.

Die durch Rohr b in die Kammer c übergeleiteten Kohlenwasserstoffdämpfe durchziehen die Röhren c1 und gelangen in die Kammer c2, in denen sie sich condensiren, während der flüssige Kohlenwasserstoff durch Rohr c3 abfliesst. Der von den Rohren c1 durchzogene Raum c4 wird mit Wasser gespeist, das beim Durchgange und bei Condensation der schweren, aus der Maschine b0 übertretenden Kohlenwasserstoffdämpfe verdampft wird.

Der Wasserdampf geht durch Rohr c5 nach der zweiten Maschine d0 über, die ebenso wie die Maschine b0 von beliebiger Anordnung sein kann, d ist das Ausströmungsrohr für den Wasserdampf. e0 ist eine Saugpumpe, welche den condensirten schweren Kohlenwasserstoff durch Rohr e in den Generator a0 hinüberdrückt. Die Pfeile 1 zeigen die Kreisung des Kohlenwasserstoffes und der Kohlenwasserstoffdämpfe, die Pfeile 2 die Kreisung des Wassers und des Wasserdampfes.

Bei Maschinen, welche durch eine Combination von schweren Kohlenwasserstoffen und Wasserdampf getrieben werden, ist die gesammte Wärmeabnahme oder die Abnahme an lebendiger Kraft eine beträchtliche, obgleich die Grenzen des praktisch verwerthbaren Druckes nicht überschritten werden. Der niedrige Siedepunkt des schweren Kohlenwasserstoffes muss einer Temperatur entsprechen, bei welcher das Wasser unter einem nutzbaren Drucke verdampft werden kann.

Der im Generator a0 erzeugte Kohlenwasserstoffdampf condensirt sich nach der in der ersten Maschine b0 verrichteten Arbeit im Kühlapparate c0, in welchem er die Bildung von Wasserdampf veranlasst, der die mit der ersten Maschine b0 gekuppelte oder nicht gekuppelte zweite Maschine d0 antreibt.

Der condensirte Kohlenwasserstoff wird mittels Pumpe e0 oder in anderer Weise nach seinem Generator a0 zurückgeleitet und verdampft in demselben von Neuem, und der aus der Maschine d0 austretende Wasserdampf kann wieder condensirt werden oder je nach Umständen ins Freie auspuffen.

Die grosse Veränderlichkeit in der Zusammensetzung der schweren Kohlenwasserstoffe ermöglicht es, schnell diejenige Flüssigkeit ausfindig zu machen, welche die gewünschten Bedingungen erfüllt, d.h. welche auf eine hohe Temperatur gebracht werden kann, ohne dass der Druck des Dampfes dieser Flüssigkeit die Grenze einer praktischen Anwendung in einer Maschine überschreitet, und deren Dampf bei seiner Condensirung das Wasser auf eine Temperatur bringt, welche es ermöglicht, Dampf zu erhalten, der in einer anderen Maschine ausgenutzt werden kann.

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Nimmt man z.B. einen Kohlenwasserstoff, der bei 300 bis 350° vollständig überdestillirt, wie das oben erwähnte russische Solaröl, so wird bei Erhitzen dieses Oeles auf etwa 430° sein Dampf ungefähr 6 k Spannung aufweisen, wenn er in die erste Maschine b0 eintritt.

Die Expansion und Condensation des Dampfes vermindern die Temperatur auf 250°, woraus eine erste Erniedrigung der Temperatur um 180° sich ergibt.

Dieser Dampf wird bei seiner Condensation im als Kühler wirkenden Dampferzeuger c0 in demselben ohne Schwierigkeit Wasserdampf von 200° entwickeln, der seinerseits in der zweiten Maschine d0 Arbeit verrichtet und nach einem gewöhnlichen Condensator geleitet und dort auf die Temperatur von 35° gebracht werden kann, woraus eine zweite Erniedrigung der Temperatur um 165° sich ergibt. Die gesammte Erniedrigung der Temperatur beträgt also 345°.

Wenn man, statt den Wasserdampf zu condensiren, denselben mit 105° ins Freie treten lässt, so wird die Temperaturerniedrigung immer noch 275° betragen.

Hieraus ergibt sich, dass angesichts der Erhöhung der Nutzleistung, welche mit der Erfindung erzielt wird, der Einführung der Maschinen mit combinirten Dämpfen in die Industrie nichts im Wege steht, welche Maschinen bis jetzt schätzenswerthe Ergebnisse nicht gezeigt haben.

