DE2107878B2

DE2107878B2 - Dampfkraftanlage mit einem beheizten Drehkessel

Info

Publication number: DE2107878B2
Application number: DE19712107878
Authority: DE
Inventors: William Allen Wilmington Del. Doerner (V.St.A.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1970-02-18
Filing date: 1971-02-18
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE2107878A1; DE2107878C3; JPS542343B1; SE371251B; FR2078718A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage mit einem beheizten Drehkessel nach dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Eine Dampfkraftanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs I ist aus der DE-PS 6 70 685 bekannt. Bei ihr besteht der Kondensator aus einem mit Rippen versehenen Gehäuse, durch das Wärmeaustauschrohre führen, durch die die Kühlluft geleitet wird. Die Leistungsfähigkeit des Kondensators ist begrenzt und beschränkt ihrerseits die Leistung der Wärmekraftanlage. Der Flüssigkeitsring enthält außerdem im wesentlichen die Gesamtmenge des kondensierten Arbeitsfluids, so daß die Dampfkraftanlage erst dann zu arbeiten beginnt, wenn im wesentlichen die Gesamtmenge des Arbeitsfluids auf die Betriebstemperatur erwärmt ist. Die Turbine wird durch ein Gewicht an einer Rotation gehindert. Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Drehkessels ändert sich daher mit der erzeugten Leistung und der Belastung. Als Arbeitsmedium dient Wasser.

Aus der FR-PS 8 77 258 ist eine Dampfkraftanlage in bekannt, bei der der Abdampf die Wärmeaustauschrohre des Kondensators durchströmt. Der radiale Abstand des Kondensators von der Drehachse ist jedoch größer als der radiale Abstand der Rohre, in denen das Arbeitsmedium erhitzt wird. Es ist in dieser Druckschrift π zwar angegeben, daß das Kondensat in den Kreislauf des Arbeitsmediums zurückgeführt werden kann. Wegen des großen radialen Abstandes des Kondensators müßte dies jedoch durch eine zusätzliche Einrichtung geschehen. Die Wärmeaustauschrohre ::: bilden den Läufer des Kühlgebiäses. Kühlrippen sind dabei nicht vorgesehen. Da bei der bekannten Vorrichtung Wasser als Arbeitsmedium dient und daher der gesättigte Abdampf bei der Entspannung teilweise kondensieren würde, ist bei der bekannten Wärmekraft-2-, anlage ein Regenerativwärmetauscher nicht einsetzbar.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Dampfkraftanlage zu schaffen, die bei kleinem Raumbedarf einen hohen Wirkungsgrad erzielt.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden in Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Die durch die Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere in der geringen Luftverschmutzung und dem geringen Lärm, die durch die Dampfkraftanlage verursacht werden.

η Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt

Fig. I in einem senkrecht und in Längsrichtung geführten Schnitt eine Dampfkraftanlage,

Fig. 2 eine Teilansicht im Schnitt nach 2-2 von Fig. I, to Fig.3 einen Schnitt nach 3-3 von Fig. 1 in einem verkleinerten Maßstab,

Fig.4 einen Schnitt nach 4-4 von Fig. I in einem geringfügig vergrößerten Maßstab und

Fig. 5 die Einrichtungen zur Rückführung des ■r, Kondensats unmittelbar zu dem Drehkessel bei Wärmekraftanlagcn ohne Regenerativwärmetauscher.

Fig. I zeigt eine Dampfkraftanlage für einen

geschlossenen Clausius-Rankine-Prozeß, die einen Drehkessel B, eine geeignete Expansionsmaschine, z. B.

ν, eine Turbine T. und einen Kondensator C aufweist, der mildem Drehkessel ßumläuft.

