CH183767A

CH183767A - Wärmekraftanlage.

Info

Publication number: CH183767A
Authority: CH
Inventors: Karrer Werner
Original assignee: Karrer Werner
Priority date: 1935-07-01
Filing date: 1935-07-01
Publication date: 1936-04-30

Description

Wärmekraftanlage. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wärmekraftanlage, welche mit einem gas förmigen Arbeitsmittel, zum Beispiel mit Luft, Gas, Dampf oder einem Gemisch der selben betrieben wird; es soll ein möglichst hoher Wirkungsgrad erzielt werden.

Dies wird dadurch erreicht, dass zum Bei- spiel in einem Verbrennungsraume oder an derswo auf beliebige Weise erzeugte Wärme dazu verwendet wird, ein in einem abge schlossenen oder fast abgeschlossenen Raume befindliches.

gasförmiges Arbeitsmedium, zum Beispiel Luft, Gas, Dampf oder ein Gemisch derselben, unter konstantem oder fast kon stantem Volumen durch Wärmeaustausch von aussen zu erwärmen, um es durch eine solche Erwärmung bei konstantem oder an nähernd konstantem Volumen unter Druck setzen. Der Anfangsdruck dieses Arbeits mittels kann gleich dem der Atmosphäre oder, zum Beispiel beim Arbeiten mit Vor kompression, von beliebiger Höhe sein. Nach Erreichung eines bestimmten Druckes wird das Medium wenigstens teilweise mindestens einer Kraftmaschine zugeführt.

Hierauf wird der abgeschlossene oder fast abgeschlos sene Raum wieder neu aufgefüllt, und es wiederholt sich das Spiel des Füllens, Wärme aufnehmens bei konstantem oder annähernd konstantem Volumen und Entleerens in die hraftmasohine beliebig oft. Der Raum, in welchem das gasförmige Medium erwärmt und unter Druck gesetzt wird, kann zum Beispiel in einem zweiten Raum eingebaut sein, in den ein wärmeabgebendes Medium.

zum Beispiel Verbrennungsgase, zur Erwär mung und Unterdrucksetzung des im abge- sohlossenen oder fast abgeschlossenen Raume befindlichen Mediums eingeleitet wird. Im folgenden sind zwei ,solche Räume zusammen als "Wärmeaustauschapparat" benannt.

Die Wärmekraftanlage kann nun aus einem Verbrennungsraume, einem Wärme austauschapparat und einer Kraftmaschine etc. bestehen, welche in .geeigneter Schaltung verbunden sind, oder es können mehrere sol cher Wärmeaustauschapparate und Kraft maschinen in den verschiedensten Schaltun gen Verwendung finden. Auch können meh rere Verbrennungsräume angeordnet werden.

Das wärmeabgebende Medium eines Wärmeaustauschapparates kann aus Ver brennungsgasen von beliebigem Luftüber- schuss bestehen; es kann aber auch ein be liebiger anderer Wärmeträger Verwendung finden, zum Beispiel können die Druck medien, nach Durchströmen von mindestens einer Kraftmaschine, als Wärmeabgeber in beliebigen Wärmeaustauschapparaten der Anlage Verwendung finden.

Das wärmeaufnehmende Medium eines Wärmeaustauschapparates kann zum Bei spiel irgend einer Stelle der Anlage entnom men werden; zum Beispiel können Kreislauf- schaltungen angeordnet werden, wobei .die Medien, nach Austritt aus den Kraftmaschi- nen denselben Wärmeaustauschapparaten zu geführt werden, aus denen sie in die Kraft maschinen entströmt sind.

Wird als Medium Luft verwendet, so kann dieselbe zum Beispiel nach Austritt aus einer Kraftmaschine mindestens zum Teil in einen Verbrennungsraum geführt werden, um dort als Verbrennungsluft Verwendung zu finden.

Die Abb. 1 bis 4 .der beiliegenden Zeich nung stellen je ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Wärmekraftanlage .dar.