Es ist in der Beschreibung eine Anlage mit zwei Maschinen, und zwar mit zweimaliger Erniedrigung der Wärme angenommen worden. Man kann den Erfindungsgegenstand auch für eine Anlage mit drei Maschinen oder dreifacher Erniedrigung der Wärme anwenden, deren letzte Erniedrigung immer die Entwickelung und Ausnutzung von Wasserdampf ist. Benutzt man ein z.B. bei 400° überdestillirendes Erdöl, so wird sein Dampf von 480° mit 6 k in einer ersten Maschine wirken, wird aus dieser in einem ersten als Condensator und Dampferzeuger wirkenden Apparate sich condensiren, wobei derselbe die Verdampfung eines noch flüchtigeren Erdöles als das erste Erdöl veranlasst, d.h. eines solchen, welches beispielsweise bei 250° destillirt, so dass sein Dampf bei 330° mit 6 k in einer zweiten Maschine zur Wirkung gelangt, welcher Dampf sich dann in einem zweiten als Condensator und Dampferzeuger wirkenden Apparate condensirt, in welchem sich Wasserdampf entwickelt, der die dritte Maschine in Betrieb setzt.

Die Maschine von C. Fontana in Mailand (D. R. P. Nr. 92040) benutzt die aus Kohlensäure und Chlorwasserstoffsäure zu entwickelnden Gase. Das aus der Maschine strömende Gas wird in einem Behälter auf einen sehr geringen Druck gebracht, während es in einem zweiten durch Erhitzen eine sehr bedeutende Spannung erhält. Dieser Druckunterschied wird benutzt, um eine zwischen diesen beiden Theilen eingeschaltete Maschine anzutreiben.

Fig. 7 zeigt zwei cylindrische Kästen a und b, welche symmetrisch auf einem Rahmen durch Eisenbänder befestigt sind. Zwischen den beiden Kästen sind drei Cylinder c eingeschaltet, welche mit den Kästen a und b abwechselnd in Verbindung gebracht werden können. Ist die Vorrichtung ausser Betrieb, so ist dieselbe in allen Theilen von Gas gefüllt, welches eine der Temperatur der äusseren Luft entsprechende Spannung hat. Ist die Lufttemperatur Null Grad, so beträgt beispielsweise die Spannung für Kohlensäure 34 at, für Chlorwasserstoffsäure 30 at.

In dem Kasten a ist eine Kühlvorrichtung angeordnet, welche jedoch in der Zeichnung nicht dargestellt ist. Die Kühlvorrichtung ist mit einer Kältemaschine verbunden und dient dazu, die Temperatur des Gases in dem Kasten a, somit auch den Druck desselben auf einer bestimmten niedrigen Stufe während des Betriebes zu erhalten. Die Höhe des Druckes, sowie der dementsprechenden Temperatur bemisst sich nach dem Drucke, mit welchem das Gas in der Maschine wirken soll.

In dem Kasten b ist eine gleichfalls in der Zeichnung nicht angegebene Heizvorrichtung vorgesehen, welche am besten aus einem kupfernen Schlangenrohr besteht, welches an einen ausserhalb des Kastens angeordneten Ofen angeschlossen ist. Durch diese Heiz Vorrichtung soll in dem Kasten b eine gleichmässig hohe Temperatur erhalten werden, bei welcher das zur Verwendung gelangende Gas einen bestimmten, der gewünschten Arbeitswirkung entsprechenden Druck erhält. Aus diesem Kasten b wird das Gas durch eine beliebige Regelungsvorrichtung auf die gewünschte Spannung gebracht und alsdann in die Maschine geleitet.

Textabbildung Bd. 308, S. 74

Die Cylinder c dienen als Vermittelungsbehälter, um das Gas aus dem Kasten a in den Kasten b zu schaffen. Dieselben werden mit den Kästen a und b in folgender Weise in Verbindung gebracht:

