DE3922445A1 - Verfahren und kompressionsrohr zur erhoehung des druckes eines stroemenden gasfoermigen mittels sowie kraftmaschine mit verwendung des kompressionsrohrs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Kompres­ sionsrohr zur Erhöhung des Druckes eines strömenden gasför­ migen Mittels sowie eine Kraftmaschine mit Verwendung des Kompressionsrohrs. Nach dem Verfahren wird ein Strom eines gasförmigen Mittels zu einer supersonischen Geschwindigkeit beschleunigt, der supersonische Strom wird in einem das gasför­ mige Mittel enthaltenden Raum in einen Stoßwellenbereich eingeführt und dadurch zu einer subsonischen Geschwindigkeit verlangsamt. Das Kompressionsrohr enthält entlang eines Strö­ mungswegs eines gasförmigen Mittels in einer linearen Anord­ nung ein Beschleunigungselement, einen damit verbundenen Durchgangsrohrabschnitt sowie ein Ausgangsrohrteil. Die Kraftmaschine besteht in einer linearen Anordnung aus einer Förderungsanlage zur Generierung des Stroms des gasförmigen Mittels, einem Verdichter zur Erhöhung des Druckes des gas­ förmigen Mittels, einer Umwandlungseinheit zur Herstellung mechanischer Arbeit aufgrund des geförderten gasförmigen Mittels sowie einem Auspuff zur Entfernung der Reste des gasförmigen Mittels aus der Umwandlungseinheit, wobei die Förderungsanlage, der Verdichter, die Umwandlungseinheit und der Auspuff mit Zuführungsrohren verbunden sind. Unter Zuhilfenahme des vorgeschlagenen Verfahrens und Kompressions­ rohr ist es möglich, mit hoher Effektivität den Druck eines gasförmigen Mediums auch bei hohen geförderten Gasmengen zu erhöhen. Die erfindungsgemäße Kraftmaschine zeigt einen ver­ besserten Wirkungsgrad.

Die Erhöhung des Druckes (Kompression) eines gas­ förmigen Mittels hat im allgemeinen den Zweck die Bedingun­ gen den kontinuierlichen Volumen- oder Massentransport, zu gewährleisten, da der geeignet ausgewählte Druckgradient (eine intensive Variable des thermodynamischen Prozesses) einen effektiven Transport eines Volumens oder einer Menge (eine extensive Variable des thermodynamischen Prozesses) eines gasförmigen Mittels ermöglicht.

Zur Erhöhung des Druckes eines gasförmigen Mittels ist es immer erforderlich, den Transport der Energie zu ge­ währleisten, d. h. Arbeit zu leisten. Die Kompression kann daher durch mechanische, thermische und elektromagnetische Prozesse hervorgerufen werden, obwohl, andere physische und chemische Prozesse die notwendige Druckerhöhung auch leisten können.

Die vorliegende Erfindung schlägt vor, den Komp­ ressionsprozeß durch die Verwendung von aerodynamischen Kräften zu realisieren. Dabei ist ein kontinuierlicher, mit Trennwänden nicht aufgeteilter Weg der Strömung eines gas­ förmigen Mittels in einem geschlossenem Raum gegeben, wobei die mit höheren und niedrigeren Druckwerten gekennzeichneten Raumteile miteinander kommunizieren. Zwischen zwei Bereichen der aerodynamischen Anordnung kann die Druckdifferenz so aufrechterhalten werden, daß im Strom des gasförmigen Mittels der relative Impuls, der auf die Einheit des Volumens gerechnet ist, vergrößert wird. In diesem Prozeß soll ein Energietransport gesichert werden und das kann durch die Enthalpie des Gases dargestellt werden. Die allgemeine Theorie derartiger aerodynamischer Maschinen ist unter anderem im Buch von Shapiro, A. M.: The Dynamics and Thermodynamics of Compressible Fluid Flow (Roland Press, New York, 1953, Kapitel 8, und insbesondere Seiten 228 bis 231) zu finden. Die spezielle Problematik der mit der Anwesenheit eines in supersonischen Bedingungen fließenden Gasstroms bildet den Gegenstand des theoretischen Artikels von Abdulhadi, M. (Dyna­ mics of Compressible Air Flow with Friction in Variable-area Duct) in der Wärme- und Stoffübertragung (22, 1988, Seiten 169 bis 172).

Es kann im allgemeinen festgestellt werden, daß der aufgrund von aerodynamischen Kräften regulierte Kompressions­ prozeß sehr begrenzte Verwendung findet und das ist die Folge des niedrigen Wirkungsgrads der derart erzielten Drucker­ höhung.

Die unter der Nummer 2 170 324 publizierte britische Patentschrift (eingereicht im Januar 1985 im Namen von Bri­ tish Nuclear Fuels plc) zeigt eine Regelungsanlage zu einem Pumpensystem, welche mit einem Fluidgerät ("fluidic device") ausgebildet ist. Das Fluidgerät, welches das Wesen der den Stand der Technik bestimmenden Patentschrift bildet, enthält eine Lufteinmündung, eine konvergente/divergente Düse, insbe­ sondere eine Lavaldüse zur Beschleunigung eines Gasstroms zu einer supersonischen Geschwindigkeit (Überschallgeschwin­ digkeit). Im Weg des mit supersonischer Geschwindigkeit strö­ menden gasförmigen Mittels werden kompressive Stoßwellen ge­ neriert, und zwar unter Zuhilfnahme eines Randes eines Dif­ fusors, wobei der Diffusor zur Verlangsamung des Gasstroms vorgesehen ist. Dieses Gerät wird für Pumpensysteme vorge­ schlagen.

Die geometrische Anordnung des in der GB-PS 2 170 323 dargestellten Geräts ist sehr vorteilhaft bei der Verwendung in einem Pumpensystem zum Transport einer Flüssigkeit. Die durch den Rand des Diffusors generierten Stoßwellen (das kann ein Oswatitscher Rand oder ein anderer Rand sein) sind jedoch ungünstig beim Transport von gasförmigen Mitteln, weil diese ziemlich viel Energie absorbieren. Das Gerät ist ein Beweis dafür, daß der supersonische Strom eines gasför­ migen Mittels zur Erhöhung des Druckes eines fluidischen Mittels verwendet werden kann, jedoch ist die Verwendung solcher Anordnungen bei den Flüssigkeitspumpen begrenzt vorge­ sehen.

