WO2020038924A1 - Power plant and method for the operation thereof - Google Patents

Power plant and method for the operation thereof Download PDF

Info

Publication number
WO2020038924A1
WO2020038924A1 PCT/EP2019/072235 EP2019072235W WO2020038924A1 WO 2020038924 A1 WO2020038924 A1 WO 2020038924A1 EP 2019072235 W EP2019072235 W EP 2019072235W WO 2020038924 A1 WO2020038924 A1 WO 2020038924A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
fluid
rotor
injection
vapor
steam
Prior art date
Application number
PCT/EP2019/072235
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Kirschbaum
Original Assignee
Ostermann, Frank
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ostermann, Frank filed Critical Ostermann, Frank
Publication of WO2020038924A1 publication Critical patent/WO2020038924A1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22GSUPERHEATING OF STEAM
    • F22G5/00Controlling superheat temperature
    • F22G5/12Controlling superheat temperature by attemperating the superheated steam, e.g. by injected water sprays
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K7/00Steam 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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating
    • F01K7/16Steam 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steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type

Definitions

  • the present application relates to a power plant according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present application relates to a method for operating a power plant according to the preamble of claim 10.
  • the power plant comprises at least one fluid reservoir, at least one
  • Steam generator at least one rotor rotatably mounted on a rotor shaft and at least one generator.
  • the steam generator and the fluid reservoir are connected to one another in such a way that a fluid, in particular water, can be fed to the steam generator by means of a fluid line starting from the fluid reservoir.
  • the steam generator can in particular comprise a combustion device by means of which a fuel can be burned.
  • the fuel can be formed in particular from pellets pressed from renewable raw materials.
  • the latter can consist, for example, of compressed dry matter, which is obtained from agricultural manure by drying.
  • Thermal energy released by the combustion of the respective fuel can be transferred to the fluid by means of a heat exchanger device, so that the fluid can be vaporized into a fluid vapor by means of the steam generator.
  • the heat exchanger device is formed by a water coil that extends spirally within a combustion chamber of the steam generator. The fluid is carried along the water snake, flowing upward along the water snake. By increasing the input of thermal energy into the fluid, the fluid is first converted into its gaseous state so that the fluid vapor is present.
  • the steam generator can also be used in such a way that the fluid steam is overheated, so that the heat exchanger device also acts as a superheater to a certain extent.
  • the water vapor generated can finally be conducted in the direction of the rotor by means of a steam line which is connected to the steam generator.
  • the rotor shaft of the rotatably mounted rotor is in operative connection with the generator, so that by means of operation of the rotor, in particular by means of a
  • the generator can be driven and in this way electrical current can be generated.
  • Fuel supply must be increased.
  • the thermal energy released to a greater extent as a result of the increased supply of fuel must first be transported via the respective fluid, which is typically formed by water, to an associated turbine, where it is converted into rotational energy and finally into electrical energy. This process can take a time of the order of a few minutes, making a short-term increase in performance within a few seconds special
  • the known power plant is to be regarded as disadvantageous in that it is comparatively complex and complex. task
  • the present application is therefore based on the object of providing a power plant, the construction of which is simplified compared to the prior art.
  • the power plant according to the invention comprises an injection device which has an injection chamber and an injection line connected to the injection chamber.
  • the injection chamber is fluidly connected to the steam line, so that the fluid vapor can be fed to the injection chamber.
  • the injection line serves the
  • the injection chamber is in turn fluidically connected to the rotor, so that a vapor-fluid mixture generated as a result of the injection of the injection fluid into the fluid vapor can be fed to the rotor.
  • a supply of fluid vapor to the rotor is only possible through the injection chamber.
  • the injection chamber can in particular be arranged downstream of the steam generator and upstream of the rotor.
  • the injection chamber can be arranged downstream of a (last) evaporator or a (last) superheater of the (last) steam generator, the steam generator and in particular — viewed in the direction of flow of the fluid or the fluid vapor.
  • the injection chamber is preferably located directly in front of the rotor. It can be particularly advantageous here if a line length between the injection chamber and the rotor is at most 1.0 m, preferably at most 0.8 m, further preferably 0.5 m.
  • the power plant according to the invention has many advantages.
  • it is suitable to carry out the injection of an injection fluid not only to increase the power of the power plant for a short time, but also permanently and in this way to increase the power of the power plant permanently. This is based on the consideration that by means of the injection of the injection fluid into the fluid vapor, on the one hand
  • Total volume of the fluid vapor can be increased, since the injection fluid evaporates abruptly upon contact with the (hot) fluid vapor.
  • the fluid vapor can be a
  • the injection fluid can in particular have a temperature of up to 90 ° C.
  • the fluid vapor is enriched with water, which does not evaporate directly.
  • a steam-fluid mixture is created, which can also be referred to as “direct wet instead steam”.
  • This vapor-fluid mixture is fed to the rotor with a large mass flow, which is caused in particular by the injection fluid, and with a relatively low pressure.
  • the pressure can be in the range up to a maximum of 10 bar, so that there is no need for a boiler attendant ("low pressure range").
  • such a power plant is particularly advantageous, which is formed downstream of the steam generator and upstream of the rotor free of pressure accumulators, in particular without a pressure boiler.
  • the generated fluid vapor is fed directly to the injection device, that is to say without prior intermediate storage, for example by means of a pressure vessel, or the steam-fluid mixture is used energetically in the rotor directly, that is to say without prior intermediate storage.
  • the energy stored in the vapor-fluid mixture can finally be converted into rotational energy by means of the rotor and into electrical energy by means of the generator coupled to the rotor shaft.
  • Another advantage of the power plant according to the invention can be seen in the fact that, in addition to the low pressure range ( ⁇ 10 bar), it can also be operated in the medium pressure range (10 bar to 20 bar) and in the high pressure range (> 20 bar).
  • the output power of the power plant is particularly easy to regulate and therefore continuously changeable. This is
  • DC generator is formed, which optionally interacts with a downstream inverter.
  • Gear ratio which in turn is preferably 1: 4.
  • a control of the power plant is at least partially formed by a control that works on the basis of self-learning algorithms (“neuronal control”).
  • neural control is particularly well suited, depending on a changing demand for the output power of the power plant to regulate the volume flow of the injection water and the respective primary fuel.
  • the injection line is connected to the fluid reservoir.
  • the injection fluid is therefore preferably formed from the same fluid that is supplied to the steam generator for the purpose of generating the fluid vapor. In this embodiment, the separate provision of an injection fluid is not necessary.
  • a pump by means of which the injection fluid is pumped into the injection chamber, is preferably formed by a piston pump.
  • the injection device comprises at least one injection nozzle, by means of which the injection fluid can be injected into the injection chamber.
  • an injection nozzle can in particular be designed such that the injection fluid is atomized into fine particles, as a result of which the reaction with the fluid vapor which the
  • Injection chamber can be fed from the steam generator, can be done particularly quickly.
  • the transfer of thermal energy from the fluid vapor to the individual fine particles of the injected injection fluid can take place particularly quickly, since the total surface area of the injection fluid is increased drastically in the course of atomization by means of the injection nozzle.
  • the reaction due to the injection of the injection fluid into the fluid vapor that is to say in particular the sudden increase in the volume of the fluid vapor, is particularly pronounced as a result of the use of an injection nozzle.
  • the rotor comprises a housing with at least, preferably exactly, two nozzles arranged in mirror symmetry with respect to a rotor axis of the rotor. These nozzles are arranged on the housing with the formation of a lever arm with respect to the rotor axis, the radiation directions of the nozzles being aligned in the same direction of rotation about the rotor axis.
  • the recoil principle is used to drive the rotor, the steam-fluid mixture being fed from the injection chamber to the rotor or an interior of a housing of the rotor and then through the nozzles under the pressure of the steam.
  • Fluid mixture is expelled from the rotor.
  • the nozzles are aligned such that they generate a torque directed in the same direction of rotation of the rotor under the respective lever arm relative to the rotor axis.
  • the momentum of the vapor-fluid mixture ejected from the nozzles is decisive, such a rotor is particularly advantageous in connection with this same vapor-fluid mixture.
  • said vapor-fluid mixture combines both a high pressure and a comparatively high mass caused by the injection fluid.
  • the high pressure leads to the fact that the vapor-fluid mixture is emitted from the nozzles of the rotor at a high speed, so that a high pulse results as a result, as a result of which the rotor is driven about the rotor axis.
  • the rotor is preferably designed such that the nozzles are each connected in terms of flow by means of at least one flow channel to a feed opening through which the steam-fluid mixture can be fed to the rotor.
  • a flow channel is preferably curved, so that the steam-fluid mixture flowing through the respective flow channel has a certain resistance
  • the feed opening can in particular be connected directly to the injection chamber, so that the vapor-fluid mixture generated in the injection chamber can be fed directly to the rotor starting from the injection chamber.
  • the feed opening can lead into an interior of the housing of the rotor, from which the vapor-fluid mixture can be repelled from the rotor through the nozzles.
  • the rotor shaft is designed as a hollow shaft, which is fluidly connected to the injection chamber.
  • the rotor shaft is preferably connected to the housing or an interior of the housing of the rotor by means of a radial feed opening, so that the steam-fluid mixture supplied to the rotor shaft can flow from the rotor shaft in the radial direction into the housing of the rotor.
  • An embodiment has the advantage that the vapor-fluid mixture can be fed to the feed opening independently of the rotation of the rotor about the rotor axis.
  • a position of the rotor shaft, in particular an inner cavity of the rotor shaft designed as a hollow shaft, is independent of a rotational position of the rotor in relation to its rotor axis.
  • Feeding the steam-fluid mixture through such a hollow rotor shaft is therefore particularly simple.
  • the rotor is arranged within an enclosure, the condensate formed as a result of cooling of the vapor-fluid mixture expelled from the rotor being stable in the enclosure and preferably being able to be supplied to the fluid reservoir starting from the enclosure.
  • the enclosure provides consequently it is certain that the fluid emerging from the rotor, whether in its liquid or in its vaporous state, is “captured”, so that it is particularly reusable, that is to say recirculable.
  • the housing surrounds the rotor at least substantially in a vapor-tight manner, so that the fluid vapor cannot escape from the housing after it has been used for energy purposes by means of the rotor. Accordingly, the fluid vapor will eventually condense on the walls of the housing and will then be usable in liquid form.
  • the power plant can be used in particular in the form of a self-contained system which comprises a fluid circuit from which at least one
  • Steam generator the steam line, the injection device and the rotor arranged in the housing, is designed as a self-contained fluid circuit.
  • the housing can be at least indirectly, preferably directly, fluidically connected to the fluid reservoir, so that fluid trapped in the housing can be recirculated into the fluid reservoir and from there either the
  • the power plant only comprises a central fluid store, from which the fluid circuit starts and at which the fluid circuit ends.
  • the rotor is advantageously arranged above the fluid store, so that fluid collected in the housing of the rotor, which collects on the bottom of the housing due to the force of gravity, can be conducted directly into the fluid store through a transition cross section arranged in the bottom.
  • the fluid reservoir can be designed as a coherent structure together with the housing of the rotor.
  • Injection device is supplied. This includes an injection chamber and one
  • Injection line the fluid vapor being introduced into the injection chamber in the course of its supply to the injection device.
  • a liquid injection fluid is introduced cyclically or continuously into the injection chamber and in the course its injected into the fluid vapor located in the injection chamber.
  • a vapor-fluid mixture is generated in this way.
  • This vapor-fluid mixture is then fed to the rotor.
  • the injection fluid is preferably injected
  • the injection is preferably carried out directly in front of the rotor. It is particularly conceivable here that the steam-fluid mixture (“direct-wet saturated steam) generated as a result of the injection over a line section of at most 1.0 m, preferably at most 0.8 m, further preferably at most 0.5 m, is forwarded.
  • the method according to the invention is particularly simple to carry out by means of the power plant according to the invention.
  • the resulting advantages have already been set out above in connection with the power plant according to the invention.
  • an abrupt increase in the vapor volume is brought about, since the injection fluid is largely evaporated.
  • the fluid vapor is enriched with the additional mass of the injection fluid.
  • the result is a vapor-fluid mixture which has a comparatively low pressure and a large mass.
  • Such a vapor-fluid mixture can be used particularly well in terms of energy, in particular by means of a rotor acting on the recoil principle.
  • the method can be carried out in the low-pressure range, the pressure on this side of the injection chamber, that is to say
  • Design can be a particularly low operational risk, so that the otherwise necessary safety requirements for power plants in the middle and
  • the injection fluid is advantageously removed from the fluid reservoir, from which the fluid fed to the steam generator is also removed. Consequently, only a single fluid, which can be kept in stock by means of a single fluid reservoir, is preferably used for the operation of the power plant. Said fluid can in particular be formed by water.
  • the fluid vapor starting from the steam generator becomes the
  • Injection device supplied.
  • intermediate storage of the fluid vapor in particular by means of a pressure vessel, is dispensed with.
  • the structure of the power plant is kept simple, since on a pressure boiler and on one for one Use of such a necessary control is dispensed with.
  • This simplified embodiment is possible in particular if the power plant is advantageously operated at a low pressure of the fluid vapor, the pressure of the fluid vapor advantageously being below 10 bar when the steam generator leaves the power plant.
  • the rotor preferably has a pressure in the range between 3.5 bar and 4.5 bar.
  • such a method is particularly advantageous, in which fluid of the vapor-fluid mixture condensed on or in the rotor is collected and finally fed to the fluid reservoir.
  • the fluid used as a whole that is to say preferably both the fluid fed to the steam generator and the injection fluid used for injection, which originate from the same fluid reservoir, can be recirculated, so that in particular a self-contained system relating to a fluid circuit can be produced.
  • the feed opening can in particular be designed in the form of a radial recess in a jacket of the rotor shaft, through which the vapor-fluid mixture, starting from the rotor shaft, radially into an interior of the housing of the rotor
  • the steam-fluid mixture is preferably fed in at least two nozzles, which are based on the rotor axis
  • the nozzles are suitable for leading the vapor-fluid mixture out of the rotor, the vapor-fluid mixture preferably being repelled according to the recoil principle.
  • An impulse thus exerted on the housing or the rotor finally drives the rotation of the rotor about the rotor axis, since the nozzles are arranged relative to the rotor axis with the formation of a lever arm.
  • the directions of radiation of the nozzles are oriented such that they act in the same direction of rotation with respect to the rotor axis. Basically, the arrangement of an even number of uniformly distributed nozzles on the rotor is advantageous in order to avoid imbalance.
  • the steam-fluid mixture is deflected by the feed opening of a respective nozzle in the course of its flow.
  • a flow of the steam-fluid mixture is countered by an increased frictional resistance within a respective flow channel in the housing of the rotor, as a result of which the steam-fluid mixture is jammed and, consequently, its pressure is increased shortly before the rotor is repelled.
  • FIGS. 1 and 3 A cross section through a rotor of the power plant according to FIGS. 1 and
  • FIG. 4 A cross section through a rotor shaft of the power plant according to FIG. 1.
  • FIGS. 1 to 4 An exemplary embodiment, which is shown in FIGS. 1 to 4, comprises a power plant 1 according to the invention, which comprises a fluid reservoir 2, a steam generator 3, a rotor 4 and a generator 5.
  • a fluid is held in the fluid reservoir 2, which in the example shown is used both for supplying the steam generator 3 and for use as an injection fluid 24 by means of an injection device 9.
  • the fluid reservoir 2 and the steam generator 3 are connected to one another by means of a fluid line 6.
  • the steam generator 3 comprises in particular a combustion chamber, not explicitly shown in the figures, within which a fuel, in particular in the form of pellets pressed from renewable raw materials, can be burned. Thermal energy released in this way is not shown in the figures either
  • Transfer heat exchange device to the fluid 22 so that the fluid 22 is evaporated to fluid vapor 23.
  • the fluid 22 one in the
  • Combustion chamber arranged water coil is fed, which extends spirally upward within the combustion chamber, the water coil being flowed around by hot exhaust gases from the combustion of the respective fuel and in this way absorbs the thermal energy released in the course of the combustion.
  • This thermal energy is transferred to the fluid 22 carried within the water coil, so that the latter is evaporated.
  • thermal energy is transferred into the fluid 22 beyond the level necessary for the vaporization of the fluid 22 or the fluid vapor 23 is introduced so that the fluid vapor 23 is overheated.
  • the steam generator 3 is designed such that the fluid steam 23 can be overheated to a temperature of approximately 500 ° C. Nevertheless, the steam generator 3 can also be operated in such a way that fluid steam 23 is generated at a low temperature which is in the range of approximately 250 ° C.
  • the fluid steam 23 is by means of a
  • the latter is arranged directly in front of the rotor 4, with one
  • the line section is preferably so short that a pressure generated as a result of the injection of an injection fluid 24 into the fluid vapor 23 is present at least substantially (at least 90%), preferably completely, on the rotor 4.
  • the injection device 9 is also arranged, in particular, after a last superheater of the steam generator 3. This is formed here by the water snake located in the steam generator 3.
  • the pressure of the fluid vapor 23 when it leaves the steam generator 3 is less than 10 bar here.
  • a boiler keeper is not required.
  • the injection device 9 comprises an injection chamber 10, which results in particular from FIG. 2.
  • Injection chamber 10 is connected to the steam line 7 in terms of flow, so that the fluid vapor 23 guided in the steam line 7 can be introduced into the injection chamber 10. Furthermore, the injection device 9 is equipped with an injection line 11, by means of which the injection fluid 24 can be conducted into the injection chamber 10.
  • the injection fluid 24 is the same as that which is also fed to the steam generator 3.
  • the power plant 1 shown has only a single fluid reservoir 2, which interacts both with the fluid line 6 and with the injection line 11. Starting from the fluid reservoir 2, the injection fluid 24 is fed to the injection chamber 10 by means of an injection pump 20, which is formed here by a piston pump.
  • the injection line 11 interacts with an injection nozzle 17, by means of which the injection fluid 24 can be atomized.
  • This vapor-fluid mixture 26 is then fed directly to a rotor shaft 8 of the rotor 4 by means of a connecting line 25.
  • This rotor shaft 8 is designed here in the form of a hollow shaft which is connected to the connecting line 25 in a vapor-tight manner.
  • the connecting line 25 and the rotor shaft 8 are connected to one another in such a way that the steam-fluid mixture 26, starting from the connecting line 25, can flow into an inner cavity 27 of the rotor shaft 8.
  • Rotor shaft 8 rotatably mounted about a rotor axis 13.
  • the rotor 4 has a housing 12, which is formed here in the form of two semicircular shells arranged offset with respect to one another.
  • the housing 4 has two nozzles 14, which are each arranged on the housing 12 with the formation of a lever arm 19 with respect to the rotor axis 13.
  • the nozzles 14 are arranged on the housing 12 in mirror symmetry with respect to a mirror plane containing the rotor axis 13.
  • the vapor-fluid mixture 26 is supplied to an interior of the housing 12 by means of supply openings 15. In the example shown, these are formed in the form of openings made in a jacket of the rotor shaft 8, as can be seen in particular from FIG. 4.
  • the vapor-fluid mixture 26, starting from the cavity 27 of the rotor shaft 8, can flow through the inlet openings 15 in the radial direction into the rotor 4 or its housing 12.
  • the rotor shaft 8 is provided with an inner wall
  • housing 12 there is a plurality of flow channels 16, wherein one of the nozzles 14 is fluidically connected to a respective supply opening 15 by means of a plurality of the flow channels 16.
  • Flow channels 16 extend within the housing 12 of the rotor 4 in a curved shape, which results in particular from FIG. 3. This shape creates a flow path that is elongated compared to a straight connection between a respective feed opening 15 and an associated nozzle 14, which depending on the flow path
  • Flow channel 16 is designed differently.
  • the design of the flow channels 16 in this way has the consequence that the steam-fluid mixture 26 flowing from a respective feed opening 15 in the direction of an associated nozzle 14 is exposed to a certain frictional resistance.
  • the flow channels 16 have at least a certain degree of congestion on the vapor-fluid mixture 26, as a result of which the pressure of the vapor-fluid mixture 26 increases further before it emerges from the respective nozzle 14.
  • This increases the speed of the vapor-fluid mixture 26 in the course of the ejection from the nozzles, which in turn increases the pulse by means of which the rotor 4 can be driven in accordance with the recoil principle.
  • a direct current is generated by means of the power plant 1 shown here, which can be converted to alternating current by means of an inverter not shown in the figures.
  • a coupling is preferably also provided, by means of which a torque-transmitting connection between rotor 4 and generator 5 can be coupled.
  • the power plant 1 is advantageously equipped with a
  • Housing 18 equipped within which the rotor 4, the rotor shaft 8 and the generator 5 are arranged.
  • the rotor 4 is arranged within a housing and the rotor shaft 8 pierces the housing.
  • the generator 5 can easily be arranged outside the respective housing. It is also basically conceivable to have a
  • the housing 18 serves to collect the vapor-fluid mixture 26 emerging from the rotor 4 and not to let it escape into the environment in an uncontrolled manner.
  • the generator 5 it is correspondingly not necessary to arrange the generator 5 directly on the rotor shaft 8.
  • Interposition of a transmission described above is also conceivable.
  • the housing 18 serves to collect the vapor-fluid mixture 26 emerging from the rotor 4 and not to let it escape into the environment in an uncontrolled manner.
  • the housing 18 serves to collect the vapor-fluid mixture 26 emerging from the rotor 4 and not to let it escape into the environment in an uncontrolled manner.
  • the fluid vapor on walls of the housing 18th can precipitate and in this way is returned to its liquid state. All in all, all the fluid emerging from the rotor 4 can be collected in this way and returned to the fluid tank 2.
  • the rotor 4 is arranged directly above the fluid tank 2, the housing 18 being placed on the fluid tank 2 in a dome shape.
  • An interior space 29 of the housing 18 is connected to the fluid tank 2 in terms of flow technology directly by means of a transition cross section 21 which is arranged in a base 30 of the housing 18. In this way, all the fluid collected in the housing 18, which accumulates on the floor 30 as a result of gravity, can be conducted into the fluid tank 2.

