DE19506186B4

DE19506186B4 - Method for operating a steam power plant and device for carrying out the method

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Publication number: DE19506186B4
Application number: DE19506186A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-08-31
Filing date: 1995-02-22
Publication date: 2006-02-09
Anticipated expiration: 2015-02-23
Also published as: DE19506186A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Dampfkraftmaschinenanlage,
dadurch gekennzeichnet,
daß das dampfförmige Arbeitsfluid, ausgehend vom gesättigten Zustand, in einer Expansionsmaschine (1) entspannt wird, wobei ein Teil des Dampfes kondensiert, worauf der kondensierte Anteil durch eine geeignete Einrichtung (2) abgeschieden wird. Dieser wird von einer Speisepumpe (6) auf den Ausgangsdruck verdichtet. Darauf wird der restliche Dampf von einem Verdichter (3) unter Wärmeabgabe an den Speisewasservorwärmer (7) angenähert polytrop verdichtet, bis die Ausgangstemperatur wieder erreicht ist. Anschliessend wird der Restdampf unter Wärmeabgabe an den Dampferzeuger (8) angenähert isotherm verdichtet (4), bis der Ausgangsdruck (bei Strömungsmaschinen, bzw. das Ausgangsvolumen bei Verdrängermaschinen) des Restdampfes erreicht ist. Das abgeschiedene Kondensat wird im Speisewasservorwärmer (7) auf die Sättigungstemperatur erwärmt und im Dampferzeuger (8) durch die Verdichtungswärme zu einem Teil verdampft. Durch eine zusätzliche Wärmezufuhr Qzu an den Dampferzeuger (8) wird das Kondensat vollständig verdampft, worauf das verdampfte Kondensat nahezu als Sattdampf dem verdichteten Restdampf zugemischt wird...Method for operating a steam power plant,
characterized,
that the vaporous working fluid, starting from the saturated state, is expanded in an expansion machine (1), wherein a portion of the vapor condenses, whereupon the condensed portion is separated by a suitable device (2). This is compressed by a feed pump (6) to the outlet pressure. Thereafter, the remaining steam from a compressor (3) with heat release to the feedwater pre-heater (7) is approximately polytropically compressed until the starting temperature is reached again. Subsequently, the residual steam with heat transfer to the steam generator (8) is approximately isothermally compressed (4) until the output pressure (in turbomachinery, or the output volume in displacement machines) of the residual steam is reached. The separated condensate is heated in the feedwater pre-heater (7) to the saturation temperature and evaporated in the steam generator (8) by the heat of compression to a part. By an additional heat supply Qzu to the steam generator (8), the condensate is completely evaporated, whereupon the evaporated condensate is mixed almost as saturated steam to the compressed residual steam ...

Description

Bekannt sind Anlagen zur Gewinnung einer Nutzarbeit, welche ein kondensierendes Arbeitsfluid verwenden. Dabei wird das Arbeitsfluid nach der Entspannung in einem gekühlten Kondensator niedergeschlagen. Insbesondere bei dem Betrieb der Anlagen bei geringen Entropiegefällen, welche z. B. bei der Abwärmenutzung auftritt, ist aufgrund der Beschränkung durch den Carnotschen Faktor mit sehr geringen theoretisch-thermischen Wirkungsgraden zu rechnen. Vereinzelt wurden ferner Anlagen vorgeschlagen, welche den während der Entspannung kondensierenden Dampfanteil abscheiden und den nicht kondensierenden Teil auf den Ausgangszustand zurückverdichten, wobei davon ausgegangen wird, daß die bei der Entspannung freigesetzte Kondensationswärme zur Gewinnung der Nutzarbeit mit herangezogen werden kann, vgl. DE-PS 298416, DE 2750925 C2 , DE 2329020 A1 , DE 2362556 A1 .Plants are known for obtaining a useful work, which use a condensing working fluid. The working fluid is deposited after the relaxation in a cooled condenser. In particular, in the operation of the systems at low entropy gradients, which z. B. occurs during waste heat recovery, due to the restriction by the Carnot factor with very low theoretical thermal efficiencies expected. Occasionally plants have been proposed which deposit the condensing vapor portion during the expansion and recompress the non-condensing part to the initial state, it being understood that the heat of condensation released during the expansion can be used to obtain the useful work, cf. DE-PS 298416, DE 2750925 C2 . DE 2329020 A1 . DE 2362556 A1 ,

Dabei werden allerdings Gas-Dampfgemische verwendet. Aufgrund des durch den Gasanteil vorhandenen Diffusionswiderstandes ist bei Wärmeübertragern mit einer erheblichen Verschlechterung des Wärmeüberganges gegenüber der Verwendung reiner Dämpfe zu rechnen (Chem.-Ing.-Tech.57 (1985), Nr. 4, S. 278-289).there However, gas-vapor mixtures are used. Due to the by The gas fraction existing diffusion resistance is in heat exchangers with a significant deterioration of the heat transfer compared to the Use of pure vapors to calculate (Chem.-Ing. Tech.57 (1985), No. 4, pp. 278-289).

