DE69433910T2

DE69433910T2 - Dampferzeuger und dampfturbinenanlage die einen gasförmigen treibstoff, insbesondere wasserstoff, verwendet

Info

Publication number: DE69433910T2
Application number: DE69433910T
Authority: DE
Inventors: Gábor GÖDE
Original assignee: SOLINNOV NAPENERGIAVAL MUKODO; SOLINNOV NAPENERGIAVAL MUKODO BERENDEZESEKET HASZNOSITO EPULETKARBANTARTO EXPORT-IMPORT KFT
Current assignee: SOLINNOV NAPENERGIAVAL MUKODO; SOLINNOV NAPENERGIAVAL MUKODO BERENDEZESEKET HASZNOSITO EPULETKARBANTARTO EXPORT-IMPORT KFT
Priority date: 1993-08-23
Filing date: 1994-08-23
Publication date: 2005-07-21
Anticipated expiration: 2014-08-24
Also published as: DE69433910D1; HUT69861A; NO960645D0; PL176325B1; HU9302393D0; JPH10508353A; PL313264A1; ES2229223T3; NO960734D0; WO1995006190A1; EP0776412A1; CN1082607C; EP0776412B1; AU7622994A; CA2170290A1; US5899072A; KR960704139A; CN1137818A

Description

Die Patentanmeldung betrifft eine Antriebseinheit des Typs Dampfturbine, die mit gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff betrieben wird. Die erfindungsgemäße Antriebseinheit ist eine Dampferzeugungsanlage, die mit einer Dampfturbine verbunden ist. Diese Anlage belastet die Umwelt, insbesondere die Luft weniger als bisher bekannte Anlagen insbesondere dann, wenn die Anlage mit Wasserstoffdampf angetrieben wird, da in diesem Fall praktisch keine Kohlendioxidemission stattfindet.
Als Kraftstoff werden sehr verbreitet Kohlenwasserstoffe, vorrangig Produkte aus Rohöl verwendet. Demzufolge können die Vorräte nach heutiger Voraussicht gegen Mitte des 21. Jahrhunderts meistens erschöpft werden. Eine weitere nachteilige Eigenschaft der Erdölprodukte ist die Emission von Kohlendioxyd, deren Folgen in Fachkreisen als immer besorgniserregender angesehen werden. Mit der Erhöhung der Brenntemperatur geht eine weitere schadhafte Erscheinung einher, die Emission von Stickstoffoxiden, die eine weitere Bedrohung für die Umwelt und für die Gesundheit darstellen.
Zwecks Verringerung der genannten Probleme wird die Verwendung des Wasserstoffes als Heizstoff oder als Kraftstoff seit langem erwogen. Ein Grund der Erwägungen ist, dass Wasserstoff in chemisch gebundenem Zustand in unbegrenzten Mengen zur Verfügung steht, nach Verbrennung wird es in seinen ursprünglichen Zustand zurückgeführt. Wasserstoff gilt somit als der reinste Kraftstoff, seine Herstellung und Verwendung kann in einem verlustlosen Kreiszyklus verwirklicht werden ohne Emission schadhafter Stoffe, Dämpfe für die Umwelt, da die Verbrennungstemperatur mit entsprechender Regelung niedrig gehalten werden kann, wobei die Entstehung von Stickstoffoxyden auf einen Minimalwert zurückgeht.
Zwecks verbreiteten Nutzung des Wasserstoffes als Treibstoff, als Kraftstoff müssen geeignete Objekte errichtet, gebaut werden, die die Herstellung, Lagerung und Transport des Wasserstoffes in großen Mengen ermöglichen.
Die Nutzung des Wasserstoffes geht aber mit zahlreichen Problemen einher. Molekularer Wasserstoff dringt bei Umwelttemperaturen nicht gleich in Metalle ein. Atomarer Wasserstoff ist gefährlicher, da er Beschädigung durch Wasserstoff hervorruft. Atomarer Wasserstoff kann bei hohen Temperaturen über 430°F entstehen, bei Vorhandensein von Feuchte, bei Korrosion und bei Elektrolyse sowie bei hohem Wasserstoffdruck. Bei hohen Temperaturen zeigt sich die Wirkung von Wasserstoff als Dekarbonisierung an der Oberfläche oder im Inneren des Materials. Eine Dekarbonisierung an der Oberfläche tritt bei Temperaturen über 1050°F auf, wobei diese Reaktion durch Wasserdampf begünstigt wird. Wasserstoff dringt bei Temperaturen über 430°F in den Stahl hinein, und das Matarialinnere wird dekarbonisiert, wobei im Zuge einer inneren Reaktion Stahl zum metallreinen Eisen reduziert wird, wobei gleichzeitig Eisenkarbid und Methan entstehen. Die Reaktionsprodukte sammeln sich bei Korngrenzen und in kleinen Hohlräumen und bewirken die Abnahme der Plastizität des Materials. in schwereren Fällen nehmen die inneren, örtlichen Druckwerte im Material zu, wodurch es zur Blasenbildung oder zum Bruch kommt. Siehe bei P. Webb; C. Gupta: Metals in hidrogen environment, Chem. Eng. October 1984). Durch Wasserstoff bewirkte Spannungen hervorgerufene Risse auch als durch Wasserstoff hervorgerufener, zeitlich verzögerter starrer Bruch genannt, oder als eine innere, durch Wasserstoff bewirkte Verstarrung. Dieses Vorgehen passiert meistens dann, wenn das Metall längere Zeit hindurch Zugspannungen ausgesetzt ist, hervorgerufen durch Belastungen unterhalb der Flußgrenze des Materials.
