DE2214566A1 - Rotating steam generator - Google Patents

Rotating steam generator

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DE2214566A1
DE2214566A1 DE19722214566 DE2214566A DE2214566A1 DE 2214566 A1 DE2214566 A1 DE 2214566A1 DE 19722214566 DE19722214566 DE 19722214566 DE 2214566 A DE2214566 A DE 2214566A DE 2214566 A1 DE2214566 A1 DE 2214566A1
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steam generator
liquid
wall
steam
peripheral wall
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DE19722214566
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German (de)
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Philip Jackson Wilmington Del. Rennolds (V.StA.)
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EIDP Inc
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EI Du Pont de Nemours and Co
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    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B5/00Steam boilers of drum type, i.e. without internal furnace or fire tubes, the boiler body being contacted externally by flue gas
    • F22B5/005Steam boilers of drum type, i.e. without internal furnace or fire tubes, the boiler body being contacted externally by flue gas with rotating drums
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B27/00Instantaneous or flash steam boilers
    • F22B27/12Instantaneous or flash steam boilers built-up from rotary heat-exchange elements, e.g. from tube assemblies
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    • F24VCOLLECTION, PRODUCTION OR USE OF HEAT NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf rotierende Dampferzeuger, insbesondere auf eine neuartige Konstruktion von rotierenden Dampferzeugern, die besonders in Maschinen mit geschlossenem Rankine-Kreis verwendet werden können.The invention relates to rotating steam generators, in particular to a novel construction of rotating steam generators Steam generators, especially in machines with closed Rankine circle can be used.

Rotierende Dampferzeuger sind an sich bekannt; sie haben bekanntlich eine Reihe Vorteile gegenüber üblichen Dampferzeugern aufzuweisen. Beispielsweise führt die hohe Zentrifugalbeschleunigung in einem derartigen Dampferzeuger zur Ausbildung einer scharfen Grenze zwischen Flüssigkeit und Dampf während des Verdampfungsvorgangsj ein derartiger Dampferzeuger erzeugt einen hochwertigen Dampf mit stetigem Strom von V/asser und Dampf und der Dampferzeuger arbeitet unabhängig von dem allgemeinen Schwerefeld und dessenRotating steam generators are known per se; it is known that they have a number of advantages over conventional steam generators to have. For example, the high centrifugal acceleration leads in such a steam generator to form a sharp boundary between liquid and steam during the evaporation processj such Steam generator produces high quality steam with a steady flow of water and steam and the steam generator works regardless of the general gravitational field and its

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en-vise ' 22ΊΑ566en-vise '22-566

Richtung. Ferner ermöglichen die bei rotierenden Dampferzeugern üblicherweise angewandten hohen Drehgeschwindigkeiten Wärmeströme, die erheblich oberhalb des höchsten Verdampf ungsriiveaus für das allgemeine Schwerefeld liegen·Direction. In addition, the high rotational speeds usually used in rotating steam generators make it possible Heat flows that are considerably above the highest evaporation level for the general gravity field

Eine Maschine mit geschlossenem Rankine-Kreis mit äusserer Verbrennung als Wärmequelle stellt einen hervorragenden, wenig Verunreinigung verursachenden Ersatz für die üblicherweise in Kraftfahrzeugen verwendeten Verbrennungsmotoren dar. Eine praktisch für diese Anwendung entwickelte Maschine mit geschlossenem Rankine-Kreis muß klein und kompakt aufgebaut sein und mit organischen Antriebsfluiden hohen Molekulargewichts betrieben werden, die mit nur geringer oder unter Vermeidung von Zersetzung des organischen Fluids verdampft werden können.A machine with a closed Rankine cycle with external combustion as the heat source is an excellent, low-pollution replacement for the internal combustion engines commonly used in motor vehicles. A machine with a closed Rankine cycle developed practically for this application must be small and compact and with organic components Drive fluids of high molecular weight are operated, which can be evaporated with little or with avoidance of decomposition of the organic fluid.

Es hat sich gezeigt, daß rotierende Dampferzeuger mit organischen Antriebsfluiden von hohem Molekulargewicht, bei hoher Drehzahl betrieben, wirksam eingesetzt werden können, um den hohen Wärmefluß an der Grenze zwischen Flüssigkeit und Dampf zu erzielen, der für die verlangte kompakte Bauweise des rotierenden Dampferzeugers erforderlich ist, wie beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 590 78 6 beschrieben. It has been found that rotating steam generators with high molecular weight organic drive fluids, at operated at high speed, can be used effectively to control the high heat flux at the boundary between liquid and to achieve steam that is required for the required compact design of the rotary steam generator, such as for example in U.S. Patent 3,590,786.

Jedoch erfolgt in rotierenden Dampferzeugern mit einer ebenen wärmeleitenden Wand eines zylindrischen Dampferzeugers mit der geringen Axiallänge, wie sie für die Herstellung einer praktisch verwendbaren Rankine-Maschine gebraucht wird, ein starker Wärmeübergang an der Wand des Dampferzeugers, und der Temperaturunterschied zwischen der Innenseite der Wand des Dampferzeugers und der Grenze zwischen Flüssigkeit und Dampf im Dampferzeuger ist so groß, daß man den Motor entweder mit einem sehr erheblich herabgesetzten thermischen · Motorwirkungsgrad oder unter Inkaufnahme eines unannehmbarHowever, in rotating steam generators with a flat, heat-conducting wall, a cylindrical steam generator is used the short axial length needed to make a practical Rankine machine strong heat transfer on the wall of the steam generator, and the temperature difference between the inside of the wall of the steam generator and the boundary between liquid and steam in the steam generator is so large that you can either turn off the engine with a very considerably reduced thermal Motor efficiency or at the expense of an unacceptable

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hohen Grad der Zersetzung des organischen Antriebsfluids für den Dampferzeuger betreiben müßte.would have to operate a high degree of decomposition of the organic drive fluid for the steam generator.

Dagegen würde, weil der maximale Zersetzungsgrad des organischen Antriebsfluids in einem praktisch einsetzbaren Rankine-Motor sehr niedrig sein muß und dadurch die Höchsttemperatur des Dampferzeugermantels bestimmt wird, eine hohe Temperaturdifferenz zwischen der Wand des Dampferzeugers und der Grenzschicht Flüssigkeit/Dampf eine niedrigere Temperatur der Grenzschicht Flüssigkeit/Dampf zur Folge haben, was bei einer festliegenden Temperatur des Kondensators zu einer erheblichen Herabsetzung des thermodynamisehen Wirkungsgrades der Gesamtanlage führen würde.On the other hand, because the maximum degree of decomposition of the organic drive fluid in a practically usable Rankine engine must be very low and therefore the maximum temperature of the steam generator jacket is determined, a high temperature difference between the wall of the steam generator and the liquid / vapor boundary layer a lower one Result in the temperature of the liquid / vapor boundary layer, which, at a fixed temperature of the condenser, leads to a considerable reduction in the thermodynamic effect Efficiency of the overall system would lead.

Es hat sich gezeigt, daß die genannten Schwierigkeiten überwunden oder auf einen Kleinstwert herabgedrückt werden können, indem ein kompakt gebauter rotierender Dampferzeuger von relativ geringer Axiallänge gebaut wird, der von mit Axialabstand einander gegenüberstehenden Seitenwänden und einer herumlaufenden Aussenwand gebildet wirds die eine passende konstruktive Ausbildung erhalten hat, etwa geriffelt oder mit Rillen in Umfangsrichtung des Dampferzeugers versehen ist, um in axialer Richtung quer zu der Umfangswand eine die Verbrennungswärme leitende Fläche von wesentlich grösserer Ausdehnung oder Länge darzubieten als der gerade Axialabstand der den Dampferzeuger begrenzenden Wände an der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht ausmacht.It has been shown that the difficulties referred to may be overcome or suppressed to a minimum value by a compactly built rotating steam generator is constructed by a relatively small axial length, which is formed by an axial distance opposing side walls and a running around the outer wall s which a suitable structural configuration has received, for example corrugated or provided with grooves in the circumferential direction of the steam generator in order to present in the axial direction transverse to the circumferential wall a surface that conducts the heat of combustion and is much larger in extent or length than the straight axial distance between the walls delimiting the steam generator on the liquid / steam Boundary layer.

