DE1905702C - Dampferzeuger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger für ein organisches Arbeitsmittel, das sich hei hoher I'emperatur zersel/l, mit einer Wärmequelle zur Erzeugung von Heizgasen und einer aus Rohren gebildeten Heizfläche, wobei die Verdampfung des organischen Arbeitsmittels indirekt über ein sich hei der Temperatur der Heizgase nicht /ersetzendes flüssiges Wärmeübertragungsmittel erfolgt.

Bei einer bekannten Ausführungsart derartiger Dampferzeuger (LLSA.-Patentschrift 1 ^l)76 426) wird so vorgegangen, daß unorganische Medien wie Quecksilber oder Wasser innerhalb der Berührung direkt den Heizgasen ausgesetzt werden, während erst außerhalb dieses Dampfkessels die Berührung durch einen Mantel hindurchläuft, der eine Füllung mit einem organischen Fluid enthält. Es erfolgt daher eine indirekte Wärmeübertragung durch Thermo-S)phon-Wirkung bzw. durch Wärmeströmung bei verhältnismäßig erheblichem Raumbedarf der Anlage, wobei die Heizflächenrohre mit einem sich auch bei den Temperaturen der Heizgase nichr zersetzenden, flüssigen Wärmeübertragungsmittel gefüllt sind, das durch die Thermosyphon-Wirkung unter dem Einfluß der einwirkenden Heizgase dauernd in Umlauf gehalten wird und auf diese Weise die von den Heizgasen aufgenommene Wärmemenge auf das organische Arbeitsmittel überträgt.

Die Erfindung bezweckt dagegen eine direkte Wärmeübertragung zu ermöglichen, so daß bei verhältnismäßig gering-πι Raumbedarf eine sehr gute Übertragung der Energie der Heizgase auf das organische Mittel ermöglicht ist, ohne daß indessen die Gefahr einer Überschreitung von dessen Zersetzungstemperatur besteht.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Dampferzeuger der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Heizfläche aus konzentrisch ineinanderliegcndcn Doppclrohren gebildet wird, wobei der Innenraum der inneren Rohre das organische Arbeitsmittel aufnimmt und der Ringraum zwischen den Innenrohren und den Außenrohren mit dem Wärmeübertragungsmittel gefüllt ist. Von besonderem Vorteil ist es, wenn nach einem weiteren Merkmal der Erfindung /wischen den konzentrischen Rohren ein Abstandsdraht in Form einer Schraubenwcndcl angeordnet ist, um die Konzcntrizität stets zu gewährleisten und zu erhallen.

I 'in auf jeden Fall die Gefahr der Überhitzung do. Arbeitsmittels und damit seiner Zersetzung auch dann /u \erhindern, wenn ein Wärmezwisehcnlräger ν< p.'.endet wird, ist gemäß einem weiteren Merkmal iicr Erfindung vorgesehen, dall das Wärmeübertragungsmittel enthaltende Rohr ein geschlossenes Svsiem mit einer I inrichliing bildet, das in Abh.miiiükeit vom Druck des Wärmeübertragungsmittel·; die llrennsioff/ufunr -tcuert Vorzufswci.-ic enthält gemäß der I rhi idling die Einrichtung /ur Steuerung der Brennstoffzufuhr einen Druckfühlcr für die Betätigunj! eines Hrennstoffrcgelvcntils.

Der crfindungsgcmüfle Dampferzeuger hat vor allen Dingen die Vorteile, daß es möglich ist, die I lei/fliichenrohrc zusammen mit den von diesen umg'.'bciK'n, das Arbeitsmittel führenden Rohren raumsparend um die Wärmequelle her im anzuordnen, beispielsweise in Form einer aufrecht stehenden SehnMihenweinlcl, so daß im wesentlichen die jjesaml· von der Wärmequelle abgestrahlte Energie a'if (Ik· Hi'i/fliuhetirolirc übertragen wird. Da die das Arbeitsmittel führenden Rohre sich nur in einem geringen radialen Abstand von der Innenfläche der lleizllächenrohre befinden, erfolgt die Wärmeübertragung von dem Wärmeübertragungsmittel auf das Arbeitsmittel mit einem sehr guten Wirkungsgrad und ohne Zuhilfenahme jeglicher Thermosyphon-Wirkung.

