DE3841876A1 - Waermekraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Wärmekraftmaschine, bestehend aus Kühler (21), Verdichter (2), Erhitzer (4, 8), Expansionsmaschinen, wie Motoren oder Turbinen (6, 10) mit Abgabe mechanischer Arbeit an einer Abtriebswelle (17) und einem internen Wärmetauscher (18). Die Wärmekraftmaschine hat einen sehr großen Wirkungsgrad in der Umwandlung von Wärme in mechan. Energie. Sie ist anwendbar in allen Bereichen der Wärmekraftmaschinen, z. B. zur Elektrizitätserzeugung, als Antrieb für Arbeitsmaschinen und als Fahrzeugantrieb.

Die Erfindung soll die Wirtschaftlichkeit von Wärmekraftmaschinen erhöhen und die Abgas-Emissionen mindern.

Stand der Technik sind Wärmekraftmaschinen, die mechanische Arbeit meist durch Verbrennungswärme erzeugen. Dabei wird in Wärmekraft­ maschinen mit innerer Verbrennung der Kraftstoff in Arbeitszylinder von Diesel- oder Otto-Motoren oder in Brennkammern von Gasturbinen verbrannt. In Wärmekraftmaschinen mit äußerer Verbrennung erzeugt die chemische Energie des Brennstoffes in einem Dampfkessel überhitzten Dampf, der in Dampfturbinen mechanische Arbeit leistet.

Der Wirkungsgrad in der Umwandlung von Wärme in mechanische Energie ist bei den bekannten Wärmekraftmaschinen mit 15 bis 45% noch sehr weit von dem theoretischen Carnot-Wirkungsgrad entfernt. 55% bis 85% der eingesetzten Verbrennungswärme sind nicht in mechanische Energie oder elektrischen Strom umwandelbar. Das führt zu hohen Energiepreisen, Wärmebelastung der Umwelt und starker Abgasemissionen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad in der Umwandlung von Wärme in mechanische oder elektrische Energie be­ deutsam auf über 50% anzuheben und damit die Wirtschaftlichkeit von Wärmekraftmaschinen und Kraftwerken sehr wesentlich zu erhöhen und die Abgasemission zu vrmindern. Die Erfindung ermöglicht einen wirtschaftlichen Ersatz für Nuklear-Kraftwerke und löst somit auch das Problem des Atom-Müll.

Die Hauptaufgabe der Erfindung, die bessere Wärmenutzung, wird dadurch gelöst, daß der Expansions- und der Kompressionsdruck der Wärmekraft­ maschinen bei höherem Druckverhältnis in mehrere Druckstufen aufge­ teilt ist und jeder Expansionsdruckstufe jeweils ein Erhitzer (4, 8) vorgeschaltet ist, der die Gastemperatur auf ein höheres Niveau zu­ rückbringt, wodurch größere Expansionsarbeiten in der jeweils nach­ folgenden Expansion erzielt werden. Weiterhin wird die Einsatzwärme besser genutzt, indem zwischen den Verdichterstufen das komprimierte Gas jeweils zwischengekühlt wird, so daß für die nächstfolgende Ver­ dichtung weniger Verdichtungsenergie notwendig ist. Abwärmeminderung durch Wärmeaustausch des expandierten Heißgases an die verdichtete mäßig warme Luft in einem internen Wärmetauscher (18) führt zu weiterer Reduzierung des sonst notwendigen Wärmeeinsatzes. Diese drei Vorteile:
mehr Expansionsarbeit, wenigter Kompressorarbeit, weniger Abwärmever­ luste steigern den Wirkungsgrad in der Umwandlung von Wärme in Be­ wegungsenergie auf über 50% bis max. ca. 60% bei hohen Expansionstem­ peraturen. Dabei kennzeichnen:

Anspruch 1 die wesentlichen Merkmale der Erfindung,

Anspruch 2 den geschlossenen Gasumlauf mit Wärmetauschern,

Anspruch 3 den offenen Gasumlauf mit Brennkammern,

Anspruch 4 die besonderen Merkmale der Erfindung für Strahltrieb­ werke.

