Wärmekraftanlage, in welcher mindestens der grössere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels, vorzugsweise Luft, einen Kreislauf unter Überdruck beschreibt. Die Erfindung betrifft eine Wärmekraft anlage, in welcher mindestens der grössere Teil eines gasförmigen Arbeitsmittels, vor zugsweise Luft, einen Kreislauf unter Über druck beschreibt, wobei das durch äussere indirekte Wärmezufuhr erhitzte Arbeitsmit tel unter äusserer Leistungsabgabe expandie ren gelassen und hierauf wieder auf höheren Druck gebracht wird und ferner der expan dierte Teil des Arbeitsmittelstromes an den verdichteten noch nicht von aussen erhitzten Teil des Arbeitsmittelstromes in einem Wärmeaustauscher Wärme abgibt.
Zweck der Erfindung ist, in einer Wärmekraftanlage dieser Art mit einem Er hitzer für die indirekte Wärmezufuhr an das Arbeitsmittel von gedrängtem Aufbau aus zukommen. Erreicht wird dies gemäss vorlie gender Erfindung dadurch, dass im Heizraum des Erhitzers ein höherer Druck als Atmo sphärendruck herrscht. Das hat zur Folge, dass die Wärmeabgabe von den Heizgasen an das Arbeitsmittel intensiver vor sieh geht, als wenn im Heizraum nur Atmosphären druck herrscht, so dass die Oberflächen der Wandungen, durch die hindurch der indi rekte Wärmeaustausch zwischen den Heiz gasen und dem Arbeitsmittel zu :erfolgen hat, kleiner bemessen werden können.
Fer ner kann auch die Stärke dieser Wandun gen kleiner bemessen werden, :da sich der Überdruck im Heizraum :derart festlegen lässt, @dass zu beiden Seiten :
der Wandungen, das heisst vorzugsweise zwischen dem Innen und Aussenraum von Rohren, nur ein Druck unterschied besteht, der keine allzu grossen Beanspruchungen der betreffenden Wandun gen bedingt. Da beim Arbeiten mit Über <B>5</B> im Heizraum des Erhitzers die je Volumeneinheit in den Heizgasen enthaltene Wärmemenge grösser ist als wenn im Heiz raum nur Atmosphärendruck herrscht,
so lässt sich im weiteren .dieser Raum bei gleich grosser Leistungsfähigkeit kleiner bemessen. Diese verschiedenen Umstände traben gegen seitig zur Erreichung des angestrebten Zweckes bei, nämlich den Erhitzer möglichst klein bemessen zu können.
Dabei kann zwveckmässig die in den aus dem Heizraum abströmenden Rauchgasen noch enthaltene Energie zum Teil in einem Wärmeaustauseher durch Wärmeabgabe an die dem Heizraum zuzuführende Frischluft und zum andern Teil in einer Abgasturbine ausgenutzt werden. Da<B>,</B> die abströmenden Rauchgase ebenfalls unter Überdruck stehen, so lässt sich auch der erwähnte Wärmeaus- tauscher verhältnismässig klein bemessen, da diesbezüglich dieselben Umstände eine Rolle spielen, wie sie weiter oben im Zusammen- hange mit dem ebenfalls unter Überdruck stehenden Heizraum des Erhitzers bespro chen worden sind.
Dieser Vorteil fällt bei Anlagen der eingangs erwähnten Art beson ders ins Gewicht, da hier das Arbeitsmittel bereits stark vorgewärmt in den Erhitzer ge langt, so dass die abströmenden Rauchgase noch eine hohe Temperatur haben. Folglich ist in solchen Anlagen von den Rauchgasen im Frischluftvorwärmer eine grosse Wärme menge an die vorzuwärmende Frischluft ab zugeben, was für gewöhnlich unter Atmo sphärendruck erfolgt und daher das Vor sehen entsprechend gross bemessener Wärme austauschflächen erfordert.
Gelangen da gegen die Rauchgase unter Druck in den Frischluftvorwärmer, so fördert der erhöhte Druek den Wärmeaustausch dermassen, dass sich mit einer wesentlich geringeren Wärme austauschfläche und somit mit einem Wärme austauseher von gedrängtem Aufbau auskom men lässt, dies um so mehr als auch die vor zuwärmende Frischluft von einem Verdich ter von aussen angesaugt und unter Druck in den Wärmeaustauscher befördert wird.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind ver schiedene beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in vereinfach- 5 ter Darstellungswveise veransehaulicht, und zwar zeigt: Fig. l eine Anlage, bei welcher die aus dem Heizraum des Erhitzers abströmenden Rauchgase vorerst in einen Wärmneaustau- scher und hernach in eine Abgasturbine ge langen, Fig. 2 eine Anlage, bei welcher die aus dem Heizraum des Erhitzers abströmenden Rauchgase zuerst in eine Abgasturbine und dann in einen Wärmeaustauseher gelangen.
