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Wärmespeicher fiir Dalllpfkraftanlagen.
Zur Aufspeicherung der Wärme des überschüssigen Kesseldampfes wird bei Wärmespeichern für Dampfkraftanlagen in der Regel Wasser in einem grossen Behälter (Speichertrommel) verwendet, in oder durch das der Überschussdampf geleitet wird. Vereinzelt wurden auch feste Massen (z. B. Metall- massen) zur Aufspeicherung benutzt. Ferner wurden in Dampfspeichern als Speicherstoff in Hohlräume, nämlich zwischen die Wände doppelwandiger Rohre, eingeschlossene, ihren Aggregatzustand ändernde
Körper verwendet, u. zw. wurden hiezu schmelzende Körper, insbesondere Salze, gewählt.
Die bisher bekannten Speicherungsarten haben Nachteile, da der wirtschaftliche und sichere Betrieb dieser Wärme- speicher grossen Raum, kostspielige Sicherungsvorrichtungen und Instandhaltungsarbeiten erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmespeicher für Dampfkraftanlagen zu schaffen, bei dem alle diese Nachteile vermieden sind. Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass für die
Aufspeicherung der Wärme des jeweilig überschüssigen Kesseldampfes ein von einem geschlossenen
Kanalsystem durchsetzter wärmeleitender Körper dient, wobei das Kanalsystem ein für allemal mit einem Stoff (z. B.
Wasser) angefüllt ist, der sich zwischen den Temperaturgrenzen, innerhalb welcher die in dem Körper aufgespeicherte Wärme für die Dampfkraftanlage nutzbar gemacht wird, sowohl bei der Erwärmung als bei der Wärmeabgabe im Zustande des gesättigten Dampfes unter Druck befindet.
In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Fig. 1 zeigt schematisch eine Dampfkraftanlage mit dem Wärmespeicher, die Fig. 2-6 zeigen eine Einzelheit der Anlage gemäss Fig. 1, u. zw. Fig. 2 im Längsschnitt, Fig. 3 im Schnitt nach Linie 111-111 der Fig. 2,
Fig. 4 im Querschnitt, Fig. 5 im Schnitt nach Linie V-V der Fig. 4, Fig. 6 im Schnitt nach Linie VI-VI der Fig. 4. Fig. 7 zeigt einen Querschnitt durch eine andere Ausführungsform des Wärmespeicher blockes,
Fig. 8 einen Schnitt nach Linie VII1- VIII der Fig. 7, Fig. 9 einen Horizontalschnitt durch eine weitere
Ausführungsform des Wärmespeicherblockes.
In Fig. 1 ist 1 der Dampfkessel, 2 sein Dom. 3 ist die zur Kraftmaschine 4 führende Leitung. 4 ist die Kraftmaschine, z. B. eine mit einem elektrischen Stromerzeuger gekuppelte Dampfturbine. In der Hauptdampfleitung 3 ist ein Dreiweghahn 7 eingebaut. An den Dreiweghahn ist eine Rohrleitung 8 angeschlossen, die den übeischüssigen Dampf in den später zu erläuternden Wärmespeicher x führt.
12 ist die Speisewasserpumpe, die durch die Leitung 13 das Speisewasser in den Kessel pumpt. In der
Leitung 13 ist der Dreiweghahn 15 eingebaut. Von dem Dreiweghahn führt eine Leitung 16 zum Wärme- speicher x. Bei entsprechender Stellung des Dreiweghahnes 15 kann die Speisewasserzufuhr vom Kessel 1 abgeschaltet und das Speisewasser in den Wärmespeicher geleitet werden. Das im Speicher erhitzte Wasser verlässt den Wärmespeicher durch die Leitung 17. In die Leitung 17 sind zwei Dreiweghähne 18, 19 eingebaut. An den Hahn 18 ist die in den Kessel führende Leitung 21 und an den Hahn 19 die zur Kraft- maschine führende Leitung 22 angeschlossen. Die Leitung 17 führt zu weiteren Dampfverbrauchstellen, z. B. Heizungen, Hilfsmaschinen, Färbereien od. dgl.
Der Wärmespeicher x besteht im wesentlichen aus einem wärmeleitenden Körper 30, z. B. einem massiven Metallblock, der durch eine oder mehrere Isolierschichten 31, 32 (z. B. Korkstein, Thermolith) praktisch nach aussen hin vollständig abgeschlossen ist. Der durch den Wärmespeieherblock verlaufende
Kanal 34 steht durch eine die Isolationsschichten durchbrechende Muffe 33 mit der Leitung 8 und durch die Muffe 35 mit der Leitung 10 in Verbindung. Der Block kann also durch überschüssigen Kesseldampf erwärmt werden. Im Innern des Blockes ist ein geschlossenes Kanalsystem angeordnet (vgl. Fig. 1,
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2, 3,4 und 6).