Abstract

The invention relates to a power plant (1), comprising a fluid reservoir (2), a vapor producer (3), a rotor (4), which is rotatably mounted on a rotor shaft (8), a generator (5), and an injection device (9), wherein: a fluid can be supplied to the vapor producer (3) from the fluid reservoir (2) by means of a fluid line (6); the fluid can be evaporated by means of the vapor producer (3) to form a fluid vapor (23); the produced fluid vapor can be conducted from the vapor producer (3) toward the rotor (4) by means of a vapor line (7); the rotor shaft (8) is operatively connected to the generator (5) such that the generator (5) can be driven by means of operation of the rotor (4) and in this way electric current can be produced; the injection device (9) comprises an injection chamber (10) and an injection line (11), which is connected to the injection chamber (10); the injection chamber (10) is fluidically connected to the vapor line (7) such that the fluid vapor (23) can be supplied to the injection chamber (10); a liquid injection fluid (24) can be supplied to the injection chamber (10) by means of the injection line (11) such that the injection fluid (24) can be injected into the fluid vapor (23) supplied to the injection chamber (10); the injection chamber (10) is fluidically connected to the rotor (4) such that a vapor-fluid mixture (26) produced in the injection chamber (10) can be supplied to the rotor (4). The aim of the invention is to provide a power plant, the structure of which is simplified in comparison with the prior art. This aim is achieved, according to the invention, in that the injection device (9) is arranged downstream of a last evaporator or superheater of the vapor producer (3) and upstream of the rotor (4).

