DE3335178C2

DE3335178C2 - Stromerzeuger in Thermosiphonbauweise

Info

Publication number: DE3335178C2
Application number: DE3335178A
Authority: DE
Inventors: Yasuaki Hitachi Akatsu; Seiichiro Sakaguchi; Koji Shiina
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1982-09-29
Filing date: 1983-09-28
Publication date: 1986-07-03
Also published as: US4546608A; FR2533621A1; DE3335178A1; FR2533621B1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Stromerzeuger in Thermosiphonbauweise mit einem Schwerkraftwärmerohr, in dem ein Arbeitsmedium zyklisch verdampft und kondensiert wird. Der Stromerzeuger hat einen geschlossenen Kessel, der mit dem Arbeitsfluid gefüllt ist und einen unteren Verdampfungsabschnitt bildet, einen oberen Kondensationsabschnitt und dazwischen einen wärmeisolierten Abschnitt. Eine mit einem Generator verbundene Turbine ist in oder am geschlossenen Kessel angebracht. Ein erster Kanal dient zur Einführung des Dampfes des im Verdampfungsabschnitt erzeugten Arbeitsfluids in die Turbine, während ein zweiter Kanal zur Einführung des Dampfes aus der Turbine in den Kondensationsabschnitt dient. Der Verdampfungsabschnitt enthält eine Vorratskammer zur Speicherung des Arbeitsfluids in flüssiger Phase und einen Dampfblasenpumpraum, der mit der Vorratskammer in Verbindung steht und bei Erhitzung eine Aufwärtsbewegung der Dampfblasen des Arbeitsfluids erzeugen kann, wodurch der Dampf des Arbeitsmittels durch den ersten Kanal zur Turbine gefördert wird. Ein dritter Kanal dient zur Zurückleitung des flüssigen Kondensats zur Vorratskammer.

Description

— daß der zweite Teilraum als Fallrohr (13a) ausgebildet ist, daß sich im Kessel (4) vom Wärmeisolierten Abschnitt (4c) abwärts zur Vorratskammer (21) erstreckt,

— daß ein inneres Trennrohr (14a) vorgesehen ist, das den über der Vorratskammer (21) gelegenen und das Fallrohr (13a) umgebenden Raum in den radial inneren ersten Teilraum (22b) und den radial äußeren Pumpraum (23) unterteilt, und

— daß die Einspritzeinrichtung (15) an einer die Vorratskammer (21) von dem ersten Teilraum (22b) und dem Pumpraum (23) trennenden Trennwand (13) angeordnet ist.

3. Dampferzeuger nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

— daß ein im Kessel (4) angeordnetes weiteres äußeres Trennrohr (14b) einen Spalt bildet zwischen der inneren Umfangsfläche des Kessels (4) und dem durch den Pumpraum (23) und die Vorratskammer (21) gebildeten Raum und

— daß der Spalt mit dem Umlaufmittel (11) gefüllt ist.

4. Dampferzeuger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

— eine im Pumpraum (23) angeordnete Trennanordnung (14c; \4d), die den Pumpraum (23) in eine Vielzahl von kleinen Abschnitten unterteilt, die in Umfangsrichtung des Kessels (4) nebeneinander liegen.

5. Dampferzeuger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

— daß wenigstens eine (14b) der den Pumpraum (23) bildenden Trennwände (14a, 14b) mit einer Vielzahl von Ausnehmungen (20) versehen ist, von denen jede eine verengte Öffnung und einen erweiterten Innenraum hat.

6. Dampferzeuger nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet,

— daß wenigstens eine (14a') der den Pumpraum (23) bildenden Wände (14a', 14b) aus porösem Material besteht

Die Erfindung betrifft einen Dampferzeuger in Thermosiphonbauweise für ein mit einer Turbine versehenes Kraftwerk, mit einem senkrechten, geschlossenen, evakuierten Kessel, der in seinem unteren, als Heizzone wirkenden Teil eine Arbeitsflüssigkeit enthält, und an seinen Innenwänden Mittel zur Kondensatrückführung aufweist, die vom oberen als Kühlzone wirkenden Teil des Kessels zur Heizzone führen, wobei zwischen Heizzone und Kühlzone ein wärmeisolierender Abschnitt angeordnet ist, und der Verdampferraum in mehrere Räume unterteilt ist, nämlich einen Dampfblasen-Pumpraum und eiaen Raum, in dem Arbeitsflüssigkeit abwärts fließt, wobei die Räume an ihren unteren Enden miteinander in Verbindung stehen und das obere Ende des Pumpraumes offen ist.

