DE419767C

DE419767C - Device for the generation of ready-to-use working steam of any pressure

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Publication number: DE419767C
Application number: DEB105726D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1922-02-07
Filing date: 1922-07-19
Publication date: 1925-10-17

Description

Einrichtung zur Erzeugung von gebrauchsfertigem Arbeitsdampf von beliebigem Druck. Im Patent 419766 ist ein Verfahren zur Erzeugung von Dampf für Kraftmaschinen beschrieben, wonach Dampf oberhalb des kritischen Druckes und der kritischen Temperatur erzeugt und dann überhitzt wird. Die Überhitzung kann dabei unter Steigerung der Temperatur bei gleichbleibendem Druck oder unter Beibehaltung der Temperatur unter Druckminderung stetig oder absatzweise vorgenommen werden, Vorliegende Erfindung betrifft die Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach dem Hauptpatent. Das Verfahren nach dem Hauptpatent bringt den grolGen Vorteil, daß das Arbeitsmittel in gleichmäßigem Fluß durch die ganze Anlage fließt, ohne daß irgendwelche Dampfsammler o. dgl. erforderlich sind. Dadurch wird die Einrichtung außerordentlich einfach und gedrängt und damit auch sehr billig.Device for generating ready-to-use working steam at any pressure. Patent 419766 describes a method for generating steam for engines, according to which steam above the critical pressure and the critical temperature is generated and then superheated. The overheating can be carried out continuously or intermittently while increasing the temperature at constant pressure or while maintaining the temperature while reducing the pressure. The present invention relates to the device for carrying out the method according to the main patent. The process according to the main patent has the great advantage that the working medium flows in a steady flow through the entire system without the need for any steam collectors or the like. This makes the facility extremely simple and compact, and therefore also very cheap.

Der Krafterzeuger. besteht im wesentlichen aus einem beheizten Rohrsystem und einer Speisepumpe, die das Arbeitsmittel gleichmäßig durch das Rohrsystem treibt. Das Rohrsystem muß so bemessen und so beheizt werden, daß das Arbeitsmittel bei seinem Durchfluß gleichmäßig in Dampf verwandelt wird. Da das Arbeitsmittel dabei auf oder über dem kritischen Druck gehalten wird, geht es unmerklich in Dampf über und wird dann bei seinem weiteren Lauf im Rohrsystem überhitzt, gegebenenfalls unter Entspannung.The power generator. consists essentially of a heated pipe system and a feed pump that drives the working fluid evenly through the pipe system. The pipe system must be dimensioned and heated so that the working fluid at its flow is uniformly converted into steam. Since the work equipment is included is kept at or above the critical pressure, it turns imperceptibly into steam and is then overheated as it continues to run in the pipe system, possibly under Relaxation.

Die Zeichnungen zeigen Beispiele der Erfindung.The drawings show examples of the invention.

Die Abb. i und 2 zeigen eine Turbinenanlage mit Wasser und Wasserdampf als Arbeitsmittel im senkrechten Schnitt und im Grundriß. i ist der Erhitzer, der aus einer Anzahl von schlangenförmig gebogenen Stahlrohren 2 besteht. Diese Rohre sind so bemessen, und der Erhitzer ist so angeordnet, daß das Arbeitsmittel während der Wärmeaufnahme mit Sicherheit auf oder über dem kritischen Druck und der kritischen Temperatur gehalten wird. Der Wasserumlauf wird durch die Pumpe 3 mit dem erforderlichen Druck aufrechterhalten. Die Pumpe 3 kann durch fremden oder durch von der Kraftanlage selbst erzeugten elektrischen Strom angetrieben werden. Sie kann aber auch unmittelbar durch die Turbinen- oder Maschinenwelle angetrieben werden; in diesem Fall ist zur Erleichterung des Anlassens eine Handpumpe 6 vorgesehen.Figs. I and 2 show a turbine system with water and water vapor as work equipment in vertical section and in plan. i is the heater that consists of a number of serpentine bent steel tubes 2. These pipes are sized and the heater is arranged so that the working fluid during the heat absorption with certainty at or above the critical pressure and the critical Temperature is maintained. The water circulation is by the pump 3 with the required Maintain the pressure. The pump 3 can be carried out by someone else or by the power plant self-generated electricity can be driven. But it can also be immediate driven by the turbine or machine shaft; in this case it is for A hand pump 6 is provided to facilitate starting.

