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Vereinigter Dampferzenger und Wärmespeicher für Untersee- und Tauchboote od. dgl.
Für Unterseeboots-Dampflraftanlagen ist bisher vorgeschlagen worden, zur Überwasserfahrt einen Feuerdampfkessel und zur Unterwasserfahrt einen besonderen Wasserwärmespeicher zu verwenden, der bei der Überwasserfahrt einen Teil der erzeugten Dampfwärme in Form von Flüssigkeitswärme auf- speichert und diese bei der Unterwasserfahrt als gesättigten Dampf zum Betriebe der Dampfkraft- maschine abgibt.
Derartige Anlagen erfordern im Verhältnis zur Leistung viel Platz und Gewicht und die Wärmeausstrahlungsverluste und die damit verbundenen Nachteile und Unbequemlichkeiten sind infolge der grossen Oberflächen derartig bedeutende. dass es bisher nicht möglich war, damit den elektrischen Unterwasserbetrieb zu verdrängen. Die schon lange angestrebte Frage der Schaffung eines Einheitsmotors für Überwasser- und rnterwasserfahrt ist deshalb mit den bekannten Mitteln noch nicht praktisch zu lösen.
Durch nachfolgend beschriebene Erfindung sollen die vorerwähnten Nachteile beseitigt und ein
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von überhitztem Dampf bei Feuerungs-und Speicherbetrieb sowie gleichbleibender Dampfdn ek während des ersten Teiles der Entladezeit, geringe Wärmeausstrahlung, kleiner Platzbedarf und bedeutende Gewichtsersparnis - den elektrischen Unterwasserbetrieb zu beseitigen und dafür den Einheit-Dampfbetrieb einzuführen vermag. Erreicht wird dies dadurch, dass ein Wasserdampfkessel und ein mit einem schwerer siedenden
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Druck besitzen, beim Feuerungsbetrieb derart hintereinander in den Feuergasstrom geschaltet sind. dass die erste Wärme an den Wasserkessel zur Dampferzeugung bzw.
Wassererwärmung und der Rest. nach entsprechender Abkühlung der Feuergase, an den mit dem schwerer siedenden Stoff gefüllten Speicher- behälter übergeht. Die an den schwerer siedenden Stoff abgegebene Wärme wird sowohl beim Feuerungsbetrieb als auch beim Speicherbetrieb zum Teil zur Beheizung des Wasserkessels und zum Teil zur Überhitzung des entnommenen Dampfes benutzt. Die vorgesehene Führung der Feuergase ist notwendig. um den schwerer siedenden Stoff mild zu beheizen. damit ein Zersetzen desselben und das Ablagern einzelner seiner Bestandteile an den Heizflächen vermieden wird.
Der Wärmeinhalt eines Wasserwärmespeichers ist bekanntlich von der Temperatur des Wavers und von dessen Gewicht abhängig ; soll jener gross sein. so erfordert das sonst grosse, schwere Speicher- behälter von hohem Druck.
Bei der vorliegenden Erfindung erhält im Gegensatz hiezu der Wasserkessel höchstens eine der bei Speicherbetrieb verbrauchten Dampfmenge entsprechende Grösse, während der Behälter mit dem schwerer siedenden Stoff, je nach den gewählten physikalischen Eigenschaften des letzteren. selbst bei
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Abmessungen mit kleinster Wandstärke und geringstem Gewicht erhalten kann.
Verwendet man z. B. Öl als schwerer siedenden Stoff, dessen spezifische Wanne bekanntlich nur etwa halb so gross wie die des Wassers ist, dann ist dessen Wärmeinhalt, auf das Gewicht bezogen, bei der doppelten Arbeitstemperatur, worunter hier die zwischen der zulässigen höchsten und niedrigsten Speiehertemperatur vorhandene Temperaturdifferenz im Wasserbehälter verstanden ist, etwa so gross wie
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speichers für ein Tauchboot ist in beiliegender Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt, in Pfeilrichtung gesehen, einen Querschnitt nach 1-1, Fig. 2 einen Längsschnitt durch den vereinigten Dampferzeuger und Wärmespeicher. In Fig. 3 ist eine Ansieht der hinteren Stirn- seite, in Pfeilrichtung gesehen, und in Fig. 4 eine Einzelheit dargestellt.
Der ganze lichte Bootsquerschnitt. der durch die Wand Z abgegrenzt wird, ist von der Kessel- anlage ausgefüllt ; als Strahlungsflächen für das Bootsinnere kommen nur noch die beiden Stirnwände in Betracht. Zur Verbindung der durch den Kesselspeicher getrennten Bootshälften ist ein Durchgang X vorgesehen. Die beiden Wasserdampfkessel-A sind als Dreiflammrohrkessel mit Innenfeuerung aus- gebildet. Der Dampfdruck ist zu 30 Atm., entsprechend 233C Wassertemperatur, gewählt. Der Behälter B, mit Öl als schwerer siedenden Stoff, fÜllt den übrigbleibende Bootsquerschnitt aus.
