DE2454850A1 - Umlaufender dampferzeuger und verbrennungsraum - Google Patents

Description

E. I. DU PONT DE NEMOURS AND COMPANY

lOth and Market Streets, Wilmington, Delaware I9898, V.St.A,

Umlaufender Dampferzeuger und Verbrennungsraum

Die Erfindung bezieht sich auf neuartige und zweckmässige Verbesserungen an umlaufenden Anordnungen aus Dampferzeuger und Verbrennungsraum (combustor). Die Erfindung läßt sich zweckmässig mit beliebigen Dampferzeuger-Fluiden verwenden, und wird besonders günstig eingesetzt bei Anordnungen mit umlaufendem Dampferzeuger und Verbrennungsraum, in denen organische Wärmeträgerfluide mit hohem Molekulargewicht ausgenutzt werden. Die Erfindung gestattet die Dampferzeugung für vielerlei Zwecke, jedoch ist sie besonders günstig verwendbar bei umlaufenden Maschinen, die in-einem ■ geschlossenen Rankine-Kreislauf arbeiten, wie sie in unseren USA-Patenten 3 613 368 (19. Oktober 1971) und 3 7UM- 2t6 (10. Juli 197 3) gezeichnet und beschrieben sind.

Umlauende Dampferzeuger sind an sich bekannt. Die in den genannten Patenten und der Patentbeschreibung offenbarten

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umlaufenden Dampferzeuger, bieten viele Vorteile, durch die die Nachteile früherer umlaufender Dampferzeuger beseitigt sind. Beispielsweise kann ein derartiger umlau- . fender Dampferzeuger wegen der auf die Flüssigkeit ausgeübten hohen Zentrifugalkräfte mit einem viel höheren Wärrnefluß betrieben werden; Blasensieden wird ausgeschaltet und es ergibt sich eine sehr stabile, ruhige Art von Sieden. Ferner hat der umlaufende Dampferzeuger einen geringen Druckabfall und zeigt keine heissen Stellen. Am wichtigsten ist jedoch das in einem umlaufenden Dampferzeuger auftretende vereinfachte Flüssigkeitspumpen, und wenn der umlaufende Dampferzeuger so angeordnet ist, daß zwischen dem Kondensator und dem Dampferzeuger eine Flüssigkeitsverbindung auftritt, so ist die durch die Drehung verursachte Zentrifugalkraft, die auf diese Flüssigkeitsverbindung einwirkt, in der Lage, den erforderlichen Kesseldruck hervorzurufen. Einfache Radialrohre in einem umlaufenden Dampferzeuger nehmen somit die Stelle einer komplizierten Kesselspeisepumpe bei einem nicht-umlaufenden System ein, und die Flüssigkeit wird dem Dampferzeuger automatisch in ausreichendem Maße zugeführt, wobei die Notwendigkeit entfällt, eine Steuerung vorzusehen, um die Förderleistung der Kesselspeisepumpe der Brennstoffmenge anzupassen, wie es bei einem stationären Kessel erforderlich ist. Als weiterer Vorteil eines umlaufenden Dampferzeugers gilt, daß die radialen Speiserohre, die dem Dampferzeuger Flüssigkeit zuführen, auch als .Sicherheitsventile gegen Kes.selüberdruck wirksam sind«.

Jedoch gibt es auch bei umlaufenden Dampferzeugern noch einige Schwierigkeiten. Beispielsweise ist es nicht einfach, eine ausreichende Dichtung zwischen dem umlaufenden Dampferzeuger und dem ihn umgebenden, feststehenden, nicht umlaufenden Verbrennungsraum herzustellen, damit heisse Gase

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oder Flammen nicht'austreten können. Weitere Probleme gibt die Isolierung des Verbrennungsraums auf. Wenn der Verbrennungsraum den umlaufenden Dampferzeuger umgibt, müssen die Seiten und der Mantel des Verbrennungsraums isoliert werden. Daraus ergeben sich große Abmessungen und unerwünschte Wärmeverluste. Ein weiteres Problem ist der gute Wärmeübergang. Da die Strahllänge für Strahlung kurz ist, erfolgt der Wärmeübergang- vorzugsweise durch Konvektion. Einen passenden Koeffizienten für den konvektiven Wärmeübergang oder eine ausreichende Oberflächengröße des Dampferzeugers zu erzielen, kann Schwierigkeiten bereiten.

Aus dem vorstehend Gesagten ergibt sich daher die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, nämlich einen umlaufenden Dampferzeuger und Verbrennungsraum der angegebenen Art zu entwickeln, der hinsichtlich Konstruktion und Ausführung neue Merkmale aufweist, deren Anwendung zur Erzeugung eines hochwertigen Dampfes mit gleichmäsigeTn Fließen von Dampf und Flüssigkeit unabhängig von dem Schwerefeld der Erde und der Orientierung und geeignet für die Erzeugung von Wärmeflüssen, die deutlich über einem im normalen Schwerefeld erzielbaren oberen Siedeniveau liegen, führt.

Ferner soll mit der Erfindung ein umlaufender Dampferzeuger und Verbrennungsraum angegeben werden, bei denen die Abdichtungsstellen zwischen den feststehenden und den umlaufenden Teilen so beschaffen und angeordnet sind, daß Umgebungsluft in den Verbrennungsraum hineingelangen könnte.

Die Erfindung sieht ferner einen umlaufenden Dampferzeuger und Verbrennungsraum vor, die so konstruiert und zusammengebaut sind, daß man mit einem Minimum an Isolierung auskommt.

Weiter wird gemäß der Erfindung eine Konstruktion von um-

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laufendem Dampferzeuger und Verbrennungsraum angegeben, die einen hohen Vermischungsgrad, ruhige Verbrennung, hohe volumetrische Wärmeabgabe und kompakte Bauweise zeigt.

Die Erfindung stellt eine Anordnung mit umlaufendem Dampferzeuger und Verbrennungsraum mit selbsttätiger Pumpwirkung dar und erfordert kein besonderes Gebläse zum Heranschaffen von Verbrennungsluft.

Weiter gibt die Erfindung eine Anordnung mit umlaufendem Dampferzeuger und Verbrennungsraum an, der mit einer Niederdruck-Brennstoffpumpe und einer Vielzahl flüssiger Brennstoffe ohne besondere Einstellung arbeitet und keine Brennstoffzerstäuberdüse erfordert.

Ausserdem entzieht die erfindungsgemäße Konstruktion eines umlaufenden Dampferzeugers und Verbrennungsraums der Verbrennungsflamme Wärme zwischen der Einführung von Haupt- und Zusatzluft, so daß die Verbrennungstemperatur niedrig gehalten wird und nur sehr wenig Stickoxide entstehen, so daß nur eine sehr geringe Luftverunreinigung auftritt.

Schließlich wird erfindungsgemäß ein umlaufender Dampferzeuger und Verbrennungsraum angegeben, der sich durch einen hohen Verbrennungswirkungsgrad auszeichnet, der durch den Einsatz eines Wärmeübergangsabschnitts mit großer Oberfläche und hohem Koeffizienten des konvektiven Wärmeübergangs für das Verbrennungsgas gerade vor dem Austritt in die Auslaßkammer erzielt wird.

Der erfindungsgemäße umlaufende Dampferzeuger und Verbrennungsraum zeichnet sich auch durch niedrige Belastung aus, so daß maximale Sicherheit gegeben ist.

