DEP0039293DA

DEP0039293DA - Process for operating steam engines

Info

Publication number: DEP0039293DA
Authority: DE
Inventors: Helmuth Dr.-Ing. Göttingen Glaser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Publication date: 1951-03-29

Description

Bekanntlich wird ein Dampfkraftmaschinenprozess in folgender Weise durchgeführt: Zunächst wird Wasser mittels einer Speisepumpe auf einen bestimmten Druck p1 gefördert und unter diesem Druck bei der dazu gehörigen Sättigungstemperatur t1 in einem Dampfkessel verdampft. Anschließend wird der gebildete Dampf in einem nachgeschalteten Erhitzer auf eine Temperatur t überhitzt, deren Höhe durch die zulässige Materialbeanspruchung begrenzt ist. Der überhitzte Dampf tritt nunmehr in eine Dampfmaschine (Kolbenmaschine oder Turbine) ein und wird in dieser bis auf einen Druck p0 entspannt, wobei die Maschine eine entsprechende Arbeit nach außen abgibt. Aus der Dampfmaschine entweicht der Dampf entweder ins Freie oder in einen Kondensator, in dem er dann durch Wärmeentzug niedergeschlagen wird, so daß der Kreislauf damit geschlossen ist. Der Verlauf eines derartigen Prozesses läßt sich besonders gut anhand des Temperatur-Entropie-Diagramms (T-S-Diagramm) verfolgen und ist in Abbildung 1 dargestellt. Dabei wurde von Verlusten abgesehen und adiabatische Entspannung vorausgesetzt. In Abbildung 1 stellt der Kurvenzug 1 - 2 die Druckerhöhung des Speisewassers, 2 - 3 dessen Vorwärmung auf die Siedetemperatur, 3 - 4 die Verdampfung, 4 - 5 die Überhitzung dar. Die Senkrechte 5 - 6 entspricht der adiabatischen Entspannung und die Waagerechte 6 - 1 der Kondensation des Dampfes. Die geleistete Arbeit wird durch die Fläche 1-2-3-4-5-6, die zuzuführende Wärme durch die Fläche 2-3-4-5-7-8 und die abzuführende Kondensationswärme durch die Fläche 1-6-7-8 dargestellt.As is known, a steam engine process is carried out in the following way: First, water is conveyed to a certain pressure p1 by means of a feed pump and evaporated under this pressure at the associated saturation temperature t1 in a steam boiler. The steam formed is then superheated in a downstream heater to a temperature t, the level of which is limited by the permissible material stress. The superheated steam now enters a steam engine (piston engine or turbine) and is expanded in this down to a pressure p0, with the machine emitting a corresponding work to the outside. The steam escapes from the steam engine either into the open air or into a condenser, in which it is then precipitated by extraction of heat, so that the cycle is thus closed. The course of such a process can be followed particularly well using the temperature-entropy diagram (T-S diagram) and is shown in Figure 1. Losses were not included and adiabatic relaxation was assumed. In Figure 1, the curve 1 - 2 shows the pressure increase of the feed water, 2 - 3 its preheating to the boiling temperature, 3 - 4 the evaporation, 4 - 5 the overheating. The vertical line 5 - 6 corresponds to the adiabatic expansion and the horizontal line 6 - 1 the condensation of steam. The job done will represented by the area 1-2-3-4-5-6, the heat to be added by the area 2-3-4-5-7-8 and the heat of condensation to be removed by the area 1-6-7-8.

Der Wirkungsgrad dieses üblichen Dampfmaschinenprozesses kann auf verschiedene Weise verbessert werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, daß der Frischdampf in der Dampfmaschine nicht bis auf den Druck p(sub)0, sondern nur bis auf einen Zwischendruck p(sub)z entspannt und anschließend erneut überhitzt wird. Diese Zwischenüberhitzung kann mehrfach wiederholt werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß man der Dampfmaschine an einer oder mehreren Stellen Dampf entnimmt und durch dessen Kondensation das dem Kessel zugeführte Speisewasser vorwärmt.The efficiency of this common steam engine process can be improved in a number of ways. This can be done, for example, in that the live steam in the steam engine is not expanded down to the pressure p (sub) 0, but only down to an intermediate pressure p (sub) z and then superheated again. This reheating can be repeated several times. Another possibility is to take steam from one or more points of the steam engine and, by condensing it, preheat the feed water supplied to the boiler.

