DE373350C

DE373350C - Steam generator with heat storage for submarines and diving boats or the like.

Info

Publication number: DE373350C
Application number: DESCH50729D
Authority: DE
Original assignee: WILHELM SCHMIDT DR ING
Current assignee: WILHELM SCHMIDT DR ING
Priority date: 1916-11-12
Filing date: 1916-11-12
Publication date: 1923-04-11

Description

Dampferzeuger mit Wärmespeicher für Untersee- und Tauchboote o. dgl. Die Erfindung bezieht sich auf eine Dampfkraftanlage für Schiffszwecke, insbesondere für Unterseeboote, bei der ein Wasserdampfkessel und ein mit einer Hochsiedeflüssigkeit gefüllter Speicherbehälter vorgesehen sind.Steam generator with heat storage for submarines and diving boats or the like. The invention relates to a steam power plant for marine purposes, in particular for submarines, in which a steam boiler and one with a high boiling liquid filled storage container are provided.

Die Verwendung einer von der Kesselfeuerurig erhitzten Hochsiedeflüssi@gkeit ' zur Abgabe von Wärme zwecks Dampferzeugung oder Dampfüberhitzung, so daß die Wärme der Dampfkes@selgase vermittels einer Hochsiedeflüssigkeit auf den Wasserdampf übertragen wird, ist bekannt. Demgegenüber unterscheidet sich der Gegenstand der vorliegenden Erfindung dadurch, daß eine Hochsiedeflüssigkeit als aufspeichernder Stoff eines Wärmespeichers dient, der einen Teil der Kesselanlage bildet und dessen Wärmeinhalt zur Dampferzeugung und gegebenenfalls auch zur Dampfüberhitzung verwendet wird. Dieser Wärmespeicher ist dabei derart in die Kesselanlage bzw. in den Strom der Kesselabgase (also der durch die Kesselbeheizung bereits abgekühlten Feuergase) eingebaut, daß die Dampfkesselabgase als ladender Wärmeträger und der Dampf als entladender Wärmeträger für den Wärmespeicher dient.The use of a high-boiling liquid heated by the boiler fire 'to give off heat for the purpose of steam generation or steam overheating, so that the heat the steam boiler gases are transferred to the steam by means of a high-boiling liquid is known. In contrast, the subject differs of the present invention in that a high-boiling liquid as an accumulative Material of a heat accumulator is used, which forms part of the boiler system and its Heat content used for steam generation and possibly also for steam overheating will. This heat storage is in this way in the boiler system or in the electricity the boiler exhaust gases (i.e. the fire gases that have already been cooled by the boiler heating) built in that the steam boiler exhaust gases as a loading heat carrier and the steam as discharging heat carrier is used for the heat storage.

Eine besonders zweckmäßige Ausführungsform eines vereinigten Dampferzeugers und Wärmespeichers für ein Tauchboot ist auf der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigt Abb. i, in Pfeilrichtung gesehen, einen Querschnitt nach i-i der Abb.2, Abb. 2 einen Längsschnitt durch den vereinigten Dampferzeuger und Wärmespeicher. In Abb. 3 ist eine Ansicht der hinteren Stirnseite, in Pfeilrichtung (Abh. 2) gesehen, dargestellt.A particularly useful embodiment of a combined steam generator and heat storage for a submersible is shown on the drawing, namely Fig. i, seen in the direction of the arrow, shows a cross-section according to i-i of Fig. 2, Fig. 2 shows a longitudinal section through the combined steam generator and heat accumulator. In fig. 3 is a view of the rear end side, seen in the direction of the arrow (Dep. 2).

