DE102013004498A1 - kleine Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine kleine Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage, die aus mindestens einem Verdichter, mindestens einer Brennkammer, mindestens einer Expansionsstufe, aufgebaut ist und über einen rotierenden Wärmetauscher mit einer rotierenden kompakten Dampfturbine gekoppelt ist. Thermische Energie, die in der Gasturbine nicht genutzt werden kann, wird zum größten Teil an die rotierende kompakte Dampfturbine abgegeben. In der Komponente Dampfturbine findet eine weitere Umwandlung thermischer Energie in mechanische Energie statt. In der Dampfturbine wird zusätzlicher Schub durch mindestens eine Düse und optional durch Kraftübertragung von der Dampfströmung auf mindestens ein Laufrad erzeugt, das an die rotierende Dampfturbine gekoppelt ist. Nachfolgend wird die verbleibende thermische Energie durch einen Wärmetauscher in ein Heizungssystem übertragen, so dass ein neuartiges Blockheizkraftwerk vorliegt. Die kleine, leichte und einfache Bauweise ermöglicht auch den Einsatz für kleine effiziente Antriebe, wie z. B. einen Propellerantrieb oder einen Anschluss an einen Elektrogenerator. Die Umsetzung der kinetischen Energie der Abgasströmung in Rotationsenergie des Systems wird über ein geeignetes Getriebe oder ein schraubenförmiges Rohrsystem erreicht. Das schraubenförmige Rohrsystem für Abgase ist Bestandteil des Wärmeübertragers zwischen der Komponente Gasturbine und der Komponente Dampfturbine der kleinen Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage. Die Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage stellt somit ein neuartiges Antriebssystem mit Wärmeübertragung dar.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine kleine Gas- und Dampfturbinenkombianlage zur Umwandlung thermischer Energie in mechanische Energie und Nutzung der Abwärme.
  • Stand der Technik
  • Aus dem Stand der Technik ist eine Vielzahl von Gas- und Dampfturbinenkombianlagen bekannt. So offenbart beispielsweise die Druckschrift DE2833890 ein Gas- und Dampfkraftwerk. Als Besonderheit wird hier die Ausprägung als Solarkraftwerk beschrieben. Die wichtigsten Komponenten sind ein Verdichter, eine Brennkammer, eine Turbine und ein Generator sowie ein Solarerhitzer.
  • Im Patent EP000000152785A1 wird auf die Kühlwirkung von rotierenden Wärmerohren eingegangen. Die Verbindung des heißen und gekühlten Bereichs und der damit verbundene Stofftransport mit Wärmeaustausch ermöglicht eine Kühlung. Die Methode des Wärmetransports ist anschaulich im Patent GB 1361047 dargestellt.
  • Die Kühlung von Gasturbinen mit Hilfe von Flüssigkeiten ist im Patent DE 1913065 beschrieben.
  • Die Nutzung der Druckdifferenz in einem rotierenden System, das sich durch eine Trennplatte und Integration eines Antriebssystems auf der Basis mindestens eines Laufrads und mindestens eines Leitrads auszeichnet, wird im Patent DE 10315746 als kompakte Dampfturbine beschrieben, die sich bei genauer Analyse als integriertes Dampfkraftwerk herausstellt. Ihr Vorteil liegt im hohen Integrationsgrad und in der Möglichkeit, Komponenten des Systems als Multifunktionseinheiten auszuprägen. In Patent DE 10 2009 020 337 ist der Einsatz eines rotierenden Kühlers beschrieben, wobei auch bei Kondensation an geeigneter Stelle ein Teil der Kondensationsenergie in Vorschub umgewandelt werden kann.
  • Zur Umsetzung der Energie des schnelllaufenden Schaufelrades können Getriebe eingesetzt werden, wie im Patent DE 10200903771A1 beschrieben. Insbesondere die. hydrodynamische Kopplung ermöglicht die Reduktion von hohen Drehzahlen auf relativ niedrige Drehzahlen. Dies wird in der Turbo Compound Technologie in der Kraftfahrzeugtechnologie bei der Restenergieverwertung bei Abgasen von Nutzfahrzeugen genutzt. Die Brennertechnologie für Gasturbinen wird im Patent DE60027356 beschrieben. Die Verdichtung und Expansion bei kleinen Turbinen ist sehr gut in Patenten zu Abgasturboladern dokumentiert. Hier wird eine Beschreibung im Patent DE 10 2008 030 502 herangezogen.
  • In der Nichtpatentliteratur von Song (2003) und Hashimoto (1996) sind zur Kühlung von Elektromotoren und Triebwerken rotierende Wärmerohre beschrieben. Diese rotierenden Wärmerohre weisen erhöhte Wärmeübertragungskoeffizienten auf und eignen sich zur effizienten Kühlung von rotierenden Maschinenteilen. Die Rotation von einem Zylinder in einem einhüllenden Außenzylinder ist von Tillmann (1961) beschrieben und es wird ein Verfahren zur Berechnung der Widerstandbeiwerte angegeben. Die wissenschaftliche Untersuchung von Strömungen mit Energiezufuhr ist von Jungclaus und van Raay (1967), insbesondere für Strömungen mit Energiezufuhr durch Kondensation, durchführt worden.
  • Aufgabenstellung
  • Für den Einsatz eines Mikro BHKW sind die bislang verfolgten Ansätze mit zu hohen Investitionskosten verbunden. Der Nachteil von Strömungsmaschinen mit kleinem Volumenfluss sind die relativ geringen Wirkungsgrade, d. h. für Strömungsmaschinen mit kleiner Leistung sind die Verluste in klassischen Lauf- und Leitradsystemen zu groß. Notwendig sind daher neuartige Systeme, die eine ausreichend hohe Effizienz sowie eine preiswerte Konstruktion und einen einfachen Betrieb erlauben. Es bietet sich daher an, Komponenten des Systems für mehrere Zwecke einzusetzen, so dass sich der konstruktive Aufwand und der Materialbedarf reduzieren.
