DE1501514A1

DE1501514A1 - Verfahren zum Erhitzen von Gasen unter Benutzung von Verbrennungsgasen als Waermeuebertragungsmedium

Info

Publication number: DE1501514A1
Application number: DE1965F0046201
Authority: DE
Inventors: La Fleur James Kemble
Original assignee: FLEUR CORP
Current assignee: FLEUR CORP
Priority date: 1964-06-01
Filing date: 1965-06-01
Publication date: 1969-09-11
Also published as: ES313642A1; GB1076876A; BE664743A; LU48735A1; FR1437812A; US3258508A

Description

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße 31

150Ί5Η

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom 31. Mai 1965 VA+ Name d. Anm. THE LA FL3UR CORPORATION,

510 Gateway West, Century City, LOS ANGELES, CALIFORNIA, U. S. A.

unter
Verfahren zum Erhitzen von Gasen Benutzung von Verbrennungs-

gasen als Wärmeübertragungsmediuin. .

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erhitzen von Gasen unter f Benutzung von Verbrennungsgasen als ein Wärmeübertragungsmedium; sie befaßt sich insbesondere mit einem wirkungsvollen Verfahren zum Erhitzen eines komprimierten Antriebsgases, wie etwa Helium, das zum Antrieb einer Turbine in einer Gasturbinenantriebsmaschine mit geschlossenem Zyklus verwendet werden soll, wobei heii3e Verbrennungsgase, deren Temperatur wesentlich herabgesetzt ist, als Wärmeübertragung smed ium benutzt werden.

In einem Gasturbinenantriebssystem mit geschlossenem Zyklus, in dem Helium als Arbeitsfluidum benutzt wird, — ein solches System ist z. B. in den USA-Patenten .... (Serial Number 87,311 vom 6. Februar I96I und Serial Number 318,564 vom 24. Oktober 1903) und in Fig. 1 der beiliegenden Zeichnungen beschrieben —, wird das Helium zunächst in einem Kompressor 10 komprimiert, dann in einem Hitzeregenerator 12 erhitzt und zu einem Verbrennungskammer-Wärmeaustauscher 14 geleitet. Im Wärmeaustauscher 14 wird das Helium weiter auf eine hohe Temperatur erhitzt, um in eine Heißturbine 16 eingeführt zu werden, die die Antriebskraft für den Kompressor 10 liefert. Das die Turbine l6 verlassende expandierte Helium wird dann wieder über

909837/0388 bad üRIGinal

— 1 —

j, 15015H

re
den Hitzegenerator 12 zurück zum Kompressor 10 geleitet, um hier wieder komprimiert zu v/erden. Bei dem in den obigen USA-Patenten beschriebenen System wird dieser Antriebszyklus zum Betrieb eines Kühlzyklusses benutzt, der ebenso Helium als" Arbeitssystem (nicht dargestellt) benutzt. Bei dem in Pig. I der Zeichnungen dargestellten System bezeichnet das Bezugszeichen 18 heiße Verbrennungsgase, die im Wärmeaustauscher 14 mit dem Helium in Wärmeaustauschstellung gebracht werden, und das Bezugszeichen 20 bezeichnet die aus dem Wärmeaustauscher 14 austretenden Gase. - .

" Zur Erläuterung sei ein Betriebsverfahren eines Gasturbinenantriebs systems mit geschlossenem Zyklus, das Helium als Arbeitsfluidum ver wendet, beschrieben: Das Heliumgas tritt mit etwa 540° C (1000° P) in die Heizvorrichtung 14 ein und wird in dieser auf etwa 5J6O° C (1200 P) erhitzt. Heiße Verbrennungsgase werden bei l8 in Pig. I in den Wärmeaustauscher 14 geleitet, damit diese das Helium auf die oben erwähnte Temperatur von etwa 5^0° C erhitzen. Wenn man jedoch die heißen Verbrennungsprodukte mit Temperaturen, die wesentlich über 980° C (l800° P) liegen, auf die Wärmeaustauschrohre auftreffen läßt, so werden die Wärmeaustauschvorrichtungen teuer und haben nur eine geringe Lebensdauer.