Der Injektor (und der Ejektor) ist ein Gerät, welches in vielen technischen Gebieten Verwendung findet, wenn die Erhöhung des Druckes eines gasförmigen oder flüssigen Mittels während seiner Strömung in einer Rohrleitung erforderlich ist. Die Injektoren und die Ejektoren sind zwar sehr einfach auf­ gebaut, besitzen jedoch einen niedrigen Wirkungsgrad. Diese Geräte enthalten eine Eingangsdüse zur Beschleunigung des Stroms eines Gases oder einer Flüssigkeit (die Beschleuni­ gung ist im begrenzten Wertbereich realisiert), einen Durch­ gangsrohrabschnitt und ein Ausgangsrohrteil. Die Drucker­ höhung erfolgt durch die Verwendung eines Diffusors zwischen den Elementen des Ausgangsrohrteils.

Der Wirkungsgrad der Kraftmaschinen und insbesondere der Gasturbinen kann vergrößert werden, falls Brennkammern und andere Einheiten zur Erhöhung des Ruhestanddruckes einge­ setzt werden. Auf diese Weise kann die Verminderung des Ruhestanddrucker vermieden werden, was bei den konventionellen Brennein­ heiten mit ständigem Gasstrom immer erfolgt, wie es im Arti­ kel von Kentfield, J. A. C. und O′Blenes, M. (Methods for Achieving a Combustion-Driven Pressure Gain in Gas Turbines, Transactions of the ASME, Band 110, 1988, Seiten 704 bis 710) mit speziellem Hinweis auf die Gasturbinen dargestellt wurde. Die Wichtigkeit des Ruhestanddruckes wurde von den Autoren des Artikels lediglich bei den in den Gasturbinen realisierten Verbrennungsprozessen anerkannt.

Die Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren und ein Kompressionsrohr zur Erhöhung des Druckes eines gasförmigen Mittels zu schaffen, welches eine Druckerhöhung mit günstigem Wirkungsgrad ohne mechanische Maßnahmen sicherstellt. Eine weitere Aufgabe besteht in der Verbesserung der Arbeitsbe­ dingungen einer Kraftmaschine durch Verwendung des vorgeschla­ genen Verfahrens sowie des Kompressionsrohrs.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß der Druck eines gasförmigen Mittels sehr effektiv erhöht werden kann, wenn das gasförmige Mittel in Strömungsrichtung einer Wärmemanipulation zwecks Vergrößerung des Ruhestanddruckes unterzogen wird, wobei die Strömung sowohl kontinuierlich als auch chargenartig sein kann. (Der Ruhestanddruck ist der Druck des gasförmigen Mittels bei einem solchen Zustand des Gases, der durch einen isentropischen Prozeß aus einem anderen Zustand des Gases beginnend dann erreicht werden kann, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Gases gleich Null ist.)

Das grundlegende Problem bei der Erarbeitung vorlie­ gender Erfindung bestand darin, daß der aktuelle Druck eines gasförmigen strömenden Mittels sehr einfach verän­ dert werden kann, zum Beispiel durch Veränderung der Quer­ schnittsfläche der die Strömung aufnehmenden Rohrleitung, und der Ruhestanddruck ein Kennzeichen ist, welches schwer zu beeinflussen ist. Die vorliegende Erfindung bietet eine einfache Möglichkeit dieser Beeinflussung, und zwar durch Wärmemanipulation und durch die Struktur eines Kompressionsrohrs, wobei nicht nur der aktuelle Druck, son­ dern auch der Ruhestanddruck verändert werden kann.

Daher besteht die Aufgabe der Erfindung in der Schaf­ fung eines Verfahrens und eines Kompressionsrohrs, welche die Erhöhung des Druckes eines gasförmigen Mittels, durch Wärmemanipulation, mit zweckdienlicher Beeinflussung des Ruhestanddrucks des gasförmigen Mittels ermöglichen. Die weitere Aufgabe besteht in der Erarbeitung einer neuarti­ gen Kraftmaschine, welche unter Verwendung des vorgeschlage­ nen Verfahrens und des Kompressionsrohrs einen verbesser­ ten Wirkungsgrad in bezug zu den bekannten Kraftmaschinen bietet.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurden ein Ver­ fahren und ein Kompressionsrohr zur Erhöhung des Druckes eines strömenden gasförmigen Mittels sowie eine das Komp­ ressionsrohr verwendende Kraftmaschine erarbeitet.

Im vorgeschlagenen Verfahren, bei dem ein Strom eines gasförmigen Mittels zu einer supersonischen Geschwindig­ keit, insbesondere mit einer Machzahl M im Bereich von 1,2 bis 1,5 beschleunigt wird, der supersonische Strom in einem das gasförmige Mittel enthaltenden Raum in einen Stoßwellenbereich eingeführt und danach zu einer sub­ sonischen Geschwindigkeit verlangsamt wird, ist es er­ findungswesentlich, daß die Stoßwellen unter Einfluß des Ausgangsdruckes des die Stoßwellen enthaltenden Ra­ ums erzeugt werden und dem mit supersonischer Geschwin­ digkeit strömenden gasförmigen Mittel insbesondere durch Einspritzen vom Wasser oder anderer dissoziierenden Sub­ stanz Wärmeenergie entnommen wird. Während der Entnahme der Wärmeenergie ist mit einer Vergrößerung der Strömungs­ geschwindigkeit zu rechnen, was unvermeidlich mit einer Erhöhung der in der Strömung entstehenden Reibungsverluste verbunden ist. Deswegen ist es vorteilhaft, daß die Wärmeenergie in einem supersonischen Diffusor dem gasförmigen Mittel entnommen wird. Deshalb kann der günstigste Machzahlbereich 1,2M1,5 mit günstigen niedrigen Reibungsverlusten ge­ halten werden.

Zweckmäßig wird der Stoßwellenbereich als ein relativ kurzes Rohrteil ausgebildet, dem danach ein subso­ nischer Diffusor folgt, wodurch die Erreichung des erwünsch­ ten Ausgangsdruckes gewährleistet ist. Das gasförmige Mit­ tel hat nach der Einstellung des erwünschten Druckes eine relativ niedrige Temperatur, welche, wenn es erforderlich ist, unter isobarischen Bedingungen zu einem höheren Wert vergrößert werden kann. Das kann auch deswegen notwendig sein, da der subsonischen Strömung des gasförmigen Mittels vorteilhaft auch Wärmeenergie entnommen werden kann, um auf diese Weise den Druck des gasförmigen Mittels noch weiter erhö­ zu können.

Die Entnahme der Wärmeenergie kann durch einen ge­ eigneten endothermischen physischen oder chemischen Pro­ zeß gewährleistet werden, zum Beispiel durch Kühlung des das gasförmige Mittel aufnehmenden Rohrteils, Ein­ führung eines flüssigen oder gasförmigen Stoffes usw., wel­ cher in der Strömung durch Verdampfung oder Dissoziierung Wärmeenergie absorbiert.

