DE2250355A1 - Integral turbo-kompressor - Google Patents

Description

Integral Turbo-Kompressor

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor mit einem Rotor und insbesondere auf einen Motor mit einem Kompressor- Ausdehnungs- Rotor, welcher durchgehende und rückschlägende Stosswellen verwendet, die das in den Motor strömende Gas komprimieren. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Mittel zur Verwendung dieses verdichteten Gases für die Abgabe einer Arbeitsleistung, wobei alle Verdichtungen und Ausdehnungen mit Hilfe eines einfachen Rotors durchgeführt werden können.

Es ist schwierig einen direkten Vergleich zwischen der vorliegenden Vorrichtung und andere bekannten Vorrichtungen zu machen, derart, dass der Leser Einsicht in die erzielten Verbesserungen erhält, da aus dem Stand der Technik keine Vorrichtungen bekannt sind, welche mit direkten und rückschlagenden Stossventilen arbeiten. Gewisse Durchausta\i,schvorrichtungen und Superladevorrichtungen verwenden ein direktes Stossirellenprinzip, wie dies beispielsweise bei der Vorrichtung "Comprex" von Brown Boveri der Fall ist. Allerdings liegen die in dieser bekannten Vorrichtung entwickelten Druckkräfte beträchtlich unterhalb der Druckkräfte, wie sie in der vorliegenden Vorrichtung erzeugt werden. Ausserdem können mit der genannten "Comprex"- Vorrichtung ausser Verdichtungen keine anderen Arbeits» gänge durchgeführt werden. In diesen bekannten Vorrichtungen werden die Heissgase zur Erzeugung der Schlussphase der Verdichtung verwendet, nach welcher die Heissgase zum Antrieb von stromabwärts wirkenden Turbinen herangezogen werden. Im weiteren benutzt die Comprex- Vorrichtung keine Rotorkammerdüsen in Kombination mit Rückschlagwellen, mit denen hohe Verdichtungen erzielt werden können.

Der vorliegende Erfindungsgegenstand weist eine Menge von Vorteilen gegenüber der bekannten Vorrichtung auf; auch bietet er in bezug auf Innenraum-Verbrennungsmotoren verschiedene Vorteile. Im Hinblick auf die besondere Ausbildung der Rotorkammern und des den Rotor umschliessenden Gehäuses, ist die vorliegende Vorrichtung in der Lage,während der Verdichtungsphase einen Rückschlag zu entwickeln. Dieser Rückschlag erhöht die Verdichtung des in den Rotorkammern befindlichen Gases und ermöglicht eine grosse

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Arbeitsleistung des mit hoher Geschwindigkeit drehenden Rotors. Diese hohe Geschwindigkeit des Rotors ermöglicht eine Erhöhung des Arbeitsdruckea im Vergleich zu den bekannten Vorrichtungen dieser Art. Die sehr hohe Verdichtung und die hohen Temperaturen, welche in der Rotorkammer der vorliegenden Vorrichtungen erzeugt werden, stellen die Basis flir die Abgabe eines höheren Drehmomentes und folglich einer höheren spezifischen Kraftabgabe dar, als dies bisher bei bekannten Vorrichtungen der Fall war. Ferner erlaubt die Ausbildung der Rotorkammern mit den verschiedenen Düsenanordnungen dem Kompressor- Ausdehner- Rotor die Erzeugung eines Nutzeffektes in und auf denselben, da die erforderliche Flexibilität wunschgemäss zur Benutzung der ausgedehnten Gase für den Antrieb von stromabwärts arbeitenden Turbinen verwendet werden können. Der vorliegende Erfindungagegenstand weist ferner Mittel zum Wiedereintritt dieser hochverdichteten Gase in die Kammern des Kompressor- Ausdehner- Rotors auf, so dass die verfügbare Energie dieser hochverdichteten Gase für die Ausdehnung und Reaktion durch die Rotorkammerdüsen vollständig ausgenutzt werden kann, dies bevor die Arbeitsgase ausgeschieden (Offenzyklue) oder wiedereingeführt (geschlossener Zyklus) werden.

Im OffenzykluB, Brennstoffverbrennungsart dieser Vorrichtung, wo sich der Verbrennungsprozess ausserhalb des Rotors vollzieht, kann dieser so wirkungsvoll gemacht werden, dass die Abgase keine Kohlenstoff monoxyde oder unverbrennten Brennstoff mehr enthalten. Der ausserhalb des Rotors sich vollziehende Verbrennungsprozess gewährleistet eine optimale Ausnutzung von einfachem Brennstoff ohne die Beimengung von unerwünschten Zusätzen, wie Gemische. Ferner kann der Brennstoff einen niedrigen Verdunstungsgrad aufweisen, wobei eine Umweltverschmutzung durch Abgase, während des Transportes von Brennstoff in Lagerbehälter oder in Fahrzeufftanks, grösstenfeile vermieden wird.

Im weiteren kann die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bewegbaren Steuertor- Einheiten des Gehäuses unter verschiedenen Geschwindigkeiten wirkungsvoll arbeiten.

Die Ausfuhrung wirkungsvoller Arbeiten mit verschiedenen Geschwindigkeiten

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stellt eines der vielen Probleme dar, die beim Versuch der Verwendung von Turbo- Motoren in Kraftfahrzeugen und anderen fahrbaren Ausrüstungen auftreten.

Ausführungsformen des vorliegenden Erfindungsgegenstandes werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Pig. 1 einen Teil des Kompressors, teilweise im

Schnitt;

Pig. 2 einen Längsschnitt eines Sektors einer einfachen Ausführung des Kompressors mit fest angeordneten Toren, die eine auseinandergezogene Rückschlagwelle zeigt, zusammen mit anderen Stoeswellen und Gas- Trennwänden, welche für die Verdichtung wichtig sind;

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vor

richtung, ähnlich derjenigen, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, wobei mehrere Ummantelungsteile gezeigt sind, mit einer vorzugsweisen Ausführung eines bewegbaren Blocks zum Steuern der Abmessungen und der Lagen von ausgewählten Einlass- und Auslasstoren im Rotorgehäuse;

Fig. 4 Teile einer anderen Ausführung der vorliegenden Vorrichtung, welche ausführlicher und schematisch dargestellt ist; sie weist ebenfalls bewegbare Blöcke auf, die Abmessungen und Lagen von Einlass- und Auslasstoren im ' Rotorgehäuse ermitteln können;

Fig. 5 einen Teil des Aufbaus der vorliegenden Vorrichtung, im speziellen vorspringende Lappen, welche zum Einlass von Höissgas in die Rotor-

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kammern dienen, wodurch eine zusätzliche Reaktion in den Rotorkammern bewirkt wird;

Fig. 6 einen Teil des Aufbaues der Vorrichtung, im

speziellen vorspringende Lappen, welche mit den Rotorkommern in Wirkungsverbindung stehen, aowie in diesen gebildete Ausdehnungswellen;

Fig. 7A, 7B und 7C drei Anuichten eines Teiles des Rotors, wobei

die Rotorkammern propellerförmig ausgebildet sind;

Fig. 8A, 8B und 8C drei Ansichten eines Teiles des Rotors, wobei

die Rotorkammern schraubenförmig ausgebildet sind;

Fig. 9A, 9B und 9C drei Ansichten eines Teils des Rotors, wobei

die Rotorkammern spiralförmig ausgebildet sind;

Fig. loA, loB und Einzelteile verschiedener AusfUhrungsformen loC der Rotorkammer und

Fig. 11A, HB, HC, Anordnungen des Arbeitsteiles der vorliegen-HD und HF den Vorrichtung in bezug auf die Rotationsachse derselben.

Vorerst sollen die Gegenstände der Figuren 1 und 4, insbesondere der Figur 4, wo nähere Einzelheiten des Systems veranschaulicht sind, erläutert werden. Die dargestellte Maschine weist eine Einlasskammer 11 auf, welche verhältnismässig niedrige Temperaturen erzeugt, wobei das Niederdruck- Gas durch den Eingang 12 für das Kaltgas strömt, der in Abteile 13 im Oeffnungstor 14 unterteilt ist. Es können verschiedene Typen und Mischungen von Eingangsgasen Verwendung finden, insbesondere im geschlossenen System. Es wird vorweggenommen, dass im Offen- Zyklus das Niedertemperatur- und Niederdruokgae Üblicherweise von der herrschenden Atmosphäre Übernonnen wird. Di·

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Luft wird der Einlasskammer zugeführt und zwar durch das Gebläse des Kompressors. Das Gebläse 15 wird durch die Welle 16 gedreht, welche mit dem Rotor 17 des Kompressors unmittelbar oder mittels Zahnräder oder andere Mittel verbunden ist„ In einer besonderen Ausbildung kann das Gebläse mit veränderlicher Drehgeschwindigkeit (schrittweise oder kontinuierlich veränderbar) gedreht werden, oder durch ein unabhängiges Turbinenrad, oder durch andere, ähnliche Mittel, welche luftgesteuert sind (oder durch andere gekühlte Gase) welche unabhängig die Rotorgeschwindigkeit beeinflussen. Das Gebläse 15 kann aus verschiedenen Arten von Pumpvorrichtungen bestehen, welche in der Atmosphäre arbeiten oder in geschlossenen Gasumlaufzyklen und die Einlasskammer 11 füllen. Führung3flügel 13 sind vorgesehen, welche die erforderlichen Vor- Drehung des einfliessenden Kühlgases bewirken» Diesa Führungsflügel sind fest angeordnet, dies im Falle einer konstanten Geschwindigkeit; oder sie sind bewegbar angeordnet, um einen entsprechenden Vor- Drehungswinkel über eine Reihe von Binsatzgeschwindigkeiten einstellen zu können, dies im Falle von veränderlichen Geschwindigkeiten.

Bei niedriger Temperatur, strömt das Niederdruck- Gas durch den Einlass 12 in die Einlasskammer 11, wobei Oeffnungen 14 durch die Vor- Drehungsflügel 13 gebildet werden zum Säubern oder Auslassen von Abgasen aus den Rotorkammern 18, dies durch den Ausgang 19 in der Auslasskamtner 2o. Dieser Säuberungsvorgang vollzieht sich, solange jede der Rotorkammer ihren Einlass 21 geöffnet hat, der gegen den Einlass 12 gerichtet ist, während der Auslass gegen den Ausgang 19 führt.

Die in den Figuren 1, 2, 3 und 4 dargestellte Vorrichtung weist eine Hitze» kammer 22 auf. In Figur 4 sind Einzelheiten der genannten Eitzekammer dargestellt. In dieser Kammer ist ein Brennstoffeinspritzer 24 mit einem Zündsystem 25 angeordnet. Es können verschiedene Arten von Hitzequellen Anwendung finden, beispielsweise kann durch Verbrennung von Gasen die Hitzekammer erhitzt werden, wie dies im wesentlichen im Zusammenhang mit dem vorliegenden Erfindungsgegenatand umschrieben ist. Die Hitzequelle zum erhitzen der Arbeitsgase kann aber auch durch einen lluklearreaktor, einen radioaktiven Erhitzer, einen Sonnebestrahlungserhitzer odar durch

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andere Mittel zum Erhitzen der Gase in der genannten Kammer ersetzt werden. In der vorliegenden Erfindung ist der Brennstoffeinspritzer 24 mit der Startvorrichtung 26, sowie mit der Brennstoffquelle verbunden.

Im vorliegenden Fall wird angenommen, dass die Hitze durch Verbrennung in der Atmosphäre erzeugt wird und dass die Brennstoffquelle OeI, beispielsweise Dieselöl, liefert, das im Brennatoffeinapritzer 24 atomiaiert oder verdunstet, ähnlich wie in einer Brennkammer mit einer Gasturbine. Der Zündmechanismus 25 erzeugt die Steuerflamme für den vom Einapritzer

24 kommenden Brennstoff, der von hier aus zu einem Brenner für den Brennstoff goführt wird, welcher Brenner im Innern der Hitzekammer 22 angeordnet ist, die den Brennstoffeinspritzer 24 und die Zündvorrichtung

25 aufweist. Die Zündvorrichtung 25 ist derart ausgebildet, dasa sie vom Starter 26 überwacht werden kann. Das Zündsystem kann wahlweise auch einen elektrischen Erhitzer oder andere Erhitzer aufweisen, die einen Vorerhizzer zur leichteren Verbrennung des Brennstoffes aufweisen. Ein typisches, hier Anwendung findendes Brennstoffüberwachungssystem ist die Brennstoff-Ueberwachungavorrichtung T-58 von General Electric.

Der in den Figuren 1 bis 9 dargestellte Rotor 17 besitzt mehrere Blätter 27 odor andere Unterteilungsorgane, welche verschiedenartig ausgebildet sein können. Wie später in Verbindung mit den Darstellungen der Figuren 7 (A-C), 8 (A-C) und 9 (A-C) näher umschrieben wird, können diese Blätter oder Unterteilungen derart ausgebildet sein, dass eine achsiale, eine radiale oder eine gemischte Flussrichtung in der Vorrichtung erzeugt werden kann.

Die Räume zwischen den Rotorblättern oder- Unterteilungen werden nachfolgend als Rotorkammer bezeichnet. Die früher erwähnten Rotorkammern sind in den Figuren 1 bis Io als Kammer 18 bezeichnet. Jede Rotorkammer 18 ist an zwei Seiten mit zwei Rotorblättern 27 und an einer dritten Seite mit der Rotornabe 28 verbunden« Die Rotornabe, die am besten aus den Figuren 1, 7 (A-C), b(A-C) und 9 U-C) ersichtlich iat, bildet die Basis jeder Rotorkammer· Die Nabe 28 weist eine zylindrische Form auf. dies

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für propellerförmige Kammern, während für spiralförmige Kammern diese Nate scheibenförmig ausgebildet ist. Für schraubenförmige Kammern, wie sie in den Fig. 7 (A-C,) 8 (A-C) und 9 (A-G) gezeigt aind, weist die Nabe eine konische Form auf.

Wie aus den Figuren 1 bis 6 hervorgeht, ist der Kompressor- Expansionsrotor 17 im Innern eines festen Gehäuses angeordnet, das als Ganzes mit 29 bezeichnet ist, dessen Wände den Lappen der Einlassöffnungen und der Auslassöffnungen der Rotorkammem anliegen. Jede Rotorkammer ist mit dem Ausgang verbunden, beispielsweise auf der, der Rotornabe entgegengesetzten Seite, dies mittels irgendeiner anderen Viand des Gehäuses 29, oder durch eine drehbare Hülse 3o, welehe mit den Rotorflügeln verbunden ist. Diese Hülse ist in den Figuren 1, 2, 5 und 4 nicht dargestellt,, sie ist allerdings in den Figuren 7 (A-C), 8 (A-C) und 9 (A-C) ersichtlich. Die Oeffnungen im fest angeordneten Gehäuse, welche die variablen, stationären Gaskammern mit den Rotorkammern verbinden, werden als Tore bezeichnet. Das Tor 12, welches die Einlasskammer 11 mit den Rotorkammern verbindet, ist vorstehend umschrieben worden. Dabei ist zu beachten, dass in den Figuren 1 bis 6 ein Heissgas- Tor 51 zur Hitzekammer 22, ein Auslasstor 19 zur Auslasskammer 2o, ein Tor 52 für gekühlte Druckluft zu der gekühlten Druckgaskammer 55 und zu einer Mehrzahl von Ausgängen 54-E, 55E, 56E und 57E für hocherhitzte Gase, sowie zu einer Mehrzahl von Eingangstoren 54R, 55R, 56R und 57 R für Heissgase führen. Es ist verständlich, dass der Raum zwischen dem Rotor 17 mit den Rotorblättern 27 und die freistehende Eülse 3o, sowie das fest angeordnete Gehäuse, auf allen Seiten klein genug sein müssen, um jegliche Entweichung von Gas ' zwischen den anliegenden Rotorkammern, oder von, zu den Rotorkammern ' radial zur Nabe 28, nach innen oder von den Rotorkammern radial nach aussen durch die freistehende Hülse 5o, zu verhindern. Trotzdem ist der Raum zwischen Rotor 17 und Rotorgehäuse 29 genügend gross, um unbeschränkte Drehungen des Rotors bei allen Arbeitstemperaturen zu ermöglichen. In den Figuren 5 und 6 ist der Raum zwischen dem Rotor und dem festen Gehäuse als einfache Linie eingezeichnet, welche einen sehr kleinen Zwischenraum darstellen soll.

