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Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine nach Anspruch 1.
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Wärmekraftmaschinen, die dazu dienen, Wärme (oder genauer gesagt einen Temperaturunterschied) in mechanische Energie umzuwandeln, sind seit der Erfindung der Dampfmaschine bekannt. Zur Erzeugung von elektrischer Energie werden auch heute noch überwiegend Wärmekraftmaschinen eingesetzt, wobei die kolbengetriebenen klassischen Dampfmaschinen durch Dampfturbinen ersetzt wurden.
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Die wichtigste Kenngröße einer Wärmekraftmaschine ist ihr Wirkungsgrad. Dampfturbinen, wie sie bei thermisch arbeitenden Kraftwerken derzeit überwiegend eingesetzt werden, können einen recht hohen Wirkungsgrad erreichen, jedoch nur unter zwei Voraussetzungen: Zum einen müssen die Turbinen sehr groß ausgelegt werden, beispielsweise mit einer mechanischen Leistung von 1000 MW und mehr. Zum anderen müssen die Dampfturbinen mit Volllast laufen, um ihren hohen Wirkungsgrad beizubehalten. Diese beiden Voraussetzungen lassen sich bei Großkraftwerken wie Kohlekraftwerken und Kernkraftwerken relativ leicht erzielen, bei kleineren Kraftwerken, insbesondere bei kleineren solar-thermischen Kraftwerken jedoch nicht. Insbesondere für den Einsatz in kleineren solar-thermischen Kraftwerken oder zur Verwertung von Restwärme besteht deshalb der Bedarf für eine Wärmekraftmaschine, die einerseits mit geringer Nennleistung, beispielsweise im Bereich von 10 bis 100 kW mechanischer Leistung, konzipiert werden kann und welche auch bei Teillast mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.
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In der
DE 100 54 022 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Wärmekraftmaschine beschrieben, welches insbesondere dafür vorgesehen ist, die Abwärme eines Verbrennungsmotors zu nutzen. Das Verfahren ist durch einen mehrstufigen Verdampfungsprozess gekennzeichnet.
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Aus der
DE 101 26 403 A1 ist eine als Kraftstation bezeichnete Wärmekraftmaschine bekannt, welche CO
2 als Arbeitsmedium nutzt, wodurch die Wärmekraftmaschine bei niedrigen Temperaturen betrieben werden kann.
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Die vorliegende Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Wärmekraftmaschine zur Verfügung zu stellen, welche zum einen mit geringer Nennleistung, beispielsweise im Bereich von 10 bis 100 kW mechanischer Leistung, konzipiert werden kann und welche zum anderen auch bei Teillast mit hohem Wirkungsgrad arbeitet.
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Diese Aufgabe wird durch eine Wärmekraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bei bisherigen mit Dampf arbeitenden Wärmekraftmaschinen wird die Energie des Dampfes unmittelbar auf ein in sich starres Bauteil übertragen, bei der Dampfturbine ist dies die Turbinenschaufel, bei der klassischen Dampfmaschine ist dies der Kolben. Bei der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine wird zwischen dem Dampf und dem starren Bauteil, welches insbesondere als Pelton-Turbine ausgebildet ist, eine Arbeitsflüssigkeit „zwischengeschaltet”. Dies hat den Vorteil, dass zur notwendigen Umwandlung der zunächst im Dampf gespeicherten Energie in eine mechanische Rotationsenergie eine Pelton-Turbine verwendet werden kann, welche bei gleichbleibend hohem Wirkungsgrad zum einen nahezu beliebig dimensioniert und zum anderen auch mit Teillast betrieben werden kann.
