DE2744899C3

DE2744899C3 - Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen

Info

Publication number: DE2744899C3
Application number: DE2744899A
Authority: DE
Inventors: Günter Dr. 5170 Jülich Hewing
Original assignee: Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Current assignee: Forschungszentrum Juelich GmbH
Priority date: 1977-10-06
Filing date: 1977-10-06
Publication date: 1982-02-11
Also published as: GB2005355B; DE2744899A1; FR2405365A1; JPS6139495B2; US4213297A; JPS5460608A; DE2744899B2; GB2005355A; FR2405365B1

Description

ii Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen, bei der ein Verbrennungsluft ansaugender Kompressor, ein rekuperativer Gegenstrom-Wärmeübertrager zur Vorwärmung der komprimierten Luft durch die Abgase der

_xi Gasturbinenanlage, eine Brennkammer, die eine Zuleitung für Brennstoffe aufweist, und eine Gasturbine, die eine Antriebswelle rotierend bewegt, hintereinander geschaltet und in einem Gehäuse um eine gemeinsame Symmetrieachse angeordnet sind, und der Gegenstrom-

>-, Wärmeübertrager aus mehreren ringförmig um Kompressor, Gasturbine und Brennkammer angeordneten, in radialer Richtung abgestützten, keramischen Wärmeübertragerclementen besteht, zwischen denen Dichtungen vorhanden sind.

in Gasturbinenanlagen dieser Art sind für den Fahrzeugantrieb deshalb von großem Interesse, weil Abgasprobleme unter Berücksichtigung der steigenden Anforderungen an die Reinhaltung der Umgebungsluft in weit geringerem Maß auftreten. Für in Fahrzeugen

r, verwendbare Gasturbinenanlagen sind jedoch Arbeitstemperaturen am Turbineneintritt von über 1000⁰C erforderlich, um den Wirkungsgrad hoch und das Bauvolumen möglichst gering zu halten. Der Wirkungsgrad der Gasturbine hängt im wesentlichen auch vom Ausnutzungsgrad des Wärmeübertragers ab, der die in den heißen Abgasen noch enthaltene Restenergie zur Vorerhitzung der angesaugten komprimierten Verbrennungsluft nutzbar macht. Unter Ausnutzungsgrad des Wärmeübertragers wird die tatsächlich vom Wärme-Übertrager übertragene Wärmemenge, bezogen auf die bei unendlicher Wärmeaustauschfläche theoretisch übertragbare Wärmemenge verstanden. Wegen der hohen Temperaturen auf der Heißgasseite des Wärmeübertragers kommen als Werkstoffe für solche Apparate nur hochwarmfeste Metalle oder keramische Werkstoffe in Betracht.

Für rekuperative Wärmeübertrager mit hohem Ausnutzungsgrad sind erhebliche Wärmeaustauschflächen erforderlich. Bisher vorgeschlagene Röhrenwärmetauscher benötigen im Fahrzeug einen erheblichen Raum. Erprobt wurden auch Kreuzstromwärmetauscher in Plattenbauweise, wie aus E. Tiefenbacher »Problems of the Heat exchanger for Vehicular Gas Turbines« in ASME Publikation 76-GT-105, 1976, hervorgeht. Metallische Gegenstromwärmetauscher in Plattenbauweise werden beispielsweise in US-PS 38 31 374 oder US-PS 35 07 115 beschrieben. Jedoch ergeben sich dabei erhebliche Probleme bezüglich der Beherrschung der die Wärmetauschermatrix beanspruchenden Wärmespannungen, was den Einsatz keramischer Werkstoffe erschwert.

Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bekannt, für den Fahrzeugbau bestimmte Gasturbinenanlagen mit

Wärmeübertragern auszurüsten, die regenerativ arbeiten. Die Wärmeübertrager bestehen aus Keramik und sind als Scheiben ausgebildet, die rotierend angetrieben werden. Die Scheiben drehen sich zwischen offenen Stutzen der Abgasleitung und offenen Stutzen der Leitungen für die komprimierte Verbrennungsluft hindurch, so daß abwechselnd eine Aufheizung und Abkühlung sektorieller Bereiche der Scheiben erfolgt, entsprechend einer Aufheizzone für die Verbrennungsluft und einer Abkühlzone für das Abgas (vergleiche die ι ο oben bereits genannte Literaturstelle). Jedoch bereitet die technologische Ausbildung der keramischen Scheiben, die in stetigem Wechsel sektoriell erhitzt und abgekühlt werden und infolgedessen hoch beansprucht sind, erhebliche Schwierigkeiten. Auch lassen sich die r> rotierenden Wärmeübertrager wegen der erheblichen Druckdifferenzen zwischen Aufheiz- und Abkühlzone und wegen der hohen Betriebstemperaturen nicht in befriedigender Weise abdichten. Die Dichtleisten verschleißen rasch. «>

Nach einem Vorschlag gemäß einer nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung P 27 12 136.4 sind als Wärmeübertrager mehrere von den Gasen im Gegenstrom durchströmte rekuperative Wärmeübertragerelemente aus Keramik vorgesehen, die ringförmig um _><-, Kompressor, Gasturbine und Verbrennungskammer angeordnet sind, wobei Kompressor, Gasturbine und Verbrennungskammer eine gemeinsame Symmetrieachse aufweisen. Diese Anordnung der Komponenten der Gasturbinenanlage führt zu kompakten Aggrega- w ten, bei denen trotz erheblicher Raumersparnis alle Komponenten der Gasturbinenanlage für Montageoder Reparaturarbeiten gut zugänglich bleiben. Dabei ist insbesondere dafür Sorge zu tragen, daß die hochbeanspruchten keramischen Wärmeübertragerele- r, mente in einfacher Weise austauschbar sind und die Gasführungen, um Leistungsverluste zu vermeiden, gasdicht angeschlossen werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Gasturbinenanlage mit rekuperativen keramischen Wärmeübertragerelementen zu schaffen, bei der die Wärmeübertragerelemente einfach montierbar und zugänglich sind, zugleich aber auch den bei Gasturbinenanlagen zu stellenden Anforderungen an einen gasdichten Anschluß der Wärmeübertragerelemente an die Hochdruckgas oder Niederdruckgas führenden Gasleitungen genügen. Darüber hinaus soll die Führung der Gasleitungen zwischen Wärmeübertragerelementen und übrigen Komponenten der Gasturbinenanlage vereinfacht werden. Auch soll für hohe Leistungen eine kompakte Gasturbinenanlage gegeben sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Gasturbinenanlage der eingangs erwähnten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß jedes Wärmeübertragerelement derart an Druckluftleitungen und Abgasleitungen angeschlossen ist, daß Druckluft und Abgas an entgegengesetzten Enden den Wärmeübertragerelementen jeweils senkrecht zu der der gemeinsamen Symmetrieachse (6) zugewandten Seitenfläche des Wärmeübertragerelementes zuströmen, daß die Druckluft und das Abgas nach Wärmeaustausch an entgegengesetzten Stirnseiten des Wärmeübertragerelementes jeweils senkrecht zur 2Uiströmrichtung abströmen, daß die der gemeinsamen Symmetrieachse abgewandte Rückseite des Wärmeübertragerelem^ntes mit erwärmter Druckluft beaufschlagt ist und daß das Wärmeübertragerelement an derjenigen Stirnseite, an dei die erwärmte Druckluft ausströmt, frei dehnbar gelagert ist.