Diese und weitere Merkmale sowie die verschiedenen Besonder-

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heiten und Einzelheiten der Konstruktion und ihrer Arbeitsweise werden nachstehend anhand der Zeichnungen beschrieben, die folgendes darstellen:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer · Ausführungsform eines umlaufenden Dampferzeugers und Verbrennungsraums in einer erfindungsgemäßen Bauweise;

Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch das in Fig. 1 Dargestellte in grösserem Maßstab, wobei bestimmte Einzelheiten der Konstruktion und des Aufbaus des umlaufenden Dampferzeugers und Verbrennungsraums gezeigt werden;

Fig. 3 eine Seitenansicht mit der Konstruktion und dem Auf-. . bau des Röhrenkessels nach der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausfuhrungsform der Erfindung;

Fig. 4 eine Ansicht der Konstruktion des Dampferzeugers nach Fig. 3, von hinten gesehen;

Fig. 5 eine Ansicht, teilweise geschnitten längs der Linie 5-5 in Fig. 2;

Fig. 6 einen Teilschnitt eines Teils der Vorrichtung nach Fig. 2 in grösserem Maßstab mit Einzelheiten der Konstruktion des umlaufenden Dampferzeugers und Verbrennungsraums;

Fig. 7 eine Teilansicht, teilweise im Schnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 2 in grösserem Maßstab;

Fig. 8 eine Teilansicht, teilweise im Schnitt längs der Linie 8-8 in Fig. 2 in grösserem Maßstab;

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Fig. 9 eine schematische Darstellung des Stroms des Kondensats der Kesselflüssigkeit durch die Wärmeaustauscherrohre eines umlaufenden Vorerhitzers vor der Rückkehr des Flüssigkeitsstroms in den umlaufenden Dampferzeuger;

Fig. 10 einen Vertikal-Teilschnitt in grösserem Mafistab mit bestimmten Anordnungs- und Konstruktionseinzel8 heiten einer anderen' Aus führung s form der Erfindung;

Fig. 11 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, der in Fig. 10 angegebenen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 12 eine Schemadarstellung der Ansicht von der Linie 12-12 in Fig. 10 aus;

Fig. 13 eine der Fig. 6 entsprechende Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. IH eine der Fig. 6 entsprechende, nochmals abgeänderte Ausführungsform der Erfindung.

Nach den Zeichnungen und insbesondere nach den Fig. 1 und 2 stellt sich die Erfindung in einer ihrer Ausführungsformen als nach einem geschlossenen Rankine-Kreislauf arbeitender umlaufender Dampferzeuger und Verbrennungsraum mit einem umlaufenden Gehäuse H und Dampferzeuger B und einem umlaufenden Kondensator C dar, der an das Gehäuse mit dem Dampferzeuger gekoppelt ist und mit ihm als einheitliches Bauteil umläuft.

Das Gehäuse H besteht aus einem koaxialen Mittelteil 1 mit einer Axialnabe 2, in der axial eine Mittelbohrung 3 verläuft. In der Bohrung 3 ist eine Welle 4 angeordnet, die

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in der Nabe 2 befestigt ist und mit ihr zusammen umläuft. Die vie lie 4 steht aus dem Gehäuseteil 1 axial hervor und ist in einer Lagerung 5 aufgenommen, die in einem feststehenden Halter 6 ruht. An der der Welle 4 abgewandten Seite enthält das Gehäuse H eine Koaxialwelle 7, die in einer Lagerung 8' drehbar aufgenommen ist, die in einer Nabenanordnung 9 angeordnet ist, die koaxial zu dem umlaufenden Gehäuse mittels radialer Speichen 10 von einem feststehenden Halter 11 getragen wird.

In der gezeichneten Ausführungsform der Erfindung hat der Dampferzeuger B die Form eines Rohres mit einer Anzahl hintereinanderliegender gewundener Rohre 12, 13, 14 und 15. Die Fig. 3 und ,4 lassen erkennen, daß der Dampferzeuger B einen radial angeordneten Abschnitt B' aufweist, der aus einem spiralig gekrümmten Teil jedes der Rohre 12, 13, IH und 15 und einem axial verlaufenden Abschnitt B" besteht, der den schraubenlinienförmig gekrümmten Teil jedes Rohres umfaßt. Alle Dampferzeugerrohre 12, 13, 14 und 15 haben übereinstimmende Länge und Durchmesser, und die jeweiligen Rohre sind so gewickelt, daß ihre Einlaßenden 16, 17, 18 und 19 gleichmässigen gegenseitigen Abstand auf dem Umkreis des radialen Abschnitts B' des Dampferzeugers aufweisen und die Auslaßenden 20, 21, 22 und 23 dieser Rohre in entsprechender Weise gegens eitigen Abstand auf dem Umkreis am gegenüberliegenden Ende des Axialabschnitts B" des Dampferzeugers haben.

In den Fig. 3 und 4 der Zeichnungen ist zwischen den radial und axial gewickelten Teilen der verschiedenen. Dampferzeugerrohre 12, 13, 14 und 15 ein Abstand gelassen, um die Anordnung dieser Rohre besser darstellen zu können; bei der praktischen Ausführung berühren die benachbarten Abschnitte der Rohrwindungen einander. Natürlich braucht der Dampferzeuger B auch nicht genau die Zahl von Rohrwindungen aufzuweisen, wie

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sie gezeichnet und beschrieben sind, und man kann für eine bestimmte Anordnung aus Dampferzeuger und Verbrennungsraum eine grössere oder eine kleinere Zahl von Rohrwindungen einsetzen.

Die Rohrwindungen in dem in axialer Richtung verlaufenden Abschnitt B" des Dampferzeugers B sind auf der Aussenfläche eines zylindrischen Wandteils 25 des umlaufenden Gehäuses H angeordnet, und die radial verlaufenden Windungen befinden sich auf einem radialen Wandteil 26, der von der genannten Axialwand 25 nach aussen vorspringt.

Der zylindrische Wandteil 25 liegt radial ausserhalb der Aussenseite 27 des Mittelteils 1 des Gehäuses um die Länge des radialen Wandteils 28, der einenwärmeisolierenden Luftspalt 29 zwischen dem Gehäuse und dem Wandteil 25 bildet, und die Wandteile 25 und 26 sind ausserdem mit einem geeigneten Isoliermaterial 30 wärmeisoliert.

Die gewählte Dampferzeugerflüssigkeit wird den verschiedenen Rohren 12, 13, 14 und 15 des umlaufenden Dampferzeugers B durch die Einlaßöffnungen 16, 17, 18 und 19 der Rohre des Dampferzeugers in Form des Kondensats aus dem Kondensator C zugeführt, wie weiter unten noch genauer beschrieben wird. Das umlaufende Gehäuse H und der Dampferzeuger B können mit einer vorgeschriebenen Drehgeschwindigkeit um ihre Achse in Drehung versetzt werden; die Drehgeschwindigkeit ist so berechnet, daß die Windungsteile der Rohre in dem radialen Abschnitt B' des rohrförmigen Dampferzeugers mit der gewählten Dampferzeugerflüssigkeit gefüllt bleiben und daß die Dampferzeugerflüssigkeit in den Windungsteilen der genannten Rohre im axialen Abschnitt B" gleichmassig über den gesamten Umfang in gleicher Höhe die Dampferzeugerflüssigkeit enthalten ist und eine mit χ bezeichnete

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Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht entsteht, die sehr stabil ist und im wesentlichen zylindrisch und konzentrisch zu der Drehachse des Dampferzeugers verläuft.

Bei der in den Fig. 1 und 2 wiedergegebenen Ausführungsform der Erfindung wird der umlaufende Dampferzeuger mit der gewünschten Drehgeschwindigkeit durch einen Elektromotor M angetrieben, der eine 'ander Gehäusewelle 4 befestigte Riemenscheibe 3 2 über einen Riemen oder eine Kette 33 antreibt, und die Menge an Dampferzeugerflüssigkeit, die in den Dampferzeuger gefüllt wird, ist vorbestimmt, so daß die Windungsabschnitte der Rohre in dem axial verlaufenden Abschnitt B" des Dampferzeugers B bei voller Leistungsabgabe des Dampferzeugers ungefähr zur Hälfte gefüllt sind (vgl, Fig. 2), und bei der Mindestleistungsabgabe mindestens teilweise gefüllt sind. Vor allem hat die Flüssigkeits/ Dampf-Grenzschicht χ einen bestimmten radialen Abstand von der Drehachse des Dampferzeugers, um hohe Siedewärmeflüsse zu erzielen, die die bei üblicher Schwerkraftwirkung möglichen übersteigen. ·

Die in dem rohrförmigen Dampferzeuger enthaltene keit wird bis auf die erforderliche Siedetemperatur erwärmt, um sie zu verdampfen; dazu wird ein passendes Brennstoff-Luft-Gemisch in einer ringförmigen Verbrennungszone 35 verbrannt, die sich um den umlaufenden Dampferzeuger B erstreckt und die durch eine umgebende zylindrische feststehende Trennwand 36 begrenzt wird. Die Trennwand 36 ist in einer feststehenden, schneckenförmigen Abdeckung 38 fest montiert, die den umlaufenden Dampferzeuger B und die genannte Trennwand 36 umgibt und einen Abgasraum 40 für die Verbrennungsgase bildet. Die Abdeckung 38 weist eine Austrittsöffnung 4 2 auf (vgl. Fig. 5).

