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Verfahren zur Dampferzeugung. Den Gegenstand der Erfindung bildet
ein Verfahren und :ein sehr leichter Kessel zur Dampferzeugung.
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Zur schnellen und kräftigen Erzeugung von Dampf ist es bereits vielfach
vorgeschlagen worden, Wasser in dünner Schicht an Heizröhren niederrieseln zu lassen.
Das Wasser hierbei an der Außenfläche der Rohre fließen zu lassen, ist von vornherein
unzweckmäßig, weil dann das ganze Rohrsystem mit einem schweren druckfesten Mantel
umgeben werden muß, weil ferner die Rohre ungünstig beansprucht werden und weil
die Führung von Dampf und Wasser ohne gegenseitige Störung Schwierigkeiten bereitet.
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Daher ist man bereits dazu übergegangen, das Wasser in von außen beheizten
Rehren niederrieseln zu lassen. In diesen wurden. dabei stets Einbauten, Leitkörper,
Innenrohre u. dgl. angeordnet, welche das Wasser am Abtropfen bzw. Abfallen von
der Heizfläche verhindern sollten. Dadurch wird ,aber der Strömungsquerschnitt verengt
und die stetige Führung von Dampf und Wasser erschwert, so daß die Kessel zum Sprudeln,
zu Wasserschlägen und zum Ausbrennen neigen.
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Schließlich ist es auch bereits vorgeschlagen worden,- die Berührung
des Wassers mit den Rohren durch rasche Drehung der letzteren zu sichern. Dies ist
wirksam, aber baulich und betrieblich unbequem.
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Der Erfinder hat nun festgestellt, daß in glatten, von Einbauten freien
Heizröhren, besonders bei kleinem Durchmesser, selbst bei großer Länge der Rohre
auch bei starker Verdampfung das Wasser als geschlossene stetige Haut niederrieselt,
also nicht zum Abtropfen neigt, sofern, wie bei Kesseln der zweiterwähnten Art bekannt,
der Dampf gleichläufig mit dem Wasser geführt wird. Nach der Erfindung bildet also
die Innenfläche der stetigen Wasserhaut in den Rohren :eine völlig freie Oberfläche,
aus v@ef;-cher der Dampf radial austritt, um als mittlere freie Säule bzw. als Kern
der Wasserhaut unten aus dem Verdampfungsrohr auszutreten.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele schematisch veranschaulicht.
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Abb. i ist ein senkrechter Längsschnitt durch eine Ausführungsform
eines Dampferzeugers gemäß der Erfindung, wobei ein Teil der Spritzeinrichtung weggelassen
ist, Abb. z ein Grundriß der Abb. i, Abb.3 eine Seitenansicht, Abb. q. ein senkrechter
Schnitt durch das obere Ende eines Verdampfungsrohres, Abb.5 ein Grundriß der Sperrleiste
des Düsenkörpers, Abb.6 ein Schnitt nach Linie 6-6 der Abb. 5, Abb. 7 eine Teilseitenansicht
der Düsenleiste, Abb.8 ein Schnitt nach Linie 8-8 der Abb. 7, Abb. 9 eine Unteransicht
der Abb. 8, Abb. i o eine Draufsicht auf die andere Seite der Düsenleiste, Abb.
i i eine Teilansicht des Futterrohres für das Verteilungsrohr, Abb.1z ein Schnitt
nach Linie 1a-1? der Abb. i i, Abb. i_3 ein senkrechter Schnitt durch eine Ausführung
ohne besonderen Düsenkörper. An der Oberseite des Dampferzeugers sind Verteilerrohre
i vorgesehen, deren jedes am einen Ende geschlossen ist und am anderen bei a mit
einem Rohr 3 verbunden ist, das von einem Sammelrohr q. ausgeht. In dieses mündet
ein Wasserzuleitungsrohr 5, das von einer Pumpe 6, vorzugsweise einer Schleuderpumpe,
ausgeht. Jedes der an der Unterseite des Dampferzeugers vorgesehenen Rohre 7 ist
am einen Ende geschlossen und am anderen bei 8 an ein Rohr 9 und dadurch an ein
Sammelrohr io angeschlossen, das durch ein Rohr i i mit einem Wasserabscheider 12
verbunden ist. Von diesem führt ein Rohr 13 zur nicht gezeichneten Kraftmaschine,
z. B. einer Dampfturbine. Vom unteren Ende des Abscheiders 12 führt .ein ventilgesteuertes
Rohr 14 das Wasser zur Pumpe 6, die es den Verteilerrohren i wieder zuführt.
