DE2400588A1 - Dampfgenerator - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Dampfgeneratoren.

Dampfgeneratoren befinden sich seit vielen Jahren in Gebrauch, und bei ihnen werden in erster Linie verbrennbare Stoffe verwendet, um die Temperatur von Wasser zu erhöhen, bis das Wasser verdampft. Pur Dampfgeneratoren gibt es zahlreiche Verwendungsmöglichkeiten. Bei vielen Zentralheizungsanlagen für G-ebäude wird Dampf als Wärmeübertragungsmedium verwendet. Ferner benötigt man bei vielen chemischen Prozessen Dampf zum Herbeiführen bestimmter chemischer !Reaktionen. In manchen Fällen dient der Dampf hierbei als Wärmequelle, oder er fördert die Reaktion, während der Dampf in anderen Fällen als Katalysator wirkt, um die gewünschten Reaktionen anzuregen. Auch bei vielen physikalischen Aufgaben läßt sich frisch erzeugter Dampf als Hilfsmittel verwenden. Beispielsweise wird bei bestimmten Arten von bergmännischen Abbauarbeiten Dampf verwendet, um das Entfernen mineralischer Stoffe aus dem Boden zu beschleunigen. Weiterhin ist es bei Schürfbohrungen nach Erdöl oder Erdgas häufig -zweckmäßig, Frischdampf zu verwenden, um das Aufwärtsströmen des betreffenden Produktes einzuleiten, sobald ein Bohrloch eine Lagerstätte erreicht hat.

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Hieraus ist zu schließen, daß sich solche Dampfgeneratoren in der Vergangenheit bewährt haben und sich auch in Zukunft insbesondere dann weiter bewähren werden, wenn Dampfgeneratoren zur Verfügung stehen, die im Vergleich zu den bis jetzt bekannten wirtschaftlicher arbeiten.

Soweit bekannt, ist bis jetzt von Tifasserschlagen oder Druckstößen zum Erzeugen von Dampf kein Gebrauch gemacht worden, doch ist die als Wasserschlag bezeichnete Erscheinung den meisten Physikern und Ingenieuren seit langem bekannt. Der Wasserschlag und seine Begleiterscheinungen sind in verschiedenen Büchern und anderen Veröffentlichungen beschrieben worden, z.B. in

BoSo Massey: "Mechanics of Fluids", Van ITos Rinhold, 1971, S. 412 bis 427,

John F. Bradley: "Shock waves in Chemistry and Physics", London: Metchuen, ETew York: Wiley, American Press 1962, S. 172 bis 175, sowie

Horace Williams King: "Handbook of Hydraulics, for the Solution of Hydraulic Problems", 4. Auflage, revidiert von irnest F. Brater, New York, McGraw-Hill, 1954, 3. 6-21 bis 6-27.

Aus der TJ.S.A.-Patentschrift 3 141 296 ist die Ausnutzung von Stoßwellen, die in einer Flüssigkeit mittels elektrischer Entladungen erzeugt werden, zur Leistung von nutzbarer Arbeit bekannt. Hierbei werden die Stoßwellen dadurch erzeugt, da3 elektrische Entladungen in einer mit Flüssigkeit gefüllten Kammer hervorgerufen werden, und die nutzbare Arbeit der Vorrichtung besteht darin, daß sie als Pumpe für die Flüssigkeit wirkt.

In der U.S.A.-Patentsehrift 3 398 686 ist ein Motor beschrieben, bei dem die Energie von Stoßwellen ausgenutzt wird, die in einer Flüssigkeit durch elektrische Entladungen an einer Funkenstrecke erzeugt werden. Somit beschreiben die beiden vorstehend genannten U.S.A.-Patentschriften sehr ähnliche Anordnungen, und offensichtlich werden bei keiner dieser Anordnungen in einer Flüssigkeit Stoßwellen zu dem Zweck

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erzeugt, die Temperatur der Flüssigkeit zu erhöhen. Ferner werden in keinem der beiden Fälle in einer Flüssigkeit Stoßwellen auf mechanischem Wege entsprechend der Ausnutzung von Wasserschlägen zu dem Zweck erzeugt, die Temperatur von Wasser so weit zu erhöhen, daß das Wasser verdampft.

Weitere Dampfgeneratoren, bei denen Wasserkammern ähnlich den weiter unten beschriebenen vorhanden sind, sind in den U.S.A.-Patentschriften 2 316 522, 3 508 402 und 3 690 beschrieben, doch werden bei keiner der betreffenden Vorrichtungen Stoßwellen zum Erhitzen des Wassers erzeugt, sondern in jedem Fall wird ein brennbares Gas verwendet, um das Wasser zu verdampfen, nachdem es erhitzt worden ist. Bei genauerer Betrachtung zeigt es sich, daß sich jede dieser bekannten Kammern völlig von der noch zu beschreibenden Kammer nach der Erfindung unterscheidet, und daß nicht in der erfindungsgemäßen Weise von Stoßwellen Gebrauch gemacht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampfgenerator zu schaffen, bei dem ein sich erweiternder Raum mit Wasser gefüllt ist, das der Wirkung von Stoßwellen ausgesetzt wird, bei der jeweils eine Anzahl von Wasserschlägen verstärkt wird, um hierdurch die Temperatur und den Druck des Wassers erheblich zu steigern, sowie eine Einrichtung zum Erzeugen von Wasserschlägen in einer bestimmten Wassermenge.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung ein Dampfgenerator mit den aus Anspruch 1 ersichtlichen Merkmalen geschaffen worden. Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Figurenbeschreibung.

