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Vereinigte Verbrennuügs und' Dampfkraftanlage Die Erfindung betrifft
eine vereinigte Verbrennungs- und Dampfkraftanlage, bei der aus Abwärme des verbrennungsmotorischen
Teiles und aus durch Zusatzbeheizung erzeugter Wärme der Dampf für den dampfmotorischen
Teil erzeugt wird.
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Es' sind Abwärmekessel bekannt, bei denen Abgase zur Erzeugung von
betriebsfertigem Dampf ausgenutzt werden. Bei diesen Kesseln werden durch zusätzliche
Beheizung entweder die Schwankungen in der Abwärmemenge ausgeglichen oder etwa vorkommende
Belastungsspitzen gedeckt. Bei den bekannten Abwärmedampfkraftanlagen war man bisher
bemüht, den Wärmeinhalt des Nutzdampfes nicht größer zu machen als den Wärmeinhalt
der Abwärmequelle. Man erreicht somit nur eine beschränkte- Verbesserung .des Gesamtbetriebes,
die bei einer Generatorgaskraftanlage mit Abwärmeausnutzung etwä' ein Drittel der
Leistung der Gasmotoren beträgt. Die geringe Leistung des dampfmotorischen Teiles
hat den Nachteil, daß dessen betriebliche Vorzüge ebenfalls nur in beschränktem
Maße zur Verfügung stehen.
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Die Erfindung bezweckt, diesen Nachteil zu beseifigen und außerdem
eine wirtschaftliche Ausnutzung der zur Dampferzeugung aufgewendeten Wärme sicherzustellen.
Dies wird dadurch erreicht, daß die Abwärme des verbrennungsmotorischen Teiles im
wesentlichen die Sattdampferzeugung übernimmt, während die Zusatzwärme zur überhitzung
des Dampfes dient. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, daß es unwirt,
schaftlich ist, die durch Zusatzbeheizung aufgebrachte Wärme in Form von Abdampf
entweder durch Auspuff oder Kondensation abzuführen. Es soll gemäß der Erfindung
nach der Ausnutzung des Dampfes im dampfmotorischen Teil nur die kostenlos vom gasmotorischen
Teil anfallende Wärme übrigbleiben. Es wird somit im dampfmotorischen
Teil
nur die zur Überhitzung des Dampfes aufgebrachte Wärme ausgenutzt., Da die Überhitzung
des satten Abdampfes aus dem gasmotorischen Teil beliebig hoch getrieben werden
kann, läßt sich das Verhältnis der dampfmotorischen zur verbrennungsmotorischen
Leistung in weiten Grenzen ohne Wirkungsgradverschlechterung zugunsten des dampfmotorischen
Teiles verschieben.
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In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform der Erfindung beispielsweise
dargestellt. Die Abb. i zeigt in wesenhafter Darstellung eine vereinigte Verbrennungs-
und Dampfkraftanlage, und die Abb.2 zeigt das zugehörige Mollier_ i-s-Schaubild.
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Nach Abb. i werden die heißen Abgase der Brennkraftmaschine i durch
den Stutzen 2 in den Dampfkessel 3, z. B. einen Röhrenkessel, geleitet und erzeugen
dort Saudampf von möglichst hoher Betriebsspannung, z. B. 5o Atm. (vgl. Abb. 2,
Punkt A). Der Sattdampf strömt durch die Rohrleitung 4 in den durch Brennstoff (Gas,
Öl, Kohle o. dgl.) beheizten überhitzer 5. In der überhitzerrohrschlange 6 wird
der Sattdampf bei gleichbleibendem Druck hoch überhitzt, z. B. auf 44o° (vgl.Abb.'2,
StreckeA-B). Der Dampf tritt dann durch die Rohrleitung 7 in den Hochdruckzylinder
8 der Dampfmaschine 9 und wird :dort z. B. auf i 5 Atm. und 3oo° entspannt (vgl.
