DE1104973B

DE1104973B - Method and device for propulsion mainly of underwater vehicles

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Publication number: DE1104973B
Application number: DEW24723A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1958-12-22
Filing date: 1958-12-22
Publication date: 1961-04-20

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Antrieb hauptsächlich von Unterwasserfahrzeugen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zum Antrieb hauptsächlich von Unterwasserfahrzeugen, wobei als Unterwasserfahrzeuge im Sinne der Erfindung insbesondere U-Boote und Torpedos gelten.Method and device for propulsion mainly of underwater vehicles The invention relates primarily to a method and devices for propulsion of underwater vehicles, as underwater vehicles within the meaning of the invention especially submarines and torpedoes apply.

Man hat bereits zum Antriebe von Unterwasserfahrzeugen vorgeschlagen, H2 02 (Wasserstoffperoxyd) zu zersetzen, den frei werdenden Sauerstoff mit einem Kohlenwasserstoff zu verbrennen, das entstehende Wasserdampf-Gas-Gemisch durch Einspritzen von Speisewasser zu kühlen und so mit Wasserdampf angereichert zur Erzeugung mechanischer Energie auszunutzen. Die Zersetzung des H,02 erfolgte hier mittels eines Katalysators, beispielsweise Natriumpermanganat, Calciumpermanganat, Silberdraht oder Platinschwamm. Nachdem die H202-Lösung in einem Zersetzer mit Hilfe des Katalysators in Wasserdampf und 02 Gas zersetzt worden ist, wird in einer Brennkammer diesem Wasserdampf-Gas-Gernisch ein Brennstoff-, z. B. ein Kohlenwasserstoff, zugesetzt und darauf Speisewasser eingespritzt, das zur Kühlung des entstehenden Wasserdampf-Gas-Gemisches (und zur Anreicherung dieses Gemisches mit Wasserdampf) dient. Man erhält in der Brennkammer so ein Wasserdampf-Gas-Gemisch von beispielsweise einer Temperatur von 600° C, die in einer nachgeschalteten Kraftmaschine, z. B. einer Turbine, ausgenutzt werden kann. Ein derartiges Verfahren ist bekannt und wird auch als eines der heißen Walter-Verfahren bezeichnet. Als nachteilig bei diesem Verfahren hat sich die Tatsache herausgestellt, daß die Turbine bei Ausfallen des Wassers nicht gegen Ausbrennen geschützt ist. Außerdem ist das Erreichen eines niedrigen Druckes hinter der Turbine schwierig, da die gasförmigen Verbrennungsprodukte wieder auf den Druck der Umgebung, d. h. auf den Wasserdruck verdichtet werden müssen, der von der Tauchtiefe abhängt.It has already been proposed to propel underwater vehicles, H2 02 (hydrogen peroxide) to decompose the released oxygen with a To burn hydrocarbons, the resulting water vapor-gas mixture by injection of feed water to cool and so enriched with water vapor to generate mechanical Exploiting energy. The decomposition of the H, 02 took place here by means of a catalyst, for example sodium permanganate, calcium permanganate, silver wire or platinum sponge. After the H202 solution in a decomposer with the help of the catalyst in water vapor and 02 gas has been decomposed, this steam-gas mixture becomes in a combustion chamber a fuel, e.g. B. a hydrocarbon, added and then feed water injected, which is used to cool the resulting water vapor-gas mixture (and for Enrichment of this mixture with water vapor) is used. One receives in the combustion chamber such a water vapor-gas mixture of, for example, a temperature of 600 ° C, the in a downstream engine, e.g. B. a turbine can be exploited can. Such a method is known and is also known as one of the hot Walter methods designated. The fact that this method has been found to be disadvantageous that the turbine is not protected against burnout if the water fails. In addition, it is difficult to achieve a low pressure behind the turbine, since the gaseous products of combustion return to the pressure of the environment, d. H. must be compressed to the water pressure, which depends on the diving depth.

Es ist zwar auch ein sogenanntes mittelbares Walter-Verfahren bekannt und erprobt worden, bei dein in die Brennkammer ebenfalls zersetztes H20, und ein als Brennstoff dienender Kohlenwasserstoff hineingedrückt werden. In einem Oberflächen-Wärmeaustauscher wird dann Speisewasser verdampft und überhitzt. Der so gebildete Dampf wird zum Antrieb einer normalen Dampfturbine benutzt. Die Brennkammer und der Wärmeaustauscher dieses mittelbaren Verfahrens sind jedoch thermisch sehr hoch beansprucht und daher in bezug auf Betriebssicherheit zu beanstanden.A so-called indirect Walter method is also known and has been tested with your H20, which is also decomposed in the combustion chamber, and a serving as fuel hydrocarbon are pressed. In a surface heat exchanger the feed water is then evaporated and superheated. The steam formed in this way becomes the Used to drive a normal steam turbine. The combustion chamber and the heat exchanger however, these indirect processes are subject to very high thermal loads and therefore objectionable with regard to operational safety.

