DE3935048A1 - Energieumwandlungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Idee einer sauberen Energieerzeugung mittels der Kernfusion konnte noch nicht gelöst werden. Unsere Kernkraftwerke aber, die auf dem Prinzip der Kernspaltung beruhen, erzeugen möglicherweise unabsehbare Nachfolgekosten für uns und die nachfolgenden Generationen - bedingt durch die bisher nicht zufriedenstellend gelösten Fragen der Entsorgung und der Sicherheit.

Das Problem der Nachfolgekosten gilt jedoch in gleicher Weise auch für die fossil betriebenen Wärmekraftmaschinen in Kraftwerken und in selbstbeweglichen Fahrzeugen sowie für Industrie- und Hausheizungen etc. Die Atmosphäre, die unsere Erde umgibt, wird nämlich durch Verbrennung von Oel, Gas, Benzin und Kohle ständig mit mehr CO₂ angereichert und Klimaveränderungen scheinen unvermeidbar, wenn nicht bald neue Wege aus der verfahrenen Situation aufgezeigt werden können. Hinzu kommt noch, daß die Ressourcen an Oel in ca. 30 bis 40 Jahren nach heutiger Erkenntnis ausgeschöpft sind. Aus all diesen Gründen werden jetzt in den führenden großen Industrienationen entsprechende Anstrengungen unternommen, um die Solarenergie für unseren Energiebedarf zu erschließen.

Ein Ausweg aus der schwierigen Situation kann sicher nur dann erfolgen, wenn bessere Technologien vorhanden sind. Nach wie vor wird daher bei Neuplanungen von technischem Gerät auf die augenblickliche Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit Rücksicht genommen, die bei ausgereiften, vielfach aber umweltproblematischen Technologien bestens gegeben ist. Hierbei werden aber die Nachfolgekosten zwangsläufig vernachlässigt, weil sonst die Struktur unserer Wirtschaft gefährdet werden würde.

Wenn aber ein Weg anhand einer erfindungsgemäßen Vorrichtung aufzeigbar ist, der die noch vorhandenen Ressourcen wirtschaftlicher nutzen kann und auch bei Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff hohe Wirkungsgrade ermöglicht, so ist es lohnend hierüber schneller nachzudenken, zumal bei Einsatz von Wasserstoff als Brennstoff auch Stickoxide vermeidbar sind.

Nachfolgend wird daher der bisherige Stand der Energie-Technik bei den Wärmekraftmaschinen wirkungsgradmäßig erörtert und anschließend ist aufgezeigt, welche Wirkungsgradsteigerungen die neue Vorrichtung ermöglicht.

Die Wirtschaftlichkeit fossil beheizter Großkraftwerke wird bestimmt durch den thermischen Wirkungsgrad η therm nach Carnot, der heute bei ca. 40% liegt. Somit erreichen Dampfturbinenanlagen einen Wirkungsgrad, der maximal bis ca. 35% reicht. Großkraftwerke haben Leistungen bis über 1200 MW. Dabei gehen demnach ca. 65% des Energieeinsatzes (Brennwert des fossilen Brennstoffes) verloren.

Bei dezentralisierten Blockheizkraftwerken mit meist kleineren Leistungen kann der Energieeinsatz von z. B. Oel, Gas oder Benzin besser genutzt werden. Ein Teil der eingesetzten Energie kann nämlich mittels eines Verbrennungsmotores bzw. einer Verbrennungskraftmaschine in mechanische Arbeit und dann mittels eines Generators in elektrischen Strom verwandelt werden, ein anderer Teil des Energieeinsatzes wird zu Heizzwecken für Häuser, Schwimmbäder, Industrieanlagen etc. verwendet und nur ein geringer Teil des Energieeinsatzes geht verloren. Der Vorteil der Kraft-Wärme-Kopplung bei Blockheizkraftwerken besteht darin, daß auch die Niedertemperaturwärme für Heizzwecke genützt werden kann, wodurch Wirkungsgrade von 80% erreicht werden, wenn man den Energieanteil für die mechanisch erzeugbare Arbeit und den Energieanteil für Heizzwecke aufaddiert. Im Sommer und in heißen Klimazonen sinkt der Wirkungsgrad solcher Blockheizkraftwerke dann auf die normalen Motorwirkungsgrade ab, weil dann nur die mechanische Arbeit, z. B. zum Betreiben eines Generators benötigt wird.

Wünschenswert für Blockheizkraftwerke und für Großkraftwerke wäre also, wenn ein höherer Anteil an mechanischer Arbeit bei Wärmekraftmaschinen (bezogen auf den Energieeinsatz) nutzbar gemacht werden könnte, d. h. ständig erzielbar wäre.

In selbstbeweglichen Fahrzeugen erreichen Otto-Motoren Wirkungsgrade von ca. 30% und Dieselmotore über 40%. Gasturbinen erreichen maximal ca. 35%. Auch in diesem Einsatzbereich wäre ein höherer Anteil an mechanischer Arbeit, bezogen auf den Energieeinsatz wünschenswert, weil dann die noch vorhandenen Energievorräte an Oel wirtschaftlicher und somit umweltfreundlicher genützt werden könnten und auch Wasserstoff als möglicher Energieträger der Zukunft wirtschaftlicher eingesetzt werden könnte. Mit Wasserstoff betriebene Verbrennungsmotore (hierbei handelt es sich um modifizierte PKW-Serienmotore zu Versuchszwecken) erreichen heute Wirkungsgrade von lediglich 20%.

Bei allen bekannten und noch zu erfindenden Wärmekraftmaschinen gibt es hinsichtlich ihres Wirkungsgrades Grenzen.

Diese Grenzen ergeben sich erstens aus dem maximal erreichbaren thermischen Wirkungsgrad (nach Carnot) und zweitens aus einem spezifischen Kreisprozeß, der nur jeweils für eine bestimmte Wärmekraftmaschinenart gültig ist und auch von Material- sowie Konstruktionsmerkmalen abhängig ist. Für alle Otto-Motoren gilt bekanntlich ein anderer Kreisprozeß als für Dampfturbinen. In der Dampfturbinenanlage sind z. B. Kondensationsvorgänge im Kreisprozeß gegeben, die bei einem gasförmigen Kreisprozeß nicht auftreten. Bei allen bisher bekannten Maschinen und Kreisprozessen können aber die hohen und insbesondere auch die unteren Temperaturbereiche nicht genügend erfaßt werden, obwohl der thermische Wirkungsgrad η therm eine solche Möglichkeit zunächst nicht von vorneherein ausschließt, wie an dem nachfolgenden Zahlenbeispiel erläutert wird:

Bei einer Temperaturdifferenz von 1000°C soll die untere Temperatur 423° Kelvin und die obere Temperatur 1473° Kelvin betragen. Demnach ergibt sich nach der Carnot'schen Formel

ein Wirkungsgrad von 68%. Tatsächlich stehen max. lediglich ca. 25% an mechanischer Arbeit z. B. in Otto-Motoren zur Verfügung, während z. B. Abgase mit Temperaturen zwischen 700°C und 1000°C ungenutzt entweichen können. Die thermischen Verluste durch Zylinderwände und durch Auspuffgase sind bei Otto-Motoren doppelt so hoch wie der Anteil an geleisteter mechanischer Arbeit.