  • Zur Erhöhung des Wirkungsgrades bietet sich die Kombination von einer kleinen Gasturbine und einer kleinen Dampfturbine in einer Anlage an. Der Energiegehalt des Gases wird in einer Gasturbinenstufe teilweise in mechanische Energie umgewandelt und ein Teil der nicht genutzten Energie im Abgas wird über einen Wärmetauscher an eine Dampfturbine übertragen. Hierdurch ist ein Aufbau einer Gesamtanlage mit höherer Effizienz möglich. Für Mikro-Bockheizkraftwerke (im folgenden Mikro-BHKW genannt) ist das Ziel, eine geeignete und preiswerte Konstruktion zu finden.
  • Beschreibung
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Integration einer rotierenden Dampfturbine und einer Gasturbine mit einem rotierenden Wärmetauscher zu einer neuartigen Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage gelöst, wobei die rotierende Dampfturbine die Komponente Gasturbine teilweise umgibt. Wesentlich ist die pneumatische Kopplung der Abgasströmung der Gasturbine über einen rotierenden Wärmetauscher an die Dampfturbine. Der Wärmetauscher ist durch ein Rohrsystem ausgeführt. Der Wärmetauscher hat somit auch die Funktion einer Kraftübertragung. Die Kraftübertragung durch Nutzung von Wandschubspannungen in mindestens einem durchströmten Rohrsystem ist bei kleinen Volumenströmen vorteilhaft. Rohre sind bezüglich Wärmeübertragung gut auslegbar und Rohre sind preiswert herstellbar. Auch soll damit die Konstruktion eines Getriebes auf der heißen Abgasseite vermieden werden.
  • Zwecks Maximierung der Umwandlung thermischer Energie in mechanische Energie soll das Rohrsystem soll so ausgelegt werden, dass in dem Rohrabschnitt mit heißer Gasströmung ein geringer Wärmeabfluss vorliegt. Der Anteil der Gesamtenergie, der in mechanische Energie über Reibung der Abgasströmung an der Rohrinnenwand umgewandelt wird, ist hoch. Stromabwärts wird die verbleibende Energie über einen Wärmetauschprozess an eine rotierende Dampfturbine abgegeben. Im Kühler der Dampfturbine, wird die Restenergie einem Heizsystem zugeführt. Zum Zweck der Effizienzsteigerung erwärmt ein Regenerator die der Gasturbine zugeführte Luft. Ein Generator wird an das rotierende Gesamtsystem gekoppelt. Erfindungsgemäß kann diese kleine, leichte, robuste kleine Gas- und Dampfturbinenkombianlage auch als Antriebsaggregat genutzt werden.
  • Detailbeschreibung
  • Die Dampfturbine (1) ist an einer Achse (470) angebracht, der durch ein Lager (440) geführt ist (1). Die Ansaugluft wird durch die Luftzufuhrzuleitung (34) und der Brennstoff durch die Brennstoffzufuhrleitung (35) eines Brenners (190) in den Verbrennungsraum (195) geleitet. Die Zufuhrleitungen können alternativ als Doppelrohr ausgeführt sein. Die Luftströmung in der Zuführungsleitung bewirkt außerdem, dass Bauteile gekühlt werden. Die Initialzündung wird durch den Zünder (191) durchgeführt. Die Abgasströmung (10) wird aus dem Verbrennungsraum (195) hinausgeführt. Wärme wird über den Wärmetauscher (185) auf das rotierende Arbeitsfluid (120) übertragen. Zwischen den Rippen (180) wird auf dem Strömungsweg zur Düse (110) die Dampfströmung (278) überhitzt. Der Wärmetransfer wird durch die Dampfströmung (278) und das mitrotierende Arbeitsfluid (120) beeinflusst. Nachfolgend wird die Dampfströmung (278) über das Dampfzuführungsrohr (310) zur Düse (110) geleitet. Das expandierte Gas wird in einem gegenläufig rotierenden Laufrad (360) mit geeignetem Profil umgelenkt. Das Laufrad (360) selbst ist an einer geeigneten gegenläufigen rotierenden Scheibe (370) befestigt, die über ein Lager (90) an der Achse (470) angebracht ist. Die Kraftübertragung von der gegenläufig rotierenden Scheibe (370) wird über ein Zahnrad (400) und die beiden zugehörigen Kronenräder (390, 393) durchgeführt. Das Kronenrad (393), ist an einem rotierenden Rücklaufrohr (461) befestigt über eine Halterung (462) mit der rotationssymmetrischen Außenwand (150) verbunden. Die Achse (405) für das Zahnrad (400) ist mit Hilfe von Lagern (406) an der Achse (470) befestigt.
  • Der Dampf wird nach Austritt aus dem gegenläufigen Laufrad (360) in ein mitrotierendes Gittersystem (355) geleitet, in dem Kühlung und Kondensation stattfindet (1a). Wie auch in 1 dargestellt, versorgen ein statisches Vorlaufrohr (450) und ein statisches Rücklaufrohr (460) das System mit Kühlflüssigkeit und transportieren Wärme ab, die für Heizzwecke genutzt werden kann. Der Übergang vom statischen Rohrsystem zum rotierenden Rohrsystem mit rotierendem Vorlaufrohr (451) und rotierendem Rücklaufrohr (461) wird durch eine Labyrinthdichtung (80) abgedichtet. An einem Lager (70) sind die rotierenden Vor- und Rücklaufrohre (451, 461) angebracht. Alternativ zu diesem mitrotierenden Kühlsystem kann durch ein geeignetes Strahlführungssystem der Dampf auf einen zentralen statischen Wärmetauscher (118) (siehe 1g) gelenkt werden, an dem die Kondensation stattfindet. Das kondensierte Arbeitsfluid (120) wird am Innenrand der rotierenden rotationssymmetrischen Außenwand (150) gesammelt. Durch den Spalt (130) fließt das Arbeitsfluid (120) in den Verdampfer (275) (vergrößert in 1a dargestellt). Der Kondensationsraum (101) (siehe auch 1) ist durch eine Trennscheibe (350) vom Verdampfer (275) getrennt. Das Arbeitsfluid (120) dichtet den Spalt (130) ab. Das rotierende Gesamtsystem verrichtet Pumparbeit, so dass das Fluid vom Kondensationsraum (101) in den Verdampfer (275) befördert wird.
