DE695838C

DE695838C - Mit einem gasfoermigen Arbeitsmittel betriebene Kraftmaschinenanlage

Info

Publication number: DE695838C
Application number: DE1938M0140812
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Michael Martinka
Original assignee: MICHAEL MARTINKA DIPL ING
Current assignee: MICHAEL MARTINKA DIPL ING
Priority date: 1938-02-24
Filing date: 1938-02-24
Publication date: 1940-09-04

Description

Mit einem gasförmigen Arbeitsmittel betriebene Kraftmaschinenanlage Die Erfindung bezieht sich auf eine mit einem gasförmigen Arbeitsmittel betriebene Kraftmaschinenanlage, bei der das Arbeitsmittel vorzugsweise mehrstufig mitZwischenkühlung verdichtet, dann in einem Wärmeaustauscher durch die Wärme von Heizgasen erhitzt, in der Kraftmaschine entspannt und dann einem Brennraume zugeführt wird, in dem durch Brennstoffzufuhr die Heizgase erzeugt werden. Die bisher vorgeschlagenen Kraftmaschinenanlagen dieser Art besitzen Oberflächenwärmeaustauscher, bei denen die Wärme der etwa unter Außenluftspannung stehenden Heilzgase durch metalleneWandungen hindurch auf das verdichtete Arbeitsmittel übertragen wird. Solche Kraftmaschinenaniagen konnten nicht mit Erfolg verwirklicht werden, weil die für die metallenen Wandungen verfügbaren Werkstoffe nur etwa 5500 C wagrin werden dürfen, wenn sie gleichzeitig den mechanischen Beanspruchungen gewachsen sein sollen, die sich aus dem Spannungsunterschied zwischen den Heizgasen und dem verdichteten Arbeitsmittel ergeben. Der thermische Wirkungsgrad fällt dabei sehr niedrig aus.
Die übrigen Teile einer Kraftmaschinenanlage der genannten Art, die mit den am höchsten erhitzten Gasen in Berührung kommen, können aber so ausgestaltet werden, daß sie Temperaturen von iooo bis iioo'C auszuhalten imstande sind. Damit sind thermische und auch Gesamtwirkungsgrade für eine solche Anlage erreichbar, die diejenigen der Dampfturbinen übersteigen und die der Dießelmaschinen erreichen, wobei beliebiger Brennstoff, also auch Gichtgas oder Kohlenstaub, verarbeitet'werden kann.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß mit Kraftmaschinenanlagerr der genannten Art nur dann eine günstige Brennstoffausnutzung erreicht werden kann, wenn es gelingt, die Wärme der Heizgase auf das verdichtete Arbeitsmittel betriebssicher, mit Temperaturen von etwa iooo' oder mehr zu übertragen. Dies ist erfindungsgemäßdadurch, möglich, daß als Wärmeaustanscher zwischeR dem verdichtetenArbeitsmittel und den Hel,Z"-'# gasen mehrere Wärmespeicher vorgeseheii sind, von denen abwechselnd einer oder mehrere von den Heizgasen und gleichzeitig der oder die anderen von dem verdichteten Arbeitsmittel durchströmt werden. Die Wärmeübertragting von den Heizgasen nied# riger Spannung auf das verdichtete Arbeitsmittel erfolgt dabei dadurch, daß der wärmespeichernde Stoff, wenn die wärmeabgebenden Heizgase den Speicherraum durchströmen, dieWärme aus den Heizgasen aufnimmt und später, wenn das wärmeaufnehmende, verdichtete Arbeitsmittel den Speicherraum durchströmt, dieWärme an dieses abgibt. Der wärmespeichernde Stoff braucht dabei nicht unbedingt aus einem Metall zu bestehen. Aber auch die zur Verfügung stehenden legierten Eisensorten sind bis zu i:zoo' C als Wärmespeichermasse dauernd betriebsfähig, da sie keine wesentlichen mechanischen Beanspruchungen auszuhalten hat.
Auf die Weise ist die Aufgabe gelöst, eine Kraftmaschine mit einem Arbeitsmittel hoher Temperatur betreiben zu können"ohne daß die Brennstoffverunreinigungen, beispielsweise die Asche beim Kohlenstaub, mit dem Arbeitsmittel durch dieKraftmaschine gehen.
Weitere Ausbildungsformen des Erfindungsgegenstandes werden bei der Beschreibung der zeichnerischen Ausführungsbeispiele behandelt.
Wärmespeicher bei Wärmekraftmaschinen zu benutzen, ist an sich bekannt. Es ist auch nicht mehr neu, einen Wärmespeicher zunächst mit Verbrennungsgasen aufzuheizen, deren Verbrennungsluft nicht durch die Maschine hindurchgegangen ist, um ihn dann durch verdichtete Luft, die im Wärmespeicher erhitzt und dann der Kraftmaschine zugeführt wird, wieder abzukühl-en. Die Wärme der entspannten Auslaßgase wird hierbei nicht ausgenutzt, denn sie werden nicht der Feuerung zugeführt. Andere bekannte Vorschläge gehen dahin, Wärmespeicher bei geschlossenen Heißluftmaschinen oder bei Maschinen mit innerer Verbrennung anzuwenden. Bei den geschlossenenHeißluftmaschinen werden nur dieWärmemengen niedrigerTemperatur, die aus der entspannten Luft stammen, auf die zurückkehrende verdichtete Luft übertragen, während die Wärmemengen höherer Temperatur der Verbrennungsgase durch metallene Wandungen hindurch auf die Luft übertragen werden. Hierbei ist die entspannte Luft nicht die Verbrennungsluft. Auch ist wegen derWärmeübertragung durch Wandungen hindurch keine genügend hohe Erhitzung der Arbeitsluft möglich, wie oben -dargelegt wurde. Bei Maschinen mit innerer -#V...gbrennung, bei denen also die Verbrenvor oder im Arbeitszylinder vor sich geht, entfallen die Vorteile der Erfindung, besonders der Vorteil des reinen Arbeitsmittels während der Entspannung. Im Speicher werden nur dieWärmemengen niedrigerTemperatur der Auslaßgase übertragen.