In Abb. 1 bezeichnet einen Verbren nungsraum, welchem :die Verbrennungsluft V.L. und d :er Brennstoff B (z. B. intermittie- rend) zugeführt werden. Die Verbrennungs- gase V.G. strömen zum Wärmeaustausch- apparat W.ap.i;

sie umströmen hier den ab geschlossenen oder fast abgeschlossenen Raum Bi, in welchen durch das Ventil Vei inter- mittierend das gasförmige Medium Ni ein geführt wird.

Nach Zuführung des Mediums Ni wird das Ventil Vei geschlossen, und es steigt nun der Druck im Raume Ri infolge Erwärmung durch die Verbrennungsgase. Nach Erreichung eines bestimmten Druckes wird das Ventil Yai geöffnet und :

das Me dium Mi strömt der Kraftmaschine KMi zu, worin mindestens ein Teil seiner Energie in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Das Medium Ni strömt nach Verlassen der Kraft maschine KMi einem zweiten Wärmeaus- Lauschapparat W.ap.2 zur weiteren Ausnüt- zung seiner Wärme zu.

Es erwärmt dort das gasförmige, durch das Ventil Ve2 intermit- tierend in den Raum R2 eingeführte Medium M2, das .sich jeweilen in der Zeit der Wärme übergabe im abgeschlossenen oder fast ab geschlossenen Raume R2 befindet und da durch bei konstantem oder nahezu konstan- tem Volumen auf erhöhten Druck ,gebracht wird.

Das Medium 1112 verlässt hierauf durch das Ventil Vag den Raum R2 und arbeitet alsdann in :der Kraftmaschine gM2. Die Me dien Ni und M2 strömen weiter, zum Beispiel ins Freie.

Die Verbrennungsgase VG werden nach Verlassen des Wärmeaustauschapparates W.ap.i zur weiteren Ausnützung einem Wärmeaustauschapparat W.ap.i \ zugeführt, in .dessen Raum Ri' das gasförmige Medium Mi '\ intermitderend eingeführt wird. Es wie derholen ,

sich hier dieselben Vorgänge wie im Wärmeaustauschapparat W.ap.i. Das Me dium Mi' wird bei konstantem. oder an nähernd konstantem Volumen erhitzt und,da- mit unter Druck gesetzt,

um sodann in der Kraftmaschine KMi --'- Arbeit zu leisten und im Wärmeaustauschapparat W.ap.2 ' .seine Restwärme oder einen Teil derselben an das gaeförmige Medium M2" abzugeben,

wobei das Medium M2-*"@ intermittierend im Raum R2 unter konstantem oder annähernd kon- stantem Volumen erhitzt und unter Druck gesetzt wird und alsdann in der Kraftma schine KM2 expandiert. Es werden schliess lich die Medien Mi- und 1112' am Ende der beschriebenen Prozesse beispielsweise ins Freie geführt;

sie könnten aber :auch mit ihrer allfälligen Restwärme weiterhin in ähnlicher Weise Verwendung finden, oder zu Heiz-, Koch- oder beliebigen andern Zwecken weiter verwendet werden.

Die Verbrennungsgase VG werden nach Verlassen des Wärmeaustauschapparates W.ap.i" noch einer Gaskraftmasehine GKM zur Ausnützung der Restwärme zugeleitet und strömen schliesslich beispielsweise ins Freie. Auch sie könnten für weitere Wärme- zwecke Verwendung finden.

Das Arbeitsmedium Mi oder ein Teil des selben kann nun aber auch nach Austritt aus dem Wärmeaustauschapparat W.ap.2, anstatt ins Freie auszutreten.

wiederum in einem Wärmeaustauscha.pparat als Arbeitsmedium verwendet werden, indem es unter konstan tem oder annähernd konstantem Volumen er wärmt und dadurch wieder unter Druck ge setzt wird und hierauf als Arbeitsmedium in mindestens einer Kraftmaschine Verwendung findet.

