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 <I>zu,</I> 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 Ra<U>um</U> 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 <I>'</I> .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.
Thermal power plant. The present invention relates to a thermal power plant which is operated with a gaseous working medium, for example with air, gas, steam or a mixture of the same; the highest possible efficiency should be achieved.
This is achieved in that, for example, heat generated in any desired manner in a combustion room or elsewhere is used to create a room in a closed or almost closed room.
Gaseous working medium, for example air, gas, steam or a mixture of these, to be heated under constant or almost constant volume by heat exchange from the outside, in order to put it under pressure by such heating at constant or almost constant volume. The initial pressure of this work means can be the same as that of the atmosphere or, for example when working with pre-compression, of any level. After a certain pressure has been reached, the medium is at least partially fed to at least one engine.
The closed or almost closed space is then filled up again, and the game of filling, absorbing heat with constant or almost constant volume and emptying it into the hraftmasohine is repeated as often as desired. The space in which the gaseous medium is heated and pressurized can, for example, be built into a second space in which a heat-emitting medium.
For example, combustion gases are introduced to heat and pressurize the medium located in the closed or almost closed room. In the following, two such rooms are referred to together as "heat exchange apparatus".
The thermal power plant can now consist of a combustion chamber, a heat exchange apparatus and an engine, etc., which are connected in .ge suitable circuit, or several such heat exchange apparatus and power machines can be used in a wide variety of circuits. Several combustion chambers can also be arranged.
The heat-emitting medium of a heat exchange apparatus can consist of combustion gases with any excess air; however, any other heat transfer medium can also be used, for example the pressure media, after flowing through at least one engine, can be used as a heat emitter in any heat exchange apparatus in the system.
The heat-absorbing medium of a heat exchange apparatus can for example be taken from any point in the system; For example, circuit circuits can be arranged, whereby the media, after exiting the engine, are routed to the same heat exchange apparatus from which they flowed into the engine.
If air is used as the medium, it can, for example, after exiting from an engine, at least partially be fed into a combustion chamber in order to be used there as combustion air.
Figs. 1 to 4 of the accompanying drawing each represent an embodiment of the present thermal power plant .dar.
In Fig. 1 denotes a combustion chamber, which: the combustion air V.L. and d: he fuel B (for example intermittently) are supplied. The combustion gases V.G. flow to the heat exchange apparatus W.ap.i;
here they flow around the closed or almost closed space Bi, into which the gaseous medium Ni is intermittently introduced through the valve Vei.
After the medium Ni has been supplied, the valve Vei is closed and the pressure in the room Ri now rises as a result of heating by the combustion gases. After reaching a certain pressure the valve Yai is opened and:
the medium Mi flows to the prime mover KMi <I>, </I> in which at least part of its energy is converted into mechanical work. After leaving the engine KMi, the medium Ni flows to a second heat exchange apparatus W.ap.2 for further utilization of its heat.
There it heats the gaseous medium M2, which is introduced intermittently into the Ra <U> around </U> R2 through the valve Ve2, which is located in the closed or almost closed space R2 at the time of the heat transfer and there is brought to increased pressure at a constant or almost constant volume.
The medium 1112 then leaves the space R2 through the valve Vag and then works in: the prime mover gM2. The media Ni and M2 continue to flow, for example into the open.
After leaving the heat exchange apparatus W.ap.i, the combustion gases VG are fed to a heat exchange apparatus W.ap.i \ for further use, into whose space Ri 'the gaseous medium Mi' \ is introduced intermittently. Do it again
The same processes take place here as in the W.ap.i. The medium Mi 'is at constant. or heated to an almost constant volume and thus put under pressure
in order to then perform KMi --'- work in the prime mover and in the heat exchange apparatus W.ap.2 <I> '</I>. give off its residual heat or part of it to the gaefiform medium M2 ",
whereby the medium M2 - * "@ is heated and pressurized intermittently in the space R2 under constant or approximately constant volume and then expands in the power machine KM2. Finally, the media Mi and 1112 'at the end of the Processes carried out outdoors;
They could, however, continue to be used in a similar way with any residual heat, or they could be used for heating, cooking or any other purposes.
After leaving the heat exchange apparatus W.ap.i ", the combustion gases VG are fed to a gas-powered machine GKM to utilize the residual heat and finally flow into the open, for example. They could also be used for other heating purposes.
The working medium Mi or a part of it can now also exit into the open after exiting the heat exchange apparatus W.ap.2 instead of.
can in turn be used in a Wärmeaustauscha.pparat as a working medium by heating it under constant or almost constant volume and thereby re-pressurizing it and then using it as a working medium in at least one engine.
