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Die Erfindung betrifft ein Kraftwerk und ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie mit Dampf.
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Herkömmliche Dampfkraftwerke erzeugen in einem Dampfkessel aus Wasser Dampf, der in einem nachgeschalteten Überhitzer weiter auf Temperaturen um ca. 600°C erhitzt wird und über Rohrleitungen einer Turbine zugeführt wird. Durch den in den Rohrleitungen unter Druck stehenden Dampf wird die Turbine in Bewegung versetzt. Diese Bewegung (mechanische Energie) wird mittels eines Generators in elektrische Energie umgesetzt, welche beispielsweise in Stromversorgungsnetze eingespeist und somit einem Verbraucher zugeführt werden kann. Nach der Turbine strömt der teilweise abgekühlte Dampf in einen Kondensator, in welchem der Dampf kondensiert und somit wieder zu Wasser wird. Das Wasser wird in einem Wasserbehälter gesammelt und kann von dort wieder dem Dampfkessel zugeführt werden.
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Durch das Strömen über die Turbine und den Kondensator wird der Dampf beispielsweise durch Öl an der Turbine verunreinigt, weshalb der Dampf vor seiner Zuleitung in den Wasserbehälter mittels aufwändiger Verfahren, wie beispielsweise dem Taprogge-Verfahren, gereinigt werden muss. Zudem haben heute bekannte Dampfkraftwerke einen Wirkungsgrad von ungefähr nur 45%.
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Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Kraftwerk und ein Verfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie mit Dampf zur Verfügung zu stellen, bei welchen eine Belastung der Umwelt mit Giftstoffen vermieden wird und trotzdem ein höherer Wirkungsgrad des Kraftwerks und des Verfahrens erzielt werden kann, als bisher üblich.
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Die Aufgabe wird durch ein Kraftwerk zur Erzeugung von elektrischer Energie mit Dampf nach Patentanspruch 1 gelöst. Das Kraftwerk hat einen Flüssigkeitsbehälter zur Aufnahme einer Flüssigkeit, aus welcher Dampf zu erzeugen ist, ein Rohrsystem, welches mit dem Flüssigkeitsbehälter derart verbunden ist, dass es mit Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter gespeist werden kann, und eine Vielzahl von separaten Brennkammern, welche jeweils mit einem vorbestimmten Abstand voneinander an dem Rohrsystem angeordnet sind, zur Erwärmung der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in dem Rohrsystem zu Dampf.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des Kraftwerks sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das Rohrsystem kann eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Rohren umfassen, welche derart nebeneinander angeordnet sind, dass sie im Querschnitt gesehen einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Körper bilden.
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Es ist vorteilhaft, wenn das Rohrsystem eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Rohren umfasst, welche jeweils zwei im Wesentlichen geradlinig geformte und nebeneinander angeordnete Rohrabschnitte aufweisen, die durch einen gebogenen Abschnitt miteinander verbunden sind. Hierbei können die zwei geradlinig geformten Rohrabschnitte eines Rohrs unterschiedlich große Rohrdurchmesser haben.
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Zudem können die geradlinig geformten Rohrabschnitte eines Rohrs, die einen ersten Rohrdurchmesser haben, derart nebeneinander angeordnet sein, dass sie im Querschnitt gesehen einen ersten Ring bilden, wobei die anderen geradlinig geformten Rohrabschnitte eines Rohrs, die einen zweiten Rohrdurchmesser haben, der kleiner als der erste Rohrdurchmesser ist, derart nebeneinander angeordnet sein können, dass sie im Querschnitt gesehen einen zweiten Ring bilden, und wobei der erste Ring einen größeren Ringdurchmesser als der zweite Ring haben kann und um den ersten Ring herum angeordnet sein kann.
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Das Kraftwerk kann auch mindestens eine Heizeinrichtung zur Erwärmung des Rohrabschnitts der zwei im Wesentlichen geradlinig geformten und nebeneinander angeordneten Rohrabschnitte eines Rohrs des Rohrsystems haben, welcher den kleineren Rohrdurchmesser hat. Hierbei kann die mindestens eine Heizeinrichtung an der Innenwand des geradlinigen Rohrabschnitts mit kleinerem Rohrdurchmesser fest montiert sein und eine Heizwärme von ca. 850°C erzielt.
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Es ist von Vorteil, wenn das Rohrsystem in eine Kachelschicht eingebettet ist, welche im Querschnitt gesehen einen hohlzylindrischen Körper hat, der außen von mindestens einer Ziegelschicht und einer darauf angeordneten Betonschicht umgeben ist.
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Es ist auch möglich, dass das Kraftwerk Rohre zum Heizen aufweist, welche von dem Hohlraum des hohlzylindrischen Körpers um die geradlinigen Rohrabschnitte mit verschiedenen Rohrdurchmessern gebogen sind und wieder in den Hohlraum führen.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren nach Patentanspruch 10 gelöst. Das Verfahren dient zur Erzeugung von elektrischer Energie mit Dampf, und umfasst die Schritte:
Aufnehmen einer Flüssigkeit, aus welcher Dampf zu erzeugen ist, in einem Flüssigkeitsbehälter; Speisen der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in ein Rohrsystem; und Erwärmen der Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter in dem Rohrsystem zu Dampf mittels einer Vielzahl von separaten Brennkammern, welche jeweils mit einem vorbestimmten Abstand voneinander an dem Rohrsystem angeordnet sind.
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Mit dem zuvor beschriebenen Kraftwerk und Verfahren wird eine neue Art der Dampferzeugung in einem Kraftwerk bereitgestellt, bei welchem eine Belastung der Umwelt mit Giftstoffen beim Betrieb des Kraftwerks vermieden wird und trotzdem ein sehr hoher Wirkungsgrad des Kraftwerks und des Verfahrens erzielt werden kann.
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Zudem ist der Brennstoffbedarf, also Primärenergie vergleichsweise gering, da mit einer Brennkammer Dampf in mehreren Rohren gleichzeitig erhitzt werden kann. Dadurch ergibt sich ein guter Wirkungsgrad
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Darüber hinaus ist das Kraftwerk konstruktiv einfacher gestaltet, als bisher bekannte Kraftwerke, so dass sowohl der Bau als auch die Wartung des Kraftwerks vereinfacht ist, was jeweils zur Kostensenkung beiträgt.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Kraftwerks gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 eine dreidimensionale vergrößerte Ansicht eines Teils des Kraftwerks gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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3 eine weitere dreidimensionale vergrößerte Ansicht eines Teils des Kraftwerks gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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4A–B jeweils eine schematische dreidimensionale Außenansicht der Dampferzeugungseinrichtung von 1, wobei in 4A ein Teil einer Dampferzeugungseinrichtung des Kraftwerks im Schnitt dargestellt ist;
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5 eine dreidimensionale Draufsicht auf ein Rohrsystem in einem Gewölbe der Dampferzeugungseinrichtung von 1;
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6 eine schematische dreidimensionale Schnittansicht eines Teils der Dampferzeugungseinrichtung von 1;
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7 eine weitere schematische dreidimensionale Schnittansicht eines Teils der Dampferzeugungseinrichtung von 1;
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8 noch eine weitere schematische dreidimensionale Schnittansicht eines Teils der Dampferzeugungseinrichtung von 1;
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9 einen schematischen Querschnitt der Dampferzeugungseinrichtung von 1;
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10 eine dreidimensionale Schnittansicht eine Teilstücks der Dampferzeugungseinrichtung von 1;
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11 eine schematische Darstellung der Anordnung von Heizrohren in der Dampferzeugungseinrichtung von 1;
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12 eine schematische dreidimensionale Ansicht eines Teils eines Kraftwerks gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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13 eine weitere schematische dreidimensionale Ansicht eines Teils des Kraftwerks von 12; und
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14 eine weitere schematische dreidimensionale Ansicht eines Teils des Kraftwerks von 12.
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In der nachfolgenden Beschreibung sind gleiche und gleichbedeutende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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(Erstes Ausführungsbeispiel)
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1 zeigt eine Ansicht eines Kraftwerks 1 mit einem Flüssigkeitsbehälter 10, einem Rohrsystem 20, einer Dampferzeugungseinrichtung 30, in welcher ein Teil des Rohrsystems 20 mit Stahlkanälen 22 geführt ist, einer Turbine 40, einem Auffangbehälter 50, und Brennstoffbehältern 60.
