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Einrichtung zur Dampferzeugung mit einem Frischdampfspeicher mit zwei
Speicherstoffen von verschiedenem Siedepunkt. Die Erfindung bezieht sich auf Wärmespeicher
mit zwei Speicherstoffen von verschiecleneni Siedepunkt, bei welchen überhitzter
Dampf als ladender Wärmeträger zucrst dem schwerer siedenden und dann .dein leichter
siedenden Speicherstoff zugeführt wir 1. Der schwerer siedende Speicherstoff, der
aus Schwerölen, Paraffin u. dgl. .bestehen kann, soll irn folgenden als ölwärniespeicher,
:lc-i leichter siedende Speicherstoff, der beispielsleise aus Wasser bestehen kann,
als Wasserwärrnespeicher bezeichnet werden. Wenn bei einem solchen Zweistoffwärmespeicher
der aus dem Wasserwärinespeicher entstehende Dampf durch den Ölwärinespeicher hindurchgeführt
wird, so erhält man überhitzten Speicherdampf. Die erreichbare Überhitzung ist aber
nur gering, da die Überhitzungswärme des ladenden Wärmeträgers beim Aufladen zum
Teil zum Aufheizen der schwerer siedenden Speichermasse auf die Temperatur der leichter
siedenden abgegeben wird.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung ist, einen Speicher zu schaffen,
der während der ganzen Entl.adezeit hoch überhitzten Dampf abgibt. Außerdem wird
erstrebt, die Spannuni des Entladedampfes, ohne <las Mittel der Drosselung anwenden
zu müssen, anglichst lange auf gleicher Höhe zu erhalten.
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Dies wird dadurch erreicht, daß man dein Ölwärinespeicher nach vollständigem
Aufheizen des Wasserwärmespeicher s ,durch Nachladen für sich allein noch weiter
Wärme zuführt.
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Um den Zweck möglichst vollkommen 7u erreichen, muß man die Gewichtsmenge
.des schwerer siedenden Speicherstoffes irn Verhältnis zu Ader des leichter siedenden
möglichst groß machen. Für ,das Nachladen kann eine beliebige Wärmequelle benutzt
werden. Beispielsweise kann man Feuergase verwenden. Jedoch muß man bei ölartigen
Speicherstoffen auf eine milde Beheizung hinwirken, damit ein Festbrennen oder Zersetzen
eitlzelner Bestandteile des Speicherstoffes auf den Heizflächen möglichst vermieden
wird. Vorteilhaft ist es, auch zum Nachladen überhitzten
Dampf
zu verwenden, diesem jedoch .dal:ei mir einen Teil seiner Überhitzungswärme zti
entziehen, so daß er noch im überhitzten "Zustande einer Verbrauchsstelle (Dampfn:aschine
o. (lgl.) zugeführt werden kann. Man hat (lann für das Nachladen keine besondere
Wärmequelle nötig, sondern kann Dampf verwenden, dessen Erzeugung sowieso notwendig
ist. Dieser Dampf wird so lange durch den Ö1wärinesreicher hindurchgeführt, bis
dessen ganzer Inhalt die Temperatur des überhitzten 1_a,le(lainpfes angenoiiinien
hat.
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Die hierzu erforderliche Wärmemenge ist, wenn (las Gewichtsverhältnis
der schwersiedenrlen Speichennasse zur leichter sieden,len groß ist, recht erheblich.
Wenn (laher nicht rc,lit große, für andere Zwecke benutzte Danipfinengen von hoher
Temperatur zur Verfügung stehen, ist die N achladezeit bei großen Speichern verhältnismäßig
lang.
