<Desc/Clms Page number 1>
Kraftmaschinenanlage mit in geschlossenem Kreislauf geführtem, gas-oder dampf- förmigem Treibmittel, in deren Ober-und Unterstufe Speicher oder Behälter ein- geschaltet sind.
Es ist bekannt, die Kraftübertragung zwischen einer wirtschaftlichen, aber weniger elastischen und schwer umsteuerbaren Kraftmaschine, etwa einer Verbrennungskraftmaschine, und einer elastischere und leicht umsteuerbaren Arbeitsmaschine, z. B. einer Kolbenmaschine für Dampf oder Druckluft, dadurch zu erzielen, dass im geschlossenen Kreise ein gas-oder dampfförmiges Treibmittel verwendet wird, das nach der Arbeitsleistung durch Wiederverdirhtung von neuem der Oberstufe des Kreislaufes zugeführt wird.
Ferner ist es bekannt, dass zwecks Erhöhung der Elastizität, zur Schaffung von Energiereserven und zur Dämpfung der von der Arbeitsmaschine geforderten starken Leistungsunterschiede in die Oberund Unterstufe des Kreises grössere Sammelbehälter oder Speicher eingeschaltet werden. Es kann sich dabei um grosse Raumspeicher handeln (wenn das Treibmittel ein Gas ist) oder um Flüssigkeitswärmespeicher (wenn Dampf als Treibmittel verwendet wird). Diese Behälter können im Kreislauf selbst liegen, in Abzweigung oder parallel zum Kreise geschaltet sein.
In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand in Fig. 1 schematisch dargestellt. Fig. 2 zeigt eine Einzelheit im Achsenschnitt. Die Fig. 3 zeigt Schaulinien zur Erläuterung der Wirkungsweise.
Den veränderlichen Arbeitsverhältnissen entsprechend, wird der Druck in den genannten Behältern schwanken. Der Vorgang lässt sich so gliedern, dass neben der im Kreislauf umlaufenden Stoffmenge noch eine gewisse Zusatzmenge vorhanden ist, welche zwischen den beiden Behältern pendelt und deren Grösse von der Speicherfähigkeit, also Bemessung der beiden Behälter, abhängt. Im Zustande der grössten Energiereserve ist im Hochdruckbehälter der höchste Druck, im Niederdruckbehälter der niedrigste. In dem Masse, in welchem die Reserve herangezogen wird, sinkt der Druck im Hochdruckspeicher und steigt im Niederdruckspeicher. Der Kreislauf spielt sich also zwischen wechselnden Druckgrenzen ab.
Im allgemeinen wird, den wechselnden Druckgrenze entsprechend, die Leistung des Rückverdichters auch veränderlich sein.
Zweck der Erfindung ist, die Leistung des Rückverdichters trotz schwankender Drücke der Speicher gleich gross zu halten, so dass die Antriebskraftmaschine für denselben stets unter den günstigsten Bedingungen arbeiten kann.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, dass die beiden Sammelbehälter oder Speicher und deren zulässige Druckschwankungen derart bemessen sind, dass die zur Verdichtung von der Niederdruckauf die Hochdruckstufe bei den verschiedenen auftretenden Druekgrenzen erforderliche Leistung bei gegebenen Abmessungen und Drehzahl des Verdichters nahezu unverändert erhalten bleibt und der Volleistung der Antriebsmaschine des Verdiehters angepasst ist.
Die Leistung des Verdichters hängt bei gegebener Drehzahl und gegebenen Abmessungen einerseits unmittelbar vom angesaugten Gewicht, anderseits vom Verdichtungsvorgang ab. Das angesaugte
Gewicht ist, da die Abmessungen des Verdichters als gegeben vorausgesetzt sind, in erster Linie vom Drucke im Niederdruckbehälter abhängig. Der Verdichtungsvorgang hängt im wesentlichen von der
Grösse des Verdichtungsgrades ab.
Durch die Druckänderungen in den Speichern findet eine Verschiebung des Verdichtungsgrades im entgegengesetzten Sinne zur Änderung des Druckes auf der Unterstufe (Nieder-
EMI1.1
<Desc/Clms Page number 2>
auf diesem Wege eine weitgehende Erhaltung der Leistung dadurch erfolgen, dass man das Niederdruckspeichervolumen in solche Abhängigkeit zum Volumen des Hochdruckspeichers setzt, dass die dadurch bewirkte, mit der im Kreise zwischen den Speichern pendelnden Stoffmenge zusammenhängende Verschiebung des Niederdruckes pi relativ zum Oberdruck P2 die angenäherte Gleichhaltung der Verdiehter- leistung ergibt. Beispielsweise soll diese Möglichkeit unter der Annahme von Wasserdampf als Treibmittel und Flüssigkeitswärmespeichern gezeigt werden.
