DE2107878A1 - Warmekraftanlagen, insbesondere zur Durchfuhrung des Clausius Rankine Prozesses - Google Patents
Warmekraftanlagen, insbesondere zur Durchfuhrung des Clausius Rankine ProzessesInfo
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Description
Dr..-IMG. WALTER ABlTZ D λ. DIETER F. MORF
DR. HANS-A. BRAUNS
Patentanwälte
München, li'i. Februar 19JI
Postanschrift / Postal Address 8 München 86, Postfach 800109
Pienzenauerstraße 28 Telefon 483225 und 486415
Telegramme: Chemindus München
CR 7041
E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY 10th and Market Street, Wilmington, Delaware I9898, V.St.A,
Wärmekraftanlage, insbesondere zur Durchführung des
Clausius-Rankine-Prozesses
Die Erfindung bezieht sich auf eine umlaufende Wärmekraftmaschine,
die insbesondere zur Durchführung des Clausius-Rankine-Prozesses
geeignet ist, der unter Verwendung von einem Plussmittel unter Druck mit einem hohen Molekulargewicht durchgeführt wird.
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Γ.:; j äugende V.'rlrnekraftmaschinen dieser Art sind bereits oelranuu
und zeigen eine drehbare Kessel-Kondensatoreinheit
unc eine Vorrichtung zur Dampfentspannung. Aber vor der
^rfindurig haben sich diese Anlagen als nicht wirksam und
sehr sperrig sowie schwer erwiesen, ausserdem war eine
erhebliche Antriebsenergie erforderlich, um die Kessel-Kondonsatoreinheit
mit der gewünschten Geschwindigkeit anüütreiben.
Darüber hinaus arbeiten die bekannten Anlagen dieser Art geräuschvoll. Ausserdem zeigen die bekannten
Laschinen dieser Art noch den Nachteil, dass sie einen
Dc-Eipf nit niedriger Qualität und einen V/ärcefluss erzeugen,
der unterhalb der Spitze des Koch-liiveaus bei normaler
Schwerkraft liegen. Aus diesen Gründen haben die bekannten Anlagen dieser Art keine sehr große Ausdehnung gefunden
und waren auch auf dem Karkt nicht sehr erfolgreich.
ivärmekraftmaschinen mit kontinuierlicher Aussenverbrennung
ermöglichen eine niedrige Verschmutzung im Vergleich zu Brennkraftmaschinen mit innerer Verbrennung. Aber eine Art
dieser Wärmekraftmaschinen, nämlich die zur Durchführung des geschlossenen Clausius-Eankine-Prozesses wird bezüglich
des Grössennachteils in der Regel als tragbar wegen der Grosse und des Gewichtes der Kessel-Kondensatoreinheit
angesehen. Aus diesen Gründen sind die den geschlossenen Kreislauf durchführenden Bankinemaschinen nicht allgemein
als tragbare Maschinen ausgeführt worden, obschon sie die Eigenschaft zeigen, dass sie wenig Luftverschmutzung erzeugen.
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üc-r Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine V/är-
;..ek nil tan lage dieser Art zu schaffen, die Dampf mit hoher
-i.ualiuüt und mit einem ständigen Fluss von Dampf und Flüssigkeit
unabhängig von dem Schwerefeld der Erde erzeugt. Γ-abei soll auch ein V/äraefluss erzeugt werden, der gut
über de:?; Siedepunkt bei normaler Schwerkraft liegt.
Tabei soll der Erfindungsgegenstand hochleistungsfähig
sein und einen maximalen Gesamtwärmeaustausch zwischen dem
expandierenden lampf und dem Kühlmittel in dem Xondensator-
?cil der Kaschine gev/ührleisten.
Tarüber hinaus soll der Srfindungsgegenstand verhältnisr/ässig
klein und leicht sein, wodurch er v;eniger Energieverbrauch zur. Antrieb der Kessel-Kondensatoreinheit mit
der erforderlichen Geschwindigkeit zeigt.
Darüber hinaus soll die erfindungsgemässe »'ärmekraftanlage
vergleichsweise ,gersuscharn laufen.
Im einseinen soll also ein guter Wirkungsgrad.nit einen
geringen Luftverschnutsungsgrad verbunden werden, wodurch
ein wirksanier Antrieb für Land- und Seefahrzeuge ebenso geschaffen werden soll wie eine Wärmequelle und eine Energiequelle
für den Hausgebrauch und für Industriezwecke.
Genäss den allgemeinen Erfindungsgedanken ist zur Lösung
dieser Aufgabe die Wäraekraftanlage der eingangs erwähn-
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ten Art mit einem Kessel, einer Vorrichtung zur Dampfentspannung
und ein Kondensator vorgesehen. Der Kessel ist allgemein ringförmig ausgebildet und um seine Achse mit
einer bestimmten Drehgeschwindigkeit antreibbar, um darin einen ringförmigen Flüssigkeitsko'rper mit einem inneren
Flächenniveau zu erhalten, das in einem bestimmten Abstand radial nach aussen von der Drehachse gehalten wird.
Dabei ist der Kondensator erfindungsgemäss koaxial in der Xähe des Kessels angeordnet, so dass er mit diesem als eine
Einheit umläuft und eine Reihe von ringförmigen radialen Flügeln mit axialen Wärmetauschrohren aufweist, die den
Körper durchdringen, in dem der vom dem Expander ausgestossene
Dampf durch einen Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit kondensiert wird, die zwischen den erwähnten
Flügeln nach aussen abgelassen wird. Die Kondensatorwärme-
ischrohre sind von der Drehachse nach aussen radial angeordnet,
und zwar um einen Abstand, der kleiner ist als die Eülle der Flüssigkeit im Innern des Kessels, und hierbei
sind die Abstände des Flüssigkeitsniveaus und der Wärmetauschrohre aufeinander und auf die Drehgeschwindigkeit
des Kessels abgestimmt, um den erforderlichen radialen Abstand zwischen den Rohren und der Flüssigkeitsebene zu
schaffen, der erforderlich ist, um den Flüssigkeitsdruck zur Aufrechterhaltung des Dampfdruckes bei der erwähnten
bestirnten Drehgeschwindigkeit zu gewährleisten. Dadurch
were en die erwähnten erstrebten Vorteile erzielt.
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V/eitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben
sich aus der nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen:
Fig. 1 einen senkrechten Schnitt in Längsrichtung durch
einen Erfindungsgegenstand, der eine Wärmekraftanlage zur Durchführung des Rankine-Prozesses mit
einem.drehbaren Kessel, einer Sxpansionsvorrichtung
und einem drehbaren Kondensator zeigt;
Fig. 2 eine Stirnansicht auf die Ausführungsform nach
Fig. 1, teilweise als Schnitt nach der Linie 2-2;
Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 der Fig. 1 in verkleinertem Masstab;
Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1 in . geringfügig vergrössertem Masstab;
Fig. 5 einen vergrösserten Teilschnitt mit der Darstellung bestimmter Einzelheiten der Anlage nach Fig. 1 und
Fig. 6 eine Teilansicht mit der Darstellung einer Anordnung zur direkten Zurückführung des Kondensates zu
dem Kessel.bei Maschinen ohne Regenerator.
