Einrichtung zur Dampferzeugung. Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dampferzeugung. Diese .Einrichtung be sitzt mindestens einen Dampfgenerator mit einem beheizbaren Rohrsystem und wenig stens eine Speisepumpe, die ein flüssiges Arbeitsmittel in stetigem Durchfluss nach Massgabe des Verbrauches durch das Rohr system treiben soll, wobei dessen Heizfläche derart bemessen und so beheizt ist, dass das Arbeitsmittel, bei seinem Durchfluss nach Massgabe des Verbrauches, bei einem oberhalb seines kritischen Druckes liegenden Drucke in Dampf verwandelt und über seine kritische Temperatur erhitzt wird.
Auf der Zeichnung sind einige Ausfüh rungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes veranschaulicht.
Fig. 1 und 2 zeigen in zwei Projektionen eine Turbinenlage mit Wasser und Wasser dampf als Betriebsmedium.
1 ist ein Dampfgenerator, der eine Anzahl von Stahlrohre 2 besitzt, die, wie später be schrieben, schlangenförmig gebogen -ind. Die Abmessungen dieser Rohre und die Anordnung des Generators sind so, dass das Arbeitsmedium während des Wärmeaufnahmeprozesses mit Sicherheit auf einem Druck und einer Tempe ratur gehalten werden kann, die über dem kritischen Druck bezw. der kritischen Tempe ratur liegen. Durch diesen Generator wird das flüssige Arbeitsmittel in stetigem Durch fluss nach Massgabe des Verbrauchs hindurch getrieben, wobei es, ohne zum Sieden zu kommen, gleichmässig in Dampf verwandelt und über seine kritische Temperatur erhitzt wird.
Der Wasserumlauf bei dem erforder lichen Druck wird durch die Speisepumpe 3 aufrecht erhalten, die durch einen Elektro motor angetrieben wird, dessen Strom ent weder von einer besonderen Kraftquelle kommt oder von einem auf der Turbinenwelle sitzenden Dynamo erzeugt wird. Die Pumpe 3 kann auch direkt durch die Turbinenwelle angetrieben werden, in welchem Falle zur Erleichterung des Anlassens eine Hand pumpe .6 vorgesehen ist. In der Leitung zwischen Pumpe und Generator liegt ein federbelasteter Druckakkumulator 4.
Dieser dient zur Aufrechterhaltung eines konstanten Druckes im Generator, nicht nur bei Pulsie- rungen, die vom Betrieb der Pumpe herrühren, sondern auch bei Schwanl@ungen in der Kraft- entnahme. Ferner wird die Verschiebrrug des Ahkumulatorholbens zur Steuerung der Ge schwindigkeit der Speisepumpe 3 benutzt.
Es ist nämlich der Akkumulatorkolben finit einer Vorrichtung versehen, die einen Widerstand beeinflusst, der die Geschwindigkeit des Purnpeumotors steuert, wie bei 5 schematisch dargestellt ist. Bei normaler Belastung ist der Akkurnulatorkolben rnit demjenigen Wider standsanschlag in Berührung, der der -Motor geschwindigkeit entspricht, die die normale Pumpenlieferung bei dem vorher bestimmten Druck ergibt.
Wenn der Druck iur Generator unter der Wirkung des Drossel- oder Steuer ventils des Arbeitsmotors oder aus einem andern Grunde steigt, steigt der Akkurriulator- kolben und verringert durch entsprechende Betätigung des Widerstandes die Pumpen- geschwindigkeit. Wenn der Druck in der Anlage wegen plötzlicher Kraftentuahrne oder aus einem andern Grunde fällt,
so shild der _1hhrrmulatorkolben und betätigt den Wider- stand so, dass die Pumpengeschwindigkeit zunimmt. Werrn die Speisepumpe durch die Turbinenwelle direkt angetrieben wird, kann die Druckleitung der Pumpe rnit einer Um- führungsleitung zum Heisswasserbehälter 17 versehen sein, welche zum Zwecke der Steue rung mit einem Ventil ausgestattet ist, das durch die Verschiebung des Alzl#uniulator- kolbens elektrisch (ähnlich wie oben be schrieben)
oder mechanisch betätigt wird. Statt des federbelasteten Akkumulators 4 kann auch ein Druckluftbehälter vorgesehen werden als elastischer Widerstand gegenüber dein wechselnden Druck in der Anlage, reit geeigneten Mitteln zur Regelung der Pumpen- geschwindigkeit.