Description

Kraftwerk sowie Verfahren zu dessen Betrieb  Power plant and method for its operation
Beschreibung  description
Einleitung  introduction
[01 ] Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Kraftwerk gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10. The present application relates to a power plant according to the preamble of claim 1. Furthermore, the present application relates to a method for operating a power plant according to the preamble of claim 10.
[02] Das Kraftwerk umfasst mindestens einen Fluidspeicher, mindestens einen The power plant comprises at least one fluid reservoir, at least one
Dampferzeuger, mindestens einen auf einer Rotorwelle rotierbar gelagerten Rotor sowie mindestens einen Generator. Der Dampferzeuger und der Fluidspeicher sind derart miteinander verbunden, dass dem Dampferzeuger mittels einer Fluidleitung ausgehend von dem Fluidspeicher ein Fluid, insbesondere Wasser, zuleitbar ist. Der Dampferzeuger kann insbesondere eine Brenneinrichtung umfassen, mittels der ein Brennstoff verbrennbar ist.Steam generator, at least one rotor rotatably mounted on a rotor shaft and at least one generator. The steam generator and the fluid reservoir are connected to one another in such a way that a fluid, in particular water, can be fed to the steam generator by means of a fluid line starting from the fluid reservoir. The steam generator can in particular comprise a combustion device by means of which a fuel can be burned.
Der Brennstoff kann insbesondere von aus nachwachsenden Rohstoffen gepressten Pellets gebildet sein. Letztere können beispielsweise aus gepresster Trockensubstanz bestehen, die mittels Trocknung aus landwirtschaftlicher Gülle gewonnen wird. The fuel can be formed in particular from pellets pressed from renewable raw materials. The latter can consist, for example, of compressed dry matter, which is obtained from agricultural manure by drying.
[03] Mittels der Verbrennung des jeweiligen Brennstoffs freigesetzte thermische Energie kann mittels einer Wärmetauschervorrichtung auf das Fluid übertragen werden, sodass das Fluid mittels des Dampferzeugers zu einem Fluiddampf verdampfbar ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Wärmetauschervorrichtung von einer Wasserschlange gebildet ist, die sich spiralförmig innerhalb einer Brennkammer des Dampferzeugers erstreckt. Das Fluid wird entlang der Wasserschlange geführt, wobei es aufsteigend entlang der Wasserschlange strömt. Mittels zunehmenden Eintrags von Wärmeenergie in das Fluid wird dieses zunächst in seinen gasförmigen Aggregatzustand überführt, sodass der Fluiddampf vorliegt. Der Dampferzeuger kann darüber hinaus so genutzt werden, dass der Fluiddampf überhitzt wird, sodass die Wärmetauschervorrichtung gewissermaßen auch als Überhitzer wirkt. Der erzeugte Wasserdampf ist schließlich mittels einer Dampfleitung, die an den Dampferzeuger angeschlossen ist, in Richtung des Rotors leitbar. [03] Thermal energy released by the combustion of the respective fuel can be transferred to the fluid by means of a heat exchanger device, so that the fluid can be vaporized into a fluid vapor by means of the steam generator. For example, it is conceivable that the heat exchanger device is formed by a water coil that extends spirally within a combustion chamber of the steam generator. The fluid is carried along the water snake, flowing upward along the water snake. By increasing the input of thermal energy into the fluid, the fluid is first converted into its gaseous state so that the fluid vapor is present. The steam generator can also be used in such a way that the fluid steam is overheated, so that the heat exchanger device also acts as a superheater to a certain extent. The water vapor generated can finally be conducted in the direction of the rotor by means of a steam line which is connected to the steam generator.
[04] Die Rotorwelle des rotierbar gelagerten Rotors befindet sich in einer Wirkverbindung mit dem Generator, sodass mittels Betriebs des Rotors, insbesondere mittels eines [04] The rotor shaft of the rotatably mounted rotor is in operative connection with the generator, so that by means of operation of the rotor, in particular by means of a
Drehantriebs desselben, der Generator antreibbar und auf diese Weise elektrischer Strom erzeugbar ist. Insbesondere ist es denkbar, Gleichstrom zu erzeugen, der sodann mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umwandelbar ist. Diese Vorgehensweise erleichtert insbesondere die Bereitstellung von Wechselstrom in einer jeweils gewünschten Netzfrequenz. Rotary drive of the same, the generator can be driven and in this way electrical current can be generated. In particular, it is conceivable to generate direct current, which can then be converted into alternating current by means of an inverter. This procedure makes it easier in particular the provision of alternating current in a desired network frequency.
Stand der Technik State of the art
[05] Kraftwerke der eingangs beschriebenen Art sind im Stand der Technik bereits bekannt. Beispielhaft wird auf die Europäische Patentschrift EP 1 030 960 B1 verwiesen. Diese befasst sich mit der Problematik, ein Kraftwerk mit einer schnellen Leistungsregelung auszustatten, sodass die Möglichkeit besteht, die Leistung des Kraftwerks kurzfristig anzuheben. Auf diese Weise soll die Möglichkeit geschaffen werden, einen plötzlichen Bedarf an elektrischer Energie abdecken zu können. Dies ist mittels konventioneller [05] Power plants of the type described in the introduction are already known in the prior art. For example, reference is made to the European patent specification EP 1 030 960 B1. This deals with the problem of equipping a power plant with a fast power control so that there is the possibility to increase the power of the power plant at short notice. This is intended to create the possibility of being able to cover a sudden need for electrical energy. This is by means of conventional
Kraftwerke typischerweise nur schwerlich möglich, da der Betrieb einer gewissen Trägheit unterliegt, wobei im Moment der Anforderung einer höheren Leistung zunächst die Typically, power plants are difficult to operate because their operation is subject to a certain degree of inertia, the higher the output at the moment of request
Brennstoffzufuhr erhöht werden muss. Die infolge des vermehrt geführten Brennstoffs im größeren Umfang freigesetzte thermische Energie muss zunächst über das jeweilige Fluid, das typischerweise von Wasser gebildet ist, zu einer zugehörigen Turbine transportiert, dort in Rotationsenergie und schließlich in elektrische Energie umgewandelt werden. Dieser Vorgang kann einen Zeitraum in der Größenordnung weniger Minuten in Anspruch nehmen, sodass eine kurzfristige Leistungserhöhung innerhalb weniger Sekunden besondere Fuel supply must be increased. The thermal energy released to a greater extent as a result of the increased supply of fuel must first be transported via the respective fluid, which is typically formed by water, to an associated turbine, where it is converted into rotational energy and finally into electrical energy. This process can take a time of the order of a few minutes, making a short-term increase in performance within a few seconds special
Maßnahmen erfordert. Action required.
[06] Diese sind gemäß dem Stand der Technik darin zu sehen, im Bereich des [06] According to the prior art, these can be seen in the range of
Dampferzeugers in den bereits erzeugten Fluiddampf Wasser einzuspritzen. Dies führt dazu, dass kurzfristig ein zusätzlicher Dampfstrom bereitgestellt wird, da das eingespritzte Wasser bei Kontakt mit dem Fluiddampf unmittelbar verdampft und auf diese Weise besagten zusätzlichen Dampfstrom erzeugt. Gleichzeitig bewirkt die Einspritzung des Wassers eine Absenkung der Temperatur des Fluiddampfs, wodurch eine Temperaturdifferenz zwischen dem Fluiddampf und einer Überhitzerfläche des Überhitzers ansteigt. Dies führt dazu, dass kurzfristig in Wärmeübertragungsflächen des Überhitzers gespeicherte Wärmeenergie auf den Fluiddampf übertragen werden kann, wodurch im Ergebnis die Leistung des Kraftwerks kurzfristig anhebbar ist. Um den Effekt nachhaltig zu gestalten, wird zudem die Zufuhr des Brennstoffs erhöht, sodass langfristig ein erhöhter Dampfstrom und mithin eine erhöhte elektrische Leistung des Generators sichergestellt werden können. Steam generator to inject water into the fluid vapor already generated. This means that an additional steam flow is provided at short notice, since the injected water evaporates immediately upon contact with the fluid steam and in this way generates said additional steam flow. At the same time, the injection of the water causes the temperature of the fluid vapor to drop, as a result of which a temperature difference between the fluid vapor and a superheater surface of the superheater increases. This means that heat energy stored in heat transfer surfaces of the superheater can be transferred to the fluid vapor for a short time, as a result of which the power of the power plant can be raised for a short time. In order to make the effect sustainable, the supply of fuel is also increased, so that an increased steam flow and thus an increased electrical output of the generator can be ensured in the long term.
[07] Das bekannte Kraftwerk ist insoweit als nachteilig anzusehen, als es vergleichsweise aufwendig und komplex gebaut ist. Aufgabe The known power plant is to be regarded as disadvantageous in that it is comparatively complex and complex. task
[08] Der vorliegenden Anmeldung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein Kraftwerk bereitzustellen, dessen Aufbau gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht ist. The present application is therefore based on the object of providing a power plant, the construction of which is simplified compared to the prior art.
Lösung solution
[09] Die zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Kraftwerks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9. The underlying object is achieved according to the invention by means of a power plant with the features of claim 1. Advantageous refinements result from subclaims 2 to 9.
[10] Das erfindungsgemäße Kraftwerk umfasst eine Einspritzeinrichtung, die eine Einspritzkammer sowie eine mit der Einspritzkammer verbundene Einspritzleitung aufweist. Die Einspritzkammer ist strömungstechnisch mit der Dampfleitung verbunden, sodass der Fluiddampf der Einspritzkammer zuleitbar ist. Die Einspritzleitung dient dazu, der [10] The power plant according to the invention comprises an injection device which has an injection chamber and an injection line connected to the injection chamber. The injection chamber is fluidly connected to the steam line, so that the fluid vapor can be fed to the injection chamber. The injection line serves the
Einspritzkammer ein Einspritzfluid zuzuleiten, sodass letzteres in den der Einspritzkammer gleichermaßen zugeleiteten Fluiddampf einspritzbar ist. Die Einspritzkammer ist wiederum strömungstechnisch mit dem Rotor verbunden, sodass ein infolge der Einspritzung des Einspritzfluids in den Fluiddampf erzeugtes Dampf-Fluid-Gemisch dem Rotor zuleitbar ist. Insbesondere ist eine Zuleitung von Fluiddampf zu dem Rotor ausschließlich durch die Einspritzkammer hindurch möglich. Die Einspritzkammer kann insbesondere stromabwärts des Dampferzeugers sowie stromaufwärts des Rotors angeordnet sein. Insbesondere kann die Einspritzkammer dem Dampferzeuger und insbesondere - in Strömungsrichtung des Fluids bzw. des Fluiddampfs betrachtet - nach einem (letzten) Verdampfer oder einem (letzten) Überhitzer des (letzten) Dampferzeugers angeordnet sein. To supply an injection fluid to the injection chamber, so that the latter can be injected into the fluid vapor that is likewise supplied to the injection chamber. The injection chamber is in turn fluidically connected to the rotor, so that a vapor-fluid mixture generated as a result of the injection of the injection fluid into the fluid vapor can be fed to the rotor. In particular, a supply of fluid vapor to the rotor is only possible through the injection chamber. The injection chamber can in particular be arranged downstream of the steam generator and upstream of the rotor. In particular, the injection chamber can be arranged downstream of a (last) evaporator or a (last) superheater of the (last) steam generator, the steam generator and in particular — viewed in the direction of flow of the fluid or the fluid vapor.
[1 1 ] Vorzugsweise befindet sich die Einspritzkammer strömungstechnisch unmittelbar vor dem Rotor. Hierbei kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn eine Leitungslänge zwischen Einspritzkammer und dem Rotor maximal 1 ,0 m, vorzugsweise maximal 0,8 m, weiter vorzugsweise 0,5 m, beträgt. [1 1] In terms of flow, the injection chamber is preferably located directly in front of the rotor. It can be particularly advantageous here if a line length between the injection chamber and the rotor is at most 1.0 m, preferably at most 0.8 m, further preferably 0.5 m.
[12] Das erfindungsgemäße Kraftwerk hat viele Vorteile. Insbesondere ist es dazu geeignet, die Einspritzung eines Einspritzfluids nicht lediglich zur kurzfristigen Steigerung einer Leistung des Kraftwerks, sondern dauerhaft vorzunehmen und auf diese Weise die Leistung des Kraftwerks dauerhaft zu erhöhen. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass mittels der Einspritzung des Einspritzfluids in den Fluiddampf zum einen das The power plant according to the invention has many advantages. In particular, it is suitable to carry out the injection of an injection fluid not only to increase the power of the power plant for a short time, but also permanently and in this way to increase the power of the power plant permanently. This is based on the consideration that by means of the injection of the injection fluid into the fluid vapor, on the one hand
Gesamtvolumen des Fluiddampfs erhöhbar ist, da das Einspritzfluid bei Kontakt mit dem (heißen) Fluiddampf schlagartig verdampft. Insbesondere kann der Fluiddampf eine Total volume of the fluid vapor can be increased, since the injection fluid evaporates abruptly upon contact with the (hot) fluid vapor. In particular, the fluid vapor can be a