An den Zwischenwänden der Kästen a und b sind entsprechend jedem der drei Cylinder Vertheilungskammern a1b1 angeordnet, die aus einem kurzen cylindrischen Rohre bestehen, welches nach beiden Seiten hin offen ist. In diesen Rohren gleiten Kolben, welche durch ihre hin und her gehende Bewegung die Oeffnungen in den Rohren a1 und b1 schliessen und wieder öffnen. Bei der veranschaulichten Stellung steht der obere Cylinder c in Verbindung mit der Kühlabtheilung a. Es befindet sich das Gas in diesem Cylinder unter den gleichen Bedingungen wie in der Kühlabtheilung a. Es habe also beispielsweise die Spannung von 2 at und die dieser Spannung entsprechende Temperatur. Diese Verbindung wird durch Verschieben des Kolbens in dem Rohre a1 unterbrochen und gleichzeitig durch Verschieben des in dem Rohre b1 gleitenden Kolbens die Verbindung des Cylinders c mit der Heizabtheilung b hergestellt. Das in dem Cylinder c befindliche, stark abgekühlte und niedrig gespannte Gas wird nun der Wirkung der in dem Raume b angeordneten Heizvorrichtung ausgesetzt, wodurch es plötzlich hoch gespannt wird. Der in diesem Abtheile der Vorrichtung herrschende Druck wird sich, abgesehen von der Temperatur der Heizvorrichtung, nach den Grössenverhältnissen des Cylinders c und des Heizraumes b bemessen. Das nunmehr |75| hoch gespannte Gas wird in eine Druckverminderung geleitet, in welchem es eine bestimmte Arbeitsspannung erhält, um dann in die Maschine geleitet zu werden. Erhält das Gas in dem Druckverminderer beispielsweise die Spannung von 6 at, so wird der thatsächlich zur Ausnutzung gelangende Druck 4 at betragen, wenn in der Kühlabtheilung eine Spannung von 2 at herrscht.

Die abwechselnde Verbindung der Cylinder c mit dem Heiz- bezieh. Kühlraume wird in folgender Weise hergestellt: Die in den Büchsen a1 und b1 gleitenden Kolben tragen Kolbenstangen, welche durch Stopfbüchsen der äusseren Wände der Kästen a und b hindurch gehen. An ihrem Ende sind sie bei d hakenförmig ausgebildet, so dass sie über den Kamm eines Rades r greifen können. Dieser Kamm verläuft an den Rädern nicht in einer Ebene, sondern weicht aus der Geraden ab, und zwar um so viel, als der Kolben in der Büchse a1bezieh. b1 sich bewegen soll. Der Kamm ist in vier Zonen eingetheilt.

Damit das Gleichgewicht der Spannung des in beiden Körpern enthaltenen Gases eintreten kann und eine zu grosse Abkühlung der Cylinder c vermieden wird, darf der grosse Kolben a1 nur so lange in der gezeigten Stellung verbleiben, als zur Herstellung dieses Gleichgewichtes erforderlich ist. Die Verbindung des Kühlraumes mit dem Cylinder bleibt während eines verhältnissmässig kurzen Weges offen. Die Verbindung mit dem Heizraume bleibt hingegen während eines langen Weges offen. In dieser Weise wird jeder der drei Kolben der Büchsen a1 bezieh. b1 bethätigt, um die einzelnen Cylinder der Reihe nach mit dem Kühl- bezieh. Heizraume in Verbindung zu bringen.

Die beiden Kammräder sind auf einer Welle d angeordnet, welche durch beide Kästen a und b, sowie durch den zwischen den drei Cylindern c liegenden Raum geht. Um Gasverluste in dem Kühl- bezieh. Heizraume zu vermeiden, ist in demselben je eine Röhre e angeordnet, welche die Welle umgeben und gegen den Kasten abdichten. An den Aussenwänden der Kästen a und b sind Stopfbüchsen angeordnet, durch welche die Welle d hindurchgeht.

Die Verlängerung der Welle d trägt ein Zahnrad g, welches durch die endlose Schraube h umgetrieben wird. Die Schraube ist auf der Maschinenwelle i befestigt. Bei jeder Umdrehung der Welle geht das Rad g um einen Zahn weiter, so dass also die Kammräder r eine vollständige Umdrehung machen, wenn das Rad mit beispielsweise 90 Zähnen ausgerüstet ist und die Maschinenwelle 90 Umdrehungen gemacht hat.

In dem Kühlraume kann zur schnelleren Abkühlung des eingeführten Gases eine Rührvorrichtung vorgesehen sein, desgleichen kann mit demselben ein kleiner Gasbehälter verbunden sein, welcher das Gas comprimirt oder flüssig enthält und dazu dient, etwaige an den Dichtungsstellen auftretende Verluste zu ersetzen.