Einen derartigen Dampferzeuger zeigt die FR-PS 12 69 145. Die Arbeitsflüssigkeit besteht dabei aus einem einzigen Medium und es äst infolgedessen auch keine Unterteilung der Innenräume vorgesehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Dampferzeuger der eingangs geschilderten Art dahingehend zu verbessern, daß bei einer einfachen und kompakten Bauweise eine stabile Zirkulation des Arbeitsmediums im geschlossenen Kessel aufrechterhalten und ein hoher Stromerzeugungswirkungsgrad gewährleistet ist

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

5c Der erfindungsgemäße Dampferzeuger weist eine äußerst einfache Konstruktion auf und ist allein durch äußere Erwärmung betreibbar, die aufgrund der Dampfbiasenpumpwirkung und der Wirkung der Schwerkraft eine beinahe ständige natürliche Rezirkulation des Arbeitsmediums erzeugt. Auf diese Weise ist es möglich, einen kompakten Stromerzeuger in Thermosiphonbauweise herzustellen, der in kleinen und mittleren Kraftwerken verwendbar ist.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Es zeigt

F i g, 1 einen senkrechten Schnitt einer ersten Ausführungsform in Thermosiphonbauweise nach der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der ersten Ausführungsform zur Erläuterung der Drücke eines Arbeitsmediums in der Vorrichtung,

F i g. 3 einen senkrechten Schnitt eines Verdampfers, Fig. 4 einen Schnitt IVß-IVßvon Fig. 3,

F i g. 5 und 6 den F i g. 3 und 4 ähnliche Schnitte einer Variante,

F i g. 7 einen vergrößerten Teilschnitt einer Vorrichtung zur Erleichterung der Bildung von Dampfblasen,

F i g. 8A bis 8E senkrechte Schnitte der Einzelheit einer Einspritzvorrichtung für die Flüssigkeit eines Mediums mit niedrigem Siedepunkt.

F i g. 9 einen Teilschnitt .einer Rückschlagventilvorrichtung, die in Verbindung mit der Einspritzvorrichtung für das Antriebsmittel mit niedrigem Siedepunkt verwendet wird.

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung. Der Verdampfungsabschnitt 4a hat eine erste Vorratskammer 22 und eine zweite Vorratskammer 21, die ein nicht verdampfendes Umlaufmittel 11 und ein Antriebsmittel 12 eines Mediums mit niedrigem Siedepunkt speichern können, die ineinander unlöslich sind. Der Verdsmpfungsabschnitt 4a hat ferner einen Pumpraum 23 zur Erzeugung der Dampfblasenpumpwirkung. Die erste Vorratskammer 22 und die zweite Vorratskammer 21 sind durch eine Trennplatte 13 voneinander getrennt Ein Fallrohr 13a für das Antriebsmittel 12 mit dem niedrigen Siedepunkt ist mit der zweiten Vorratskammer 21 verbunden und erstreckt sich von dieser aus nach oben. Der Pumpraum 23 ist zwischen einer äußeren Trennwand 140, die in geeignetem Abstand von der Innenfläche des geschlossenen Kessels 4 angeordnet ist, und einer inneren Trennwand 14a, die in der äußeren Trennwand 146 in geeignetem Abstand hiervon angeordnet ist, gebildet Die Anordnung ist so getroffen, daß das Antreibsmittel 12 in der zweiten Vorratskammer 21 in das im Pumpraum 23 gespeicherte Umlaufmittel 11 eingespritzt wird. Die Pumpwirkung wird erzeugt, wenn die Dampfblasen des Antriebsmittels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt im Pumpraum 23 erzeugt werden, so daß das Zweiphasenmedium mit dem Umlaufmittel 11 und dem Dampf 12ö des Antriebsmitteis 12 zur Oberseite des Pumpraums 23 geschickt wird, wobei eine Gas-Flüssigkeit-Trennung im Oberteil des Pumpraums 23 erfolgt, die den Dampf 126 von den beiden Medien 11 und 12 trennt. Der auf diese Weise abgetrennte Dampf 126 des Antriebsmittels 12 wird in den Raum im wärmeisolierten Abschnitt 46 eingeführt. Der Kühlabschnitt 4c hat eine dritte Vorratskammer 24, in die der Dampf des von der Turbine 7 abgegebenen Antriebsmittels 12 kondensiert und gespeichert wird. Wecin auch aus der Zeichnung nicht klar ersichtlich, so steht die Vorratskammer 24 mit dem zur zweiten Vorratskammer 21 führenden Fallrohr 13a für das Antriebsmittel 12 in Verbindung. Der Verdampfuogsabschnitt 4a, der wärmeisolierte Abschnitt 46 und der Kühlabschnitt 4c sind im Kessel 4 übergebracht. Der Dampf 126 des Antriebsmittels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt wird in einen Einlaßkanal 16c eingeführt, der eine Verbindung zwischen dem wärmeisolierten Abschnitt 46 und der Turbine 7 herstellt, wodurch die Turbine 7 angetrieben wird.