Es besteht daher ein Bedarf an einer Vorrichtung zur Erzeugung von mechanischer Arbeit, unter Verwendung eines Kreisprozesses, bei welchem auch die bisherigen thermischen Verluste, d. h. die Nieder- und Hochtemperaturbereiche energiemäßig besser ausgeschöpft werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein kombiniertes Energieerzeugungssystem (Multi-Technologie-System) unter Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 1 aufzuzeigen. Ein solches Multi-Technologie-System kann beispielsweise für Kraftwerke als auch für selbstbewegliche Fahrzeuge eingesetzt werden, wobei sowohl herkömmliche Kraftstoffe als auch Wasserstoff als Brennstoff verwendbar sind.

Besonders vorteilhaft arbeitet die Vorrichtung nach Fig. 1, wenn Wasserstoff und Sauerstoff beispielsweise mit Solarstrom elektrolytisch erzeugt und in getrennten Behältern gesammelt wird. Dann können Wasserstoff und Sauerstoff in einem solchen Mengenverhältnis in den Rotor der Fig. 1 eingespritzt werden, daß eine restlose Oxidation erfolgt und somit keine Stickoxide entstehen können.

Zur Reduzierung der Verbrennungstemperatur wird zweckmäßigerweise noch Wasser in die Brennkammer des Rotors der Fig. 1 eingespritzt, was jedoch nicht weiter dargestellt ist. Auf diese Weise kann die Verwendung von stickstoffhaltiger Luft und die Bildung von Stickoxiden völlig vermieden werden.

Die Vorrichtung der Fig. 1 hat weiterhin den Vorteil, daß die heiße Dämpfe und Gase durch Rohre geleitet werden können, die andererseits mit einem kühleren Arbeitsmedium kühlbar sind, wodurch die Probleme der Warmfestigkeit von Materialien bei hohen Anfangstemperaturen vereinfacht werden.

Im nachfolgenden soll die Erfindung näher anhand von in der Zeichnung dargestellten vorzugsweisen Ausführungsformen erläutert werden.

In den Zeichnungen zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine neue Wärmekraftmaschine mit Gehäuse und anderen Bauteilen entlang der Drehachse M

Fig. 2 einen Schnitt durch den Rotor der Fig. 1 entlang der Schnittlinie C-C

Fig. 3 eine perspektivische Teilschnittansicht des Kraftstoffsystemes der neuen Wärmekraftmaschine

Fig. 4 einen Kreisprozeß abhängig von Temperatur und Volumen, wie er in der neuen Wärmekraftmaschine vorkommt,

Fig. 5 eine Temperatur-Zeit Kurve des wärmeabgebenden Mediums mit Angabe von W und Δ U nach der Formel Q = Δ U + W

Fig. 7 schematische Darstellung einer Zusammenschaltung von mehreren Rotoren.

In Fig. 1 wird mit 11 allgemein ein antreibbarer Rotor gezeichnet. Dieser Rotor weist vorzugsweise einen hohlzylindrischen Gehäusemantel 17 auf, der auf einer Stirnseite mit einer Bodenwand 117 und auf der anderen Stirnseite mit einem fest und zentrisch mit dem zylinderförmigen Mantel verbindbaren Deckel 118 versehen ist.

Die Bodenwand 117 weist einen rohrförmigen Ansatz 119, der Deckel 118 einen rohrförmigen Ansatz 120 auf, welche auf einer Welle 27 fest, aber lösbar anordenbar sind. Das Rotorgehäuse und die Welle sind vorzugsweise in sich ausgewuchtet. Außerdem sind die anderen festen Teile des Rotors wie Wärmeaustauscher, Zu- und Abführleitungen etc., die nachfolgend beschrieben werden, in sich ausgewuchtet bzw. symmetrisch angeordnet, um Unwuchten zu verhindern. Die Welle 27 ist in den Lagern 37 und 38 drehbar gelagert.

Zweckmäßigerweise wird der Rotor 11 durch ein Gehäuse umschlossen, das allgemein mit 40 bezeichnet wird.

Dieses Gehäuse 40 wird zweckmäßigerweise der äußeren Form des Rotors 11 angepaßt, ist jedoch etwas größer als der Rotor, damit sich der Rotor in dem Gehäuse drehen kann. Das Gehäuse 40 weist einen zylindrischen Ring 140 auf und ist auf der einen Stirnseite 141 scheibenförmig ausgebildet und mit einem hohlachsförmigen Ansatz 142 versehen, in welchem das Lager 37 außenseitig fest anordenbar ist. Weiterhin weist das Gehäuse 40 einen Deckel 143 auf, welcher mit dem zylindrischen Gehäuseteil 140 fest, aber lösbar verbindbar ist. Der Deckel 143 weist einen hohlachsförmigen Ansatz 144 auf, in welchem das Lager 38 außenseitig anordenbar ist. Weiterhin ist an dem Gehäuse 40 vorzugsweise ein Leitschaufelring 60 fest angeordnet. Dieser Leitschaufelring 60 besteht aus einem äußeren ringförmigen Mantelteil 160 und einem inneren ringförmig ausgebildeten Mantelteil 161 sowie den Leitschaufeln 162, die zwischen dem äußeren und dem inneren Mantel 161 und 162 angeordnet sind, wodurch eine feste Einheit aus äußerem Mantel, innerem Mantel und den Leitschaufeln entstehen kann.

Der Leitschaufelring ist verbindendes festes Bauteil zwischen dem äußeren Gehäusering 140 und dem Stirnseitenteil 141.

An dem Gehäusering 140 kann eine Halterung 145 fest anordenbar sein, in welcher eine Turbine 30 fest einbaubar ist.

Am Deckel 143 kann der zweite Wärmeaustauscher 6 fest angeordnet sein.

Zu dem Wärmeaustauscher 1 werden vorzugsweise von außen durch eine drehbare Einführung 20 sowie durch Rohrleitungen Kraftstoff und Luft zugeführt. Die Kraftstoffrohrleitung ist gestrichelt angedeutet und mit 19 bezeichnet, die Luftzuführleitung ist durch eine Strichpunktierung angedeutet und mit dem Bezugszeichen 29 versehen. An dem Wärmeaustauscher mit dem Radialabstand 99 befindet sich eine kreisförmig angedeutete Brennkammer 49, in welcher das Brennstoffgemisch z. B. nach einmaliger Zündung mittels Zündkerze kontinuierlich weiterbrennen kann. Es ist auch möglich, die Brennkammer außerhalb des Rotors anzuordnen und die heißen Gase durch die drehbare Einführung 20 und die Rohrleitungen 19 bzw. 20 zu dem Wärmeaustauscher 1 zu führen. Es können auch die Abgase eines Motors hierzu verwendet werden (z. B. von einem OTTO-Motor). Die Abgastemperatur von OTTO-Motoren haben bei Vollast Temperaturen zwischen 700 und 1000°C und stellen ein beträchtliches Wärmeenergiepotential dar. Auf diese Weise kann der Anteil an entnehmbarer mechanischer Arbeit, bezogen auf den eingesetzten Brennstoffwert erheblich erhöht werden.

