DE686945C - Brennkraft- oder offene Heissluftmaschinenanlage - Google Patents

Brennkraft- oder offene Heissluftmaschinenanlage

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DE686945C
DE686945C DE1938M0141195 DEM0141195D DE686945C DE 686945 C DE686945 C DE 686945C DE 1938M0141195 DE1938M0141195 DE 1938M0141195 DE M0141195 D DEM0141195 D DE M0141195D DE 686945 C DE686945 C DE 686945C
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DE
Germany
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air
water
condenser
cooling water
combustion
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Expired
Application number
DE1938M0141195
Other languages
English (en)
Inventor
Dipl-Ing Michael Martinka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MICHAEL MARTINKA DIPL ING
Original Assignee
MICHAEL MARTINKA DIPL ING
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Publication date
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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Brennkraft- oder offene Heißluftmaschinenanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraft- oder offene Heißluftmascbinenanlage mit Herstellung verdichteter, mit Feuchtigkeit angereicherter Verbrennungsluft und gegebenenfalls Brenngas in mehreren Stufen gemäß Patent 665 6o7. Die Erfindung gemäß diesem Patent besteht darin, daß das in der. Oberflächenkühlern der Verdichter erwärmte Kühlwasser in feiner Verteilung in Berührung mit der endverdichteten, von der letzten Stufe des Verdichters kommenden Luft und gegebenenfalls dem Brenngas gebracht wird und das restliche, nicht verdunstete, abgekühlte Wasser in den Oberflächenkühlern weiter zur Kühlung dient.
  • Nach der vorliegenden Erfindung wird noch eine von . den Verbrennungsgasexx beheizte Dampfkraftanlage zusätzlich angeordnet. Das erfinderische Neue besteht darin, - daß die dampfförmige Feuchtigkeit der verdichteten Luft und gegebenenfalls des verdichteten Brenngases noch gesteigert wird, und zwar dadurch, .daß außer der in den Oberflächenzwischenkühlern der Verdichter von der verdichteten Luft bzw. dem Brenngas auf das Kühlwasser übertragenen Verdichtungswärme auch noch die auf das Kondensatorkühlwasser übertrageneKondensationswärmeder voneinem Teil der Verbrennungsgaswärme beheizten Dampfkraftanlage durch innige Mischung der endverdichteten Luft bzw. des Brenngases mit dem Kondensatorkühlwasser infolge Verdunstung eines Teiles dieses Wassers als Wasserdampf bei sich erniedrigender Temperatur ,auf die Druckluft bzw. das verdichtete Brenngas übertragen wird, wodurch der unverdunstete Rest des Kühlwassers im Kondensator wieder Wärme aufzunehmen vermag. Die Zeichnungen zeigen schematisch Beispiele von Anlagen gemäß der Erfindung. Bei der in Abb. r dargestellten Anlage ist,ein-Verdichter V1 für die Verdichtung der Verbrennungsluft und ein Verdichter V2 für die Verdichtung des brennbaren Gases vorg@-,. sehen. Diese Verdichter sind in Überein=' stimmurig mit dem Hauptpatent mit Zwischenkühlern 2 und 3 bzw. q. und 5 ausgerüstet, die in Wasserkreisläufe eingeschaltet sind, in denen sich die I:uftsättiger S1 und S2 befinden, in denen das Kühlwasser der Zwischenkühler über Rieselschichten niederfließt, wobei es durch die endverdichtete Luft und ,das endverdichtete brennbare Gas, die durch die Leitungen 6 und 7 den Sättigern S, und S2 zuströmen, abgdkühlt wird. Die endverdichtete Luft strömt dabei im Sättigen S1 dem niederrieselnden Wasser entgegen, während das endverdichtete brennbare Gas in ,gleicher Weise