Der Drehkcssel B weist ein zylindrisches Gehäuse 1 mit einer sich auf dem Umfang erstreckenden Wand 2 und einer Seitenwand 3 auf, die sich von dem Gehäuse 1 ·,-> radial nach innen erstreckt und in einem ringförmigen, koaxialen Turbinengehäuseteil 4 endet, das sich zentrisch innerhalb der äußeren Wand 2 und einem koaxialen, rohrförmigen Nabenteil 5 befindet. Das Nabenteil 5 ist drehbar in einem Lager 6 angeordnet mi und der Drehkessel kann durch einen Elektromotor M und einen Treibriemen 9 mit der gewünschten Drehgeschwindigkeit angetrieben werden.

Auf der der Seitenwand 3 gegenüberliegenden Seite der Wand 2 befindet sich eine ringförmige Seitenwand h-, 11 relativ kleiner radialer Erstreckung, die in einer inneren Umfangswand 12 endet. Die Umfangswand 12 erstreckt sich axial von der Seitenwand 3 und bildet zusammen mit der Wand 2 und der Seitenwand 11 eine

Kammer 13 des Drehkessels B. Die Umfangswand 12 erstreckt sich axial über die Seitenwand U hinaus, wie es bei 14 dargestellt ist, und endet in einem radialen Ringflansch 15.

Eine Zuführkammer 18 wird durch eine zylindrische Wand 16,die koaxial im Abstand von der Umfangswand

12 nach innen angeordnet ist, einer ringförmigen radialen Ward 17 und den Wänden 12 und 3 gebildet. Durch eine Leitung 19 wird von dem Kondensator C flüssiges Arbeitsfluid, z. B. flüssiges Kondensat, der Zuführkammer 18 zugeführt

Die Umdrehungsgeschwindigkeit des Drehkessels B, die diesem durch den Motor M erteilt wird, ist so gewählt, daß das jeweilige Arbeitsmedium in der Kammer 13 gleichförmig auf dem Umfang und in Berührung mit der inneren Oberfläche der Wand 2 verteilt ist und daß der gewünschte Dampfdruck im Drehkessel aufrechterhalten wird. Die in der Kammer

13 gebildete Grenzfläche zwischen Flüssigkeit und Dampf ist äußerst stabil und im wesentlichen zylindrisch und konzentrisch mit der Drehachse des Drihkessels B. In gleicher Weise wird die Flüssigkeit in der Zuführkammer 18 gleichmäßig über die Innenfläche der Umfangswand 12 verteilt.

Flüssigkeit wird vorzugsweise von der Zuführkammer 18 der Kammer 13 über eine Mehrzahl radial angeordneter Zuführleitungen 20 zugeführt, die in der Umfangswand 12 und zur Vermeidung einer Unwucht in gleichen Abständen angeordnet sind. Die inneren Enden der Zuführleitungen sind bündig mit der Innenfläche der Umfangswand 12 und die äußeren Enden im Abstand nach innen von der Wand 2 angeordnet und enden unterhalb des Flüssigkeitsniveaus Af. so daß die äußeren Enden der Zuführleitungcn 20 in den Flüssigkeilsring eintauchen, der sich an der Innenseile der Wand 2 befindet.

Der Flüssigkeitsring in der Kammer 13 wird durch eine Mehrzahl radialer Leitungen 21, die ebenfalls in der Umfangswjnd 12 der Kammer 13 angeordnet sind, auf dem vorgegebenen Niveau * gehalten. Verringert sich die radiale Dicke des Flüssigkeitsringes in der Kammer 13, so daß die äußeren Enden der Leitungen 21 nicht mehr in den Flüssigkeitsring eintauchen, so kann Dampf von der Kammer 13 über die Leitungen 21 in die Zuführkiiitimer 18 strömen und sici, so der Druck in der Kammer 13 erniedrigen und in der Zuführkammer IS erhöhen. Dadurch fließt Flüssigkeit von der Zuführkammer 18 über die Zuführleitungen 20 in die Kammer 13, und zwar so lange, bis die radiale Dicke des Flüssigkeitsringes sich so erhöht hat, daß die äußeren Enden dir Leitungen 21 wieder den Flüssigkeitsring berühren. Zur Vermeidung einer Unwucht sind die Leitungen 21 wieder in gleichen Abständen angeordnet. Die äußeren Enden der Leitungen 21 müssen sich, wie sich aus der vorausgehend beschriebenen Funktion der Leitungen 21 ergibt, auf dem gewünschten Niveau χ des Flüssigkeitsringes in der Kammer 13 befinden. Die inneren Enden der Leitungen 21 öffnen sich in die Zuführkammer 18 und erstrecken sich radial so weit nach innen, daß sie von der Oberfläche des Flüssigkeits- , ringes in der Zuführkammer 18 entfernt sind, so daß keine Flüssigkeit von der Zuführkammer 18 über die Leitungen 21 in die Kammer 13 fließen kann.