-* In der Zeichnung und insbesondere in·Fig. 1 ist eine um-
JJ laufende V/ärmekraftanlage in Form eines geschlossenen Ran-
£J kine-Prozess-Systems nach der Erfindung veranschaulicht.
Hierbei kann ein drehbarer Kessel B, eine geeignete Vor-
^ richtung zur Expansion des Dampfes, wie beispielsweise ei-
"* ne Turbine T und ein drehbarer Kondensator C vorgesehen
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t i
sein, der an dem Kessel zur Drehung mit diesem angeschlossen
ist.
Gebiss Fig. 1 zeigt der Drehkessel B ein zylindrisches
Gehäuse 1 mit einer kontunierlich am Umfang umlaufenden i,'j.näung 2 und einer Seitenwand 3, die sich radial nach
innen in das Gehäuse erstreckt, wobei sie in einem ringförmigen koaxialen Turbinengehäuseteil 4 endet, das konzentrisch
in der Aussenwand 2 und einem koaxialen röhrenförmigen Ilaben-Teil 5 angeordnet ist. Hierbei ist das erwähnte
Haben-Teil 5 drehbar in einem Lager 6 angeordnet, das auf einer Stütze 7 aufruht, und der Kessel kann mit
der gewünschten Drehgeschwindigkeit mittels eines Elektromotors Vi angetr:äben werden, der eine Riemenscheibe und einen
Riemen 9 antreibt, der seinerseits eine Riemenscheibe 10 antreibt, die auf dem Naben-Teil 5 sitzt.
Auf der von der Seitenwand 3 gegenüberliegenden Gehäusewand 2 ist eine in radialer Richtung verhältnismässig kurze
ringförmige Seitenwand 11 angeordnet, die in einer inneren kontinuierlich umlaufenden Wand 12 endet. Diese Wand
12 erstreckt sich radial von der Gehäusewand 3 und wirkt mit der äusseren Gehäusewand 2 und der Wand 11 zusammen,
um eine ringförmige Kesselkammer 13 zu bilden. Diese Innenwand 12 erstreckt sich axial nach innen über die Ringwand
11 hinaus, wie bei 14 zu sehen ist, und endet in einem radialen Ringflansch 15.
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Eine koaxiale zylindrische Wand 16 ist im Abstand nach
innen von der Wand 12 angeordnet und wirkt mit einer radialen Ringwand 17 und den Wandungen 12 und 3 zusammen,
mn eine ringförmige Kesselzuflusskammer 18 zu bilden. Der Kesselaufluss erfolgt beispielsweise zu der Kammer 18 in
Form eines flüssigen Kondensats durch ein Rohr 19 von dem Kondensator C, wie im Nachfolgenden noch näher beschrieben
wird.
Das Kesselgehäuse 1 wird mittels eines geeigneten Antriebs, z.B. mittels eines Motors H um seine Achse mit
einer bestimmten Drehgeschwindigkeit angetrieben, die so berechnet ist, dass die zur Aufrechterhaltung eines gleich-Eässigeri
Kesselflusses erforderliche Zentrifugalkraft geschaffen wird, die die zugeführte Flüssigkeit gleichmässig
um die Kesselkanaaer 13 in Berührung mit der Innenfläche
der Gehäusewand 2 verteilt und den erforderlichen Druck, insbesondere Dampfdruck, erzeugt. Die Fläche zwischen
der Flüssigkeit und dem in der Kammer 13 erzeugten Dampf ist im hohen "Masse stabil und im wesentlichen zylindrisch
und konzentrisch mit der Drehachse des Kessels B ausgebildet. In ähnlicher V/eise wird die dem Kessel zugeführte
Flüssigkeit der Kammer 18 gleichmässig am Umfang der Innenfläche der zylindrischen Wand 12 verteilt.
Die Kesselflüssigkeit wird vorzugsweise von einer Karger
18 der Kammer 13 durch mehrere radiale Leitungen 20 zugeführt', die in der Zylinderwand 12 angeordnet und im gleichen
Abstand am Umfang gehalten sind, um eine Auswuchtung
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in α en Kessel sicherzustellen. Wie dargestellt sind die radialen
Innenenden der leitungen 20 mit der Innenfläche der V.'and 12 fluchtend angeordnet, und die radialen Aussenenden
der erwähnten Leitungen 20 sind von der Innenfläche der Gehäuseaussenwand
2 nach innen im Abstand angeordnet und enden unterhalb des Flüssigkeitsspiegels x, so dass die Aussenenden
der erwähnten Leitungen 20 eingetaucht sind und durch die ringförmige Flüssigkeit gleichmässig an der Innenfläche
der Kesselwand 2 durch die Drehung des Kesselge-. hnuses gehalten werden.
Der Flüssigkeitskörper in der Kesselkammer 13 des Gehäuses
', wird mittels mehrerer radialer Leitungen 21 auf einem bestimmten
Niveau χ gehalten, wobei diese Leitungen gleichfalls am umfang der Wand 12 des Kessels 13 gehalten sind,
v.-ie auch noch näher beschrieben in ΟΗ-7Ο42+ . wie im Falle der Zu
leitungen 20 sind diese Sonden-Leitungen 21 in gleichen Abständen am Umfang auch gegenüber den Leitungen 20 angeordnet,
um eine Auswuchtung des Kessels sicherzustellen. Es ist wichtig zu merken, dass die radialen Aussenenden der
Leitungen 21 in dem Sadius des erwünschten bestimmten I1Iiveaus
χ des Flüssigkeitskörpers in der Kammer 13 gehalten sind. Dabei sind die Innenenden der Leitungen 21 gegenüber
dem Innenraum der Kammer 18 offen und erstrecken..sich radial nach innen zu einem Punkte, der wesentlich von der
Fläche des Singkörpers der Flüssigkeit am Innenumfang der mmer 13 im Abstand angeordnet ist.
Ix-G.
