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.
Device for steam generation. The invention relates to a device for generating steam. This device has at least one steam generator with a heatable pipe system and at least one feed pump which is intended to drive a liquid working medium through the pipe system in a constant flow according to the consumption, the heating surface of which is dimensioned and heated so that the working medium, at its flow rate according to consumption, at a pressure above its critical pressure, is converted into steam and heated above its critical temperature.
On the drawing some Ausfüh approximately examples of the subject invention are illustrated.
Fig. 1 and 2 show in two projections a turbine layer with water and water vapor as the operating medium.
1 is a steam generator which has a number of steel pipes 2 which, as described later, are bent in a serpentine manner. The dimensions of these tubes and the arrangement of the generator are such that the working medium during the heat absorption process can be kept at a pressure and a tempe temperature that is above the critical pressure. the critical tempe temperature. The liquid working medium is driven through this generator in a constant flow according to the consumption, whereby it is uniformly converted into steam without boiling and is heated above its critical temperature.
The water circulation at the required pressure is maintained by the feed pump 3, which is driven by an electric motor whose current ent neither comes from a special power source or is generated by a dynamo sitting on the turbine shaft. The pump 3 can also be driven directly by the turbine shaft, in which case a hand pump 6 is provided to facilitate starting. A spring-loaded pressure accumulator 4 is located in the line between the pump and generator.
This serves to maintain a constant pressure in the generator, not only in the event of pulsations that result from the operation of the pump, but also in the event of fluctuations in the power take-off. Furthermore, the displacement jug of the Ahkumulatorholbens to control the Ge speed of the feed pump 3 is used.
This is because the accumulator piston is provided with a device that influences a resistance that controls the speed of the pump motor, as is shown schematically at 5. Under normal load, the accumulator piston is in contact with that resistance stop which corresponds to the motor speed that results in the normal pump delivery at the previously determined pressure.
If the pressure in the generator rises under the action of the throttle or control valve of the working engine or for some other reason, the accumulator piston rises and, by actuating the resistor accordingly, reduces the pump speed. If the pressure in the system falls due to sudden bursts of force or for some other reason,
So the _1hhrrmulator piston is shielded and the resistor is operated in such a way that the pump speed increases. If the feed pump is driven directly by the turbine shaft, the pressure line of the pump can be provided with a bypass line to the hot water tank 17 which, for the purpose of control, is equipped with a valve that is electrically operated by moving the Alzl uniulator piston ( similar to the one described above)
or is operated mechanically. Instead of the spring-loaded accumulator 4, a compressed air tank can also be provided as an elastic resistance to the changing pressure in the system, with suitable means for regulating the pump speed.
7 is a safety valve that allows the water to expand during heating prior to commissioning and protects the system during operation.
This is provided with a drainage pipe 8, which returns the 'ace' left by the safety valve to your hot water tank 17 of the pump. In addition, the generator has the usual pressure and temperature indicators and the lines the usual control valves. If the working medium is very heated, it goes to a turbine or piston engine, where it expands.
In the Yaw embodiment of FIGS. 1 and 2, the working medium first expands in a high-pressure turbine 9, from which it passes through the intermediate line 11 into a low-pressure turbine 10. Both turbines can sit on the same shaft or, according to FIGS. 1 and 2, be coupled to one another by a reduction gear 12.
Between the high-pressure turbine 9 and the low-pressure turbine 10, the working low can recently be heated to a high level. The energy generated by the turbines can be used to drive an electrical generator (13), a slit propeller, or some other means.
After the expansion in the turbine, the working medium enters the surface condenser 1: 1, irrrr the cooling water is supplied by the pump 15.
The condensate is pumped back through the condensate pump 16, from which the feed pump 3 sucks. An air pump 18 is used in a known manner to maintain the vacuum.
From what has been said above, it follows that the working medium works in a completely closed cycle. The liquid delivered by the pump flowed through the rolirsy stone of the generator.
is converted into steam in this, without coming to the boil, and heated above its critical temperature and then fed to the working machines, in which the pressure drop occurs, whereupon it is returned to the hot water tank through the condenser device , iicl; liiuft from which the feed pump begins to use again.
To compensate for any accidental loss of the working environment as a result of leaks and the like, a funnel 19 is provided on your Heil: water reservoir.
3 and 4 schematically show the generator 1 in green letters. It consists of a steel housing 21, which is lined with refractory material 22 and consists of portable elements to facilitate the assembly and disassembly and inspection. The heating device is located at the head 23 of the housing and consists of burners <B> 24 </B> to which <B> 01 </B> is fed as fuel. The drawing shows two such burners, but of course neither the number of burners nor the fuel is essential; For example, you can use coal in pieces, dust coal, gas or the like.