Die Wasserschlagwirkung wird durch miteinander abwechselnde Kieäfie hervorgerufen, und zwar erstens durch eine Schleuderwirkung und zweitens durch eine Saugwirkung, wobei das Wasser zuerst einer Zugkraft in einer bestimmten Richtung ausgesetzt wird, woraufhin es eine Rückschnellbewegung in der entgegengesetzten Richtung ausführt.

Das in einem sich erweiternden Raum befindliche Wasser

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füllt auch mindestens einen mit einem geschlossenen unteren Ende versehenen Kanal aus, in dem die Bewegung des Wassers plötzlich zum Aufhören gebracht wird, und in dem sich eine Wassersäule stoßartig hin- und herbewegt, um auf das Wasser eine Wasserschlagwirkung auszuüben und die Temperatur des Wassers erheblich zu steigern, so da3 ständig ein Teil des V/assers in Frischdampf verwandelt wird.

Die Erfindung wird im folgenden mit weiteren Einzelheiten anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine teilweise als Längsschnitt gezeichnete Seitenansicht einer Ausführungsform eines Dampfgenerators;

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 1; Fig. 4 eijien Schnitt längs der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 5 eine teilweise als Längsschnitt gezeichnete Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform eines Dampfgenerators ;

Fig. 6 einen Teilschnitt längs der Linie 6-6 in Fig.5;

Fig. 7 einen Teilschnitt längs der Linie 7-7 in Fig.5; und

Fig. 8 einen Teilschnitt längs der Linie 8-8 in Fig.5.

Der in Fig. 1 dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete Dampfgenerator ist in ein ortsfestes Gehäuse 11 eingeschlossen. Zu diesem Gehäuse gehören ein Hauptkörper 11a, eine obere Abdeckung 11b, die mit dem Hauptkörper durch einen Kranz von Kopfschrauben 11c verbunden ist, sowie eine untere Abdeckung 11d, die mittels eines Kranzes von Kopfschrauben 11e mit dem Hauptkörper verbunden ist und einen nach-unten ragenden, zentral angeordneten, rohrförmigen Ansatz 11f aufweist, mit dessen unterem Ende ein Deckel 11g durch einen

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Kranz von Kopfschrauben 11h verbunden ist.

In dem zentralen rohrfürmigen Ansatz 11f der unteren Abdeckung 11d ist mittels einer Rollenlageranordnung 14 eine stehend angeordnete, durch einen Motor antreibbare Welle 12 mit einer Ringschulter 13 gelagert. Die inneren Laufringe der Rollenlager sind zwischen der Ringschulter 13 der Welle 12 und dem ortsfesten Deckel 11g angeordnet. In die untefe Abdeckung 11d ist eine ringförmige Dichtung 15 eingebaut, die in Reibungsberührung mit der Welle 12 steht, um eine über der Dichtung liegende Kammer gegenüber den unter der Dichtung liegenden Teilen abzudichten.

An das obere^ Ende der durch einen Motor antreibbaren Welle 12 schließt-sich ein Läufer 16 an, der eine konische äußere Umfangsflache hat und in dem Gehäuseteil 11a drehbar ist. Das Gehäuse 11 und der Läufer 16 begrenzen eine konisch divergierende Kammer zum Aufnehmen von Wasser, das der Wirkung von Stoßwellen ausgesetzt werden soll, um die !Temperatur und den Druck des Assers erheblich zu steigern. Die untere Gehäuseabdeckung 11d ist mit einem Einlaß 17 zum Zuführen von Wasser zu der divergierenden Kammer zwischen dem Gehäuseteil 11a und dem Läufer 16 versehen. Diese Kammer wird als sich erweiternd bzw. als divergierend bezeichnet, da es sich nicht lediglich um eine offene einteilige Kammer handelt, sondern da sie sich in zahlreiche kleine Kanäle zerlegen läßt, die sich in vielen verschiedenen Richtungen erstrecken. Zu der Wasserkammer gehört ferner ein in einer waagerechten Ebene liegender ringförmiger Kanal 18 zwischen der unteren Gehäuseabdeckung 11d und dem Läufer 16, welch letzterer mit seiner Unterseite in einem Abstand über der Oberseite der unteren Abdeckung 11d angeordnet ist, um den Kanal 18 abzugrenzen.. Gemäß Pig. 1 steht der Wassereinlaß 17 in direkter Verbindung mit dem Ringkanal 18. Zwischen dem Gehäuseteil 11a und dem Läufer 16 erstreckt sich ein nach oben divergierender konischer Kanal 19» der durch diese entsprechend bemessenen Bauteile abgegrenzt ist. Der Läufer 16 weist mehrere radial nach innen verlaufende, in Umfangsabständen verteilte Kanäle 20 auf, die sich durch den oberen Teil des Läufers erstrecken.

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An ihren äußeren Enden stehen die radialen Kanäle 20 in Verbindung mit dem konischen Kanal 19· ferner ist gemäß Fig. 1 ein von oben nach unten konvergierender Kanal 21 vorhanden, der konzentrisch mit dem konischen Kanal 19 angeordnet und ihm gegenüber radial nach innen versetzt ist. Die inneren Enden aller radialen Kanäle 20 münden unmittelbar in dem konischen Kanal 21, wie es aus I¹Ig. 1 und insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist. Nahe dem unteren Ende des Läufers ist ein radial nach innen verlaufender Ringkanal 22 vorhanden, der sich an das untere Ende des konischen inneren Kanals 21 anschl:is3t. An seinem inneren Rand mündet der Ringkanal in einer sich senkrecht durch den Läufer 16 erstreckenden, zentral angeordneten Kammer 23.