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In den Auffangbehälter 50 wird heiße Luft gegebenenfalls vermischt mit Wasser aus der Dampferzeugungseinrichtung 30 über Rohrleitungen eingeleitet. Die Luft kann in dem Auffangbehälter 50 von gegebenenfalls darin enthaltenen Giftstoffen gereinigt werden und anschließend an die Umgebung abgegeben werden. In dem Auffangbehälter 50 kann Flüssigkeit, wie beispielsweise Wasser enthalten sein.
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Die Kraftstoffbehälter 60 dienen zur Aufnahme von Brennstoff, welcher in dem Kraftwerk 1 zur Dampferzeugung verwendbar ist.
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2 zeigt eine vereinfachte Darstellung des Teils des Kraftwerks 1 von 1 zwischen dem Flüssigkeitsbehälter 10 und der Dampferzeugungseinrichtung 30. Hierbei ist in 2 der Auffangbehälter 50 nicht dargestellt und die Stahlkanäle 22 sind nur als Rohre veranschaulicht. Zudem ist die Turbine 40 teilweise im Schnitt dargestellt.
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Wie in 1 und 2 veranschaulicht, ist der Flüssigkeitsbehälter 10 an einem Ende des Kraftwerks 1 angeordnet. Der Flüssigkeitsbehälter 10 wird beispielsweise mit Grundwasser gefüllt, welches über nicht dargestellte Rohrleitungen in den Flüssigkeitsbehälter 10 eingeleitet werden kann. Hierzu sind vorzugsweise fünf nicht dargestellte Rohrleitungen in einer Wand des Flüssigkeitsbehälters 10 vorgesehen und an Pumpen, insbesondere Motorpumpen, angeschlossen, welche die Flüssigkeit in den Flüssigkeitsbehälter 10 pumpen. Durch eine Regelung der Förderleistung der Pumpen und/oder Absperrventile an dem Flüssigkeitsbehälter 10 kann die in dem Flüssigkeitsbehälter 10 vorhandene Flüssigkeitsmenge geregelt werden.
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Im Boden des Flüssigkeitsbehälters 10 befinden sich eine Vielzahl von Öffnungen, beispielsweise 30 Öffnungen, durch welche Flüssigkeit bzw. Wasser aus dem Flüssigkeitsbehälter 10 in an die Öffnungen angeschlossene Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 geleitet werden kann. Genauer gesagt, an jede der Öffnungen ist vorzugsweise ein Flüssigkeitsbehälterabflussrohr 21 angeschlossen. Wie in 2 dargestellt, sind die Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 in einer Reihe nebeneinander angeordnet. Jedes der Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 führt in einen unter dem Flüssigkeitsbehälter 10 angeordneten Stahlkanal 22, der, wie erwähnt, in 2 der Einfachheit halber als Rohr dargestellt ist und ebenfalls Teil des Rohrsystems 20 ist. Das heißt, unter dem Flüssigkeitsbehälter 10 sind in 2 zehn Stahlkanäle 22 nebeneinander in einer Richtung angeordnet, die von dem Flüssigkeitsbehälter 10 zu der Dampferzeugungseinrichtung 30 gerichtet ist. Bei den Flüssigkeitsbehälterabflussrohren 21 können nicht dargestellte Pumpen montiert sein, welche den Wasserdruck erhöhen können.
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Aus dem Flüssigkeitsbehälter 10, der beispielsweise 20 m breit, 50 m lang und 3 m tief ist und über den letzten 50 m der Dampferzeugungskanäle (entsprechen den später beschriebenen Innenrohren 26) mit seiner schmalen, 20 m breiten Seite, zur Gesamtanlage zeigend, angeordnet ist, führen vorzugsweise 10 Rohre, die ebenfalls mittels Absperrventilen zu öffnen und zu schließen sind, zu den 10 Dampferzeugungskanälen. Diese 10 Rohre können mit Hilfe von Pumpen gefüllt werden, die unter dem Flüssigkeitsbehälter 10 am Beginn der Rohre montiert sind. Sie kommen, wenn nötig zum Einsatz, um für eine ständige und gleichmäßige Zufuhr von Flüssigkeit in die Rohre zu sorgen. Jeweils 1 Rohr führt Flüssigkeit in einen dieser Kanäle, teilt sich dort in 3 Rohre auf und läuft durch die Gesamtlänge dieses Dampferzeugungskanals.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn die Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 jeweils in drei Rohren nebeneinander ausgeführt sind, wie aus 3 ersichtlich. Hierbei sind die 3 nebeneinander angeordneten Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 in jeweils einem der Stahlkanäle 22 weitergeführt. Die 3 Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 in einem Stahlkanal 22 besitzen hierbei ab dem Beginn des Stahlkanals 22 bis zu dessen Ende jeweils nicht dargestellte Löcher, durch welche die Flüssigkeit aus den 3 Flüssigkeitsbehälterabflussrohren 21 in den Stahlkanal 22 austreten kann. Hierbei sind die Löcher vorzugsweise gleichmäßig angeordnet. Zudem sind bei dem in 3 links angeordneten Flüssigkeitsbehälterabflussrohr 21 der drei direkt nebeneinander angeordneten Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 die Löcher rechts angeordnet, und bei dem in 3 rechts angeordneten Flüssigkeitsbehälterabflussrohr 21 der drei direkt nebeneinander angeordneten Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 sind die Löcher links angeordnet. Bei dem mittleren Flüssigkeitsbehälterabflussrohr 21 der drei direkt nebeneinander angeordneten Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 in 3 sind die Löcher sowohl rechts als auch links angeordnet. Das heißt, die Löcher in den Flüssigkeitsbehälterabflussrohren 21 sind jeweils den anderen Flüssigkeitsbehälterabflussrohren 21 zugeordnet, die in der Gruppe aus drei direkt nebeneinander angeordneten Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 direkt neben dem jeweiligen Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 angeordnet sind Hierbei sind die Löcher in den Flüssigkeitsbehälterabflussrohren 21 jedoch jeweils nicht direkt gegenüber angeordnet sondern versetzt zueinander, das heißt auf der einen Seite der Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 sind die aus Löchern gebildeten Lochreihen weiter oben als auf der anderen Seite angeordnet, wie bei einer Beregnungsanlage. In den Flüssigkeitsbehälterabflussrohren 21 sind jeweils Absperrventile 21a angeordnet, mit welchen die Flüssigkeitszufuhr von dem Flüssigkeitsbehälter 10 in die Stahlkanäle 22 regelbar ist.
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An dem dem Flüssigkeitsbehälter 10 zugewandten Ende des Stahlkanals 22, das in 3 gezeigt ist, ist vorzugsweise ein nicht dargestelltes Heizgebläse angeordnet.
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Von dem Flüssigkeitsbehälter 10 aus gesehen führen in jeden Stahlkanal 22 von unten in 2 auch jeweils vier Heizrohre 23 (vgl. auch 3), welche ihrer Länge nach nebeneinander bzw. übereinander angeordnet sind und an ihrem anderen Ende in einem Rohrverteiler 24 (vgl. 12 bis 14) münden. Hierbei kann der Rohrverteiler 24 ein zu den Heizrohren 23 quer liegendes Rohrstück aufweisen, das an seinen Enden verschlossen ist und an dessen Rohrwänden die Heizrohre 23 angeschlossen sind (vgl. 12 bis 14). Von dem Rohrverteiler 24 führen wiederum vier Heizrohre 25 zu der Dampferzeugungseinrichtung 30. Gemäß der Darstellung in 12 bis 14 sind die vier Heizrohre 25 in einer Biegung von den Rohrverteilern 24 nach oben zu der Dampferzeugungseinrichtung 30 geführt.
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Auch wenn dies nicht dargestellt ist, können die Heizrohre 23 den Stahlkanal 22 spiralförmig durchlaufen, so dass die Heizrohre 23 in dem Stahlkanal 22 vorzugsweise insgesamt einen Weg zurücklegen, welcher der dreifachen Länge des Stahlkanals 22 entspricht. Das dem Flüssigkeitsbehälter 10 zugewandte Ende der Stahlkanäle 22 ist in 3 gezeigt, in welcher die Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 als ein Bündel aus jeweils drei in einer Reihe nebeneinander angeordneten Rohren dargestellt sind.