Die Erfindung bringt große wirtschaftliche Vorteile:
insbesondere in der Stromerzeugung, wo der hohe Wirkungsgrad den Anteil der Brennstoffkosten im Strompreis senkt und die Wettbe­ werbsfähigkeit von Verbrennungskraftwerken über die der Nuklearkraft­ werke hebt. Damit entfällt mit den Nuklearkraftwerken das Gefahren­ potential der radioaktiven Verseuchung und es entfällt auch die Ent­ sorgung radioaktiver Abfallstoffe. Die Erfindung bringt darüber hinaus große ökologische Vorteile durch die reduzierte Abgasmenge und durch die verringerte Abwärme. Ähnliche Vorteile entstehen auch in anderen Anwendungsbereichen, insbesondere für den Kraftfahrzeugverkehr. Hier werden nicht nur weniger Abgase erzeugt. Die annähernd 100%ige Ver­ brennung des Kraftstoffes in separaten Brennkammern macht die Abgase, auch ohne Katalysator, weitgehend schadstofffrei. Der Einsatz dieser Wärmekraftmaschine in Strahltriebwerken erhöht den Wirkungsgrad in der Kraftstoffverwertung. In Zweistrahl-Flugtriebwerken kann der Ener­ gie-Einsatz für den Sekundärstrom vervielfacht werden, was auch zu einer Vervielfachung des Schubes führt. Der Treibstoffbedarf und die Flugkosten sinken.

Beschreibung

Fig. 1 kennzeichnet den Aufbau und die Wirkungsweise der Erfindung. Ein Gas (1) (z. B. Luft) wird im offenen oder geschlossenem Gasumlauf durch den Verdichter (19) angesaugt und auf max. ca. 4 : 1 verdichtet. Dabei steigt die Temperatur des Gases, je nach Verdichtung und Wirkungsgrad, z. B. bei einer Verdichtung 3 : 1 auf ca. 140°C. Das erwärmte und verdichtete Gas wird in einem Kühler (21) wieder zurückgekühlt, wobei die abgegebene Wärme ggfs. zu Heizzwecken (22) nutzbar ist. Das abgekühlte Druckgas ge­ langt in den 2. Verdichter (2), wo es erneut komprimiert wird. In der be­ schriebenen Art können noch weitere Zwischenkühlungen und Verdichtungen durchgeführt werden. Nach der letzten Verdichterstufe wird dem Gas, ohne weitere Nachkühlung, zusätzliche Wärme zugeführt. Hierzu dient ein interner Wärmetauscher, der vorzugsweise im Gegenstrom die Wärme des bereits expandierten Gases auf das Druckgas überträgt. Dabei wird das Druckgas bis dicht an die Expansionstemperatur erhitzt, z. B. auf 500°C. Erst nach Austritt aus dem internen Wärmetauscher (18) erhält das Gas zusätzliche Einsatzwärme aus dem Erhitzer (4), indem es beispielsweise auf 750°C aufgeheizt wird. Dieser Erhitzer besteht bei offenen luftbetriebenen Wärmekraftmaschinen aus einer Brennkammer (4), ggfs. mit einem Katalysator, in die Kraftstoff oder Brenngas eingesprüht bzw. eingepreßt wird und verbrennt, dazu genügt eine geringe Menge, beispielsweise, wie oben ge­ nannt, nur zur Erwärmung des Gases von 500°C auf 750°C.