Das Antriebsmittel 12 in der dritten Vorratskammer 24 wird wieder zur zweiten Vorratskammer 21 zurückgeleitet. Das dem angegebenen Zweiphasenmedium entnommene Umlaufmittel 11 wird zum Teil 226 der ersten Vorratskammer 22 im Pumpraum 23 zurückgeleitet. Wenn gemäß dieser Anordnung die Medien 11 und 12 erhitzt werden und das Antriebsmittel 12 mit dem niedrigen Siedepunkt in den Pumpraum 23 eingespritzt wird, werden Dampfblasen 12a des Antriebsmittels 12 im Pumpraurn 23 erzeugt. Folglich bewirkt die natürliche Rezirkulationsf-trömung eine Wiederholung der Verdampfung und Kondensation zum ständigen Antreiben des Generators 18.

Die erste Ausführung der Erfindung wird nun im einzelnen beschrieben. Das Unterteil, Mittelteil und Oberteil des im Kessel 4 begrenzten Raums bilden den Verdampfungsabschnitt 4a, den wärmeisolierten Abschnitt 46 bzw. den Kühlerabschnitt 4c. Die Turbine 7 befindet sich außerhalb des Oberteils des Kessels 4. Der Generator 18 ist über eine Welle 8 mit der Turbine 7 verbunden. Der Verdampfungsabschnitt 4a enthält die erste Vorratskammer 22 zur Speicherung des Umlaufmittels 11, eine zweite Vorratskammer 21 zur Speicherung des Antreibsmiitels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt und den Pumpraum 23 zur Erzeugung der Dampfblasenpumpwirkung. Im einzelnen ist die erste Vorratskammer 22 durch das Unterteil des Raumes im Kessel 4 gebildet

In diesem Raum befindet sich die äußere Trennwand 146, die in geeignetem Abstand von der inneren Umfangsfläche des Kessels 4 angeordnet ist und die innere Trennwand 14a, die innerhalb der äußeren Trennwand 146 in geeignetem Abstand hiervon angeordnet ist Der durch die äußere Trennwand 146 und-ie innere Trennwand 14a begrenzte Raum bildet den Pirmpraum 23. Die zweite Vorratskammer 21 ist in einer kastenförmigen Wand ausgebildet, die in geeignetem Abstand von der Bodenfläche des Kessels 4 angeordnet ist Der untere Endteil d*;s Pumpraums 23 befindet sich in der Nähe der Trennwand 13, die einen Teil der kastenförmigen Wand bildet Die Trennwand 13 ist mit einer Einspritzeinrichtung 15 für das Antriebsmittel 12 mit dem niedrigen Siedepunkt versehen zum Einspritzen dieses Mediums von der zweiten Vorratskammer 21 in den Pumpraum 23. Das Fallrohr 13a für das Antriebsmittel 12 befindet sich im wesentlichen radial innerhalb des Kessels 4, erstreckt sich nach oben und ist mit der zweiten Vorratskammer 21 verbunden. Der Pumpraum 23 speichert das Umlaufmittel 11. Die Anordnung ist so getroffen, daß die Dampfblasen 12a des Antriebsmittels 12 gebildet werden, wenn dieses von der Einspritzeinrichtung 15 in den Pumpraum 23 eingespritzt wird. Der Kessel 4 wird durch die gemäß den Pfeilen A von außen her zugeführte Wärme erhitzt zur Erhitzung des Umlaufmittels 11, in die uas ebenfalls erhitzte Antriebsmittel 12 eingespritzt wird, wodurch die Dampfblasen 12a des Antriebsmittels 12 erzeugt werden. Die Dampfblasen 12a, die sich natürlieh nach oben bewegen, erzeugen eine Dampfblasenpumpwirkung, die eine Aufwärtsströmung der Zweiphasenflüssigkeit erzeugen, die aus dem Umlaufmittel 11 und dem Dampf 126 des Antriebsmittels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt im Pumpraum 23 besteht.

