DE488087C - Verfahren zur Durchfuehrung eines Dampfkraftprozesses - Google Patents

Description

• Verfahren zur Durchführung eines Dampfkraftprozesses Gemäß der Erfindung wird ein Dampfkraftprozeß in der Weise durchgeführt, daß als Arbeitsmittel ein Stoff mit rückläufiger oberer Grenzkurve dient, der von einem Punkt der Grenzkurve aus, der vor ihrem Umkehrpunkt liegt, in einer Kraftmaschine durch das Sättigungsgebiet hindurch bis in das Überhitzungsgebiet expandiert.
• Dampf kann man auf verschiedenen Wegen erzeugen. Das bisher allgemein verwendete Verfahren verläuft in der Weise, daß das flüssige Arbeitsmittel bei seinem Sättigungsdruck bis auf die Sättigungstemperatur erhitzt wird. Ist die Sättigungstemperatur erreicht, so wird durch weitere Wärmezufuhr diese Temperatur nicht mehr erhöht, sondern die Wärme wird als Verdampfungswärme zugeführt, durch die das Arbeitsmittel nach und nach aus dem flüssigen in den dampfförmigen Zustand übergeführt wird. Man hat erkannt; daß bei einem derartigen Verfahren zur Dampferzeugung immer eine Reihe von Störungsmöglichkeiten vorliegt, die sich aus Mitreißen von Flüssigkeit, örtlichen Überhitzungen, Wasserschlägen usw. ergeben. Um diese Schwierigkeiten zu beheben, hat man deshalb vorgeschlagen, flüssiges Arbeitsmittel bei einem Druck zu erhitzen, der höher liegt als der der-Temperatur des Arbeitsmittels entsprechende Sättigungsdruck. Das so erhitzte Arbeitsmittel hat man dann gedrosselt und hierdurch eine Scheidung von Dampf und Flüssigkeit herbeigeführt. Dampf entsteht bei diesemVerfahren dadurch, daß ein Teil des Arbeitsmittels aus dem anderen Teil Verdampfungswärme aufnimmt. Der entstandene Dampf ist naturgemäß naß und muß mechanisch oder durch Wärmezufuhr getrocknet werden. Die Erzielung von Sattdampf ist dabei schwierig.
• Eine Abänderung dieses Verfahrens ist in der Weise vorgeschlagen worden, daß die erhitzte Flüssigkeit nicht vor der Kraftmaschine gedrosselt werden sollte, sondern daß sie unmittelbar in den Zylinder eingeführt und in ihm unter Trennung von Dampf und Flüssigkeit Arbeit leisten sollte, ein Verfahren, das praktisch aussichtslos erscheint, da die Dampffeuchtigkeit von Stufe zu Stufe größer wird.
• Dem zuletzt beschriebenen Verfahren ähnelt das Verfahren gemäß der Erfindung insofern, als das Arbeitsmittel bei Einführung in die Kraftmaschine ebenfalls flüssig sein kann. Es unterscheidet sich jedoch von dem älteren Verfahren darin, daß Dämpfe verwendet werden, die die Eigentümlichkeit haben, mit fortschreitender Expansion nicht feuchter zu werden, sondern im Gegenteil immer mehr in das Überhitzungsgebiet zu gelangen.
• In der Abbildung ist das IS-Diagramm eines Stoffes mit rückläufiger oberer Grenzkurve gezeichnet. In ihm sind drei Verfahren angedeutet, die sich durch ihren Ausgangspunkt auf der oberen Grenzkurve unterscheiden. Im Punkte A ist das Arbeitsmittel noch im flüssigen Zustande. Es expandiert durch das Sättigungsgebiet hindurch und gelangt beim Punkte F in das Überhitzungsgebiet. Die Expansion ist bei Cbeendet. Der zweite Prozeß beginnt beim kritischen Punkte Pk, erreicht beim Punkte G das Überhitzungsgebiet und endet bei E'. Der dritte Prozeß schließlich beginnt bei B, in dem das Arbeitsmittel dampfförmig ist, überschreitet bei H das Sättigungsgebiet und endet bei D". Da bei den meisten der für das Verfahren in Frage kommenden Stoffen die kritische Temperatur so hoch liegt, daß man mit den heutigen Baustoffen den Punkt Pl, nicht ohne weiteres erreichen kann, so wird man vorteilhaft den Ausgangspunkt des Prozesses auf der Grenzkurve unterhalb des kritischen Punktes wählen.