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Geschützt wird das System aus Heizrohren 23, Rohrverteiler 24 und Heizrohren 25 mit einer Isolierschicht 22a (3) aus Beton, Ziegeln und Kacheln, die unter die Stahlkanäle 22 geführt ist, wobei die Rohre 23, 25 außerhalb der Stahlkanäle 22 durch die Kachelschicht der Isolierschicht 22a laufen. Die Heizrohre 23 münden, nachdem sie von der Dampferzeugungseinrichtung 30 aus gesehen die Stahlkanäle 22 durchlaufen haben, in den Auffangbehälter 50, wie auch aus 1 ersichtlich.
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Wie in 2 (vgl. auch 12 bis 14) veranschaulicht, ist an jeden der Stahlkanäle 22 an seinem von dem Flüssigkeitsbehälter 10 abgewandten Ende jeweils ein sogenanntes Innenrohr 26 angeschlossen, weiches vom Stahlkanal 22 aus nach oben auf die Ebene der Dampferzeugungseinrichtung 30 geführt wird. Hierbei sind die Innenrohre 26 auf die in 2 dargestellte Weise gebündelt, so dass sie der Länge nach nebeneinander in der Dampferzeugungseinrichtung 30 geführt werden können. Genauer gesagt, die Innenrohre 26 sind mit ihren Rohrlängen nebeneinander derart angeordnet, dass sie von ihrem Rohrquerschnitt aus gesehen auf einem Ring liegen, der wiederum innerhalb eines Rings liegt, der aus dementsprechend gebündelten Außenrohren 27 gebildet wird. Diese Anordnung der Innen- und Außenrohre 26, 27 ist in 4 bis 9 besser dargestellt und wird unter Bezugnahme auf diese Figuren später genauer beschrieben.
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Die Außenrohre 27 sind zudem an die Turbine 40 angeschlossen und führen dieser den im Kraftwerk 1 erzeugten Dampf zu, so dass die Turbine 40 die Energie des Dampfes in Bewegung und damit mechanische Energie umsetzen kann. Die mechanische Energie wird wiederum in Strom und damit elektrische Energie umgewandelt.
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Nach Durchlaufen der Turbine 40 wird der Dampf mittels eines Kondensators, in welchem der Dampf teilweise kondensiert und flüssig wird sowie zudem von in ihm gegebenenfalls enthaltenen Giftstoffen gereinigt werden kann, in den Flüssigkeitsbehälter 10 geleitet. Der Kondensator ist in 1 und 2 der Einfachheit halber als Kondensationsrohr 28 dargestellt.
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In 4A und 4B ist jeweils eine Außenansicht der Dampferzeugungseinrichtung 30 dargestellt, aus welcher ersichtlich ist, dass die Dampferzeugungseinrichtung 30 größtenteils kanalförmig ist. An ihrem einen Ende, welches der Turbine 40 und dem Flüssigkeitsbehälter 10 zugewandt ist, treten die zuvor genannten Innen- und Außenrohre 26, 27 aus. An ihrem anderen Ende hat die Dampferzeugungseinrichtung 30 eine in etwa birnenförmige Verdickung, welche nachfolgend Gewölbe 31 genannt ist. In dem Gewölbe 31 werden die Innenrohre 26 in die Außenrohre 27 überführt, wie in 5 gezeigt. Das heißt, jedes der Innenrohre 26 bildet einen im Wesentlichen geradlinigen Rohrabschnitt eines Rohrs, welches als einen weiteren im Wesentlichen geradlinigen Rohrabschnitt eines der Außenrohre 27 hat, und welches zudem einen gebogenen Rohrabschnitt hat, welcher die beiden geradlinigen Rohrabschnitte, bzw. ein Innenrohr 26 und ein Außenrohr 27 verbindet, wie in 5 gezeigt und auch aus 4A ersichtlich. Der gebogene Rohrabschnitt hat eine Biegelinie bzw. Biegung, welche in die Form des Gewölbes 31 eingepasst ist bzw. ihr entspricht. Da die Innenrohre 26 einen kleineren Rohraußendurchmesser als die Außenrohre 27 haben, wird der Rohraußendurchmesser der Innenrohre 26 in dem Gewölbe 31 auf den Rohraußendurchmesser der Außenrohre 27 angepasst. Vorzugsweise kann diese Anpassung des Rohraußendurchmessers über die Länge des gebogenen Rohrabschnitts allmählich erfolgen und bereits beginnen, wo das jeweilige Innenrohr 26 in das Gewölbe 31 eintritt.
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6 zeigt eine Schnittansicht der Dampferzeugungseinrichtung 30, bei der zur besseren Veranschaulichung die Innenrohre 26 und Außenrohre 27 in Richtung des Gewölbes 31 ohne Dampferzeugungseinrichtung 30 dargestellt sind. Um jeweils ein Innenrohr 26 und ein Außenrohr 27 ist in vorbestimmten Abständen ein weiteres Rohr, welches später auch als U-förmiges Rohr 29 bezeichnet ist, gelegt, welches unter Bezugnahme auf 10 und 11 später noch genauer beschrieben wird. Zudem ist aus 6 ersichtlich, dass die Dampferzeugungseinrichtung 30 aus mehreren Schichten aufgebaut ist, die um das Rohrbündel aus Innen- und Außenrohren 26, 27 angeordnet sind. Dieser Aufbau der Dampferzeugungseinrichtung 30 ist in 7 bis 10 noch genauer dargestellt.
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Das heißt, wie aus 7 bis 10 entnehmbar, hat die Dampferzeugungseinrichtung 30 mit Ausnahme ihres Gewölbes 31 eine zylindrische Form. Hierbei hat die Dampferzeugungseinrichtung 30 als äußerste Schicht eine Betonschicht 32 mit einer Ringstärke von beispielsweise ca. 1 Meter. Auf der Betonschicht sind in der Dampferzeugungseinrichtung 30 zwei Ziegelschichten 33a, 33b aufeinander bzw. nebeneinander angeordnet, wobei bei der Ziegelschicht 33a die Ziegel quer zu den Ziegeln der Ziegelschicht 33b angeordnet sind. In Richtung des Inneren der Dampferzeugungseinrichtung 30 schließt sich an die Ziegelschichten 33a, 33b eine Kachelschicht 34 an, in welcher die Außenrohre 27 in einem Ring mit einem größeren Ringdurchmesser als der Ring angeordnet sind, in welchem die Innenrohre 26 angeordnet sind. Das heißt, zwischen die Innenrohre 26 und Außenrohre 27 und die U-förmigen Rohre 29, die, wie in 6 bis 8 dargestellt und zuvor beschrieben, in der Dampferzeugungseinrichtung 30 angeordnet sind, sind eine Vielzahl von einzelnen Kacheln derart geschichtet, dass sich in der Dampferzeugungseinrichtung 30 insgesamt eine ringförmige Kachelschicht 34 ergibt, wie in 7 bis 10 veranschaulicht. Das heißt, die Kachelschicht 34 bildet in dem Inneren des von ihr gebildeten Rings einen mit Gas, beispielsweise Luft, gefüllten Hohlraum 35, der vorzugsweise mit einer Stahlschicht 36 ausgekleidet ist. In den Hohlraum 35 münden jeweils beide Enden von jedem der Rohre 29, so dass die Rohre 29 im Wesentlichen in einer U-Form um jeweils ein Innen- und Außenrohr 26, 27 gelegt sind. An dem Boden des U-förmigen Rohrs 29 ist ein Rohrstück 29a angesetzt, welches bis aus der Betonschicht der Dampferzeugungseinrichtung 30 herausgeführt ist. In das Rohrstück 29a und somit das U-förmige Rohr 29 können demzufolge von außerhalb der Dampferzeugungseinrichtung 30 Medien in den an seiner Innenwand mit der Stahlschicht 36 ausgekleideten Hohlraum 35 der Dampferzeugungseinrichtung 30 eingeführt werden, wie später noch genauer beschrieben. Die U-förmigen Rohre 29 sind jeweils zwischen Brennkammern 37 vorgesehen, die mit einem vorbestimmten Abstand entlang der Länge der Dampferzeugungseinrichtung 30 angeordnet sind.