Die Rechnung ergibt, dass mit Wasserdampf als Treibmittel und Flüssigkeitswärmespeiehern bei einer Drucksenkung von 40 auf 30 Atm. im Hochdruckspeicher 33 kg Dampf je Kubikmeter Wasserinhalt frei werden. Wird gleichzeitig im Niederdruekspeicher eine Druckerhöhung von 7 auf 10 Atm. als zulässig angenommen, so kann derselbe 27 A Dampf je Kubikmeter Wasserinhalt aufnehmen. Die Wasserräume des Hochdruck-und Niederdruckspeichers müssen daher im Verhältnis von 27 : 33 gewählt werden. Für die Wahl der Druckabnahme bzw. der Druckzunahme in den Speichern ist die Bedingung massgebend, dass die Verdichterleistung gleichbleibend gehalten wird, was in diesem Falle tatsächlich bis auf +5% zutrifft.
In der Schaulinie, Fig. 3, ist dargestellt, dass die lotrecht schraffierte Arbeitsfläche, die einem Unterdruck pi und einem Oberdruck P2 entspricht, der waagrecht schraffierten Arbeitsfläche gleichgehalten werden kann, trotzdem der Oberdruck auf P2'gesunken und der Unterdruck auf pur'gestiegen ist.
Das Ergebnis hat für einen wirtschaftlichen Betrieb derartiger Kraftübertragungsanlagen eine besondere Bedeutung. Es ist erwünscht, dass sich der Betrieb bei allen durch die Speicherdruckändemnu- sich ergebenden Druckgrenze unter voller Ausnutzung der für den Antrieb des Verdichters zur Verfügung stehenden Maschinenleistung abspielen kann. Das wird aber erst möglich, wenn die Bemessung der Behälter in der oben angedeuteten Weise durchgeführt ist.
Wenn die Speicher nur von Zeit zu Zeit an den Kreislauf geschlossen werden sollen, etwa nur dann, wenn schon die Maschinenhöchstleistung aufgewendet ist und überdies eine Zusatzleistung erzielt werden soll, so kann das nur dann wirtschaftlich erfolgen, wenn die Druckgrenze, zwischen denen sich der Prozess gerade abspielt, mit den Drücken in den Speicherbehältern möglichst übereinstimmen.
Andernfalls sind entweder Druckunterschiede zwischen Speichern und Kreislauf durch Drosselung nutzlos zu vernichten (wenn der Druck im Hochdruckspeicher über dem oberen Kreislaufdruck steht bzw. der Druck im Niederdruckspeicher unter dem Drucke auf der Unterstufe des Kreislaufes), oder es wird durch die Verbindung mit dem Speicher der Oberdruck des Kreislaufes heruntergedrückt (wenn der Hochdruckspeicher niedrigeren Druck hat als die Oberstufe des Kreises), also die volle Maschinenleistung nicht mehr ausgenutzt, oder es wird der Druck auf der Unterstufe des Kreises erhöht (wenn dieser Druck niedriger wäre als im Niederdruckspeieher) und dadurch allenfalls eine unzulässige Überlastung des Verdichters herbeigeführt.
Bei derartigen Anlagen ist es aber durch den Betrieb möglich, dass sich der Druck in dem einen
Speicher unabhängig vom andern ändert, z. B. wenn die Speicher mit Beheizung versehen sind oder wenn eine Ansammlung von Wärme im Niederdruckspeicher etwa durch die dahingeführten thermo- dynamischen Verluste der Arbeitsmaschine entsteht. Die dadurch hervorgerufene Verschiebung des Druckverhältnisses könnte entweder zu einer unvollständigen Ausnutzung der Verdichterantriebsmaschine durch Unterlast oder zu einer Überbelastung derselben führen, je nachdem, ob der Druck im Niederdruckspeicher unter oder über demjenigen steht, der im Sinne des oben entwickelten Erfindungsgedankens bei konstanter Leistung des Verdichters dem augenblicklichen Druck im Hochdruckspeicher entsprechen würde.
Zur Vermeidung wäre eine gewisse Zwangsläufigkeit in der Erhaltung der durch obige Relation erforderlichen Druckbeziehung erforderlich. Diese Zwangläufigkeit kann selbsttätig vermittels eines oder mehrerer Organe weitgehend gesichert werden. Sie verhindern eine Überlastung infolge Steigerung der Drücke im Hochdruck-oder Niederdruckspeicher dadurch, dass Gas oder Dampf aus dem Niederdruckspeicher abgeblasen wird, bis wieder ein durch den Hochdruck mitbestimmtes Druckverhältnis in den Grenzen des Normalbetriebes erreicht wird.