Die Erfindung geht zur Behebung dieser Nachteile von einer Brennkammer aus, in die Speisewasser zwecks Kühlung des Wasserdampf-Gas-Gemisches und zwecks Anreicherung dieses Gemisches mit Wasserdampf eingespritzt wird. Die Erfindung bezieht sich vorzugsweise auf diejenigen Verfahren, bei denen zur Zersetzung des H202 ein besonderer Katalysator benutzt wird. Die Erfindung erstreckt sich aber auch auf diejenigen Verfahren, bei denen der Brennstoff ohne besonderen Katalysator mit H202 reagiert. Als Brennstoff dient z. B. insbesondere das selbstzündende Hydrazinhydrat, dem auch weitere Brennstoffe, z. B. Alkohole, zugemischt sein können, oder aber die Verbrennung erfolgt nach katalytischer oder thermischer Zündung direkt ohne weitere katalytische Effekte oder Zusätze.The invention relates to a combustion chamber to overcome these disadvantages from, into the feed water for the purpose of cooling the water vapor-gas mixture and for the purpose Enrichment of this mixture is injected with steam. The invention relates prefer those processes in which a decomposition of the H202 special catalyst is used. The invention also extends to those processes in which the fuel is mixed with H202 reacted. As a fuel z. B. in particular the self-igniting hydrazine hydrate, which also other fuels, e.g. B. alcohols may be mixed in, or else the combustion takes place directly without catalytic or thermal ignition further catalytic effects or additives.

Das Hydrazinhydrat besitzt jedoch den für manche Unterwasserfahrzeuge wesentlichen Nachteil, daß das Restgas N2 vom Wasser praktich absorbiert werden kann.However, the hydrazine hydrate has that for some underwater vehicles significant disadvantage that the residual gas N2 is practically absorbed by the water can.

Erfindungsgemäß wird dem Gemisch vor seiner Ausnutzung zur Erzeugung mechanischer Energie im Gegenstromaustausch die Wärme bis mindestens zur teilweisen Kondensation seines Wasserdampfteils entzogen, während danach das Kondensat nach Ausscheidung des Gasanteils als wärmeaufnehmendes Mittel während des Wärmeaustausches dient. Auf diese Weise sind sowohl Brennkammer als auch Turbine geschützt. Es sind weniger rotierende Maschinen vorhanden als beim unmittelbaren Verfahren, und der für die Ausführung dieses Verfahrens erforderliche Wärmeaustauscher ist von üblicher Bauart und hat geringe Wärmespannungen, so daß sich eine hohe Betriebssicherheit ergibt. Die dem Wärmeaustauscher nachgeschaltete Turbine verarbeitet ausschließlich Wasserdampf, so daß ein höherer Unterdruck erreicht werden kann als beim indirekten Verfahren, weil der Gasanteil praktisch Null ist.According to the invention, the mixture is produced before it is used mechanical energy in countercurrent exchange the heat up to at least partial Removed condensation of its water vapor part, while afterwards the condensate after Elimination of the gas component as a heat-absorbing agent during the heat exchange serves. In this way, both the combustion chamber and the turbine are protected. There are fewer rotating machines than in the immediate process, and the Heat exchangers required to carry out this process are common Design and has low thermal stresses, so that there is a high level of operational reliability results. The turbine downstream of the heat exchanger processes exclusively Water vapor, so that a higher negative pressure can be achieved than with the indirect Process because the gas content is practically zero.

Es ist bereits bekannt, in einer Dampfkraftanlage für den Fahrzeugantrieb, die sich aus Hochdruck- und N iederdruckteil zusammensetzt, Wasserdampf vor seinem Eintritt in die iNTiederdruckkraftmaschine in einem Erhitzer zwischenzuüberhitzen, bei dem als wärmeabgebendes Mittel Wasserdampf vor seinem Eintritt in die Hochdruckkraftmaschine dient. Hierbei wird entweder der Hochdruckdampf, nachdem er seine Überhitzungswärme in dem Zwischenerhitzer abgegeben hat, nochmals überhitzt, bevor er in die Hochdruckkraftmaschine gelangt, oder die Überhitzungstemperatur am Kesselaustritt wird so hoch gewählt, daß nach Abgabe der Wärme im Zwischenüberhitzer noch die gewünschte Arbeitstemperatur am Eintritt in die Hochdruckdampfmaschine vorhanden ist. Bei diesen bekannten Anlagen sind die Zwischenerhitzer reine Wärmeaustauscher, in denen Wärme von einem Dampf höherer Temperatur an einen Dampf niederer Temperatur abgegeben wird. Es werden also nur Temperaturveränderungen bewirkt, ohne den Zustand zu verändern. Diese Maßnahmen dienen ausschließlich der Verbesserung des Wirkungsgrades.It is already known in a steam power plant for vehicle propulsion, consisting of high pressure and Composed of low pressure part, water vapor reheat in a heater before entering the low-pressure engine, in the case of water vapor as the heat-emitting agent before it enters the high-pressure engine serves. Here, either the high pressure steam after it has its overheating has released in the reheater, overheated again before entering the high-pressure engine or the overheating temperature at the boiler outlet is selected so high that that after the heat has been given off in the reheater the desired working temperature is still achieved is present at the entrance to the high-pressure steam engine. In these known systems The reheaters are pure heat exchangers, in which heat from a steam higher temperature is given off to a steam of lower temperature. It will thus only causes temperature changes without changing the state. These measures serve exclusively to improve the efficiency.