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Um dieses Konzept verwirklichen zu können, muss eine Vorrichtung bereitgestellt werden, welche es erlaubt, die Energie des Dampfes zunächst auf eine Arbeitsflüssigkeit zu übertragen, welche dann eine Turbine, insbesondere eine Pelton-Turbine, antreibt. Um dies zu erreichen, wird erfindungsgemäß eine zyklisch arbeitende Dreitaktmaschine mit drei jeweils einen Hochdruckbehälter und einen Niederdruckbehälter aufweisenden, vorzugsweise beheizbaren Arbeitsbehältereinheiten, welche mit Dampf und mit Arbeitsflüssigkeit befüllbar sind, vorgeschlagen. Alle drei Hochdruckbehälter sind mit einem vorzugsweise gemeinsamen Dampferzeuger, wenigstens einem Kondensator und ringförmig untereinander verbunden. Der Dampferzeuger stellt Druckdampf (im folgenden auch als Frischdampf bezeichnet) zur Verfügung. Der Druckdampf wird vom Dampferzeuger vorzugsweise mit im Wesentlichen konstantem Druck und konstanter Temperatur zur Verfügung gestellt, wobei die Temperatur des Druckdampfes vorzugsweise oberhalb der Temperatur der Arbeitsbehältereinheiten liegt. Es ist weiter zu bevorzugen, dass dem Dampfgenerator und den Arbeitsbehältereinheiten ein Überhitzer zwischengeschaltet ist. Dieser Dampf drückt bei einem Arbeitstakt Arbeitsflüssigkeit aus einer Arbeitsbehältereinheit in eine andere Arbeitsbehältereinheit, wobei die Arbeitsflüssigkeit hierbei eine Turbine antreibt. Dieses Austreiben der Arbeitsflüssigkeit erfolgt zweistufig, nämlich zunächst nur aus dem Hochdruckbehälter und anschließend aus beiden Behältern. Dies erfolgt vollständig oder überwiegend unter Expansion des Dampfes. Trotz der Tatsache, dass das mechanische Element, welches einen Generator antreibt (dies ist jeweils das Schaufelrad einer Pelton-Turbine) sich schnell bewegt, erfolgt die Expansion des Dampfes langsam und im Wesentlichen isotherm. Dies ist ein für den hohen Wirkungsgrad zentraler Punkt. Die isotherme Expansion des Dampfes führt natürlich dazu, dass der Dampf, nachdem er mechanische Arbeit verrichtet hat, noch eine hohe Temperatur aufweist und damit auch eine hohe Energie beinhaltet. Es ist deshalb zu bevorzugen, diese hohe Temperatur zur Speisewasservorwärmung zu nutzen.
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Der genaue Aufbau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine wird nachfolgend mit Bezug auf die Figuren erläutert.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nun beschriebenen Ausführungsbeispiel.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Gesamtansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine in einem unbefüllten Zustand,
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2 das in Figur Gezeigte vor Beginn des ersten Taktes,
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3 das in Figur Gezeigte vor Beginn des ersten Taktes,
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4 das in 3 Gezeigte zu Beginn des ersten Taktes,
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5 das in 4 Gezeigte zu einem späteren Zeitpunkt des ersten Taktes,
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6 das in 5 Gezeigte nach Abschluss des ersten Taktes und
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7 eine Legende.
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Zunächst werden mit Bezug auf die 1 sämtliche Bestandteile der Wärmekraftmaschine sowie ihre Verbindungen untereinander beschrieben.
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Die Wärmekraftmaschine besteht im Wesentlichen aus sechs Elementen, nämlich aus drei identisch aufgebauten und untereinander ringförmig verbundenen Arbeitsbehältereinheiten 10, 20, 30, einem Dampferzeuger 40 und zwei Kondensatoren, nämlich dem ersten Kondensator 42 und dem zweiten Kondensator 46. Diese sechs Elemente wirken natürlich zusammen und sind über eine Vielzahl von Leitungen (Dampfleitungen, Arbeitsflüssigkeitsleitungen und Kondensat/Speisewasserleitungen) miteinander verbunden, worauf später im Detail eingegangen wird. Hierbei sei vorausgeschickt, dass nahezu jede Leitung über ein Ventil absperrbar ist. Alle Ventile sind in den Figuren auch eingezeichnet, haben der Übersichtlichkeit halber jedoch kein eigenes Bezugszeichen erhalten. Die Ventile sind dennoch wesentliche Bestandteile der Wärmekraftmaschine.