Wie in der gezeichneten Ausführungsform zu sehen, hat die

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Trennwand 36 vorzugsweise die Form eines zusätzlichen Samme1raums 44 für Verbrennungsluft mit zwei in radialem Abstand voneinander im wesentlichen parallel verlaufenden, konzentrischen äusseren und inneren zylindrischen Plattenabschnitten 45 und 46. Zusätzliche Verbrennungsluft wird dem zwischen den Plattenabschnitten 45 und 46 ringförmigen Luftraum in noch näher zu beschreibender Weise zugeführt, und eine Anzahl Öffnungen 47 ist in der Innenplatte 46 vorgesehen; durch diese öffnungen tritt die zusätzliche Verbrennungsluft aus dem Sammelraum 44 in die ringförmige Verbrennungszone 35 aus.

An der Aussenseite des radialen Wandteils 28 des umlaufenden Gehäuses H ist ein ringförmiger Brennstoffverteiler

50 vorgesehen, der mit dem Gehäuse umläuft, und in axialem Abstand von dem genannten Verteiler 50 befindet sich ein mit dem Verteiler umlaufender Zerstäuberring 51 mit einer axial in die Verbrennungszone 35 hineinführenden Austrittslippe 52. Bei der gezeichneten Ausführungsform der Erfindung wird der gewählte flüssige Brennstoff von einer (nicht gezeichneten) Niederdruckpumpe einem Brennstoffeingangsrohr 53 zugeführt, dessen Austrittsende 54 dem umlaufenden Brennstoffverteiler 50 gegenüberstehend vorgesehen ist, so daß» der von dem Rohr 5 3 ausgegebene Brennstoff auf den genannten Verteiler 50 trifft und gleichmässig über dessen Umfang verteilt^vwird. Der über den Verteiler 50 ausgegebene flüssige Brennstoff wird unter der Wirkung von Zentrifugalkräften aus dem Austrittsteil 5 2 des Zerstäubungsringes 51 axial in die Verbrennungszone 35 in Form eines Sprühnebels von sehr kleinen Tröpfchen oder Teilchen ausgetragen.

Neben dem Brennstoffverteiler 50 und dem Zerstäubungsring

51 befindet sich eine Verbrennungsluft führende Kammer 55, die teilweise von einer feststehenden ringförmigen

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Platte 5 6 der feststehenden Abdeckung 38 umgeben ist. In der ringförmigen Platte 5 6 sind auf einem Kreis angeordnet eine Serie gebogener Lufteinlässe 57 vorgesehen (vgl. beispielsweise Fig. 5), und eine ähnliche· ringförmige Platte 5 8 mit einer zugeordneten Serie gebogener öffnungen 59 ist von aussen an' die feststehende Platte 56 angelegt und läßt sich ihr gegenüber verdrehen. Durch Verdrehen der Platte 58 relativ zu der Platte 56 können Form und Abmessungen der Lufteinlaßöffnungen 57 in der Platte 56 je nach Bedarf vergrössert oder· verkleinert werden, um die Menge der durch diese Öffnungen in die Verbrennungsluftkammer 55 eintretenden Luft einstellen und steuern und das richtige Luft/Brennstoff-Verhältnis für die geforderte Leistungsabgabe aufrechterhalten zu können.

Von der Kammer 55 aus gelangt der Hauptstrom der Verbrennungsluft zwischen dem umlaufenden Zerstäuberring 51 und einem feststehenden Zylinderring 60 unmittelbar in die Verbrennungsζone 35, und die zusätzliche Verbrennungsluft gelangt in den zylindrischen Sammelraum 44, von dem aus sie durch öffnungen 47, die in der inneren, die Verbrennungszone 35 begrenzenden Platte 4 6 vorgesehen sind, in die Verbrennungszone 35 geführt wird. Die Haupt- und die Zusatzverbrennungsluft sowie der feinverteilte Brennstoffnebel werden in der Verbrennungszone 35 durch die Drehung, die der Dampferzeuger B und die daran befindlichen Teile relativ zu der feststehenden Trennwand 36 ausführen, gründlich miteinander vermischt.

Das Brennstoff/Luft-Gemisch in der Verbrennungszone 35 wird durch eine Anzahl Zündvorrichtungen 61 gezündet,·die längs des Umfangs in der Platte 36 der feststehenden Abdeckung 38 in gleichmässigem Abstand angeordnet sind, so daß die Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemischs praktisch

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im gesamten Umkreis der ringförmigen Verbrennungszone 35 stattfindet.

Anstelle eines flüssigen Brennstoffs kann in dem Dampferzeuger und Verbrennungsraum ein gasförmiger Brennstoff verbrannt werden. Anstelle des Verteilerringes 5 0 für flüssige Brennstoffe und des Zerstäuberringes 51 für flüssige Brennstoffe kann eine Anzahl Gasdüsen in der gleichen radialen Position wie die Zündvorrichtungen 61, jedoch abwechselnd mit ihnen an der Seite der Kammer vorgesehen sein.

Der in dem Dampferzeuger B durch die Verbrennung eines Brennstoff/Luft-Gemischs in der Verbrennungsζone 35 erzeugte Hochdruckdampf wird aus den Ausgängen 20, 21, 22 und 23 der DAmpferzeugerrohre 12, 13, 14 und 15 durch eine Anzahl radial verlaufender Dampfrohre 6 2 in eine ringförmige Druckdampfkammer 6 3 geleitet, die in dem umlaufenden Gehäuse H vorgesehen ist. Die Dampfrohre 6 2 sind über den Kreisumfang in gleichmässigen Abständen verteilt angeordnet, um ein Drehgleichgewicht in der Anlage zu erreichen, und ein Dampfrohr 6 2 ist für jedes Rohr in dem Dampferzeuger B vorgesehen und mit den Auslaßenden der Rohre verbunden.

Der in dem Dampferzeuger B erzeugte Druckdampf wird in die ringförmige Gehäusekammer 6 3 geleitet und erreicht einen Kondensator C, in dem er kondensiert wird, und das Kondensat wird in noch näher zu beschreibender Weise in dem Dampferzeuger zurück gefördert. Zum Kondensieren des Druckdampfs aus dem Dampferzeuger kann jede geeignete Form eines umlaufenden Kondensators eingesetzt werden; bei der gezeichneten Ausführungsform der Erfindung weist der Kondensator C eine Koaxialanordnung radial ver-

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laufender Kühlrippen 65 mit einer Anzahl sie in Längsrichtung durchsetzender Wärmeaustauscherrohre 66 auf. Der Kondensator C ist an der einen Seite des Gehäuses H konzentrisch zu der Welle 7 angebracht und ist drehfest mit dem Gehäuse verbunden. Die Kühlrippen 65 bestehen aus einzelnen kreis scheibenartigen Elementen, die parallel zueinander in vorgegebenem Abstand gehalten und befestigt sind, und Kühlrippen 6 5 und Rohre 6 6 bestehen aus einem Metall mit hoher Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium, wobei die Kühlrippen vorzugsweise durch Hartlöten oder Löten od. dgl. an den genannten Wärmeaustauscherrohren befestigt sind, um einen maximal guten Wärmeübergang zwischen ihnen herbeizuführen.