Die Erfindung ist nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

ίο Fig. 1 ein Ausführungsheispiel eines erimdungsgemäßen Dampferzeugers nebst zugeordneten Bestandteilen einer Dampfmaschine im Axialschnitt sowie in schemalischer Darstellung,

F i g. 2 eine Bestandteil des Dampferzeugers nach

F-.g. 1 bildende. Rohranordnung in Teildarstellung sowie im Axialschnitt,

F i g. 3 den Dampferzeuger nach F i g. 1 in demgegenüber vergrößerter Darstellung im Schnitt.

Ein Gemisch von Brennstoff und Luft wird zum Zwecke der Verbrennung von einer Stelle unten links in F i g. 1 zugeführt. Das Gemisch verläuft durch ein druckgesteuertes Ventil 12 sowie ein Verbindungsrohr 14 zu einem Brenner 15, welcher in üblicher Weise ausgebildet sein kann. Eine bevorzugte Aus-

führungsform des Brenners 15 ist nachfolgend angegeben.

Unbeschadet der Art des Brenners wird Wärme erzeugt und trifft auf die Außenfläche, eines Rohres 18, welches um und auf den Brenner 15 gewendelt

ist. Innerhalb des Rohres 18 sowie konzentrisch hiermit ist ein dünneres Rohr 16 angeordnet. Die beiden Rohre sind im gleichförmigen Abstand zueinander mittels eines wendclförmigen Abstandsdrahtes 20 gehalten, welcher sich am besten aus F i g. 2 ergibt.

Obgleich andere Abstandselemente als wendelförmig gewickelter Draht verwendet werden können, um das gewünschte Maß an gleichförmige»· Abstandsgebung zwischen den Rohren zu erzielen, vird das vorliegende wendeiförmige Abstandselement 20 bevorzugt, da es

ein zweckmäßiges und leicht herzustellendes Element zur Erzielung und Aufrcchterhaltung des Abstandes darstellt.

Die Wendeln der konzentrischen Rohre 16, 18 werden von einem Behälter umgeben, welcher vorzugsweisc eine zylindrische Isolationsschicht 22 umfaßt, die zwischen konzentrischen Schalen 24, 26 gehalten ist. An dct Oberseite des Schalters ist eine Öffnung vorgesehen, um einen Abgasauslaß 28 aufzunehmen. Zusätzliche öffnungen sind an dem Boden des Behälters vorgesehen, um das Verbindungsrohr 14 und — in den Seitenwandungen — die Enden der konzentrisch gcwendeltcn Rohre 16, 18 aufzunehmen.

Da, äußere Rohr 18 bildet einen Teil eines gcschlosscnen Systems, welches ein T-Glicd 30 umfaßt, an dem Wasser in die Wendel des äußeren Rohres 18 einläuft. Der Auslaß für das Wasser aus dem gcwcndeltcn äußeren Rohr liegt an einem zweiten T-Stück 32, von welchem es zu einer Vorrats- oder Ausdehnungskammer 34 geleitet wird. Von der Ausdehnungskammer 34 wird das Wasser durch ein Rohr 36 zu dem T-Stück 30 zurückgcleilct, um einen geschlossenen Kreislauf herzustellen. Mit der Ausdehnungskammer 34 steht über ein Rohr 38 ein Drtickfühler 40 in Verbindung, welcher die Steuerung des Ventils 12 hcwirkt. Verschiedene im Handel erhältliche Einrichtungen für die Ventilsteuerung in Abhängigkeit von dem Druck stehen zur Verfugung.

Zweckmäßig sowie auf Wunsch kann ein Druckniar.oineier42 an dem System angeschlossen sein, um eine ΠιLukiihei wachiing zu gewährleisten.

Das innere Ii.ihr 16 kann ebenfalls einen Teil eines geschlossenen Systems darstellen.

Einzelheiten der konzentrischen Rohre nehsl dem AliMandsdiahilO sind in F i g. 2 veranschaulicht, der zufolge das innere oder das Arbeitsfluid aufnehmende Köln 16 vorzugsweise aus niedriggekohliem oder iiiedriglegierlem Stahl besteht und hinsichtlich seines Durchmessers etwa die Hälfte desjenigen des äußeren Konzentrischen Rohres 18 ausmacht. Das äußere Rohr 18 besteht auch vorzugsweise aus niedrigjickohltem oder niedriglegiertem Stahl und weist einen Durchmesser von 15 bis 25 mm oder darüber auf. Der drahtförmige Abstandsdraht 20 kann ebenfalls aus niedriggekohliem Stahl bestehen und weist vorzugsweise einen solchen Durchmesser auf, daß -r sich leicht zwischen der Außenfläche des inneren Rohres 16 und der Innenfläche des äußeren Rohres 18 verschieben läßt. Der Abstandsdraht 20 kann auf das Rohr 16 gewickelt sein, wonach beide Bauelemente in das Rohr 18 eingeschoben werden, bevor eine Formung zu einer Wendel stattfindet. Die Formgebung zu einer Wendel kann in üblicher Weise sowie in Anordnung mit anderen Bestandteilen des Kessels durchgeführt werden.