Da die Verbrennungsgase eine Temperatur von etwa 1930 C (3500 P) haben, sind bei den herkömmlichen Systemen dieser Art normalerweise spezielle Wärmeaustauscheinrichtungen erforderlich, um das direkte Auftreffen dieser heißen Gase unmittelbar auf die Rohre zu verhüten; z. B. hat man Ablenkblechsysteme verwendet, die bewirken, daß die Wärmeübertragung von den Verbrennungsgasen im wesentlichen durch Strahlung vor sich geht, statt daß die Gase unmittelbar an den Röhren vorbeistreichen (Konvektion). Diese Technik verhindert

909837/0388 bad original

jedoch nocht nicht das Ausbrennen der Rohre des V/ärmeaustausehers in relativ kurzer Zeit. Das Verbrennungsgas muß daher mit frischer Luft verdünnt werden, um die Temperatur des Verbrennungsgases am Einlaß auf etwa I65O⁰ C (3000° P) zu halten.

Dieses letztere Vorgehen ist jedoch auch unbefriedigend, vor allem weil bei einer derartigen Verdünnung der Verbrennungsgase mit Frischluft der rraximale Heizwert des Treibstoffes nicht ausgenutzt wird. Die entstehenden Gase befinden sich außerdem noch auf einer hohen Temperatur und v/erden durch einen Vorwärmer geleitet, um die Verbrennungsluft zu erhitzen. Dies ist jedoch nicht wirkungsvoll, weil dann durch die Verbrennung des Treibstoffes mehr Luft erhitzt werden muß als tatsächlich für die Verbrennung erforderlich ist. Außerdem wird durch den in den verdünnten Verbrennungsgasen enthaltenen Luftüberschuß in dem Hitzeaustauscher eine stark oxydierende Atmosphäre geschaffen, was weiter zur Zerstörung und zum Durchbrennen der Rühren beiträgt.

Die Erfindung soll ein Wärmeübertragungsverfahren zur wirkungsvollen Erhitzung eines Gases, vorzugsweise eines vorgewärmten Gases, unter Verwendung von Verbrennungscasen schaffen, wobei diese Verbrennungsgase wesentlich geringere Temperatur haben und ein Minimum an oxydierenden Bestandteilen als Wärmeübertragungsrnedium aufweisen.

Insbesondere soll die Erfindung ein äußerst wirkungsvolles Wärmeübertragungsverfahren zum Erhitzen eines Gases, vorzugsweise eines vorgeheizten, komprimierten Antriebsgases wie etwa Helium zur Verwendung in einem Gasturbinenantrieb mit geschlossenem Zyklus schaffen, bei dein Verbrennungserzeugnisse benutzt werden, deren Tempe-

909837/0388 BAD u.liSlNAL

ratur wesentlich unter I93O C (35OO⁰ P) und vorzugsweise unter 98O⁰ C (I8OO⁰ P) herabgesetzt ist, ohne daß frische Luft als KUhI- und Verdünnungsmedium benutzt wird, wobei diese Verbrennungsgasmischung geringerer Temperatur eine minimale Menge an Sauerstoff'enthält.

Weitere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Erfindung ergeben sich noch aus dem Folgenden. Gemäß der Erfindung wird das heiße Verbrennungsgas mit Verbrennungsgasen gemischt, die vorher aus dem Wärmeaustauscher ausgetreten sind, so daß die Temperatur der in den Wärwesentlich herabgesetzt wird und _{o 0}

meaustauscher eintretenden Mischung/z. B. etwa 930 C (I7OO P) beträgt. Dadurch wird eine übermäßige Beschädigung durch das Durchbrennen der Röhren und anderer Teile des Wärmeaustauschers vermieden. Ferner wird gemäß dem bevorzugten Verfahren nur gerade genug Frischluft in die Verbrennungskammer eingeführt, um die im wesentlichen vollständige Verbrennung des Treibstoffes zu erreichen; auf diese Weise wird erreicht, daß die gasförmigen Verbrennungserzeugnisse praktisch keine überschüssige Luft oder überschüssigen Sauerstoff enthalten. Wenn somit in der als Wärmeübertragungsmedium benutzten Mischung aus heißen Verbrennungsgasen und weiteren Gasen kein Sauerstoff vorhanden ist, so besteht auch nicht die Gefahr, daß im Wärmeaustauscher eine stark oxydierende Atmosphäre entsteht; die durch das Vorhandensein einer oxydierenden Atmosphäre gegebene Gefahr der Zerstörung oder des Durchbrennens der Wärmeaustauscheinrichtung wird somit durch die Erfindung auf das äußerste herabgesetzt und praktisch sogar beseitigt.