Das Umlaufmittel 11 wird im Teil 22a der ersten Vorratskammer 22 aufgerührt, die an die innere Umfangsfläche des Kessels 4 angrenzt, d. h. im Raum zwischen dem Spalt zwischen der äußeren Trennwand 146 und der inneren Umfangsfläche des Kessels 4 und dem Spalt zwischen dem Boden der zweiten Vorratskammer 21 und der Bodenfläche des Kessels 4. Dieses Umlaufmittel 11 verhindert, daß jegliche Schwankung der von außen her zugeführten Wärme unmittelbar auf den Pumpraum 23 und die zweite Vorratskammer 21 übertragen wird, wodurch der Strom der Medien 11 und 12 stabilisiert wird.

Der wärmeisolierte Abschnitt 46 enthält einen Raum, der gegenüber der äußeren Wärme isoliert ist. Der Dampf 126 des Antriebsmittels 12, der bei der Gas-Flüssigkeit-Trennung d~s Zweiphasenmediums erzeugt wird, tritt durch diesen Raum hindurch. Der Dampf 126 erfährt in der an der oberen Außenseite des Kessels 4 angeordneten Turbine 7 eine adiabatische Expansion,

wird durch ein sich durch den Kessel 4 erstreckendes Turbinenauslaßrohr 16</geschickt und in einer im Kühlabschnitt 4c vorgesehenen Dampfkammer 17 gespeichert. Die das Antriebsmittel 12 speichernde dritte Vorratskammer 24 umgibt die Dampfkammer 17. Die Dampfkammer 17 ist mit einer Einspritzeinrichtung 17a für den Dampf 126 des Antriebsmittels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt versehen. Der Dampf 126 wird in das in der dritten Vorratskammer 24 enthaltene Antriebsmittel 12 eingespritzt.

Bei der Ausführungsform von F i g. 1 besteht die Einspritzeinrichtung 17a aus einer Vielzahl von Einspritzlöchern in der die Dampfkammer 17 umgebenden Wand. Daher wird der Dampf 126 teilweise im Turbinenauslaßrohr 16c/und teilweise durch die unmittelbare Berührung mit dem Antriebsmittel 12 kondensiert. Eine Trennwand 136 am unteren Endteil der dritten Vorratskammer 24 angrenzend an den wärmeisolierten Abschnitt 46 schließt die Unterseite der dritten Vorratskammer 24. Eine nicht dargestellte Einrichtung stellt eine Verbindung zwischen der dritten Vorratskammer 24 und dem Fallrohr 13a her.

Eine Hochdruckkammer 166 für den Dampf 126 befindet sich unter Zwischenschaltung eines Wärmeisolators 25 an einem Teil des Raums in der dritten Vorratskammer 24 angrenzend an die Unterseite der Dampfkammer 17. Die Hochdruckkammer 166 und der wärmeisolierte Abschnitt 46 stehen über einen Steigkanal 16a für den Dampf 126 miteinander in Verbindung. Der in der Hochdruckkammer 166 befindliche Dampf 126 wird über den Einlaßkanal 16c in die Turbine 7 eingeführt. Der Einlaßkanal 16c erstreckt sich durch die Dampfkammer 17 und die dritte Vorratskammer 24. Der Verdampfungsabschnitt 4a, der wärmeisolierte Abschnitt 46 und der Kühlabschnitt 4c befinden sich im Kessel 4. Eine Rippenanordnung 4aa befindet sich auf Wandteilen des Kessels 4 um den Verdampfungsabschnitt 4a und den Kühiabschnitt 4c. Die äußere Umfangswand des Kessels 4 ist an ihren zwischen dem Verdampfungsabschnitt 4a und dem wärmeisolierten Abschnitt 46 und zwischen dem Kühlabschnitt 4c und dem wärmeisolierten Abschnitt 46 mit einem Montageflansch 4c/bzw. mit einem Montageflansch 4e versehen, um die Verbindung dieser Teile mit den äußeren nicht gezeigten Kanälen zu erleichtern.