Die Erfindung hat demgegenüber zum Ziel, die Wirtschaftlichkeit eines Dampfkraftmaschinenprozesses durch eine grundsätzliche Änderung des Prozeßverlaufes zu steigern. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Prozesses besteht darin, daß bei starker Überhitzung des Frischdampfes die Umsetzung der Dampfenergie in mechanische Arbeit auf den oberen Überhitzungsbereich beschränkt ist, und daß die Überhitzungswärme des Abdampfes zur Vorüberhitzung des Frischdampfes in einem Wärmeaustauscher ausgenutzt wird. Dabei empfiehlt es sich, die restliche Überhitzungswärme des Abdampfes zur Vorwärmung des flüssigen Arbeitsmittels auszunutzen. Sofern hierauf aus besonderen Gründen kein Wert gelegt wird, empfiehlt es sich unter Umständen, die restliche Überhitzungswärme des Abdampfes dadurch abzuführen, daß man Kondensat in den Abdampf einspritzt.In contrast, the aim of the invention is to increase the economy of a steam engine process by fundamentally changing the course of the process. The peculiarity of the process according to the invention is that when the live steam is overheated, the conversion of the steam energy into mechanical work is limited to the upper overheating range, and that the overheating heat of the exhaust steam is used to preheat the live steam in a heat exchanger. It is advisable to use the remaining overheating of the exhaust steam to preheat the liquid working medium. If this is not important for special reasons, it may be advisable to use the remaining overheating of the exhaust steam by injecting condensate into the exhaust steam.

Der Verlauf des erfindungsgemäßen Prozesses läßt sich am besten im T-S-Diagramm gemäß Abb. 2 verfolgen. Dabei wurden, wie bei der Darstellung gemäß Abb. 1, die praktisch auftretenden Verluste vernachlässigt, wodurch aber die Grundlage und das Wesen der Erfindung keine Änderung erfahren.The course of the process according to the invention can best be followed in the T-S diagram according to FIG. As in the illustration according to Fig. 1, the losses occurring in practice have been neglected, but the basis and essence of the invention are not changed.

Flüssigkeit vom Druck p(sub)0 und der Temperatur t(sub)0 (Punkt 1) wird mittels einer Speisepumpe auf den Verdampfungsdruck p(sub)1 gefördert (Punkt 2). Nunmehr wird die Flüssigkeit in einem Vorwärmer auf die dem Druck p(sub)1 zugehörige Verdampfungstemperatur t(sub)1 erwärmt (Punkt 3) und anschließend durch weitere Wärmezufuhr verdampft, so daß trocken gesättigter Dampf vom Druck p(sub)1 und von der Temperatur t(sub)1 (Punkt 4) entsteht. Dieser Dampf wird in einem Wärmeaustauscher bei konstantem Druck bis auf die Temperatur t(sub)3 vorüberhitzt (Punkt 5). Anschließend wird dem Dampf in einem Überhitzer noch eine weitere Wärmemenge zugeführt, wobei der Druck ebenfalls konstant bleibt, während die Temperatur auf den Wert t steigt. Damit hat der Dampf den Zustand erreicht (Punkt 6), mit dem er der Dampfmaschine zuströmt. Wird dem Dampf während der Entspannung in der Dampfmaschine keine Wärme zugeführt, so wird die Entspannung im T-S-Diagramm durch eine durch den Punkt 6 verlaufende Senkrechte bis zu deren Schnittpunkt mit der Linie des konstanten Druckes p(sub)0 dargestellt. Der Zustand des Dampfes nach seinem Austritt aus derLiquid at pressure p (sub) 0 and temperature t (sub) 0 (point 1) is conveyed to evaporation pressure p (sub) 1 by means of a feed pump (point 2). The liquid is now heated in a preheater to the evaporation temperature t (sub) 1 associated with the pressure p (sub) 1 (point 3) and then evaporated by supplying additional heat, so that dry, saturated steam at the pressure p (sub) 1 and from the Temperature t (sub) 1 (point 4) arises. This steam is preheated in a heat exchanger at constant pressure up to the temperature t (sub) 3 (point 5). A further amount of heat is then added to the steam in a superheater, the pressure also remaining constant while the temperature rises to the value t. The steam has thus reached the state (point 6) in which it flows into the steam engine. If no heat is supplied to the steam during the expansion in the steam engine, the expansion is shown in the T-S diagram by a vertical line running through point 6 up to its intersection with the line of constant pressure p (sub) 0. The state of the steam after it has emerged from the