Die Rohre 66 sind auf einer KreisanOrdnung in den Kühlrippen 65 angebracht, sind im Hinblick auf die Drehbewegung ausgewuchtet und sind mit ihren innenliegenden. Enden in zugeordnete Öffnungen 67 eingesetzt, die in der benachbarten Wand 68 des Gehäuses H vorgesehen sind, so daß der Innenraum der Rohre 66 in Verbindung mit dem Innenraum ' der Druckdampfkammer 63 steht (vgl. Fig. 2). Wie Fig. 1 zeigt, sind die aussenliegenden Enden der Rohre 6 6 in Eintiefungen 69 eingesetzt und befestigt j diese Eintief ungen sind in einem kreisringförmigen Abschluß 70 vorgesehen, der koaxial neben der am weitesten aussen liegenden Kühlrippe 65 angeordnet ist und an der Welle 7 mit Hilfe von über den Umfang gleichmässig verteilten radial verlaufenden Speichen 71 gehalten wird. Somit sind der Kondensator C, das Gehäuse H und der Dampferzeuger B als einheitliches Geräteteil um ihre gemeinsame Achse drehbar.

Die innere Mantellinie der Kühlrippen 65 grenzt an deren Innenseite eine koaxiale Einlaßkammer 72 für das Kühlfluid ab, das zwischen dem Satz von umlaufenden Kühlrippen 65 nach aussen weggeführt wird, wie weiter unten im einzelnen

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erläutert wird. Der Innendurchmesser das Ringes 70 ist praktisch ebenso groß wie der Innendurchmesser der benachbarten Gruppe von Kühlrippen 65, so daß der Fluidstrom in. die Kammer 72 nicht behindert wird, und ein nach aussen sich erweiterndes oder glockenförmiges Fluideinlaßorgan 7 3 wird von den Speichen 10 an dem feststehenden Halter 11 koaxial vor dem Abschlußring 70 aussen stehend gehalten, (vgl. Fig. 1).

Der Axialabstand zwischen den benachbarten Kühlrippen

65 und das Verhältnis des Innenradius der Kühlrippen zu deren Aussenradius ist kritisch, und der Abstand der Kühlrippen muß unter Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit, mit der die Anlage betrieben werden soll, und der kinematischen Viskosität des Kondensator-Kühlfluids bestimmt werden, das eine Taylorzahl aufweisen muß, die zum Betrieb bei dem Radienverhältnis der Kühlrippen geeignet ist, damit die Viskosxtätseigenschaften des Kühlfluids und der auf sie von den umlaufenden Kühlrippen 65 ausgeübten Scherkräfte ausgenutzt werden, um das Fluid auf Spiralbahnen durch ViskositätsScherkräfte beschleunigt zwischen die Kühlrippen zu bringen. Die Taylorzahl .ist definiert durch die

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Beziehung IL = d w/v, wobei d der Abstand zwischen den Kühlrippen, w die Geschwindigkeit in Radian/sec und ν die kinematische Viskosität ist.

Der in die Kammer 6 3 'abgegebene Druckdampf gelangt in die Wärmeaustauscherrohre 66, in denen der Dampf durch Wärmeaustausch mit einem Kühlfluid kondensiert wird; als Kühl- fluid ist die Umgebungsluft geeignet, die durch die An ordnung von Kühlrippen 65 hindurch nach aussen gelangt, wie oben beschrieben. Das auf diese Weise in den Rohren

66 entstandene Kondensat fließt von den innenliegenden

Enden der Rohre 66 über die Zylinderwandfläche 74 der Kammer 6

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ab und tritt in eine Anzahl gleichmässig im Kreise verteilter Leitungen 75, durch die das Kondensat durch Zentrifugalkräfte, die durch die Drehung der Gehäuse-Kondensator-Einrichtung hervorgerufen sind, nach aussen weggeführt und in den Dampferzeuger B durch einen insgesamt mit P bezeichneten Vorrichtungsteil zum Vorerhitzen einer Dampferzeugerflüssigkeit zurückgeführt wird.

Der Vorerhitzer P für die Dampferzeugerflüssigkeit weist eine Anzahl axial verlaufender, auf einem Kreis angeordneter Wärmeaustauscherrohre 76 auf, die die Verbrennungszone 35 aussen an der feststehenden Trennwand 44 und innerhalb der feststehenden Abdeckung 38 umgeben, wie es beispielsweise in den Fig. 5. und 7 dargestellt ist. Das entgegengesetzte Ende jedes Rohres 76 ist jeweils in Ausnehmungen bzw. 78 aufgenommen, die in"den einen axialen Abstand voneinander aufweisenden Halteringen 79 des umlaufenden Gehäuses vorgesehen sind. Das umlaufende Gehäuse H besitzt ausserdem Kreisringe 81 bzw. 82, die aussen neben den genannten Halteringen 79 oder 80 angebracht sind.

Bei der gezeichneten Ausführungsform der Erfindung sind beispielsweise vier Kondensatrückfuhrleitungen 75 mit 90° Winkelabstand innerhalb des umlaufenden Gehäuses H vorgesehen. Das äussere Ende jeder Leitung 75 ist mit einer öffnung verbunden, die in dem Gehäusering 81 vorgesehen ist, und jede Öffnung 8 3 steht ihrerseits wieder in Verbindung mit einer zugeordneten Öffnung 84 in dem zugehörigen Gehäusering 79. Jede Öffnung 84 steht in Verbindung mit dem benachbairten Ende von einem von mehreren Rohren 76; dieses Rohr ist mit 76' bezeichnet. Bei der gezeichneten Ausführungsform der Erfindung gibt es vier derartige Rohre 76', die in gleiehmässigem Bogenabstand am Umkreis des Gehäuses H in

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der kreisförmigen Anordnung von Rohren 76 angeordnet sind. Das entgegengesetzte Ende jedes der Rohre 76' steht über eine Öffnung 85 in dem Montagering 80 in Verbindung mit einer einheitlichen Kreisleitung 86, die in dem Gehäusering 82 vorgesehen ist und mit den anliegenden Enden aller Rohre 76 der Gruppe in Verbindung steht, wie es schematisch in dem Bild in Fig. 9 wiedergegeben ist.

Die anderen, der gemeinsamen Leitung 86 abgewandten Enden der Rohre 76 (ausgenommen die Rohre 76V) stehen über Durchlässe 87 in dem Haltering 79-mit einem von vier gebogenen Leitungsabschnitten 8 8 in Verbindung, die in dem Gehäusering 81 vorgesehen sind. Jeder Leitungsabschnitt 88 ist mit dem Einlaßende eines der gewundenen Rohre 12, 13, 14 und 15 des Dampferzeugers B verbunden, beispielsweise dem Einlaßende 19 .des Rohres 15, wie in Fig. 9 näher erläutert.

Bei der gezeichneten und beschriebenen Konstruktion des Vorerhitzers wird die in dem Kondensator C kondensierte Dampferzeugerflüssigkeit radial durch die verschiedenen Lei tungen 75 abgeleitet und fließt in axialer Richtung durch die Vorerhitzerrohre 76' in die gemeinsame Leitung 86 und von dort in der umgekehrten Richtung durch die verbleibenden Rohre 76 in einen der Leitungsabschnitte 88, von wo die vorerhitzte Dampferzeugerflüssigkeit in der beschriebenen Weise in den Dampferzeuger B zurückkehrt.

Jedes Rohr 76, einschließlich der Rohre 76', verläuft in Längsrichtung durch eine Anordnung aus einer Anzahl koaxialer, radial eng nebeneinander liegender Ringrippen 90. Die Rippen 90 und die Rohre 76 und 76' bestehen aus Metall mit einem hohen Wärmeleitungskoeffizienten, und die Rippen 90 sind zur Erlangung eines hohen Wertes beim Wärmeübergang an die Rohre 76 und 76^f geklebt; auf diese Weise fin-

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det ein optimaler Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen in der Abdeckung 38 und dem Kondensat der Dampferzeugerflüssigkeit in den Rohren 76 und 76' des Vorerhitzers P statt. Wie in Fig. 8 dargestellt, weist zwischen jedem Rohr 76 jede Rippe 90 einen Schlitz in einem vorbestimmten Abstand radial von deren Innenkante ausgehend auf (gekennzeichnet durch 91), um Unterschiede der Wärmeausdehnung zwischen den inneren und den äusseren Randteilen der Rippen aufzufangen; solche Unterschiede treten wegen der Temperaturdifferenz der Verbrennungsgase auf, die ausserhalb zwischen den Rippen 90 des Vorerhitzers P vorbeistreichen.