  • Eine Untersetzung des schnelldrehenden gegenläufigen rotierenden Laufrads (360) ist in 1b dargestellt. Ein Kronenrad mit kleinerem Radius (391) und dazu gehörigem Zahnrad (401) ist über eine gemeinsame Achse (407) mit einem Kronenrad mit größerem Radius (392) und dem dazu gehörigem Zahnrad (402) verbunden. Dadurch findet eine Untersetzung statt, die von den Radien der Kronenräder und dem Durchmesser der Zahnräder (401 und 402) abhängig ist. Dadurch lässt sich das gegenläufig rotierende Laufrad (360) mit einer höheren Winkelgeschwindigkeit als die Winkelgeschwindigkeit der rotationssymmetrischen Außenwand (150) realisieren, was für die Leistung des Gesamtsystems vorteilhaft ist. Zusätzlich kann eine Variation der Radien der Zahnräder (nicht dargestellt) zur Realisierung der gewünschten Untersetzung genutzt werden. Ohne Einschränkung der Ansprüche kann statt des Systems aus Kronenrädern und Zahnrädern ein hydraulisches Getriebe oder jede andere geeignete Getriebetechnik genutzt werden.
  • Die rotationssymmetrische Außenwand (150) kann auf der Innenseite zwecks Optimierung des Flusses des Arbeitsfluids (135) in ihrer Form optimiert werden. Der Fluss des Arbeitsfluids (135) vom Kondensationsraum (101) durch den Spalt (130) zum Abschlussdeckel des Verdampfers (274) wird durch den sich vergrößernden Innenradius (151) (1c) zum Abschlussdeckel des Verdampfers (274) hin begünstigt. Wärmetransfer findet über den Wärmetauscher (185) und auch über die rotationssymmetrische Außenwand (150) statt. Im Verdampfer (275) wird das Arbeitsfluid zum Sieden gebracht und die Dampfströmung (278) umströmt die Rippen des rotierenden Wärmetauschers (180) und strömt danach in Richtung Düse. Somit kann der Kreislauf aufs Neue beginnen. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung können alternativ zu Rippen (180) auch Metallschäume (nicht dargestellt) oder andere geeignete Oberflächenformen eingesetzt werden.
  • In 1d ist das System mit einer Radiusverkleinerung der rotationssymmetrischen Außenwand (150) als eine Möglichkeit der Variation der rotierenden Dampfturbine dargestellt. Dies bewirkt eine Materialeinsparung und eine geringere Reibung da Oberfläche und Radius kleiner werden. Zur Reibungsminimierung kann über eine Pumpe (153) der Zwischenraum (62) evakuiert werden. Die Labyrinthdichtungen (154) an der Außenwand ermöglichen die Druckabsenkung im Zwischenraum (62).
  • Die Kraftübertragung der rotierenden Dampfturbine (1) an einen Generator für mittlere Drehzahlen (265) wird über Antriebsstangen (266) oder andere geeignete Kraftübertragungstechniken ermöglicht (1e).
  • In 1f bis 1m sind einige mögliche Varianten der Ausführung der kompakten Dampfturbine in Detailausschnitten dargestellt.
  • Eine Steigerung des Wirkungsgrades der Dampfturbine kann durch mehrfache Durchleitung des Dampfstrahls durch das Laufrad erreicht werden. In 1f ist eine Aufsicht dargestellt. Aus der Düse (110) ausströmend, trifft die Dampfströmung (117) auf das gegenläufige Laufrad (360). Nach dem Austritt auf dem Laufrad wird die Strömung durch ein Dampfrückführungsrohr (115) zur Einlassseite des Laufrades (360) geleitet (1f). Das gegenläufige Laufrad (360) ist durch einen Ringspalt (361) vom Gittersystem (355) und dem Scheibensystem (362) getrennt und erfährt durch die erneute Durchströmung einen zusätzlichen Schub. Nach der zweiten Durchströmung des Laufrades wird die Strömung in ein Gittersystem (355) geleitet. Hier beginnt auch die Kondensation. Es liegt somit eine Zweiphasenströmung (121) vor. Eine Führung der Zweiphasenströmung (121) wird durch Profile (357) erzielt. In dem Dampfrückführungsrohr (115) wird durch die Impulsänderung in Laufrichtung der Düse (110) zusätzlicher Schub erzeugt.
  • Eine weitere Variante ist in 1g dargestellt. Ein statischer zentraler Wärmetauscher (118) ist in das System integriert. Die Dampfführung durch die Rohre (115, 116) ist für eine Mehrfachbeaufschlagung des Laufrades (360) ausgelegt, so dass bei schneller Dampfströmung ein guter Wirkungsgrad erzielt wird. Die Profile des Laufrades (366) sind auf optimalen Wirkungsgrad optimiert. Statt eines Laufrades können auch mehrere Laufräder genutzt werden. Bei gegebenem Wärmetransfer ist der Massenfluss bei Wasserdampf als Arbeitsfluid geringer als bei vielen organischen Fluiden. Dieser kleinere Massenfluss hat zur Folge, dass die Leistung, die für die Beschleunigung des Kondensats aus dem Ruhesystem in das rotierende System benötigt wird, geringer ist. Für den Betrieb der Dampfturbine ist es wichtig, dass die Pumpleistung für den Transport des Arbeitsfluids vom Kondensationsraum in den Verdampfer – wie bei konventionellen Turbinen – klein im Vergleich zur abgegebenen Leistung ist.