Im Gegensatz hierzu dient der Wärmeaustauscher der Erfindung nicht nur dem Wärmeaustausch, sondern vor allem der Trennung von Dampf und C02 Gas. Dieses ist nur durch eine Kondensation des Dampfanteils des Gas-Dampf-Gemisches aus derBrennkammer möglich. Der Wärmeaustauscher der Erfindung wirkt also, in Abweichung von den bekannten Zwischenüberhitzern, als Wärmeaustauschkessel oder -kondensator.In contrast, the heat exchanger of the invention does not serve only the heat exchange, but above all the separation of steam and C02 gas. This is only due to a condensation of the vapor portion of the gas-vapor mixture from the combustion chamber possible. The heat exchanger of the invention thus works differently from the known ones Reheater, as a heat exchange boiler or condenser.

Die Erfindung kann weiter dadurch verbessert werden, daß dem Primärgasgemisch nach dem mit Hilfe des Wärmeaustausches durchgeführten Wärmeentzug weitere Wärme zum Zwecke der Speisewasservorwärmung entzogen wird.The invention can be further improved in that the primary gas mixture after the heat extraction carried out with the help of the heat exchange, additional heat is withdrawn for the purpose of preheating the feed water.

In der Brennkammer wird das Gas-Dampf-Gemisch in bekannter Weise erzeugt. Es tritt unmittelbar nach der Brennkammer in den Wärmeaustauscher und gibt hier einen großen Teil seiner Wärme ab, wobei sich der Dampf zum größten Teil als Kondensat niederschlägt. Ein Teil der noch verbleibenden Restwärme wird in einem Speisewasser-Oberflächenvorwärmer zum Vorwärmen des Speisewassers verwendet. In einem Kondensatbehälter sammelt sich das Kondensat, während das CO., zusammen mit einer kleinen :Menge Wasser und Wasserdampf nach außenbords entweicht. Das Kondensat wird über ein Reduzierventil wieder durch den Wärmeaustauscher geleitet und nimmt dabei die vorher abgegebene Wärme wieder auf, wobei es verdampft und bis auf 600° C überhitzt wird. Hierbei ist angenommen. daß in der Brennkammer eine Gemischtemperatur von 700° C erzeugt worden war. Der aus dem Wärmeaustauscher austretende reine Wasserdampf von 600° C treibt eine Kondensationsturbine und wird dann in einem Kondensator niedergeschlagen. Ein Teil des Kondensats wird als Speisewasser dem Prozeß wieder zugeführt, während der Rest mittels einer Pumpe oder eines Ejektors ebenfalls nach außenbords gedrückt wird. Dies muß auch mit einer sehr kleinen Menge C 02 geschehen, die in dem unter hohem Druck stehenden Kondensat im Kondensatsammelbehälter gelöst ist und erst beim Entspannen im Kondensator frei wird.The gas-steam mixture is generated in the combustion chamber in a known manner. It enters the heat exchanger immediately after the combustion chamber and gives off a large part of its heat here, with the majority of the steam precipitating as condensate. Part of the remaining residual heat is used in a feed water surface preheater to preheat the feed water. The condensate collects in a condensate container, while the CO., Together with a small amount of water and water vapor, escapes to the outboard. The condensate is fed back through the heat exchanger via a reducing valve and absorbs the previously released heat, whereby it is evaporated and overheated up to 600 ° C. This is assumed. that a mixture temperature of 700 ° C had been generated in the combustion chamber. The pure water vapor at 600 ° C emerging from the heat exchanger drives a condensation turbine and is then precipitated in a condenser. Part of the condensate is fed back into the process as feed water, while the rest is also pushed outboard by means of a pump or an ejector. This must also be done with a very small amount of C 02, which is dissolved in the condensate under high pressure in the condensate collecting tank and is only released when the pressure is released in the condenser.