Wie schon oben im Zusammenhang mit der speziellen, gezeichneten Ausbildungsform des Kondensators C und seiner Rippen 65 angegeben, ist der Axialabstand der Vorerhitzerrippen 90 unter Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit, die der Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensator-Einrichtung erteilt wird, sowie der kinematischen Zähigkeit der Verbrennungsgase bestimmt, die eine solche. Taylorzahl besitzen sollen, daß bei dem Verhältnis des inneren zu dem äusseren' Radius der Rippen 90 die Verbrennungsgase durch Viskositätsscherkräfte auf einer Spiralbahn ausserhalb zwischen den Rippen 90 in die Abgassammeikammer 40 gepumpt werden, die durch die feststehende Abdeckung definiert ist. Ein solches Scherkraftpumpen erfolgt leise, mit gutem Wirkungsgrad und gewährleistet gleichzeitig einen hohen Koeffizienten des konvektiven Wärmeübergangs in dem Vorerhitzer P.

Die■ Verbrennungsgase strömen auf einer etwa Schraubenlinienförmigen Bahn durch die Verbrennungszone 35 und gelangen dann an dem seitlichen Ende der feststehenden Trennwand 44 vorbei in eine ringförmige Übergangszone 92 zwischen der 'genannten Trennwand 44 und dem Vorerhitzer P, von dem aus die Gase an den umlaufenden Vorerhitzer-Rippen 90 vorbei in die Abgaskammer 40 eintreten. Die vorherrschende

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Geschwindigkeit der Verbrennungsgaso verläuft tangential wegen der verhältnismässig hohen Drehgeschwindigkeit der Dampferzeugerrohre 12,-13, 14 und 15 gegenüber der feststehenden zylindrischen Trennwand 4 4, Die von dem umlaufenden Brennstoffzerstäubungsring 51 in die Verbrennungszone .35 geschleuderten sehr feinen Tröpfchen werden mit der Verbrennungsluft gründlich vermischt; die Ursache hierfür ist die starke tangentiale Geschwindigkeitskomponente der Verbrennungsflamme und deren relativ langer Laufweg durch die zylindrische Verbrennung sz one 35, so daß sich ein ruhiger, kompakter Verbrennungsraum ergibt, der sich durch eine hohe volumetrische Wärmeabgabe auszeichnet. Zunächst mischt sich der von dem umlaufenden Zerstäubungsring 51 herkommende Brennstoff mit dem durch den Ringraum zwischen der umlaufenden Austrittslippe 5 2 und dem feststehenden zylindrischen Ring 60 austretenden Hauptluftstrom, Während ihrer Wanderung in der schraubenförmigen Bahn gibt die brennstoffreiche Flamme Wärme an die·Dampferzeugerrohre 12, 13, 14 und 15 ab. Gleichzeitig wird die Flamme mit der Zusatzluft vermischt, die durch die Löcher 47 in der zylindrischen Platte 46 der feststehenden zylindrischen Trennwand 44 austritt. Der Wärmeverlust der Flamme vor dem Abschluß der Verbrennung hat eine niedrigere Verbrennungstemperatur zur Folge, woraus sich eine geringere Konzentration an Stickoxiden in den Verbrennungsprodukten ergibt.

Die gegenüberliegenden Seitenteile der feststehenden Abdeckung 38, die den umlaufenden Dampferzeuger B umgeben, sind von axial verlaufenden zylindrischen Dichtungsringabs chnitten 94 bzw. 95 umgeben, die in geringem Abstand um gegenüberliegende zylindrische Aussenflachenteile des umlaufenden Maschinengehäuses H herumgeführt sind. Der Dichtungsring 94 steht dabei der zylindrischen äusseren Umfangsfläche 96 des Maschinengehäuses H nahe gegenüber, und der

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Dichtungsring 95 steht den zylindrischen äusseren Umfangsflachen 81 und 79 des umlaufenden Gehäuses H gegenüber. Wie Fig. 6 zeigt, liegen eine Anzahl auf dem Umfang gleichmässig verteilte Rohre 98 zwischen dem Dichtungsring 95 und den Gehäuseringen 81 und 7 9 und der Verbrennungszone 35, und da in dieser ein unter dem Atmosphärendruck liegender Druck herrscht, leitet die Rohrleitung Luft aus der Umgebung und an-der .Dichtung 95 austretendes Abgas in die Verbrennungszone 35, wodurch nicht nur verhindert wird, daß Abgase aus der feststehenden Abdeckung 38 in die Umgebungsluft austreten, sondern auch ein Wiedereintritt von Abgasen·in die Verbrennungszone erfolgt, wodurch die Entstehung von Luftverunreinigungen, insbesondere von Stickoxiden, erheblich herabgesetzt wird.

Bei normaler Arbeitsweise des umlaufenden Dampferzeugers und Verbrennungsraums, wobei die Flüssigkeit in dem umlaufenden Dampferzeuger B auf die erforderliche Temperatur und den nötigen Druck durch Verbrennen eines Brennstoff/ Luft-Gemisches in der Verbrennungszone 35 gebracht wird, wird der in dem Dampferzeuger erzeugte Druckdampf durch die Rohre 6 2 in die Kammer 6 3 und von dort in die Wärmeaus tau scher rohre 66 des Kondensators C geleitet, wo er von dem zwischen den Kühlrippen 65 hindurchtretenden Kühlfluid, wie oben beschrieben, kondensiert wird. Die kondensierte Dampferzeugerflüssigkeit fließt nach innen und aus den Kondensatorrohren 66 über die Gehäusefläche 74 in die Leitungen 75. Das die Leitungen 75 erreichende Kondensat wird durch Zentrifugalkräfte durch die Wärmeaustauscherrohre 76 und 76' des Vorerhitzers P gepumpt und zurück in den Dampferzeuger B gefördert, wie bereits beschrieben, so daß der Zyklus von neuem beginnen kann.

Die Luft oder das andersartige Kühlfluid, das zwischen

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den Kühlrippen 65 des Kondensators austritt, wird auf eine sehr höhe Temperatur durch Wärmeaustausch mit dem auf hoher Temperatur liegenden Dampferzeugerdampf aufgeheizt, der in den Kondensatorrohren 66 kondensiert wird, und die aus' dem Kondensator austretende heisse Luft kann z.B. zur Raumheizung verwendet werden, indem man den Kondensator C mit einer Umkleidung versieht, in der man die heisse Luft auffängt und sie zu Warmluftaustritten in dem zu beheizenden Raum führt. Die aus dem Kondensator austretende Heißluft kann aber auch zum Erhitzen und/oder Trocknen im Rahmen von industriellen Produktionsvorgängen od. dgl. ausgenutzt werden.

Eine typische Ausführungsform eines umlaufenden Dampferzeugers und Verbrennungsraums mit den beschriebenen Konstruktionsmerkmalen weist einen Dampferzeuger B mit einer Anzahl gewundener Rohre 12, 13, IH und 15 mit einem Aussendurchmesser von jeweils 13 mm (o,5 inch) auf. Der axiale Abschnitt B" des Dampferzeugers hat eine Axiallänge von 6 3,5 mm (2,5 inches), und die Rohrabschnitte sind mit einem Windungsdurchmesser von 457 mm (18,0 inches) gewickelt, so daß die FlüssLgkeits/ Dampf -Grenzfläche χ einen Abstand von 229 mm (9,0 inches) von der Drehachse des Dampferzeugers hat. Die innenliegende zylindrische Fläche 45 der feststehenden Trennwand 36 hat einen Innendurchmesser von 504 mm (19,84 inches) und die äussere Fläche 46 einen Aussendurchmesser von 509 mm (20,03 inches). Der Vorerhitzer P umfaßt neunzig Wärmeaustauscherrohre 76,einschließlich der Rohre 76', mit einer axialen Länge von jeweils 63,5 mm (2,5 inches) und einem Aussendurchmesser von 9,5 mm(3/8 inch). Die Rohre liegen auf einer Umfangslinie von 540 mm (21,25 inch) Durchmesser um die feststehende Trennwand 36. Die Anordnung der kreisförmigen Rippen 90 hat eine axiale Länge von 63,5 mm (2,5 inches), und die Stärke der Rippen beträgt jeweils 0,8 mm (1/32 inch) bei 1,6 mm (1/16 inch) Abstand zwischen benach-

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barton Rippen. Jede Rippe 90 hat einen Innendurchmesser von 520 mm (20,5 inches) und einen Aussendurchmesser von 559 mm (22,0 inches). Die vorgesehene Drehzahl des Dampferzeugers beträgt 2400 Umdr/min.