Die Verbrennungsgase wandern dann durch den Wärmeaustauscher 1 in der mit 93 angegebenen Pfeilrichtung. In dem Wärmeaustauscher 1 findet ein Wärmeaustausch mit einer Flüssigkeit 5 statt, die vorzugsweise im Gegenstrom den Wärmeaustauscher durchläuft, wie mit Pfeil und Bezugszeichen 94 ausgedrückt wird.

Nach Durchlaufen des ersten Wärmeaustauschers 1 kann, wie in Fig. 1 dargestellt, ein Teil der Abgase durch eine Düse 88 am Rotor den Wärmeaustauscher 1 verlassen. Die Abgase entweichen dann tangential zu dem kreisförmigen Rotorgehäuse (siehe Fig. 2a und 2b) die Düse 88 und erteilen dem Rotor einen Drehimpuls. Danach werden die derart beschleunigten Abgase in einem Leitschaufelring 60 in der mit 96 und 97 bezeichneten Richtung umgelenkt.

Auf diese Weise kann der Rotor 11 in Rotation versetzt werden, und mittels Drehzahlregler kann die gewünschte Drehzahl des Rotors erreicht werden, wenn die Menge der Abgase, die durch die Düsen entweicht, in Abhängigkeit von der Drehzahl erfolgt, d. h., daß z. B. der Düsenauslaß in Abhängigkeit von der Drehzahl weiter geöffnet oder geschlossen werden kann. Die andere Teilmenge der Abgase kann z. B. nach Durchlaufen des Wärmeaustauschers 1 durch die Rohrleitung 22 und 122 und eine drehbare Ausführung 23 in ein Abgasrohr 129 geführt werden, wie durch Pfeile in den Rohrleitungen 22, 122 und 129 verdeutlicht wird. Selbstverständlich können die Abgase (3) auch radial aus dem Rotor ausgestoßen werden; wenn kein Drehimpuls am Rotor gewünscht wird, wie in Fig. 2a angedeutet ist.

Die Düsen 88 mit dem Leitschaufelring 60 können auch näher an der Brennkammer 49 angeordnet sein, wie strichliniert und mit dem Bezugszeichen 85 ausgedrückt wird, weil dann Gase aus der Düse ausströmen, die noch nicht zu sehr in dem ersten Wärmeaustauscher 1 abgekühlt wurden und daher dem Rotor 11 beim Ausströmen aus den Düsen 88 einen größeren Drehimpuls erteilen können.

Anstelle der in Fig. 1 gezeigten Ausführung kann es zweckmäßig sein, eine oder mehrere gesonderte Brennkammern im Rotor 11 vorzusehen, die ganz alleine zur Erzeugung des Rotorantriebes verwendet werden. Die Menge der Abgase, die durch eine oder mehrere Düsen tangential aus den mit den Brennkammern verbundenen Düsen ausströmt, kann durch Zuführung von Kraftstoff und Luft in den Leitungen 19 und 29 geregelt werden, d. h., daß die Drehzahlregelung abhängig von einer außerhalb des Rotors anordenbaren Dosiereinrichtung für Kraftstoff und Luft erfolgen kann. Weiterhin kann der Primärenergieträger 3 (Medium 3) wenn dieser lediglich zum Wärmeaustausch im Wärmeaustauscher 1 vorgesehen ist, nach Abgabe des abgebbaren Wärmepotentials wahlweise z. B. durch eine Öffnung einfach radial aus dem Wärmetauscher 1 ausgestoßen werden oder aus dem Rohr 22 mit positivem Drehimpuls herausgeführt werden, wobei jeweils Zuführleitungen für Kraftstoff und Luft entsprechend den gezeigten Leitungen 19 und 29 vorzusehen sind.

Der erste Wärmeaustauscher wird mit gestrichelten Linien, bestehend aus jeweils 2 Punkten und einer kurzen Strichlinie, die hintereinander angeordnet sind, angedeutet.

Wesentlich bei all diesen beschriebenen und möglichen Ausführungen ist 1., daß Wärmeenergie entweder in einer Brennkammer 49 im Wärmeaustauscher 1 freigesetzt wird, oder, daß Wärmeenergie dem Wärmeaustauscher 1 von außen zugeführt wird und 2., daß der Rotor gesteuert antreibbar ist.

Es ist zu beachten, daß bei Verbrennung von Kraftstoff und Luft in der Brennkammer 49 das Wärmeenergiepotential auch dort freigemacht wird, während bei Zuführung einer extern erhitzten Flüssigkeit in einem Kessel 10 diese Flüssigkeit eine wesentlich geringere Temperatur hat als die in der Brennkammer 49, wodurch η therm im oberen Temperaturbereich begrenzt wird (d. h. η therm wird kleiner).

Bei der Zuführung des Energieträgers (Medium 3) zu dem Wärmeaustauscher 1 wird ein Drehimpuls in den Rohren 19 und/bzw. 29 durch die radial nach außen bewegten Moleküle dieses Mediums 3 erzeugt, der die Rotation des Rotors verzögert. Wenn sich dann das Medium 3 nach Durchlaufen des Wärmeaustauschers 1 durch das Rohr 22 radial nach der Drehachse M hinbewegt, entsteht ebenfalls ein Drehimpuls, der auf die Drehachse des Rotors beschleunigend wirkt, wodurch sich die Drehimpulse im Rohr 22 einerseits und im Rohr 19/29 andererseits ausgleichen.

Es werden durch die Molekülmassen von Kraftstoff und Luft einerseits sowie durch einen extern erwärmten Energieträger andererseits ganz unterschiedliche Drehimpulse erzeugt, da die jeweiligen Massen - bezogen auf ihr Energiepotential - unterschiedlich groß sind. Außerdem ist zu beachten, daß die Temperaturen von Kraftstoff und Luft bei der Zuführung zum ersten Wärmeaustauscher klein sind im Vergleich zu einer extern erwärmten Flüssigkeit des Kessels 10. Aus diesem Grunde muß eine extern erwärmte Flüssigkeit unter Aufwendung von Arbeit in den Wärmeaustauscher 1 gepumpt werden, da die Dichte mit abnehmender Temperatur zunimmt und in dem Rohr 22 eine größere Dichte der Flüssigkeit gegeben ist als bei der Zuführung dieser Flüssigkeit zum Wärmeaustauscher 1, während bei Zuführung von Kraftstoff und Luft keine zusätzliche Arbeit geleistet werden muß, um einen Durchlauf durch den Wärmeaustauscher zu erreichen.

Daher ist es energiebilanzmäßig günstiger, eine Brennkammer in oder in der Nähe des Wärmeaustauschers 1 vorzusehen. Aus diesem Grunde sollten bei Verwendung eines extern erwärmten Energieträgers 3 und bei einer Zuführung zum rotierenden Wärmeaustauscher 1 im flüssigen Zustand vorzugsweise Flüssigkeiten mit geringem Ausdehnungskoeffizienten gewählt werden.

Vorzugsweise sind die angedeuteten Rohrleitungen 19 und 29 sowie 15 und 16 mit dem Rotorgehäuse 17 fest verbunden oder in das Rotorgehäuse integriert. Weiterhin werden vorzugsweise in der Welle 27 Bohrungen vorgesehen, in welchen Kraftstoff und Luft transportiert werden kann, wie aus der Fig. 1 hervorgeht. Die Luft bzw. der Luftanteil, der in einer Brennkammer für den Rotorantrieb benötigt wird, (siehe Fig. 2a und 2b) kann mittels eines Radialverdichters verdichtet werden, der strichliniert angedeutet und mit dem Bezugszeichen 80 versehen ist und der zweckmäßigerweise mit der Welle 27 fest verbunden wird.