Jeder Rotorkammer- Eingang 21 hat im wesentlichen denselben Querschnitt

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auf dem Hauptteil der Rotorkammer. Der Ausgang jeder Rotorkammer ist üblicherweise derart ausgebildet, dass er eine konvergierende Rotorkammerdüse 38 bildet. Wie in der Fig. loB dargestellt ist, kann abwechselnd jede Düse die Form eines zusammengezogenen Querschnittes 39 haben, der einem ausgedehnten Querschnitt 4o folgt und eine konvergierende- divergierende Düse 41 bildet, welche nachstehend näher umschrieben wird. Der minimale Querschnitt der Rotorkammer- Düse ist kleiner als der ^auptteil der Rotorkammer. Das Verhältnis des Querschnittes der Düse in bezug auf denjenigen der eigentlichen Kammer ist schmal genug gewählt, um eine Rückschlagwelle zu bilden, welche nachstehend im einzelnen näher umschrieben wird. Der Kompressor- Ausdehnungsrotor 17 ist derart angeordnet, dass er, im Innern der Einlasskammer 11 anliegend die Hitzekammer 22, die Auelasskammer 2o und die Kammer 33 für das gekühlte Druckgas drehen kann. Die Kammern des Rotors nehmen gekühltes Gas von der Einlasskammer auf, die zuerst von einem Reinigungsgas beeinflusst ist und dann von Heissgasen, welche von der Hitzekammer kommen. Die Vorrichtung kann mit Mitteln versehen sein, welche lediglich einen der Vorgänge durchführen, wobei alle Kammern des Rotors über den Umfang des Kompressor- Ausdehnungs-Rotors, die zur Bildung dieses Vorganges dienen, Verwendung finden. Ee können aber auch Mittel Verwendung finden, mit denen eine Mehrzahl dieser Abläufe durchgeführt werden können. In einer Vorrichtung, in welcher eine Mehrzahl dieser Vorgänge durchgeführt werden sollen, sind die Mittel kreisbogenförmig ausgebildet (vgl. die Figuren 11A bis 111*). Jeder dieser Kreisbogen, innerhalb dessen ein vollständiger Vorgang stattfindet, wird nachfolgend als Sektor bezeichnet. Die Stossvelle kann einen einzigen Sektor aufweisen oder aber eine Mehrzahl solcher Sektoren» die auf der Achse des Kompressor- Ausdehnungsrotors angeordnet sein können, wie dies in Verbindung mit den Figuren HA bis 11F erläutert wird. Im Falle einer Ausbildung mit mehreren Sektoren, können die verschiedenen Sektoren jeden gleichen oder ungleichen Bogen am Umfang des Eotore benutzen und sie können symmetrisch oder asymmetrisch auf dieser Achse angeordnet sein·

Die während einem Arbeitszyklus durchgeführten Schritte, d.i. der Zyklu», der während der Zeit, wo eine Rotorkammer dee Kompressor- Ausdehnungs-

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rotor durch einen Sektor geht, stattfindet, wird hier als Festlegung des Bezeichnungspunktes bezeichnet, das ist eine optimale Geschwindigkeit bei einer gewissen Brennstoffmenge Heissgas und einer äusseren Ladung. Bei anderen Geschwindigkeiten oder Temperaturen, sind die Eingänge und Ausgänge der Stosswellen, Rückschlagwellen und Ausdehnungswellen zeitabhängig, wie dies später umschrieben ist. Diese Bedingungen werden als ^KZwischenvorgänge"bezeichnet. Die resultierende Sequenz dieser Ereignisse, bleibt substantiell dieselbe, obschon der Brennstoffluss, Drücke, Temperaturen und Kräfte die Eigenschaften des Bezeichnungspunktes verändern können« Eine Mehrzahl von Stosswellen (unmittelbare und rück-' stossende) und Ausdehnungswellen wirken im Innern der Rotorkammern, dies in bezug auf offene oder geschlossene Tore, während der Verdichtung und während des später erfolgenden Heissgas- 'Ausdehnungsprozesses. In der folgenden Beschreibung werden lediglich die wichtigsten Stoss- und Ausdehnungewellen, welche unmittelbar den Arbeitsvorgang und den Zeitabschnitt der Eingange- und Ausgangstore und der Rotorkanuner bestimmen, umschrieben.

Die Sequenz der Ereignisse am bezeichneten Arbeitspunkt kann am besten in der Figur 2 verfolgt werden. Diese Figur zeigt einen Aufbau, welcher einfacher ist, als derjenige, wie er in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist» und zeigt klar den Verlauf der Haupt- und Rückschlagwelle. Aus diesem Grunde hat der in Figur 2 gezeigte Aufbau keine bewegliche Blöcke in den Eingangs- und Aasgangstoren, welche notwendig sind, um einen wirkungsvolleren Betrieb über eine Reihe von Geschwindigkeiten zu ermöglichen. Zwecks besserer Uebersicht, stehen, wenn immer möglich, in der Figur 2 die gleichenUeberweisungsziffern, wie sie in der Figuren 3 und* 4 verwendet werden.

Der Zeitpunkt, wo Heissgas durch den letzten Durchgang 37R des WiedereintrittsSystems (das im einzelnen später umschrieben wir) strömt, soll hier berücksichtigt werden. Der Heisegasfluss in den Rotorkammern 18 und die daraus resultierende Ausdehnung ausserhalb der Düsen 38» bewirkt den letzten Rückstoss für den Zyklus. Die Blätter 27 der Rotorkammern

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sind im Moment um den ganzen Rotor 17 herum verteilt, derart, dass sie am Einlasstor 12 für das Kaltgas und am Einlasstor 31 für das Heissgas einen Haupt- und Rückstoss erzeugen können. Hit Ausnahme des Wandreibungseffektes, bewirkt die progressive, veränderliche Einstellung der Eingänge und Ausgänge jeder Rotorkammer in bezug auf die veränderlichen Eingangsund Ausgangstoren, dass die Gas- Trennwände, die Stosswellen, die Rückschlagwellen und die Ausdehnungswellen im Inneren jeder Rotorkanoer parallel orientiert sind, wie dies in den Figuren 2 und 6 gezeigt ist.

Die Rotorkammern 18 enthalten vorerst ausgedehntes oder übrigbleibendes Heissgas, welches vom vorhergehenden Arbeitszyklus herrührt. Wenn der Kompressor- Ausdehnungsrotor 17 sich dreht (oder sich nach oben bewegt, wie dies gestrichelt in der Figur 2 gezeigt ist), sind die Eingänge der Rotorkammern 18 offen und gegen die Eingangskammern 11 gerichtet; durch das Eingangstor 12 für das Kaltgas kann somit das Kaltgas in die Kamera 18 strömen. Wie bereits früher erwähnt worden ist, ist die Kaltgaskammer 11 mit dem Gebläse 15 verbunden; hier hat das Gas den gleichen oder einen leicht höheren Druck als denjenigen des in den Rotorkammern verbleibenden Heissgases. Kühle Luft gelangt in die Rotorkammern und leitet einen Reinigungsprozess ein, welcher das verbleibende Heissgas durch die Düsen 38 der Rotorkammern und durch das Ausgangstor 19 In die Auelasskaamer 2o treibt.

Der Raum zwischen dem Eingang des Kaltgases in der Einlasskammer 11 und dem verbleibenden Heissgas in der Rotorkammern 18 ist durch die punktiertgestrichelte Linie 42 gezeigt und wird nachfolgend als Kaltgas/Heissgae-Trennwand 42 bezeichnet. Es ist zu bemerken, dass die Orientierung der Trennwand 42 wechselt; diese Wechselwirkung beginnt beim Eingang in die Rotorkammerdüsen 38. Der Orientierungswechsel der Kaltgas/Heissgas-Trennwand 42 am DUseneingang wird von der grösseren Geschwindigkeit der Gase durch die Düsen 38 bestimmt, dies in bezug auf ihre Geschwindigkeit durch den Hauptteil der Rotorkammer 18. In der Figur 2 ist die sichtbare, fest angeordnete Seite der Trennwand 42 gezeigt, dies vom Standpunkt eines Beobachters an Rotorgehäuse 29 aus gesehen. Ungeachtet der

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sichtbaren, festen Lage der Trennwand, werden die Gase auf beiden Seiten der Trennwand und" diese selber mit hoher Geschwindigkeit durch die Rotorkammern und die Rotorkammerdüsen getrieben. Ungeachtet der hohen Geschwindigkeiten dieser Gase durch die Rotorkammern und die Rotorkammerdüsen, bleibt die Trennwand 42 stationär, wenn der Rotor sich dreht.

Wenn die Trennwand 42 sich am Düsenausgang befindet, oder kurz darnach, sind die Reinigungs- und Einlassteile des Arbeitszyklus vollständig und eine kontinuierliche Drehung des Kompressor?- Ausdehnungsrotors 17 bewirkt, dass die Düsenausgänge an der Wand 43 des Gehäuses 29 geschlossen werden. Die Schliessung der Rotordüsen bewirkt, dass das Kaltgas, welches durch das Eingangstor 12 der Einlasskammer 11 eintritt zum Stillstand gebracht wird. Durch diesen Stillstand wird eine Stosswelle 44 erzeugt, welche nach oben gegen den Eingang der Rotorkammer geführt wird. Das Kaltgas fliesst weiterhin von der Einlasskammer 11 in die Rotorkammern, während im Innern jeder Rotorkammer eineStosswelle sich dem Eingang der Rotorkammer nähert. Wenn die Stosswelle 44 einer Rotorkammer zum Eingang der Rotorkammer gelangt, ist die Umdrehungszeit des Rotors derart, dass der Eingang der Rotorkammer durch die Wand 45 verschlossen wird· Diese Schliessung bewirkt den Rückfluss des unter Hochdruck stehenden Kaltgases 46, das durch die Stosswelle 44 verdichtet wird, zurück in den Eingang der Kammer 11. So wird eine nicht gewünschte Ausdehnung der Welle in der Rotorkammer vermieden. Diese zeitabhängige Schliessung beschränkt den Betrag vom Kaltgas in der Rotorkammer. In diesem Punkt des Arbeitsprozesses wird das Kaltgas in der Rotorkammer teilweise verdichtet und der Druck des teilweise verdichteten Kaltgases 46 ist höher als derjenige des Gases 47, welches am Einlass der Kammer 11 einströmt.

Im Falle einer "Offenzyklus- Vorrichtung" sehr einfacher Ausführung, in welcher beide Einlasskammern und die Ausgangstore unter atmosphärischen Druck stehen, summieren sich die Reinigungs- und Einlassphasen, damit ein daraus resultierender Pumpeffekt der spiral- propeller- oder schraubenförmigen Kammern eines Kompressor- Ausdehnungsrotors erhalten werden kanu. Die Stärke dieses Pumpeffektee kann durch Wahl der konvergierendendivergierenden Düsenvorrichtung bestimmt werden, welche nachathend näher

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erläutert wird, wobei der divergierende Abschnitt der Düse als Ueberschall-Zerstreuer während des Reinigungsvorg-'inges wirkt. In der komplexeren Ausbildung gemäss der vorliegenden Erfindung, kann der Druck In der Einlasskammer 11 gegenüber demjenigen im Auslasstor mit Hilfe eines mechanischen Drehgebläses 15, wie es vorstehend erwähnt worden ist, oder mit Hilfe eines Turboladers, einer Stopf- oder Verdichtungsvorrichtung, wie sie in Flugzeugen Verwendung findet, durch Vorverbrennung oder schlussendlich durch andere geeignete Mittel beträchtlich erhöht werden.

Sofern die Reinigung des verbleibenden Heissgases am Eingang und die teilweise Verdichtung des Kaltgases in Ordnung sind, wird der Einlass der Luft im Falle einer "Offenzyklus- Vorrichtung" freigegeben. Zum Vervollständigen der Reinigungs- und Einlassphase des Arbeitszyklus, bringt die kontinuierliche Drehung des Kompressor- Ausdehnungsrotors die Eingänge der Rotorkammern durch das Eingangstor 31 des Heissgases zu der Hitzekammer 22. Diese Kassnahme erzeugt eine Zwischenseite oder eine Trennfläche 48 zwischen dem erhitzten und verdichteten Gas 49 in der Hitzekammer 22 und dem verhältnismäasig kühlen, teilweise verdichteten Gas 46, das in den Rotorkammern enthalten ist. Wie im Zusamenhang mit der Trennfläche 42 ausgeführt wurde, ist die Trennfläche 48 als strich punktierte Linie dargestellt, die ein festes Raumverhältnis in einer Mehrzahl von Rotorkammern darstellt. Dies ist die Lage der Trennfläche 48, welche beachtet werden muss, wenn die Trennfläche markiert wird und der Beobachter sich beim Gehäuse gemäss Fig. 2 befindet. Die Trennfläche verbleibt in derselben Lage in bezug auf das Gehäuse 29. Diese Trennfläche wird jetzt schnell durch die Rotorkammern gedreht, allerdings wird die Orientierung der Trennfläche in bezug auf das Gehäuse durch die Anfangsrichtung der Heissgasströmung (im vorliegenden Fall axial) durch das Tor 31, durch den Druckwert des Heissgases 49 und durch das teilweise verdichtete Gas 46, sowie durch die Geschwindigkeit der Rotorkammer bestimmt.

Infolge des unterschiedlichen Initialdruckes quer zu der Trennfläche 48, welcher einem bestimmten Punkt der Geschwindigkeitsabweichung zwischen

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dem teilweise verdichteten Kaltgas 46 in den Rotorkammern und dem Heissgas 49, das durch das Heissgas- Einlasstor 31 strömt, entspricht, wird eine zweite Stosswelle 5o betätigt, die vom teilweise verdichteten Kaltgas dem Einlass der Rotorkammer zugeführt wird. Diese Stosswelle 5o, welche schneller dreht als die Heissgas/kaltgas- Trennwand 48, durchquert die Rotorkammer in Längsrichtung und vergrössert ferner den Druck des ■ teilweise verdichtet Kaltgases in der Rotorkammer. Die Stosswelle 5o ist in bezug auf das Gehäuse 29 unbeweglich, kann sich jedoch in bezug auf die Rotorkammer 18 mit hoher Geschwindigkeit drehen.

Wenn die Stosswelle 5o den verdichteten Teil der Rotorkammer erreicht, welcher den Einlass der konvergierenden Düse 38 der Rotorkammer bildet (oder konvergierende- divergierende Düse 41 in einer Wechselvorrichtung), wird eine Rückstosswelle 51 erzeugt. Die Stärke dieser Rückatosswelle hängt vom verkleinerten Querschnitt des Lufteinlasses des Düseneinganges ab, dies verglichen mit dem Querschnitt der Rotorkammer, der Höchstgeschwindigkeit des Rotors, die Temperatur des Heissgases und der Drehwinkellage der Rotorblätter. Die Rückstosswelle 51 dreht schnell durch das nicht- verdichtete Kaltgas 52 und durch das einströmende Heissgas in aufsteigender Richtung gegen den Einlass der Rotorkammer zu. Wie dies im Zusammenhang mit der Umschreibung der anderen ¥ellen und Trennwände ersichtlich ist, ist die Rückschlagwelle 51 im räumlichen Verhältnis dargestellt, also gegenüber dem Rotorgehäuse 29 unbeweglich, obwohl sie mit hoher Geschwindigkeit durch die Rotorkammern 18 gedreht wird. Die Geschwindigkeit der Rotorkammer, addiert mit der Geschwindigkeit der Stosswelle durch die Kammer, dreht den Vektor der Rückschlagwelle in die in Figur 2 dargestellte Lage, in welcher er als konstanter Vektor in bezug auf das Rotorgehäuse erscheint.

Beim Druchgang der Rüschlagwelle 51 durch die Rotorkammer, erhöht die Welle ferner den Druck des Kaltgases 53 und des Heissgases 54, welches sich hinter der Stosswelle befindet. Dieser Vorgang stellt einen Wechsel der Orientierung der Rückschlagwelle 51 in bezug auf die Heissgas/ver» dichtete Kaltgas- Trennwand 48 dar, bewirkt durch die grössere Geschwindigkeit der Rückschlagwelle im verdichteten Kaltgas 52. Ein Wechsel der

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Orientierung in der Ileissgas/verdichteten Kaltgas- Trennwand 48 erfolgt in bezug auf dessen Zwischenabschnitt und der RUckschlagwelle 51« Dieser Orientierungswechsel wird durch die verringerte Strömungsgeschwindigkeit des verdichteten Kaltgases 53 und des Heissgase3 54 durch die Rotorkammer, bewirkt, welche Strömung dem Durchgang der RUckschlagwelle 51 folgt.

Es ist zu bemerken, dass dies ein anderer Orientierungswechsel der Heissgas/verdichteten Kaltgas- Trennwand 48 in bezug zum Düseneingang darstellt, welcher durch die grössere Geschwindigkeit des Grases durch die Düse 38, im Vergleich zu der Geschwindigkeit durch die Rotorkammer 18, bewirkt wird.