Das erfindungsgemäße Kompressionsrohr weist entlang eines Strömungswegs eines gasförmigen Mittels in einer li­ nearen Reihe angeordnet ein Beschleunigungselement, insbe­ sondere eine Lavaldüse, einen damit kommunizierenden Durch­ gangsrohrabschnitt sowie ein Ausgangsrohrteil auf, wobei erfindungsgemäß das Beschleunigungselement - welches wenn es notwendig ist, zur Gewährleistung der adiabaten Be­ dingungen der Strömung geeignet ist - als eine die Strö­ mungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mittels zu einer super­ sonischen Geschwindigkeit (Überschallgeschwindigkeit) erhö­ henden Düse ausgebildet ist, der Durchgangsrohrabschnitt - vorteilhaft durch einen supersonischen Diffusor gebildet - mit der Möglichkeit der Entnahme von Wärmeenergie aus dem strö­ menden gasförmigen Mittel ausgestattet ist, weiterhin das Aus­ gangsrohrteil einen Staurohrabschnitt enthält, worin ein Raum zur Aufnahme von die Strömungsgeschwindigkeit des gas­ förmigen Mittels zu einem subsonischen Bereich verlangsamen­ den und im gasförmigen Mittel unter Einfluß des Ausgangs­ druckes des Ausgangsrohrteils in einem vom Ausgangsdruck ab­ hängigen Abschnitt entstehenden Stoßwellen vorgesehen ist. Die Länge des die Stoßwellen aufnehmenden Raums ist mit dem Ausgangsdruck des Ausgangsrohrteils und dem Stoff des gasförmigen Mittels verbunden.

Es ist vorteilhaft, den Staurohrabschnitt nach dem Stoßwellenraum mit einem Verlangsamungsabschnitt zu ver­ sehen, welcher in günstiger Weise mit der Möglichkeit der Entnahme von Wärmeenergie aus dem gasförmigen Mittel vorgese­ hen und als ein subsonischer Diffusor ausgebildet ist. Im Verlangsamungsabschnitt kann auf vorteilhafte Weise der Ausgangsdruck des Kompressionsrohrs eingestellt werden, ob­ wohl das eine weitere Verminderung der Temperatur zur Folge hat.

Das erfindungsgemäße Kompressionsrohr ist insbeson­ dere zur Verwendung von einer Wärme geeignet, wenn die Ab­ wärme vor der Einmündung des Beschleunigungselementes und/oder nach dem Ausgang des Staurohrabschnittes zur Aufwär­ mung des gasförmigen Mittels eingesetzt wird. Dazu können entsprechende Rohrabschnitte vorgesehen werden. Nach dem Ausgang des Staurohrabschnittes sind jedoch im wesentlichen isobare Bedingungen der Aufwärmung zu gewährleisten, um den Druckfall zu vermeiden.

Die Entnahme der Wärmeenergie kann durch Kühlung der Oberfläche des Durchgangsrohrabschnittes gesichert werden, jedoch ist es im allgemeinen günstiger, wenn eine Einspritz­ anlage, insbesondere eine Einspritzdüse verwendet wird, wel­ che mit dem Innenraum des Durchgangsrohrabschnittes kommu­ niziert und zur Einführung Wasser oder dissoziierbaren Ga­ ses geeignet ist.

Sowohl das erfindungsgemäße Verfahren, als auch das vorgeschlagene Kompressionsrohr ist zur Verwendung in magne­ tohydrodynamischen Generatoren geeignet, wobei ein magneti­ sches Feld entlang des Strömungswegs eines im wesentlichen aus freien Ionen bestehenden gasförmigen Mittels generiert wird.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe wurde weiter eine Kraftmaschine geschaffen, welche nacheinander angeordnet und mit Zuführungsrohren verbunden eine Förderanlage zur Erzeugung des Stroms eines gasförmigen Mittels, einen Ver­ dichter zur Erhöhung des Druckes des gasförmigen Mittels, eine Umwandlungseinheit zur Herstellung mechanischer Arbeit aufgrund des geförderten gasförmigen Mittels sowie einen Auspuff zur Entfernung der Reste des gasförmigen Mittels enthält, wobei erfindungsgemäß zumindest ein Zufüh­ rungsrohr und/oder der Verdichter und/oder eine in der Umwandlungseinheit vorhandene Rohrleitung als ein oben dar­ gestelltes Kompressionsrohr ausgebildet ist. Als günstigste Lösung ist die Verwendung des Kompressionsrohrs vor dem Auspuff zur Verminderung des Ausgangsdruckes der Umwand­ lungseinheit zu sehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei großen Gasmengen einfach durchgeführt werden. Das vorgeschlage­ ne Kompressionsrohr weist keine die Strömung störenden Ele­ mente auf, was sich in einem hohen Wirkungsgrad widerspie­ gelt. Der einfache Aufbau des Kompressionsrohrs bietet die Möglichkeit, die Arbeitsbedingungen der Kraftmaschinen auf einfache Weise zu verbessern.

Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläu­ tert, wobei Bezug auf die beiligende Zeichnung genommen wird. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 den Längsschnitt einer vorteilhaften Verwirklichung des erfindungsgemäßen Kompressionsrohrs,

Fig. 1A die Druck-Länge-Funktion des in Fig. 1 dargestell­ ten Kompressionsrohrs,

Fig. 1B die Temperatur-Länge-Funktion des in Fig. 1 dar­ gestellten Kompressionsrohrs, und

Fig. 2 das Blockschema einer erfindungsgemäß vorgeschlage­ nen Kraftmaschine mit Verwendung des neuartigen Komp­ ressionsrohrs.

Nach dem vorgeschlagenen Verfahren wird ein Gasstrom in Richtung der in Fig. 1 geschilderten Pfeils G generiert. Vom Anfang an kann es notwendig sein, daß der Gasstrom z. B. durch einen Druckimpuls aufgelöst werden soll. Der in Richtung des Pfeils G fließende Gasstrom wird eine Wärme­ manipulation auf folgende Weise unterzogen.

Der Gasstrom wird durch eine Düse, insbesondere eine Lavaldüse geführt, wodurch die Geschwindigkeit zu einem su­ personischen Wertbereich erhöht wird. Um die mit den inne­ ren Reibungsprozessen eines Gases verbundenen Verluste zu vermeiden, ist ein günstiger Machzahlbereich der Überschall­ geschwindigkeit zu wählen, und die praktischen Untersuchun­ gen bewiesen die Tatsache, daß meistens der Machzahlbe­ reich 1,2M1,5 zu empfehlen ist. Die niedrigeren Machzahl­ werte sind zu klein, die höheren können zu erhöhten Reibungsverlu­ sten führen.

Das zu einer supersonischen Geschwindigkeit be­ schleunigte gasförmige Mittel erreicht nach der Düse einen in der weiteren Darstellung als Durchgangsrohrabschnitt be­ zeichnetes Rohrteil, wobei dem Gas Wärmeenergie entnommen werden kann, was zum Beispiel mit dem Pfeil - dargestellt wurde. Zur Entnahme der Wärmeenergie kann die Kühlung der Oberfläche des Durchgangsrohrabschnittes vorgesehen werden, falls die Länge des Rohrabschnittes und die Geschwindigkeit der Strömung die effektive Wärmeabsorption vom strömenden Mittel ermöglicht.