Der Anschluß der Druckluftleitungen und Abgasleitungen an den Wärmeübertragereiementen in dieser Weise führt zusammen mit der Beaufschlagung der in Richtung der Zuführung von Druckluft und Abgas gesehen rückwärtigen Seitenfläche der Wärmeübertragerelemente mit erwärmter Druckluft einerseits zu einer selbsttätigen Abdichtung des Ringes der Seite an Seite zwischen Dichtungen eingebetteten Wärmeübertragereiementen und das Abgas nach Wärmeaustausch abführenden Abgasleitungen. Infolge der Druckdifferenzen zwischen abströmender Druckluft und abströmendem Abgas auf entgegengesetzten Stirnseiten der Wärmeübertragerelemente entsteht eine resultierende Anpreßkraft in Richtung des abströmenden Abgases, die für die Abdichtung der Wärmeübertragerelemente an diesen Anschlußstellen genutzt wird. Die Wärmeübertragerelemente werden zugleich jedoch durch Beaufschlagung der rückwärtigen Seitenfläche der Wärmeübertragerelemente mit Druckluft gegeneinander abgedichtet. In vorteilhafter Weise werden daher sowohl der Ring der Wärmeübertragerelemente selbst als auch die vorgenannten Anschlußstellen zwischen Wärmeübertrager elementen und Abgasleitung in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen komprimierten und entspannten Gasen um so wirksamer abgedichtet, um so höher der Druck der komprimierten Verbrennungsluft ist. Im betriebslosen Zustand der Gasturbinenanlage sind die Wärmeübertragerelemente infolgedessen ohne Schwierigkeiten und in einfacher Weise montierbar.

Zur Beaufschlagung der Wärmeübertragerelemente mit Druckluft wird der Raum über der mit erwärmter Luft zu beaufschlagenden Seitenfläche mit dem Innenraum der stirnseitig am Wärmeübertragerelement angeschlossenen Dmckluftleitung verbunden.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die Wärmeübertragerelemente zwischen den Anschlußleitungen sowie einem die Wärmeübertragerelemente umhüllenden äußeren Gehäuseteil mittels Dichtungen aus keramischem Fasermaterial eingebettet sind und daß der äußere Gehäuseteil zugleich zur Führung der erwärmten Druckluft zwischen Wärmeübertragerelementen und Brennkammer dient. Die erwärmte Druckluft strömt an der Stirnseite der Wärmeübertragerelemente in den zwischen Wärmeübertragerelementen und äußerem Gehäuse gebildeten Raum frei aus, ein gesonderter Anschluß einer Gasleitung an dieser Stelle entfällt. Um Wärmeverluste möglichst gering zu halten, ist am äußeren Gehäuseteil eine Wärmeisolation angebracht.

Die Erfindung und weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden an Hand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch wiedergegeben sind, näher erläutert. Es zeigt im einzelnen

F i g. 1 Prinzipskizze einer Gasturbinenanlage mit Topfbrennkammer,

F i g. 2 Längsschnitt einer Gasturbinenanlage mit Topfbrennkammer gemäß Schnittlinie II/II in F i g. 3,

Fig.3 Halbschnitt einer Gasturbinenanlage nach F i g. 2 gemäß Schnittlinie III/III,

Fig.4 Längsschnitt einer Gasturbinenanlage mit Ringbrennkammer,

Fig. 5 Wärmeübertragerelement für Gasturbinenanlage ,.ach F i g. 1 bis 4.

Wie aus der Zeichnung — insbesondere Fig. 1 — ersichtlich ist, sind bei der von einem äußeren Gehäuseteil I umschlossenen Gasturbinenanlage im Innenraum 2 Kompressor 3 und Gasturbine 4 derart

gelagert, daß Kompressor, Gasturbine und Brennkammer 5 der Gasturbinenanlage eine gemeinsame Symmetrieachse 6 aufweisen. In den Ausführungsbeispielen bilden eine Hochdruckstufe 4' der zweistufig ausgeführten Gasturbine 4 und der Kompressor 3 einen Turbosatz. Die Hochdruckstufe 4' treibt über eine Antriebswelle 7 den Kompressor 3 an. Die Niederdruckstufe 4" der Gasturbine 4 dient dem Fahrzeugantrieb. Der Läufer der Niederdruckstufe ist auf einer Hohlwelle 8 montiert, die ein Ritzel 9 trägt, das in ein auf einer Antriebswelle 10 befestigtes Zahnrad 11 eingreift. Die das Heißgas für die Gasturbine 4 liefernde Brennkammer 5 der Gasturbinenanlage kann als Topfbrennkammer (Fig. 1, 2) oder als Ringbrennkammer 5a (Fig.4) ausgebildet sein. Die Brennstoffzufuhr für die Brennkammer 5 ist in der Zeichnung nicht gesondert dargestellt.