Die oben beschriebene erste Ausführungsform arbeitet in der folgenden Weise:

Der Verdampfungsabschnitt 4a ist mittels des Montageflansches 4c/mit einem nicht gezeigten und eine Medium- oder Niedertemperaturwärmequelle enthaltenden Kanal so verbunden, daß er in diesen Kanai ragt. Wenn die Wärme gemäß den Pfeilen A zugeführt wird, wird sie zum Innenraum des Verdampfungsabschnitts 4a übertragen und erwärmt das Umlaufmittel 11 im Raum zwischen der Wand des Kessels 4 und der äußeren Trennwand 146 und auch das Umlaufmittel 11 im Raum zwischen dem Boden des Kessels 4 und dem Boden der zweiten Vorratskammer 21. Das Umlaufmittel 11 in diesen Räumen dient als Puffer zur Aufnahme jeglicher Schwankungen der Wärmeliefermenge von der äußeren Energiequelle und auch als Wärmespeicher während des Betriebs des Dampferzeugers.

Dann wird das Antriebsmittel 12 mit dem niedrigen Siedepunkt in der zweiten Vorratskammer 21 vorerhitzt und durch die Einspritzeinrichtung 15 in den Pumpraum 23 eingespritzt. Foigiich werden Dampibiasen i2a des Antriebsmittels im Pumpraum 23 erzeugt bewegen sich in diesem nach oben und bewirken eine Pumpwirkung die eine Aufwärtsströmung des aus dem Umlaufmittel 11 und dem Dampf 126 bestehenden Zweiphasenmediums im Pumpraum 23 bewirkt, was durch einen Pfeil E angegeben ist. Dann erfolgt eine Gas-Flüssigkeit-Trennung auf der Flüssigkeitsoberfläche im Pumpraum 23 zur Trennung des Umlaufmittels 11 vom Dampf 126. Folglich strömt der Dampf 126 nach oben in den wärmeisolierten Abschnitt 46. Andererseits strömt das von dem Antriebsmittel 12 mit dem niedrigen Siedepunkt getrennte Umlaufmittel 11 nach unten durch den Teil 226 der ersten Vorratskammer 22 zwischen dem Fallrohr 13a und der inneren Trennwand 14a gemäß Pfeil F und wird im Teil 226 gespeichert. Selbst wenn eine geringe Menge an nicht verdampfter flüssiger Komponente des Antriebsmittels 12 in der Abwärtsströmung des Umlaufmittels 11 auf Grund einer unzureichenden Erhitzung durch die Außenwärme enthalten sein sollte, entsteht kein wesentliches Problem, da diese nicht verdampfte Komponente erhitzt und rezirkuliert wird.

Wenn daher der Kessel 4 einmal durch die von außen zugeführte Wärme erhitzt ist, wird durch die Dampfblasenpumpwirkung die natürliche Rezirkulationsströmung erzeugt und beinahe ständig im Verdampfungsabschnitt 4a aufrechterhalten.

Andererseits wird der Dampf 126 durch den wärmeisolierten Abschnitt 46 bewegt, steigt durch den Steigkanal 16a gemäß den Pfeilen C und wird in der Hochdruckkammer 166 vorübergehend gespeichert. Dieser Dampf J26wird durch den Einlaßkanal 16c in dieTurbine 7 eingeführt. Der Dampf 126 erführt dann eine adiabatische Expansion und treibt die Turbine 7 an, die ihrerseits über den Kotor 8 den Generator 18 antreibt. Der Dampf 126 wird durch das Turbinenauslaßrohr 16</ aus der Turbine 7 entleert, vorübergehend in der Dampfkammer 17 gespeichert und dann durch die Einspritzeinrichtung 17a in das Antriebsmittel 12 in der dritten Vorratskammer 24 eingespritzt. Der Dampf 126 wird durch unmittelbare Berührung mit dem Antriebsmittel 12 kondensiert. Im einzelnen wird der Dampf 126 teilweise im Turbinenauslaßrohr 16c/ und teilweise durch unmittelbare Berührung mit der flüssigen Phase des Mediums mit dem niedrigen Siedepunkt kondensiert, während er gemäß den Pfeilen B Wärme nach außen liefert, und wird in der dritten Vorratskammer 24 gespeichert Dann strömt das in der dritten Vorratskammer 24 enthaltene Antriebsmittel 12 gemäß den Pfeilen D nach unten durch das Fallrohr 13a und wird in die im Verdampfungsabschnitt 4a befindliche zweite Vorratskammer 21 zurückgeleitet. Dieser Vorgang wird zyklisch wiederholt zur kontinuierlichen Erzeugung von elektrischem Strom.

