DE419766C - Verfahren zur Erzeugung von gebrauchsfertigem Arbeitsdampf von beliebigem Druck - Google Patents

Verfahren zur Erzeugung von gebrauchsfertigem Arbeitsdampf von beliebigem Druck

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DE419766C
DE419766C DEB105717D DEB0105717D DE419766C DE 419766 C DE419766 C DE 419766C DE B105717 D DEB105717 D DE B105717D DE B0105717 D DEB0105717 D DE B0105717D DE 419766 C DE419766 C DE 419766C
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    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B3/00Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass
    • F22B3/04Other methods of steam generation; Steam boilers not provided for in other groups of this subclass by drop in pressure of high-pressure hot water within pressure- reducing chambers, e.g. in accumulators

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Description

  • Verfahren zur Erzeugung von gebrauchsfertigem Arbeitsdampf von beliebigem Druck. Bei der Erzeugung von Dampf zum Betrieb von Kraftmaschinen treten mancherlei Störungen auf, die in der Regel um so bedenklicher sind, je höher die Drucke sind, unter denen der Dampf erzeugt wird. Sie kommen vor allen Dingen bei solchen Arbeitsmitteln in Betracht, die bei gewöhnlichem Druck und bei gewöhnlicher Temperatur flüssig sind, wie z. B. Wasser, Quecksilber usw. Sie sind um so größer, je größer die Verdampfungswärme der Flüssigkeit ist, besonders groß also gerade beim Wasser, dem gebräuchlichsten Arbeitsmittel für Dampferzeuger. Die wichtigsten Störungen ergeben sich aus Siedeerscheinungen. Sie bestehen z. B. in Siedeverzügen und Überhitzungen des Wassers, Überhitzungen der Wandungen, plötzlichen Gleichgewichtsstörungen, Schlägen usw. Sie sind um so bedenklicher, je größer die Drucke sind, mit denen die Kraftmaschinen arbeiten sollen.
  • Durch die vorliegende Erfindung werden diese Schwierigkeiten und Gefahren beseitigt auf Grund der Erkenntnis, daß fast alle jene Störungen sieh letzten Endes darauf zurückführen lassen, daß in irgendeinem Stadium der Erzeugung von Dampf von vorgeschriebenem Druck eine Scheidung von Wasser und Dampf eintritt, wobei im allgemeinen Wasser und Dampf zwar dieselbe Temperatur. im übrigen aber ganz verschiedene physikalische Eigenschaften haben, insbesondere ganz verschiedene spezifische Gewichte, verschiedene Wärmeleitfähigkeit usw.
  • Diese Scheidung von Wasser und Dampf tritt hauptsächlich in zweierlei Art in die Erscheinung Wird Dampf in der üblichen Weise erzeugt, so scheidet sich durch einen Siedevorgang Wasser und Dampf in der Weise, daß der Dampf vermöge seines geringeren spezifischen Gewichtes im Wasser hochsteigt. Er strebt, sich oberhalb der Wasseroberfläche zu sammeln. Wasser und Dampf können dabei die gleiche Temperatur haben. Die Überführung von Wasser in Dampf geschieht durch Wärmezufuhr, aber zunächst ohne Temperatursteigerung, so daß Wasser und Dampf von gleicher Temperatur nebeneinander bestehen können.