',.'ie in Fig. 1 und 2 gezeigt kann der ringförmige Flüssigl:ei"s':örpor
in der Kesselkammer 13 auf die erforderliche Sic-cet-emperatur erwärmt werden, so dass er verdampft wird,
+ ) . c';.er.t''3..v.eldur.f- aer vorlieper.den Anr.elderin vom gleichen
An;... ■ lao ■:. a ro . 1 0 9_8 g 5/ 1 1 5 7 BAD ORIGINAL
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"beispielsweise mittels der Verbrennung einer geeigneten
Brennstoi'iluftmischung in der Brennkammer 23, v/ie sie in der
Zeichnung dargestellt ist. Diese Brennkammer 23 ist ein. ortsfestes Bauteil von ringförmiger Gestalt, die das Drehkesselgehäuse
1 umgibt und eine radial im Abstand angeordnete Umfangswand 24 sowie getrennte ringförmige Seitenwandungen
25 und 26 umfasst, v/ob ei die zuletzt genannten abgesetzte innere Flanschteile 27 und 28 aufweisen, die
ganz dicht über den ümfangskantenteilen der gegenüberliegenden
Sei ten v/an dun gen 3 und 11 des Kesselgehäuses 1 liegen. Die Brennkammer 23 bildet eine Eingform, die das Gehäuse
1 umgibt, und die Aussenflache der Gehäuseumfangswand
2 ist mit mehreren radialen Flügeln oder Hippen 29 versehen, um einen maximalen Wirkungsgrad des-Wärmeübergangs
von der Brennkammer zu dem ringförmigen Flüssigkeitskörper in dem Gehäuse 1 zu schaffen, damit die Flüssigkeit auf die gewünschte Siedetemperatur gebracht wird.
Gemr.ss Figur 2 wird Brennstoff tangential in die Brennkammer
mittels einer läse 30 geführt, zu der der Brennstoff in der
erforderlichen Menge und mit dem benötigten Druck durch ein Bohr 31 zugeführt wird, und die Luft für das Zumischen zum
Brennstoff wird durch mehrere Kanäle 32 in einem wesentlichen Segment der Umfangswand 24 in die Brennkammer eingeführt.
Die Kanäle sind in einer haubenartigen Konstruktion 33 eingeschlossen, die eine ebene Kammer 34 bildet, in die
die Luft durch'eine Leitung 35 von einer Pumpe oder einem
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nicht dargestellten Gebläse mit dem Druck und den Volumen
für eine v/irksame Verbrennung des Brennstoffs zugeführt wird, so dass die Flüssigkeit in dem Kesselgehäuse auf die
gewünschte Temperatur erwärmt wird. Die Verbrennung des Brennstoffluftgemisches erfolgt nun im wesentlichen am gesamten
Umfang des Drehkessels, und die Restprodukte sowie die Brenngase werden durch einen Auslass 36 abgeleitet.
Eine ortsfeste Prallplatte 37 mit Ansätzen 38 für eine ent-" sprechende Passung mit den Hippen auf dem Gehäuse 1 ist
euer zur Brennkammer zwischen dem Brennstoffstutzen 30 und den Auslass 36 angeordnet1, wie in Figur 2 dargestellt, um
einen wiederholten Kreislauf der Brenngase durch die Brennkammer zu verhindern. Um eine Verschmutzung der freien Luft
zu verhindern, sollte der verwendete Brennstoff keine Luftverunreinigungen enthalten, und zu diesem Zweck können beispielsweise
reine Hydrocarbon-Brennstoffe Verwendung finden, die frei von Schwefel, Stickstoff, Blei und anderen Bestandteilen
sind.
Bei der veranschaulichten Ausführungsform der Enindung handelt
es sich bei der Vorrichtung zum Expandieren der Dämpfe um eine Turbine T, und zwar um eine einstufige Turbine mit
einem Rotor 40 mit einer Reihe von Turbinenschaufeln 41 am Umfang des Piotors. Der Turbinenrotor 40 ist in einer ringförmigen
Ausnehmung 42 angeordnet, die in dem Gehäuseteil 4 vorgesehen ist, und zwar ist er für eine koaxiale Drehung
unabhängig von dem Kessel B auf einer Welle 43 angeordnet, dio drehbar in dem röhrenförmigen Nabenteil 5 mittels La-
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gern 44 und 45 angeordnet ist.
Ein Düsenring 46 ist koaxial in der i.ähe des inneren Umfangs
des Turbinenrotors 40 vorgesehen, und hierin ist auch ein ringförmiger nochdruckdampfeinlass 47 vorgesehen. Der
I:ochdrucl:da:::pf wird von der Xesselkanmer 13 in das i.ohr 47
durch mehrere Dampfrohre 48 eingelassen, die in gleichen
Abstünden ar. l'iafang der Achse angeordnet sind, um einen
y.ascenausgleich in dem Kessel zu gewährleisten. Der Hochiiruckda:.»pi
wird aus den Samelrohr 47 durch mehrere Stutzen 4S' abgelassen, die in dem King 46 mit gleichen Abständen as
I'i.:iung desselben angeordnet und gegenüber den turbinen schaufeln
4"i so positioniert sind, dass der Hochdruckd&mpf durch
die Stutcen 4i abgelassen wird, die an die Schaufeln 41 anstossen
und den Turbinenrotor 40 sowie dessen V/elle 43 mit
der gewünschten Geschwindigkeit antreiben. Die Turbinenwelle 43 kann irgend-eine faschine antreiben, "beispielsweise
einen elektrischen Generator, ein mit Hadern versehenes Fahrzeug,
einen Energieabnahmemechanismus oder dergleichen.
Ξ in ringförmiges Sarjaelrohr 50 zur Aufnahme der Abdämpfe aus
der j.r.tspannungsvorrichtung ist vorgesehen, wobei es sich
us eine Turbine handeln kann, die in dem Gehäuseteil 4 vorgesehen
ist, und die Einlassöffnung ist gegenüber den Turbinen
schaufeln 4' an der gegenüberliegenden Seite der Stutzen
46 vorgesehen. Der in das Sammelrohr 50 eintretende Abgascanipf
wird in ringförmige Reihen von leitungen 51 abgeführt,
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die am Umfang der Drehachse angeordnet sind und sich in Winkel nach aussen von dem Abgasrohr 50 zu den Generator R
erstrecken, der α ein Kondensator C zugeordnet ist. Die leitungen
51 sind durch eine Reihe von radialen Trennwänden 52 gebildet, die ic gleichen Abstand am Umfang der Achse
angeordnet sind, und zwar v/erden sie durch im Abstand zueinanderliegenden
winkelförmigen Platten 53 und 54 gehalten, die zwischen den Trennwänden 52 beispielsweise so angeordnet
sind, wie dies am besten den Figuren 1 und 2 entnommen
werden kann. Die Trennwände 52 wirken darüberhinaus als Abstützung für den Ring 46 in seiner lage koaxial in der
!■Iahe des Turbinenrotors 40.
■,.'ie bereits erwähnt kann der Regenerator R in der Anlage nach
der Erfindung vorgesehen sein in Abhängigkeit von dem besonderen Energiefluss des Kessels B. Aber bei der Ausführungsform TiciCh den Figuren 1, 3 und 4 ist ein Generator R mit
mehreren rohrförmigen Gehäusen 55 mit bogenförmigem Querschnitt,
wie in Figur 4 dargestellt und in gleichen Ab-" ständen am Umfang des Kondensators C angeordnet. Die gegenüberliegenden
Enden des Regenerationsgehäuses 55 sind fest ar, Linger, oder Rahmen 56 und 57 befestigt, wobei der zuletzt
genannte Ring 57 die Stütze des Kondensators C am Ence
bildet. Ler Regeneratorstützring 56 ist an den Ansatz
14 der Xesselwand 12 an dem Flansch 15 angeschraubt oder anders befestigt, und der Ring 56 ist darüberhinaus am Umfang
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einer Kondensatorstützplatte 58 so befestigt, dass der Kondensator C und der Regenerator H koaxial zum Kessel B
liegt und mit diesem als eine Einheit umläuft.