Es folgt in Verbindung mit F i g. 2 eine Erläuterung der in jedem Teil der Vorrichtung nach der Erfindung entwickelten Drücke.

Der Druck Pi des in der Vorratskammer 21 im Verdampfungsabschnitt 4a befindlichen Antriebsmittels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt ist gleich der Summe des Sättigungsdrucks P/_c des Antriebsmittels 12, der auf das Medium in der dritten Vorratskammer 24 im Kühlabschnitt 4c wirkt und der Druckhöhe rrLr, die durch die Flüssigkeitssäule in der Vorratskammer 24, im Fallrohr 13a und in der Vorratskammer 21 gebildet ist /? bedeutet das spezifische Gewicht des Antriebsmittels 12, während Lf den Höhenunterschied darstellt Der Druck Pt, des Heizmediums ist gleich der Summe des Sättigungsdrucks Pk des Mediums 12 mit dem niedrigen Siedepunkt im wärmeisolierten Abschnitt 46 und der Druckhöhe r/,Lh des Umlaufmittels 11 in der ersten Vorrats-

kammer 22. r/, bedeutet das spezifische Gewicht des Unilaufmitlels 11, während Lh den Höhenunterschied darstellt.

Für das Einspritzen des Antriebsmittels 12 von der zweiten Vorratskammer 21 in die erste Vorratskammer

22 in der erläuterten Weise, müssen der Druck P/ des Antriebsmittels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt und der drurk Ph des Umlaufmittels 11 der folgenden Bedingung gc-nugen:

Pr > Ph

Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß bei der ersten Ausführungsform des Dampferzeugers in Thermosiphonbauweise nach der Erfindung alle Bauteile mit Ausnahme der Turbine und des hiermit verbundenen Generators innerhalb des Kessels zusammengebaut sind. Somit ist die Vorrichtung insgesamt sehr kompakt und einfach. Zusätzlich wird das Arbeitsmedium kontinuierlich im geschlossenen Kessel zirkuliert und wiederholt durch die Dampfblasenpumpwirkung die Verdampfung und Kondensation zyklisch, ohne irgendeine gesonderte Umwälzpumpe zu erfordern. Folglich wird der Stromerzeugungswirkungsgrad durch Verringerung der Eingangsenergie verbessert. Bei der beschriebenen ersten Ausführungsform besteht der Dampferzeuger in Thermosiphonbauweise aus zwei Teilen: Dem Kessel 4 mit den Wärmeaustauschabschnitten für die Verdampfung und Kondensation des Mediums und dem Energieaufnahmeabschnitt mit der Turbhe und dem Generator, die außerhalb des Kessels 4 angeordnet sind. Es ist daher möglich, den die verschiedenen Bestandteile aufnehmenden Kessel 4 und den Energieaufnahmeabschnitt mit der Turbine 7 und dem Generator 18 in Form von getrennten Einheiten zu bauen, so daß die gesamte Vorrichtung einfach mit niedrigen Kosten durch Verbinden dieser gesondert ausgebildeten Einheiten montiert werden kann.

F i g. 3 und 4 zeigen eine Einzelheit des Verdampfungsabschnitts 4a bei den oben beschriebenen Ausführungsformen. Wie ausgeführt, nimmt der Verdampfungsabschnitt 4a die äußere Trennwand 146 und die innere Trennwand 14a auf. Der dadurch gebildete Pumpraum 23 nimmt das Umlaufmittel 11 auf. Dampfblasen 12a des Antriebsmittels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt werden gebildet, wenn dieses in das Umlaufmittel 11 eingespritzt wird. Bei der in Fig.3 und 4 dargestellten Ausführungsform hat der Pumpraum 23 eine geringe radiale Breite, erstreckt sich im wesentlichen senkrecht auf einer gegebenen Länge (vgl. F i g. 3) und hat einen kontinuierlichen kreisförmigen Querschnitt gemäß F i g. 4.

