-
Verfahren zur Kühlung einer Brennkraftturbine mit Kohlensäure Es ist
bekannt, daß bei Brennkraftmaschinen nur ein geringer Teil der erzeugten Wärme in
Kraft umgewandelt wird. Eine Ursache davon ist, daß die bei der Verbrennung entstehende
sehr hohe Temperatur von der Maschine nicht ertragen wird und daher nicht ausgenutzt
werden kann. Dieselbe Ursache erlaubt auch bis heute nicht, Wärme hoher Temperatur
in einer Brennkraftturbine voll auszunutzen. Um diesen Mangel zu beseitigen, ist
es notwendig, die hohe Temperatur herabzusetzen, ohne an Energie zu verlieren.
-
Es wurde bereits vorgeschlagen, zu diesem Zwecke in die Verbrennungsgase
zwecks Abkühlung derselben Wasser oder andere Mittel einzuspritzen. Es hat sich
aber gezeigt, daß eine Flüssigkeit zu diesem Zweck ungeeignet ist, weil infolge
des hohen Taupunktes der entstehenden Dämpfe beim Beaufschlagen der Turbine leicht
ein schädlicher Niederschlag entsteht, andererseits die Flüssigkeit, die bei dein
Austritt aus dem Schaufelrad mit den Abgasen sich vermischt, nicht ohne weiteres
zurückgenommen werden kann, weil sie durch schädliche Beimischungen, wie S O@, verunreinigt
und so für die Wiederverwendung unbrauchbar wird. Es ist weiterhin bekannt, reine
Kohlensäure als Kühlmittel zu verwenden und die von der Kohlensäure aufgenommene
Wärme in einer getrennten Hilfsmaschine auszunutzen, wobei die Kohlensäure in einem
geschlossenen Kreislauf wieder dem Kühlmantel zugeleitet wird. Gleichfalls ist es
bekannt, Kohlensäure nach Wärmeaufnahme in einer Turbine zu entspannen, sodann einem
Kondensator zuzuleiten und dann durch eine Pumpe in den Wärmeaufnehmer zu drücken.
-
Demgegenüber besteht die vorliegende Erfindung darin, daß die Kohlensäure
durch einen Verdichter auf hohe Spannung gebracht, sodann näch Durchströmen des
Kühlmantels der Brennkammer der Turbine durch besondere Düsen - getrennt von den
Verbrennungsgasen - auf die Schaufeln des" Laufrades geleitet wird, worauf sie sich
mit den entspannten Verbrennungsgasen mischt und nach Kühlung und Abscheidung aus
den Abgasen wieder vom Verdichter angesaugt wird. Dem Gemisch aus Brennstoff und
Luft wird also während oder ummittelbar nach der Verbrennung eine bestimmte Menge
der erzeugten Wärme, die sonst durch Kühlung vernichtet werden müßte, durch die
Kohlensäure (C O_) auf an sich bekannte Art entzogen und die Temperatur dementsprechend
herabgesetzt, indem die Kohlensäure, rein oder mit gereinigten Abgasen vermischt,
durch den Kühlmantel der Brennkammer fließt. Die Gase im Kühlmantel werden hierdurch
erwärmt und hochgespannt, so daß sie außer zur Kühlung auch zur Kraftleistung herangezogen
werden können.
-
Da aber jetzt einerseits die Durchschnittstemperatur der Verbrennungsgase
nicht mehr
eine holte ist, andererseits die Kohlensäure immer noch
mit einer verhältnismäßig geringen Temperatur das Laufrad durchströmt und so auch
eine unmittelbare Abkühlung bewirkt, besteht nicht die Gefahr einer zu starken Erhitzung
der Turbine. Wie bekannt, liegt der Taupunkt der Kohlensäure bei niedriger Temperatur.
Dadurch ist es auch möglich, die Wärme sehr weit auszunutzen, ohne die Gefahr eines
Niederschlages befürchten zu müssen. Die Kohlensäure als Hilfsgas hat außerdem zweiwertvolle
Eigenschaften. Ihr hohes Molekulargewicht und ihre dadurch bewirkte, für das Verfahren
günstige annähernd gleichbleibende spezifische Wärme ermöglicht es, trotzdem der
Kohlensäure vorher Wärme zugeführt war, mit niedriger Temperatur die Schaufeln der
Turbine zu treffen. Dabei ist es für das Verfahren gleichgültig, welche Zustände
:die Kohlensäure durchläuft und ob sie rein oder in Vermischung mit anderen Abgasen
angewandt wird. Diese Eigenschaft kann aber nur dann voll zur Ausnutzung kommen,
wenn die Kohlensäure nicht in unmittelbare Berührung mit den Verbrennungsgasen -vor
deren Abgabe der Arbeit kommt, sondern für sich allein das Laufrad beaufschlagt
und erst nach der Abgabe der Arbeit mit den Abgasen in Vermischung kommt. Da die
Kohlensäure in den Verbrennungsgasen außerdem in reichlichem Maße vorhanden ist,
können Verluste an Kohlensäure bei dem Verfahren nach der Erfindung ständig aus
den Verbrennungsgasen ergänzt werden. Auf der beiliegenden Zeichnung ist eine Einrichtung
zur Durchführung des Verfahrens schematisch dargestellt.
-
Die Abgase der Turbine durchlaufen einen Kühler a. Dort wird das in
ihnen enthaltene Wasser niadergeschlagenundentzogen. Gleichzeitig fallen auch die
meisten Beimischungen, wie schweflige Säure (S O=) u. dgl., ab. Die verbleibende
reine Kohlensäure und unter Umständen auch Stickstoff werden durch einen Verdichter
b auf den notwendigen Arbeitsdruck verdichtet und .durch den Kühlmantel der Brennkammer
c geleitet. Das hier erhitzte Gas dehnt sich in der nur für die Kohlensäure bestimmten
Düse d aus, tritt mit einer schon niedrigeren Temperatur in die Turbine e und gibt
an das Schaufelrad, dasselbe gleichzeitig kühlend, Arbeit ab, worauf sie von neuem
aus den Abgasen zurückgewonnen wird.