im Sättigen S2 in der- Rieselschicht dem Wasser entgegenserömt. Druckluft und Druckgas werden dann in den Wärmeaustauschern R, und R2 durch die Abgase der Kraftmaschine; z. B. einer Brennkraftturbine TI, vorgewärmt. Diese Wärmeaustauscher RI und R2 können dabei Oberflächenwärmeaustauscher oder für hohe Temperaturen besser geeignete Wärmespeicher (Regeneratoren) sein. Im Brenner 8 der Brennkammer B treffen Druckluft und Druckgas zusammen, um dann durch Verbrennung in der Brennkammer B auf hohe Temperatur zu gelangen. Ein Teil der dabei erzeugten Wärme wird von den Röhren des Dampfkessels 9, den die BrennkammerB umschließt, aufgenommen, wodurch gespannter Dampf erzeugt wird, der durch die Leitung ro zum Überhitzen r r gelangt, der von den Heizgasen bespült `wird, welche durch die Leitung 12 die Brennkammer B verlassen. Diese Verbrennungsgase sind durch die Wärmeabgabe an die Rohre des Dampfkessels 9 bereits abgekühlt und werden noch weiter im Überhitzen r r in ihrer Temperatur erniedrigt, wodurch diese einen Wert erlangen, der für die Beaufschlagung der 'Kraftmaschine, z. B. der Turbine T1, geeignet ist. Durch die Leitung r3 glangen e sie dann zur Turbine TI und treten durch die Leitung r4 aus ihr wiejder aus, -um den bereits erwähnten Wärmeaustauschern R1 und R2 zuzuströmen. Darauf gelangen sie dann durch Leitung r 5 zu dem, Oberflächenvorwärmer 16, in welchem das Zusatzwasser für die Sättigen SI und S2 vorgewärmt wird. ' Die gespannten Dämpfe, welche den überhitzen r r verlassen, gelangen durch die Leitung 17 zur Dampfturbine T2, in der sie entspannt werden. Der Abdampf der Turbine T2 gelangt durch die Leitung 18 zum Öberflächenkondensator I(, in welchem er - niedergeschlagen wird. Das Niederschlagswasser wird durch -die Pumpe 19 in den Dampfkessel 9 zurückgedrückt.
  • Der Kühlwasserstrom des Oberflächenkondensators ist in den Kühlwasserstrom der Zwischenkühler 2 und 3 des Verdichters V, sowie der Zwischenkühler q. und 5 des Verdichters V2 mit eingeschaltet, denn das von den Zwischenkühlern kommende Wässer gelangt durch die Leitung 2o zum Oberflächenkondensator l( und verläßt ihn durch die Leitung 2 r, um dann durch die Pumpe 22 wieder oben in die Sättiger St und S2 gedrückt zu werden. Hier findet dann durch die endverdichtete Luft und durch das endverdichtete Brenngas eine Rückkühlung des Wassers statt.
  • Bei dieser Anlage nach dem Schema .der Abb. r findet, da der Dampfkessel, in die BrennkammerB verlegt ist, durch ihn eine kräftige Kühlung der . Verbrennungsgase statt, so daß diese bei der Verbrennung auf verhältnismäßig hohe Temperaturen gelangen können, ohne daß deswegen die Gefahr besteht, daß die Turbine TI mit Treibgasen zu hoher Temperatur beaufschlagt wird. Wegen dieser Abkühlung der Verbrennungsgase -durch Dampfkessel und Überhitzen kann die Verbrennung mit einem sehr viel kleineren. Luftüberschuß durchgeführt werden, als wenn allein durch Luftüberschuß eine genügend niedrige Verhrennungstemperatur Herreicht werden muß. Dieser geringe Luftüberschuß hat die Wirkung, daß der Verdichter für die Verbrennungsluft kleiner ausfällt und daß damit auch die mit der Luftverdichtung verbundenen Verluste kleiner ausfallen. Diese werden gemäß der Erfindung noch dadurch weiter vermindert, daß der dampfförmige Feuchtigkeitsgehalt der Verbrennungsluft und .des brennbaren Gases durch die Verdunstung des im Oberflächenkondensator I( erwärmten Kühlwassers gesteigert wird, wodurch der Verbrennungsluftverdichter und der Brenngasverdichter noch kleiner ausfallen.