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Man kann indessen das x achladen beschleunigen, wenn man von dem den
Ölwärmespeiclier verlassenden, den i@'herliitzungsrest noch enthaltenden Dampf nur
einen Teil zur Verbrauchsstelle leitet, während der andere Teil in der Dampfkesselanlage
erneut auf volle Überhitzungstemperatur gebracht und hierauf, wie vondein, durch
:den Ölwärinespeicher hindurchgeleitet wird. Erreicht wird dies dadurch, daß .der
von ;lein Dampfkessel l:-@ininende Dampf, bevor er in den überhitzen der Dampfkesselanlage
eintritt, durch ein Strahlgebläse atis den Heizröhrendes ÖI-wiirniespeicliers ein
Mehrfaches seines Gewichts ansaugt und es zu neuem Kreislauf in den Überhitzen der
Danipfkesselanlage drückt. Die Heizflächen dieses Cberhitzers und diejenigen des
Ölwärinespeichers müssen natürlich entsprechend groß gewählt werden. Auf (fiese
`'eise ist es möglich, ein Mehrfaches der Überhitzungswärme des zii anderen Zwecken
verwendeten Dampfes beim Nachladen an den OIwärinespeicher zu übertragen, wodurch
die Ladezeit abgekürzt wird.
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In den A11. 5 bis 7 ist die Art und Weise (les Auf- und Nachladens
schematisch dargestellt. Nach Abb. 5 erfolgt das Nachladen durch Dampf, der zum
Betriebe eines Dampfniotors dient. Dem Dampf wird dabei nur ein Teil seiner C'berhitzungswärine
entzogen. Aus Abb. 6 ist das \-erfahren ersichtlich, bei welchem der den Ölspeicher
verlassende N achladedampf nur zu einem Teil zur Verbrauchsstelle, nämlich dem Dampfmotor,
geleitet wird, während der andere Teil in der Dampfkesselanlage erneut auf volle
C1berhitzungstemperatur gebracht wird. Abb.7 zeigt das Nachladen durch eine andere
Wärinequelle, z. B. Feuergase.
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Es sei nun angenommen, daß der Wasserwärinespeicher einen Druck von
q.o Atin. erhält, entsprechend einer Fliissigkeitsteniperatur von 25o°, und der
Ölspeicher seinem Gewielite nach 2,5- bis 3mal so groß ist wie jener. Benutzt man
.dann zum Aufheizen überhitzten Dampf von 350 bis .I00° und läßt diesen Dampf,
bevor er zum Wasserwärinespeicher gelangt, von oben nach unten durch den Ölwärniespeicher
hindurchgehen, so erreichen bei voller Aufheizung des Wasserspeichers die oberen
Schichten des Ölspeichers die Temperatur es Heizdampfes, cl. h. 35o bis .Ioo°, während
die untersten Schichten die Temperatur des Wasserspeichers, d. h. 25o°, haben. Wenn
man dann den ini Wasserspeicher entstandenen l-#ntla,cledampf von unten nach oben
durch den ()1-speicher hindurchgehen läßt, so erhält man auch bei höchstem Dampfdruck
mit Sicherheit überhitzten Speicherdampf. Man muß nur dafür sorgen, :daß die oberen
heißen Schichten des ülwäriiiespeichers sich mit den unteren kälteren Schichten
nicht mischen. Zu diesem Zweck unterteilt man den Ölwärinespeicher durch eine Anzahl
annähernd wagerechter Wände in einzelne Schichten, ,die jede für sich durch hintereinandergeschaltete
Heizflächen aufgeheizt werden. Die -einzelnen Schichten stehen durch @)ffnungen
der wagerechten Trennungswände untereinander in Verbindung.
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Ein so aufgeheizter Wärmespeicher enthält, auf i cbm Wasser bezogen,
2I9 ooo bis 241 000 WE. Wird indessen der Ölwärniespeicher, wie es oben angegeben
ist, durch Nachladen weiter aufgeheizt, so daß er mit seinem ganzen Inhalt die Temperatur
des Ladedampfes annimmt, so vergrößert sich der Wärmeinhalt, auf i cbm Wasser bezogen,
weiter auf 350 000 bis 400 000 WE. Nunmehr kann man dazu übergehen, einen
Teil des Inhaltes des Ölwär#mespeichers während der Entladung zur Beheizung res
Wasserwärmespeichers zu benutzen, und zwar wird man dazu die unteren Schichten des
Ülspeichers verwendeli. Hierdurch wird erreicht, daß der Wasserw ärmespeicher den
Dampf anfangs bei gleichbleibendem Druck abgibt, und daß das spätere Sinken des
Druckes erlieblich langsamer vonstatten geht als bei bekannten Speichern. Für den
Betrieb> einer Dampfmaschine ist das zweifellos von großer Wichtigkeit.