Wird als Dampferzeugerflüssigkeit ein Gemisch aus Trichlordiflucrbenzol-Isomeren benutzt (vgl. Bechtold und Tullock in der USA-Patentschrift 3 774 39 3) und beispielsweise Kerosin als Brennstoff, so ergeben sich im üblichen Betrieb die folgenden Kennwerte:

Dampferzeuger, Flüssigkeitseintritt 156°C (313°F) Brennstoffverbrauch (lbs/Std) 9,6

Brennstoff/Luft-Verhältnis 18,5

Dampferzeugerdampf . 326°C (620⁰F)

Dampferzeugerleistung Ί50 000 Btu/hr Combustor-Wirkungsgrad (%) 88

Die Erfindung ist nicht auf die in den Fig. 1 und 2 gezeichneten Ausführungsformen beschränkt, und der in dem Dampferzeuger B erzeugte Druckdampf kann vorteilhafterweise beispielsweise dazu benutzt werden, der umlaufenden Gehäüse-Dampferzeuger-Kohdensator-Baugruppe den geforderten Drehantrieb zu verschaffen, aber auch für die Leistungsabgabe zum Antreiben fremder Maschinen und Aggregate. Eine derartige Ausführung ist in den Fig. 10 bis 12 der Zeichnungen wiedergegeben, bei denen für Teile, die mit den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Teilen übereinstimmen, die gleichen Bezugszahlen verwendet sind.

Gemäß den Fig. 10 bis 12 der Zeichnung besitzt das Gehäuse H¹ einen mittleren Koaxialteil l^f mit einer Ringnabe 2¹ mit Mittelöffnung 3¹ axial durch die Nabe. In die Öffnung

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ist eine Welle 4' gesetzt, die mit der Nabe 2' fest verbunden ist und mit ihr umläuft. Die Welle 4' steht axial aus dem Gehäuseteil 1 heraus und ist in einer Lagerung 5' aufgenommen, die in e-inem feststehenden Ständer 6' der umlaufenden Maschine ruht. Fig. 11 zeigt, daß die dem Gehäuse H¹ abgewandte Seite der Welle H' eine radial verlaufende koaxiale Kreisscheibe 100 aufweist, aus deren Ende eine koaxiale Hohlwelle 101 heraussteht, die mittels einer Lagerung 102 auf einer koaxial verlaufenden feststehenden Welle 103 angebracht ist. Das äussere Ende der feststehenden Welle 103 liegt in einer Lagerung 104, die in eine Nabe 10Ha montiert ist, die koaxial zu der umlaufenden Maschine durch radial verlaufende Speichen 10' von einem feststehenden Halter 11' getragen wird. Die Welle 103 ist mittels eines radialen Stifts 103a gegen Drehung gesichert.

Koaxial zu dem Gehäuse H' ist eine Turbine oder sonstige. Expansionsmaschine vorgesehen. Die dargestellte Turbine T ist eine einstufige Maschine mit einem Rotor 105, an dem sich eine Anzahl Turbinenschaufeln 106 an seinem Umfang angeordnet befinden. Der Turbinenrotor 105 ist in einer kreisförmigen Ausnehmung 107 in dem Gehäuseteil 1' aufgenommen und unabhängig von dem Dampferzeuger B koaxial drehbar auf einer Koaxialwelle 108 gelagert, die drehbar in Lagerstellen 109 ruht. Eine auf einem Kreis angeordnete Anzahl Düsen 110 ist in dem Gehäuseteil 1' koaxial neben dem Turbinenrotor 105 und den Turbinenschaufeln 106 gegenüberstehend angeordnet. Eine Hochdruckdampf-Ringleitung 111 ist in dem Gehäuseteil 1' vorgesehen und speist die Düsen 110.

Der Hochdruckdampf wird der Leitung 111 von dem Dampferzeuger B aus durch eine Anzahl Dampfrohre 112 und die Verbindungsleitungen 113 zugeführt, die gleichabständig auf

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einem Kreis um die Achse angeordnet sind, um das Drehgleichgewicht in der Anlage zu erreichen. Der Hochdruckdampf wird aus der Leitung 111 durch die Düsen 110 abgegeben, von wo er auf die Schaufeln 106 trifft und den Turbinenrotor 105 und seine Welle 108 mit der verlangten Drehgeschwindigkeit antreibt. Auf der Welle 108 ist eine Dichtung 114 einwärts neben dem Turbinenrotqr 105 vorgesehen, um das Entweichen von-Druckdampf aus der Turbine längs der genannten Welle so weit wie möglich einzuschränken,'

In dem Gehäuseteil 1' ist ein ringförmiger Diffusor 115 vorgesehen, der den Abdampf aus der Expansionsmaschine, beispielsweise der Turbine T, aufnimmt, und die dorthin führende Eintrittsöffnung steht den Turbinenschaufeln 106 an deren den Düsen 110 abgewandtem Ende gegenüber. Der in den Diffusor 115 eintretende Abdampf wird in eine ringförmige Abdampfkammer 116 in dem umlaufenden Gehäuse weitergeleitet, von wo er in den Kondensator C gelangt, und die Abschnitte der Dampfrohre 112, die durch die ringförmige Abdampfkammer 116 führen, sind von konzentrischen Muffen 112', deren Durchmesser größer ist als derjenige der Rohre 112, umgeben, um die Rohre 112 gegen die niedrigere Temperatur zu isolieren, die in der Kammer 116 herrscht. Eine Anzahl axial verlaufender radialer Trenn- oder Ablenkwände 117 in der Abdampfkammer 116 sind gleichabständig rund um die Maschinenachse angeordnet und bewirken, daß die Winkelgeschwindigkeit des Abdampfs ebenso groß bleibt wie die der umlaufenden Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensatör-Anlage und daß ferner der Dampf in Richtung zum Kondensator und in Ihn hinein gerichtet wird.

Bei der gezeichneten Ausführungsform der Erfindung wird nach dem Anlaufenlassen der Maschine, und wenn die Flüssig-

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keit in dem Dampferzeuger B bis auf die erforderliche Temperatur und den nötigen Druck durch Verbrennen des Brennstoff/Luft-Gemischs in der Verbrennungszone 35 gebracht ist, die Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensator-Anlage mit Hilfe eines eingeschlossenen Getriebes mit feststehender Übersetzung in ständigem Umlauf durch die Abgabe von in der Maschine erzeugter Primärleistung gehalten; das Getriebe ist in dem Gehäuse H¹ koaxial angeordnet, z.B. wie in der USA-Patentschrift 3 76 9 7 96 (Max F. Bechtold) vom 6. November 197 3) beschrieben und gezeichnet.

Die Fig. 10 und 12 der vorliegenden Zeichnungen zeigen die Ausbildung des Getriebes als Planetengetriebe mit einem auf der Turbinenwelle 108 fest angebrachten und von ihr angetriebenen Sonnenrad 120. Mit dem Sonnenrad 120 stehen eine Anzahl Planetenräder 121 in Eingriff, die ausserdem mit-einem sie umfassenden Hohlrad 122 kämmen. Das Hohlrad 122 ist auf einem Ringflansch 12 3 angebracht und läuft mit ihm um; der Ringflansch ist Bestandteil einer benachbarten Platte 100 des umlaufenden Gehäuses H' und steht aus ihr in axialer Richtung vor. Bei der in Fig. 12 wiedergegebenen Ausführungs- ■ form sind drei Planetenräder 121 gleichabständig um die Maschinenachse herum angeordnet. Jedes Planetenrad ist drehbar auf einem Achszapfen 124 mittels einer Lagerung 125 angebracht, und jeder Achszapfen 124 ist fest in einem feststehenden sternförmigen Körper 126 angebracht, der sich am innenliegenden Ende der feststehenden Welle 103 befindet, ^% so daß die Achsen der Planetenräder 121 festgelegt sind und sich nicht gegenüber der Maschinenachse bewegen oder um sie drehen können. Die volle Leistungsabgabe der Motorturbine T wird daher von dem antreibenden Sonnenrad 120 über die Planetenräder 121 unmittelbar auf das angetriebene Hohlrad 12 und. die umlaufende Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensat or-An lage

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mit dem feststehenden Geschwindigkeitsverhältnis des speziellen Getriebes übertragen.