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Die U-förmigen Rohre 29 sind derart montiert, dass sie mit ihrer Auffangöffnung den Druck, der aus der Richtung des Gewölbes 31 kommt, aufnehmen können und nach dem U-förmigen Bogen bzw. dem Boden des Us weist die Ausgangsöffnung der U-förmigen Rohre 29 in Richtung des der Turbine 40 bzw. dem Flüssigkeitsbehälter 10 zugewandten Ende der Dampferzeugungseinrichtung 30.
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Die Brennkammern 37 (vgl. 9) sind außen um die Kachelschicht 34, durch welche die Innenrohre 26 führen, als Ring mit einer Breite (in Richtung der Länge der Dampferzeugungseinrichtung 30) angeordnet, die wesentlich kleiner als die Länge der Dampferzeugungseinrichtung 30 sein kann. Genauer gesagt, kann die Breite der Brennkammern 37 um mehr als den Faktor 100 kleiner als die Länge der Dampferzeugungseinrichtung 30 sein. Daher sind entlang der Länge der Dampferzeugungseinrichtung 30 eine Vielzahl von Brennkammern 37 angeordnet. In jede der Brennkammern 37 führt ein nicht dargestelltes Brennstoffzufuhrrohr zum Zuführen von Brennstoff aus den Brennstoffbehältern 60 in die ringförmigen Brennkammern 37. Über die Brennstoffzufuhrrohre kann auch mittels Heizluftgeräten erhitzte Luft in die Brennkammer 37 eingeführt werden, um eine vorher durch ein Verbrennen von Brennstoff erzeugte Wärme konstant zu halten. Jedes Brennstoffzufuhrrohr 38 ist mit einem nicht dargestellten Zufuhrleitungssystem mit den Brennstoffbehältern 60 verbunden. Die Zufuhr von Brennstoff zu jedem einzelnen Brennstoffzufuhrrohr 38 ist beispielsweise mittels eines Ventils öffenbar/schließbar. Zufuhrleitungen des Zufuhrleistungssystems bzw. das Zufuhrleitungssystem sind isoliert.
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Zudem führen von den Brennkammern 37 Hohlraumheizrohre 39 (vgl. 8 bis 10) in den Hohlraum 35, um Wärme aus der Brennkammer 37 auch in den Hohlraum 35 zu führen. Bei Bedarf können auch Lüftungsschächte 39a vorgesehen sein, die von dem Hohlraum 35 durch alle Schichten bis außen auf die Betonschicht 32 der Dampferzeugungseinrichtung 30. führen und mit welchen die Dampferzeugungseinrichtung 30 gekühlt werden kann, falls dies erforderlich sein sollte. Hierfür können die Lüftungsschächte 39a von außen her je nach Bedarf ganz oder nur teilweise geöffnet oder geschlossen werden. Kurz bevor die Lüftungsschächte 39a in den Hohlraum 35 führen, haben die Lüftungsschächte 39a, welche vorzugsweise ebenfalls als Stahlrohr ausgebildet sind, eine Biegung, damit die Kaltluft, welche sie transportieren, in Richtung des Gewölbes 31 der Dampferzeugungseinrichtung 30 geführt werden kann.
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Die U-förmigen Rohre 29 zwischen den Brennkammern 37 können mit einem kleineren Abstand untereinander angeordnet sein als die einzelnen Brennkammern 37. Die U-förmigen Rohre 29, die Brennkammern 37, die Brennstoffzufuhrrohre 38, die Hohlraumheizrohre 39 und die Lüftungsschächte 39a sind sowohl im langgestreckten kanalförmigen Abschnitt der Dampferzeugungseinrichtung 30 als auch ihrem Gewölbe 31 vorhanden. Im Bereich der Ausdehnung des Gewölbes 31 wird auch der Umfang der Brennkammern 37 entsprechend größer. Zudem ist der zuvor beschriebene Schichtaufbau aus Betonschicht 32, Ziegelschichten 33a, 33b usw. auch im Gewölbe 31 genauso wie im langgestreckten kanalförmigen Abschnitt der Dampferzeugungseinrichtung 30.
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Im Bereich des Gewölbes 31 sind in den U-förmigen Rohren 29 an dem Ort Heizeinrichtungen 29b montiert, an welchem der Bogen eines U-förmigen Rohres 29 seinen höchsten Punkt erreicht. Hierbei weisen die Heizeinrichtungen 29b in beide Richtungen des Bogens. Zum Beheizen der Heizeinrichtungen 29b kann der von dem Kraftwerk 1 erzeugte Strom Verwendung finden. Hierfür ist ein nicht dargestelltes Stromkabel in einem dafür vorgesehenen Schacht, der ebenfalls nicht dargestellt ist, von außen an die jeweilige Heizeinrichtung 29b geführt. Die Heizeinrichtungen 29b können auch in allen U-förmigen Rohren 29 der Dampferzeugungseinrichtung 30 vorgesehen sein.
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Der Hohlraum 35 ist an dem der Turbine 40 zugewandten Ende der Dampferzeugungseinrichtung 30 mit einer nicht dargestellten Platte verschlossen, durch welche die Heizrohre 25 in den Hohlraum führen. Die Platte ist vorzugsweise eine Stahlplatte an welcher die Heizrohre 25 beispielsweise angeschweißt sind.
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Die Stahlkanäle 22 sind ebenfalls von einer nicht dargestellten Isolierschicht umgeben, die vorzugsweise eine Ziegelschicht 22a ist, wie in 3 gezeigt. Hierbei haben die Stahlkanäle 22 vorzugsweise einen rechteckigen, insbesondere quadratischen Querschnitt. In diesem Fall ist der Übergang zwischen eckigem Stahlkanal 22 und rundem Innenrohr als ein entsprechend geformter Trichter 22b auszubilden (vgl. auch 14). Zudem sind die Zwischenräume zwischen den Stahlkanälen 22 vorzugsweise vollständig mit Ziegeln gefüllt, damit der Wärmeverlust so gering wie möglich gehalten werden kann. Bei Betrieb des Kraftwerks 1 werden die Stahlkanäle 22 nur bis zur Hälfte ihrer Höhe mit Flüssigkeit gefüllt. Der Flüssigkeitsstand in den Stahlkanälen 22 kann mit dem ganz oder teilweise verschließbaren Abfluss aus dem Flüssigkeitsbehälter 10 in die Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 geregelt werden.
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Der Flüssigkeitsbehälter 10 hat vorzugsweise ebenfalls eine Isolierung, um die Wärme der darin aufgenommenen Flüssigkeit so gut wie möglich zu speichern. Hierzu können die Wände des Flüssigkeitsbehälters 10 beispielsweise aus einer Ziegelschicht bestehen, die von einer Betonschicht umgeben ist. Der Boden des Flüssigkeitsbehälters 10 kann aus einer Kachelschicht bestehen, welche zwischen den unter dem Flüssigkeitsbehälter 10 durchlaufenden Stahlkanälen 22 und dem Flüssigkeitsbehälter 10 liegt und beide miteinander verbindet. Im Inneren kann der Flüssigkeitsbehälter 10 mit einer ausreichend dicken Schicht aus widerstandsfähigem Stahl ausgekleidet sein. Hierbei ist die Ausführung dieser Stahlschicht als Wanne auf dem gesamten Boden des Flüssigkeitsbehälters 10, die auch den unteren Bereich der Innenwände des Flüssigkeitsbehälters 10 bedeckt, von Vorteil. Darüber hinaus ist der Flüssigkeitsbehälter 10 vorzugsweise mit einem Dach abgedeckt, in welchem Öffnungen für eine Begehbarkeit des Flüssigkeitsbehälters 10 für Wartungs- und Kontrollzwecke sowie zum Dampfablassen vorgesehen sind. Zum Dampfablassen können an oder in den Öffnungen auch zusätzlich Saugvorrichtungen angeordnet sein, welche Dampf von dem abgedeckten Flüssigkeitsbehälter 10 absaugen.