Im Gegensatz dazu dient beim Erfindungsgegenstande der Wärmespeicher sowohl der Übertragung derWärrne der entspanntenLuft als auch der durch Brennstoffzufuhr zur entspannten Luft neu erzeugten Wärme hoher Temperatur auf die neue als Arbeitsmittel dienende verdichtete Luft.
Die Zeichnungen stellen beispielsweise Ausführungen der Erfindung dar.
Die Abb. i zeigt zunächst eine Ausführung, bei der Brennöl als Brennstoff in der BrennkammerB verbrannt wird, und zwar in den Abgasen der alsTurbine ausgebildeten Kraftmaschine T, die aus reiner Luft bestehen oder aus Luft mit einem gewissen Wasserdampfgehalt, wie dies weiter unten noch erläutert wird. Die in der Brennkammer auf diese Weise entstehendeneVerbrennungsgase durchströmen- eine oder mehrere parallel geschaltete Kammern des Wärmespeichers R, die gerade aufzuheizen sind, um dann noch hinterher in Oberflächenwärmeaustanschern ihre Wärme soweit wie möglich abzugeben.
Die vom Verdichter V angesaugte Außenluft wird von diesem in mehreren Stufen auf höfiere Spannung gebracht, wobei sich zwischen den einzelnen Stufen in üblicher Weise Oberflächenzwischenkühler 2, 3 und 4 befinden, in denen die Luft die in der voraufgegangenen Verdichtungsstufe aufgenommene Wärtnewieder. abgeben kann. Ditse Oberflächenkühler werden vom Kühlwasser durchflossen, welches die Pumpe 5 durch sie hindurchdrückt. Das auf dieseWeise erwärmteWasser gelangt durch die Leitung 6 oben auf die Rieselschicht 7 des Sättigers S, in welchen die endverdichtete Luft des Verdichters V durch die Leitung 8 eintritt, um dann die Rieselschicht 7 von unten nach oben, dem niederrieselnden Wasser entgegen, zu durchströmen, wobei sich diese Druckluft mit Wasserdampf sättigt und gleichzeitig das Wasser abkühlt, welches auf diese Weise aufs neue befähigt wird, in den Oberflächenkühlern 2, 3 und 4 Wärme aufzunehmen. Das derart in der Rieselschicht 7 verdunsteteWasser wird durcheinenSchwimmerregler 9 ersetzt. Dieses Zusatzwasser, welches durch die Leitung., io zugeführt -wird, durchströmt zuvor den bereits erwähnten Oberflächenwärmeaustauscher i i, der von den Verbrennungsgasen, die den Wärmespeicher verlassen, beheizt wird.
Die mitWasserdämpfen,angereicherteLuft, welche den Sättiger S durch die Leitung 12 verläßt, gelangt durch eine oder mehrere parallel geschalteteKammern des vorhervon den Verbrennungsgasen aufgeheizten Wärmespeichers und dann durch die Leitung 13 in hocherl#itztem Zustande in die Turbine T, wo sie sich ausdehnt und mechanische Leistung auf das Rad der Turbine überträgt. Die beispielsweise bis nahezu auf Außenluftspannung entspannte und weitgehend abgekühlte Luft verläßt die Turbine T durch die Leitung 14, um in der oben beschriebenen Weise in der Brennkammer auf die höchste Temperatur gebracht zu werden und dann in die zu beheizenden Kammern des Wärmespeichers einzutreten. Dieser Wärmespeicher R wird in bekannter Weise so betrieben, daß die einzelnen Wärmespeicherkammern, von denen rnindestens drei vorhanden sein müssen, derart umgeschaltet werden, daß auf eine Zeit der Aufheizung der aktiven Masse des Wärmespeichers durch die Verbrennungsgase eine Zeit derAbkühlung durch die z - u erwärmende Luft folgt, bis die aktive Speicherwasse so weit abgekühlt ist, daß wieder auf Aufheizung umgeschaltet werden muß.
Wird, wie es bei einer Ausführung nach Abb. 2 der Fall ist, gasförmiger Brennstoff für die Beheizung der Brennkammer B benutzt, so wird gemäß der Erfindung für einen Teil der Kraftmaschinenabgase, die, wie erwähnt, entweder nur aus Luft oder aus Luft mit einem gewissen Dampfgehalt bestehen, ein von diesem Teil der Kraftmaschinenabgase beheizter, das brennbare Gas vorwärmender Wärmeaustauscher 16, dem die Ab- gase durch die Leitung 15 zuströmen, vorgesehen, während für den anderen Teil eine mit dem vorgewärmten brennbaren Gase befeuerte Brennkammer B vorhanden ist. Dabei braucht der Vorwärmer 16 für das brennbare Gas, welches ihm durch ein Gebläse 17, das nur einen geringen Überdruck zu erzeugen hat, zugeführt wird, Nichte unbedingt ein Wärmespeicher (Regenerator), sondern es kann auch ein Oberflächenwärmeaustauscher sein, wie dieses in Abb. 2 angenommen ist, weil die Kraftmaschinenabgase und das Brenngas niedrige Spannung liaben können und die Temperatur im Vorwärmer 16 noch mäßig ist.