Die in der DE-PS 298416 beschriebene Vorrichtung verwendet im Hochdruckteil Vorratsbehälter, welche schwer und teuer sind. Die DE 2750925 C2 beschreibt ein Verfahren, welches teure Edelgase verwendet, um die Kondensationsrate zu erhöhen, jedoch wird überhitzter Wasserdampf zugesetzt, wodurch die Kondensationsrate verringert wird. Darüber hinaus ist das dort beschriebene Verfahren relativ aufwendig. Die in DE 2329020 A1 und DE 2362556 A1 beschriebenen Verfahren verwenden Umgebungsluft als Gasanteil und besitzen keine geschlossene Vorrichtung, um das gesamte entspannte Arbeitsfluid von dem Kondensat zu befreien, wodurch es nötig ist, nach jedem Arbeitsspiel erneut Umgebungsluft anzusaugen. Dadurch kehrt sich die Strömungsrichtung im dortigen Einlaß-Auslaßkanal um. Ferner scheint ein thermisch stabiler Betrieb nur durch eine zusätzliche Kühlmitteleinspritzung möglich zu sein, was vermutlich eine Folge des erwähnten Diffusionswiderstandes ist.The device described in DE-PS 298416 used in the high pressure part reservoir, which are heavy and expensive. The DE 2750925 C2 describes a process which uses expensive noble gases to increase the rate of condensation, but superheated steam is added, thereby reducing the rate of condensation. In addition, the method described there is relatively expensive. In the DE 2329020 A1 and DE 2362556 A1 described methods use ambient air as a gas component and do not have a closed device to free all condensed working fluid from the condensate, making it necessary to re-suck ambient air after each cycle. As a result, the flow direction reverses in the local inlet-outlet channel. Furthermore, a thermally stable operation seems to be possible only by an additional coolant injection, which is probably a consequence of the mentioned diffusion resistance.

Der in Patentanspruch 1 dargelegten Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen sicheren, stabilen Betrieb der Anlage zu gewährleisten, die Prozeßführung und die abgegebene Nutzleistung zu optimieren sowie einen einfachen und damit kostengünstigen Aufbau aus bekannten Komponenten zu ermöglichen.Of the The invention set forth in claim 1 is based on the object to ensure a safe, stable operation of the plant the process control and optimize the delivered output and a simple and therefore cost-effective To allow construction of known components.

Diese Aufgabe wird durch die in Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens erreicht.These The object is achieved by the features listed in claim 1 the method according to the invention reached.

Im Falle der Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 5 kann eine Vereinfachung der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens durch das Ersetzen des separaten Dampferzeugers durch einen zwischen Verdichter und Expansionsmaschine angeordneten Wärmeübertrager (9) erreicht werden, insbesondere wenn Kondensatvorwärmer (7), Teilverdampfer (8), und die Verdichter (3), (4) zusammengelegt werden. Durch die Einspritzung wird eine genau dosierbare und verlustarme Kondensatzuführung ermöglicht. Zusätzliche konstruktive Vereinfachungen können nach Patentanspruch 7 bei der Durchführung in Verdrängermaschinen durch die Verwendung mindestens eines gemeinsamen Kolbens für Verdichtung und Entspannung erreicht werden. Aufgund der schwierigen instationären Wärmeleitungssituation bei Verdrängermaschinen nach Patentanspruch 7 ist dieses Verfahren für Konversionskonstruktionen verwendbar, für Neukonstruktionen sollte dagegen das Verfahren nach Patentanspruch 1 eingesetzt werden.In the case of the embodiment of the invention according to claim 5, a simplification of the device for carrying out the method by replacing the separate steam generator by an arranged between the compressor and expansion engine heat exchanger ( 9 ), especially when condensate preheaters ( 7 ), Partial evaporator ( 8th ), and the compressors ( 3 ) 4 ). The injection allows a precisely metered and low-loss condensate feed. Additional structural simplifications can be achieved according to claim 7 when carried out in displacement machines by using at least one common piston for compression and expansion. Due to the difficult transient heat conduction situation in displacement machines according to claim 7, this method can be used for conversion constructions, for new constructions, however, the method should be used according to claim 1.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht nach Patentanspruch 10 in der Strömungsführung in einem geschlossenen Strömungskanal, welcher ähnlich herkömmlicher geschlossener Windkanalanlagen gestaltet ist, wobei die Verdichtung und die Entspannung durch rein strömungsmechanische Wirkungen aufgrund eines sich verändernden Kanalquerschnittes erfolgt. Die Abgabeleistung wird durch eine zusätzlich in den Kanal eingebaute Turbine entnommen. Daneben besteht die Möglichkeit, das umlaufende Arbeitsfluid durch die Zugabe geeigneter Substanzen zu ionisieren, wobei die Abgabeleistung durch induktive Wirkung in Form von Elektrizität erhalten wird und die Turbine entfallen kann.A advantageous embodiment of the method according to the invention exists Claim 10 in the flow guide in a closed flow channel, which is similar conventional closed wind tunnel systems is designed, the compression and relaxation due to purely fluid-mechanical effects a changing one Channel cross-section takes place. The power output is by an additional in taken the channel built-in turbine. It is also possible to the circulating working fluid by the addition of suitable substances to ionize, the output power by inductive action in the form of electricity is obtained and the turbine can be omitted.