Es kann ferner, bevor es wiederum in einem Wärmeaustauschapparat als wärme aufnehmendes Medium verwendet wird, einen Teil seiner Kraftmaschinenabwärme zu an dern Zwecken abgeben.

Speziell kann das Arbeitsmedium 1i oder ein Teil :desselben in denselben abge schlossenen oder fast abgeschlossenen Raum Ri, der intermittierend gefüllt und entleert wird, zurückgeführt werden, in welchem es vorher schon durch Übernahme von Wärme unter konstantem oder annähernd konstantem Volumen eine Drucksteigerung erfahren hatte, und es kann alsdann auch wieder in dieselbe Kraftmaschine geleitet werden, so dass das Arbeitsmedium oder ein Teil desselben einen Kreislauf ausführt.

Natürlich kann vor der Rückführung ein Teil der Abwärme auch andern Zwecken dienstbar gemacht werden.

Ein Beispiel einer :derartigen Weiterver wendung des der Kraftmaschine entströmen den Mediums zeigt Abb. 2.

Das gasförmige Medium Mi wird nach Verlassen des Wärmeaustauschapparates 1F.ap.2 nicht ins Freie geleitet, sondern in den Wärmeaustauschapparat W.ap.i zurück geführt, wo es Wiederum als Wärmeauf nehmer verwendet wird;

ebenso wird das Medium lli* nach Verlassen des Wärmeaus- tauschappara.t W.ap.i' zurückgeführt. Das- selbe könnte natürlich auch mit 112, 112* ge macht werden, und es könnten beliebig viele solcher Kreisläufe hintereinander geschaltet werden.

Abb. 3 zeigt eine andere Verwertung der aus einer Luftturbine ausgetretenen Abluft: Dem Verbrennungsraume 0 wird Brennstoff B und Verbrennungsluft V.L. zugeführt; die Verbrennungsgase strömen durch den Wärme austauschapparat W.ap. und dann als Rest gase R.G. beispielsweise ins Freie.

Dem Raume R wird intermittierend Luft L zu geführt, welche nach Erwärmung unter kon stantem bezw. annähernd konstantem Volu men intermittierend als Druckluft in die Luftturhine L.T. eintritt, in ihr Arbeit leistet und hierauf zum Teil als Verbrennungsluft V.L. dem Verbrennungsraume 0 zuströmt,

während der Rest R.L. in einem Dampf kessel D.K. Wasser verdampft und dann bei spielsweise ins Freie strömt. Der Dampf arbeitet in .der Dampfturbine D.T., wird im Kondensator K kondensiert und strömt als Kondensat wieder zum. Dampfkessel D.K. Die Abluft .der Turbine kann,

bevor sie den eben beschriebenen weiteren Verwen.dungs- zweeken dienstbar gemacht wird, mindestens einen Teil ihrer Restwärme zu beliebigen Wärmezwecken abgeben.

Eine Erweiterung zu Abb. 3 stellt Abb. 4 dar, wo die aus der Luftturbine L.T. aus tretende Abluft zum Teil als Verbrennungs luft V.L.i in den ersten Verbrennungsraum 0i geführt wird, dessen Verbrennungsgase nach Durchströmen des Wärmeaustausch apparates W.apa als Restgase B.G.i aus treten.

Der Rest der Abluft aus der Luft turbine tritt als Verbrennungsluft V.L.2 in einen zweiten Verbrennungsraum. 02, dem Brennstoff B zugeführt wird und dessen Verbrennungsgase einen zweiten Wärmeaus tauschapparat W.ap.2 durchströmen und als Restgase R.G.2 austreten.

Dem Raume R2 wird eingasförmiges Medium M2 zugeführt, das nach Erwärmung unter konstantem oder annähernd konstantem Volumen in der Kraft maschine gX.2 Arbeit leistet. Die Abwärme aus letzterer wird einem Dampfsystem D.K., D.T. und K. zugeführt wie in Abb. 3.

