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Verfahren zur Durchführung eines Dampfkraftprozesses Gemäß der Erfindung
wird ein Dampfkraftprozeß in der Weise durchgeführt, daß als Arbeitsmittel ein Stoff
mit rückläufiger oberer Grenzkurve dient, der von einem Punkt der Grenzkurve aus,
der vor ihrem Umkehrpunkt liegt, in einer Kraftmaschine durch das Sättigungsgebiet
hindurch bis in das Überhitzungsgebiet expandiert.
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Dampf kann man auf verschiedenen Wegen erzeugen. Das bisher allgemein
verwendete Verfahren verläuft in der Weise, daß das flüssige Arbeitsmittel bei seinem
Sättigungsdruck bis auf die Sättigungstemperatur erhitzt wird. Ist die Sättigungstemperatur
erreicht, so wird durch weitere Wärmezufuhr diese Temperatur nicht mehr erhöht,
sondern die Wärme wird als Verdampfungswärme zugeführt, durch die das Arbeitsmittel
nach und nach aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand übergeführt wird. Man
hat erkannt; daß bei einem derartigen Verfahren zur Dampferzeugung immer eine Reihe
von Störungsmöglichkeiten vorliegt, die sich aus Mitreißen von Flüssigkeit, örtlichen
Überhitzungen, Wasserschlägen usw. ergeben. Um diese Schwierigkeiten zu beheben,
hat man deshalb vorgeschlagen, flüssiges Arbeitsmittel bei einem Druck zu erhitzen,
der höher liegt als der der-Temperatur des Arbeitsmittels entsprechende Sättigungsdruck.
Das so erhitzte Arbeitsmittel hat man dann gedrosselt und hierdurch eine Scheidung
von Dampf und Flüssigkeit herbeigeführt. Dampf entsteht bei diesemVerfahren dadurch,
daß ein Teil des Arbeitsmittels aus dem anderen Teil Verdampfungswärme aufnimmt.
Der entstandene Dampf ist naturgemäß naß und muß mechanisch oder durch Wärmezufuhr
getrocknet werden. Die Erzielung von Sattdampf ist dabei schwierig.
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Eine Abänderung dieses Verfahrens ist in der Weise vorgeschlagen worden,
daß die erhitzte Flüssigkeit nicht vor der Kraftmaschine gedrosselt werden sollte,
sondern daß sie unmittelbar in den Zylinder eingeführt und in ihm unter Trennung
von Dampf und Flüssigkeit Arbeit leisten sollte, ein Verfahren, das praktisch aussichtslos
erscheint, da die Dampffeuchtigkeit von Stufe zu Stufe größer wird.
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Dem zuletzt beschriebenen Verfahren ähnelt das Verfahren gemäß der
Erfindung insofern, als das Arbeitsmittel bei Einführung in die Kraftmaschine ebenfalls
flüssig sein kann. Es unterscheidet sich jedoch von dem älteren Verfahren darin,
daß Dämpfe verwendet werden, die die Eigentümlichkeit haben, mit fortschreitender
Expansion nicht feuchter zu werden, sondern im Gegenteil immer mehr in das Überhitzungsgebiet
zu gelangen.
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In der Abbildung ist das IS-Diagramm eines Stoffes mit rückläufiger
oberer Grenzkurve gezeichnet. In ihm sind drei Verfahren angedeutet, die sich durch
ihren Ausgangspunkt auf der oberen Grenzkurve unterscheiden. Im Punkte A ist das
Arbeitsmittel noch im flüssigen Zustande. Es expandiert durch das Sättigungsgebiet
hindurch und gelangt beim Punkte F in das Überhitzungsgebiet. Die Expansion ist
bei
Cbeendet. Der zweite Prozeß beginnt beim kritischen Punkte Pk, erreicht beim Punkte
G das Überhitzungsgebiet und endet bei E'. Der dritte Prozeß schließlich beginnt
bei B, in dem das Arbeitsmittel dampfförmig ist, überschreitet bei H das
Sättigungsgebiet und endet bei D". Da bei den meisten der für das Verfahren in Frage
kommenden Stoffen die kritische Temperatur so hoch liegt, daß man mit den heutigen
Baustoffen den Punkt Pl, nicht ohne weiteres erreichen kann, so wird man vorteilhaft
den Ausgangspunkt des Prozesses auf der Grenzkurve unterhalb des kritischen Punktes
wählen.