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Zwischen jedem Verteilerrohr i und Sammelrohr 7 verläuft eine Reihe
von z. B. angeschweißten, gleichmäßig verteilten, engen, langen Verdampfungsrohren
15. Laut Zeichnung sind sechs Verteilerrohre i und Sammelrohre 7 angeordnet, wobei
jedes Verteilerrohr mit dem Kopfrohr q. und jedes Sammelrohr mit dem Kopfrohr i
o verbunden ist. Der
gedrängteren Bauart wegen sind die Verteilerrohre
und Sammelrohre abwechselnd in der Höhe versetzt. Auch sind die Reihen von Rohren
15 quer zueinander versetzt. Die Rohre i 5 sind ,glatte, vorzugsweise nahtlose Rohre,
die unten völlig offen sind und keinerlei Einbauten, Leitkörper, Innenrohre o. dgl.
enthalten-Die Rohre 1, ; und 15 sind in einem Gehäuse 16 untergebracht, das zweckmäßig
oben offen ist und aus einer auf ein Drahtnetz aufgebrachten Kieselgurmasse besteht.
Das Gehäuse bildet unten einen Verbrennungsraum 17 mit Ölbrennern 18. Die Flamme
verläuft nach oben zwischen den Rohren 15 hindurch und erhitzt diese auf hohe Temperatur.
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Das Wasser wird aus den Röhren i in den Rohren 15 so verteilt, daß
es auf der Innenfläche jedes Rohres eine Schicht bildet, die als stetiges Häutchen
vom `'erteilerrohr i zum Sammelrohr 7 niederrieselt. Es verbleibt so ein am unteren
Ende offener, zentraler Kanal, in welchen der von der Wasserhaut erzeugte Dampf
austreten kann, so daß er bequem in das Sammelrohr übertreten kann. Die Dampferzeugung
erfolgt so schnell, daß die Verdampfungsziffer ein Mehrfaches derjenigen normaler
Kessel ist.
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Zum Aufgeben bzw. Aufspritzen des Wassers auf die Innenwand des Rohres
15 wird beim Ausführungsbeispiel eine Düse verwendet, welche über dem Rohr t 5 eine
Kammer von verhältnismäßig großem Durchmesser hat, während in der Achse des Rohres
eine verhältnismäßig enge Austrittsöffnung 21 angeordnet ist. Das Wasser wird der
Kammer 2o durch Kanäle 22 zugeführt, die tangential zum Kammerumfang angeordnet
sind, so daß das Wasser beim Eintreten in die Kammer in eine Wirbelbewegung versetzt
wird, worauf es durch den Kanal 21 an die Rohrwandung angespritzt wird. Die Kammer
2o ist vorzugsweise in einem Metallstück angeordnet, durch dias Kanäle 23 hindurchgehen,
die in die äußeren Enden der Tangentialkanäle 22 übergehen. " Jedes Verteilerrohr
i ist mit einer größeren Anzahl von Rohren 15, z. B. mit deren siebzehn, verbunden.
Um für jedes dieser Rohre eine Beaufschlagungsdüse vorzusehen, ist die ,erforderliche
Anzahl von Kammern 2o in den Rohrentfernungen entsprechenden Abständen angeordnet,
und zwar sitzen die Kammern in der konvexen Unterfläche einer Halbrundleiste 2.1,
in der die Tangentialkanäle 22 von Nuten gebildet werden, die an die Kanäle 23 angeschlossen
sind,welche durch die Leiste hindurch nach der flachen Oberseite der Leiste verlaufen.
Diese Leiste sitzt in einem Rohr 25, das in dem Verteilerrohri sitzt und die Austrittskanäle
21 in solchen Zwischenräumen aufweist, daß sie über den Rohren 15 liegen, wenn das
Rohr 25 eingesetzt ist. Die Leiste 24 wird durch eine rinnenförmige Sperrleiste
26 o. dgl. an Verlagerung gehindert.
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Das Wasser wird von der Pumpe 6 in den Raum über den Düsenleisten
24 innerhalb der Innenrohre 25 der Verteilerrohre i und durch die Kanäle 23 und
die Tangentialkan.äle 22 in die Kammern 2o gedrückt. Es wird durch die Öffnungen
21 an die Wandungen der Rohre 15 geworfen, auf denen es als dünne stetige Haut ni.ederrieselt.
Solange der Druck auf das Wasser größer ist als der Druck des Dampfes in den Rohren,
wird Wasser in die Rohrenden gedrückt und bildet die vorgeschriebene Wasserhaut,
welche je nach dem Pumpendruck über die gesamte Rohrlänge oder einen beliebigen
Teil davon verläuft. Gewöhnlich ist der Druck auf das Wasser so groß, daß die Wasserhaut
bis an die unteren Enden der Erzeugerrohre verläuft, und es tritt Wasser und Dampf
zusammen in die Sammlerrohre. Wenn man den Dampf schon in den Erzeugerrohren überhitzen
will, verringert man den Druck auf das Wasser, so daß die Wasserhaut nicht bis zu
den unteren Enden der Erzeugerrohre verläuft und der erzeugte Dampf unterhalb mit
den Wandungen der '-Rohre in direkte Berührung ge, langt und dadurch überhitzt wird.