Die Wirkung der Stosswellen 44 und 5o und diejenige der Rückschlagwelle bewirken, dass der Druck des verhältniemässig kühlen Gases 53 in der Rotorkammer auf einen maximalen Wert vergrössert wird, der im Arbeitezyklus des Motors erreicht wird. Der Druck des Heissgases 54 in der Rotorkammer, welcher auch durch die Stosswelle vermindert worden ist, obschon er durch die Rückschlagwelle beträchtlich vergrössert wurde, ist um einen Betrag kleiner, als derjenige des Kaltgases 53» weil die abnehmende Kraft dieser Stosswelle 51 nachher durch die Heissgas/verdichtete Kaltgas-- Trennwand 48 geht und die Bewegung gegen die Einlassöffnung der Rotorkammer fortgesetzt wird. Auch ist in diesem Punkt des Arbeitszyklusses der Druck des Heissgases 54 nach der Stosswelle 51 auf einen Wert vergrössert, welcher wesentlich höher als derjenige des Heissgases 49 in der Hitzekammer 22 ist, obwohl er unterhalb des Druckwertes des verdichteten Kaltgases 53 in der Rotorkammer liegt. Im Zeitpunkt, wo die Stosswelle 5o zu einer Düse 38 der Rotorkammer reicht, werden alle Düsen der Rotorkammer durch die kontinuierliche Drehung des Kompressor- Ausdehnungsrotors 17 ausserhalb des Auslasses 32 vom ^altgas gebracht, welcher Auslass durch die verdichtete Gaskammer 33 führt und von dort, Über einen Kanal 55 um den Rotor, zu der Einlassseite der Hitzekammer 22. Aus der Figur 4 ist der beschriebene Vorgang ersichtlich, in welcher das Tor die Kammer 33» die Leitung 55 und die Hitzekammer 22 gezeigt sind und welche Figur das von der Düse 38 der Rotorkammer zu der Einlassseite der Hitzekammer 22 verdichtete Kaltgas 53 zeigt. In dieser Darstellung 1st

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ein optimaler Austausch 56 vorgesehen, wo das gereinigte oder restliche Heissgas zum Vorheizen des hochverdichteten Kaltgases verwendet wird, das durch die Leitung 55 flieset, bevor es in die Hitzekammsr 22 eintritt.

Aus der Figur 4 ist ferner ersichtlich, dass derUeberschuss an hoch verdichtetem Kaltgas 53 (oder Luft), welches von der Ilitzekammer 22 nicht aufgenommen wird, den Vorgang des vorliegenden Motors unterstützt, der durch das Hauptventil 57 und die Leitung 58 zu einem Hochdruck-Lagertank: 59 führt, zur Verwendung in Verbindung mit einem verdichteten Gas (oder Luft) - Zusatzsystem, oder durch angemessene Leitungen und Schlauchverbindungen abgeleitet wird, um unmittelbar für gewöhnliche Zwecke, wie Zusatz- Luftführungsmittel und -ausrüstungen, pneumatische Startvorrichtungen, Luftturbinen, automatische Reifen, pneumatische »Federn, pneumatische Bremsen, Steuermotoren, Klimaanlagen usw. Verwendung zu finden.

Eine wichtige Aufgabe, welche durch die Ausdehnung und Entladung des hoch- verdichteten Kaltgases 53 erfüllt werden soll, ist die Fertigbearbeitung in diesem Prozess. Die Ausdehnung und Entladung des hochverdichteten Kaltgases 53 von den Rotorkammern 18 durch die Düse,n 33 der Rotorkammern geschieht in einer Richtung, welche eine relative Geschwindigkeitskomponente aufweist, die der Richtung der Bewegung des Kompressor- Ausdehnungsrotors 17 entgegengesetzt ist. Die^Entaldung des verhältnismässig kühlen, hochverdichteten Gases 53 bewirkt eine effektive Ausdehnung der Arbeitsleistung, und über eine weite Reihe von verschiedenen Rotorgeschwindigkeiten wird ein positives Drehmoment erzeugt, wobei die durch die Rückstossweile 51 im Kaltgas 53 erzeugte Druckwirkung ausgenutzt wird. Dieser Beitrag wird mit Hilfe der Düsen 38 der Rotorkammer ermöglicht, welche auch die Rückstosswelle 51 erzeugt und die Steuerung der hochverdichteten Heissgasströmung zu den Rotorkammern bewirkt. Dieser Reaktionseffekt wird durch die konvergierenden Düsen 38 erzielt, oder aber, wie dies nachfolgend näher erläutert wird, mittels einer konvergierenden- divergierenden

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Düse 41, welche Massnahme eine Zunahme der Geschwindigkeit des Auslaufes von hochverdichtetem Kaltgas im Vergleich zu der Geschwindigkeit des Gases in der Rotorkammer bewirkt.

Gemäss Figur 2 kann das Rotorgehäuse weiterhin derart ausgebildet sein, dass im Zeitpunkt oder nahe desselben, in welchem die Rückstosswelle '}1 an den Eingang der Rotorkammer reicht, der Einlass durch die Wand 6o verschlossen ist. Dieser Vorgang ist verständlich, da der Kompresijor-Ausdelinungsrotor 17 eine kontinuierliche Drehung vollführt und die daraus resultierende Rotation an einem bestimmten Punkt derart ist, dass wenn die Rückstosswelle 51 zur Einlassöffnung 21 der Rotorkammer reicht, in welcher der Vorgang stattfindet, diese Einlassöffnung sich in entgegengesetzter oder in gleicher Richtung zu der Wand 6o dreht. Hernach wird die Einlassöffnung der Rotorkammer durch die Wand 6o des Gehäuses verschlossen, wodurch eine Druckverminderung des verdichteten Heissgases in der Rotorkammer bewirkt wird. Es ist zu "bemerken, dass während des Zeitabschnittes, wo die Rückstosswelle 51 eine Rotorkammer 18 durchquert, die Heissgase 49 weiterhin durch das Tor 31 in der Rotorkammer 18 fliessen, damit die Rotorkammer auf ein Maximum mit Heissgasen bereichert wird. Beim oder nahe beim Zeitpunkt wo die verdichtete Heiss/Kühlgaa- Trennwand 48 zur Auslassdüse der Rotorkammer reicht, wird diese Auslaasdüse durch die Wand 61 verschlossen, wodurch die Stoaswelle 62 erzeugt wird. Diese Schliessung wird durch die kontinuierliche Rotation dea Kompressor- Ausdehnungsrotors 17 bewirkt. In der Figur 2 ist ausserdem eine Ausdehnungswelle 63- 64 dargestellt, die mit der Initialwelle 63 und mit der Endwelle 64 wirkungs verbunden iat. Eine kontinuierliche Senkung der Gaszufuhr vergrössert den Druck von der Initialwelle 63 zur Welle 64. Die Ausdehnungswelle 63 - 64 wird durch die Bewegung der Gase in der Rotorkammer erzeugt, welche Gase eine bestimmte Geschwindigkeit in bezug auf die Düsen der Rotorkammer aufweisen und augenblicklich während der Zeit, in welcher der Einlass der Rotorkammer verschlossen ist, dort verbleiben. Die Stosswelle 62

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wird in der gleichen Weise betätigt, wie die Stosswelle 44, wobei der Gasfluss beim Schliessen der Düsen,, in diesem Falle durch die Wand 61, aussetzt. Die Stosswelle 62 versucht die Ausdehnung der Wellen 63 - 64 auszugleichan oder zu beendigen. Der kombinierte Effekt dieser beiden Ausdehnungen der Wellen 63 - 64 und der Stosswelle 62 bewirken, dass das Gas vorübergehend in der Rotorkammer verbleibt.

Während die Ausdehnung oder der Rückfluss des hoch- komprimierten Kaltgases 53 vom Rotor im vorstehenden umschrieben worden ist, ist die Ausdehnung oder der Rückfluss des hoch- komprimierten Heissgases 54 normalerweise der wichtigste Initiant des Rotor- Drehmomentes und dadurch der Arbeitsleistung des Motors. Wie aus den Figuren 5 und 6 hervorgeht, sind die Blätter 27 grösstenteils auseinandergezogen dargestellt worden, um eine bessere Uebersicht zu erhalten. In jeder der Figuren 5 und 6 ist der Kompressor- Ausdehnungsrotor 17 an seinem Umfang mit Blättern 27 versehen, wobei jedes dieser Blätter nur teilweise dargestellt ist.

In der Figur 5 sind vier Schritte dargestellt, welche den Wiedereintritt und die Ausdehnung in einem Sektor des Rückschlagventils zeigen. Die Ausdehnungstore sind mit dem Buchstaben "E", wie 34B» bezeichnet und die-Wiedereintrittstore werden mit "R", wie 34R angegeben. Das Ausdehnungstor 34Ξ ist um die Aussenseite des Rotors über eine nicht dargestellte Leitung mit dem Wiedereintrittstor 34R verbunden, wie dies aus der Figur 5 hervorgeht. In gleicher Weise ist jedes der Ausdehnungstore über eine Leitung mit einem Wiedereintrittstor verbunden, das mit einer entsprechenden Ziffer bezeichnet ist. Beispielsweise ist das Ausdehnungstor 35E mit dem Wiedereintrittstor 35R, das Ausdehnungstor 36Ξ mit dem Wiedereintrittstor 36R, während das Ausdehnungstor 37E mit dem Wiedereintrittstor 37R verbunden ist. Unter Hinweis auf die Figuren 5 und 6 und unter Bezugnahme auf die anderen Figuren geht hervor, dass das zuunterst liegende Tor 32 mit dem Auslasstor für das verdichtete Kaltgas identisch

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ist, das in den Figuren 1 bis 4 gezeigt ist, obschon die Abmessungen verschieden dargestellt sind. In ähnlicher Weise ist das Heissgas-Einlasstor 31 in den Figuren 5 und 6 identisch mit den Einlasstor 31 für das Heissgas, das in den Figuren 1 bis 4 dargestellt ist, obschon die Abmessungen wiederum verschieden dargestellt worden sind. In den Ausdehnungatoren 34E, 35E, 36E und 37E wird eine progressive Zunahme bewirkt. Das gleiche gilt auch für die entsprechenden Wiedereintrittetore 34R, 35Rf 36R und 37R. Die progressive Zunahme in diesen Toren in Richtung nach oben (Richtung der Rotorbewegung) in Fig. 5 und 6 wird durch die grössere totale Heissgasmenge bewirkt, die für jeden aufeinanderfolgenden Vorgang in bezug auf das Ausdehnungsvolumen des Heissgases eingegeben wird. Das dargestellte Ausdehnungstor kann tatsächlich für einen zunehmenden Ausdehnungsvorgang eines einzigen Rotors dieser Vorrichtung Verwendung finden, wobei ein Drehmoment erzeugt und der Wiedereintritt für die Aufladung der Rotorkammer benutzt wird, welche dann die Reaktion des durch die Düsen der Rotorkammer ausgedehnten Gases zum Drehen des Rotors benutzen. Die endgültige Ausdehnung des Heissgases und die dadurch bewirkte Rotorreaktion, wird durch den Gasfluss durch die Düsen in das AUalasstor bewirkt. Diesem Vorgang folgt ein Reinigungsfluss von Kaltgaa, das durch das Sinlasstor 12 in die Rotorkammer einströmt. Die Ausstellung der Rotorkammereinlasses bezüglich des Kaltgaseinlasses 11 der Kammer durch das Kaltgaseinlasstor 12 mit den Oeffnungen 14 bewirkt die Durchführung des nächsten Arbeitszyklus mit den gleichen Vorgängen, wie sie soeben umschrieben worden sind.

Eine andere Ausführungsform eines Ausdehnungsprozesees mit den drei typischen Wiedereintrittsschritten ist in der Figur 6 dargestellt. Um eine Kontinuität zwischen den einzelnen Figuren zu erhalten, sind in der Figur 6 das Auslasstor 32 für das verdichtete Kaltgas und das Einlasstor 31 für das Heissgas im Innern der Figur 5 wieder eingetragen. In der Figur 6 sind die Abmessungen und Anordnungen der Ausdehnungstore 34E, 35E und 37E, wie auch die Wiedereintrittstore

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34R, 35R und 37R derart gewählt, dass im vorbestimmten Arbeitspunkt die Sinsatzzeit der Haupt- Ausdehnungswelle die Wirkung den Flusses von ausgedehnten Heissgas beeinflusst. Das Ausdehnungstor 36Ξ und das Wiedereintrittstor 36R sind in der Fig. 6 nicht dargestellt, da lediglich drei Wiedereintrittsvorgänge eingeschlossen sind. Wie frühererwähnt worden ist, kann eine Ausdehnungswelle sowohl durch Abstellen eines stattfindenden Einfliessens an der Quelle,, als auch durch Hervorrufen eines Ausflusses an einem Ort mit niedrigem Druck, eraeugt werden. Der erstgenannte Typ einer Ausdehnungswelle bringt das fliessende Gas an den Punkt des Einflusses, während der zweite Typ einer Ausdehnungswelle den Fluss durch den Auslass bewirkt oder beschleunigt. Es ist zu bemerken, dass eine Stosswelle eine einfache Welle mit unterbrochenem Druck ist, während eine Ausdehnungswelle ein Region mit kontinuierlich wechselnden Druckgrössen darstellt. Die durch diese Ausdehnungswelle gedeckte Zone wird manchmal als Ausdehnungswannen bezeichnet. In der Figur 5 sind keine Ausdehnungswannen dargestellt. In der Figur sind die Wannen der Einfachheithalber als einfache Linien dargestellt, da jeder Wannenwinkel sehr klein ist.

In der Figur 6 ist die Ausdehnungswelle 63 - 64, welche in Verbindung mit der Fig. 2 umschrieben ist, der Einfachheit halber als einfache Linie 63 dargestellt. Wie bereits-erwähnt worden ist, war diese Ausdehnungswelle durch Beendigung des Heissgas- Zuflusses durch das Tor 31 erzeugt worden und zwar im Zeitpunkt, wo die Rotorkammer durch die Wand 6o geschlossen war» In diesem Fall besteht die Ausdehnungswelle 63 aus einer solchen des erstgenannten Typs. Die Ausdehnungswannen oder- wellen, wie sie in der Fig. 6 gezeigt sind, gehen nicht durch Oeffnungen der Düsen, da die Zeichnung verkleinert ist, obschon diese Wellen in Wirklichkeit eine Durchbrechung am Hals der Düsen passieren, ähnlich wie dies in der Figur 2 dargestellt ist. Wie aus der Figur 2 ersichtlich ist, wird, wenn die Düsen der Rotorkammer durch die Wand 61 geschlossen sind, eine Stosswelle 62 erzeugt, welche versucht die Druckverminderung aufzuheben, die durch die Ausdehnungswelle 63 bewirkt wird. Der Kombinationseffekt dieser beiden bringt die Heissgase in der Rotorkammer vorübergehend zum Stillstand.

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Unmittelbar darnach wird des Auslass der Düse der Rotorkammer einen Auslasstor 34E gegenübergestellt, wodurch eine Ausdehnungewelle 65 (vgl. Fig. 6) des zweitgenannten Typs erzeugt wird. Dies bewirkt ein Fluss von Heissgas durch das Tor 34E in eine Niederdruckzone. Wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist, bewegt sich die Ausdehnungswelle 65 nach oben gegen die Wand 6o zu, in eine Lage zwischen das Einlasstor 31 für das Heissgas und das erste Wiedereintrittstor 34R· Später wird das Heissgas auf eine Geschwindigkeit in bezug auf die Rotorkammer-Düsen gebracht, welche den Fluss zu der Düse aufrechterhält, gleich nachdem die Ausdehnungswelle 65 die Wand 6o erreicht und die Rückstosswelle 66 erzeugt hat. Das Gas, welches durch die Wand 6o eingeschlossen ist, die zurückgeworfene Ausdehnungswelle 66 und die Ausdehnungswelle 67 müssen trotzdem in bezug auf die Rotorkammer in Ruhelage kommen, wohingegen das Gas, das sich zwischen der zurückgeworfenen Ausdehnungswelle 66 und den Düsen der Rotorkammer befindet, den Fluss durch die Düsen fortsetzt, und zwar erst dann, wenn die zurückgeworfene Ausdehnungswelle 66 die Düse erreicht hat. Wenn der Rotor seine Drehung fortsetzt, werden die Düsenauslässe der Rotorkammer den Ausdehnungstoren 35E gegenübergestellt, wo von hier aus eine andere Ausdehnungswelle 67 erzeugt wird. Die Ausdehnungswelle 67 durchquert die Rotorkammer und kommt zum Einlass der Rotorkammer, welcher mit dem Einlass der Rotorkammer übereinstimmt, der dem Wiedereintrittetor 34R gegenübergestellt ist. Die Ausdehnungswelle bezweckt eine Senkung des Druckes in der Rotorkammer auf ein unteres Mass. Das teilweise ausgedehnte und dem Tor 34E zugeführte Heissgas flieset durch das Wiedereintrittetor 34R und tritt in die dem Tor 34R gegenübergestellte Rotorkammer ein.