Im Ruhezustande befindet sich das Gas in den sämmtlichen Theilen der Vorrichtung, dem Kühlraum a, Heizraum b und Cylinder c im Gleichgewicht. Lässt man nun in dem Raume a die Kühlvorrichtung, in dem Raume b die Heizvorrichtung wirken, so erhält man einen Druckunterschied, welcher unter Einschaltung einer Regulirvorrichtung dazu benutzt wird, eine Maschine zu treiben. Aus dieser Maschine gelangt das Gas in die Kühlvorrichtung, in welcher der Druck herabgemindert wird. Das wieder auf eine niedrige Spannung gebrachte Gas gelangt durch die Cylinder c wieder in den Heizraum, wird dort erhitzt, um wiederum in die Maschine geführt zu werden. Es findet also ein beständiger Umlauf des Gases statt, bei welchem Verluste nur an den Stopfbüchsen, Dichtungen u.s.w. auftreten können.

Es werde zum Schlusse ein eigenartiges Verfahren zur Erzeugung gespannter Arbeitsgase beschrieben, welches von H. Pape in Hamburg (D. R. P. Nr. 89383) vorgeschlagen ist. Dasselbe beruht auf folgenden Erwägungen.

Es gibt verschiedene Ammoniumsalze, welche aus Stoffen zusammengesetzt sind, die bei mittleren Temperaturen und Spannungen nur in Dampfform bestehen können. Manche dieser Ammoniumsalze haben die Eigenschaft, sich bei genügender Erwärmung in die Dämpfe ihrer Componenten zu zersetzen und einige dieser Salze verbinden hiermit die besonders bemerkenswerthe Eigenthümlichkeit, dass ihre durch Erwärmung aus einander gespaltenen Componenten sich wieder zu dem ursprünglichen Salze zusammenfügen, sobald eine genügende Abkühlung stattgefunden hat. Unter diesen letzteren Salzen ist in erster Linie das carbaminsaure Ammonium zu nennen, welches durch die Verbindung von zwei Molekülen Ammoniak mit einem Molekül Kohlensäure entsteht.

Dieses Salz hat zwei sehr wichtige Eigenschaften: 1) Die Dissociationstemperatur ist vom Drucke abhängig, gerade wie die Verdampfungstemperatur von Wasser und anderen Flüssigkeiten. Soweit die Spannungen unter Vacuum in Frage kommen, sind die Dissociationstemperaturen des carbaminsauren Ammoniums von Prof. Dr. A. Naumann ermittelt worden (Gmelin-Kraut's Handbuch der Chemie, 6. Aufl. Bd. 1 S. 385). Die betreffenden Ergebnisse sind: Bei 62,4 mm Druck ist die Zersetzungstemperatur 20° C, bei 124 mm 30° C, bei 248 mm 40° C, bei 470 mm 50° C, bei 770 mm 60° C. Für höhere Temperaturen ist die Zersetzungsspannung vom Erfinder untersucht worden, welcher bei verhältnissmässig geringen Temperaturzunahmen bedeutende Spannungszunahmen constatiren konnte.

Die bezüglichen Versuche wurden in der Weise vorgenommen, dass ein mit einer genügenden Menge von carbaminsaurem Ammonium beschicktes eisernes Rohr in ein zweites Rohr von grösserem Durchmesser gesteckt wurde, worauf man in dem ringförmigen Zwischenraume zwischen den beiden Rohren Wasserdampf von verschiedenem Drucke oder, was dasselbe ist, von verschiedener Temperatur einströmen liess. Bei diesen Versuchen konnte mit hinreichender Genauigkeit festgestellt werden, dass es zur Erzielung einer Zersetzungsspannung von 10 at Ueberdruck genügt, das Salz auf + 125° C. zu erwärmen; die Zersetzung geht im Uebrigen bei dieser Temperatur sehr rasch und energisch vor sich.

Die zweite wichtige Eigenschaft des carbaminsauren Ammoniums besteht in der Thatsache, dass 2) bei genügender Abkühlung der bei der Erhitzung des Salzes entstandenen Dämpfe die Rückbildung des Salzes eintritt, ohne dass man hierbei Wärme nach aussen abzuführen braucht. In dieser Beziehung unterscheidet sich die Bildung des carbaminsauren Ammoniums principiell von der Verdichtung von Wasserdampf zu Flüssigkeit, bei welcher Verdichtung die latente Dampfwärme im Condensator abgeführt werden muss. Diese letztere Nothwendigkeit tritt überhaupt, allgemein genommen, bei der Verflüssigung |76| jeder dampfförmigen Substanz auf, wenn diese Substanz aus einem in dampfförmigem und in verdichtetem Zustande gleichförmigen Körper besteht; beispielsweise muss man auch die latente Wärme des Ammoniakdampfes und des Kohlensäuredampfes in einem Condensator durch Kühlwasser abführen, wenn beide Dämpfe für sich einzeln zu flüssigem Ammoniak bezieh. zu flüssiger Kohlensäure verdichtet werden sollen.