  • Diese Art der Scheidung von Wasser und Dampf läßt sich nun durch passende Regelung von Druck und Temperatur vermeiden. Sie wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch verhütet, daß die Dampferzeugung oberhalb der kritischen Werte vorgenommen wird. Das Wasser wird zu diesem Zweck von Anfang an unter einen hohen Druck gesetzt, der mindestens gleich dem kritischen Druck ist, und unter diesem Druck erhitzt. Dabei findet mit zunehmender Temperatur des Wassers nicht mehr eine Abscheidung von Dampf aus dem Wasser statt. Der Vorgang verläuft vielmehr in groben Zügen so, daß sich mit wachsender Temperatur ganz allmählich die Kohäsion der Wasserteilchen vermindert, bis die ganze Masse die kritische Temperatur angenommen hat. Dann ist die Kohäsion und die Oberflächenspannung des Wassers gleich Null. Ein Flüssigkeitsspiegel und überhaupt eine scharfe Oberflächenbegrenzung der Masse besteht nicht mehr. Die ganze Masse befindet sich in einer Art indifferentem Zustand, den man auffassen kann als den eines molekularen Staubes oder Dunstes, den man °bensowenig als Flüssigkeit wie als Dampf ansprechen könnte. Von der Flüssigkeit unterscheidet sich dieser kritische Zustand durch das Fehlen der Kohäsion, vom Dampf aber durch das Fehlen des Diffusionsvermögens. Die Teilchen des so gelockerten Stoffes leisten einer Trennung keinerlei Widerstand mehr und werden bei jeder Erschütterung auf'-gewirbelt. Die Wärmebewegung der. Teilchen ist gerade so groß, daß sie die Kohäsion überwunden hat, aber noch nicht groß genug, um die Teilchen von selbst auseinander zu treiben. Durch jede noch so kleine Wärmezufuhr aber bekommt nun diese gelockerte, staubähnliche Masse ein Expansionsbestreben. Durch die geringste Steigerung der Temperatur erhält sie ein Diffusionsvermögen und damit sofort die Eigenschaft eines wirklichen Dampfes, ohne daß es zu diesem Übergang irgendwelcher Verdampfungswärme bedürfte. Dieser Dampf hat annähernd dasselbe spezifische Gewicht wie zuvor die Flüssigkeit.
  • Es gibt also bei dem kritischen Druck-oder bei höheren Werten des Druckes überhaupt keine Möglichkeit mehr, flüssiges Wasser und Dampf von gleicher Temperatur nebeneinander zu haben, wie das bei allen niederen Drucken der Fall ist. Es gibt vielmehr bei den hohen Drucken nur das eine oder das andere, je nach der Temperatur der Masse, und der Übergang vom einen zum anderen findet statt durch den obenerwähn, ten Zwischenzustand des molekularen Dunstes oder Staubes. Die ganze Masse erreicht jenen Zwischenzustand gleichzeitig in allen ihren Teilen, wenn sie die kritische Temperatur erreicht.
  • Man gewinnt nun auf diese Weise zunächst nur Dampf von einem Druck, der dem kritischen Druck gleich oder höher ist als dieser. Mit solchen hohen Drucken kann man praktisch in Arbeitsmaschinen zur Zeit nicht arbeiten. Man muß also den Druck vermindern. Dies geschieht durch besondere druckmindernde Vorrichtungen, z. B. durch Drosselventile. Bei dieser Druckverminderung würde sich aber sofort der Dampf teilweise kondensieren. Es würde also wieder eine Scheidung von Wasser und Dampf gleicher Temperatur eintreten. Damit würden von neuem alle die mit solcher Scheidung verknüpften Schwierigkeiten eintreten und noch neue dazu. Es müßte z. B. das ausgeschiedene Wasser von den in Dampfform verbliebenen Teilen getrennt werden, was praktisch fast unmöglich ist, wenn man nicht erhebliche Umständlichkeiten in Kauf nehmen will.
  • Um dieser zweiten Art der Scheidung von Wasser und Dampf gleicher Temperatur, wie sie durch die Herabregelung des Druckes auf die Gebrauchshöhe eintritt, zu begegnen, wird erfindungsgemäß vor oder während der Druckregelung so viel Wärme zugeführt, daß eine Kondensation nicht mehr eintreten kann. Die Wärmezufuhr kann dabei so geregelt werden, daß die Temperatur unverändert bleibt. oder aber so, daß sie weiter ansteigt. Man kann das Arbeitsmittel auch schon vor der Entspannung überhitzen und es danach unter Wärmezufuhr mit oder ohne Temperatursteigerung entspannen. Unter Umständen erweist @es sich als besonders vorteilhaft, mehrere dieser Arten miteinander zu verbinden, beispielsweise derart, daß der Dampf zunächst bei gleicherhaltener Temperaturentspannt und dann bei gleicherhaltenem Druck weiter erhitzt wird.