Bei einem derartigen rotierenden Dampferzeuger, der mit Drehzahlen gefahren wird, bei denen ein ringförmiger Körper von hochmolekularer organischer Dampferzeugerflüssigkeit fortlaufend an der Innenseite der Umfangswand mit einer zylindrischen Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht mit einem Radius von der Drehachse aus gehalten wird, der die im allgemeinen Schwerefeld erzielbaren Siedewärmeflüsse über-In such a rotating steam generator that is driven at speeds at which an annular body of high molecular weight organic steam generator liquid continuously on the inside of the peripheral wall with a cylindrical liquid / vapor interface with a radius from the axis of rotation that corresponds to the im general gravitational field achievable boiling heat fluxes

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CR-7158 UCR-7158 U

steigt, verursacht die grössere Ausdehnung oder Länge der Dainpferzeugerumfangswand einen erheblich reduzierten Wärmestrom an der Wand, der erheblich kleiner ist als der hohe Wärme strom an der Flüssig*eits/Dampf-Grenzschicht, so daß die Teinperaturdifferenz zwischen der Umfangswand und der FlüssLgJ.'ei ts /Dampf -Grenzschicht erhe blich verring«>rt wird, uihrend der hohe Π ie de wärme st rom an dieser Flüssigkeit s/Dampf -Grenzschicht aufrechterhalten wird, der iür «.'inen kompakt gebauten Dampferzeuger erforderlich ist, wobei g] ο j oh;'cij 1 if: nur (-'ine sehr geringe Zersetzung des organischen Dampi ei·;··■ujerί Jnid:; eintritt.increases, the greater expansion or length of the steam generator peripheral wall causes a considerably reduced heat flow on the wall, which is considerably smaller than the high heat flow on the liquid / vapor boundary layer, so that the temperature difference between the peripheral wall and the liquid ts / vapor boundary layer is considerably reduced while maintaining the high Π ie de heat flow at this liquid / vapor boundary layer, which is required for a compactly built steam generator, where g] ο j oh; 'cij 1 if : only (-'a very slight decomposition of the organic vapor ei ·; ·· ■ ujerί Jnid :; occurs.

i rl jndunrsgemäß i:>t (?in rotierender Dampferzougc-r neuartiror 1 ''-.ciif-1 t i cn an.-uj·" ben, der zum Verdampfen von Flüssi gl (> i .1 cn , c j jiSrhJ 3 «iß3 i (1J) l.T'.r;pfir und KuI]]Oi1I "}\\s ui gKc- i t , geeignet isi, i nsbenonder«5 ii. Jici türen mit geschlos: onem Känkinc-Kreislaüi ι - j ng«.': "1 <-1 x.crOcn J aim, Dei" rotierend'"* Dampfei-zoufcr zeij-1 einen insfcs.im-; zylindrischen Aufbau v.\\ X in gegenseitigem axialer; Abstand nnp,e]5rach1"en Seitenw.'inden, die durch eine /usaiiimonji'^))'.'1]!!}·' Ujnfangswand v?rbund';n "ίπΊ, so daß ein Dampf «.')·;·.<-Uferr. r:r>\ «Mit rieht, üowi·- (Uf ΙΊϋ:: si gke i tszul(?i ι ung ίίίΐΛ dfiii j :,j»:j ί'?r. <;u;err<3uin, fennir ο inen Drehantrieb, der Q(ii\ D.u)i]i i.jrz('Uj · ) mit einer vorgt-j'/O^oinrii Drelizali] in' Dre)iui;g ν· ι reizt , mil e,1:·)) 7u:»<3mrnenhrinj-<Mi(lfin ] ]'")·.; r.i gke i t u) .'Ji-pe r aur; dieser I 3 ü ri r i K · f an der Innenseilf i3«.»r Uiui angsv.and in i 1 eine)1 ;;y] JHd)1J Γ(;]ι;ΐι Flüssißkeitü/Diiinj i-Grenzschi cht in vcrg«?gf?]jo'iiem ladi-ilnin Abstand von ü<;v ]jrijl;aclise zu erriclitcn , r,n t.'/i/? :;■)'(' I)I1 Sied«-j-v:ärnios1 röme erjrlion, dip die im a] ]g«?iji<iii;vn :,< Liore j eld erreichbaren Ub'±rste igen , fern«ir oiiK? Vcrbrennujij" Anordnung an der Umfangswand des Dampferzeugerr: zum Krhilr.en und Verdampfen der in dem Dampferzeuger befindlichen Γ] i; ' igkeit, und schließlich eine Einrichtung zum Abziehen des Dampfes aus dem Dampferzeuger, wobei diei rl jndunrs according i:> t (? in rotating steamer zougc-r neuartiror 1 '' -.ciif- 1 ti cn.-uj · "ben, which is used to evaporate liquid gl (> i .1 cn, cj jiSrhJ 3 .. "iß3 i (1 J) l T '.r; PFIR and Kui]] Oi 1 I"} \\ s ui gKc- it suitable isi, ii i nsbenonder "5 Jici doors with CLOSED: onem Känkinc-Kreislaüi ι - j ng «. ':" 1 <- 1 x.crOcn J aim, Dei "rotating'" * Dampfei-zoufcr zeij-1 an insfcs.im-; cylindrical structure v. \\ X in mutual axial; distance nnp , e] 5rach1 "en Seitenw.'find by a / usaiiimonji '^))'. ' 1] !!} · '? Ujnfangswand v rbund' n 'ίπΊ so that a vapor "') · · <- Uferr r. R>.. \" With Judges, üowi · - (Uf ΙΊϋ :: si gke i tszul (? i ι ung ίίίΐ Λ dfiii j:, j »: j ί '? r. <;u; err <3uin, fennir ο inen rotary drive, the Q (ii \ Du) i] i i. j rz ('Uj ·) with a vorgt-j' / O ^ oinrii Drelizali] in 'Dre) iui; g ν · ι irritates, mil e, 1 : ·)) 7u: »<3mrnenhrinj- <Mi (l f in ]] '") · .; ri gke it u) .'Ji-pe r aur; this I 3 ü ri ri K · f an der Inneneilf i3 «.» r Uiui angsv.and in i 1 ein) 1 ;; y] JHd) 1 J Γ (;] ι; ΐι liquidu / Diiinj i-Grenzschi cht in vcrg «? gf?] jo'iiem ladi-ilnin distance from ü <; v ] jri j l; aclise to erriclitcn, r, n t. '/ i /?:; ■)'('I) I 1 Sied« - j -v: ärnios1 röme erjrlion, dip die im a]] g «? iji <iii; v n :, < Liore j eld accessible ub '± rste igen, far «ir oiiK? Vcrbrennujij "arrangement on the circumferential wall of the steam generator: for heating and vaporizing the liquid located in the steam generator, and finally a device for drawing off the steam from the steam generator, whereby the

•AD- ORIGINAL• AD ORIGINAL

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cR-7158 _ 22H566cR-7158_ 22H566

geraden Axialabstände der Seitenwände des Dampferzeugers an der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht und an der Umfangswand ungefähr gleich sind und die Umfangswand in Quer- und in Umfangsrichtung des Dampferzeugers so geformt ist, daß eine die Verbrennungswärme weiterleitende Umfangswand mit Innen- bzw. Aussenseite entsteht, die gegen die Flüssigkeit bzw. die Verbrennungsanordnung gerichtet ist, wobei ferner diese Flächen eine Gesamtlänge in axialer Richtung aufweisen, die wesentlich grosser ist als der gerade Axialabstand der Seitenwände des Dampferzeugers, wodurch an der Umfangswand ein Wärmestrom entsteht, der wesentlich kleiner ist als der Wärmestrom an der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht und eine wesentlich geringere Temperaturdifferenz zwischen der Wand und der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht zur Folge hat, während der hohe Siedewärmestrom an der Flüssigkeits/ Dampf-Grenzschicht trotzdem aufrechterhalten wird.straight axial distances between the side walls of the steam generator at the liquid / vapor interface and on the peripheral wall are approximately the same and the peripheral wall is shaped in the transverse and circumferential directions of the steam generator so that a circumferential wall with an inside or outside that conducts the heat of combustion is created, which against the liquid or the combustion arrangement is directed, furthermore these surfaces have a total length in the axial direction which is significantly greater than the straight axial distance the side walls of the steam generator, which creates a heat flow on the peripheral wall that is much smaller than the heat flow at the liquid / vapor interface and a much smaller temperature difference between the wall and the liquid / vapor interface has, while the high boiling heat flow at the liquid / Steam boundary layer is maintained anyway.

Die verschiedenen Einzelheiten und Merkmale der Konstruktion und die Arbeitsweise des Dampferzeugers werden an Hand der nachstehenden Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen: The various details and features of the construction and the operation of the steam generator are described using the following drawings, which show:

Fig. 1 einen Querschnitt diametral durch einen erfindungsgemässen rotierendenDampferzeuger mit feststehendem Verbrennungsraum, schematisch in eine Energieer-•zeugungsanlagetmit geschlossenem Rankine-Kreis mit Turbine und Kondensator gelegt;1 shows a cross-section diametrically through a rotating steam generator according to the invention with a fixed combustion chamber, schematically placed in an energy generation system t with a closed Rankine cycle with turbine and condenser;

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie 2-2 in Fig. Ij Fig. 3 eine Teilansicht von der Linie 3-3 in Fig. 2 aus;Fig. 2 is a cross-section along the line 2-2 in Fig. Ij Figure 3 is a partial view taken on line 3-3 in Figure 2;

Fig. 4 einen vergrösserten Teilschnitt entsprechend Fig. 3, mit einer schematischen Darstellung der Radialkomponente des Konvektionsstroms der Flüssigkeit in demFIG. 4 shows an enlarged partial section corresponding to FIG. 3, with a schematic representation of the radial component of the convection flow of the liquid in the

2 0 9 8 A 1/ g 1_2 62 0 9 8 A 1 / g 1_2 6

6 22H5666 22H566

Verdampfer;Evaporator;

