Wärmekraftanlage. Die Erfindung betrifft eine Wärmekraft anlage, in der Umgebungsluft in mindestens einem Verdichter verdichtet, hierauf in einem Lufterhitzer mittelbar erhitzt und dann in mindestens einer Turbine entspannt wird, wobei letztere ausser einem Nutzleistungs- empfänger auch den Verdichter antreibt.
Es gibt Fälle; wo es bei solchen Anlagen, und zwar vorwiegend bei kleinen Leistungen, weniger auf die Erzielung eines höchsten Wirkungsgrades ankommt, als vielmehr auf die Schaffung einer billigen, einfachen An lage von geringem Gewicht und Raumbedarf.
Die Erfindung ermöglicht; eine @Värmekraft- anlage mit mittelbarer Erhitzung der Treib- luft zu schaffen, bei der sich ohne Vorwär- mer sowie Gebläse für die Verbrennungsluft und die Rauchgasümwälzung auskommen lässt.
Auch wenn kein Vorwärmer für die Treibluft oder höchstens ein solcher Vor wärmer von geringem Gewicht und kleinem Raumbedarf vorgesehen wird, lässt sich gleichwohl eine weitgehende Ausnutzung der fühlbaren Wärme der Turbinenabluft und der Verbrennungsgase erzielen, so dass die ,gesam ten Abwärmeverluste - klein ausfallen und sich daher für die Anlage ein trotzdem gün stiger Gesamtwirkungsgrad ergibt.
Die Wärmekraftanlage gemäss der Erfin dung zeichnet sich dadurch aus, dass minde stens ein Teil der in der Turbine zur Entspannung kommenden Luftmenge nach Durchlaufen mindestens eines Teils dieser Turbine in den Verbrennungsraum des Luft- erhitzers gelangt, wo die in dieser Luftmenge noch enthaltene Wärme unmittelbar aus genutzt wird.
Auf der beiliegenden Zeichnung sind ver schiedene beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in vereinfachter Darstellungsweise veranschaulicht, und zwar zeigt: Fig. 1 eine Anlage, in welcher ein Teil der Abluft einer Turbine zum Teil als Pri mär- und Sekundärluft und zum Teil als Mischluft in den Verbrennungsraum eines Lufterhitzers, gelangt, Fig. 2 eine Anlage, in welcher vor der letzten Entspannungsstufe einer Luftturbine entnommene Treibluft in den Verbrennungs raum eines Lufterhitzers und der Rest der der Turbine zugeführten Treibluft als Ab luft ins Freie strömt, Fig. 3 eine Anlage,
in welcher ein Teil der Abluft einer Turbine in den Verbren nungsraum eines Lufterhitzers und der Rest in einen Vorwärmer gelangt, durch den ein Teil der von einem Verdichter in den Er hitzer geförderten Treibluftmenge geht.
Fig. 4 eine Anlage, in welcher ein nicht in den Verbrennungsraum eines Lufterhitzers gelangender Teil einer in diesem zu erhitzen den Luftmenge nicht so hoch erhitzt wird wie der übrige, nach erfolgter Entspannung in diesen Raum strömende Teil jener Luft menge, wobei die Entspannung dieser zwei Luftteile in zwei getrennten Turbinen er folgt, und schliesslich zeigt Fig. 5 eine Anlage,
in welcher die Ent spannung einer in einem Erhitzer erhitzten Luftmenge zweistufig unter Zwischenerhit zung eines Teils derselben erfolgt und der nicht zwischenerhitzte Luftteil nach erfolg ter Entspannung in einer Turbine in einen Vorwärmer gelangt, durch den ein Teil der von einem Verdichter in den Erhitzer geför derten Luftmenge geht.
Die in Fig. 1 gezeigte Wärmekraftanlage weist einen zweigehäusigen Verdichter 1 auf, der durch eine Leitung 2 Umgebungsluft an saugt und unter Zwischenkühlung auf einen höheren Druck bringt. Die so verdichtete Luft :gelangt durch eine Leitung 3 in ein Heizsystem 4 eines Lufterhitzers 5, dem. durch eine Leitung 15 Brennstoff zugeführt wird.
Die im Erhitzer 5 erhitzte Luft wird durch eine Leitung 6 einer Luftturbine 7 zugeführt, wo sie sich entspannt. Diese Tur- bine 7 treibt den erwähnten Verdichter 1 und einen als Generator 8 ausgebildeten Nutz leistungsempfänger an. Die gesamte Abluft. der Turbine 7 tritt in eine Leitung 9 über, von der drei Leitungen 10, 11 und 12 ab zweigen. Die Leitung 10 ist an den Ver brennungsraum 13 des Erhitzers 5 ange- schlossen, dem die durch diese Leitung 1.0 strömende Abluft als Primär- und Sekundär luft zuströmt.