Für die Luft, die durch die Radialverdichter verdichtet wird, kann eine drehbare Einführung 20 für Luft entfallen, für den Kraftstoff muß aber die drehbare Einführung vorgesehen werden. Danach kann die verdichtete Luft, die durch das Verdichten vorgewärmt wird, z. B. in einem Brennkammermantel 49 weiter erwärmt werden, bevor sie dann zur Brennkammer des Rotorantriebes geführt wird, was jedoch nicht weiter dargestellt ist. Für den Rotorantrieb mittels Düse 88 erhöhen hohe Austrittsgeschwindigkeiten in tangentialer Richtung den Wirkungsgrad.

Anstelle des vorher beschriebenen Rotorantriebes kann auch ein Hilfsmotor 48 vorgesehen werden, der mit dem Gehäusedeckel 143 fest verbunden ist und dessen Welle 100 ein Zahnrad 62 antreibt, das mit einem Zahnrad 63 kämmt, welches fest mit dem Rotorgehäuse verbunden ist.

Der Antrieb der Welle 27 kann auf jede beliebige Weise erfolgen, d. h. z. B. mit OTTO-Motor, Elektromotor etc.

Selbstverständlich kann die Radialabstandsvergrößerung sowie die Radialabstandsverkleinerung des Energieträgermediums, die in den Rohren 19, 29 und 22 radial und im rechten Winkel zu der Drehachse M dargestellt ist, auch in einem nicht rechtwinkligen Winkel zu der Drehachse M erfolgen, was jedoch nicht weiter dargestellt ist. Gleiches gilt für die Rohre 15 und 16, deren Funktion nachfolgend beschrieben wird.

Während des Betriebes der erfindungsgemäßen Vorrichtung, deren Funktion nachfolgend weiter beschrieben wird, kann es zweckmäßig sein, die Drehzahl konstant zu halten und die in den Wärmeaustauscher 1 zuführbare Wärmemenge zu variieren. Dann läßt sich bei gleichbleibendem Druck die Durchflußmenge des Arbeitsmediums 5 verändern, wodurch sich nach der Turbinenformel eine unterschiedliche Leistung und ein unterschiedliches Drehmoment an der Turbinenwelle ergibt.

Das Arbeitsmedium 5 (bzw. eine Flüssigkeit) wird mittels einer drehbaren Einführung 28 vorzugsweise über eine zentrale Bohrung 12 in der Welle 27 in den Rotor geführt. Von der zentralen Bohrung 12 aus führen vorzugsweise radiale Rohrleitungen 15 zu mehreren Wärmeaustauschern 1. Die Welle 27, die in der Zeichnung durchgehend dargestellt ist, kann auch aus 2 Wellenstummeln bestehen. Das Arbeitsmedium 5 durchströmt die Wärmeaustauscher 1 in der mit Pfeil 94 bezeichneten Richtung, d. h. gegenläufig zu der mit 93 gekennzeichneten Strömungsrichtung des Energieträgermediums 3, d. h. der heißen Gase oder der erhitzten Flüssigkeit.

Das in den Wärmeaustauschern 1 erwärmte Arbeitsmedium 5 verläßt die Wärmeaustauscher durch die Rohrleitungen 16 sowie durch die zentrale Bohrung 89 in der Welle 27 und durch die drehbare Ausführung 170. Die Rohre 15, die Wärmeaustauscher 1 und die Rohre 16 bilden somit eine Einheit, durch welche das Arbeitsmedium 5 in der mit Pfeilen angegebenen Richtung strömt. Das Arbeitsmedium 5 durchläuft in kaltem Zustand die Rohrleitungen 12 und 15 und wird danach in den Wärmeaustauschern 1 erwärmt und verläßt in erwärmten Zustand die Wärmeaustauscher 1 durch die Rohrleitungen 16 und 89. Die Flüssigkeit 5 weist somit in den Rohrleitungen 15 und 16 eine unterschiedliche Dichte auf, aus der sich während der Rotorrotation Druckdifferenzen an den mit 168 und 169 bezeichneten gleichgroßen radialen Abstandsmarkierungen der Rohre 15 und 16 ergeben. Wird nun der Rotor 11 während des Betriebes in Rotation versetzt, so werden die spezifisch schwereren Teile der kälteren Flüssigkeit 5 im Rohr 15 radial nach außen, d. h. zu dem ersten Wärmeaustauscher 1 hinbewegt, während die wärmeren und spezifisch leichteren Teile der Flüssigkeit 5, die aus dem Wärmeaustauscher 1 in die Rohre 16 austreten - bedingt durch den dabei entstehenden Druckunterschied - zur Drehachse M hinströmen, wie durch Pfeile angedeutet wird.

Die dabei entstehende Druckdifferenz der Flüssigkeit 5 ist abhängig von der Drehzahl des Rotors und von dem Ausdehnungskoeffizienten der verwendeten Flüssigkeit. Es können auf diese Weise Druckdifferenzen von z. B. einigen 100 bar und mehr erzeugt werden, die dann als hydraulischer Druck zur Verfügung stehen und in einer Turbine 30 in mechanische Arbeit verwandelbar sind. Vorzugsweise wird für das Arbeitsmedium 5 eine Flüssigkeit mit großem Ausdehnungskoeffizienten gewählt, weil dann weniger hohe Drehzahlen zur Erzeugung des gewünschten hydraulischen Druckes erforderlich sind.

Das Arbeitsmedium 5 wird aus der Leitung 89 über eine drehbare Ausführung 170 und ein Druckrohr 32 zu dem Wärmeaustauscher 6 geführt, der mit dem Gehäusedeckel 143 fest verbunden sein kann. In dem Wärmeaustauscher 6 wird die Flüssigkeit 5 mittels Luft oder einer Flüssigkeit abgekühlt, wie durch die Pfeile mit den Bezugszeichen 8 u. 9 ausgedrückt werden soll.

Die in dem zweiten Wärmeaustauscher 6 abgebbare Wärme ist Restwärme, die nicht innerhalb der Carnot'schen Formel η therm verarbeitbar ist. Diese Wärme kann z. B. zu Heizzwecken verwendet werden, wie durch das Bezugszeichen 171, das einen Heizkörper darstellt, verdeutlicht werden soll. Die Restwärme kann aber auch in einem nachgeschalteten Kreisprozeß in mechanische Energie verwandelt werden.

Vom Wärmeaustauscher 6 aus wird die Flüssigkeit in einem Druckrohr 33 zu einer Turbine 30 geführt, und der im rotierenden Rotor 11 erzeugte Differenzdruck der Flüssigkeit 5 wird mittels dieser Turbine 30 in mechanische Arbeit verwandelt. Hierzu können Turbinen beliebiger Art verwendet werden. Vorzugsweise können dazu Pelton-Turbinen verwendet werden.

Die Flüssigkeit 5 verläßt die Turbine 30 vorzugsweise im entspannten bzw. drucklosen Zustand und wird mittels einer Rohrleitung 128 über eine drehbare Einführung 28 wieder in das Rotorsystem eingeführt. Anstelle einer Turbine 30 kann jede andere Vorrichtungsanordnung vorgesehen werden, mit welcher aus hydraulischem Druck mechanische Energie erzeugt werden kann.