Temperatur von bis zu 600°C, vorzugsweise 500°C bis 550°C, aufweisen. Das Einspritzfluid kann insbesondere eine Temperatur von bis zu 90°C aufweisen. Zum anderen wird der Fluiddampf mit Wasser angereichert, das nicht direkt verdampft. Hierdurch wird im Ergebnis ein Dampf-Fluid-Gemisch erzeugt, das auch als„Direkt-Nass-Stattdampf“ bezeichnet werden kann. Dieses Dampf-Fluid-Gemisch wird mit einem großen Massenstrom, der insbesondere durch das Einspritzfluid bedingt ist, sowie mit einem relativ niedrigen Druck dem Rotor zugeleitet. Der Druck kann insbesondere im Bereich bis maximal 10 bar liegen, sodass auf einen Kesselwärter verzichtet werden kann („Niederdruckbereich“). Auch ist ein Druckkessel zur Speicherung und regulierten Abgabe des unter Druck stehenden Fluiddampfs Have temperature of up to 600 ° C, preferably 500 ° C to 550 ° C. The injection fluid can in particular have a temperature of up to 90 ° C. On the other hand, the fluid vapor is enriched with water, which does not evaporate directly. As a result, a steam-fluid mixture is created, which can also be referred to as “direct wet instead steam”. This vapor-fluid mixture is fed to the rotor with a large mass flow, which is caused in particular by the injection fluid, and with a relatively low pressure. The pressure can be in the range up to a maximum of 10 bar, so that there is no need for a boiler attendant ("low pressure range"). There is also a pressure vessel for the storage and regulated delivery of the pressurized fluid vapor
entbehrlich, wodurch der Aufbau des erfindungsgemäßen Kraftwerks deutlich vereinfachbar ist. dispensable, whereby the structure of the power plant according to the invention can be significantly simplified.
[13] Folglich ist ein solches Kraftwerk besonders vorteilhaft, das stromabwärts des Dampferzeugers sowie stromaufwärts des Rotors frei von Druckspeichern ausgebildet ist, insbesondere ohne Druckkessel. Stattdessen wird der erzeugte Fluiddampf unmittelbar, das heißt ohne vorherige Zwischenspeicherung beispielsweise mittels eines Druckkessels, der Einspritzeinrichtung zugeleitet bzw. das Dampf-Fluid-Gemisch unmittelbar, das heißt ohne vorherige Zwischenspeicherung, in dem Rotor energetisch verwertet. Mittels des Rotors ist die in dem Dampf-Fluid-Gemisch gespeicherte Energie schließlich in Rotationsenergie und mittels des mit der Rotorwelle gekoppelten Generators in elektrische Energie umwandelbar. Consequently, such a power plant is particularly advantageous, which is formed downstream of the steam generator and upstream of the rotor free of pressure accumulators, in particular without a pressure boiler. Instead, the generated fluid vapor is fed directly to the injection device, that is to say without prior intermediate storage, for example by means of a pressure vessel, or the steam-fluid mixture is used energetically in the rotor directly, that is to say without prior intermediate storage. The energy stored in the vapor-fluid mixture can finally be converted into rotational energy by means of the rotor and into electrical energy by means of the generator coupled to the rotor shaft.
[14] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftwerks ist darin zu sehen, dass es neben dem Niederdruckbereich (< 10 bar) auch im Mitteldruckbereich (10 bar bis 20 bar) und im Hochdruckbereich (> 20 bar) betrieben werden kann. Zudem ist die Ausgangsleistung des Kraftwerks besonders gut regulier- und damit fortwährend veränderbar. Dies ist Another advantage of the power plant according to the invention can be seen in the fact that, in addition to the low pressure range (<10 bar), it can also be operated in the medium pressure range (10 bar to 20 bar) and in the high pressure range (> 20 bar). In addition, the output power of the power plant is particularly easy to regulate and therefore continuously changeable. This is
insbesondere für eine direkte Verwertung des erzeugten elektrischen Stroms von Interesse, da die Stromerzeugung flexibel dem Strombedarf angepasst werden kann. of particular interest for a direct utilization of the generated electric power, since the power generation can be flexibly adapted to the power requirement.
[15] Hierbei ist es besonders von Vorteil, wenn der Generator von einem It is particularly advantageous here if the generator is operated by one
Gleichstromgenerator gebildet ist, der wahlweise mit einem nachgeschalteten Wechselrichter zusammenwirkt. Eine Übersetzung von der Rotorwelle auf eine Generatorwelle des DC generator is formed, which optionally interacts with a downstream inverter. A translation from the rotor shaft to a generator shaft of the
Generators erfolgt vorzugsweise mittels eines Getriebes mit einem festen Generator is preferably carried out by means of a gear with a fixed
Übersetzungsverhältnis, das wiederum vorzugsweise 1 :4 beträgt. Gear ratio, which in turn is preferably 1: 4.
[16] Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn eine Steuerung des Kraftwerks zumindest teilweise von einer Steuerung gebildet ist, die auf Basis selbstlernender Algorithmen arbeitet („Neuronalsteuerung“). Eine solche Neuronalsteuerung ist besonders gut geeignet, in Abhängigkeit eines sich ändernden Bedarfs der Ausgangsleistung des Kraftwerks zielgerichtet einen Volumenstrom des Einspritzwassers und des jeweiligen Primärbrennstoffs zu regeln. [16] Furthermore, it is preferable if a control of the power plant is at least partially formed by a control that works on the basis of self-learning algorithms (“neuronal control”). Such a neural control is particularly well suited, depending on a changing demand for the output power of the power plant to regulate the volume flow of the injection water and the respective primary fuel.
[17] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftwerks ist die Einspritzleitung mit dem Fluidspeicher verbunden. Mithin ist das Einspritzfluid vorzugsweise von demselben Fluid gebildet, das dem Dampferzeuger zwecks Erzeugung des Fluiddampfs zugeleitet wird. Bei dieser Ausgestaltung ist die gesonderte Vorhaltung eines Einspritzfluids verzichtbar. [17] In an advantageous embodiment of the power plant according to the invention, the injection line is connected to the fluid reservoir. The injection fluid is therefore preferably formed from the same fluid that is supplied to the steam generator for the purpose of generating the fluid vapor. In this embodiment, the separate provision of an injection fluid is not necessary.
[18] Eine Pumpe, mittels der das Einspritzfluid in die Einspritzkammer gepumpt wird, ist vorzugsweise von einer Kolbenpumpe gebildet. Mittels dieser ist insbesondere die A pump, by means of which the injection fluid is pumped into the injection chamber, is preferably formed by a piston pump. By means of this, in particular
Erzeugung eines hohen Einspritzdrucks möglich, der im Sinne einer feinen Zerstäubung des Einspritzfluids im Zuge seiner Einspritzung in die Einspritzkammer vorteilhaft sein kann. Generation of a high injection pressure is possible, which can be advantageous in the sense of fine atomization of the injection fluid in the course of its injection into the injection chamber.
[19] Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn die Einspritzeinrichtung mindestens eine Einspritzdüse umfasst, mittels der das Einspritzfluid in die Einspritzkammer einspritzbar ist. Eine solche Einspritzdüse kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass das Einspritzfluid in feine Partikel zerstäubt wird, wodurch die Reaktion mit dem Fluiddampf, der der [19] It may furthermore be advantageous if the injection device comprises at least one injection nozzle, by means of which the injection fluid can be injected into the injection chamber. Such an injection nozzle can in particular be designed such that the injection fluid is atomized into fine particles, as a result of which the reaction with the fluid vapor which the
Einspritzkammer ausgehend von dem Dampferzeuger zuleitbar ist, besonders zügig erfolgen kann. Insbesondere kann die Übertragung thermischer Energie von dem Fluiddampf auf die einzelnen feinen Partikel des eingespritzten Einspritzfluids besonders zügig erfolgen, da die Gesamtoberfläche des Einspritzfluids im Zuge der Zerstäubung mittels der Einspritzdüse drastisch vergrößert wird. Die Reaktion infolge der Einspritzung des Einspritzfluids in den Fluiddampf, das heißt insbesondere die schlagartige Vergrößerung des Volumens des Fluiddampfs, ist infolge der Verwendung einer Einspritzdüse besonders ausgeprägt. Injection chamber can be fed from the steam generator, can be done particularly quickly. In particular, the transfer of thermal energy from the fluid vapor to the individual fine particles of the injected injection fluid can take place particularly quickly, since the total surface area of the injection fluid is increased drastically in the course of atomization by means of the injection nozzle. The reaction due to the injection of the injection fluid into the fluid vapor, that is to say in particular the sudden increase in the volume of the fluid vapor, is particularly pronounced as a result of the use of an injection nozzle.
[20] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftwerks umfasst der Rotor ein Gehäuse mit mindestens, vorzugsweise genau, zwei bezogen auf eine Rotorachse des Rotors spiegelsymmetrisch angeordneten Düsen. Diese Düsen sind unter Ausbildung eines Hebelarms bezogen auf die Rotorachse an dem Gehäuse angeordnet, wobei Abstrahlrichtungen der Düsen im gleichen Drehsinn um die Rotorachse ausgerichtet sind. Bei Verwendung eines solchen Rotors wird zwecks Antriebs des Rotors auf das Rückstoßprinzip zurückgegriffen, wobei das Dampf-Fluid-Gemisch ausgehend von der Einspritzkammer dem Rotor bzw. einen Innenraum eines Gehäuses des Rotors zugeführt wird und sodann durch die Düsen hindurch unter dem Druck des Dampf-Fluid-Gemischs aus dem Rotor ausgestoßen wird. Die Düsen sind dabei derart ausgerichtet, dass sie unter dem jeweiligen Hebelarm relativ zu der Rotorachse ein in dieselbe Drehrichtung des Rotors gerichtetes Drehmoment erzeugen. Da für den Antrieb des in der beschriebenen Weise ausgeführten Rotors der Impuls des aus den Düsen ausgestoßenen Dampf-Fluid-Gemischs ausschlaggebend ist, ist ein derartiger Rotor in Verbindung mit ebendiesem Dampf-Fluid- Gemisch besonders vorteilhaft. Wie bereits vorstehend dargelegt, vereint besagtes Dampf- Fluid-Gemisch sowohl einen hohen Druck als auch eine durch das Einspritzfluid bedingt vergleichsweise hohe Masse. Der hohe Druck führt dazu, dass das Dampf-Fluid-Gemisch mit einer hohen Geschwindigkeit aus den Düsen des Rotors abgestrahlt wird, sodass sich im Ergebnis ein hoher Impuls einstellt, infolgedessen der Rotor um die Rotorachse angetrieben wird. [20] In a particularly advantageous embodiment of the power plant according to the invention, the rotor comprises a housing with at least, preferably exactly, two nozzles arranged in mirror symmetry with respect to a rotor axis of the rotor. These nozzles are arranged on the housing with the formation of a lever arm with respect to the rotor axis, the radiation directions of the nozzles being aligned in the same direction of rotation about the rotor axis. When such a rotor is used, the recoil principle is used to drive the rotor, the steam-fluid mixture being fed from the injection chamber to the rotor or an interior of a housing of the rotor and then through the nozzles under the pressure of the steam. Fluid mixture is expelled from the rotor. The nozzles are aligned such that they generate a torque directed in the same direction of rotation of the rotor under the respective lever arm relative to the rotor axis. As for driving the in the manner described rotor, the momentum of the vapor-fluid mixture ejected from the nozzles is decisive, such a rotor is particularly advantageous in connection with this same vapor-fluid mixture. As already explained above, said vapor-fluid mixture combines both a high pressure and a comparatively high mass caused by the injection fluid. The high pressure leads to the fact that the vapor-fluid mixture is emitted from the nozzles of the rotor at a high speed, so that a high pulse results as a result, as a result of which the rotor is driven about the rotor axis.
[21 ] Vorzugsweise ist der Rotor derart ausgebildet, dass die Düsen jeweils mittels mindestens eines Strömungskanals strömungstechnisch mit einer Zuleitöffnung verbunden sind, durch die hindurch dem Rotor das Dampf-Fluid-Gemisch zuleitbar ist. Ein solcher Strömungskanal ist vorzugsweise gekrümmt ausgebildet, sodass dem durch den jeweiligen Strömungskanal strömenden Dampf-Fluid-Gemisch ein gewisser Widerstand [21] The rotor is preferably designed such that the nozzles are each connected in terms of flow by means of at least one flow channel to a feed opening through which the steam-fluid mixture can be fed to the rotor. Such a flow channel is preferably curved, so that the steam-fluid mixture flowing through the respective flow channel has a certain resistance
entgegengesetzt wird, der einen zusätzlichen Aufbau von Druck in dem Dampf-Fluid- Gemisch bewirkt. Die Zuleitöffnung kann insbesondere unmittelbar mit der Einspritzkammer verbunden sein, sodass das in der Einspritzkammer erzeugte Dampf-Fluid-Gemisch ausgehend von der Einspritzkammer unmittelbar dem Rotor zuleitbar ist. Insbesondere kann die Zuleitöffnung in einen Innenraum des Gehäuses des Rotors führen, von dem ausgehend das Dampf-Fluid-Gemisch durch die Düsen hindurch aus dem Rotor abstoßbar ist. is opposed, which causes an additional build-up of pressure in the vapor-fluid mixture. The feed opening can in particular be connected directly to the injection chamber, so that the vapor-fluid mixture generated in the injection chamber can be fed directly to the rotor starting from the injection chamber. In particular, the feed opening can lead into an interior of the housing of the rotor, from which the vapor-fluid mixture can be repelled from the rotor through the nozzles.