Ausserdem ist jedes Begenerationsgehäuse 55 mittels einer
am Umfang liegenden Trennwand 59 unterteilt, um axialliegende Aussen- und Innendampfkanäle 60 und 61 zu bilden, und jede
Trennv/and 69 endet hierbei kurz vor dem Bing 57, wie bei 62 gezeigt, um eine Verbindung zv/ischen diesen Dampfkanälen
herzustellen.
Der Kondensator C zeigt eine ringförmige Dampfkammer 64, die
durch äussere und innere durchlaufende zylindrische ',v'andungen
65 und 66 einerradialea Zwischenwand 67 und einen benachbarten
Teil der Kondensatorstützplatte 58 gebildet ist, wie man am besten der Figur 1 entnehmen kann. Die ringförmige
Dampfkammer 64 ist an der gegenüberliegenden Seite der Platte 58 gegenüber den Generatorgehäusen 55 angeordnet und
befindet sich in einer offenen Verbindung mit den oberen -Kegenerationskanälen 61, um den Abdampf von der Turbine T aufzunehmen.
Eine im Querschnitt I-förmige Ringwand 68 ist in der Dampfkammer
64 angeordnet und bildet einen Umfangs-Kollektor 69 für das flüssige Kondensat, das durch die Kondensation des
Turbinenabdampfes erzeugt wird, wie dies im Nachfolgenden noch beschrieben wird. Das in dem Kollektor 69 aufgenomme-
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ne Kondensat wird durch mehrere Leitungen oder P;ohre 70 abgelassen,
von denen eines für jedes Regenerationsgehäuse 55 vorgesehen ist, das sich zuerst durch den inneren Dampfkanal"
61 und anschliessend in die entgegengesetzte Richtung durch den äusseren Dampfkanal 60 erstreckt. Dabei sind die Enden
der ilohre 70 mit Leitungen 19 verbunden, durch die das
flüssige Kondensat in die Kammer 18 zurückgeleitet wird, wie bereits beschrieben. Um einen optimalen Wärmeaustausch
zwischen den Abdämpfen der Turbine in den Leitungen 60 und 61 und dem flüssigen Kondensat in den Leitungen 70 zu schaffen,
können sie wirbeiförmig zurückgeführt und kreuzweise mit den Kanälen 60 und 61 der Gehäuse 55 verlegt sein, wie beispielsweise
in Figur 1 dargestellt, und jede Leitung 70 ist mit mehreren ringförmigen Wsrmetauschflügeln 71 eines gut
wärneleitfähigen Materials versehen, das in geeigneter V/eise mit der Fläche der Leitungen 70 verbunden ist.
V/ie man der Figur 1 entnehmen kann,ist im Bereich der Stütz-
^ platte 58 zur Drehung mit dieser eine Reihe von ringförmigen Flügeln 72 koaxial zu dem Kessel B in bestimmten gleichen
Abständen zueinander angeordnet. Diese Flügel 72 bestehen aus getrennten oder voneinander unabhängigen ringförmigen
Scheibenelementen, die in einem bestimmten engen Abstand und parallel zueinander sowie zu der Platte 58 mittels mehrerer
Wärmeaustauschrohre 73 befestigt sind, die sich in Längsrichtung durch die Flügel 72 parallel zur Drehachse erstrecken.
Die Flügel 72 und die Rohre 73 sind aus einem Me-
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tail mit hoher '.värneMtfähigkeit wie beispielsweise Kupfer
oder Aluminium gefertigt, und die Flügel werden vorzugsweise durch V/eich- Hartlöten oder dergleichen an den Rohren
73 befestigt, um eine .maximale V/ärmeleitfähigkeit zu gewährleisten.
Dabei sind die Rohre 73 in gleichen Abständen radial am Umfang der Flügel 72 versetzt angeordnet, siehe Figur 4.
Die Innenenden der Rohre 73 sind hierbei in entsprechenden Öffnungen 74 angeordnet, die durch die Stützplatte 58 gehalten
sind, so dass die Innenräume der Rohre 73 mit dem Innenraum des Äollektorringes 69 und der Dampfkammer 64
in Verbindung stehen. Hierbei sind die Aussenenden der Rohre
75 in Öffnungen 75 befestigt, die in dem Endring 57 angeordnet
sind, der koaxial in der N:ihe der Aussenflügel 72 liegt.
GemUss Figur 1 ist der Aussenradius der Flügel 72 der gleiche,
und der Innenradius.der.Flügel ist bei bestimmten Ausnahmen
ebenfalls der gleiche, die im Nachfolgenden erläutert wereen. Die inneren ümfangskanten der Flügel 72 bilden innen
eine koaxiale 3inlasskammer 76 zum Kühlen der Flüssigkeit,
die durch mehrere drehende Flügel 72, wie schon erläutert, nach aussen abgeführt wird. Der Innendurchmesser des Ringes
57 ist hierbei im wesentlichen der gleiche wie der- Innendurchmesser
der benachbarten Gruppe der Flügel 72, so dass dor Durchfluss in die Rammer 76 nicht behindert ist, unc
es ist auch ein nach aussen glockenförmig erweitertes Teil
fest an eins ortsfeste Stütze 7S in der Nähe des Ringes 57
koaxial nach aussen angeordnet, siehe Figur 1.
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Wie darüberhinaus der Figur 1 entnommen werden kann/sind
getrennte Flügel 72 in Reihen mit Innenradien versehen, die kleiner als bei dem Rest der Flügeln 72 sind, so dass
die Flügeln weiter in die Kammer 76 über die Innenkanten der anderen Flügel 72 hinausragen, siehe die Darstellung
bei 79. Die Innenradien dieser Flügel 79 sind somit derart abgestuft, dass das Ausmass, um das sie in die Kammer 76
nach innen ragen, progressiv in Richtung axial nach innen zunimmt, wie gezeigt. Der innere Umfangskantenteil der verlängerten
Flügel 79 ist kurvenförmig nach aussen ausgebildet, wie bei 80 gezeigt, und der axiale Abstand zwischen
den Flügeln 79 und den Innenradien ist so begrenzt, dass eine im wesentlichen gleichmässige Verteilung des Kühlmittels
von der Kammer in die Räume zwischen die Reihen der Flügel 72 eintritt. ■ .