Die Turbine 30 kann auch vor dem Wärmeaustauscher 6 - in Umlaufrichtung des Arbeitsmediums 5 betrachtet - angeordnet sein, weil dann der Wärmetauscher 6 und die anschließende Rohrleitung, die vom Wärmetauscher aus zu der drehbaren Einführung 28 führt, in Niederdruckausführung auslegbar sind.

Das Medium 5 muß nach dem Verlassen der Turbine 30 oder einer anderen geeigneten Vorrichtung vorzugsweise durch ein Gefälle oder eine Pumpe wieder dem Rotor 11 zugeführt werden, damit der Kreislauf geschlossen ist.

Der Wärmeaustauscher 1 ist vorzugsweise so aufgebaut, daß viele kleine Kanäle für das Arbeitsmedium 5 einerseits und die Abgase andererseits parallel zur Drehachse M im Gegenstrompinzip angeordnet sind, wodurch ein intensiver Wärmeaustausch erfolgen kann. Selbstverständlich ist jede beliebige Ausführungsform von Wärmeaustauschern und Brennkammersystemen denkbar, wobei selbstverständlich das Arbeitsmedium 5 und das wärmeabgebende Medium 3 auch in gleicher Strömungsrichtung in dem Wärmeaustauscher fließen können.

Die Heißgase, die durch die Düsen 88 ausströmen und dem Rotor 11 einen Drehimpuls geben, haben in einer der vorzugsweisen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung lediglich den Rotor anzutreiben und sollen dabei keine zusätzliche abnehmbare mechanische Arbeit leisten. Es muß also der Drehimpuls so bemessen werden, um die Reibung des Rotors zu überwinden und um das Drehimpulsdefizit auszugleichen, das sich ergibt, wenn die Abgase nicht durch das Rohr 22, sondern durch die Düsen 88 ausströmen. Dieser Drehimpulsdefizit ist aber relativ gering.

Da die Rotorrohre des Mediums 5, da sie im Rotor selbst angeordnet sind, mit gleicher Winkelgeschwindigkeit wie der Rotor rotieren, während die außerhalb des Rotors 17 angeordneten Rohre des Mediums 5 in bezug auf das Gehäuse 40 keine Drehbewegung ausführen, muß eine drehbare Einführung 28 und eine drehbare Ausführung 170 für das Medium 5 vorzugsweise an der Welle 27 vorgesehen werden. Weiterhin muß eine drehbare Einführung 20 für den Kraftstoff und die Luft (mit jeweils getrennter Zuführung) sowie eine drehbare Ausführung 23 für den Austritt der Abgase aus dem Rohr 22 vorgesehen werden.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Rotor der Fig. 1 entlang der Schnittlinie C-C mit 2 Wärmeaustauschern und/oder Brennkammern 201 sowie mit den lediglich angedeuteten Austrittsdüsen 288.

Die Zufuhr von Kraftstoff und Luft erfolgt in den gestrichelt angedeuteten Rohren 219 u. 229 in getrennten Leitungen, wobei die Rohre vorzugsweise hintereinander angeordnet sind, was aber in der gezeigten Zeichenebene nicht darstellbar ist. Daher sind die Rohrleitungen lediglich gestrichelt angedeutet. Bei Verwendung von extern erhitzter Flüssigkeit (s. Beschreibung der Fig. 1) wird selbstverständlich nur eine Zuführleitung 219 oder 229 benötigt, was jedoch nicht weiter dargestellt ist.

Der Bezugskreis 201 stellt ein nicht rotierendes äußeres Gehäuse dar, das in der Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 40 gekennzeichnet ist. Der Bezugskreis 210 ist mit den Winkeln 0°, 90°, 180° und 270° versehen. Die Drehrichtung des Rotorgehäuses 211 mit der daran fest angeordneten Welle 227 ist mit 230 bezeichnet.

Die Wärmeaustauscher 201, die Düsen 288 und die Rohre 219 und 229 sind an bzw. in dem Rotorgehäuse 211 fest angeordnet.

Wenn sich der Kraftstoff und die Luft in den Rohren 219 (Luft) und 229 (Kraftstoff) radial nach außen bewegen, entsteht ein Drehimpuls, der entgegengesetzt zur Drehrichtung gerichtet ist, was durch die Pfeile mit den Bezugszeichen 280 ausgedrückt werden soll. Nach der Verbrennung von Kraftstoff und Luft in der Brennkammer, die im Wärmeaustauscher 1 angeordnet ist, kann z. B. ein Teil der Abgase durch die Düsen 288 ausströmen, wie durch die Pfeile mit den Bezugszeichen 289 ausgedrückt werden soll, und dabei erhält der Rotor 211 einen Drehimpuls, wie durch die Pfeile mit den Bezugszeichen 284 veranschaulicht wird.

Das Energieträgermedium kann auch anstelle von Kraftstoff und Luft aus erwärmter Flüssigkeit bestehen, und es ist möglich, sowohl Abgase als auch Flüssigkeit vorzugsweise nach Abgabe der Wärme Energie im Wärmeaustauscher 1 radial auszustoßen, wie durch die trichterförmigen Auslässe 256 und die Pfeile mit den Bezugszeichen 257 ausgedrückt werden soll (siehe auch Fig. 1).

Es ist sinnvoll, mehr als 2 Wärmeaustauscher mit Zuführleitungen wie gezeigt jeweils symmetrisch zueinander anzuordnen, wie durch die strichpunktierte Linien mit dem Bezugszeichen 251-254 ausgedrückt werden soll.

Bei Anordnung von mehreren Wärmeaustauschern werden zweckmäßigerweise Abgase aus 2 Brennkammern ausschließlich zum Rotorantrieb verwendet, während die Abgase aus den weiteren Brennkammern zum Erwärmen des Arbeitsmediums 5 (siehe Fig. 1) verwendet werden. Man kann also Brennkammern, die nur für den Rotorantrieb bestimmt sind, vorsehen und diese mit Austrittsfüßen verbinden, und Brennkammern für Wärmeaustauscher vorsehen, die lediglich der Wärmeaustauschfunktion dienen und nicht für den Antrieb des Rotors verwendet werden.

In Fig. 2 ist weiterhin nur die Lage der zentralen Bohrung 228 angedeutet. Die seitlichen Bohrungen für Luft und Kraftstoff in der Welle 227 sind dagegen nicht weiter dargestellt.

Die radial ausströmenden Masseteilchen bewegen sich beim Austritt radial und bewegen sich dann etwa tangential in Drehrichtung weiter, wie durch die Pfeile mit dem Bezugszeichen 257 verdeutlicht werden soll.

Fig. 3 zeigt eine schematische perspektivische Teilansicht der Kraftstoffzuführung entsprechend der Fig. 1 und 2 mit Wärmeaustauscher, Düsen etc. Anhand der Fig. 3 sind verschiedene Möglichkeiten von Ausführungsformen darstellbar, wobei das Gehäuse des Rotors lediglich ellipsenförmig angedeutet und mit dem Bezugszeichen 350 versehen ist.