Mit dem Erhitzer steht ein Druckspeicher in Verbindung, beispielsweise ein federbelasteter Akkumulator .4. Dieser Druckspeicher dient zur Aufrechterhaltung des Druckes im Erhitzer. Er soll nicht nur die Pumpenpulse, sondern auch plötzliche Schwankungen bei der Kraftabnahme ausgleichen. Zum Ausgleich länger dauernder Änderungen im Dampfbedarf ist die Speisepumpe mit einer Regelvorrichtung versehen, die die Leistung dieser Pumpe in Abhängigkeit von Druckänderungen im Erzeuger so regelt, daß der kritische Druck nicht unterschritten wird. Hierzu kann z. B. die Verschiebung des Akkumulatorkolbens benutzt werden. Dieser Kolben kann beispielsweise einen Widerstand 5 im Stromkreise eines die Pumpe antreibenden Elektromotors beeinflussen. Bei durchschnittlicher Belastung schaltet der Akkumulatorkolben den Widerstandsbetrag ein, der die durchschnittliche Pumpenlieferung bei dem bestimmten Druck ergibt. Steigt der Druclc im Erhitzer unter der Wirkung der Regelung der Kraftmaschine oder aus einem anderen Grunde, so steigt der Akkurnulatorkolben und v ermindert durch Einschaltung von mehr Widerstand die Pumpengeschwindigkeit. Sinkt dagegen der Druck, so sinkt auch der Akkumulatorkolben und schaltet dadurch Widerstand aus, sa daß die Pumpengeschwindigkeit zunimmt. Wird die Speisepumpe durch die Turbinenwelle unmittelbar angetrieben, so kann in die Pumpenleitung eine Umführung mit Rückleitung zum Heißwasserbrunnen eingeschaltet werden. Diese Umführung ist zum Zwecke der Steuerung der Pumpenleistung mit einem Ventil versehen, das durch die Verschiebung des Akkumulatorkolbens elektrisch oder mechanisch gesteuert wird.A pressure accumulator is connected to the heater, for example a spring loaded accumulator .4. This pressure accumulator is used for maintenance the pressure in the heater. He should not only have the pump pulses, but also sudden ones Compensate for fluctuations in the decrease in force. To compensate for longer lasting changes When steam is required, the feed pump is equipped with a control device that controls the Regulates the output of this pump as a function of pressure changes in the generator, that the critical pressure is not fallen below. For this purpose, z. B. the shift of the accumulator piston. This piston can, for example, have a resistor 5 influence in the circuit of an electric motor driving the pump. At average Load turns on the accumulator piston the amount of resistance that the average Pump delivery at the given pressure results. If the pressure in the heater drops below the effect of the control of the engine or for some other reason, so increases the accumulator piston and v reduce the Pump speed. If, on the other hand, the pressure drops, the accumulator piston also drops and thereby switches off resistance, sa that the pump speed increases. Will the feed pump is driven directly by the turbine shaft, so the Pump line switched on a bypass with return line to the hot water fountain will. This bypass is for the purpose of controlling the pump performance with a Provided valve that electrically or by the displacement of the accumulator piston is controlled mechanically.

Statt des federbelasteten Akkumulators kann auch ein Windkessel als puffen nder Widerstand gegenüber dem wachsenden Druck in der Anlage angeordnet werden, der durch irgendwelche Mittel auf die Pumpengeschwindigkeit einwirkt.Instead of the spring-loaded accumulator, an air chamber can be used as puff nder resistance to the increasing pressure can be arranged in the system, which acts on the pump speed by some means.