[22] In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftwerks ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet, die strömungstechnisch mit der Einspritzkammer verbunden ist. Im Bereich des Rotors ist die Rotorwelle vorzugsweise mittels einer radialen Zuleitöffnung mit dem Gehäuse bzw. einem Innenraum des Gehäuses des Rotors verbunden, sodass das der Rotorwelle zugeleitete Dampf-Fluid-Gemisch ausgehend von der Rotorwelle in radiale Richtung in das Gehäuse des Rotors überströmen kann. Diese [22] In a further advantageous embodiment of the power plant according to the invention, the rotor shaft is designed as a hollow shaft, which is fluidly connected to the injection chamber. In the area of the rotor, the rotor shaft is preferably connected to the housing or an interior of the housing of the rotor by means of a radial feed opening, so that the steam-fluid mixture supplied to the rotor shaft can flow from the rotor shaft in the radial direction into the housing of the rotor. This
Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Dampf-Fluid-Gemisch der Zuleitöffnung unabhängig von der Rotation des Rotors um die Rotorachse zuleitbar ist. Vor allem ist eine Position der Rotorwelle, insbesondere ein innerer Hohlraum der als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle, unabhängig von einer Drehstellung des Rotors bezogen auf dessen Rotorachse. Die An embodiment has the advantage that the vapor-fluid mixture can be fed to the feed opening independently of the rotation of the rotor about the rotor axis. Above all, a position of the rotor shaft, in particular an inner cavity of the rotor shaft designed as a hollow shaft, is independent of a rotational position of the rotor in relation to its rotor axis. The
Zuleitung des Dampf-Fluid-Gemischs durch eine solche hohl ausgebildete Rotorwelle ist mithin besonders einfach möglich. Feeding the steam-fluid mixture through such a hollow rotor shaft is therefore particularly simple.
[23] Das erfindungsgemäße Kraftwerk weiter ausgestaltend ist der Rotor innerhalb einer Einhausung angeordnet, wobei infolge Abkühlung des aus dem Rotor abgestoßenen Dampf- Fluid-Gemischs entstehendes Kondensat in der Einhausung haltbar und vorzugsweise ausgehend von der Einhausung dem Fluidspeicher zuführbar ist. Die Einhausung stellt mithin sicher, dass das aus dem Rotor austretende Fluid, sei es in seinem flüssigen oder in seinem dampfförmigen Aggregatzustand,„eingefangen“ wird, sodass es insbesondere wiederverwendbar, das heißt rezirkulierbar, ist. Die Einhausung umgibt den Rotor zumindest im Wesentlichen in dampfdichter Weise, sodass der Fluiddampf nach seiner energetischen Verwertung mittels des Rotors nicht aus der Einhausung entweichen kann. Entsprechend wird sich der Fluiddampf schließlich als Kondensat an Wandungen der Einhausung niederschlagen und sodann in flüssiger Form weiter verwendbar sein. Auf diese Weise kann das Kraftwerk insbesondere in Form eines in sich geschlossenen Systems verwendet werden, das einen Fluidkreislauf umfasst, aus dem zumindest in einem The power plant according to the invention, the rotor is arranged within an enclosure, the condensate formed as a result of cooling of the vapor-fluid mixture expelled from the rotor being stable in the enclosure and preferably being able to be supplied to the fluid reservoir starting from the enclosure. The enclosure provides consequently it is certain that the fluid emerging from the rotor, whether in its liquid or in its vaporous state, is “captured”, so that it is particularly reusable, that is to say recirculable. The housing surrounds the rotor at least substantially in a vapor-tight manner, so that the fluid vapor cannot escape from the housing after it has been used for energy purposes by means of the rotor. Accordingly, the fluid vapor will eventually condense on the walls of the housing and will then be usable in liquid form. In this way, the power plant can be used in particular in the form of a self-contained system which comprises a fluid circuit from which at least one
bestimmungsgemäßen Betrieb keine nennenswerten Mengen des Fluids entweichen. Intended use, no significant quantities of the fluid escape.
[24] Bei Verwendung einer derartigen Einhausung kann es entsprechend von Vorteil sein, wenn ein System des Kraftwerks, das den Fluidspeicher, die Fluidleitung, den [24] When using such an enclosure, it can be advantageous if a system of the power plant, which comprises the fluid reservoir, the fluid line, the
Dampferzeuger, die Dampfleitung, die Einspritzeinrichtung und den in der Einhausung angeordneten Rotor umfasst, als in sich geschlossener Fluidkreislauf ausgebildet ist. Steam generator, the steam line, the injection device and the rotor arranged in the housing, is designed as a self-contained fluid circuit.
Insbesondere kann die Einhausung zumindest mittelbar, vorzugsweise unmittelbar, mit dem Fluidspeicher strömungstechnisch verbunden sein, sodass in der Einhausung eingefangenes Fluid in den Fluidspeicher rezirkulierbar und ausgehend von dort entweder dem In particular, the housing can be at least indirectly, preferably directly, fluidically connected to the fluid reservoir, so that fluid trapped in the housing can be recirculated into the fluid reservoir and from there either the
Dampferzeuger oder in Form eines Einspritzfluids der Einspritzkammer zuleitbar ist. Bei dieser Ausgestaltung umfasst das Kraftwerk lediglich einen zentralen Fluidspeicher, von dem der Fluidkreislauf ausgeht und an dem der Fluidkreislauf endet. Vorteilhafterweise ist der Rotor oberhalb des Fluidspeichers angeordnet, sodass in der Einhausung des Rotors aufgefangenes Fluid, dass sich infolge der wirkenden Schwerkraft an einem Boden der Einhausung sammelt, durch einen in dem Boden angeordneten Übertrittsquerschnitt unmittelbar in den Fluidspeicher leitbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der Fluidspeicher gemeinsam mit der Einhausung des Rotors als ein zusammenhängendes Bauwerk ausgebildet sein. Steam generator or in the form of an injection fluid can be fed to the injection chamber. In this embodiment, the power plant only comprises a central fluid store, from which the fluid circuit starts and at which the fluid circuit ends. The rotor is advantageously arranged above the fluid store, so that fluid collected in the housing of the rotor, which collects on the bottom of the housing due to the force of gravity, can be conducted directly into the fluid store through a transition cross section arranged in the bottom. In this embodiment, the fluid reservoir can be designed as a coherent structure together with the housing of the rotor.
[25] In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die zugrunde liegende Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 1 1 bis 16. In procedural terms, the underlying object is achieved by means of a method having the features of claim 10. Advantageous refinements result from subclaims 11 to 16.
[26] Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddampf stromabwärts des Dampferzeugers sowie stromaufwärts des Rotors einer The method according to the invention is characterized in that the fluid vapor is one downstream of the steam generator and one upstream of the rotor
Einspritzeinrichtung zugeleitet wird. Diese umfasst eine Einspritzkammer und eine Injection device is supplied. This includes an injection chamber and one
Einspritzleitung, wobei der Fluiddampf im Zuge seiner Zuleitung zu der Einspritzeinrichtung in die Einspritzkammer eingeleitet wird. Mittels der Einspritzleitung wird zyklisch oder durchgehend ein flüssiges Einspritzfluid in die Einspritzkammer eingebracht und im Zuge dessen in den in der Einspritzkammer befindlichen Fluiddampf eingespritzt. Auf diese Weise wird ein Dampf-Fluid-Gemisch erzeugt. Dieses Dampf-Fluid-Gemisch wird sodann dem Rotor zugeleitet. Dabei erfolgt die Einspritzung des Einspritzfluids vorzugsweise Injection line, the fluid vapor being introduced into the injection chamber in the course of its supply to the injection device. By means of the injection line, a liquid injection fluid is introduced cyclically or continuously into the injection chamber and in the course its injected into the fluid vapor located in the injection chamber. A vapor-fluid mixture is generated in this way. This vapor-fluid mixture is then fed to the rotor. The injection fluid is preferably injected
stromabwärts eines (letzten) Verdampfers oder eines (letzten) Überhitzers. Alternativ oder zusätzlich wird die Einspritzung vorzugsweise unmittelbar vor dem Rotor vorgenommen. Hierbei ist es insbesondere denkbar, dass das infolge der Einspritzung erzeugte Dampf- Fluid-Gemisch („Direkt-Nass-Sattdampf) über eine Leitungsstrecke von maximal 1 ,0 m, vorzugsweise maximal 0,8 m, weiter vorzugsweise maximal 0,5 m, zugeleitet wird. downstream of a (last) evaporator or a (last) superheater. Alternatively or additionally, the injection is preferably carried out directly in front of the rotor. It is particularly conceivable here that the steam-fluid mixture (“direct-wet saturated steam) generated as a result of the injection over a line section of at most 1.0 m, preferably at most 0.8 m, further preferably at most 0.5 m, is forwarded.
[27] Das erfindungsgemäße Verfahren ist mittels des erfindungsgemäßen Kraftwerks besonders einfach durchführbar. Die sich ergebenden Vorteile sind vorstehend bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftwerk dargelegt. Insbesondere wird mittels der Einspritzung des Einspritzfluids in den von dem Dampferzeuger stammenden Fluiddampf eine schlagartige Vergrößerung des Dampfvolumens herbeigeführt, da das Einspritzfluid in weiten Teilen verdampft wird. Zusätzlich wird der Fluiddampf mit der zusätzlichen Masse des Einspritzfluids angereichert. Im Ergebnis liegt sodann ein Dampf-Fluid-Gemisch vor, das einen vergleichsweise niedrigen Druck sowie eine große Masse aufweist. Ein solches Dampf-Fluid-Gemisch ist insbesondere mittels eines nach dem Rückstoßprinzip wirkenden Rotors besonders gut energetisch verwertbar. The method according to the invention is particularly simple to carry out by means of the power plant according to the invention. The resulting advantages have already been set out above in connection with the power plant according to the invention. In particular, by means of the injection of the injection fluid into the fluid vapor originating from the steam generator, an abrupt increase in the vapor volume is brought about, since the injection fluid is largely evaporated. In addition, the fluid vapor is enriched with the additional mass of the injection fluid. The result is a vapor-fluid mixture which has a comparatively low pressure and a large mass. Such a vapor-fluid mixture can be used particularly well in terms of energy, in particular by means of a rotor acting on the recoil principle.
[28] In besonders vorteilhafter Weise kann das Verfahren im Niederdruckbereich durchgeführt werden, wobei der Druck diesseits der Einspritzkammer, das heißt [28] In a particularly advantageous manner, the method can be carried out in the low-pressure range, the pressure on this side of the injection chamber, that is to say
insbesondere im Bereich des Dampferzeugers, maximal 10 bar beträgt. Bei dieser especially in the area of the steam generator, is a maximum of 10 bar. At this
Ausgestaltung kann ist ein besonders geringes Betriebsrisiko vorhanden, sodass auf die ansonsten nötigen Sicherheitsanforderungen, die für Kraftwerke, die im Mittel- und Design can be a particularly low operational risk, so that the otherwise necessary safety requirements for power plants in the middle and
Hochdruckbereich arbeiten, erforderlich sind, entfallen können. High pressure area work, are required, can be omitted.
[29] Vorteilhafterweise wird das Einspritzfluid aus dem Fluidspeicher entnommen, aus dem auch das dem Dampferzeuger zugeleitete Fluid entnommen wird. Mithin wird für den Betrieb des Kraftwerks vorzugsweise lediglich ein einziges Fluid verwendet, das mittels eines einzigen Fluidspeichers vorgehalten werden kann. Besagtes Fluid kann insbesondere von Wasser gebildet sein. [29] The injection fluid is advantageously removed from the fluid reservoir, from which the fluid fed to the steam generator is also removed. Consequently, only a single fluid, which can be kept in stock by means of a single fluid reservoir, is preferably used for the operation of the power plant. Said fluid can in particular be formed by water.
[30] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fluiddampf ausgehend von dem Dampferzeuger unmittelbar der [30] In a particularly advantageous embodiment of the method according to the invention, the fluid vapor starting from the steam generator becomes the
Einspritzeinrichtung zugeleitet. Hierbei wird insbesondere auf eine Zwischenspeicherung des Fluiddampfs, insbesondere mittels eines Druckkessels, verzichtet. Auf diese Weise ist der Aufbau des Kraftwerks einfach gehalten, da auf einen Druckkessel sowie auf eine, für eine Verwendung eines solchen erforderliche Steuerung verzichtet wird. Diese vereinfachte Ausgestaltung ist insbesondere möglich, wenn das Kraftwerk in vorteilhafter Weise mit einem geringen Druck des Fluiddampfs betrieben wird, wobei der Druck des Fluiddampfs bei Verlassen des Dampferzeugers vorteilhafterweise unterhalb von 10 bar liegt. An dem Rotor liegt unabhängig davon vorzugsweise ein Druck im Bereich zwischen 3,5 bar und 4,5 bar vor. Injection device supplied. In this case, intermediate storage of the fluid vapor, in particular by means of a pressure vessel, is dispensed with. In this way, the structure of the power plant is kept simple, since on a pressure boiler and on one for one Use of such a necessary control is dispensed with. This simplified embodiment is possible in particular if the power plant is advantageously operated at a low pressure of the fluid vapor, the pressure of the fluid vapor advantageously being below 10 bar when the steam generator leaves the power plant. Regardless of this, the rotor preferably has a pressure in the range between 3.5 bar and 4.5 bar.
[31 ] Im Übrigen ist ein solches Verfahren von besonderem Vorteil, bei dem an oder in dem Rotor kondensiertes Fluid des Dampf-Fluid-Gemischs aufgefangen und schließlich dem Fluidspeicher zugeleitet wird. Auf diese Weise kann das verwendete Fluid insgesamt, das heißt vorzugsweise sowohl das dem Dampferzeuger zugeleitete Fluid als auch das zur Einspritzung verwendete Einspritzfluid, die aus demselben Fluidspeicher stammen, rezirkuliert werden, sodass insbesondere ein in sich geschlossenes System betreffend einen Fluidkreislauf hergestellt werden kann. Moreover, such a method is particularly advantageous, in which fluid of the vapor-fluid mixture condensed on or in the rotor is collected and finally fed to the fluid reservoir. In this way, the fluid used as a whole, that is to say preferably both the fluid fed to the steam generator and the injection fluid used for injection, which originate from the same fluid reservoir, can be recirculated, so that in particular a self-contained system relating to a fluid circuit can be produced.