Der Zulauf von Kraftstoff und Luft zu den Brennkammern 300, die im oder am Wärmeaustauscher 301 angeordnet sind, erfolgt durch die Leitungen 334 und 335, die strichliniert bzw. strichpunktiert angedeutet sind. Dabei entsteht ein Drehimpuls um die Achse M, wie durch die Pfeile 340 veranschaulicht werden soll. In den Brennkammern 300, die kreisförmig und strichliniert angedeutet sind, erfolgt die Verbrennung. Die heißen Verbrennungsgase werden dazu benützt, um in den Wärmeaustauschern 301 die nicht dargestellte umlaufende Flüssigkeit 5 zu erwärmen (siehe Fig. 1). Weiterhin können die heißen Gase, insbesondere wenn Kraftstoff und verdichtete heiße Luft zugeführt wird, besonders vorteilhaft zum Rotorantrieb anstelle eines gesonderten Hilfsantriebes dienen. Hierbei werden die heißen Gase durch die angedeuteten Düsen 338 ausgestoßen und erzeugen einen Drehimpuls in Richtung 330. Der Weg der heißen Gase durch den Wärmeaustauscher und beim Ausströmen aus der Düse, ist mit dem Bezugszeichen 320 und 321 gekennzeichnet, wobei die heißen Gase nach Beschreibung der Fig. 1 in Leitschaufeln umgelenkt werden, wie durch das Bezugszeichen 323 ausgedrückt wird. Selbstverständlich können die Gase auch radial aus der Düse ausgestoßen werden, wie durch den trichterförmigen Auslaß 324 und den Pfeil mit dem Bezugszeichen 325 ausgedrückt wird. Die heißen Gase können aber nicht nur durch die Düse, sondern auch durch das Radialrohr 322 aus dem Rotor geführt werden.

Anstelle der heißen Gase kann selbstverständlich auch eine extern erhitzte Flüssigkeit treten.

Die Durchflußrichtung ist durch Pfeile mit den Bezugszeichen 352, die Drehrichtung mit den Bezugszeichen 351 gekennzeichnet. Die Welle wird mit 327 bezeichnet, die Drehachse mit M, der Radialabstand ist mit 353 und 354 gekennzeichnet und gleichgroß.

In Fig. 4 werden die Vorgänge des Wärmeaustauschers 1 von Fig. 1 anhand eines neuen Kreisprozesses in einem TV-Diagramm verdeutlicht.

In den bekannten Wärmeaustauschern wird lediglich Wärme, z. B. nach dem Gegenstrom- oder Gleichstromprinzip ausgetauscht. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung der Fig. 1 soll aber mittels Wärmeaustauscher 1 hauptsächlich mechanische Arbeit erzeugt werden.

Hierbei muß einerseits Wärme mittels eines Energieträgers, z. B. in flüssigem oder gasförmigem Zustand, zugeführt bzw. durch Verbrennung erzeugt werden, und andererseits muß ein Arbeitsmedium, z. B. eine Flüssigkeit oder als Gas Energie aufnehmen können.

Bisher waren Druck, Temperatur und spezifisches Volumen maßgebend für Kreisprozesse. Nunmehr wird in der neuen Vorrichtung der Druck eine Funktion der Fließkraft, d. h. Druck wird durch Fliehkraft erzeugt. Der Vorteil des neuen Kreisprozesses besteht nun darin, daß sowohl höhere als auch niedere Temperaturbereiche besser erfaßt werden können, wodurch höhere Wirkungsgrade erreichbar sind.

Nach Fig. 1 ergibt sich somit der folgende Kreisprozeß der in den Kurvenabschnitten 1-2 , 2-3, 3-4, 4-5 und 5-1 beschrieben wird. In dem nachfolgend aufgezeigten Kreisprozeß wird jedoch abweichend von Fig. 1 das Arbeitsmedium nach Verlassen des Rotors zunächst in eine Arbeitsturbine geleitet und dann erst abgekühlt. Zur Erklärung der Fig. 4 werden dabei auch Bezugszeichen der Fig. 1 verwendet.

• 1-2 Die Zusammendrückung (Kompression) des Arbeitsmediums 5 erfolgt bei zunehmender Vergrößerung des Radialabstandes der Flüssigkeitsteilchen im Rohr 15 unter dem Einfluß der Fliehkraft d. h. dann, wenn sich die Flüssigkeitsteilchen im Rohr 15 von der Rotordrehachse weg bewegen. Bei dieser Kompression wird auch potentielle Energie aufgespeichert.
• 2-3 Die Ausdehnung des Arbeitsmediums 5 erfolgt im Wärmeaustauscher ×1 gegen einen großen fliehkraftbedingten Druck. Dazu muß dem Arbeitsmedium 5 die Wärmemenge Q 1 in dem Wärmeaustauscher 1 zugeführt werden.
  Die Erwärmung und Ausdehnung des Arbeitsmediums 5 in dem Wärmeaustauscher 1 erfolgt nach dem ersten Hauptsatz der Wärmelehre unter Berücksichtigung der Carnot'schen Formel.
  Q 1 = Δ UA + W 1; W 1 ist in dieser Formel die mechanische Arbeit, die gegen einen allseitigen Kompressionsdruck zu leisten ist. Dabei erfolgt eine Abkühlung der Abgase 3, bedingt einerseits durch Entzug von Molekularenergie Δ UA, die zur Erwärmung des umlaufenden Arbeitsmediums 5 im Wärmeaustauscher 1 erforderlich ist und andererseits durch Verbrauch von Molekularenergie, die in mechanische Energie W 1 umgewandelt wird.
• 3-4 Eine Ausdehnung des Arbeitsmediums 5 erfolgt bei abnehmendem Radialabstand der Flüssigkeitsteilchen d. h. dann wenn das Arbeitsmedium 5 im Rohr 16 in Richtung der Drehachse M strömt (bedingt durch nachlassende Fliehkraftgröße, die sich z. B. bei konstanter Drehzahl des Rotors ergibt). Bei der Ausdehnung wird potentielle Energie abgegeben.
• 4-5 Der hydraulische Druck des Arbeitsmediums 5 kommt erst in der Flüssigkeitsturbine 30 die jedoch entgegen der Fig. 1 vor dem Kühler 6 in Umlaufrichtung gesehen angeordnet sein soll, zur Entspannung und leistet dabei Arbeit.
• 5-1 Die Zusammenziehung des Arbeitsmediums in dem Wärmeaustauscher 6 erfolgt, weil eine Abkühlung des Arbeitsmediums 5, z. B. durch eine zweite kältere Flüssigkeit im Wärmeaustauscher 6 herbeigeführt wird.

Der Energiezufluß ist mit Q 1, der Energieabfluß ist mit W 1 und Δ UA in dem Kreisprozeß der Fig. 1 mittels Bezugszeichen und Pfeilen gekennzeichnet.

Fig. 5 zeigt ein Temperatur-Zeit-Diagramm von Arbeitsmedium 5 und Energieträger 3 der Fig. 1 mit Angabe der mechanischen Arbeit W 1 und der Molekularenergie Δ U _A nach der Formel Q 1 = Δ U _A + W 1.

Nach dem ersten Hauptsatz der Wärmelehre findet sich die einem Körper zugeführte Wärmemenge Q restlos wieder in der Änderung Δ U seiner inneren Energie (Molekularenergie) und der von ihm geleisteten Arbeit W nach der Formel Q = Δ U + W.