Der Läufer 16 setzt sich aus einem becherförmigen äußeren Bauteil 24 und einem kombinierten Innen- und Kopfteil zusammen, welch letzteres an seinem äußeren Rand durch mehrere in TJmfangsabständen verteilte Kopf schrauben 26 mit dem äußeren Bauteil 24 verbunden ist. Der durch diese beiden Hauptteile gebildete Läufer 16 bildet jedoeh eine drehbare konstruktive Einheit. Diese zweiteilige Konstruktion erleichtert das Ausbilden der konischen Kanäle 21 und 22 und das Bohren der radialen Kanäle 20 nahe dem oberen Ende des becherförmigen äußeren Bauteils 24· Über die Oberseite des drehbaren Läufers hinweg erstreckt sich unterhalb der oberen Abdeckung 11b ein weiterer Ringkanal 27, an dessen äußeren Rand sich ein senkrechter zylindrischer Ringkanal 28 am oberen Ende der Außenfläche des Läufers anschließt, dar an seinem unteren Ende in den äußeren Rand eines radial nach innen verläufenden Ringkanals 29 übergeht, an dessen inneren Rand sich das obere Ende des konischen Kanals 19 anschließt.

Gemäß Mg. 1 ist ein auf besondere Weise ausgebildetes Ansohlußteil 30 vorhanden, das an seinem unteren Ende 31 mit Außengewinde versehen und in eine Gewindebohrung in der Mitte der oberen Abdeckung 11b des Gehäuses eingeschraubt ist. Dieses Anschlußteil bis die Basis für einen Aufbau 32, der über der von dem Gehäuse 11 umschlossenen Baugruppe angeord-

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net ist, so daß er eine Verlängerung des ortsfesten Gehäuses 11 bildet. In das obere Ende 34 des Anschlußteils 30 ist ein äußeres Rohr 33 eingeschraubt, auf dessen oberes Ende 36 ein auf besondere Weise ausgebildetes Kappenteil 35 aufgeschraubt ist. Gemäß Pigο 1 ist in die Mitte der Stirnwand 38 des Kappenteils 35 bei 39 ein konzentrisch damit angeordnetes Rohr 37 eingeschraubt, wobei die Verbindungsstelle 39 zwischen dem oberen und dem unteren Ende des stehend angeordneten Rohrs liegt.

An das obere Ende des inneren Rohrs 37 ist ein verstellbares Ventil 40 angeschlossen, das zum Regeln der Abgabe des in dem Generator erzeugten Dampfes dient und mit dem oberen Ende 41 des Rohrs 37 verschraubt ist.

Der Durchmesser des unteren Teils 42 des Rohrs 37 ist durch Abfräsen oder Abdrehen so verringert, daß nur noch eine relativ dünne vYand vorhanden ist und sich das Rohr beim Einbau in die benachbarten konzentrischen Bauteile von oben nach unten durch die Gewindebohrung 39 in der Stirnwand 38 des Kappenteils 35 führen läßt.

Gemäß Mg. 1 ist zwischen den Rohren 33 und 37 und konzentrisch damit ein mittleres Rohr 43 angeordnet, dessen oberes Ende zwischen dem Kappenteil 35 und dem inneren Rohr 37 liegt und kurz vor der Unterseite der Stirnwand 38 endet, so daß dort ein Spalt 44 vorhanden ist.

Das Anschlußteil 30 weist zwischen seinen Enden einen nach innen ragenden Plansch 45 auf. Das mittlere Rohr 43 ist nahe seinem unteren Ende mit einem Außengewinde versehen und mit diesem in eine Gewindebohrung 46 des Flansches 45 eingeschraubt. Zu dem Rohr 43 gehört eine nach unten ragende Verlängerung 47, deren Außendurchmesser durch Abfräsen oder Abdrehen so verkleinert ist, daß es sich beim Einbau durch die Gewindebohrung 46 des Flansches 45 führen läßt. Diese Anordnung ähnelt der bezüglich des inneren Rohrs 37 beschriebenen.

Der innere Plansch 45 des Anschlußteils 30 weist mehrere in Umfangsabständen verteilte, senkrecht verlaufende Öffnungen 48 auf, die gegenüber dem Wasser in dem Dampf-

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generator als Drosselkanäle zur Wirkung kommen und sich von einer durch das Anschlußteil 30 abgegrenzten unteremiKammer 49 zu einer oberen Kammer 50 erstrecken, die über dem Flansch 45 liegt und sich zwischen dem mittleren Rohr 43 und dem äußeren Rohr 33 erstreckt. Das obere Ende der Kammer 50 wird durch die Innenflächen des Kappenteils 35 abgegrenzt.

Zwischen dem Kappenteil 35 und dem mittleren Rohr 43 erstreckt sich eine enge Ringkammer 51· Konzentrisch mit der Kammer 51 ist eine zweite langgestreckte, enge Ringkammer 52 angeordnet, die zwischen dem mittleren Rohr 43 und dem unteren Ende 42 des damit konzentrischen inneren Rohrs 37 verläuft. Der Spalt 44 am oberen Ende des mittleren Rohrs 43 verbindet die Ringkammern 51 und 52 miteinander. Der langgestreckte Ringkanal 52 führt zu einer ringförmigen Öffnung 53 am unteren Ende der Verlängerung 42 des innersten Rohrs 37» welches einen axialen Kanal 54 abgrenzt, der den erzeugten Dampf zu dem Regelventil 40 leitet.