Fig. 3 zeigt eine Anlage, in welcher der Heizraum des Erhitzers an eine Stelle des Arbeitsmittelkreislaufes der Wärmekraft- anlage angeschlossen ist, au welcher der im Heizraum gewünschte Druck herrscht, und ein Hilfsverdichter aus der Atmosphäre an gesaugte Ersatzluft in den genannten Kreis lauf fördert.
Fig. 4 zeigt eine Abänderung einer Ein zelheit einer Anlage nach Fig. 3.
In Fig. 1 bezeichnet 1 den geschlossenen Kreislauf einer Wärmekraftanlage, in wel chem ein äcisfiirmiges Arbeitsmittel, bei spielsweise Luft. umläuft. Diese in einem Erhitzer 2 durch äussere Wärmezufuhr er hitzte Luft gelangt in eine Turbine 3. in der sie expandiert und dabei einerseits einen Verdichter 4 treibt und anderseits Leistung nach aussen, und zwar über einen Generator 5, abgibt.
Die die Turbine 3 verlassende, entspannte Luft gelangt über einen Wärme- austauscher 6, wo sie einen grossen Teil ihrer Wärme an den wieder verdichteten Teil des Arbeitsmittels abgibt, durch einen Vorküh ler 7 in den Verdichter d, der sie auf höhe ren Druck bringt und durch den Wärmeaus tauseher 6 hindurch, in welchem sie Wärme aufnimmt, in den Erhitzer 2 fördert. Hier wird die Luft durch äussere indirekte Wärmezufuhr erhitzt, und schliesslich ge langt sie wieder in die Turbine 3.
Dem Heizraum des Erhitzers ? wird Brennstoff durch eine Leitung 8 und die für die Verbrennung benötigte Frischluft durch eine Leitung 9 zugeführt. In diesem Heiz raum ? herrscht ein höherer Druck als :
@tinosphärendruck, da die Friachluftleitung 9 über einen M'ärmeausta.uscher 10 an einen Hilfsverdieliter 11 angeschlossen ist, der Frischluft aus der Atmosphäre ansaugt und unter Überdruck in den Erhitzerlieizraum fördert. Der Hilfsverdichter 11 erhält seinen Antrieb von einer Abgasturbine 12, in wel cher die ihr durch eine Leitung 13 zuströ menden Abgase des Erhitzers 2, nachdem sie vorerst im Frischluftvorwärmer 10 Wärme an die vom Hilfsverdichter 11 angesaugte Luft abgegeben haben, entspannt werden.
Der Hilfsverdichter 11 kann auch Antriebs leistung von aussen erhalten, beispielsweise über eine elektrische Maschine 121, die mit der Abgasturbine 12 und dem Hilfsverdich ter 11 derart zu einem Aggregat vereinigt sein kann, dass sie wechselweise Strom auf nimmt bezw. Strom abgibt. Bei der beschrie benen Wärmekraftanlage ist der Arbeitsmit telkreislauf 1 völlig getrennt vom offenen Kreislauf, den die Frischluft (Leitung 9) bezw. die aus dem Heizraum des Erhitzers 2 abströmenden Rauchgase (Leitung 13) durchlaufen.
Je nach der im Heizraum des Erhitzers 2 gewünschten Höhe des Überdruckes kön nen ein oder mehrere Hilfsverdichter vorge sehen sein, denen dann eine einzige Abgas turbine und eine einzige elektrische Ma schine, oder auch mehrere Abgasturbinen und elektrische Maschinen zugeordnet wer den können.
Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der beschriebenen lediglich dadurch, dass die aus dem Heiz raum des Erhitzers 14 abströmenden Rauch gase durch eine Leitung 15 vorerst in eine Abgasturbine 16 und dann erst in einen Frischluftvorwärmer 17 gelangen, wo sie Wärme an die vom Hilfsverdichter 18 aus der Atmosphäre angesaugte und durch eine Leitung 19 über diesen Wärmeaustauscher 17 in den Heizraum des Erhitzers 14 geför derte Luft abgeben.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Wärmekraft anlage bezeichnet 20 den Erhitzer, in wel chem dem Arbeitsmittel, von dem der grö ssere Teil wieder einen Kreislauf unter Über druck beschreibt, von aussen indirekt Wärme zugeführt wird. 21 bezeichnet die Turbine, in der dieses Arbeitsmittel expandiert, und 22 ist der Verdichter, welcher das Arbeits- mittel wieder auf höheren Druck bringt. An den Heizraum des Erhitzers 20 ist eine Brennstoffzufuhrleitung 23 angeschlossen, und die in diesem Erhitzer benötigte Frisch luftmenge wird hinter der Turbine 21 an der Stelle 24 dem Arbeitsmittelkreislauf der Wärmekraftanlage entnommen, so dass auch im Heizraum des Erhitzers 20 ein Über druck herrscht. Die Stelle 24 Ist dabei so gewählt, dass an derselben der im Heizraum gewünschte Druck herrscht.