Der höhere aber teilweise ausgedehnte Druck des Heiesgases am Wiedereintrittstor 34R in bezug auf seinen Einlass in den Rotorkammern bewirkt, wenn ein Hissverhältnis zwischen Druck und Geschwindigkeit in den anliegenden Gaskammern des Rotors besteht, dass eine Stoss- oder Ausdehnungswelle in die Rotorkammer geführt wird, während der Fluss durch die Rotorkammer zu dem zweiten Ausdehnungstor 35E fort-

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ii

gesetzt wird. Mittlererweile bewirken die kontinuierlichen Umdrehungen des Rotors die Schliessung des Rotorkammer- Einlasses durch die Wand 68, wodurch eine Ausdehnungswelle 69 erzeugt wird, dies infolge des plötzlichen Stillstandes des BinfHessens von Heissgas. Die Ausdehnungswelle 69 durchquert die Rotorkammer und gelangt zu der Auslassdüse der Rotorkammer, welche mit der Rotorkammerdüse übereinstimmt, die gegenüber dem Ausgangstor 37E zu liegen kommt. Wenn die Rotorkammerdüse gegenüber dem Auslasstor 37E zu liegen kommt, wird ein zweiter Typ einer Ausdehnungswelle 7o erzeugt, während ein Ausdehnungstor 7o nach oben durch die Rotorkammer geführt wird. Zu gleicher Zeit, wo die Ausdehnungswelle 7o bei der Wand 68 ankommt, wird der Eingang der Rotorkammer dem Wiedereintrittstor 35R gegenübergestellt, welches das zweimal ausgedehnte Gas dem Ausdehnungstor 35E zuführt. Die Wirkung der Ausdehnungswelle 7o vermindert den Druck in der Rotorkammer und ermöglicht dem zweifach ausgedehnten Heissgas aus dem Wiedereintrittstor 35R in die Rotorkammern zu fliessen. Dieses Einfliessen von Heissgas erzeugt eine Stoss- oder Ausdehnungswelle in der Rotorkammer, wie im vorstehenden in bezug auf den Wiedereintrittsvorgang umschrieben worden ist. Das Heissgas fliesst durch die Rotorkammern in das Ausdehnungstor 37E. Als Folge der Ausdehnung und des Ausflusses von Heissgas aus der Rotorkammer durch die Rotorkammerdüsen, wird ein Drehmoment auf den Rotor ausgeübt. Der Fluss des zweimal ausgedehnten Gases von den Rotorkammern in das Ausdehnungstor 37E wird für einen dritten Ausdehnungsprozess fortgesetzt. Wenn sich der Rotor 17 in eine Lage dreht, -in welcher der Einlass der Rotorkammer durch die Wand 71 verschlossen ist, wird eine andere Ausdehnungswelle 72 betätigt, welche die Rotorkammer durchquert und zu der Auslasg&üs© dieser Kammer gelangt. Die Ausdehnungswelle 72 gelangt in jenem Zeitpunkt zu der Auslassdüse der Rotorkammer, wo der Düsenauslasa sich gegenüber dem Au3lasstor 19 befindet. Die Gegenüberstellung der Auslassdüse der Rotorkammer mit dem Auslasstor 19 erzeugt die Ausdehnungswelle 73 in ähnlicher Weise, wie die Erzeugung der Ausdehnungswellea 65F 67 und 7o. Die Ausdehnungswelle durchquert die Rotorkammer und

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kommt nach oben zu der Wand 71» wodurch der Einlass der Rotorkammer mit dem Wieäereintrittstor 37R übereinstimmt. Die Ausdehnungswelle 73 bewirkt, dass das Gas in der Rotorkammer einem weiteren Druckverminderungsvorgang unterzogen wird, so dass die Gase (welche somit dreimal ausgedehnt worden sind) von dem Wiedereintrittstor 37R in die Rotorkammer eintreten und ihren Fluss durch diese Kammer fortsetzen. Beim abschliessenden Ausdehnungs- und Reaktionsvorgang, fliessen die Heissgase durch die Düsen der Rotorkammer in das Auslasator 19·

Nach der endgültigen Ausdehnung des Heissgäsea im Auslasstor 19, tritt das Kaltgas von der Einlasskammer 11 durch die Oeffnungen 14 des Tores 12 in die Rotorkammer, wobei die nächsten Vorgänge eingeleitet werden, wie dies vorstehend erläutert worden ist. Abhängig von den Abmessungen des Rotors und von der Anzahl der vorhandenen Wiedereintrittstore, können die Stosswellen mit den AuBdehnungswellen entsprechend verteilt werden. Dies wird durch den Druck des wiedereintretendeii Heiasgases bewirkt, der von demjenigen des Heissgases, das sich in der Rotorkammer befindet, verschieden ist. Das wiedereintretende Ga3 hält die Heissgaaladung in den Rotorkammern aufrecht und erzeugt ein zusätzliches Drehmoment auf die KammerdUsen, dies durch wiederholte Reaktion des genannten Heissgases bei den verschiedenen Ausgängen. Im weiteren werden Impulse für den Wiedereintrittsfluss des genannten Heissgases auf die genannten Rotorblätter erzeugt.

Der soeben umschriebene Ausdehnung3vorgang, bei welchem eine Anzahl Wiedereintrittsoperationen durchlaufen werden, verwendet einen einfachen Rotor, der alle Phasen der integrierten Turbo- Kompressor- Vellenvorrichtung ausführt. Unter gewissen Umständen kann es erforderlich sein, die Gesamtabmessungen des Rotors zu beschränken. In einem solchen Fall ist es erwünscht, lediglich die erste Ausdehnungephase und/ oder lediglich die erste oder die wenigen ersten Wiedereintrittsphasen des Rotors einzusetzen. Der verbleibende Ausdehnungsvorgang des teilweise ausgedehnten Gases, in diesem Punkt und mit verringerter

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Temperatur, kann ohne weiteres auf einem getrennten Turbinenrad ausgeführt werden, anstatt die sich wiederholende Ausdehnung durch den Rotor selber ausführen zu lassen. Ein solches zusätzliches Turbinenrad kann mit den gleichen Blättertypen versehen, sein, wie diejenigen des Kompressor- Ausdehnungsrotors, wodurch der Wiedereintritta- und der Ausdehnungsvorgang in gleicher ¥eise ausgeführt werden kann, wie dies vorstehend umschrieben worden ist„ Das zusätzliche Turbinenrad kann aber auch mit konventionellen Impuls- oder Heaktionsblättera versehen sein. Das zusätzliche Turbinenrad kann durch den Kompressor-Ausdehnungsrotor über eine Welle, Räder, Ketten,' Riemen oder andere Mittel mechanisch angetrieben werden. Es kann aber auch frei- drehend ausgebildet sein und uie Wirkung einer zusätzlichen Steuervorrichtung ausüben,, Ein Beispiel einer letztgenannten Ausbildung ist ein Turbolader für die Verwendung in grossen Höhen bei Turboprop- oder Turbojet- Plugzeugen. Durch Vervollständigung der Ausdehnung mittels irgend eines der vorgenannten Elemente, wird eine Gegenüberstellung der Einlassöffnungen der Rotorkammer zu dem Kaltgaseinlass der Kammer 11 bewirkt; durch das Tor 12 kann, zwecks Reinigung Kaltgas fliessen, wodurch der nächste Operationszyklus eingeleitet wird. Die Wiederholung der aufeinanderfolgenden Phasen des Arbeitszyklus, nämlich Einlass und Reinigung, Verdichtung und Ausdehnung, welche durch verschiedene Durchgänge der Rotorkammer durch &&Λ gleichen Sektor bewirkt werden, dies im Falle der Verwendung einer einfachen Sektormaschine, oder durch den Durchgang der Rotorkammern durch die entsprechenden Phasen von aufeinanderfolgenden Sektoren, dies im Falle der Verwendung einer Maschine mit mehreren Sektoren_e

Die Rolle, welche die Düsen 38 und 41 der Rotorkammer in der vorliegenden Maschine spielen ist wichtig genug um weitere Erläuterungen zu rechtfertigen. Die Heissgase der Hitzekammer 22 wirken als Energiequelle, welche den oben erläuterten Verdichtungsvorgang im Rotor bewirken. Nach Erzeugung der Stosswelle 5o (vgl. Fig* 2) an der Heiss- Kaltgas- Trennwand 48, haben das Heissgas 49 und das Kaltgaa 5 2 die gleiche Geschwindigkeit und den gleichen statischen Druck auf

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beiden Seiten der Trennwand. Dadurch hat das Kaltgas einen höheren verbleibenden Druck als derjenige des Heiesgases, dies in Anbetracht der höheren Dichte und der höheren Mach- Zahl des Kaltgaees im Vergleich zu der niedrigeren Dichte und der niedrigeren Mach- Zahl des Heissgases. Bei Höchstgeschwindigkeiten des Rotors der vorliegenden Maschine sind die Geschwindigkeiten des Heise- und des Kaltgases in der Rotorkammer hoch. Je höher die Geschwindigkeit des Heiss- und Kaltgases sind, je grosser ist der Unterschied zwischen dem herrschenden Druck im Kaltgas und demjenigen im Heissgas. Lediglioh ein Teil dieses herrschenden Druckunterschiedes wird für den Rückfluss des Kaltgases auf der Flussschleife verwendet,Inbegriffen den Fluss durch den regenerierenden Heissaustauscher 56 (Figur 4) und durch die Hitzekammer 22, welche das Heissgas erzeugt. Das Zurückbleiben dieses herrschenden Druckunterschiedes kann zum Erhöhen des Heissgas-Druckes in der Rotorkammer verwendet werden, damit das Druckverhältnis in der Maschine erhöht wird. Dies wird sehr wirkungsvoll mittels der konvergierenden Düsen 38 (oder mittels der konvergierend- divergierenden Düsen 41 gemäss einer anderen Ausführung) an der Ausgangsseite der Rotorkammern erhalten. Diese Düsen bewirken eine Einschränkung, welche eine Rückschlagwelle 51 erzeugen, die durch das Kaltgas 52 und das Heissgas 49 nach oben in die Rotorkammer geführt wird. Die Düsen 38 (oder 41) beschleunigen auch das Ausfliessen des Kaltgases und führen den Gasfluss im wesentlichen entgegengesetzt zu der Rotationsrichtung des Rotors, wodurch der Rotor eine weite Reihe von verschiedenen Arbeitsgeschwindigkeiten haben kann. Selbst wenn das Gas niedrige Geschwindigkeiten in bezug auf die Rotorgeschwindigkeit aufweist, wird das Kaltgas durch die Düsen beschleunigt, wobei ein Drehmoment auf den Rotor ausgeübt wird. Mit Hilfe der Ruckschlagwelle 51 bewirken die Düsen auch einen höheren Druck im Heissgas 54 beispielsweise nachdem die Stossvelle durch das Heiasgas 49 gelangt ist. Dies kann ohne Rückstosswelle erfolgen, beispielsweise wenn das Kaltgas ohne eine von den Düsen bewirkte Einschränkung ausgedehnt wird. Der in den Heissgasen durch die Wirkung der Rückstosswelle 51

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US

erzeugte höhere Druck bewirkt eine höhere Dichte im Heissgas. Bin solcher Rotor mit entsprechenden Abmessungen kann eine grosse Gasflussmenge führen und erzeugt bei einer gegebenen Geschwindigkeit mehr Kraft als bekannte Vorrichtungen. Die Düsen der Rotorkammern ermöglichen auch höhere Geschwindigkeiten der Rotorkammer, weil sie Mittel enthalten, welche den Gasfluss mit einer grösseren Geschwindigkeit und mit einem grösseren tangentialen Komponenten leiten, wobei der höhere Druck, welcher durch die Rückstosswelle 51 im Kaltgas 53 und im Heissgas 54 entwickelt wurde, effektiv ausgenützt wird.

Nach dem Einströmen des hochkomprimierten Kaltgases in das Ausgangstor 32 im Gehäuse, weist das Kaltgas eine relative niedrige absolute Geschwindigkeit in bezug auf das Gehäuse auf, aber einen Druck, welcher genügend hoch ist, um einen Fluss durch die Kammer 33» durch die Leitung 55» durch freistehende, regenerative Beissaustauscher 56 und in die Hitzekammer 22 zu leiten. Nach Umwandlung mittels Summierung der Verbrennungswärme, Nuklearreaktor, Hitzeaustauscher oder einer anderen Quelle, tritt das daraus resultierende Heissgas 49 in die Rotorkammern 18, zwecks Vervollständigung des oben erläuterten Arbeitszyklus.

Die Rotorkammerdüsen (vgl. Fig. loA und IoB), welche in dieser Rückschlagwellen- Vorrichtung Verwendung finden, sind konvergierende Düsen 38 oder konvergierend- divergierende Düsen 41t In jedem Fall hat der zusammengezogene Düsenhals 38A (bei der konvergierenden Düse) oder 39 (bei der konvergierend- divergierenden Düse) einen kleineren Querschnitt als derjenige des Hauptteiles der Rotorkammer. Allerdings kann der Ausgang 4o einer konvergierend- divergierenden Düse einen" Querschnitt haben, der kleiner, gleich gross oder grosser iat als derjenige der Rotorkammer« Im Falle der Verwendung einer konvergierendivergierenden Düse hängt die Wahl des Düsenquerschnittes in bezug auf denjenigen der Rotorkammern, sowie das Druckverhältnis von der gewünschten Ausgangsgeschwindigkeit der Heissgase ab, sowie von den Zerstreuungseigenschaften, die im divergierenden Abschnitt während

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des überschallschnellen Flusses gewünscht sind. Die Besonderheit einer konvergierend- divergierenden Düse besteht darin, dasa dieser Düsentyp einen wirkungsvollen Ueberschall- Fluss von hochkomprimierten Heiss- und Kaltgas von den Rotorkammern ermöglicht, dies während gewissen Abschnitten der Ausdehnung und Rückflusses und ohne nennenswerte Schwierigkeiten beim Ablauf des Arbeitsvorganges. Ueberschall-Gasflüsse werden normalerweise während des Reinigungsprozesses erzielt, können aber auch während der Entladung des hochkomprimierten Kaltgases von den Rotorkammern in das kaltkomprimierte Tor 32, das in die Hitzekanuner 22 führt, erfolgen. Ueberschall- Flüsse können im weiteren während gewissen Ausdehnungsvorgängen und Rückflüssen des Heiasgases erfolgen. Das Vorkommen eines Ueberschall- Flusses im ersten, in einem Zwischen- oder in einem abschliessenden Ausdehnungsvorgang, hängt von den gewählten Arbeitsverhältnissen ab. Konvergierend- divergierende Düsen haben den Vorteil, dass aie während der Reinigungephase einen verbreiteten Arbeitszyklus aufweisen und diesen in gewissen Vorrichtungen verringern oder gar ausschalten. Konvergierend- divergierende Düsen können mit drehenden Behältern oder Blättern (nicht dargestellt) in dem Auagangstor 19 verwendet werden, welche zum Ausdehnen des zunehmenden statischen Druckes des Abgases dienen, wobei ein genügender Druck zum Abführen des Abgases in die Atmosphäre erzeugt wird.

Während der Kompreasionsphase des Arbeitszyklusses verhalten sich die konvergierend- divergierenden Düsen als Beschleuniger und Verlangsamer des Flussea von komprimierten Kaltgas 53(Fig. 2) und von komprimierten Heissga3 54 und weisen im allgemeinen die gleichen Funktionen auf, wie die oben erläuterten konvergierenden Düsen 38. Der Nachteil von konvergierend- divergierenden Düsen 41 besteht darin, dass ein kleiner Verlust an herrschendem Druck in jeder Rotordüse in Kauf genommen werden muss, dies während gewissen Arbeitsschritten jedes Arbeitszyklusses. Dieser Verlust an herrschendem Druck kommt in jenem Teil des Sektors vor, wo das Druck- Temperatur- Verhältnis derart ist, da us die konvergierend- divergierende Düse nicht als voll

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ausgedehnte Ueberschallfluss- Düse arbeiten kann, und der Druck für den divergierenden Teil der Düse nicht tief genug ist, um'vollständig als Ueberschall- Zerstreuer arbeiten zu können. Die Folge davon ist eine Betätigung des Stossventils im divergierenden Teil der Düse infolge Fehlens einer vollständigen Aufhebung der Ausdehnung der Ueberschallgeschwindigkeit im Düsenausgang. Die Lagen im Innern jedes Arbeitssektors, bei welcher dieser Verlust an herrschendem Druck vorkommt, kann die Geschwindigkeit des Rotors, die Heissgastemperatur und das Druckverhältnis verändern. Die totale Wirkung dieses parasitären Stosses, der in dem divergierenden Teil der Düse 41 vorkommen kann, kann beim grössten Teil der Arbeitsvorgänge der Maschine auf ein niedriges Hass gehalten werden, derart dass er in den meisten Verwendungen keinen Einfluss hat_o Bei niedrigen Druckverhältnissen, in Verbindung mit gewissen Ausdehnungs- und Reinigungsphasen, wirkt der divergierende Teil der Rotorkammer- Düse 41 als Zerstäuber, der zum Wiedererlangen eines erforderlichen Druckes des Flusses durch den freistehenden, regenerativen Heissauswechslers und durch Auslassöffnungen dient.