7 ist ein Sicherheitsventil, das die Aus dehnung des Wassers während des Erhitzens vor der Inbetriebsetzung gestattet und die Anlage während des Betriebes schützt.
Dieses ist mit einem Entwässerungsrohr 8 versehen, das das durch das Sicherheitsventil abge lassene 'assen zu dein Heif>wasserbehälter 17 der Pumpe zurückführt. Ausserdem besitzt der Generator die üblichen Druck- und Tempe raturanzeiger und die Leitungen die üblichen Kontrollventile. Nenn das Arbeitsmedium hoch erhitzt ist, geht es zu einer Turbine oder Kolbenmaschine, wo es expandiert.
Bei Gier Ausführungsform Fig. 1 und 2 expandiert das Arbeitsmedium zuerst in einer Hochdruckturbine 9, von der es durch die Zwischenleitung 11 in eine Niederdruckturbine 10 übertritt. Beide Turbinen können auf der selben Welle sitzen oder, gemäss Fig. 1 und 2 durch ein Reduktionsgetriebe 12 miteinander gekuppelt sein.
Zwischen der Hochdruck turbine 9 und der -Niedrrdruckturbine 10 kann das Arbeitsniediurn neuerdings hoch erhitzt werden. Die von den Turbinen er zeugte Energie kann zum Antrieb eines elektrischen (-leneratoi-s 13, eines Scliitfs- propellers oder sonstwie verwendet werden.
Nach der Expansion in den Turbinen tritt das Arbeitsmedium in den Oberflä.chenkon- deusator 1:1, irr den Kühlwasser durch die Pumpe l5 geliefert wird.
Durch die Kon- derisatl)umpe <B>16</B> wird das Kondensat turn Reisswasserbehälter 17 zurückgefördert, aus dein die Speisepumpe 3 ansaugt. Zur Auf- rechterhaltung des Vakuums dient in be- rannter Weise eine Luftpumpe 18.
Aus dein oben Gesagten ergibt sielt, dar das Arbeitsmedium in einem vollständig ge schlossenem Kreislauf arbeitet. Die von der Pumpe geförderte Flüssigkeit durclrfliel,',t das Rolirsy stein des Generators.
wird in diesem, ohne zurr Sieden zu kommen, glei-#lnnässig in Dampf verwandelt und über ihre kritische Temperatur erhitzt und dann den Arbeits maschinen zugeführt, in denen der Druck abfall erfolgt, worauf er durch die Kondensator- einrichtung hindurch wieder zuni Heisswasser behälter zur,iicl;liiuft, aus dem es die Speise pumpe zu neuer Verwendung ansangt.
Zum Ausgleich für irgend welchen zufiilligen Ver lust des Arbeitsrnediunis infolge von Un- dichtigkeiten und dergleielren ist ein Trichter 19 an dein Heil:,wasserbeliälter vorgesehen.
Fig. 3 und 4 zeigen schematisch den Generator 1 in grüf;erern Alassstabe. Er besteht aus einem Stahlgehäuse 21, das mit feuerfestem Material 22 ausgekleidet und aus tragbaren Elementen besteht, um die Mon tage und Demontage und die Besichtigung zu erleichtern. Die Heizvorrichtung befindet sich atn Kopfe 23 des Gehäuses und besteht aus Brennern <B>24,</B> denen<B>01</B> als Brennstoff zugeführt wird. Die Zeichnung zeigt zwei solcher Brenner, jedoch ist natürlich weder die Zahl der Brenner noch der Brennstoff von wesentlicher Bedeutung; beispielsweise kann man auch Kohle in Stücken, Staub kohle, Gas oder dergleichen verwenden.