Bei der Bildung des carbaminsauren Ammoniums wird jedoch die latente Wärme der Dämpfe von Ammoniak und Kohlensäure gebunden; ein Condensator zur Abführung dieser Wärme ist also nicht erforderlich. Man kann diese Thatsache aus dem folgenden Experimente deutlich erkennen.

Wenn man Ammoniakdampf und Kohlensäuredampf von atmosphärischer Spannung durch getrennte Röhrchen derart in ein Gefäss einleitet, dass die Quecksilberkugel eines in diesem Gefässe frei hängenden Thermometers von den sich mischenden Dämpfen direct getroffen wird, so beobachtet man eine sofortige und energische Bildung des Salzes, welches hierbei in Form eines sehr feinen nebelartigen Staubes auftritt, und welches nach erfolgter Bildung eine etwas höhere Temperatur besitzt als die das Salz bildenden Dämpfe, bevor dieselben sich mischten und zu dem Salze vereinigten.

Aus dieser Erscheinung folgt, dass die Dampfwärme bei der Bildung des carbaminsauren Ammoniums in zweifacher Weise zur Geltung kommt: ein Theil der Dampfwärme – und zwar der kleinere Theil – dient zur Erhöhung der Temperatur des entstehenden Salzes gegenüber der Temperatur der dasselbe bildenden Dämpfe und der andere Theil der Dampfwärme – und zwar der grössere Theil – bleibt latent in dem entstandenen Salze; nach aussen wird von der Dampfwärme nichts abgeführt.

Der Erfinder hat diesen Versuch bei Temperaturen von 10 bis 15° C. für die das Salz bildenden Dämpfe durchgeführt, d.h. bei 40 bis 45° C. unterhalb der für atmosphärische Spannung ermittelten Zersetzungstemperatur des Salzes.

Nach den hierbei gemachten Beobachtungen wurden etwa 15 Proc. der Gesammtwärme des Gemisches der Salz bildenden Dämpfe zur Temperaturerhöhung des Salzes verwendet, während etwa 85 Proc. jener Wärme in latenter Form bei der Salzbildung an das Salz gebunden wurden.

Im Uebrigen vollzieht sich diese Salzbildung in folgender Art: Verdampft man das Salz unter irgend welchem Drucke und kühlt man das entstandene Dampfgemisch bei gleich bleibendem Drucke nur um ein Geringes unter die Zersetzungstemperatur des Salzes ab, so condensirt das Dampfgemisch zwar vollständig zu Salz, jedoch nur sehr langsam.

Hält man dagegen die Bildungstemperatur des Salzes in nennenswerthem Maasse unterhalb der Zersetzungstemperatur, so bildet sich das Salz sehr energisch und rasch.

Zu den soeben beschriebenen Eigenschaften des carbaminsauren Ammoniums hinsichtlich dessen Zersetzung und Rückbildung kommt nun noch als dritte wichtige Eigenschaft 3) die Expansion des bei hohem Drucke aus der Zersetzung von carbaminsaurem Ammonium entstandenen Dampfgemisches muss nach dem adiabatischen Gesetze stattfinden, so dass man die zur Rückbildung des Salzes erforderliche Abkühlung der Dämpfe direct durch den Process der Arbeitserzeugung im Cylinder einer Kraftmaschine hervorbringen kann, wobei die dem Dampfgemische durch die Expansion entzogene Wärme sich völlig in mechanische Arbeit umsetzt.

Den Beweis für die Richtigkeit der soeben aufgestellten Behauptung liefert die folgende Betrachtung. Wie durch Versuche erwiesen worden ist, findet bei + 125° C. die Zersetzung des Salzes unter 10 at Ueberdruck statt. Das bei dieser Zersetzung entstehende Dampfgemisch besitzt annähernd dieselbe Temperatur wie das sich zersetzende Salz; es ist nun aber die Sättigungstemperatur bei 10 at Ueberdruck für Ammoniak + 25°C. und für Kohlensäure noch unter – 40° C. Beide Dämpfe sind also bei + 125° C. sehr stark überhitzt und müssen sich demnach bei der Expansion verhalten wie permanente Gase, d.h. sie müssen nach dem adiabatischen Gesetze expandiren.

