WO2000063534A1 - Verfahren zur wärmetransformation mittels eines wirbelaggregats - Google Patents

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Joachim Schwieger
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Joachim Schwieger
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type
    • F01K7/22—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating

Definitions

  • the invention relates to a method for heat transformation by means of a vortex unit, in which a steam stream, in particular a saturated steam stream in the vortex unit, is divided into a heated partial stream and a cooled partial stream, and condensation takes place in the cooled partial stream.
  • DE-OS 43 43 088 discloses a condensation vortex tube which is used for drying, separating and overheating saturated or wet vapors.
  • This vortex tube is characterized by the following features:
  • the saturated steam or wet steam is introduced via an inlet nozzle tangentially to the cross section of a vortex tube section with the formation of a swirl flow, condenses there partially and separates under the influence of gravity into an upward flowing warm current, which consists of superheated dry steam, and a cold stream flowing down through a tapered funnel-like tube, which consists of condensate and cold steam;
  • the cold current is passed through a finned cooling tube, collected in a condensate collection container arranged underneath and discharged via a condensate drain.
  • CONFIRMATION COPII Vaporizing the pressure increase at a higher temperature level in order to gain work gradients.
  • the invention has for its object to reduce waste steam losses and thus loss of efficiency, especially in condensing power plants and also to improve the use of heat in district heating, desalination plants, water extraction or the like.
  • this object is achieved according to the invention in that the condensate absorbs and evaporates the heat of the heated partial stream after increasing the pressure by a pump and the steam is returned to the vortex flow after work in a turbine.
  • the heat of the warm part of the current in the edge zone is transferred to the condensate of the core flow, the evaporation temperature of which is set at the highest possible level by means of the saturated steam pressure in order to obtain a maximum pressure drop, which is processed in a turbine to the inlet pressure of the vortex tube. There the process can start again.
  • the condensate is guided around the outside of the heated edge of the vortex tube, absorbs its heat and evaporates.
  • the steam enters roughly tangentially into a vessel that tapers downwards and whose shape corresponds to an egg or a funnel.
  • the condensate is drained downwards.
  • the number of revolutions with which the steam flow moves forward in spiral eddies and traverses the longitudinal axis of the rolling unit is of greater influence.
  • the device dimensions are to be designed for larger amounts of steam. Experiments can be used to determine whether the Schauberger unit with the same flow direction for hot and cold partial flow or the vortex tube principle with the opposite direction of the outlet flow from the core and edge zones shows the better effect in basic use.
  • the vortex tube measurements show a residual overpressure at the warm tube end, whereas the expansion of the cold air portion takes place to atmospheric pressure.
  • the remaining temperature of the hot stream is largely dependent on the extent to which this hot stream is cooled when the secondary steam is generated.
  • the heat is conducted continuously via the hot current.
  • the aim is to obtain the same secondary vapor pressure of, for example, 15 to 60 bar at the respective vortex stages in order to bring these vapor streams together and, if appropriate, together with the input vapor stream to simplify the process to be able to continue.
  • the steam flows of the different pressure levels after heat transformation are to be coordinated with each other.
  • a vortex unit that works in countercurrent or a roll-in unit with the same direction of flow of the marginal and core flow can be used.
  • the method according to the invention can also be used for district heating. Steam from waste heat, solar heat, etc. generated, which is then at least partially transformed to a higher temperature level for conversion into electricity or heat.
  • a heat pump can also be used for cheap electricity.
  • the process according to the invention is suitable for wastewater purification or seawater desalination because, in the various evaporation stages, the pure condensate produced there can be removed for use and replaced by water to be cleaned, from which a residual amount must then be drained off with concentrated impurities or salt water.
  • the process offers the possibility, depending on the relative humidity of the air cooled at night, to cool the cold air flow to below the dew point by air compression with subsequent relaxation in the vortex tube so that water condenses. A part of this water can then be evaporated during the day by means of a burning mirror using the heat of the sun, the water pressure produced by a pump being coordinated with the saturated steam temperature that can be achieved.