Im folgenden wird das Prinzip eines Steuertores umschrieben, wie es beim Kompressionsvorgang bei einer Reihe von verschiedenen Geschwindigkeiten und Gastemperaturen verwendet wird. Allerdings ist dasselbe Prinzip auch zum Steuern der Lage und der Abmessungen jedes Eingangsoder Ausgangstores der Maschine möglich. Die Stosswellen 44 und 5o, die Rückschlagwelle 51, die Kaltgas/Heissgas- Trennfläche 42 und die Heissgas/Kaltgas- Trennwand 48 müssen drehen, wie dies vorstehena anhand der Figur 2 umschrieben worden ist. Mit anderen Worten, sollte sich die Rückstosswelle im Innern der Rotorkammer bewegen und die Gastrennwände sollten sich derart bewegen, dass sie einen übermässigen Ausfluss von schwach komprimierten Gas 47 aus den Rotorkammern zu dem Auslasstor 19 verhindern, dies im Falle der Verwendung einer Trennwand 42, und den Fluss von Heissgas 54 durch das.hochkomprimierte Kalt^astor 32, oder den Betrag des komprimierten Kaltgases, welches dem ersten Ausdehnungstor 34E der Maschine zugeführt wird, minim

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λ*

halten, dies im Falle einer Trennwand 48. Das Ziel der Steuertor-Anordnung, wie sie in dem, anhand der Figuren 3 und 4 erläuterten, Kompressionsvorgang Verwendung findet, ist das Erstellen eines eigenen räumlichen Verhältnisses zwischen den vorderen und hinteren Kanten der verwendeten Tore (Helssgastor 31 und Kaltgastor 32 im vorliegenden Fall), so dass die Stosswelle 5o, die Rückschlagwelle 51, die Ausdehnungswellen 63 - 64 und die Heisagas/Kaltgas- Trennwand 48 solchermassen bewegt werden, dass die in der Figur 2 gezeigte Anordnung so dicht wie möglich in bezug auf die Rotorgeechwindigkeit und die Temperaturen der Arbeitsgase arbeiten kann.

In der nachfolgenden Beschreibung werden die Ecken jedes Einlassund Auslasstores welche zuerst einer, sich in der üblichen Drehrichtung drehenden Rotorkammer gegenübergestellt sind, als Vorderkanten des Tores bezeichnet. In gleicher Weise werden die Ecken jedes Tores, welche zuletzt der sich in der üblichen Drehrichtung drehenden Rotorkammer gegenübergestellt sind, als Hinterkanten des Tores bezeichnet.

Die vorliegende Vorrichtung enthält Mittel zur Beendigung der Arbeitsoperationen mit verchiedenen Geschwindigkeiten und zur Stabilisierung der Operationen während des Startvorganges, dies durch Verwendung bewegbarer Steuertoranordnungen 75, 76 und 77, wie diese in einer vorzugsweisen Ausführung in der Figur 3 gezeigt sind, sowie ähnliche, bewegbare Anordnungen 78, 79 und 8o, wie sie in einer anderen Ausführung in Fig. 4 dargestellt sind. In beiden Fällen erfüllen die Steueranordnungen den gleichen Zweck; aber die in Fig. 3 gezeigte Ausbildung wird aus praktischen Erwägungen vorgezogen. Wenn die Reihe von Bewegungen und die Lage der Steueranordnungen gemäss den Figuren 3 und 4 miteinander verglichen wurden, kommen einige Unterschiede zum Vorschein, einige davon sind wichtig und können ausschlaggebend für die Bevorzugung der einen oder anderen Anordnung sein. Beispielsweise muss die Steueranordnung 78 an der Hinterkante des Heissgastore3 31 bei der in Fig. 4 dargestellten Ausbildung einen (TTösseren Wo,·; :'ür eine gegebene Reihe von Geschwindigkeiten und Temjieraturtn aufweisen, als dies bei der in Fif. 3 gezeigten Auebildung eier Stouertinrr t , .;<» /<£ Je -/*»// .st.

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Diese Mittel, welche durch den Führungskanal im Stützteil 81 der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung gebildet werden können kürzer als die entsprechenden Führungsmittel 81 der in Fig. 4 dargestellten Anordnung sein_r mit dem Vorteil, dass diese aus dem bewegbaren Block und den Führungsstützen, gebildeten Komponenten, welche in einem Teil der Maschine angeordnet sind_r wo eine hohe Temperatur herrscht, mechanisch einfacher ausgebildet, leichter und weniger temperaturanfällig sein können und zudem weniger in den Ausdehnungsteil und in den Wiedereintrittsteil der Maschine geschleudert werden. Die vollständige Weglassung des Steuerblockes bei der in Fig. 3 dargestellten Ausbildung an der Hinterkante des Komprimierten Kaitgaseinlasstores 32, weist ähnliche Vorteile auf, wobei einmal dieser Block den Wirkungen des Heissgases unterworfen wird. Der vorher beschriebene Vorgang ist verständlich, da der Stützmechanismus gezwungenermassen einen gewissen Raum zwischen dem Kaltgastor 22 und dem ersten Ausdehnungstor beansprucht. Diese Anordnung verzögert den Beginn der Heiss™ gasausdehnung durch das Tor 34E mit konsequenter Zunahme des Auslaufens von der Rotorkammer vor der Ausdehnung.

Die mechanische Bewegung der zusammen angetriebenen Anordnungen dient zur Beeinflussung der Abmessungen und der Anordnungen des Heissgas-Einlasstores 31 und des Auslasstores 32 für das hochkomprimierte Gas. Das unmittelbare Ergebnis dieser koordinierten Bewegungen der genannten Anordnungen liegt im Ausgleich des Heissgas- Flusses durch das Tor 31 zur Heissgas- Kammer, sowie des komprimierten Kaltgases durch das Tor 32 in die Kammer 33 und in die Leitung 55» Die beweglichen Anordnungen ermöglichen ausserdem die Lageneinstellung der Stoss und/oder Ausdehnungsventile in bezug auf die Tore bei jsder Geschwindigkeit und bei jeder Temperatur des Heissgases innerhalb des Arbeitsvorganges der Vorrichtung.

Die Lagen der Blöcke 75, 76 und 77 der in Figur 3 dargestellten bevorzugten. Ausführungsform werden durch Hebel 82, 83 und 84 mechanisch gesteuert, dies in Verbindung mit Exzentern, Zahnradbahnen oder mit

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anderen, nicht dargestellten Mitteln. In jeder der in den Figuren 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungen, werden die Anordnungen auf einer Kreisbahn bewegt.

Ea i3t von Vorteil, wenn die Lagen der verschiedenen Toren, zwecks Arbeitens mit verschiedenen Geschwindigkeiten und Gaetemperatüren, abwechselnd durch Blöcke gesteuert werden können, welche derart ausgeführt sind, dass sich beide auf einer Kreisbahn, achaial oder radial in oder aus den verschiedenen Oeffnungen der Tore bewegen. Beide können aus einem einzigen bewegbaren Block bestehen, wobei die Kanten miteinander verbunden sind, oder es kann eine Mehrzahl solcher Blöcke vorgesehen sein, welche schrittweise die Lage der Kanten der Tore bestimmen können. Jeder der beschriebenen Blöcke kann Bewegungskomponente für mehr als eine Richtung aufweisen, beispielsweise in Kombination mit Umkreis- Achsial- und Radialbewegungen.

Bestimmte Formen von automatischen Steuerungen sind erwünscht, um die Bewegungen der Blöcke zu koordinieren, dies im Falle, so ein Motor beispielsweise in einem Strassenfahrzeug Verwendung findet, da der Mensch zu langsam reagiert, um getrennte Einstellungen der Tor- Blockvorrichtungen für jede der wechselnden Geschwindigkeiten, welche zur Führung eines Fahrzeuges durch den Verkehr erforderlich sind, vornehmen zu können. Die hauptsächliche Steuerung der Tor-Blöcke erfolgt durch die Motorgeschwindigkeit, so dass eine Servovorrichtung erforderlich ist, um eine feste Basislage für jeden Block in Funktion zu der Motorgeschwindigkeit einstellen zu können. Solche Systeme werden "Begleiter" oder Lageneineteller genannt und finden gewähnlich in Steuervorrichtungen für den industriellen Gebrauch Anwendung.

Abweichungen von der Basisvorrichtung können erforderlich sein, um eine Reihe von Temperaturen des hochverdichteten Heissgases ausgleichen zu können. Beispielsweise ist es empfehlenswert, dass eine Ausbildung der vorliegenden Vorrichtung unter Bedingungen verwendet

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werden kann, wo eine Reihe von Leistungsausgänge bei gewissen spezifischen Geschwindigkeitsvorrichtungen erwünscht sind. Der Wechsel im Leistungsausgang zu einer konstanten Geschwindigkeit wird durch Erhöhung oder Senkung der Temperatur und des Druckes des Heissgases 49 erhalten, das von der Hitzekammer 22 in den Rotor strömt« Das Strassenfahrzeug stellt wiederum ein gutes Beispiel einer solchen Lage dar. Der Temperaturkompensationsteil in der Steuervorrichtung kann in diesem Fall ausserdem die Lagen der Blöcke 75, 76 und 77 verändern, wie sie durch die Geschwindigkeitssteuerung bestimmt ist, derart, dass ein maximales Drehmoment bei einer gegebenen Heissgastemperatur erhalten wird.

Es ist festgestellt worden, dass die Lagen der in Figur 3 dargestellten Blöcke 75, 76 und 77, und in gleicher Weise die Lagen der Blöcke 78, 79 und 8o der Figur 4, ein annähernd lineares Verhältnis in bezug aufeinander haben, dies in Funktion zur Motorgeschwindigkeit» Konsequenterweise können die in Fig. 3 dargestellten Hebel 82, 83 und 84 oder die in Fig. 4 gezeigten ähnlichen Hebel 85, 86 und 87, welche die Blöcke bewegen, in vielen Fällen mechanisch miteinander verbunden sein, so dass durch die Wirkung eines einzigen Steuerelementes, beispielsweise ein hydraulisches - oder pneumatisches Zylinderelement (nicht gezeigt), oder eines ebenfalls nicht gezeigten Elektromotors, alle Blöcke auf Befehl der temperaturkompensierten Geschwindigkeitsregelung betätigt werden können.

Dies sind Anwendungen, welche eine Handsteuerung der Steuerblöcke ermöglichen, wobei jeder dieser Blöcke in Kombination miteinander oder aber einzeln wirksam sind, um die Leistung des Motors bei einer besonderen Geschwindigkeit zu optimieren. Die Lagen der in Fig. 3 gezeigten Blöcke 75, 76 und 77 ist derart gewählt, dass bei einer bestimmten Rotorgeschwindigkeit und einer bestimmten Temperatur, die Heiss-/Kaltgas- Trennwand 48 gegenüber dem Ausgang der Rotorkammer-Düse 38 zu lipgen kommt,, und zwar im Zeitpunkt oder nahe dieses Zeitpunktes, wo die Düse 38 gegenüber dem hinteren Teil des Kaltgas-

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Tores 32 liegt. Diese Lage der bewegbaren Blöcke verhindern den Ausfluss von Heissgas durch das Tor 32 in die hammer 33 und in die Leitung 55. Bei einigen Kombinationen von Rotorgeschwindigkeiten und Heissgastemperaturen, flieset nicht sämtliches, hochkomprimierte Kaltgas des Rotors in die Kammer 33 für das hochkomprimierte Kaltgas, sondern wird vom Rotor in den Ausdehnungsteil des Motors befördert. Biese Situation ergibt sich, wenn immer die Ausdehnungswanne 63-64, welche durch Schliessung des Tores 31 durch die Kante 88 dos Steuerblockes betätigt wird, Trennwände 48 kreuzt, bevor das Ende dem Kaltgastor 32 gegenübersteht.

In der in Fig. 3 dargestellten Vorrichtung, dient die Kante 89 des Steuerblockes 75 als Bezugskante, wobei die Kante 9o des Blocks 77 die vordere Kante des Tors 32 für das Kaltgas bildet und so ausgerichtet sein muss, dass sie das Kaltgas aufnehmen kann, welches zuvor durch das Stossventil 44 verdichtet worden ist, bevor die Stosswelle 5o mindestens das obere Ende der Rotorkammerdüse 38 erreicht hat* Unmittelbar darnach muss der Düsenausgang dem Tor 32 für das hoohkomprimierte Gas gegenübergestellt werden, da die Rückstosswelle 51 das Kaltgas nicht auf den maximalen, vertragbaren Druck komprimiert hat, dies mit Hilfe höchster Motorleistung. Das komprimierte Kaltgas dent sich nun durch die Rotorkammerdüse, fliesst durch das Tor 32 und strömt in die Kammer 33 für das Kaltgas und durch die Leitung 55» wo es schlussendlich in die Hitzekammer 22 gelangt.

Es ist ersichtlich, dass die Funktion dieses erläuterten Steuerblockea. darin besteht, die vordere und die hintere Kante der Tore 31 und 32 derart einzustellen, dass die Regelung der Stosswelle 5o, der RUckschlagwelle 51 und der Heiss/Kaltgas- Trennwand 48 im wesentlichen dieselbe ist, wie dies in der Figur 2 für alle Kombinationen von Rotorgeschwindigkeiten und Heissgastemperaturen gezeigt ist, so dass der Motor mit dem grösstmöglichen Wirkungsgrad bei allen Geschwindigkeiten und Belastungen arbeiten kann. Die Lage der Steuerblöcke gewährleistet eine minimale Mischung des Heise- und Kaltgases mit-

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einander, dies innerhalb der Rotorkammern oder in der Kammer 33 für das komprimierte Kaltgas„ Demzufolge wird durch die Lage der Blöcke ein hoher Wirkungsgrad des Motors bei einer weiten Reihe von Geschwindigkeiten ermöglicht, innerhalb welcher die Steuerung der Stοssweile 5o, der Rückstosswelle 51 und der HeisVKaltgas- Trennwand 4o aufrechterhalten werden kann.

Zum Erreichen des maximalen Wirkungsgrades in bezug auf die mechanische Ausbildung, können ähnliche bewegbare Blöcke an der vorderen und hinteren Kante aller Einlass- und Auslasstore angeordnet werdeno Beispielsweise kann ein solcher bewegbarer Block (nicht dargestellt) am hinteren Ende des Auslasstores 19 oder am hinteren Ende des Einlasstores 12 mit den Oeffnungen 14, oder am hinteren Ende dieser beiden zum Einstellen der relativen Lage des Stossventils 44 benutzt werden, so dass ein Rückfluss in die Einlasskammer erfolgt. Ein ähnlicher Block, der an der hinteren Kante des Einlasstores 12 mit den Oeffnungen 14 angeordnet ist, kann eine Flexibilität in bezug auf die Steuerung des Reinigungsvorganges bewirken, wobei die Kalt-/Heissgas-Trennwand 42 früher oder später im Arbeitszyklus betätigt wird, wodurch eine Ueberreinigung (zu starker Fluss von Kaltgas im Einlass) oder eine Unterreinigung (Versäumnis des Ausstossens aller Abgase durch das Au_Si_asstor 19) verhindert wird.

In solcher Vorrichtungen, in denen die Statorabmessungen genügend Raum für ihre Einschliessung aufweisen, können solche bewegbare Blöcke an den Vorder- und Hinterkanten der Heissgas- Ausdehnungstore 34E, 35E, 36E und 37E, an den Wiedereintrittstoren 34R, 35R, 36R und 37R und an den Vorder- und Hinterenden des Auslasstores 19 vorgesehen sein, welche eine wählbare Steuerung des Heissgasflusses während der Ausdehnungsphase ermöglichen, um den Ausdehnungsprozess über eine weite Reihe von Rotorgeschwindigkeiten und Gastemperaturen durchführen zu können. Die Blöcke in den Wiedereintritttoren, in den Ausdehnungstoren und in den Toren 12 und 19 sind nicht dargestellt, da ihre Aus- ■ bildung und ihre Funktion dieselbe ist, wie diejenige der in den

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Toren 31 und 32 gezeigten Blöcke.