Dampfmaschine ist also durch Punkt 7 gegeben, wobei sich der Dampf wegen der Leistung von äußerer Arbeit bis auf die Temperatur t(sub)3 abgekühlt hat. Mit dieser Temperatur und dem Druck p(sub)0 wird der Dampf dem Wärmetauscher zugeleitet, in dem er im Gegenstrom zum Hochdruckdampf die in ihm enthaltene Wärme an den Hochdruckdampf abgibt und sich bis auf die Eintrittstemperatur des Hochdruckdampfes t(sub)1 abkühlt. Der Dampf verläßt den Wärmetauscher also in einem Zustand, der Punkt 8 entspricht. Nunmehr wird ihm noch soviel Wärme entzogen, daß er sich bis auf die dem Druck p(sub)0 zugehörige Sättigungstemperatur t(sub)0 abkühlt (Punkt 9). Schließlich wird in einem Kondensator die Kondensationswärme abgeführt, so daß der Ausgangspunkt (Punkt 1) wieder erreicht ist.The steam engine is given by point 7, where the steam has cooled down to the temperature t (sub) 3 due to the performance of external work. At this temperature and pressure p (sub) 0, the steam is fed to the heat exchanger, in which it releases the heat contained in it to the high pressure steam in countercurrent to the high pressure steam and cools down to the inlet temperature of the high pressure steam t (sub) 1. The steam leaves the heat exchanger in a state that corresponds to point 8. Now so much heat is withdrawn from it that it cools down to the saturation temperature t (sub) 0 associated with the pressure p (sub) 0 (point 9). Finally, the heat of condensation is dissipated in a condenser, so that the starting point (point 1) is reached again.

Die geleistete Arbeit wird durch die Fläche 1-2-3-4-5-6-7-8-9-1 dargestellt, die im übrigen gerade so groß ist wie die Fläche 5-6-10-11. Die zuzuführende Wärme setzt sich aus zwei Beträgen Q(sub)1 und Q(sub)2, zusammen. Der eine entspricht der Fläche 2-3-4-12-13 und wird bei dem niedrigen Temperaturniveau t(sub)1 benötigt. Der zweite entspricht der Fläche 5-6-10-11; er ist also gerade so groß wie die geleistete Arbeit und muß bei dem höheren Temperaturniveau aufgebracht werden. Die Wärmemenge Q(sub)1, die dem Prozeß bei der niedrigen Temperatur t(sub)1 zugeführt werden muß, ist im allgemeinen bedeutend größer als die Wärmemenge Q(sub)2. Da die Temperatur t(sub)1 sehr viel kleiner ist als die Temperatur t, kann für die Deckung der Wärmemenge Q(sub)1 mehr oder weniger minderwertige Abwärme herangezogen werden. Lediglich zur Deckung der Wärmemenge Q(sub)2 muß Brennstoff oder hochwertigeThe work done is represented by the area 1-2-3-4-5-6-7-8-9-1, which is just as large as the area 5-6-10-11. The heat to be supplied is composed of two amounts Q (sub) 1 and Q (sub) 2. One corresponds to the area 2-3-4-12-13 and is required at the low temperature level t (sub) 1. The second corresponds to area 5-6-10-11; so it is just as great as the work done and must be applied at the higher temperature level. The amount of heat Q (sub) 1 that must be supplied to the process at the low temperature t (sub) 1 is generally significantly greater than the amount of heat Q (sub) 2. Since the temperature t (sub) 1 is very much lower than the temperature t, more or less inferior waste heat can be used to cover the amount of heat Q (sub) 1. Only to cover the amount of heat Q (sub) 2 needs fuel or high quality

Abwärme aufgewandt werden. Dafür wird aber die aufgewandte hochwertige Wärme vollständig in Arbeit umgewandelt, wenn von Verlusten durch Wärmeleitung und Reibung abgesehen wird.Waste heat are expended. In return, however, the high-quality heat used is completely converted into work, if losses due to heat conduction and friction are not included.

