<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.
<Desc / Clms Page number 1>
Power machine system with a closed circuit, gas or vapor-like propellant, in the upper and lower stages of which stores or containers are connected.
It is known that the power transmission between an economical, but less elastic and difficult to reverse engine, such as an internal combustion engine, and a more elastic and easily reversible machine, such. B. a piston machine for steam or compressed air, to be achieved in that a gaseous or vaporous propellant is used in a closed circuit, which is fed again to the upper stage of the circuit after the work has been performed by re-twisting.
Furthermore, it is known that in order to increase the elasticity, to create energy reserves and to dampen the great differences in performance required by the work machine, larger collecting tanks or stores are switched on in the upper and lower stages of the circuit. It can be a large space storage (if the propellant is a gas) or a liquid heat storage (if steam is used as a propellant). These containers can be in the circuit itself, branched off or connected in parallel to the circuit.
In the drawing, the subject matter of the invention is shown schematically in FIG. Fig. 2 shows a detail in axial section. 3 shows visual lines to explain the mode of operation.
Depending on the changing working conditions, the pressure in the named containers will fluctuate. The process can be structured in such a way that, in addition to the amount of substance circulating in the circuit, there is also a certain additional amount that oscillates between the two containers and the size of which depends on the storage capacity, i.e. the size of the two containers. In the state of the greatest energy reserve, the highest pressure is in the high pressure tank and the lowest in the low pressure tank. To the extent that the reserve is used, the pressure in the high-pressure accumulator falls and increases in the low-pressure accumulator. The cycle takes place between changing pressure limits.
In general, depending on the changing pressure limit, the performance of the recompressor will also be variable.
The purpose of the invention is to keep the performance of the recompressor the same despite fluctuating pressures in the accumulator, so that the prime mover can always work for the same under the most favorable conditions.
The essence of the invention is that the two collecting tanks or storage tanks and their permissible pressure fluctuations are dimensioned in such a way that the power required for compression from the low pressure to the high pressure stage at the various pressure limits that occur remains almost unchanged for the given dimensions and speed of the compressor Full power of the drive machine of the rotator is adapted.
The performance of the compressor for a given speed and given dimensions depends on the one hand directly on the sucked in weight and on the other hand on the compression process. The sucked in
Since the dimensions of the compressor are assumed to be given, weight is primarily dependent on the pressure in the low-pressure container. The compression process depends essentially on the
Size of the degree of compaction.
Due to the pressure changes in the storage tanks, there is a shift in the degree of compression in the opposite sense to the change in pressure on the lower stage (low
EMI1.1
<Desc / Clms Page number 2>
In this way, the performance is largely maintained by setting the low-pressure storage volume in relation to the volume of the high-pressure storage in such a way that the resulting shift in the low pressure pi relative to the upper pressure P2, which is related to the amount of substance oscillating in the circle between the storage, is approximately equal the verdict results. For example, this possibility should be shown assuming water vapor as a propellant and liquid heat storage.
The calculation shows that with water vapor as propellant and liquid heat accumulators, the pressure drops from 40 to 30 atm. 33 kg of steam per cubic meter of water content are released in the high-pressure accumulator. At the same time there is a pressure increase in the low pressure accumulator from 7 to 10 atm. assumed to be permissible, the same can absorb 27 A of steam per cubic meter of water content. The water spaces of the high-pressure and low-pressure accumulators must therefore be selected in a ratio of 27:33. For the selection of the pressure decrease or the pressure increase in the accumulators, the decisive condition is that the compressor output is kept constant, which in this case actually applies up to + 5%.
In the viewing line, FIG. 3, it is shown that the vertically hatched working area, which corresponds to a negative pressure pi and an upper pressure P2, can be kept the same as the horizontally hatched working area, despite the fact that the upper pressure has fallen to P2 'and the negative pressure has risen to pur' .
The result is of particular importance for the economical operation of such power transmission systems. It is desirable that the operation can take place at all the pressure limits resulting from the accumulator pressure changes with full utilization of the machine power available for driving the compressor. However, this will only be possible when the containers have been dimensioned in the manner indicated above.
If the accumulators are only to be closed to the cycle from time to time, for example only when the maximum machine output has already been used and an additional output is to be achieved, this can only be done economically if the pressure limit between which the process is is playing, match the pressures in the storage tanks as closely as possible.