Als rekuperative Wärmeübertrager sind keramische Wärmeübertragerelemente 12 eingesetzt, die Kompressor 3. Gasturbine 4 und Brennkammer 5 ringförmig umschließen. Die einzelnen Wärmeübertragerelemente 12 bilden einen die übrigen Komponenten der Gasturbinenanlage umgebenden geschlossenen Ring, wobei zwischen den einzelnen aneinanderliegenden Wärmeübertragerelementen Dichtungen 13 eingesetzt sind, die im Ausführungsbeispiel aus einem auf der Basis keramischer Fasern aufgebauten Material bestehen. Statt solcher Dichtungen sind beispielsweise auch solche aus Asbest einsetzbar. Die Dichtungen 13 schließen die Zwischenräume zwischen den aneinanderliegenden Seitenflächen der Wärmeübertragerelemente 12 ab.

An den Ring der Wärmeübertragerelemente 12 sind an einem Ende Druckluftleitungen 14, die die vom Kompressor 3 komprimierte Luft den Wärmeübertragerelementen zuführen, und am anderen Ende Abgasleitungen 15 angeschlossen, die das von der Gasturbine 4 abströmende, noch heiße Abgas zu den Wärmeübertragerelementen leiten. Druckluftleitungen 14 und Abgasleitungen 15 liegen an den Wärmeübertragerelementen 12 an der dem Innenraum 2 zugekehrten Seitenfläche 16 an. Die im Wärmeaustausch stehenden Medien durchströmen die Wärmeübertragerelemente im Gegenstrom, wobei das in den Wärmeübertragerelementen abgekühlte Abgas über eine Abgasleitung 17 abgeführt wird, die an derjenigen Stirnseite der Wärmeübertragerelemente angeschlossen ist, die dem Anschluß für die Druckluftleitung 14 nebengeordnet ist. In der Zeichnung ist diese Stirnseite mit Bezugszeichen 18 markiert. An den Anschlußstellen zwischen Wärmeübertragerelementen 12, Druckluftleitung 14 und Äbgasieitungen i5, i7 sind Dichtungen i3 eingelegt, die ebenfalls aus Dichtungsmaterial bestehen, dessen Basis keramische Fasern bilden.

Eine Druckluftleitung 19 für die erwärmte Druckluft wird in den Ausführungsbeispielen, wie besonders anschaulich in Fig. 1 gezeigt ist, von der Wand des äußeren Gehäusetefls 1 der Gasturbinenanlage einerseits, sowie von der Wand der den Innenraum 2 zur Brennkammer 5 hin abschließenden Abgasleitung 17 andererseits gebildet Die erwärmte Druckluft strömt so an der der Stirnseite 18 entgegengesetzten Stirnseite 20 der Wärmeübertragerelemente in entgegengesetzter Richtung zum abgekühlten Abgas in den zwischen Wärmeübertragerelementen und äußerem Gehäuseteil 1 vorhandenen Raum frei aus. Dabei werden die Wärmeübertragerelemente 12 auf ihrer Rückseite 21 zugleich mit Druck beaufschlagt Die infolge des Überdrucks der Druckluft erzeugte Anpreßkraft drückt sowohl die Seite an Seite liegenden Wärmeübertragerelemente gegeneinander und bewirkt so ein Abdichten des Ringes der Wärmeübertragerelemente gegenüber dem Innenraum 25. Infolge des Überdrucks werden die Wärmeübertragerelemente aber auch gegen die Abgasleitung 17 gedrückt, so daß auch diese Anschlußstelle während des Betriebes der Gasturbinenanlage selbsttätig geschlossen wird. Die erzeugte Anpreßkraft nimmt

;.. in vorteilhafter Weise mit der eingestellten Druckhöhe der komprimierten Verbrennungsluft zu.