Die Luft wird den Brennern durch das Gebläse 25 unter Druck zugeführt, wobei sie einen Vorwärmer 26 passiert, der in dem Feuerzug zwischen Generator und Schornstein 27 liegt. Aus dem Vorwärmer gelangt die heisse Luft durch die Leitungen 28 in die Brenner. Wie die Darstellung erkennen lässt, soll der Luft- vorwärmer die aus dem Generator abziehende Hitze ausnutzen.
Zur selbsttätigen Regelung des Generators bei veränderlicher Belastung ist in dem Aus lassrohr 32 des Generators eine (nicht dar gestellte) thermostatische Kontrollvorrichtung angeordnet, die die Geschwindigkeit des Ge bläses 25 und die Menge des verbrauchten Öls verändert, um die Temperatur des Ar beitsmediums beim Austritt aus dem Generator konstant zu halten. Diese Vorrichtung bewirkt zugleich mit der oben beschriebenen Steue rung der Speisepumpe 3 eine vollkommen selbsttätige Regelung des Generators. Wenn beispielsweise der Kraftbedarf plötzlich steigt, so öffnet sich das Drossel- oder Steuerventil der Turbinengruppe und bewirkt ein momen tanes Abfallen des Druckes in der Anlage.
Dieser Druckabfall setzt die Steuerung der Speisepumpe 3 in Tätigkeit und verursacht ein Zunehmen der Wasserförderung dieser Pumpe. Ein Zunehmen der Fördermenge er gibt ein Abfallen der Endtemperatur des den Generator verlassenden Arbeitsmediums, wel chem Abfall durch den Thermostat begegnet wird, der die Luft- und Brennstoffmenge vermehrt, bis die normalen Temperatur bedingungen wieder hergestellt sind. Das Heizelement 29 ist schematisch als einfache Rohrschlange dargestellt, die in dem Gehäuse steht und einen feuerfesten Kern 30 umgibt. Das Wasser wird ihr von der Pumpe 3 durch das Rohr 31 zugeführt und verlässt nach Erhitzung den Generator durch .das Rohr 32.
Das Arbeitsmedium kann etwa bei der höchsten Temperatur des Kreislaufes durch eine Drosselvorrichtung 33 hindurch etwas entspannt werden. Naturgemäss kann man auch die Rohre selbst so ausbilden, dass sieh der Druckabfall ohne die eben erwähnte Drosselvorrichtung ergibt.
Fig. 5 und 6 zeigen eine praktische Aus führung des in Fig. 3 schematisch darge stellten Heizelementes in zwei Projektionen. Bei dieser Ausführung besitzt das Heizelement eine Anzahl konzentrischer Rohrschlangen 1', 2', 3' usw" die in die Stahlkammern 4 und 5 eingeschweisst sind. Der Eintritt des Arbeits mediums erfolgt durch das Rohr 6; das Medium wird beim Passieren der Schlangen erhitzt und verlässt den Generator durch das Rohr 7, das das Arbeitsmedium zum Arbeits motor führt.
Die Schlangen können auf ihrer ganzen Länge aus demselben Material be stehen; da aber die Temperatur des Arbeits mediums zunimmt, werden zweckmässig die den höheren Temperaturen ausgesetzten Teile der Schlangen aus chemisch und mechanisch widerstandsfähigerem Material hergestellt als die den niedrigeren Temperaturen unterworfe nen Teile. Die verschiedenen Teile können durch Verschweissen miteinander verbunden werden.
Fig. 7 und 8 zeigen eine abgeänderte Ausführungsform der Speisepumpe, mit einer besonderen Einzelpumpe 7" für jede Schlange. Jede Pumpe 7" speist eine besondere Schlange 1", 2", 3" usw., wobei ein federbelasteter Akkumulator 8" in jeder Druckleitung ange ordnet ist; ebenso können Steuervorrichtungen für die Einzelpumpen vorgesehen werden. Durch diese Anordnung wird erreicht, däss jede Heizschlange volläuft, und somit die Möglichkeit beseitigt ist, dass Schlangen aus brennen können, wie es bei der Anordnung nach Fig. 5 und 6 der Fall sein könnte.