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erhitzen komprimierten Heliums ist vorgesehen, daß eine Mischung aus heißen Verbrennungsgasen und aus dem Wärmeaustauscher austre-

909837/0388

« , .. BAD QRiGiNAL " ^ "

tenden Gasen mit einer Temperatur von etwa 930° C (1700° B') in den Wärmeaustauscher eingeführt wird, während die den Wärmeaustauscher verlassenden Gase eine Temperatur von etwa 540° C (1000° P) haben. Das Helium wird in einem derartigen Wärmeaustauscher von einer Einlaßtemperatur von etwa 540° C (1000° P) auf eine Austrittstemperatur von etwa 5J6O° C (1200° F) erhitzt. Die mit etwa 540° C (1000° P) austretenden Gase werden folglich mit Verbrennungsgasen gemischt, die eine Temperatur von etwa I93O⁰ C (3500° P) haben, so daß die oben erwähnte Gasmischung von etwa 930° C (1700° F) entsteht. Bei diesem Verfahren, bei dem also die aus dem Wärmeaustauscher austretenden Gase wieder mit den heißen Verbrennungsgasen gemischt werden, f wird nur eine gewisse Menge der aus dem Wärmeaustauscher austretenden Gase in die Atmosphäre abgegeben, wobei diese Menge der Menge des Treibstoffes und der Frischluft entspricht, die zur Verbrennung eingeführt wurden.

Diese Konzeption gemäß der Erfindung ist in zweifacher Hinsicht sparsam, insofern, als eine relativ kleine Menge des aus dem Wärmeaustauscher austretenden Gases mit einer relativ niedrigen Temperatur von etwa 540° C (1000° P) in die Atmosphäre ausgestoßen wird, > während ein wesentlicher Teil der Hitze im Verfahren gehalten wird, nämlich diejenige Hitze, die im Gas enthalten ist, das aus dem Wärmeaustauscher kommend mit dem Verbrennungsgas gemischt-wiederum in den Wärmeaustauscher eingeführt wird. Eine weitere Einsparung kann man erzielen, wenn man das in die Atmosphäre abzugebende Gas zuvor noch zur Vorwärmung der für die Verbrennung erforderlichen Frischluft benutzt.

Ein Hauptvorteil des Verfahrens und des Systems gemäß der Erfindung besteht darin, daß die Größe des Wärmeaustauschers wegen der

909837/0388

BAD ORIGINAL _ 5 _

geringeren Temperatur des als Wärmeübertragungsmedium benutzten verdünnten Verbrennungsgases wesentlich herabgesetzt werden kann, weil wegen der geringeren Temperatur des Wärmeübertragungsmediums die Wärmeaustauschflächen unter Verwendung dünnwandiger Röhren kompakt gestaltet werden können; gleichzeitig werden die Konstruktion^ materialkosten herabgesetzt, weil die herkömmlichen Konstruktionsmetalle und Legierungen unter etwa 9^0° C (I7OO⁰ P), der Arbeitstemperatur des Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung,wesentlich größere Festigkeit haben.

Eine neue, kompakte und wirksame Wärmeaustauscherkonstruktion, die besonders zur Verwendung im Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, ist im deutschen Patent Nr. ... (Anmeldung mit dem Titel "Wärmeaustauscher" vom gleichen Tage, mein Zeichen P 48/1) beschrieben.

Die Erfindung wird bei der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels klarer verstanden, wobei in der Beschreibung des Ausführungsbeispiels auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird.

Fig. 1 zeigt in einem schematischen Diagramm ein Gasturbinenantriebs system mit geschlossenem Zyklus, in dem komprimiertes Helium nach dem Verfahren gemäß der Erfindung erhitzt wird, um zum Antrieb der Turbine benutzt zu werden.

Pig. 2 zeigt ein schematisehes Strömungsdiagramm einer bevorzugten Arbeitsweise durch Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung.

909837/0388

BAD ORiQlNAL - 6 -

Pig. 3 zeigt eine Form des Gerätes, das bei der Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung benutzt wird,und

Fig. 4 zeigt eine Einzelheit in der Draufsicht, wobei die Linie 4 4 in Fig. 3 die Blickrichtung, angibt.