Abb. 2, Strecke B-C). Der Abdampf -des Hochdruckzylinders 8 gelangt-' durch . die
Rohrleitung i o in die überhitzerrohrschlange i i und wird dort z. B. auf 36o° überhitzt
(vgl. Abb. 2, Strecke C-D). In diesem Zustand gelangt der Dampf durch die Rohrleitung
i 2 in den Mitteldruckzylinder 13 der Dampfmaschine g und wird dort z. B. auf 3
Atm. und 22o° entspannt (vgl. Abb. 2, StreckeDLE). Der Abdampf des Mitteldruckzylinders
13 wird durch die Rohrleitung 14 in die überhitzerrohrschlange 15 geleitet und dort
z. B. auf 3oo° überhitzt (vgl. Abb. 2, StreckeE-F). Der Dampf tritt darin durch
die Rohrleitung 16 in den Niederdruckzylinder 17 der Dampfmaschine 9 und
wird dort auf o, i o Atm. entspannt und im Kondensator 18-niedergeschlagen (vgl.Abb.
2, Strecke F-G). Die Abgase des überhitzers 5 werden durch den Kanal 19 unter
den Kessel 3 geführt. Das Kondensat wird dem Kessel 3 mittels der Kondensatpumpe
20 über den Speisewasservorwärmer2 i zugeführt.
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Wie sich aus Abb. 2 ergibt, sind bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
668 cal/kg Flüssigkeits- und Verdampfungswärme für die Sattdampferzeugung erforderlich.
Dieser Teil des Wärmeaufwandes im Dampfteil der Anlage beeinflußt den Gesamtwirkungsgrad
des Dampfteiles im umgünstigen Sinne, weil 6oo cal kg' im Kondensator 18 verlorengehen.
Die dem- Überhitzer 5 zugeführte Wärmemenge von insgesamt i 82 cal/kg leistet dagegen
in der Dampfmaschine g Arbeit.
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Gemäß der Erfindung wird dem aus Überhitzer 5 und Dampfkessel 3 bestehenden
Dampferzeuger durch unmittelbare Flammenbeheizung nur der Teil der Gesamtwärme zugeführt,
der in der Dampfmaschine 9 in Arbeit umgesetzt wird. Das sind bei dem vorliegenden
Beispiel i82 cal/kg überhitzungswarme und 68 cal/kg für die Auftrocknung und Sättigung,
die als überhitzera:bwärme durch den Kanal i9 unter der! Kesse13 geführt werden,
während die im Kondensator 18
verlorengehende Wärmemenge in Höhe von 6oo cal/kg
durch -die kostenlos zur Verfügung stehende Abwärme des verbrennungsmotorischen
Teiles der Anlage aufgebracht wird. Selbstverständlich wird der verbrennungsmotorische
Teil nicht immer genau 6oo cal/kg an den Dampfkessel 3 abgeben, sondern im praktischen
Betrieb wird der Betrag entsprechend der Leistungsabgabe der BrennkraftmasGhine
i schwanken. Die Anlage wird aber so bemessen, daß die an den Kesse13 abgegebene
Wärmemenge um den im Kondensator 18 verlorengehenden Betrag pendelt, denselben aber
nicht nennenswert unterschreitet. Ist die Leistungsabgabe der Brennkraftmäschine
i groß, so ist auch ihre Abwärmemenge größ. Es werden also z. B. mehr als 6oo. cal/kg.
an den Dampfkessel 3 abgegeben. Die Feuerung im überhitzer 5 wird dann so stark
vermindert, daß zwar die Überhitzung erzielt wird, daß aber die durch den Kanal
19 in den Kessel 3 gelangende Überhitzerabwärme keine nennenswerte Beheizung des
Kessels 3 mehr ergibt. Wird .die Leistung der Brennkraftmaschine i verringert, so
daß auch die Abwärmezufuhr zum Kessel 3 z.. B. bis auf 6oo cal f kg verringert wird,
so wird die Feuerung im- Überhitzer 5 entsprechend, also im vorliegenden Beispiel
um den Betrag von 68 cal/kg, verstärkt (vgl. Abb. 2). Durch die unmittelbare Beheizung
des überhitzers 5 und des Kessels 3 wird somit dem dampfmotorischen Teil Zusatzwärme
in solchen Mengen zugeführt, daß demgegenüber die dem. Kesse13 zur Sattdampferzeugung
zugeführte Abwärme des, verbrennungsmotorischen Teiles bis zu einem Betrag absinken
kann, der der im Kondensator abzuführenden Wärme entspricht. Die Abwärme des verbrennungsmotorischen
Teiles bestreitet im i-s-Diagramm (Abb.2) das Gebiet der niedrigen !-Werte unterhalb-
der Grenzkurve, während die aus frischem Brennstoff gewonnene Zusatzwärme das Gebiet
der höheren in. der Dampfmaschine. 9, in Arbeit umsetzbaren !-Werte bestreiet.