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Aus dem Hohlraum 35 der Dampferzeugungseinrichtung 30 kommen vorzugsweise 10 Rohre von beispielsweise ca. 5 cm Durchmesser, welche zu den Dampferzeugungskanälen (Wärmetauscher) geführt und dort am Beginn dieser Kanäle in jeweils zwei Rohre von beispielsweise ca. 2 cm Durchmesser aufgeteilt werden. In den ersten beispielsweise ca. 50 m dieser Kanäle laufen diese Rohre in Zickzackform oben und unten im Kanal weiter. Die nächsten beispielsweise ca. 100 m laufen sie in gerader Form weiter und werden im Anschluss, wenn sie die Kanäle verlassen haben, in gebogener Form über die zu den Wärmeaustauschern weisende Wand des Flüssigkeitsbehälters 10 in dieses hinein weitergeleitet (vgl. auch 1 bis 3). Dann laufen sie am Boden des Flüssigkeitsbehälters 10 weiter über die gegenüberliegende Wand des Flüssigkeitsbehälters 10 hinweg und im Anschluss daran werden sie zum Aufnahmebehälter 50 weitergeführt. Um eine zu hohe Temperatur im Flüssigkeitsbehälter 10 zu verhindern, ist, bevor die aus den Wärmetauschern kommenden Rohre in den Flüssigkeitsbehälter 10 eintreten, eine Ableitung vorzugsweise in Form eines Rohres vorhanden, um evtl. zu heißes oder zu viel Flüssigkeit durch Rohre außerhalb des Flüssigkeitsbehälters 10 zum Aufnahmebehälter 50 ableiten zu können. Vorzugsweise ist diese Ableitung mittels eines Ventils öffen- und verschließbar.
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Hieraus ergibt sich der Vorteil, dass durch Nutzung der in der Dampferzeugungseinrichtung 30 herrschenden Hitze von ca. 1200°C bis 1400°C die Temperatur des Dampfes in den Wärmetauschern und damit auch der Druck, mit dem dieser zu den Innenrohren 26 der Dampferzeugungseinrichtung 30 geführt wird, erhöht werden kann. Gleichzeitig kann auch die Temperatur der Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter 10 angehoben werden. Somit kann Energie, also Brennstoff, wie beispielsweise Öl oder Erdgas usw., eingespart werden, da nun der Dampf, wenn er in die Innenrohre 26 der Dampferzeugungseinrichtung 30 kommt, schon eine höhere Hitze hat.
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Die vorzugsweise 10 Rohre, die, wie zuvor beschrieben, später zu den Wärmeaustauschern. führen, sind im Hohlraum 35 der Dampferzeugungseinrichtung 30, der beispielsweise einen Durchmesser von ca. 2 m hat, an dessen Wand, die beispielsweise eine Stahlwand ist, kreisförmig angeordnet und auch dort befestigt. Beispielsweise ca. 10 Meter vor dem Ausgang führen diese Rohre durch die Kachelwand zu den Innenrohren 26 und münden in diese hinein. Sie laufen dann innerhalb der Innenrohre 26 bis zum Beginn der Wärmeaustauscherkanäle und verzweigen sich dort, wie zuvor beschrieben.
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Der Hohlraum 35 der Dampferzeugungseinrichtung 30 ist mit einer Stahlplatte verschlossen, durch welche hindurch von außen ein Rohr von beispielsweise 20 cm Durchmesser führt, in welches mit Hilfe eines Kompressors Luft geblasen werden kann. Im Abstand von beispielsweise ca. 5 m befindet sich im Hohlraum 35 eine zweite Stahlplatte, die beispielsweise 10 Öffnungen von beispielsweise ca. 5 cm Durchmesser hat. Von hier ab führen beispielsweise 10 Rohre von beispielsweise ca. 5 cm Durchmesser Luft durch den gesamten Hohlraum 35 bis zu dessen Ende im Gewölbe 31, machen dort eine Kehrtwendung und laufen dann die gesamte Länge noch einmal zurück, bis sie, wie zuvor beschrieben, in die Innenrohre 26 münden.
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Nun wird der Betrieb und die Funktion des Kraftwerks 1 näher beschrieben.
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Beim bzw. vor dem Anfahren des Kraftwerks 1 wird der Flüssigkeitsbehälter 10 mit der für den Dampfkreislauf des Kraftwerks 1 bestimmten Flüssigkeit, wie beispielsweise Grundwasser oder auch Wasser eines Flusses oder Sees, gefüllt. Bei Verwendung von Fluss- und/oder Seewasser ist dieses gegebenenfalls noch zu reinigen, so dass die damit in Berührung kommenden Teile des Kraftwerks 1 nicht durch Schadstoffe im Wasser beschädigt werden. Zudem werden die Stahlkanäle 22 bis zur Hälfte ihrer Höhe mit der Flüssigkeit gefüllt, indem über die Flüssigkeitsbehälterabflussrohre 21 Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 10 abgelassen wird. Alternativ kann beim Anheizen des Kraftwerks 1 Flüssigkeit von einem die Dampferzeugungsanlage 30 ringförmig umlaufenden Rohr (nicht dargestellt) in die Innenrohre 26 eingeleitet werden, welches dann in die Stahlkanäle 22 läuft. Hierzu wird die Flüssigkeit in die Innenrohre 26 entgegen der Strömungsrichtung von Dampf in den Innenrohren 26 in die Innenrohre 26 eingeleitet, so dass die Einleitstelle nicht unnötig durch Dampfdruck in den Innenrohren 26 belastet wird.
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Zudem können an der Innenwand der Innenrohre 26 und der Außenrohre 27 ebenfalls nicht dargestellte Heizeinrichtungen derart montiert sein, dass sie entlang der gesamten Länge der Innenrohre 26 bzw. Außenrohre 27 hin und her bewegbar sind. Diese Heizeinrichtungen sind derart auszulegen, dass sie eine Hitze von bis zu ca. 850°C erzeugen können. Auf diese Weise kann an allen Stellen der Innenrohre 26 und der Außenrohre 27 gleichmäßig Wärme erzeugt werden, so dass die Innenrohre 26 und die Außenrohre 27 gleichmäßig auf eine Temperatur von 90°C bis 1300°C aufgeheizt werden. Sobald die Außenrohre 27 bzw. die Innenrohre 26 und die sie umgebenden Kacheln bzw. die Kachelschicht 34 diese Temperatur erreicht haben, können die für ihre Aufheizung verwendeten Heizeinrichtungen demontiert werden, da die Innenrohre 26 und die Außenrohre 27 nur bei der Inbetriebnahme des Kraftwerks 1 mittels dieser Heizeinrichtungen aufgeheizt werden. Beispielsweise können die Außenrohre 27 vor den Innenrohren 26 erwärmt werden. In einem Bereich nahe dem dem Flüssigkeitsbehälter 10 zugewandten Ende der Innenrohre 26 können in den Innenrohren 26 ständig ebenfalls nicht dargestellte Heizeinrichtungen vorgesehen sein, um am Beginn des Durchlaufs des Dampfes durch die Innenrohre diesem Hitze zuzuführen und ihn dadurch unter Druck zu versetzen und somit seine Geschwindigkeit zu erhöhen. Die Temperatur des Dampfes beträgt in diesem Bereich ca. 300°C, wobei die in den Innenrohren bereits herrschende Temperatur ca. 800°C beträgt.
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Anschließend werden alle Öffnungs- und Schließmöglichkeiten der Innen- und Außenrohre 26, 27 in der gesamten Dampferzeugungseinrichtung 30 verschlossen.