  • Ein System aus rotierender Düse, Laufrad und Kondensator, die mechanisch verbunden sind und mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit rotieren, ist als weitere Variante in 1h dargestellt. Hier rotieren Gittersystem (355), Düse (110) und Laufrad (359). Die Dampfströmung (117) tritt aus der Düse (110) aus und wird in einem ersten Leitrad (367) umgelenkt. Durch einen Spalt tritt die Strömung in das Laufrad (359) und von dort wieder in ein zweites Leitrad (368). Dann wird die Strömung in das Gittersystem (355), das auch als Wärmetauscher dient, geleitet. Hier findet die Kondensation statt, und es liegt eine Zweiphasenströmung (121) vor. Eine Variante, bei der die Kondensationsenergie bei Dampfströmungen in Diffusoren für zusätzlichen Schub genutzt wird, ist in 1i dargestellt. Die Kondensation bewirkt, dass von dem Arbeitsfluid Energie auf die Strömung transferiert wird. Kondensation wird gezielt durch induzierte Stoßwellen ausgelöst. Stoßwellen sind durch Verdichtungs- und Verdünnungszonen gekennzeichnet, wobei in letzteren Kondensation bei geeigneten Bedingungen stattfindet. Zum Auslösen von Stoßwellen wird in einem Laufrad (359) mit sich vergrößerndem Querschnitt in Strömungsrichtung ein geeignetes Hindernis (373) integriert, an dem schräge Verdichtungsstöße ausgelöst werden. Bei Vorhandensein einer ausreichenden Anzahl von Kondensationskeimen wird eine Kondensation bewirkt. Die Kondensationsenergie wird der Strömung zugeführt. Diese Energiezufuhr bewirkt zusätzlichen Schub, der im Laufrad (359), sowie im ersten gegenläufigen Laufrad (371) und im zweiten gegenläufigen Laufrad (372) in mechanische Energie des rotierenden Systems umgesetzt wird.
  • Als Variante ist eine Vergrößerung der Kondensatorfläche in 1j dargestellt. Die Kühleigenschaften werden verbessert und es wird eine bessere Nutzung der kinetischen Energie der Strömung (1j) erzielt. Die Strömung kann auch als Zweiphasenströmung vorliegen. Das Umlenksystem aus Laufrad mit oder ohne Leitrad ist so konzipiert, dass die Strömung eine radiale Komponente nach außen aufweist. Durch die Schrägstellung der Wärmetauscherfläche (358), die als Konus ausgeprägt sein kann, wird die Strömung in Richtung Zylinderdeckel abgelenkt und überstreicht somit eine größere Fläche. Rotierende Kühlrohre (352) sind an den Kondensatorflächen angebracht und transportieren die Wärme zu einem externen Wärmetauscher (nicht dargestellt).
  • In 1k ist das Gittersystem (355) durch mindestens ein Kondensationsrohr (354) ersetzt. Das Kondensationsrohr ist als Rohrwendel ausgeprägt. In diesem findet Kondensation statt, so dass eine Zweiphasenströmung (121) vorliegt. Die Strömungsrichtung zeigt im Wesentlichen in Rotationsrichtung der Dampfturbine (111) (1l), so dass aufgrund der Reibung an den Innenwänden des Kondensationsrohrs (354) ein Schub in Rotationsrichtung vorliegt vor.
  • In 1l ist eine Aufsicht dargestellt. Analog zur Düse (110), Außenwand (150), Arbeitsfluid (120), Scheibensystem (362) dreht sich das Kondensationsrohr (354) in Rotationsrichtung der Dampfturbine (111). Der flüssige Anteil der Zweiphasenströmung (121) nimmt mit zurückgelegter Strecke zu. Die kinetische Energie der Strömung wird durch Reibung an dem rotierenden Kondensationsrohr (354) an dasselbe übertragen. Die durch Kondensation freiwerdende Energie wird an die Kühlflüssigkeit in den rotierenden Vorlauf- und Rücklaufrohren (451 und 461) übertragen.
  • Mit der Variante in 1m kann ein Teil der bei der Kondensation freiwerdenden Energie, genutzt werden. Um den Energietransfer in die Strömung im Kondensator auszulösen, werden Stoßwellen induziert. An geeigneter Stelle, erfindungsgemäß in einem Diffusor zwischen Profilen (124) eines Leitrades oder eines gegenläufigen Laufrades, werden kleine Hindernisse (373), die Verdichtungsstöße auslösen, angebracht (1m). Durch die Abfolge von Hochdruck- und Niedrigdruckgebieten in einer Stoßwelle, wird in der vorliegenden Strömung eine Kondensation ausgelöst. Damit wird der Strömung Energie zugeführt. Die der Strömung zugeführte Energie trägt im Diffusor (124) eines gegenläufigen Laufrades (360) zum Schub bei und nachfolgend auch im Kondensationsrohr (354) zu einer Erhöhung der Wandschubspannung bei. Dieser Effekt trägt bei geeigneter Geometrie und bei kleinem Wärmeübertragungskoeffizienten, der stromaufwärts liegt, der Kondensationsrohre zum Schub in Rotationsrichtung der Dampfturbine (111) bei. Insgesamt wird somit ein Teil der Kondensationsenergie für eine Wirkungsgraderhöhung des Gesamtsystems genutzt.
  • Die Gasturbine (3) wird in die rotierende Dampfturbine (1) integriert und beide bilden erfindungsgemäß eine neuartige Einheit (2). Die Gas und Dampf-Kombianlage (2) ist an der Achse (470) und dem Stator (255) mit Hilfe der zwei Lager (440, 245) aufgehängt. Die Gasturbine inklusive eines Diffusors (212) ist in einem statischen Gehäuse (220) untergebracht, in dem sich ein Verdichter (210), eine Brennkammer (197) und eine Expansionsstufe (175) befinden. Der Verdichter (210) kann sowohl als Axial- oder als Radialverdichter ausgeführt sein.
  • Erfindungsgemäß sind verschiedene Brennkammerausführungen möglich. Auch die Expansionsstufe kann sowohl als Radial- oder Axialturbine ausgeprägt sein (2). Der Verdichter und die Expansionsstufe können einstufig oder mehrstufig ausgeführt sein. Die rotierende Dampfturbine (1) selbst ist von einer rotationssymmetrischen Außenwand (150) umgeben. Luft (30) wird verdichtet und in eine Brennkammer (197) geleitet, z. B. durch eine Welle (240), die hier als Hohlwelle ausgeführt ist. In die Brennkammer wird dann Brennstoff zugeführt und gezündet, und in der nachfolgenden Expansionsstufe wird das Gas teilweise entspannt.