Aus Fig. 2 ist zu erkennen, daß zur Verbrennung Brennstoff und Luft (zwei ankommende Pfeile) in eine mit 22 bezeichnete Verbrennungskammer eingeführt werden. Es wurde bereits erwähnt, daß die Menge der eingeführten Luft gerade ausreicht, um die vollständige Verbrennung des Brennstoffes zu verursachen, so daß die die Verbrennungskammer 22 verlassenden Verbrennungsprodukte eine Temperatur von etwa 1930° C (3500 F) haben. Diese Verbrennungsprodukte treten in eine mit 24 bezeichnete Mischkammer ein, wo sie mit abgekühlten Verbrennungsgasen gemischt werden, die vom 'wärmeaustauscher 26 zurückkehren. Die so ausgtretenden Verbrennungsgase können eine Temperatur von etwa 480° bis 5|60^o C (900° bis 1200° F) haben; gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens haben diese Gase eine Temperatur von etwa 54O° C (S 1000° F). Die Mengen der heißen Verbrennungsgase von I93O⁰ C (3500° F) und der abgekühlten aus dem Wärmeaustauscher austretenden und mit dem heißen Verbrennungsgas gemischten Gase werden vorzugsweise derart gewählt, daß die Temperatur der die Mischkammer verlassenden gemischten Verbrennungsgase zwischen 820 und 98O C, vorzugsweise etwa bei 9350° C, liegt (I5OO⁰ bis l800° F, vorzugsweise I7OO⁰ F).

Die Verbrennungsgasmischung, die eine Temperatur von etwa 930 C (I7OO⁰ F) hat, wird in einen bei 26 dargestellten Wärmeaustauscher geführt, vio sie zur Wärme austauschung mit einem komprimierten Antriebsgas, vorzugsx-zeise Helium, veranlaßt wird, wobei dieses An-

909837/0388

-J-

triebsgas vor seiner Einführung in den Wärmeaustauscher 26 gemäß der Darstellung bei 12 in Pig. I komprimiert und vorgewärmt worden ist. Im vorliegenden Beispiel kann das den Wärmeaustauscher 26 betretende komprimierte Helium eine Temperatur haben, die zwischen 480° und 590° C, z. B. etwa bei 54O° C liegt (900° bis 1100° P, z. B. 1000 F). Das Helium tritt durch Röhren hindurch, die im Wärmeaustauscher mit 28 bezeichnet sind, wobei das Helium in diesen Röhren zur Wärmeaustauschung mit der oben erwähnten verdünnten Verbren nungsgasmischung kommt. Gemäß der in der oben bereits erwähnten Anmeldung vom gleichen Tage (mein Zeichen F 48/1) beschriebenen Er- W findung können die Rohre 28 des Wärmeaustauschers dünnwandige Rohre sein, die in Gestalt einer Hängeseilkurve angeordnet sind. Durch die Verwendung eines derartigen Wärmeaustauschers mit Rohren kleinen Durchmessers, die in Gestalt einer Hängeseilkurve angeordnet sind, wird die zur Wärmeaustauschung zur Verfügung stehende Oberfläche vergrößert, so daß die Gesamtkonstruktion des Wärmeaustauschers kleiner und kompakter sein kann, als es bei den herkömmlichen Wärmeaustauschern mit herkömmlichen Röhren der Fall war.

Das aus den Rohren 28 des Wärmeaustauschers 26 austretende Helium ist auf eine Temperatur von etwa 590° bis 700° C, z. B. etwa ^60° C (1100° bis 1300° F, z. B. etwa 1200° F) erhitzt und wird durch eine Turbine geleitet, wie sie bei 16 in Fig. 1 dargestellt ist, um den Kompressor 10 anzutreiben.

Die aus dem Wärmeaustauscher 26 austretenden Gase haben eine Temperatur von etwa 480 bis 5pO C, normalerweise in der Größenordnung von etwa 54O° C (900° bis 1200° F, normalerweise 1000° F). Wenn alle diese Gase unmittelbar in die Atmosphäre abgelassen würden, so wäre der Trelbstofffeverbrauch sehr wenig wirtschaftlich. Es wird daher nur ein Teil der aus dem Wärmeaustauscher austretenden Ver-

909837/0388

brennungsgase bei 30 in die Atmosphäre abgelassen, während der verbleibende, wesentliche Teil der mit einer Temperatur von z. B. etwa 5^0 C (1000 P) austretenden Verbrennungsgase zurück in die Mischkammer 24 geführt wird, um hier mit den heißen Verbrennungsgasen gemischt zu werden, die eine Temperatur von mehr als 1650° C, z. B. etwa 1930° C (5000° P, z. B. etwa 3500° P) haben, um die Wärmeaustauschgasmischung von etwa 930° C (1700° P) herzustellen. Gemäß diesem Verfahren muß nur soviel des aus dem Wärmeaustauscher austretenden Gases in die freie Atmosphäre entlüftet werden, wie gleichzeitig an Treibstoff und Benzin in die Verbrennungskammer ein geführt wird.

