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Verfahren zur Erzeugung von gebrauchsfertigem Arbeitsdampf von beliebigem Druck.
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eines wirklichen Dampfes, ohne dass es zu diesem Übergang irgendwelcher Verdampfungswärme bedürfte. Dieser Dampf hat annähernd dasselbe spezifische Gewicht wie zuvor die Flüssigkeit.
Es gibt also bei dem kritischen Druck oder bei höheren Werten des Druckes überhaupt keine Möglichkeit mehr, flüssiges Wasser und Dampf von gleicher Temperatur nebeneinander zu haben, wie das bei allen niederen Drucken der Fall ist. Es gibt vielmehr bei den hohen Drucken nur das eine oder das andere, je nach der Temperatur der Masse, und der Übergang vom einen zum andern findet statt durch den obenerwähnten Zwischenzustand des molekularen Dunstes oder Staubes. Die ganze Masse erreicht jenen Zwischenzustand gleichzeitig in allen ihren Teilen, wenn sie die kritische Temperatur erreicht.
Man gewinnt nun auf diese Weise zunächst nur Dampf von einem Druck, der dem kritischen Druck gleich oder höher ist als dieser. Mit solchen hohen Drücken kann man praktisch in Arbeitsmaschinen zur Zeit nicht arbeiten. Man muss also den Druck vermindern. Dies geschieht durch besondere druckmindernde Vorrichtungen, z. B. durch Drosselventile. Bei dieser Druckverminderung würde sich aber sofort der Dampf teilweise kondensieren. Es würde also wieder eine Scheidung von Wasser und Dampf gleicher Temperatur eintreten. Damit würden von neuem alle die mit solcher Scheidung verknüpften Schwierigkeiten eintreten und noch neue dazu. Es müsste z. B. das ausgeschiedene Wasser von den in Dampfform verbliebenen Teilen getrennt werden, was praktisch fast unmöglich ist, wenn man nicht erhebliche Umständlichkeiten in Kauf nehmen will.
Um dieser zweiten Art der Scheidung von Wasser und Dampf gleicher Temperatur, wie sie durch die Herabregelung des Druckes auf die Gebrauchshöhe eintritt, zu begegnen, wird erfindungsgemäss vor oder während der Druckregelung so viel Wärme zugeführt, dass eine Verflüssigung nicht mehr eintreten kann.
Die Wärmezufuhr kann dabei so geregelt werden, dass die Temperatur unverändert bleibt, oder aber so, dass sie weiter ansteigt. Man kann das Arbeitsmittel auch schon vor der Entspannung überhitzen und es danach unter Wärmezufuhr mit oder ohne Temperatursteigerung entspannen. Unter Umständen erweist es sich als besonders vorteilhaft, mehrere dieser Arten miteinander zu verbinden, beispielsweise derart, dass der Dampf zunächst bei gleicherhaltener Temperatur entspannt und dann bei gleieherhaltenem Druck weiter erhitzt wird.
Diese verschiedenen Arten der Wärmezufuhr in Verbindung mit Entspannung des Dampfes lassen sich mit Vorteil auch bei der gewöhnlichen Art der Dampferzeugung mit unterhalb des kritischen Druckes liegenden Drücken anwenden.
Die Wärmezufuhr in irgendeinem Stadium der Dampferzeugung kann in beliebiger Art durchgeführt werden, sei es mit den Heizgasen, die auch den Erhitzer heizen, oder mit einer besonderen Heizung, z. B. elektrisch durch Heizwiderstände, die im Überhitzer liegen. Man kann auch einen stark überhitzten Dampf, z. B. Quecksilberdampf, in das Arbeitsmittel einblasen und kann ferner die Reibung des Dampfes an irgendwelchen festen Flächen oder seine innere Reibung zur Überhitzung mit heranziehen.
Die Frage der Wärmezufuhr vor oder während der Einregelung des Dampfdruckes auf den Gebrauchsdruck hat gar nichts zu-tun mit der Frage der Überhitzung des Gebrauchsdampfes derart, wie es für den Betrieb der Arbeitsmaschinen notwendig und allgemein-üblich ist. Eine solche Überhitzung muss selbstverständlich mit dem nach vorliegendem Verfahren erzeugten und auf den Gebrauchsdruck gebrachten Dampf ebenfalls noch vorgenommen werden. Sie kann mit der Wärmezufuhr, die zur Einregelung des Gebrauchsdruckes notwendig ist, vereinigt werden. Sie kann aber auch unabhängig davon vor der Zuführung des Dampfes zur Arbeitsmaschine oder auf einer Zwischenstufe der Arbeitsmaschine erfolgen. Das alles bedarf keiner besonderen Erwähnung und wird auch hier nicht besonders beansprucht.
Es kommt hier wesentlich darauf an, dass-richtige Einstellung der Drücke vorausgesetzt-die Wärmemenge, die dem Wasser in irgendeinem beliebigen Stadium der Dampferzeugung zugeführt wird, nicht unter das sich aus dem Grundgedanken, nämlich der Vermeidung der Dampf-Wasser-Scheidung, ergebende Mindestmass herabgeht. Man könnte diesen Grundgedanken auch so aussprechen : dass an keiner Stelle Verdampfungswärme umgesetzt wird.