Zur koaxialen Ausrichtung der Wärmeübertragerelemente im Gehäuse sind in weiterer Ausgestaltung der Erfindung am äußeren Gehäuseteil 1 Zentrierungen 22

. angebracht, die in Ausnehmungen 23 formschlüssig einschiebbar sind, die auf der Rückseite 2i der Wärmeübertragerelemente 12 vorgesehen sind. Die Zentrierungen 22 werden durch im Ausführungsbeispiel schlitzförmige öffnungen 24 im äußeren Gehäuseteil 1 ,, nach Überstülpen des Gehäuseteils über den Ring der Wärmeübertragerelemente 12 in die Ausnehmungen 23 gedrückt. Zur einwandfreien Ausrichtung des Ringes sind drei Zentrierungen 22 vorgesehen, die eine im wesentlichen in axialer Richtung erstreckte Form

..·; aufweisen und im Ausführungsbeispiel in um 120° Winkelgrade gegeneinander versetzt angeordnete öffnungen 24 im Gehäuseteil 1 einschiebbar sind. Die Zentrierungen 22 werden mit dem äußeren Gehäuseteil 1 verschraubt.

Um die Wärmeübertragerelemente auch im betriebslosen Zustand in ihrer Lage zu halten, weist der äußere Gehäuseteil 1 bevorzugt die Wärmeübertragerelemente 12 an ihrer Rückseite 21 federnd abstützende Halterungen 25 auf. Die Halterungen 25 sind an der inneren Seite

:, des Gehäuseteils 1 befestigt und als federnd wirkende Stützteile in der Weise ausgebildet, daß die Druckbeaufschlagung der Rückseite 21 durch komprimiertes Gas nicht beeinträchtigt wird.

Druckluftleitung 14 und Abgasleitung 15 weisen an ihren Anschlußstellen an der dem Innenraum zugewandten Seitenfläche 16 der Wärmeübertragerelemente zweckmäßig selbsttätig wirksame Dichtungen auf. A!s Dichtungen kommen beispielsweise Lippendichtungen in Frage, die infolge des Gasüberdrucks in den

α s Gasleitungen gegenüber dem Innenraum 2, beziehungsweise des Überdrucks in der Druckluftleitung 19 gegenüber der Abgasleitung 15 zur Wirkung kommen. Im Ausführungsbeispiel werden die Wandungen der Anschlüsse von Druckluftleitung 14 und Abgasleitung

v) 15 bei Aufsetzen des Ringes der Wärmeübertragerelemente 12 außerdem elastisch verformt und pressen sich auf diese Weise infolge der auftretenden Rückstellkraft gegen die Wärmeübertragerelemente an. Um dies zu erreichen, weisen die rotationssymmetrischen Wandungen von Druckluftleitung 14 und Abgasleitung 15 im Ausführungsbeispiel Kragen auf, die die Dichtungen 13 an den Ring der Wärmeübertragerelemente andrücken (Fig.2). Die Wandungen der Abgasleitung 15 sind darüber hinaus kegelstumpfartig geformt, wobei jeweils

bo die Berandung der Grundfläche des Kegelstumpfes am Ring der Wärmeübertragerelemente die Dichtungen 13 stützend anliegt

Bei Betrieb der Gasturbinenanlage wird vom Kompressor 3 über eine Ansaugleitung 26 Luft

«>5 angesaugt Die komprimierte Luft wird in den Wärmeübertragerelementen 12 vorerhitzt und strömt aus dem die Gasleitung 19 bildenden Raum über öffnungen 27 in der Wandung der Brennkammer 5

unmittelbar in die Brennkammer ein. Um Wärmevcrlusle zu vermeiden, ist am äußeren Gehäuseteil 1 eine Wärmeisolation 28 angebracht. Für den Betrieb der Gasturbinenanlage gemäß der Erfindung sind weitere Wärmeisolationcn nicht erforderlich. Das Heißgas ■-, treibt die Turbine 4 an und wird nach Entspannung zur Abgabt seiner Restwärme an die Druckluft den Wärmeübertragerelementcn 12 zugeführt. Über die an der Stirnseite 18 in den Wärmeübertragerelementen angeschlossenen Abgasleitung 17 strömt das Abgas schließlich zum Abgasstutzen 29 und wird in die Umgebung abgeblasen.