Um bei dieser Vorwärtnung des brennbaren Gases eine günstige thermische Ausnutzung der Wärme der Abgase zu erreichen, muß der Wärmeaustauscher für äie Vorwärmung des brennbaren Gases für einen solchen Teilder Kraftmaschinenabgase bemessen werden, daß das Produkt aus dem Gewicht dieses Teiles der Abgase und ihrer spez. Wärme gleich dem Produkt aus dem Gewicht des brennbaren Gases und seiner spez. Wärme ist, denn dann ergibt sich auf der Ein- und Austrittsseite beider Gase die geringste Temperaturdifferenz zwischen beiden.
Wird für die Beheizung der Brennkammer stäubförmiger, fester Brennstoff gewählt,-wie dies bei der Anordnung gemäß Abb. 3 vorausgesetzt ist, so ist zu berücksichtigen, daß dieser Brennstoff mit Luft oder mit einem stark Infthaltigen Gasgemisch eingeblasen werden muß, -dessen Temperatur aber nicht so hoch sein darf, daß bereits eine Zündung des Brennstoffes durch diese Einblaseluft eintritt. Der staubförmige, feste Brennstoff wird daher zweckmäßig mit den stark lufthaltigen Abgasen eingeblasen, welche den Wärmespeicher verlassen und infolgedessen in ihm bereits stark abgekühlt sind. Aus der Abgassammelleitung 18, in welche die Abgase gelangen, die die Wärmespeicher verlassen, wird ein Teil entnommen und dem Gebläse ig zugeführt, welches die Spannung der abgekühlten Abgase um so viel erhöht, daß damit die Einblasevorrichtung der Brennkammer B betrieben und der Widerstand der Wärmespeicher überwunden werden kann. Aus dem Gebläse ig gelangen die Abgase durch die Leitüng:2o in den Kopf der Brennkammer B, wo sie sich mit dem einzublasenden festen Brennstoff, der aus dem Behälter 21 und der Aufgabevorrichtung 22 dahin gelangt, mischt, um mit ihm in die Brennkammer B zu gelangen. Dort trifft das eingeblasene Gemisch aul die durch die Leitung 14 zugeführte Abluft, in welcher der feste Brennstoff verbrennt. Die hocherhitzten Verbrennungsgase treten dann wieder ebenso wie bei den vorher beschriebenen. Beispielen in den Wärmespeicher ein.
Die Art der Luftverdichtung und die Anreicherung der endverdichtetenLuft mit Wasserdämpfen durch teilweise Verdunstung des Kühlwassers der Zwischenkühler des Luftverdichters kann dabei in der gleichen Weise durchgeführt werden, wie bei der oben betrachteten Ausführung nach Abb. i. Die Anreicherung der Druckluft mit Dämpfen kann aber auch noch dadurch gesteigert werden, daß das Kühlwasser, welches die Zwischenkühler:2, 3 und 4 verläßt, in einem Wärmeaustauscher #3 weiter erwärmt wird, der durch die Abgase des Wärmespeichers R be- heizt wird. Diese Abgase durchströmen dann hinterher noch den Wärmeaustauscher ii, in welchem das Zusatzwasser, welches zum Schwirnmerreglerg gelangt, vorgewärmtwird.
Die Abb. 4 und 5 stellen die Brennkammer mit der Vorrichtung für die Zuführung des Brennstoffes in größerem Maßstabe dar, und zwar ist Abb. 4 ein senkrechter Schnitt nach der Schnittli>nie I-I und Abb. 5 e-in waagerechter Schnitt nach der Schnittlinie II-II. - Die Brennkammer B besitzt einen Kopf 24, in welchem sich der staubförmige Brennstoff mit der Einblaseluft niischt. Diese durch die Leitung 2-o zugeführte Einblaseluft tritt tangential in den Mischkopf 24 ein. Der staubförmige Brennstoff, der sich imVorratsbehälter 21 befindet, fällt aus dem unteren Teil dieses Vorratsbehälters in regelbarer Menge heraus. Die herausfallende Menge kann dabei durch eine senkrechte, sich drehende Welle25 geregelt werden, indem diese Welle mehr oder weniger angehoben wird. Der unterste Teil dieser Welle 25 ist ventilartig ausgebildeti während sie gleich darüber unrund gestaltet ist. Hierdurch und durch die Drehung der Welle wird eine Gewölbebildung des staubförmigenBrennstoffesverhindert und erreicht, daß die abwärts gerichtete Bewegung des Brennstoffstaubes keineUnterbrechung erfährt. Der aus dem Behälter 21 herausfallende Brennstoff gelangt in den darunterbefindlichen Raum mit der Fördervorrichtung22, durch die er nach links geschafft wird, bis er zu dem Rohre26 gelangt, in welchem er niederfällt. Am unteren Ende dieses Rohres 26 wird der Brennstoff von der Einblaseluft mitgerissen und gelangt mit ihr gemischt in den eigentlichen Brennraum27 der Brennkannrier B.