Der Flüssigkeitsring in der Kammer 13 wird durch Verbrennung eines geeigneten Brennstoff/Luft-Gemi- _t sches in der Brenne Timer 23 auf Siedetemperatur erwärmt. Die Brennkammer 23 ist ortsfest und umgibt das Gehäuse 1. Der Brennstoff wird durch eine Düse 30 tangential in die Brennkammer 23 geführt. Luft wird durch eine Leitung 35 und öffnungen 32 in einer Trennwand 24 zugeführt. Zur optimalen Wärmeaufnahme durch das Gehäuse 1 weist dieses am Außenumfang Rippen 29 auf. Die Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemisches erfolgt im wesentlichen am gesamten Umfang des Drehkessels ß und die Abgase werden durch einen Auslaß 36 abgeleitet Eine Prallplatte 37 verhindert eine wiederholte Zirkulation der Brenngase, ι Zur Vermeidung einer unnötigen Luftverunreinigung soll der Brennstoff frei von Schwefel, Stickstoff, Blei und ähnlichen Bestandteilen sein. Der Brennstoff kann z. B. reiner Kohlenwasserstoff-Treibstoff sein.

Bei der dargestellten Ausführungsform ist die Expansionsmaschine eine einstufige Turbine T mit einem Rotor 40 und Turbinenschaufeln 41. Der Rotor 40 dreht sich koaxial zum Drehkessel B, jedoch unabhängig von diesem, auf einer Welle 43 in dem Nabenteil 5.

Die Turbine wird über Rohre *?, die in Rohre 47 • münden, und einen Düsenring 46 mit Hochdrackdampf aus der Kammer 13 beaufschlagt. Die Turbine kann irgendeine Maschine, z. B. einen Generator, antreiben.

Die Abdämpfe werden über eine Sammelleitung 50 und auf dem Umfang angeordnete Leitungen 51 einem Regenerativwärmetauscher R zugeführt, der dem Kondensator Czugeordnet ist.

Je nach dem verwendeten Arbeitsfluid kann in der erfindungsgemäßen Anlage ein Regeierativwärmetauscher R verwendet werden. In den Fig. 1,3 und4 ist ein Regenerativwärmetauscher R mit mehreren rohrförmigen Gehäusen 55 mit bogenförmigem Querschnitt dargestellt, die in gleichen Abständen um den Kondensator Chorum angeordnet sind.

Die entgegengesetzten Enden der Gehäuse 55 sind an Stützringen 56 und 57 befestigt, wobei der Stützring 57 den äußeren Stützring für den Kondensator C bildet. Der Stülzring 56 ist in geeigneter Weise mit der Verlängerung 14 der Umfangswand 12 und ferner mit dem Umfang einer Kondensatorslützplatte 58 verbünde -., so daß der Kondensator C und der Regenerativwärmetauschcr R koaxial mit dem Drehkessel B montiert sind und zusammen als eine Einheit rotieren.

Jedes der Gehäuse 55 ist durch eine Trennwand 59 unterteilt, die sich in Längsrichtung und ajf einer Kreislinie erstreckt. Die Trennwände 59 unterteilen die Gehäuse 59 in axial verlaufende äußere und innere Dampfkanäle 60 und 61. Jede Trennwand endet dabei kurz vor dem Stützring 57, wie es bei 62 dargestellt ist, um eine Verbindung zwischen den Dampfkanälen herzustellen.