Der axiale Abstand zwischen den benachbarten Flügeln 72 ist auf die Drehgeschwindigkeit des Kondensators und die
. inneren und äusseren Radien der Flügel abgestimmt, so dass
die viskosen Eigenschaften des Kühlmittels und der Scherkräfte nutzbar gemacht werden, die durch den Umlauf der
Flügel 72 zum Pumpen der Flüssigkeit radial nach aussen zwischen den Flügeln erfindungsgemäss erzeugt werden, wie
noch näher in ΟΗ-7Ο*ίΟ (Patentanmeldung; der vorliegenden Amr.elderin
mit gleichen Anmeldetage) beschrieben.
Somit wird durch eine Drehung der Flügel 72 mit einer bestimmten
auf den Abstand der Flügel und deren Radien abgestimmten Geschwindigkeit ein Kühlmittel die Luft nach innen
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durch die Einlasskammer 77 und den Ring 57 in die Kammer 76 geleitet, und im Anschluss daran tritt sie radial in die
Räume zwischen den Flügeln 72 ein, wo sie durch die Scherkräfte beschleunigt wird, die durch die Geschwindigkeitsdifferenz
oder den Schlupf zwischen' den Flügeln und der Flüssigkeit erzeugt werden. Wenn die Kühlflüssigkeit beschleunigt und
zwischen die Flügel 72 nach aussen gedrückt wird, 'dann wird sie mit Druck beaufschlagt und an den Aussenkanten der Flügel
abgeleitet, und gelangt dann nach aussen um und zwischen die Generatorgehäuse 55.
Obschon die Flügel 72 als mehrere voneinander getrennte Scheibenelemente nach Figur 1 dargestellt sind, können sie
auch durch aneinanderliegende Windungen einer durchgehenden Spirale oder eine schraubenförmige Anordnung eines flachen
Streifens aus thermisch gut leitfähigen Material mit getrennten Innenansätzen hergestellt sein, wie dies gleichfalls
in CR-70'IO (siehe Vorseite) noch näher beschrieben ist.
Wie bereits erwähnt ist ein Generator R nicht immer erforderlich, und das Erfordernis eines Generators hängt von
dem Verhältnis der Entropie der Verdampfung der Wärmekapazität des Dampfes bei dem normalen Siedepunkt (^ S/C ) der besonderen
Flüssigkeit ab, die in dem Kessel B der Maschine verwendet ist. Im Falle von Druckflüssigkeiten, für die
A. S/C sich dem Wert (1) nähert, wird ein Regenerator nioht
benötigt, aber wenn ^ S/C kleiner als (1) ist, braucht
man die Regeneration, und je kleiner der Wert δ S/C ist,
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desto mehr'Regeneration ist erforderlich. Bei Maschinen
nach der vorliegenden Erfindung, die einen Regenerator R
nicht benötigen, wird das in den Kollektor 69 aufgenommene Kondensat durch Leitungen 70a direkt in die Zuleitungen
19 und die Kesselkammer 18 abgeführt, wie man beispielweise der Figur 6 entnehmen kann.
Ein wichtiger Faktor bei drehenden Maschinen der erfindungsgemässen
Art besteht in der radialen Lage des Kondensators C gegenüber dem Kesselniveau χ und darüberhinaus
in'der Lage des Regenerators R, falls einer Verwendung
findet. Um arbeitsfähig zu sein müssen der Radius oder der Abstand der Kondensatorrohre 73 von der Drehachse der Maschine
natürlich kleiner sein als der Radius oder der Abstand des Flüssigkeitsspiegels χ des Kessels von der Achse, damit
das Kondensat von dem Kollektor 69 zu der Kesselkammer 18 zurückgeführt wird, indem die Zentrifugalkraft verwendet wird,
die durch die Drehung der Kessel-Kondensatoranordnung entsteht. Aber es muss nicht nur diese allgemeine Beziehung be-■
rücksichtigt werden, sondern auch der radiale Abstand von der Drehachse su den Rohren 73 und dem Niveau χ sind sehr
v/ich tig und bestimmen den Dampfdruck, der in dem Kessel
bei der spezifischen Drehgeschwindigkeit der Maschine erzeugt wird.
Demgemäss werden für bestimmte Drehgeschwindigkeiten der
Maschine, um den erforderlichen"Flüssigkeitsdruck zur Aufrechterhaltung
des Dampfdruckes in der Kesselkammer 13 zu
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erzeugen, die radialen Abstände zu den Kondensatorrohren 73 und zu dem Kesselniveau χ genau eingehalten und müssen
vorherbestimmt werden. Darüberhinaus muss der Generator, .falls ein.solcher eingebaut ist, in einem grösseren radialen
Abstand von der Drehachse als die Kondensatorrohre 73 und in einem kleineren Abstand von der Achse als das Kesselflüssigkeitsniveau
χ angeordnet sein. Vorzugsweise befindet sich der Aussenradius des Regenerators R in axialer Ausrichtung
mit der Kesselinnenwand 12, wie dies Figur 1 darstellt.
V/egen dieser Erfordernisse und der Begrenzungen im Hinblick
auf die relative radiale Lage der Kondensatorrohre 73 und des Kesselflüssigkeitsniveaus χ ist es bisher nicht möglich
gewesen, einen hochwirksamen geschlossenen Clausius-Rankine-Prozess
bei kleinen Abmessungen und geringem Gewicht durchzuführen und dabei einen Dampf mit hoher Qualität zu erzeugen,
dessen V.rärnefluss gut über dem Spitzen-Siedepunkt
bei normaler Erdgravitation mit einem stetigen Fluss von Dampf und Flüssigkeit liegt, der vom Schwerefeld und der
Richtung unabhängig ist. Durch die Erfindung wird nun aber eine derartige Anlage möglich, indem man die offenbarte
Kombination eines Drehkessels, einer Expansionsvorrichtung und eines Drehkondensators anwendet. Dabei werden die
Viskositäts-Scherkräfte verwendet, um die Kühlflüssigkeit durch die Kondensatorflügel 72 zu drücken, und um die
erforderliche Kondensatorkapazität unter optimalen Arbeits-
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bedingungen für die Maschine zu schaffen, wobei ebenso wichtig ist, dass die Kondensatorrohre 73 radial angeordnet
und das Kesselflüssigkeitsniveau χ in der erforderlichen V'eise eingehalten wird, um den erforderlichen
Kesseldruck zu erzeugen, damit der erforderliche Dampfdruck bei der ausgewählten Drehgeschvindigkeit aufrechterhalten
werden kann. Darüberhinaus erlauben optimale Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine die Verwendung
einer Expansionsvorrichtung,-die beispielsweise durch die Ansätze 49 und die Turbine T gegeben ist, welche eine
kompakte Grosse zeigt und mit dem Kessel B passend versehen ist, wie er beispielsweise in Figur 1 gezeigt ist.
',/eiin nun aber eine Expansions vorrichtung zur Konvertierung
von V.'arme in mechanische Energie wie der Turbinenrotor 40 nicht Verwendung findet oder nicht benutzt wird,
dann wird'die maschine natürlich zu einer einfachen, wirksamen
und kompakten Vorrichtung zur Transformierung von Brennstoffenergie in erwärmte reine Luft, die' aus dem Kondensator
abgelassen wird.