  • the energy obtained from the secondary steam using a turbine is then stored on a battery and used to drive the air compressor at night. It may also be possible to use the hot air flow at night to generate steam and electricity.
  • the cold air flow can be heated by heat transfer by 70 ° C to + 40 ° C, whereby the warm air portion cools from + 60 ° C to -10 ° C. But even at -30 ° C, the cold current component requires too much compression energy and thus experiences excessive heating, which prevents the aforementioned heat transfer and useful work.
  • FIG. 1 and FIG. 2 show basic sketches of condensation power plants operating according to the method according to the invention, in which different operating parameters are entered.
  • the condensation losses can be reduced by the following measures:
  • Each of these stages can consist of a number of vortex tubes W ,, W 2 and W 3 connected in parallel.
  • the values of the plant according to FIG. 1 are compared with changed values in FIG. 2, the percentages relating to the amount of steam from the old plant A, which would flow into the condenser if it were not removed.
  • the speed of rotation in the vortex unit can generate a suction component.
  • a suction force could have a supporting effect and reduce the pressure loss in the vortex unit.
  • This allows a large number of vortex unit stages to be connected in series. This will reduce the amount of exhaust steam to be deposited in the condenser and thus reduce the residual heat to be removed.
  • a saturated steam pressure of approx. 60 bar suitable for a turbine medium-pressure housing can be approximately achieved at design and correspondingly lower at partial load in sliding pressure operation, then this turbine part can also be included for reuse.
  • the turbine stages of the "old system" behind the extraction pressure for the top vortex stage W eg 0.6 bar, must be removed when changing over to the new system.

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Abstract

Das Verfahren hat den Zweck, die Abdampfverluste und damit die Wirkungsgradeinbuße bei Kondensationskraftwerken dadurch zu verringern, daß der Dampf nicht - wie bisher - bis zu dem erreichbaren Vakuum expandiert, sondern sein Wärmeinhalt nach Entnahme aus einer Turbine (T1) oder dergleichen in einen Wärmetransformator (W1) mit vorgeschalteter Pumpe (P) für den Sekundärkreis auf eine höhere Druckstufe gehoben wird, um von dort erneut zu expandieren, wobei dies möglichst solange wiederholt wird, bis jene Wärmemenge weitgehend in elektrische Energie umgesetzt ist, die sonst über den Kühlturm entweicht.

Description

Beschreibung:
Verfahren zur Wärmetransformation mittels eines Wirbelaggregats.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Wärmetransformation mittels eines Wirbelaggregats, bei dem ein Dampfstrom insbesondere ein Sattdampfstrom im Wirbelaggregat in einem erwärmten Teilstrom und in einem abgekühlten Teilstrom aufgeteilt wird und im abgekühlten Teilstrom eine Kondensation stattfindet.
Aus der DE-OS 43 43 088 ist ein Kondesations-Wirbelrohr bekannt, das zur Trocknung, Separation und Überhitzung gesättigter oder nasser Dämpfe dient. Dieses Wirbelrohr ist gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
a) der Sattdampf oder Naßdampf wird über eine Eintrittsdüse tangen- tial an den Querschnitt eines Wirbelrohrabschnittes unter Bildung einer Drallströmung eingeführt, kondensiert dort teilweise und separiert sich unter der Einwirkung der Schwerkraft in einen nach oben abfließenden Warmstrom, der aus überhitztem trockenem Dampf besteht, und einen nach unten durch ein sich verjüngendes trichterartiges Rohr abfließenden Kaltstrom, welcher aus Kondensat und Kaltdampf besteht;
b) der Kaltstrom wird durch ein Rippenkühlrohr geleitet, in einem darunter angeordneten Kondensatsammelbehälter gesammelt und über einen Kondensatabieiter abgeleitet.