Für die Beheizung des Verdampfers können beispielsweise kondensierender Abdampf oder Flüssigkeiten, deren Temperatur höher als t(sub)1 ist, oder Abgase beliebiger Art herangezogen werden. Die Verdampfung kann auch auf die Weise erreicht werden, daß eine unter höherem Druck stehende Flüssigkeit um einen bestimmten Betrag bis mehr oder weniger nahe an die Siedetemperatur heran erwärmt und dann durch ein Drosselventil entspannt wird. Dabei bildet sich eine gewisse Dampfmenge; die Temperatur der Restflüssigkeit ist niedriger als vor dem Drosselvorgang, so daß die Flüssigkeit nach vorhergehender Verdichtung auf den Anfangsdruck erneut wärme aufnehmen kann. Auf diese Weise kann beispielsweise bei flüssigkeitsgekühlten Maschinen die gesamte Kühlwärme nutzbar gemacht werden. Aus diesen Beispielen ist ersichtlich, daß für den Verdampfungsvorgang jede beliebige Wärmequelle, insbesondere auch minderwertige Abwärme, nutzbar gemacht werden kann.For example, condensing exhaust steam or liquids whose temperature is higher than t (sub) 1 or exhaust gases of any kind can be used to heat the evaporator. The evaporation can also be achieved in such a way that a liquid under higher pressure is heated by a certain amount up to more or less close to the boiling temperature and is then released through a throttle valve. This creates a certain amount of steam; the temperature of the residual liquid is lower than before the throttling process, so that the liquid can absorb heat again after previous compression to the initial pressure. In this way, for example, in the case of liquid-cooled machines, the entire cooling heat can be used. From these examples it can be seen that any heat source, in particular also inferior waste heat, can be used for the evaporation process.

Weiterhin ist es möglich, den Dampf einer bereits bestehenden Dampfkraftanlage an einer beliebigen Stelle, etwa nach Entspannung auf einen bestimmten Zwischendruck, zu entnehmen und mit diesem Dampf den erläuterten Prozeß durchzuführen.Furthermore, it is possible to take the steam from an already existing steam power plant at any point, for example after releasing it to a certain intermediate pressure, and to carry out the explained process with this steam.