• Für die Durchführung des Kraftprozesses ergibt sich eine einfache Ausgleichsmöglichkeit für kleine Lastschwankungen. Wie das Diagramm zeigt, entfernen sich die Druckkurven mit steigender Entropie immer mehr voneinander. Das Druckgefälle AC ist kleiner als PkE, das wiederum kleiner als BD ist. Es ist auf Grund dieser Verhältnisse möglich, kleine Lastschwankungen durch Vergrößerung des Wärmegefälles auszugleichen, d. h. durch Verschiebung des Ausgangspunktes der Expansion auf der unteren Grenzkurve. Ein einfaches Mittel hierzu besteht in der Änderung der Wärmezufuhr. Diese Regelmöglichkeit besteht auch oberhalb des kritischen Punktes, da die Grenzkurve und die Druckkurve nur wenig voneinander abweichen.
• Zum Ausgleich von größeren Lastschwankungen ist die angegebene Regelung jedoch nicht brauchbar. In solchen Fällen kann man in der Weise vorgehen, daß man durch Verlegen des Ausgangspunktes der Expansion den Regelvorgang zunächst einleitet und ihn in Abhängigkeit von dem geänderten Ausgangspunkt der Expansion, in Abhängigkeit von der geänderten Temperatur, durch Regelung der Fördermenge des Arbeitsmittels weiterführt. Es ist also bei den in Frage kommenden Stoffen möglich, ein Regelverfahren auf von anderen Verfahren weit abweichenden Wegen durchzuführen.
• In der Abbildung ist das Schema einer Anlage dargestellt, mit deren Hilfe das Verfahren gemäß der Erfindung durchgeführt werden kann. Eine Speisepumpe i entniinmtflüssiges Arbeitsmittel, z. B. Toluol, einem Behälter 2 und drückt es durch ein beheiztes Rohrsystem 3, das durch einen Brenner in der Weise beheizt wird, daß die Zustandsänderung des Arbeitsmittels in ihm auf der Grenzkurve vor ihrem Umkehrpunkt verläuft, daß also z. B. der Punkt A erreicht wird. In diesem Zustand tritt das Arbeitsmittel in die Maschine 4 ein, in der es unter Durchgang durch das Sättigungsgebiet bis ins Überhitzungsgebiet expandiert. Es speist dann eine Niederdruckleitung 5, an die eine Kraftmaschine 7 und ein bekannter Wärmespeicher 8 angeschlossen sind. Das im Kondensator 9 niedergeschlagene Kondensat des Arbeitsmittels fließt dem Behälter 2 zu.
• Bei geringen Schwankungen der Belastung der Maschine ,7 wird, z. B. vom Leistungsregler io aus, die Feuerung 6 beeinflußt, wie es die Linie ii angibt. Temperaturlinie und Zustandslinie verlaufen nämlich so eng aneinander, daß eine Vergrößerung der Wärmezufuhr durch den Brenner 6 im wesentlichen nur eine Höherlegung des Punktes A auf der Grenzkurve bedeutet. Eine Höherlegung des Punktes A ergibt aber eine Vergrößerung des Wärmegefälles AC und damit eine Vergrößerung der Leistung. Reicht diese Vergrößerung der Leistung zur Deckung des erhöhten Bedarfes nicht aus, so kann durch einen Temperaturregler 12, der die Temperatur des Arbeitsmittels nach Turbine 4 mißt, und das Ventil 13 die Fördermenge der Pumpe i und damit der Druck im Erhitzer 3 geändert, hierdurch der Punkt A um ein größeres Stück auf der Grenzkurve verschoben und dadurch das Wärmegefälle AC in erhöhtem Maße vergrößert werden, so daß auch stark gesteigerter Bedarf mit dieser Regelungseinrichtung gedeckt werden kann.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Durchführung eines Dampfkraftprozesses, dadurch gekennzeichnet, daß ein Arbeitsmittel mit rückläufiger oberer Grenzkurve von einem Punkt der Grenzkurve aus, der vor ihrem Umkehrpunkt liegt, in einer Kraftmaschine durch das Sättigungsgebiet hindurch bis in das Überhitzungsgebiet expandiert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgangspunkt der Expansion unterhalb des kritischen Punktes liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausgleich von kleinen Lastschwankungen der Kraftanlage der Ausgangspunkt der Expansion, z. B. durch Änderung der Wärmezufuhr, verlegt wird.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten von größeren Lastschwankungen die Regelung durch Änderung der Wärmezufuhr eingeleitet und durch Regelung der Fördermenge des Arbeitsmittels in Abhängigkeit vom geänderten Ausgangspunkt der Expansion (Temperatur des Arbeitsmittels) weitergeführt wird.