F i g. 5 zeigt eine Abänderung, bei der der Pumpraum

23 durch eine Vielzahl von Trennwänden 14c in Umfangsrichtung in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist. Die Trennwände 14c erstrecken sich senkrecht und radial im Pumpraum 23 und verbinden die inneren und äußeren Trennwände 14a bzw. 146. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die Dampfblasen 12a sich in voneinander unabhängigen Abschnitten des Pumpraums 23 ohne gegenseitiges Mischen nach oben bewegen können. Wenn die Dampfblasen 12a sich unter Bildung von größeren Dampfblasen miteinander mischen, ist der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschs zwischen den beiden Medien 11 und 12 herabgesetzt und wird in der Aufwärtsströmung des Zweiphasenmediums eine instabile Strömungskomponente erzeugt Es ist ersichtlich, daß die Abänderung von F i g. 5, in der der Pumpraum 23 in eine Vielzahl von Abschnitten unterteilt ist, in der Beseitigung derartiger Probleme wirksam ist.

Fig.6 zeigt eine weitere Abänderung, bei der eine Vielzahl von Trennwänden mit kleinem Durchmesser im Pumpraum nebeneinander liegend in Umfangsrichtung angeordnet sind. Die Dampfblasen 12a werden in den jeweiligen Trennwänden 14c/ erzeugt. Für den Fachmann ist es ersichtlich, daß diese Anordnung denselben Vorteil wie die in Verbindung mit Fig. 5 erläuterte Anordnung hat.

F i g. 7 zeigt ein Beispiel einer Vorrichtung zur Förderung der Dampfblasenerzeugung im Pumpraum 23. Bei diesem Beispiel besteht die innere Trennwand 14a, die ein Bestandteil des Pumpraums 23 ist, aus einer porösen Wand 14a'. In der dem Pumpraum 23 zugewandten Innenfläche der äußeren Trennwand 146 ist in Umfangsund Axialrichtung eine Vielzahl von Ausnehmungen 20 ausgebildet. Jede Ausnehmung 20 hat eine verengte Eintrittsöffnung und einen weiten Innenraum. Das gemäß Pfeil H von der Einspritzeinrichtung i5 in den Pumpraum 23 eingespritzte Antriebsmittel 12 wird in jeder Ausnehmung 20 eingefangen und bildet Kerne für das Sieden, wodurch das Sieden gefördert wird. Folglich können die Dampfblasen 12a wachsen, so daß die Dampfblasenerzeugung gefördert wird. Dasselbe gilt auch für die poröse Wand 14a. Folglich werden die Dampfblasen 12a des Antriebsmittels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt gemäß dem Pfeil £nach oben bewegt, während sie an Größe zunehmen. Wenn auch beim dargestellten Beispiel die Ausnehmungen 20 in der inneren Umfangsfläche der äußeren Trennwand 146 ausgebildet sind, können sie auch in der äußeren Umfangsfläche der inneren Trennwand 14a'oder in diesen beiden Wänden ausgebildet sein. Es ist auch möglich, die äußere Trennwand 146 aus porösem Material auszubilden.

Verschiedene Ausführungsformen der Einspritzeinrichtung 15 für das Antriebsmittel 12 mit dem niedrigen Siedepunkt und bei allen oben beschriebenen Ausfuhr rungsformen anwendbar, werden in Verbindung mit Fig.8Abis8Ebeschrieben.

Gemäß F i g. 8A bildet eine Trennwand 13 die zweite Vorratskammer 21 und ist mit einer Einspritzdüse 15a für das Antriebsmittel 12 mit dem niedrigen Siedepunkt versehen. Diese Einspritzdüse mündet in das untere Ende des Pumpraums 23 zwischen der inneren Trennwand 14a und der äußeren Trennwand 146. Zwischen dem unteren Ende der inneren Trennwand 14a und der Trennwand 13 ist ein Spalt gebildet, der das Strömen des Umlaufmittels 11 gemäß dem Pfeil G in den Pumpraum ermöglicht. Das Antriebsmittel 12 mit dem niedrigen Siedepunkt in der zweiten Vorratskammer 21 wird gei.näß einem Pfeil //durch die Einspritzdüse 15a in den Pumpraum 23 eingespritzt zur Erzeugung von Dampfblasen 12a. F i g. 8B zeigt eine Anordnung, bei der eine Trennwand 13 aus einem porösen Material 15c besteht und zum Einspritzen des Antriebsmittels 12 dient. Bei einer in Fig.8C gezeigten abweichenden Anordnung ist eine sich verjüngende innere Trennwand 14a "vorgesehen, welche die Größe des Pumpraums 23 nach oben allmählich verringert, wobei Antriebsmittel 12 durch das poröse Material 15c eingespritzt wird. Bei dieser Anordnung kann die Geschwindigkeit der Aufwärtsströmung des Zweiphasenmediums erhöht werden. Bei einer in Fig. 8D gezeigten weiteren abweichenden An-Ordnung ist eine Trennwand 13c/ vorgesehen, die die äußere Umfangsfläche der zweiten Vorratskammer 21 von der inneren Umfangsfläche der äußeren Trennwand 146 entfernt, wobei Einspritzöffnungen 156 in der