Fig, 5 einen vergrösserten Schnitt längs der Linie 5-5 in Fig.l zur schematischen Darstellung der Tangential- oder Spiralkomponenten des Konvektionsstroms der in dem Dampferzeuger befindlichen Flüssigkeit;5 shows an enlarged section along the line 5-5 in FIG. 1 for the schematic representation of the tangential or spiral components of the convection current the liquid in the steam generator;

Fig. 6 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht einer abgeänderten erfindungsgemässen Konstruktion eines rotierenden Dampferzeugers;6 shows a view corresponding to FIG. 1 of a modified construction according to the invention of a rotating Steam generator;

Fig. 7 einen Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 6;Figure 7 is a section along line 7-7 in Figure 6;

Fig. 8, 9, 10 und 11 vergrösserte Teilquerschnitte von Abweichungen nach Aufbau und Konstruktion bei der äusseren Umfangswand des rotierenden Dampferzeugers8, 9, 10 and 11 enlarged partial cross-sections of Deviations according to the structure and construction of the outer circumferential wall of the rotating steam generator

Betrachtet man zunächst insbesondere die Fig. 1 und 2, so sieht man, daß eine Ausführungsform eines rotierenden Dampferzeugers gemäß der Erfindung ein im ganzen zylindrisches Gehäuse 1 mit Seitenwänden 2 und 3, die einen axialen Abstand voneinander haben, aufweist, und eine herumlaufende Umfangswand 4 von vorbestimmter Querschnittsform und -abmessung, was im einzelnen weiter unten beschrieben wird. Koaxial durch die Gehäuseseitenwände 2 und 3 ist fest damit verbunden eine Wellenanordnung 5 geführt, an der das Dampferzeugergehäuse 1 drehbar in Lagern 6 und 7 gelagert ist. Der Dampferzeuger kann von einem Elektromotor M, der ein Zahnrad 8 antreibt, das seinerseits das an der Welle 5 angebrachte Zahnrad 9 in Drehung versetzt, angetrieben werden.If you first look in particular at FIGS. 1 and 2, it can be seen that an embodiment of a rotating Steam generator according to the invention a generally cylindrical housing 1 with side walls 2 and 3, which are an axial Have a distance from each other, and a circumferential wall 4 running around it of a predetermined cross-sectional shape and dimension, which will be described in detail below. Is coaxial through the housing side walls 2 and 3 firmly connected therewith guided a shaft assembly 5 on which the steam generator housing 1 is rotatably mounted in bearings 6 and 7. The steam generator can be powered by an electric motor M, which drives a gear 8, which in turn sets the gear 9 attached to the shaft 5 in rotation, are driven.

Der- Kaum zwischen der· Umfangswand H und den SeitenwändenThe barely between the circumferential wall H and the side walls

2098 4 !/0126 - 6 -2098 4! / 0126 - 6 -

CR-7158CR-7158

22H56622H566

und 3 des Dampferzeugers grenzt einen Dampfraum V innerhalb des Gehäuses"1 des rotierenden Dampferzeugers ab. Der Raum V steht über eine Anzahl Dampfrohre 10 mit einem Axialdurchlaß 11 in der We]Ie 5 derart in Verbindung, daß der in dem Dampferzeuger gebildete Dampf, der sich in dem Raum V sammelt, aus dem rotierenden Dampferzeuger durch das Dampfrohr 10, den Axialdurchlaß 3 3 und eine Leitung 12 beispielsweise in eine Turbine IS oder eine andere Entspannungseinrichtung gelangt. Li ο Datr.j-ί ro.i^e ]0 übertragen vrehenergie in cite η Dämpfen ii( <~:as line u' Auntri 1 te sys 1 f?in, wenn die Dämpfe den Dampf ( r;:e up er- <iin ch die Welle b verlassen und die Rohre 3 0 raf'-.r f;lei'. ]]iii-ii! \p über den Umfang <>?i Welle I verteilt in dun Da:; j i >vz>u <- r, --,«ν (V" ]>-;5.in /"iiriob d.^rch öm Hot or II <.ji;e üUip-j'.lic);'·?':: J : "»-jhJ.'-'.-C^Un4- ,"t^ti finde t ♦and 3 of the steam generator delimits a steam space V within the housing "1 of the rotating steam generator. The space V is connected via a number of steam pipes 10 to an axial passage 11 in the position 5 in such a way that the steam formed in the steam generator is the collects in the space V, from the rotating steam generator through the steam pipe 10, the axial passage 33 and a line 12, for example into a turbine IS or another expansion device torsional energy in cite η damping ii ( <~: as line u ' Auntri 1 te sys 1 f? in, when the vapors leave the steam (r;: e up er <iin ch the shaft b and the pipes 3 0 raf' -.rf ; lei '.]] iii-ii! \ p over the circumference <>? i wave I distributed in dun Da :; j i>vz> u <- r, -, «ν (V"]>-; 5.in / "iiriob d. ^ Rch öm Hot or II <.ji; e üUip-j'.lic);'·?' :: J:" »-jhJ .'-'.- C ^ Un 4 -, "t ^ ti find t ♦

Flüs.sigi't ■-· · '.'ird >'-*·■ ! -■':;. r:·:: --U[^t ;-.r:.ge31 in GfMn gleichen Haß·? züge ;i?t5 ι :'■- Hr-. ·■■·.-.- ά. ΐκρίΧ i:· < T ·: i ·-]·.-r gezeichneten Ausf ühriiigFi-ji." t?-i1i die 1 lv" ; r- it j.- den Dampf erz :uger in Fon von f! ;l· :>i t<-:cn Κ<_ικ'^γ·;·.ι1 . : >Δ\ cuinn Axieldurnhlaß 11 in <:■·'■ VJeIl': b uii'" r-iiw. Anzahl /Julfi tungsrohre Ib in den Der j ■' rzr:U;-<*v ^'r; dir; Zu].-1:' ι ·. ; ;-,Frciln e verlaufen von dem Axial' ί; chia1* i.'t rU'i "ι, iijdidl<3 I ichttinjr bis au einen Punkt untf ;■'. 5It -^r 'ι i1:;-·. α in d;1r ! n!:.pf(.i .curerf ]üss; fT~ heit. Die '"vlei .tunp:;r ' ιrl It- rinc \· ; . ugsui"5- ί <-c v.virmoi sn-3iert ode) jus ':-i:.-<?::" τ li-scnri":- J κι;] i < j r>ati?ri α 1 hf?rgt-Ftf: ' J t, denn der I "·{ '~si fkeii ::<i - ι .ir: \< η i - ■ · η "J ■' jiiiiUr.t nit ^eir Radi alsbiv * ■-···'"" τ\: ind '/■ \ -.'βη<Ί rc]·- ;" ni'-ct'--i^r in dc' U'irn dei- Dreh·..-'! ■:, no d.'ik- h:.i Π1:ί ..'.»Ά;:, ' y :■ Er\:rn :,unp, der υ;.' ·: r niedriger- ?"ru«.·]; r- ci.i τ)·:·'η ; "! "μ i'~'·■ i t Ddi .j j inner :">5 der hciir'· U M [.''ha] ' ■ i, vv^'ijeii und < -·ι- 3ϊΓ.ϊ; :;τ b'.iji I-;:] en der nüsr: «'ii eintr· leu j:"-nn1:c,Flüs.sigi't ■ - · · '.'ird>' - * · ■! - ■ ':;. r: · :: --U [^ t; -. r: .ge31 in GfMn same hatred ·? trains; i? t 5 ι: '■ - H r -. · ■■ ·.-.- ά. ΐκρίΧ i: · < T ·: i · -] ·.-r drawn versionFi-ji. "t? -i1i die 1 lv"; r- it j.- the steam ore : uger in Fon from f ! ; l ·:> i t <-: cn Κ <_ικ '^ γ ·; · .ι1. : > Δ \ cuinn Axieldurnhlaß 11 in <: ■ · '■ VJeIl': b uii '" r-iiw. Number / Julfi tungsrohre Ib in the der j ■' rzr: U; - <* v ^ 'r;dir; to] .- 1 '. ι ·; -, Frciln e extending from the axial'ί; chia 1 * i.'t rU'i "ι, iijdidl <3 I ichttinjr to au one point untf; ■ '. 5 It - ^ r 'ι i 1 :; - ·. α in d ; 1 r! !. n: pf (.i .curerf] üss f T ~ standardize the '' vlei .tunp: r '. ι rl It- rinc \ ·; ugsui ". 5 - ί <-c v.virmoi sn 3iert ode) jus ': -i: .- <? :: "τ li-scnri": - J κι;] i < j r> ati ? Ri α 1 hf? Rgt-Ftf : ' J t, because the I " · { '~ Si fkeii :: <i - ι .ir: \ < η i - ■ · η "J ■' jiiiiUr.t nit ^ eir Radi alsbiv * ■ - ··· '"" τ \: ind ' / ■ \ -. 'Βη <Ί rc] · - ; "ni'-ct'- i ^ r in dc'U'irn dei- Dreh · ..- '! ■ :, no d.'ik- h : .i Π1: ί ..'.» Ά ;: , 'y : ■ Er \: r n:, unp, der υ ;.' ·: R lower-? "Ru«. ·]; r- ci.i τ) ·: · 'η;"!" μ i '~' · ■ it Ddi .jj inner: "> 5 der hciir '· U M [.''ha]' ■ i, vv ^ 'ijeii and <- · ι- 3ϊΓ.ϊ;: ; τ b'.iji I- ;:] en der nüsr: «'ii eintr · leu j:" - nn1: c,