Diesem Brennraume:27 wird die erhitzte Luft, welche von der Turbine T kommt, durch die Leitung 14 zugeführt, die tangential in das Brennkammergehäuse B mündet. Dabei wird die Luft durch die Schaufeln -Y8 geführt. Diese Schaufeln überdecken sich mit ihren Enden, wodurch erreicht wird, daß nur ein Teil ihrer Flächen der Wärmestrahlung der Verbrennungsgase im Brennraume 27 ausgesetzt ist, während die übrige Oberfläche von den sehr viel weniger heißen Gasen, die durch die, Leitung 14 zugeführt werden, bespült und dadurch gekühlt werden. Auch durch die obere ringförmige Öffnung des eigentlichen Brennraumes 2,;7, die zweckmäßig mit den schraubenförmigen Schaufeln -,9 versehen ist, gelangt ein Teil dieser Gase zum Brennraume undkühlt dadurch die obere Begrenzungswand 3o der BrennkammerB. Auch diese schraubenförmigen Schaufeln überdecken sich in ähnlicherWeise wie die Schaufeln 28, wie Abb. 6 dies erkennen läßt. Die hocherhitzten Verbrennungsgase treten aus der BrennkammerB durch den Stfitzen3I aus, um dem Wärmespeicher zuzuströmen.
Es ist bekannt, daß die Leistung einer Wärmekraftmaschine erheblich gesteigert werden kann, wenn der Aufschlagsdruck und die Austrittsspannung unter Beibehaltung der Temperaturen im gleichen Verhältnis erhöht werden. Beträgt z. B. bei einer Turbine die Spannung von ihr 7 ata, während die Austrittsspahnung i ata ist, so wird die Leistung dieser Turbine auf das dreifache gesteigert, wenn die Spannungen dreimal so hoch sind, die Spannung vor der Turbine also 21 ata und die Austrittsspannung 3 ata beträgt. Es geht dann, wenn die Temperaturen vor und hinter der Turbine die gleichen sind wie die im ersten Falle, das dreifache Gewicht des Treibmittels hindurch. Von diesen an sich bekannten Zusammenhängen ist bei einer Anlage nach Abb.7 Gebrauch gemacht.
Der Hauptteil der aus der Turbine T, entweichenden Abgase strömt, auch bei der Anlage nach Abb. 7, durch die Leitung 14, jer doch jetzt mit höherer als atmosphärischer Spannung zur Brennkammer B. Hier werden die Gase auf eine weiter unten beschriebene Art erhitzt, gelangen in den Wärmespeicher R, wo sie ihre Wärme abgeben und werden noch weiter abgekühlt in den Wärmeaustauschern 23 und i i. Dann aber werden sie nicht ins Freie entlassen, sondern einem Wäscher W zugeführt, in welchem sie von den Verunreinigungen befreit werden, und zwar sowohl von den staubförmigen Verunreinigungen als auch von den sauren Bestandteilen. Dies geschieht am besten beispielsweise durch eine aus Rieselkörpern gebildete Rieselschicht 32, die von oben durch eine alkalische Lösung, beispielsweise Kalkwasser, berieselt wird, während die zu reinigenden Gase der niederrieselnden Flüssigkeit entgegen von unten nach oben die Rieselschicht 3:2 durchströmen, um dann dem Luftverdichter V, zugeführt zu werden, welcher sie so wie die Luft bei der Anlage nach Abb. i verdichtet und auf dem gleichen Wege wie bei der Anlage nach Abb. i zur Turbine b, treibt. Das Kalkwasser des Wäschers W kann im wesentlichen durch die Pumpe 33 im Kreislauf umgewälzt werden, wobei es je nach der gewünschten Wirkung in einem Wärmeaustauscher 34 erwärmt oder gekühlt werden kann. Je nach dem Säuregehalt der Gase wird es sich empfehlen, einen größeren oder kleineren Teil aus diesem Kreislauf abzuführen und durch frisches Kalkwasser zu ersetzen, was durch einen Schwimmerregler 'geschehen kann.
Würde man eine Anlage in dieser Weise betreiben, so würde sehr bald der Sauerstoffgehalt des immer wieder im Kreislauf benutzten Gases in der Brennkammer B verbraucht sein. Um die Anlage dauernd in Betrieb zu halten, ist es daher nötig, einen Teil der Gase aus dem Kreislauf abzuführen und durch neue, sauerstoffhaltige Luft züi ersetzen, mit welcher der der Brennkammer B zugeführte Brennstoff verbrannt wird. Die Abführung der Gase geschieht durch die Leitung 35, die von der Leitung 14 abzweigt. Da diese Gase aber noch gespannt sind, so weeden sie der Turbine T, zugeführt, in welcher sie bis auf atmosphärische Spannung entspannt werden. Durch die Leitung 36 werden diese Abgase einem Wärmeaustauscher 37 zugeführt, der der Erwärmung der verdichteten Luft dient. Da es sich hierbei um wesentlich niedrigere Temperaturen handelt als bei dem WärmespeicherR, so l<.ann dieser Wärmeaustauscher 37 auch ein Oberflächenwärmeaustauscher sein. Nachdem die Abgase auch noch die Oberflächenwärmeaustauscher 38 und 39 durchströmt haben, gelangen sie ins ' Freie.
Um die Abgase, die durch die Leitung 35 dem Hochdruckkreislauf entnommen wurden, durch frische Luft zu ersetzen, ist der Luftverdichter V. vorgesehen, der atmosphärische Luft ansaugt und durch die Leitung 4o in den Sättiger S, drückt, damit die Luft dann mit Dämpfen beladen und im Wärmeaustauscher 37 erwärmt mit der Spannung, die in der BrennkammerB herrscht, zu dieser gelangen kann, um die Verbrennung des beispielsweise von der Brennölpumpe 41 zugeführten Brennstoffes zu ermöglichen. Die Zwischenkühler des Luftverdichters V, werden in gleicher Weise mit Kreislaufwasser versorgt wie bei der Anlage nach Abb. i, wobei auch hier das die Zwischenkühler verlassende Kühlwasser noch eine zusätzliche Erwärmung im Wärmeaustauscher 38 erfahren kann. Das Zusatzwasser wird im Wärmeaustauscher vorgewärmt und durch einen Schwimmerregler 42 dem Sättiger S2, der der Rückkühlung des Wassers dient, zugeführt.