Der ganze lichte Bootsquerschnitt, der durch die Wand Z abgegrenzt wird, ist von der Kesselanlage ausgefüllt; als Strahlungsflächen für das Bootsinnere kommen nur noch die beiden Stirnwände in Betracht. Zur Verbindung der durch den Kessel getrennten Bootshälften ist in an sich bekannter Weise ein Durchgang X vorgesehen. Die beiden Wasserdampfkessel A sind als Dreiflammrohrkessel mit Innenölfeuerung ausgebildet. Der Dampfdruck ,ist zu 3oAtm., entsprechend 233° Wassertemperatur, gewählt. Der Behälter B, mit C)1 als schwerer siedendem Stoff, füllt den übrigbleibenden Bootsquerschnitt aus. Die Wasserdampfkessel A ruhen in bekannter Weise mit einem Isolierzwischenraum C in flammrohrartigen Rohren D im unteren Teil des Ölbehälters, um den Schwerpunkt möglichst tief zu legen.The whole clear cross-section of the boat, which is delimited by the wall Z. is filled out by the boiler system; as radiation surfaces for the interior of the boat only the two end walls come into consideration. To connect the Boiler separate boat halves, a passage X is provided in a known manner. The two steam boilers A are three-flame tube boilers with internal oil firing educated. The vapor pressure is 3oAtm., Corresponding to 233 ° water temperature, chosen. The container B, with C) 1 as a higher boiling substance, fills the remaining material Boat cross-section. The steam boiler A rest in a known manner with a Insulating space C in flame tube-like tubes D in the lower part of the oil tank, to keep the center of gravity as low as possible.

Man muß .drei verschiedene Betriebsarten unterscheiden: i. Feuerungsbetrieb bei Überwasserfahrt, wobei Dampf zum Betriebe einer Dampfkraftmaschine abgegeben wird, 2. Feuerungsbetrieb zum Aufladen für den Speicherbetrieb bei Unterwasserfahrt, 3. Speicherbetrieb .bei Unterwasserfahrt. An Hand der Zeichnung sollen die drei Betriebsarten beschrieben werden.A distinction must be made between three different modes of operation: i. Firing operation when traveling over water, with steam being released to operate a steam engine 2nd furnace operation for charging for storage operation during underwater travel, 3. Storage operation during underwater travel. On the basis of the drawing, the three should Operating modes are described.

Bei der ersten Betriebsart werden die @'N'asserdampfkessel A durch in den Flammrohren E angebrachte Ölbrenner beheizt und erzeugen wie gewöhnliche Kessel Dampf. Die Flammrohre werden zur Erzielung großer Heizflächen mit verhältnismäßig kleinem Durchmesser ausgeführt und für einen guten Wasserumlauf mit Querrohren a ausgerüstet; die Feuergase treten nach Verlassen der Flammrohre durch die Rauchkammern F (Abb. 2) mit etwa 60o bis 7000 nach den Heizrohren b des zum Wärmespeicher bestimmten Ölbehälters B über, beheizen diesen und verlassen durch Rauchfang G und Schornstein I-I den Kessel bzw. das Boot. Zum Schutze der ersten Heizflächen im Ölbehälter sind die in Abb. d. im größeren Maßstab dargestellten Schutzrohre y in die Heizrohre b eingesetzt. Die zum Ölbehälter übergehende Wärme wird zum Teil an den Überhitzer 1, zum Teil an das Speisewasser abgegeben. Die Dampftemperatur wird annähernd auf die hi3chstzulässige Temperatur des Öles gebracht, Die Überhitzerschlangen I sind stehend zwischen den Heizrohren b angeordnet, und zwar wird ihnen der Dampf durch mit Schlitzen versehene Dampfentliahmerohre q der Wasserkessel, durch Leitungen c und Sammelkammern d von unten her mit 233° zugeführt und oben durch Kammern c, Leitungen f und Ventile o mit etwa 3400 entnommen, wenn man eine höchste öltemperatur von 350° zulassen darf. Da die Temperatur einer Flüssigkeit infolge der ausgleichenden Wirkung des spezifischen Gewichts in gleicher Höhenlage überall -gleich ist, so ist auch die Überhitzung in allen Überhitzerrohrschlangen vollkommen gleichmäßig. Das Speisewasser tritt kalt, oder durch den Dampf der Hilfsmaschinen auf 9o0 vorgewärmt, in die Rohrschlange g, springt durch die Rohre li nach den Rohrschlangen i. über und geht dann hoch vorgewärmt durch die Rohre k nach den Wasserkesseln. Da die Wärmeentziehung des Öles sowohl durch den Überhitzer als auch durch die Speisewasservorwärmung unten größer als oben ist, so nimmt auch seine Temperatur von unten nach oben zu. Zur Vermeidung zu starker örtlicher Erhitzung der oberen Ölmassen werden sie durch eine Pumpe K oben durch Rohr l und Leitung in abgezogen und unten durch Ventil dl und Leitungen st dem Ölbehälter wieder zugeführt. Wird beim Feuerungsbetrieb ,das C51 zu heiß, da die Wärmeentziehung durch die Speisewasservorwärmung und Überhitzung unter Umständen nicht ausreicht, so werden damit die Wasserkessel durch Rohrschlangen L beheizt.In the first operating mode, the steam boilers A are heated by oil burners installed in the flame tubes E and generate steam like ordinary boilers. The flame tubes are designed with a relatively small diameter to achieve large heating surfaces and are equipped with cross tubes a for good water circulation; After leaving the flame tubes, the fire gases pass through the smoke chambers F (Fig. 2) at about 60o to 7000 to the heating tubes b of the oil tank B intended for heat storage, heat it and leave the boiler or the boat through the chimney G and chimney II. To protect the first heating surfaces in the oil tank, the elements shown in Fig. D. Protective tubes y, shown on a larger scale, are inserted into the heating tubes b. The heat transferred to the oil tank is partly transferred to the superheater 1 and partly to the feed water. The steam temperature is brought approximately to the highest permissible temperature of the oil, the superheater coils I are arranged standing between the heating pipes b, and the steam is fed to them from below through slotted steam exhaust pipes q of the kettle, through lines c and collecting chambers d from below at 233 ° and taken from above through chambers c, lines f and valves o with about 3400, if one may allow a maximum oil temperature of 350 °. Since the temperature of a liquid is the same everywhere due to the balancing effect of the specific gravity at the same altitude, the overheating in all superheater coils is completely uniform. The feed water enters the pipe coil g, cold or preheated to 90 ° by the steam from the auxiliary machines, and jumps through the pipes li to the pipe coils i. over and then goes highly preheated through the pipes k to the kettles. Since the heat extraction of the oil by both the superheater and the feed water preheating is greater at the bottom than at the top, its temperature also increases from bottom to top. To avoid excessive local heating of the upper oil masses, they are drawn off by a pump K at the top through tube 1 and line in and fed back to the oil container at the bottom through valve dl and lines st. If the C51 becomes too hot when the furnace is in operation, because the heat extraction through the feedwater preheating and overheating may not be sufficient, the water boiler is heated by coils L.