Das flüsfn ■■■ Kondeirai \7ird dem / · ^".. J durch] a h· IM dur ..]? ijine. Leitung 3 (- >"iUR (»inem Kondcns-Ttoj- "i / ;:rf-e]eii ei , den: f-.v τ".ί»'~The flowing ■■■ Kondeirai \ 7 ird to the / · ^ ".. J through] ah · IM dur ..]? I j ine. Line 3 (->" iUR (»inem Kondcns-Ttoj-" i /;: rf-e] eii ei, den: f-.v τ ".ί» '~

— 7 —- 7 -

2 0 ö. 8 /. 1 / 0 1 2 B2 0 ö. 8 /. 1/0 1 2 B

CR-7158 ? 22U566 CR - 7158 ? 22U566

gang über eine Leitung 18 mit dem Ausgang der Turbine 13
verbunden ist. Die Zuleitungsrohre 15 sind ebenso wie
die Dampfrohre 10 der ausgeglichenen Drehbewegung wegen in dem Dampferzeugergehäuse gleichmässig verteilt. Die radial verlaufenden Dampfrohre 10 und Zuleitungsrohre 15 sind in
einem Dampferzeuger der beschriebenen Art erforderlich, um den radialen Strom der Flüssigkeit und des Dampfes im Interesse eines ungestörten und wirkungsvollen Betriebs des
Dampferzeugers zu ermöglichen; die Gründe hierfür sind im
einzelnen in der genannten USA-Patentschrift 3 590 786 angegeben. Anstelle der Rohre 10 und 15 können aber auch
Prallplatten oder ähnliche Einrichtungen verwendet werden, die dafür sorgen, daß die in dem Dampferzeuger befindliche Flüssigkeit mit dem Dampferzeuger rotiert.
passage via a line 18 to the outlet of the turbine 13
connected is. The supply pipes 15 are just like
the steam pipes 10 are evenly distributed in the steam generator housing because of the balanced rotational movement. The radial steam pipes 10 and supply pipes 15 are shown in FIG
a steam generator of the type described required to the radial flow of the liquid and the steam in the interests of undisturbed and efficient operation of the
To enable steam generator; the reasons for this are in
individually in said U.S. Patent 3,590,786. Instead of the tubes 10 and 15, however, can also
Baffle plates or similar devices are used, which ensure that the liquid located in the steam generator rotates with the steam generator.

Der rotierende Dampferzeuger wird von einem Motor M mit
einer vorgegebenen Drehzahl in Umlauf versetzt, die so berechnet ist, daß eine ausreichende große Zentrifugalkraft
entsteht, um die gewählte Dampferzeugerflüssigkeit gleichmässig längs des Umfangs und in Kontakt mit der Innenseite der Umfangswand M zu verteilen und in diesem Zustand zu
halten, wobei eine mit χ bezeichnete Flüssigkeit^/Dampf-Grenzschicht entsteht (Fig. 1), die sehr stabil und im
wesentlichen zylindrisch ist und konzentrisch zu der Drehachse des Dampferzeugers verläuft. Die Flüssigkeits/Dampf Grenzschicht χ befindet sich im wesentlichen in einem vorbestimmten radialen Abstand von der Drehachse des Dampferzeugers, \im einen hohen Siedewärmef]tiß zu erreichen, der den bei allgemeiner Schwerkraftwirkung erzielbaren übersteigt, und uir: den verlangten Dampferzeuger-(Dampf-)druck
zu erzeugen, r>>r der radialen Länge der Flüssigkeitssäule
in den Zuleitungsrohren 15 zugeordnet ist.
The rotating steam generator is powered by a motor M with
a predetermined speed in rotation, which is calculated so that a sufficiently large centrifugal force
arises in order to distribute the selected steam generator liquid evenly along the circumference and in contact with the inside of the circumferential wall M and in this state to
hold, with a liquid ^ / vapor boundary layer denoted by χ (Fig. 1), which is very stable and in the
is substantially cylindrical and concentric to the axis of rotation of the steam generator. The liquid / vapor boundary layer χ is essentially at a predetermined radial distance from the axis of rotation of the steam generator, in order to achieve a high boiling heat which exceeds that which can be achieved under the general effect of gravity, and uir: the required steam generator (steam) pressure
to generate r >> r the radial length of the liquid column
is assigned in the supply pipes 15.

Um einen rotierenden Dampferzeuger ausreichend kleiner Abmessungen für dir praktische Verwendung in einem Motor mil einem geschlossenen Rankine-Kreis herstellen zu können,Around a rotating steam generator of sufficiently small dimensions for you to be able to produce practical use in an engine with a closed Rankine cycle,

,. C 9 8 4 1 / 0 1 2 6,. C 9 8 4 1/0 1 2 6

CR-7158 Q . 22U5G6 CR - 7158 Q. 22U5G6

müssen der Durchmesser der äusseren Umfangswand 4 des Dampferzeugers und der Axialabstand der Abschlußwände 2 und 3 voneinander so klein wie möglich gehalten werden und muß gleichzeitig bei der Drehgeschwindigkeit eine Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht χ ausreichender axialer Länge und mit ausreichend grossem Radius hergestellt werden, um den oben erwähnten hohen Siedewärmefluß und den verlangten Dampferzeuger-(Dampf-)druck zu erzeugen.must be the diameter of the outer peripheral wall 4 of the Steam generator and the axial distance between the end walls 2 and 3 are kept as small as possible and there must be a liquid / vapor boundary layer at the same time as the rotational speed χ are made of sufficient axial length and with a sufficiently large radius, to generate the above-mentioned high boiling heat flux and the required steam generator (steam) pressure.

Wie erwähnt, hat es bisher keinen leistungsfähigen rotierenden Dampferzeuger zur Verwendung von organischen Antriebsfluiden mit hohem Molekulargewicht in einem Motor mit geschlossenem Rankine-Kreis gegeben, weil bei den üblichen Konstruktionen rotierender Dampferzeuger mit der üblichen flachen Umfangswand, deren axiale Erstreckung gleich der axialen Länge der Flüssigkeits/Dampf-Schicht ist, der Wärmefluß an der Umfangswand hoch ist und die Temperaturdifferenz zwischen dieser Wand und der Flüssigkeits/Dampf-Schicht so groß ist, "daß der Motor entweder nur mit einem sehr niedrigen thermischen Wirkungsgrad oder unter Inkaufnahme einer sehr schnellen Zersetzung des zu verdampfenden organischen Antriebsfluids betrieben werden kann.As mentioned, it has not yet had a powerful rotating steam generator for the use of organic drive fluids given high molecular weight in a closed Rankine cycle engine because of the usual constructions of rotating steam generator with the usual flat peripheral wall, their axial extension is equal to the axial length of the liquid / vapor layer, the heat flux on the peripheral wall is high and the temperature difference between this wall and the liquid / vapor layer is so large, "that the engine can only use one very low thermal efficiency or at the expense of very rapid decomposition of what is to be evaporated organic drive fluids can be operated.

Im Rahmen der Erfindung hat sich gezeigt, daß durch eine bestimmte Formgebung oder einen bestimmten Aufbau der Umfangswand 4 des Dampferzeugers, so daß in der axialen Richtung quer zu der Wand 4 eine zwischen Verbrennung und Flüssigkeit die Wärmeleitung vermittelnde Fläche vorgesehen wird, deren Gesamtlänge wesentlich grosser ist als der lineare Axialabstand zwischen den Seitenwänden 2 und im Bereich der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht, ein wesentlich niedrigerer Wärmefluß an der Dampferzeugerwand 4 hervorgerufen wird, wodurch sich eine erhebliche Abnahme der Temperaturdif fereriz zwischen der DampferzeugerwandIn the context of the invention it has been shown that by a certain shape or a certain structure of the Peripheral wall 4 of the steam generator, so that in the axial In the direction transverse to the wall 4, a surface which mediates the heat conduction between combustion and liquid is provided whose total length is much greater than the linear axial distance between the side walls 2 and in the area of the liquid / vapor boundary layer, a significant caused lower heat flow on the steam generator wall 4 is, resulting in a significant decrease in the temperature difference between the steam generator wall

- 9 2098A1/Q126 - 9 2098A1 / Q126

CR-7158 ,0 22 H 566 CR - 7158 , 0 22 H 566

und der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht ergibt. Überraschenderweise ist diese Temperaturdifferenz deutlich niedriger als sich lediglich auf Grund der Zunahme der Flächengrösse der geriffelten Dampferzeuger-Um fangs wand 4 gegenüber der Fläche einer entsprechenden Dampferzeugerwand üblicher flacher Form erwarten läßt. Auf Grund dieser Bauweise und der damit einhergehenden Folgen kann der geforderte hohe Wärmefluß an der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht aufrechterhalten werden und kann der Dampferzeuger mit maximalem Motor-Gesamtwirkungsgrad mit sehr geringfügiger oder überhaupt ohne Zersetzung des organischen dampferzeugenden Fluids betrieben v/erden.and the liquid / vapor interface. Surprisingly this temperature difference is significantly lower than merely due to the increase in Area of the corrugated circumferential wall of the steam generator 4 compared to the area of a corresponding steam generator wall usual flat shape can be expected. Due to this design and the associated consequences, the required high heat flux at the liquid / vapor interface can be maintained and the steam generator with maximum overall engine efficiency with very little or operated at all without decomposition of the organic vapor-generating fluid.