Im Nachfolgenden wird die Wirkungsweise des Erfindungsgegenstandes
ur.her erläutert. Der Kessel B und der Kondensator
C werden zusammen mit dem zugeordneten Segenerator E
mit einer bestimmten Geschwindigkeit angetrieben, und die ringförmige Flüssigkeit in der Kammer 13 wird auf eine
bestimmte Temperatur und einen bestimmten Druck durch die Verbrennung des Kraftstoff-Iuftgemisches in der Kammer
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gebracht. Der durch die siedende Flüssigkeit erzeugte Dampfdruck wird von der Kammer 13 nach innen durch die Eohre
dem Sammelrohr 47 in dem Eing 46 zugeführt, das sich mit dem Kessel dreht und durch die Stutzen 49 abgelassen wird, der
an den Turbinenschaufeln 41 anliegt, .wodurch der Turbinenrotor 40 und die Welle 43 mit einer bestimmten Geschwindigkeit
gegenüber der Drehung des Kessels und der Kondensatoranordnung angetrieben werden.
Der Abdampf aus der Turbine tritt nun in das Sammelrohr ein und wird von da durch die Leitungen 51 in die unteren
Kammern 60 in dem Gehäuse 55 des Eegenerators E geleitet. Dabei wirken diese leitungen 51 als Unterschalldiffusor, wobei
der Dampf mit gleicher Entropie verlangsamt wird, um die zur Verfügung stehende kinetische Energie in statischen
Druck umzuwandeln, wodurch der Kondensatordruck und die Temperatur ansteigen, um einen verbesserten Wirkungsgrad des
Kondensators zu erreichen.
Die Dämpfe strömen nun in Längsrichtung durch die Aussenkammern 16 in das Eegeneratorgehäuse 55 und anschliessend
in umgekehrter Eichtung durch die Innenkammem 61 in die Eingkammer 64 des Kondensators C. Von dieser Kammer 64 tritt
der ausgestossene Dampf nun in den Kollektor 69 durch die Öffnungen 69a ein und strömt anschliessend in die Wärmetauschrohre
73, wo der Dampf durch den Wärmeaustausch mit dem Kühlmittel kondensiert wird, wobei es sich um Aussen-
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luft handelt, die nach aussen zwischen den im Abstand zueinander angeordneten Flügeln 72 abgelassen wird, wie
dies schon beschrieben wurde.
Das auf diese V/eise in den Rohren 73 gebildete Kondensat fliesst nun in den Kollektor 69, von dem es radial durch
die Zentrifugalkraft abgeschleudert wird, die durch die Drohung des Kondensators C erzeugt wird. Wie dargestellt
wird das Kondensat aus dem Kollektor 69 durch mehrere Leitungen 70 abgeführt, die die inneren und äusseren Kammern
61 und 60 in den Regenerationsgehäusen 55 durchqueren, und anschliessend wird es in die Kammer 18 durch die Rohre 19
zurückgeführt. VIenn das Kondensat nun durch die Rohre 70 in dem Gehäuse -55 fliesst, wird es durch den Wärmeaustausch
mit dem Abdampf vorgewärmt, der durch die Regenerationsgehäuse fliesst, die auf diese "l/eise um einen bestimmten Grad
vorgekühlt werden. Die die Flügel 72 nach aussen verlassende Kühlluft unterstützt darüberhinaus die Kühlung des Abdampfes,
wenn dieser durch die Gehäuse 55 fliesst. Während des Betriebes wird die Flüssigkeit in der Kammer 13 automatisch
im wesentlichen beständig auf der Ebene gehalten, die durch die Lini.e χ angegeben ist, wie dargestellt, und
zwar, wegen des Zusammenwirkens zwischen den Leitungen 21 und den Zuführleitungen 20, wie noch näher in CR-7042 (vergl. :
beschrieben. Darüberhinaus kann es bei einigen erfindunpsgenässen
Maschinen in Abhängigkeit von dem Wirkungsgrad des Regenerators erforderlich oder wünschenswert sein, eine
geeignete nicht gezeigte Vorrichtung zur Verhinderung der
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is -
Überhitzung des Dampfes zu verwenden, nachdem dieser
den Regenerator verlassen hat und in die Wärmetauschrohre 73 eintritt.
V.?ie schon erwähnt ist der Erfindungsgegenstand besonders
geeignet zur. Durchführung des Clausius-Kankine-Prozesses,
und insbesondere da, wo es erwünscht ist, Flüssigkeiten mit einem hohen Molekulargev/icht zu verwenden,
deren Siedepunkt etwa um 100 ° bis 250 ° C liegt, v/as bei Vorrichtungen zur Expansion mit Düsen
und niedriger Geschwindigkeit sowie bei einstufigen Turbinen erforderlich ist.
Bei einem typischen Ausführungsbeispiel nach der Erfindung zeigt die Ausgangswelle 43 eine Leistung von
20 PS mit einem Kessel B mit einem Innendurchmesser von etwa 46,5 cm (18,5 ") und einer axialen Innenlänge von
etwa 9 cm (3,6 "). Der Durchmesser der Turbine T an den Schaufeln 41 beträgt etv/a 11 cm (4,66 "), und die
Flügel des Kondensators C haben einen Aussendurchmesser von etv/a 32 cm (12,38 ") und einen Innendurchmesser
von etwa 20,23 cm (8 "). Die axiale Länge der Reihen von Flügeln beträgt hierbei 30,48 cm (12 ") und der
Abstand zwischen den benachbarten Flügeln 72 ist 0,0813 cm (0,032 "). Die Kessel-Kondensatoranordnung wird mit
einer Geschwindigkeit von 2400 Umdrehungen pro Minute mittels des Motors M angetrieben, und die Schaufeln
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Vt
der Turbine T sind gegenüber den Düsen 49 so angeordnet,
dass sie die Turbine in Gegendrehrichtung der Kessel-Kondensatoranordnung antreiben. Wenn eine Flüssigkeit
mit einem hohen Molekulargewicht in dem Kessel Verwendung findet, "beispielsweise Bi-tri-fluormethyIbenzyl
Alkohol, wie schon erwähnt, dann sind die Einzelheiten für einen typischen Betrieb der beschriebenen Anlage w.ie folgt:
* Kesseltemperatur ca. 275 ° C (527 ° F)
Kesseldruck ca. 10 kg pro cm (144 psia)
Turbinengeschwindigkeit 30.000 Umdrehungen pro Minute'
KondensatortemperaturHO-0 C .( 230 ° F)
Kondensatordruck 0,21 kg pro cm (3 psia)
Kraftflussdurchlauf 0,308. kg pro Sekunde
(0,680 lb/sec)
Clausius-Rankinewirkungsgrad 0,238
(bei 70 ^-iger Regeneration 0,238)
Kesselbelastung (bei 70 ^-iger Regeneration)
■67,8 kcal mal 10 D pro Stunde (268 mal 10 ^Btu/hr)
Kondensatorbelastung (bei 70 5^-iger Regeneration)
55 kcal mal 10 3 pro Stunde (217 Btu/hr)mal 10
Hegenerationsbelastung (bei 70 ^-iger Regeneration) 24 kcal mal 10 5 pr0 Stunde (95 mal 10 ^
Btu/hr)
- 24 -
10 9 8 3 5/1157 ORIGINAL INSPECTED
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Bei bestimmten geschlossenen Clausius-Rankinesystemen
v/ie bei denen, die nicht in einem hermetisch abgeschlos
senen Gehäuse angeordnet sind und die Druckmittel verwenden, die nicht vollständig stabil sind, kann der aus
gestossene in den Kondensator C eintretende Dampf Heine £/S-Sätze eingeschlossener Luft oder anderer Gase aufweisen,
die in den Rohren 73 nicht durch den Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit kondensierbar sind, die
zwischen die Flügel 72 des Kondensators ausgestossen werden. In diesem Falle ist es wünschenswert, diese
nicht kondensierbaren Bestandteile so zuentfernen, dass sie nicht mehr in den Kessel C zurückkehren und somit
nicht wieder in den Umlauf gebracht werden können.