Bei kleinen Temperaturen unter 430°F, kommt Brüchigkeit oder Blasenbildung vor. Brüchigkeit, Starrigkeit wird hervorgerufen durch das Eindringen von Wasserstoff ins Metall, wobei die Plastizität und die Zerreißfestigkeit gemindert werden.
Die Wirkung von Wasserstoff auf Metalle kann reversibel oder irreversibel sein. Bei irreversibler Verstarrung geht mit der Absorption des Wasserstoffes eine Beschädigung der Metallstruktur einher; diese Beschädigung bleibt auch dann bestehen, wenn die letzten Spuren von Wasserstoff aus dem Metall verschwunden sind. Ein solches Metall ist z. B. Kupfer, in dem bei Temperaturen über 300°C eindiffundierter Wasserstoff eine Reaktion mit den Einlagerungen eingeht, wobei Wasserdampf und metallischer Kupfer entsteht. Bei hoher Temperatur ist der entstehende Druck groß genug, um als Folgeerscheinung Porosität der Metallstruktur hervorzurufen, wodurch die Materialfestigkeit geschwächt wird. Reversible Änderungen können durch die Austreibung des Wasserstoffes unwirksam gemacht werden, in solchen Fällen kann die Plastizität ihren ursprünglichen Wert zurückgewinnen.
Wasserstoff weist als Kraftstoff ziemlich gute Eigenschaften auf. Seine Brenntemperatur und sein Brennwert ist hoch, er brennt auch in einer geringen Konzentration, und zwar rauchlos. Durch diese Eigenschaften ist Wasserstoff sehr geignet für eine Verbrennung (Oxidation) in einem Innenraum, da seine Wärmeenergie mit einem guten Wirkungsgrad nutzbar ist.
Die Verbrennung von Wasserstoff in einer Brennkammer ist im Vergleich zum Erdgas günstiger. Es ist bekannt, dass die Strahlungsfaktor einer Flamme (falls die Flamme keine festen Partikel enthält) in einem unmittelbaren Zusammenhang mit Gasen, die aus drei Atomen bestehen, das heisst in diesem Fall mit Kohlendioxyd und mit Wasser.
Im Verbrennungsprodukt des Wasserstoffgases (das ausschließlich Wasserdampf enthält, dessen Ausstrahlung größer ist als die des Kohlendioxyds) ist eine größere Menge an dreiatomigen Gasen enthalten, deshalb ist seine Strahlungsfaktor größer als der vom Erdgas. Die Ausstrahlung der Wasserstoffflamme ist viel größer als die der Erdgasflamme, die Flammenränder sind heißer, dadurch ist die Ausstrahlung günstig.
Bei der Untersuchung der Wärmeübertragungseigenschaften kann festgestellt werden, dass die adiabatische Temperatur (2100°C) der Verbrennung von Wasserstoff höher ist als die des Erdgases (1950°C). Zur Verbrennung des Wasserstoffes wird weniger Luft benötigt (0,80 m3/n/kWh) als zur Verbrennung von Erdgas (0,96 m3/n/kWh). Bei vorgegebener Leistung und Moment ist die Wärmeübertragung der Wasserstoffflamme etwa um 10% günstiger als die der Erdgasflamme.
Eine Entzündung des Wasserstoff-Luft Gemisches findet zwischen den Werten 4% und 75% des Mischungsverhältnisses statt, die Entflammungsgeschwindigkeit ist hoch. Die Stabilität einer mit Waserstoff gespeisten Flamme war im Verlaufe von Versuchen ausgezeichnet, auch ohne zusätzliche Maßnahmen für die Flammenstabilisierung. Die Flamme war bei beliebigen Druckwerten ruhig.