Um den Betrieb des G-enesators nach Fig. 1 einzuleiten, wird unter normalem Leitungsdruck stehendes Wasser über den

Anschluß 17 zugeführt, so daß Wasser in Richtung des Pfeils 55 zu der sich erweiternden bzw. gewundenen Kammer und sie füllt. Der Pfeil 56 deutet die Bewegung des Wassers von dem Einlaß 17 durch den Ringkanal 18 und zu dem konischen Kanal 19 an, wo das Wasser weiter in Richtung des Pfeils 57 nach oben strömt, um dann in Richtung des Pfeils 58 durch die radialen Kanäle 20 zu dem inneren konischen Kanal 21 zu gelangen, durch den es in Richtung des Pfeils 59 nach unten strömt. An das untere Ende des Kanals 21 schließt sich der Ringkanal 22 an, durch den das Wasser in Richtung des Pfeils 60 radial nach innen zu dem axialen Kanal 23 des Läufers 16 strömt, um sich dann in Richtung des Pfeils 61 nach oben zu bewegen. Dann tritt das Wasser in die untere Kammer 49 des Anschlußteils über, durch die es in Richtung des Pfeils 62 nach oben strömt, um in die Drosselöffnungen 48 einzutreten, durch die es in Richtung des Pfeils 63 nach oben strömt, um danach die Ringkammer 50 in Richtung der Pfeile 64 zu passieren. Das obere

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Ende der Kammer 50 geht in die enge Ringkammer 51 über, durch die das Wasser in Richtung der Pfeile weiter naoh oben zu dem Raum auf der Unterseite des inneren Flansches 38 des Kapptenteils 35 strömt, um dann seine Strömungarißhtung zu ändern und zu beginnen, in Richtung der Pfeile 66 nach unten durch die Ringkammer 52 zu strömen. Zusätzlich zu dem Wasser, das senkrecht nach oben in die Kammer 49 eintritt, strömt ein Teil des Wassers in Richtung der Pfeile 67 radial nach außen durch den Kanal 27. "Vom äußeren Rand des Ringkanals aus strömt das Wasser in Richtung des Pfeils 68 nach unten durch den senkrechten Ringkanal 28, von dem aus das Wasser in Richtung des Pfeils 69 radial nach innen durch den waagerechten Ringkanal 29 strömt, um dann zu dem äußeren konischen Kanal 1'9 zwischen dem Läufer 16 und dem Hauptkörper 11a des Gehäuses 11 zurückzukehren.

Das Wasser füllt jetzt die gesamte sich erweiternde Kammer aus, die in der erwähnten Weise zahlreiche Kanäle enthält, welche eine gewundene Bahn bilden und von dem Wasser durchströmt werden können. Die Welle 12 wird kurz vor dem Zeitpunkt in Drehung versetzt, in dem alle Teile des G-enerartors mit Wasser gefüllt worden sind. Zu diesem Zweck wird die Welle 12 mit einem Motor gekuppelt, so daß der Läufer 16 mit den durch die Schrauben 26 verbundenen Teilen 24 und 25 mit einer relativ hohen Drehzahl umläuft, damit das Wasser unter der Wirkung von Fliehkräften in der Kammer in sämtlichen Kanälen nach außen geschleudert wird, deren Lage eine radiale Komponente aufweist. Zu diesen Kanälen gehört auch der große waagerecht verlaufende Ringkanal 27. Dies führt sofort dazu, daß Wasser nach unten aus dem unten abgeschloe- · senen Kanal abgezogen wird, der durch die Kammern und Kanäle 49» 50, 51 und 52 gebildet wird. Dieses plötzliche und zwangsläufig herbeigeführte, nach unten erfolgende Abziehen von Wasser erzeugt einen Unterdruck am unteren Ende dieses Kanals, das bei der Torrichtung nach Fig. 1 am oberen Ende des ortsfesten Aufbaus 32 in dem Spalt 44 liegt. Dieser soeben aufgebrachte Unterdruck erzeugt jetzt seinerseits einen Sog, der die Fliehkräfte überschreitet und überwindet, so daß das

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V/asser mit einer Schlagwirkung zu dem genannten Boden des unten abgeschlossenen Kanals zurückkehrt, wobei das plötzliche Auftreffen des Wassers auf den geschlossenen Boden die Bewegung der V/asser säule unterbricht, so daß auf die Wasserfüllung ein Stoß von erheblicher Stärke ausgepbt wird. Dieser Stoß oder Wasserschlag führt zu einer Erhöhung der Tempe-r ratur und des Drucks des Wassers. In dem Werk "Handbook of Hydraulics" von Horace King, verlegt durch McGraw-Hill, 4-. Auflage, S. 6-21, werden der Wasserschlag und seine Entstehung beschrieben. In diesem Handbuch wird festgestellt, daß dann, wenn ein Kanal in einer Rohrleitung plötzlich geschlossen wird (was dem Vorhandensein des geschlossenen Bodens bei dem Kanal des Dampfgenerators nach der Erfindung entspricht),

"in dem Rohr zusätzlich zu dem normalen statischen Druck ein dynamischer Druck erzeugt wird. Dier dynamische Druck wird gewöhnlich als Wasserschlag be-^ zeichnet. Er wird durch die plötzliche Umwandlung kinetischer Energie in Druckenergie hervorgerufen."

In dem Werk "Shockwaves in Chemistry and Physics" behandelt J.N. Bradley im V. Kapitel auf Seite 172 das Messen thermodynamischer Größen und stellt fest, daß

"... eine Stoßwelle in einem flüssigen Medium durch einen geringen Temperaturanstieg und eine extarn große Änderung des Drucks gekennzeichnet ist."