Gemäß F i g. 3 ist das Einlaßrohr 14 durch Schweißung oder in anderer Weise gegenüber einem Flansch 44 abgedichtet, welcher an eine Grundplatte 46 geschweißt sein kann, die den Boden des kcsselbehälters bildet. Die Schalen 24,26, welche eine Schicht aus Isoliermaterial 22 umgeben, sind in Form von Hülsen gebracht, die mit der Grundplatte 46 verschweißt oder hart verlötet sind. Der Abgasauslaß 28 endigt in einem sich nach außen erweiternden Flansch 48, der die Oberseite des Behälters bildet. Diese Elemente können anders als die Isolierschicht 22, aus Stahlblech oder anderem geeigneten Material zusammengesetzt sein. Irgendeiner von verschiedenen zur Verfugung stehenden Stoffer kann die Schicht 22 bilden.

Die konzentrischen Rohre 16, 18 treten in dem Behälter durch eine geeignete öffnung ein, wie unten rechts in F i g. 3 veranschaulicht, und sind zu einer stetigen Wendel gewickelt, die oben links in Fig. 3 austritt. Innerhalb der Schraubenwendel sowie neben dem Hoden des Behälters ist der Brenner 15 angeordnet, welcher eine zylindrische Brennerkammer 48 umfaßt. Die Brennerkammcr 48 kann aus einem Mctall-SiC¹I, porösem Kcramikmatcrial oder anderen geei3-nctcn Stoffen zusammengesetzt sein. Soll ein gasförmiger Brennstoff ausgenützt werden, so findet eine ^verbrcnnung normalerweise an der Außenfläche des Elementes 48, wie in Fig. 3 veranschaulicht, statt. Wenn andererseits Flüssigbrennstoffe verwendet werden, findet eine Verbrennung vorzugsweise innerhalb der Brennerkammer 48 statt. Ein Schirm 50, dessen Oberkanic um die Brennkammer 48 gebogen ist und der zentral in Form eines gegen den Boden der Brennkammer 48 hin verlaufenden Konus ausgeführt ist, dient dazu, dr.s Brcnnstoffgemisch an die Innenfläche des Elementes 48 hinzuführen, um eine unnötige Turbulenz zu vermeiden und die Verbrcnnung an dem Umfang der Brennkammer 48 zu konzentrieren.

Fs ist auch eine zweite Wärmcatistauschstufe durch Einfügung eines Strahlauftreffschirmes 52 innerhalb des oberen Teiles des Behälters vorgesehen. Der Schirm 52 wei.st die Form eines uiiigekehrien Mi^-IaII-hechers auf, dessen Moden nach außen erweitert ist und die Innenfläche des inneren Schalengliedes 24 berührt. Fine Mehrzahl von Durchiriilen 54 isi in der Innenwandung des Sirahlauflreffschirnies gebildet, um zu bewirken, daß die von dem unieien Teil des Kessels aufsteigenden heißen Hase als Strahlen auftreffen, welche auf die Oberfläche des äußerer konzentrischen Rohres 18 gerichtet sind. Die Wirkung

ίο der Sirahlen besteht darin, stillstehende Gasschichten zu entfernen, welche den wirksamen Wärmeaustausch behindern. In einigen Fällen kann es günstig sein, die gleiche Art von Durchirilten durch das Element 48 vorzusehen, um zu bewirken, daß die Verbrennungsprodukte in ähnlicher Weise als Strahlen auf die Oberfläche des Rohres 18 neben der unieien Brennerkamrrifir 48 auftreffen.

Verschiedene betriebliche Merkmale der Erfindung ergeben sich am besten aus Fig. I. Das innere Rohr

18"wirkt in üblicher Weise :nd übernimmt die übliche Funktion vergleichbarer Einrichtungen in Dampfmaschinen insofern, als es das Arbeilsfluid als Flüssigkeit dem Kessel zuleitet und von dem Kessel unter Druck der Dampfmaschine als Dampf zuführt.