In den Figuren 3 und 4 sind zwei Extremlagen der Steuerblöcke dargestellt, wobei die eine, mit ausgezogenen Linien gezeigte Lage, die Einrichtung für die niedrigste und Leerlaufgeschwindigkeit zeigt. In diesen beiden Vorrichtungen werden die Blöcke auf einer Kreisbahn bewegt, wobei die Stellung jedes Blockes kontinuierlich zwischen zwei Extremlagen veränderbar ist. Die in den Figuren 3 und 4 dargestellten Lagen sind lediglich approximativ, sie stellen jedoch die Reihe von erforderlichen Bewegungen in bezug auf die Abmessung der Tore 31 und 32 für das Heise- bzw. Kaltgas dar. Während des Startvorganges, befinden sich die in der Figur 3 dargestellten Blöcke 75» 76 und 78 (oder die in der Figur 4 dargestellten Blöcke 78, 79 und 8o) in der Lage für die niedrige Geschwindigkeit, wie sie in gestrichelten Linien gezeigt ist.

Die Kante 89 des Blocks 75 in einer in Figur 3 dargestellten bevorzugten Ausführungsform, kann als Bezug3kante zum Starten der Stossvelle 5o und der Trennwand 48 ausgebildet sein. Dementsprechend kann die feste ^Aante des Tores 31 in der in Figur 4 dargestellten weiteren Ausbildung dem gleich Zwecke dienen. Es ist ersichtlich, dass im Verdichtungsvorgang die relative Lage der Blocktore in bezug aufeinander wichtig ist, so dass die Wahl derselben, wenn alle vier Kanten der Tore 31 und 32 mit Hilfe besonderer Motoren festgelegt ist, im wesentlichen von der mechanischen Ausbildung des Motorea abhängig ist.

Die in der Figur 3 dargestellte Steuerblockanordnung benutzt drei Blöcke, obschon einer derselben, der Block 76 an der Hinterkante dee Tores 31, um einen sehr kleinen Betrag in bezug auf die Bewegung der übrigen Blöcke 75 und 77 bewegt wird. Dadurch kann es möglich sein, diesen Block 76 in einer einfacheren Ausführung wegzulassen, wobei allerdings gewisse Abstriche in bezug auf die Leistung in Kauf genommen werden müssen.

In diesem Falle kann die Hinterkante des Tores 31 als Bezugakante 309817/0787

für die Lagebestimmung der anderen Blöcke dienen.

Es ist nicht ausgeschlossen, dass eine festgelegte Bezugskante für den Arbeitsablauf des Motors erforderlich isto Es ist denkbar, dass vier Steuerblöcke Verwendung finden können, welche die Lagen der Vorder- und Hinterkanten beider Tore 31 und 32 bestimmen können. In einem solchen Falle ist eine Bezugslage für jeden Block erforderlich, dies "bei bestimmten Geschwindigkeiten und Heissgastemperaturen, welche an einem Abgangspunkt für alle aufeinanderfolgenden Bewegungen auftreten, die von der Steueranorndung verlangt werden, während der Motor arbeitet, .

Alle vorhergehenden .-. .aführungen in bezug auf den Motor betrafen Arbeitsvorgägne mit bestimmten Geschwindigkeiten, sowie Antriebsvorrichtungen innerhalb bestimmter Grenzen. In allen Fällen wurde angenommen, dass die Gleichgewichtsbedingungen in der Niederdruck- KaItgaskammer 11, in der Hitzekammer 22 und in der Hochdruck- Kaltgaskammer 33» sowie in der Auslasskammer 2o erfüllt sind* Einmal wird das Gleichgewicht bezüglich des Druckes und der Temperatur des Gases in diesen Kammern erreicht und die Lagen der Steuerblöcke sind bestimmt, wobei der Motor in der vorbeschriebenen Weise arbeitet. Dennoch sind Uebergangslagen während Abschnitten vorhanden, in denen die Geschwindigkeit oder die Antriebskraft (oder beides zus ,Timen) wechselt. Während diesen Uebergangslagen ist die Temperatur und der Druck der Gase in den Kammern nicht in einer Gleichgewichtslage.

Wenn angenommen wird, dass der Motor mit gleichmässiger Geschwindigkeit dreht unter gleichmässiger Kraftabgabe, und das Hitze plötzlich zugeführt wird (beispielsweise durch Erhöhung der Brennstoffzufuhr), ergeben sich einige labile Bedingungen: 1, die Gastemperatur in der Hitzekammer 22 steigt an und Verdichtungswannen werden auf und abbewegt. Dadurch wird der Druck des in der Hitzekammer 22, im Tor 31» im Tor 32 für das verdichtete Gas und in der Kammer 33» sowie im Innern der Rotorkammern fliessenden Gases erhöht. 2. Dieser Druckanstieg vergrössert die Stossvelle5o und die Rückachlagwelle 51» wel-

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ehe das Kaltgas in den Rotorkammern auf einen höheren Druck verdien- j

ten und bewirken, dass die Heiss-ZKaltgas- Trennwand 48 langsamer ·,

bewegt wird. 3. Der Druck der Heiasgase 49 und 54 und der Kalt- f

gase 52 und 53 in den ausgelegten Rotorkammern 18 des Rotors 1? steigt /

an, das Drehmoment nimmt infolge der höheren Geschwindigkeit des durch <

die Düsen 38 ausfliessenden Gases ebenfalls su und die Rotorgeschwin- · digkeit hat die Tendenz anzusteigen, wenn eine neue Gleichgewichtebedingung in bezug auf die eingegebene Hitze und die unterbelastung

erreicht ist. ■'

Die Bedingungen in der Hitzekammer, in der Kaltgaskammer und in \

den ausgelegten Rotorkammern kann in analoger Weise umschrieben ₍ ^!

werden, wie im Falle, wo der Kotor mit festgelegter Geschwindigkeit !

und Ausgangsleistung arbeitet, wobei ein plötzlicher Rückgang der [ Hitzezuführung (beispielsweise durch Verminderung der Brennatoffzuruhr)

zur Hitzekammer 22 registriert wird. Die momentanen unstabilen Logen» ^:

welche infolge der reduzierten Hitzezuführung bewirkt wird, führt zu ' der folgenden Ereigniskette: 1. Ausdehnungsventile in der Hitsekammer werden auf- und abbewegt, wobei der Druck des umlaufenden Flusses

abnimmt, welcher in der Hitzekammer 22, in dem Heise- und Kaltgastor !

31 bzw. 32, in der Kaltgaskammer 33 und in der Leitung 55t sowie In '

den ausgelegten Rotorkammern 18 strömt. 2. Diese Druckverminderung \

bewirkt eine Abnahme der der Stosswelle 5o und der Rückschlagwelle 51 ;

zugeführten Kraft, sowie ein Rückgang des Druckes der beiden Heise- \ gase 49 und 54 und der Kaltgase 52 und 53 In den Rotorkammern, wobei

die Geschwindigkeit der Trennwand 48 entsprechend reduziert wird. !

3* Der reduzierte Druck und die verringerte Temperatur der Heissgase j

bewirkt eine Verminderung der Geschwindigkeit des ausflieasenden ♦

Gases und eine Verringerung des abgegebenen Drehmomentes. Auf diese j Weise kommt die Rotorgeschwindigkeit ab bis eine neue Gleichgewichts- j

lage in bezug auf die eingegebene Hitze und die gewählte HotorbelAstung ■

erreicht ist. '

Die vorliegende Vorrichtung arbeitet in der anhand der Figur 2 erläu- ί

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terten Weise, unabhängig davon, ob die bewegbaren Blöcke selbständige Einheiten sind oder nicht. Wenn diese nicht selbständige Einheiten bilden, kann allerdings der Motor nicht mit optimaler Leistung betrieben werden. Wenn der Motor beispielsweise langsam arbeitet und die Brennstoffzufuhr nicht zunimmt, wird eine bestimmte verdichtete Heissgasmenge 54 aus der Kammer 33 ausgeschieden. In einer gewissermassen ähnlicher Weise wird, wenn der Motor infolge einer Reduzierung der Belastung schneller arbeitet, die Brennstoffzufuhr konstand beibehalten wird und die Blöcke nicht abgezogen werden, eine bestimmte verdichtete Kaltgasmenge in das Einlasstor 34B gepumpt. Bei diesen oder ähnlichen Umständen (oder anderen Kombination bezüglich Temperatur und Brennstoffzufuhr) wird die oben Umschriebene Vorrichtung mit den vorbeschriebenen Druck- und Reaktionsprinzipen gut arbeiten. Die spezifischen Werte der Vorrichtungsparameter werden nicht fortgesetzt, da sie verschiedene Werte aufweisen können, je nach der speziellen Verwendung der vorliegenden Vorrichtung, wobei die speziellen Abmessungen entsprechend veränderbar sind. Bin Satz von möglichen Werten wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen angeführt.

Für eine verhältnismässig kleine Turbine, welche mit 217 ft/sec bis Io5o ft/sec mit einem bestimmten Punkt von 866 ft/sec arbeitet, wird die Geschwindigkeit längs der Neigungslinie der Rotorblätter gemessen. Unter Bezugnahme auf die Figur 6, können folgende Abmessungen Verwendung finden:

Durchmesser des Rotors, kreuzweise über die Höhe der Blätter 14.oo inches Höhe der Blätter und der Tore l.oo "

Querschnitt der Rotorkammer o,3o square "

Querschnitt der Düsen - 0.15 " "

Tor 12 (Längsneigungslinie) 4.32 "

" 31 ." (minimale Oeffnung:o.55 inches 1.8o " Wand 6o " 2.24 . "

Tor 34 R 0.66 "

Wand 68 " 1.39 ^: "

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(Längsneigungslinie) inches

Tor 35 R " 1.56 "

Wand 71 " 1-59

Tor 37 R " 2.76 "

Wand 92 " l.lo "

Tor 32 " (minimale Oeffnung o.4o inches) 1.52 "

Wand 93 " 0.25 "

Tor 34 E " 0.66 "

Wand 94 " 0.19

Tor 35 E " 1.56 "

Wand 95 " o.l9 "

Tor 37 E " 2.76 ·

Wand 96 " 0.19 "

Tor 19 " 7.56 "

Eingangswinkel der Rotorblätter„ auf der Rotationsebene gemessen 4o Grad Ausgangswinkel der Blätter (konvergierende Düsen), auf der

Rotationsebene gemessen 2o Grad

Eine der wichtigsten Gründe zur optimalen Summierung der bewegbaren Blöcke an den vorderen und hinteren Rändern der Einlasstore 12, 31 34R, 35R, 36R und 37R, wie auch an den vorderen und hinteren Rändern der Auslasstore 19, 32, 34E, 35E, 36E und 37E ist die Erleichterung des Stratvorgangea der voliegenden Vorrichtung bei einer sehr kleinen Geschwindigkeit, dies im wesentlichen unterhalb einer bestimmten Geschwindigkeitsgrenze. Beispielsweise müssen zum Betätigen der Stosawelle die beweglichen Blöcke 75, 76 und 77 (Fig. 3) und 78, 79 und 8o (Fig. 4) in die beschriebene Lage für niedrige Geschwindigkeiten gebracht werden, wie dies vorstehend umschrieben und in der Zeichnung dargestellt ist. Zum Betätigen dieses Systems wird einem Lagertank 59 (vgl. Fig. 4), welcher das hochverdichtete Gas enthält, Energie entnommen, das zuvor aus der Kaltgasleitung 55 über ein Haupt- oder Prüfventil 57 und einer Leitung 58 entnommen worden ist, möglicherweise mit einer Zusatzverdichtung durch einen Neben- Kompressor 97. Bei einem "Offenzyklus- System" mit einer Verbrennungs- Hitzekamner, oder

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andere "Offenzjklias- Systeme" olme eine derartige Hitzekammer, enthält der Lagertank normalerweise komprimierte Luft. Bei geschlossenen Systemen ohne VerbrearasBigs- Mtzequelle, enthält der Lagertank das während des Arbeitsvorganges der Vorrichtung zirkulierende Gas. In der vorliegendem Vorrichtung wird das verdichtete Kaltgas im lagertank 59 durch das Startventil 98 entlassen und fliesst durch die Leitung 99 zum Bruekregulierer loo, der das Kaltgas unter gleichbleibendem Brack während eines kurzen Zeitabschnittes entlässt, welcher Zeitabschnitt jgeiäägt, um die Vorrichtung zu betätigen. Eine Oeffnung kann zsm Einstellen des Druckes wahrend annähernd der ganzen Startoperation verwendet werden, wobei der Druck quer but Oeffnung den Gasfluss derart drosselt, dass eine angemessene Druckregulierung erfolgt. Der äruckregulierte Kaltgaafluss zum Tank 59 geht über die Leitung 55 in den Raum zwischen der Zündungsvorrichtung 25 und der Breimstoff zufuhrvorrichtung 24. Der Startgasfluss strömt durch das Prüf ventil lol, das durch die in der Figur 4 punktiert dargestellte Blocklage über eine Steuerorgan 26 angetrieben ist. Obschon dies aus der Zeichnung nicht hervorgeht, ist verständlich, dass Brennstoff alt Hilfe des Steuerorganes 26 unter Brück durch den Brennstoffeinspritzer 24 geführt wird. Die Zündungsflamme Io2 wird in der Hitzekamer erzeugt und zwar in der Nähe des Brennstoffeinspritzers 24. Ber Brennstoff wird unter Druck eingespritzt, der genügend gross ist um den Brennstoff in kleinen Tröpfchen zerstäuben zu können. Wenn die Zündungsflamme Io2 sich auf den vom Brennstoffeinspritzer 24 eingespritzten Brennstoff ausgebreitet und sich mit der vom Lagertank 59 kommenden, verdichteten Luft vermischt hat, wird durch kontinuierliche Verbrennung eine Menge hochverdichteten Heisagas in der Hitzekammer 22 erzeugt. Im Falle einer Hitzequelle ohne Verbrennung, ist kein Zündungsorgan erforderlich und das verdichtete Gas fliesst unmittelbar zu der Hitzequelle der Hitzekammer 22, wobei eine Menge hochverdichteten Heissgas erzeugt wird» Das hochverdichtete Heissgas fliesst von der Hitzekammer 22 durch das Heissgae- Tor 31, wo es auf die Rotorblätter 27 auftrifft und eine Dehnung des So tors 17 bewirkt. Die Drehung des Eo tore 17 und die

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MO

entsprechende Betätigung dee Gebläses 15 leiten das Kaltgas 47 durch die Einlasskammer 11, durch das Kaltgas- Tor 12 und dann in die Rotorkaaanern 18, wobei alle Abgase ausgeschieden werden. Die Rotordrehung bewirkt die Schliessung der Auslassdüsen 38 (oder 4o), wobei das einströmende Gas aufgehalten und die Stosswelle 44 erzeugt wird (ursprünglich schwach, dann während des Startvorganges stärker), wie dies vorstehend anhand der Figur 2 umschrieben norden ist. Die Weiterdrehung des Rotors bewirkt eine Gegenüberstellung des Kaltgases in der Rotorkammern mit dem Heissgas 49 von der Hitzekammer, wobei eine Heiasgas/Kaltgas- Trennwand 48 (Fig. 2) geschaffen wird. Me Stosswelle 5o wird erzeugt und verdichtet, wie dies vorstehend umschrieben worden ist, das Kaltgas 52. Durch den Heissgasfluss 49, der auf die Rotorblätter 27 auftrifft, nimmt die Drehgeschwindigkeit des Rotors zu und die Reaktion des durch die Düsen 38 und durch das Tor 32 der Kammer 33 fliessenden verdichteten Gases nimmt ebenfalle zu. Gleichzeitig wird die Rückstosswelle 51 erzeugt und der Druck des verdichteten Kaltgases 53 nimmt zu, wobei der Druck schnell einen höheren Wert erreicht als derjenige des verdichteten Kaltgases 53 in der Hitzekammer 22. Die verdichteten Kaltgase strömen durch das Tor 32, durchfliessen die Kammer 33 und die Leitung 55 (vgl. Fig. 4) und gelangen in das Prüfventil lol. Wenn der Druck des verdichteten Kaltgases genügend hoch ist, bewegt sich das Schwingventil lol von der geschlossenen Startlage (punktiert eingezeichnet) in die offene Lage (mit ausgezogener Linie dargestellt), wobei ein freier Fluss des verdichteten Kaltgases 53 von dem Auslasetor 32 für das verdichtete Kaltgas durch die Kammer 33 und die Leitung 55 zurück in die Hitzekammer 22 ermöglicht wird. Die Verwendung eines Prüfventils lol stellt lediglich ein Ausführungsbeispiel dar, da andere entsprechende Mittel zur Rückführung des Gasflusses Verwendung finden können. Wenn das Prüfventil geöffnet ist und das verdichtete Kaltgae 53 in die Hitzekammer 22 strömen kann, beginnt der Startvorgang und die Geschwindigkeit des Rotors 17 nimmt zu, obwohl durch die niedrige Geschwindigkeit die Vorrichtung in diesem Zeitpunkt nicht mit optimaler Arbeitsleistung arbeitet. Wenn die Geschwindigkeit des Rotors

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zunimmt, werden die Blöcke (75, 76, 77 (Fig. 3.) oder 78, 79 und 8o (Fig. 4) ausgerichtet, wobei die Oeffnungen der Tore 31 und 32 grosser werden Die Geschwindigkeitserhöhung der Vorrichtung auf einen vorbestimmten Wert wird durch die Bewegung der Blöcke in die in Figur 4 ■ mit ausgezogenen Strichen dargestellte Lage erzielt. Darnach wird der Motor mit Hilfe der verdichteten Luft (oder andere Gase) gestartet, . welcher vorher im Tank 59 gespeichert war und vor dem Startvorgang in der Hitzekammer 22 erhitzt worden ist. Während des Startvorganges ist der Wirkungsgrad des Motors klein, verbessert sich jedoch später auf das Maximum.

