DE170180C

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Publication number: DE170180C
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Description

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KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die vorliegende Erfindung betrifft die teilweise Ausnutzung der Wärmeenergie heißer Abwässer. Bei den Industrien, die warme Flüssigkeiten verwenden, wie in der chemisehen Industrie, der Färberei, den Anstalten zum Ausziehen organischer Stoffe u. dgl., kommt es häufig vor, daß man gezwungen ist, große Mengen von warmer Flüssigkeit bei einer Temperatur von ioo° C. oder selbst

ίο mehr weglaufen zu lassen.

Die Energiemenge, welche dieses Wasser darstellt, ist oftmals bedeutend. Aber es ist nicht nur der Wärmeverlust ein vollständiger, sondern bisweilen gibt die heiße Flüssig-

keit selbst zu fühlbaren Übelständen Veranlassung.

Die vorliegende Erfindung bezweckt nun, einen Teil der so verlorenen Energie dadurch wiederzugewinnen, daß die Wärme der Flüssigkeit zur Verdampfung eines Teiles benutzt wird. Der erhaltene niedrig gespannte Dampf wird dann in bekannter Weise in einer Turbine nutzbar gemacht, und die Arbeit dieser Turbine wird für das betreffende Werk ver-

wertet.

Um einen Teil der Flüssigkeit verdampfen zu können, ist es notwendig, diese der Einwirkung eines Vakuums zu unterwerfen und sie deshalb mit einem Kondensator in Verbindung zu bringen. Es wird auf diese Weise ein Druckgefälle zwischen dem Anfangsdruck, unter dem sich die warme Flüssigkeit befindet, und zwar einem Druck, der geringer oder höher als der Atmosphärendruck sein kann, und dem Unterdruck des Kondensators erzeugt. Diesem Druckgefälle entspricht ein Temperaturgefälle, welches auf Grund der thermodynamischen Gesetze zur Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit nutzbar gemacht werden kann. Es wird so eine gewisse Menge von Wasserdampf erhalten, die von der Menge der zur Verfügung stehenden warmen Flüssigkeit abhängt. Das Druckgefälle zwischen dem Raum, der die verdampfende Flüssigkeit enthält, und dem Kondensator verursacht es, daß der erzeugte Dampf die Turbine durchströmt und seine Kraft an diese abgibt. Wenn man mit P den absoluten Druck bezeichnet, unter dem die Verdampfung vor sich geht, und mit ρ den absoluten Druck des Kondensators, so wird in der Turbine das Druckgefälle P—jp nutzbar gemacht. Von P wird angenommen, daß er unterhalb des Atmosphärendruckes liegt.

Die auf der beiliegenden Zeichnung in beispielsweiser Ausführung dargestellte Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem Kondensator 1, einer Dampfturbine 2 und einem geschlossenen Raum 3, in den die warme Flüssigkeit hineinströmt und in dem sich die teilweise Luftleere des Kondensators geltend macht.

4 ist das Rohr, durch welches die warme Flüssigkeit in den Raum 3 gelangt, und 5 ist ein knieförmig gebogenes Rohr, durch welches der Dampf aus dem Raum 3 zur Turbine 2 gelangt. 6 ist das zu dem Kondensator ι geführte Abdampfrohr der Turbine. Die nicht verdampfte Flüssigkeit geht von dem Raum 3 durch ein Rohr 7 hindurch in

ein U-förmiges Rohr 8, aus welchem sie bei 9 abfließt.

Es sei H der an der Höhe der Flüssigkeitssäule gemessene Atmosphärendruck, h die Flüssigkeitssäule, welche, zu dem absoluten Druck in dem Raum 3 hinzugefügt, dem Atmosphärendruck das Gleichgewicht halten kann. P sei der in Form einer Flüssigkeitssäule ausgedrückte absolute Druck in dem Raum 3, und ρ sei der Druck des Kondensators, ebenfalls in Form einer Flüssigkeitssäule ausgedrückt. Dann ist:

P = H— h

und die durch den Kondensator erzeugte totale Depression ist = H—p.

Diese ist in zwei Teile geschieden:

1. die Depression H—-P, welche das Druckgefälle der warmen Flüssigkeit von ihrem Anfangszustande bis zu dem Druck in dem Raum 3, also während des Verdampfens darstellt;

2. die Depression P—p, welche das Druckgefäß des in dem Raum 3 erzeugten Dampfes über die Turbine 2 hinweg bis zum Kondensator ι darstellt.

Es ist ohne weiteres klar, daß das Verfahren ebensogut benutzt werden kann, wenn sich die warme Flüssigkeit unter einem Anfangsdruck befindet, der höher als der Atmosphärendruck ist. Das Anfangsdruckgefälle bildet dann keinen Teil des Atmosphärendruckes H, sondern eines höheren Druckes. Anderenteils kann die Erfindung auch bei einer Flüssigkeit Verwendung finden, deren Druck unter dem Atmosphärendruck liegt und deren Temperatur weniger als 100° C. beträgt.

Die Art und Weise der Nutzbarmachung der Energie mittels eines Kondensators und einer Turbine ist immer dieselbe.

Das folgende Beispiel wird die Erfindung noch besser erklären.