  • Die Kopplung der rotierenden Welle (240) der Gasturbine (3) an die rotationssymmetrische Außenwand (150) der rotierenden Dampfturbine erfolgt durch mindestens ein Getrieberad (251). Die Welle kann als Hohlwelle ausgeführt sein, so dass Versorgungsleitungen für die elektrische Zündung (nicht dargestellt), für den Brennstoff und die Luft in ihr untergebracht sind (nicht eingezeichnet). Falls die Welle der Gasturbine und die Dampfturbine in die gleiche Richtung rotieren, wird ein zweites Getrieberad (252) benötigt, wie in 2 dargestellt. Das Kronenrad (253) unter dem Zylinder ist an einem Lochkranz (254), und somit einer für die Abgasströmung (10) durchlässigen Aufhängung aufgehängt. Die Abgasströmung wird durch das Leitblech (230) in den Zwischenraum (62) zwischen Gas- und Dampf-Kombianlage (2) und Trennwand (61) in den Außenraum (500) bzw. zu einem Schornstein (nicht dargestellt) geleitet. Dabei wird Wärme über den Wärmetauscher (185) mit Rippen (180) dem Arbeitsfluid (120) zugeführt. Der Effekt der Wärmeübertragung wird durch die Rotation der rotationssymmetrischen Außenwand (150) in einer dazu angepassten Trennwand (61), die hier beispielhaft als Außenzylinder in (2) dargestellt ist, verstärkt. Bei geeignetem Abstand zwischen den beiden Wänden (150 und 61) bilden sich Wirbel und der Wärmetransfer wird dadurch verstärkt. Weiterhin kann die Trennwand mit Leitblechen so geformt werden, dass die Abgasströmung spiralförmig um die Gas- und Dampf-Kombianlage strömt und somit eine Kraftübertragung stattfinden kann.
  • Zwecks Wirkungsgraderhöhung und Reduktion der Stickstoffoxidemission werden die Abgase (10) durch ein Umlenkblech (20) und nachfolgendes Leitsystem, das durch zwei Trennwände (60 und 61) gebildet wird, zum Verdichter (210) und schließlich zur Brennkammer (197) zurückgeführt (3). Der Ort für einen Auslass für Abgase (22) wird so gewählt, dass eine Maximierung des Wärmetransfers vom Abgas (10) zur Luft (30) stattfindet. Die Trennwände werden aus gut wärmeleitenden Materialen konstruiert, wie z. B. Metallen. Es kann eine Ausführung der Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage (2) gewählt werden, in der in den Vermischungsraum (63) Luft (30) hinzugeleitet wird. Die Außenhülle (40) kann auch als thermischer Isolator ausgeführt sein, so dass weniger Wärme aus dem System abtransportiert wird. Der Verdichter (210) saugt diese Mischung an und führt sie unter Überdruck in die Brennkammer (197), in die Brennstoff eingeleitet wird. Eine Zündung und ein Anlasser (nicht dargestellt in 3) ermöglichen mit einer Initialzündung das Starten. Zur Vermeidung eines Getriebes, sowie der zugehörigen Lagerung und Schmierung ist in dieser Variante ein für hohe Drehzahlen ausgelegter Generator (260) direkt auf der Welle der Gasturbine (240) angebracht. Durch die Abgasführung inklusive der Rückführung der Abgase zur Gasturbine und die damit verbundene Nutzung der Abgase zur Vorerwärmung wird der Wirkungsgrad gesteigert.
  • Zur Verbesserung der Wärmeübertragung werden die Abgase durch mindestens ein schraubenförmiges Rohrsystem (170) geführt (3a). Dieses Rohrsystem dient als verbesserter Wärmetauscher, der aufgrund seiner Charakteristik als Rohr bei hoher Strömungsgeschwindigkeit besonders hohe Wärmeübertragungskoeffizienten aufweist. Der Vorteil dieser Antriebsform liegt darin, dass keine sich berührenden Baugruppen wie Getrieberäder genutzt werden müssen, um die Welle der Gasturbine (240) mit hoher Drehzahl und die rotationssymmetrische Außenwand (150) mit relativ niedriger Drehzahl zu koppeln. Demzufolge wird hier auch nur ein Generator für mittlere Drehzahlen (265) benötigt, der wie in 1e dargestellt, an die Dampfturbine angebunden ist und somit nicht für höchste Drehzahlen ausgelegt sein muss.
  • Die heißen Rauchgase werden in einen Zwischenraum für Abgas (165) geleitet, in dem der Gasdruck größer als im Außenraum aber niedriger als im Brennraum ist, so dass in der Expansionsstufe (175) noch genügend Energie umgewandelt wird um den Verdichter zu betreiben. In diesem Zwischenraum für Abgas (165) wird die Abgasströmung umgelenkt und in ein schraubenförmiges Rohrsystem (170) geführt. Der Leitungsquerschnitt des schraubenförmigen Rohrsystems (170) ist so dimensioniert, dass eine möglichst hohe Strömungsgeschwindigkeit erreicht wird und sich ein geeignetes Druckgefälle vom Brennraum über den Zwischenraum für Abgas bis zum Außenraum einstellt. Der Querschnitt wird unter Berücksichtigung der Dichte, der Temperatur und der Energieabfuhr durch Wärmeleitung und Abfuhr mechanischer Energie über die gesamte Länge des schraubenförmigen Rohrsystems (170), angepasst. In 3a ist ein rechteckiger Querschnitt gewählt. Ohne Einschränkung der Erfindung kann auch eine andere geeignete Form des Rohrquerschnitts gewählt werden, wie z. b eine runder oder halbkreisförmiger Querschnitt.
  • Erfindungsgemäß können auch mehrere Rohre in dem Wärmetauscher integriert sein. Ein Wärmetransfer findet von der heißen Gasströmung in den Verdampfer (275) der Dampfturbine statt. Sowohl die Dampfströmung als auch das rotierende Arbeitsfluid (120) bewirken eine Kühlung. In dem Verdampfer (275) ist erfindungsgemäß ein Dampfüberhitzer integriert, dessen Wärmetauscherfläche durch geeignete Lamellen mit Löchern (nicht dargestellt) bzw. Rippen des rotierenden Wärmetauschers (180) vergrößert wird. Durch die vom Gas über den Wärmetauscher transferierte Wärme wird das Arbeitsfluid verdampft und die Dampfströmung (278) nachfolgend zwischen den Rippen des rotierenden Wärmetauschers (180) zur Düse (110) geleitet. Das expandierte Gas wird in einem gegenläufig rotierenden Laufrad (360) mit geeignetem Profil umgelenkt.