In Fig.4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Gasturbinenanlage schematisch wiedergegeben, bei der zwei gleichartig aufgebaute Teilaggregate koaxial und r> spiegelbildlich zueinander angeordnet sind. Die Teilaggregate entsprechen in ihrem Aufbau jeweils einer Gasturbinenanlage, wie sie in Fig.2 und 3 dargestellt ist. Als Bezugszeichen für die einzelnen Komponenten der Gasturbinenanlage nach Fig.4 wurden daher für die Kennzeichnung der Komponenten — soweit die Komponenten der Teilaggregate mit den Komponenten der vorbeschriebenen Gasturbinenanlage übereinstimmen — die gleichen Bezugszeichen verwendet. Bei der Gasturbinenanlage nach Fig.4 umgibt jeder Ring der ?', Wärmeübertragerlemente 12 einen Turbosatz mit Zentripetalturbine 4a zum Antrieb für Kompressor und Fahrzeug. Zwischen den beiden Ringen der Wärmeüberlragerelemente ist eine Ringbrennkammer 5a angeordnet, in der Heißgas für beide Zentripetalturbi- jo nen 4a erzeugt wird. Die Zentripctalturbinen sind am Ausgang der Ringbrennkammer 5a angeschlossen und im Innenraum zwischen den Wärmeübertragerelementen 12 in spiegelbildlicher Anordnung nebeneinander in der Weise gelagert, daß die hochdruckseitigen Rücken der Zentripetalturbinen einander zugekehrt sind. Im Ausführungsbeispiel sind beide Teilaggregate der Gasturbinenanlage für die gleiche Leistung ausgelegt, so daß sich - etwa gegenüber einer Gasturbinenanlage nach F i g. 2 und 3 — eine Verdoppelung der Leistung ergibt. Die spiegelbildliche Anordnung der Teilaggregate mit einer gemeinsamen Ringbrennkammer für beide Turbinen ermöglicht eine günstige Raumausnutzung. In vorteilhafter Weise ergibt sich trotz verdoppelter Leistung bei dieser Anordnung ein geringerer Raumbedarf pro erzeugter Energieeinheit. Bevorzugt ist die Ringbrennkammer 5a etwa in der Spiegelebene 30 der Teilaggregate teilbar und auf diese Weise bei der Montage eines der Teilaggregate leicht zugänglich. Die Teilfuge der Ringbrennkammer 5a ist in Fig. 4 strichliniert eingezeichnet. Im Ausführungsbeispiel sind beide Zentripetalturbinen 4a über eine Steckachse 31 miteinander gekuppelt und gemeinsam über die Antriebswelle 10 an einem Fahrzeuggetriebe 32 anschließbar.

Ein geeignetes Wärmeübertragerelement aus Keramik für den Einbau in Gasturbinenanlagen gemäß der Erfindung zeigt F i g. 5. Das Wärmeübertragerelement — in der Form eines Ringsegmentes ausgeführt — weist eine Vielzahl von sich zwischen Stirnseiten 18, 20 erstreckenden, im Querschnitt rechteckig geformten Slrömungskanälen 33, 34 auf. Jeweils benachbarte Slrömungskanäle werden von einem der im Wärmeaustausch stehenden Medien durchströmt. Die Medien werden im Wärmeübertragerelement im Gegenstrom geführt, die Strömungsrichtung der Medien ist in F i g. 5 durch dunkel gefärbte sowie helle Strömungspfeile kenntlich gemacht. Die Zuströmöffnungen für die Medien befinden sich gemeinsam an einer der Seitenflächen der Wärmeübertragerelemente; im gezeigten Ausführungsbeispiel auf der Seitenfläche 16, während Abströmöffnungen für die Medien jeweils an den Stirnseiten 18 und 20 vorgesehen sind. Das heiße Abgas strömt über Zuströmöffnungen 35 in die Slrömungskanäle 33 des Wärmeübertragerelementes ein und verläßt dieses über Abströmöffnungen 36 auf der Stirnseite 18. Die komprimierte Verbrennungsluft wird über Zuströmöffnungen 37 den Strömungskanälen 34 zugeführt und strömt an der Stirnseite 20 über in F i g. 5 nicht sichtbare Abströmöffnungen ab.