Gemäß der Erfindung werden somit in der sich erweiternden Wasserfüllung absichtlich Stoßwellen erzeugt, um einen Anstieg sowohl der Temperatur als auch des Drucks herbeizuführen. Zwar ist die durch jeden bewirkte Temperatursteigerung gering, doch folgen Stöße ständig aufeinander, wodurch die Stöße verstärkt werden, so daß eine erhebliche Steigerung der Temperatur der gesamten Wasserfüllung hervorgerufen wird. Jeder Stoß, der durch die plötzliche Beendigung der Strömungsbewegung des Wassers am abgeschlossenen Ende des Kanals verursacht wird, erzeugt einen Druck von etwa 43,6 bar für jede Geschwinäigkeitseinheit von 1 FaM (rund 0,305 m) je Sekunde. Zwar wird dieser Druck nur kurzzeitig aufrecht-

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erhalten, doch kumuliert sich die Wirkung der nachfolgenden Stoßwellen, und während sich der Druck auf alle Teile der Wasserfüllung verteilt, steigt die Temperatur des Wassers erheblich an, und sie geht nicht so leicht wieder verloren wie der Druck. Die Temperatur steigt in einem so überraschenden Ausmaß an und bleibt derart erhalten, daß nahezu augenblicklich Dampf erzeugt wird, der beginnt, durch das Rohr in dem durch das Rohr abgegrenzten Kanal 54 in Richtung des Pfeils 70 nach oben zu strömen. Hoch nicht in Dampf verwandeltes Wasser, das sich in verschiedenen Stadien der Erwärmung befindet, wird in Richtung der Pfeile 71 nach unten gesaugt, woraufhin sich das Arbeitsspiel wiederholt, wobei die sich schnell versärkenden Stoßwellen bewirken, daß sich das Wasser noch leichter in Dampf verwandelt, der dann in Richtung der Pfeile 70 nach oben strömt und über das verstellbare Ventil 40 abgegeben werden kann. Natürlich wird über den Einlaß 17 ständig weiteres Wasser zugeführt, um den Generator gefüllt zu halten und ständig den Teil der Wasserfüllung zu ersetzen, der in Dampf verwandelt und über das Yentil 40 abgegeben und dem jeweiligen Verwendungszweck zugeführt worden ist.

. 5 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Dampfgenerators ähnlich demjenigen nach Fig. 1, welcher hier in erster Linie zu dem Zweck dargestellt ist, erkennen zu lassen, daß auch anders ausgebildete G-ehäusekammern benutzt werden können. Wie bezüglich des Generators nach Pig. 1 erläutert, ist eine divergierende Wasserkammer vorhanden, die nicht eine beliebige Form hat, sondern, wie ausdrücklich festzustellen ist, einen oder mehrere Kanäle mit abgeschlossenem unterem Ende aufweist, die mit einem Unterdruck beaufschlagt werden können, wobei ein oder mehrere radiale Kanäle oder Kanäle mit radialen liichtungskomponenten zum Erzeugen einer Fliehkraftwirküng vorhanden sind. Der Dampfgenerator 80 nach Fig. 5 weist ein ortsfestes Gehäuse 81 auf» Zu diesem Gehäuse gehören ein Hauptkörper 81a, eine obere Abdeckung 81b, die mit dem Hauptkörper durch einen Kranz von in

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Umfangsabständen verteilten Kopfschrauben 81c verbunden ist, sowie eine untere Abdeck#ung 81d, die an dem Hauptkörper mittels eines Kranzes von in Umfangsabständen verteilten Schrauben-81 e befestigt ist und einen nach unten ragenden rohrförmigen zentralen Ansatz 81f aufweist, mit dem ein unterer Deckel 81g durch einen Kranz von in Umfangsabständen verteilten Schrauben 81h verbunden ist.

In dem rohrförmigen Abschnitt 81f der unteren Abdeckung 81d ist mittels einer Rollenlageranordnung 84 eine stehend angeordnete, durch einen Motor antreibbare Welle 82 mit einer Ringschulter 83 gelagert. Die inneren Laufringe der Rollenlager sind senkrecht übereinander zwischen der Ringschulter 83 den Welle 62 und dem ortsfesten Deckel 81g angeordnet. In die untere Abdeckung 81d ist ein Dichtungsring 85 eingebaut, der in Reibungsberührung mit der Welle steht, um eine über der Dichtung liegende Kammer gegenüber den darunter liegenden Teilen abzudichten.

An das obere Ende der Welle 82 schließt sich ein allgemein konischer Läufer 86 an, der in dem äußeren Gehäuse 81 drehbar ist und zusammen mit ihm eine sich allgemein erweiternde bzw. divergierende Kammer zum Aufnehmen von Wasser abgrenzt, das Stoßwellen ausgesetzt werden soll, um seine Temperatur und seinen Druck erheblich zu steigern. In die untere Abdeckung 81d ist ein Einlaß 87 eingebaut, über den der sich erweiternden Kammer in dem Gehäuse 81 sowie in dem Läufer 86 und an dessen Umfang wasser zugeführt werden kann. Die Kammer wird aus den bezüglich der Kammer der Vorrichtung nach Fig. 1 genannten Gründen als eine sich erweiternde Kammer bezeichnet. Zu der Wasserkammer gehört ein waagerecht verlaufender Ringkanal 88 zwischen der unteren Abdeckung 81d und dem Läufer 86, der mit seiner Unterseite in einem senkrechten Abstand über der Abdeckung 81d angeordnet ist, um diesen Kanal abzugrenzen. Gemäii Fig. 5 steht der ,/assereinlai in direkter Verbindung mit dem Ringkanal 88. Zwischen dem Gehäusehaupticörper 31a und dem Läufer 86 erstreckt sich ein sich nach oben erweiternder bzw. divergierender konischer Ringkanal 89·

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Der Läufer 86 weist mehrere radial naoh innen verlaufende, in Umfang8abstanden verteilte Öffnungen 90 auf, die an ihren äußeren Enden in Verbindung mit dem konischen Kanal 89 stehen, und deren innere Enden unmittelbar in einem nach unten konvergierenden konischen Kanal 91 münden. Diese Anordnung der verschiedenen Kanäle nach Fig. 5 ist auch aus Fig. 6 ersichtlich. Der innere konische Kanal bildet bei der Ausführungsform nach Figo 5 einen an einem Ende bzw. am Boden abgeschlossenen Kanal der weiter oben beschriebenen Art.