Der Kondensator C weist eine ringförmige Dampfkammer 64 auf, die durch äußere und innere zylindrische Wände 65 und 66, eine radiale Wand 67 und einen angrenzenden Bereich der Kondensatorstützplalte 58 gebildet wird. Die Dampfkammer 64 ist auf der den Gehäusen 55 entgegengesetzten Seite der Kondensatorstützplatte 58 angeordnet und steht in offener Verbindung mit Jen oberen Dampfkanälen 61, aus denen sie Abdampf von der Turbine Taufnimmt

Eine im Querschnitt L-förmige, ringförmige Trennwand 68 befindet sich in der Dampfkammer 64 und bildet einen auf einer Kreislinie liegenden Sammelraum 69 für das vom Kondensator aus den Turbinenabgasen erzeugte flüssige K<->ndenfat. Das Kondensat wird aus dem Sammelraum 69 in eine Mehrzahl von Rohren 70 geleitet, und zwar in jeweils eines für jedes Gehäuse 55. Die Rohre 70 erstrecken sich in Längsrichtung /Mcrst durch die inneren Dampfkanäle 61 und dann in

entgegengesetzter Richtung durch die äußeren Dampfkanäle 60. Die Enden der Rohre 70 sind mit den Leitungen 19 verbunden, die das flüssige Kondensat in die Zuführkammer 18 zurückführen. Zur Erzielung eines optimalen Wärmeaustausches zwischen dem Turbinenabdampf in den Dampfkanälen 60 und 61 und dem flüssigen Kondensat in den Rohren 70 können sich letztere in den Dampfkanälen 60 und 61 quer hin- und herwinden, wie es in Fig. I gezeigt ist. Die quer verlaufenden Längen der Rohre 70 können dabei mit einer Mehrzahl ringförmiger Wärmeaustauschrippen 71 versehen sein.

Wie man in Fig. 1 erkennt, ist an der Kondensatorstützplatte 58 eine Reihe ringförmiger Kühlrippen 72 koaxial zu dem Drehkessel ßin gleichen Abständen und parallel zueinander angeordnet. Die Kühlrippen 72 bestehen aus voneinander getrennten ringförmigen Scheibenclementen. die in engem Abstand voneinander und parallel zueinander und zur Kondensatorstützplatte 58 durch eine Mehrzahl von Wärmeaustauschrohren 73 befestigt sind, die sich in Längsrichtung durch die Kühlrippen 72 und parallel zu deren Drehachse erstrecken. Die Kühlrippen 72 und die Wärmeaustauschrohre 73 sind aus einem Material hoher Wärmeleitfähigkeit, wie Kupfer oder Aluminium, hergestellt und die Kühlrippen 72 werden vorzugsweise durch Hart- oder Weichlöten od. dgl. mit den Wärmeaustauschrohren 73 verbunden, um eine möglichst gute Wärmeübertragung zu gewährleisten.

Die Wärmeaustauschrohre 73 sind in gleichen Abständen und radial versetzt angeordnet. Die inneren Enden der Wärmeaustauschrohre 73 sind in entsprechenden öffnungen 74 der Kondensatorstützplatte 58 befestigt, so daß die Wärmeaustauschrohre 73 mit dem Sammelraum 69 und der Dampfkammer 64 in Verbindung stehen. Die äußeren Enden der Wärmeaustauschrohre 73 sitzen in öffnungen 75 des Stützringes 57, der koaxial und nahe der äußersten Kühlrippe 72 angeordnet ist.

Alle Kühlrippen 72 besitzen den gleichen Außenradius jnd mit bestimmten Ausnahmen auch den gleichen Innenradius. Die inneren Enden der Kühlrippen 72 begrenzen eine koaxiale Einlaßkammer 76 für ein Kühlfluid, das durch die Mehrzahl rotierender Kühlrippen 72 und zwischen diesen hindurch nach außen abgeführt wird. Der Innendurchmesser des Stützringes 57 entspricht im wesentlichen dem Innendurchmesser der angrenzenden Gruppe von Kühlrippen 72, so daß die Strömung des Kühlfluids nicht behindert wird. Ein Einlaßtrichter Γ7 ist außerhalb des Stützringes 57 angeordnet.