Die Dampferzeugung wird zweckmäßig so geregelt, daß man je nach Bedarf eine Anzahl der Ölbrenner abstellt. Bei schwacher Dampferzeugung wird man nur je ein Flammrohr beheizen. Auf diese Weise ist es möglich, daß die Feuergastemperatur nach Verlassen des `%% asserkessels annähernd die gleiche Temperatur behält, was für die Beheizung des Ölbehälters besonders wichtig ist.The steam generation is expediently regulated so that it can be used as required turns off a number of the oil burners. With weak steam generation one will only ever heat a flame tube. In this way it is possible that the flue gas temperature after leaving the `%% boiler, it will keep almost the same temperature, which is particularly important for heating the oil tank.

Die Temperatur der abziehenden Feuergase ist im Mittel etwa 330 bis 350'; denn in den oberen Rauchrohren kühlen sie sich durch den zu überhitzenden Dampf auf etwa 4oo° und in den unteren Rohren auf 280 bis 3oo° ab. Der Überhitzer ist sozusagen ein Querstromflüssigkeitsüberhitzer.The temperature of the evacuating fire gases is on average about 330 to 350 °; because in the upper smoke tubes they cool down to about 400 ° by the steam to be overheated and in the lower tubes to 280 to 300 °. The superheater is, so to speak, a cross-flow liquid superheater.

Der Wirkungsgrad des Kessels ist bei der vorgesehenen, verhältnismäßig niedrigen Abgastemperatur, und,da auch die-Ausstrahlungsverluste bei dem innigen Zusammenbau gering sind, gut. Die Zuführung der Verbrennungsluft wird zweckmäßig in bekannter Weise vorgenommen, indem man den ganzen Heizraum unter Druck setzt.The efficiency of the boiler is proportional to the intended one low exhaust gas temperature, and, since also the radiation losses in the intimate Assemblies are small, good. The supply of the combustion air is expedient made in a known manner by putting the entire boiler room under pressure.