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Daraufhin werden die die Innenrohre 26 umgebenden Brennkammern 37 im Anfangsbereich der Dampferzeugungseinrichtung 30, beispielsweise bis zu 200 m von den Stahlkanälen aus gesehen, über die Brennstoffzufuhrrohre mit Brennstoff, wie beispielsweise Erdgas oder Öl usw., befüllt, der sich mit der in den Brennstoffzufuhrrohren vorhandenen Luft vermischt. Sobald das Brennstoff/Luft-Gemisch in die durch nicht dargestellte Schweißbrenner (in der Anheizphase) beheizten Brennkammern 37 (Temperatur ca. 600°C bis 800°C kommt, entzündet es sich und brennt. Die dadurch entstehende Verbrennungswärme wird über die Hohlraumheizrohre 39 und die U-förmigen Rohre 29 in den Hohlraum 36 geführt und erwärmt die Stahlschicht 36, mit welcher der Hohlraum 35 ausgekleidet ist. Gleichzeitig werden aber auch die Innenrohre 26 erhitzt, da die Hohlraumheizrohre 39 und die U-förmigen Rohre 29 immer zwischen den Innenrohren 26 hindurchführen. Zudem wird die Kachelschicht 34 um den Hohlraum 35 und die Innenrohre 26 herum erhitzt. Dadurch werden die Innenrohre 26 aber auch die Außenrohre 27 noch zusätzlich erhitzt und die Temperatur in ihnen steigt auf 1200°C an. Durch die beschriebenen Vorgänge erzeugte Hitze wird durch die zwischen den Innenrohren 26 und Außenrohren 27 liegenden Kachelschichten der Kachelschicht 34 nicht nur in den Hohlraum 35 sondern auch an die Innenrohre 26 und Außenrohre 27 abgegeben und zwar 70% davon an die Innenrohre 26 und 30% davon an die Außenrohre 27.
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In dieser ersten Phase entsteht im Hohlraum 35 schwarzer Rauch, der Giftstoffe enthält, der aber dann durch die Heizrohre 25, 23 zum Auffangbehälter 50 geführt werden kann, da das Gas in dem Hohlraum 36 erwärmt wird und sich ausdehnt. Da Gas, beispielsweise Luft, in den Heizrohren 25, den Rohrverbindern 24 und den Heizrohren 23 mit dem Gas, beispielsweise Luft, in dem Hohlraum 36 in Verbindung steht, strömt auch erwärmtes Gas aus dem Hohlraum 36 in die Heizrohre 25, den Rohrverbinder 24 und die Heizrohre 23. Dadurch wird das noch kalte Gas in den Heizrohren 25, dem Rohrverbinder 24 und den Heizrohren 23 unter Druck gesetzt, so dass es sich nach und nach mit dem ankommenden warmen Gas aus dem Hohlraum vermischt und ebenfalls aufheizt. Als Folge davon erwärmen sich auch die Heizrohre 25, der Rohrverbinder 24 und die Heizrohre 23. Die aufgeheizten Heizrohre 23, welche spiralförmig in den Stahlkanälen 22 verlegt sein können, wie zuvor beschrieben, heizen durch ihre Verlegung unter der Flüssigkeitsoberfläche in den Stahlkanälen 22 wiederum die Flüssigkeit in den Stahlkanälen 22 auf. Dadurch werden die Wände des Stahlkanals 22 nach und nach auf ca. 200 bis 300°C erwärmt. Zudem entsteht ohne eine andere Energiezufuhr nach und nach in den Stahlkanälen 22 Dampf mit einer Temperatur von ca. 300°C, welcher von dem Stahlkanal 22 in die Innenrohre 26 entweicht. Somit kommt auch den Stahlkanälen 22 die Funktion einer Dampferzeugung zu, so dass sie auch als Vordampferzeugungseinrichtung bezeichnet werden können, während die Dampferzeugungseinrichtung 30 auch die Funktion der Zwischenüberhitzung hat.
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In den Innenrohren 26 wird der Dampf durch die Temperatur der Innenrohre 26 und weiteres Anheizen mittels der Brennkammern 37, vorzugsweise im Bereich der Dampferzeugungseinrichtung 30 vor dem Gewölbe 31, beispielsweise bei 1650 m bis 1850 m nach den Stahlkanälen 22, und der U-förmigen Rohre 29 weiter erwärmt. Auch hier entsteht im Hohlraum 35 wieder mit Giftstoffen belasteter Rauch, der aber bei seinem Weg durch den 1200°C heißen Hohlraum 35 verbrennt, so dass er bei seinem Austritt aus der Dampferzeugungsanlage 30 bzw. dem Stahlkanal 22 kaum noch Giftstoffe enthält. Trotzdem wird auch er zum Auffangbehälter 50 und der darin vorhandenen Reinigungsanlage geführt.
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Von diesem ca. 200 m (bezogen auf eine Dampferzeugungseinrichtung 30 mit einer Länge von etwa 2000 m) langen Abschnitt, der wie soeben beschrieben angeheizt wurde, strahlt ca. 40% der Hitze auf den noch nicht angeheizten Hohlraum 35 aus. Der gleiche Prozess findet in allen Brennkammern 37 im Gewölbe 31 (beispielsweise 15 Brennkammern 37) statt, so dass weitere Hitze auf den noch nicht angeheizten Abschnitt des Hohlraums 35 in der Dampferzeugungseinrichtung 30 ausstrahlt. Somit wird die zuvor genannte Prozentzahl auf ca. 5% erhöht.
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Nachdem diese beschriebenen ersten Anheizprozesse abgeschlossen sind, werden die Brennkammern 37 in dem Abschnitt der Dampferzeugungseinrichtung 30 beheizt, der, bezogen auf eine 2000 m lange Dampferzeugungseinrichtung 30, zwischen 200 m und 1650 m ihrer Länge liegt.
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Durch die weitere Erwärmung des Dampfs nimmt sein Volumen und der auf die Innenrohre 26 ausgeübte Druck weiter zu. Somit strömt der Dampf über die gebogenen Rohrabschnitte in dem Gewölbe 31 der Dampferzeugungseinrichtung 30 in die Außenrohre 27. Durch weiteres Anheizen des Dampfes mit Hilfe der Brennkammern 37, der U-förmigen Rohre 29, den Heizeinrichtungen 29b, der Hitze in dem Hohlraum 36 in dem Gewölbe 31, der erhitzten Kachelschicht 34 sowie durch den in den Außenrohren 27 vergrößerten Rohrquerschnitt wird der Dampf weiter erwärmt und gerät noch weiter unter Druck. Dadurch bekommt der Dampf eine immer größere Strömungsgeschwindigkeit und strömt immer schneller durch die Außenrohre 27 in Richtung der Turbine 40. Insgesamt wird der Dampf in der Dampferzeugungseinrichtung 30 auf 800°C bis 1200°C erwärmt.
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Der von den Außenrohren 27 aus der Dampferzeugungseinrichtung 30 geleitete Dampf trifft mit einer Temperatur von ca. 600 bis 800°C auf die Turbine 40, welche dadurch in Bewegung versetzt wird. Als Folge davon kann mit Hilfe der Turbine 40 Strom bzw. die elektrische Energie erzeugt werden. Vorzugsweise ist die Turbine 40 derart angeordnet, dass ihre Mittelachse auf der gleichen Höhe wie die Mittelachse des Hohlraums der Dampferzeugungseinrichtung 30 liegt. Anders gesagt, die Mittelpunkte der Turbine 40 und des Hohlraums 36 liegen auf der gleichen Höhe, so dass eine Gerade entsteht, wenn man beide Mittelpunkte auf dem kürzesten Weg mit einer Linie verbindet.
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Die Turbine 40 ist umgeben von Wänden und einer Überdachung aus Stahlbeton, welche direkt an die Dampferzeugungseinrichtung 30 anschließen, bzw. nach ihr beginnen, und zudem hinter der Turbine enden. Die Turbine 40 ist derart gelagert und montiert, dass sie die Kräfte, welcher der aus der Dampferzeugungseinrichtung 30 kommende Dampf entwickelt ohne Beschädigungen übersteht.
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Der von der Turbine 40 kommende und nun abgekühlte Dampf wird durch das Kondensationsrohr 28 in den Flüssigkeitsbehälter 10 geleitet. Hierbei wird der Dampf in dem Kondensationsrohr 28 weiter abgekühlt, wie zuvor erwähnt. Die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter 10 ist durch die Wärme der Stahlkanäle 22 unter dem Flüssigkeitsbehälter 10 mittlerweile ebenfalls aufgewärmt, und zwar auf eine Temperatur von ca. 60 bis 80°C. Die Flüssigkeit kann nun erneut den zuvor beschriebenen Kreislauf beginnen.