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Alle Arbeitsbehältereinheiten sind identisch aufgebaut, so dass zunächst am Beispiel der ersten Arbeitsbehältereinheit 10 deren Aufbau erläutert wird: Die erste Arbeitsbehältereinheit weist einen ersten Niederdruckbehälter 11 und einen ersten Hochdruckbehälter 12 auf, wobei es zu bevorzugen ist, dass beide Behälter als stehende Zylinder ausgebildet sind. Hierbei ist es, insbesondere aus thermischen Gründen, zu bevorzugen, dass der Hochdruckbehälter 12 innerhalb des Niederdruckbehälters 11 angeordnet ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel muss der Hochdruckbehälter einem Innendruck von ca. 50 bar und der Niederdruckbehälter einem Druck von ca. 10 bar standhalten. Es wäre natürlich möglich, auch den Behälter, welcher hier als Niederdruckbehälter bezeichnet wird, für den selben Innendruck wie den Hochdruckbehälter auszulegen, aus Kostengründen ist dies jedoch nicht zu bevorzugen. Die beiden Behälter sind isoliert (im gezeigten Ausführungsbeispiel nur der äußere Niederdruckbehälter) und gemeinsam beheizbar, wozu ein Thermoöl-Kreislauf vorgesehen ist. Ein entsprechender Wärmetauscher 14 ist symbolisch dargestellt. Es kann günstig sein, die beiden Behälter durch zusätzliche Wärmebrücken thermisch miteinander zu koppeln.
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Hochdruckbehälter 12 und Niederdruckbehälter 11 sind über zwei Leitungen miteinander verbindbar, nämlich über die Dampfaustauschleitung 15 und über die Arbeitsflüssigkeitsaustauschleitung 16. Hierbei verbindet die Dampfaustauschleitung 15 die oberen Bereiche der beiden Behälter und die Arbeitsflüssigkeitsaustauschleitung 16 die unteren Bereiche.
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An der Decke des Niederdruckbehälters ist eine Pelton-Turbine 13 angeordnet, welche mit einer druckfesten Drehdurchführung mit einem Generator 13a verbunden ist. Die Pelton-Turbine 13 weist mehrere Düsen – vorzugsweise vier bis sechs Stück – auf, welche um ein gemeinsames Schaufelrad angeordnet sind. Jede Düse ist einzeln zuschaltbar und steuerbar.
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Wie bereits erwähnt, sind die beiden anderen Arbeitsbehältereinheiten 20, 30 identisch aufgebaut; es wird auf die 1 und die Bezugszeichenliste verwiesen.
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Als nächstes wird die Verbindung der drei Arbeitsbehältereinheiten untereinander beschrieben: Jeweils zwei Arbeitsbehältereinheiten sind über ein Paar von Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitungen 91a, 91b; 92a, 92b; 93a, 93b miteinander verbunden, so dass die bereits erwähnte ringartige Verbindung entsteht. Hierbei ist die erste Arbeitsbehältereinheit 10 mit der zweiten Arbeitsbehältereinheit 20, die zweite Arbeitsbehältereinheit 20 mit der dritten Arbeitsbehältereinheit 30 und die dritte Arbeitsbehältereinheit 30 mit der ersten Arbeitsbehältereinheit 10 verbunden. Die konkrete Art der Verbindung wird mit Bezug der Verbindung der ersten Arbeitsbehältereinheit 10 mit der zweiten Arbeitsbehältereinheit 20 beschrieben. Die anderen Verbindungen sind analog aufgebaut: Die Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitung 91a des ersten Niederdruckbehälters 11 endet in mehreren (vorzugsweise fünf) Düsen der zweiten Pelton-Turbine 23, die Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitung 91b des ersten Hochdruckbehälters 12 endet in einer Düse der zweiten Pelton-Turbine 23. Alle Düsen sind einzeln zuschaltbar.