Es entweicht jedoch auch eine Wärmemenge Q 2 mit der inneren Energie U 2 z. B. als noch warmes Abgas 3 aus dem in Fig. 1 mit 1 bezeichneten Wärmeaustauscher. Der verbleibende Wärmeanteil Q 1 = Δ UA + W 1 wird also in bezug auf den Wärmeaustausch im Wärmeaustauscher 1 aufgezeigt.

Bezogen auf das Energieträgermedium 3 (Gas, Flüssigkeit, Verbrennungsgase) der Erfindung bedeutet das:

• 1. Die Temperatur des Energieträgermediums 3 ist beim Einlauf in den Wärmeaustauscher 1 (siehe Fig. 1) hoch und wird in Fig. 5 mit dem Bezugszeichen 510 bezeichnet.
• 2. Beim Durchlaufen des rotierenden Wärmeaustauschers 1 nimmt die Temperatur des Energieträgermediums ständig ab und hat schließlich beim Verlassen des Wärmeaustauschers 1 eine Temperatur, die mit dem Bezugszeichen 511 gekennzeichnet ist.
• 3. Nach Fig. 4 Kurvenabschnitt 2-3 muß ein erheblicher Teil an Arbeit W 1 bei der Ausdehnung des Arbeitsmediums 520 geleistet werden, die ja gegen einen allseitigen Kompressionsdruck erfolgt, was durch das Bezugszeichen W 1 gekennzeichnet ist.
• 4. Weiterhin wird ein Teil der Wärmeenergie, nämlich Δ UA vom Energieträgermedium 3 abgegeben, damit sich das Arbeitsmedium 520 im Gegenstromprinzip erwärmen kann (ebenfalls kann auch das Gleichstromprinzip eines Wärmeaustauschers verwendet werden).
• 5. Die Temperaturabnahme Δ U _A des Energieträgermediums findet sich wieder in einer Temperaturzunahme des Arbeitsmediums 520, die mit Δ A bezeichnet wird. Δ A wird dann als Restwärme außerhalb des Rotors 11 abgegeben und geht dort von höherer zu niederer Temperatur.

In Fig. 6 ist ein Mehrstoff (z. B. Hg-Dampf-Ammoniak) Prozeß aufgezeigt, der allgemein mit 600 bezeichnet wird, wobei z. B. Hg durch andere geeignete Flüssigkeiten vorzugsweise mit hohem Ausdehnungskoeffizienten ersetzt werden kann, und ebenso kann NH₃ durch geeignete Stoffe ersetzt werden.

In dem kombinierten Prozeß ist ein der Fig. 1 entsprechender Rotor 601 mit rotierenden Brennkammern angeordnet, in welche Wasserstoff und Sauerstoff eingespritzt werden, wie durch das Bezugszeichen 602 und 603 ausgedrückt werden soll. Außerdem kann zusätzlich noch Wasser in die Brennkammern eingespritzt werden, um die Verbrennungstemperaturen zu reduzieren, was durch das Bezugszeichen 640 ausgedrückt werden soll. Wasserstoff und Sauerstoff werden vorzugsweise in einem solchen Verhältnis eingespritzt, daß keine Zufuhr von Luft erforderlich ist, weil dann Stickoxide vermeidbar sind.

Die Wärme, die bei der Oxidation (Verbrennung) von Wasserstoff und Sauerstoff plus Wasser als Wasserdampf entsteht, erwärmt das Arbeitsmedium 604, das eine Flüssigkeitsturbine 605 antreibt. (Vergleiche Fig. 1). Das Arbeitsmedium 604 wird dann zu dem Wärmeaustauscher 610 geführt, dort abgekühlt und danach erneut in den Rotor 601 zurückgeführt. Das Arbeitsmedium strömt dabei in Rohren wie ebenfalls durch das Bezugszeichen 604 und die zugehörigen Linien ausgedrückt werden soll in der mit Pfeilen angegebenen Richtung. Damit ist der kreisförmige Umlauf des Arbeitsmediums 604 aufgezeigt.

Der Heißdampf, der in dem Rotor 601, z. B. von 1900°C auf ca. 500°C abgekühlt wird, kann aus dem Rotor 601 kommend z. B. direkt mit dieser Temperatur in die Dampfturbine 608 geleitet werden, wie durch das Bezugszeichen 614 und die strichlinierte Linie ausgedrückt werden soll. Allerdings muß dazu ein genügend großer Druck im Rotor 601 erzeugt werden.

Der in die Dampfturbine 608 eingeleitete Dampf wird dann weiter zur Erzeugung von mechanischer Arbeit verwendet und der abgearbeitete und weiter abgekühlte Dampf verläßt die Dampfturbine über die Rohrleitung 609 und wird danach in den Wärmeaustauscher 610 geführt, in welchem mit diesem Dampf, z. B. noch NH₃ erwärmt wird. Der Abdampf 637, der über das Rohr 609 zu dem Wärmeaustauscher 610 geführt wird, kann dann nach außen entweichen.

Es ist erkennbar, daß NH₃ sowohl mit dem Arbeitsmedium 604, als auch mit dem Abdampf in der Rohrleitung 609 aufheizbar ist. Zweckmäßigerweise wird NH₃ zunächst mit dem Stoff aufgeheizt, der mit der niederen Temperatur den Wärmeaustauscher 610 erreicht, und danach mit dem wärmeren Stoff weiter aufgeheizt. Selbstverständlich können aber auch zwei verschiedene NH₃-Turbinen mit zwei selbständigen Kreisläufen und zwei Wärmeaustauscher angeordnet sein, was jedoch nicht weiter dargestellt ist.

Das Ammoniak (NH₃) wird, nachdem es in dem Wärmeaustauscher 610 aufgeheizt wurde, über eine Rohrleitung 611 zu der NH₃-Turbine 612 geführt. Danach wird das aus der Turbine 612 kommende abgearbeitete NH₃ über eine Rohrleitung 615 zu einem Kondensator 616 zur Abkühlung geführt, der mit einem Kühlturm 617 verbunden ist. Über die Rohrleitungen 619 und eine Rücklaufpumpe 620 wird NH₃ wieder dem Wärmeaustauscher 610 zugeführt und nach erneuter Erwärmung bzw. Erhitzung wieder als Arbeitsmedium 634 in die NH₃-Turbine eingeleitet. Damit ist der NH₃-Umlauf aufgezeichnet.

Selbstverständlich kann der aus dem Rotor 601 kommende Heißdampf auch über eine Rohrleitung 622 und einen Abhitzekessel 621 geführt werden, wenn für die Dampfturbine 608 ein getrennter und gesonderter Kreislauf vorgesehen wird. Dies ist dann erforderlich, wenn anstelle von H₂ fossile Brennstoffe in dem Rotor 601 verbrannt werden, weil heiße Abgase nicht der Dampfturbine direkt zugeführt werden können, oder wenn der für die Dampfturbine erforderliche Dampfdruck nicht mit dem Rotor oder auf andere geeignete Weise erzeugbar ist. Der Abhitzekessel 621 ist ein Wärmeaustauscher in welchem erstens ein Wärmeaustausch erfolgt und zweitens der erforderliche Dampfdruck in dem Arbeitsmedium 644 erzeugt wird, das der Dampfturbine 608 zugeführt wird. Das Arbeitsmedium 644 (vorzugsweise Dampf) läuft dann durch die vorgesehenen Bauteile: Der heiße Dampf 644 wird dann vom Abhitzekessel 621 über eine Rohrleitung 630 zu der Dampfturbine 608 geführt, verläßt die Dampfturbine über die Rohrleitung 609, durchläuft den Wärmeaustauscher 610, gibt dort weitere Wärmeenergie an das bereits beschriebene NH₃-Arbeitsmedium ab und wird über Rohrleitungen 628 und eine Rücklaufpumpe 625 wieder dem Abhitzekessel 621 zugeführt. Von dort aus beginnt dann der Umlauf des Arbeitsmediums 644 von vorne.