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Die Innenrohre 26 haben nach ihrem Austritt aus der Dampferzeugungseinrichtung 30 einen Abfluss zum Flüssigkeitsbehälter 10 und zum Auffangbehälter 50. Der Abfluss kann je nach Bedarf geöffnet und geschlossen werden. Zusätzlich kann ein Anschluss vorhanden sein, durch den man Luft mit Hilfe eines Kompressors in die Innenrohre 26 blasen kann, um den Wärmewiderstand anzutreiben.
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Die Heizrohre 23 und 25 sowie der Heizverteiler 24 sind nicht zwingend erforderlich und können auch weggelassen sein.
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(Zweites Ausführungsbeispiel)
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat das Kraftwerk 1, wie in 12 bis 14 gezeigt, zusätzlich zu der Turbine 40 eine weitere Turbine 41, welche mit Heißluft aus zwei Heizrohren 25 angetrieben wird und auf diese Weise Strom bzw. die elektrische Energie erzeugen kann. Ein Kondensationsrohr 42 führt von der Turbine 41 in den Flüssigkeitsbehälter 10 und hat die gleiche Funktion wie das Kondensationsrohr 28 des ersten Ausführungsbeispiels.
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Bei Bedarf kann die Turbine 41 auch als Pumpe verwendet werden, welche Flüssigkeit aus dem Flüssigkeitsbehälter 10 in die Heizrohre 23, 25, den Rohrverteiler 24 und den Hohlraum 35 pumpt.
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Alle anderen Teile des Kraftwerks 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind die gleichen bzw. vergleichbar, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, und sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Daher wird eine weitere Beschreibung in dieser Hinsicht hier weggelassen.
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(Drittes Ausführungsbeispiel)
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Zusätzlich zu der Ausführung des Kraftwerks 1 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel kann in den Stahlkanälen 22 dieses Ausführungsbeispiels ein Heißluftsystem für noch mehr Erwärmung der Flüssigkeit bzw. des Dampfs in den Stahlkanälen 22 sorgen. Hierzu können Heißluftgeräte am Anfang des Stahlkanals 22, das heißt an seinem von der Dampferzeugungseinrichtung 30 abgewandten Ende, vorgesehen sein, so dass sie in einem Bereich über der Flüssigkeitsoberfläche heiße Luft in den jeweiligen Stahlkanal 22 einblasen und somit nicht nur die Hitze in dem Stahlkanal 22 sondern auch den Dampfdruck in Richtung der Dampferzeugungseinrichtung 30 erhöhen.
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Als weitere Modifikation können in den Stahlkanälen 22 unter der Flüssigkeitsoberfläche Heizeinrichtungen montiert werden, welche zusammen eine Wärme von ca. 850°C in den Stahlkanälen 22 erreichen können.
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Auf diese Weise kann die Flüssigkeit in dem Flüssigkeitsbehälter 10 auf bis zu 100 bis 120°C erwärmt werden.
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(Allgemeines)
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Kraftwerks 1 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Hierbei sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Auch wenn zuvor beschrieben ist, dass das Kraftwerk 1 eine Turbine 40 aufweist, so kann das Kraftwerk bei Bedarf auch mehr als eine Turbine 40 aufweisen, auf welche der Dampf aus der Dampferzeugungseinrichtung 30 geleitet wird. Hierzu muss der Dampf aus den Außenrohren 27 nur geeignet auf die Anzahl der jeweils verwendeten Turbinen 40 aufgeteilt werden.
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Darüber hinaus ist es möglich, dass das Dach des Flüssigkeitsbehälters 10 ein Satteldach ist. Dieses ist vorzugsweise so auf dem Flüssigkeitsbehälter 10 aufgesetzt, dass die Wände des Flüssigkeitsbehälters 10 für Kontroll- und Wartungszwecke oben begehbar sind. Hierzu sind im Bereich des Satteldaches entsprechende Türen bzw. Einstiegsluken vorzusehen.
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Soweit wie möglich werden die zuvor genannten Heißluftgeräte und Heizeinrichtungen mit von dem Kraftwerk 1 erzeugtem Strom versorgt.
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Alle zuvor erwähnten Rohre können aus Stahl hergestellt sein, welcher Temperaturen über 600°C und beispielsweise bei den Innen- und Außenrohren 26, 27 bis zu 1200°C dauerhaft standhalten kann. Vorzugsweise handelt es sich hier um austenitischem Stahl. Zudem sind auch alle Teile und Schichten, die in dieser Beschreibung als aus Stahl bestehend genannt sind, geeignet, den Temperaturen dauerhaft standzuhalten, die bei der Beschreibung für sie genannt sind. Bei Bedarf handelt es sich ebenfalls um austenitischen Stahl oder einen anderen geeigneten Stahl.
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Alle zuvor beschriebenen Einführungen von Flüssigkeit, Luft, Brennstoff usw. in das Kraftwerk 1 sowie die Temperatur an verschiedenen Stellen im Kraftwerk 1 können mittels geeigneter Sensoren gemessen werden. Bei Bedarf können die von den Sensoren ermittelten Werte über eine Regeleinrichtung auf vorbestimmte Sollwerte geregelt werden.
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Im Bereich des Endes der Außenrohre 27 der Dampferzeugungseinrichtung 30, das heißt im Bereich vor der Turbine 40, können die Außenrohre 27 jeweils einen über ein Ventil öffenbaren/schließbaren Abzweig aufweisen, über welchen Dampf aus den Außenrohren 27 abgelassen werden kann, um beispielsweise den Dampfdruck auf die Turbine 40 zu vermindern, wenn dies gewünscht oder erforderlich sein sollte.
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Je nach der mit dem Kraftwerk 1 zu erzeugenden Leistung kann beispielsweise zwischen Öl oder Erdgas als Brennstoff gewählt werden. Hierbei hat Öl eine höhere Brennkalorie. Wird in dem Kraftwerk 1 Öl als Brennstoff verwendet, kann eine Hitze von ca. 1200°C erzeugt werden. Wird in die Rohre, durch die Wasser in die Richtung des Dampfes eingeleitet werden kann, Erdgas eingeführt, kann die Hitze auf 1500°C erhöht werden.
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Beispielsweise können die zuvor im Zusammenhang mit den Figuren beschriebenen Teile des Kraftwerks 1 folgende Abmessungen haben:
Flüssigkeitsbehälter 10: Länge 50 m, Breite 20 m, Tiefe 3 m; Wandstärke: 1 m, davon 0,8 m Ziegelschicht, 0,2 m Betonschicht; Stahlschicht am Boden ca. 1 cm dick und an den Innenwänden bis zu 1 m hoch; Dachstärke: 0,2 cm; verbleibende Wandstärke zur Begehbarkeit: 0,8 m; 6 Dachöffnungen, davon 3 auf jeder Seite des Satteldaches, und 2 Türen, davon jeweils 1 auf jeder Seite des Satteldaches.
Stahlkanäle 22: Länge ca. 150 m, Breite × Höhe ca. 1 m × 1 m; Weg der Heizrohre 23 im Stahlkanal 22 ca. 450 m; Flüssigkeitshöhe im Stahlkanal 22 jeweils 0,5 m; Abstand der Heizrohre 23 von der Flüssigkeitsoberfläche im Stahlkanal 22 ca. 0,065 m; Ziegelschicht über den Stahlkanälen 22: Dicke 0,4 m;
Heizrohre 23: Rohrdurchmesser 50 cm
Heizrohre 25: Rohrdurchmesser 10 cm
Schutzschichten für System der Heizrohre 23, Rohrverteiler 24 und Heizrohre 25: Betonschichtdicke 0,15 m; Ziegelschichtdicke 0,3 m; Kachelschichtdicke 0,3 m.
Innenrohre 26: Rohrdurchmesser 50 cm
Außenrohre 27: Rohrdurchmesser 80 cm
Dampferzeugungseinrichtung 30: Länge ca. 650 m bis ca. 2000 m, wovon der kanalartige langgestreckte Abschnitt ca. 500 m bis ca. 1850 m und das Gewölbe 31 jeweils ca. 150 m lang ist; Durchmesser ca. 12,80 m; breitester Durchmesser des Gewölbes 31: ca. 20 bis 24 m.