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Im normalen Betriebe strömen Wasser und Dampf, die laut obigem schon
im Erzeugerrohre 15 weitgehend getrennt sind, durch die freie untere Öffnung des
Rohres 15 zusammen, aber nicht innig vermischt in das Sammelrohr und von da in den
Abscheider i o, wo die Trennung sich vollends vollzieht und von wo der Dampf durch
das Rohr 13 zur Maschine und dem Kondensator-gelangt, aus dem das Kondensat durch
das Rohr 27 der Pumpe wieder zugeführt wird. Durch das Rohr 27 kann gewünschten
Falles auch Zusatzwasser für den Betrieb zugeführt werden. Das in dem Abscheider
12 von dem Dampf abgeschiedene Wasser gelangt durch das Rohr 14. in die Pumpe, in
welche es ungefähr mit der Temperatur eintritt, mit welcher es aus dem Dampferzeuger
austrat. Mit im wesentlichen dieser Temperatur wird es in die Verteilerrohr zurückgeführt,
so daß es in hocherhitztem Zustand in den Dampferzeuger eintritt. Wenn der Dampf
überhitzt wird, braucht man natürlic'Ih kein Wasser aus ihm abzuscheiden, und es
wird die Pumpe von dem Kondensator gespeist.
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Durch das beschriebene Arbeiten mitWassierüberschuß wird eine gute
Kühlung der Rohrwände gewährleistet, so daß diese auch bei sehr geringen Wandstärken
nicht ausbrennen und empfindliche Regelvorrichtungen sich erübrigen. Anderseits-
wird nur so. die Verwendung relativ weiter und deshalb nicht
zum
Versetzen neigender Anspritzdüsen ermöglicht. Der Wasserüberschuß führt wiederum
nicht zu Störungen, weil hier Wasser und Dampf gleichläufig und zusammen, aber nicht
innig vermischt durch die weite Unteröffnung des Erzeugerrohres nach unten austreten.
Dank der relativ guten vorhergehenden Trennung von Wasser und Dampf schon vor dem
Abscheider kann dieser von einfachster Bauart ohne verwickelte Einsätze, Schleudervorrichtungen
u. dgl. sein. In diesen mehrfachen Wechselbeziehungen liegt ein Teil der Eigenart
der Erfindung begründet gegenüber dem Bekanntsein von Wasserabscheidern einerseits
und dem bei anderen Systemen an sich bekannten Arbeiten mit Wasserüberschuß anderseits.
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Vorstehende Beschreibung zeigt gleichzeitig auch, daß .erfindungsgemäß
das an sich bekannte vorteilhafte Gegenstromprinzip restlos durchgeführt ist, indem
Dampf sowohl wie Ü'berschußwasser unten an der heißesten Stelle, die Abgase aber
oben an der kühlsten Stelle abgeführt werden. Dank der Zuführung des Wassers in
die Erzeugerrohre von oben und außen her, statt, wie bei bekannten Systemen, durch
konzentrische Rohre von innen und unten her, wird auch jeder schädliche ZVärmeaustausch
zwischen dem kühleren zuströmenden Wasser und dem austretenden Dampfe vermieden.
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Die Rohre 15 können auch anders als genau senkrecht gestellt werden.
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Die Erfindung ist überall verwendbar, wo es auf leichtes Gewicht und
hohe Leistung ankommt, z. B. für Antrieb von Flugzeugen.
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Dadurch, das die Verdampferrohre von allen Einbauten frei sind, können
sie sehr eng und wegen der dadurch: erhöhten Festigkeit sehr dünnwandig gehalten
werden, was für die Verdampfung sehr günstig ist.
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Anderseits gestattet die Verwendung vieler dünner Rohre eine Anpassung
auch. an die engsten Raumverhältnisse, was sehr wichtig ist.
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Um ein Ausführungsbeispiel zu geben, sei angeführt, daß bei einer
ortsfesten Anlage von 15 Atm. Druck und etwa 56o m@ Heizfläche 8o Verteilerrohre
mit je 2o Erzeugerrohren vorgesehen sind, deren jedes 8 m Länge und nur 16 mm Außendurchmesser
hat, und deren gegenseitiger Abstand nicht ganz 13 mm beträgt.
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Der hohe Druck des Dampfes in den Dampferzeugungsrohren steift diese
in Verbindung mit dem engen Durchmesser gegen jedes Ausbeulungsbestreben ab.