Die Wasserdampf- kessel ruhen mit einem Isolierzwischenraum C in zylindrischen flammrohrartigen Rohren D im unteren Teil des Ölbehälters, um den Schwerpunkt möglichst tief zu legen.
Man muss drei verschiedene Betriebsarten unterscheiden :
1. Feuerungsbetrieb bei Überwasserfahrt, wobei Dampf zum Betriebe einer Dampfkraftmaschine abgegeben wird ;
2. Feuerungsbetrieb zum Aufladen für den Speicherbetrieb bei Lnterwasserfahrt : 3. Speicherbetrieb bei Unterwasserfahrt.
An Hand der Zeichnung sollen die drei Betriebsarten beschrieben werden.
Die Wasserdampfkessel A werden im ersten Fall durch in den Flammrohren E angebrachte Öl- brenner beheizt und erzeugen wie gewöhnliche Kessel Dampf. Die Flammrohre werden zur Erzielung grosser Heizflächen mit verhältnismässig kleinem Durchmesser ausgeführt und zum guten Wasserumlauf mit Querrohren a ausgerüstet, die Feuergase treten nach Verlassen der Flammrohre durch die Rauch- kammern F mit etwa 600-700'nach den Heizrohren b des Ölbehälters B über, beheizen diesen und verlassen durch Rauchfang (7 und Schornstein Zf den Kessel bzw. das Boot. Zum Schutze der ersten
Heizflächen im Ölbehälter sind in Fig. 4 im grösseren Massstabe dargestellte Schutzrohre y in die Heiz- rohre b eingesetzt.
Die an das 01 übergehende Wärme wird zum Teil an den Überhitzer I, zum Teil an das Speisewasser abgegeben. Die Dampftemperatur wird annähernd auf die hochstzulässige Temperatur des Öles gebracht. Die Überhitzerschlangen sind stehend zwischen den Heizrohren b angeordnet, u. zw. wird ihnen der Dampf durch mit Schlitzen versehene Dampfentnahmerohre q der Wasserkessel, durch
Leitungen c, Sammelkammern d unten mit 233 C zugefÜhrt und oben durch Kammern e, Leitungen t und Ventile o mit etwa 340= entnommen, wenn man eine höchste Öltemperatur von 3500 zulassen darf,
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auch durch die Speise wasservorwärmung unten grösser ist als oben, so nimmt auch seine Temperatur von unten nach oben zu.
Zur Vermeidung zu starker örtlicher Erhitzung der oberen Ölmassen werden
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Die Dampferzeugung wird zweckmässig so geregelt, dass man, je nach Bedarf, eine Anzahl der Ölbrenner abstellt. Bei schwacher Dampferzeugung wird man nur je ein Flammrohr beheizen. Auf diese Weise ist es möglich, dass die Feuergastemperatur nach Verlassen des Wasserkessels annähernd die gleiche Temperatur behält, was für die Beheizung des Ölbehälters besonders wichtig ist.
Die Temperatur der abziehenden Feuergase ist im Mittel etwa 330-3300 : denn in den oberen Rauchrohren kühlen sie sich durch den zu überhitzenden Dampf auf etwa 4000 und in den unteren Rohren auf 280-300 ab. Der Überhitzer ist sozusagen ein Qnerstrom-Flüssigkeitsüberhitzer.
Der Wirkungsgrad des Kessels ist bei der vorgesehenen, verhältnismässig niedrigen Abgastemperatur, und da auch die Ausstrahlungsverluste bei dem innigen Zusammenbau sehr gering sind, ein guter. Die Zuführung der Verbrennungsluft wird zweckmässig in bekannter Weise vorgenommen, indem man den ganzen Heizraum unter Druck setzt.
Der Feuerungsbetrieb zum Aufladen für den Speicherbetrieb, ohne Entnahme von Dampf und ohne Speisung, wird in ähnlicher Weise vorgenommen, wie vorstehend geschildert. Das Ventil o ist jetzt geschlossen. Da sich jedoch der Wasserkessel schneller aufheizt als der Ölbehälter, so wird ein Teil der erzeugten Dampfwärme mittels der Überhitzerheizflächen J an das Öl übertragen. Zu diesem Zweck werden Ventile p geöffnet, der Dampf steigt nach den oberen Sammelkammern e, schlägt sich in den Überhitzerschlangen nieder und tritt durch Kammern d, Leitungen c nach den'Wasserkesseln als Kondensat zurück. Auf diese Weie ist die ganze Ölmasse bis auf die dem höchsten Dampfdruck entsprechende Flüssigkeitstemperatur aufzuheizen.