Die erforderliche Zunahme oder die grössere axiale Länge der die Verbrennungswärme weiterleitenden Fläche der Umfangswand des Dampferzeugers ergibt sich, wenn man die Umfangswand 4 so ausbildet, daß in ihrer Umfangslinie eine Anzahl parallel zueinander verlaufender Rillen 20 (Fig. 1) entstehen. Die Wand 4 wird aus beliebigem wärmeleitendem Material, etwa aus Stahl, Kupfer, Aluminium u. dgl., hergestellt und die Zahl der Rillen 20 und ihre Form und Abmessungen werden so gewählt und berechnet, daß eine Gesamtlänge der wärmeleitenden Umfangswandflache in axialer Längsrichtung gegenüber der geraden axialen Länge der Flüssigkeits/Dainpf-Grenzschicht entsteht, die ausreicht, daß der Dampferzeuger bei minimaler Zersetzung des organischen Antriebsfluids mit einem maximalen thermischen Gesamtwirkungsgrad des mit geschlossenem Rankine-Kreis arbeitenden Motors betrieben werden kann.The required increase or greater axial length the area of the circumferential wall of the steam generator that conducts the heat of combustion results from the circumferential wall 4 so that in its circumferential line a number of parallel grooves 20 (Fig. 1) develop. The wall 4 is made of any heat-conducting material, such as steel, copper, aluminum and the like and the number of grooves 20 and their shape and dimensions are selected and calculated so that a total length the heat-conducting peripheral wall surface in the axial Longitudinal direction compared to the straight axial length of the liquid / dampening boundary layer is created, which is sufficient that the steam generator with minimal decomposition of the organic drive fluid with a maximum overall thermal efficiency of the motor operating with a closed Rankine cycle.

Im einzelnen ist festgestellt worden, daß die axiale Gesamtlänge der erfindungsgemässen Wärme in die Flüssigkeit leitenden Umfangswandfläche mindestens anderthalb mal so groß suin sollte wie der gerade AxialaNfitanc! .-.v/i-In particular, it has been found that the total axial length of the heat according to the invention in the liquid conductive peripheral wall surface at least one and a half should be times as big as the AxialaNfitanc! .-. v / i-

- 10 -- 10 -

2 0 y 8 L ! / U 1 2 ti 2 0 y 8 L ! / U 1 2 ti

en-vise 22U566en-vise 22U566

AlAl

sehen den Seiten wänden 2 und 3 des Dampferzeugers im Bereich der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht (d.h. die gerade axiale Länge der Grenzschicht χ in Fig. 1); vorzugsweise und um die besten Ergebnisse zu erzielen, sollte die besagte Länge ungefähr das Drei- bis Fünffache des geraden Axialabstands zwischen den Abschlußwänden 2 und 3 des Dampferzeugers an der Grenzschicht χ oder der Axiallänge dieser Grenzschicht ausmachen. Diese Angaben gelten für "glatte" Innenflächen der Wand H und diese Ergebnisse sind erzielbar neben den weiteren Möglichkeiten, die sich aus der Vergrösserung der Oberflächenrauhigkeit ergeben, d.h. durch den "Siedesteineffekt", der in an sich bekannter Weise durch Sandstrahlen der Innenwandfläche des Dampferzeugers oder durch Aufkleben von Metallpulver oder porösen Stoffen auf die Wand herbeigeführt werden kann.see the side walls 2 and 3 of the steam generator in the Area of the liquid / vapor interface (i.e. the straight axial length of the boundary layer χ in Fig. 1); preferably and for the best results, should said length approximately three to five times the straight axial distance between the end walls 2 and 3 of the steam generator at the boundary layer χ or the axial length of this boundary layer. This information apply to "smooth" inner surfaces of wall H and these Results can be achieved in addition to the other possibilities that result from increasing the surface roughness result, i.e. by the "boiling stone effect", which is produced in a manner known per se by sandblasting the inner wall surface of the steam generator or by gluing metal powder or porous materials to the wall.

Der Flüssigkeitsring in dem Dampferzeuger kann auf die zürn Verdampfen erforderliche Siedetemperatur beispielsweise durch Verbrennung eines geeigneten Brennstoff-Luft-Gemischs in einem feststellenden Verbrennungsraum 21 gebracht werden, der das Gehäuse des rotierenden Dampferzeugers 1 umgibt. Der für die Verbrennung erforderliche Brennstoff wird durch eine Düse 22 in der erforderlichen Menge und unter richtigem Druck in den Verbrennungsraum 21 eingespritzt, und die zum Vermischen mit dem Brennstoff- eriorderliche Luft gelangt durch eine 7eihe i'finunpcn 23 in der Umfangswanc. 2U in den Vor! ι ennuiij t;? a'im. Line Haul.··» 7L· bildei eine I.uftkammer 26, in die Luft durch einen Kanal 27 unter geeigneten Druck- und Volumenbedin},ur.p?n eingeleitet wird, damit eine wirksame Verbrennung de r> Brcnr.: ' of f s r,u« l'rhitzen (V1V Flüssigkei4" in d<-rr J^jmpferzcuf-erfehause auf die erforderliche Temi '· "iii i;r erfolgt. Die < n1 r;1 -.lrerden Verbronnunp.K-gase treten 'lurjh einen ΑΙ.,ςβε]·. tv.;=. \ «;f ins Freie, und ( i)· feststehen]·? Querwand ?9 K'i.t ι,νη'Μ r'n 30, die in die Fi.1-The liquid ring in the steam generator can be brought to the boiling temperature required for evaporation, for example by burning a suitable fuel-air mixture in a fixed combustion chamber 21 which surrounds the housing of the rotating steam generator 1. The required for the combustion of fuel is injected through a nozzle 22 in the required amount and under proper pressure into the combustion chamber 21, and for mixing with the fuel eriorderliche air passes through a 7 eIHE i'finunpcn 23 in the Umfangswanc. 2U in the front! ι ennuiij t ; ? a'im. Line Haul. ·· » 7L · forms an air chamber 26 into which air is introduced through a duct 27 under suitable pressure and volume conditions, so that effective combustion of the > Brcnr .: ' of fsr, u «l'rhitzen (V 1 V liquid 4 " in d <-rr J ^ jmpferzcuf-erfehause to the required temi '· "iii i; r takes place. gases enter 'lurjh a ΑΙ., ςβε] ·. tv.; =. \ « ; f into the open, and (i) · fixed] ·? transverse wall? 9 K'i.t ι, νη'Μ r'n 30 which are shown in Fig. 1-

- 11 -- 11 -

2038*-1/01262038 * -1 / 0126

cR-7158 22 U 56 6CR-7158 22 U 56 6

len 20 der Dampferzeuger-Umfangswand 4 hineinragen, ist zwischen der Brennstoffdüse 22 und dem Abgaskanal 28 angeordnet, um die Zirkulation der Verbrennungsgase zu steuern.len 20 protrude into the steam generator peripheral wall 4 is arranged between the fuel nozzle 22 and the exhaust passage 28 to allow the circulation of the combustion gases steer.

Bei einer ausgeführten Konstruktion besaß ein erfindungsgemäß aufgebauter rotierender Dampferzeuger eine Dampferzeuger-Umfangswand 4 aus Metall von 0,787 mm (0,031") Stärke und enthielt umlaufende Rillen 20. Der Innen- bzwi Aussendurchmesser der Rillenfläche betrug 15,24 cm (6 ") bzw, 17,62 cm (6 15/16 "), und der Abstand einander entsprechender Profilpunkte der Rillen in axialer Richtung betrug 8,51 mm(O,3 35 "), Der äussere bzw, innere Krümmungsradius der Rillenspitzen betrug 0,787 mm (0,031 ") bzw. 1,574 mm (0,062 ") bei einem geraden axialen Abstand von 3,4 cm (1, 34 ") an der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht zwischen den Seitenwänden 2 und 3 des Dampferzeugers.In one construction, a rotating steam generator constructed in accordance with the invention had a circumferential steam generator wall 4 made of metal of 0.787 mm (0.031 ") thickness and contained circumferential grooves 20. The inner or The outer diameter of the groove surface was 15.24 cm (6 ") or 17.62 cm (6 15/16"), and the spacing was more corresponding Profile points of the grooves in the axial direction was 8.51 mm (0.335 "), the outer and inner radius of curvature the groove tips were 0.787 mm (0.031 ") and 1.574 mm (0.062") with a straight axial spacing of 3.4 cm (1.34 ") at the liquid / vapor interface between sidewalls 2 and 3 of the steam generator.