Betonschicht 32: Dicke 1 m
Ziegelschicht 33a, 33b: Dicke jeweils 0,8 m
Kachelschicht 34: Dicke ca. 2,00 bis ca. 5,00 m, bevorzugt ca. 3,30 m oder auch 2,80 m; Abstand der Innenrohre 26 in der Kachelschicht 34 zum Hohlraum 35: ca. 0,5 m; Abstand der Außenrohre 27 bis zum Rand der Kachelschicht 34: ca. 0,5 m
Hohlraum 35: Durchmesser im kanalartigen langgestreckten Abschnitt ca. 2 m, im Gewölbe 31 entsprechend breiter.
Brennkammer 37: Breite ca. 5 cm; Abstand zwischen den einzelnen Brennkammern 37: 10 m, so dass in der Dampferzeugungseinrichtung 30 einschließlich des Gewölbes 31 ca. 200 Brennkammern 37 vorhanden sind. Vorzugsweise sind die Brennkammern mit einer Stahlschicht ausgekleidet oder bestehen aus Stahl, der den entstehenden Temperaturen dauerhaft standhält. Abstand der Brennkammern 37 von sowohl den Innenrohren 26 als auch den Außenrohren: ca. 25 cm
Brennkammerzufuhrrohr: Material: Stahl, Rohrinnendurchmesser ca. 5 cm, Rohrwandstärke mindestens 1 cm, Länge mindestens von einer Brennkammer 37 bis zu der Außenseite der Dampferzeugungseinrichtung 30.
Hohlraumheizrohr 39: Rohrdurchmesser 10 cm; Abstand zwischen einzelnen Hohlraumheizrohren 1 m
Lüftungsschächte 39a: Durchmesser 10 cm; Abstand zwischen einzelnen Lüftungsschächten 10 m
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Abstand zwischen ringförmigen Rohren außen um die Dampferzeugungsanlage 30, durch welche Wasser in entweder die Innenrohre 26 oder in die Außenrohre 27 eingeleitet werden kann, um beim Anheizen des Kraftwerks 1 die Stahlkanäle 22 zu füllen oder beim Betrieb des Kraftwerks 1 den Dampf in den Innenrohren 26 und/oder den Außenrohren 27 mittels Wasser abzukühlen: ca. 200 m bis ca. 600 m. Bei einer Länge der Dampferzeugungseinrichtung 30 von 2000 m kann, von den Stahlkanälen aus gesehen, beispielsweise bei 600 m, 1200 m und/oder 1700 m ein ringförmiges Rohr um die Dampferzeugungsanlage 30 zur Einleitung von Wasser in die Außenrohre 27 vorgesehen sein. Bei ca., 1000 m kann ein ringförmiges Rohr um die Dampferzeugungsanlage 30 zur Einleitung von Wasser in die Innenrohre 26 vorgesehen sein. Bei kürzeren Dampferzeugungseinrichtungen als 2000 m ergibt sich die Anordnung und der Abstand zwischen den ringförmigen Rohren außen um die Dampferzeugungsanlage 30 entsprechend.
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Im Zusammenhang mit diesen ringförmigen Rohren außen um die Dampferzeugungsanlage 30 sei noch folgendes angemerkt.
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Aus den zuvor genannten Stahlkanälen 22 führen Rohre mit einem Durchmesser von 0,50 m zu den Innenrohren 26, die den in den Stahlkanälen 22 entstandenen Dampf in die Innenrohre 26 transportieren. Bevor sie in die Innenrohre 26 eintreten, ist es vorteilhaft, wenn es auch eine Möglichkeit gibt, sie zu öffnen und zu verschließen. Der Dampf hat beim Eintritt in die Innenrohre 26 eine Temperatur von ca. 150 bis 250°C. Er trifft auf die Rohre, welche schon eine Temperatur von 1000°C haben. Er wird dann weitergeführt in Richtung Gewölbe 31 und erhält in etwa in der Mitte der Dampferzeugungsanlage 30 (bei einer Länge von 2000 m ist dies ca. 1000 m) eine Temperatur von 1000°C bis 1200°C. Zweck des langen Weges, den der Dampf von den Stahlkanälen 22 zu der Dampferzeugungseinrichtung 30 und durch sie hindurch zurücklegt, ist, einen möglichst hohen Druck und höchste Kraft zu erreichen, mit der der Dampf von den Außenrohren 27 in Richtung der Turbinen 40, 41 transportiert wird.
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10 m nach dem höchsten Punkt des Gewölbes 31 kann in die Rohre, die den Dampf zu den Außenrohren 27 führen, Wasser unter hohem Druck hineingeschossen werden. Hierzu sind die Rohre, durch welche dieses Wasser eingeleitet wird, in einer Schräglage so montiert, dass das Wasser in die Richtung geführt wird, die auch der Dampf hat. Diese Stelle, wo die wasserführenden Rohre auf die dampfführenden Rohre treffen, muss zusätzlich verstärkt werden. Das gilt für alle Rohre, die Dampf aus dem Gewölbe 31 zu den Außenrohren transportieren. 300 m nach dem Gewölbe wird dieser Prozess noch einmal wiederholt. Zudem wird er nochmal nach weiteren 500 m und dann nochmal nach 600 m wiederholt. An dieser letzten Stelle der Wasserzufuhr sollte die Temperatur des Dampfes auf mindestens 600°C heruntergeholt werden.
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Dieses Wasser, das den Druck, unter dem der Dampf durch die Außenrohre 27 geführt wird, einerseits erhöht, an der letzten Stelle aber auch zur Kühlung dient, wird mit Hilfe von Rohrleitungen von 0,80 m Durchmesser vom Flüssigkeitsbehälter 10 durch Pumpen zur Anlage geleitet. Diese Rohrleitungen sind durch Ziegelschichten von ca. 0,80 m Starke geschützt. Das Wasser aus dem Flüssigkeitsbehälter 10 hat eine Temperatur von 100 bis 120°C und wird in einer Menge von 50 Litern pro Sekunde zugeführt. Durch einen Anschluss zum Grundwasser, der sich beispielsweise auch an der Stelle befinden kann, wo der Dampf in den Außenrohren 27 auf eine Temperatur von 600°C heruntergeholt werden muss, kann Wasser zugeführt werden. Dieses Grundwasser wird durch weitere Rohre auch wieder durch Pumpen zu den Stellen der Außenrohre 27 geführt, die zuvor beschrieben wurden, einschließlich der Anschlussstellen im Gewölbe. Alle diese Anschlussstellen, wo Wasser in die Außenrohre geführt wird, können geöffnet und geschlossen werden. Im Falle einer Gefahr kann das Grundwasser auch verwendet werden, um sofort die Hitze und den Druck in der Dampferzeugungseinrichtung 30 zu senken.
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Nach dem zuvor beschriebenen Prozess der Kühlung wird der Dampf in Richtung der Turbinen weitergeführt. Beim Austritt aus der Dampferzeugungseinrichtung 30 hat der Dampf eine Temperatur von 600°C. Pro Außenrohr 27 kommen 300 Liter Dampf pro Sekunde zu der Turbine 40.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftwerk
- 10
- Flüssigkeitsbehälter
- 20
- Rohrsystem
- 21
- Flüssigkeitsbehälterabflussrohr
- 21a
- Absperrventil
- 22
- Stahlkanal
- 22a
- Isolierschicht
- 23
- Heizrohr
- 24
- Rohrverteiler
- 25
- Heizrohr
- 26
- Innenrohr
- 27
- Außenrohr
- 28
- Kondensationsrohr
- 29
- U-förmiges Rohr
- 29a
- Rohrstück
- 29b
- Heizeinrichtung
- 30
- Dampferzeugungseinrichtung
- 31
- Gewölbe
- 32
- Betonschicht
- 33a, 33b
- Ziegelschicht
- 34
- Kachelschicht
- 35
- Hohlraum
- 36
- Stahlschicht
- 37
- Brennkammer
- 39
- Hohlraumheizrohr
- 39a
- Lüftungsschacht
- 40
- Turbine
- 41
- Turbine
- 42
- Kondensationsrohr
- 50
- Aufnahmebehälter
- 60
- Brennstoffbehälter