[32] Hinsichtlich der Umwandlung der in dem Dampf-Fluid-Gemisch gespeicherten Energie in Rotationsenergie des Rotors und schließlich mittels Übertragung auf den With regard to the conversion of the energy stored in the vapor-fluid mixture into rotational energy of the rotor and finally by means of transfer to the
Generator in elektrische Energie kann es besonders vorteilhaft sein, das Dampf-Fluid- Gemisch durch die Rotorwelle sowie eine der Rotorwelle zugeordnete Zuleitöffnung hindurch in ein Gehäuse des Rotors einzuleiten. Die Zuleitung des Dampf-Fluid-Gemischs durch die Rotorwelle ist besonders einfach möglich, da die Rotorwelle im Zuge der Rotation des Rotors um die Rotorachse ortsfest angeordnet ist, sodass ein Anschluss der Einspritzeinrichtung an die Rotorwelle unabhängig von einer Rotation des Rotors um die Rotorachse möglich ist. Die Zuleitöffnung kann insbesondere in Form einer radialen Ausnehmung in einem Mantel der Rotorwelle ausgebildet sein, durch die hindurch das Dampf-Fluid-Gemisch ausgehend von der Rotorwelle in radiale Richtung in einen Innenraum des Gehäuses des Rotors Generator in electrical energy, it can be particularly advantageous to introduce the steam-fluid mixture through the rotor shaft and through a feed opening assigned to the rotor shaft into a housing of the rotor. The supply of the steam-fluid mixture through the rotor shaft is possible in a particularly simple manner, since the rotor shaft is arranged to be stationary in the course of the rotation of the rotor about the rotor axis, so that the injection device can be connected to the rotor shaft independently of a rotation of the rotor around the rotor axis is. The feed opening can in particular be designed in the form of a radial recess in a jacket of the rotor shaft, through which the vapor-fluid mixture, starting from the rotor shaft, radially into an interior of the housing of the rotor
überströmen kann. Ausgehend von der Zuleitöffnung wird das Dampf-Fluid-Gemisch vorzugsweise mindestens zwei Düsen zugeleitet, die bezogen auf die Rotorachse can overflow. Starting from the feed opening, the steam-fluid mixture is preferably fed in at least two nozzles, which are based on the rotor axis
spiegelsymmetrisch an dem Gehäuse des Rotors angeordnet sind. Die Düsen sind dazu geeignet, das Dampf-Fluid-Gemisch aus dem Rotor herauszuführen, wobei das Dampf-Fluid- Gemisch vorzugsweise gemäß dem Rückstoßprinzip abgestoßen wird. Ein hierdurch auf das Gehäuse bzw. den Rotor ausgeübter Impuls treibt schließlich die Rotation des Rotors um die Rotorachse an, da die Düsen unter Ausbildung eines Hebelarms relativ zu der Rotorachse angeordnet sind. Die Abstrahlrichtungen der Düsen sind dabei derart ausgerichtet, dass sie in gleiche Drehrichtung bezogen auf die Rotorachse wirken. Grundsätzlich ist die Anordnung einer geraden Anzahl gleichmäßig verteilter Düsen an dem Rotor vorteilhaft, um eine Unwucht zu vermeiden. [33] Hinsichtlich der Führung des Dampf-Fluid-Gemischs innerhalb des Gehäuses des Rotors ist es von besonderem Vorteil, wenn das Dampf-Fluid-Gemisch im Zuge seiner Strömung von der Zuleitöffnung einer jeweiligen Düse umgelenkt wird. Auf diese Weise wird einer Strömung des Dampf-Fluid-Gemischs ein erhöhter Reibungswiderstand innerhalb eines jeweiligen Strömungskanals in dem Gehäuse des Rotors entgegengesetzt, wodurch das Dampf-Fluid-Gemisch gestaut und mithin dessen Druck kurz vor der Abstoßung aus dem Rotor erhöht wird. are arranged mirror-symmetrically on the housing of the rotor. The nozzles are suitable for leading the vapor-fluid mixture out of the rotor, the vapor-fluid mixture preferably being repelled according to the recoil principle. An impulse thus exerted on the housing or the rotor finally drives the rotation of the rotor about the rotor axis, since the nozzles are arranged relative to the rotor axis with the formation of a lever arm. The directions of radiation of the nozzles are oriented such that they act in the same direction of rotation with respect to the rotor axis. Basically, the arrangement of an even number of uniformly distributed nozzles on the rotor is advantageous in order to avoid imbalance. With regard to the guidance of the steam-fluid mixture within the housing of the rotor, it is particularly advantageous if the steam-fluid mixture is deflected by the feed opening of a respective nozzle in the course of its flow. In this way, a flow of the steam-fluid mixture is countered by an increased frictional resistance within a respective flow channel in the housing of the rotor, as a result of which the steam-fluid mixture is jammed and, consequently, its pressure is increased shortly before the rotor is repelled.
Ausführungsbeispiele embodiments
[34] Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt: [34] The invention is explained in more detail below on the basis of an exemplary embodiment which is illustrated in the figures. It shows:
Fig. 1 : Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftwerks, 1: A schematic representation of a power plant according to the invention,
Fig. 2: Ein Detail einer Einspritzkammer des Kraftwerks gemäß Figur 1 , 2: A detail of an injection chamber of the power plant according to Figure 1,
Fig. 3: Einen Querschnitt durch einen Rotor des Kraftwerks gemäß Figur 1 und 3: A cross section through a rotor of the power plant according to FIGS. 1 and
Fig. 4: Einen Querschnitt durch eine Rotorwelle des Kraftwerks gemäß Figur 1. 4: A cross section through a rotor shaft of the power plant according to FIG. 1.
[35] Ein Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 1 bis 4 gezeigt ist, umfasst ein erfindungsgemäßes Kraftwerk 1 , das einen Fluidspeicher 2, einen Dampferzeuger 3, einen Rotor 4 sowie einen Generator 5 umfasst. In dem Fluidspeicher 2 ist ein Fluid vorgehalten, das in dem gezeigten Beispiel sowohl zur Versorgung des Dampferzeugers 3 als auch zur Verwendung als Einspritzfluid 24 mittels einer Einspritzeinrichtung 9 zum Einsatz kommt. Zwecks Zuleitung eines Fluids 22 von dem Fluidspeicher 2 zu dem Dampferzeuger 3 sind der Fluidspeicher 2 und der Dampferzeuger 3 mittels einer Fluidleitung 6 miteinander verbunden. Der Dampferzeuger 3 umfasst insbesondere eine in den Figuren nicht explizit dargestellte Brennkammer, innerhalb derer ein Brennstoff, insbesondere in Form von aus nachwachsenden Rohstoffen gepresseten Pellets, verbrennbar ist. Hierdurch freigesetzte Wärmeenergie wird mittels einer gleichermaßen in den Figuren nicht dargestellten [35] An exemplary embodiment, which is shown in FIGS. 1 to 4, comprises a power plant 1 according to the invention, which comprises a fluid reservoir 2, a steam generator 3, a rotor 4 and a generator 5. A fluid is held in the fluid reservoir 2, which in the example shown is used both for supplying the steam generator 3 and for use as an injection fluid 24 by means of an injection device 9. For the purpose of supplying a fluid 22 from the fluid reservoir 2 to the steam generator 3, the fluid reservoir 2 and the steam generator 3 are connected to one another by means of a fluid line 6. The steam generator 3 comprises in particular a combustion chamber, not explicitly shown in the figures, within which a fuel, in particular in the form of pellets pressed from renewable raw materials, can be burned. Thermal energy released in this way is not shown in the figures either
Wärmetauschervorrichtung auf das Fluid 22 übertragen, sodass das Fluid 22 zu Fluiddampf 23 verdampft wird. Insbesondere ist es denkbar, dass das Fluid 22 einer in der Transfer heat exchange device to the fluid 22 so that the fluid 22 is evaporated to fluid vapor 23. In particular, it is conceivable that the fluid 22 one in the
Brennkammer angeordneten Wasserschlange zugeleitet wird, die sich spiralförmig innerhalb der Brennkammer nach oben erstreckt, wobei die Wasserschlange von heißen Abgasen der Verbrennung des jeweiligen Brennstoffs umströmt wird und auf diese Weise die im Zuge der Verbrennung freigewordene Wärmeenergie aufnimmt. Diese Wärmeenergie wird auf das innerhalb der Wasserschlange geführte Fluid 22 übertragen, sodass letzteres verdampft wird. Im Zuge der Erzeugung des Fluiddampfs 23 wird in dem gezeigten Beispiel über das zur Verdampfung des Fluids 22 notwendige Niveau hinaus Wärmeenergie in das Fluid 22 bzw. den Fluiddampf 23 eingebracht, sodass der Fluiddampf 23 überhitzt wird. In dem gezeigten Beispiel ist der Dampferzeuger 3 derart ausgelegt, dass der Fluiddampf 23 auf eine Temperatur von ca. 500°C überhitzbar ist. Gleichwohl der Dampferzeuger 3 auch derart betreibbar, dass Fluiddampf 23 mit einer Niedrigtemperatur erzeugt wird, die im Bereich von ca. 250°C liegt. Combustion chamber arranged water coil is fed, which extends spirally upward within the combustion chamber, the water coil being flowed around by hot exhaust gases from the combustion of the respective fuel and in this way absorbs the thermal energy released in the course of the combustion. This thermal energy is transferred to the fluid 22 carried within the water coil, so that the latter is evaporated. In the course of the generation of the fluid vapor 23, in the example shown, thermal energy is transferred into the fluid 22 beyond the level necessary for the vaporization of the fluid 22 or the fluid vapor 23 is introduced so that the fluid vapor 23 is overheated. In the example shown, the steam generator 3 is designed such that the fluid steam 23 can be overheated to a temperature of approximately 500 ° C. Nevertheless, the steam generator 3 can also be operated in such a way that fluid steam 23 is generated at a low temperature which is in the range of approximately 250 ° C.
[36] Ausgehend von dem Dampferzeuger 3 wird der Fluiddampf 23 mittels einer [36] Starting from the steam generator 3, the fluid steam 23 is by means of a
Dampfleitung 7 unmittelbar, das heißt insbesondere ohne Zwischenspeicherung Steam line 7 directly, that is to say in particular without intermediate storage
beispielsweise mittels eines Druckkessels, der Einspritzeinrichtung 9 zugeleitet. Letztere ist in dem gezeigten Beispiel unmittelbar vor dem Rotor 4 angeordnet, wobei eine for example by means of a pressure vessel, fed to the injection device 9. In the example shown, the latter is arranged directly in front of the rotor 4, with one
Leitungslänge einer Anschlussleitung 25, die die Einspritzeinrichtung 9 und den Rotor 4 miteinander verbindet, hier ca. 0,3 m beträgt. Vorzugsweise ist die Leitungsstrecke so kurz, dass ein infolge der Einspritzung eines Einspritzfluids 24 in den Fluiddampf 23 erzeugter Druck zumindest im Wesentlichen (zu mindestens 90 %), vorzugsweise vollständig, an dem Rotor 4 anliegt. Die Einspritzeinrichtung 9 ist in dem gezeigten Beispiel zudem insbesondere nach einem letzten Überhitzer des Dampferzeugers 3 angeordnet. Diese ist hier von der in dem Dampferzeuger 3 befindlichen Wasserschlange gebildet. The line length of a connecting line 25, which connects the injection device 9 and the rotor 4 to one another, here is approximately 0.3 m. The line section is preferably so short that a pressure generated as a result of the injection of an injection fluid 24 into the fluid vapor 23 is present at least substantially (at least 90%), preferably completely, on the rotor 4. In the example shown, the injection device 9 is also arranged, in particular, after a last superheater of the steam generator 3. This is formed here by the water snake located in the steam generator 3.
[37] Der Druck des Fluiddampfs 23 bei Verlassen des Dampferzeugers 3 liegt hier bei weniger als 10 bar. Ein Kesselwärter ist nicht erforderlich. Die Einspritzeinrichtung 9 umfasst eine Einspritzkammer 10, die sich insbesondere anhand von Figur 2 ergibt. Die [37] The pressure of the fluid vapor 23 when it leaves the steam generator 3 is less than 10 bar here. A boiler keeper is not required. The injection device 9 comprises an injection chamber 10, which results in particular from FIG. 2. The
Einspritzkammer 10 ist strömungstechnisch mit der Dampfleitung 7 verbunden, sodass der in der Dampfleitung 7 geführte Fluiddampf 23 in die Einspritzkammer 10 einleitbar ist. Weiterhin ist die Einspritzeinrichtung 9 mit einer Einspritzleitung 11 ausgestattet, mittels der das Einspritzfluid 24 in die Einspritzkammer 10 leitbar ist. Das Einspritzfluid 24 ist in dem gezeigten Beispiel dasselbe, das auch dem Dampferzeuger 3 zugeleitet wird. Insbesondere verfügt das gezeigte Kraftwerk 1 über lediglich einen einzigen Fluidspeicher 2, der sowohl mit der Fluidleitung 6 als auch mit der Einspritzleitung 11 zusammenwirkt. Ausgehend von dem Fluidspeicher 2 wird das Einspritzfluid 24 mittels einer Einspritzpumpe 20, die hier von einer Kolbenpumpe gebildet ist, der Einspritzkammer 10 zugeleitet. Die Einspritzleitung 11 wirkt mit einer Einspritzdüse 17 zusammen, mittels der das Einspritzfluid 24 zerstäubbar ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine Oberfläche des Einspritzfluids 24 im Zuge der Einspritzung in die Einspritzkammer 10 drastisch vergrößert wird. Dies hat den technischen Effekt, dass ein Übergang von Wärmeenergie von dem überhitzten Fluiddampf 23 auf das flüssige Einspritzfluid 24, das insbesondere in einer Temperatur zwischen 15°C und 90°C vorliegen kann, schlagartig erfolgen kann. Dies hat zur Folge, dass das Einspritzfluid 24 zumindest größtenteils schlagartig verdampft und auf diese Weise ein Dampfvolumen vergrößert wird. Zugleich wird der Fluiddampf 23 mit der Masse des Einspritzfluids 24 „anreichert“, wobei aufgrund der Druckverhältnisse typischerweise zumindest ein gewisser Anteil des Einspritzfluids in seinem flüssigen Aggregatszustand verbleibt. Im Ergebnis wird mittels der Einspritzeinrichtung 9 ein Dampf-Fluid-Gemisch 26 erzeugt, das auch als„Direkt- Nass-Sattdampf bezeichnet werden kann. Injection chamber 10 is connected to the steam line 7 in terms of flow, so that the fluid vapor 23 guided in the steam line 7 can be introduced into the injection chamber 10. Furthermore, the injection device 9 is equipped with an injection line 11, by means of which the injection fluid 24 can be conducted into the injection chamber 10. In the example shown, the injection fluid 24 is the same as that which is also fed to the steam generator 3. In particular, the power plant 1 shown has only a single fluid reservoir 2, which interacts both with the fluid line 6 and with the injection line 11. Starting from the fluid reservoir 2, the injection fluid 24 is fed to the injection chamber 10 by means of an injection pump 20, which is formed here by a piston pump. The injection line 11 interacts with an injection nozzle 17, by means of which the injection fluid 24 can be atomized. In this way, it is achieved that a surface area of the injection fluid 24 is increased drastically in the course of the injection into the injection chamber 10. This has the technical effect that a transition of thermal energy from the superheated fluid vapor 23 to the liquid injection fluid 24, which in particular can be at a temperature between 15 ° C. and 90 ° C., can take place suddenly. The result of this is that the injection fluid 24 evaporates suddenly, at least for the most part, and in this way a vapor volume is enlarged. At the same time, the fluid vapor 23 is “enriched” with the mass of the injection fluid 24, with at least a certain proportion of the injection fluid typically remaining in its liquid state of aggregation due to the pressure conditions. As a result, a steam-fluid mixture 26 is generated by means of the injection device 9, which mixture can also be referred to as “direct wet saturated steam”.
[38] Dieses Dampf-Fluid-Gemisch 26 wird sodann mittels einer Anschlussleitung 25 unmittelbar einer Rotorwelle 8 des Rotors 4 zugeleitet. Diese Rotorwelle 8 ist hier in Form einer Hohlwelle ausgeführt, die in dampfdichter Weise an die Anschlussleitung 25 angeschlossen ist. Die Anschlussleitung 25 und die Rotorwelle 8 sind derart miteinander verbunden, dass das Dampf-Fluid-Gemisch 26 ausgehend von der Anschlussleitung 25 in einen inneren Hohlraum 27 der Rotorwelle 8 überströmen kann. This vapor-fluid mixture 26 is then fed directly to a rotor shaft 8 of the rotor 4 by means of a connecting line 25. This rotor shaft 8 is designed here in the form of a hollow shaft which is connected to the connecting line 25 in a vapor-tight manner. The connecting line 25 and the rotor shaft 8 are connected to one another in such a way that the steam-fluid mixture 26, starting from the connecting line 25, can flow into an inner cavity 27 of the rotor shaft 8.
[39] Der Rotor 4, der sich insbesondere anhand der Figuren 3 und 4 ergibt, ist in [39] The rotor 4, which results in particular from FIGS. 3 and 4, is shown in
Drehmoment übertragender Weise auf der Rotorwelle 8 angeordnet und mittels der Torque transmitting manner arranged on the rotor shaft 8 and by means of
Rotorwelle 8 um eine Rotorachse 13 rotierbar gelagert. Der Rotor 4 verfügt in dem gezeigten Beispiel über ein Gehäuse 12, das hier in Form von zwei gegeneinander versetzt angeordneten Halbkreisschalen gebildet ist. Das Gehäuse 4 verfügt über zwei Düsen 14, die jeweils unter Ausbildung eines Hebelarms 19 bezogen auf die Rotorachse 13 an dem Gehäuse 12 angeordnet sind. Insbesondere sind die Düsen 14 spiegelsymmetrisch bezogen auf eine die Rotorachse 13 enthaltende Spiegelebene an dem Gehäuse 12 angeordnet. Das Dampf-Fluid-Gemisch 26 wird einem Innenraum des Gehäuses 12 mittels Zuleitöffnungen 15 zugeleitet. Diese sind in dem gezeigten Beispiel in Form von in einem Mantel der Rotorwelle 8 eingebrachten Öffnungen ausgebildet, wie sich insbesondere anhand von Figur 4 ergibt. Durch die Zuleitöffnungen 15 hindurch kann das Dampf-Fluid-Gemisch 26 ausgehend von dem Hohlraum 27 der Rotorwelle 8 in radiale Richtung in den Rotor 4 bzw. dessen Gehäuse 12 überströmen. Die Rotorwelle 8 ist mit einer Innenwandung 28 versehen, die eine Rotor shaft 8 rotatably mounted about a rotor axis 13. In the example shown, the rotor 4 has a housing 12, which is formed here in the form of two semicircular shells arranged offset with respect to one another. The housing 4 has two nozzles 14, which are each arranged on the housing 12 with the formation of a lever arm 19 with respect to the rotor axis 13. In particular, the nozzles 14 are arranged on the housing 12 in mirror symmetry with respect to a mirror plane containing the rotor axis 13. The vapor-fluid mixture 26 is supplied to an interior of the housing 12 by means of supply openings 15. In the example shown, these are formed in the form of openings made in a jacket of the rotor shaft 8, as can be seen in particular from FIG. 4. The vapor-fluid mixture 26, starting from the cavity 27 of the rotor shaft 8, can flow through the inlet openings 15 in the radial direction into the rotor 4 or its housing 12. The rotor shaft 8 is provided with an inner wall 28, the one
Strömung des Dampf-Fluid-Gemischs 26 entlang der Rotorwelle 8 über eine Stelle hinaus, an der die Zuleitöffnungen 15 angeordnet sind, blockiert. Flow of the steam-fluid mixture 26 along the rotor shaft 8 beyond a point at which the inlet openings 15 are arranged is blocked.
[40] Innerhalb des Gehäuses 12 befindet sich eine Mehrzahl von Strömungskanälen 16, wobei jeweils eine der Düsen 14 mittels einer Mehrzahl der Strömungskanäle 16 mit einer jeweils zugehörigen Zuleitöffnung 15 strömungstechnisch verbunden ist. Die [40] Within the housing 12 there is a plurality of flow channels 16, wherein one of the nozzles 14 is fluidically connected to a respective supply opening 15 by means of a plurality of the flow channels 16. The
Strömungskanäle 16 erstrecken sich innerhalb des Gehäuses 12 des Rotors 4 in einer geschwungenen Form, die sich insbesondere anhand von Figur 3 ergibt. Diese Form erzeugt eine gegenüber einer geraden Verbindung zwischen einer jeweiligen Zuleitöffnung 15 und einer zugehörigen Düse 14 verlängerte Strömungsstrecke, die je nach Flow channels 16 extend within the housing 12 of the rotor 4 in a curved shape, which results in particular from FIG. 3. This shape creates a flow path that is elongated compared to a straight connection between a respective feed opening 15 and an associated nozzle 14, which depending on the flow path
Strömungskanal 16 unterschiedlich ausgebildet ist. Die Ausgestaltung der Strömungskanäle 16 in dieser Art hat zur Folge, dass das ausgehend von einer jeweiligen Zuleitöffnung 15 in Richtung einer zugeordneten Düse 14 strömende Dampf-Fluid-Gemisch 26 einem gewissen Reibungswiderstand ausgesetzt ist. Dies hat zur Folge, dass die Strömungskanäle 16 zumindest im gewissen Maße einen Staueffekt auf das Dampf-Fluid-Gemisch 26 ausüben, infolgedessen sich der Druck des Dampf-Fluid-Gemischs 26 vor dessen Austritt aus der jeweiligen Düse 14 weiter erhöht. Hierdurch wird die Geschwindigkeit des Dampf-Fluid- Gemischs 26 im Zuge der Ausstoßung aus den Düsen erhöht, wodurch wiederum der Impuls, mittels dessen der Rotor 4 entsprechend dem Rückstoßprinzip antreibbar ist, erhöht wird. Flow channel 16 is designed differently. The design of the flow channels 16 in this way has the consequence that the steam-fluid mixture 26 flowing from a respective feed opening 15 in the direction of an associated nozzle 14 is exposed to a certain frictional resistance. As a result, the flow channels 16 have at least a certain degree of congestion on the vapor-fluid mixture 26, as a result of which the pressure of the vapor-fluid mixture 26 increases further before it emerges from the respective nozzle 14. This increases the speed of the vapor-fluid mixture 26 in the course of the ejection from the nozzles, which in turn increases the pulse by means of which the rotor 4 can be driven in accordance with the recoil principle.
[41] Angelangt an den Düsen 14 wird das Dampf-Fluid-Gemisch 26 aus selbigen ausgestoßen, wodurch gemäß dem Rückstoßprinzip ein Impuls auf den Rotor 4 ausgeübt wird. Da die Düsen 14 bezogen auf die Rotationsachse 13 in die gleiche Drehrichtung ausgerichtet sind, stellt sich eine Rotation des Rotors 4 ein, die in Figur 4 betrachtet entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist. Diese Rotation wird mittels der Rotorwelle 8, die drehfest mit dem Rotor 4 gekoppelt ist, auf den Generator 5 übertragen. Hierdurch wird letzterer in Rotation versetzt, wodurch in bekannter Weise elektrischer Strom erzeugbar ist. Insbesondere wird mittels des hier gezeigten Kraftwerks 1 ein Gleichstrom erzeugt, der mittels eines in den Figuren nicht dargestellten Wechselrichters zu Wechselstrom umrichtbar ist. Grundsätzlich ist es denkbar, den Generator 5 unter Zwischenschaltung eines Getriebes mit dem Rotor 4 zu koppeln. Vorzugsweise wird weiterhin eine Kupplung vorgesehen, mittels der eine Drehmoment übertragende Verbindung zwischen Rotor 4 und Generator 5 kuppelbar ist. [41] Once at the nozzles 14, the vapor-fluid mixture 26 is expelled from the latter, as a result of which an impulse is exerted on the rotor 4 according to the recoil principle. Since the nozzles 14 are oriented in the same direction of rotation with respect to the axis of rotation 13, a rotation of the rotor 4 occurs, which, viewed in FIG. 4, is directed counterclockwise. This rotation is transmitted to the generator 5 by means of the rotor shaft 8, which is non-rotatably coupled to the rotor 4. As a result, the latter is set in rotation, whereby electrical current can be generated in a known manner. In particular, a direct current is generated by means of the power plant 1 shown here, which can be converted to alternating current by means of an inverter not shown in the figures. In principle, it is conceivable to couple the generator 5 to the rotor 4 with the interposition of a transmission. A coupling is preferably also provided, by means of which a torque-transmitting connection between rotor 4 and generator 5 can be coupled.
[42] In dem gezeigten Beispiel ist das Kraftwerk 1 in vorteilhafter Weise mit einer [42] In the example shown, the power plant 1 is advantageously equipped with a
Einhausung 18 ausgestattet, innerhalb derer der Rotor 4, die Rotorwelle 8 und der Generator 5 angeordnet sind. Alternativ ist es ebenso denkbar, dass lediglich der Rotor 4 innerhalb einer Einhausung angeordnet ist und die Rotorwelle 8 die Einhausung durchstößt. Der Generator 5 kann bei einer solchen Ausführung ohne Weiteres außerhalb der jeweiligen Einhausung angeordnet sein. Dabei ist es ferner grundsätzlich denkbar, eine Housing 18 equipped within which the rotor 4, the rotor shaft 8 and the generator 5 are arranged. Alternatively, it is also conceivable that only the rotor 4 is arranged within a housing and the rotor shaft 8 pierces the housing. In such an embodiment, the generator 5 can easily be arranged outside the respective housing. It is also basically conceivable to have a
Drehmomentübertragung von der Rotorwelle 8 zu dem Generator 5 mittels eines Torque transmission from the rotor shaft 8 to the generator 5 by means of a
Kraftriemens herzustellen. Bei einer solchen Ausgestaltung kann entsprechend darauf verzichtet werden, den Generator 5 unmittelbar auf der Rotorwelle 8 anzuordnen. Auch ist eine oben beschriebene Zwischenschaltung eines Getriebes denkbar. Die Einhausung 18 dient dazu, das aus dem Rotor 4 austretende Dampf-Fluid-Gemisch 26 aufzufangen und nicht unkontrolliert in die Umgebung entweichen zu lassen. Insbesondere wird die To manufacture power belts. In such an embodiment, it is correspondingly not necessary to arrange the generator 5 directly on the rotor shaft 8. Interposition of a transmission described above is also conceivable. The housing 18 serves to collect the vapor-fluid mixture 26 emerging from the rotor 4 and not to let it escape into the environment in an uncontrolled manner. In particular, the
Möglichkeit geschaffen, dass der Fluiddampf sich an Wandungen der Einhausung 18 niederschlagen kann und auf diese Weise wieder in seinen flüssigen Aggregatzustand überführt wird. Insgesamt kann auf diese Weise sämtliches aus dem Rotor 4 austretendes Fluid gesammelt und wieder dem Fluidtank 2 zugeführt werden. In dem gezeigten Beispiel ist der Rotor 4 unmittelbar oberhalb des Fluidtanks 2 angeordnet, wobei die Einhausung 18 kuppelförmig auf den Fluidtank 2 aufgesetzt ist. Ein Innenraum 29 der Einhausung 18 ist unmittelbar mittels eines Übertrittsquerschnitts 21 , der in einem Boden 30 der Einhausung 18 angeordnet ist, strömungstechnisch mit dem Fluidtank 2 verbunden. Auf diese Weise kann sämtliches in der Einhausung 18 gesammeltes Fluid, das sich infolge der Schwerkraft auf dem Boden 30 ansammelt, in den Fluidtank 2 geleitet werden. Possibility created that the fluid vapor on walls of the housing 18th can precipitate and in this way is returned to its liquid state. All in all, all the fluid emerging from the rotor 4 can be collected in this way and returned to the fluid tank 2. In the example shown, the rotor 4 is arranged directly above the fluid tank 2, the housing 18 being placed on the fluid tank 2 in a dome shape. An interior space 29 of the housing 18 is connected to the fluid tank 2 in terms of flow technology directly by means of a transition cross section 21 which is arranged in a base 30 of the housing 18. In this way, all the fluid collected in the housing 18, which accumulates on the floor 30 as a result of gravity, can be conducted into the fluid tank 2.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Kraftwerk  1 power plant
2 Fluidtank  2 fluid tank
3 Dampferzeuger 3 steam generators
4 Rotor 4 rotor
5 Generator  5 generator
6 Fluidleitung  6 fluid line
7 Dampfleitung  7 steam pipe
8 Rotorwelle  8 rotor shaft
9 Einspritzeinrichtung 9 injection device
10 Einspritzkammer 1 1 Einspritzleitung 10 Injection chamber 1 1 injection line
12 Gehäuse  12 housing
13 Rotorachse  13 rotor axis
14 Düse  14 nozzle
15 Zuleitöffnung  15 inlet opening
16 Strömungskanal 16 flow channel
17 Einspritzdüse 17 injector
18 Einhausung  18 housing
19 Hebelarm  19 lever arm
20 Einspritzpumpe  20 injection pump
21 Übe rtrittsq uersch n itt 22 Fluid  21 Crossover 22 Fluid
23 Fluiddampf  23 fluid vapor
24 Einspritzfluid  24 injection fluid
25 Anschlussleitung 25 connecting cable
26 Dampf-Fluid-Gemisch26 Vapor-fluid mixture
27 Hohlraum Innenwandung27 cavity inner wall
Innenrauminner space
Boden ground