Jedoch ist das geschlossene System, welches das äußere konzentrische Rohr 18 umfaßt, mit Wasser oder einer anderen geeigneten Pufferflüssißkeit gekühlt, weiche sich bei der Betriebstemperatur des Kessels nicht zersetzt. Die Pufferflüssigkeit dient nicht nur zum Schutz des Arbeitsfluids gegenüber den schädlichen Einflüssen übermäßiger Wärme, sondern hat einen weiteren Zweck. Wenn die Temperatur übermäßig hoch wird, steigt der Druck des Pufferfluids in dem geschlossenen System, welches das äußere konzentrische Rohr, die Ausdehnungskammer 34 sowie den Druckfühler 40 umfaßt. Mit der Druckzunahme betätigt der Fühler 40 das Ventil 12, um die Strömung von Brennstoffgemisch durch das Ven til zu dem Brenner 15 zu reduzieren. Mit dem gcminderten Zufluß des Brennstoffgemisches wird weniger Wärme erzeugt, und der Druck fällt auf einer Punkt ab, bei dem das Ventil zurückgestellt wird, um den gewünschten Brennstoffverbrauch und die gewünschte Wärmeabgabe aufrechtzuerhalten. Der Fühler 40 kann über einen Wertbcrcich eingestellt werden, um die gewünschte Wärmemenge erzeugen zu können.

Die zweite und vielleicht wichtigere Funktion der

Pufferflüssigkeit liegt darin, die Verwendung einer

breiten Vielfalt von Arbcitsfluiden, einschließlich organischer oder anderer unter Wärme /crsei/barcr Fluide, in einer Dampfmaschine zu ermöglichen. Da das Fluid in einem äußeren konzentrischen Rohr 18 eine Greife für die Temperatur darstellt, welche durch das innere konzentrische Rohr erreicht werden kann, wird das Arbeilsfluid m keiner Zeit übermäßigen Temperaturen ausgesetzt. Demgemäß werden Schwierigkeiten, welche als Folge des Krackens von organischen Flüssigkeiten mit daraus resultierender Verkokung des Kessels auftreten, vermieden.

Demnach verhindert der durch das konzentrische Rohr 18 gebildete Pufferspeicher mögliche heiße Stellen, welche sons' schädlich oder zerstörend im Hinblick auf den Kessclbetricb sein könnten.

In einigen Fällen kann es günstig sein, den Mantel für das Puffcrfluid in anderer Form als vorliegend gezeigt und beschrieben auszubilden. Auch isl es nicht sehr wesentlich für die Erfindung, daß das Pufferfluid Wasser ist.

Das wesentliche Merkmal des Puffcrfluids liegt rin, daß es bei der Kcssclbclricbslcmpcralur nicht rsclzbar ist, welche vcrsländliclicrwcisc geändert irden kann, insbesondere mit der Art des verwcnde-Arbcilsfliiids und des Dampfes.

Claims (4)

1. Patentansprüche:

   I. Dampferzeuger für ein organisches Arbeitsmittel, das sich bei hoher Temperatur zersetzt, to mit einer Wärmequelle zur Erzeugung von Heizgasen und einer aus Rohren gebildeten Heizfläche, wobei die Verdampfung des organischen Arbeitsmittels indirekt über ein sich bei der Temperatur der Heizgase nicht zersetzendes flüssiges Wärmeübertragungsmittel erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dad die Heizfläche aus konzentrisch ineinanderlicgenden Doppclrohren gebildet wird, wobei der Innenraum der inneren Rohre das organische Arbeitsmittel aufnimmt und der Ringraum zwischen den Innenrohren und den Außcnrohren mit dem Wärmeübertragungsmittel gefüllt ist.
2. 2. Dampferzeuger nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den konzentrischen Rohren (16, 18) ein Abstandsdraht (20) in Form einer Schraubcnwendcl angeordnet ist.
3. 3. Dampferzeuger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeübertragungsmittel enthaltende Rohr ein geschlossenes System mit einer Hinrichtung bildet, das in Abhängigkeit vom Druck des Wärmcübertragungsmiltels die Brennstoffzufuhr steuert.
4. 4. Dampferzeuger nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Hinrichtung zur Steuerung der Brennstoffzufuhr einen Dmckfüliler (40) für die Betätigung eines Brcnnsloffrcgelventils (12) enthält.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen