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Gasdampfgenerator, insbesondere für Gasdampfturbinen Die Erfindung
betrifft Gasdampfgeneratoren, wie sie zur Erzeugung von Gasdampfgemisch für Kraftzwecke
Anwendung finden, insbesondere zum Betrieb von Gasdampfturbinen.
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Es ist an sich bekannt, beispielsweise bei Gasturbinenanlagen ein
Gasdampfgemisch dadurch zu erzeugen, daß in den Arbeitskreislauf Wasser eingespritzt
wird. Dadurch erhöht sich die Leistung infolge Verminderung der Verdichtungsarbeit.
Bei diesen bekannten Anlagen bleibt jedoch das in der Anlage verarbeitete Druckverhältnis
durch die Wassereinspritzung unberührt. Auch in Verbindung mit Kolben-Brennkraftmaschinen
ist die Wassereinspritzung bereits angewendet worden, um die Wände des Verbrennungsraumes
zu kühlen und dadurch den volumetrischen Wirkungsgrad der Maschine zu verbessern.
Auch hier wird jedoch das Druckverhältnis nicht erhöht, weil die Abkühlung der Verbrennungsgase
durch die gleichzeitige Dampfbildung nicht völlig ausgeglichen wird.
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Gegenüber diesen bekannten Anwendungen der @i7assereinspritzung bei
Brennkraftanlagen handelt es sich beim Gegenstand der Erfindung um einen Gasdampfgenerator,
der im wesentlichen aus einer Heiß-";asqwelle und aus einem Druckaustauscher besteht.
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Die Einspritzung von Flüssigkeit ist nun in Verbindung mit Druckaustauschern
an sich bekannt. Bei derartigen bekannten Anordnungen soll jedoch durch die Einspritzung
von Wasser in den Kreislauf das @ erarbeitete Druckgefälle erhöht werden. Im Gegensatz
dazu bezweckt die Anordnung nach der Erfindung die Schaffung eines Gasdampfgenerators
zur Erzeu-@ung von Gasdampfgemisch, und zwar in einer einfachen und raumsparenden
Konstruktion, bei der ver-«ickelt aufgebaute und sehr voluminöse Gasdampferzeuger
dadurch vermieden werden, daß als Gasdampferzeuger, wie bereits erwähnt, eine Heißga.scluelle
in Verbindung mit einem Zellenrad-Druckaustauscher verwendet wird.
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Die Erfindung hat demnach einen Ga,sdampfgenerator, insbesondere für
Gasdampfturbinen, zum Inhalt, der durch eine Heißgasquelle in Verbindung mit einem
Zellenrad-Druckaustauscher gekennzeichnet ist, dessen Zellenrad mit einem wärmespeichernden
Futter ausgestattet ist, in dem Wärme gespeichert wird, die zur @"erdampfung von
Flüssigkeit dient. Dabei kann eine Einrichtung zur Einführung der zu verdampfenden
Flüssigkeit entweder so angeordnet sein, daß diese Flüssigkeit unmittelbar in das
Zellenrad des Druckaustauschers eingespritzt wird, oder sie kann so angeordnet sein,
daß die Flüssigkeit in Tröpfchenform in einen Einlaßkanal einer Niederdruckspülstufe
des Druckaustauschers eingespritzt wird.
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Das wärmespeichernde Futter des Zellenrades des Druckaustauschers
kann nach der Erfindung entweder in einer Anzahl von Röhren oder in einem metallenen,
wabenartigen Zellensystem bestehen. Das Wärmespeicherungsvermögen des wärmespeichernden
Futters kann an den jeweils einander gegenüberliegenden Stirnseiten der einzelnen
Zellen des Zellenrades verschieden groß sein. Die dem wärmespeichernden Futter zuzuführende
Wärme kann diesem auch in Form von aus einer Feuerung herrührenden, unter niedrigem
Druck stehenden Gasen zugeführt werden.
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Die Zellenwände der einzelnen Zellen des Druckaustauschers können
die Form gekrümmter Schaufeln haben, wodurch auf Grund der Flüssigkeitsverdampfung
unmittelbar mechanische Arbeit gewonnen werden kann.
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Schließlich kann nach der Erfindung ein weiterer Druckaustauscher
vorgesehen sein, mit dessen Hilfe die einzuführende und zu verdampfende Flüssigkeit
durch Wärmeaustausch mit den Auspuffgasen des Ilauptdruckaustauschers vorgewärmt
wird.
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Die Erfindung ist nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels und
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt die Fig. 1 die
Abwicklung eines Druckaustauschers, der in Verbindung mit einer Gasdampfgeneratoranlage
nach der Erfindung Anwendung finden kann und die Fig. 2 eine besondere Anordnung
der Niederdruckspülstufe eines solchen Druckaustauschers.