Zur weiteren Erhöhung der Wirtschaftlichkeit im Betrieb kann statt der Entlüftung des betreffenden Teiles des Auspuffgases bei 30 unmittelbar in die Atmosphäre dieser Teil der Auspuffgase durch einen Luftvorwärmer 32 geführt werden, in dem die zusammen mit dem Treibstoff in die Verbrennungskammer 22 einzuführende Luft auf eine Temperatur von mehr als etwa 120° C (250° P) gebracht wird; diese Luft kann z. B. auf eine Temperatur bis hinauf zu etwa 4ü0 C (750 P) vorgewärmt- werden, bevor sie (siehe die gestrichelten Linien in Fig. 2) in die Verbrennungskammer 22 geleitet wird.

Pig. 3 zeigt ein Gerät, das bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet werden kann und bei dem Luft und Treibstoff in einen allgemein mit 34 bezeichneten, herkömmlichen Brenner eingeführt werden; die heißen Verbrennungsprodukte werden über eine Düse 36 in eine konisch gestaltete Verbrennungskammer 38 geführt, die im unteren Teil des Behälters 44 angeordnet ist.

Die aus dem Wärmeaustauscher 50 austretenden Gase, die z. B. eine Temperatur von 54o° C Ü-QOO⁰ P) haben, werden durch eine Leitung

9 0»837/0388 Β_Δη γμιωιμλι

Io 1 501 51 A

4O in den Raum zwischen der konischen Wand der Verbrennungskammer J8 und der Wand 42 des Behälters 44 geführt, in dem die Verbrennungskammer J58 angeordnet ist.

Die aus der Verbrennungskammer 38 nach oben strömenden heißen Verbrennungsgase und die um die Verbrennungskammer 38 herum nach oben strömenden Auspuffgase mischen sich im oberen Teil des Behälters miteinander, wobei dieser obere Teil des Behälters 44 die Mischkammer 46 bildet. Eine Mischung der heißen Verbrennungsgase und der

ψ bereits aus dem Wärmeaustauscher ausgetretenen Gase, die sich nunmehr auf einer Temperatur von etwa 9^0° C (17ΟΟ⁰ P) befindet, wird über eine Leitung 48 in eilten Wärmeaustauscher 50 geführt; diese Verbrennungsgase stellen das Wärrneübertragungsmedium dar und treten durch den Wärmeaustauscher nach unten hindurch, wobei sie Reihen von Rohren 52 durchqueren, die in Gestalt von Hängeseilkurven aufgehängt und von Sammelleitungen 54 und 56 gehaltert werden, wobei diese Rohre das zu erhitzende Heliumgas enthalten. Mit der Konstruktion dieser Rohre 52 in Gestalt einer Hängeseil- oder Ketten-

. kurve befaßt sich die bereits erwähnte Patentanmeldung vom gleichen Tage (mein Zeichen F 48/1).

Das auf eine Temperatur von z. B. 54O° C (1000° F) vorgewärmte Helium wird über die Sammelleitung 54 in die Röhren 52 geleitet, wobei es in diesen Röhren den Wärmeaustausch mit den zuvor erahnten heißen Verbrennungsgasen vollzieht; das austretende, erhitzte Helium, das z. B. eine Temperatur von etwa ^60° C (1200° F) hat, wird in die Sammelleitung 56 geführt, von der aus das erhitzte und komprimierte Helium zum Antrieb derselben in eine Turbine geleitet wird, wie sie bei l6 in Fig. 1 dargestellt ist.

BAD Ofi>^^NAL

909837/0388 - 10 -

Die das untere Ende des Wärmeaustauschers mit einer Temperatur von z. B. etwa 540 C (1000 P) verlassenden Verbrennungsgase treten in eine Leitung 58 ein. Sin Teil dieses Gases wird über eine Entlüftungsleitung 59 in die Atmosphäre entlüftet, während der Rest dieser Gase mittels eines bei 60 angezeigten Be Gebläses durch die Leitung 40 in das untere Ende des Behälters 44 um die Verbrennungskammer 38 herum getrieben wird, was zuvor beschrieben wurde.