Wie bereits erwähnt, haben bestimmte Kühlrippen 72 einen abweichenden Innenradius. Diese Kühlrippen erstrecken sich weiter in die Einlaßkammer 76 hinein, wie es bei 79 gezeigt ist. Die !nnenradien dieser Kühlrippen 72 sind kleiner als die der übrigen und so abgestuft, daß sie in Einwärtsrichtung immer kleiner werden. Die inneren Ränder dieser Kühlrippen sind axial nach außen gekrümmt, wie es bei 80 gezeigt ist, und der axiale Abstand zwischen diesen nach innen verlängerten Kühlrippen ist so gewählt, daß sich eine im wesentlichen gleichförmige Verteilung des Kühlfluids aus der Einlaßkammer 76 in die Räume zwischen den Kühlrippen 72 ergibt

Der axiale Abstand zwischen benachbarten Kühlrippen 72 wird in Abhängigkeit von der Umdrehungsgeschwindigkeit des Kondensators Cund den inneren und äußeren Radien der Kühlrippen 72 so gewählt, daß die viskosen Eigenschaften des Kühlfluids und die Scher kräfte. die von den Kühlrippen 72 auf das Kühlfluid ausgeübt werden, das Kühlfluid radial nach außen zwischen den Kühlrippen 72 hindurchpumpen. Hs soll. ·, wie von der Anmelderin anderweitig vorgeschlagen, zwischen dem axialen Abstand c/der Kühlrippen 72, der Winkelgeschwindigkeit w des Kondensators C. der kinematischen Viskosität ν des Kühlfluids und den inneren und äußeren Radien Ri bzw. Ro folgende in Beziehung bestehen:

Die Kühlrippen 72 müssen nicht aus einer Mehrzahl getrennter Scheibenelemcnte bestehen, wie es in F i g. I gezeigt ist, sondern können auch aus benachbarten Windungen eines schraubenlinienförmig gewundenen flachen Streifens aus thermisch gut leitfähigem Material bestehen. Die in die Einlaßkammer 76 ragenden Verlängerungen bestimmter Kühlrippen 72 können auch getrennte Bauelemente sein.

Wie bereits erwähnt, hängt das Erfordernis eine Regenerativwärmetauschers R von dem verwendeten Arbeitsfluid ab. Entscheidend ist das Verhältnis der Verdampfungsentropie zur Wärmekapazität des Dampfes boi dem normalen Siedepunkt (ASZC_n) des betreffenden Arbeitsfluids. das in dem Drehkessel ßder Anlage Verwendung findet. Bei einem Arbeitsfluid. für das das Verhältnis ASZC_n sich dem Wert I nähert, ist ein Regenerativwärmetauscher nicht notwendig. Bei einem Arbeitsfluid. bei dem das Verhältnis ASZC_n kleiner als der Wert 1 ist, ist ein Regenerativwärmeaustauscher R notwendig und je kleiner das Verhältnis ASZC_n wird. desto mehr Regenerierung ist notwendig. Wird kein Regenerativwärmetauscher R benötigt, so wird das in dem Sammelraum 69 erhaltene Kondensat durch ein Rohr 70a direkt in die Leitung 19 und die Zuführkammer 18 geleitet, wie es in Fig. 5 gezeigt ist. Bei einer erfindungsgemäßen Dampfkraftanlage ist die relative Lage des Kondensators Cgegenüber dem Niveau χ im Drehkessel und gegebenenfalls dem Regenerativwärmetauscher R zu beachten. Der Abstand der Wärmeaustauschrohre 73 von der Drehachse der Dampfkraftanlage muß kleiner sein als der Abstand des Niveaus ν im Drehkessel B vom Abstand der Drehachse, damit das Kondensat aus dem Sammelraum 69 durch Fliehkraft in die Zuführkammer 18 zurückkehrt. Der Abstand der Wärmeaustauschrohre 73 und des Niveaus χ des Drehkessels B von der Drehachse sind wesentlich für den Dampfdruck, der in der Kammer 13 bei einer bestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit erzeugt wird.