In dem Artikel "Woher nehmen Tornados ihre Energie? " , Zeitschrift "Implosion" , Heft 30, 1968, S. 11-20 werden die Zusammenhänge bei Wirbelstürmen in der Weise erläutert, daß bei Wirbelstürmen das strömende Medium mit zunehmender Winkelgeschwindigkeit in immer engeren Windungen um einen Sogtrichter kreist und sich dabei einrollt, wobei das Dampf - Luftgemisch gewissermaßen ausgewrungen wird, die Luftfeuchtigkeit kondensiert und als Regen niedergeht. Die freiwerdende Kondensationswär- me wird dabei teilweise in kinetische und elektrische Energie umgesetzt und vom Kern nach außen gedrängt, wo sie z. B. als Wärmewelle dem Tornado vorauseilt. Diese Wärme kann benutzt werden, um das Kondensat nach
BESTÄTIGUNGSKOPII Druckerhöhung auf einem höheren Temperaturniveau zu verdampfen, um Arbeitsgefälle zu gewinnen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Abdampf Verluste und damit Wirkungsgradeinbuße, insbesondere bei Kondensationskraftwerken zu verringern und auch die Wärmenutzung bei der Fernwärmeerzeugung, bei Entsalzungsanlagen, bei der Wassergewinnung oder dergleichen zu verbessern.
Ausgehend von der eingangs beschriebenen Wärmetransformation mittels eines Wirbelaggregates wird diese Aufgabe nach der Erfindung dadurch gelöst, daß das Kondensat nach Druckerhöhung durch eine Pumpe die Wärme des erwärmten Teilstromes aufnimmt und verdampft und der Dampf nach Arbeitsleistung in einer Turbine in die Wirbelströmung zurückgeführt wird.
In dem Aufsatz "Die Expansion von Gasen im Zentrifugalfeld als Kälteprozeß" von Rudolf Hilsch in der Zeitschrift für Naturforschung 1946, S. 208- 214, ist der Bau und die Wirkungsweise eines mit Luft betriebenen Wirbel- rohres beschrieben. Wird das Wirbelrohr mit Dampf, insbesondere Wasserdampf, beschickt, dann ist eine Kondensation des kalten Teilstromes zu erwarten, wobei die Druckerhöhung des Kondensates mittels Pumpe weitaus energiegünstiger ist als die Erhöhung des Luftdruckes beim Wirbelrohr mittels Verdichter. Auch kann nun das Druckgefälle durch Sattdampferzeu- gung wirtschaftlich hergestellt werden. Dabei wird die Wärme des warmen Stromanteiles der Randzone auf das Kondensat der Kernströmung übertragen, dessen Verdampfungstemperatur mittels des Sattdampfdruckes auf einem möglichst hohen Niveau eingestellt wird, um ein maximales Druckgefälle zu erhalten, das in einer Turbine auf den Eingangsdruck des Wirbel- rohres abgearbeitet wird. Dort kann der Prozeß von neuem beginnen. Das Kondensat wird hierbei außen um die erwärmte Randzone des Wirbelrohres herumgeleitet, nimmt dessen Wärme auf und verdampft.
Andere Wirbelaggregate und sogenannte Einrollaggregate sind aus mehreren Schauberger-Patenten bekannt. Diese sind vorwiegend für gasförmige
Medien oder Wasser bestimmt ohne Änderung des Aggregatzustandes des
Mediums. Der Einsatz von Dampf, vorzugsweise Sattdampf, läßt eine weitaus größere Volumenänderung durch Kondensation und eine größere Wärmeumsetzung erwarten als bei der Verwendung von Druckluft. Es wird ein höherer Temperaturanstieg auftreten und es ist von Vorteil bezüglich der Höhe des erreichbaren Sattdampfdruckes auf der Sekundärseite.
Der Dampfeintritt erfolgt etwa tangential in ein Gefäß, das sich nach unten verjüngt und dessen Form einem Ei oder einem Trichter entspricht. Das Kondensat wird nach unten abgeleitet. Die Umlaufzahl, mit der der Dampfstrom in spiralförmigen Wirbeln sich voranbewegend, die Längsachse des Einrollaggregates durchläuft, ist von größerem Einfluß. Um die optimale Wirkung der Trennung in eine Kernströmung mit Kondensation und in eine Außenströmung mit möglichst hohem Temperaturanstieg zu erzielen, ist es notwendig, die Auswirkung einer geringen Schrägstellung des tangentialen Eintrittsrohres zu erproben, ebenso wie die Höhe der mit oder ohne Düse vorhandenen Eintrittsgeschwindigkeit.