Dies kann durch einen Reinigungsmechanismus erzielt, werden,
wie er beispielsweise in den Fig. 1 und 5 veranschaulicht ist und eine Vakuumpumpenanordnung 81 an
dem Aussenende einer koaxial liegenden Welle 82 zeigt.
Die Welle 82 ist dabei drehbar mit dem Kondensator
C und ihr Innenende ist fest mit der Stützplatte 58 verbunden. Das Aussenende der Welle 82. ist durch mehrere
speichenartige Elemente 83 gehalten, die in gleichen . Abständen am Umfang angeordnet sind, wobei ihre Aussenenden in einem Ringteil 84 befestigt sind, das an
der Aussenfläche des Kondensatorringes 57 sitzt. Die Speichen 83 sind röhrenförmig, wie gezeigt, und haben
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Durchgänge 85 zwischen einer Ringkammer 86in dem ßingteil
84 und einer axialen Bohrung 87 im Aussenende der V/elle 82. Die Verbindung zv/ischen den Aussenwellen der
Kondensatorrohre 73 und der Kammer 86 ist durch eine Drosselöffnung 88 in dem Ring 84 hergestellt. Das Aussenende
der V/elle 82 ist mit reduziertem Durchmesser wie bei 89 ausgebildet und mittels eines Lagers 90 in
einem ortsfesten Gehäuse 91 der tragflügelartigen Aussenkontur angeordnet, die fest an dem reduzierten En-Ji
de der Welle 82 mittels radialer Speichen 92 abgestützt ist, deren Aussenenden in einem Hing 93 liegen,
der auf dem ortsfesten Gehäuse 78 befestigt ist.
In dem Gehäuse 91 ist eine Kammer 94 durch eine Dichtung 95 um das VJellenende abgedichtet und durch radiale
Kanäle 96 in der Welle 82 in Verbindung mit der Wellenborung 87. Ein Nocken 97 ist fest am Ende der V/elle 82
in der Kammer 94 angeordnet, und auf eine Drehung der Welle 82 in der Kessel-Kondensatoranordnung hin betätigt
dieser Nocken ein Federkissen 98, das in einer * noch zu beschreibenden Weise ein Paar Rückschlagventi
le 99 und 100 öffnet und schliesst.
Das Rückschlagventil 100 befindet sich in seiner Offenlage in Verbindung mit der Aussenluft, wie durch den
Pfeil in Fig. 5 angedeutet ist. Andererseits ist der Einlass des Rückschlagventils.99 mittels einer Kapillar-
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röhre 101 rait einer Vakuumsteuervorrichtung 102 verbunden.
Die Verbindung zwischen diesem Kanal und der Kammer 92 ist darüber hinaus mittels eines Durchgangs
103 in dem Ventilgehäuse vorgesehen.
Die Steuervorrichtung 102 zeigt einen lufteinlass 104, der mit dem benachbarten Ende des Rohres 101 unter
Steuerung eines regulierenden liadelventils 105 in Verbindung steht. Ein zweiter Durchgang 104 verbindet
gleichfalls das Rohr 101 mit dem Innenraum eines Kissens 106, das an dem Stösselventil 105 fest angeordnet
ist. Sine Druckfeder 108 zwischen den Kissen und dem Ende einer Einstellschraube 109 dient zur Vorspannung
des Ventils 105 in die Schliesslage. Diese Vorspannung kann durch Handeinstellung der Schraube 109 geändert
werden. Im Betrieb wiikt das Vakuum in dem Rohr 101 durch pumpen der Kissen 98 der Feder 108 über den Kanal
107. entgegen, und somit auch das Ausmass der Öffnung des Nadelventils 1051 und auch die Iaiftmenge, die
den Kanal 104 durchströmt kann durch Verändern der Ansprechbarkeit des Ventils durch die Einstellschraube
109 gesteuert werden.
Im Betrieb des Eeinigungsmechanisinus nach Fig. 5 wird
der Nocken 97 mit dem Kissen 98 auf dem hohen Punkt des Nockens so in Eingriff gebracht, dass die erwähnten
Kissen 98 maximal zusammengedrückt werden, wobei das
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Rückschlagventil 99 geschlossen wird und das Rückschlagventil 100 zur Aussenluft hin geöffnet wird. Auf eine
Drehung des Nockens 97 um 180 ° zu dem unteren Punkt dehnen sich die federnden Kissen 98 durch eine Öfffnung
des Ventils 99 und schliessen das Ventil 100. Eine Ausdehnung der Kissen 98 schafft nun ein Vakuum oder eine
Saugkraft durch das offene Ventil 99, das die nicht verdampfbaren Dämpfe aus den Kondensatorröhren 73 durch
die Öffnungen 88, die Kammer 86, die Durchlässe 85, die Bohrung 87, die Kammer 94 und den Durchgang 103
in die Kissen 98 absaugt, zusammen mit einer bestimmten Menge Aussenluft, die durch den Einlass 104 und
die Kapillarröhre 101 strömt. Das Nadelventil 105 ist so eingestellt, dass eine bestimmte Luftmenge in die
Röhre 101 über den Durchgang 104 hereingelassen wird, um den gewünschten Anteil zwischen der luft in dem System
und den nicht kondensierbaren Anteilen aufrechtzuerhalten, die aus den Kondensationsrohren 73 abgezogen werden.
Wenn der Nocken 97 sich um 180 dreht, um wieder seinen hohen Punkt mit den Kissen 98 zu erreichen, erfolgt
wieder die Zusammendrückung, wodurch das Rüekschlagventil 99 geschlossen und das Rückschlagventil
100 geöffnet wird, um die Kissen 98 von den Flüssigkeiten zu entlüften, die in die Kissen während des vorangegangenen
Expansionshubes eingesaugt wurden. Dieser Kreislauf wird nun bei jeder Umdrehung des Nockens 97
gegenüber den Kissen 98 wiederholt.