Der Exponent der adiabatischen Curve ist nun bekanntlich bei beiden in Frage kommenden Dämpfen keine constante Grösse, da die specifische Wärme dieser Dämpfe bei wachsender Temperatur sich verändert.

Jedoch bewegen sich die in Frage kommenden Temperaturschwankungen in derart engen Grenzen, dass man berechtigt ist, constante Mittelwerthe für die beiden Expansionscoëfficienten anzunehmen; alsdann ergibt sich für ein aus 43,6 Gew.-Proc. Ammoniak und 56,4 Gew.-Proc. Kohlensäure bestehendes Dampfgemisch – entsprechend der Zusammensetzung des carbaminsauren Ammoniums – der Coëfficient der Adiabate zu k = 1,273.

Expandirt nun das betreffende Dampfgemisch von 10 at Ueberdruck bezieh. 11 at abs. auf atmosphärischen Druck bezieh. 1 at abs., und zwar bei einer Anfangstemperatur von + 125° C. oder 398° abs., so würde die Endtemperatur sein

oder – 36° C, bei welcher Temperatur in Gemässheit der oben gegebenen Darlegungen das Dampfgemisch als solches nicht bestehen kann, sondern sich vollständig zu Salz verdichten muss.

Die adiabatische Expansion liefert also durchaus genügende Abkühlung, damit durch letztere die Condensation der Arbeitsdämpfe zu Salz im Cylinder der Maschine bewirkt werden kann. Aehnlich so, wie das Verhalten eines Gemisches von überhitzten Ammoniak- und Kohlensäuredämpfen bezieh. der Bildung von Ammoniaksalz im Cylinder einer Kraftmaschine durch Expansion und bezieh. der Wiederzersetzung des gebildeten Salzes zu Dampfgemisch beschrieben worden ist, verhalten sich die genannten Dämpfe auch dann, wenn man noch Wasserdampf hinzufügt.

In diesem Falle entsteht durch Abkühlung gleichfalls ein Ammoniumsalz, welches jedoch nicht mehr als carbaminsaures Ammonium anzusehen ist, sondern als eine Mischung von letzterem Salze mit Ammoniumcarbonat. Diese veränderte chemische Beschaffenheit hat jedoch auf die Eigenschaft der Zersetzung und der Rückbildung des entstandenen Salzes keinen Einfluss; auch das aus Ammoniak, Kohlensäure und Wasserdampf entstandene Salz zersetzt sich bei Erwärmung unter Druck vollständig wieder in seine Componenten.

Bei der Rückbildung des Salzes durch Abkühlung der entstandenen Dämpfe im Cylinder einer Expansionsmaschine ist jedoch zu beachten, dass durch das Hinzutreten von |77| Wasserdampf bei der Salzbildung ein grösserer Procentsatz der gesammten Dampfwärme zur Erhöhung der Salztemperatur verwendet wird, als wenn nur Ammoniak und Kohlensäure den Arbeitsdampf der Maschine liefern.

Man wird deshalb, allgemein genommen, bei Mitverwendung von Wasserdampf zweckmässig das Expansionsverhältniss grösser nehmen als bei Verwendung von Ammoniak und Kohlensäure allein, so dass man eine stärkere Abkühlung durch die Expansion erzielt.

Diese stärkere Abkühlung compensirt alsdann die stärkere Wärmezunahme, welche das entsprechende Ammoniumsalz dadurch erfährt, dass bei seiner Bildung Wasserdampf mitwirkt.

Im Uebrigen wird auch bei der Bildung von Salznebel aus Ammoniak und Kohlensäure unter Hinzutritt von Wasserdampf der grössere Theil der im Dampfgemische enthaltenen Wärme in Form von latenter Wärme an das Salz gebunden, und es ist eine Abfuhr von Wärme nach aussen, falls die Abkühlung der Dämpfe durch Expansion genügend gross bemessen wird, nicht erforderlich.

Nachdem somit die allgemeinen Grundlagen beschrieben worden sind, welche für das Verfahren zur Erzeugung von mechanischer Energie durch Benutzung von Ammoniumsalzen maassgebend sind, möge nunmehr die Beschreibung eines Motors folgen, welcher nach dem betreffenden Verfahren arbeitet.

Dieser Motor besteht aus zwei Theilen, nämlich aus dem Salzzersetzer und dem Expansionscylinder nebst zugehörigem Triebwerke.