Die Geräteabmessungen sind für größere Dampfmengen zu konzipieren. Durch Versuche kann ermittelt werde, ob im Grundeinsatz das Schauberger- Aggregat mit gleicher Strömungsrichtung für warmen und kalten Teilstrom oder das Wirbelrohrprinzip mit gegenläufiger Richtung der Austrittsströmung von Kern- und Randzone den besseren Effekt zeigt.
Geht man von vorhandenen Kondensationskraftwerken aus, so ist aus diesen bevorzugt Naßdampf aus dem Vakuumgebiet, z. B. von 0,2 bar (ts ~ 60°C) bei etwa 0,07 bar (ts ~ 39°C) Kondensationsdruck einzusetzen. Dies ergibt ein Druckverhältnis von fast 3 für die Entspannung im Einrollaggregat. Damit wird eine maximale Vorschaltleistung der vorhandenen Turbine angestrebt, deren Leistung nur im Vakuumgebiet eingeschränkt wäre.
Je nach erreichbarem Sekundärdampfdruck von ca. 15 bar (ts ~ 198°C) oder höher, z.B. von 60 bar (ts ~ 275 °C) ist der nachfolgende Turbinenprozeß zu gestalten. Würde der Sekundärdampf 20 % der an ihn übertragenen transformierten Kondensationswärme umsetzen, dann wären etwa 5 Durchläufe nötig, um diese hierbei übertragene Wärme vollständig in elektrische Energie umzusetzen. Diese vereinfachte Darstellung berücksichtigt nicht, daß bei Aufteilung des Dampfstromes anteilmäßig nur der Weg des Kaltstromes erfaßt ist über Kondensat und Sekundärdampf. Jedoch ist beim Wirbelrohr das Verhältnis des kalten Stromes zum Gesamtstrom zu bedenken. Welche Aufteilung zur optimalen Temperaturerhöhung führt, ist experimentell zu ermitteln.
Die Wirbelrohr-Messungen zeigen am warmen Rohrende einen restlichen Überdruck, wogegen die Entspannung des Kaltluftanteiles auf Atmosphärendruck erfolgt. Die verbleibende Temperatur des Warmstromes ist wesentlich davon abhängig, inwieweit dieser Warmstrom bei der Erzeugung des Sekundärdampfes abgekühlt wird. Die Durchleitung der Wärme erfolgt über den Warmstrom kontinuierlich.
Für den weiteren Weg des Warmstromanteiles wird ein einfaches Abarbeiten des mit dem Staudruck pi erhaltenen Druckgefälles wenig Nutzen bringen. Deshalb bietet sich eine Wiederholung des beschriebenen Prozesses im Wirbelaggregat an. Allerdings muß hierzu der Druck des ersten Durchlaufes von ca. 0,2 bar auf ca. 0,6 bar angehoben werden, damit für einen zweiten nachgeschalteten Durchlauf noch genügend Druckgefälle verbleibt, mit dem der von 0,6 bar auf 0,2 bar - zusätzlich Staudruck - entspannte Warmstromanteil sich weiterhin auf 0,07 bar entspannen kann.
Wird in beiden Fällen ein Aufteilungsfaktor von je 0,5 angenommen, so verbleiben nach zweimaliger Aufteilung nach dem zweiten Durchlauf 25 % als Warmstromanteil, bezogen auf den anfänglichen Eingangsdampfstrom. Diese 25 % wären mit dem geringen Restgefälle des Staudruckes pi abzuarbeiten und im Kondensator niederzuschlagen, wobei diese verringerte Dampfmenge einen tieferen Kondensatordruck erlaubt. Alternativ kann diese Abdampfmenge zu Heizzwecken eingesetzt werden, wobei das Restgefälle nochmals in einem Wirbelrohr zu einer mäßigen Temperaturerhöhung eingesetzt wird.