Weiterhin besteht nach Patentanspruch 11 eine Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Arbeitsmaschine, beispielsweise als Luftfahrtantrieb, wobei eine Strömungs- oder Verdrängermaschine, welche entsprechend des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt ist, mit einem Fan oder Gebläse verbunden wird, welches mit einem strömungsgünstigen Mantel umschlossen wird, wodurch ein Mantelstromtriebwerk entsteht.Farther according to claim 11, an embodiment of the method according to the invention in a work machine, for example as an aviation drive, wherein a flow or displacement machine, which is carried out according to the method according to the invention, with a fan or blower is connected, which enclosed with a streamlined jacket is, whereby a turbofan engine arises.

Die weiteren Patentansprüche beziehen sich auf vorteilhafte Ausgestaltungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen verschiedener Ausgestaltungsformen und werden anhand der Zeichnungen dargelegt, sofern sie nicht aus den Patentansprüchen ersichtlich sind.The other claims relate to advantageous embodiments of the method according to the invention and its various embodiments and are based on the Drawings set forth, unless they are apparent from the claims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Patentanspruch 1 ist anhand des Wärmetechnischen Schaltbildes in 1 dargelegt. Zunächst wird der (gesättigte) Dampf in einer Expansionsmaschine (z.B. einer Dampfturbine oder einer Kolbenmaschine) (annähernd) adiabat entspannt (1), wobei das nach Patentanspruch 4 ausgewählte Arbeitsfluid nass wird. Der kondensierte Anteil wird mittels einer geeigneten Einrichtung (2), z.B. einem Abscheider, von dem Restdampf abschieden. Der Restdampf wird vom Verdichter (3) weitgehend polytrop wieder auf die Ausgangstemperatur zurückverdichtet. Aufgrund der bei der Entspannung freigesetzten Kondensationswärme würde durch eine weitgehend adiabate Verdichtung auf das Ausgangsvolumen bzw. den Ausgangsdruck eine gegenüber der Ausgangstemperatur sehr viel höhere Verdichtungsendtemperatur erreicht werden, wodurch die Verdichtungsarbeit steigen würde, vgl. Patentanspruch 2. Deshalb wird die Verdichtungswärme "Qab,p" an den Kondensatvorwärmer (7) abgeführt, wobei das von einer Speisepumpe (6) auf den Ausgangsdruck verdichtete Kondensat bis zur Sättigungstemperatur erwärmt wird. Im Verdichter (4) wird anschliessend der Restdampf annähernd isotherm auf den Ausgangsdruck (für Strömungsmaschinen bzw. Ausgangsvolumen für Verdrängermaschinen) verdichtet, wobei die Verdichtungswärme "Qab,i" an den Dampferzeuger (8) abgeführt wird. Dadurch wird ein Teil des Kondensates verdampft. Die vollständige Verdampfung des Kondensates wird durch eine zusätzliche Wärmezufuhr "Qzu" an den Dampferzeuger (8) erreicht. Anschliessend wird dem Restdampf das gesamte verdampfte Kondensat zugemischt (5), wodurch der Ausgangszustand des Prozesses wieder erreicht wird.An embodiment of the invention according to claim 1 is based on the thermal engineering diagram in 1 explained. First, the (saturated) steam in an expansion machine (eg a steam turbine or a piston engine) (approximately) adiabatically relaxed ( 1 ), wherein the selected according to claim 4 working fluid is wet. The condensed fraction is determined by means of a suitable device ( 2 ), eg a separator, to separate from the residual steam. The residual steam is removed from the compressor ( 3 ) largely polytropically recompressed to the starting temperature. Due to the heat of condensation released during the expansion would be achieved by a largely adiabatic compression of the output volume or the output pressure compared to the starting temperature much higher compression end temperature, whereby the compression work would rise, see. Claim 2. Therefore, the heat of compression "Qab, p" to the condensate preheater ( 7 ) discharged, which by a feed pump ( 6 ) is heated to the outlet pressure condensed condensate to saturation temperature. In the compressor ( 4 ), the residual steam is then approximately isothermally compressed to the outlet pressure (for turbomachines or output volume for displacement machines), the heat of compression "Qab, i" being communicated to the steam generator (FIG. 8th ) is discharged. This will evaporate part of the condensate. The complete evaporation of the condensate is caused by an additional heat supply "Qzu" to the steam generator ( 8th ) reached. Subsequently, the entire vaporized condensate is added to the residual steam ( 5 ), whereby the initial state of the process is reached again.