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Nun wird die Verbindung des Dampferzeugers 40 mit den Arbeitsbehältereinheiten 10, 20, 30, die Verbindung des Dampferzeugers 40 mit dem ersten Kondensator 42 (man könnte diesen auch als Kondensator des Dampferzeugers bezeichnen) und die Verbindung der Arbeitsbehältereinheiten 10, 20, 30 mit dem ersten Kondensator 42 beschrieben:
Der Dampferzeuger 40 ist mit jedem Hochdruckbehälter 12, 22, 32 verbindbar. Hierzu ist am Dampferzeuger ein Ende einer gemeinsamen Frischdampfleitung 50 angeordnet, von dieser gemeinsamen Frischdampfleitung 50 zweigen drei Frischdampfleitungen ab, nämlich eine erste Frischdampfleitung 51, welche zum ersten Hochdruckbehälter 12 führt, eine zweite Frischdampfleitung 52, welche zum zweiten Hochdruckbehälter 22 führt, und eine dritte Frischdampfleitung 53, welche zum dritten Hochdruckbehälter 32 führt. Natürlich wäre es ebenso möglich, die drei Frischdampfleitungen 51, 52, 53 jeweils unmittelbar, ohne Zwischenschaltung einer gemeinsamen Frischdampfleitung 50 mit dem Dampferzeuger (oder einem nachgeschalteten Überhitzer (nicht dargestellt)) zu verbinden.
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Die drei Niederdruckbehälter 11, 21, 31 sind jeweils über eine in einer gemeinsamen Abdampfleitung 60 mündenden Abdampfleitung 61, 62, 63 mit dem ersten Kondensator 42 verbindbar, dessen Kondensat über eine Speisewasserleitung 44 dem Dampferzeuger zugeführt wird. Zwischen der gemeinsamen Abdampfleitung 60 und der Speisewasserleitung 44 ist ein Kreuzwärmetauscher 41 vorgesehen, welcher das Speisewasser erwärmt. Der erste Kondensator 42 ist vorzugsweise mit einer Vakuumpumpe verbunden.
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Abschließend wird auf die Verbindung des zweiten Kondensators 46 mit den Arbeitsbehältereinheiten 10, 20, 30 eingegangen: Die drei Niederdruckbehälter 11, 21, 31 sind jeweils über eine in einer gemeinsamen Restdampfleitung 70 mündenden Restdampfleitung 71, 72, 73 mit dem zweiten Kondensator 46 verbindbar, dessen Kondensat über eine gemeinsame Kondensatleitung 80 und Kondensatleitungen 81, 82, 83 den Hochdruckbehältern 12, 22, 32 zuführbar ist. Auch der zweite Kondensator 46 ist vorzugsweise mit einer Vakuumpumpe verbunden.
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Um Wärmeverluste zu minimieren, ist die Wärmekraftmaschine (bis auf die Kondensatoren) thermisch isoliert.
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Es wird nun die Funktionsweise der Wärmekraftmaschine beschrieben. Es gibt zwei interne Arbeitsmedien, nämlich Dampf/Kondensat und Arbeitsflüssigkeit, welche vorzugsweise ein geschmolzenes Salz, beispielsweise eine Mischung aus Calzium-Nitrat, Natrium-Nitrat und Kalium-Nitrat, ist. Alternativ hierzu könnte auch eine Mischung aus Kalium-Nitrat, Natrium-Nitrat und Natrium-Nitrit eingesetzt werden. Hierbei liegt die Arbeitsflüssigkeit stets in einem im Wesentlichen gleichen Zustand vor; nur der Wasserdampfdruck ändert sich in einem Bereich zwischen ca. 0 und 50 bar. Im Gegensatz hierzu überstreicht das andere Arbeitsmedium einen weiten Zustandsbereich zwischen relativ kühlem Kondensat und heißem (und vorzugsweise überhitztem) Dampf mit hohem Druck. Es ist im Rahmen einer Patentanmeldung kaum möglich, sämtliche Zwischenzustände des Arbeitsmediums Dampf/Kondensat zeichnerisch darzustellen, so dass in den nachfolgend beschrieben 2 bis 6 auf 5 „Momentaufnahmendrücke” gemäß der In 7 gezeigten Legende vereinfachend zurückgegriffen wird. Dies ist zur Erklärung der Wirkungsweise der Erfindung jedoch ausreichend.
