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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.