In das Kanalsystem 40 ist ein für allemal ein wärmeübeltragender Stoff eingefüllt, der die Aufgabe hat, die dem Block zugeführte Wärme derartig gleichmässig auf die ganze Masse des Blockes x zu verteilen, dass der Block jederzeit an allen Stellen die gleiche Temperatur besitzt. Als Wärmeübertragungsstoff kommen solche Flüssigkeiten (z. B. Wasser, Ammoniak, Alkohol) in Betracht, die sich zwischen den Temperaturgrenzen, innerhalb welcher die in dem Block aufgespeicherte Wärme nutzbar gemacht wird, ein Höchstmass an Wälmeleitfähigkeit besitzen. Es wurde gefunden, dass der günstigste Wärmeleitungszmtand zwischen dem Siedepunkt und der k1itischen Temperatur der Flüssigkeit liegt, wenn sie sich im Zustande des gesättigten Dampfes befindet.
Da es sich im vorliegenden Falle um die Nutzbarmachung der Wärme für eine Dampfkraftanlage handelt, sind die Temperaturgrenzen ungefähr 70 und 400 . Es wild daher als Wärmeübertragungssubstanz vorteilhaft Wasser veiwendet. Das Kanal-
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Weise (z. B. durch Pfropfen oder durch Verschweissen) druck-und gasdicht abgeschlossen, so dass der eingefüllte Stoff in dem gleichbleibenden Volumen des Kanalsystems erhitzt werden kann, ohne dass sich seine Menge ändert.
Das durch die Leitung 16 strömende Wasser tritt durch die Muffe 36 in den Wärmespeicher ein, durchströmt eine in Schlangenwindungen den Block 30 durchziehende Rohrleitung 37 (vgl. Fig. 2,4 und 5) und verlässt durch die Muffe 38 den Speicher. Dabei wird die im Block 30 aufgespeicheite Wärme an das Wasser abgegeben und dieses, je nach der Temperatur des Blockes, entweder in Dampf verwandelt und über die Leitungen 17 und 22 zu Dampfverbrauchstellen gefühlt oder nur elwärmt und als heisses Wasser durch die Leitung 21 dem Kessel 1 zugeführt.
. In den Fig. 2-6 ist eine Ausführungsform des wärmeleitenden Blockes dargestellt. Der Block 30 ist an seiner Unterseite in der Längsrichtung von dem Kanal 34 durchbohrt, der für die Heizung des
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übertragungssubstanz ein für allemal eingefüllt ist. Die für die Erhitzung des Wassers dienende Rohrleitung besteht aus drei Bohrungen 37, die in der Lärgsriehtung des Blockes verlaufen und durch Rohrkrümmer 39 zu einer Schlange verbunden sind.
In den Fig. 7 und 8 ist 30 der Metallblock des Wärmespeichers, 34 der für die Heizung des Blockes dienende Kanal und 40 das geschlossene Kanalsystem, das den Wärmeübertragungskörper enthält.
Die für die Erhitzung des Wassers dienende Rohrschlange 50 ist an der Aussenfläche des Blockes angebracht.
Diese Rohre haben einen eigenartigen Querschnitt mit einem Flansch 51 an der Unterseite, der an der Aussenfläche des Blockes anliegt, so dass er in gut wärmeleitender Verbindung mit dem Block steht. Der Flansch 51 kann beispielsweise auf den Block aufgeschweisst sein. Die wärmeisolierende Umhüllung, die bei dieser Ausführungsform auch die Rohrleitung 50 umschliessen muss, ist in der Zeichnung weggelassen. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass im Innern des Blockes mehr Raum für die Unterbringung des Kanalsystems 40 zur Verfügung steht.
In Fig. 9 ist 30 der Metallblock des Wärmespeicher. Die für die Erhitzung des Wassers dienende Rohrleitung besteht aus drei Bohrungen 60, die durch die quer verlaufenden Bohrungen 61 zu einer den Block in Schlangenwindungen durchsetzenden Rohrleitung verbunden sind. Die Bohrungen 60, 61 sind an ihren Enden, mitAusnahme derZustromöffnung62 und der Ausströmöffnung 63, durch Blindflanschen 65 abgeschlossen. Zur Reinigung der Bohrungen werden die Blindflanschen abgenommen.
Die bauart des Wärmespeicherbloekes, seine Anordnung und Anschaltung an die Dampfkraftanlage, die chemische Zusammensetzung des in die Blockkanäle einmal für immer eingefüllten Wärme- übertragungskörpers können auch geändert werden.
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der Wärme des jeweilig überschüssigen Kesseldampfes ein von einem geschlossenen Kanalsystem (40) durchsetzter wärmeleitender Körper (30) dient, wobei das Kanalsystem ein für allemal mit einem Stoff (z. B. Wasser) angefüllt ist, der sich zwischen den Temperaturgrenzen, innerhalb welcher die in dem Körper (30) aufgespeicherte Wärme für die Dampfkraftanlage nutzbar gemacht wird, sowohl bei der Erwärmung als bei der Wärmeabgabe im Zustande des gesättigten Dampfes unter Druck befindet.
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