Dank der Einschaltung eines Wärmeaustauschers in den Prozeß braucht ein Teil der zur Überhitzung des Dampfes notwendigen Wärme nicht von außen zugeführt zu werden, sondern kann der im Abdampf enthaltenen Abwärme entnommen werden. Diese Wärmemenge entspricht der Fläche 4-5-11-12 in Abb. 2. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich daraus, daß beim verlustbehafteten Prozeß die bei dem hohen Temperaturniveau t zuzuführende Wärmemenge Q(sub)2 im gleichen Umfang kleiner wird, wie die von der Dampfmaschine geleistete Arbeit wegen der bei der Entspannung auftretenden Verluste zurückgeht. Solange von Verlusten des Wärmeaustauschers - die im übrigen beliebig klein gehalten werden können - und von Wärmeabstrahlungsverlusten abgesehen wird, ist nämlich die Wärmemenge Q(sub)2 immer genau so groß wie die von der Dampfmaschine geleistete Arbeit. Dies ist unabhängig vom Wirkungsgrad der Dampfmaschine und von der Art der Entspannung, die adiabatisch, isotherm oder mit Zwischenüberhitzung erfolgen kann. Denkt man sich den Gesamtprozeß in zwei Teilprozesse zerlegt, von denen der eine als reiner Kondensationsprozeß arbeitet und die Arbeit AL(sub)1 erzeugt (Abb. 3), während der zweite Teilprozeß dem ersten aufgestockt ist und die Arbeit AL(sub)2 leistet, dann ergibt sich folgender Sachverhalt: Der thermische Wirkungsgrad des ersten Prozesses wird in bekannter Weise durch den Wirkungsgrad der Dampfmaschine beeinflußt. Der Wirkungsgraf des aufgestockten Prozesses ist dagegen vom Dampfmaschinenwirkungsgrad unabhängig und erreicht fast die Größe desThanks to the inclusion of a heat exchanger in the process, part of the heat required to overheat the steam does not need to be supplied from outside, but can be taken from the waste heat contained in the exhaust steam. This amount of heat corresponds to the area 4-5-11-12 in Fig. 2. A particular advantage of the method according to the invention results from the fact that in the lossy process the amount of heat Q (sub) 2 to be supplied at the high temperature level t is smaller by the same amount, how the work done by the steam engine declines because of the losses that occur during relaxation. As long as heat exchanger losses - which, moreover, can be kept as small as desired - and heat radiation losses are disregarded, the amount of heat Q (sub) 2 is always exactly as large as the work done by the steam engine. This is independent of the efficiency of the steam engine and of the type of expansion, which can take place adiabatically, isothermally or with reheating. If one imagines the overall process to be broken down into two sub-processes, one of which works as a pure condensation process and generates work AL (sub) 1 (Fig. 3), while the second sub-process is added to the first and performs work AL (sub) 2 , then the following situation arises: The thermal efficiency of the first process is influenced in a known manner by the efficiency of the steam engine. The efficiency graph of the increased process, on the other hand, is independent of the steam engine efficiency and almost reaches the size of the

Wirkungsgrades eines Carnot-Prozesses zwischen den Temperaturen t und t(sub)0. Diese Tatsache bedeutet aber einen ganz grundlegenden Fortschritt.Efficiency of a Carnot process between temperatures t and t (sub) 0. But this fact represents a very fundamental step forward.

Abb. 4 zeigt das Schaltschema einer Anlage im Sinne der Erfindung, wobei einmalige Zwischenüberhitzung angewandt und die restliche Überhitzungswärme des aus dem Wärmeaustauscher austretenden Abdampfes zur Vorwärmung des Speisewassers ausgenutzt wird. Das anfallende Kondensat wird durch die Speisepumpe 21 dem Vorwärmer 22 und anschließend dem Verdampfer 23 zugeführt. Der den Verdampfer verlassende gesättigte Dampf strömt durch den Wärmeaustauscher 24, den er bereits stark überhitzt verläßt, um im Überhitzer 25 auf die Höchsttemperatur überhitzt zu werden. Nunmehr gelangt der Dampf in die erste Stufe 26 der Dampfmaschine, kühlt sich bei der Entspannung um einen bestimmten Betrag ab und wird dann im Zwischenüberhitzer 27 nochmals überhitzt. In der zweiten Stufe 28 der Dampfmaschine wird er auf den Gegendruck entspannt und strömt dann durch den Wärmeaustauscher 24 und den Flüssigkeitsvorwärmer 22 in den Kondensator 29, in dem er niedergeschlagen wird.Fig. 4 shows the circuit diagram of a system according to the invention, with single intermediate superheating being used and the remaining superheating heat of the exhaust steam emerging from the heat exchanger being used to preheat the feed water. The resulting condensate is fed to the preheater 22 and then to the evaporator 23 by the feed pump 21. The saturated steam leaving the evaporator flows through the heat exchanger 24, which it leaves already heavily superheated in order to be superheated in the superheater 25 to the maximum temperature. The steam now reaches the first stage 26 of the steam engine, cools down by a certain amount during the expansion and is then superheated again in the reheater 27. In the second stage 28 of the steam engine, it is released to the counter pressure and then flows through the heat exchanger 24 and the liquid preheater 22 into the condenser 29, in which it is precipitated.