  • Wenn es auch im allgemeinen weniger vorteilhaft ist, so' kann--es in Sonderfällen doch zweckmäßig sein, beispielsweise um die Größe der Wärmeaustauscher RI und R2 zu beschränken, Brennkammer und Dasn#pfkessel in der Weise zu trennen, daß die BremikammerB, wie Abb.2 dies- zeigt, vor die Brennkraftmaschine TI, der Dampfkessel g dagegen hinter sie verlegt wird. Die in den Wärmeaustauschern R, und R2 erwärmten Druckluft und Brenngasmengen strömen zur Brennkammer B und werden hier auf die für die Brennkraftmaschine TI noch zulässige Temperatur erhitzt. Dabei muß diese Erhitzung von einer niedrigeren Temperatur der Druckluft und des Druckgases beginnen, weil die -Wärmeaustauscher R1 und R2 von den Abgasen der Brennkraftmaschine T1 beheizt werden, die schon wesentlich kühler sind als bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i-, denn die Abgase der Brennkraftmaschine T1 durchströmen zunächst den Dampfüberhitzer i i und den Kessel 9, der in diesem Falle als Einrohrkessel dargestellt ist. Der überhitzte Dampf strömt dann durch die Leitung 17. zur Dampfturbine T2, wird hier entspannt und gelangt dänn durch die Leitung 18 in den Oberflächenkondensator I(, wo er niedergeschlagen wird. Die Pumpe i9 fördert das Niederschlagswasser wieder in den Kessel 9 zurück. Das Kühlwasser des Oberflächenkondensators I( wird in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Abb. i durch die Pumpe 22 gefördert, und der Oberflächenkondensator I( ist in gleicher Weise wie bei der Ausführung nach Abb. i in den durch die Sättigen S1 und S2 geführten Kühlwasserstrom eingeschaltet.
  • Der Kreislauf des durch den Oberflächenkondensator I( geführten Kühlwassers kann mit Vorteil auch von dem Kühlwasserkreislauf der Zwischenkühler des Luft- und Gasverdichters V1 und V2 getrennt werden, wie dies Abb. 3 zeigt. Sowohl für die verdichtete Luft als auch für das verdichtete Brenngas sind je zwei getrennte, von der Druckluft und dem verdichteten Brenngas nacheinander durchströmte Sättigen vorgesehen. Es sind dies die Sättigen Si und SI" für die Druckluft und die Sättigen S2 und S2' für das verdichtete Brenngas. Die unteren der beiden Sättigerpaare werden von dem Kühlwasser der Zwischenkühler der Verdichter V1 und V2 durchströmt, während die oberen Sättigen Si' und S2' der Rückkühlung des Kondensatorkühlwassers dienen. Im übrigen ist die Anlage nach dem Schema der Abb.3 die gleiche wie diejenige nach Abb.2. Die Abtrennung des durch den Oberflächenkondensator geführten Kühlwasserkreislaufes von demjenigen, der durch die Zwischenkühler der Verdichter geführt wird, ist aber nicht an eine bestimmte Ausführung der Anlage in den übrigen Teilen, insbesondere an eine bestimmte Lage des Dampferzeugers, gebunden. Beispielsweise könnte die Anlage im übrigen auch nach dem Schema der Abb. i ausgeführt werden.
  • Bei der Anlage nach dem Schema der Abb. q. wird die Turbine T1 mit heißer Druckluft, also als offene Heißluftmaschine, betrieben, die im Wärmeaustauscher R, der zweckmäßig als Wärmespeicher (Regenerator) ausgebildet ist, erhitzt wurde. In der Turbine T1 wird die Druckluft entspannt, beispielsweise bis auf die Spannung der Außenluft, und tritt dann finit dieser Spannung und entsprechend erniedrigter Temperatur in den Brenner der Brennkammer B ein, wo -sie mit dem Brennstoff, beispielsweise mit dem von der Pumpe 23 geförderten Brennöl, zusammentrifft und dieses verbrennt. Die dadurch hocherhitzten Verbrennungsgase geben in dem von der Brennkammer B umschlossenen Dampfkessel 9 und dem Überhitzen i i einen erheblichen Teil ihrer Wärme ab, indem Dampf erzeugt und überhitzt wird. Die auf diese Weise auf eine dem Wärmeaustauscher R zuträgliche Temperatur abgekühlten Verbrennungsgase heizen den Wärmespeicher R auf, durchströmen dann den in den Kühlwasserkreislauf eingeschalteten Wärmeaustauscher 25 und denjenigen für das Zusatzwasser 16, um darauf ins Freie zu entweichen.
  • Der in dem Dampfkessel 9 und in überhitzen i i überhitzte Dampf wird in der Turbine T2 entspannt und tritt dann in den Kondensator I( ein, der mit. Kühlwasser versorgt wird, wie es an Hand der Abb. i bis. 3 beschrieben wurde.
  • Diese Ausführung hat gegenüber der nach Abb. i den Vorteil, daß im Raum der Brennkammer B kein nennenswerter Überdruck herrscht, während der im Dampfkessel 9 erzeugte Dampf natürlich eine hohe Spannung haben kann.