Diese Ausgestaltungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders für die Durchführung in Strömungsmaschinen, kann jedoch auch mit sehr gutem Erfolg in Verdrängermaschinen eingesetzt werden. Im praktischen Fall wird sich der hier angenommene vollständige Wärmeausgleich zwischen Restdampf und Kondensat nicht ohne weiteres durchführen lassen, weshalb Abweichungen der tatsächlichen Prozessführung von der hier dargestellten auftreten.These Embodiment of the method according to the invention is suitable especially for the implementation in turbomachinery, However, it can also be used with great success in positive displacement machines. In the practical case, the assumed here complete heat balance between Residual steam and condensate can not be easily carried out, why deviations of the actual Litigation from the one presented here.

Der bei dem Betrieb des erfindungsgemäßen Verfahrens in Strömungsmaschinen auftretenden nachteiligen Erscheinung des Tropfenschlages kann durch mechanische Entwässerung der Turbine (Baehr, H. D.: Thermodynamik, 7. Aufl., Springer, Berlin, 1989, S. 380) oder nach Patentanspruch 6 durch eine mehrstufige Entspannung mit Zwischenabscheidung des Kondensates begegnet werden. Dabei wird das Kondensat zweckmässigerweise an der Stelle mit der gegenüber dem Kondensat gleichen Temperatur zurück in den ursprünglichen Kondensatkreislauf geleitet.Of the in the operation of the method according to the invention in turbomachinery occurring adverse appearance of the droplet strike can by mechanical drainage Turbine (Baehr, H. D .: Thermodynamics, 7th ed., Springer, Berlin, 1989, p. 380) or according to claim 6 by a multi-stage Relaxation be met with intermediate separation of the condensate. there the condensate is expediently in the place with the opposite the condensate same temperature back to the original Condensate circulation passed.

2 zeigt das Wärmetechnische Schaltbild einer Ausgestaltungsform des erfindungsgemässen Verfahrens nach Patentanspruch 5. Abweichend von dem in 1 gezeigten Verfahren wird die vollständige Verdampfung des Kondensates vom Dampferzeuger (8) durch eine zusätzliche Wärmezufuhr (9) nach die Zumischung (5) verlegt, welche hier als Einspritzung dargestellt ist. Der Dampferzeuger (8) wird damit zum Teilverdampfer. 2 shows the heat engineering diagram of an embodiment of the inventive method according to claim 5. Notwithstanding the in 1 shown method is the complete evaporation of the condensate from the steam generator ( 8th ) by an additional heat supply ( 9 ) after admixture ( 5 ), which is shown here as injection. The steam generator ( 8th ) becomes a partial evaporator.

Das erwärmte und im Teilverdampfer teilweise verdampfte Kondensat wird in den verdichteten Restdampf eingespritzt. Der gesamte Dampf befindet sich nach der Einspritzung in einem übersättigten Zustand (naß). Im Wärmeübertrager (9) wird die Wärmemenge "Qzu" zugeführt, wodurch der Dampf in den gesättigten Zustand übergeht und somit der Ausgangszustand wieder erreicht wird. Die mögliche teilweise Verdampfung des Kondensates im Teilverdampfer (8) kann auch entfallen, da die Einspritzung eines flüssigen Arbeitsfluides einfacher ist als die eines teilverdampften. Diese Ausgestaltungsform ist für die Durchführung des Verfahrens nach den Unteransprüchen 7 und 8 besonders vorteilhaft.The heated condensate, which is partially evaporated in the partial evaporator, is injected into the compressed residual steam. All the vapor is in a supersaturated state (wet) after injection. In the heat exchanger ( 9 ), the amount of heat "Qzu" is supplied, whereby the vapor passes into the saturated state and thus the initial state is reached again. The possible partial evaporation of the condensate in the partial evaporator ( 8th ) can also be omitted, since the injection of a liquid working fluid is easier than that of a partially vaporized. This embodiment is particularly advantageous for carrying out the method according to the subclaims 7 and 8.

3 und 4 zeigen Ausgestaltungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 und 7. 3 zeigt schematisch die Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in einer Hubkolbenmaschine mit einem für Verdichtung und Entspannung gemeinsamen Kolben (1), wobei der Ladungswechsel nach dem Viertaktverfahren durch zwei in hier nicht näher dargestellter Weise entsprechend der Kolbenstellung gesteuerte Pilzventile erfolgt. Die Steuerung kann dabei nach Patentanspruch 8 gestaltet sein. Ähnliche konstruktive Lösungen, jedoch mit anderen Steuerzeiten, wurden bereits in Gasmaschinen verwirklicht (Hütte, Bd. IIA, 28. Aufl. Wilhelm Ernst&Sohn, Berlin, 1954, S. 777, Bild 85a). 3 and 4 show embodiments of the inventive method according to claims 1 and 7. 3 shows schematically the implementation of the inventive method in a reciprocating engine with a piston common for compression and expansion ( 1 ), wherein the charge change after the four-stroke process by two not shown here manner according to the piston position controlled mushroom valves. The controller can be designed according to claim 8. Similar constructive solutions, but with different timing, have already been realized in gas engines (Hütte, Vol. IIA, 28th ed. Wilhelm Ernst & Sohn, Berlin, 1954, p. 777, Figure 85a).