Ein weiterer Teil der Tur binenabluft lässt sich durch die Leitung 11 als Mischluft in den Verbrennungsraum 13 einführen, während der Rest dieser Abluft durch die Leitung 1\3 einem nicht gezeigten Verbraucher erhitzter Druckluft zuströmt oder ins Freie gelassen wird.
Die fühlbare Wärme der in den Verbren nungsraum 13 des Lufterhitzers 5 gelangen den Turbinenabluft lässt sich in diesem Raume weitgehend ausnutzen. Da sieh durch entsprechende Bemessung der Reizfläche des Systems 4 erreichen lässt, da.ss die Tem peratur- der durch eine Leitung 14 aus dem Erhitzer 5 strömenden Abgase niedriger ist als die Temperatur der in den Verbrennungs raum 13 eingeführten Abluft, so sind die Abwärmeverluste in der beschriebenen An lage verhältnismässig gering.
Werden in die Leitungen 10, 11 und 12. wie gezeigt, einstellbare Absperrorgane ein gebaut, so lässt sich die dem Verbrennungs raum 13 zugeführte Abluftmenge der in die sem Raum geforderten Verbrennungstempe ratur anpassen, wobei dann durch die Lei tung 12 dem nicht gezeigten Verbraucher erhitzter Druckluft mehr oder weniger Ab luft zuströmt. Es ist somit möglich, dafür zu sorgen, dass in die Verbrennungszone des Erhitzers 5 nicht zu viel Abluft gelangt, also die Temperatur in dieser Zone durch die zugeführte Abluft nicht zu stark gesenkt wird.
Dies ist insofern wichtig, weil in einer Anlage der beschriebenen Art die Abluft menge bei normalen Druckverhältnissen (etwa 1: 5 bis 1:10), d. h. bei den Druckver hältnissen, die einen günstigen thermischen Cresamtwirkungsgrad ergeben, ein Vielfaches der im Verbrennungsraum des Erhitzers zur Verbrennung theoretisch benötigten Luft menge beträgt. Im Verbrennungsraum 13 lässt sich 01, Generator-, Hochofengas, ein fester Brennstoff und dergleichen verfeuern.
Bei einer Anlage der beschriebenen Art kann mit aufgeladenem Verbrennungsraum gearbeitet werden. Ist der Druck der Turbi- nenabluft für die Aufladung nicht hoch genug, so kann in der in Fig. 2 gezeigten Weise ein Teil der in einem Erhitzer 20 erhitzten Treibluft, welche in einer Turbine 16 entspannt wird, vor der vollständigen Ent spannung schon an der Stelle 17 aus der Turbine 16 entnommen und durch eine Lei tung 18 als Primär- und Sekundär- sowie als Mischluft in den Verbrennungsraum 19 des Lufterhitzers 20 übergeführt werden.
In die sem Falle lässt sich die Entspannung des verbleibenden Teils der der Turbine 16 zuge führten Treibluft so weit treiben, dass die Abluft der Turbine 16 unmittelbar ins Freie ausströmen gelassen werden kann. Die Abgase des Erhitzers 20 können wenigstens zum Teil noch in einer Gasturbine 20' aus genutzt werden.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Anlage ge langt ein regelbarer Teil der Abluft einer Turbine 21 durch eine Leitung 22 in einen Wärmeaustauscher 23, durch den ein eben falls regelbarer Teil der von einem Verdich ter 24 angesaugten und auf höheren Druck gebrachten Treibluftmenge gefördert wird. Die in diesem Wärmeaustauscher 23 vor gewärmte Luft strömt durch eine Leitung 25, die an der Stelle 26 an das Heizsystem 27 eines Lufterhitzers 28 angeschlossen ist.
Der nicht durch die Leitung 25 geförderte Teil der vöm Verdichter 24 angesaugten Luftmenge gelangt durch eine Leitung 29 ebenfalls in das Heizsystem 27, aber an einer Stelle, an welcher tiefere Verbrennungsgas temperaturen als an der Stelle 26 herrschen. Da von der Anschlussstelle 26 an durch den obern Teil des Heizsystems 27 verhältnis mässig kalte Treibluft strömt, lässt .sich er reichen, dass die durch eine Leitung 30 aus dem Erhitzer 28 strömenden Abgase tief abgekühlt sind. Auch im Wärmeaustauscher 23 lässt sich die fühlbare Wärme der durch die Leitung 22 in denselben strömenden Ab luft gut ausnützen.