Otherwise, either pressure differences between the accumulator and the circuit are uselessly destroyed by throttling (if the pressure in the high-pressure accumulator is above the upper circuit pressure or the pressure in the low-pressure accumulator is below the pressure on the lower stage of the circuit), or the connection with the accumulator of the The upper pressure of the circuit is depressed (if the high-pressure accumulator has a lower pressure than the upper stage of the circuit), i.e. the full machine output is no longer used, or the pressure on the lower stage of the circuit is increased (if this pressure were lower than in the low-pressure accumulator) and thereby at most caused an impermissible overload of the compressor.
In such systems, however, it is possible that the pressure in one
Memory changes independently of the other, e.g. B. if the storage is provided with heating or if an accumulation of heat in the low pressure storage arises due to the induced thermodynamic losses of the machine. The resulting shift in the pressure ratio could either lead to incomplete utilization of the compressor drive machine due to underload or to overloading the same, depending on whether the pressure in the low pressure accumulator is below or above that which, in the sense of the inventive concept developed above, with a constant output of the compressor would correspond to the instantaneous pressure in the high-pressure accumulator.
To avoid this, a certain inevitability would be required in maintaining the pressure relationship required by the above relation. This inevitability can largely be ensured automatically by means of one or more organs. They prevent overload due to an increase in the pressures in the high-pressure or low-pressure accumulator in that gas or steam is blown out of the low-pressure accumulator until a pressure ratio co-determined by the high pressure is reached again within the limits of normal operation.
A severe underload due to a drop in the pressures in the two storage tanks, in particular a sharp drop in the pressure in the low-pressure storage tank, can be prevented by initiating an overflow from the high-pressure storage tank to the low-pressure storage tank, advantageously into its water space, as soon as the pressures or one of the same would fall under the intended pressure conditions. A simple maximum valve could be switched into the overflow line as a safety device against excessive charging of the low-pressure accumulator.
In Fig. 1 a power plant forming the subject matter of the invention is shown schematically. The compressor 2 is coupled to the drive engine (internal combustion engine) 1, which sucks out of the low-pressure accumulator 3 through line 4 and presses into the high-pressure accumulator 6 through pipeline 5. The
Working machine 9, the operating medium is fed from the high-pressure accumulator through the line 10 provided with the shut-off valve 11 and is returned to the low-pressure accumulator through line 12. 3.
The device 14, which is brought into connection with the high-pressure accumulator through a special line 13, for maintaining the pressure relationship between these containers is shown in section in FIG. 2 on a larger scale in one embodiment.
<Desc / Clms Page number 3>
It is designed as a differential piston valve in which the control element is under the action of the pressures in both stores. The differential piston valve 16, the surface 16 of which is exposed to the steam from the low-pressure accumulator entering through the opening 17 and on whose piston surface M the pressure of the high-pressure accumulator acts through the connector 19 from the line 13 (FIG. 1), is held down by the force of the counter spring 20 , so only through the compound
EMI3.1
increases, the valve opens the low-pressure accumulator at a lower pressure pi.
In an analogous manner, an overflow valve between high and low pressure accumulator can be formed if, for. B. valve plate 16 of FIG. 2 is designed as a piston in a cylindrical guide, so that a movement in the sense of the spring force can occur and the movement in this direction is made available to release the overflow line.
The double storage system is advantageously fed in such a way that all of the water is fed to the high-pressure accumulator and the amount of water required to replenish the low-pressure accumulator is taken from the high-pressure accumulator through a connecting line 22 of the two water spaces operated by means of a simple shut-off element 2.3. This not only ensures that the low-pressure accumulator is fed with softened water, but also prevents the pressure in the low-pressure accumulator from dropping as a result of the supply of large amounts of cold feed water. This case could e.g. B. occur when the low-pressure accumulator large amounts of steam for secondary purposes (heating, auxiliary machinery, whistle) are removed.
The overheated feed water flowing over from the high pressure reservoir then even supports evaporation.
It is of course also possible, in a manner known per se, to supply the two reservoirs separately, by injectors, separate feed pumps or by a common high-pressure pump, which also has a branch to the low pressure via a reduction valve.
PATENT CLAIMS: 1. Power machine system with a closed circuit, gaseous or vaporous propellant, in the upper and lower stages of which storage or container are switched on, characterized in that the two collecting containers or storage and their permissible pressure fluctuations are so dimensioned that the for compression from the low-pressure to the high-pressure stage at the various occurring pressure limits, the power required for the given dimensions and speed of the compressor remains almost unchanged and is adapted to the full power of the compressor's drive machine.