Durch das Öffnen des Ventils (10) während der Abwärtsbewegung des Kolbens (1) wird der Verdichtungsraum mit gesättigtem und entspanntem Dampf gefüllt. Im unteren Umkehrpunkt der Kolbenbewegung schliesst das Ventil (10). Durch die anschliessende Aufwärtsbewegung wird der Dampf verdichtet, wobei Wärme an den Kondensatvorwärmer (7) abgegeben wird. Das dadurch vorgewärmte Kondensat wird im Dampferzeuger (8) unter der Zufuhr der Wärme "Qzu" verdampft und strömt durch das bei der oberen Kolbenstellung geöffnete Dampfzumischventil (5) in den Verdichtungsraum (12). Kurz nach Beginn der Abwärtsbewegung des Kolbens (1) schliesst das Ventil (5). Bei der weiteren Abwärtsbewegung entspannt der gesamte Dampf, wobei ein Teil kondensiert. Während der erneuten Aufwärtsbewegung des Kolbens (1) bewirkt die Öffnung des Ventils (11) das Ausschieben des nassen, entspannten Dampfes. Durch den Abscheider (2) wird das Kondensat abgeschieden, welches hierauf durch die Speisepumpe (6) auf den Ausgangsdruck verdichtet wird. Der Teil der Vorrichtung, in welchem ein abgekühltes Arbeitsfluid umläuft, ist wärmeisoliert dargestellt. Der radial um den Verdichtungsraum (12) angeordnete Wärmeübertrager (7), in welchem aufgrund der Aufnahme der gesamten Verdichtungswärme auch eine teilweise Verdampfung des Kondensates stattfinden kann, ist zur übersichtlicheren Darstellung nur einseitig dargestellt. Da jedoch die mittlere Temperatur im Verdichtungsraum (12) bei der Entspannung abgesenkt wird, wird die Verdampfung des Kondensates im Wärmeübertrager (7) gegenüber dem Idealfall verringert. Das Kurbelgehäuse und weitere Details sind zur Vereinfachung der Darstellung nicht dargestellt.By opening the valve ( 10 ) during the downward movement of the piston ( 1 ) the compression space is filled with saturated and relaxed steam. In the lower reversal point of the piston movement, the valve closes ( 10 ). By the subsequent upward movement of the steam is compressed, with heat to the condensate preheater ( 7 ) is delivered. The thus preheated condensate is in the steam generator ( 8th ) evaporates under the supply of the heat "Qzu" and flows through the opened at the upper piston position Dampfzumischventil ( 5 ) into the compression chamber ( 12 ). Shortly after the beginning of the downward movement of the piston ( 1 ) closes the valve ( 5 ). In the further downward movement relaxes the entire steam, with a Part condensed. During the renewed upward movement of the piston ( 1 ) causes the opening of the valve ( 11 ) pushing out of wet, relaxed steam. Through the separator ( 2 ), the condensate is separated, which then by the feed pump ( 6 ) is compressed to the outlet pressure. The part of the device, in which a cooled working fluid circulates, is shown thermally insulated. The radially around the compression space ( 12 ) arranged heat exchanger ( 7 ), in which due to the inclusion of the total heat of compression and a partial evaporation of the condensate can take place, is shown only on one side for clarity. However, since the average temperature in the compression chamber ( 12 ) is lowered during the relaxation, the evaporation of the condensate in the heat exchanger ( 7 ) compared to the ideal case. The crankcase and other details are not shown to simplify the illustration.

4 zeigt ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nach den Patentansprüchen 1 und 7. Hierbei erfolgt hingegen der Ladungswechsel nach einem Zweitaktverfahren mit Gleichstromspülung. 4 also shows an apparatus for performing the inventive method according to claims 1 and 7. In this case, however, the charge change takes place after a two-stroke process with DC purge.