Einer starken Unterlast durch Fallen der Drücke in den beiden Speichern, insbesondere einem starken Sinken des Druckes im Niederdruckspeicher kann dadurch vorgebeugt werden, dass aus dem Hochdruckspeicher ein Überströmen nach dem Niederdruckspeicher, vorteilhafterweise in den Wasserraum desselben, eingeleitet wird, sobald die Drücke oder einer derselben unter die vorgesehenen Druckverhältnisse fallen würden. Ein einfaches Maximalventil würde dabei als Sicherheitsvorrichtung gegenüber übermässiger Aufladung des Niederdruckspeichers in die Überströmleitung geschaltet werden können.
In Fig. 1 ist eine den Erfindungsgegenstand bildende Kraftanlage schematisch dargestellt. Mit der Antriebsmasehine (Verbrennungskraftmaschine) 1 ist der Verdichter 2 gekuppelt, der aus dem Nieder- druckspeicher 3 durch Leitung 4 saugt und in den Hochdruckspeicher 6 durch Rohrleitung 5 drückt. Der
Arbeitsmasehine 9 wird das Betriebsmittel durch die mit dem Absperrventil 11 versehene Leitung 10 aus dem Hochdruckspeicher zugeführt und gelangt durch die Leitung 12 wieder in den Niederdruckspeieher. 3.
Die durch eine besondere Leitung 13 mit dem Hochdruckspeicher in Verbindung gebrachte Vorrichtung 14 zur Aufrechterhaltung der Druckbeziehung zwischen diesen Behältern ist in Fig. 2 in grösserem Massstab in einer Ausführungsform im Schnitt dargestellt.
<Desc/Clms Page number 3>
Sie ist als Differentialkolbenventil ausgebildet, bei welchem das steuernde Element unter der Einwirkung der Drücke in beiden Speichern steht. Das Differentialkolbenventil16, dessen Fläche 16 dem durch die Öffnung 17 zutretenden Dampf aus dem Niederdruckspeicher ausgesetzt ist und auf dessen Kolbenfläche M der Druck des Hochdruckspeichers durch den Stutzen 19 aus der Leitung 13 (Fig. 1) einwirkt, wird durch die Kraft der Gegenfeder 20 niedergehalten, also erst durch den zusammengesetzten
EMI3.1
steigt, so öffnet das Ventil schon bei einem niedrigeren Drucke pi den Niederdruckspeicher.
In analoger Weise kann auch ein Überströmventil zwischen Hoch- und Niederdruckspeicher ausgebildet werden, wenn z. B. Ventilteller 16 der Fig. 2 als Kolben in zylindrischer Führung ausgebildet wird, so dass auch eine Bewegung im Sinne der Federkraft eintreten kann und die Bewegung in dieser Richtung zur Freigabe der Überströmleitung dienstbar gemacht wird.
Die Speisung der Doppelspeicheranlage erfolgt vorteilhaft in der Weise, dass das gesamte Wasser dem Hochdruckspeicher zugeführt wird und die zur Nachspeisung des Niederdruekspeichers erforderliche Wassermenge durch eine, vermittels eines einfachen Absperrorganes 2. 3 bediente Verbindungsleitung 22 der beiden Wasserräume aus dem Hochdruekspeicher entnommen wird. Dadurch wird nicht nur die Speisung des Niederdruckspeichers mit enthärtetem Wasser erreicht, sondern auch vermieden, dass infolge Zufuhr grösserer kalter Speisewassermengen der Druck im Niederdruckspeicher abfalle. Dieser Fall könnte z. B. eintreten, wenn dem Niederdruckspeicher grössere Dampfmengen für Nebenzwecke (Heizung, Hilfsmaschinen, Pfeife) entnommen werden.
Durch das aus dem Hochdruckspeicher überströmende überhitzte Speisewasser wird dann sogar die Verdampfung unterstützt.
Es kann natürlich auch in an sich bekannter Weise die getrennte Speisung beider Speicher ausgeführt werden, durch Injektoren, getrennte Speisepumpe oder durch eine gemeinsame Hochdruckpumpe, welche über ein Reduktionsventil auch eine Abzweigung nach dem Niederdruck besitzt.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Kraftmaschinenanlage mit in geschlossenem Kreislauf geführtem, gas-oder dampfförmigem Treibmittel, in deren Ober-und Unterstufe Speicher oder Behälter eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sammelbehälter oder Speicher und deren zulässige Druckschwankungen deralt bemessen sind, dass die zur Verdichtung von der Niederdruck-auf die Hochdruckstufe bei den verschiedenen auftretenden Druckgrenze erforderliche Leistung bei gegebenen Abmessungen und Drehzahl des Verdichters nahezu unverändert erhalten bleibt und der Volleistung der Antriebsmaschine des Verdichters angepasst ist.