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,Außer den bisher erwähnten -Vorteilen bietet der neue Zweistoffwärmespeicher
die Möglichkeit, daß der Dampfdruck über den Druck des Heizkessels gesteigert werden
kann. Um dies zu erreichen, wird schon heim Nachladen des Ölwärmespeichers der Inhalt
desselben zur weiteren Beheizung des Wasser wä r inespeicher s benutzt. Wird diesem
dabei
kein Dampf entnommen, so niuß der Dampfdruck über -den Heizkesseidruck
steigCn.
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Da der neue Wärmespeicher infolge seiner höheren Ladetemperatur größere
Wärmeverluste besitzt als die bekannten, so ist für seine Wirtschaftlichkeit eine
geringe ausstrahlende Oberfläche und eine vorzügliche Isolation von größter Bedeutung.
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Diese Schwierigkeiten «-erden dadurch überwunden, daß die unter hohem
Druck stehenden Wasserbehälter, «-elche in bekannter Weise zylindrische Gestalt
erhalten, von dein oder den Behältern mit dem schwensiedencien Stoff von niedrigem
Druck umschlossen werden. Sämtliche Speicherbehälter werden sodann zur guten Isolation
in einem haftleeren Behälter untergebracht, der zur Verinin:derung der Strahlungsverluste
auf seiner Innenseite mit blanken Strahlungsflächen bekleirlet «-erden kann.
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.Durch vorliegende Erfindung wird ein außerordentlich leistungsfähiger
und in der Form anpassungsfähiger Wärmespeicher angegeben, der auch dort zu verwenden
ist, wo die Anwendung eines solchen bisher als aussichtslos galt, denn der oder
:die Behälter für den schwersiedenden Stoff von niedrigem Druck können jedem beliebigen
Querschnitt ohne Schwierigkeiten angepaßt «-edlen.
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In Abb. i bis .4 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines nach
der neuen Erfin-,rhing arbeitenden Wärmespeichers für die Unterwasserfahrt von Unterseebooten
dargestellt, für den ein halbzylindriger Raum zur Unterbringung zur Verfügung steht.
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Der unter hohem Druck stehende Wasserbehälter ist hier wie gewöhnlich
mit kreisförmigem Querschnitt finit kleinstzulässiger Wandstärke ausgebildet, während
der den hochsiedenden Stoff aufnehmende Behälter finit niedrigem Druck den übrigbleibenden
Querschnitt ausfüllt.
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Abb. i zeigt links eine Stirnansicht mit abgenommener Isolationswand,
rechts einen Querschnitt durch (las Ausführungsbeispiel rles neuen Wärmespeichers.
In Abb. 2 ist ein Längsschnitt, in Abb. 3 ein Schnitt nach i-i dargestellt.
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A ist der Wasserwärmespeicher, B der OI-wärlnespeicher,
der mit einem luftleeren Spielraum a als Isolation den Wasserbehälter umgibt, um
die nach außen strahlende Oberfläche möglichst klein zu halten. C ist der unter
Luftleere stehende Behälter, der zur Wärmeisolation (iie Speicherbehälter einschließt.
D sind Rohrschlangen zum @uflieizen der Olinasse heim Laden und zur Entnahine und
Überhitzung des Dampfes bei,in Entladen, E solche zum Beheizen des Wassers durch
(las 01. F sind Dalnpfzufülirungsrolire mit Löchern @ zum Wasserkessel, G
das Dampfentnahmerohr, welches dazu mit Schlitzen c versehen ist.
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H sind Bleche, welche die schwersiedende Almasse in einzelne Schichten
unterteilen; zur Verbindung .der einzelnen Schichten sind die Bleche mit Aussparungen
x versehen.