  • Diese verschiedenen Arten der Wärmezufuhr in Verbindung mit Entspannung des Dampfes lassen sich mit Vorteil auch bei der gewöhnlichen Art der Dampferzeugung mit unterhalb des kritischen Druckes liegenden Drucken anwenden.
  • Die Wärmezufuhr in irgendeinem Stadium der Dampferzeugung kann in beliebiger Art durchgeführt werden, sei es mit den Heizgasen, die auch den Erhitzer heizen, oder mit einer besonderen Heizung z. B. elektrisch I b2 durch Heizwiderstände, die im überhitzer liegen. Man kann auch einen stark überhitzten Dampf, z. B. Quecksilberdampf, in-das Arbeitsmittel einblasen und kann ferner die Reibung des Dampfes an irgendwelchen festen Flächen oder seine innere Reibung zur Überhitzung mit heranziehen.
  • Die Frage der Wärmezufuhr vor oder w.ährend der Einregelung des Dampfdruckes auf den Gebrauchsdruck hat gar nichts zu tun mit der Frage der Überhitzung des Gebrauchsdampfes derart, wie es für den Betrieb der Arbeitsmaschinen notwendig und allgemein üblich ist. Eine solche Überhitzung muß selbstverständlich mit dem nach vorliegendem Verfahren erzeugten und auf den Gebrauchsdruck gebrachten Dampf ebenfalls noch vorgenommen werden. Sie kann mit der Wärmezufuhr, die zur Einregelung des Gebrauchsdruckes notwendig ist, vereinigt werden. Sie kann aber auch unabhängig davon vor der Zuführung des Dampfes zur Arbeitsmaschine oder auf einer Zwischenstufe der Arbeitsmaschine erfolgen. Das alles bedarf keiner besonderen Erwähnung und wird auch hier nicht besonders beansprucht. Es kommt hier wesentlich darauf an, daß - richtige Einstellung der Drucke vorausgesetzt - die Wärmemenge, die dem Wasser in irgendeinem beliebigen Stadium der Dampferzeugung zugeführt wird, nicht unter das sich aus dem Grundgedanken, nämlich der Vermeidung der Dampf-'Wasserscheidung, ergebende Mindestmaß herabgeht. Man könnte diesen Grundgedanken auch so aussprechen: daß an keiner Stelle Verdampfungswärme umgesetzt wird.
  • Erst durch die Vereinigung der beschriebenen beiden Maßnahmen, nämlich Dampferzeugung beim kritischen Druck oder oberhalb und weitere Wärmezufuhr vor oder während der Druckreduktiön auf den Gebrauchsdruck, ist es möglich, z. B. Wasserdampf von einem für Arbeitsmaschinen geeigneten, unterhalb des kritischen Druckes liegenden Druck so zu erzeugen, daß die Hauptquelle aller Schwierigkeiten und Gefahren der Hochdrückdampferzeugung gänzlich vermieden wird, nämlich vor allem das Sieden oder allgemeiner: das gleichzeitige Vorhandensein vonWasser und Dampf in einem Raum, der überall gleiche Temperatur haben kann, wobei aber Wasser und Dampf sich trotz gleicher Temperatur voneinander vermöge ihrer spezifischen Gewichte, vermöge ihrer latenten Wärme, vermöge ihrer Kohäsionskräfte u. dgl. wesentlich unterscheiden.
  • Für Wasser liegt der kritische Druck bei 224,5k- auf den Quadratzentimeter und die kritische Temperatur bei 37q.° C.