Der Läufer 86 setzt sich aus einem allgemein becherförmigen Bauteil 92, einem darin angeordneten Mittelstück 93 und einer runden scheibenförmigen Abdeckung 94 zusammen, welch letztere durch mehrere in Umfangsabständen verteilte Kopfschrauben 95 mit dem äußeren Bauteil 92 verbunden ist. Ferner ist ein innerer Kranz von in Umfangsabständen verteilten Kopfschrauben 96 vorhanden, welche die Abdeckung 94 mit dem Mittelstück 93 des Läufers verbinden. Diese drei Läuferteile bilden zusammen mit den Kopfschrauben 95 und 96 ein zusammenhängende Baueinheit, die sich als Läufer in dem ortsfesten Gehäuse 81 dreht und hierbei Stoßwellen erzeugt, um die Temperatur der Wasserfüllung zu erhöhen bis Dampf entsteht.

Der Läufer 86 weist einen wwagerecht verlaufenden Ringkanal 97 auf, der sich zwischen dem Mittelstück 93 und der Abdeckung 94 erstreckt. Das Mittelstück 93 ist an seiner ringförmigen oberen Stirnfläche so abgefräst oder abgedreht, daß beim Zusammenbau der Teile der Ringkanal 97 entsteht. Ferner ist der Läufer mit mehreren in Umfangsabständen verteilten, senkrechten Kanälen 98 versehen, die einen mit der Achse des zusammengesetzten Läufers allgemein konzentrischen Kranz bilden. Der mittlere Teil des Mittelstücks 93 ist nicht abgefräst, so daß er seine volle Höhe aufweist und sich zur Anlage an der Unterseite der Abdeckung 94 bringen läßt·, herden die jiopfschrauben 96 festgezogen, kommt daher der höhere ringförmige Abschnitt 99 des Mittelstücks 93 als Abstandhalter zur Viir-kung, der den äußeren Teil der oberen Stirnfläche des Mittelstücks im gewünschten Abstand von der Unterseite

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der Abdeckung 94 hält. Auf diese Weise wird der radiale Ringkanal 97 abgegrenzt, der den konischen inneren Kanal 91 mit den am oberen Ende offenen und am unteren Ende geschlossenen Kanälen oder Bohrungen 98 verbindet. Ferner weist der Läufer einen mit seiner senkrechten Achse konzentrischen senkrechten Kanal 100 auf, der an der Unterseite des Mittelstüeks 93, wo das Mittelstück am Boden des becherförmigen äußeren Teils 92 des Läufers anliegt, mit einer Erweiterung 101 versehen ist. Gemäß fig. 5 sind mehrere radial verlaufende Öffnungen oder Kanäle 102 von relativ kleinem Durchmesser vorhanden, von denen jeder einen der am unteren Ende abgeschlossenen senkrechten Kanäle 98 mit der Erweiterung oder Kammer

101 in der Mitte des Läufers verbindet. Die radialen Kanäle

102 liegen etwas höher als die geschlossenen unteren Enden der Kanäle 98. Diese engen Entlastungskanäle 102 ermöglichen es dem erzeugten Dampf, gegenüber dem Läufer radial nach innen zu strömen und zu dem Kanal 100 zu gelangen, der den Dampf nach oben zu einem sich daran anschließenden Kanal 103 von größerem Durchmesser leitet, aus dem der Dampf ungehindert entweichen oder mittels eines Verstellbaren Ventils der in Pig. 1 bei 40 dargestellten Art nach Bedarf abgegeben werden kann.

Um den Dampf generator nach I¹Xg. 5 zu betreiben, führt man ihm ähnlich wie bei dem Dampfgenerator nach Fig. 1 T/asser über den Einlaß 87 in Richtung des Pfeils 104- zu. Das Wasser strömt dann durch den Ringkanal 88 in Sichtung der Pfeile zum Eingang des konischen Kanals 89, dünn den das ITasser dann in Richtung des Pfeils 106 nach oben zu dem Punkt strömt, an dem sich an diesen einen vollen Ringquerschnitt aufweisenden Kanal die radialen Kanäle 90 anschließen, die in Richtung des Pfeils 107 durchströmt werden. Wie erwähnt, steht der konzentrische innere konische Kanal 91 in Verbindung mit den radialen Kanälen 90, so daiE das Wasser in liiehtung des Pfeils in ihn einströmt, um ihn zu füllen, sobald der ringförmige untere !Teil des Kanals 91 gefüllt ist, strömt das Wasser radial nach innen in Richtung des Pfeils 109 über die Oberseite des äußeren Teils des Läufermittelstücks 93 durch den

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Kanal 97. An den inneren Rand des Ringkanals 97 schließen sich die oberen Enden der am unteren Ende geschlossenen senkrechten Kanäle 98 an, so daß das zugeführte Wasser in Richtung der Pfeile 110 nach unten strömt, bis die gesamte sich erweiternde Kammer gefüllt ist, die durch die in verschiedenen Richtungen verlaufenden Kanäle gebildet wird. Die meisten genannten Pfeile zum Bezeichnen der Strömungsrichtung des Wassers in den verschiedenen Kammern und Kanälen sind als Doppelpfeile gezeichnet, um anzudeuten, daß das Wasser beim Betrieb des Generators jeweils in der einen oder der anderen Richtung strömen kann.