Dadurch kann festgestellt werden, dass die Verbrennung von Wasserstoff problemlos erfolgt sowohl in einem offenen als auch in einem geschlossenen Brennraum. Durch die gute Ausstrahlung, die gute Wärmeübertragung, die gute Stabilität der Flamme ist Wasserstoff ausgezeichnet gut für eine Energieumwandlung mit gutem Wirkungsgrad. Dieser Wirkungsgrad kann den Wirkungsgrad der Verbrennung von Wasserstoff in Verbrennungsmotoren maßgeblich übersteigen, da die hohe Temperatur und die hohe Energie der chemischen Reaktion nach der Explosion nur mit großen Verlusten nutzbar ist infolge der Reibung sowie wegen der ständigen Kühlung wegen der übermäßigen Erwärmung, ferner wegen der Abkühlung durch die Wassereinspritzung, die zwecks Verminderung der Stickstoffoxyde angewandt wird. Die entstehenden Druckverhältnisse während des Übergangs aus dem gasförmigen Zustand in den flüssigen Zustand (Entstehung von Wasser und Wasserdampf) werden dadurch ungünstig beeinflußt, die entstehende nasse Fraktion übt eine sehr stark korrodierende Wirkung auf die Metallteile des Verbrennungsmotors.
Es ist einleuchtend, dass zur Nutzbarkeit des Wasserstoffes als Kraftstoff zahlreiche Hindernisse überwunden werden müssen, trotzt mehrerer günstiger Eigenschaften von Wasserstoff.
In der Patentschrift US 4,573,435 (Shelton) ist ein Verfahren und eine Anlage beschrieben, die zur Herstellung von Wasserstoff als Beigabe für den Antrieb von Dieselmotoren dient. Das Wesentliche daran ist, dass auf den Rohrbündel eines Wärmetauschers, der heiße Auspuffgase weiterleitet, Wasser gespritzt wird. Die Geschwindigkeit der Bespritzung ist so, dass ein Großteil des Wassers in Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt wird. Dieses entstandene Gasgemisch und der zurückbleibende Dampf wird mit Luft vermengt in die Brennkammer geleitet. Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass nur eine geringe Wassermenge thermisch zersetzt wird, außerdem wird der Verbrennungsmotor durch entstandener Wasserstoff und Sauerstoff in einem erheblichen Maße geschädigt.
In der Patentschrift US 4,253,428 (Billings et al.) wird ein Verbrennungssystem für Wasserstoff beschrieben, das mit dem Antriebssystem eines mit Kohlenwasserstoff betriebenen Kraftfahrzeuges gemeinsam oder als deren Alternative verwendet wird, wobei die Anlage eine Verbrennungseinheit sowie eine Mischeinheit zwecks Vermengung von Luft mit Wasserstoff beinhaltet.
Nachteilig bei dieser Lösung ist, dass der Verbrennungsmotor auch hier durch den Wasserstoff geschädigt wird. Darüber hinaus entstehen bei der hohen Verbrennungstemperatur umweltschädliche Stickstoffoxyde, wobei keine Möglichkeit für die Reduzierung dieser Schadstoffe angegeben wird.
In der Patentschrift US 4,528,947 (Oliviera) wird eine solare Anlage für Sauerstoff-Wasserstoff beschrieben, wobei die Wasserstoff und Sauerstoff durch Elektrolyse abgebende Zelle im Kühlkreis eines Verbrennungsmotors inegriert ist. Die eine Elektrode wird durch die Motormasse, die andere durch den Kühler gebildet. Die entstehende Wasserstoffmenge wird im Hydrid im Elektrolyt gespeichert.
Der Nachteil dieser bekannten Anlage ist, dass der Verbrennungsmotor durch den Wasserstoff geschädigt wird, da durch das Eindringen in das Metall es zersetzen. Ein weiterer Nachteil dieser Lösung ist die Entstehung von Stickstoffoxyden in reichlicher Menge durch die hohe Brenntemperatur, wodurch die Umwelt belastet wird.
Die Patentschrift EP 0 153 116 (Sutabiraiza Co.) beschreibt ein Verfahren zur Gewinnung von mechanischer Energie durch die mehrduftige Nutzung von H2O Plasma. Plasma wird hierbei durch die Dissoziation von Wasser gewonnen. Der reaktive Druck wird durch den Plasma aufrecht erhalten. Mechanische Energie wird durch die Explosion des elektrisch leitenden Plasma im Verbrennungsmotor gewonnen.
Ein Nachteil dieses Verfahrens ist die Schädigung der Metallkonstruktion des Verbrennungsmotors durch den entstehenden Wasserstoff. Ein weiterer Nachteil besteht in der übermäßigen Erwärmung des Kolbenmotors selbst bei entsprechender Kühlung, dadurch ist die Abnutzung groß.
Wasserstoff kann in bekannter Weise gespeichert und transportiert werden in Metall absorbiert, in Hydridgestalt, genauer gesagt in einem Versorgungsbehälter gefüllt mit Metallhydrid.