Die Entnahme der Wärmeenergie wird im allgemeinen durch Einspritzen eines Fluidums, z. B. einer Flüssigkeit oder eines Gases vorgenommen, welches geeignet ist, beim Abspielen einer endothermischen chemischen und/oder physikalischen Reaktion Wärmeenergie zu absorbieren. Die einfachste und meist effektive Lösung besteht im Einspritzen von Was­ ser, da die Verdampfung des Wassers eine riesige Menge Wärmeenergie benötigt. Eine andere Möglichkeit besteht in Verwendung eines dissoziierbaren Gases, z. B. Methan (CH₄) oder Ammonium (NH₃), welches unter dem Einfluß der erhöhten Temperatur in verschiedene gasförmige Kompo­ nenten zerfällt.

Der Raum der Entnahme der Wärmeenergie bildet im allgemeinen einen supersonischen Diffusor, welcher in Richtung des Pfeils G mit sich verminderndem Querschnitt gekennzeichnet ist. Der supersonische Diffusor ist insbe­ sondere unter dem Gesichtspunkt vorteilhaft, daß die Entnahme der Wärmeenergie aus dem supersonischen Strom eine Vergrößerung der Strömungsgeschwindigkeit zur Folge hat. Dies kann unerwünschte Effekte hervorrufen, welche eben durch die Verwendung eines supersonischen Diffusors vermie­ den werden können.

Nach der Entnahme der Wärmeenergie erreicht das gasförmige Mittel einen Stoßwellenbereich zur Verlangsa­ mung der Strömung. Im gasförmigen Mittel entstehen die Stoß­ wellen aus sich heraus, beim Einfallen des supersonischen Stroms in die ruhende oder mit kleiner Geschwindigkeit, d. h. langsam fließende Gasmasse. Die Länge des Stoßwellenbe­ reiches hängt von dem Ausgangsdruck P _aus des Prozesses ab. Im Stoßwellenbereich verlangsamen die Stoßwellen den Strom des gasförmigen Mittels zu einer subsonischen Ge­ schwindigkeit, d. h. zu einer Geschwindigkeit in einem Geschwindigkeitsbereich, welcher durch eine unter dem Grenzwert M=1 liegende Machzahl M bestimmt ist.

Die Verlangsamung im Stoßwellenbereich kann an sich auch nicht ausreichend sein, die Geschwindigkeit in einem solchem Maße herabzusetzen, wie es zur erwünschten Erhöhung des Druckes notwendig ist. Bei solchen Bedingungen kann die Entnahme weiterer Wärmeenergie erforderlich sein und das erfolgt zum Beispiel in einem subsonischen Diffusor (wobei sich der Querschnitt in Richtung des Pfeils G vergrößert). Die durch den Pfeil - repräsentierte Wärmeentnahme hat eine weitere Verminderung der Strömungsgeschwindigkeit und die Erreichung des erwünschten Ausgangsdruckes P _aus zur Folge. Der Ausgangsdruck P _aus ist höher als der bevor der Beschleu­ nigung, d. h. der Eingangsdruck P _ein.

Das mit dem Ausgangsdruck P _aus gekennzeichnete gas­ förmige Mittel weist nach der zumindest einmaligen Wärmeent­ nahme eine verminderte Temperatur T auf. Wenn es notwendig ist, wird dieser gekühlte Gasstrom einer Aufheizung unter­ zogen, welche durch den Pfeil + angedeutet ist. Die Aufheizung hat den Zweck, die Ausgangstemperatur T _aus des strömenden gasförmigen Mittels zum Beispiel auf den Wert der Eingangstemperatur T _ein, d. h. die Temperatur des gas­ förmigen Mittels vor der Beschleunigung zu bringen. Dieser Schritt wird im allgemeinen unter isobarischen Bedingungen durchge­ führt.

Die obigen Ausführungen bedeuten: Das erfindungsgemäße Verfahren wird im allgemeinen auf folgende Weise, mit den untenstehen­ den Schritten durchgeführt:

• A - Ausdehnung, vorteilhaft unter adiabatischen Bedin­ gungen vorgenommen, zum Beispiel mit einer Laval­ düse, welche, wenn notwendig, mit einer Wärmeiso­ lation versehen ist, zur Erhöhung der Strö­ mungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mittels zu einem supersonischen Wert;
• B - Entnahme von Wärmeenergie dem mit supersonischer Geschwindigkeit strömenden gasförmigen Mittel;
• C - Zusammenstoßen des mit subsonischer Geschwindig­ keit strömenden gasförmigen Mittels mit in diesem Mittel durch den supersonischen Strom erzeugten Stoßwellen (die im allgemeinen stehende Wellen bilden) und Verlangsamen des Stromes des gasförmigen Mittels zu einer subsonischen Ge­ schwindigkeit;
• D - weiteres Verlangsamen des subsonischen Stroms des gasförmigen Mittels unter entsprechender Erhöhung seines Drucks, insbesondere in einem subsonischen Dif­ fusor;
• E - Erhöhen der Temperatur des zu subsonischer Ge­ schwindigkeit strömenden gasförmigen Mittels (welches den erwünschten erhöhten Druck auf­ weist) zu einem vorbestimmten Pegel, insbesonde­ re unter isobarischen Bedingungen.

Die fünf oben dargestellten Schritte bilden keinen thermodynamischen Kreisprozeß, mit Hinsicht auf den erhöhten Ausgangsdruck (Enddruck des Prozesses). Die mit einer Arbeit verbundenen Teilprozesse können jedoch in Kreisprozessen zusammengefaßt werden, wenn isothermische, adiabatische oder politropische Ausdehnung in Betracht gezogen wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren ergibt Druck-Länge- und Temperatur-Länge-Funktionen nach Fig. 1A und 1B. In den ersten drei obenerwähnten Schritten werden die glei­ chen Veränderungen sowohl des Druckes als auch der Tempera­ tur notiert, d. h. zeigen diese Größen eine Verminderung zu einem Minimalwert (beim Druck durch P _min gezeichnet). Nach dem supersonischen Diffusor wird sowohl der Druck, als auch die Temperatur niedrigere Werte haben, als beim Eingang, d. h. es ist P _min kleiner als P _ein. Nach dem Stoßwellenbereich erfolgt eine Verminderung der Temperatur neben der Erhöhung des Druckes. Im letzten Schritt (Schritt E) kann die Tempe­ ratur zu einem erwünschten Pegel (T _aus) erhöht werden, wo­ bei der Druck ständig verbleibt (d. h. isobarische Bedingun­ gen werden sichergestellt).

Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann eine deutliche Druckerhöhung erreicht werden. So kann zum Beispiel in einem Turbinenprozeß der Eingagsdruck T _ein=70 kN/m² (d. h. 70 kPa) zu 100 kN/m² erhöht werden. Inzwischen ver­ mindert sich die Temperatur des gasförmigen Mittels von 500°C auf 150°C.

Die Erfindung schlägt ein Kompressionsrohr 10 vor, welches zum Beispiel nach Fig. 1 aufgebaut sein kann. Das Kom­ pressionsrohr 10 besteht hier aus fünf Rohrelementen, welche mit einem in Fig. 1 nicht sichtbaren Eingangsrohrabschnitt kommunizieren können. Der Ausgang des Kompressionsrohrs 10 mit dem Druck P _aus kann mit einem Auspuff oder weiteren Rohrteilen verbunden werden.

Wie es der Fig. 1 entnehmbar ist, bildet den Ein­ gang des Kompressionsrohrs 10 ein Beschleunigungselement 8, zum Beispiel eine Lavaldüse. Das Beschleunigungselement 8 ist durch eine Eingangsebene 6 bestimmt und ist so aufge­ baut, daß es fähig ist, die Strömung eines gasförmigen Mit­ tels zu einer supersonischen Geschwindigkeit zu vergrößern, wobei der supersonische Strom in Richtung eines Pfeils G fließt. Die Ausmündung des Beschleunigungselementes 8 kommuniziert mit einem Durchgangsrohrabschnitt 14, welcher im allgemeinen einen geraden Rohrteil oder einen supersoni­ schen Diffusor bildet und so aufgebaut ist, daß hier Wär­ meenergie dem gasförmigen Mittel entnommen werden kann. Der supersonische Diffusor ist ein rohrförmiges Element mit in Richtung der Strömung des gasförmigen Mittels sich ver­ minderndem Querschnitt.

Die Ausmündung des Durchgangsrohrabschnittes 14, d. h. des supersonischen Diffusors ist mit der Einmüdung eines Staurohrabschnittes 13 verbunden, worin unter dem Einfluß des einfallenden Stroms des gasförmigen Mittels Stoßwellen, als stehende Wellen vorhanden sind. Das mit supersonischer Geschwindigkeit strömende gasförmige Mittel fällt in das gasförmige Mittel ein, und generiert die ste­ henden Stoßwellen. Die Stoßwellen können, wenn es erfor­ derlich ist, mit dem Oswatitch-Rand nach der GB-PS 2 170 324 generiert werden, jedoch ist diese Lösung wegen des rela­ tiv hohen Leistungsverlustes nicht günstig. Die Intensität der Stoßwellen ist von dem gasförmigen Mittel, vom Ausgangsdruck P _aus des Kompressionsrohrs 10 und den Abmessungen des Staurohrabschnittes 13 abhängig.

Der Staurohrabschnitt 13 besteht im allgemeinen aus zwei Rohrteilen, und zwar aus einem Stoßwellenrohr 12 zur Aufnahme der stehenden Stoßwellen sowie des einfallen­ den gasförmigen Mittels und einem Verlangsamungsabschnitt 16 zu Verlangsamung des durch die Stoßwellen durchdrun­ genen und in dieser Weise zur subsonischen Geschwindigkeit gebrems­ ten gasförmigen Mittels. Das Stoßwellenrohr 12 gewährleis­ tet die Verlangsamung der Strömungsgeschwindigkeit des gas­ förmigen Mittels zu einem subsonischen Wert und ruft dadurch eine deutliche Erhöhung des Druckes im Bezug zum Durch­ gangsrohrabschnitt 12 (wobei der Minimaldruck P _min herrscht) hervor. Die Druckverminderung erfolgt im Durchgangsrohrab­ schnitt 14 in Folge der Entnahme der Wärmeenergie. Die Länge des Stoßwellenrohrs 12 kann an sich die Erhöhung des Druckes bestimmen, jedoch ist es im allgemeinen notwendig, den Verlangsamungsabschnitt 16 einzusetzen, welcher ein ge­ rades Rohr oder einen subsonischen Diffusor (mit in Rich­ tung des Durchflusses des gasförmigen Mittels sich vergrößerndem Querschnitt). Beim Verlangsamungsabschnitt 16 ist die Möglichkeit der Entnahme der Wärmeenergie aus dem strömenden gasförmigen Mittel gegeben.

Die Ausmündung des Staurohrabschnittes 13 kommuni­ ziert mit der Einmündung eines Ausgangsrohrabschnittes 18, worin das gasförmige Mittel zu einer erwünschten Ausgangs­ temperatur T _aus aufgeheizt werden kann. Der Ausgangsrohr­ abschnitt 18 ist notwendig, wenn die Aufwärmung erforder­ lich ist.

Mit Hinweis auf das schon dargestellte erfindungs­ gemäße Verfahren ist erneut festzustellen, daß das wichtigste Merkmal der Erfindung in der Entnahme der Wärmeenergie aus dem strömenden gasförmigen Mittel besteht, was im­ mer im Durchgangsrohrabschnitt 14, und, wenn erforderlich, im Verlangsamungsabschnitt 16 erfolgt. Im letzteren, wie erwähnt, ist eine Erhöhung des Druckes des gasförmigen Mit­ tels gewährleistet. Die Entnahme der Wärmeenergie erfordert eine Kühlung des Außenmantels des Durchgangsrohrabschnittes 14 und/oder die Einführung einer Substanz, welche durch einen physikalischen Prozeß und/oder eine chemische Reaktion zur Aufnahme von Wärmeenergie geeignet ist. Die einfachste Lösung besteht in der Einspeisung von Wasser in den Strom des gasförmigen Mittels, zum Beispiel durch den Mantel des Rohrabschnittes oder unter Verwendung einer Einspritzanlage 20, welche als Einspritzdüse ausgebildet sein kann. Die Aus­ mündung der Einspritzdüse ist im Bereich der Eintrittsebene 6 des Beschleunigungselements 8 angeordnet. Die Einspritzdüse liegt in der Mittellinie des Kompressionsrohrs 10.

Die Einspritzanlage 20 kann auch eine Düse sein, wel­ che mit dem Innenraum des entsprechenden Rohrteils durch den Mantel des Durchgangsrohrabschnittes 14 sowie des Verlangsa­ mungsabschnittes 16 kommuniziert.

Bei einer verwirklichten Ausführung des erfindungsge­ mäßen Kompressionsrohrs 10 wurden die folgenden L/D (Länge/Diameter) Verhältnisse bei den einzelnen Rohrabschnitten verwendet:

Konstruktionsteil des Kompressionsrohrs 10
L/D-Verhältnis, etwa
Beschleunigungselement 8
1
Durchgangsrohrabschnitt 14	20
Stoßwellenrohr 12	1
Verlangsamungsabschnitt 16	15

(Der Ausgangsrohrabschnitt 18 spielt keine Rolle bei der Erhöhung des Druckes des gasförmigen Mediums.)