  • Zur Effizienzsteigerung für z. B. Organic Rankine Prozesse kann ein interner Wärmetauscher (315) im rotierenden System installiert werden (siehe 3b). Hier findet Wärmeaustausch zwecks Vorerwärmung des Arbeitsfluids statt, so dass der thermische Wirkungsgrad steigt. Durch eine Trennscheibe (350) zum Kondensator und eine weitere Trennscheibe (300) zum Verdampfer wird ein Zwischenraum eingefasst, in dem der Dampfdruck einen Wert zwischen dem Druck im Kondensator und im Verdampfer annimmt. Der Abdampf wird im Diffusor der Düse (110) expandiert und über geeignete Dampfführungsrohre (340) in spiralförmige Wärmetauscherrohre (330) geleitet. Hier wird ein beachtlicher Teil der Wärme über einen Wärmeübertrager (320) auf das Arbeitsfluid (120) übertragen, das zum Verdampfer strömt. Das Wärmetauscherrohr (330) und der Wärmeübertrager (320) bilden die zentrale Komponente des internen Wärmetauschers (315). Das Arbeitsfluid wird zum kälteren Kühlsystem geleitet und dort wird ein Großteil der Restwärme an das rotierende Rücklaufrohr (461) über den Wärmeübertrager übertragen. Stromabwärts strömt das kondensierte Arbeitsfluid (122) in Richtung Auslass (420). Anschließend wird es in das rotierende Kondensat durch den Auslass (420) befördert. Der Zwischenraum (62) kann schmal ausgeführt werden, was für eine Reibungsminimierung vorteilhaft sein kann. Auch kann dieser Zwischenraum mit kleinem Volumen mit einer Pumpe evakuiert werden, so dass die Reibungsverluste stark reduziert werden.
  • Auch auf der Außenseite der Außenwand wird zur Abgasführung ein spiralförmiges Rohrsystem angebracht (280). Die Außenseite des rotierenden Rohrsystems (140) umfasst das rotierende spiralförmige Rohrsystem (280), das als mehreckiges oder rundes Rohrystem aus metallischen und nichtmetallischen Materialien ausgeführt sein kann
  • Erfindungsgemäß kann die Gas- und Dampfkombianlage (2) auch angebundene Wellen oder Gestänge antreiben. Darüber hinaus können auch Propeller (268) direkt (nicht dargestellt) oder über ein Getriebe mit Anschluss an rotierende Außenwand (267) für Antriebssysteme genutzt werden (siehe 3c).
  • Zwecks einer vorteilhaften Umwandlung der Abgasströmung (3d) in Rotationsenergie, werden die Abgase (10) mit Hilfe eines Umlenksystems (177) in ein rotierendes schraubenförmiges Rohrsystem (170) geleitet. Im schraubenförmigen Rohrsystem (170) strömt eine hochenergetische Abgasströmung in einem schraubenförmigen Rohrsystem (168). Es ist sogar besonders vorteilhaft, wenn im ersten Abschnitt der Strömung im rotierenden schraubenförmigen Rohrsystem (170) die heißen Abgase ihre thermische Energie nicht oder nur gering über Wärmeleitung im Wärmetauscher (185) an die Dampfströmung (278) im Verdampfer (275) übertragen. Die Energie wird über Reibung an den Innenwänden des Rohres in Rotationsenergie umgesetzt werden. Erst in dem nachfolgenden Abschnitt der Abgasströmung im schraubenförmigen Rohrsystem an der Außenwand (178) der Dampfturbine findet ein erhöhter Wärmeübergang von der Wand an das flüssige Arbeitsfluid (120) statt, denn die Wärmeübertragung von einem Festkörper in ein flüssiges Medium ist stärker ausgeprägt als die Wärmeübertragung von einem Festkörper in ein gasförmiges Medium.
  • In 3e ist das schraubenförmige Rohrsystem (170) einzeln und vergrößert dargestellt. Ohne Einschränkung der Erfindung, kann das schraubenförmige Rohrsystem (170) mehrlagig ausgeführt werden. Das Material kann sowohl ein guter Wärmeleiter als auch ein Wärmeisolator sein. Somit können sowohl Metalle mit entsprechender Hitzefestigkeit als auch Keramiken als Material genutzt werden.
  • In 3f ist eine Variante des Regenerators bestehend aus mehreren Trennwänden (61, 60, 59) und der Außenhülle (40) dargestellt. Zwecks guter Wärmeübertragung werden die Trennwände dünn ausgeführt. Ein Vorteil hier ist die Nutzung eines Gegenstromverfahrens. Von der Abgasströmung (10) wird Wärme über die Trennwände an die Luft (30) transferiert. Zusätzlich kann eine Pumpe den Zwischenraum (62) evakuieren, so dass eine geringere Reibung beim Betrieb vorliegt.
  • Die Gase werden in der Gasturbinendüse (176) hinter der Expansionsstufe (175) auf eine gewünschte Geschwindigkeit beschleunigt. Eine Umlenkung findet an einem Umlenksystem (177) statt, das am Gehäuse (220) der Gasturbine (3) befestigt ist, so dass keine mechanische Leistung abgegeben wird. Das Umlenksystem (177) ist aus hitzebeständigem Material ausgeführt. Hier können Metalle, Keramiken, sowie anorganische Stoffe oder kohlenstoffbasierte Materialien eingesetzt werden. Die Abgase werden in die schraubenförmige Rohrsystem (170) geleitet. (siehe 3g).