Dagegen wird in einer Wärmekraftmaschine mit geschlossenem Gasumlauf die Verbrennungswärme indirekt über Wärmetauscher (4) dem Umlaufgas zu­ geführt. Das so erhitzte Gas (von beispielsweise 750°C) expandiert mit einem Expansionsverhältnis von max. ca. 1 : 4 in einem Motor (6) oder einer Turbine (6). Es leistet dabei Arbeit, die über die Turbinenwelle (Motorwelle) (9, 17) abgeführt wird und kühlt sich dabei ab, z. B. von 750°C auf 530°C. Das abgekühlte Gas mit dem verminderten Druck wird in den nächsten Erhitzer (8) geführt, wo es nochmals, wie beschrieben, z. B. auf 750°C erhitzt wird, ehe es erneut in einem Motor (10) oder in einer Tur­ bine (10) Expansionsarbeit abgibt und sich wiederum abkühlt (z. B. auf 530°C). Wie bei der Verdichtung sind auch bei der Expansion noch weitere Druckstufen möglich. Dabei wird das Gas jeweils vor jeder nachfolgenden Expansion in einem Erhitzer nacherhitzt.

Das expandierte Gas strömt schließlich mit der Expansionstemperatur (z. B. 530°C) und seinem niedrigsten Druck (z. B. 1 bar) in den internen Wärme­ tauscher (18), wo es Wärme, wie beschrieben, an das Druckgas der letzten Verdichterstufe abgibt.

Wird die Wärmekraftmaschine mit einem Gesamtverdichtungs- bzw. Expansions­ verhältnis max 4 : 1 bzw. 1 : 4 betrieben, so entfallen die Zwischenkühlungen und Zwischenerwärmungen. Es verbleibt aber der interne Wärmetausch. Der Wirkungsgrad ist ähnlich hoch wie bei einer entspr. mehrstufigen Verdichtung und Expansion mit größerem Druckgefälle aber den beschriebenen Zwischenkühlungen bzw. Zwischenerwärmungen. Die Fig. 1a zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel für den Aufbau im offenen System und mit Brenn­ kammern. Die Brennstoffzuführung erfolgt bei (7) bzw. (3).

Da die Verdichtung ohne Zwischenkühlung bei mäßigem Druckverhältnis weniger stark negativ ist als die Expansion ohne Zwischenerwärmung, kann die Wärmekraftmaschine ggfls. nur mit Zwischenerwärmung betrieben werden. Fig. 2 zeigt auch hierzu ein Ausführungsbeispiel.

Die Fig. 14a und Fig. 14b kennzeichnen den großen thermodynamischen Vorteil zwischen den konventionellen Gasturbinen (Fig. 14a) und der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine im (T-s) Temperatur-Entropie- Diagramm. Die Flächen N entsprechen der theoretischen Nutzarbeit der Motoren bzw. Turbinen und die Flächen V stellen die Abwärmeverluste dar. Beide Flächen N + V ergeben den Wärmeeinsatz, z. B. aus der Ver­ brennungswärme, die über die Erhitzer (4) bzw. Zwischenerhitzer (8) in die Wärmekraftmaschine eingegeben wird. Es ist deutlich erkennbar, daß die konventionelle Gasturbine (Fig. 14a) weniger Arbeit (Fläche N) leistet als die erfindungsgemäße Wärmkraftmaschine (Fig. 14b). Der Abwärmeverlust (Fläche V) in der konventionellen Gasturbine (Fig. 14a) ist wesentlich größer. Das führt dazu, daß unter sonst gleichen Bedingungen, wie Verdichtungsverhältnis, mechanische Wirkungsgrade der Verdichtungs- und Expansionsmaschinen u. a. die Wärmekraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruch 1 mit ca. 55% gegen ca. 35% konvention. Gasturbinen für eine bestimmte Brenn- oder Kraftstoffmenge rd. 80% mehr Arbeit leistet, was die genannten wirtschaftlichen und ökolo­ gischen Vorteile erbringt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen in Ausführungs­ beispielen dargestellt und erläutert.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 1 bis Fig. 8 zeigen jeweils den schematischen Aufbau der Wärmekraftmaschine. Die Fig. 9 bis Fig. 13 zeigen Beispiele für die technische Ausstattung. Die Fig. 1a bis Fig. 3 enthalten Beispiele für den offenen Gasumlauf mit Brennkammern. Die Fig. 4 bis Fig. 6 kennzeichnen Flugantriebe und die Fig. 7 und Fig. 8 bringen Beispiele für den geschlossenen Gasumlauf mit Wärmetauschern.