Der Wärmeaustauscher bildet zugleich einen Schutz der Turbine vor den heißen Verbrennungsgasen für den Fall, daß bei der Brennkammer durch besondere Umstände das Einspritzen von Speisewasser ausfallen sollte. Auch wird die Turbinenbeschaufelung vor Erosion durch Kataly Batorabrieb geschützt. Der Wärmeaustauscher ist dagegen unempfindlicher. Der sonst erforderliche Staubabscheider hinter der Brennkammer kann mit dem Wärmeaustauscher vereinigt werden.The heat exchanger also provides protection for the turbine the hot combustion gases in the event that in the combustion chamber by special Circumstances the injection of feed water should fail. The turbine blading is also used Protected against erosion by catalyst abrasion. The heat exchanger is against it less sensitive. The otherwise required dust collector behind the combustion chamber can be combined with the heat exchanger.

Wichtigster und zugleich charakteristischer Bestandteil der Antriebsanlage der vorliegenden Erfindung ist der Oberflächen-Wärmeaustauscher, der hier die Funktion eines Kondensator-Verdampfers ausübt. Er hat die Aufgabe, das aus der Brennkammer kommende C02-Wasserdampf-Gemisch durch Kondensation zu trennen. Die dabei anfallende Wärme wird zur Verdampfung des Kondensats verbraucht.The most important and at the same time characteristic component of the drive system of the present invention is the surface heat exchanger that functions here of a condenser-evaporator. His job is to get that out of the combustion chamber Separate incoming C02-water vapor mixture by condensation. The resulting Heat is used to evaporate the condensate.

Weitere Verbesserungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind an Hand der Zeichnungen erläutert, in der einige Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt sind. Es zeigt Fig. 1 ein Schaltbild einer vereinfachten Ausführungsform der Erfindung, Fig.2 ein Wärmeschaubild zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig. 1 gezeigten Anlage, Fig.3 ein Enthalpie-Temperatur-Diagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Anlage der Fig. 1, Fig.4 ein Wärmeschaubild zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anlage der Fig. 1, bei der die Forderung einer maximalen Enthalpie vor der Turbine erfüllt ist, Fig.5 ein Wärmeschaubild zur Erläuterung der Arbeitsweise der Anlage der Fig. 1, bei der die Forderung eines höchsten Gewichtsflusses im Niederdruckkreis erfüllt ist, Fig. 6 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der außer einem Wärmeaustauscher ein Speisewasser-Oberflächenvorwärmer vorgesehen ist, Fig. 7 ein Wärmeschaubild zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Anlage der Fig. 6, Fig.8 ein Schaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung, bei der zwei Turbinen vorgesehen sind.Further improvements and expedient refinements of the invention are explained with reference to the drawings, in which some embodiments of the invention are shown schematically. 1 shows a circuit diagram of a simplified one Embodiment of the invention, FIG. 2 shows a thermal diagram to explain the mode of operation the system shown in Fig. 1, Fig.3 shows an enthalpy-temperature diagram for clarification the mode of operation of the system of FIG. 1, FIG. 4 shows a thermal diagram for explanation the operation of the system of FIG. 1, in which the requirement of a maximum enthalpy is fulfilled in front of the turbine, Fig. 5 is a thermal diagram to explain the mode of operation the system of FIG. 1, in which the requirement of a maximum weight flow in the low-pressure circuit 6 is a circuit diagram of another embodiment of the invention, in which, in addition to a heat exchanger, a feed water surface preheater is provided FIG. 7 is a thermal diagram to illustrate the operation of the plant of FIG Fig. 6, Fig.8 a circuit diagram of another embodiment of the invention in which two turbines are provided.