Es wird angestrebt, bei den jeweiligen Wirbelstufen den gleichen Sekundärdampfdruck von zum Beispiel 15 bis 60 bar zu erhalten, um diese Dampfströme zusammenzuführen und eventuell bei passender Druckstufe mit dem Eingangsdampfstrom zur Vereinfachung des Prozesses gemeinsam weiterführen zu können. Die Dampfströme der verschiedenen Druckstufen nach Wärmetransformation sind miteinander abzustimmen.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann als Wirbelaggregat ein im Gegenstrom arbeitendes oder ein Einrollaggregat mit gleicher Strömungsrichtung der Rand- und Kernströmung eingesetzt werden.
Das Verfahren nach der Erfindung kann auch für eine Fernwärmeerzeugung eingesetzt werden. Auch kann Dampf aus Abfallwärme, Solarwärme u.a. erzeugt werden, der dann mindestens teilweise auf eine höhere Temperaturstufe transformiert wird zur Umsetzung in Strom oder Wärme. Auch kann bei Billigstrom eine Wärmepumpe eingesetzt werden.
Für Abwasserreinigung oder Meerwasserentsalzung ist das erfindungsgemäße Verfahren geeignet, weil bei den verschiedenen Verdampfungsstufen das dort erzeugte reine Kondensat zur Nutzung abgeführt und durch zu reinigendes Wasser ersetzt werden kann, von dem dann eine Restmenge mit konzentrierten Verunreinigungen bzw. Salzwasser abzuschlämmen ist.
Zur Wassergewinnung in heißen, trockenen Gebieten bietet das Verfahren die Möglichkeit, je nach relativer Feuchtigkeit der nachts abgekühlten Luft durch Luftverdichtung mit anschließender Entspannung im Wirbelrohr den Kaltluftstrom bis unter den Taupunkt abzukühlen, damit Wasser auskondensiert. Ein Teil dieses Wassers kann dann tagsüber über Brennspiegel mittels Sonnenwärme verdampft werden, wobei der über eine Pumpe hergestellte Wasserdruck mit der erreichbaren Sattdampftemperatur abzustimmen ist. Die aus dem Sekundärdampf mittels Turbine gewonnene Energie wird dann auf einer Batterie gespeichert und zum nächtlichen Antrieb des Luftverdichters eingesetzt. Eventuell kann damit nachts auch der Warmluftstrom zur Erzeugung von Dampf und Strom eingesetzt werden.
Da der Carnot-Wirkungsgrad bei dem Verfahren nach der Erfindung - angesichts der Aufteilung des Prozesses in mehrere Einzelprozesse mit jeweils eigenem Frischdampf-Zustand nach Wärmetransformation - keine Begrenzung des Ver- stromungswirkungsgrades mehr darstellt, kann auch mit Wärmequellen tieferen Temperaturniveaus wirtschaftlich Strom erzeugt werden. Bei neuen Kraftwerken kann der Zwang zu hohen Frischdampfparametern entfallen. Die Betriebssicherheit und Verfügbarkeit kann zunehmen und die Leistungsgröße ist weniger abhängig von einer Kostendegression.
Zur Veranschaulichung des Wärmeübergangs im Wirbelrohr wird auf den Aufsatz von R. Hilsch (Z. Naturforschg. 1 , 208 - 214) verwiesen.
Bei Betrieb mit Druckluft ist bei γ = 0,5 Kaltluftanteil am Gesamtstrom eine Temperaturspreizung um ca. 90°C (+60°C zu - 30°C) meßbar. Der Kaltluftstrom kann durch Wärmeübertragung um 70°C auf +40°C aufgeheizt werden, wobei der Warmluftanteil von +60°C auf -10°C abkühlt. Aber selbst bei -30°C benötigt der Kaltstromanteil zuviel Verdichtungsenergie und erfährt dadurch eine zu hohe Aufheizung, was die erwähnte Wärmeübertragung und Nutzarbeit verhindert.