Ausführungsbeispiele

Fig. 1 Grundaufbau der Wärmekraftmaschine,

Fig. 1a Ausführungsbeispiel ohne Zwischenkühlung, ohne Zwischener­ wärmung für kleine Druckverhältnisse,

Fig. 2 Ausführung mit einer Zwischenerwärmung ohne Zwischenkühlung für mäßig hohe Verdichtung,

Fig. 3 Ausführung für hohe Verdichtung und großer Expansion mit je einer Zwischenkühlung und Zwischenerwärmung,

Fig. 4 Ausführungsbeispiel eines Einstrom-Schubtriebwerkes,

Fig. 5 Ausführungsbeispiel für eine Turbo-Prop-Triebwerk,

Fig. 6 Ausführungsbeispiel eines Zweistrom-Schubtriebwerkes,

Fig. 7 Ausführungsbeispiel der Wärmekraftmaschine für kleine Druck­ verhältnisse ohne Zwischenkühlung, ohne Zwischenerwärmung,

Fig. 8 Ausführung für hohe Verdichtung und externe Verbrennung mit je einer Zwischenerwärmung und Zwischenkühlung,

Fig. 9 entspr. Fig. 3: Ausführungsbeispiel einer Wärmekraftmaschine mit Hubkolbenmaschinen, insb. für den mobilen Einsatz, z. B. für Kraftfahrzeuge, Arbeitsmaschien u. a.,

Fig. 10 entspr. Fig. 1a: Ausführungsbeispiel mit Schrauben-Verdichter und Expansionsmaschinen in Kleinbauweise und geringer Ver­ dichtung, z. B. für Kraftfahrzeuge und Flugzeuge,

Fig. 11 entspr. Fig. 2: Beispiel in Turbo-Ausführung für mittlere und große Kraftanlagen bei mäßiger Verdichtung,

Fig. 12 entspr. Fig. 6: Zweistrahl-Schubtriebwerk für Flugzeuge mit sehr hoher Schubleistung.

Die Fig. 1 zeigt schematisch die beschriebenen erfindungsemäßen Merkmale nach Anspruch 1.

Die Fig. 1a bis Fig. 6 und die Fig. 9 bis Fig. 11 zeigen Ausführungs­ beispiele, in denen die Erhitzer (4) (8) als Brennkammern ausgebildet sind. Die Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel technischer Gestaltung nach Fig. 1a, d. h. ohne Zwischenkühlung und ohne Zwischenerwärmung. Kompressor (2) und Motor (6) arbeiten in Schraubenausführung, wobei der Schraubenmotor (6) vorzugsweise aus hitzebeständigem Material (z. B. aus Keramik) besteht. Diese Wärmekraftmaschine zeichnet sich aus durch die kleinen Baumaße und die hohe Leistung und ist daher für mobile Maschinen, insb. Kraftfahrzeuge, geeignet. Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades sollte die Verdichtung unterhalb von 4 : 1 liegen. Anstelle von Schrauben sind auch Dreh- oder Hubkolbenmotoren bzw. Verdichter einsetzbar. Für große stationäre Anlagen eignen sich auch Turbomaschinen.

Die Fig. 2 kennzeichnet schematisch die erfindungsgemäße Wärmekraft­ maschine für den mittleren Druckbereich mit dem Erhitzer (4) und dem Zwischenerhitzer (8) jeweils in Bremmer-Ausführung für eine zwei­ gestufte Expansion über die Motoren bzw. Turbinen (6) und (10). Die Fig. 11 zeigt hierzu das Ausführungsbeispiel einer Turbo-Anlage.