Durch das Öffnen des Ventils (10) gelangt bei der unteren Stellung des Kolbens (1) entspannter gesättigter Dampf in den Verdichtungsraum (12). Nachdem das Ventil (10) wieder geschlossen ist, wird der Dampf durch die Aufwärtsbewegung des Kolbens verdichtet, wobei die überschüssige Verdichtungswärme "Qab" an den Kondensatvorwärmer (7) abgeführt wird. Nach der vollständigen Verdampfung des Kondensates im Dampferzeuger (8) durch die Zufuhr der Wärme "Qzu" strömt das verdampfte Kondensat durch das Öffnen des Ventils (5) nahe der oberen Kolbenstellung in den Verdichtungsraum (12), wobei dort der Druck auf den Sättigungdruck ansteigt. Daraufhin wird der gesamte Dampf durch eine Abwärtsbewegung des Kolbens (1) entspannt. Sobald der Kolben (1) die Auslassöffnungen freigibt, strömt der entspannte, nasse Dampf durch den Abscheider (2), wobei das Kondensat abgeschieden wird. Dieses wird anschliessend durch die Speisepumpe (6) verdichtet und gelangt daraufhin erneut in den Kondensatvorwärmer (7).By opening the valve ( 10 ) arrives at the lower position of the piston ( 1 ) relaxed saturated steam in the compression space ( 12 ). After the valve ( 10 ) is closed, the steam is compressed by the upward movement of the piston, the excess heat of compression "Qab" to the condensate preheater ( 7 ) is discharged. After complete evaporation of the condensate in the steam generator ( 8th ) by the supply of the heat "Qzu" the vaporized condensate flows through the opening of the valve ( 5 ) near the upper piston position in the compression chamber ( 12 ), where the pressure on the saturation pressure increases there. Thereafter, all the steam is released by a downward movement of the piston ( 1 ) relaxed. Once the piston ( 1 ) releases the outlet openings, the relaxed, wet steam flows through the separator ( 2 ), whereby the condensate is separated. This is then passed through the feed pump ( 6 ) and then returns to the condensate preheater ( 7 ).

5 zeigt eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens nach den Patentansprüchen 5 und 7. Der Ladungswechsel erfolgt gemäss des in 3 dargestellten Viertaktverfahrens. Die Zumischung des flüssigen Kondensates erfolgt durch eine Einspritzdüse (5). Diese ist aus Gründen der Übersichtlichkeit aussermittig dargestellt. Sie kann auch zur Erzeugung eines Dralls im Verdichtungsraum (12) ausgebildet sein. Der Einspritzdruck wird durch die in Abhängigkeit von der Kolbenstellung gesteuerte Einspritzpumpe (3) erzeugt. Die Speisepumpe (6) ist zusätzlich erforderlich, um das vorzeitige Verdampfen des Kondensates im Kondensatvorwärmer (7) zu verhindern. Die Wärmezufuhr an den Verdichtungsraum (12) erfolgt hier durch einen Heizfluidkreislauf mit einem zusätzlichen Wärmeübertrager (9). Dabei können mehrere vertikale Heizkanäle und Kondensatkanäle verwendet werden, welche jeweils abwechselnd radial um den Verdichtungsraum (12) angeordnet sind. Der Heizfluidkreislauf wird durch ein Thermosyphonprinzip oder auch durch eine Umwälzpumpe umgewälzt. Die instationäre Wärmeleitung durch die Zylinderwand ist in der Abbildung nicht darstellbar. Es ist jedoch erkennbar, dass sich die Wärmeströme "Qzu" und "Qab" durch die Zylinderwand kreuzen müssen, wodurch die Abfuhr der Verdichtungswärme "Qab" eingeschränkt wird. Die einfachere Bauweise wiegt diesen Nachteil jedoch meist auf. 5 shows an apparatus for performing the inventive method according to claims 5 and 7. The charge is changed according to the in 3 illustrated four-stroke process. The admixing of the liquid condensate takes place by means of an injection nozzle ( 5 ). This is shown off-center for reasons of clarity. It can also be used to generate a twist in the compression space ( 12 ) be formed. The injection pressure is controlled by the injection pump controlled in dependence on the piston position ( 3 ) generated. The feed pump ( 6 ) is additionally required to prevent premature evaporation of the condensate in the condensate preheater ( 7 ) to prevent. The heat supply to the compression chamber ( 12 ) takes place here by a heating fluid circuit with an additional heat exchanger ( 9 ). In this case, a plurality of vertical heating channels and condensate channels can be used, which in each case alternately radially around the compression space ( 12 ) are arranged. The Heizfluidkreislauf is circulated by a Thermosyphonprinzip or by a circulating pump. The transient heat conduction through the cylinder wall is not shown in the figure. However, it can be seen that the heat flows "Qzu" and "Qab" must cross through the cylinder wall, thereby restricting the discharge of the compression heat "Qab". However, the simpler construction usually outweighs this disadvantage.