It can furthermore, before it is again used in a heat exchange apparatus as a heat-absorbing medium, give off part of its engine waste heat for other purposes.
In particular, the working medium 1i or a part of it can be returned to the same closed or almost closed space Ri, which is filled and emptied intermittently, in which it had previously experienced an increase in pressure due to the transfer of heat at a constant or almost constant volume, and it can then also be fed back into the same engine, so that the working medium or part of it carries out a cycle.
Of course, some of the waste heat can also be used for other purposes before it is returned.
An example of such a further use of the medium flowing out of the engine is shown in Fig. 2.
After leaving the heat exchange apparatus 1F.ap.2, the gaseous medium Mi is not directed into the open air, but is returned to the heat exchange apparatus W.ap.i, where it is used again as a heat receiver;
Likewise, the medium III * is returned after leaving the heat exchange apparatus.t W.ap.i '. The same could of course also be done with 112, 112 * ge, and any number of such circuits could be connected in series.
Fig. 3 shows a different use of the exhaust air that has escaped from an air turbine: Fuel B and combustion air V.L. are added to combustion chamber 0. fed; the combustion gases flow through the heat exchanger W.ap. and then as residual gases R.G. for example outdoors.
The room R is intermittently led to air L, which after heating under con stant or. approximately constant volume intermittently as compressed air into the air turbine L.T. enters, does work in it and then partly as combustion air V.L. flows into combustion chamber 0,
while the rest of R.L. in a steam boiler D.K. Water evaporates and then flows outside, for example. The steam works in the steam turbine D.T., is condensed in the condenser K and flows back to the. Steam boiler D.K. The exhaust air from the turbine can
before it is made available for the other uses just described, at least some of its residual heat is given off for any heating purposes.
An extension to Fig. 3 is shown in Fig. 4, where the air turbine L.T. Exiting exhaust air is partly fed as combustion air V.L.i into the first combustion chamber 0i, the combustion gases of which emerge as residual gases B.G.i after flowing through the heat exchange apparatus W.apa.
The rest of the exhaust air from the air turbine enters a second combustion chamber as combustion air V.L.2. 02, the fuel B is supplied and its combustion gases flow through a second Wärmeaus exchange apparatus W.ap.2 and emerge as residual gases R.G.2.
The space R2 is supplied with a gaseous medium M2, which after being heated under a constant or approximately constant volume in the power machine gX.2 does work. The waste heat from the latter is fed to a steam system D.K., D.T. and K. supplied as in Fig. 3.
In the described Ausführungsbei will play in the room B BEZW. Ri, R2, etc. of the heat exchange apparatus. The working medium introduced intermittently;
in the same way, the space is emptied intermittently, in that the valves V, and Va, (only indicated in Figs. 1 and 2) are intermittently opened and closed.
Between filling and emptying the room, the combustion gases give off their heat to the medium in the room, which, as a result of heating at a constant or approximately constant volume, .the pressure in the room R respectively. Bi, Ii2 etc. increases. The number of fillings and empties of this space respectively. of these rooms per time unit is directed: itself. according to structural considerations.
The combustion in the combustion chamber 0 respectively. 0i, 02 can be done with a minimal amount of air or with any amount of excess air.
The working media in the heat exchange devices can take over their heat directly from combustion gases or from media that have been heated by combustion gases, or they can be:
the heat exchange apparatuses are also given heat from any carrier, for example exhaust heat from other machines or heat from steam systems, etc.; it is essential that they are heated at a constant or approximately constant volume.
The structural design of the combustion chambers, heat exchange devices, power machines can be any one in every respect. For example, the space R, Bi, .R2 etc. can be placed directly in the combustion chamber. Furthermore, it is not necessary that the rooms for the heat-emitting media of the various
V # heat exchange apparatus contained in a circuit must be separated among themselves, as well as those of the heat-absorbing media must be developed individually for each engine.
Any other: circuits can be implemented. For example, several heat exchangers can be arranged in any order, in parallel or in series;
then exhaust air leaked from an engine can bezw. Exhaust gas, exhaust steam, mixture or part thereof, either directly or after tanning part of their waste heat, as well as part of the heat of the combustion gases, can be used for any cooking, heating or other purposes (e.g. steam boiler operation, etc.) .
Furthermore, the combustion chamber can 0 respectively. 0i etc. can be made identical with one subspace of a heat exchange apparatus. The initial pressure, the combustion air and the various media can then be as high as desired, i.e. it can be pale, higher or lower than atmospheric pressure.
Finally, it remains to be mentioned that, if a circuit consists of different circuits, resp. more than one working medium is used, different substances can be used at different locations as medium Ni, M2, Ml * etc.