Bei dem angegebenen Dampferzeuger besitzt die Umfangswand 4 mit den Rillen 20 in axialer Dampferzeugerrichtung eine Gesamtlänge der Oberfläche der Umfangswand 4, die 3,16 mal so groß ist wie der gerade axiale Abstand zwischen den Seitenwänden des Dampferzeugers,In the specified steam generator, the circumferential wall 4 has the grooves 20 in the axial steam generator direction Total length of the surface of the peripheral wall 4, which is 3.16 times the straight axial distance between the side walls of the steam generator,

Im Betrieb besitzt der beschriebene rotierende Dampferzeuger einen sehr niedrigen Wärmefluß an der Umfangswand 4 und entwickelt sehr viel kleinere Temperaturunterschiede zwischen der Viand 4 und der Flüssigkeits/Pampf-Grenzschicht bei hohem Siedewärmefluß an dieser Grenzschicht, verglichen τ. it ninein gleichartigen rotierenden Dampferzeuger mit ebener oder axial-ebener Umfangswandoberflache. Wird beispielsweise el , Qk-Bi(ti:iifluormethyl)benzylalkoho] für den Betrieb des Dampferzeugers bei 4 500 Upm und einemIn operation, the rotating steam generator described has a very low heat flux at the peripheral wall 4 and develops much smaller temperature differences between the viand 4 and the liquid / steam boundary layer with a high boiling heat flux at this boundary layer, compared to τ. it ninein rotating steam generator of the same type with a flat or axially flat peripheral wall surface. If, for example, el, Qk- Bi ( ti: i ifluoromethyl) benzyl alcohol] for the operation of the steam generator at 4,500 rpm and a

2
Dampferzeugerdruck von 3,87 kg/cm abs. (55 psia) verwem."-!
2
Steam generator pressure of 3.87 kg / cm abs. (55 psia) spoiled. "-!

- 12 -- 12 -

2 0 9841/01262 0 9841/0126

und so beheizt, daß an der Dampferzeugerwand 4 ein Wärmefluß von 12 820 cal/Std. cm2 (47 200 Btu/hr ft2) entsteht, so herrscht zwischen der Wand 4 und der Flussigkeits-/Dampf-Grenzschicht ein Temperaturunterschied von 32,2°C (58°F). Ein gleichartiger Dampferzeuger mit flacher Umfangswand und dem gleichen geraden Axialabstand zwischen den Seitenwänden des Dampferzeugers würde 1/3,16 der Dampferzeugerfläche haben und daher einen Wärmefluß von 40 cal/Std.cm2 (149 000 Btu/hr ft2) erfordern, um dem Fluid die gleiche Wärmemenge zuführen zu können.and heated so that a heat flow of 12 820 cal / hour on the steam generator wall 4. cm 2 (47 200 Btu / hr ft 2 ) is formed, there is a temperature difference of 32.2 ° C (58 ° F) between the wall 4 and the liquid / vapor boundary layer. A similar steam generator with a flat peripheral wall and the same straight axial distance between the side walls of the steam generator would be 1/3.16 of the steam generator area and therefore require a heat flow of 40 cal / hr cm 2 (149,000 Btu / hr ft 2 ) to achieve the Fluid to be able to supply the same amount of heat.

Vergleichsweise betrug in einem gleichartigen Dampferzeuger mit flacher Umfangswand, unter den gleichen Bedingungen, aber mit einem Wärmefluß von 40 400 cal/Std.cm (149 000In comparison, in a similar steam generator with a flat peripheral wall, under the same conditions, but with a heat flow of 40,400 cal / hr cm (149,000

Btu/hr ft ) an der Dampferzeugerwand arbeitend, der Temperaturunterschied zwischen der Umfangswand und der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht 46,1°C (83°F). Wenn dagegen derselbe Dampferzeuger mit flacher Umfangswand schwächer beheizt wurde, so ,daß sich an der Umfangswand des Dampferzeugers nur ein Wärmefluß von 12 820 cal/Std.cm2 (47 200 . -Btu / hr ft) working on the boiler wall, the temperature difference between the peripheral wall and the liquid / vapor interface is 46.1 ° C (83 ° F). If, on the other hand, the same steam generator with a flat circumferential wall was heated less, so that only a heat flow of 12 820 cal / hour cm 2 (47 200.-

Btu/hr ft ) ergab, so entstand immer noch ein Temperaturunterschied von 41,7°C (75°F) zwischen der Umfangswand und der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht.Btu / hr ft), there was still a temperature difference of 41.7 ° C (75 ° F) between the peripheral wall and the liquid / vapor interface.

In der nachstehenden Tabelle I werden die Resultate-wiedergegeben, die sich aus den obenbeschriebenen und aus weiteren Versuchen mit strukturierten Dampferzeugerwänden im Vergleich zu Dampferzeugern mit flacher Umfangswand ergeben haben:In the following table I the results are given, which result from the above-described and from further experiments with structured steam generator walls in Compared to steam generators with a flat peripheral wall:

Tabelle ITable I.

- 13 2 0 9 8 4 1/0126- 13 2 0 9 8 4 1/0126

Tabelle I
Der Dampferzeuger wurde mit 4500 Upm betrieben.
Table I.
The steam generator was operated at 4500 rpm.

Dampferzeuger Bauweise der WandSteam generator wall construction

Dampferzeuger-Druck psia (kg/cm2 abs.) WärmeflußSteam generator pressure psia (kg / cm 2 abs.) Heat flow

Btu/Std. fir (cal/Std.cm ) Mittlerer Gleiche Länge ausgeführte Temperaturflache Wand Dampferzeuger- Unterschied Btu / hour fir (cal / hour cm) Mean Same length Executed temperature surface wall steam generator difference

wand 0F (0C)wall 0 F ( 0 C)

Dampferzeugerflüssifckeit: cL,d—Bi(trifluormethvl)benzvlalkoholSteam generator liquid: cL, d — Bi (trifluoromethyl) benzyl alcohol

H in ooH in oo

NJ O CD CONJ O CD CO

Wand m«Rillen flache Wand flache WandWall with grooves flat wall flat wall

55 (3,87) 55 (3,87)55 (3.87) 55 (3.87)

55 (3,87)55 (3.87)

Dampferzeugerflüssigkeit: Benzol Wand m.Rillen 14,7 (1,03)Steam generator fluid: benzene Wall with grooves 14.7 (1.03)

flache Wand flache Viand Wand m. Rillen flache Wand flache Wandflat wall flat viand wall with grooves flat wall flat wall

14,7 (1,03) 14,7 (1,03) 14,7 (1,03) 14,7 (1,03) 14,7 (1,03) 149,000 (40,400)14.7 (1.03) 14.7 (1.03) 14.7 (1.03) 14.7 (1.03) 14.7 (1.03) 149.000 (40,400)

149,000 (40,400)149,000 (40,400)

47,200 (12,820)47,200 (12,820)

368,000 (-9 9,200)368,000 (-9 9,200)

368,000 (99,200368,000 (99,200

116,500 (31,600)116,500 (31,600)

272,000 (73,750)272,000 (73,750)

272,000 (73,750)272,000 (73,750)

86,100 (23,340)86,100 (23,340)

47,200 (12,820)47,200 (12,820)

149,000 (40,400)149,000 (40,400)

47,200 (12,820)47,200 (12,820)

116,500 (31,600)116,500 (31,600)

358,000 (99,200358,000 (99,200

116,500. (31,600)116,500. (31,600)

86,000 (23,340)86,000 (23,340)

272,000 (73,750)272,000 (73,750)

8 6,100 (23,340)8 6,100 (23,340)

58 (32,2)58 (32.2)

83 (46,1)83 (46.1)

7 5 (41,7)7 5 (41.7)

66 ,(36,7)66, (36.7)

111 (61,7)111 (61.7)

80 (44,4)80 (44.4)

66 (36,7)66 (36.7)

100 (55,6)100 (55.6)

77 (42,8)77 (42.8)

CR-7158CR-7158

Die unerwarteten Vorteile, die durch die erfindungsgemässe Ausbildung des Dampferzeugers erreicht wurden, scheinen von einer neuartigen Scrubber-Wirkung zwischen den Partikeln der Dampferzeugerflüssigkeit und den in der Umfangswand verlaufenden Ringflächen herzurühren, die durch die Rillen in der Umfangswand U des Dampferzeugers gebildet sind. Wie in den Fig. 4 und 5 schematisch dargestellt, bewegen sich die Partikel der Dampferzeügerflüssigkeit innerhalb des rotierenden Dampferzeugers auf Bahnkurven, die sowohl radiale wie tangentiale Abschnitte enthalten, mit unterschiedlichen Beschleunigungen und Geschwindigkeiten, wie es in den Fig. U und 5 durch die Pfeile angedeutet ist«The unexpected advantages brought about by the inventive Training of the steam generator achieved seem to be of a novel scrubber effect between the particles of the steam generator liquid and the in the circumferential wall extending annular surfaces, which are formed by the grooves in the circumferential wall U of the steam generator. As in FIGS. 4 and 5 schematically shown, the particles of the steam generating liquid are moving within the rotating steam generator on trajectories that contain both radial and tangential sections, with different accelerations and speeds, as shown in FIGS. U and 5 by the arrows is indicated "

Beispielsweise ist anzunehmen, daß ein Flüssigkeitsteilchen, das sich von der Umfangswand U aus einwärts in Richtung auf die Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht bewegt, beschleunigt wird und in Richtung der Dampferzeugerdrehung mit einer Geschwindigkeit läuft, die grosser ist als die des Dampferzeugers (Pfeil A in Fig« 5), während ein Flüssigkeitsteilchen, das sich von der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht weg in Richtung auf die Umfangswand t bevegt, Von der grösseren Geschwindigkeit der Flüssigkeit an der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht praktisch auf die Geschwindigkeit der Umfangswand an deren äuseerem Radius verlangsamt wird (Pfeil B in Fig. 5).For example, it is assumed that a liquid particle extending from the peripheral wall U inwardly into Moves towards the liquid / vapor interface, is accelerated and in the direction of the steam generator rotation runs at a speed that is greater than that of the steam generator (arrow A in Fig. 5), while a liquid particle, that differs from the liquid / vapor interface moved away towards the peripheral wall t, from the greater velocity of the liquid at the liquid / vapor interface practically on the Speed of the peripheral wall at its outer radius is slowed down (arrow B in Fig. 5).