Die aus dem Heizraum abströmenden Rauchgase gelangen durch eine Leitung 25 vorerst in einen Wärmeaustauscher 26, wo sie Wärme an einen Teil des vom Verdichter 22 durch eine Leitung 27 in den Erhitzer 20 geförderten Arbeitsmittels der Anlage abgeben, und her nach in eine Abgasturbine 28, in der sie sich entspannen. Die Abgasturbine 28 treibt einen Hilfsverdichter 29 an, der aus der Atmosphäre angesaugte Frischluft an einer Stelle 30 vor dem Verdichter 22 in den Kreislauf der Wärmekraftanlage fördert, und zwar als Ersatz für die diesem Kreis lauf an der Stelle 24 entnommene Luft menge. Letztere macht jeweils nur einen kleinen Prozentsatz der im Kreislauf umge wälzten Arbeitsmittelmenge aus.
Auch in diesem Falle ist die Abgasturbine 28 mit einer elektrischen Maschine 31 verbunden, die entweder Leistung an die Maschinen gruppe 28, 29 abgeben oder von der Abgas turbine 28 Leistung aufnehmen kann.
Da bei Wärmekraftanlagen -der hier in Frage kommenden Axt :die Anpassung an die nach aussen abzugebende Leistung vor zugsweise durch Änderung der Dichte des Arbeitsmittels, also des den Kreislauf durch laufenden Arbeitsmittelgewichtes, erfolgt, so lässt sich erreichen, dass sich der Überdruck im Heizraum des Erhitzers ,2i0 selbsttätig der jeweiligen Leistungsabgabe der Wärme kraftanlage anpasst.
Die in Fig.4 bezeigte Anlage unterschei det sich von der nach Fig. 3 dadurch, dass die aus dem Heizraum des ,Erhitzers 32 ,durch eine Leitung 33 abströmenden Raueh- gas@e vorerst in eine Abgassturbine 3,4 und erst hernach in einen Wärmeaustauscher 35 gelangen, in welchem sie Wärme an einen Teil der vom Verdichter 36 durch eine Lei tung 37 über den Erhitzer 32 in die Tur bine 38 geförderten Luft abgeben.
Die Ab gasturbine 34 treibt einen Hilfsverdichter 39 an, der von der Atmosphäre angesaugte Luft durch eine Leitung 40 nach der Stelle 41 in den Kreislauf des Arbeitsmittels der eigent lichen Wärmekraftanlage fördert, als Ersatz für die an der Stelle 42 des Arbeitsmittel kreislaufes entnommene, dem Erhitzer 32 zugeführte Luft. Auch hier macht die an der Stelle 42 dem Kreislauf entnommene Luftmenge nur einen kleinen Prozentsatz der in diesem Kreislauf umgewälzten Ge samtluftmenge aus.
Der Luft aus der Atmosphäre in den Heizraum des Erhitzers fördernde Hilfsver dichter kann so ausgebildet sein, dass sich dessen Drehzahl regulieren lässt, so dass der Druck der in den Heizraum geförderten Frischluft der Belastung der Wärmekraft anlage angepasst werden kann.
Bei Anlagen von der Art, wie sie in Fig. 3 und 4 gezeigt sind, lässt sich mit Hilfe des Hilfsverdichters, beispielsweise dadurch, dass dessen Drehzahl geändert wird, auch der Druckpegel im Arbeitsmittel kreislauf ändern.
Anstatt den Heizraum des Erhitzers mit einer Stelle des Arbeitsmittelkreislaufes zu verbinden, die hinter der Hauptturbine der Wärmekraftanlage liegt, so dass im Heiz raum praktisch derselbe Druck herrscht, wie auf der Niederdruckseite des Arbeitsmnittel- kreislaufes, kann der Heizraum auch mit einer Stelle des Arbeitsmittelkreislaufes ver bunden werden, der vor der Hauptturbine liegt, so dass im Heizraum praktisch der selbe Druck herrscht, wie im Innern der Rohre, durch welche das im Erhitzer zu er hitzende Arbeitsmittel strömt.
Ganz allge mein lässt sieh sagen, dass der Heizraum mit einer solchen Stelle des Arbeitsmittelkreis laufes verbunden wird, an der jeweils der im Heizraum gewünschte Druck Herrscht. Zweckmässig werden noch Vorrichtungen vorgesehen, um die den Erhitzer verlassen den Rauchgase von Verbrennungsrückstän den zu reinigen.