Ein zweiter Vorgang bewirkt die Nachfüllung des Tankes 59 mit verdichtetem Kaltgas. Zur Verdichtung enthält der Lagertank normalerweise Gas, dessen Druck über dem Maximaldrück liegt, der beim Arbeiten des Rückstossventils erzeugt wird. Beim Startvorgang kann der Druck des im Lagertank 59 befindlichen, verdichteten Gases unterhalb des Druckes des kalten Arbeitsgases 53 sinken. Prüfventile 57 verhindern ein Fliessen des Gases vom Lagertank 59 in die Leitung 55. Wenn der Druck in der Leitung 55 den Druck im Lagertank überschreitet, öffnet sich das Ventil 57 und ermöglicht einen, begrenzten Fluss von verdien« teten Kaltgas 53 in den Lagertank 59, derrart, dass der Betrag an verdichtetem Gas, das während des Startvorganges verwendet worden ist, wieder aufgefüllt wird. Wenn die Drücke des Gase in der Leitung 55 und im Lagertank 59 gleich gross sind, schliesst sich das Ventil 57· Wenn die Lagerung zusätzlichen Gases erwünscht ist, das höher verdichtet ist, als dasjenige in der Kaltgaskammer 33s und für folgend© Startvorgänge benutzt werden so3,l, kann ein zusätzlicher Kompressor 97 Verwendung finden. Dieser zusätzliche Kompressor 97 kann auch sur Wiederauffüllung des Lagertankes 59 benutzt werden, dies in sinea Zeitpunkt, wo die vorliegende Vorrichtung nicht arbeitet.

Es 13t zu bemerken, dass in den in Figur 4 dargestellten Vorrichtung wahlweise drehbare Flügel 13 verwendet werden können. Die zur Vor-» Drehung dienenden Flügel im Einlasstor 12 gewährleisten di© Flexibilität des Einlasswinkels für das Kaltgas 47 der Kammer 11„ di© für,,&i©

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meisten wirkungsvollen Vorgänge bei allen Geschwindigkeiten erforderlich ist, inklusive Stillstand und Start. Wenn die Flügel richtig eingestellt sind, tritt die in die Rotorkammer einströmende Kaltluft unter einem solchen Winkel ein, welcher der gewählten Geschwindigkeit des Rotors entspricht und relativ zu der Geschwindigkeit der Abgase in der Rotorkammer gewählt ist. Wenn die Flügel die in der Fig. 4 dargestellten Lagen einnehmen, weist das einströmende Gas eine Komponente in Richtung der Drehbewegung des Rotors auf, bei welcher die relative Geschwindigkeit dea Gases in der Rotorkammer etwas kleiner ist, als diejenige des Rotors. Der Betrag der Vordrehung der in die Kammer 11 einströmenden Gase ist derart, dass eine relative Geschwindigkeit in den Rotorkammern erzeugt wird, welche gerade derjenigen des Heissgases im Rotor entspricht. In diesem Fall werden keine Stosswellen oder Ausdehnungswellen durch die Trennwand 42 erzeugt.

Obwohl dies in der Zeichnung nicht dargestellt ist, kann der Motor auch durch unmittelbai'es Ankurbeln (oder Drehen) des Rotors mit Hilfe von mechanischen Mitteln gestartet werden, od.er mittels eines Elektromotors, wobei die Blätteranordnung am Rotor derart gewählt ist, dass Gas durch die aus der Iloissgaskammer 22, dein Rotor 17» der Kaltgaskammer 33 und der Leitung 55 gebildeten Schleife strömt. Diese Strömung muss in der gleichen Richtung erfolgen, wie die übliche Richtung des Arbeitsluoses. Sine solche Gasströmung kann nur erreicht werden, wenn das Gas,das den Rotor durch dio Düsen 38 verlässt, eine grössere tangentiale Geschwindigkeitskomponente in der Drehrichtung aufweist, als dies beim Einlass in den Rotor von der Heissgaskammer 22 her der Fall igt. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, kann der Rotor durch die Gaszirkulation keine positive Arbeit leisten und auf diese Weise ergibt sich keinen Druckzuwachs in der Kaltgaskammer 32 der grosser ist als derjenige in der Heissgaskammer 22.

Der propßllerförmige Rotortyp mit achsialer Flussrichtung, wia er in den Figuren 1, 2, 3 und 4 dargestellt ist, kann die erforderlichen Bedingungen zum Erzeugen des vorgenannten Gasflusses in der genannten Schleife nicht aufbringen; so dass es unmöglich ist, einen Motor mit

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einem solchen Rotortyp mittels direkter mechanischer Ankurbelung zu starten, während ein Motor mit einem spiralförmigen oder schraubenförmigen Rotortyp und radialem Fluss, oder einer entsprechenden radialem Fluss, oder einer entsprechenden radialen Flusskomponente im Rotor, mit den genannten Mitteln ohne weiteres gestartet werden kann, vorausgesetzt, dass die tangentiale Gasgeschwindigkeit am Auslass des Rotors grosser ist, als an dessen Einlass, Demgemass verwenden der in Fig. 7 dargestellte propellerförmige Rotor und der spiralförmige Rotor gesäss Fig. 9 einen radialen Gasausfluss, der als Komponente in einem Motor mit mechanischer Ankurbelung für den Startvorgang Verwendung finden l· vci*

Es versteht sich, dass geometrische Einschränkungen in bezug auf den Querschnitt der Düsendurchgänge 38 (oder Verengung 39) am Einlass der Rotorkammer gegeben sind, um eine dem Rotor eigene gleichmässige Rotation zu erteilen· Diese Massnahme ist in der technischen Literatur im Zusammenhang mit der Ausbildung von Turbomaschinen behandelt.

Bei der mechanischen Startankurbelung wird der Umlauf des Gases stabilisiert; das Gas kann in der Kammer 22 erhitzt werden, dies durch Einspritzung und Verbrennung eines Brennstoffes, oder durch andere . Mittel, im Falle eines Motor mit entsprechend ausgebildetem spiral- oder propellerförmigen Rotor, aber mit anderen Eigenschaften, ähnlich wie dies in der Figur 4 dargestellt ist. In diesem Punkt erzeugt das Heiasgas die erforderliche Zusatzenergie zur Beschleunigung des Rotors auf eine stabile Drehgeschwindigkeit, und eine mechanische Ankurbelung kann unterlassen werden, da der Rotor kein genügend grosser Drehmoment (oder Kraft) zur Unterstützung dieses Vorganges erzeugt.

In beiden, in den Figuren 3 und 4 dargestellten und in der Beschreibung erläuterten Ausführungsformen, kann die Zwischenstellungen der beweglichen Blöcke und Wannen zur Erhaltung einer maximalen Wirkung bei Zwischengeschwindigkeiten dienen. Für eine automatischen Ausgleich

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der beweglichen Blöcke und der Vordrehungswannen, sind hydraulische, pneumatische, elektrische oder andere Mittel vorgesehen, welche die beweglichen Hocke unmittelbar oder durch ein mechanisches Glied, leiiipielöwüiije eine Kurbel, eine Welle oder Exzentervorrichtungen, wie sie mit 82, 83 und "04 in der Figur 3 oder mit 85, 86 und 87 in den Figuren 1 und 4 bezeichnet sind, in ihre Lage einstellen. Das Gliederwerk im automatischen Steuerwerk dieser Blöcke ist nicht dargestellt, da irgendwelche, an nich bekannte Ausbildungen zur autonutir.chon Bewegung der Kurbel, des Schaftes und der Exzentervorrichtungen Verwendung finden können. Diese automatische Bewegungseinrichtung bildet auch nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Hingegen sind die beweglichen Blöcke und die durch diese erzielbaren Resultate als zur Erfindung gehörend zu betrachten.

Es kann wünschenswert sein, die Oberreinigung wegzulassen, welche bei niedrigen Geschwindigkeiten auftritt, mit der Inkaufnahme eines Verlustes an zusätzlicher Kaltgasförderung in die Rotorkammern durch die Rotorkiimmerdüsen 38 und durch das Auslasstor 19. Wenn,das KaItgasgobläso 15 mechanisch, durch einen Rotor 17 oder durch andere Mittel angetrieben wird, dies mit einer zur Rotorgeschwindigkeit proportionalen Geschwindigkeit, ist die Geschwindigkeit des Kaltgaseinlasses 47 durch die Einlasskammer 11, durch die Rotorkammern 18 und durcli die Hotordüsen 38 (oder 41) annähernd proportional zu der Rotorgeschwindigkeit. Die verbleibenden Heisagase werden in die Auslaankammor 2o befördert, bewirkt durch das Fliessen von Kaltgas von dor Hinla:j;;kammer 11, wobei die Geschwindigkeit dieser Strömung ebenfalls annähernd proportional zu der Rotorgeschwindigkeit ist. Deshalb können in dieser einfachen Anordnung, wo die Geschwindigkeit des Gebläses proportional zu der Rotorgeschwindigkeit ist, die vorderen und hinteren Ränder des Auslasstores 19 fest angeordnet (also nicht einstellbar) sein, ohne nennenswerte Verluste an Wirkung bei verschiedenen Geschwindigkeiten in Kauf nehmen zu müssen. Allerdings, im Falle eineο übergeladenen Typs, bei welchem die Gebläsegeschwindigkeit nicht iraraer proportional zu der Rotorgeschvindigkeit ist, ist

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es erforderlich, einen einstellbaren hinteren Rand im Auslasator 19 vorzusehen. Für jede gegebene Rotorgeschwindigkeit wird dieser bewegliche Block bei hohen Gebläsegeschwindigkeiten vorwärts und bei niedrigen Gebläsegeschwindigkeiten rückwärts bewegt.

Dir Figuren 7(A - C), 8 ( A - C) und 9 U - C) zeigen eine Anzahl Ausbildungen von geometrischen Formen der Rotorblätter und von geometrischen Formen für die Rotorkammern, welche zwischen den genannten Blättern geformt werden. In den Figuren 7 (A - C) sind zwei propellerförmige Blätter dargestellt, welche einen axialen- Fluss des Arbeitsgases ermöglichen. Die in den Figuren 1 bis 6 dargestellte Blattausbildung ist ähnlicher Art. In den Figuren 8 (A - C) sind die Blätter ■ und daher auch die Rotorkammem propellerförmig ausgebildet und ermöglichen einen Fluss mit axialen und radialen Komponenten. Die radiale Komponente kann nach innen oder nach aussen gerichtet sein, je nach der Wahl der bestimmten oder resultierenden Flussrichtung. Die Figuren 9 (A-. C) zeigen Rotorblätter, sowie Rotorkammern, welche spiralförmig ausgebildet sind und eine radiale Flussrichtung ermöglichen, die nach unten gegen die Rotationsachse oder unmittelbar von dieser Rotationsachse weg gerichtet ist, je nach der bestimmten oder resultierenden Flussrichtung. Dies sind die möglichen Rotorausführungen, die je nach der vorgesehenen Verwendung, unter Anwendung der verschiedenen geometrischen Formen, gewählt werden.

Schlussendlich zeigen die Figuren HA bis HF, sowie die Figuren HA, HC und HE Einlasstore für verschiedene Anordnungen, während die Figuren HB» HD und HF die dazugehörenden Auslass tore darstellen. Die in den Figuren HA und HB gezeigten Einlass- und Auslasstore sind für eine einfache Sektoranordnung bestimmt, wie sie oben beschrieben worden ist und drei Wiedereintrittsphasen erfordert. Die numefierten Teile der Figuren HA und HB sind die gleichen, wie sie in den Figuren 1 bis 6 dargestellt sind. Die in den Figuren HC und HD gezeigten Rotanordnungen sind für eine Vorrichtung bestimmt, welche drei Sektoren pro Umlauf aufweist und welche drei Wiedereintrittskanäle

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pro Sektor erfordert. Es ist zu bemerken, dass die in den Figuren HC und HD gezeigte Anordnung von drei Arbeitsselctoren symmetrisch ist, so dass eine gleichmässige Verteilung der Vorgänge auf die Rotationsachse erfolgt. Die in den Figuren ILA und HB (einfacher Sektor) sowie in den Figuren HE und HF gezeigten Anordnungen sind für asymmetrioche Vorrichtungen bestimmt. Eine symmetrische Anordnung in bezug auf die Ratationsachse ist für alle Vorrichtungen anwendbar, welche mindestens zwei Sektoren aufweisen. Dennoch iat eine überlegte Wahl einer asymmetrischen Anordnung der Sektoren (mindestens ein Sektor) bei einer Vorrichtung erforderlich, um die asymmetrische Kräfte vollständig oder teilweise auf die Welle der Vorrichtung zu verteilen, welche Kräfte von äusseren mechanischen Drehverbindungen, wie Räder, Ketten, Scheiben oder Riemen, erzeugt werden. Die Bezugsziffern für die entsprechenden Teile in den Figuren 11B und HF sind dieselben, wie in den vorher erwähnten Figuren.

Die Arbeit des Rotors dieses Integral- Turbo- Kompressors, wie er vorstehend umschrieben worden ist, unterscheidet sich wensentlich von derjenigen einer konventionellen Turbine. Jede Rotorkammer 18 dieser Vorrichtung vollführt aufeinanderfolgende Funktionaechritte, wobei einige derselben (ausgenommen die Verbrennung) analog zu denjenigen eines Kolbentyps mit innerer Verbrennung sind. Die RHwn» zwischen den Blättern einer konventionellen Turbine dienen . · Steuerung des Flusses und der Ausdehnung des Arbeitagases. Die vorliegende Vorrichtung unterscheidet sich merklich von einem Kolbentyp mit innerer Verbrennung, und zwar dadurch, dass sie keine wechselseitigen Teile, keine Wannen und keine intermittierende Zündung oder Brennstoffeinspritzmittel aufweist. Anstelle ergänzender Funktionen dieser komplexen Vorrichtung, sind zeitlich gesteuerte Verschlüsse von den Rotorkanniern 10 zu den Einlasstoren 12, 31, 34R, 35R, 36R 37R und zu den Auala3storen 19, 32, 34E, 35E, 36E und 37E vorgesehen. Die Funktionen werden in abhängigkeit der Umdrehung des Rotors 17 erfüllt, unter Erzeugung von Stosswellen 44, 5o und Rückschlagwellen 51, AuadernungHW'jllen, zurückgeworfene Ausdehnungawellen, sowie

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Ein- und Ausflüese in einer angepassten Sequenz, um den verdichteten Kaltgas- Zustrom in der Iützekammer (oder Verbrennungskammer) aufrecht zu halten und zur Erzeugung eines Drelimomentes mit einer genügenden Ausdehnung von Heissgas in der Hitze- oder Verbrennungskammer, Die-, ser Integral- !Turbo- Kompressor gleicht äusserlich einer konventionollen Gasturbine, in welcher die Rotorkammern, ungeachtet der verschiedenen komplexen inneren Funktionen, zusammen einen sicheren und wirkungsvollen Ausdelmung des Heissgase3 bewirken» Die effindungsgemässe Vorrichtung unterscheidet sich im weiteren von den konventionellen Gasturbinen dadurch, dass der Rotor abwechselnd verdichtete und ausgedehnte Fhas; ι zur Ausübung beider Funktionen, nämlich der Verdichtung' und der Ausdehnung, benutzt, dies innerhalb der gleichen Rotorkammer. Durch diese abwechselnden Phasen kann dieser Integral-" Turbo- Kompressor, insbesondere in der Ausführung mit beweglichen Blöcken, wie dies in den Figuren 3 und 4 dargestellt ist, und mit drehbaren Vor- DrehungBwannen, mit guter Wirksamkeit innerhalb eines weiten Bereiches von verschiedenen Geschwindigkeiten arbeiten. Wenn an der Hitzequelle Brennstoff Verwendung findet, kann eine stabile Verbrennung (ohne Ueberladung) aufrechterhalten werden, dies bei geringen Geschwindigkeiten und mit niedrigem Brennstoffverbrauch, wobei eine substantielle Kraft (Welle, Schub oder Verdichtung) unterhalb einer relativ niedrigen Leerlaufgeschwindigkeiten erzeugt werden kann.