Infolge dieser einwärts und auswärts führenden Umlaufbewegung der Flüssigkeitsteilchen mit den zugehörigen Änderungen der Bahngeschwindigkeit durch Beschleunigungen und Verlangsamungen in dem Flüssigkeitskörper des Dampferzeugers,' scheinen die einzelnen Flüssigkeits-teilchen in einem*"mit..hoher Drehzahl umlaufen «"·<·: i> Dampferzeuger eine Anzahl Umläufe- innerhalb des umlauji'-nden Flüssigkeits-As a result of this inward and outward orbital movement of the liquid particles with the associated changes the path speed due to accelerations and decelerations in the liquid body of the steam generator, ' the individual liquid particles seem to rotate in a * "at high speed« "· <·: i> Steam generator a number of circulations - within the umlauji'-nden liquid -

-lh - ' ^ .'■■'■.. -lh - '^.' ■■ '■ ..

CR-7158 00 1 CR - 7158 00 1

, 2 21, 2 21

/b/ b

körpers ausführen, ehe sie an der Flüssigkeits-/Dampf-Grenzschicht ankommen und bei dem gewünschten Dampferzeuger- (Dampf-) druck verdampft werden. Unter diesen Umständen werden die Flüssigkeitsteilchen eine Zeitlang in Scrubber-Wechselwirkung mit der Innenseite der Umfangswand 4 gehalten, wobei maximale Wärmeübertragung von der Wand 4 auf die Dampferzeugerflüssigkeit stattfindet.before they reach the liquid / vapor interface arrive and be vaporized at the desired steam generator (steam) pressure. Under these circumstances the liquid particles become in scrubber interaction with the inside of the peripheral wall for a period of time 4 held, with maximum heat transfer from the wall 4 to the steam generator liquid.

Weitere Vorteile ergeben sich im Rahmen der Erfindung aus der verringerten Stärke der mit Rillen versehenen Dampferzeugerwand. Eingerichtet für die gleiche Beanspruchung, ist die mit Rillen ausgestattete Dampferzeugerwand viel dünner als die flache Wand des Dampferzeugers von gleicher Axialerstreckung, der an der Flussigkeits/Dampf-Grenzschicht den gleichen Wärmefluß hervorruft. Die dünnere Metallwand des geriffelten Dampferzeugers erfordert beim Betrieb mit einem Bruchteil des bei einem Dampferzeuger mit flacher Wand an der Umfangswand auftretenden Wärmeflusses einen erheblich kleineren Temperaturgradienten in der Metallwand, um den erforderlichen Wärmestrom durch die Wand zu leiten. Der Unterschied des Temperaturgradienten zwischen einer geriffelten und einer flachen Wand in einem Dampferzeuger ist dann noch grosser, wenn der Dampferzeuger mit flacher Wand Vorsprünge an der Aussenseite der Wand aufweist, um den Wärmeübergang von den Verbrennungsgasen her zu erhöhen. Die Herabsetzung des Temperaturgradienten bei der Dampferzeugerwand bei einem Dampferzeuger mit geriffelter Wand setzt die mitt- ' lere Wandtemperatur herab und gestattet dadurch die Verwendung billigerer Legierungen. Das bedeutet, daß die normalerweise bei in einem geschlossenen Rankine-Kreis arbeitenden Dampferzeugern erforderlichen kostspieligen Legierungen nicht verwendet zu werden brauchen. Ausserdem erhöht die niedrigere Temperatur der Aussenseite derFurther advantages result in the context of the invention from the reduced thickness of the grooved Steam generator wall. The steam generator wall equipped with grooves is set up for the same load much thinner than the flat wall of the steam generator of the same axial extent that at the liquid / steam boundary layer causes the same heat flow. The thinner metal wall of the fluted steam generator requires when operating with a fraction of that occurring in a steam generator with a flat wall on the peripheral wall Heat flow a considerably smaller temperature gradient in the metal wall in order to achieve the required heat flow to guide through the wall. The difference in temperature gradient between a fluted and a flat one Wall in a steam generator is even larger if the steam generator has flat wall projections on the Has outside of the wall in order to increase the heat transfer from the combustion gases. The degradation of the temperature gradient at the steam generator wall in a steam generator with a corrugated wall sets the middle ' ler wall temperature and thereby allows the use of cheaper alloys. That means that the normally required expensive steam generators operating in a closed Rankine cycle Alloys do not need to be used. In addition, the lower temperature increases the outside of the

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geriffelten Dampferzeugerwand den Wärmeübergang von den heissen Verbrennungsgasen erheblich wegen der grösseren Temperaturdifferenz zwischen den heissen Gasen Und der Dampferzeugerwand; .der Brennerwirkungsgrad wird dadurch verbessert. Ein weiterer Vorteil der dünneren Metallwand des angegebenen Dampferzeugers ist das schnellere Ansprechen auf erhöhte Wärmezufuhr.corrugated steam generator wall significantly because of the larger heat transfer from the hot combustion gases Temperature difference between the hot gases and the steam generator wall; .the burner efficiency is thereby improved. Another benefit of the specified steam generator's thinner metal wall is that it is faster Response to increased heat input.

Die Fig. 6 und 7 geben eine abgeänderte Konstruktion eines erfindungsgemässen rotierenden Dampferzeugers wieder. Der rotierende Dampferzeuger stellt danach ein radähnliches Gebilde dar, bestehend aus. einem Ringgehäuse la mit in gegenseitigem Axialabstand befindlichen Seitenwänden 2a und 3a und einer zusammenhängenden herumgeführten äusseren Umfangswand Ha mit ebenfalls herumgeführten zusammenhängenden und zueinander parallel verlaufenden Rillen 20a der oben beschriebenen Bauweise und Anordnung. Das Ringgehäuse la wird konzentrisch von einer Welle 5a und einer Anzahl Dampfröhren 10a getragen. Die Welle 5a ist in Lagerungen 6a und 7a drehbar gelagert und der Dampferzeuger kann durch einen Elektromotor M', der ein Zahnrad 8a antreibt, das mit einem auf der Welle 5a befestigten Zahnrad 9a kämmt, mit der erforderlichen Drehzahl in Drehung versetzt werden.Figures 6 and 7 show a modified construction a rotating steam generator according to the invention again. The rotating steam generator then represents a wheel-like structure, consisting of. a ring housing la with side walls that are axially spaced from one another 2a and 3a and a contiguous outer circumferential wall Ha led around with also led around coherent and mutually parallel grooves 20a of the construction and arrangement described above. The ring housing la is carried concentrically by a shaft 5a and a number of steam tubes 10a. The wave 5a is rotatably mounted in bearings 6a and 7a and the steam generator can be powered by an electric motor M ', which is a Driving gear 8a, which meshes with a gear 9a mounted on the shaft 5a, at the required speed be set in rotation.

Der von der umfangswand la und den Seitenwänden 2a und 3a des Gehäuses la begrenzte Raum stellt einen Dampfraum V1 dar, der über die Dampfröhren 10a mit einem Axialdurchlaß lla in der Welle 5a verbunden ist, so daß der in dem Dampferzeuger gebildete Dampf, der sich in dem Raum V sammelt, nach innen durch die Dampfröhren 10a und den Axialdurchlaß lla in einen schon oben erwähnten Entspannungsraum geleitet wird.The space delimited by the circumferential wall la and the side walls 2a and 3a of the housing la represents a steam chamber V 1 which is connected via the steam tubes 10a to an axial passage lla in the shaft 5a, so that the steam formed in the steam generator is collects in the space V, is passed inward through the steam tubes 10a and the axial passage lla into an expansion space already mentioned above.

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Dem Dampferzeuger wird die Flüssigkeit beispielsweise als flüssiges Kondensat durch einen Axialdurchlaß IUa in der Welle 5a mit einer Anzahl Zuleitungsrohre 15a zugeführt, die innerhalb der Dampfrohre 10a radial nach aussen bis zu einem Punkt unterhalb des Spiegels der Dampferzeugerflüssigkeit geführt sind. Die Dampfrohre 10a und die Zuleitungsrohre 15a haben bezüglich der Welle 5a und des Dampferzeugergehäuses la gleichen Bogenabstand, damit an dem Dampferzeuger keine Unwuchterscheinungen auftreten.The liquid is supplied to the steam generator, for example as a liquid condensate, through an axial passage IUa in the shaft 5a is supplied with a number of supply pipes 15a which radially outward within the steam pipes 10a to a point below the level of the steam generator liquid are led. The steam pipes 10a and the supply pipes 15a have with respect to the shaft 5a and of the steam generator housing la the same arc spacing so that no unbalance phenomena occur on the steam generator.