Bei der soeben beschriebenen Anlage herrscht die höchste Temperatur in der Brennkammer B, in welcher die niedrige Spannung des Hochdruckkreislaufes herrscht, Die Temperatur der Gase in der Leitung 13, die im Wärmespeicher R erhitzt wurden, bleibt nur wenig dahinter zurück. Diese Gase haben die hohe Spannung des Hochdruckkreislaufes und werden in der Turbine T, auf eine mittlere Spannung, welche die niedrige Spannung des Hochdruckkreislaufes ist, Arbeit 'leistend entspannt und dadurch auf eine mittlere Temperatur abgekühlt.
Mit. dieser mittleren Temperatur und Spannung tritt der durch Leitung 35 aus dem Hochdruckkreislauf abgezapfte Teil der Gase in die Niederdruckturbine T2 ein, um dort bis etwa auf atmosphärische Spannung entspannt zu werden.
Ein Mangel des Arbeitsverfahrens dieser Anlage ist es, daß der Niederdruckteil der Anlage mit einem thermisch ungünstigeren Wirkungsgrad arbeitet als derHochdruckteil, da die Niederdruckturbine T2 mit Treibgasen niedrigerer Temperatur beaufschlagt wird als die Hochdruckturbine Ti. Dies wird vermieden bei einer 'Ausführung der Anlage nach Üem Schema der Abb. 8, welches im wesentlichen dem Schema der Abb. 7 entspricht, mit dem Unterschiede, daß die Leitung 35, welche der Niederdruckturbine T, die Treibgase zuführt, nicht an die Zuführungsleitung 14 der Turbinenabgase zur BrennkammerB, sondern an die Auslaßleitung der Brennkammer *angeschlossen ist, wodurch auch die Niederdruckturbine T, mit Treibgasen hoher Temperatur' beschickt wird. Erkauft ist dieser Vorteil allerdings - dadurch" daß durch die Niederdruckturbine T, jetzt nicht mehr ledig" lich saubere Gase, sondern Verbrennungsgase strömen, welche die Verunreinigungen enthalten, die bei der Verbrennung in die Gase hineingelangen.
Eine solche Anlage nach Abb. 8 weist auch im Niederdruckteil einen hohen thermischen Wirkungsgrad auf, weil auch die Niederdruckturbine T, mit Gasen etwa ebenso hoher ',Temperatur wie die Hochdruckturbine T:t beaufschlagt werden. Ist das Entspannungsverhältnis in beiden Turbinen das gleiche, z. B. in der Hochdruckturbine T, --von 49 ata auf 7 ata und in der Niederdruckturbine T# von 7 ata auf i ata, das Verhältnis also 7 : 1 ' so sind auch die Auslaßtemperaturen der Turbinen in den Leitungen 14 und » etwa die gleichen. Auf*diese Temperatur wird die im Wärmeaustauscher 38 vorgewärmte Luft annähernd erhitzt.
Aus dem Gesagten geht hervor, daß bei einer solchen Anlage der Wärmeaustauscher 37 wesentlich höheren Temperaturen ausgesetzt ist als der gleiche Wärmeaustanscher bei einer Anlage nach Abb. 7, wenn auch nicht!so hohen Temperaturen wie der Wärmespeicher R. Immerhin kann es in gewissen Fällen nötig sein, den Oberflächenwärmeaustauscher 3 7 auch bei einer Anlage nach Abb. 8 durch einen Wärmespeicher zu ersetzen. Einen grundsätzlichen Unterschied bezüglich der thermischen Wirkung bringt dies, abgesehen davon, daß bei einem Wärmespeicher die Temperaturunterschiede zwischen dem wärmeabgebenden und dem wärmeaufnehmenden Gas kleiner gehalten werden können, nicht mit sich.
Soll die Niederdruckturbine T2 mit Treibgasen von gleicher Temperatur beaufschlagt* werden wie die. Hochdruckturbine TI, bringt aber andererseits der in der Hauptbrenn-Immmer benutzte Brennstoff eine so große Verunreinigung der Verbrennungsgase hervor, daß mit ihnen ohne Nachteil die Niederdruckturbine T2 nicht betrieben werden kann, so kann für die Niederdruckturbine T2, Wie Abb. 9 dies zeigt, eine besondere BrennkammerB'vorgesehen werden, die mit Brennstoff beschickt wird, welcher keine oder erträglich geringe Verunreinigungen enthält. Der Druckluftstrom des Niederdruckteils der Anlage muß dann geteilt werden, derart, daß der Hauptteil zur Brennkammer B strörnt, während der kleinere Teil der Brennkammer B' zug eführt wird, wie die Abb. 9, die nur den oberen Teil des Schemas der Abb. 8 zeigt, erkennen läßt.