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Das Laden der Speicher geht in folgender i Weise vor sich: Der vom
Feuerkessel komj niende Dampf tritt durch Leitung I, Ventil d
nach
der Kammer IL und verteilt sich von hier nach den oberen Rohrschlangen D, sammelt
sich wieder in Kammer L, strömt dann nach Kammer IIVl und den nächsten Rohrschlangen
über und so fort, und gibt zunächst an die oberen Schichten des öles seine Überhitzungswärme,
nachher die Verd.ampfungswärme ab. Aus Kwnmern N geht der feuchte Dampf mit dem
Niederschlag durch Ventile e und Krümmer f nach den Rohren F und erwärmt :den Wasserinhalt.
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Sind die unteren Schichten des öles und des Wassers auf die dem Heizkessel.druck
entsprechende Temperatur aufgeheizt, beispielsweise auf 25o° bei d.oAtm. Dampfdruck
im Wasserbehälter, während im Ölbehälter nur geringer Druck von 2 bis 3 Atni. herrscht,
dann wird mit dem Nachladen begonnen. Inn j orliegenden Beispiel wird jetzt für
andere Zwecke dienender, hoch überhitzter Dampf durch Leitung T, Ventil
d, Kammer K, Rohrschlangen D, Sammelkammer Nr, durch Ventil
g, welches früher geschlossen war, jetzt aber geöffnet ist, nach Leitungen 0 und
P geleitet und von dort fortgeführt. Hierdurch wird bei genügend langer Ladezeit
die ganze Ölmasse sich annähernd auf die Temperatur des hoch überhitzten Dampfes
erwärmen.
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` Der Wärmespeicher hat :dann seinen größten Wärmeinhalt erreicht.
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An Stelle von öl, Paraffin o. dgl. könnte man auch feste Speicherstoffe,
wie Eisen, Gestein o. dgl., verwenden, ohne daß das Wesen der Erfindung geändert
wird.
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Die Entladung wird auf folgende Weise vorgenommen: Der sich aus der
heißen Was-; serinasse entwickelnde Wasserdampf wird durch Leitungen G mit Schlitzen
c aus dein Wasserbehälter entnommen und durch Ventile h nach den Kammern N geleitet,
tritt von liier auf dein umgekehrten Wege, :d. 1i. von unten nach oben, durch die
Rohrschlangen D, sich .dort überhitzend nach Sammelkammer K, von wo er durch Ventil
i, das beim Laden geschlossen war, und Leitung O (Ventil d ist hierbei geschlossen)
nach -der #Terbrauchsstelle, z. B. einer Dampfmaschine oder Turbine, geschickt wird.
Gleichzeitig wird beim Entladen Pumpe R in Bewegung gesetzt, die die erhitzte Olinasse
durch Leitungen S und T nach den Rohrschlangen E zur Beheizung fles
Wasserkessels
in Umlauf setzt. - Von den Rohrschlangen E fließt das` abgekühlte öl durch Leitungen
U nach Aden Ölbehältern zurück. Das Saugrohr S der Ölumlaufpumpe schließt man erst
etwa in.3i, der Höhe des Ölbehälters an, um die Wärme der oberen Ölschichten als
Überhitzungswärme zu behalten. Die Heizung :durch die Ölmasse bewirkt, daß ein großer
Teil der Speicherwärme bei gleichbleibendem Dampfdruck entnommen werden kann.
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In Abb. q. ist eine beispielsweise Ausführungsform der Strahlungsflächen
des luftleeren Behälters in größerem Maßstabe dargestellt. In entsprechendem Abstand
von der inneren Fläche des luftleeren Behälters sind blanke Bleche h befestigt,
zwischen denen noch eine Lage Isolierstoff W, z. B. Asbest, befestigt ist, um die
durch Strahlung auftretenden Wärmeverluste noch weiter zu unterbinden.
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Ist der Druck des gefeuerten Kessels niedriger als der zulässige Dampfdruck
im Wasserbehälter, so kann mit Hilfe des heißen öles, welches man vor der Entnahme
von Dampf aus dein Speicher .mittels der Pumpe R durch die Rohrschlangen E des Wasserbehälters
A in Umlauf setzt, .dort den Druck erheblich über den Heizkesseldruck steigern.