Der rotierende Dampferzeuger wird von dem Motor M1 mit einer vorbestimmten Drehzahl so in Drehung versetzt, daß die ausgewählte Dampferzeugerflüssigkeit gleichmässig über den Umfang der Innenseite der Umfangswand 4a des Dampferzeugers verteilt ist und eine in Fig. 6 mit x1 bezeichnete zylindrische Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht auftritt. Wird der Dampferzeuger in der im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 5 erläuterten Weise betrieben, so liefern die Rillen 20a in der Umfangswand 4a des Dampferzeugers einen verhältnismässig niedrigen Wärmefluß an der Umfangswand 4a und führen zu einem sehr viel niedrigeren Temperaturunterschied zwischen der Wand 4a und der Flüssigkeit s/Dampf -Grenzschicht x1 als es der Fall ist bei einem entsprechenden rotierenden Dampferzeuger mit flacher Umf angswand.The rotating steam generator is set in rotation by the motor M 1 at a predetermined speed in such a way that the selected steam generator liquid is evenly distributed over the circumference of the inner side of the circumferential wall 4a of the steam generator and a cylindrical liquid / steam, denoted by x 1 in FIG. Boundary layer occurs. If the steam generator is operated in the manner explained in connection with FIGS the liquid / vapor boundary layer x 1 than is the case with a corresponding rotating steam generator with a flat peripheral wall.

Ausführung und Aufbau der Umfangswand des Dampferzeugers sind nicht auf die speziellen Ausführungen mit Rillen20 und 20a in den Wänden 4 und 4a nach den Fig. 1 und 6 beschränkt. Man kann verschiedene andere Bauarten wählen, wie sie beispielsweise in den Fig. 8, 9, 10 und 11 dargestellt sind, wobei den Ausführungen nach den Fig. 8 und 10 so lange der Vorzug gegenüber den Ausbildungen nach den Fig. 9 und 11 zu geben ist, wie die Ausbildung derThe design and structure of the circumferential wall of the steam generator are not based on the special designs with grooves20 and 20a in the walls 4 and 4a according to FIGS. 1 and 6 limited. Various other designs can be selected, as shown for example in FIGS. 8, 9, 10 and 11, the embodiments according to FIGS. 8 and 10 as long as preference over the configurations according to FIGS. 9 and 11 is to be given, as the training of the

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verwendeten Umfangswand die erhöhte axiale Gesamtlänge der die Wärme an die Flüssigkeit abgebenden Fläche der Wand Ha gewährleistet, um den geforderten niedrigen Wärmefluß an der Umfangswand und die niedrige Temperaturdifferenz zwischen der Wand und der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht zu liefern, die für den Betrieb des Dampferzeugers bei dem erwünschten hohen Wärmefluß an der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht bei geringstmöglicher Zersetzung des Dampferzeugerf luids erforderlich sind.circumferential wall used the increased overall axial length the surface of the wall Ha that emits the heat to the liquid ensures the required low Heat flow on the peripheral wall and the low temperature difference between the wall and the liquid / vapor interface to deliver the necessary for the operation of the steam generator at the desired high heat flow to the Liquid / vapor boundary layer with the lowest possible Decomposition of the steam generator fluid are required.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Erfindung einen rotierenden Dampferzeuger angibt, der infolge gedrängter Bauweise verhältnismässig klein ist und hohe Festigkeit besitzt. Ein derartiger Dampferzeuger eignet sich vor allem für die Verwendung organischer Antriebsfluide mit hohem Molekulargewicht und liefert einen hohen Wärmefluß an der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht bei minimaler Zersetzung des Antriebsfluids und wesentlich niedrigerem Wärmefluß an der Umfangswand des Dampferzeugers. Der sich ergebende Temperaturunterschied zwischen der Umfangswand des Dampferzeugers und der Flüssigkeits/ Dampf-Grenzschicht ist ausreichend niedrig, um den rotierenden Dampferzeuger in einem Motor mit geschlossenem Rankine-Kreis mitAiaximalem thermischem Gesamtwirkungsgrad des Motors bei schnellem Ansprechen auf erhöhte Wärmezufuhr arbeiten zu lassen.From the above description it can be seen that the invention provides a rotating steam generator which is relatively small due to the compact design and has high strength. Such a steam generator is particularly suitable for the use of high molecular weight organic drive fluids and provides one high heat flux at the liquid / vapor interface with minimal degradation of the drive fluid and significantly lower heat flow on the circumferential wall of the steam generator. The resulting temperature difference between the circumferential wall of the steam generator and the liquid / Steam boundary layer is sufficiently low to be rotating Steam generator in a closed Rankine cycle engine with aiaximal overall thermal efficiency to let the engine work with rapid response to increased heat input.

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Claims (2)

cR-7158 g 2 21 A 5 6 6cR-7158 g 2 21 A 5 6 6 2 k. MRZ. 19722 k. MAR. 1972 P atentan spruch : Patent claim: Rotierender Dampferzeuger, gekennzeichnet durch einen insgesamt zylindrischen Aufbau mit in gegenseitigem Abstand angebrachten Seitenwänden (2, 3), die durch ane zusammenhängende Umfangswand (4) verbunden sind, so daß ein Dampferzeugerraum (V) entsteht, eine Flüssigkeitszuleitung (15) für den Dampferzeugerraum (V),Rotating steam generator, characterized by a generally cylindrical structure with mutually spaced side walls (2, 3), which through ane contiguous peripheral wall (4) are connected, so that a steam generator space (V) is created, a liquid feed line (15) for the steam generator space (V), einen Drehantrieb (M, 8, 9), der den Dampferzeuger mit einer vorgegebenen Drehzahl in Drehung versetzt, um einen zusammenhängenden Flüssigkeitskörper aus dieser Flüssigkeit an der Innenseite der Umfangswand (4) mit einer zylindrischen Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht (x) in vorgegebenem radialem Abstand von der Drehachse zu errichten, so daß sich hohe Siedewärmeströme ergeben, die die im allgemeinen Schwerefeld erreichbaren übersteigen, eine Verbrennungsanordnung an der Umfangswand (4) des Dampferzeugers zum Erhitzen und Verdampfen der in dem Dampferzeuger befindlichen Flüssigkeit, und durch eine Einrichtung zum Abziehen des Dampfes aus dem Dampferzeuger, wobei die geraden Axialabstände der Seitenwände (2, 3) des Dampferzeugers an der Flüssigkeits/ Dampf-Grenzschicht (x) und an der Umfangswand (U) ungefähr gleich sind und die Umfangswand in Quer- und in Umfangsrichtung des Dampferzeugers so geformt ist, daß eine die Verbrennungswärme weiterleitende Umfangswand mit Innen- bzw. Auseenseite entsteht, die gegen die Flüssigkeit bzw. die Ver-a rotary drive (M, 8, 9) that connects the steam generator set in rotation at a predetermined speed to form a coherent body of liquid from this liquid on the inside of the peripheral wall (4) with a cylindrical liquid / vapor boundary layer (x) in a predetermined to erect radial distance from the axis of rotation, so that high boiling heat flows result, which in the exceed the general gravity field achievable, a combustion arrangement on the peripheral wall (4) of the Steam generator for heating and vaporizing the liquid in the steam generator, and by means for drawing off the steam from the steam generator, the straight axial distances of the Side walls (2, 3) of the steam generator at the liquid / vapor boundary layer (x) and on the peripheral wall (U) approximately are the same and the peripheral wall in the transverse and circumferential directions of the steam generator is shaped so that one the The circumferential wall that conducts combustion heat is created with an inner or outer side that acts against the liquid or the - 20 209841/0126 - 20 209841/0126 CR-7158 j.CR-7158 j. brennungsanordnung gerichtet ist, wobei ferner diese Flächen eine Gesamtlänge in axialer Richtung aufweisen, die wesentlich grosser als der gerade Axialabstand der Seitenwände (2, 3) des Dampferzeugers ist, wodurch an der Umfangswand (4) ein Wärmestrom entsteht, der wesentlich kleiner ist als der Wärmestrom an der Flüssigkeits-Dampf schicht (x) und eine wesentlich geringere Temperaturdifferenz zwischen der Wand (4) und der Flüssigkeits/ Dampf-Grenzschicht (x) zur Folge hat, während der hohe Siedewärmestrom an der Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht (x) trotzdem aufrechterhalten wird.combustion arrangement is directed, furthermore this Areas have a total length in the axial direction that is significantly greater than the straight axial distance of the Side walls (2, 3) of the steam generator, whereby a heat flow is created on the peripheral wall (4), which is essential is smaller than the heat flow at the liquid-vapor layer (x) and a much smaller temperature difference between the wall (4) and the liquid / vapor boundary layer (x), while the high Boiling heat flow at the liquid / vapor interface (x) is maintained anyway. - 21 -- 21 - 209841 /0126209841/0126 LeerseiteBlank page
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