7 ist ein Sicherheitsventil, das die Ausdehnung des Wassers während des Erhitzens vor der Inbetriebsetzung gestattet und die Anlage während des Betriebes schützt. Dieses Sicherheitsventil ist mit einem Entwässerungsrohr 8 versehen, das das durch das Sicherheitsventil abgelassene Wasser zum Heißwasserbrunnen der Pumpe zurückführt. Außerdem ist der Erhitzer mit den üblichen Druck- und Temperaturanzeigevorrichtungen versehen. Die Leitungen sind mit den üblichen Kontrollventilen ausgestattet.7 is a safety valve that prevents the expansion of water during heating before commissioning and the system during operation protects. This safety valve is provided with a drainage pipe 8, which the water drained through the safety valve to the hot water well of the pump returns. In addition, the heater is equipped with the usual pressure and temperature indicators Mistake. The lines are equipped with the usual control valves.

Bei der Ausführungsform nach den Abb. i und 2 dehnt sich das Arbeitsmittel zuerst in einer Hochdruckturbine g aus, von der es durch den Zwischenbehälter i i in eine Niederdruckturbine io übertritt. Beide Turbinen können auf derselben Welle durch ein Getriebe 12 miteinander gekuppelt sein.In the embodiment according to FIGS. I and 2, the working medium expands first in a high pressure turbine g, from which it is through the intermediate container i i passes into a low pressure turbine io. Both turbines can be on the same shaft be coupled to one another by a transmission 12.

Nach der Ausdehnung in der Kraftmaschine tritt das Arbeitsmittel in den Oberflächenkondensator i4., in den durch die Pumpe 15 Kühlwasser geliefert wird. Durch die Kondensatorpumpe i6 wird das Kondensat zum Reißwasserbrunnen t7 zurückgefördert, aus dem die Speisepumpe 3 ansaugt. Zur Aufrechterhaltung des Vakuums dient eine Luftpumpe i8.After the expansion in the engine, the working medium enters the surface condenser i4., Into which cooling water is supplied by the pump 15. The condensate is pumped back to the tear water well t7 by the condenser pump i6, from which the feed pump 3 sucks. An air pump i8 is used to maintain the vacuum.

Das Arbeitsmittel arbeitet also in einem vollständig geschlossenen Kreislauf. Zum Ausgleich für irgendwelchen zufälligen Verlast an der Menge des Arbeitsmittels infolge von Undichtigkeiten u. dgl. ist die Nachfüllvorrichtung i g am Heißwasserbrunnen vorgesehen.So the work equipment works in one Completely closed circuit. To compensate for any accidental loading on the The refill device is the amount of working fluid as a result of leaks and the like i g provided at the hot water fountain.

Die Abb.3 und q. zeigen den Erhitzer schematisch in größerem Maßstabe. Er besteht aus einem Stahlgehäuse 2i, das mit feuerfestem Material a2 ausgekleidet ist. Das Gehäuse besteh; aus einzelnen Elementen, so daß der Auf- und Abbau und die Besichtigung erleichtert werden.Fig.3 and q. show the heater schematically on a larger scale. It consists of a steel housing 2i, which is lined with refractory material a2 is. The housing consists of; from individual elements, so that the construction and dismantling and the inspection can be facilitated.

Die Heizvorrichtung 23 liegt ain Kopf des Behälters und wird durch die Brenner 24. mit 01 befeuert. Die Zeichnung zeigt beispielsweise zwei solcher Brenner. Als Heizstoff Können auch feste Kohle, Staubkohle, Gas o. dgl. verwendet werden. Die Luft wird dem Brenner durch das Gebläse 25 unter Druck- zugeführt, wobei sie einen \-orwärmer 26 durchläuft, der im Federzug zwischen dem Erhitzer und dem Schornstein 27 liegt. Die heiße Luft wird der Heizvorrichtung aus dein Vorwärmer durch die Leitung 28 zugeführt. Der Lufterhitzer tititzt also die aus dein Erhitzer abziehende Wärine aus.The heater 23 is at the top of the container and is through the burner 24 fired with 01. The drawing shows, for example, two such Burner. Solid coal, pulverized coal, gas or the like can also be used as fuel will. The air is supplied to the burner by the fan 25 under pressure, wherein it passes through a preheater 26, which is in the spring tension between the heater and the Chimney 27 is located. The hot air goes to the heater from your preheater fed through line 28. So the air heater tititzt the from your heater withdrawing heat.