Die Aufgabe, di# Niederdruckturbine T2 mit sauberen Gasen, trotzdem aber mit der gleichen Temperatur wie die Hochdruckturbine T, zu beaufschlagen, kann schließlich auch noch unter Verwendung nur einer Brennkammer, die mit unreinem Brennstoff befeuert wird, gelöst werden, wie da§ Schema Abb. io zeigt. Die für die Niederdruckturbine T2 bestimmten Treibgase werden nach diesem Schema dem Hauptstrom der Gase oberhalb des Wäschers W durch die Leitung 43 entnommen und einem Wärmespeicher R II zugeführt, der in gleicher Weise wie der Wärmespeicher R I durch einen Teil der Verbrennungsgase der Brennkammer B beheizt wird. Die der Niederdruckturbine T. zuge-- el führten Treibgase werden auf diese Weise auf die gleiche Temperatur gebracht wie diejenigen für die Hochdruckturbine T, Eine nach dem Schema der Abb. io ausgeführte Anlage vereinigt daher in sich alle Vorteile der Anlagen nach den Abb. 7, 8 und 9, vermeidet dabei aber die Nachteile, die bei diesen Anlagen noch in Kauf genommen werden mußten.
Bei dem Schema nach Abb. io ist für die -Erwärmung der vom Verdichter V. erzeugten Druckluft an Stelle des Oberflächenwärmeaustauschers 37 der Abb. 7, 8 und 9 auch ein Wärmespeicher R III vorgesehen, in welchem die Druckluft auf ungefähr die gleiche Temperattir gelangt, wie sie die Auslaßgase der Hochdruckturbine T, besitzen. Infolgedessen arbeitet eine Anlage nach dem Schema der Abb. io auch grundsätzlich im Niederdruckteil mit ebenso hohem Wirkungsgrad wie eine Anlage nach dem Schema der Abb. 8.
Die Abb. ii zeigt eine gleiche Anlage wie die Abb. io, jedoch für gasfürmigen Brennstoff. Außer dem Niederdruckluftverdichter TI', ist für das brennbare Gas ein Niederdruckverdichter V,3 vorgesehen und Sättiger S,3, in welchen die Verdichtung des brennbaren Gases und die nachfolgende Behandlung die gleichen sind wie bei dem Luftverdichter V, die Verdichtung und bei S ättiger S2 die Na7chbehandlung der Luft. Die Abgase der Niederdruckkraftmaschine T, strömen zum Teil durch den Wärmespeicher R 111, in welchem die Luft erhitzt wird, und zum Teil durch den Oberflächenwärmeaustauscher 50, in weichem das verdichtete brennbare Gas erwärmt wird. Dabei kann dieser Oberflächenwärmeatistauscher 5o auch durch einen Wärmespeicher ersetzt werden. Die im WärmespeicherRIII erwärmte Luft und das im Oberflächenvorwärmer 50 erwärmte brennbare Gas strömen beide durch getrennte Leitungen zur Brennkammer B, wo sie zusammentreff en und wo die Verbrennung stattfindet.
Soll statt des in Abb. io vorausgesetzten flüssigen Brennstoffes staubförmiger, fester Brennstoff in der Brennkaiiii-ner verbrannt werden, so ist das Schema einer dafür geeigneten Anlage das gleiche wie*dasjenige nach Abb. io, jedoch wird ein Teil der aus dein Sättiger S, austretenden Druckluft benutzt, um unter Umgehung des Wärmespeichers RIII als Eiiiblaseluft für den festen, staubförmigen Brennstoff in ähnlicher Weise zu dienen, wie dieses bei dem Schema Abb. 3 be- schrieben wurde.
Eine besonders einfache Ausführung des Niederdruckteils der Anlage ergibt sich, wenn die zu ersetzende und aus dem Hochdruckkreislauf abzuzapfende Verbrennungsgasmenge, wie beim Schema der Abb. 7, der Ab- gasleitung der TurbineT, entnommen, jedoch nicht immittelbar zur Turbine 7#, sondern, wie Abb. 12 dies zeigt, zunächst durch einen Wärmeaustauscher 37 und erst dann zur Turbine T, geführt wird. Hier werden die Gase möglichst adiabatisch bis auf Außendruch: entspannt und dann mit niedriger Teinperatur ins Freie ausgeblasen.
Die Druckluft wird im Verdichter V. auf Brennkammerspannung adiabatisch oder annähernd adiabatisch verdichtet, dann im Wärmeaustauscher 37, der auch ein Wärmespeicher sein kann, erwärmt und so der Brennkammer zugeführt.
Diese besonders einfache Ausführung empfiehlt sich vorwiegend dann, wenn die untere Spannung des Hochdruckkreislaufes nicht besonders hoch liegt, da die adiabatische Luftverdichtung dann nur auf mäßige Temperaturen führt. Wird gasförmiger Brennstoff verwandt, so ist dieser in gleicher Weise zu verdichten.
Der Leistungsbedarf des oder der Niederdruckverdichter ist bei einer Anlage nach Abb. 1:2 größer als die Leistung der Niederdruckturbine T2, so daß also für die Niederdruckverdichtung ein Leistungszuschuß vorn Hochdruckteil der Anlage zu leisten ist.
Bei einer Anlage mit einem Hochdruckgaskreislauf und mit einem Gaswäscher W, beispielsweise nach Abb- 7, werden die in den Wäscher W gelangenden Gase im'allgemeinen noch so warm sein, daß das Waschwasser aus ihm mit mehr als ioo' C abläuft. Um es zurückzukühlen und die dabei frei werdende Wärme zur Krafterzeugung mit heranzuziehen, wird das im Wäscher W erwärmte Wasser, wie Abb. 12 dies zeigt, in einem Raum E entspannt, in Welchern eine viel niedrigere Spannung als im Wäscher W herrscht, 7. B. etwa die Spannung der Außenluft. Sie kann aber auch etwas höher oder niedriger sein. Bei der Entspannung des Wassers kühlt es sich unter Dampfentwicklung bis auf Siedeteinperatur der im Raum E herrschenden Spannung ab, bei Außenluftspannung beispielsweise auf ioo' C.