Die Fig. 3 kennzeichnet das Ausführungsbeispiel für eine Wärmekraft­ maschine mit zweistufiger Verdichtung für mittlere und hohe Druckbe­ reiche über die Kompressoren (2) und (19). Nach dem ersten Verdichter wird die Luft in dem Zwischenkühler (21) zwischengekühlt, so daß für die nach­ folgende Verdichtung weniger Energieeinsatz notwendig ist. Auch in dieser Ausführung ist eine 2stufige Expansion mit Zwischenerhitzung in der Brennkammer (8) vorgesehen. Die höhere Expansionstemperatur er­ möglicht größere nutzbare Expansionsarbeiten in dem Motor bzw. in der Turbine. Anstelle von 2 Stufen mit jeweiliger Zwischenkühlung bzw. Zwischenerwärmung sind auch 3- oder mehrstufige Anlagen mit entspr. Zwischenkühlungen und Zwischenerwärmungen darstellbar. Wärmekraftmaschinen mit Zwischenkühlung(en) und Zwischenerhitzung(en) eignen sich insbesondere für große Kraftanlagen, z. B. als Gasturbinenanlagen zur Stromerzeugung. Aber auch kleinere Wärmekraftmaschinen sind so darstellbar. Die Fig. 9 zeigt hierzu ein Ausführungsbeispiel mit Hulbkolben-Maschinen, insb. für den mobilen Einsatz, z. B. in Kraftfahrzeugen. Verdichter (2) (9) und Motoren (6) (10) sind als Differential-Hubkolben-Maschinen ausgebildet. Die Vor­ verdichtung erfolgt in diesem Ausführungsbeispiel in dem größeren Hub­ volumen im Vorverdichter (19). Die vorverdichtete Luft kühlt in dem Luft­ kühler (21) ab, ehe sie in dem kleineren Hubvolumen des Verdichters (2) stärker komprimiert wird. In dem internen Wärmetauscher (18) erhitzt die Druckluft im Gegenstrom zum Abgas und wird schließlich in der Brenn­ kammer (4) durch Kraftstoffverbrennung auf die Eintrittstemperatur für die Expansion angehoben. Die Heißgase expandieren unter Energieabgabe zweistufig mit einer Zwischenerhitzung in einer Brennkammer (8), und zwar im höheren Druckbereich im kleineren Expansionsvolumen des Motors (10) und nach der Zwischenerwärmung im größeren Expansionsvolumen des Motors (6), ehe das Gas über den internen Wärmetauscher (18) als Abgas die Wärmekraftmaschine verläßt.

Die Fig. 4 bis Fig. 6 kennzeichnen schematisch Ausführungsbeispiele der Wärmekraftmaschine als Schubantriebe, vorzugsweise für Flugzeuge.

Diese Strahltriebwerke zeichnen sich aus durch große Schubkräfte und geringem Kraftstoffverbrauch gegenüber den bekannten Strahltrieb­ werken. Die Fig. 4 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Einstrom-Strahl­ triebwerkes. Die Wärmekraftmaschine in diesem Triebwerk besitzt zwei Erhitzer bzw. Zwischenerhitzer (4) (8) in Brennkammer-Ausführung, wobei der Zwischenerhitzer (8) zwischen zwei Turbinen in mittlerer Druckhöhe der Expansion angeordnet ist. Durch die Anhebung der mittleren Expan­ sionstemperatur in dem Zwischenerhitzer (8) ist die nutzbare Turbinen­ arbeit wesentlich größer als in den bekannten Strahltriebwerken. Diese größere Turbinenarbeit wiederum gestattet eine höhere Verdichtung und damit ein größeres Restdruckgefälle der Heißgase hinter den Tur­ binen, das wiederum eine größere Expansion bei höherer Temperatur in der Schubdüse gestattet. Der Schub des Einstrom-Strahltriebwerkes ist also größer als bei den konventionellen Einstrom-Strahltriebwerken. Unter sonst gleichen Bedingungen erzeugt die erfindungsgemäße Wärme­ kraftmaschine in Einstrom-Strahltriebwerken höhere Schübe bei geringerem Kraftstoffverbrauch.