Zur selbsttätigen Regelung des Erhitzers bei veränderlicher Belastung ist im Auslaßrohr 32 des Erhitzers eine thermostatische Kontrollvorrichtung angeordnet, die die Geschwindigkeit des Gebläses 23 und die Zuführung der Heizstoffmenge verändert, um die Endtemperatur des Arbeitsmittels gleich zu halten. Diese Vorrichtung bewirkt im Verein mit der beschriebenen Steuerung der Speisepumpe eine vollkommen selbsttätige Regelung des Erhitzers. Steigt z. R. plötzlich der Kraftbedarf, so öffnet sich das Steuerventil der Kraftmaschine. Dadurch sinkt augenblicklich der Druck in der Dampferzeugungsanlage. Dieser Druckabfall setzt die Steuerung der Speisepumpe im Sinne einer Mehrförderung in Tätigkeit. Diese Zunahme der Fördermenge verursacht ein Abfallen der Endtemperatur des den Erhitzer verlassenden Arbeitsmittels; diesem Abfallen wirkt der Thermostat entgegen, indem er die Luft und die Brennstoffmenge vermehrt, bis die richtigen Temperaturbedingungen wiederhergestellt sind.For automatic control of the heater when the load changes a thermostatic control device is arranged in the outlet pipe 32 of the heater, which changes the speed of the fan 23 and the supply of the amount of fuel, to keep the final temperature of the working fluid the same. This device causes in combination with the described control of the feed pump a completely automatic one Regulation of the heater. Increases z. Usually suddenly the power requirement opens up Control valve of the engine. This instantly sinks the pressure in the steam generating system. This pressure drop sets the control of the feed pump in the sense of increased delivery in action. This increase in the delivery rate causes the final temperature to drop of the working fluid leaving the heater; The thermostat acts on this drop counter by increasing the air and the amount of fuel until the correct one Temperature conditions are restored.

Das Erhitzerelement 29 ist schematisch als Spirale dargestellt, die im Erzeuger liegt und einen feuerfesten Kern 30 umgibt.The heater element 29 is shown schematically as a spiral which lies in the generator and surrounds a refractory core 30 .

Das Wasser wird dieser Spirale durch das Rohr 31 zugeführt und v erläßt den Erzeuger nach Erhitzung und Überhitzung durch das Rohr 32.The water is fed to this spiral through the pipe 31 and leaves the generator after heating and overheating through the pipe 32.

Wenn man die Überhitzung, -wie im vorliegenden Beispiel, im Erzeuger selbst ausführt, so wird das Arbeitsmittel etwa bei der höchsten Temperatur des Kreislaufs durch die Drossel 33 hindurch entspannt. Es können auch mehrere solcher Drosseln hintereinander liegen. Man kann auch die Rohre selbst so anordnen, däß sich der notwendige Druckabfall ohne die Anwendung Lesonderer Drosselvorrichtungen ergibt. Das Arbeitsmittel kann auch zwischen dem Erhitzer und der Kraftmaschine oder in einer Stufe seiner Ausdehnung in der Kraftmaschine oder zwischen solchen Stufen erneut erhitzt werden.If the overheating is carried out in the generator itself, as in the present example, the working fluid is relaxed through the throttle 33 at approximately the highest temperature of the circuit. There can also be several such throttles one behind the other. It is also possible to arrange the pipes themselves in such a way that the necessary pressure drop is obtained without the use of special throttle devices. The working fluid can also be reheated between the heater and the prime mover or in a stage of its expansion in the prime mover or between such stages.