Alternativ kann der aus der Dampfturbine 608 entweichende Dampf zur Fernwärmeversorgung verwendet werden, wenn ein Wärmeaustauscher 632 (Dampf/Vorlaufwasser) für die Fernwärme 633 vorgesehen wird. Die Leitung 635, die mit der Leitung 628 verbunden ist, bildet dann mit der Rücklaufpumpe 625, dem Abhitzekessel 621 und den übrigen Bauteilen 630, 608 und 632 ein in sich geschlossenes System, in welchem das Arbeitsmedium 644 alternativ umlaufen kann. Ebenso kann anstelle des NH₃-Arbeitsmediums eine Fernheizung vorgesehen werden, was jedoch nicht weiter dargestellt ist.

In der Fig. 6 sind die Generatoren 624, 627 und 629 zum Antrieb der Turbinen 612, 608 und 605 vorgesehen, es kann jedoch sinnvoll sein zwei oder mehr Turbinen mit einer einzigen Antriebswelle und einem einzigen Generator zu versehen.

Selbstverständlich können sowohl das im Rotor erwärmte Arbeitsmedium (5, 604, 704) als auch die Rotorabgase bzw. die Rotoraustrittsdämpfe direkt zu einem Wärmeaustauscher 610 geführt werden, wobei ein zweites Arbeitsmedium 634 zum Betreiben einer Arbeitsturbine 612 erwärmt wird und es ist auch möglich, daß bei großem unterschiedlichem Temperaturniveau von Arbeitsmedium einerseits und Abgasen bzw. Abdämpfen aus dem Rotor andererseits jeweils 2 gesonderte Wärmeaustauscher mit zwei Turbinen 612 vorgesehen werden, was jedoch nicht weiter in Fig. 6 dargestellt ist.

In Fig. 7 ist in einer schematischen Darstellung das Zusammenwirken mehrerer Rotoren (z. B. 701 bis 706) mit einer Flüssigkeitsturbine 711 und einem Wärmeaustauscher 710 dargestellt. Selbstverständlich können auch mehrere Flüssigkeitsturbinen und mehrere Wärmeaustauscher angeordnet sein, was jedoch nicht weiter dargestellt ist.

Das Arbeitsmedium 704 wird über Nebenleitungen 708 und eine Zentralleitung 709 zu der Flüssigkeitsturbine 710 geführt. Von dort wird das Arbeitsmedium 704 zu einem Wärmeaustauscher 710 geführt, dort abgekühlt und danach wieder über Zuführleitungen 712 und Abzweigleitungen 716 den Rotoren 701 bis 706 zugeführt. In dem Wärmeaustauscher 710 kann dann wieder ein zweites Arbeitsmedium zum Betreiben einer Turbine erwärmt erwärmt, wie z. B. in Fig. 6 durch das Arbeitmedium mit dem Bezugszeichen 634 ausgedrückt wird.

Die Fließrichtung des Arbeitsmediums ist durch Pfeile mit den Bezugszeichen 517 gekennzeichnet.

Claims (9)

1. Kombinierte Energieerzeugungsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß das Arbeitsmedium (5, 604) von wenigstens einem Rotor (11, 601), welches eine Flüssigkeitsturbine (30, 605) antreibt, in einem Wärmeaustauscher (610) abgekühlt wird, und daß die dabei abgegebene Wärmeenergie ein Gas (634) (oder eine Flüssigkeit) erwärmt, das in einer Turbine (612) geführt wird und dort zur Erzeugung von mechanischer Arbeit verwendbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Rotor (11, 601) Wasserstoff, oder fossile Brennstoffe, oder heiße Gase oder eine warme Flüssigkeit zur Erzeugung von mechanischer Arbeit einsetzbar sind und daß die restliche Wärmeenergie, die z. B. als Abgase, oder als Dampf (3, 607) den Rotor (11, 601) verläßt, in einer nachgeschalteten Wärmekraftmaschine (608), z. B. einer Dampfturbine zur Erzeugung von mechanischer Arbeit einsetzbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Wärmeaustauscher (610) Wärmeenergie vom Arbeitsmedium (604) und/oder Abdampf (637) aus der zweiten Wärmekraftmaschine (608) zum Aufheizen eines die Turbine (612) antreibenden Arbeitsmediums (634) (Gas oder Flüssigkeit vorzugsweise Ammoniak) verwendbar ist, das sich in dem kreisförmigen Umlauf (611, 612, 615, 616, 617, 619, 620 und 610) bewegt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Dampf eine direkte Leitung (614) zwischen dem Rotor (11, 611) und der Wärmekraftmaschine (608) vorsehbar ist, wenn z. B. der Dampf (3, 607) den Rotor durch die Rohre (22) verläßt und dabei Druck erzeugt wird.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotor (11, 601) und der Wärmekraftmaschine (608), die vorzugsweise als Dampfturbine ausgebildet ist, einen als Abhitzekessel ausgebildeten Wärmeaustauscher (621) vorgesehen ist und daß der Rotor (11, 601), der Abhitzekessel (621) und die Wärmekraftmaschine (608) mittels Rohrleitungen (622) und (630) miteinander verbindbar sind.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor 601 mit der Turbine 605 oder mit der Wärmekraftmaschine 608 oder mit Wärmekraftmaschine 612 oder mit einer geeigneten Anordnung vorgenannter Maschinen über eine gemeinsame Welle verbindbar ist, und daß der Antrieb des Rotors 601 auch über eine solche gemeinsame Welle ganz oder teilweise erfolgen kann.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle eines Rotors (11, 604), z. B. mehrere Rotore (701, 702, 703, 704, 705, 706, etc.) anordenbar sind und daß das Arbeitsmedium (707) über Nebenleitungen (708) zu einer Zentralleitung (709) und von dort zu der Flüssigkeitsturbine (711) geführt wird, um nach Abkühlung in einem Wärmeaustauscher (710) wieder in die Rotoren zurückgeführt zu werden, wie durch die Leitungen (712) ausgedrückt wird.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Arbeitsmedium (5, 604) als auch die Abgase oder der Abdampf aus dem Rotor kommend wahlweise zur Erzeugung von mechanischer Arbeit und/oder zu Heizzwecken verwendbar sind.

9. Energieumwandlungsvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Rotor (11), der einen Wärmetauscher (1) aufweist, in dem ein Arbeitsmedium von einer im Rotor (11) vorgesehenen Wärmequelle erwärmbar ist, und einer außerhalb des Rotors (11) angeordnete Turbine (30), der das Arbeitsmedium zuführbar ist.