Als Wärmeaustauscher 24 für die Vorüberhitzung kommen alle bekannten Bauarten in Betracht, die einen kontinuierlichen Wärmeaustausch zwischen dem verdichteten und dem entspannten Dampf ermöglichen, wie Rohrgegenströmer, Kreuzgegenströmer, Plattenwärmeaustauscher und ähnliche. Es ist jedoch zu beachten, daß solche Apparate sehr kostspielig sind, wenn ein möglichst vollständiger Wärmeaus- tausch erreicht werden soll. Wesentlich günstigere Verhältnisse bestehen dagegen, wenn entsprechend einer besonderen Empfehlung der Erfindung als Wärmeaustauscher kontinuierlich oder diskontinuierlich durchströmte Regeneratoren verwendet werden. Bei diesen wird die vom Abdampf abgegebene Wärme zunächst über eine wärmespeichernde Masse an den zu überhitzenden Frischdampf abgegeben. Die Speichermasse kann beispielsweise in zwei Apparaten untergebracht werden, die wechselweise von den beiden Dämpfen durchströmt werden. Sie kann aber auch nacheinander durch die beiden Apparate hindurchbewegt werden in solcher Weise, daß die in dem einen Apparat erwärmte Masse in den anderen überführt, hier wieder abgekühlt und erneut in den ersten Apparat zur Wärmeaufnahme zurückgeführt wird. Schließlich kann die Speichermasse ähnlich wie bei bekannten Wärmeaustauschern in Form einer drehbaren Scheibe oder auch in Form einer drehbaren Trommel angeordnet werden. Solche Regeneratoren zeichnen sich bei geringen Baukosten und sparstoffarmer Bauweise durch besonders gute Wärmeübertragungsverhältnisse und geringe Drosselverluste aus, wenn die Speichermasse entsprechend fein unterteilt und zweckdienlich angeordnet wird. Mit Hilfe dieser Apparateart kann daher unter Zugrundelegung gleiche Baukosten ein erheblich größerer Teil der im Abdampf enthaltenen Wärme auf den Frischdampf übertragen werden, als es mit Hilfe der übrigen Wärmeaustauscher möglich ist. Das erstrebte Ziel, den Bedarf an Frischwärme möglichst klein zu halten, wird also durch die Anwendung von Regeneratoren in besonders vorteilhafter Weise erreicht.As heat exchangers 24 for the pre-superheating, all known types can be considered, which allow a continuous heat exchange between the compressed and the expanded steam, such as tube countercurrent, cross-countercurrent, plate heat exchanger and the like. It should be noted, however, that such devices are very expensive if the most complete heat possible exchange is to be achieved. Significantly more favorable conditions exist, on the other hand, if, in accordance with a special recommendation of the invention, regenerators with continuous or discontinuous flow are used as heat exchangers. In these, the heat given off by the exhaust steam is first given off to the live steam to be overheated via a heat-storing mass. The storage mass can, for example, be accommodated in two devices through which the two vapors flow alternately. However, it can also be moved through the two apparatuses one after the other in such a way that the mass heated in one apparatus is transferred to the other, cooled again here and returned to the first apparatus for heat absorption. Finally, similar to known heat exchangers, the storage mass can be arranged in the form of a rotatable disk or also in the form of a rotatable drum. Such regenerators are characterized by particularly good heat transfer ratios and low throttling losses, with low construction costs and low fuel consumption, if the storage mass is appropriately finely subdivided and appropriately arranged. With the help of this type of apparatus, assuming the same construction costs, a considerably larger part of the heat contained in the exhaust steam can be transferred to the live steam than is possible with the help of the other heat exchangers. The desired goal of keeping the demand for fresh heat as small as possible is achieved in a particularly advantageous manner by using regenerators.

Für die abschließende Überhitzung des Dampfes eignen sich neben den üblichen Überhitzerbauarten ebenfalls Regeneratoren. Besonders günstige Wärmeübertragungsbedingungen ergeben sich, wenn die Wärme vermittels einer heißen Flüssigkeit, z.B. flüssigen Metalls, übertragen wird, das in den zu überhitzenden Dampf eingetropft oder eingesprüht wird.In addition to the usual types of superheater, regenerators are also suitable for the subsequent superheating of the steam. Particularly favorable heat transfer conditions arise when the heat is transferred by means of a hot liquid, e.g. liquid metal, which is dripped or sprayed into the steam to be superheated.