6 zeigt eine konstruktiv besonders einfache Ausführung einer erfindungsgemässen Vorrichtung nach den Patentansprüchen 5 und 7. Abweichend von 5 wird dabei der Ladungswechsel nach einem Zweitaktverfahren mit Gleichstromspülung durchgeführt. Auf den Kondensatvorwärmer (7) wird hier verzichtet, wodurch die in 5 erforderliche zusätzliche Speisepumpe (6) entfallen kann. Die Einspritzpumpe (3) muss jedoch nahe dem Abscheider (2) angeordnet werden, um eine vorzeitige Verdampfung des Kondensates durch eine unbeabsichtigte Wärmezufuhr zu verhindern. Die verwendete Einspritzpumpe (3) sollte eine geringe Saughöhe aufweisen und so angeordnet werden, dass der Dampfdruck des Kondensates nicht unterschritten wird. Der gesamte Wärmeaustausch erfolgt durch die Wandung des Verdichtungsraumes (12). Zur Verbesserung des Wärmeübergangs ist die Aussenseite mit Rippen versehen dargestellt. Erneut tritt instationäre Wärmeleitung der Wärmeströme "Qzu" und "Qab" durch die Zylinderwandung auf. Diesem Nachteil steht der Vorteil der besonders einfachen Gestaltung entgegen. Der Ladungswechsel kann hier auch durch Quer- und Umkehrspülung erfolgen, wodurch das Ventil (5) entfällt. 6 shows a structurally particularly simple embodiment of an inventive device according to claims 5 and 7. Deviating from 5 In this case, the charge exchange is carried out according to a two-stroke process with DC purge. On the condensate preheater ( 7 ) is omitted here, causing the in 5 required additional feed pump ( 6 ) can be omitted. The injection pump ( 3 ) must be close to the separator ( 2 ) are arranged to prevent premature evaporation of the condensate by an unintentional supply of heat. The injection pump used ( 3 ) should have a low suction height and be arranged so that the steam pressure of the condensate is not undershot. The entire heat exchange takes place through the wall of the compression space ( 12 ). To improve the heat transfer, the outside is shown with ribs. Again, transient heat conduction of the heat flows "Qzu" and "Qab" occurs through the cylinder wall. This disadvantage is opposed by the advantage of the particularly simple design. The charge change can also be done here by transverse and reverse purge, whereby the valve ( 5 ) deleted.

Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielten Vorteile bestehen in der verbesserten Wärmeleitung durch das Entfallen des Diffusionswiderstandes und den hierdurch kleineren Wärmeübertragern sowie in der höheren Nutzleistung aufgund der durch die Wärmeabfuhr verringerten Verdichtungsarbeit. Durch die Wärmeabfuhr an das Kondensat wird zunächst eine polytrope und ab dem Erreichen der Sättigungstemperatur des Kondensates eine isotherme Verdichtung durchgeführt. Durch den Verzicht auf zusätzliche Kühleinrichtungen, wie z.B. einer zusätzlichen Kühlmitteleinspritzung in den oder die Verdichter, wird dabei eine größtmögliche Vereinfachung der Bauteile und dadurch eine optimale Prozessführung und dem Verzicht auf Strömungsverluste verursachende Einbauten eine minimale Verdichterarbeit erreicht. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht im Verzicht auf Hochdruckbauteile, wo sie nicht unbedingt erforderlich sind. Durch definierte Strömungswege werden Strömungsverluste vermindert, eine vollständige Abscheidung des Kondensates gewährleistet und eine geschlossene Bauweise erreicht, wodurch beliebige, geeignete Arbeitsfluide verwendet werden können. Sämtliche Bauteile entsprechen weitgehend bekannten Aggregaten, wodurch ein kostengünstiger Aufbau ermöglicht wird.The advantages achieved by the method according to the invention consist in the improved heat conduction through the elimination of the diffusion resistance and the resulting smaller heat exchangers and in the higher efficiency due to the reduced by the heat dissipation compaction work. Due to the heat removal to the condensate, a polytropic and, starting from the saturation temperature of the condensate, an isothermal compression is carried out first. By dispensing with additional cooling devices, such as an additional coolant injection in the compressor or compressors, thereby the greatest possible simplification of the components and thereby optimal process control and the waiver of flow losses causes ing internals achieved a minimum compressor work. Another advantage of the inventive method is the absence of high pressure components, where they are not essential. By means of defined flow paths, flow losses are reduced, a complete separation of the condensate ensured and a closed design achieved, whereby any suitable working fluids can be used. All components correspond to widely known units, whereby a cost-effective design is made possible.

Claims

Method for operating a steam-driven engine installation , characterized in that the vaporous working fluid, starting from the saturated state, is stored in an expansion machine ( 1 ) is condensed, wherein a portion of the vapor condenses, whereupon the condensed portion by a suitable means ( 2 ) is deposited. This is supplied by a feed pump ( 6 ) compressed to the outlet pressure. Then the remaining steam from a compressor ( 3 ) with heat delivery to the feedwater pre-heater ( 7 ) approximately polytropically compressed until the starting temperature is reached again. Subsequently, the residual steam with heat release to the steam generator ( 8th ) is approximately isothermally compacted ( 4 ), until the outlet pressure (at turbomachines, or the output volume at Verdrängermaschinen) of the residual steam is reached. The separated condensate is absorbed in the feedwater pre-heater ( 7 ) is heated to the saturation temperature and in the steam generator ( 8th ) evaporated by the heat of compression to a part. Through an additional heat supply Qzu to the steam generator ( 8th ), the condensate is completely evaporated, whereupon the vaporized condensate is mixed almost as saturated steam to the compressed residual steam ( 5 ), which is thereby also in the nearly saturated state, and that in one embodiment of the method, the compression ( 3 ) 4 ) and the heat supply ( 7 ) 8th ) can be partially or wholly merged

Method for operating a steam power plant according to claim 1, characterized, that the compression heat surplus is not or only partially released to the condensate, whereby the Temperature of the compressed steam above the starting temperature rises and this through a heat exchanger W before admixing of the condensate under heat dissipation cooled to the starting temperature will, and that at a waiver of the heat exchanger W the condensate is only partially evaporated before admixture, so that after the admixture a saturated Steam is generated.