Zur Steigerung der Öltemperatur auf den höchstzulässigen
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Betrag, das man zweckmässig mit Nachladen bezeichnet, muss man die weitere Beheizung unter dampe- entnahme, gegebenenfalls unter Ausschaltung der Überhitzung und Speisewasservorwärmung vornehmen. oder man muss durch eine'andere mild wirkende'Wärmequelle möglichst nur den Ölbehälter beheizen.
Beim Speicherbetrieb bei Unterwasserfahrt wird, wie in dem zuerst geschilderten Betriebszustand der Dampf durch Entnahmerohre q den Wasserkesseln entnommen und durch e-d-I-''Leitungen/ und Ventile o zur Dampfkraftmaschine geleitet. Die Überhitzungswärme wird dem Ölbehälter entnommen.
Um den Dampfdruck im Wasserkessel möglichst lange auf der vollen Höhe zu erhalten, wird dun. 1t Leitungen i-, Ventile s-Ventile t in Leitungen m sind geschlossen-das Öl von Pmnpe angefügt und durch Leitungen ssi und Ventile b1 nach den Rohrschlangen L des'Wasserkessels gedrückt. von wo es durch Leitungen M nach dem Ölbehälter B zurückfliesst. Die Ölwärme wird dabei zur Wasserverdampfung an das Kesselwasser abgegeben.
Gewöhnlich werden bei Speicherbetrieb die Wasserkessel nicht gespeist, sondern der Dampf dem vorhandenen Wasserinhalt entnommen ; muss aber aus irgendeinem Grunde der Speicherbetrieb länger aufrechterhalten werden als der Wasservorrat ausreicht, so kann man auch die Speisung wie bei Feuerungsbetrieb durch gjr-A-t-k bewerkstelligen. Bei Verwendung von kaltem Speisewasser lässt sich die Temperatur der unteren Ölschichten bis unter die dem niedrigsten Dampfdruck entsprechende Wassertemperatur herabziehen.
Ist der vereinigte Dampfkessel und Wärmespeicher voll aufgeladen und ist weder die Feuenm im Betrieb, noch wird Dampf entnommen ein Betriebszustand, der vorkommen kann. wenn man da" U-Boot zur Überwasser-Marschfahrt mit einem Verbrennungsmotor versieht-dann würde bei ungenügender Isolierung der Dampfdruck durch die Wärmeausstrahlung bald heruntergehen. Auch von
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strahlungsflächen sind auf diese Weise vermieden. Ausserdem ist die ganze Anlage, auch der Gang durch den Ölbehälter mit einem unter Luftleere stehenden Behälter 0 umgeben. dessen Wände auf der Innenseite noch mit blanken Strahlungsflächen z bekleidet sind. Die Heizrohre. Verbindungsleitungen usw. sind durch verschliessbare Öffnungen zugänglich.
Sämtliche Verbindungen zwischen den inneren Behältern und dem kälteren, unter Luftleere stehenden Isolationskessel, sowie mit dem Schornstein sind elastisch.
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können.
Der von den Bootsspanten gebildete Raum P wird als Speisewasserbehälter benutzt. Eine Isoliersehieht Q vermindert weiter den Wärmeverlust.
Die heissen Abgase des Verbrennungsmotors werden bei Überwasserfahrt mit Vorteil zum Ersatz
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von wo sie durch die Heizrohre b nach dem Rauchfang G entweichen.
Ist die Wärme der Abgase der Verbrennungsmaschine grosser als zur Beseitigung der Strahlung- verluste erforderlich ist, was man durch entsprechende Bemessung des Verbrennungsmotors in der Hand hat, so kann man diese auch zum Nachladen des Ölbehälters verwenden.
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so gut wie ausgeschlossen sind. Wollte man zur Kühlung kalte Frischluft verwenden, so würde damit ein Wärmeverlust verbunden sein.
Durch vorliegende Erfindung ist ein vereinigter Dampferzeuger und Wärmespeicher, auch Kesselspeicher genannt, angegeben, den man als die Lösung der Frage des Einheitsdampfkessels tür Überwasser- und Unterwasserfahrt von Untersee-und Tauchbooten ansehen kann. Die Erfindung lässt sich auch für andere Dampfbetriebe verwenden, in welchen zeitweise ohne Feuerung gearbeitet werden muss. z. B. für Lokomotiven, welche zeitweise durch Tunnel oder durch feuergefährliche Strecken fahren.
PATENT-ANSPRÜCHE:
1. Vereinigter Dampferzeuger und Wärmespeicher für Untersee-und Tauchboote od. dgl., dadurch
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od. dgl.) gefüllter Speicherbehälter beim Feuerungsbetrieb derart in den Feuergasstrom geschaltet sind. dass die erste Wärme an den Wasserkessel und der Rest nach entsprechender Abkühlung der Feuergase an den mit dem schwerer siedenden Stoff gefüllten Behälter übergeht.