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Weiterhin benötigt man zum Betrieb der Wärmekraftmaschine natürlich wenigstens eine Wärme- und eine Kältequelle. Die wenigstens eine Wärmequelle versorgt (natürlich) den Dampferzeuger 40 und die drei Behältereinheiten 10, 20, 30. In der Regel benötigt der Dampferzeuger 40 eine höhere Temperatur (der Dampf wird vorzugsweise auch ca. 500°C erhitzt) als die Behältereinheiten 10, 20, 30 (welche vorzugsweise eine Temperatur von ca. 350°C bis 400°C aufweisen sollen), so dass es grundsätzlich möglich ist, einen gemeinsamen Thermoölkreislauf zu nutzen, wobei zunächst der Dampferzeuger versorgt wird (gegebenenfalls mit einer Zusatzbeheizung) und die Behältereinheiten im Rücklauf des Dampferzeugers liegen. Völlig getrennte Beheizungen sind jedoch ebenfalls möglich. Die Kältequelle der Kondensator ist vorzugsweise Kühlwasser; eine Luftkühlung wäre jedoch ebenfalls grundsätzlich denkbar.
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Es wird nun ein vollständiger Takt beschrieben; ein Zyklus besteht aus 3 Takten. Es sei hierzu noch zu bemerken, dass der Startzeitpunkt eines Taktes beziehungsweise der Startzeitpunkt eines Zyklus natürlich willkürlich festgelegt sind. Dennoch wird das in 3 Gezeigte als Startzeitpunkt des ersten Taktes definiert:
Vor dem Start des ersten Taktes sind der Niederdruckbehälter 11 und der Hochdruckbehälter 12 der ersten Behältereinheit 10 fast vollständig mit Arbeitsflüssigkeit gefüllt. Im verbleibenden Totraum des Niederdruckbehälters 11 herrscht Dampfdruck in Höhe von ca. 1 bis 2 bar, ebenso im Totraum des Hochdruckbehälters 12. Dieser Druck kann – abhängig von den konkreten Verfahrensparametern – jedoch auch höher ausfallen. Der Niederdruckbehälter 21 der zweiten Behältereinheit 20 ist – bis auf eine den Boden bedeckende Restmenge Arbeitsflüssigkeit – fast vollständig leer (es herrscht ein Dampfdruck um 0,05 bis 0,1 bar), der Hochdruckbehälter 22 der zweiten Behältereinheit 20 liegt im Wesentlichen im gleichen Zustand wie der Hochdruckbehälter 12 der ersten Behältereinheit 10 vor, wobei der Druckaufbau auf das Druckniveau des ersten Hochdruckbehälters ggf. noch nicht ganz abgeschlossen ist. Der Niederdruckbehälter 31 der dritten Behältereinheit 30 ist mit Dampf von geringem Überdruck (um 1,3 bar) gefüllt und enthält einen Rest Arbeitsflüssigkeit. In den Hochdruckbehälter 32 wir bei geöffneter Arbeitsflüssigkeitsaustauschleitung 36 über die dritte Kondensatleitung 83 fein zerstäubtes, kaltes Kondensat des zweiten Kondensators 46 eingespritzt, wodurch der sich im dritten Hochdruckbehälter 32 befindende Dampf abkühlt und dessen Druck unter den im dritten Niederdruckbehälter 31 herrschenden Druck absinkt, so dass Arbeitsflüssigkeit durch Arbeitsflüssigkeitsaustauschleitung 36 vom Niederdruckbehälter 31 in den Hochdruckbehälter 32 eingesogen wird. Dieser Zustand ist in 2 gezeigt. Alternativ oder zusätzlich zur Kondensateinspritzung in den Hochdruckbehälter wäre es auch möglich, die notwendige Druckminderung dadurch zu erreichen, dass eine weitere Dampfleitung, nämlich eine Abdampfleitung vorgesehen wird, mittels der der Hochdruckbehälter mit einem der Kondensatoren verbindbar ist. Diese Möglichkeit ist der Übersichtlichkeit halber in den Figuren jedoch nicht dargestellt.
