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Wärmekraftanlage mit heißen Verbrennungsgasen als Arbeitsmittel Ini
Zusammenhang mit den. immer weiter vorwärts getriebenen Entwicklungsarbeiten an
Gasturbinen,anlagen und anderen Wärmekraftanlagen haben in, der Fachwelt zahlreiche
Erörterungen über die Vor- und Nachteile der verschiedenen Systeme der Krafterzeugung
stattgefunden. Es zeigt sich immer mehr, daß alle Wünsche, die an derartige Anlagen
gestellt werden, können, von einer einzigen Anlage nicht erfüllt werden können,
sei es, daß die baulichen Anforderungen zu groß werden, sei es, daß bei geringerem
Bauaufwand der erreichbare thermische Wirkungsgrad nicht bef riedigf Die Gasturbinen-
oder Heißluftturhinenanlage steht heute noch vor dem =gelösten Problem der I.')eherrschuug
der hohen Ternperaturen. Das Vordringen in, Temperaturgebiete über 6oo'
C geht nur sehr langsam vor sich, da die Warmfestigkeit der Baustoffe mit
steigender Temperatur sehr rasch abnimmt. Der Dieselprozeß ist daher dem Gasturbinenprozeß
thermisch wesentlich üüberlegen, denn die Arbeitstemperaturen treten, obgleich sie
wesentlich höher als in Gasturbinenanlagen sein können, immer nur absatzweise und
kurzzeitig auf, so da3 die Wärmebeanspruchungen der Zylinder, die übeildies noch
gekühlt werden, in zulässigen Grenzen, gehalten werden kön#nen. Der Dieselprozeß
leidet ab-er an dem Mangel, daß die Maschinenabwärme nu--r schwer ausgenutzt werden
kann,. Die Abwärme, etwa auf die Brennluft zu Übertragen, ist bei den hohen Verdichtungstemperaturen
nicht möglich. In Sonderfällen, kann, man
sich durchNachschalten
einerAbgasturbine helfen, in der das im Dieselzylinder nicht ausnutzbare Wärmegefälle
in Form mechanischer Energie zurückgewonnen werden kann.
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Die Rückgewinnung der AbwIrme ist bei der Heißluft- oder wesentlich
einfacher und, -spielt bei diesen Prozessen eine aus,-schlaggebende Rolle. Allerdings
setzt der Diesefmotor nach dem heutigen Stand der TechnikTreibmittel, ohne feste
Bestandteile voraas, da sonst- die Abnutzungsterscheinungen zu groß werden.
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Der Kohlenstaubwotor ist daher in seiner Entwicklung noch nicht bis
zu# einer im Dauerbetrieb sicheren Maschine gediehen ' . -
Aus den verschiedenen
Vor- und Nachteilen der bekannten Wärmekraftanlagen ergibt es sich, daß eine voll
befriedigende Lösung auf den eingeschlagenen Wegen vorläufig nicht zu erwarten ist.
Man wird daher nach neuen Wegen suchen inüssen. Einen solchen Weg zu, zeigen, ist
Auigabe der Erfindung, diie in der Vereinigung folgender vieT Merkmale besteht:
i. Die Kraftmaschine soll von einer Bauform sein, die höchste Temperaturen zu verarbeiten
g&-stattet, hierfür kommt dde Turbine nicht in Frägge. Es. wird deßhalbi gemäß.
der Erfindlung- eine Kolbenkraftmaschine gewählt, und zwar m Form der einfachen
Zweitaktiiia&chine. Die Durchführung der Erfindung setet die Anwendung. einer
EM- und Auslaßstteuerung voraus,.
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:2. Das. Treibmittel- der Zweitaktmaschine soll nicht in ihr selbst
durch Verbrennen von, Brennstoff innerhalb des Zylinderraumes erzeugt werden, sondern
außerhalb der Maschine in einer besonderen Druckfeuerung. Der Druck kann dabei wesentlich
niedriger gehalten werden aJ& der der Diesielmaschine.