Bei der Firma Daimler-Benz wurden Versuche mit Kraftfahrzeugen durchgeführt, die mit solchen Versorgungsbehältern mit Hydridfüllung versehen waren. Das Volumen des Hyridakkumultors beträgt 65 Liter, sein Gewicht betrug 200 kg. Auf diese Weise konnte mit einem Motor mit 44 kW Leistung 200 km überwunden werden. Durch die Weiterentwicklung der Hydridakkumulatoren erhoffte man die Verdoppelung der Reichweite. Ähnliche Versuche wurden auch durch andere durchgeführt. Es stellte sich heraus, dass herkömmliche Verbrennungsmotore ohne Schwierigkeiten auf einen Betrieb mit Wasserstoff umrüstbar sind. Lediglich beim Vergaser und bei der Zündung müssen tiefer greifende Modifizierungen durchgeführt werden. Dadurch können die bekannten Motorkonstruktionen beibehalten werden, es müssen keine ganz neue Motortypen konstruiert werden. Dieser Standpunkt ist dennoch unhaltbar, da durch Wasserstoff betriebene herkömmliche Motore nur ein geringer Wirkungsgrad zu erzielen ist. Deshalb wird eine neue, veränderte Antriebseinheit gebraucht, die durch ihren entsprechenden Wirkungsgrad einen wirtschaftlichen Betrieb in einer durch Energieknappheit gekennzeichneten Welt ermöglicht.
Aus DD-A-137 265 war bekannt, eine Menge an Wasserstoff in einen Behälter durch eine Füllung in einer Öffnung aufzustocken, wobei die Druckbeanspruchung durch ein Sicherheitsventil vermieden wurde. Nach der Öffnung eines Schieberventils kommt die Energiequelle durch ein Rohr zu einer Wasserstoffpumpe, die steurerbar ist. Durch eine Druckleitung wird Wasserstoff in eine Brennkammer geführt und mittels einer Zündvorrichtung für die Verbrennung gezündet, wobei Luft von einer freien Zufuhr zugespeist wird. Die Brennstoffgase fließen durch einen Verdampfer und werden durch einen Auslass als Dampf an die umgebende Atmosphäre ausgegeben.
Aus der US-A-4422299 ist ein Dampfgenerator bekannt, der spirale Röhre einschließt.
Die Antriebseinheit hat den gravierenden Nachteil, dass ihre Brennkammer keine Kühlung aufweist. Dies bedeutet, dass der gasförmige Brennstoff, der ohne Kühlung der Brennkammer bei einem hohen Hitzegrad (etwa 3000°C) brennt, die Wand der Brennkammer ohne Kühlung verbrennt und sie zerstört. Darüber hinaus bilden sich Stickstoffoxide in hohen Mengen wegen der hohen Temperatur der Brennkammer. Weiterhin ist nachteilig, dass die Luft in die Brennkammer nicht durch die Dosiervorrichtungen fließt, sondern frei durch eine Pumpe und eine Druckzuleitung. Der wichtigste Nachteil ist jener, dass in der Brennkammer nicht nur eine geregelte Verbrennung (Oxidierung) des gasförmigen Brennstoffs stattfindet und diese wird nicht gleich mit einer Dampferzeugung verbunden, d. h. das Verbrennungsprodukt liefert seine Hitze in einem Dampfgenerator an das Arbeitsmedium. Es ist auch eine Erschwerung, dass die Erhitzung des Arbeitsmediums, d. h. der Wärmeaustausch in dem Dampfgenerator auftritt, so dass eine zusätzliche Vorrichtung erforderlich ist. In der bekannten Vorrichtung schaltet das Sicherheitsventil die Druckbeanspruchung in dem Wasserstoffbehälter aus, wobei dieses bedeutet, dass in dem Fall, in dem die Füllung unter Druck erfolgt, das Sicherheitsventil im Falle einer Überfüllung den Wasserstoff in die Luft herausläßt, der durch einen Funken oder durch nicht gekühlte Hitze der Verbrennungskammer explodieren kann. Ein weiteres Risiko existiert ebenfalls bei der ersten Füllung des Wasserstoffbehälters. Ein weiterer Nachteil ist jener, dass die Verdampfung des Arbeitsmediums in dem Dampfgenerator mit der Hitze des endgültigen Oxidierungsprodukts (Dampf und Stickstoffgas), das in der Verbrennungskammer verbrannt wurde, mit einer außerordentlich schlechten Wirksamkeit erfolgt.
Allgemeine Beschreibung der Erfindung
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinheit der Eingangs genannten Art zu schaffen, deren Betrieb vorteilhafter, insbesondere mit geringerer Belastung der Umweltluft möglich ist.
Ein weiteres Ziel war eine Lösung für die Verwendung des Wasserstoffes als Kraftstoff zu finden, um dadurch die Emission von Kohlendioxyd, hervorgerufen durch die Verbrennung der Kohlenwasserstoffe praktisch zu beseitigen.
Ein weiteres Ziel war die Schaffung einer Antriebseinheit mit regelbarer Verbrennung, um dadurch die Verbrennungstemperatur zu reduzieren, wodurch die Emission der Stickstoffoxyde geringer wird.