Der Feuerungsbetrieb zumAufladen für den Speicherbetrieb, ohne Entnahme von Dampf und ohne Speisung, wird in ähnlicher Weise vorgenommen, wievorstehend geschildert. Das Dampfentnahmeventil o ist jetzt :geschlossen. Da sich jedoch der Wasserkessel schneller als der Ölbehälter aufheizt, so wird ein Teil -der erzeugten Dampfwärme mittels der Überhitzerheizflächen I an ,das Öl übertragen. Zu diesem Zweck werden die Ventile p geöffnet, der Dampf steigt nach den oberen Sammelkammern e und schlägt sich in den Überhitzerschlangen nieder, und das Dampfwasser tritt durch die -Kammern d und die Leitungen c in die Wasserkessel zurück. Auf diese Weise wird die ganze Ölmasse bis auf die dem höchsten Dampfdruck entsprechende Flüssigkeitstemperatur aufgeheizt. Zur Steigerung der Öltemperatur auf den höchstzulässigen Betrag, was man zweckmäßig mit Nachladen bezeichnet, muß man die weitere Beheizung unter Dampfentnahme, gegebenenfalls unter Ausschaltung der Überhitzung und Speisewasservorwärmung,vornehmen, oder man muß durch eine andere mild wirkende Wärmequelle möglichst nur den Ölbehälter beheizen.The combustion operation for charging for storage operation without removal of steam and no feed, is done in a manner similar to that above described. The steam extraction valve o is now: closed. However, since the Water boiler heats up faster than the oil tank, so part of the generated Steam heat by means of the superheater heating surfaces I to transfer the oil. To this For this purpose, the valves p are opened, the steam rises to the upper collecting chambers e and precipitates in the superheater coils, and the steam water enters through the chambers d and the lines c back into the kettle. In this way the entire oil mass is down to the liquid temperature corresponding to the highest vapor pressure heated up. To increase the oil temperature to the maximum allowable amount, what it is appropriate to designate reloading, you have to continue heating with steam extraction, if necessary, switch off overheating and feed water preheating, or you only have to use another mild heat source, if possible, only to open the oil tank heat.

Beim Speicherbetrieb bei Unterwasserfahrt wird, wie in dem zuerst geschilderten Betriebszustand, :der Dampf durch Entnahmerohre q den Wasserkesseln entnommen und durch die Leitungen c, d, T, e und f und die Ventile o zur Dampfkraftmaschine geleitet. Die Überhitzungswärme wird dem Ölbehälter entnommen. Um den Dampfdruck imWasserkessel möglichst lange auf der vollen Höhe zu erhalten, wird durch die Leitungen r und die Ventile s - die Ventile t in den Leitungen in sind geschlossen - das Öl von der Pumpe K abgesaugt und durch die Leitungen a, und die Ventile b, nach den Rohrschlangen L des Wasserkessels gedrückt, von wo es durch die Leitungen u nach dem Ölbehälter B zurückfließt. Die Ölwärme wird dabei zur Wasserverdampfung an das Kesselwasser abgegeben.When operating underwater storage tanks, as in the operating condition described first, the steam is taken from the boilers through extraction pipes q and passed through lines c, d, T, e and f and the valves o to the steam engine. The overheating heat is taken from the oil tank. In order to keep the steam pressure in the boiler at full height for as long as possible , the oil is sucked out of the pump K through the lines r and the valves s - the valves t in the lines in are closed - and through the lines a and the valves b , after the coils L of the kettle, from where it flows back through the lines u to the oil tank B. The oil heat is transferred to the boiler water to evaporate the water.

Gewöhnfich werden bei Speicherbetrieb die Wasserkessel nicht gespeist, sondern der Dampf dem vorhandenen Wasserinhalt entnommen; muß aber aus irgendeinem Grunde der Speicherbetrieb länger aufrechterhalten werden, als .der Wasservorrat ausreicht, so kann man auchdieSpeisungwie beiFeuerungsbetrieb durch g, lt, i, k bewerkstelligen. Bei Verwendung von kaltem Speisewasser läßt sich die Temperatur der unteren Ölschichten bis unter :die dem niedrigsten Dampfdruck entsprechende Wassertemperatur herabziehen.Usually the water boilers are not fed during storage operation, but the steam is taken from the existing water content; but if for some reason the storage operation has to be maintained longer than the water supply is sufficient, then the supply can also be carried out as in the case of firing operation through g, lt, i, k. When using cold feed water, the temperature of the lower oil layers can be reduced to below: the water temperature corresponding to the lowest steam pressure.