Bei den beschriebenen Ausführungsbei spielen wird in den Raum B bezw. Ri, R2 etc. der Wärmeaustauschapparate .das Ar- beitsmedium intermittierend eingeführt;

eben so wird der Raum intermittierend entleert, indem die (nur in den Abb. 1 und 2 an- gedeuteten) Ventile V, und Va, intermittie- rend geöffnet und geschlossen werden.

Zwi schen Anfüllen und Entleeren des Raumes geben die Verbrennungsgase ihre Wärme an das im Raume sich befindliche Medium ab, wodurch infolge Erwärmung bei konstantem oder annähernd konstantem Volumen .der Druck im Raum R bezw. Bi, Ii2 etc. steigt. Die Anzahl Füllungen und Entleerungen dieses Raumes bezw. dieser Räume pro Zeit- einheit richtet :sich. nach baulichen Über legungen.

Die Verbrennung im Verbrennungsraume 0 bezw. 0i, 02 kann mit minimaler Luft menge oder mit beliebig hohem Luftüber- sohuss erfolgen.

Die Arbeitsmedien in den Wärmeaus- tauschapparaten können ihre Wärme direkt von Verbrennungsgasen oder von Medien, wel che durch Verbrennungsgase erwärmt worden sind, übernehmen, oder es kann ihnen in :

den Wärmeaustauschapparaten auch Wärme ir gend eines Trägers, zum Beispiel Abgas- wärme aus andern Maschinen oder Wärme aus Dampfanlagen etc. abgegeben werden; wesentlich ist, dass ihre Erwärmung bei kon stantem oder annähernd konstantem Volumen stattfindet.

Die bauliche Ausführung der Verbren- nungsrävme,Wärmeaustauschapparate, Kraft- maischinen kann in jeder Hinsicht eine be liebige sein. Zum Beispiel kann der Raum R, Bi, .R2 etc. direkt in den Verbrennungsraum gestellt werden. Ferner ist es auch nicht er forderlich, dass die Räume für die wärmeab- gebenden Medien der verschiedenen,

in einer Schaltung enthaltenen V#Tärmeaustauschappa- rate unter sich .getrennt sein müssen, ebenso- @venig, wie :die der wärmeaufnehmenden Me dien unter sich für jede Kraftmaschine ein zeln ausgebildet werden müssen.

Es können noch beliebige andere :Schal- tungen ausgeführt werden. Zum Beispiel können mehrere Wärmeaustauschapparate in beliebiger Reihenfolge, parallel oder in Reihe angeordnet werden;

sodann können sowohl aus einer Kraftmaschine ausgetretene Abluft bezw. Abgas, Abdampf, Abgemisch oder ein Teil derselben entweder direkt oder nach Ab- gerbe eines Teils ihrer Abwärme, als auch ein Teil der Wärme der Verbrennungsgase, zu beliebigen Koch-, Heiz- oder andern Zwecken (zum Beispiel Dampfkesselbetrieb etc.) ver wendet werden.

Ferner kann der Verbren nungsraum 0 bezw. 0i etc. jeweilen mit dem einen Teilraum eines Wärmeaustauschappa- rates identisch gemacht werden. Sodann kann der Anfangsdruck,der Verbrennungsluft wie auch der verschiedenen Medien beliebig hoch sein, das heisst er kann bleich, höher oder niedriger als der Atmosphärendruck sein.

Zu :erwähnen bleibt schliesslich noch, .dass, sofern eine Schaltung aus verschiedenen Kreisläufen besteht, bezw. mehr als ein Ar- beitsmedium verwendet wird, an den ver schiedenen Orten als Medium Ni, M2, Ml* etc. verschiedenartige Stoffe verwendet wer den können.