In dem Salzzersetzer findet durch Wärmezufuhr die Zersetzung des Salzes unter entsprechendem Ueberdruck statt.

Zweckmässig bildet man den Salzzersetzer derart aus, dass der Salzraum einen Heizmantel erhält und von aussen durch Wasserdampf beheizt wird, welchen man in einem Dampfkessel von bekannter Construction erzeugt. Dieser Wasserdampf condensirt bei der Beheizung des Salzzersetzers unter Abgabe seiner gesammten Wärme an das Salz; das aus dem Heizdampfe entstehende Condensat wird wieder in den Dampfkessel zurückgeführt, und bewegt sich der Heizdampf somit in stetem Kreislaufe, ohne nach aussen hin mehr Wärme abzugeben als die von der Rohrleitung und von der Aussenwand des Heizmantels des Salzzersetzers ausstrahlende Wärme, deren Menge bei guter Isolirung der betreffenden Oberflächen nur gering ist.

Der Expansionscylinder der Maschine erhält eine Steuerung, welche in Gemässheit des jemaligen Kraftbedarfes eine Veränderung der Füllung zulässt, und muss im Uebrigen mit einem Heizmantel versehen sein, damit die Temperatur der Cylinderwände auf einer constanten Höhe erhalten werden kann, welche das Ansetzen von Salz unmöglich macht. Das Salz nämlich, welches sich in Gestalt eines nebelartigen Staubes bildet, hat die Neigung, sich in sehr energischer Weise auf jeden Körper niederzuschlagen, dessen Temperatur niedriger ist als die Salzzersetzungstemperatur für den jemalig vorhandenen Druck.

Es müssen demnach die Cylinderwände stets ungefähr so warm sein wie das hoch gespannte, in den Cylinder eintretende Dampfgemisch, wenn man die Bildung von Salzniederschlägen an den Cylinderwandungen sicher vermeiden will.

Die Beschaffenheit des Arbeitsdampfes wird durch die Art der Salzbildung bedingt.

Letztere, welche einen sehr feinen Salzstaub liefert, setzt voraus, dass zum Tragen und Fortschaffen dieses Staubes am Ende der Expansion noch eine genügende Menge von nicht zu Salz condensirten Dämpfen vorhanden sein muss. Es ist daher nöthig, von einer Dampfart einen genügenden Ueberschuss vorzusehen, welcher stets in Dampfform bestehen bleibt. In diesem überschüssigen Dampfe schweben dann die entstandenen Salzstäubchen ebenso wie feiner Flugstaub in der Luft, und wird das am Ende des Hubes nach beendeter Expansion vorhandene Gemenge von Dampf und Salzstaub durch den Kolben der Maschine beim Kolbenrückgange leicht aus dem Cylinder entfernt.

Um den hierbei stattfindenden Vorgang durch Diagramme erläutern zu können, sei der Fall angenommen, dass der Motor arbeite mit:

Anfangsdruck p = 11 at abs.,

Anfangstemperatur T = 398° abs.,

Admissionsfüllung = 0,3,

Arbeitsdampf = Gemisch von Ammoniak und Kohlensäure, wobei volumetrisch zwei Drittheile aus der für die Salzbildung erforderlichen Menge von Ammoniak und Kohlensäure bestehen und ein Drittheil überflüssiges Ammoniak ist. Der Coëfficient dieses Arbeitsdampfes ist k = 1,277.

A. Vorwärtsbewegung des Kolbens.

Die Endtemperatur der rein adiabatischen Expansion mit dem Coëfficienten k = 1,277 ergibt, sich, in bekannter Weise berechnet, zu T1 = 285° abs. bezieh. 12° C. und der Enddruck zu p1 = 2,37 at abs. Nun ist experimental bewiesen, dass bei 12° C. das Salz bildende Dampfgemisch nicht einmal bei 1 at abs. als solches bestehen kann; um so weniger ist letzteres bei mehr als doppelt so hohem Drucke zu erwarten. Es muss also Salzbildung eintreten, wodurch das Volumen des Dampfgemisches sich stark verringert und – unter entsprechender Berücksichtigung der hierbei stattfindenden Temperaturerhöhung des entstehenden Salzes bezieh. der dasselbe tragenden Dämpfe, sowie unter Berücksichtigung des Einflusses der warmen Cylinderwände – der Enddruck sich ergibt zu p1 = 0,85 at abs.