Ist der vereinigte Dampfkessel und, Wärmespeicher voll aufgeladen, und ist weder die Feuerung im Betrieb noch wird Dampf entnommen, - ein Betriebszustand, der vorkommen kann, wenn man das U-Boot zur Uberwassermarschfahrt mit einem Verbrennungsmotor versieht -, :dann würnde bei ungenügender Isolierung der Dampfdruck durch die Wärmeausstrahlung bald heruntergehen. Auch von diesernGesichtspunkt ausbetrachtet bietet :die dargestellte Ausführungsform bedeutende Vorteile. Die Stirnseiten der Kesselwände sind mit isolierend wirkenden Luftkammern M und N versehen, in welchen alle Ver'bindungsleitungen zwischen den beiden Behältern untergebracht sind. Alle unnötigen Ausstrahlungsflächen sind auf diese Weise vermieden. Außerdem- ist die ganze Anlage, auch .der Gang durch den Ölbehälter, mit einem unter Luftleere stehenden Behälter 0 umgeben, dessenWände auf der Innenseite noch mit blanken Strahlungsflächen z beklei,det sind. Die Heizrohre, Verbindungsleitungen usw. sind 'durch verschließbare Öffnungen zugänglich. Sämtliche Verbindungen zwischen Iden inneren Behältern und dem kälteren, unter Luftleere stehenden Isolatio-oskessel sowie mit dem Schornstein sind federnd nachgiebig, z. B. als Membran c, bzw: e, ausgebildet, damit sich die Wände unabhängig voneinander ausdehnen können.If the combined steam boiler and heat accumulator are fully charged, and the furnace is neither in operation nor is steam being extracted - an operating state that can occur if the submarine is provided with an internal combustion engine for crossing the water -: then there would be insufficient insulation the vapor pressure will soon go down due to the heat radiation. Viewed from this point of view, too, the embodiment shown offers significant advantages. The front sides of the boiler walls are provided with insulating air chambers M and N , in which all the connecting lines between the two containers are accommodated. In this way, all unnecessary radiation areas are avoided. In addition, the entire system, including the passage through the oil tank, is surrounded by a vacuum tank 0, the walls of which are still clad on the inside with bare radiation surfaces. The heating pipes, connecting lines, etc. are 'accessible through closable openings. All connections between the inner containers and the colder, evacuated isolation boiler and with the chimney are resilient, e.g. B. formed as a membrane c, or: e, so that the walls can expand independently of one another.

Der von den Bootssparten gebildete RaumP wird als Speisewasserbehälter benutzt. Eine Isolierschicht 0 vermindertweiter denWärmeverlust.The space P formed by the boat divisions is used as the feed water tank used. An insulating layer 0 further reduces heat loss.

Die heißen Abgase des Verbrennungsmotors werden bei Überwasserfahrt reit Vorteil zum Ersatz der.Strahlungsverluste verwendet; sie werden durch die Kammer R, die Heizrohre S und -die Kammer T :durch Aden unteren Teil des Ölbehälters geleitet und dann durch Kanäle U den Rauchkammern F zugeführt, von wo sie ,durch die Heizrohre b nach dem Rauchfang G entweichen.The hot exhaust gases from the internal combustion engine are released when traveling over water reit advantage used to replace the radiation losses; they are going through the chamber R, the heating pipes S and the chamber T: passed through A to the lower part of the oil tank and then fed through channels U to the smoke chambers F, from where they, through the heating pipes b escape after the flue G.