  • Ein besonderer Vorteil der Anwendung so hoher Drucke, wie sie hiernach in Betracht kommen, liegt noch darin, daß dadurch die Zersetzung des Wassers in Berührung mit den Eisenteilen und die Zerstörung dieser Eisenteile, die sonst mit der Temperatur rasch wächst, wesentlich vermindert wird; man kann deshalb erheblich höhere Temperaturen anwenden und hierdurch den thermischen Wirkungsgrad steigern.
  • Was vom Wasser als Arbeitsmittel gesagt wird, gilt ganz ähnlich von irgendwelchen anderen Arbeitsmitteln für Dampfmaschinen.
  • Statt Wasser oder einen anderen chemisch einfachen Stoff kann man auch eine wäßrige Lösung von festen oder flüssigen Stoffen oder Mischungen verschiedener Stoffe als Arbeitsmittel verwenden, wobei die Dämpfe auch getrennt erzeugt und beispielsweise im Erhitzer oder im überhitzer gemischt werden können; die Dämpfe können auch in getrennten Kraftmaschinen verwendet und beispielsweise im Kondensator miteinander so in Wärmeaustausch gebracht werden, daß die Abwärme des einen zur Vorwärmung des anderen dient. Als Flüssigkeit können auch insbesondere verflüssigte Metalle, z. B. Quecksilber, dienen. Die Anwendung solcher anderen Stoffe für sich allein oder in Verbindung miteinander oder mit Wasser bietet u. U. Vorteile, wenn es sich darum handelt, Arbeitsmittel zu erhalten, die andere physikalische Konstanten haben als das Wasser, beispielsweise anderen kritischen Druck und andere kritische Temperatur, oder die sich in Berührung mit den Baustoffen der Anlage (Eisen o. dgl.) bei höherer Temperatur weniger leicht zersetzen. Werden mehrere Flüssigkeiten in Verbindung miteinander im selben Erhitzer erhitzt, so ist es zweckmäßig, Temperatur und Druck so zu wählen, daß beide oberhalb der höchsten kritischen Werte der beteiligten Arbeitsmittel liegen.
  • Die beste Ausführungsform der Erfindung ist die, daß das Arbeitsmittel (z. B. Wasser) mittels einer Druckpumpe, die den erforderlichen Druck liefert, stetig durch ein beheiztes Rohrsystem hindurchgetrieben wird, derart, daß es auf diesem Wege durch das beheizte Rohrsystem eine immer höhere Temperatur bekommt, bis an der Stelle, wo es die kritische Temperatur erreicht, der Unterschied zwischen Dampf und Wasser ganz von selbst und ohne irgendwelchen unstetigen Übergang aufhört, wie dies oben bereits beschrieben ist. Geht das Arbeitsmittel nunmehr noch weiter durch das beheizte Rohr hindurch, so kann ihm auch noch diejenige Wärmemenge zugeführt werden, die @es braucht, um ohne Kondensation auf den Gebrauchsdruck herabgeregelt zu werden. Ferner kann ihm ebenso auch die überhitzungswärme zugeführt werden, die es für den Arbeitsprozeß in der Maschine braucht. Es verläßt dann die Maschine und geht durch den Kondensator zur Pumpe zurück, die es unter dem kritischen oder einem noch höheren Druck wieder in das Rohrsystem zurückpumpt.