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3. Geht mm -nun bei einer gegebenen; Höchsttemparatur von einiern
niedrigeren Anfängsdruck aus, so kann das. Enitspannungsverhältnis nicht.. so groß
wie, das eines Dieselmotors sein, sondern Ist geringer. Infolgedessen ist die Abgastemperatur
höher. Um den hierausi entstehenden. thermischen Verlust ' zu be&eitigen,
ist hinter die Kolbenmaschm'Ie ein Wärineaustauscher- zur Rückführung der Abwärme
in den Kreisprozeß geschaltet.
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4. Die D#ruckfeuerung muß entsprechend aufgeladen worden. Dabei sollen!
zwei Bedingungen erfüllt werden, nämlich einmal geringe Verdi--htungsarb---iti und
zweitens; keine hohen Endtemperafuren der Luft, dämit sie in der Lage ist, die Abwärme
der Abgase der Kraftmaschine aufzunehmen. Diese Bedingungen werden du(rch die Anwendung,
einer im wesrentlichen isothermischen Verdichtung erfüllt" die am Ende des# Vordichtungsvorganges
Luft von genügend hohem Druck und genügend tiefen Temperaturen ergibt.
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Zur Durchführung. der Erfindung müssen also alle vieir Merkmaleerfüllt
sein, die aber dann für den neuen Prozeß grundsätzlich ausreichend sind. Am ehesten
mit dem Verfahren geMU der trfindung vergleichbar ist der reine Gasturbinenprozeß,
der jedoch zwangsläufig wesentlieh tiefer im Wirkungsgrad liegen muß, da die höchste
Temperatur des, Gasturbinenprozesses, nur weit unterhalb der Anfangstemperatur des
neuen Pro,-zesses, liegen kann.
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Gegenüber dem normalen Dieselpro7,eß ist insbesondere zu berücksichtigen,
daß durch. die Vorschaltung der Druckfeuterung die- Möglichkeit der Verwendung fester
Bvennstoffe wesentlich besser wird" da es, leichter gelingt, dem Brenngas. in oder
hinter der Brennkammer mitgerissene feste Bestandteile zu entziehen, als einen Dieselmotor
mit festen Brennstoffen zu betreiben.
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Dm grundsätzliche Schaltbild einer Anlage gemäß der Erfindung ist
in der Figur dargestellt.
Das, Arbeitsgas. wird in der unter Überdrud# stehenden
Brennkammer i hergestellt, undl zwar unmittelbar durch, Verbrennung einesi Brennstoffes
in Druckluft. Diese Druckluft wird vom. Verdichtersatz 2 geliefert, der in diesem
Fall aus vier Stufen mit dem zwischenggeschalteten Kühler 3 besteht. Als.
Antrieb ist in diesem Fall Oin Motor 4 angenommen. Die Antriebsart ist jedoch für
die Zwecke der Erfindung, ohne Bedeutung. Der Verdichter könnte genau, so gut mit
der Hauptkraftmaschine gekuppelt sein. Die Verdichtung innerhalb des, Verrdichtersatzes,
2 soll voraussetzungsgemäß 11sotherrnisch verlaufen, so daß hinter der letzten,'
Verldichteirstufe eine Temperatur herrscht, die verhältnismäßig nur wenig, über
der Außentemperatur liegt. Das in dtr Brennkammeri entwickelte Treibgas wird in
der Kolbenkraftmaschine 5 entspannt, die zum Antrieb einer Arheitsmaschine,
in diesern Fall eines, Stromerzeugers 6, dient. Die Kolbenkraftmaschine
5
arbeitet, wie bereits dargelegt wurde, nicht mit innerer Verbrennung, sondern>
wird, ähnlich wie eine Dampfmaschine durch. Dampf, mit den heißen Brenngasen der
Kammeri beaufschllagt. Die verhältnismäßig große Wärmemenge, die im Abgas der KolhenkraftmasschÄnel
5 noch- enthalten, ist, wird im Wärmeaustaiiszher 7 auf die von. der
letztenVerldichterstufe kommende Frischluft, übertragen, ehe diese in, die Brennkammer
i eintritt.