In allen Figuren ist der Einfachheit halber angenommen, daß der Druckverlust des Wärmeaustauschers gleich Null ist. Schaltung ohne Vorwärmer (Fig. 1 und 2) Das hochkonzentrierte 11,02 (z. B. 80°/0) wird auf bekannte Weise in einem Zersetzer unter Benutzung eines Katalysators in H20-Dampf und 02 Gas zersetzt. Das Gemisch wird der Brennkammer A der Fig. 1 zugeleitet, in die Brennstoff, insbesondere vorzüglich ein Kohlenwasserstoff, und Speisewasser eingespritzt werden. Durch Verbrennung des Brennstoffes und Verdampfung des Einspritzwassers entsteht ein Gemisch aus Verbrennungsgasen und überhitztem Wasserdampf. Aus der Brennkammer A tritt bei Verbrennung eines Kohlenwasserstoffes die Gewichtsmenge GH des überhitzten C 02 Wasserdampf-Gemisches bei Punkt 1 in den Wärmeaustauscher ein. Zuerst gibt das Gemisch seine Überhitzungswärme ab und folgt dabei den Gasgesetzen, bis es in Punkt 2 der Hochdruckseite den Taupunkt erreicht. Bei weiterem Wärmeentzug fällt Kondensat aus. Dadurch verschiebt sich das Volumenverhältnis C 02 zu Wasserdampf, das bis zum Punkt 2 konstant war. Das heißt, vom Punkt 2 bis zum Punkt 3 nehmen mit wachsendem Kondensatgehalt die C 02 Volumprozente zu. Da wiederum das Volumenverhältnis die Partialdrücke bestimmt, kann jede C 02-Dampf-Kondensat-Mischung nur eine Temperatur haben, und zwar die dem Partialdruck des Wasserdampfes entsprechende Siedetemperatur. Man kann also für das Gemisch auf der Hochdruckseite ein Enthalpie-Temperatur-Schaubild zeichnen und jeder Temperatur die Zusammensetzung des Gemisches zuordnen (s. Fig. 3).In all figures, for the sake of simplicity, it is assumed that the pressure loss of the heat exchanger is zero. Circuit without preheater (Fig. 1 and 2) The highly concentrated 11.02 (e.g. 80 ° / 0) is in a known manner in a decomposer decomposed into H20 vapor and 02 gas using a catalyst. The mixture is fed to the combustion chamber A of Fig. 1, in the fuel, especially excellent a hydrocarbon, and feed water are injected. By burning the Fuel and evaporation of the injection water create a mixture of combustion gases and superheated steam. From the combustion chamber A emerges when a hydrocarbon is burned the amount by weight GH of the superheated C 02 steam mixture at point 1 in the Heat exchanger on. First the mixture gives off its overheating and follows the gas laws until it reaches the dew point in point 2 on the high pressure side. If further heat is extracted, condensate precipitates. This shifts the volume ratio C 02 to water vapor that was constant up to point 2. That is, from point 2 to At point 3, the C 02 volume percent increases with increasing condensate content. There Again, the volume ratio determines the partial pressures, any C 02 steam-condensate mixture can have only one temperature, namely the one corresponding to the partial pressure of the water vapor Boiling temperature. An enthalpy-temperature diagram can therefore be used for the mixture on the high-pressure side to draw and at each temperature the composition of the mixture assign (see Fig. 3).

Vom Punkt 3 in Fig. 1 gelangt das Gemisch in den Abscheider C, um dort getrennt zu werden. Die Gaskomponente GG, bestehend aus C O2 und einer geringen Menge Wasserdampf, wird über das Ventil B aus dem Prozeß entfernt und nach außenbords gedrückt, während das gesamte Kondensat GN über das Drosselventil D zur Niederdruckseite des Wärmeaustauschers fließt. Soll das Wasser hier verdampfen, so muß zwischen Punkt 3 und 5 eine Temperaturdifferenz bestehen. Diese Forderung ist erfüllt, wenn der Druck in Punkt 5 kleiner ist als der Partialdruck des Wasserdampfes in Punkt 3. Es gilt also die Bedingung P5 C (PH=o )s " (1) Sie muß erfüllt sein, wenn der Wärmeaustauscher als »Kondensator-Verdampfer« arbeiten soll. Weiter läßt sich aus der Gleichung (1) ableiten, daß das Druckverhältnis zwischen Hoch- und Niederdruckteil maßgebenden Einfluß auf den Gesamtwirkungsgrad des Prozesses haben wird.From point 3 in Fig. 1, the mixture enters the separator C to to be separated there. The gas component GG, consisting of C O2 and a small one Amount of water vapor, is removed from the process via valve B and outboard pressed while the entire condensate GN via the throttle valve D to the low-pressure side of the heat exchanger flows. If the water is to evaporate here, it must be between point 3 and 5 there is a temperature difference. This requirement is met if the The pressure in point 5 is less than the partial pressure of the water vapor in point 3. The condition P5 C (PH = o) s "(1) must be fulfilled if the heat exchanger is used should work as a »condenser-evaporator«. Furthermore, from equation (1) deduce that the pressure ratio between high and low pressure part is decisive Will have an impact on the overall efficiency of the process.

Das Kondensat GN fließt von Punkt 5 im Gegenstrom durch den Wärmeaustauscher und wird bis zum Punkt 6 verdampft. Danach wird der Dampf überhitzt und tritt mit dem Zustand 7 in die Turbine E ein. Die Wärmebilanz zwischen Hoch- und Niederdruckseite läßt sich formal wie folgt beschreiben: GH (2i 23) - GN (Z Z5) , wobei man zu bedenken hat, daß i3 stets ungleich i5 ist. Mit Hilfe dieser Beziehung kann man die Grenzen des Prozesses angeben. Betrachten wir dazu die Nutzarbeit der Turbine, im Wärmemaß ausgedrückt: QE=GN(i7-is) ' 77- (3) Man kann nun die folgenden Grenzfälle betrachten, die in Fig.4 und 5 dargestellt sind (i. und q sollen konstant sein) A. Forderung: Maximale Enthalpie in Punkt 7 und damit größtmögliche Enthalpiedifferenz (Fig. 4).The condensate GN flows from point 5 in countercurrent through the heat exchanger and is evaporated up to point 6. The steam is then superheated and enters the turbine E in state 7. The heat balance between high and low pressure side can be formally described as follows: GH (2i 23) - GN (Z Z5), whereby one has to consider that i3 is always not equal to i5. This relationship can be used to indicate the limits of the process. Let us consider the useful work of the turbine, expressed in terms of heat: QE = GN (i7-is) '77- (3) One can now consider the following limiting cases, which are shown in Fig. 4 and 5 (i. And q should be constant A. Requirement: Maximum enthalpy in point 7 and thus the greatest possible enthalpy difference (Fig. 4).