  • In 3h ist der Wärmetauscher (185) als Variante ausgeprägt. Statt der Rippen liegt eine schraubenförmige Gerinneführung (182) vor, die hier als Doppelhelix ausgeprägt ist. Die wirksame Oberfläche des Wärmetauschers ist somit vergrößert. Das rotierende flüssige Arbeitsfluid (120) deckt die Gerinneführung gasdicht ab. Beim Sieden des Arbeitsfluids tritt Dampf in das Gerinne ein. Danach strömen in den beiden schraubenförmigen Gerinnen die Dampfströmungen (276, 277) mit einer hohen Geschwindigkeit Richtung Düse. Die Hauptkomponente des Strömungsvektors des Dampfes zeigt in Rotationsrichtung der Gas- und Dampfkombianlage. Das dadurch bewirkte Drehmoment trägt somit zur Vortriebsleistung der gesamten rotierenden Gas- und Dampfkombianlage bei. Der Zustand des Dampfes wird verändert, was vorteilhaft ist, da hier eine Dampfüberhitzung stattfindet und gleichzeitig Energietransfer vom überhitzten schnellströmenden Fluid an die mitrotierenden Innenwände des Rohrsystems stattfindet. Zur Erhöhung der Wärmeübertragung kann der Dampf durch ein Leitblech (290) über den Deckel des Wärmetauschers (186) geführt werden. Durch eine spiralförmige Strömungsführung wird auch in diesem Rohrabschnitt zum Drehmoment beigetragen.
  • Die Besonderheit des Wärmetauschers mit der schraubenförmigen Gerinneführung ist, dass die Wärmeübertragung über eine vergrößerte Fläche stattfinden kann und die Wandschubspannung der Rauchgase zum Vortrieb genutzt wird. In der hier dargestellten Skizze (3i), zeigen jedoch die Abgasströmung im schraubenförmigen Rohrsystem (168) und die Dampfströmung im schraubenförmigen Rohrsystem (169) in entgegengesetzte Richtungen. Die Dampfströmung, die im Wesentlichen gegen die Drehrichtung strömt, wird dann zweckmäßigerweise – durch geeignete Wahl des Strömungsquerschnitts – mit niedriger Geschwindigkeit strömen, so dass keine bemerkenswerte Bremswirkung auftritt. Die Dampfströmung strömt durch ein spiralförmiges Rohrleitungssystem (160) zum Dampfführungsrohr (310) und wird zur Düse geleitet.
  • Die Lücke (235) zwischen dem Gehäuse (220) der Gasturbine (3) und der Innenwand (179) des rotierenden Wärmetauschers (185) ist eng ausgeführt, so dass aufgrund der Rotation eine Dichtwirkung auftritt. Die Wand des Gehäuses (220) der Gasturbine (3) kann zusätzlich mit eingelassenen Profilen versehen sein, so dass die Dichtwirkung verbessert wird. Alternativ können die Profile in der Innenwand (179) eingelassen sein. Die Welle der Gasturbine (240) wird an Lagern (70) angebracht. Ein Lager ist an einer gelochten Halterung (256) angebracht, so dass die Verbrennungsgase zum Verdichter strömen können. Mit Hilfe eines Ölschmierungssystem (242) werden die Lager (257) in der Gasturbine geschmiert und gekühlt. In der Hohlwelle befinden sich Ölleitungen (241). Die Brennstoffzufuhrleitung (35) ist hier am Stator angebracht, kann aber auch alternativ durch die Welle, die als Hohlwelle ausgeführt ist, stattfinden. Die Einspritzung in den Brennraum wäre dann anders ausgeführt (nicht dargestellt). Der Stator (255) ist so ausgeprägt, dass Löcher für den Durchgang der Abgasströmung (10) und der Luft (30) vorgesehen sind.
  • In 4 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch in einem Schaltbild dargestellt. Die Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage (2) ist aus mindestens einer Dampfturbine (1) und mindestens einer Gasturbine (3) aufgebaut. Die Gasturbine (3) besteht aus den Hauptkomponenten Gehäuse (220), Verdichter (210), Brennkammer (197), Expansionsstufe (175) und dem Umlenksystem (177). In die Brennkammer mündet eine Brennstoffzufuhrleitung (35). Über diese kann der Gasturbine Öl oder Gas als Brennstoff zugeführt werden. Der Verdichter (210) und die Expansionsstufe (175) sitzen auf einer gemeinsamen Welle (240). Aus der Expansionsstufe austretende Abgase (10) werden über ein Umlenksystem (177) in den rotierenden schraubenförmigen Rohrsystem (170) geleitet. Durch die Wandreibung der Abgasströmung im schraubenförmigen Rohrsystem (168) wirkt eine Kraft in Rotationsrichtung. Dieser Schub wird an die rotierende Dampfturbine (1) übertragen. Auch wird Wärme durch das rotierende schraubenförmige Rohrsystem (170) über den Verdampfer (275) in die Komponente Dampfturbine der Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage transferiert. Nach der Expansion des Dampfes in der Expansionsstufe in der Dampfturbine (112) trifft der Wasserdampf in den zentralen statischen Wärmetauscher (118). Im nachfolgenden Schrittwird Wärme durch einen Kühlkreislauf zu einem Heizkörper (5) befördert. Die rotierende Dampfturbine ist ohne Einschränkung der Erfindung über mindestens eine Antriebsstange (266) an einen Generator für mittlere Drehzahlen (265) gekoppelt. Die Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage ist an mindestens einer Achse (470) angebracht.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Dampfturbine
    2
    Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage
    3
    Gasturbine
    5
    Heizkörper
    10
    Abgasströmung
    20
    Umlenkblech
    22
    Auslass für Abgase
    30
    Luft
    34
    Luftzufuhrleitung
    35
    Brennstoffzufuhrleitung
    40
    Außenhülle
    59
    Trennwand
    60
    Trennwand
    61
    Trennwand
    62
    Zwischenraum
    63
    Vermischungsraum
    70
    Lager
    80
    Labyrinthdichtung
    90
    Lager für gegenläufiges Laufrad
    101
    Kondensationsraum
    110
    Düse
    111
    Rotationsrichtung der Dampfturbine
    112
    Expansionsstufe in der Dampfturbine
    115
    Dampfrückführungsrohr
    116
    Dampfrückführungsrohr zum Kühler
    117
    Dampfströmung
    118
    zentraler statischer Wärmetauscher
    120
    Arbeitsfluid
    121
    Zweiphasenströmung