Statt der im Querschnitt die Form eines Ringsegmentes aufweisenden Wärmeübertragerelemente nach F i g. 3 und 5 sind auch Wärmeübertragerelemente mit trapezförmigem Querschnitt einsetzbar. Bevorzugt sind die aneinanderliegenden Seitenflächen gegenüber den dem Innenraum zugekehrten Flächen der Wärmeübertragerelemente in der Weise geneigt, daß die ringförmig angeordneten Wärmeübertragerelemente in Radialebenen des Ringes aneinanderliegen. Im Querschnitt trapezförmige Wärmeübertragerelemente bilden statt eines Kreisringes einen vieleckigen Ring um die Komponenten der Gasturbinenanlage.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gasturbinenanlage für den Antrieb von Fahrzeugen, bei der ein Verbrennungsluft ansaugender Kompressor, ein rekuperativer Gegenstrom-Wärmeübertrager zur Vorwärmung der komprimierten Luft durch die Abgase der Gasturbinenanlage, eine Brennkammer, die eine Zuleitung für Brennstoff aufweist, und eine Gasturbine, die eine Antriebswelle rotierend bewegt, hintereinander geschaltet und in einem Gehäuse um eine gemeinsame Symmetrieachse angeordnet sind, wobei der Gegenstrom-Wärmeübertrager aus mehreren ringförmig um Kompressor, Gasturbine und Brennkammer angeordneten, in radialer Richtung abgestützten, keramischen Wärmeübertragerelementen besteht, zwischen denen Dichtungen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Wärmeübertragerelement (12) derart an Druckluftleitungen (14,19) und Abgasleitungen (15, .7) angeschlossen ist, daß Druckluft und Abgas an entgegengesetzten Enden den Wärmeübertragerelementen (12) jeweils senkrecht zu der der gemeinsamen Symmetrieachse (6) zugewandten Seitenfläche (16) des Wärmeübertragerelementes (12) zuströmen, daß die Druckluft und das Abgas nach Wärmeaustausch an entgegengesetzten Stirnseiten (18, 20) des Wärmeübertragerelementes (12) jeweils senkrecht zur Zusirömrichtung abströmen, daß die der gemeinsamen Symmetrieachse (6) abgewandte Rückseite (21) des Wärmeübertragerelementes (12) mit erwärmter Druckluft beaufschlagt ist und daß das Wärmeübertragerelement (12) an derjenigen Stirnseite (20) an der die erwärmte Druckluft ausströmt, frei dehnbar gelagert ist.

2. Gasturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragerelemente (12) zwischen den Anschlußleitungen (14, 15, 17) sowie einem die Wärmeübertragerelemente (12) umhüllenden äußeren Gehäuseteil (1) Mittels Dichtungen (13) aus keramischem Fasermaterial eingebettet sind und daß der äußere Gehäuseteil (1) zugleich zur Führung der erwärmten Druckluft zwischen Wärmeübertragerelementen (12) und Brennkammer (5) dient.

3. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Gehäuseteil (1) eine Wärmeisolation (24) angebracht ist.

4. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß am äußeren Gehäuseteil (1) Zentrierungen (22) angebracht sind, die in Ausnehmungen (23), die auf der Rückseite (21) der Wärmeübertragerelemente (12) vorgesehen sind, formschlüssig einschiebbar sind.

5. Gasturbinenanlage nach Anspruch 2, 3, oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Gehäuseteil (1) die Wärmeübertragerelemente (12) an ihrer Rückseite (21) federnd abstützende Halterungen (25) aufweist.

6. Gasturbinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragerelemente (12) einen Querschnitt, der die Form eines Ringsegmentes hat, aufweisen.

7. Gasturbinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeübertragerelemente einen trapezförmigen Querschnitt aufweisen.

8. Gasturbinenanlage nach einem der vorherge-

henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftleitung (14) und die Abgasleitungen (15,17) an den Wärmeübertragerelementen (12) mittels selbsttätig wirksamen Dichtelcmenten anschließbar sind.

9. Gasturbinenanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß den ringförmig angeordneten Wärmeübertragerelementen (12) ein zweiter Ring von Wärmeübertragerelementen koaxial und spiegelbildlich zugeordnet ist