Die obigen Wertangaben sind nur Beispiele einer konkreten Ausführung des Kompressionsrohrs 10 und von der Ver­ wendung abhängig können unterschiedliche Werte in Betracht ge­ zogen werden. Das betrifft insbesondere den Verlangsamungs­ abschnitt 16, welcher insbesondere von der Verwendung abhän­ gig aufgebaut ist. Das Beschleunigungselement 8 ist hier eine Lavaldüse wobei der Öffnungswinkel der Düse in Richtung des Durchgangsrohrabschnittes 14 etwa 4° ausmacht.

Es ist hier noch zu bemerken, daß keine der Fig. 1, 1A und 1B die richtigen Abmessungen des Kompressionsrohrs 10, die richtigen Veränderungen des Druckes und der Tempera­ tur entlang der Längsachse des Kompressionsrohrs zeigt (die Funk­ tionen sind nur charakteristische Anzeigen, in beliebigen Einheiten).

In Fig. 2 ist ein System einer Kraftmaschine in schematischer Form dargestellt, wobei die Verwendung eines oder mehrerer Kompressionsrohre 10 das Wesen der Erfindung bildet.

Im Aufbau einer Kraftmaschine ist immer eine För­ derungsanlage 30 zu finden, welche den Strom eines gasför­ migen Mittels, zum Beispiel aus einem Behälter, generiert. Das gasförmige Mittel ist das Arbeitsmedium des Systems. Der Ausgang der Förderungsanlage 30 ist durch ein Zufüh­ rungsrohr mit einem Verdichter 32 verbunden, wobei der Verdichter 32 zur Erhöhung des Druckes des gasförmigen Mit­ tels vorgesehen ist. Ein weiteres Zuführungsrohr verbindet den Ausgang des Verdichters mit dem Eingang einer Umwand­ lungseinheit 34, welche zur Umwandlung der Energie des gas­ förmigen Mittels in mechanische Arbeit vorgesehen ist. Eine Umwandlungseinheit ist zum Beispiel eine Gasturbine, welche mit einer Brennkammer zur Herstellung heißer Gase ausgestattet ist. Die heißen Gase erzwingen dabei die drehende Bewegung der Turbine. Die verwendeten Gase werden durch ein wei­ teres Zuführungsrohr zu einem Auspuff 40 geleitet, von diesem in die Umgebung abgegeben oder auf andere Weise entnommen.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die oben definierte Zuführungsröhre und/oder der Verdichter und/oder ein Rohrelement in der Umwandlungseinheit 34 als Kompressionsrohr 10 ausgebildet ist, wie dies zum Beispiel in Fig. 1 dargestellt ist.

Nach den Untersuchungen ist es insbesondere vorteil­ haft, das Kompressionsrohr am Ausgang und/oder zwischen den Teilelementen der Umwandlungseinheit 34 einzusetzen. Das Kompressionsrohr 10, (sofern angeordnet zwischen der Umwand­ lungseinheit 34 und dem Auspuff 40) kann ein Mechanismus zum Saugen der Umwandlungseinheit 34 darstellen, wodurch der Ausgangsdruck der Umwandlungseinheit 34 im Bezug zum Aus­ puff 40 vermindert werden kann, obwohl bei den bekannten Lösungen praktisch kein Unterschied zwischen den Druckwerten besteht. Der Auspuff 40 und der Ausgang der Umwandlungsein­ heit 34 weisen praktisch den gleichen Druck auf, welcher dem Druck der Umgebung entspricht. Die Verminderung des Ausgangsdruckes der Umwandlungseinheit 34 trägt zur Verbes­ serung des Wirkungsgrades, d. h. der Effektivität der Ener­ gieumwandlung bei.

Es ist auch vorteilhaft, wenn eine Wärmezufuhrein­ heit 36 zur Verwendung von Abwärme zum Aufheizen des strömenden gasförmigen Mittels vorgesehen ist. Die Zufuhr der Wärme erfolgt bei dem Beschleunigungselement 8 des Kompressionsrohrs 10 und/oder bei dem Ausgangsrohrabschnitt 18. Die Abwärme kann aus verschiedenen industriellen und technologischen Prozessen gewonnen werden.

Das Kompressionsrohr 10 nach der Erfindung kann die Grund­ lage verschiedener Kraftmaschinensysteme sein.

Im Jouleschen Kreisprozeß eines Gasturbinensystems ist der Verdichter zur Gewährleistung des erwünsch­ ten Eingangsdruckes der Ausdehnung in der Turbine vorgese­ hen. In der Brennkammer der Umwandlungseinheit 34 wird Energie dem verdichteten gasförmigen Mittel zugeführt und des­ halb kann die erhöhte Temperatur des Ausdehnungsprozesses gewährleistet werden. Die Brenntemperatur ist insbesondere für die Elemente der Turbine schädlich. So ist das die Brennkammer verlassende gasförmige Mittel zu kühlen, zum Beispiel durch Zumischen von kalter Luft. Die Notwendigkeit der Kühlung gibt einen guten Anlaß zur Verwendung des er­ findungsgemäßen Kompressionsrohrs 10 in der Umwandlungs­ einheit 34 zur Erhöhung des Druckes des zur Speisung der Turbine verwendeten gasförmigen Mittels. Das bedeutet, daß ein Kompressionsrohr 10 zwischen der Brennkammer und der Turbine eingebaut wird, wobei zur Entnahme der Wärmeenergie Wasser eingeführt wird. Das gewährleistet die intensive Kühlung des gasförmigen Mittels. Dabei ist es nicht notwendig, die Kühlluft zu verdichten. Das verdampfte Wasser be­ wirkt die erwünschte Erhöhung des Ruhestanddruckes des gasförmigen Mittels. Nach den Berechnungen ist es zur Erhö­ hung des Ausgangsdruckes um etwa 50% erforderlich, die Temperatur des gasförmigen Mittels durch Entnahme der Wärmeenergie um etwa 250 bis 300 K zu verringern, wobei der durch die im Beschleunigungselement 8 sich abspielende isentropische Ausdehnung bewirkte Temperaturfall auch in Betracht gezogen wurde.

Das bedeutet: wenn die Eingangstemperatur der Aus­ dehnungsturbine gleich etwa 100°C ist, das die Brennkam­ mer verlassende gasförmige Mittel eine Temperatur von 1300 bis 1400°C aufweist, ist eine Kühlung um etwa 300 bis 400°C notwendig, was an sich zur Erhöhung des Druckes des gas­ förmigen Mittels um etwa 50% eingesetzt werden kann, d. h. der Druck des Gases von 800 kN/m² zu 1200 kN/m² erhöht werden kann. Daher kann ein Drittel der in den früher bekannten Lösungen erforderlichen Ausdehnungs­ arbeit rückgewonnen werden, was eine höhere Leistung der Turbine ergibt.