Folge: Die Temperatur t1 und t7 werden gleich, das Gewichtsverhältnis GN/GH wird zum Minimum, das Druckverhältnis PNIPH erreicht seinen Maximalwert.Consequence: The temperature t1 and t7 become the same, the weight ratio GN / GH becomes the minimum, the pressure ratio PNIPH reaches its maximum value.

Prozeß Der Gesamtwirkungsgrad des Verfahrens ist schlecht, denn mit dem über Ventil B entfernten Gasgewicht erreicht die Verlustwärme Q4 ihren Maximalwert: Q4- (GH- GN) -'4' (4) B. Forderung: Größtes Dampfgewicht GN in Punkt 7 (Fig. 5). Folge: Die Enthalpie in Punkt 7 und das Druckverhältnis PN/PH erreichen das Minimum.Process The overall efficiency of the process is poor, because with the gas weight removed via valve B, the heat loss Q4 reaches its maximum value: Q4- (GH- GN) -'4 ' (4) B. Requirement: Greatest vapor weight GN in point 7 (Fig. 5). Consequence: The enthalpy in point 7 and the pressure ratio PN / PH reach the minimum.

P rozeß Obwohl der Verlust Q4 klein ist, wird die Ausbeute an der Turbinenwelle gering, weil große Dampfmengen mit niedrigem Wärmeinhalt und Druck nur wenig wert sind.Process Although the loss Q4 is small, the yield on the Turbine shaft small because of large amounts of steam with low heat content and pressure are of little value.

Aus dem bisher Geschriebenen entnimmt man, daß das Druckverhältnis PNIPH zwischen Nieder- und Hochdruckkreis die kennzeichnende Größe des Verfahrens ist. Neben den theoretischen Überlegungen sprechen bei der Wahl des Quotienten PN1PH rein praktische Gesichtspunkte mit, die verlangen, daß das Gewicht und der Raumbedarf der Wärmeaustauschergruppe bei vertretbaren Druckverlusten möglichst klein sein sollen. Hieraus folgt für den Prozeß, daß 1. die Temperaturdifferenz zwischen den beiden Seiten groß sein muß ; d. h., nur dann, wenn der Partialdruck des Wasserdampfes in Punkt 3 wesentlich über dem Druck in Punkt 5 liegt, wird die Wärmeaustauschfläche klein und der Apparat leicht sein, 2. die beiden Drücke PN und PH möglichst groß sein müssen, um kleine Dampfvolumina und damit kleine Querschnittsflächen im Apparat zu haben. Bei kleinem Dampfvolumen kann man kleine Rohrdurchmesser wählen, die große Flächendichten liefern.From what has been written so far, it can be seen that the pressure ratio PNIPH between the low and high pressure circuit is the characteristic variable of the process is. In addition to the theoretical considerations, when choosing the quotient PN1PH purely practical considerations that require weight and space the heat exchanger group should be as small as possible with acceptable pressure losses should. From this it follows for the process that 1. the temperature difference between the must be large on both sides; d. i.e., only if the partial pressure of the water vapor in point 3 is significantly above the pressure in point 5, the heat exchange surface small and the apparatus light, 2. the two pressures PN and PH as large as possible must be in order to avoid small steam volumes and thus small cross-sectional areas in the apparatus to have. With a small steam volume, you can choose small pipe diameters, the large ones Deliver area densities.