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Der erste Arbeitstakt beginnt damit, dass die erste Frischdampfleitung 51 für kurze Zeit geöffnet wird, wodurch heißer (in der Regel überhitzter) Dampf in den Totraum des ersten Hochdruckbehälter 12 einströmt und dort bei geöffneter Arbeitsflüsigkeitsverbindungsleitung 91b expandiert. Hierbei strömt Arbeitsflüssigkeit vom ersten Hochdruckbehälter 12 unter hohem Druck, bei jedoch geringem Volumenstrom durch eine Düse der zweiten Pelton-Turbine 23 (s. oben) und von dort in den Niederdruckbehälter 21 der zweiten Arbeitsbehältereinheit 20. Hierbei ist die Restdampfleitung 72 geöffnet, so dass der noch im zweiten Niederdruckbehälter verbliebene Restdampf (0,05 bis 0,1 bar) von der Arbeitsflüssigkeit verdrängt und in den zweiten Kondensator 46 geschoben wird.
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Zu der Frühphase des ersten Arbeitstaktes erfolgt in der dritten Arbeitsbehältereinheit 30 weiterhin ein Einsaugen von Arbeitsflüssigkeit vom Niederdruckbehälter 31 in der Hochdruckbehälter 32 aufgrund des Druckunterschiedes. Die eben beschriebene Frühphase des ersten Arbeitstaktes ist in 3 dargestellt.
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In einer späteren Phase des ersten Arbeitstakts ist sowohl die erste Dampfaustauschleitung 15 als auch zusätzlich die Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitung 91a des ersten Niederdruckbehälters 11 geöffnet, so dass Arbeitsflüssigkeit bei allmählich sinkendem Druck, jedoch sich steigerndem Volumenstrom auf das Schaufelrad der zweite Pelton-Turbine 23 auftrifft. Im Wesentlichen zeitleich wird – nach Schließen der Arbeitsflüssigkeitsaustauschleitung 36 der dritten Behältereinheit 30 – die dritte Abdampfleitung 63 geöffnet, so dass im dritten Niederdruckbehälter verbliebener Dampf mittels des ersten Kondensators 42 bis auf einen Druck von ca. 0,05 bis 0,1 bar abgebaut wird. Dies ist in den 4 und 5 dargestellt. Zeitgleich erwärmt sich der im Totraum des dritten Arbeitsbehälters verbliebene Dampf wieder, wodurch auch der Druck in diesem Totraum wieder ansteigt.
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Die 6 zeigt das Ende des ersten Taktes und den Übergang zum zweiten Takt. Hier liegt die erste Behältereinheit 10 in einem Zustand vor, welcher dem Zustand der dritten Behältereinheit 30 vor Beginn des ersten Taktes entspricht, wobei zum Zeitpunkt des in 6 gezeigten Zustandes noch nicht mit der Kondensateinspritzung in den Hochdruckbehälter 12 der ersten Behältereinheit 10 begonnen wurde. Der Zustand der zweiten Behältereinheit 20 entspricht dem Zustand der ersten Behältereinheit 10 zu Beginn des ersten Arbeitstaktes. Um diesen Zustand zu erreichen, werden der erste Niederdruckbehälter 11 und der zweite Niederdruckbehälter 21 über ihre Abdampfleitungen miteinander verbunden, wobei während dieses Verbindens der erste Kondensator von der gemeinsamen Abdampfleitung durch Schließen des Ventils der gemeinsamen Abdampfleitung von den Abdampfleitungen getrennt ist. Der Zustand der dritten Behältereinheit 30 entspricht dem Zustand der zweiten Behältereinheit zu Beginn des ersten Taktes.
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Der zweite Takt läuft unter „Vertauschung” der Behältereinheiten ab wie der erste Takt: Die Arbeitsflüssigkeit wird unter Expansion von vom Dampferzeuger kommendem Frischdampf von der zweiten Behältereinheit 20 in den dritten Niederdruckbehälter 31 ausgetrieben, wo er die dritte Pelton-Turbine antreibt, während die erste Arbeitsbehältereinheit 10 „regeneriert”. Im dritten Takt wird Arbeitsflüssigkeit von der dritten Arbeitsbehältereinheit 30 in den ersten Niederdruckbehälter 12 ausgetrieben, und die zweite Behältereinheit „regeneriert”. Dann beginnt ein neuer Zyklus.