Trennwand 13d zum Einspritzen des Antriebsmittels 12 mit dem niedrigen Siedepunkt dienen.

Fig.8E zeigt eine weitere unterschiedliche Anordnung, bei der die äußere Umfangsfläche der zweiten Vorratskammer 21 von der inneren Umfangsfläche der äußeren Trennwand 146 entfernt ist und bei der gleichzeitig Trennwände 13eund 13/"miHen Einspritzöffnungen 156 für das Antriebsmittel 12 angeordnet sind, um den Boden der Vorratskammer 21 vom Boden der äußeren Trennwand i46 zu entfernen. Gemäß dieser Anordnung kann eine längere Vorheizzeit des Antriebsmittels 12 und eine Vergrößerung der Einspritzfläche erzielt werden.

Bei den oben beschriebenen ersten bis dritten Ausführungsformen ist zwischen dem unteren Ende der inneren Trennwand 14a und der Oberseite der zweiten Vorratskammer 21 ein Spalt gebildet, der das Strömen des Umlaufmittels 11 in den Pumpraum 23 ermöglicht. Gleichzeitig kann in Nähe des Spalts ein Rückschlagventil 19 vorgesehen sein (vgl. Fig.9). Dieses Rückschlagventil 19 befindet sich auf der Trennplatte 13 zwischen der zweiten Vorratskammer 21 und dem Pumpraum 23 und kann das Umlaufmittel 11 im Pumpraum 23 daran hindern, gemäß dem Pfeil G durch die Einspritzöffnung 156 in die zweite Vorratskammer 21 zurückzuströmen, und kann das Strömen des Antriebsmittels 12 durch die Einspritzöffnung 156 in den Pumpraum 23 zulassen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

35

40

45

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Dampferzeuger in Thermosiphonbauweise für ein mit einer Turbine versehenes Kraftwerk, mit einem senkrechten, geschlossenen, evakuierten Kessel, der in seinem unteren, als Heizzone wirkenden Teil eine Arbeitsflüssigkeit enthält, und an seinen Innenwänden Mittel zur Kondensatrückführung aufweist, die vom oberen als Kühlzone wirkenden Teil des Kessels zur Heizzone führen, wobei zwischen Heizzone und Kühlzone ein wärmeisolierender Abschnitt angeordnet ist, und der Verdampferraum in mehrere Räume unterteilt ist, nämlich einen Dampfblasen-Pumpraum und einen Raum, in dem Arbeitsflüssigkeit abwärts fließt, wobei die Räume an ihren unteren Enden miteinander in Verbindung stehen und das obere Ende des Pumpraumes offen ist dadurch gekennzeichnet,

daß die Arbeitsflüssigkeit aus einem Gemisch eines, bei Betriebstemperatur nicht verdampfenden Umlaufmittels (11) und eines in diesem nicht lösbaren, bei Betriebstemperatur verdampfenden Antriebsmittels (12) für die Turbine (7) besteht,
daß der Raum, in dem die Arbeitsflüssigkeit abwärts fließt, in einen ersten Teilraum (22OJfUr das Umlaufmittel (11) und in einem zweiten Teilraum (13a, 21) für das Antriebsmittel (12) aufgeteilt ist, und
daß der erste Teilraum (22b) an seinem oberen Ende mit dem Pumpraum (23) und der zweite Teilraum (13a, 21) mit dem Pumpraum (23) über eine Einspritzeinrichtung (15) in Verbindung steht

2. Dampferzeuger nech Anbruch 1, dadurch gekennzeichnet,