Die Turbinenwellenlagerungen 109 und die Lager 102 der .", feststehenden Welle 103 werden ebenso wie die verschiedenen Zahnräder in dem Getriebe durch eine zwangsläufig arbeitende Schmierung- geschmiert, bei der eine Pumpe nach Art eines Pitotrohres benützt wird (vgl, hierzu die USA-Patentschrift 3 744 24 6 vom 10. Juli 197 3). Bei der gezeichneten Ausführungsform ist das Hohlrad 122 des Getriebes mit feststehender Übersetzung in einem ringförmigen Schmiersumpf 128 angeordnet, der in dem umlaufenden Gehäuse H' gebildet ist (vgl, Fig. 10 der Zeichnungen). Die Pitot-Pumpe weist einen radialen Durchlaß 12 9 in dem feststehenden Sternkörper 126 auf, dessen Ende L-förmig ausgebildet ist und dessen Einlaß sich in einem ringförmig liegenden Schmiermittelbad 130 in dem Sümpf 128 befindet, wobei der Einlaß der Drehrichtung der Maschine entgegengesetzt gerichtet ist. Das innenliegende Ende des Durchlasses 129 ist an einen koaxialen Durchlaß 131 angeschlossen, der sich in dem sternförmigen Körper 126 befindet und in den benachbarten Abschnitt der Welle 103 hineinreicht, wo eine Verbindung mit einem radialen Durchlaß 132 hergestellt ist, der sich zwischen den Lagerungen 102 öffnet. Ein koaxialer Durchlaß 133 führt durch das Sonnenrad 120 und den benachbarten Teil der Turbinenwelle 108, wo er an einen radialen Durchlaß 134 anschließt, der zwischen den in axialem Abstand angebrachten Lagerungen 109 der Turbinenwelle ausmündet. Die Verbindung zwischen dem nicht umlaufenden Durchlaß 131 und dem Durchlaß 13 3 in dem umlaufenden Sonnenrad 120 und der Tur-r binenwelle 108 kann durch ein Verbindungsrohr 135 erfolgen, dessen eines Ende in dem Durchlaß 133 festliegt, während das andere Ende koaxial in dem festliegenden Durchlaß 131 mit Hilfe einer geeigneten Dichtung, wie sie beispielsweise in dem oben genannten Patent angegeben ist, gehalten werden

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kann.

„■ Beim Arbeiten mit der Maschine zeigt sich natürlich, daß beim Anlaufenlassen von dem Dampferzeuger kein Druckdampf geliefert wird, der die innenliegende Expansionsmaschine und damit die umlaufende Gehäuse -Dampf erzeuger.-Kon densator-.Anlage in Bewegung setzen kann. Infolgedessen ist es beim Anlaufen erforderlich, die Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensator-Anlage unabhängig mit der erforderlichen Drehzcihl anzutreiben, um die Flüssigkeits/Dampf-Grenzflache χ in dem Dampferzeuger herzustellen und aufrechtzuerhalten, bis die Flüssigkeit in dem Dampferzeuger so weit erhitzt ist, daß der erforderliche Druckdampf für den Antrieb der Turbine T bereitgestellt wird. Dazu kann man beispielsweise einen Startermotor M¹ verwenden, der eine auf der Welle ·+' befestigte Riemenscheibe 32' mit Hilfe eines Riemens oder einer Kette 33' antreibt. Eine Kupplung (nicht gezeichnet) oder eine ähnlich wirkende Einrichtung kann vorgesehen werden, um die Antriebsverbindüng zwischen dem Motor M¹ und der Riemenscheibe 32 * zu unterbrechen, wenn die Maschine die normalen Betriebsbedingungen erreicht hat, oder der Motor kann nun von der umlaufenden Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensator-Anlage und die Welle ^' angetrieben werden und als Generator arbeiten, der beispielsweise zum Aufladen einer Batterie ver-

' wendet wird, die andere Verbraucher, wie etwa den Startermotor, Lampen od. dgl. speist. Eine Zapfwelle 136 oder eine andere geeignete Antriebsverbindung ist am äusseren Ende der Ausgangswelle 4¹ vorgesehen, mit der eine bestimmte An-' Ordnung, beispielsweise ein Fahrzeug mit Rädern, ein Boot oder eine andere Einrichtung angetrieben werden kann.

Beim normalen Betrieb der umlaufenden Maschine wird, wenn die Flüssigkeit in dem umlaufenden Dampferzeuger B die • erforderliche Temperatur und den nötigen Druck durch Ver-

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brennen des Brennstoff/Luft-Gemischs in der Verbrennungszone 3 5 erreicht hat, der in dem Dampferzeuger erzeugte Druckdampf nach innen durch die Rohre 112 und Durchlässe 113 an die Leitung 111 abgegeben und von dorf durch die; Düsen 110 gegen die Turbinenschaufeln 106 gelenkt, wo- ' durch der Turbinenrotor 105 und die Welle 108 mit der gewünschten Drehzahl angetrieben werden können. Die Welle 108 treibt über die oben beschriebene Übersetzung mit festem Übersetzungsverhältnis die Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensator-Anlage und die Welle 4' mit einer vorbestimmten Drehgeschwindigkeit im Verhältnis zu der Drehgeschwindigkeit der Welle 108, je nach dem feststehenden Übersetzungsverhältnis des Getriebes. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Drehrichtung der Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensator-Anlage und der Welle 4¹ der Drehrichtung der Turbinenwelle 108 entgegengesetzt.

Der Abdampf aus der Turbine gelangt in den Diffusor 115 und wird durch die Abgaskammer 116 in die Wärmeaustauscherrohre 6 6 des Kondensators C abgegeben, wo er in der oben beschriebenen Weise durch das Kühlfluid kondensiert wird, das zwischen den Kühlrippen 6 5 nach aussen hindurchgeführt wird» Das Kondensat der Dampferzeugerflüssigkeit fließt in die Kondensatorrohre 6 6 hinein und aus ihnen heraus und über die Gehäusefläche 74' in die Leitungen-75 ·. Das die Leitungen 75' erreichende Kondensat wird durch die Rohre unter der Wirkung der Zentrifugalkraft hindurchgetrieben, ferner durch die Wärmeaustauscherrohre 76 und 76* des Vorerhitzers P und in den Dampferzeuger B zurückgeleitet, wie das oben schon beschrieben worden ist; danach beginnt der Kreislauf von neuem.

Die in den Fig. 10 bis 12 gezeichnete Aus führungshorn der Erfindung ist nicht auf die Anwendung eines innenliegenden

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Getriebes beschränkt, das, wie oben angegeben, die Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensator-Anlage unmittelbar von der. innenliegenden Expansionsmaschine aus in Drehung versetzt. Bei manchen Anlagen kann es demgegenüber erforderlich sein, die Gehäuse-Dampferzeuger-Kondensator-Anlage ständig von einem aussenliegenden Elektromotor M anzutreiben, wie es bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 ■erforderlich war, um die volle Leistung an der Turbinenwelle 108 zum Antrieb einer anderen Anlage zu benutzen. Beispielsweise kann die Turbinenwelle 108 einen elektrischen Generator oder eine Lichtmaschine antreiben, die in dem umlaufenden Gehäuse koaxial eingebaut ist, wie es etwa in meiner noch schwebenden USA-Patentanmeldung Ser.No. 3 86 6 vom 8. August 197 3 beschrieben ist. Ein solcher Generator oder Wechselstromerzeuger braucht nicht nur zur Versorgung des aussenliegenden Elektromotors mit elektrischem Strom zu dienen, sondern kann auch elektrische Energie für die Speisung von Maschinen, Heizungsanlagen, Beleuchtung oder sonstigen elektrisch betriebenen Einrichtungen liefern. Die Turbinenwelle 108 kann ausserdem koaxial aus der Maschine herausgeführt werden, und die volle Leistungsabgabe der Expansionsmaschine kann für den Antrieb einer mechanischen Einrichtung entweder direkt oder nach Bedarf über geeignete Drehzahluntersetzungen eingesetzt werden.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebene spezielle Konstruktion und Anordnung von Dampferzeuger B und Vorerhitzer P beschränkt, und abgeänderte Ausführungsbeispiele zeigen die Fig. 13 bzw. 14, in denen die gleichen Bezugszahlen zur Bezeichnung von Teilen benutzt werden, die im wesentlichen den schon beschriebenen und gezeichneten Teilen entsprechen.