    122
    kondensiertes Arbeitsfluid
    124
    Diffusor zwischen Profilen
    130
    Spalt
    135
    Fluss des Arbeitsfluids
    140
    Außenseite des Rohrsystem
    150
    rotationssymmetrische Außenwand
    151
    Innenradius
    153
    Pumpe
    154
    Labyrinthdichtung an der Außenwand
    160
    spiralförmiges Rohrleitungssystem
    165
    Zwischenraum für Abgas
    168
    Abgasströmung in schraubenförmigen Rohrsystem
    169
    Dampfströmung in schraubenförmigen Rohrsystem
    170
    schraubenförmiges Rohrsystem
    175
    Expansionsstufe
    176
    Gasturbinendüse
    177
    Umlenksystem
    178
    Abgasströmung in schraubenförmigen Rohrsystem an Außenwand
    179
    Innenwand
    180
    Rippen des rotierenden Wärmetauschers
    182
    Gerinneführung
    185
    Wärmetauscher
    186
    Deckel des Wärmetausches
    190
    Brenner
    191
    Zünder
    195
    Verbrennungsraum
    197
    Brennkammer
    210
    Verdichter
    212
    Diffusor
    220
    Gehäuse
    230
    Leitblech
    235
    Lücke
    240
    Welle der Gasturbine
    241
    Ölleitung
    242
    Ölschmierungssystem
    245
    Lager
    251
    Getrieberad an Welle
    252
    zweites Getrieberad
    253
    Kronenrad
    254
    Lochkranz
    255
    Stator
    256
    gelochte Halterung
    257
    Lager in Gasturbine
    260
    Generator
    265
    Generator für mittlere Drehzahlen
    266
    Antriebsstange
    267
    Getriebe mit Anschluss an rotierende Außenwand
    268
    Propeller
    274
    Abschlussdeckel des Verdampfers
    275
    Verdampfer
    276
    Dampfströmung in erstem schraubenförmigen Gerinne
    277
    Dampfströmung in zweitem schraubenförmigen Gerinne
    278
    Dampfströmung
    280
    spiralförmiges Rohrsystem
    290
    Leitblech
    300
    Trennscheibe
    310
    Dampfführungsrohr zur Düse
    315
    interner Wärmetauscher
    320
    Wärmeübertrager
    330
    spiralförmiges Wärmetauscherrohr
    340
    Dampfführungsrohr
    350
    Trennscheibe
    352
    rotierende Kühlrohre
    354
    Kondensationsrohr
    355
    Gittersystem
    357
    Profile
    358
    Wärmetauscherfläche
    359
    Laufrad
    360
    gegenläufiges Laufrad
    361
    Ringspalt
    362
    Scheibensystem
    363
    Laufrichtung des gegenläufigen Laufrades
    366
    Profil des Laufrades
    367
    erstes Leitrad
    368
    zweites Leitrad
    370
    gegenläufig rotierende Scheibe
    371
    erstes gegenläufiges Laufrad
    372
    zweites gegenläufiges Laufrad
    373
    Hindernis
    390
    Kronenrad
    391
    Kronenrad mit kleinerem Radius
    392
    Kronenrad mit größerem Radius
    393
    Kronenrad
    400
    Zahnrad
    401
    Zahnrad für Kronenrad mit kleinerem Radius
    402
    Zahnrad für Kronenrad mit größerem Radius
    405
    Achse
    406
    Lager am Stator
    407
    gemeinsame Achse
    420
    Auslass
    440
    Lager für Dampfturbine
    450
    statisches Vorlaufrohr
    451
    rotierendes Vorlaufrohr
    460
    statisches Rücklaufrohr
    461
    rotierendes Rücklaufrohr
    462
    Halterung
    470
    Achse
    500
    Außenraum
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 2833890 [0002]
    • EP 000000152785 A1 [0003]
    • GB 1361047 [0003]
    • DE 1913065 [0004]
    • DE 10315746 [0005]
    • DE 102009020337 [0005]
    • DE 10200903771 A1 [0006]
    • DE 60027356 [0006]
    • DE 102008030502 [0006]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Song (2003) [0007]
    • Hashimoto (1996) [0007]
    • Tillmann (1961) [0007]
    • Jungclaus und van Raay (1967) [0007]

Claims (10)

  1. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage mit den Komponenten Verdichter, Brenner und Expansionsstufe, dadurch gekennzeichnet, dass von mindestens einem Gasstrom mechanische und thermische Energie über mindestens einen rotierenden Wärmetauscher in mindestens eine rotierende Dampfturbine übertragen wird.
  2. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der rotierenden Dampfturbine mindestens eine rotierende Düse vorliegt und der mittlere vom Arbeitsfluid bedeckte Innenradius der rotierenden Außenwand im Verdampfer größer ist als der mittlere vom Fluid bedeckte Innenradius des Kondensationsraums, wobei die beiden Räume durch eine Trennplatte getrennt sind.
  3. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine rotierendes Dampfumkehrsystem zur erneuten Beaufschlagung des Laufrades vorliegt.
  4. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage gemäß Anspruch 1 und Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeübertragung von der Gasturbine zur Dampfturbine über einen integrierten und mitrotierenden Wärmetauscher erfolgt.
  5. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Regenerator zur Wärmerückgewinnung aus dem Abgasstrom an mindestens einer Seite der rotierenden Dampfturbine angebracht ist.
  6. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein rotierender Wärmetauscher als rotierendes, schraubenförmiges Rohrsystem ausgeprägt ist.
  7. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts zur Gasturbine mindestens ein hitzefestes Umlenksystem vorliegt.
  8. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Hindernis zur Erzeugung von Verdichtungsstößen und mindestens ein schraubenförmiges Rohr in die rotierende Dampfturbine integriert sind.
  9. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein gegenläufiges Laufrad in die rotierende Dampfturbine integriert ist.
  10. Gas- und Dampfturbinen-Kombianlage gemäß Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein schraubenförmiges Rohrsystem mit veränderlicher Rohrquerschnittsfläche vorliegt.
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