Die vorliegende Erfindung wurde zwar vor allem in Verbindung mit der Erhitzung eines komprimierten Heliumgases beschrieben. Es ver- ( steht sieh jedoch von selbst, daß das Verfahren gernäß der Erfindung zur Erhitzung irgendwelcher Gase anwendbar ist und vorzugsweise bei einem zuvor vorgewärmten und weitere Erwärmung erfordernden Gas angewendet werden kann, insbesondere bei einem vorgewärmten komprimierten Gas, z. B. zur Verwendung in einem Gasturbinenantriebssystem mit geschlossenem Zyklus.

Das Wesen der Erfindung liegt also darin, daß zunächst heiße Verbrennungsgase, die eine hohe Temperatur haben, mit gekühlten Verbrennungsgasen niedrigerer Temperatur gemischt werden, daß die sich ergebende Gasinischung bei einer Temperatur, die zwischen den erwähnten Temperaturen liegt, in eine Zone gebracht wird, in der sie sich mit einem zu heizenden Gas in Wärmeaustauschung befindet, wobei das zu heizende Gas vorzugsweise auf eine Temperatur vorerwärmt worden ist, die unter der Temperatur der Verbrennungsgasmischung liegt, daß das vorzugsweise vorerwärmte Gas erhitzt und die Verbrennungsgasmischung abgekühlt wird, daß die abgekühlte Verbren nungsgasniischung aus der Zone v/eggeleitet wird, daß ein Teil des abgekühlten Verbrennungsgases entweder unmittelbar in die Atmosphäre oder durch einen Luftvorerwärmer und dann in die Atmosphäre

909837/0388 ^{BAD ORiG1NAL}

- 11 -

15015U

abgeleitet wird, und daß der Rest des abgekühlten Verbrennungsgases zurückgeleitet wird, um mit den oben erwähnten heißen ■Verbrennungsgasen gemischt zu werden.

Es zeigt sich also, daß die Erfindung ein neues und wirkungsvolles System schafft, das insbesondere zur Erhitzung von Gasen, und zwar speziell von komprimierten Antriebsgasen zur Verwendung in Gasturbinenantriebssystemen mit geschlossenem Zyklus geeignet ist.

Während spezielle Ausführungsformen der Erfindung zu deren Erläute- ψ rung beschrieben wurden, sei ausdrücklich darauf hingewiesen, daß verschiedene Abwandlungen und Abänderungen hieran vorgenommen werden können, die im Rahmen des Erfindungsgedankens liegen, wie er in den folgenden Ansprüchen zum Ausdruck kommt.

Patentansprüche :

909837/0388

Claims

Dr. Ing. E. B E RKE N F E LD, Patentanwalt, KÖLN, Universitätsstraße 31

15015U

Anlage Aktenzeichen

zur Eingabe vom >1 . Mai 1965 V A+ Named.Anm. THE LA FLEUR CORPORATION

Patentansprüche

1. Verfahren zum Erhitzen von Gasen unter Verwendung von Verbrennungsgäsen als Wärmeübertragungsmedien, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst heiße Verbrennungsgase, die eine hohe Temperatur haben, mit gekühlten Verbrennungsgasen niedrigerer Temperatur mischt, ™ daß man die sich ergebende Gasmischung, deren Temperatur zwischen der erwähnten hohen Temperatur und der niedrigeren Temperatur liegt, in eine Zone führt, in der die Mischung mit einem zu erhitzenden Gas in Wärmeaustauschaktion kommt, daß in dieser Wärmeaustauschzone das zu erhitzende Gas erhitzt und die Verbrennungsgasmischung abgekühlt wird, daß die Verbrennungsgasmischung danach aus der erwähnten Zone weggeführt wird und daß ein Teil des gekühlten Verbren nungsgases zurückgeführt wird, um den erwähnten heißen Verbrennung^ gasen zugemischt zu v/erden. |

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des gekühlten Verbrennungsgases zur Vorerwärmung der Verbrennungsluft benutzt wird, mit der das erwähnte heiße Verbrennungsgas erzeugt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erhitzende Gas auf eine Temperatur vorerhitzt wird, die unter der Temperatur der Verbrennungsgasmischung liegt, und daß ein _: Teil des gekühlten Verbrennungsgases in die Atmosphäre entlüftet

909837/0388

- 13 -

15015H

wird, während der Rest in der erwähnten V/eise zurückgeleitet wird, um mit den heißen Verbrennungsgasen gemischt zu werden.