Ist dieWärme derA.bgasederVerbrennungsmaschine größer, als zur Beseitigung der Strahlungsverluste erforderlich ist, was herbeizuführen man durch entsprechende Bemessung des Verbrennungsmotors in der Hand hat, :so kann man diese überschüssige Wärme auch zum Nachläden* des Ölbehälters verwenden. Bei der vorliegenden A.isführungsforin «-erden die Abgase der Verbrennungsmaschine bei Überwasserfahrt mit Verbrennungsmaschinen- und Dampfbetrieb dazu benutzt, um die Rauchkammerwände V zu kühlen. Zu -diesem Zweck schließt inan die Klappe v in dein Kanal V' und öffnet die Klappe ul. Die auf etwa 3oo° abgekühlten Abgase streichen um die Rauchkammerwände h, diese kühlend, und treten durch Öffnungen x in die Rauchkammer zurück. Ohne Kühlvorkehrungen würden -die Rauchkammerwände bei längerem Betriebe zum Glühen kommen, .da bei der vorgesehenen Anordnung Wärmeableitungen so gut wie ausgeschlossen sind. Wollte man zur Kühlung kalte Frischluft verwenden, so würde damit ein Wärmeverlust verbunden sein.Is the heat of the exhaust gas from the combustion engine greater than that required for disposal the radiation losses required is what can be brought about by appropriate Sizing the internal combustion engine has in hand: so you can get this excess Also use heat to recharge * the oil container. With the present A.isführungforin «- earth the exhaust gases of the combustion engine when traveling over water with combustion engine and steam operation used to build the smoke chamber walls V to cool. For this purpose, the valve v in your channel V 'closes and opens the flap ul. The exhaust gases, cooled to about 300 °, brush around the walls of the smoke chamber h, cooling them, and step back through openings x into the smoke chamber. Without cooling precautions - the smoke chamber walls would glow in the event of prolonged operation, because during the provided arrangement, heat dissipation is as good as impossible. You wanted to using cold fresh air for cooling would result in a loss of heat be.

Durch die Erfindung ist ein vereinigter Dampferzeuger und Wärmespeicher angegeben, den man als die Lösung der Frage des Einheitsdampfkessels für Überwasser- und Unterwasserfahrt von Untersee- und Tauchbooten ansehen kann. Die Erfindung läßt sich auch für andere Dampfbetriebe verwenden, in welchen zeitweise ohne Feuerung gearbeitet werden muß, z. B. für Lokomotiven, welche zeitweise .durch Tunnel oder durch feuergefährliche Strecken fahren.The invention is a combined steam generator and heat storage which is considered to be the solution to the question of the unitary steam boiler for surface water and underwater rides of submarines and submersibles. The invention leaves can also be used for other steam plants in which they are temporarily without firing must be worked, z. B. for locomotives, which temporarily .through tunnels or drive through flammable routes.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Steam generator with heat storage for submarines and submersibles o Heat accumulator and the steam serves as a discharging heat carrier for the heat accumulator.

2. Plant according to claim r, characterized in that the heat accumulator in its upper Part of superheating pipes (J) for the steam coming from the boiler or boilers and heating pipes (b) for heating the storage material by means of combustion gases.

3. Plant according to claim 2, characterized in that lying in the boiler steam room Steam extraction pipes (q) upward connections to the lower end of the the superheaters located above the boilers. .l.

System according to claim 2, characterized in that the serpentine superheater tubes in vertical planes between the heating pipes are distributed.

5. Plant according to claim 2, characterized in that that the wet steam supply and the superheated steam discharge of the superheater tubes by means of a lockable short-circuit line (p) are connected.

6. Plant according to claim 2 with protective sleeves at the fire gas inlet end of the heating tubes, characterized in that that the protective sleeves (y) are extended to pipes that extend into the heating pipes extend.

7. Plant according to claim r, characterized in that d aß in the steam generator arranged pipe coils (L) parts of a circulation line (in, u) for the hot Form storage material of the heat accumulator, where appropriate the associated pump (K) also for the circulation of the hot storage material in the space containing it himself serves. B.

Installation according to claim r, characterized in that in front of the end walls of the heat accumulator. and the boiler or boiler air chambers (M, N) are arranged and flexible connections (c, or e1) are provided between their walls and the wall of a non-closing heat protection space (0), which seal off the heat protection space from the outside air.

9. Plant according to claim r in conjunction with a Internal combustion engine whose exhaust gases can be used to superheat the steam are, characterized in that the exhaust pipe of the internal combustion engine is connected to the smoke chamber (F). to. Plant according to claim 9, characterized by switching flaps (v, ai), which the exhaust gases from the internal combustion engine Allow entry into the rear air chamber (M), from where it continues through openings (x) Pull in the upper part of the smoke chamber wall so that the air chamber acts as an overflow path can be used for the exhaust gases of the machine.