Die dabei entstehenden Dämpfe gelangen durch Leitung 52 zum Überhitzer 53, der von den Abgasen des Wärmespeichers R beheizt wird, und dann zur Niederdruckdampfturbine T3. Von ihr gelangt der entspannte Ab- dampf in den Kondensator K. Das Kondensat wird durch die Pumpe 54 auf die Spannung des vom Entspannungsraum ablaufenden Wassers gefördert. Mit ihm zusammen wird das Kondensat von der Pumpe 55, nötigenfalls durch ein Filter F, in den oberen Teil des Wäschers W gedrückt.
Von der zum Wäscher W führenden Wasserdruckleitung 56 kann ein Abzweig 57 zu den Zwischenkühlern 22, 3 und 4 des Verdichters VI geführt werden, die nacheinander oder besser noch parallel, wobei jeder Zwischenkühler durch einen Abzweig von der Leitung 56 versorgt wird, von dem Wasser, das ihnen als Kühlwasser dient, durchflossen werden. Das in ihnen erwärmte Wasser gelangt durch die Leitung 58 zum Entspannungsratim E, wo es durch Dampfbildung wieder auf beispielsweise ioo' C abgekühlt wird.
Ein Schwillimerventil 59 im unteren Teil des Wäschers W hält einen gleichbleibenden Wasserspiegel in ihm, indem es immer nur so viel Wasser zum Entspannungsraum E ablaufen läßt, wie oben in das Wäschergefäß hineingelangt.
Ein Schwimmerventil 6o im unteren Teil des, EntspannungsraumesE regelt den Frischwasserzufluß, der besonders dann nötig ist, wenn ständig ein Teil des Kreislaufwassers durch einen einstellbaren Abfluß 61 fortfließt, um eine zu starke Anreicherung des Kreislaufwassers mit Salzen zu verhindern.
Beim Wäscher W ist vor dem Austritt der Gase aus ihm und beim Entspannungsgef äß E vor dem Austritt des Dampfes aus ihm ein nicht gezeichneter Wasserabscheider bekannter Ausführung vorgesehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE. i. Mit einem gasförmigen Arbeitsmittel betriebene Kraftmaschinenanlage, bei der das Arbeitsmittel vorzugsweise niehrstufig mit Zwischenkühlung verdichtet, dann in einem Wärmeaustamscher durch die Wärme von Heizgasen erhitzt, in der Kraftmaschine entspannt ' und dann einem Brennratim zugeführt wird, in dem durch ]#rennstoffzufuhr die Heizgase erzeugt werden, dadurch gekennzeichnet, daß als Wärmeaustauscher zwischen dem verdichteten Arbeitsmittel und den Heizgasen mehrere Wärmespeicher vorgesehen sind, von denen abwechselnd einer oder mehrere von den Heizgasen und gleichzeitig der oder die anderen von dem verdichteten Arbeitsmittel durchströmt werden.
2. Maschinenanlage nach Anspruch i mit Beheizung der Brennkammer durch gasförmigen Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß der gasförmige Brennstoff vor seiner Zuführung zur Brennkammer in einem Oberflächenwärmeaustauscher (16) von einem 'abgezweigten Teil der Ab-Inft der Kraftmaschine vorgewärmt wird, dessen Menge zweckmäßig so bemessen wird,. daß die den Wärmeaustauscher verlassende Abluft und das eintretende Brenngas nahezu die gleiche Temperatuff- haben (Abb. 2). 3. Maschinenanlage nach Anspruch i mit Beheizung der Brennkammer durch staubförmigen, festen Brennstoff, dadurch gekennzeichnet, daß für diesen eine in die Brennkammer mündende, mit einem Teil der im Wärmespeicher bis unter die Zündtemperatur äes Brennstoffes abgekühlten Abgase betriebene Einblasevorrichtung vorgesehen ist (Abb. 3). 4. Maschinenanlage nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der annähernd zylindrische Brennraum (27) von einem von der Kraftmaschinenabluft durchströmten Mantel (7o) ringförmig umgeben ist und die Trennwand (28) zwischen Brennraum und Mantelraum möglichst auf ihrer ganzen Ausdehnung mit Durchtrittsöffnungen für die Abluft versehen ist (Abb. 4 bis 6). 5. Maschinenanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der den Brennraum umgebende Mantelraum (70) sich in Strömungsrichtung der Abluft spiralförnlig verjüngt und die den Mantelraum (7o) vom Brennraum trennende Seitenwand aus einem Kranz in Strömungsrichtung liegender, spiralförmig verlaufender Schaufeln (28) und die Stirnwand der Brennkammer aus schraubenförmig verlaufenden Schaufeln (29) 'ge- bildet wird, die beide jeweils Durchtrittskanäle für die Abluft zwischen sich frei lassen und sich derart überdecken, daß ein Teil jeder Schaufel von der Nachbarschatifel gegenüber den Wärmestrahlen ZD des Brennraumes beschattet wird (Abb- 4 bis 6). 