Grundsätzlich zusammengefaßt: Will man ein Gas-Dampf-Gemisch durch Kondensation trennen und das Kondensat auf der anderen Seite des Wärmeaustauschers verdampfen, so muß die Gas-Dampf-Seite unter höherem Druck stehen als die reine Wasser-Dampf-Seite. Das Druckverhältnis zwischen beiden Seiten ist maßgebend für den Wirkungsgrad des Prozesses und das Gewicht der Apparate. Das Volumen der Wärmeaustauscher wird im wesentlichen durch die Absolutgröße der beiden Drücke bestimmt. Schaltung mit Vorwärmer (Fig. 6 und 7) Dieser Kreis unterscheidet sich vom Prozeß nach Fig. 3 durch einen zusätzlich in den Hochdruckteil eingeschalteten, von der Niederdruckseite unabhängigen Speisew asservorwärmer. Das C02-Dampfgemisch strömt wie bisher aus der Brennkammer A über Punkt 1 zum W ärmeaustauscher, erreicht in Punkt 2 die Taulinie und verläßt den Apparat mit großem Kondensatgehalt in Punkt 3. Auf dem Weg zum Abscheider C muß das Gemisch durch den Speisewasservorwärmer, wobei es weiter gekühlt wird und bis zum Punkt 4 zusätzlich Kondensat anfällt. Im Abscheider erfolgt die Trennung von Gas und Flüssigkeit. Über das Ventil B werden die Gaskomponente und das überschüssige Kondensat aus dem Kreis entfernt, während der Hauptteil des Wassers über das Ventil D zur Niederdruckseite fließt. Dort wird es von 8 bis 9 auf die Siedetemperatur vorgewärmt, bis 10 verdampft und verläßt den Apparat in Punkt 11 überhitzt.Basically summarized: If you want to separate a gas-steam mixture by condensation and evaporate the condensate on the other side of the heat exchanger, the gas-steam side must be under higher pressure than the pure water-steam side. The pressure ratio between the two sides is decisive for the efficiency of the process and the weight of the apparatus. The volume of the heat exchanger is essentially determined by the absolute value of the two pressures. Circuit with preheater (Fig. 6 and 7) This circuit differs from the process according to FIG. 3 by an additional feed water preheater which is switched on in the high pressure part and is independent of the low pressure side. As before, the C02 vapor mixture flows from combustion chamber A via point 1 to the heat exchanger, reaches the dew line in point 2 and leaves the apparatus with a high condensate content in point 3. On the way to separator C, the mixture must pass through the feed water preheater, whereby it is further cooled and condensate also accumulates up to point 4. The separation of gas and liquid takes place in the separator. The gas component and the excess condensate are removed from the circuit via valve B, while the main part of the water flows via valve D to the low-pressure side. There it is preheated from 8 to 9 to the boiling temperature, evaporates until 10 and leaves the apparatus in point 11 overheated.

Durch die Einschaltung des Speisewasserv orwärmers erhält man 1. einen besseren Prozeßwirkungsgrad, denn das C O.,-Dampfgemisch kann nun unter die Siedetemperatur des Niederdruckkreises gekühlt werden, 2. eine große Temperaturdifferenz für den Wärmeaustausch, d. h. kleine Apparate, und 3. einen auf die Treibstoffe bezogenen größeren Gewichtsfluß, damit ein großes HZ O : C 02-Verhältnis, das sowohl für den Wirkungsgrad als auch für den Wärmeaustausch von Vorteil ist. Schaltung für zwei Turbinen (Fig. 8) Eine weitere, in Fig. 8 dargestellte Schaltmöglichkeit sieht zwei Turbinen vor. Obwohl der Kreislauf konstruktiv komplizierter ist, kann er bei Fortfall der Gewichts- und Raumbeschränkung von Vorteil sein, weil diese Anordnung einen besseren Gesamtwirkungsgrad liefert.By switching on the feed water preheater you get 1. one better process efficiency, because the CO., - vapor mixture can now below the boiling point of the low pressure circuit are cooled, 2. a large temperature difference for the Heat exchange, d. H. small apparatus, and 3. one related to propellants greater weight flow, thus a large HZ O: C 02 ratio, which is suitable for both the Efficiency as well as for the heat exchange is advantageous. Circuit for two Turbines (Fig. 8) Another switching option shown in Fig. 8 provides two Turbines in front. Although the circuit is structurally more complicated, it can if it fails the weight and space constraints be advantageous because this arrangement one provides better overall efficiency.

Das in der Brennkammer A erzeugte Gemisch wird durch einen Überhitzer B geführt und in der Hochdruckturbine C entspannt. Anschließend kommt es in den bereits bekannten Wärmeaustauscher D und wird im Abscheider E getrennt. Die Gaskomponente wird wiederum aus dem Prozeß entfernt und das Kondensat zur Niederdruckseite über ein Drosselventil H geschleust, wo es im Gegenstrom verdampft. Der Dampf strömt vom Apparat D zum Überhitzer B und tritt dann in die Niederdruckturbine F ein. Mit I ist ein Oberflächenkondensator bezeichnet, der auf übliche Weise durch Seewasser gekühlt wird.The mixture generated in the combustion chamber A is passed through a superheater B and expanded in the high-pressure turbine C. It then enters the already known heat exchanger D and is separated in the separator E. The gas component is in turn removed from the process and the condensate is channeled to the low-pressure side via a throttle valve H, where it evaporates in countercurrent. The steam flows from the apparatus D to the superheater B and then enters the low pressure turbine F. I denotes a surface condenser which is cooled in the usual way by seawater.