Method for operating a steam power plant according to the claims 1 and 2, characterized, that of the heat exchanger W dissipated heat than useful heat serves, whereby the useful work decreases due to the higher compaction work, that by one at the lower process temperature supplied heat a cooling capacity which also reduces the useful work.

Method for operating a steam power plant according to the claims 1 to 3, characterized, that the steam used in condenses the relaxation, that when using a in the case of the expansion of non or low condensing steam, this one non-condensing working fluid is added, causing condensation the steam is allowed or intensified during relaxation, such as that the Steam a controllable in the intended temperature range steam pressure which is used to prevent the ingress of ambient air even at the lower process temperature higher than the ambient pressure can be.

Method for operating a steam-driven engine installation according to Claims 1 to 4, characterized in that, instead of the evaporated condensate, the heated liquid or partially evaporated condensate is mixed or injected into the compressed residual steam and then the heat supply required for complete evaporation of the condensate ( 9 ) after admixture or injection ( 5 ) takes place at the now supersaturated steam.

Apparatus for operating a steam power plant according to claims 1 to 5, characterized in that the expansion and compression by one or more successively connected flow or displacement machines ( 3 ) 4 ), ..., which in the case of compression with heat exchangers for intermediate cooling ( 7 ) 8th ), ... and in the case of relaxation with separators between the individual machines to prevent gushing are connected, and the compressor approximately polytropic, isothermal or adiabatic work that instead of the multi-stage compression with recooling by heat exchangers, the compression by a one-piece compressor with a plurality of compressor stages takes place, between which the heat exchangers are arranged integrating, and that instead of or in addition to the stepped relaxation with intermediate separation a relaxation in at least one one-piece multi-stage Turbine with arranged between the raceways mechanical drains takes place.

Apparatus for operating a steam turbine engine according to claim 6, characterized, that expansion machine, Compressor and feed pump mechanically, electrically or by other means coupled together that with a reciprocating engine the compression and the relaxation separated or by at least a piston takes place together, and the charge change after a Two-stroke, four-stroke, or any other known method, that the steam admixing by an additional, at Using a mushroom valve to the steam generator side opening, according to the piston position controlled valve takes place, which in a two-stroke process after each and in a four-stroke process after every second piston stroke opens, that at a Condensate injection the injection through an injector and a according to the displacer position controlled condensate pump, in particular a piston pump takes place, where the injection directly into the compression chamber or in a with this connected space, for example an antechamber, takes place, that at the Use of a reciprocating engine for the recooling of the compressed steam and the heat supply the heat conduction is used by the cylinder wall, the heat accordingly the process temperatures is supplied in the application by a heating fluid or by a ribbed outer surface.

Apparatus for operating a steam-engine installation according to claim 7, characterized in that free-piston, double-acting, swivel, step and rotary pistons and for controlling the charge exchange mushroom and other valves, slides, rotary and rotary valves, slots and other control elements are used wherein the control of the mushroom valves by common or separate,

(egende camshaft, bucket tappet, fork and rocker arm is carried out, the Dampfzumischventil and depending on the type of charge exchange additional valves are operated via tappets directly or via rocker arm, that the charge exchange is supported by blowers, compressors, turbocharger, crankcase scavenging and the like, and that when using a charge change after the two-stroke process, this is designed as a DC, cross, or reverse purge.

Apparatus for operating a steam engine plant according to claims 6 to 8, characterized in that a change in the output power output by a speed change, by incomplete separation, by changing the admixed evaporated condensate by means of throttle valves, controlled valves or controllable feed pump, in the case of the condensate injection by a controllable with respect to the injection quantity or the injection timing condensate injection pump, as well as by controlling the amount of heat supplied, further that when using reciprocating a change in the compression ratio and thus the useful power is achieved in particular by moving counter-piston or switchable compression chambers, that when using turbomachines a change in the useful power is achieved by adjustable guide vanes that the feed pump ( 6 ) is controlled by bypass valves, speed change or other means so that the steam is 1 ) always in the saturated state, that is in the most favorable for the delivery of the useful power state.

Apparatus for operating a steam turbine engine according to the claims 1 to 5 and 9, characterized, that the steam engine plant without mechanical compressors and expansion machines in a closed flow channel is operated, due to different channel cross-sections due a flow effect the compression and the relaxation of the circulating working fluid causes will, and that the Net power through a flow channel taken taken turbine, or by the addition of suitable Substances is an ionization of the working fluid and so useful power inductive effect is obtained in the form of electricity

Apparatus for operating a steam turbine engine according to the claims 6 to 10, characterized in that an output shaft of the device with a fan is connected, whereby a work machine is created, wherein the fan in a streamlined way Sheath can be arranged.