6. Maschinenanlage nach Anspruch 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der staubförmige Brennstoff mit seinem Einblasegas axial in den Brennraum eingeführt wird (Abb. 4). ;7. Maschinenanlage nach Anspruch i mit mehrstufiger Verdichtung und Zwischenkühlung, bei der das im Kreislauf geführte Kühlwasser der Verdichter die bei der Zwischenkühlung aufgenommene Wärme an die endverdichtete Luft in einem Verdunstungsrieselkühler abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß in den Weg der die Wärmespeicher verlassenden Ab- gase ein Oberflächenwärmeaustauscher (23) eingeschaltet ist für die Erwärmung des Kühlwassers der Verdichteranlage, bevor dieses dem Verdunstungsrieselkühler zugefhlirt wird. 8. Maschinenanlage nach Anspruch i mit nur teilweiser Entspannung des Arbeitsmittels in der Kraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß für den größeren Teil des Arbeitsmittels ein geschlossener Kreislauf vorhanden ist,'in dem das Arbeitsmittel nach seiner Teilentspannung in der Kraftmaschine (T1) über den Brennraum (B), die Wärmespeicher (R) zur Wärmeabgabe und gegebenenfalls über weitere Oberflächenwärmeaustauscher zur # Verdichteranlage (V,) und von dort über die Wärmespeicher unter Wärmeaufnahme zur Kraftmaschine (T,) zurückgeleitet wird, während der andere Teil des Arbeitsmittels in einer zweiten Kraftmaschine (T2) völlig entspannt wird und die erforderliche Verbrennungsluft und g(#gebenenfalls das brennbare Gas auf die Austrittsspannung des Arbeitsmittels der'Hauptkraftmaschine (T,) verdichtet und nach Erwärmung entweder durch die Abgase des Niederdruckteils der Anlage oder bei adiabatischer Verdichtung durch das von der Austrittsleitung der Hochdruckkraft-' maschine zum Niederdruckteil übergehende Arbeitsmittel, dem Brennstoff zugeführt werden (Abb. 7 bis 1:2). -g. Maschinenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß dem Verdichter (V,) im geschlossenen Kreislauf ein zugleich als Wärmeaustauscher wirkender, zweckmäßig mit alkalischer Waschflüssigkeit beschickter Gaswäscher (W) vorgeschaltet ist (Abb. 7). io. Maschinenanlage nach Anspruch 8 und 9 mit E rwärmung der Luft und gegebenenfalls des Brenngases durch die Ab- gase des Niederdruckteils, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Niederdruckkraftmaschine (T2) bestimmte Arheitsmittel einer Abzweigung (35) der Austrittsleitung der Brennkammer (B) entnommen wird (Abb. 8). ii. Maschinenanlage nach Anspruch 8 und 9 mit Erwärmung der Luft und gegebenenfalls desBrenngases durch die Ab- gase des Niederdruckteils, dadurch gekennzeichnet, daß für das der Niederdruckkraftmaschine (T2) zuzuführende, zwischen Hochdruckkraftmaschine (T1) und Brennkammer (B) dem Hauptarbeitsmittelstrom entnommene Arbeitsmittel eine besondere Brennkammer (B') für die Temperatursteigerung vorgesehen ist, der der erforderliche Teil der verdichteten Verbrennungsluft zugeführt wird (Abb. 9). 12. Maschinenanlage nach Anspruch 8 und 9 mit Erwärmung der Luft und gegebenenfalls des Brenngases durch die Ab- gase des, Niederdruckteils, dadurch gekennzeichnet, daß das für die Niederdruckkraftmaschine (T2) bestimmte Arbeitsmittel der Arbeitsmittelleitung zwischen Gaswäscher (W) und dem Gasverdichter (Vi) entnommen, in einem weiteren Wärtnespeicher (R II) erhitzt, der von einem Teil des die Brennkammer verlassenden Arbeitsmittels des geschlossenen Kreislaufes beheizt wird, und dann der Niederdruckkraftmaschine (T2) zugeführt wird (Abb. io). 13. Maschinenanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß in den Strom des Arb - eitsmittels des geschlossenen Kreislaufes nach Wärmeabgabe in den Speichern Wärmeaustauscher (53, W, E) eingeschaltet sind, in denen die restliche Wärme des Arbeitsmittels der Erzeugung und Überhitzung von Wasserdampf für eine Niederdruckdampfturbine (T,) dient (Abb. 12). 14. Maschinenanlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Leitung des Arbeitsmittels eingeschaltete Dampferzeuger unterteilt ist in einen als Wäscher (W) ausgebildeten Wassererwärnier, in dem fein verteilt niederrieselndes, bei saurem Arbeitsmittel alkalisch zu haltendes Wasser durch das unter Überdruck stehende, dem Wasser entgegenströmende Arbeitsmittel erwärmt wird, und in einen Dampferzeugungsraum (E) von niedrigerer Spannung, in dem das erwärmte Wasser entspannt wird, worauf der gebildete Dampf zweckmäßig nach Überhitzung in einem in den Strom des Arbeitsmittels vor dessen Eintritt in den Wassererwärmer eingeschalteten Überhitzer (53) in die Turbine geleitet wird, während der den Dampferzeugungsraum (E) verlassende, abgekühlte Wasserrest bl zusammen mit dem aus dem Turbinenabdampf gebildeten Kondensat'zweckmäßig durch ein Filter hindurch wieder in den Wassererwärmer (W) gepumpt wird. 15. Maschinenanlage nach Anspruch 14, dadurch- gekennzeichnet, daß die Oberflächenzwischenkühler des das Arbeitsmittel im geschlossenen Kreislauf wieder auf Eintrittsspannung der Hochdruckkraftmaschine verdichtenden Verdichters (V1) aus der zum Wassererwärmer (W) führenden Wasserleitung mit Kühlwasser in Hintereinander- oder Parallelschaltung versorgt werden, das nach der Erwärmung dem Dampferzeugungsraum (E) zugeführt wird.