Fig. 9 zeigt eine Ausführungsform einer Anlage, die mit zwei verschiedenen Arbeits- inedien arbeitet, beispielsweise mit Wasser und Quecksilber. Die Anlage besteht aus einem Wärmegenerator 34, in dem Queck silber erhitzt wird,
wobei der Druck über dein kritischen Druclr durch die Quecksilber pumpe 35 gehalten wird unter Einschaltung des Akkumulators 36 und einer entsprechen den Pumpensteuerung. D.er Quecksilberdampf expandiert dann in der Hochdruckturbine 37 und der Niederdruckturbine 38, die den elek trischen Generator 39 antreiben,
worauf er in einem Oberflächenkondensater 40 konden siert und das Kondensat entweder durch seine Schwere oder durch eine besondere Pumpe in den Ansaugbehälter 41 zurück gefördert wird. Das Wassersystem besteht aus einer Pumpe 42, einem Akkumulator 43, einer Rohrschlange 50, einem 1'bei-liitzet* 44, den Turbinen 45 und 46, dein elektrischen Generator 47, dem Kondensator 48, der Kondensatpumpe 49 und dem Ansaugbehälter 51.
Im vorliegenden Falle wird das Wasser zwischen Pumpe und Überhetzer in der Rohr schlange 50 vorgewä rtut, die das Kühlelement des Quecksilberkondensators bildet. Auch hierbei wird das Wasser bei seinem Durch fluh durch den Generator bei einem oberhalb seines kritischen Druckes liegenden Drucke, ohne ins Sieden zu geraten, in Dampf ver wandelt und über seine kritische Temperatur erhitzt.
So kann man eine beliebige Anzahl von Arbeitsmedien in der Weise verwenden, dafä die bei der Kondensation des einen Arbeits- niediums freigewordene Wärme zum Vor wärmen eines der andern Arbeitsmedien dient.
Eine andere der vielen iniiglichen Aus- führungsformen einer kombinierten Wasser- und Quecksilberanlage zeigt Fig. 10.
Hier liefert eine Wasserpumpe 51 das 1'asseizum Erhitzer 53, in dein das Wasser, ohne ins Sieden zu geraten, bei einem oberhalb seines kritischen Druckes liegenden Drucke in Dampf verwandelt und über seine kritische Temperatur erhitzt wird, und eine Queck silberpumpe 61 liefert Quecksilber zuin L,r- hitzer 63, unter Zwischenschaltung der Ak kumulatoren 52 und 62 und der sonstigen Zubehörteile.
Die über ihre kritische Tempe ratur erhitzten Dä uipfe der beiden Flüssig keiten werden zii einer Düse (3.1 geführt, in der sie in eineue beliebigen Verhältnis ge mischt werden. Das Gemisch arbeitet dann in den Turbinen 54 und 55 weiter, die den elektrischen Generator 56 antreiben.
Während der Mischung in der Mischdüse 64 und wäh rend der Expansion im Arbeitsmotor über trägt das hoch erhitzte Quecksilber einen Teil seiner \V ärine auf den Wasserdampf und erhitzt diesen dadurch, während gleich zeitig die kinetische Energie beider Dämpfe w , itl)
i end der Expansion in mechanische Ar- beit umgesetzt wird. Am Ende der Expansion stidinit das (_Temisch in den Kondensator 57.
Durch die Schwerkraft trenneu sich die beiden Flüssigkeiten im Behälter 58, aus dem das Quecksilber nach seinem Saugbehälter<B>66</B> durch die Schwerkraft oder durch eine be sondere Pumpe 6:
5 zurückgefördert wird, w <B><U> </U></B> ä, hrend. das darüber schwimmende Wasser zii seinem Saugraum 60 durch die Pumpe 59 zurückgefördert wird. Die beiden Arbeits- tnedien können aber auch in jedem andern Stadium voneinander getrennt werden.