Claims

Patentansprüche claims
1. Kraftwerk (1), umfassend 1. Power plant (1), comprising
mindestens einen Fluidspeicher (2),  at least one fluid reservoir (2),
mindestens einen Dampferzeuger (3),  at least one steam generator (3),
mindestens eine auf einer Rotorwelle (8) rotierbar gelagerten Rotor at least one rotor rotatably mounted on a rotor shaft (8)
(4), (4)
mindestens einen Generator (5) sowie  at least one generator (5) and
mindestens eine Einspritzeinrichtung (9),  at least one injection device (9),
wobei dem Dampferzeuger (3) ausgehend von dem Fluidspeicher (2) mittels einer Fluidleitung (6) ein Fluid zuleitbar ist,  wherein a fluid can be fed to the steam generator (3) from the fluid reservoir (2) by means of a fluid line (6),
wobei das Fluid mittels des Dampferzeugers (3) zu einem Fluiddampf (23) verdampfbar ist,  wherein the fluid can be evaporated to a fluid vapor (23) by means of the steam generator (3),
wobei der erzeugte Fluiddampf (23) ausgehend von dem Dampferzeuger (3) mittels einer Dampfleitung (7) in Richtung des Rotors (4) leitbar ist, wobei die Rotorwelle (8) in Wirkverbindung mit dem Generator (5) steht, sodass mittels Betriebs des Rotors (4) der Generator (5) antreibbar und auf diese Weise elektrischer Strom erzeugbar ist,  wherein the generated fluid vapor (23) can be conducted from the steam generator (3) by means of a steam line (7) in the direction of the rotor (4), the rotor shaft (8) being in operative connection with the generator (5), so that by means of the operation of the Rotor (4) the generator (5) can be driven and in this way electrical current can be generated,
wobei die Einspritzeinrichtung (9) eine Einspritzkammer (10) sowie eine mit der Einspritzkammer (10) verbundene Einspritzleitung (11) umfasst, wobei die Einspritzkammer (10) strömungstechnisch mit der Dampfleitung (7) verbunden ist, sodass der Fluiddampf der Einspritzkammer (10) zuleitbar ist, wobei der Einspritzkammer (10) mittels der Einspritzleitung (11) ein flüssiges Einspritzfluid (24) zuleitbar ist, sodass das Einspritzfluid (24) in den der Einspritzkammer (10) zugeleiteten Fluiddampf (23) einspritzbar ist, wobei die Einspritzkammer (10) strömungstechnisch mit dem Rotor (4) verbunden ist, sodass ein in der Einspritzkammer (10) erzeugtes Dampf-Fluid- Gemisch (26) dem Rotor (4) zuleitbar ist,  wherein the injection device (9) comprises an injection chamber (10) and an injection line (11) connected to the injection chamber (10), the injection chamber (10) being connected to the steam line (7) in terms of flow, so that the fluid vapor of the injection chamber (10) A liquid injection fluid (24) can be fed to the injection chamber (10) by means of the injection line (11), so that the injection fluid (24) can be injected into the fluid vapor (23) fed to the injection chamber (10), the injection chamber (10 ) is fluidly connected to the rotor (4) so that a vapor-fluid mixture (26) generated in the injection chamber (10) can be fed to the rotor (4),
dadurch gekennzeichnet, dass  characterized in that
die Einspritzeinrichtung (9) stromabwärts eines letzten Verdampfers oder  the injector (9) downstream of a last evaporator or
Überhitzers des Dampferzeugers (3) sowie stromaufwärts des Rotors (4) angeordnet ist. Superheater of the steam generator (3) and upstream of the rotor (4) is arranged.
2. Kraftwerk (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzeinrichtung (9) strömungstechnisch unmittelbar vor dem Rotor (4) angeordnet ist. 2. Power plant (1) according to claim 1, characterized in that the injection device (9) is arranged fluidically directly in front of the rotor (4).
3. Kraftwerk (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine 3. Power plant (1) according to claim 2, characterized in that a
Leitungslänge einer Anschlussleitung (25), mittels der die Einspritzkammer (10) strömungstechnisch mit dem Rotor (4) verbunden ist, maximal 1 ,0 m,  Line length of a connecting line (25) by means of which the injection chamber (10) is connected to the rotor (4) in terms of flow technology, a maximum of 1.0 m,
vorzugsweise maximal 0,8 m, weiter vorzugsweise maximal 0,5 m, beträgt.  is preferably at most 0.8 m, more preferably at most 0.5 m.
4. Kraftwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 4. Power plant (1) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Einspritzleitung (11) mit dem Fluidspeicher (2) verbunden ist, wobei vorzugsweise das Einspritzfluid und das zur Verdampfung vorgesehene Fluid von dem gleichen Fluid gebildet sind.  characterized in that the injection line (11) is connected to the fluid reservoir (2), the injection fluid and the fluid intended for evaporation preferably being formed by the same fluid.
5. Kraftwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 5. Power plant (1) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass das Kraftwerk (1) stromabwärts des Dampferzeugers (3) sowie stromaufwärts des Rotors (4) frei von Druckspeichern, insbesondere frei von Druckkesseln, ausgebildet ist, sodass insbesondere der erzeugte Fluiddampf ohne vorherige Zwischenspeicherung der Einspritzeinrichtung (9) zuleitbar ist.  characterized in that the power plant (1) downstream of the steam generator (3) and upstream of the rotor (4) is designed free of pressure accumulators, in particular free of pressure boilers, so that in particular the fluid vapor generated can be fed in without prior storage of the injection device (9).
6. Kraftwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 6. Power plant (1) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der Rotor (4) ein Gehäuse (12) mit mindestens, vorzugsweise genau, zwei bezogen auf eine Rotorachse (13) des Rotors (4) spiegelsymmetrische Düsen (14) aufweist, die unter einem Hebelarm (19) bezogen auf die Rotorachse (13) angeordnet sind.  characterized in that the rotor (4) has a housing (12) with at least, preferably exactly, two nozzles (14) which are mirror-symmetrical with respect to a rotor axis (13) of the rotor (4) and which are under a lever arm (19) with respect to the rotor axis (13) are arranged.
7. Kraftwerk (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (14) jeweils mittels mindestens eines, vorzugsweise gekrümmt ausgebildeten 7. Power plant (1) according to claim 6, characterized in that the nozzles (14) are each formed by at least one, preferably curved
Strömungskanals (16) strömungstechnisch mit einer Zuleitöffnung (15) verbunden sind, durch die hindurch dem Rotor (4) das Dampf-Fluid-Gemisch (26) zuleitbar ist.  Flow channel (16) are connected in terms of flow technology to a feed opening (15) through which the steam (4) mixture can be fed to the rotor (4).
8. Kraftwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 8. Power plant (1) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Rotorwelle (8) als Hohlwelle ausgebildet ist, wobei die Rotorwelle (8) strömungstechnisch mit der Einspritzkammer (10) verbunden ist, sodass das Dampf-Fluid-Gemisch (26) ausgehend von der Einspritzkammer (10) durch die Rotorwelle (8) hindurch in den Rotor (4) einleitbar ist. characterized in that the rotor shaft (8) is designed as a hollow shaft, the rotor shaft (8) being fluidly connected to the injection chamber (10) so that the steam-fluid mixture (26) starting from the injection chamber (10) through the rotor shaft ( 8) can be introduced into the rotor (4).
9. Kraftwerk (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch 9. Power plant (1) according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass der Rotor (4) innerhalb einer Einhausung (18) angeordnet ist, wobei infolge Abkühlung des Dampf-Fluid-Gemischs (26) entstehendes Kondensat in der Einhausung (18) haltbar und ausgehend von der Einhausung (18) dem Fluidspeicher (2) zuführbar ist.  characterized in that the rotor (4) is arranged within a housing (18), the condensate arising as a result of the cooling of the steam-fluid mixture (26) in the housing (18) being stable and starting from the housing (18) the fluid reservoir (2 ) can be fed.
10. Kraftwerk (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein System 10. Power plant (1) according to claim 9, characterized in that a system
umfassend den Fluidspeicher (2), die Fluidleitung (6), den Dampferzeuger (3), die Dampfleitung (7), die Einspritzeinrichtung (9) und den in der Einhausung (18) angeordneten Rotor (4) umfasst, als in sich geschlossener Fluidkreislauf ausgebildet ist.  comprising the fluid reservoir (2), the fluid line (6), the steam generator (3), the steam line (7), the injection device (9) and the rotor (4) arranged in the housing (18) as a self-contained fluid circuit is trained.
11. Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerks (1), umfassend die folgenden 11. A method of operating a power plant (1) comprising the following
Verfahrensschritte:  Steps:
a) Ausgehend von einem Fluidspeicher (2) wird mittels einer Fluidleitung (6) einem Dampferzeuger (3) ein Fluid zugeleitet, das mittels des Dampferzeugers (3) verdampft wird.  a) Starting from a fluid reservoir (2), a fluid is fed to a steam generator (3) by means of a fluid line (6) and is evaporated by means of the steam generator (3).
b) Der erzeugte Fluiddampf (23) wird ausgehend von dem  b) The generated fluid vapor (23) is based on the
Dampferzeuger (3) mittels einer Dampfleitung (7) in Richtung eines Rotors (4) geleitet, wobei der Rotor (4) rotierbar auf einer Rotorwelle (8) gelagert ist.  Steam generator (3) is guided in the direction of a rotor (4) by means of a steam line (7), the rotor (4) being rotatably mounted on a rotor shaft (8).
c) Mittels Wirkung des unter Druck stehenden Fluiddampfs (23) wird der Rotor (4) drehangetrieben, sodass der Rotor (4) gemeinsam mit der Rotorwelle (8) in Rotation versetzt wird.  c) The rotor (4) is driven in rotation by the action of the pressurized fluid vapor (23), so that the rotor (4) is rotated together with the rotor shaft (8).
d) Mittels Antriebs der Rotorwelle (8) wird ein mit der Rotorwelle (8) zusammenwirkender Generator (5) angetrieben, sodass elektrischer Strom erzeugt wird,  d) A generator (5) which interacts with the rotor shaft (8) is driven by driving the rotor shaft (8), so that electrical current is generated,
gekennzeichnet durch den folgenden Verfahrensschritt:  characterized by the following process step:
e) Der Fluiddampf wird stromabwärts eines letzten Verdampfers oder  e) The fluid vapor is downstream of a last evaporator or
Überhitzers des Dampferzeugers (3) sowie stromaufwärts des Rotors (4) einer Einspritzeinrichtung (9) zugeleitet, die eine Einspritzkammer (10) und eine Einspritzleitung (11) umfasst, wobei der Fluiddampf (23) in die Einspritzkammer (10) eingeleitet wird.  Superheater of the steam generator (3) and upstream of the rotor (4) are fed to an injection device (9) which comprises an injection chamber (10) and an injection line (11), the fluid vapor (23) being introduced into the injection chamber (10).
f) Mittels der Einspritzleitung (11) wird der Einspritzkammer (10) ein flüssiges Einspritzfluid (24) zugeleitet und in den in der Einspritzkammer (10) befindlichen Fluiddampf (23) eingespritzt, sodass sich ein Dampf-Fluid-Gemisch (26) ergibt. f) By means of the injection line (11), a liquid injection fluid (24) is fed to the injection chamber (10) and into the Fluid vapor (23) is injected into the injection chamber (10), so that a vapor-fluid mixture (26) results.
g) Das Dampf-Fluid-Gemisch (26) wird dem Rotor (4) zugeleitet.  g) The vapor-fluid mixture (26) is fed to the rotor (4).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Dampf-Fluid- Gemisch (26) ausgehend von der Einspritzeinrichtung (9) unmittelbar dem Rotor (4) zugeleitet wird. 12. The method according to claim 11, characterized in that the steam-fluid mixture (26) starting from the injection device (9) is fed directly to the rotor (4).
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass das 13. The method according to claim 11 or 12, characterized in that the
Einspritzfluid (24) aus dem Fluidspeicher (2) entnommen wird.  Injection fluid (24) is removed from the fluid reservoir (2).
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddampf (23) ausgehend von dem Dampferzeuger (3) unmittelbar der Einspritzeinrichtung (9) zugeleitet wird. 14. The method according to any one of claims 1 1 to 13, characterized in that the fluid vapor (23) starting from the steam generator (3) is fed directly to the injection device (9).
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass an oder in dem Rotor (4) kondensiertes Fluid dem Fluidspeicher (2) zugeleitet wird. 15. The method according to any one of claims 11 to 14, characterized in that on or in the rotor (4) condensed fluid is fed to the fluid reservoir (2).
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Dampf-Fluid-Gemisch (26) durch die Rotorwelle (8) sowie eine der 16. The method according to any one of claims 11 to 15, characterized in that the steam-fluid mixture (26) by the rotor shaft (8) and one of the
Rotorwelle (8) zugeordnete Zuleitöffnung (15) hindurch in ein Gehäuse (12) des Rotors (4) eingeleitet und ausgehend von der Zuleitöffnung (15) zu mindestens zwei bezogen auf eine Rotorachse (13) spiegelsymmetrisch angeordneten Düsen (14) geleitet wird.  Inlet opening (15) assigned to the rotor shaft (8) is introduced into a housing (12) of the rotor (4) and, starting from the inlet opening (15), is guided to at least two nozzles (14) arranged mirror-symmetrically with respect to a rotor axis (13).
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampferzeuger (3) mit einem Dampfdruck von maximal 10 bar betrieben wird. 17. The method according to any one of claims 11 to 16, characterized in that the steam generator (3) is operated with a steam pressure of at most 10 bar.
PCT/EP2019/072235 2018-08-20 2019-08-20 Power plant and method for the operation thereof WO2020038924A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018120214.8A DE102018120214A1 (en) 2018-08-20 2018-08-20 Power plant and method for its operation
DE102018120214.8 2018-08-20

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020038924A1 true WO2020038924A1 (en) 2020-02-27

Family

ID=67847679

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/072235 WO2020038924A1 (en) 2018-08-20 2019-08-20 Power plant and method for the operation thereof

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018120214A1 (en)
WO (1) WO2020038924A1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19901656A1 (en) * 1999-01-18 2000-07-20 Abb Alstom Power Ch Ag Regulating temp. at outlet of steam superheater involves spraying water into superheater near steam inlet; water can be sprayed into wet, saturated or superheated steam
EP1030960A1 (en) 1997-11-10 2000-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Fast power regulating process for a steam generating power plant and steam generating power plant
DE19944920A1 (en) * 1999-09-20 2001-03-22 Asea Brown Boveri Combination power generation system has injection device for injecting water into fresh steam, and injection water is pre-heated by arrangement in line feeding injection device
US20130167533A1 (en) * 2010-09-13 2013-07-04 Jan Brückner Waste heat steam generator

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH441380A (en) * 1966-12-29 1967-08-15 Escher Wyss Ag Steam turbine system for ship propulsion
DE1948914A1 (en) * 1969-09-27 1971-04-15 Kraftwerk Union Ag Muehlheim Steam power plant with steam-heated regenerative preheaters
DE19830244C2 (en) * 1998-07-07 2000-05-18 Holter Gmbh & Co Desuperheater for temperature control of superheated steam
KR100905963B1 (en) * 2007-03-27 2009-07-06 김기태 Reaction type stem turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1030960A1 (en) 1997-11-10 2000-08-30 Siemens Aktiengesellschaft Fast power regulating process for a steam generating power plant and steam generating power plant
US6301895B1 (en) * 1997-11-10 2001-10-16 Siemens Aktiengesellschaft Method for closed-loop output control of a steam power plant, and steam power plant
DE19901656A1 (en) * 1999-01-18 2000-07-20 Abb Alstom Power Ch Ag Regulating temp. at outlet of steam superheater involves spraying water into superheater near steam inlet; water can be sprayed into wet, saturated or superheated steam
DE19944920A1 (en) * 1999-09-20 2001-03-22 Asea Brown Boveri Combination power generation system has injection device for injecting water into fresh steam, and injection water is pre-heated by arrangement in line feeding injection device
US20130167533A1 (en) * 2010-09-13 2013-07-04 Jan Brückner Waste heat steam generator

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018120214A1 (en) 2020-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2812542B1 (en) Energy storage power plant and method for operating such a power plant
EP1848925B1 (en) Horizontally positioned steam generator
EP2488752B1 (en) Solar thermal power plant and method for operating a solar thermal power plant
DE10001112A1 (en) Cooling air cooler for gas turbine unit, with water separator on cooling air side behind jet device in flow direction
WO1993005276A1 (en) Cooling a low-pressure steam turbine in ventilation mode
EP1771641A1 (en) Method and device for the transfer of heat from a heat source to a thermodynamic circuit with a working medium of at least two substances with non-isothermal evaporation and condensation
DE10128562C1 (en) Solar power plant comprises an evaporator branch with solar collectors for producing steam in a working medium, a steam turbine branch for producing steam, and a pre-heater branch for recycling the working medium to the evaporator branch
DE112017001619T5 (en) Gas turbine plant and operating method for it
WO2012079694A2 (en) Method for operating a small gas turbine assembly and small gas turbine assembly itself
EP3379040B1 (en) Power plant for generating electric power and a method for operating a power plant
WO2010029100A2 (en) Continuous steam generator
WO2020038924A1 (en) Power plant and method for the operation thereof
EP2616643A2 (en) Method for regulating a short-term power increase of a steam tubine
DE2426872A1 (en) GENERATOR FOR GENERATING A HOT, EXHAUSTED WORKING GAS
EP0474893B1 (en) Gasturbine system
EP2721211A1 (en) Method and system for recovering heat for a drying section of a machine for producing a material web
DE102005025255B3 (en) Energy producing process for mechanical energy involves supply thermal energy to first fluid, passing into working chamber, supplying second working fluid and mixing
DE3935048C2 (en) Energy conversion device
WO2013117268A1 (en) Water injection device for a bypass steam system of a power plant
EP3728800A1 (en) Power plant
DE1141731B (en) Process for generating superheated steam with the help of a steam-cooled reactor and atomic nuclear reactor system for carrying out this process
DE102005027704A1 (en) Thermal engine e.g. for gas steam turbines, has high pressure steam ejector for combustion air, burner for supplying from heat energy to working medium and burner nozzle
DE2528337A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR THE CONVERSION OF THERMAL ENERGY INTO MECHANICAL ENERGY
DE3015736A1 (en) Heat extraction circuit for waste process water - uses heat pump with cooling stages between steam compressors to reduce corrosion
DE102020000684A1 (en) Energy conversion in overpressure heating systems

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19762724

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19762724

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1