In Fig. 4 ist eine Anlage gezeigt, in wel cher in einem Erhitzer 31 erhitzte Treibluft in zwei getrennten Turbinen 32 und 33 ent spannt wird. Die der Turbine 32 durch eine Leitung 34 zuströmende Luftmenge ist weni ger hoch erhitzt als die durch eine Leitung 35 der Turbine 33 zuströmende Luftmenge, indem .die Leitung 34 vom Heizsystem 36 des Lufterhitzers 31 an einer Stelle tieferer Tem peratur als die Leitung 35 abzweigt. Die Abluft der Turbine 32 gelangt unmittelbar ins Freie, während die Abluft der Turbine 33 in den Verbrennungsraum des Luft- erhitzers 31 übertritt.
Hier braucht die Ab luft der Turbine 32 durch keinen ,Wärme- austauscher geleitet zu werden., da die in dieser Abluft enthaltene fühlbare Wärme als Folge der geringeren Erhitzung der der Turbine 32 zugeführten Treibluft - bereits so tief abgekühlt (etwa 200 ) sein kann, dass es sich nicht mehr lohnt, die in derselben noch enthaltene Abwärme in, einer besonderen Apparatur auszunützen.
Bei der in Fig. 5 gezeigten Anlage wird von einem Verdichter 37 angesaugte Um gebungsluft auf höheren Druck gebracht und in einem Heizsystem 38 eines Lufterhitzers 39 erhitzt, um dann als Treibluft in drei Tur binen 40, 41 und 42 entspannt zu werden. Dabei .gelangt die im Heizsystem 38 erhitzte Luftmenge vorerst in die Turbine 40. Ein Teil der Abluft dieser Turbine strömt durch eine Leitung 43 in ein zweites Heizsystem 44 des Lufterhitzers 39 über, wo diese Luft menge zwischenerhitzt wird, um anschliessend durch eine Leitung 45 in die Turbine 41 zu gelangen.
Die Abluft dieser Turbine 41 tritt durch eine Leitung 46 als Primär-, Sekun där- und Mischluft in den Verbrennungsraum des Lufterhitzers 39 ein. Der nicht in die Leitung 43 überströmende Teil der Abluft menge der Turbine 40 wird durch eine Lei tung 47, in die ein Regelorgan 47' eingebaut ist, der Turbine 42 zugeführt. Die Abluft dieser Turbine 42 gelangt durch eine Leitung 48 in einen Wärmeaustauscher 49, durch den ein Teil der vom Verdichter 37 angesaugten Treibluftmenge gefördert wird,
um in diesem Wärmeaustauscher vorgewärmt zu werden. Diese vorgewärmte Luftmenge geht durch eine Leitung 50 hindurch, die an der Stelle 51 an das Heizsystem 38 angeschlossen ist.
Der Rest der vom Verdichter 37 angesaugten Treibluftmenge geht durch eine Leitung 52, die an der Stelle 53 ebenfalls an das Heiz- system 3$ angeschlossen ist, doch liegt die Anschlussstelle 53 an einer Stelle tieferer Rauchgastemperatur als die Anschlussstelle 51 der Leitung 50.
Die Abluft der weiteren Turbine 42 könnte auch unmittelbar auf Atmosphären druck entspannt werden.
Die Art der Ausbildung des Verdichters, der Turbine und des Erhitzers, in welchem die Luft mittelbar zu erhitzen ist, spielt für das Wesen der Erfindung keine Rolle. So kann der Verdichter auch eingehäusig in radialer oder axialer Bauart ausgebildet sein, oder mehr als zwei Gehäuse aufweisen. Auch kann die Verdichtung ohne Zwischenkühlung oder mit mehrfacher Zwischenkühlung erfol gen. Die Turbine kann ein- oder auch mehr- gehäusig ausgebildet sein.
Ferner können der Verdichter und eine diesen antreibende Tur bine eine Maschinengruppe bilden, die mit anderer Drehzahl läuft als eine von einer zweiten Turbine und einem Nutzleistungs- empfänger gebildete Maschinengruppe. Zwei Maschinengruppen dieser Art können auch über ein Getriebe miteinander gekuppelt sein. Im weiteren kann die mittelbare Erhitzung der Luft allenfalls selbst in Cowpern er folgen, denen als Brennstoff Hochofenabgas zugeführt wird.
Ganz allgemein lässt sich sagen, dass die Wahl der Drehzahl, .der gegenseitige Zusam menbau und die Unterteilung der Gruppen in der vorstehend angedeuteten Weise sich je nach Leistungsgrösse, Temperatur- und Druckverhältnissen nach den für Strömungs maschinen geltenden Gesetzen zur Errei chung besten Wirkungsgrades richten kann.