Bei der
in der Fig. 1 dargestellten Anordnung eines Gasdampfgenerators von der allgemeinen
Form eines Druckaustauschers nach der Erfindung ist das Zellenrad mit einem wärmespeichernden
Futter, . beispielszseise aus einem grobmaschigen Gewebe, ausgestattet. Heiße Gase,
die etwa aus einer Feuerung herrühren können, treten durch einen Kanal
25 in das wärmespeichernde Futter des Zellenrades 26 ein und strömen durch
dieses wärmespeichernde Futter hindurch. Die Kanäle 25 und 27 bilden miteinander
eine Niederdruckspülstufe. Diese Stufe steht also unter niedrigem Druck. Nachdem
die einzelnen Zellen an dieser Stufe vorbeigelaufen sind, wird Wasser oder eine
sonstige verdampfbare Flüssigkeit durch die Düse 28 in die Zellen eingespritzt;
die Flüssigkeit wird wenigstens teilweise verdampft, wobei sie aus dem Wärmespeicherungsfutter
Wärme aufnimmt. Der Druck steigt erheblich an, und der Druckanstieg ist lediglich
von dem Wärmespeicherungsvermögen des Futters und der Menge des eingespritzten Wassers
abhängig.
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Bei der Fortbewegung der Zelle in der Richtung des Pfeiles 14 wird
beim Erreichen des Kanals 29 durch den Kanal 29 Wasserdampf zusammen mit einer geringen
Menge des zuvor in der Niederdruckspülstufe 25, 27 eingeschlossenen Gases aus dem
Läufer abgezogen und zur Arbeitsleistung außerhalb des Druckaustauschers, beispielsweise
in einer Turbine, verwendet.
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Die Funktion eines weiterhin vorhandenen Überleitungskanals 30 besteht
nicht in erster Linie darin, den verfügbaren Druckanstieg zu erhöhen, sondern i
ielmehr darin, die Menge an Hochdruckdampf herabzusetzen, die sonst in der Niederdruckspülstufe
verlorengehen würde. Das in den Zellen des Zellenrades verbliebene Gas und der darin
verbliebene Dampf treffen alsdann auf die entgegen der Zellenbewegungsrichtung gelegene
Kante der in den Auslaßkana127 mündenden Ausla.ßöffnung der Niederdruckspülstufe.
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Der in den Zellen herrschende Verdichtungsdruck ist in bezug auf den
im Auslaßkana127 herrschenden Druck noch groß genug, um das Gas und den Dampf in
Bewegung zu setzen; dies hat zur Folge, daß die unter niedrigem Druck stehenden
heißen Gase durch den Einlaßkanal 25 eintreten. Auf diese Weise werden. die Zellen
wieder vollständig mit unter niedrigem Druck stehendem heißem Gas gefüllt, das einen
Teil der ihm innewohnenden Wärme an das wärmespeichernde Futter abgibt, das seinerseits
wiederum dann Wärme an das mittels der Wasser-Einspritzdüse28 eingespritzte Wasser
abgibt, wenn die Zellen an der Einspritzstelle 28 vorbeipassieren.
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Wenn die Anlage, in der das Hochdruckmedium terwendet wird, eine Kondensationsanlage
enthält, ist es nicht erwünscht, daß das Gas, das in der Nieclerdruckspülstufe eingetreten
ist, zu dieser Apparatur strömen kann. Dies kann vermieden werden, indem ii,a.n
die Zellen mit Wasserdampf spült.
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Ein Weg hierfür ist in der Fig.2 angegeben. Eine sich jeweils der
Stellung 31 nähernde Zelle wird mit Wasserdampf angefüllt; ein Teil davon wird durch
den Umlaufkanal 32 abgezogen und veranlaßt, wieder in das Zellensystem einzutreten,
und zwar unmittelbar, nachdem es an dem Niederdruckspülstufen-Einlaßkanal25 vorbeigelaufen
ist. Bei richtiger Wahl der Vffnungsweiten im Verhältnis zur Betriebsdrehzahl kann
durch diese zusätzliche Wasserdampfspülung sichergestellt werden, daß praktisch
kein Gas eingeschlossen bleibt.
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Die erwünschten Grenzlinien bzw. Grenzflächen zwischen dein Wasserdampf-
und dem Gasinhalt der Zellen sind in der Fig. 2 in strichpunktierten Linien angedeutet.
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Damit das Wasser in der richtigen Richtung strömt, kann für die Gestaltung
des Zellenrades ein sehr kleiner Kegelwinkel zur Anwendung kommen, so daß also das
Zellenrad nicht zylindrisch ist, sondern leicht konisch verläuft. Der Wassereinlaß
befindet sich dann an dem schmäleren Ende. Die Zellen werden vorzugsweise radial
unterteilt, und das Wasser wird an jedem Radius eingeführt.
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Das wärmespeichernde Futter kann aus röhrenförmigem oder aus wabenförmigem
Material hergestellt sein, und es kann an den entgegengesetzten Enden jeweils einer
Zelle verschiedenes Wärmespeicherungsvermögen aufweisen. Im Grenzfall kann das Futter
lediglich aus den Zellenwänden selbst bestehen, die dann so angeordnet sind, daß
das Verhältnis der Länge zu der Breite bzw. Weite der Zellen groß ist.
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In den Figuren ist ein Wellenverlauf angedeutet. Diese Wellen können
in bekannter Weise nutzbar gemacht werden, obwohl deren Wirkung durch die Reibung
notwendigerweise gedämpft wird.