Claims

PATENTANSPRUCH: Wärmekraftanlage, dadurch gekennzeich net, @dass ein in mindestens einem abgeschlos senen oder fast abgeschlossenen Raume sich befindliches gasförmiges Arbeitsmedium un- ter konstantem oder annähernd konstantem Volumen zum Zwecke der Druckerhöhung durch Wärmeaustausch von aussen erwärmt wird, wobei dieser Raum intermittierend mit dem Arbeitsmedium angefüllt und jeweilen nach Erreichung eines bestimmten Druckes wenigstens teilweise in mindestens eine Kraftmaschine entleert wird.,

wo die im Ar beitsmedium steckende Druckenergie min destens zum Teil in mechanische Arbeit umgewandelt wird. UNTERANSPRÜCHE: 1.

Wärmekraftanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil :des Arbeitsmediums nach Aus tritt aus der Kraftmaschine mindestens einen Teil seiner Restwärme an ein zweites gasförmiges Arbeitsmedium ab gibt, dass sich in mindestens einem abge- schlossenen oder fast abgeschlossenen Raume befindet, der intermittierend ge füllt und entleert wird, wobei dieses letztere Medium in :

dem abgeschlossenen oder fast abgeschlossenen Raume eben falls bei konstantem oder annähernd konstantem Volumen unter Druck ge setzt wird und nach Erreichung eines bestimmten Druckes in mindestens einer Kraftmaschine expandiert. 2.

Wärmekraftanlage nach Patentaaspruch, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des gasförmigen Arbeitsmediums nach Austritt aus .der Kraftmaschine in mindestens einem abgeschlossenen oder fast abgeschlossenen Raume, der inter- mittierend gefüllt und entleert wird, wiederum unter konstantem oder an nähernd konstantem Volumen Wärme aufnimmt, :dadurch unter Druck gesetzt und als Arbeitsmedium in mindestens einer Kraftmaschine verwendet wird. 3.

Wärmekraftanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, d-ass mindestens ein Teil des Arbeitsmediums nach Aus tritt aus .der Kraftmaschine und nach Abgabe mindestens eines Teils seiner Restwärme in mindestens einem ab geschlossenen oder fasst abgeschlossenen Raume, der intermittiezend gefüllt und entleert wird, unter konstantem oder an nähernd 'konstantem Volumen Wärme aufnimmt, dadurch unter Druck gesetzt und als Arbeitsmedium in mindestens einer Kraftmaschine verwendet wird.

4. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekenn zeichnet, dass das Arbeitsmedium minde stens teilweise nach Austritt aus der Kraftmaschine in denselben abgeschlos senen oder fast abgeschlossenen Raum, der intermittierend gefüllt und entleert wird. zugeführt wird, wo es vorher schon durch Übernahme von Wärme unter kon- sta.ntein oder annähernd konstantem V o lumen eine Drucksteigerung erfahren hatte.

dass es dort wieder unter konstan tem oder annähernd konstantem Volumen Wärme aufnimmt und dass nach Errei chung eines bestimmten Druckes das Ar beitsmedium wiederum in derselben Kraftmaschine expandiert und dort Ar beit leistet, wonach sich :das Kreislauf spiel beliebig oft wiederholt.

5. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, dass .das Arbeitsmedium minde- stens teilweise nach Austritt aus der Kraftmaschine und nach Abgabe minde- stens eines Teils seiner Restwärme in denselben abgeschlossenen oder fast ab geschloss enen Raum, der intermittierend gefüllt und entleert wird,

zurückgeführt wird, wo es vorher schon :durch Über nahme von Wärme unter konstantem oder annähernd konstantem Volumen eine Drucksteigerung erfahren hatte, @dass es dort wieder unter konstantem oder an nähernd konstantem Volumen Wärme aufnimmt, und dass nach Erreichung eines bestimmten Druckes das Arbeits medium wiederum in .derselben Kraft maschine expandiert und dort Arbeit leistet, wonach sich das Kreislaufspiel beliebig oft wiederholt. 6.

Wärmekraftanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ver wendung von Luft als . Arbeitsmedium die Abluft der Kraftmaschine wenig stens teilweise als Verbrennungsluft Ver wendung findet. 7.

Wärmekraftanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, :dass bei Verwendung von Luft als Arbeitsmedium die Abluft der Kraft maschine wenigstens teilweise als Ver brennungsluft zur Erzeugung jener Wärme Verwendung findet, welche einem unter konstantem oder annähernd konstantem Volumen gehaltenen Medium mitgeteilt wird, um dasselbe unter Druck zu setzen und alsdann in einer Kraft maschine Arbeit leisten zu lassen. B.

Wärmekraftanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Luft als Arbeitsmedium in der Kraft maschine die Abluft der Kraftmaschine wenigstens teilweise als Verbrennungs- luft zur Erzeugung jener Wärme Ver wendung findet, welche der unter kon stanten oder annähernd konstantem Vo lumen gehaltenen, in der Kraftmaschine als Arbeitsmedium zu verwendenden Luft mitgeteilt wird,

um dieselbe unter Druck zu setzen und alsdann in einer Kraftmaschine Arbeit leisten zu lassen. 9. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ver wendung von Luft als Arbeitsmedium in der Kraftmaschine wenigstens ein Teil der Abluft der Kraftmaschine nach Ab gabe mindestens eines Teils ihrer Rest wärme als Verbrennungsluft Verwendung findet. 10.

Wärmekraftanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 9, dadurch :gekenn zeichnet, dass bei Verwendung von Luft als Arbeitsmedium wenigstens ein Teil der Abluft der Kraftmaschine nach Ab gabe mindestens eines Teils ihrer Rest wärme als Verbrennungsluft zur Erzeu gung jener Wärme Verwendung findet. welche einem unter konstantem oder an nähernd konstantem Volumen befind lichen Arbeitsmedium mitgeteilt wird, um dasselbe unter Druck zu setzen und alsdann in einer Kraftmaschine Arbeit leisten zu lassen.

11. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch und Unteransprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verwendung von Luft als Arbeitsmedium in der Kraftmaschine wenigstens ein Teil der Abluft der Kraftmaschine nach Abgabe mindestens eines Teils ihrer Restwärme als Verbrennungsluft zur Erzeugung jener Wärme Verwendung findet, welche der unter konstantem oder annähernd konstantem Volumen gehaltenen, in der Kraftmaschine als Arbeitsmedium zu ver=endenden Luft mitgeteilt wird,

um dieselbe unter Druck zu setzen und als- .dann in der Kraftmaschine Arbeit leisten zu lassen. 12. Wärmekraftanlage nach Patentanspruoh, mit mehreren Wärmekraftmaschinen, da durch gekennzeichnet, dass die Mengen der Arbeitsmedien in den einzelnen Wä-rme- kraftmaschinen verschieden gross sind.

13. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Arbeitsmedium unter konstantem oder annähernd konstantem Vollumen auf genommene Wärme von Verbrennungs gasen abgegeben wird.

14. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass die Verbrennungegase min- destens teilweise nach Abgabe eines Teils ihrer Verbrennungswärme in mindestens noch einen Raum .geleitet werden, wo sie ihre Restwärme oder einen Teil derselben an ein Arbeitsmedium (M¯) abgeben,

das in mindestens einem abgeschlossenen oder fast abgeschlossenen Raume, :der in- termittierend gefüllt und entleert wird, unter konstantem oder annähernd kon stantem Volumen gehalten wird, und das, dadurch unter Druck gesetzt, in minde stens einer Kraftmaschine Arbeit leistet.

15. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens ein Teil der Verbrennungsgaee mittels mindestens eines Teils ihrer Verbrennungswärme in einer Gaskraftmaschine Arbeit leistet. 16. Wärmekraftanlage nach Patentanspruch, ,dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Wärme des Arbeitsmediums zu Reiz-, Koch- oder andern Zwecken Verwendung findet. 17.

Wärmekraftanlage nach Patentanspruch und Unteranspruch13, dadurch ,gekenn zeichnet, dass ein Teil :der Wärme der Verbrennungsgase zu Reiz-, Koch- oder andern Zwecken Verwendung findet.