Ein weiteres Ziel war die Ausgestaltung einer Dampferzeugungsanlage, die in den o. g. Anlagen vorteilhaft verwendbar ist.
Ein weiteres Ziel bei der Ausgestaltung der Erfindung war die Konstruktion einer Antriebseinheit, betrieben mit Wasserstoff, dessen Energiespender vorteilhafterweise ein Versorgungsbehälter ist, insbesondere ein Versorgungsbehälter für die Speicherung von Metallhydrid.
Ein noch weiteres Ziel war die Konstruktion einer Antriebseinheit, durch deren Kombination mit einem Kraftfahrzeug umweltschonendes Kraftfahrzeug hergestellt werden kann.
Der Erfindung lag die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Verbrennung, bei der Oxidation von Wasserstoff ein besserer Wirkungsgrad erreicht werden kann, wenn die Verbrennung des Wasserstoff-Luft Gemisches in einem Dampfgenerator, in einer Brennkammer mit Keramikwand erfolgt, wobei die Keramikwand wassergekühlt ist und die Kammer zur Dampferzeugung dient. Dabei kann die freiwerdende Energie mit einem besseren Wirkungsgrad genutzt werden. Da der Verbrennungsprozess regelbar ist, kann die Verbrennungstemperatur unterhalb eines bestimmten Wertes gehalten werden, wodurch die Menge der emittierten Stickstoffoxyde auf einen Minimalwert reduzierbar ist. Zudem ist die Widerstandsfähigkeit von Keramik gegen Wasserstoff größer als die Widerstandsfähigkeit der Ersatzteile eines Verbrennungsmotors.
Weiterhin wurde erkannt, dass die Gesamtmenge an Wärmeenergie genutzt wird, falls die Wasserkühlung selbst zur Herstellung von Hochdruckdampf genutzt wird, wobei der Dampf selbst zur Energieumwandlung genutzt wird, wobei die Betriebstemperatur niedriger ist als bei den Verbrennungsmotoren ist. Dies trägt zur Reduzierung und Geringhaltung der Emission von Stickstoffoxyden bei. Die erfindungsgemäße energiesparende technische Lösung ohne zusätzliche Kühlung gewährt in regulierbarer Weise eine niedrigere Verbrennungstemperatur, bei der die Entstehung von Stickstoffoxyd auf einem Minimalwert gehalten werden kann. Diese minimale Menge an Stickstoffoxyd kann durch Einbau eines Katalysators vollkommen abgefangen werden.
Daher ist ein Gegenstand der Erfindung eine Dampfturbinen-artige Antriebseinheit für die Verwendung von gasförmigem Brennstoff, insbesondere Wasserstoff, umfassend eine Gasversorgungseinheit, einen Dampfgenerator, eine Verbrennungskammer und eine Dampfturbine gemäß Anspruch 1.

• Gasversorgungseinheit, bestehend aus Versorgungsbehälter, Gasbehälter, Leitungen zur Füllung mit Gas und Einspeisung von Gas;
• Luftdosiereinheit mit Regeieinheifen für die Luftströmung und mit Lutfilter;
• Dampferzeugungseinheit, bestehend aus einer Brennkammer mit keramischer Wand, wobei die Brennkammer Anschluß zur Gasversorgungseinheit und Anschluß zur Luftdosiereinheit hat, ferner sind in der keramischen Wand Kühlrohre untergebracht, die der Dampferzeugung dienen;
• Dampturbine, die durch den aus den Kühlrohren gewonnene Dampf angetrieben wird, dessen Antriebswelle der Kraft übertragende Ausgang ist.

Der Vorteil der Lösung in Übereinstimmung mit der Erfindung kann auch durch frühere Erfahrungen gestützt werden, die während der Verbrennung von Wasserstoff in einem geschlossenen Raum erhalten wurden.
Der Versorgungsbehälter enthält vorteilhafterweise Wasserstoff als Kraftstoff gebunden in einem Metallhydrid, das in Pulverform oder Granulat vorliegt.
Die Erfindung wird nachstehend mit Hilfe der beigefügten Zeichnung näher erläutert, um auf weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung klar hinweisen zu können. Die einzelnen Abbildungen der Zeichnung sind:
1: Übersichtsbild der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, teilweise im Schnitt; Variante mit Wasserstoffantrieb
2: Schnitt durch die Dampferzeugungseinheit der Antriebseinheit nach 1,
2A–2D: Varianten von Düsen zur Dampferzeugungseinheit nach 2,
2E: eine Ansicht der Wiederbeheizungsrohre;
3 stellt einen Schnitt durch den Versorgungsbehälter mit Metallhydrid dar,
4: ein Schnitt in einer Ebene durch die Dampferzeugungseinheiten der Antriebseinheit nach 1
5: Perforiertes Befüllungsrohr im Versorgungsbehälter mit Metallhydridfüllung nach 3;
6: Innenansicht des Versorgungsbehälters mit Metallhydrid nach 3;
7: Draufsicht des Versorgungsbehälters mit Metallhydrid mit einer Halterung und Befestigung
8: Ansicht der Anschlüsse für Befüllung mit Wasserstoff und Kühlwasser
9: Draufsicht einer Antriebseinheit mit Dampfturbine mit elektrischem Hilfsantrieb
10: Draufsicht einer Antriebseinheit mit Dampfturbine mit Hilfsantrieb als Verbrennungsmotor montiert auf ein Kraftfahrzeug
10A: Ansicht einer zusätzlichen Erzeugungseinheit für Wasserstoff und Sauerstoff
11: Anschluss eines Wasserbehälters für Einspeisung und Vorwärmung von Speisewasser
12A: Kühlereinheit mit ergänzenden Anlagenteilen in Vorderansicht
12B: Kühlereinheit nach 12A in vom Laufrad des Ventilators her gesehen.