Bevor sich der Dampfgenerator vollständig mit Wasser gefüllt hat, wird die Welle 82 mit dem Läufer ö6 in Drehung versetzt, so daß der Läufer ein relativ hohe Drehzahl erreicht. Hierbei wird die Wasserfüllung zunäenst in allen radialen Kanälen und den eine radiale Richtungskomponente aufweisenden Kanälen der Wirkung von Fliehkräften ausgesetzt. Bei dem Generator nach 3?ig. 5 wird die 3?liehkraftwirkung in erster Linie in dem radial verlaufenden waagerechten Ringkanal 97 von groäer Breite hervorgerufen. Hierdurch wird bewirkt, das die Wassersäulen, die sich in den am unteren ilnde abgeschlossenen Kanälen 98 befinden, innerhalb des Läufers von den geschlossenen unteren binden weg nach oben gesaugt werden.

Uahezu augenblicklich wird dann in allen geschlossenen unteren Enden der Kanäle 98 ein Unterdruck erzeugt, der schließlich die in der entgegengesetzten Richtung wirkende Fliehkraft überscnreitet und überwindet, so daß die vVassersäulen veranlaß werden, schlagartig in die geschlossenen unteren ünden zurückzuströmen, "wie bezüglich der Wirkungsweise des Da·:pfgenerators nach J'ig. 1 erläutert, führt die Unterbrechung der Bewe^onj des ./assers dorcii uie geschlossenen unteren ünden der Kanäle dazu, da3 auf das Viassär in dem sich erweiternden Raum Stoßwellen wirken, so dai eine schrittweise Steigerung sowohl der !temperatur als a^ei; des Drucks des ,i/assers eintritt. Diο fortlaufende -t-re.mnj ues Läufers fuhrt zur Entstehung zahli"e.: Jiier jto."3wellen osv;. ..--issersciilüse, uurch deren iiiifeiuanderxolgea praktisch eine Vei'jtärkun^ der ütöße

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bewirkt wird. Daher wird im Vergleich zu nur einem Stoß jetzt eine erhebliche Steigerung der Temperatur erzielt, während die Drücke zwar auf ähnliche Weise ansteigen, jedoch in dem Generator schnell wieder verloren gehen. Die Umwandlung von '»Yasser in Dampf beginnt allgemein im Bereich der geschlossenen unteren Enden der Kanäle 98, wo das zurückströmende fasser die stärkste siiasserschlagwirkung ausübt. Dieser frisch erzeugte Dampf kann radial nach innen durch die engen Kanäle 102 in Richtung der Pfeile 111 entweichen. Sobald sich der Dampf im mittleren Teil des Läufers befindet, strömt er in Richtung der Pfeile 112 senkrecht nach oben durch die sich aneinander anschließenden Kanäle 101, 100 und 103·

Beide anhand von !Pig. 1 bzw. Fig. 5 beschriebene Vorrichtungen ermöglichen das Erzeugen von Dampf. Ihre gemeinsamen Merkmale bestehen in den ortsfesten Gehäusen mit den darin angeordneten läufern, die zusammen mit den Gehäusen sich erweiternde bzw. divergierende Kammern abgrenzen, den gewundenen Kanälen, mindestens einem am unteren Ende abgeschlossenen Kanal und einem weiteren Kanal, der es ermöglicht, mit Hilfe von Fliehkräften auf die Wasserfüllung Kräfte aufzubringen, welche entgegen den Kräften wirken, die durch den Unterdruck in dem bzw. jedem am unteren Ende abgeschlossenen Kanal erzeugt werden. Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 ist der Kanal mit geschlossenem Boden in dem ortsfesten Gehäuseteil untergebracht, während bei der Vorrichtung nach Fig. 5 die Kanäle mit geschlossenem Boden in dem drehbaren Läufer angeordnet sind. Somit ist es im Rahmen der Erfindung möglich, verschiedene Ausführungsformen von Dampfgeneratoren zu schaffen.

Ansprüche:

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Claims (15)

ANSPRÜCHE

1. Dampfgenerator, gekennzeichnet durch ein feststehendes Gehäuse (11; 81), einen in dem Gehäuse drehbar gelagerten Läufer (16; 86), der zusammen mit dem Gehäuse eine sich erweiternde bzw. divergierende Kammer (19J 89) abgrenzt, eine Einrichtung (17; 87) zum Zufuhren von Wasser zu der sich erweiternden Kammer, wobei mindestens ein Teil der sich erweiternden Kammer einen mit einem geschlossenen Ende versehenen Kanal (48 bis 52; 98) und mindestens ein weiterer Teil der sich erweiternden Kammer einen weiteren Kanal (27} 97) aufweist, der der Wirkung von Fliehkräften aussetzbar ist, eine Sijirichtung (12; 82) zum Drehen des Läufers, wenn die sich erweiternde Kammer Wasser enthält, so daß das Drehen des Läufers in dem Wasser in der sich^rweiternden Kammer dadurch Stoßwellen erzeugt, daß in dem genannten weiteren Kanal eine Fliehkraftwirkung hervorgerufen und in dem ein geschlossenes Ende aufweisenden Kanal ein Unterdruck derart erzeugt wird, daß die beiden entsprechenden Kräfte abwechselnd einander entgegenwirken und sich gegenseitig überwinden, um in dem Wasser Stöße zu erzeugen und diese Stöße zu verstärken, um so den Druck und die Temperatur des Wassers erheblich zu steigern, damit ein Teil des . Wassers in Dampf verwandelt wird, sowie durch eine Einrichtung (37, 4Oj 101, 100, 103) zum Abführen des erzeugten Dampfes.

2. Dampf generator nach Anspruch 1., dadurch "gekennzeichnet , daß der Läufer (16; 86) eine allgemein konische äußere Umfang3flache hat, und daß zu der sich erweiternden Kammer ein Satz von allgemein engen'Kanälen

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(19, 21} 89, 91) gehört, die in zahlreichen Riehtungen miteinander verbunden sind.

3. Dampfgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der mit einem geschlossenen Ende versehene Kanal (48 bis 52) in dem feststehenden Gehäuse (11) ausgebildet ist.

4. Dampfgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der mit einem geschlossenen -cinde versehene Kanal (98) in dem Läufer (86) ausgebildet ist.

5. Dampfgenerator nach Anspruch 1, dadurch - g e k e η η zeicnnet, daß das feststehende Gehäuse 11 einen gegenüber dem den Läufer (16) enthaltenden Gehäuseteil (11a) versetzten Aufbau (32) aufweist.

β. Dampfgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Aufbau (32) mehrere konzentrisch angeordnete Rohrteile (33, 43» 37) gehören, und daß der mit einem geschlossenen Ende versehene Kanal konzentrische, enge, ringförmige Kanäle (49 bis 52) an einem ilnde des Aufbaus aufweist.

7. Dampfgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß in dem Aufbau.(32) die konzentrischen Rohrteile (33, 43, 37) einen Satz von miteinander abwechselnden weiteren Kanälen (49, 50) und engeren Kanälen. (48, 51) bilden.

8. Dampfgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster enger, konischer Ringkanal (19; 89) zwischen dem feststehenden Gehäuse (11; 81) und dem Läufer (16; 86) verläuft, daß ein zweiter enger, konischer Ringkanal (21; 91) in dem Läufer vorhanden und mit dem ersten konischen Ringkanal allgemein konzentrisch ist, und daß mehrere in Umfangsabständen verteilte radiale Kanäle (20; 90) in dem Läufer den ersten und den zweiten konischen Ringkanal miteinander verbinden.

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9. Dampfgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dar Läufer (16) einen zentralen, senkrecht verlaufenden Kanal (23) und einen radialen Kanal (22) aufweist, welch letzterer den zweiten konischen Ringkanal (21) mit dem zentralen, senkrecht verlaufenden Kanal in dem Läufer verbindet.

10. Dampfgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Laufer (86) ein zentraler, senkrecht verlaufender Kanal (100) ausgebildet ist, daß der radiale Kanal (97) in Verbindung mit mindestens einem der konischen Rinkanäle (91) steht und direkt mit dem ein geschlossenes Ende aufweisenden Kanal 698) verbunden ist, und daß eine Einrichtung zum Abgeben von aus dem Wasser erzeugtem Dampf an den zenrralen senkrechten Kanal in dem Läufer vorhanden ist.

11. Dampfgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß zu der Einrichtung zum Abgeben von Dampf ein Hilfskanal (102) gehört, der von dem ein geschlossenes Ende aufweisenden Kanal (98) zu dem zentealen senkrechten Kanal (100) in dem Läufer verläuft.

12. Dampfgenerator nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichnet, daß zu dem ein geschlossenes Ende aufweisenden Kanal mehrere allgemein senkrecht verlaufende, am unteren Ende geschlossene, in dem Läufer (86) ausgebildete öffnungen (98) gehören, die über den Umfang eines Kreises in Abständen verteilt sind, daß der Läufer einen zentralen Kanal (100) aufweist, und daß zu dem genannten Satz von Kanälen <^in radialer Kanal (97) gehört, der den zweiten engen konischen Kanal (91) mit den oberen Enden der verschiedenen senkrechten, am unteren Ende geschlossenen öffnungen verbindet, sowie Drosselkanäle (102), die den zentralen Kanal mit jedem der am unteren Ende geschlossenen Kanäle bzw. Öffnungen jeweils zwischen ihrem oberen und ihrem unteren Ende verbinden, so daS Dampf radial nach innen durch die Drosselkanäle zu dem zentralen Kanal des Läufers entweichen kann.

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13. Dampfgenerator, gekennzei chnet durch eine feststehendes Gehäuse (11; 81), einen in dem Gehäuse drehbar gelagerten konischen Läufer (16; 86), der zusammen mit dem Gehäuse einen sich erweiternden "bzw. divergierenden Raum mit mehreren Kanälen abgrenzt, eine Einrichtung (17;87) zum Zuführen von Wasser zu dem Raum bzw. der Kammer, wobei mindestens ein Kanal·(48 bis 52; 98) der Kammer ein geschlossenes Ende hat, und wobei mindestens ein weiterer Kanal (19> 21; 89, 91) der Kammer eine radiale Richtungskomponente besitzt, ein Einrichtung (12; 82) zum Drehen des konischen Läufers, während sich in der Kammer 7/asser befindet, so daß das Dfehen des Läufers in dem Wasser dadurch Stoßwellen bzw. Wasserschläge erzeugt, daß in dem eine radiale Richtungskomponente aufweisen Kanal Fliehkräfte zur Wirkung kommen und in dem ein geschlossenes Ende aufweisenden Kanal ein Unterdruck erzeugt wird, so daß die Bewegung des durch den Kanal strömenden Wassers plötzlich unterbrochen wird, und daß die abwechselnd auftretenden Wirkungen der Fliehkräfte und des Unterdrucks fortfahren, Stöße zu erzeugen, um die Temperatur und den Druck des Wassers zu steigern, sowie durch eine Einridhtung (37, 40; 101, 100, 103) zum Abführen des aus dem Wasser erzeugten Dampfes.

14. Dampfgenerator nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet , daß zu dem ein geschlossenes Ende aufweisenden Kanal ein in dem feststehenden Gehäuse 11) vorhandener Ringkanal (48 bis 52) gehört.

15. Dampfgenerator nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß zu dem ein geschlossenes Ende aufweisenden Kanal mehrere in dem Läufer (86) ausgebildete, senkrecht verlaufende, am unteren Ende geschlossene Öffnungen (98) gehören.

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