Diese Verhältnisse sind bei Beschickung des Wirbelrohres mit Dampf geändert, weil als Kaltstromanteil Kondensat anfällt, das nach Druckerhöhung durch den Warmstrom aufzuheizen ist. Wesentlich ist dabei, daß die sekundäre Sattdampftemperatur oberhalb der Sattdampftemperatur des primären Warmstromanteils liegt. Die Wärmeübertragung erfolgt durch die aufgeheizte primäre Heißdampfphase.
Die Zeichnungen Fig. 1 und Fig. 2 zeigen Prinzipskizzen von nach dem erfin- dungsgemäßen Verfahren arbeitenden Kondensationskraftwerken, in denen unterschiedliche Betriebsparameter eingetragen sind.
In den Zeichnungen bedeuten
A = Altanlage m = [kg/s] relativ
N = Neuanlage I m = 100 % Zudampf
G = Generator P = [bar] [kJ/kg] Druck
T = Turbine pi = Staudruck
W = Wirbelaggregat t = [°C] Temperatur
P = Pumpe h = [kJ/kg] Enthalpie
V = Verdampfer
Bei dem Kondensationskraftwerk nach Fig. 1 strömt Dampf aus einer Turbine T, einer vorhandenen Altanlage A über eine Leitung 1 einem Wirbelaggregat W, zu und wird in zwei Teilströme unterschiedlicher Temperatur aufgeteilt. Der kältere Teilstrom kondensiert und das Kondensat wird über eine Leitung 2 einer Pumpe P zur Druckerhöhung zugeführt. Anschließend nimmt das Kondensat im Verdampfer V die Wärme des Warmstromes auf und verdampft. Der Dampf strömt über eine Leitung 5 einer Turbine T2 zu. Nach Arbeitsleistung wird der Dampf über eine Leitung 7 in die Wirbelströmung zur Leitung 1 zurückgeführt. Der im Verdamp- fer V bereits abgekühlte Warmstromanteil des Wirbelaggregates 1 wird über eine Leitung 8 der nächsten Transformations stufe W2 zugeführt. Es können eine oder mehrere weitere Wirbelaggregat-Stufen n vorgesehen sein, in denen sich die Aufteilung in zwei Teilströme wiederholt.
Die Kondensationsverluste können durch folgende Maßnahmen verringert werden:
1. Geringerer Druckverlust für die einzelnen Wirbelrohrstufen. Jede dieser Stufen kann aus einer Anzahl parallel geschalteten Wirbelrohre W,, W2 und W3 bestehen.
2. Die Erhöhung der Anzahl der Stufen auf 4 oder mehr. Bei n Stufen beträgt die Kondensationsdampfmenge Gκ bei etwa 0,07 bar, d. h. der Warmstromanteil aus der letzten WR-Stufe, Gκ = (1 - γ)n, bezogen auf die Umlaufdampfmenge der Neuanlage bei Dauerbetrieb.
3. Verringerung des Warmstromanteils (1 - γ) am Gesamtstrom, z. B. von 50 % auf 33 % .
Den Werten der Anlage gemäß Fig. 1 sind in Fig. 2 geänderte Werte gegenüberge- stellt, wobei sich die Prozentsätze auf die Zudampfmenge aus der Altanlage A beziehen, die bei Nichtentnahme in den Kondensator strömen würde.
Als Eingangsdrücke (in bar) für die einzelnen Wirbelaggregat-Stufen W, bis W3 sind angenommen:
n W, W2 W3 Kondensator
Fig. 1 2 p = 0,6 0,2 - - 0,07
Fig. 2 3 p = 0,56 0,28 0,14 - 0,07
3 p = 0,33 0,2 0,12 - 0,07 Im letzten Fall mit p = 0,33 bar für W, ist ein Staudruck pi für den Wärmestromanteil von etwa einem Drittel des bei Druckluft vorhandenen Druckverhältnisses im Wirbelrohr berücksichtigt, wobei das Druckverhältnis etwa 1 + (1 - 1/3) = 1,67 beträgt.