Zur Erzeugung des notwendigen Druckes des Arbeitsfluids in der Kammer 13 des Drehkessels B müssen daher der radiale Abstand der Wärmeaustauschrohre 73 und des Niveaus χ von der Drehachse entsprechend gewäh't werden. Ein gegebenenfalls vorhandener Regenerativwärmeaustauscher R muß in größerem radialen Abstand von der Drehachse als die Wärmeaustauschrohre 73 und in einem kleineren Abstand von der Drehachse als das Niveau χ des Flüssigkeitsringes in der Kammer 13 angeordnet sein. Vorzugsweise befindet sich der äußere Radius eines Regenerativwärmeaustauschers R in axialer Fluchtung mit der Umfangswand 12 des Drehkessels B. wie es in F i g. 1 gezeigt ist.

Wegen der vorausgehend genannten Bedingungen und Forderungen an die relative radiale Lage der

Wärmeaustaiischrohre 73 und des Niveaus χ ist es bisher nicht möglich gewesen, eine kompakte und leichte Dampfkraftanlage zur Durchführung des geschlossenen Clausius-Rankine-Prozesses zu bauen, die einen Wärmefluß oberhalb des Siedepunktes bei Normaldruck mit einer stetigen Strömung von Dampf und Flüssigkeit unabhängig von dem Schwerefeld und der Schwerkraftrichtung besitzt.

Die optimalen Arbeitsbedingungen der Dampfkraftanlage ermöglichen die Verwendung einer Entspannungsmaschine, wie des Düsenringes 46 und der Turbine T, von kompakter Bauart, die innerhalb des Drchkessels B Platz findet, wie es in F" i g. I gezeigt ist. Wird eine Entspannungsmaschine zur Umwandlung von Wärmeenergie in mechanische Energie nicht verwendet, so bildet die Dampfkraftanlage eine wirkungsvolle und kompakte Einrichtung zur Umwandlung von Treibstoffenergie in erwärmte, reine i.ufi, die aus dem Kondensator abgeführt wird.

Reim Betrieb der Dampfkraftanlage werden der Drehkessel B, der Kondensator ("und ein gegebenenfalls vorhandener Regenerativwärr.ieaustauscher R mit einer bestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit angetrieben und wird der Flüssigkeitsring in der Kammer 13 auf die gewünschte Temperatur und den gewünschten Druck durch Verbrennung des Treibstoff/Luft-Gemisches in der Brennkammer 23 erhitzt. Der durch die siedende Flüssigkeit erzeugte, unter Druck stehende Dampf wird aus der Kammer 13 radial einwärts durch d:.. Rohre 48 zu den Rohren 47 im Düsenring 4b abgeführt, der mit dem Drehkessel B rotiert, und wird dann durch Düsen 49 auf die Turbincnschaufeln 41 gerichtet.

Der Abdampf von der Turbine T tritt in die Sammelleitung 50 ein und wird von dort durch Leitungen 51 in die unteren Dampfkanäle 60 in den Gehäusen 55 des Regenerativwärmeaustauschers R abgeführt. Die Leitungen 51 wirken als Unterschalldiffusor, in dem der Abdampf isentropisch verlangsamt wird, um verfügbare kinetische Energie in statischen Druck umzuwandeln, wodurch der Kondensatordruck und die Kondensatorlemperatur erhöht werden und der Wirkungsgrad des Kondensators verbessert wird.

Der Abdampf strömt in Längsrichtung durch die äußeren Dampfkammern 60 in die Gehäuse 55 des Regenerativwärmeaustauschers R und von dort in entgegengesetzter Richtung durch die inneren Dampfkammern 61 und in die Dampfkammer 64 des Kondensators C. Aus der Dampfkammer 64 tritt der Abdampf durch öffnungen 69a in den Sammelraum 69 und dann in die Wärmeaustauschrohre 73 ein, in denen der Abdampf durch Wärmeaustausch mit einem Kühlfluid, wie z. B. zwischen den Kühlrippen 72 nach außen abgeführte Umgebungsluft, kondensiert wird.