Die Fig. 5 kennzeichnet das Ausführungsbeispiel eines Turbo-Prop- Strahlantriebes mit den in Fig. 4 erläuterten Vorteilen. In dem Turbo- Prop-Antrieb wird jedoch ein Teil der größeren Expansionsarbeit der Turbinen zum Antrieb eines Propellers benutzt, womit sehr hohe Schub­ kräfte beim Start und in kleinen Fluggeschwindigkeiten erzeugt werden. Zweckmäßigerweise arbeitet dieses Triebwerk in Wechselwirkung: beim Start und bei kleinen Geschwindigkeiten expandiert das Heißgas in der Turbine (10) nahezu auf den äußeren Luftdruck. Sämtliche Überschußarbeit der Turbinen (6) (10) wird dem Propeller 624) zugeführt, der mit hoher Leistung eine große Luftmasse beschleunigt und einen großen Schub erzeugt. Mit zunehmender Fluggeschwindigkeit wird die mögliche Über­ schuß-Expansionsarbeit der Heißgase auf die Schubdüse (11) verlagert, bis schließlich im Überschallbereich der Propeller (24) eingezogen außer Betrieb ist.

Die Fig. 6 zeigt das Ausführungsbeispiel eines Zweistrom-Strahltrieb­ werkes mit der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine. Die Überschuß­ arbeit zusätzlich zu der notwendigen Verdichterarbeit für den Primär­ strom wird in einem viel größerem Umfang als bisher entnommen und für die Beschleunigung des Sekundärstrahles aufgewandt. Der Verdichter des Sekundärstromes (äußerer Luftstrom ohne Verbrennung) erzeugt insb. beim Start und bei kleinen Fluggeschwindigkeiten sehr viel bessere Wirkungsgrade als der heiße Primärstrom und erzeugt mit der größeren Energieeingabe aus der erfindungsgemäßen Wärmekraftmaschine einen sehr viel größeren Schub als in konventionellen Zweistrom-Strahltriebwerken. Alle Triebwerke mit der neuartigen Wärmekraftmaschine benötigen weniger Startlast durch den kleineren Brennstoffverbrauch, womit aber dieser Brennstoffverbrauch noch weiter abgesenkt wird.

Die Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel für die maschinelle Aus­ stattung des Zweistrom-Strahltriebwerkes. Man erkennt links den Luft­ eintritt für den Primärstrom, den Verdichter (2), den Erhitzer (Brennkammer) (4), die erste Turbine (6), den Zwischenerhitzer (8), die 2. Turbine (10) und die Primärschubdüse (11). Der äußere Sekundärstrom wird über den Verdichter (15) durch die Turbinen (6) (10) komprimiert und expandiert in der Düse (16).

Die Fig. 7, Fig. 8 und Fig. 12 kennzeichnen die erfindungsgemäße Wärme­ kraftmaschine mit äußerem Wärmeeinsatz, vergleichbar mit den bisherigen Dampfkraftmaschinen (Kraftwerke). Die Verbrennungswärme wird indirekt durch die als Wärmetauscher ausgebildeten Erhitzer (4) (8) in den ge­ schlossenen Gasumlauf der Wärmekraftmaschine eingegeben. Anstelle von Verbrennungswärme kann auch Abwärme oder Nuklearwärme (Atomkraft­ werk) in den Gasumlauf eingegeben werden.

Die Fig. 7 zeigt das Ausführungsbeispiel für eine Kraftanlage mit ein­ stufiger Verdichtung (2) und einstufiger Expansion (6). Der Gasumlauf er­ hält nach der Verdichtung (2) zunächst über den internen Wärmetauscher (18) die Restwärme des expandierten Gases aus der Turbine (6) bevor er in der Heizkessel-Anlage (26) in dem Erhitzer (4) auf die Eintritts­ temperatur für die Turbine (6) nacherhitzt wird. Der Erhitzer (4) arbeitet vorzugsweise im Gegenstrom zu den Brenngasen des Heizkessel (26). Die Restwärme der Brenngase in der Heizkessel-Anlage (26) wird benutzt um über einen Luftvorwärmer (23) die Frischluft vorzuheizen. Es sind alle Brenn- und Kraftstoffe einsetzbar (3).