Erst durch die Vereinigung der beschriebenen beiden Massnahmen, nämlich Dampferzeugung beim kritischen Druck oder oberhalb, und weitere Wärmezufuhr vor oder während der Druekreduktion auf den Gebrauchsdruck, ist es möglich, z. B. Wasserdampf von einem für Arbeitsmaschinen geeigneten, unterhalb des kritischen Druckes liegenden Druck so zu erzeugen, dass die Hauptquelle aller Schwierigkeiten und Gefahren der Hdchdruckdampferzeugung gänzlich vermieden wird, nämlich vor allem das Sieden, oder allgemeiner : das gleichzeitige Vorhandensein von Wasser und Dampf in einem Raum, der überall gleiche Temperatur haben kann, wobei aber Wasser und Dampf sich trotz gleicher Temperatur voneinander vermöge ihrer spezifischen Gewichte, vermöge ihrer latenten Wärme, vermöge ihrer Kohäsionskräfte u. dgl. wesentlich unterscheiden.
Für Wasser liegt der kritische Druck bei 224'5 lug auf den Quadratzentimeter und die kritische Temperatur bei 3740 C.
Ein besonderer Vorteil der Anwendung so hoher Drücke, wie sie hienach in Betracht kommen, liegt noch darin, dass dadurch die Zersetzung des Wassers in Berührung mit den Eisenteilen und die Zerstörung dieser Eisenteile, die sonst mit der Temperatur rasch wächst, wesentlich vermindert wird ; man kann deshalb erheblich höhere Temperaturen anwenden und hiedurch den thermischen Wirkungsgrad steigern.
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Was vom Wasser als Arbeitsmittel gesagt wird, gilt ganz ähnlich von irgendwelchen andern Arbeits- mitteln für Dampfmaschinen.
Statt Wasser oder einem andern chemisch einfachen Stoff kann man auch eine wässerige Lösung von festen oder flüssigen Stoffen oder Mischungen verschiedener Stoffe als Arbeitsmittel verwenden, wobei die Dämpfe auch getrennt erzeugt und beispielsweise im Erhitzer oder im Überhitzer gemischt werden können ; die Dämpfe können auch in getrennten Kraftmaschine verwendet und beispielsweise im Konden- sator miteinander so in Wärmeaustausch gebracht werden, dass die Abwärme des einen zur Vorwärmung des andern dient. Als Flüssigkeit können auch insbesondere verflüssigte Metalle, z. B. Quecksilber, dienen.
Die Anwendung solcher anderen Stoffe für sich allein oder in Verbindung miteinander oder mit Wasser bietet unter Umständen Vorteile, wenn es sich darum handelt, Arbeitsmittel zu erhalten, die andere physikalische Konstanten haben als das Wasser, beispielsweise andern kritischen Druck und andere kritische Temperatur, oder die sieh in Berührung mit den Baustoffen der Anlage (Eisen od. dgl. ) bei höherer Temperatur weniger leicht zersetzen. Werden mehrere Flüssigkeiten in Verbindung miteinander im selben Erhitzer erhitzt, so ist es zweckmässig, Temperatur und Druck so zu wählen, dass beide oberhalb der höchsten kritischen Werte der beteiligten Arbeitsmittel liegen.
Die beste Ausführungsform der Erfindung ist die, dass das Arbeitsmittel (z. B. Wasser) mittels einer Druckpumpe, die den erforderlichen Druck liefert, stetig durch ein beheiztes Rohrsystem hindurchgetrieben wird, derart, dass es auf diesem Wege durch das beheizte Rohrsystem eine immer höhere Temperatur bekommt, bis an der Stelle, wo es die kritische Temperatur erreicht, der Unterschied zwischen Dampf und Wasser ganz von selbst und ohne irgendwelchen unstetigen Übergang aufhört, wie dies oben bereits beschrieben ist. Geht das Arbeitsmittel nunmehr noch weiter durch das beheizte Rohr hindurch, so kann ihm auch noch diejenige Wärmemenge zugeführt werden, die es braucht, um ohne Kondensation auf den Gebrauehsdruek herabgeregelt zu werden.
Ferner kann ihm ebenso auch die Überhitzungswärme zugeführt werden, die es für den Arbeitsprozess in der Maschine braucht. Es verlässt dann die Maschine und geht durch den Kondensator zur Pumpe zurück, die es unter dem kritischen oder einem noch höheren Druck wieder in das Rohrsystem zurückpumpt.
Um die Vorteile des neuen Verfahrens zu sichern und die Gefahren zu vermeiden, die mit einer raschen Entlastung des Erhitzers verbunden sind, ist es vorteilhaft, den von der Speisepumpe erzeugten Druck selbsttätig zu regeln. Dies kann nach irgendeinem der für solche Regelungen bekannten Verfahren, am besten in Abhängigkeit vom Druck des die Speisepumpe verlassenden Arbeitsmittels, geschehen. Statt dessen oder in Verbindung damit kann auch ein mit dem Erhitzer in Verbindung stehender Druckspeicher dazu verwendet werden, im Falle eines rasch auftretenden, erhöhten Kraftbedarfes mindestens den kritischen Druck aufrechtzuerhalten.
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