Das in den Wärmeaustauschrohren 73 gebildete Kondensat fließt in den Sammelraum 69. von wo es durch Fliehkraft durch eine Mehrzahl von Rohren 70 abgeführt wird, die die inneren und äußeren Dampfkammern 60 und 61 der Gehäuse 55 durchqueren, und kehrt durch Leitungen 19 in die Zuführkammer 18 zurück. Beim Durchströmen der Rohre 70 wird das Kondensat durch Wärmeaustausch mit dem durch die Gehäuse 55 geleiteten Abdampf vorerhitzt. Der Abdampf wird dabei abgekühlt Außerdem wird er beim Durchströmen der Gehäuse 55 durch die von den Kühlrippen 72 nach außen abgeführte Kühlluft abgekühlt.

Abhängig von dem Wirkungsgrad des Regenerativwärmeaustauschers R kann es zweckmäßig sein.

Überhitzungswärme des Abdampfers nach Verlassen des Regenerativwärmeaustauschers R und vor Eintritt in die Wärmeaustauschrohre 73 abzuführen.

Die erfindungsgemäße Dampfkraftanlage eignet sich insbesondere zur Durchführung des geschlossenen Clausius-Rankine-Prozesses, und zwar insbesondere mit fluiden, die ein hohes Molekulargewicht besitzen und einen Siedepunkt zwischen 100 und 250°C aufweisen, wie sie für Entspannungsmaschinen, wie Düsen und einstufipt· Turbinen kleiner Geschwindigkeit benötigt werden.

Bei einer beispielhaften Piusführungsform mit einer an der Welle 43 abgenommenen Leistung von 15 kW besitzt der Drehkessel B einen Innendurchmesser von etwa 47 cm und eine axiale Länge von etwa 9 cm. Der Durchmesser der Turbine Γ beträgt an den Turbinenschaufeln 41 etwa 12 cm und die Kühlrippen 72 des Kondensators C haben einen Außendurchmesser von etwa 31,5 cm und einen Innendurchmesser von etwa 20 cm. Die axiale Länge der Kühlrippenreihe beträgt etwa 30,5 cm und der Abstand zwischen benachbarten Kühlrippen 22 ist 0.0813 cm. Die Drehkessel-Kondensatorgruppe wird durch den Motor M mit einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 2400 min¹ und die Turbinenschaufeln 21 sind so gestellt, daß sich die Turbine Tin Gegenrichtung zu der Drehkessel-Kondensatorgruppe dreht. Unter Verwendung eines Arbeitsfluids mit hohem Molekulargewicht, wie Bis-(trifluormethyl)-benzylalkohol erhält man folgende Betriebswerte:

Drehkcsselternperatur	ca. 27 5* C
Drehkesseldru^k	ca. 10 bar
Turbinengeschwindigkeit	30 000 mip
Kondensatortemperatur	110°C
Kondensatordruck	0,21 bar
Arbeitsfluiddurchsatz	0.308 kg/sec
Clausius-
Rank ine wirkungsgrad	0,238
(70%ige Regenerierung)
Drehkesselbelastung	2.82- 10*1/!:
(70%ige Regenerierung)
Kondensatorbelastung	2.3 · 10^fi]/h
(70°/oige Regenerierung)
Regeneratorbelastung	I ■ 10" J/h
(70%ige Regenerierung)

Bei Dampfkraftanlagen, die nicht hermetisch abgedichtet sind oder bei denen Arbeitsfluide verwendet werden, die nicht vollständig stabil sind, kann der in den Kondensator Ceintretende Abdampf kleine Anteile von eingeschlossener Luft oder anderen Dämpfen enthalten, die nicht in den Wärmeaustauschrohren 73 kondensierbar sind. In solchen Fällen müssen diese nicht kondensierbaren Anteile entfernt werden, damit sie nicht in den Drehkessel B zurückkehren und innerhalb des geschlossenen Systems zirkulieren.