Angenommen, es sei ioo° C. die Temperatur einer warmen Flüssigkeit, die sich unter Atmosphärendruck befindet. Ferner sei 0,15 Atm. der absolute Druck innerhalb des Kondensators. Wenn die Dampfturbine zweckentsprechend berechnet ist, so kann man so arbeiten, daß der absolute Druck in dem Raum 3 0,6 Atm. beträgt, so daß das Temperaturgefälle der warmen Flüssigkeit .15° C. ausmacht. Man sieht also, daß aus jedem Kilogramm Flüssigkeit 15 Kalorien verfügbar werden, die man zur Verdampfung eines Teiles der Flüssigkeit nutzbar machen kann.

Der so in dem Raum 3 erzeugte Dampf

befindet sich unter einem absoluten Druck von 0,6 Atm. In der Turbine 2 geht dann seine Spannung bis auf die Kondensatorspannung hinab, ; die nur 0,15 Atm. beträgt.

Die Ausnutzung der Energie des Dampfes von niedriger Spannung in Kolbenmaschinen würde gänzlich unzweckmäßig sein wegen der großen Abmessungen der Kolbenmotoren, hingegen haben Dampfturbinen bekanntlich selbst für bedeutende Dampf mengen nur geringe Abmessungen, so daß eine Turbine benutzt wird. ^;

Der Apparat muß so berechnet werden, daß der Höhenunterschied zwischen der Öffnung 9 und dem Flüssigkeitsspiegel in dem Raum 3 gleich dem Wert H—P ist, der den Unterschied zwischen dem Atmosphärendruck und dem Druck in dem Raum 3 als Flüssigkeitssäule ausdrückt.

Andererseits ist es nötig, daß das U-Rohr 8

ungefähr der Höhe — gleich ist. Diese Bedingung ist notwendig, den Apparat in Betrieb zu setzen, weil das U-Rohr stets gefüllt sein muß, wenn eine Dampfentnahme erfolgt.

Wenn der Kondensator seine Wirkung auszuüben beginnt, so hat dies ein Aufsteigen der Flüssigkeit in dem Rohr 7, also ein Entleeren des kürzeren U-Schenkels zur Folge. Demzufolge muß die Flüssigkeitssäule in dem Rohr 7 mindestens gleich der Höhe h sein, selbst auf die Gefahr hin, daß daraufhin Luft durch den Schenkel 8 in den Raum 3 gelangt.

Auch einer anderen Bedingung muß noch entsprochen werden; Man muß nämlich vermeiden, daß die warme Flüssigkeit bis in die Turbine 2 angesaugt werden kann. Zu diesem Zweck genügt es, wenn das Rohr 5, das den Dampf zur Turbine führt, so hoch geführt und dann zurück gekrümmt ist, daß ein Höhenunterschied gleich dem barometrischen Druck H hergestellt wird, der als Flüssigkeitssäule zwischen der Mündung 9 des U-Rohres und dem oberen Flüssigkeitsspiegel in dem Rohr 5 gemessen wird.

Es genügt, den Kondensator in Tätigkeit zu setzen, um nach und nach in dem Raum 3 diejenige Luftleere zu erzeugen, auf Grund deren sich Dampf Entwickeln und zur Turbine 2 überströmen kann.

Wenn die Menge der warmen Flüssigkeit sich ändert, wird auch der Flüssigkeitsspiegel in dem Raum 3 entsprechend schwanken und der Ausfluß bei der Mündung 9 sich verändern.

Die Fig. 2 zeigt eine Anordnung, bei der sich der Raum 3 mit seinem Zuflußrohr unterhalb der Turbine befindet. Die Flüssigkeit fließt hier in einen Brunnen 10 ab, aus dem sie durch ein mit einem Ventil versehenes Rohr 11 mittels einer Pumpe 12 gehoben wird. Die Längen der Röhren 7 und 8 haben sich hier nach demselben Gesetz wie im ersten Falle zu richten.

Claims

Pate nt-An Spruch e:

ι. Verfahren zur teilweisen Ausnutzung der Wärmeenergie heißer Abwässer, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit durch Anschluß eines Kondensators (i) einem Vakuum ausgesetzt wird, wobei ein Teil, indem er dem Rest Wärme entzieht, verdampft, und diese niedrig gespannten Dämpfe in bekannter Weise zum Betrieb einer Turbine (2) benutzt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Verdampfungskammer tiefer als die Turbine liegt, dadurch gekennzeichnet, daß die Ableitungsröhre des nicht verdampften Flüssigkeitsrestes U-förmig gebogen ist und in dem längeren Schenkel (7) des U-Rohres die Flüssigkeitssäule, vom Spiegel in der Verdampfungskammer

(3) bis zum Austritt (9) gemessen, zusammen mit dem absoluten Druck in der Verdampfungskammer dem atmosphärischen Druck das Gleichgewicht hält und der kürzere Schenkel (8) etwa halb so lang ist wie die genannte Flüssigkeitssäule.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Verdampfungskammer höher als die Turbine liegt, dadurch gekennzeichnet, daß das U-förmige Ableitungsrohr die Abmessungen nach Anspruch 2 er- , hält, während die U-förmige Verbindungsleitung (5) zwischen der Verdampfungskammer und der Turbine so hoch geführt ist, daß der Höhenunterschied zwischen ihrem Spiegel (5) und dem Ausfluß (9) einer den Druck einer Atmosphäre ausübenden Flüssigkeitssäule entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.