Charakteristisch für diesen Kreislauf ist a) die Verteilung des Druckverhältnisses auf zwei Turbinen und die Zwischenüberhitzung, b) die Ausnutzung des CO.-Wärmeinhaltes in der Hochdruckturbine, dafür muß aber c) der Wärmeaustauscher im Niederdruckgebiet liegen.A) the distribution of the pressure ratio is characteristic of this circuit on two turbines and reheating, b) the utilization of the CO. heat content in the high pressure turbine, but c) the heat exchanger in the low pressure area lie.

Bei der praktischen Verwirklichung dieses Systems liegen die Schwierigkeiten im Bau der Wärmeaustauscher. Die Wärmedurchgangszahl (im Überhitzungsteil) wächst bekanntlich nur mit der 0,6. bis 0.8. Potenz des Produktes aus Geschwindigkeit und spezifischen Gewicht, während der Druckverlust mit der 2. Potenz der Geschwindigkeit und linear mit dem spezifischen Gewicht ansteigt. Daraus folgt für den im Niederdruckgebiet liegenden Wärmeaustauscher, daß er mit sehr kleinen Wärmedurchgangszahlen gefahren werden muß, wenn der Druckverlust im Apparat die bei System 2 gewählten 8 bis 15°/o der Absolutdrücke nicht überschreiten soll. Zusammenfassung Der um wenige Punkte bessere Gesamtwirkungsgrad der Anlage muß durch einen außerordentlich großen und schweren Wärmeaustauscher erkauft werden. Die Auswahl des Prozesses Von den drei angeführten Prozessen besitzt der erste den schlechtesten thermischen Wirkungsgrad. Störend ist ferner, daß beide Irreise thermisch fest gekoppelt sind.The difficulties lie in putting this system into practice under construction of the heat exchanger. The heat transfer coefficient (in the overheating part) increases known only with the 0.6. until 0.8. Power of the product of speed and specific gravity, while the pressure loss is the 2nd power of the speed and increases linearly with the specific gravity. From this it follows for the in the low pressure area lying heat exchanger that he drove with very low heat transfer coefficients must be if the pressure drop in the apparatus is the 8 to 15% selected for system 2 which should not exceed absolute pressures. Summary The by a few points better overall efficiency of the system must be through an extraordinarily large and heavy heat exchangers are bought. Choosing the process Of the three According to the processes listed, the first has the worst thermal efficiency. It is also disturbing that both errands are thermally tightly coupled.

Dies ist beim zweiten Prozeß nicht mehr der Fall. Hier können durch wählbare weitere Abkühlung des I-1D-Gemisches im Speisewasservorwärmer das Druckverhältnis verlustlos und auch das Gewichtsverhältnis in gewissen Grenzen beeinflußt werden. Daraus folgt ein besserer thermischer Wirkungsgrad. Der bessere Wirlcungsgrad des dritten Prozesses wird wegen des damit verbundenen erhöhten Bau- und Gewichtsaufwandes nur in Ausnahmefällen lohnen.This is no longer the case with the second process. Here you can go through selectable further cooling of the I-1D mixture in the feed water preheater the pressure ratio Lossless and also the weight ratio can be influenced within certain limits. This results in a better thermal efficiency. The better efficiency of the The third process is due to the associated increased construction and weight costs only worthwhile in exceptional cases.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Process for propulsion mainly of underwater vehicles, in which H202 is decomposed, the released oxygen is burned with a hydrocarbon in particular, the resulting water vapor-gas mixture is cooled by injecting feed water and thus enriched with water vapor is used to generate mechanical energy, characterized in that the heat is withdrawn from the mixture before it is used to generate mechanical energy in countercurrent heat exchange until at least the partial condensation of its water vapor content and the condensate serves as a heat-absorbing agent during the heat exchange after the gas content has been separated out.

2. The method according to claim 1, characterized in that that the mixture after the removal of heat carried out with the aid of the heat exchange further heat is withdrawn for the purpose of preheating the feed water.

3. Annex to Execution of the method according to claim 1 and 2, characterized by an between a gas separator and the entry into the heat-absorbing section of a heat exchanger arranged throttle device, which allows the pressure of the steam between the gas separator and the entry into the heat-absorbing section of the heat exchanger is less than the partial pressure of the steam at the outlet from the heat emitting Strand of the heat exchanger.

4. Plant according to claim 3, characterized in that that the heat exchanger is a high pressure gas steam engine, in particular one High-pressure gas-steam turbine, is connected upstream and that in the heat exchanger The water vapor generated is used in a second, the low-pressure steam engine will.

5. Plant according to claim 4, characterized in that from the heat exchanger escaping water vapor before it enters the low-pressure steam engine is reheated in a superheater. in which as a heat-emitting agent that Steam-gas mixture before it enters the high-pressure gas-steam engine serves. Considered publications: German Patent Specifications No. 510 919, 626 689.