  • Um die Vorteile des neuen Verfahrens zu sichern und die Gefahren zu vermeiden, die mit einer raschen Entlastung des Erhitzers verbunden sind, ist es vorteilhaft, den von der Speisepumpe erzeugten Druck selbsttätig zu regeln. Dies kann nach irgendeinem der für solche Regelungen bekannten Verfahren, am besten in Abhängigkeit vom Druck des die Speisepumpe verlassenden Arbeitsmittels, geschehen. Statt dessen oder in Verbindung damit kann auch ein mit dem -Erhitzer in Verbindung stehender Druckspeicher dazu verwendet werden, im Falle eines rasch auftretenden, erhöhten Kraftbedarfs mindestens den kritischen Druck aufrechtzuerhalten.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: z. Verfahren zur Erzeugung von gebrauchsfertigem Arbeitsdampf von beliebigem Druck aus Arbeitsmitteln, die bei gewöhnlichem Druck und bei gewöhnlicher Temperatur flüssig oder fest sind, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Stufe, in der das Arbeitsmittel in Dampf übergeführt wird, derDruck durch besondere druckerzeugende Vorrichtungen (Pumpen usw.), in den folgenden Stufen, in denen er auf den Gebrauchsdruck herabgesetzt wird, der Druck durch druckmindernde Vorrichtungen (Drosselventile u. dgl.) derart geregelt wird und daß außerdem in jeder Stufe die Temperatur durch Zufuhr von Wärme auf solche Höhe gebracht wird, daß in jeder Stufe der Erzeugung des gebrauchsfertigen Dampfes eine Scheidung von Flüssigkeit und Dampf gleicher Temperatur vermieden wird. a. Ausführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Wasser zunächst oberhalb des kritischen Druckes und oberhalb der kritischen Temperatur in Dampf übergeführt wird, so daß es ohne Sieden und ohne Aufnahme von Verdampfungswärme stetig in Dampf übergeht und daß dann bei oder vor dem etwa notwendigen Herabgehen auf den Gebrauchsdruck so viel Wärme zugeführt wird, daß dabei keine Kondensation eintreten kann. 3. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel durch eine Druckpumpe unter einem Druck, der dem kritischen Druck gleich ist oder höher als dieser ist, durch ein beheiztes Rohrsystem in stetigem Durchfluß hindurchgetrieben und dabei allmählich bis auf die kritische Temperatur erhitzt wird, worauf es nach weiterer Wärmezufuhr auf den Gebrauchsdruck gebracht und nach entsprechender Überhitzung und nach Durchlaufen der Maschine dem Kondensator zugeführt und aus diesem von neuem durch die Druckpumpe in Umlauf gebracht wird. q.. Verfahren zur Krafterzeugung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Arbeitsmittel verwendet werden, die im Erhitzer auf eine Temperatur und auf einen Druck gebracht werden, die annähernd gleich oder höher sind als die höchste kritische Temperatur und der höchste kritische Druck eines der beteiligten Arbeitsmittel. 5. Verfahren zur Krafterzeugung nach Anspruch. i, dadurch gekennzeichnet, daß das nach Anspruch i behandelte Arbeitsmittel vor der Zuführung zur Kraftmaschine bei vermindertem Druck weiter erhitzt wird. 6. Verfahren zur Krafterzeugung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur bei der Entspannung des Arbeitsmittels durch Wärmezufuhr annähernd gleicherhalten wird. 7. Verfahren zur Krafterzeugung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmittel in beliebiger Folge abgestuft derart erhitzt wird, daß in der einen Stufe bei Druckverminderung die Temperatur annähernd gleichbleibt und in einer anderen Stufe bei annähernd gleichbleibendem Druck die Temperatur steigt. B. Verfahren zur Krafterzeugung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der von der Speisepumpe erzeugte Druck selbsttätig in Abhängigkeit von dem Druck geregelt wird, der im Erhitzer besteht, um unter allen Umständen die Aufrechterhaltung des kritischen Druckes im Erhitzer zu gewährleisten. g. Verfahren zur Krafterzeugung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Erhitzer durch einen mit dem Erhitzer in Verbindung stehenden Druckspeicher oberhalb des kritischen Druckes gehalten wird.
DEB105717D 1922-02-08 1922-07-18 Verfahren zur Erzeugung von gebrauchsfertigem Arbeitsdampf von beliebigem Druck Expired DE419766C (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1152111B (de) * 1959-10-30 1963-08-01 Sulzer Ag Einrichtung zur Entsalzung eines Durchlaufdampferzeugers mit kritischem oder ueberkritischem Druck

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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