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Im eben beschriebenen Prozess arbeitet die Wärmekraftmaschine als reine Expansionsmaschine, in welcher sie ihren besten Wirkungsgrad erreicht. Zur Abdeckung von Lastspitzen oder bei Vorhandensein eines sehr großen „Wärmeangebots” kann zu Beginn eines Taktes die Dampfzufuhr vom Dampfgenerator auch länger geöffnet sein, so dass die Wärmekraftmaschine während eines gewissen Zeitabschnitts eines Taktes als Volldruckmaschine arbeitet. Dies geht jedoch zu Lasten des Wirkungsgrades.
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Der ablaufende Kreisprozess wird hier als Dreitakt-Prozess beschrieben. In dieser Betrachtungsweise ist der Takt, in welchem Frischdampf in einer Behältereinheit expandiert, der erste Takt, der Takt, in welchem Arbeitsflüssigkeit in den Niederdruckbehälter einströmt und die Pelton-Turbine antreibt, der zweite Takt, und der Takt, in welchem Arbeitsflüssigkeit vom Niederdruckbehälter in den Hochdruckbehälter eingesaugt wird, der dritte Takt („Regenerationstakt”).
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Eine typische Zykluszeit beträgt ca. zwischen 20 und 60 Sekunden. Es handelt sich also um eine sehr langsam arbeitende Wärmekraftmaschine.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- erste Arbeitsbehältereinheit
- 11
- Niederdruckbehälter (äußerer Behälter)
- 12
- Hochdruckbehälter (innerer Behälter)
- 13
- Pelton-Turbine
- 13a
- Generator
- 14
- Wärmetauscher der ersten Behältereinheit
- 15
- Dampfaustauschleitung
- 16
- Arbeitsflüssigkeitsaustauschleitung
- 20
- zweite Arbeitsbehältereinheit
- 21
- Niederdruckbehälter (äußerer Behälter)
- 22
- Hochdruckbehälter (innerer Behälter)
- 23
- Pelton-Turbine
- 23a
- Generator
- 24
- Wärmetauscher der zweiten Behältereinheit
- 25
- Dampfaustauschleitung
- 26
- Arbeitsflüssigkeitsaustauschleitung
- 30
- dritte Arbeitsbehältereinheit
- 31
- Niederdruckbehälter (äußerer Behälter)
- 32
- Hochdruckbehälter (innerer Behälter)
- 33
- Pelton-Turbine
- 33a
- Generator
- 34
- Wärmetauscher der dritten Behältereinheit
- 35
- Dampfaustauschleitung
- 36
- Arbeitsflüssigkeitsaustauschleitung
- 40
- Dampferzeuger
- 41
- Kreuzwärmetauscher
- 42
- erster Kondensator (Kondensator des Dampferzeugers)
- 44
- Speisewasserleitung
- 46
- zweiter Kondensator („Restdampfkondensator”)
- 50
- gemeinsame Frischdampfleitung
- 51
- erste Frischdampfleitung
- 52
- zweite Frischdampfleitung
- 53
- dritte Frischdampfleitung
- 60
- gemeinsame Abdampfleitung
- 61
- erste Abdampfleitung
- 62
- zweite Abdampfleitung
- 63
- dritte Abdampfleitung
- 70
- gemeinsame Restdampfleitung
- 71
- erste Restdampfleitung
- 72
- zweite Restdampfleitung
- 73
- dritte Restdampfleitung
- 80
- gemeinsame Kondensatleitung
- 81
- erste Kondensatleitung
- 82
- zweite Kondensatleitung
- 83
- dritte Kondensatleitung
- 91a
- Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitung des ersten Niederdruckbehälters
- 91b
- Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitung des ersten Hochdruckbehälters
- 92a
- Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitung des zweiten Niederdruckbehälters
- 92b
- Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitung des zweiten Hochdruckbehälters
- 93a
- Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitung des dritten Niederdruckbehälters
- 93b
- Arbeitsflüssigkeitsverbindungsleitung des dritten Hochdruckbehälters