The air is supplied to the burners under pressure by the fan 25, whereby it passes a preheater 26 which is located in the flue between the generator and the chimney 27. The hot air passes from the preheater through the lines 28 into the burner. As the illustration shows, the air preheater should utilize the heat extracted from the generator.
For automatic control of the generator with variable load, a (not presented) thermostatic control device is arranged in the outlet pipe 32 of the generator, which changes the speed of the Ge blower 25 and the amount of oil used to the temperature of the Ar beitsmediums when exiting to keep the generator constant. At the same time as the above-described Steue tion of the feed pump 3, this device causes a completely automatic control of the generator. For example, if the power requirement suddenly increases, the throttle or control valve of the turbine group opens and causes the pressure in the system to drop momentarily.
This pressure drop activates the control of the feed pump 3 and causes the water delivery of this pump to increase. An increase in the delivery rate he gives a drop in the final temperature of the working medium leaving the generator, wel chem waste is countered by the thermostat, which increases the amount of air and fuel until the normal temperature conditions are restored. The heating element 29 is shown schematically as a simple pipe coil which stands in the housing and surrounds a refractory core 30. The water is supplied to it by the pump 3 through the pipe 31 and, after heating, leaves the generator through the pipe 32.
The working medium can be relaxed somewhat through a throttle device 33 at approximately the highest temperature of the circuit. Of course, the pipes themselves can also be designed in such a way that the pressure drop results without the throttle device just mentioned.
Fig. 5 and 6 show a practical imple mentation of the heating element shown schematically in Fig. 3 Darge presented in two projections. In this design, the heating element has a number of concentric pipe coils 1 ', 2', 3 'etc. "which are welded into the steel chambers 4 and 5. The working medium enters through the pipe 6; the medium is heated and heated as it passes through the coils leaves the generator through the pipe 7, which leads the working medium to the working engine.
The snakes can be made of the same material along their entire length; but since the temperature of the working medium increases, the parts of the snakes exposed to the higher temperatures are expediently made from chemically and mechanically more resistant material than the parts subjected to the lower temperatures. The different parts can be connected to one another by welding.
7 and 8 show a modified embodiment of the feed pump, with a special individual pump 7 "for each coil. Each pump 7" feeds a special coil 1 ", 2", 3 ", etc., with a spring-loaded accumulator 8" in each pressure line is arranged; control devices for the individual pumps can also be provided. This arrangement ensures that each heating coil fills up, and thus the possibility is eliminated that the coils can burn out, as could be the case with the arrangement according to FIGS. 5 and 6.
9 shows an embodiment of a system that works with two different working media, for example with water and mercury. The system consists of a heat generator 34 in which mercury is heated,
wherein the pressure is kept above your critical pressure by the mercury pump 35 with the activation of the accumulator 36 and a corresponding pump control. D. The mercury vapor then expands in the high pressure turbine 37 and the low pressure turbine 38, which drive the electrical generator 39,
whereupon it condenses in a surface condenser 40 and the condensate is fed back into the suction tank 41 either by its gravity or by a special pump. The water system consists of a pump 42, an accumulator 43, a pipe coil 50, a 1'bei-liitzet * 44, the turbines 45 and 46, the electrical generator 47, the condenser 48, the condensate pump 49 and the suction container 51.
In the present case, the water is vorgewä rtut between the pump and the overheater in the pipe snake 50, which forms the cooling element of the mercury condenser. Here, too, the water is converted into steam as it flows through the generator at a pressure above its critical pressure without boiling and is heated above its critical temperature.
Any number of working media can be used in such a way that the heat released during the condensation of one working medium is used to preheat one of the other working media.
Another of the many individual embodiments of a combined water and mercury system is shown in FIG.
Here a water pump 51 supplies the 1'asseizum heater 53, in which the water, without boiling, is converted into steam at a pressure above its critical pressure and heated above its critical temperature, and a mercury pump 61 supplies mercury L, r-heater 63, with the interposition of the accumulators 52 and 62 and the other accessories.
The vapors of the two liquids, heated above their critical temperature, are fed to a nozzle (3.1, in which they are mixed in any desired ratio. The mixture then continues to work in the turbines 54 and 55, which drive the electric generator 56 .
During the mixing in the mixing nozzle 64 and during the expansion in the working engine, the highly heated mercury transfers part of its energy to the water vapor, thereby heating it, while at the same time the kinetic energy of both vapors w, itl)
i end of the expansion is converted into mechanical work. At the end of the expansion stidinit the (_Temisch in the condenser 57.
The two liquids are separated by gravity in the container 58, from which the mercury flows to its suction container <B> 66 </B> by gravity or by a special pump 6:
5 is funded back, w <B> <U> </U> </B>, the water floating above it is fed back to its suction chamber 60 by the pump 59. The two working media can also be separated from one another at any other stage.