Pie Abb. 3 und 6 zeigen das in der Abb. 3 schematisch dargestellte Erhitzerelement im senkrechten Schnitt und im Grundriß. Das Erbitzereleinent besteht aus einer Anzahl konzentrischer Rohrspiralen i', 2', 3' usw., die in die Stahlkammern q.' und 5' eingeschweißt sind. Das Arbeitsmittel tritt durch das Rohr 6' ein, wird beim Durchlaufen der Schlange erhitzt und überhitzt und v erläßt den Erhitzer durch das Rohr 7', das das Arbeitsmittel zur Kraftmaschine führt. Die Spirale kann auf ihrer ganzen Länge aus demselben Material bestehen. Da aber die Temperatur des Arbeitsmittels beim Durchfließen zunimmt, wird die Spirale zweckmäßig aus Teilen verschiedener Baustoffe zusammengesetzt, die miteinander verschweißt werden, so daß die Teile des Rohrsystems, die höheren Temperaturen ausgesetzt sind, aus anderen Baustoffen von bei diesen Temperaturen höherer chemischer oder mechanischer Widerstandsfähigkeit bestehen.Pie Fig. 3 and 6 show that shown schematically in Fig. 3 Heater element in vertical section and in plan. The inheritance element exists from a number of concentric pipe spirals i ', 2', 3 'etc., which enter the steel chambers q. ' and 5 'are welded in. The working medium enters through the pipe 6 ' heated and overheated as it passed through the queue and v left the heater through the pipe 7 ', which leads the working fluid to the engine. The spiral can open consist of the same material throughout their length. But there is the temperature of the working medium increases as it flows through, the spiral is expediently made up of different parts Building materials assembled that are welded together so that the parts of the pipe system, which are exposed to higher temperatures, from other building materials of higher chemical or mechanical resistance at these temperatures exist.

Die Abb. 7 und 8 zeigen eine andere Ausführungsform mit einer besonderen Speisepumpe für jede Spirale. jede Pumpe 7" speist eine besondere Spirale i", 2", 3" usw., wobei federbelastete Akkumulatoren d." usw. wieder an den Druckleitungen angeordnet sind. Ebenso können Steuervorrichtungen für die Speisepumpen vorgesehen werden. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß die Durchflußgeschwindigkeit durch die parallel geschalteten Rohrschlangen getrennt geregelt werden kann, so daß die Gefahr des Ausbrennens einzelner Spiralen vermieden wird.Figs. 7 and 8 show another embodiment with a particular one Feed pump for each spiral. each pump 7 "feeds a special spiral i", 2 ", 3 "etc., with spring loaded accumulators d." etc. again on the pressure lines are arranged. Control devices for the feed pumps can also be provided will. This arrangement ensures that the flow rate through the coils connected in parallel can be regulated separately, so that the Risk of burning out individual spirals is avoided.

Die Abb. g zeigt eine Ausführungsform des Verfahrens mit zwei verschiedenen Arbeitsmitteln, beispielsweise Wasser und Quecksilber, die in zwei getrennten geschlossenen Kreisprozessen arbeiten. Die Anlage besteht aus einem Erhitzer 34, in dem Quecksilber erliit7t und überhitzt wird, wobei der Druck durch die Quecksilberpumpe 35 und den Akkumulator 36 mit einer entsprechenden Pumpensteuerung über dem kritischen Druck gehalten wird. Der Quecksilberdampf dehnt sich dann beispielsweise in der Hochdruckturbine 37 und der N iederdruckturbine 38 aus, die die Dynamomaschine 39 betreiben. Der Quecksilberdampf wird dann in einem Oberflächenkondensator 4o niedergeschlagen, und das Kondensat wird entweder durch sein Gewicht oder durch eine besondere Pumpe in den Ansaugbrunnen 41 zurückgefördert. Das Wassersystem besteht aus einer Pumpe 42, einem Akkumulator 43, einem Überhitzer 44, den Turbinen 45 und 46, dem elektrischen Stromerzeuger 47, dem Kondensator 48, der Kondensatorpumpe 49 und dem Ansaugebehälter 41. Das Wasser wird zwischen der Pumpe und dem Überhitzer durch das Quecksilber, das seine Kondensationswärme abgibt, in einer Spirale So vorgewärmt, die das Kühlelement des Quecksilberkondensators bildet. Auf dieselbe Weise kann man eine beliebige Zahl von Arbeitsmitteln in der Weise verwenden, daß die bei der Kondensation der einen Flüssigkeit frei werdende Wärme zum Vorwärmen einer der anderen Flüssigkeiten verwendet wird.Fig. G shows an embodiment of the method with two different Working fluids, such as water and mercury, which are closed in two separate Cycle processes work. The system consists of a heater 34 in which mercury erliit7t and overheated, the pressure being exerted by the mercury pump 35 and the Accumulator 36 with a corresponding pump control above the critical pressure is held. The mercury vapor then expands in the high pressure turbine, for example 37 and the low pressure turbine 38, which operate the dynamo 39. Of the Mercury vapor is then deposited in a surface capacitor 4o, and the condensate is either by its weight or by a special pump conveyed back into the suction well 41. The water system consists of a pump 42, an accumulator 43, a superheater 44, the turbines 45 and 46, the electric Power generator 47, the condenser 48, the condenser pump 49 and the suction tank 41. The water is between the pump and the superheater by the mercury, which gives off its heat of condensation, preheated in a spiral so that the cooling element of the mercury capacitor. In the same way you can get any number of working equipment in such a way that the condensation of the one Heat released from the liquid is used to preheat one of the other liquids will.