Eine Annahme, welche zur Gewinnung der Berechnungsgrundlage zunächst gemacht werden müsste, ist nicht zutreffend, nämlich die Annahme, dass während der Expansion keine Salzbildung eintreten wird. Diese Salzbildung muss vielmehr sofort beginnen, wenn die jeweilig vorhandene Temperatur geringer ist als die dem gleichzeitig vorhandenen Drucke entsprechende Zersetzungstemperatur des Salzes. Solches ist aber bereits gleich nach Beginn der Expansion der Fall; demnach muss die Salzbildung schon vom Anfange der Expansion an stattfinden. Wäre die Salzbildung dabei ganz gleichmässig, d.h. würde der Coëfficient der Expansionscurve constant sein, so lässt sich diese Curve construiren. Nun ist aber der Expansionscoëfficient nicht gleichmässig, sondern verändert sich fortwährend und zwar in dem Sinne, dass er continuirlich zunimmt. Erfolgt diese Zunahme zu der Zunahme des Volumens der expandirenden Dämpfe im geraden Verhältnisse, so lässt sich aus den beiden Grenzcurven eine dritte Curve construiren, deren Verlauf die bei der Expansion zu erwartenden Druckänderungen definitiv zum Ausdrucke bringt.

B. Rückwärtsbewegung des Kolbens.

Der am Ende der Expansion vorhandene Salzstaub muss wieder in den Salzzersetzer zurückgeschafft werden; |78| am einfachsten geschieht dieses dadurch, dass man den vorhandenen überschüssigen Ammoniakdampf mit dem darin suspendirten Salzstaube durch den Rückgang des Kolbens wieder auf 11 at abs. comprimirt und dann in den Salzzersetzer zurückdrückt.

Was hierbei das Verhalten des Ammoniakdampfes anbelangt, so wird dessen Compression adiabatisch sein, soweit nicht die Aufnahme der Compressionswärme durch den im Ammoniakdampfe schwebenden Salzstaub die Temperaturzunahme des Ammoniakdampfes und somit den Verlauf der Compressionscurve ändert. Nimmt man die Endtemperatur der Compression zu 398° abs. an, so lässt sich die Compressionscurve construiren. Was die Anordnung für die Ausführung eines Motors anbelangt, welcher für die Krafterzeugung construirt ist, so gibt Fig. 8 davon eine schematische Darstellung.

Textabbildung Bd. 308, S. 78

Der Motor ist im Längsschnitte dargestellt; a0 ist der mit Dampfheizung versehene, doppelt wirkende Cylinder, welcher mit den Rückschlagventilen aa versehen ist. Diese Rückschlagventile münden direct in den Salzzersetzer b0 ein.

Hier ist der Salzzersetzer in Form von zwei senkrechten Rohren dargestellt, welche Dampfmäntel haben und oben durch das gleichfalls beheizte Sammelrohr c verbunden sind. Die Heizfläche und somit die Energie der Wirkung des Salzzersetzers lässt sich dadurch verändern, dass man den unteren Theil der Heizmäntel mit warmem Wasser füllt, dessen Niveau man verändern kann und dessen Temperatur etwas niedriger ist als diejenige des Heizdampfes. An den von warmem Wasser bespülten Flächen des Salzzersetzers findet dann keine Zersetzung statt und hängt es somit von der Grösse des Wasserstandes im Heizmantel ab, in welchem Umfange die Zersetzungsenergie in Erscheinung tritt. An das Sammelrohr c ist dann durch den Stutzen b das Zuführungsrohr des regenerirten Dampfgemisches angeschlossen, welches Rohr zu den Einlassorganen der Maschine führt.

Die Arbeitsweise der Maschine ist derart, dass bei der Füllung des Cylinders und während der Expansionszeit die Rückschlagventile aa durch den Druck des Salzzersetzers geschlossen bleiben, ebenso während des ersten Theiles der Compressionsperiode, solange im Cylinder ein grösserer Druck herrscht als im Salzzersetzer. Steigt jedoch beim Ende der Compression der Druck etwas über die Zersetzerspannung, so öffnet sich das betreffende Ventil a sofort und lässt das comprimirte Gemisch von Arbeitsdampf und Salzstaub in den Salzzersetzer übertreten. Dieses Gemisch muss nun, bevor es durch das an den Stutzen b angeschlossene Zuführungsrohr wieder in den Cylinder zurück gelangen kann, den ganzen Salzzersetzer durchströmen und wird hierbei der durch das Ventil a in letzteren übergetretene Salzstaub in der erforderlichen Art und Weise wieder in Arbeitsdampf zurückverwandelt.

Mg.

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