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Dampfkraftanlage mit geschlossenem Kreislauf des Arbeitsmittels Es
ist vielfach versucht worden, bei Dampfkraftanlagen die Energieverluste zu vermeiden,
die beim Niederschlagen des Dampfes nach erfolgter Arbeitsleistung durch Verlust
der latenten Wärme des Dampfes entstehen, auch wenn das Kondenswasser mit hoher
Temperatur in den Kessel zurückspeist. So ist beispielsweise vorgeschlagen worden,
den Dampf vom Kessel aus zunächst durch einen überhitzer zu führen, ihn bei der
Arbeitsleistung im Zylinder auf einer über Sättigungstemperatur liegenden Temperatur
zu erhalten, danach durch einen Kühler zu führen, in welchem er nur bis nahe zur
Kondensationstemperatur abgekühlt wird, so daß er nicht kondensieren kann, wonach
er durch eine Pumpe in den Dampfkessel zurückgedrückt werden sollte. Dieser Vorschlag
erwies sich naturgemäß als undurchführbar, da die Zurückführung der gesamten Dampfmenge
in den Kessel gegen den Kesseldruck keine freie Arbeitsleistung an der Kraftmaschine
übriglassen konnte.
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Auch ein weiterer Vorschlag, den- überhitzten Dampf nach der Arbeitsleistung
durch einen. Kühler zu leiten, in welchem er in den Sättigungszustand übergeht und
in dem ein bestimmter Teil des Dampfes kondensiert, und danach dieses Gemisch von
gesättigtem Dampf und Kondenswasser durch einen Kompressor in den Kessel zurückzutreiben,
der durch die mit Stopfbüchse ausgestattete Zylinderhälfte der Dampfmaschine gebildet
wurde, während die andere stopfbüchsenlose Zylinderhälfte die mit überhitztem Dampf
arbeitende Kraftmaschine darstellte, mußte aus dem gleichen Grunde scheitern.
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Die Erfindung geht nun von der Erkenntnis aus, daß es zwar unmöglich
ist, die latente Wärme vollständig zu erhalten und daß die früheren Versuche aus
diesem Grunde zum Mißerfolg führen mußten, daß es aber durch geeignete Bemessung
der Raumgrößen von Arbeitszylinder, Kühler und Rückführpumpe gelingt, das Arbeitsmittel
in einem Zustande in den Kessel zurückzuführen, der als »übersättigter Dampf« bezeichnet
werden könnte, in welchem er keinen wesentlich größeren Raum einnimmt als Wasser,
so daß das Rückpumpen in den Kessel keinen übermäßigen Energieaufwand erfordert,
wobei das Mittel aber einen wesentlichen Teil der latenten Wärme des Dampfes, nach
Versuchen i/6 bis i/5, noch enthält.
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Zur Erreichung dieses Zieles wird gemäß der Erfindung dem Kühler,
in dem die Temperatur
nur wenig unter Abdampftemperatur gehalten
wird, eine gegenüber dem Arbeitszylindervolumen so geringe Größe gegeben, daß der
Dampf nicht, wie bei üblichen Kondensatoren, abgesaugt wird, vielmehr vom Arbeitszylinder
in den Aufnehmer hinübergeschoben wird; weiter wird auch das Pumpenvolumen gegenüber
dem Aufnehmervolumen klein gehalten. Hierdurch wird erzielt, daß im Aufnehmer beständig
eine über der atmosphärischen und nahe dem Auspuffdruck liegende Pressung herrscht,
die auch an der Saugseite der Pumpe nicht unterschritten wird.
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Die Erfindung sei an Hand der Zeichnung erläutert, die schematisch
zwei Anlagen gemäß der Erfindung darstellt.
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Der Hochdruckdampf geht bei der Anlage nach Abb. z vom Kessel i durch
die Leitung 2 zur Dampfmaschine 3 und von hier durch das Rohr q. zum mit Kühlmantel
6 ausgerüsteten Röhrenkühler oder Aufnehmer 5 mit nach dem Boden 5a zu sich verengender
Lichtweite. Die Kühlung erfolgt durch vom Behälter 6a zugeführtes Kühlwasser, das
durch die Leitung 6b abgeführt wird.
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Das Arbeitsmittel wird vom Boden 5a durch das Rohr 7 zu einer Pumpe
8 geleitet, die es in den Kessel i zurückdrückt.
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Bei der Ausführung nach Abb.2 tritt der Betriebsdampf durch eine Leitung
9a zur Dampfmaschine 3, gelangt durch die Abdampfleitung io in eine Pumpe i i, deren
Antriebsmaschine 12 Dampf vom Kessel durch eine Leitung 9v zulließt, und der Auspuffdampf
dieser Maschine gelangt durch die Leitung 13 in den gleichen Aufnehmer 5, in den
auch die Pumpe i i den Auspuffdampf der Maschine 3 hinüberschiebt. Von hier aus
ist der Weg des Arbeitsmittels der gleiche, wie er an Hand der Abb. i beschrieben
wurde.
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Rein äußerlich betrachtet, bietet der Kreislauf des Arbeitsmittels
nichts Außergewöhnliches. Wesentlich ist aber, daß im Aufnehmer kein Teilrakuum
herrscht, sondern ein überatmosphärischer Druck, der nur wenig unter dem Auspuffdruck
liegt. Der Auf< nehmeraum ist klein im Verhältnis zum Arbeitszylindervolumen.
Bei einer Einzylindermaschine wurde Größenverhältnis etwa 3 : i als zweckmäßig festgestellt.
Der Kühlwasserdurchfluß wird so geregelt, daß auch die Aufnehmertemperatur nur wenig
unter Abdampfteinperatur liegt. Beim Anlassen der Anlage wird der Aufnehmer zweckmäßig
zunächst auf Abdampftemperatur vorgewärmt.
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Weiter erhält die Pumpe 8 ein Hubvolumen, das klein im Verhältnis
zum Aufnehmervolumen ist. Bei dem angegebenen Beispiel erwies sich eine Pumpe als
zweckmäßig, deren Hubvolumen zu dem des Dampfzylindervolumens im Verhältnis i :
33 stand. Die Pumpe wird proportional der Arbeitsmaschine angetrieben.
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Durch diese Wahl der Verhältnisse wird erzielt, daß der Auspuffdampf
von der Maschine 3 aus nicht abgesaugt wird, sondern unter Druck in den Aufnehmer
hinübergeschoben wird und auch im weiteren Verlauf des Weges, auch auf der Saugseite
.der Pumpe, immer unter einem überatmosphärischen Druck steht. Hierdurch gelingt
es, den Dampf im Aufnehmer in einen übersättigungszustand überzuführen, in welchem
er vermutlich aus Dampfkügelchen mit 'umschließenden Wasserhäutchen besteht, und
in welchem er einen beträchtlichen Teil, z. B.1/,; bis 1/5 der zugeführten Verdampfungswärme,
in den Kessel zurückführt, ohne daß das Zurückdrücken erheblich mehr Energie verlangt
als- die übliche Kesselspeisung.