Die Ausgangstemperatur einer Gasturbine liegt bei etwa 400 bis 500°C, abhängig vom Eingangsdruck und dem Wirkungs­ grad der Turbine. Der Ausgangsdruck des Turbinensystems beträgt etwa 100 kPa, d. h. er liegt im Bereich des normalen atmosphärischen Druckes. Zur Zeit herrscht dieser letzte Druckwert auch am Ausgang der Turbine und des Auspuffes. Durch Verminderung des Ausgangsdruckes der Turbine kann der Wirkungsgrad ver­ bessert werden und die Verminderung kann zum Beispiel durch das Einsetzen eines erfindungsgemäßen Kompressions­ rohrs 10 am Ausgang des Turbinensystems erreicht werden, da die Ausdehnung in dieser Weise verlängerbar ist. Der Eingangs­ druck des Kompressionsrohrs ist in diesem Falle etwa 70 kPa und das Kompressionsrohr wird diesen Druck etwa auf 100 kPa erhöhen, wenn die Auspuffgase um etwa 300 K ge­ kühlt werden. Daher kann eine Erhöhung der Turbinenleistung derart gewährleistet werden, daß keiner der technologi­ schen Prozesse der Energieumwandlung wesentlich modifiziert wird. Das Wesen hier und bei den anderen Kraftmaschinen ist darin zu sehen, daß die physikalische Wärme des strömenden gasförmigen Mittels in erhöhten Druck umgewandelt wird. In dieser Weise kann der Wirkungsgrad der Turbine und anderer Kraftmaschinen erhöht werden.

Unter ökonomischen Gesichtspunkten gesehen, sind die turbinentechnologischen Verwendungsmöglichkeiten, wie jene, die oben beispielsweise dargestellt wurden, sehr wichtig, jedoch darf die Verwendung darauf nicht begrenzt werden. Das Kompressionsrohr 10 ist ein sehr effektives Gerät, wenn gasförmige Mittel mit relativ hoher Temperatur (oberhalb 200°C) und niedriger Druck gefördert werden, da dabei die phy­ sikalische Wärme eines gasförmigen Mittels unmittelbar in Druckerhöhung umgewandelt werden kann und zwar ohne Verwen­ dung spezifischer Verdichtungseinheiten.

Das vorgeschlagene Kompressionsrohr 10 ist insbe­ sondere vorteilhaft bei den Systemen anzuwenden, bei denen Abwärme zur Verfügung steht, zum Beispiel in den Rohrleitungssystemen zur Förderung von Gas und Öl, in den Turboaufladungseinheiten bei Verbrennungsmo­ toren usw.).

Das vorgeschlagene Verfahren und das darauf basie­ rende Kompressionsrohr ist sehr einfach im Aufbau und kann mit hoher Effektivität bei kontinuierlichem oder pe­ riodischem Transport von Gasen hoher Temperatur zur Erhöhung des Druckes des Gases eingesetzt werden.

Claims (24)

1. Verfahren zur Erhöhung des Druckes eines strömen­ den gasförmigen Mittels, worin ein Strom eines gasförmigen Mittels zu einer supersonischen Geschwindigkeit beschleunigt wird, der supersonische Strom in einem das gasförmige Mit­ tel enthaltenden Raum in einem Stoßwellenbereich einge­ führt und dadurch zu einer subsonischen Geschwindigkeit ver­ langsamt wird, dadurch gekennzeichnet, daß - zur Gewährleistung eines hohen Wirkungsgrads bei der Druckerhöhung während der Förderung hoher Gasmengen die Stoßwellen unter Einfluß des Ausgangsdruckes des die Stoßwellen enthaltenden Raums erzeugt werden und dem mit supersonischer Geschwindigkeit strömenden gasförmigen Mittel Wärmeenergie entnommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der den Stoßwellenbereich ver­ lassende verlangsamte Strom des gasförmigen Mittels in einem Diffusionsrohr weiter verlangsamt und entsprechend sein Druck erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der beschleunigte supersoni­ sche Strom des gasförmigen Mittels während der Entnahme der Wärmeenergie durch einen supersonischen Diffusor ge­ führt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das gasförmige Mittel bis zu einer supersonischen Geschwindigkeit be­ schleunigt wird, bei welcher die Machzahl im Bereich 1,2M1,5 liegt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß während der Beschleunigung das gasförmige Mittel adiabatischen Bedingungen unterliegt.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem den Stoß­ wellenbereich verlassenden subsonischen Strom des gasför­ migen Mittel Wärmeenergie entnommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das den Stoß­ wellenbereich verlassende, mit subsonischer Geschwindig­ keit strömende gasförmige Mittel in isobarischen Bedingun­ gen zu einem vorbestimmten, vorteilhaft mit der Eingangs­ temperatur des gasförmigen Mittels vor dem Beginn der Be­ schleunigung gleichen Temperaturwert aufgeheizt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Entnahme der Wärmeenergie dem gasförmigen Mittel eine darin verdampfende oder dissoziierende gasförmige oder flüssige Sub­ stanz zugeführt wird, oder eine darin durch eine geeignete chemische und/oder physikalische Reaktion mit endothermischem Cha­ rakter Wärmeenergie absorbierende Substanz eingegeben wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß als gasförmiges Mittel ein den Regeln der Magnetohydrodynamik folgendes, aus freien Ionen bestehendes Medium verwendet wird und entlang des Strömungswegs des magnetohydrodynamischen Me­ diums ein magnetisches Feld erzeugt wird.

10. Kompressionsrohr zur Erhöhung des Druckes eines strömenden gasförmigen Mittels, welches entlang eines Strömungswegs eines gasförmigen Mittels in einer linearen Anordnung ein Beschleunigungselement, einen damit kommu­ nizierenden Durchgangsrohrabschnitt sowie einen Ausgangs­ rohrteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß - zur Gewährleistung eines hohen Wirkungsgrades bei der Druckerhöhung während der Förderung hoher Gasmengen - das Beschleunigungselement (8) als eine die Strömungsge­ schwindigkeit des gasförmigen Mittels zu einem supersoni­ schen Bereich erhöhende Düse ausgebildet ist, der Durch­ gangsrohrabschnitt (14) mit der Möglichkeit der Entnahme von Wärmeenergie dem strömenden gasförmigen Mittel ausgestattet ist, und daß das Ausgangsrohrteil einen Staurohrab­ schnitt (13) enthält, worin ein Raum zur Aufnahme von die Strömungsgeschwindigkeit des gasförmigen Mittels zu einem subsonischen Bereich verlangsamenden Stoßwellen vorgesehen ist, wobei der Raum in einer vom Ausgangsdruck (P _aus) des Ausgangsrohrteils abhängiger Länge, mit dem Ausgang des Durchgangsrohrabschnittes (14) kommunizierend angeordnet ist.

11. Kompressionsrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Staurohrabschnitt (13) aus einem mit der Ausmündung des Durchgangsrohrabschnittes (14) kommunizierenden Stoßwellenrohr (12) und einem mit dem Innenraum des Stoßwellenrohrs (12) verbundenen Ver­ langsamungsabschnitt (16) besteht, welcher vorteilhaft als ein subsonischer Diffusor ausgebildet ist.

12. Kompressionsrohr nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Staurohr­ abschnitt (13) ein zur Entnahme von Wärmeenergie aus dem strö­ menden gasförmigen Mittel vorgesehenes Rohrteil enthält, welcher insbesondere mit dem Verlangsamungsabschnitt (16) übereinstimmt.

13. Kompressionsrohr nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgangsrohrabschnitt (14) als ein supersonischer Dif­ fusor ausgebildet ist.

14. Kompressionsrohr nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Einmündung des Beschleunigungselements (8) und/oder nach der Ausmündung des Staurohrabschnittes (13) ein mit einer äußeren Wärmequelle verbundenes oder mit Heizung versehenes Rohrteil vorgesehen ist.

15. Kompressionsrohr nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem Innenraum des Druchgangsrohrabschnittes kommunizierende Einspritzanlage (20), insbesondere mit einer vor der Einmündung des Beschleunigungselementes, bei seiner Eintrittsebene (6) endenden Einspritzdüse, versehen ist, wobei die Einspritzdüse zur Einführung ei­ nes im strömenden gasförmigen Mittel verdampfbaren oder dossiziierenden Stoffes, insbesondere Wassers, eingerichtet ist.

16. Kraftmaschine, welche nacheinander angeordnet und mit Zuführungsrohren verbunden eine Förderungsanlage (30) zur Generierung des Stroms eines gasförmigen Mittels, einen Verdichter (32) zur Erhöhung des Druckes des gasförmigen Mittels, eine Umwandlungseinheit (34) zur Herstellung mecha­ nischer Arbeit aufgrund des geförderten gasförmigen Mittels sowie einen Auspuff (40) zur Entfernung der Reste des gas­ förmigen Mittels aus der Umwandlungseinheit enthält, da­ durch gekennzeichnet, daß zumindest eines der Zuführungsrohre und/oder der Verdichter (32) und/oder ein rohrförmiges Element der Umwandlungseinheit (34) als ein Kompressionsrohr (10) ausgebildet ist, wobei das Komp­ ressionsrohr (10) entlang des Strömungswegs des gasförmi­ gen Mittels angeordnet ein Beschleunigungselement (8) zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Strömung des gasförmigen Mittels zu einem im supersonischen Bereich liegenden Wert, einen Durchgangsrohrabschnitt (14) zur Entnahme von Wär­ meenergie dem mit subsonischer Geschwindigkeit strömenden gasförmigen Mittel und einen Staurohrabschnitt (13) zur Aufnahme von im gasförmigen Mittel unter dem Einfluß des Ausgangsdruckes (P _aus) des Kompressionsrohrs (10) beim Ein­ fallen des supersonischen Stroms erzeugten Stoßwellen ent­ hält, wobei der Staurohrabschnitt (13) zur Verminderung der Geschwindigkeit der Strömung des gasförmigen Mittels für einen im subsonischen Bereich liegenden Wert vorgesehen ist.

17. Kraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Durchgangsrohrabschnitt (14) ein die Wärmeenergie vom gasförmigen Mittel wegführender supersonischer Diffusor vorgesehen ist.

18. Kraftmaschine nach Anspruch 16 oder 17, da­ durch gekennzeichnet, daß der Staurrohrab­ schnitt (13) aus einem geraden, die erzeugten Stoßwellen aufnehmenden Stoßwellenrohr (12) und einem damit kommuni­ zierenden Verlangsamungsabschnitt (16), insbesondere einem subsonischen Diffusor besteht, wobei das Stoßwellenrohr (12) zur Verminderung der Geschwindigkeit der Strömung des gasförmigen Mittels von einem supersonischen zu einem subso­ nischen Wert und der Verlangsamungsabschnitt (16) zur weite­ ren Verlangsamung der Strömung und weiteren Erhöhung des Druckes, insbesondere zur Entnahme von weiterer Wärmeenergie aus dem gasförmigen Mittel, vorgesehen ist.

19. Kraftmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompres­ sionsrohr (10) eine mit der Einmündung des Durchgangsrohr­ abschnittes (14) kommunizierende Einspritzanlage (10), ins­ besondere eine vor der Eintrittsebene (6) des Beschleuni­ gungselementes (8) angeordnete, zur Einführung einer Flüs­ sigkeit, insbesondere Wasser oder einer im strömenden gas­ förmigen Mittel verdampfenden oder dissoziierenden Substanz eine vorgesehene Einspritzdüse enthält.

20. Kraftmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Beschleu­ nigungselement (8) als eine Lavaldüse ausgebildet ist, wel­ che vorteilhaft eine Wärmeisolation aufweist.

21. Kraftmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompres­ sionsrohr (10) einen Ausgangsrohrabschnitt (18) aufweist, welcher mit der Ausmündung des Staurohrabschnittes (13) kommunizierend angeordnet ist und vorteilhaft zur Aufhei­ zung des strömenden gasförmigen Mittels vorbereitet ist.

22. Kraftmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Komp­ ressionsrohr (10) mit einer Wärmezufuhreinheit (36) ver­ bunden ist, welche vor der Eintrittsebene (6) des Be­ schleunigungselementes (8) angeordnet mit der Einmündung oder Ausmündung des Verdichters (32), oder mit der Aus­ mündung der Umwandlungseinheit (34), oder mit einem Rohrteil der Umwandlungseinheit (34) gekoppelt ist, wo­ bei die Wärmezufuhreinheit (36) zur Weiterleitung von Wärmeenergie einer äußeren Energiequelle ausgebildet ist.

23. Kraftmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das Komp­ ressionsrohr (10) mit der Ausmündung der Umwandlungsein­ heit (34) durch das Beschleunigungselement (8) und mit der Einmündung des Auspuffs (40) durch den Staurohrab­ schnitt (13) kommunizierend zur Verminderung des Ausgangs­ druckes (P _aus) der Umwandlungseinheit (34) eingebaut ist.

24. Kraftmaschine nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß ein Komp­ ressionsrohr (10) zwischen den Teilelementen der Umwand­ lungseinheit (34) angeordnet ist.