Nachfolgend werden die einzelnen vorteilhaften Ausführungsvarianten detailliert beschrieben.
1 zeigt eine Variante der Antriebseinheit mit Dampturbine, wobei die Antriebseinheit mit Wasserstoff betrieben wird, inklusive die erfindungsgemäße Dampferzeugungseinheit. Zwecks Speicherung von Wasserstoff dient ein doppelwandiger Versorgungsbehälter 8 für Metallhydrid. Der Versorgungsbehälter 8 hat Anschluss an Düsen von Brennkammern der Dampfgeneratoren 1 über eine Gastransport-Rohrleitung 15 für Wasserstoff. In die Gastransport-Rohrleitung 15 sind eingebunden eine Einheit mit Druck- und Durchflussregulierungselementen 16 zwecks Kontrolle von Druck und Strömung, eine Pumpe 17, Gasbehälter 18 für Wasserstoff, Druckregelventil 19, an die sich eine Luftzufuhreinheit 20 anschließt. Die Versorgungseinheit für Luftzufuhr beinhaltet ein Luftfilter 25, das an das Ansaugrohr 24 angeschlossen ist und eine Pumpe 26, ferner einen Luftspeicherbehälter 27. Die Pumpe 26 schließt sich an die Luftzufuhreinheit 20 an, die ihrerseits mittels geeigneter Rohrleitungen Anschluss an die Düsen 23 hat, die in die Brennkammer des Dampfgenerators 1 münden. Die erwähnten Brennkammer aus keramischem Stoff sind in einem mit Isolierschicht versehenen Gehäuse 78 bzw. Behälter untergebracht, das bzw. der die Einrichtungen für die Energieumwandlung umgibt. Ebenfalls in diesem Gehäuse 78 ist die Dampfturbine 77 untergebracht; die Dampfturbine 77 wird mit Dampf unter Druck durch die Dampferzeugungseinheit 1 angetrieben. Die Kraft übertragende Welle 36 der Dampfturbine 77 hat Anschluss an das Antriebsrad 37 oder Antriebsscheibe außerhalb des Gehäuses 78. Der doppelwandige Versorgungsbehälter 8 für Metallhydrid enthält Granulat oder Pulver, in die von oben Befüllungsrohre, Leitungen 6 mit perforierter Wand hineinragen. Diese Befüllungsrohre, Leitungen 6 werden durch Verteilerrohre, Leitung 5 mit einem Befüllungsrohr, der Leitung 4 für Wasserstoff verbunden, das im oberen Teil des Versorgungsbehälters 8 Anschluss nach Außen hat. Das Befüllungsrohr, die Leitung 4 für Wasserstoff ist nur. während der Befüllung mit Wasserstoff in Betrieb, ansonsten ist es mit einem Ventil und/oder mit einer Abdeckkappe laut 8 wie dort beim Anschluss 75 gezeigt verschlossen. In die Befüllung (Metall- oder Metallverbindungslast) 7 aus Metallhydrid ragen in Querrichtung Rohre 2 hinein, die zur Beheizung und zur Abführung der Verbrennungsprodukte dienen, wobei die Rohre 2 Anschluss an den Ausgang der Brennkammer des Dampfgenerators 1 haben. Der Versorgungsbehälter 8 für Metallhydrid besitzt eine externe Wand 11 und eine innere Wand 12, wobei der Raum zwischen den beiden Wänden 11, 12 mit Wasser gefüllt ist. In diesen Zwischenraum wird durch eine Öffnung 13 für Wasserzufuhr hindurch über eine Rohrleitung 9 kaltes Wasser zugeführt. Warmes Wasser wird aus dem Zwischenraum durch eine Öffnung 10 über eine Rohrleitung 14 für warmes Wasser abgeführt. Das Gehäuse 78 mit einer Isolierschicht umgeben enthält die Einheit 1 für die Dampferzeugung. Das Gehäuse 78 hat eine feste innere Wand 29, die ein Mantel ist, der von einer Isolierschicht 30 umgeben ist.