  • Statt das Kühlwasser für die Zwischenkühler der Verdichter durch besondere Sättigen zu führen, in denen es zurückgekühlt wird, können die Oberflächenzwischenkühler auch unmittelbar als Verdunstungskühler ausgeführt werden, indem die verdichtete Druckluft, vermischt mit zerstäubtem Wasser, durch die Zwischenkühler der Verdichter hindurchgeschickt wird, wie es im Hauptpatent beschrieben ist. Diese dadurch mit Wasserdämpfen bereits angereicherte Druckluft oder das brennbare Druckgas wird dann hinterher durch den Luftsättiger geschickt, der als Wasserrückkühler für das Kondensatorkühlwasser dient.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCH9 i. Brennkraft- oder offene Heißluftmaschinenanlage mit Herstellung verdichteter, mit Feuchtigkeit angereicherter Verbrennungsluft und gegebenenfalls -Brenngas in mehreren Stufen gemäß Patent 665 607 sowie mit zusätzlicher Anordnung einer von- den Verbrennungsgasen beheizten Dampfkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, daß außer der in den Oberflächenzwischenkühlern der Verdichter von der verdichteten Luft bzw. dem Brenngas auf das Kühlwasser übertragenen Verdichtungswärme auch noch die auf das Kondensatorkühlwasser übertragene Kondensationswärme der von einem Teil der Verbrennungsgaswärme beheizten Dampfkraftanlage -durch innige Mischung der endverdichteten Luft bzw. des Brenngases mit dem Kondensatorkühlwasser infolge der Verdunstung eines Teiles dieses Wassers als Wasserdampf bei sich erniedrigender Wassertemperatur auf die Druckluft bzw. das verdichtete Brenngas übertragen wird, wodurch der unverdunstete Rest des Kühlwassers im Kondensator wieder Wärme aufzunehmen vermag.
  2. 2. Kraftmaschinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächenzwischenkühler (2, 3, 4, 5) der Verdichter und :der Oberflächenkondensator (,#) derart in den Kühlwasserkreislauf ein. geschaltet sind, daß das vom druckluft-oder druckgasdurchströmten Rückkühler (S, und S2) abfließende Wasser zunächst durch die Zwischenkühler, dann durch den Oberflächenkondensator (I0) gelangt (Abt. i).
  3. 3. Kraftmaschinenanl.age nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, .daß für das Kühlwasser des Kondensators und der Zwischenkühler der Verdichter getrennte Wasserkreisläufe mit getrennten, der Wasserrückkühlung dienenden Druckluft- und gegebenenfalls. Druckgassättigern vorgesehen sind, von. denen zuerst die Sättiger für das Kühlwasser der Zwischenkühler und dann die Sättiger für Abkühlung des Kondensatorkühlwassers von der Druckluft unddem Druckgas durchströmt werden .(Abt. 3).
  4. 4. Kraftmaschinenanlagenach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die endverdichtete Luft zunächst vermischt mit zerstäubtem Wasser durch Oberflächenzwischenkühler der Verdichter und dann durch einen Wasserrückkühler für das Kondensatorkühlwasser geführt wird.
  5. 5. Brennkraftmaschinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfkessel für die Erzeugung und @1berhitzung des in den Kondensator gelangenden Dampfes vor oder hinter der Brennkraftmaschine im Strom der mittels der mit Feuchtigkeit angereicherten Luft und gegebenenfalls des Brenngases erzeugten Verbrennungsgase angeordnet ist (Abt. i bis 3).
  6. 6. Offene Heißluftmaschinenanlage nach Anspruch i, bei der die mit Feuchtigkeit angereicherte Druckluft in Wärmespeichern bis auf die Aufschlagstemperatur der Kraftmaschine erhitzt, nach Entspannung in dieser der Brennkammer als Verbrennungsluft zugeführt wird und die Verbrennungsgase der Brennkammer den Speichern zugeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfkessel für die Erzeugung des in der Dampfkraftmaschine zu entspannenden und im Kondensator niederzuschlagenden Dampfes in der mit der entspannten Luft der Heißluftmaschine gespeisten Brennkammer (B) untergebracht ist (Abb.4).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2522828A3 (de) * 2011-05-13 2013-12-25 General Electric Company Organische Rankine-Kreisprozesssysteme unter Verwendung von Abwärme von Ladeluftkühlung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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