4. Verfahren nach Anspruch J5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der heißen Verbrennungsgase Treibstoff und Luft in eine Verbrennungskammer geleitet wird, wobei die Menge der eingeleiteten Luft gerade ausreicht, um eine im wesentlichen vollständige Verbrennung des Treibstoffes zu erzielen, daß das aus der Zone austretende Verbrennungsgas auf eine Temperatur abgekühlt wird, die

im Bereich zwischen der Temperatur des vorerhitzten, in die Zone ^ eingeführten Gases und der Temperatur liegt, auf der sich das vorerhitzte Gas bei seiner Wegführung aus der Zone befindet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der erwähnten gekühlten Verbrennungsgase in einen Wärmeaustauscher geführt wird, um in diesem Frischluft vorzuwärmen, und daß diese vorgewärmte Frischluft zur Verbrennung des Brennstoffes benutzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5 zur Erhitzung komprimier-

' ten Heliumgases, dadurch gekennzeichnet, daß das komprimierte, vorerwärmte Heliumgas in die erwähnte Wärmeaustauschzone geführt und nach der Erhitzung aus der Wärrneaustauschzone weggeführt wird, daß die weggeführten W Verbrennungsgase auf eine Temperatur abgekühlt werden, die zwischen der Vorheiztemperatur des Heliums und der Temperatur des Heliums im Augenblick seiner Ableitung liegt, und daß ein Teil der gekühlten Verbrennungsgase in die Atmosphäre entlüftet wird.

7. Verfahren zur Erhitzung eines körnigimierten Heliumgases zum

909837/0388 _l4_

Antrieb einer Turbine, dadurch gekennzeichnet, daß Treibstoff und Luft in eine Verbrennungskammer geführt werden, wobei die Menge der eingeführten Luft etwa ausreicht, um eine im wesentlichen vollständige Verbrennung des Treibstoffes zu bewirken, dass heiße Verbrennungsgase mit mehr als I65O⁰ C erzeugt werden, daß diese heißen Verbrennungsgase und abgekühlte Verbrennungsgase, deren Temperatur zwischen etwa 480° und 5^0° C liegt, in eine Mischzone geführt werden, um eine Vej-krennungsgasmischung mit einer Temperatur zwischen etwa 820 und 98O C zu erzeugen, daß das komprimierte und auf eine Temperatur zwischen 48O° und 590° C vorerhitzte Helium in eine Wärmeaustauschzone geführt wird, daß die Verbrennungsgasmischung des- % gleichen in diese Wärmeaustauschzone geführt wird, daß in dieser Wärmeaustauschzone das Helium erhitzt und die Verbrennungsgasmischung abgekühlt wird, daß das auf eine Temperatur von 590 bis 700 C erhitzte Helium aus dieser Wärmeaustauschzone weggeleitet wird, daß ein Teil des gekühlten Verbrennungsgases in die Atmosphäre entlüftet wird, wobei die Menge dieses so v/eggeleiteten Verbrennungsg as es im viesentliehen gleich der Menge Treibstoff und Luft ist, die in die Verbrennungskammer eingeführt werden, und daß die verbleibende Verbrennungsgasmenge zurückgeleitet wird, urn mit den heißen Verbrennungsgasen in der beschriebenen Weise gemischt zu ν; erden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der gekühlten Verbrennungsgase zusammen mit Frischluft in eine Wärmeaustauschzone geführt wird, wobei die hier vorgewärmte Frischluft zur Verbrennung des Treibstoffes benutzt wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß heiße Verbrennungsgase mit einer Tem-

909837/0388 bad

15015U

peratur von etwa 1930° C erzeugt werden, daß diese heißen Verbrennungsgase mit gekühlten Verbrennungsgasen gemischt werden, die eine Temperatur von etwa 5^-0 C haben, wobei die Mischung eine Temperatur von etwa 930° C erlangt, und daß das kompprimierte Helium in der Wärmeaustauschzone auf eine Temperatur von etwa 5(60° C erhitzt wird.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu erhitzende Gas Helium ist.

BAD ORIGINAL