Gemäß Fig. 13 kann der Vorerhitzer aus einer Anzahl von mit radialem Abstand angeordneten konzentrischen Abschnitten,

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beispielsweise zwei Abschnitten bestehen, wobei der äussere Abschnitt eine Anzahl mit axialem Abstand radial angeordneter ringförmiger Rippen 90a aufweist, durch die · Wärmeaustauscherrohre 76a in Längsrichtung hindurchlau-' fen, während der innere Abschnitt gleichartig angeordnete Wärmeaustauscherrohre 76b und ringförmige Rippen 90b aufweist. Das äussere Ende jeder Kondensatrückführungsleitung 75a schließt an einen Durchlaß 8 3a in dem Gehäusering 81a an,' und jeder Durchlaß 8 3a wiederum steht über Durchlässe 84a in dem benachbarten Gehäusering 7 9a mit den anstossenden Enden der Rohre 76a des äusseren Vorerhitzerabschnitts in Verbindung. Die anderen Enden der Rohre 7 6a stehen über Durchlässe 85a in dem Ring 80a mit einer Ringleitung 86a in dem Ring 82a' in Verbindung, und die Leitung 86a steht ausserdem über Durchlässe 85b mit den anstossenden Enden der Rohre 76b des inneren Vorerhitzerabschnitts in Verbindung. Die anderen Enden der Rohre 76b sind über Durchlässe 84b in dem Ring 7 9a "mit einer Leitung 8 3b in einem Ring '8Ia verbunden, an den die Einlaßenden verschiedener Rohre des Dampferzeugers B angeschlossen sind. Bei dieser Konstruktion erfolgt der Strom des Kondensats durch die Rohre 76a und 76b des äusseren und des inneren Abschnitts des Vorerhitzers in entgegengesetzter Richtung, um den Wärmeaustausch im Gegenstrom vorzunehmen, wobei die Verbrennungsgase zwischen den Rippen 90b und 90a der Vorerhitzerabschnitte hindurchströmen.

Nach Fig-, 14 ist ein zusammengesetzter Einkammer-Dampferzeuger 141 anstelle des oben beschriebenen Dampferzeugers B mit Rohrwindungen vorgesehen. Der Dampferzeuger 141 hat gemäß Fig. 14 insgesamt L-Form mit einem axial verlaufenden Hauptteil 14 2· und einem radial verlaufenden kleineren Ab-. . schnitt 14 3. Wie bei dem Dampferzeuger, B mit gewundenen Rohren ist der radial verlaufende Teil 14 3 des Einkammer-

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Dampferzeugers 141 in geeigneter Weise gegen Flammen isoliert, und es ist ein.zusätzlicher Wärmeübergang in die Flüssigkeit gegeben, die dem Dampferzeuger von dem Vor-, erhitzer zugeführt wird.

Aus dem vorstehend Gesagten ergibt sich, daß die Erfindung einen umlaufenden Dampferzeuger und Verbrennungsraum neuartiger Konstruktion darstellt, der Wärmeflüsse erzeugen kann, die wesentlich über den höchsten Wärmeflüssen bei den im normalen Schwerefeld arbeitenden Dampferzeugern liegen; die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen Verbrennungsraum, der Brennstoff und Luft in weitestem Maße vermischt und einen hohen Konvektionskoeffizienten liefert, bei ruhiger Verbrennung, hoher volumetrischer Wärme lieferung und gedrängter Bauweise. Die' Erfindung stellt ferner einen Dampferzeuger und Verbrennungsraum dar, bei dem Umgebungsluft nach innen in den Verbrennungsraum angesaugt wird und der selbsttätige Pumpwirkung besitzt. Der erfindungsgemäße Dampferzeuger und Verbrennungsraum hält ausserdem die Verbrennungstemperatur niedrig und drückt die Bildung von Stickoxiden weitestgehend herab, so daß nur ein sehr geringer Schadstoffausstoß erfolgt.

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Claims (1)

1. «λ Γ

   Pat entanspruch:

   Umlaufender Dampferzeuger und Verbrennungsraum, gekennzeichnet durch ein um seine Achse umlaufendes zylindrisches Gehäuse (1),

   einen koaxialen, ringförmigen Dampferzeuger (B), der in dem Gehäuse auf einem Kreise angeordnet ist und mit dem Gehäuse umläuft, wobei das Gehäuse und der Dampferzeuger mit einer vorgegebenen Drehgeschwindigkeit in Umdrehung versetzbar sind, um in dem Dampferzeuger eine ringrörmige Masse Dampferzeugerflüssigkeit mit einer Flüssigkeits/Dampf-Grenze in einem vorbestimmten Radialen Abstand von der genannten Achse halten zu können,

   eine Einrichtung (M, 32, 33), die die Gehäuse-Dampferzeuger-Anlage mit der genannten vorgegebenen Drehgeschwindigkeit in Umdrehung versetzt,

   eine Einrichtung, die eine ringförmige Verbrennungszone (35) definiert, die den umlaufenden Dampferzeuger (B) umgibt und eine feststehende ringförmige Trennwand (36) aufweist, die sich radial auswärts in einem bestimmten Abstand von dem Dampferzeuger befindet,

   eine Einrichtung für die Zuführung von Brennstoff und Luft in die Verbrennungszone (35),

   eine Drehbewegung der genannten Gehäuse-Dampferzeuger-Anlage relativ zu der umgebenden Verbrennungszone (35), wodurch der Brennstoff mit der Luft zur Verbrennung mischbar ist und die geforderte Verbrennung des Brennstoff/Luft-Gemischs in der genannten Zone ablaufen kann,

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   eine Einrichtung zum Zünden des Brennstoff/Luft-Gemischs in der genannten Verbrennungszone (35) und zum Einleiten der Verbrennung des Gemischs, um die Flüssigkeit in dem Dampferzeuger zu verbrennen und darin einen Druckdampf zu erzeugen,

   eine feststehende Abdeckung (38), die die in Umdrehung versetzbare Gehäuse-Dampferzeuger-Anlage umgibt und eine Verbrennungsgas-Auslaßkammer bildet, die das feststehende Trennwandelement mit einem radialen Abstand umgibt, einen Vorerhitzer (P) für die dem Dampferzeuger zugeführte Flüssigkeit, mit der genannten Gehäuse-Dampferzeuger-Anlage in Drehung versetzbar und ausgestattet mit einer Anordnung aus einer Anzahl von in gegenseitigem axialen Abstand angeordneter, koaxialer ringförmger Rippen (65) mit einer Anzahl von in Längsrichtung durch die Rippen geführten Wärmeaustauscherrohren (66), wobei der Vorerhitzer (P) um das Gehäuse (1) herum mit einem radialen Abstand gegenüber dem feststehenden Trennwandelernent (36) angeordnet ist und mit der genannten vorgegebenen Drehgeschwindigkeit arbeitet, um die genannten Verbrennungsgase durch den Vorerhitzer in die umgebende Verbrennungsgas-Auslaßkammer zu leiten, und

   eine Einrichtung, um Dampferzeugerflüssigkeit durch Wärmeaustauscherrohre des genannten Vorerhitzers in dem Dampferzeuger in einer vorbestimmten Menge zu fördern, die mit der aus dem Dampferzeuger verdampften Flüssigkeitsmenge in Beziehung steht, um die Flüssigkeits/Dampf-Grenzschicht in dem Dampferzeuger in dem genannten Abstand (x) von der Drehachse der genannten Gehäuse-Dampferzeuger-Anlage zu halten.

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