Für eine vierte Wirbelrohrstufe würde sich ein Eintrittsdruck von 1,67 x 0,33 = 0,55 bar ergeben. Der Warmstromanteil wird von 50 % auf 33 % gesenkt. Der Kondensationsstrom beträgt bei einem Warmstromanteil vonl - γ und n Wirbelstu- fen,
Gκ = d - γ) n
Bei einem Gefälle der Sekundärdampfmenge von 20% der im Wärmetrafo übertragenen Wärmemenge würde sich die Umlaufdampfmenge und damit auch die Kondensationsdampfmenge Gκ auf das 5-fache der Zudampfmenge von 1 m erhöhen.
n
Fig. 1 2 Gκ, A2 = (1 - 0,5)2 = lÄ x 5 = 125 %
3 Gκ, A3 = (l - 0,5)3 = V8 x 5 = 63 % Fig. 2 3 Gκ, B3 = (l - 0,67)3 = 727 x 5 = 19 %
4 Gκ, Bi4 = (1 - 0,67)4 = 78l x 5 = 6 %
Diese Beispiele zeigen die große Schwankungsbreite der Kondensationsdampfmenge (hier 125 % bis 6 %), die maßgeblichen Einfluß auf den Wirkungsgrad hat. Die gegenüber der Altanlage vermutlich höhere Abdampfenthalpie wird dabei wenig ins Gewicht fallen.
Im Wirbelaggregat kann die Rotationsgeschwindigkeit eine Sogkomponente erzeugen. Somit könnte eine solche Sogkraft unterstützend wirken und den Druckverlust im Wirbelaggregat mindern. Dadurch kann eine größere Anzahl von Wirbelaggregat-Stufen in Reihe geschaltet werden. Dies wird die im Kondensator niederzuschlagende Abdampfmenge verringern und damit die abzuführende restliche Verlustwärme senken. Sollte mittels der Wirbelaggregate ein für ein Turbinen-Mitteldruckgehäuse passender Sattdampfdruck von ca. 60 bar bei Auslegung und entsprechend niedriger bei Teillast im Gleitdruckbetrieb annähernd zu realisieren sein, dann kann auch dieser Turbinenteil für eine Wiederverwendung einbezogen werden. Die Turbinenstufen der "Altanlage" hinter dem Entnahmedruck für die oberste Wirbelstufe W, von z.B. 0,6 bar sind bei Umstellung auf die Neuanlage zu entfernen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zur Wärmetransformation mittels eines Wirbelaggregats, bei dem ein Dampf ström, insbesondere ein Sattdampf ström, im Wirbelaggregat in einen erwärmten Teilstrom und in einen abgekühlten Teilstrom aufgeteilt wird und im abgekühlten Teilstrom eine Kondensation stattfindet, dadurch gekennzeichnet, daß das Kondensat nach Druckerhöhung durch eine Pumpe die Wärme des erwärmten Teilstromes aufnimmt und verdampft und der Dampf nach Arbeitsleistung in einer Arbeitsmaschine in die Wirbelströmung zurückgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Wirbelaggregat ein Wirbelrohr ist, bei dem die Erwärmung des Dampfstromes in der Randzone und die Abkühlung und Kondensation in der Kernzone des Wirbelrohres erfolgt und daß das Kondensat nach Druckerhöhung durch eine Pumpe zur Verdampfung das Wirbelrohr außen umströmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß schrittweise in mehreren Durchläufen die transformierte Kondensationswär- me den Turbinen zugeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der warme Teilstrom des Wirbelaggregats einen Verdampfer (V) beheizt und das Kondensat nach Druckerhöhung durch eine Pumpe dem Verdampfer (V) zugeführt wird und dort verdampft.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Wirbelaggregate (W, , W2, W3) in Reihe hintereinander angeordnet sind, von denen jedes einen Verdampfer (V) aufweist, wobei der verbleibende Warmstromanteil in der folgenden Stufe tieferen Druckes abermals in einem Wirbelaggregat aufgeteilt wird, der Kaltstromanteil als Kondensat nach Druckerhöhung wieder verdampft und der Warmstromanteil der letzten Wirbelrohrstufe als Abdampfmenge in einem Kondensator niedergeschlagen wird.
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