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Dieser Reinigungsmechanismus für die nicht kondensier-.
ba-ren Bestandteile ist allgemein bei Maschinen erforderlich, die hermetisch in Gehäusen eingeschlossen
sind und hoch stabile Druckmittel verwenden, und bei diesen Maschinen können kleine Anteile der nicht kondensierbaren
Flüssigkeit, die sich während einer längeren Zeitdauer im Betrieb angesammelt haben, durch eine
periodische Evakuierung der Maschine wie erforderlich entfernt werden.
Es ist nun klar, dass die beschriebene erfindungsgemässe
Anlage die eingangs erwähnte Aufgabe löst, wodurch die oben erwähnten Vorteile erzielt werden, und
während Ausführungsformen dargestellt und beschrieben
worden sind, soll doch hervorgehoben werden, dass die Erfindung nicht auf diese . Ausführungsform beschränkt
ist, sondern es sind Abwandlungen und Änderungen der Erfindung möglich, ohne von dem Grundgedanken abzuweichen.
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Claims (11)
- PATENTANSPRÜCHEf 1 .J V/ärmekraftanlage zur Durchführung des geschlossenen Rankine-Prozesses, ι nun folgenden Merkmale:^< nen Rankine-Prozesses, gekennzeichnet durch dieEin ringförmiger Kessel (B) ist mit einer bestimmten Geschwindigkeit um seine Achse drehbar, um einen ringförmigen Flüssigkeitskörper in dem Kessel zu halten, der sich ständig am Innenumfang desselben hält, wobei die Innenfläche der Flüssigkeit in einem bestimmten Abstand radial nach aussen gegenüber der Drehachse liegt;eine Einrichtung zum Erwärmen des Flüssigkeitskörpers in dem Kessel zur Erzeugung eines Dampfdruckes;eine Expandiervorrichtung zur Abnahme von Arbeit, die durch den Dampfdruck durch das Erwärmen der Flüssigkeit in dem Kessel erzeugt wird;einen Kondensator für den Abdampf der Erxpansions-- 30 -109835/1157vorrichtung einschliesslich mehrerer axial im Abstand angeordneter ringförmiger Flügel, die koaxial in dem Kessel für eine Drehung hierin angeordnet sind;der axiale Abstand der Flügel und die inneren und die äusseren Radien derselben sind aufeinander und auf die Drehgeschwindigkeit abgestimmt, so dass eine Kühlflüssigkeit durch Viskositäts-Scher-Kräfte nach aussen zwischen die Flügel bei optimalem Wärmeaustausch gedrückt wird;Wärmetausehröhre (73) erstrecken sich axial durch die Flügel und sind im Abstand von der Drehachse angeordnet, der kleiner ist als der Abstand der Kesselflüssigkeit von der Innenfläche;eine Vorrichtung zur Zurückführung des dampfförmigen Kondensats aus dem Kondensator in den Kessel;der radiale Abstand der Wärmetauschrohre und der Innenfläche der Kesselflüssigkeit gegeneinander sowie von der Drehachse sind auf die Drehgeschwindigkeit des Kessels und des Kondensators abgestimmt, um den erforderlichen radialen Abstand zwischen den Wärmetauschrohren und der Kesselinnenfläche zu schaffen, der erforderlich ist, um den Flüssigkeitsdruck zu erzeugen, der zur Aufrechterhaltung109 8 3 5^./IJ 5 7CK 7041βλdes gewünschten Kesseldampfdrucks bei der Drehgeschwindigkeit benötigt wird.
- 2. Wärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand zwischen den Kondensatorflügein und den inneren und äusseren Hadien aufeinander und auf die Drehgeschwindigkeit so abgestimmt ist, daß die Kühlflüssigkeit, die gefördert und durch die Viskositäts-Scher-Kräfte nach aussen zwischen die Flügel gedrückt wird, einen maximalen Gesamtwärmetausch von der Kühlflüssigkeit zu dem in die Wärmetauschrohre ausgestossenen Dampf erzeugt, um den Dampf zu kondensieren.
- 3. V/ärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator eine Regenerationsvorrichtung aufweist, die drehbar hiermit angeordnet ist, wodurch ein Wärmeaustausch zum Vorkühlen des Abdampfes vor dem Eintritt in die Wärmetauschrohre und eine entsprechende Vorwärmung des Kondensats aus den Rohren vor der Rückkehr in den Kessel erfolgt, wobei die Regenerationseinrichtung in einem Abstand von der Drehachse angeordnet ist, der grosser als die 'wärmetauschrohre und kleiner als die Flüssigkeit an der Kesselinnenfläche ist, und wobei die radiale Anordnung der Regenerationsvorrichtung so ge-- 32 -8AD ORIGINAl-109835/ 1157halten ist, dass die Flüssigkeit in der Vorrichtung unter einem Druck steht, der ausreicht, eine Verdampfung der Flüssigkeit während des Vorwärmens in der Vorrichtung zu verhindern.
- 4. V/ärmekraftanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Aussenradius <3er Kondensatorflügel kleiner ist als der radiale Abstand der Kesselinnenfläche von der Drehachse, und wobei die Regenerationseinrichtung am Umfang der Flügel angeordnet ist.
- 5. Wärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der ringförmige Kessel eine ringförmige Flüssigkeitsvorratskammer aufweist, die konzentrisch hierin angeordnet ist, und wobei der grösste Radius dieser Kammer mindestens gleich ist dem grössten Radius der Regenerationsvorrichtung.
- 6. V/ärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die nach aussen zwischen die benachbarten Flügel beschleunigte Flüssigkeit mit der Regenerationsvorrichtung in Eingriff gebracht wird und die Abkühlung des ausgestossenen Dampfes unterstützt.
- 7. V/ärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ' zeichnet, dass die Expandtervorrichtung eine Reihe von Düsen und eine Turbine umfasst, die konzentrisch- 33 109835/1157in dem ringförmigen Kessel angeordnet ist und einen Rotor aufweist, der zum Umlauf koaxial zu der Achse des Kessels und des Kondensators angeordnet ist.
- 8. V/ärmekraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reinigungseinrichtung zur Evakuierung der Luft aus den Wärmeaustauschrohren und anderen nicht kondensierbaren Einschlüssen im Dampf vorgesehen ist.
- 9. V/ärmekraftanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Reinigungseinrichtung automatisch durch die Drehung des Kondensators betätigt wird.
- 10. V/ärmekraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere radiale Abstand der ringförmigen Kesselkammer von der Drehachse mindestens so gross ist wie der Aussenradius der Regenerationsvorrichtung.
- 11. Wärmekraftanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung des Turbinenrotors in entgegengesetzter Richtung zu der Drehung des Kessels und des Kondensators erzeugt wird.109835/1157- 34 -
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