Hauptvorteile der vorliegenden Vorrichtung liegen in der abwechselnden Verwendung der Rotorkammern für beide Kaltgasverdichtungen und Heissgasausdehnungen. Stossverdichtungen, welche unmittelbar Stosswellen 44, 5o und die reflektierenden Stosswellen 51 der Rotordüsen-Verengung benutzen, ermöglichen die Erzielung eines hohen Verdichtungsverhältnisses, sowie hohe dynamische Wirkungen, ohne grosse Abmessungen und grosses Gewicht, ohne hohe Herstellungskosten oder komplexe Ausbildungen von Zentrifugal- oder anderen konventionellen Kompressoren. Zusätzlich zu der Verwendung der Rotorkammern für die Stosswellen-Verdichtung des einströmenden Kaltgases, kann eine automatische Küh-

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lung der Rotorkammern einen Teil des Basis- Arbeitsvorganges bilden, ohne die Verwendung spezieller Kühlungsleitungen, oder Oeffnungen und ohne Anwendung eines parasitären Kaitflussprotsesees in den Rotorkammerblättern. Die niedrige Temperatur am Rotor und an dessen Blätter, welche durch die abwechselnde Behandlung sowohl kalter als auch heiaser Gase erhalten wird, ermöglicht (l.) die Verwendung einer hohen Spitzentemperatur für das Heissgas, wobei eine grössere Thermodynamische Wirkung erzielbar ist, (2) die Verwendung billiger Werkstoffe, in Kombination mit konventionellen Heiesgas- Spitzentemperaturen, oder (3·) einen wirtschaftlich wirksamen Kompromiss oder eine Kombination beider Heissgas- Spitzentemperaturen und die Verwendung eines billigen Werkstoffes.

Ein besonders wichtiger Vorteil ist der Widerstand dieser Vorrichtung, welche einem schnellen Wechsel zwischen Ladung und Höchstgeschwindigkeiten ausgesetzt ist. Die Tendenz, während grossen Beschleunigungen stehenzubleiben, welche Tendenz allen bekannten Gasturbinentypen eigen ist, wurde in der vorliegenden Vorrichtung wirkungsvoll beseitigt, dadurch, dass der Kaltgasfluss 47 vom Gebläse 15 wirkungsvoll gegenüber dem Fluss von verdichtetem Kaltgas 53 und von Heissgae 49 in der Hochdruckschleife isoliert ist. Ferner ist der hohe, im hochverdichteten Kaltgas 53 herrschende Druck, kombiniert mit dem Weg, auf welchem Stoss- und Ausdehnungswellen erzeugt werden (beide auf- und abwärts), dies immer wenn die Temperatur durch einen stabilen Fluss in der Hochdruckschleife in der Hitzekammer 22 zu- oder abnimmt, unabhängig von schnellen Veränderungen der Lade- und Höchstge3chwindigkeitsverhältnisse. Dieser Vorgang ist richtig, da die in der Hitzekammer 22 erzeugten Druckwellen aus einem plötzlichen Hitzeanstieg resultieren, der das Tor 31 für das hochverdichtete Heissgas erreicht, bevor die im Kaltgas nach oben gehenden Druckwellen zum Tor 32 für das verdichtete Kaltgas gelangen, wobei das Vorhandensein eines eigenen Druckverflücktigungsgradienten quer zum Rotor gewährleistet ist.

Ein spezieller Vorteil bei der Anwendung der vorliegenden Vorrichtung besteht darin, dass die Kraft je nach der besonderen Verwendung

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ohne weiteres verändert werden kann. Aus den vorhergehenden Ausführungen ist das Vorhandensein eines maximalen Drehmomentes durch mehrere Wiedereintritts- und Ausdehnungsvorgängen am Kompressor- Ausdehnungsrotor vorausgesetzt worden. Dennoch, wenn der Schub unmittelbar nach * aussen gerichtet ist (so beim Plugzeugantrieb), ist es erwünscht, dieses im Wiedereintrittsvorgang zu verkleinern oder auszxilassens wodurch das Drehmoment am Rotor auf ein Minimum verkleinert wird;, derart, dass eine eigene Verdichtung aufrechterhalten bleibt und ein entsprechender Fluss in die Hitzekammer erfolgt. Das daraus resultierende hohe Verhältnis des hochverdichteten Heissgases 53 kann dann unmittelbar in eine Leitung strömen und einen maximalen Schub erzeugen. Zusätzlich zum Drehmoment und zum direkten Schub, kann ein dritter Vorgang bei bestimmten Anwendungen erwünscht sein, indem Energie ausgeschieden wird, dies in Form von verdichteter Luft oder von verdichtetem Gas. Die Einfacliheit des Stoss- Verdichtungsprozesses und die dadurch erhaltenen hohen Drücke bewirken, dass die erfindungsgemässe Vorrichtung für mannigfache Anwendungen besonders geeignet ist. Die Hitzekainmer 22 dieser Vorrichtung kann verhältnismassig klein ausgebildet sein, da lediglich ein Teil des verdichteten Gases 53 (oder der verdichteten Luft) durch die Hitzekammer strömt, um den Rotor anzutreiben und eine Stoss- Verdichtung des Kaltgases zu bewirken.

Die neuen Eigenschaften dieses Integral- Turbo- Kompressors sind im wesentlichen bei Ausscheidungsprozesses mit hohen Energien anwendbar, inbegriffen alle möglichen Hitzequellenausführungen, wie Verbrennung, Nuklearreaktor oder Sonnenerwärmung. Diese neuen Eigenschaften sind im wesentlichen bei "Offenzyklus- Vorrichtungen " anwendbar, in welchen das Arbeitsgas ein herrschendes Gas, beispielsweise Luft sein kann. Die vorliegende Vorrichtung kann demzufolge als "Qffenzyklus-Vorrichtung" arbeiten mit einer unbegrenzten Hitzequelle, wie bei einem Raffinerie- Produkt, wobei das Kalt- und Heissgas lediglich einmal benutzt und hernach voneinander getrennt werden_o Sie sind auch in Vorrichtungen mit einem geschlossenen Zyklus verwendbar,

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SO

in welchem des Arbeitsgas vom Auslass ζι,ο Einlass wiedergewonnen wird, wobei es zwecks erforderlicher Abkühlung durch 'Wärmeaustauscher zirkuliert.

In einer bevorzugten Auafuhrunfjafonn der Vorrichtung, ist der Stator aus Stahl hergestellt, und kann so hohen Temperaturen widerstehen, welche ständig vorherrschen. Sa können andere Werkstoffe, wie "Inconel" Verwendung finden; aber auch andere Muterialen, welche hohen Temperaturen widerstehen können. Bei einer bevorzugten Ausführung ist der Rotor aus Stahl mit einem Zuaatz von 5 ^l/° Chrom hergestellt; er kann aber auch aus gewissen Aluminiumlegierungen gefertigt aein, da die Haupttemperatur des Rotors nicht so hoch ist, wie diejenige dea Stators.

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Claims (1)

1. Si ■ ·

   Patentansprüche

   Integral Turbo™ Kompressor, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Organe;

   a) einen Rotor mit auf seinem Umfang verteilten Rotorkaromern? wobei jede dieser Kammern eine Einlassöffnung, eins Auslassöffnung, eine Auslassöffnung und einen verjüngten Teil aufweist5

   V') eine Düse, welche zwischen dem verjüngten Teil und der Auslassöffnung angeordnet ist, wobei diese Düse derart ausgebildet ist, dass di© Gase entweichen und dadurch ein Drehmoment auf den Rotor ausüben können;

   c) einen den genannten Rotor tragenden Stator, welcher eine Hauptwand aufweist, die mindestens eine Aufnahmeöffnung für Kaltgase» eine Aufnahmeöffnung für Heissgase, eine Auslassöffnung für verdichtete Kaltgase und eine Auslassöffnung für verdichtete Heissgase aufweist, wobei die Hauptwand derart angeordnet ist, dass die Einlassöffnung für"die Kaltgase und die Einlassöffnung für die Heissgase der Einlassöffnung jeder Rotorkammer bei jeder Rotordrehung gegenüberliegen und dass die Auslassöffnung der verdichteten Kaltgaea und die Auslassöffnung der verdichteten Heissgase mit der Auslassöffnung jeder Rotorkammer fluchten, wenn der Rotor sich dreht;

   d) ein Hittel zum Erzeugen von Kaltgasen, das mit der Einlassöffnung für Kaltgase verbunden ist;

   e) ein Hittel zum Erzeugen von Heissgasen, das mit der Einlassöffnung für Heissgase verbunden ist;

   f) eine Hauptwand die derart ausgebildet ist, dass sie zusammen mit der Drehbewegung des Rotors und mit den entsprechenden Verjüngungen in jeder Rotorkammer arbeiten kann, wobei in jeder Rotorkammer der Druck der einströmenden Kaltgase erhöht wird, dies mittels mindestens

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   einer Stosswelle und einer Rückstoßswelle, und dass diese verdichteten Kaltgase durch die Düsen der Rotorkammer entweichen können, dies mit genügend grosser Energie, um eine Arbeitsleistung abgeben zu können, dass in jeder Rotorkammer die genannten Heissgase später einströmen als die Kaltgase, so dass eine Trennfläche zwischen dem Heissgas und dem Kaltgas entsteht und dass das Rückschlagventil einen Druckanstieg der durch die Düsen der Rotorkammer strömenden Heissgase bewirkt, dies nachdem die verdichteten Kaltgase ausgeströmt sind und mit genügend hoher Geschwindigkeit, um ein substantielles Drehmoment auf den Rotor ausüben zu können.

   2» Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Oeffnung für den Wiedereintritt der Heissgase, eine Entspannungeöffnung für die Heissgaee, eine Vorrichtung für die Wiederaufnahme der Heiesgase, welche mit der letztgenannten Oeffnung verbunden ist, wobei die Vorrichtung für die Wiederaufnahme der Heissgase mit der Entspannungsöffnung der Heissgase verbunden ist, wobei die Wiedereintrittsöffnung für die Heissgase derart angeordnet ist, dass alle Heissgase, welche durch die Wiederaufnahmevorrichtung strömen, in jeder der genannten Einlassöffnungen der Rotorkammern geleitet werden, nachdem diese Rotorkammern an den Einlassöffnungen für die Heissgase vorbeibewegt worden sind, wobei die Heissgasladung aufrechterhalten wird und ein zusätzliches Drehmoment auf den Rotor ausübt.

   3ο Turbo- Kompressor nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung zum Umwälzen der Kaltgase aufweist, mit einer Einlass- und einer Auslassöffnung, wobei die Einlassöffnung zur Aufnahme der von der Auslassöffnung kommenden, verdichteten Kaltgase dient und dass die Auslassöffnung derart ausgebildet ist, dass die durch sie strömenden, verdichteten Kaltgase zur Einlassöffnung für die Heissgase geführt werden.

   4. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einlassöffnung für die Kaltgase Flügel für eine Vor- Drehung aufweisen, wobei die durch die Einlassöffnung strömenden

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   Kaltgaae in einem, der Rotorgescwindigkeit angepassten, Winkel in die Rotorkammern einströmen.

   5. Turbo- Komprensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Oeffnung für die Abgase aufweist, welche auf der, der Einlassöffnung für die Kaltgase gegenüberliegenden Seite des Rotors angeordnet ist derart, dass die Kaltgase von der Einlassöffnung in die Rotorkammern gelangen und eine Reinigungswirkung erzielt wird, wobei die sich in den genannten Kammern befindlichen Gase durch die Auslassöffnung für die Abgase geführt werden, und zwar dann, wenn die Kaltgase von der Einlassöffnung in die Rotorkammern gelangen«

   6. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine erste bewegbare Wand aufweist, derart, dass er sich in bezug auf die &_auptwand bewegen kann, wobei diese erste Wand derart angeordnet ist, dass sie die Abmessungen und Lagen der Einlassöffnung für die Heissgase ermitteln kann.

   7ο Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine zweite bewegbare Wand aufweist, die sich in bezug auf die erste Wand verschieben kann und die derart angeordnet ist, dass sie die Abmessungen und die Lagen der Einlassöffnung für die Kaltgase ermitteln kann₀

   8. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine dritte Wand aufweist, die sich in bezug auf die Hauptwand verschieben kann und die derart angeordnet ist_p dass sie die Abmessungen und die Lagen der Auslassöffnung für die verdichteten Kaltgase ermitteln kann«

   9. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste, eine zweite und eine dritte bewegbare Wand, welch© Wände sich in bezug auf die Hauptwand verschieben können, wobei die erste bewegliche Wand die Abmessungen und Lagen der Einlassöffnung

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   für die Heissgase, die zweite Wand die Abmessungen und Lagen der Einlassöffnung für die Kaltgase und die dritte Wand die Abmessungen und. Lagen der Auslassöffnung der verdichteten Kaltgase ermitteln kann.

   10. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Vorrichtungen für den Wiedereintritt der Heissgase aufweist, wobei jede dieser Vorrichtungen eine Entspannungsöffnung für die Heiasgase und eine Oeffnung für den Wiedereintritt der Heis3gase aufweist, und das3 die genannten Vorrichtungen derart angeordnet sind, dass der Oeffnung für die Entspannung der Heissgase von den Rotorkammern kommende verhältnismässig hoch verdichtete Heissga3e zugeführt werden und zwar an einem von den anderen Vorrichtungen für den Wiedereintritt von Heissgasen verschiedenen Ort, derart, dass die Oeffnung für den Wiedereintritt des Heissgase die sich durchströmenden Gase in die Oeffnungen der Rotorkammern für den Wiedereintritt der Gase leiten, und zwar an einer Stelle, welche auf dem Umfang des Rotor gelegen ist und von derjenigen der Oeffnung für den Wiedereintritt dor Heissgase der anderen Wiedereintrittsvorrichtungen für die lieissgase verschieden ist.

   11. Turbo- Kompressor nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, dass die Oeffnung für die Entspannung der Heissgase und jede Oeffnung für den Wiedereintritt der Heissgase ausserdem eine bewegliche Wand aufweisen, welche derart angeordnet ist, das3 sie die Abmessung und die Lage der Entspannungsöffnung für die Heissgase oder der ihr zugeordneten Oeffnung für den Wiedereintritt der Heiasgase ermitteln kann.

   12. Turbo- Kompressor nach Anspruch Io, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtungen für den Wiedereintritt der Heissgase in aufeinanderfolgender Weise je einen Querschnitt aufweisen, der grosser ist, als derjenige der Vorrichtung für den Wiedereintritt der Heissgase, die.) in bezug auf die entgegengesetzte Drehbewegung des Rotors.

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   SS

   13« Turbo- Kompressor nach Anspruch l_f dadurch gekennzeichnet, dass jeder der genannten Düsen sine konvergierende- divergierende Düse ist.

   14« Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten Düsen eine konvergierende Düse ist.

   15. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Rotorkammer eine Schraubenform aufweist.

   16. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten Rotorkaramer eine Spiralform aufweist.

   17. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Rotorkammern eine Propellerform aufweisen.

   18. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten Rotorkammern im wesentlichen gerade und im wesentlichen radial gerichtete Seiten aufweist.

   19· Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede der genannten Rotorkammern im wesentlichen gerade Seiten aufweist, welche im wesentlichen parallel zur Rotationsachse des Rotors gerichtet sind.

   2o. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Gas- Auslassöffnung aufweist, die auf derjenigen Seite des genannten Rotors vorgesehen ist, welche der Einlassöffnung für die Heissgase gegenüberliegt, dass eine Oeffnung für die Entspannung von Heissgasen und eine Oeffnung für die Wiederaufnahme von Heissgasen vorgesehen ist, dass die letztgenannte Oeffnung, sowie die Oeffnung für den Einlass der Kaltgase, die Auslassöffnung für die verdichteten Kaltgase und die Auslassöffnung für die verdich-

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   se

   teten Heissgase einen Sektor des Stators bilden, wobei lediglich ein einziger Sektor auf dem genannten Stator angeordnet ist.

   21. Turbo- Kompressor nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere der genannten Sektoren im Stator angeordnet sind.

   22. Turbo- Kompressor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Sektoren in bezug auf den Rotor symmetrisch im Stator angeordnet sind.

   23. Turbo- Kompressor nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Sektoren in bezug auf den Rotor unsymmetrisch im genannten Stator angeordnet sind.

   24. Turbo- Kompressor nach Anspruch 2o, dadurch gekennzeichnet, dass der genannte einzige Sektor in bezug auf den Rotor unsymmetrisch im Stator angeordnet ist.

   25. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Anwerfvorrichtung aufweist, welche mit der Aufnahmeöffnung für die Heissgase verbunden ist.

   26. Turbo- Kompressor nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwerfvorrichtung einen Behälter für verdichtetes Gas aufweist, der mit der Auslassöffnung für die verdichteten Kaltgase verbunden ist.

   27. Turbo- Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zum Zuführen der Kaltgase eine Vorrichtung für die Zufuhr von, von der Atmosphäre kommenden, Gase aufweist.

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