Die Entfernung dieser nicht kondensierbaren Anteile kann durch einen Spülmechanismus erfolgen, der eine Unterdruckpumpe und eine Unterdrucksteuereinrichtung 102 aufweist. Die Unterdruckpumpe saugt nicht kondensierbare Dämpfe aus den Wärmeaustauschrohren 73 durch öffnungen 88, eine Ringkammer 86. Kanäle 85 und Bohrungen 83 ab, und zwar mit einem bestimmten Anteil von ümgebungsiuft durch die Unterdrucksteuereinrichtung 102. Die Unterdruckpumpe kann sich in einem Gehäuse 91 befinden, in dem sich auch ein Lager 90 für das äußere Ende einer koaxialen.

mit dem Kondensator C rotierenden Welle 82 befindet. Das Gehäuse 91 wird durch Speichen 92 und einen Ring 93 gehalten, an dem die Außenenden der Speichen 92 befestigt sind und der von einem Ständer 78 getragen wird. Die Unterdrucksteuereinrichtung ist durch ein

10

Rohr 101 mit der Unterdruckpumpe verbunden und ist ■«> eingestellt, daß ein vorbestimmtes Verhältnis /wischen der in das System eintretenden Luft und den abgezogenen, nicht kondensierbaren Anteilen aufrechterhaltenwird.

Hierzu .1 Bkitt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dampfkraftanlage mit einem beheizten Drehkessel, der einen durch die Fliehkraft gehaltenen Flüssigkeitsring aufweist, wobei ein mit dem Drehkessel umlaufender, mit einem Kühlgebläse versehener Kondensator vorgesehen ist, mit in axialem Abstand voneinander koaxial zur Drehachse angeordneten, radial verlaufenden ringförmigen Kühlrippen und achsparallel verlaufenden Wärmeaustauschrohren, wobei der radiale Abstand der Wärmeaustauschrohre von der Drehachse kleiner als der radiale Abstand der inneren Oberfläche des Flüssigkeitsringes des Drehkessels von der Drehachse ist, und wobei der Flüssigkeitsraum des Kondensators und der des Drehkessels miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) der Abdampf durchströmt die Wärmeaustauschrohre (73) des Kondensators (C);

b) die Kühlrippen (72) sind mit den Wärmetauschrohren (73) direkt verbunden;

c) die Kühlrippen (72) der Wärmeaustauschrohre (73) bilden den Läuferiies Kühlgebläses.

2. Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Regenerativwärmeaustauscher (R), dessen radialer Abstand zwischen dem der Wärmeai'stauschrohre (73) des Kondensators (C) und dem der inneren Oberfläche (Niveau x) des FlüssigkeitsringesCes Drel.nessels (B)\\egl.

3. Dampfkraftanlage nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, dt 3 der Drehkessel (B) eine ringförmige Zuführkammer (18) aufweist, die konzentrisch in dem Drehkcssel (B) angeordnet ist und deren größter Radius mindestens gleich dem größten Radius des Regenerativwärmeaustauschers Wist.

4. Dampfkraftanlage nach Anspruch 3, gekennzeichnet

durch radiale Leitungen (21), die durch eine Umfangswand (12) zwischen einer den Flüssigkeitsring aufnehmenden Kammer (13) und der Zufuhrkammer (18) führen und deren äußere Enden sich an der inneren Oberfläche (Niveau x) des Flüssigkeitsringes befinden und deren innere Enden über dem Flüssigkeitsspiegel in der Zuführkammer (18) liegen, und

durch radiale Zufuhrleitungen (20), die ebenfalls durch die Umfangswand (12) führen und deren äußere Enden in den Flüssigkeitsring in der Kammer (13) eintauchen und deren innere Enden bündig mit der Umfangswand (12) abschließen.