Die 2 zeigt im Schnitt die Brennkammer des Dampfgenerators 1, die separat betrieben auch für andere Zwecke nutzbar ist. Die innere Keramikwand 35a der Brennkammer ist aus karamischem Stoff, wobei in der Wand spiralförmige Rohrleitungen, Kühlrohre 31 angeordnet sind, die zur Dampferzeugung dienen. An das eine Ende ist ein Zuführungsrohr 32 für Speisewasser angeschlossen, an das andere Ende ist eine abführende Dampfleitung 33 angeschlossen. In die Brennkammer des Dampfgenerators 1 wird Luft und Wasserstoff bzw. deren Gemisch durch Düsen 23 hineingebracht. Die Ausgestaltung der Düsen bzw. die möglichen Varianten der Düsen ist auf den 2A bis 2D gezeigt.
Der Wasserstoff aus dem Versorgungsbehälter 8 wird durch die Luftzufuhreinheit 20 über die Düsen 23 in die Brennkammer des Dampfgenerators 1 dosiert, wobei die Kammer ein beinahe vollkommen geschlossener Raum ist und aus keramischem Material besteht, und in diesem Raum wird der Wasserstoff verbrannt. Gewisse Sorten von Keramik, so insbesondere Glaskeramik ist hitzebeständig und widerstandsfähig gegen die schädigende Wirkung von Wasserstoff. In der Wand der Brennkammer des Dampfgenerators 1 verlaufen die zur Dampferzeugung dienenden Kühlrohre 31 in der konusförmigen Brennkammer vom Kammerteil mit dem kleineren Durchmesser in Richtung Kammerteil mit dem größeren Durchmesser, das heißt in Richtung der Düsen 23. Die Kühlrohre 31 teilen die Wand der Brennkammer des Dampfgenerators 1 in zwei Teile, nämlich in eine innere Wand mit kleinerem Durchmesser und in eine äußere Wand mit größerem Durchmesser. Die äußere Wand besteht aus zwei gleich großen Teilstücken, dagegen besteht die innere Wand vorteilhaft aus mehreren Scheiben und die beiden Wände sind miteinander durch Schraubenverbindungen verbunden. In einer anderen möglichen Ausführungsform enthält der Mantel der Brennkammer des Dampfgenerators 1, der die Form eines stumpfen Kegels hat, Hohlräume, wobei die Rohrschlange aus den Hohlräumen selbst besteht; die Rohrschlange muss natürlich entsprechend wie Keramik dicht sein. Die Tragplatte für die Düsen 23 ist mit dem Mantel fest oder lösbar verbunden. Entsprechender Anschluss für Eingang und Ausgang der Kühlrohre 31 kann vorgesehen sein, zwecks dortigem Anschluss der Leitungen 32 und 33. In einer weiteren möglichen Ausführungsform kann die Leitung des Kühlrohres 31 auch im Inneren der kegelförmigen Brennkammer aus Keramik mit Kontakt zur Innenseite der Brennkammer angeordnet sein, oder in Vertiefungen der Brennkammer, deren Tiefe höchstens dem halben Rohrdurchmesser entspricht, angeordnet sein. In diesem Fall ist das Kühlrohr 31 aus einem Werkstoff gefertigt, der gegen schädliche Wirkungen des Wasserstoffes beständig ist, und entsprechende Festigkeit hat. Die Brennkammer des Dampfgenerators 1, die ein wesentliches Bestandteil des Dampfgenerators 1 ist, ist von Außen durch eine wärmeisolierende Verkleidung, Beschichtung 35b umgeben. Beim Einsatz eines Rohrbündels 34 für die Wiederbeheizung von Dampf ist der ebenfalls gegen Wasserstoff beständiger Rohrbündel 34 im inneren der Brennkammer des Dampfgenerators 1, in deren Mittellinie angeordnet.