Während der Entspannung kann der Dampf beliebig oft zwischenüberhitzt werden; es ist auch möglich, die Entspannung durch laufende Wärmezufuhr isotherm oder polytropisch verlaufen zu lassen. Auch diese Zwischenüberhitzung kann auf die in dem vorhergehenden Absatz beschriebene Weise durchgeführt werden. In all diesen Fällen bedingt die gegenüber der adiabatischen Entspannung steigende Temperatur des Abdampfes keinen Wärmeverlust; vielmehr wird die nun größer gewordene Abwärmemenge ebenfalls im Wärmeaustauscher auf den verdichteten Dampf übertragen und damit eine weitere Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Verfahrens erreicht.During the relaxation, the steam can be reheated as often as required; it is also possible to let the relaxation run isothermally or polytropically by continuously supplying heat. This reheating can also be carried out in the manner described in the preceding paragraph. In all these cases, the temperature of the exhaust steam, which increases compared to adiabatic relaxation, does not cause any heat loss; rather, the now larger amount of waste heat is also transferred in the heat exchanger to the compressed steam and thus a further improvement in the overall efficiency of the process is achieved.

Als Arbeitsmittel für den Prozess kommen außer Wasser bzw. Wasserdampf alle verdampfbaren Flüssigkeiten in Betracht. Zweckmäßig wird man jeweils das für die vorliegenden Betriebsbedingungen günstigste Arbeitsmittel auswählen. Dabei werden mit besonderem Vorteil solche Flüssigkeiten verwendet, deren Dampfdrücke bei der Verdampfung nicht zu groß und bei der Kondensation nicht zu klein werden. Würden nämlich sehr hohe Drücke auftreten, so würde dadurch die höchstzulässige Frischdampftemperatur in unerwünschter Weise herabgesetzt werden. Im Falle sehr kleiner Kondensationsdrücke würden einerseits die durch Reibung verursachten Druckverluste unverhältnismäßig stark ansteigen, andererseits die für eine bestimmte Leistung in Umlauf zu haltenden Dampfvolumina und damit auch die Maschinen- und Apparateabmessungen sehr groß ausfallen. Mit Rücksicht hierauf werden sich neben Wasser solche Arbeitsmittel am besten für die Durchführung des Prozesses eignen, deren Dampfspannung mit wachsender Sättigungstemperatur möglichst langsam ansteigt. Besonders zweckmäßig werden Flüssigkeiten sein, deren Dampfspannungskurve bei logarithmischer Auftragung des Siededrucks als Ordinate und der zugehörigen Siedetemperatur als Abszisse flacher verläuft als diejenige von Wasser. Dazu gehören z.B. Ammoniak, Fluor-Chlor-Derivate der Kohlenwasserstoffe, Toluol und dergleichen.Apart from water or water vapor, all vaporizable liquids can be considered as working media for the process. Appropriately, the most favorable work equipment for the given operating conditions will be selected in each case. It is particularly advantageous to use liquids whose vapor pressures do not become too high during evaporation and not too low during condensation. If very high pressures were to occur, this would reduce the maximum permissible live steam temperature in an undesirable manner. In the event of Very low condensation pressures would, on the one hand, increase the pressure losses caused by friction disproportionately, and, on the other hand, the steam volumes to be kept in circulation for a certain output and thus also the machine and apparatus dimensions would be very large. With this in mind, in addition to water, those working media are best suited for carrying out the process, the vapor tension of which increases as slowly as possible with increasing saturation temperature. Liquids whose vapor tension curve is flatter than that of water when the boiling pressure is plotted logarithmically as the ordinate and the associated boiling temperature as the abscissa will be particularly useful. These include, for example, ammonia, fluorine-chlorine derivatives of hydrocarbons, toluene and the like.