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Für die Durchführung des Kraftprozesses ergibt sich eine einfache
Ausgleichsmöglichkeit für kleine Lastschwankungen. Wie das Diagramm zeigt, entfernen
sich die Druckkurven mit steigender Entropie immer mehr voneinander. Das Druckgefälle
AC ist kleiner als PkE, das wiederum kleiner als BD ist. Es ist auf Grund dieser
Verhältnisse möglich, kleine Lastschwankungen durch Vergrößerung des Wärmegefälles
auszugleichen, d. h. durch Verschiebung des Ausgangspunktes der Expansion auf der
unteren Grenzkurve. Ein einfaches Mittel hierzu besteht in der Änderung der Wärmezufuhr.
Diese Regelmöglichkeit besteht auch oberhalb des kritischen Punktes, da die Grenzkurve
und die Druckkurve nur wenig voneinander abweichen.
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Zum Ausgleich von größeren Lastschwankungen ist die angegebene Regelung
jedoch nicht brauchbar. In solchen Fällen kann man in der Weise vorgehen, daß man
durch Verlegen des Ausgangspunktes der Expansion den Regelvorgang zunächst einleitet
und ihn in Abhängigkeit von dem geänderten Ausgangspunkt der Expansion, in Abhängigkeit
von der geänderten Temperatur, durch Regelung der Fördermenge des Arbeitsmittels
weiterführt. Es ist also bei den in Frage kommenden Stoffen möglich, ein Regelverfahren
auf von anderen Verfahren weit abweichenden Wegen durchzuführen.
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In der Abbildung ist das Schema einer Anlage dargestellt, mit deren
Hilfe das Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführt werden kann. Eine Speisepumpe
i entniinmtflüssiges Arbeitsmittel, z. B. Toluol, einem Behälter 2 und drückt es
durch ein beheiztes Rohrsystem 3, das durch einen Brenner in der Weise beheizt wird,
daß die Zustandsänderung des Arbeitsmittels in ihm auf der Grenzkurve vor ihrem
Umkehrpunkt verläuft, daß also z. B. der Punkt A erreicht wird. In diesem Zustand
tritt das Arbeitsmittel in die Maschine 4 ein, in der es unter Durchgang durch das
Sättigungsgebiet bis ins Überhitzungsgebiet expandiert. Es speist dann eine Niederdruckleitung
5, an die eine Kraftmaschine 7 und ein bekannter Wärmespeicher 8 angeschlossen sind.
Das im Kondensator 9 niedergeschlagene Kondensat des Arbeitsmittels fließt dem Behälter
2 zu.
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Bei geringen Schwankungen der Belastung der Maschine ,7 wird, z. B.
vom Leistungsregler io aus, die Feuerung 6 beeinflußt, wie es die Linie ii angibt.
Temperaturlinie und Zustandslinie verlaufen nämlich so eng aneinander, daß eine
Vergrößerung der Wärmezufuhr durch den Brenner 6 im wesentlichen nur eine Höherlegung
des Punktes A auf der Grenzkurve bedeutet. Eine Höherlegung des Punktes A ergibt
aber eine Vergrößerung des Wärmegefälles AC und damit eine Vergrößerung der Leistung.
Reicht diese Vergrößerung der Leistung zur Deckung des erhöhten Bedarfes nicht aus,
so kann durch einen Temperaturregler 12, der die Temperatur des Arbeitsmittels nach
Turbine 4 mißt, und das Ventil 13 die Fördermenge der Pumpe i und damit der Druck
im Erhitzer 3 geändert, hierdurch der Punkt A um ein größeres Stück auf der Grenzkurve
verschoben und dadurch das Wärmegefälle AC in erhöhtem Maße vergrößert werden, so
daß auch stark gesteigerter Bedarf mit dieser Regelungseinrichtung gedeckt werden
kann.