Die Abb. io zeigt eine andere der vielen möglichen Ausführungsformen einer vereinigten Wasser- und Quecksilberanlage. Im Beispiel nach dieser Abbildung liefert eine Wasserpumpe 5 1 das Wasser zum Überhitzer 53 und eine Quecksilberpumpe 61 Quecksilber zum Überhitzer 63; auch dabei sind Akkumulatoren 52 und 62 angeschaltet. Die beiden hoch überhitzten Flüssigkeiten werden an eine Stelle zusammengeleitet (Mischraum), z. B. durch eine Düse 64 geführt, in dem sie in einem beliebigen Verhältnis gemischt werden. Das Gemisch arbeitet dann in den Turbinen 54 und 55 weiter, die den elektrischen Stromerzeuger antreiben. Während der vorläufigen Mischung in der Mischdüse 64 und während der Ausdehnung in der Kraftmaschine überträgt das hoch überhitzte Quecksilber einen Teil seiner Wärme auf den Wasserdampf und überhitzt diesen dadurch. Gleichzeitig wird die kinetische Energie beider Flüssigkeiten während der Ausdehnung in mechanische Arbeit umgesetzt.Fig. 10 shows another of the many possible embodiments of a combined water and mercury system. In the example according to this figure, a water pump 5 1 supplies the water to the superheater 53 and a mercury pump 61 supplies mercury to the superheater 63; accumulators 52 and 62 are also switched on. The two highly superheated liquids are brought together at one point (mixing room), e.g. B. passed through a nozzle 64, in which they are mixed in any ratio. The mixture then continues to work in the turbines 54 and 55, which drive the electric power generator. During the preliminary mixing in the mixing nozzle 64 and during the expansion in the engine, the highly superheated mercury transfers some of its heat to the water vapor and thereby superheats it. At the same time, the kinetic energy of both liquids is converted into mechanical work during expansion.

Am Ende der Ausdehnung strömt das Geinisch in den Kondensator 57. Die beiden Flüssigkeiten trennen sich im Behälter 58 durch ihren Gewichtsunterschied; das Quecksilber wird durch die Schwerkraft oder durch eine besondere Pumpe 65 in seinen Saugbehälter 66 zurückgefördert, während das darüber schwimmende Wasser durch die Pumpe 59 zu seinem Ansaugbrunnen 6o zurückgefördert wird.At the end of the expansion, the mixture flows into the condenser 57. The two liquids separate in the container 58 due to their weight difference; the mercury is conveyed back into its suction container 66 by gravity or by a special pump 65, while the water floating above is conveyed back to its suction well 6o by the pump 59.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Device for generating steam according to patent 419766, characterized in that the steam generator consists of a heatable pipe system and a feed pump which drives the working medium evenly through the pipe system, the pipe system, the heating system and the feed pump being dimensioned in such a way that the working medium is high pressure (critical pressure or higher) and such a high temperature (critical temperature or higher) is communicated that a constant transition of the working medium into steam as it flows through the pipe system is forced and the steam generated continues to be overheated.

2. Device according to claim i, characterized in that the heater from consists of several pipe coils connected in parallel, which are equipped with special feed pumps are connected for the purpose of reducing the flow rate in the coils separately to be able to regulate.

3. Device according to claim i, characterized by the connection several producers in which different working materials are heated, which work together in this way, that the waste heat from one working medium is used to preheat the other.

4. Device according to "claim i, characterized by several producers in which different working fluids are heated, and through a mixing room in which these Work equipment flow together.