Besonders günstige Betriebsbedingungen bestehen, wenn gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung mehrere Prozesse der beschriebenen Art, die gegebenenfalls verschiedenartige Flüssigkeiten als Arbeitsmittel benutzen, in Kaskade hintereinander geschaltet werden. Dabei dient die in dem vorgeschalteten Prozeß frei werdende Kondensationsmenge dazu, die Flüssigkeit in dem jeweil nachgeschalteten Prozeß zu verdampfen. Es kann zweckmäßig sein, die einzelnen Wärmetauscher abweichend von der bisherigen Erläuterung so anzuordnen, daß der Abdampf des ersten Prozesses zur Erwärmung des Frischdampfes des zweiten Prozesses, der Abdampf des zweiten Prozesses zur Erwärmung des Frischdampfes des dritten Prozesses usw. und schließlich der Abdampf des letzten Prozesses zur Erwärmung des Frischdampfes des ersten Prozesses dient. Die dann noch im Abdampf des letzten Pro- zesses verbleibende Wärmemenge kann dazu herangezogen werden, um die verschiedenen Flüssigkeiten von ihrer Kondensationstemperatur aus vorzuwärmen.Particularly favorable operating conditions exist if, according to a further embodiment of the invention, several processes of the type described, which may use different types of fluids as working media, are cascaded one behind the other. The amount of condensation released in the upstream process serves to evaporate the liquid in the respective downstream process. It can be useful to arrange the individual heat exchangers, deviating from the previous explanation, so that the exhaust steam of the first process to heat the live steam of the second process, the exhaust steam of the second process to heat the live steam of the third process, etc. and finally the exhaust steam of the last Process for heating the live steam of the first process is used. The then still in the exhaust steam of the last pro Process remaining amount of heat can be used to preheat the various liquids from their condensation temperature.

Es bestehen im Rahmen der Erfindung noch zahlreiche weitere Kombinationsmöglichkeiten. Insbesondere wird es möglich sein, bei dem erfindungsgemäßen Prozeß alle die Besonderheiten anzuwenden, die sich in Verbindung mit dem bekannten Dampfkraftmaschinenprozess als zweckmäßig erwiesen haben.There are numerous other possible combinations within the scope of the invention. In particular, it will be possible to use all the special features in the process according to the invention which have proven to be useful in connection with the known steam engine process.

Im übrigen ist man bei dem erfindungsgemäßen Prozeß nicht gezwungen, mit Kondensation zu arbeiten; der Prozeß läßt sich vielmehr auch durchführen, wenn der Arbeitsdampf aus dem Wärmeaustauscher ins Freie auspuffen kann.In addition, one is not forced to work with condensation in the process according to the invention; Rather, the process can also be carried out if the working steam can escape into the open from the heat exchanger.

Claims

1.) A method for operating steam engines, characterized in that in the event of severe overheating of the live steam, the conversion of the steam energy into mechanical work is limited to the upper overheating area and that the overheating heat of the exhaust steam is used to preheat the live steam of the same or a parallel process.

2.) The method according to claim 1, characterized by the utilization of the remaining superheating heat of the exhaust steam to preheat the liquid working medium of the same and / or one or more parallel processes.

3.) The method according to claim 1 or 2, characterized by carrying out the evaporation by means of waste heat at a low temperature level, e.g. by means of condensing waste steam from any, possibly parallel and similar process, hot liquids or exhaust gases of any kind.

4.) The method according to claim 1 or 2, characterized by its implementation with steam generated by throttling hot pressure fluid, e.g. cooling fluid.

5.) The method according to claim 1 or 2, characterized by its implementation with intermediate steam of a parallel process.

6.) Method according to one of claims 1-5, characterized in that the pre-superheating of the steam is carried out in regenerative heat exchange.

7.) The method according to any one of claims 1-6, characterized in that the final overheating of the steam is carried out in regenerative heat exchange.

8.) The method according to claim 1, characterized in that the steam is superheated by injection of a hot liquid, expediently molten metal.

9.) The method according to claim 1, characterized in that the superheated steam is continuously or gradually supplied with heat during the relaxation.

10.) The method according to any one of the preceding claims, characterized by the use of water or, advantageously, of liquids, e.g. ammonia, fluorine-chlorine derivatives of hydrocarbons, toluene and the like, the vapor tension curve of which is flatter than that of the ordinate when the boiling pressure is plotted logarithmically as the ordinate Water as a working medium.