Die Fig. 8 kennzeichnet den geschlossenen Gasumlauf für eine Kompression in der zweistufigen Verdichtung (19) (2) mit Zwischenkühlung (21) größer als 4 : 1. Auch dieExpansion ist zweistufig (6) (10) mit Zwischenerhitzung (8) in der Kesselanlage. Die Abwärme (22) ist ggfls. zu Heizzwecken nutzbar. Die Fig. 12 zeigt nach Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel mit Turbokompressoren (19) (2), Zwischenkühler (21) und Heißgas-Turbinen (6) (10), sowie die Heiz­ kessel-Anlage (26) mit Erhitzer (4) und Zwischenerhitzer (8).

Die Anlagen mit geschlossenem Gasumlauf sind vorzugsweise stationär ein­ zurichten und haben sehr hohe Wirkungsgrade.

1 Gas-/Lufteintritt
2 Verdichter
3 Brenn-/Kraftstoff-Zuführung
4 Erhitzer
5 Antriebswelle zum Verdichter
6 Motor/Turbine
7 Brenn-/Kraftstoff-Zuführung für Zwischenerhitzer
8 Zwischenerhitzer
9 Ausgleichs-/Antriebswelle
10 Motor/Turbine, 2. Stufe
11 Primärstromdüse (Strahlantrieb)
12 Lufteintritt des Sekundärstrahles
13 schwenk- bzw. regelbarer Lufteinlaß
14 Schwenk- bzw. Regelvorrichtung
15 Sekundärstromverdichter
16 Sekundärstromdüse
17 Antriebswelle/äußere Leistungsabgabe
18 interner Gegenstrom-Wärmetauscher
19 Vorverdichter
20 Antriebswelle zum Vorverdichter
21 Zwischenkühler
22 Wärmeabfuhr/Abwärmeverwertung
23 Luftvorwärmer in der Kesselanlage
24 Propeller/Luftschraube
25 Gasaustritt
26 Heizkessel-Anlage

Claims (4)

1. Wärmekraftmaschine, bestehend aus Kühler (21), Verdichter (2), Erhitzer (4, 8), Expansionsmaschine (6, 10) und einem internen Wärmetauscher (18) in Gleichdruckerwärmung, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Expansions- und der Kompressionsdruck in eine oder mehrere Druckstufen aufgeteilt ist und jeder Ex­ pansionsdruckstufe jeweils ein Erhitzer (4, 8) vorgeschaltet ist und daß bei geschlossenem Gasumlauf in der Wärmekraftmaschine jeder Verdichterstufe und im offenen Gasumlauf beginnend vor der 2. Verdichterstufe jeweils ein Zwischenkühler (21) vorgeschaltet ist und daß vorzugsweise das Arbeitsgas nach der Expansion in der Expansionsmaschine in einem internen Wärmetauscher (18) das verdichtete Gas vorerwärmt.

2. Wärmekraftmaschine im geschlossenen Gasumlauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenerhitzer (4, 8) aus Wärmetauschern bestehen, vorzugsweise aus Gegenstrom-Wärmetauschern, die äußere Wärme in die Wärmekraftmaschine einbringen, und damit die Temperatur des umlaufenden Arbeitsgases unter gleichbleibenden Druck erhöhen.

3. Wärmekraftmaschine im offenen Gasumlauf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erhitzer (4, 8) als Brenn­ kammern ausgebildet sind, in denen Kraftstoff (3) oder Brennstoff verbrennt und dabei die Temperatur des Brenngases erhöht.

4. Wärmekraftmaschine im offenen Gasumlauf nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur ein Teil der ver­ fügbaren Expansionsarbeit in den Expansionsmaschinen genutzt wird und das restliche Druckgefälle des Heißgases in einer Schubdüse (11) expandiert und der interne Wärmetauscher (18) ent­ fällt.