Das Versorgungssystem mit Wasserstoff nach der 1 beinhaltet außer der erwähnten Bauelementen und des doppelwandigen Versorgungsbehälters 8 für Metallhydrid, der entsprechenden Einheiten für Druckspeicherung und der Dosiereinrichtungen vorteilhaft elektromagnetisch betätigte Sicherheitsventile, Rückschlagventile und verschiedene Absperrventile, wasserstoffbeständige Rohrleitungen. Die Gastransport-Rohrleitung 15 für den Transport von Wasserstoff aus dem Versorgungsbehälter 8 verläßt den Versorgungsbehälter 8 an dessem oberen Teil. Von dort aus verläuft sie über ein Kontrollorgan mit Druck- und Durchflußregulierungselementen 16 und mündet am Eingang der Pumpe 17, die den Wasserstoff in die Gasbehälter 18 fördert. Von hier aus gelangt der Wasserstoff über das Druckregelventil in die mit einem elektromagnetischen Sicherheitsventil versehene Luftzufuhreinheit 20, von hier über eine Versorgungsleitung (eine Art Fernleitung) zu den Düsen 23, die in die Brennkammer münden. Die Luftzufuhreinheit 20 enthält eine Reglerzunge oder eine Lamelle, Führungsringe, Verriegelung für Standgas, Feder, Bowdenzüge und entsprechende Dichtungen. All diese sind wasserstoffbeständig. Der Vormärmer 28 ist mit Anschluss am Eingang und am Ausgang versehen und beinhaltet eine mit wärmeübertragenden Lamellen versehene Rohrleitung. Das Ventilgehäuse des Sicherheitsventils 21 der Luftzufuhreinheit 20 hat eine Rohrleitung mit einem entsprechenden Luftspalt. Das elektromagnetische Sicherheitsventil 21 der Luftzufuhreinheit 20 hat ein Ventilgehäuse, eine elektromagnetische Scheibe mit entsprechendem Luftspalt (Anzugsscheibe) und eine ebenfalls mit Luftspalt angeordnete Sperrscheibe. Die Betätigung erfolgt durch automatische Steuerung. Die Bauelemente für die Versorgung mit Luft können gewöhnliche und genormte Elemente sein, die in Kraftfahrzeugen verwendet werden. Die Luftpumpe 26 kann mehrstufig sein und funktioniert automatisch, und hat Anschluss an den Vorratsbehälter 27 für Druckluft. Die Luft gelangt von hier in den Vorwärmer 28. Die Dosierung von Luft erfolgt ähnlich wie die Dosierung von Wasserstoff.
Wie bereits oben erwähnt, ist die Brennkammer des Dampfgenerators 1, deren zuführende Leitungen und abführende Leitungen, die Leitungen 33 für Dampf, die Leitungen 32 für Kondenswasser und eine oder mehrere Dampfturbinen 77 sind in einem Gehäuse 78 mit isolierter Wand untergebracht. Aus dem Gehäuse ragt die Welle 36 heraus, und von Außen ist an der Welle 36 eine Antriebsscheibe 37 befestigt. Das Gehäuse 78 hat eine Doppelwand, eine entsprechende dicke Isolierung und entsprechende Haltekonstruktionen, wie dies an der 4 zu sehen ist. Das Gehäuse 78 selbst kann wenigstens an der einen Seite geöffnet werden; die Innenwand, besser gesagt die Teile der Innenwand sind miteinander durch Schrauben verbunden, und an einer Haltekonstruktion 38 mit entsprechender Steifheit befestigt. Die feste innere Wand wird von Außen durch eine hitzebeständige, harte, schlagfeste, entsprechend dicke, isolierende Verkleidung umgeben, die an der inneren Wand durch Kleben oder durch eine andere feste Verbindung befestigt ist. Die rechte oder die linke Seite des Gehäuses 78 oder beide Seiten können durch Lösen von Schrauben geöffnet werden. Die entsprechend isolierten Rohrleitungen führen durch die Öffnungen des Gehäuses 78 hindurch. Die Durchführungen sind in entsprechender Weise abgedichtet.
Wenn die Antriebseinheit zwei Dampfturbinen beinhaltet, dann wird der Abdampf der ersten Dampfturbine in der Rohrschlange 34 erneut aufgeheizt, wie in der 2E zu sehen ist. Die Rohrschlange 34 oder der Rohrbündel ist vom Kühlrohr 31 für die Dampferzeugung vollkommen unabhängig; das Rohr für die Wiederaufheizung von Abdampf ist relativ zum Kühlrohr 31 gesehen intern angeordnet, im Inneren der Brennkammer des Dampfgenerators 1, in deren Mittellinie, wobei es in Bündeln angeordnet ist, das mit zwei Ringen zusammengefasst ist, und aus bogenförmigen Rohren aufgebaut ist. Sein Material ist beständig gegen Wasserstoff. Der in diesem Rohr für die Wiederaufheizung von Abdampf erhitzte Dampf betreibt die zweite Dampfturbine 77 und er wird dort expandiert. Wenn die Kühlrohre 31 oder der Rohrbündel des Zwischenüberhitzungs-Rohrsystems 34 für Wideraufheizung in Inneren der Brennkammer des Dampfgenerators 1 freistehend angeordnet ist, dann soll sie bzw. er aus entsprechendem Material gefertigt sein, und ist an der inneren Oberfläche der Brennkammer mit entsprechender Haltekonstruktion befestigt sein.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Antriebseinheit, die mit Wasserstoff betrieben werden kann, erfolgt die Speicherung von Wasserstoff in der Praxis in der Form der bewährten Verbindung eines Metallhydrids. Wasserstoff wird durch eine Metallverbindung in gebunden, die als Pulver oder als Granulat vorliegt und die Füllung des Versorgungsbehälters 8 darstellt. Am meisten geeignet scheint hierfür Magnesiumhydrid zu sein. Durch Magnesium wird während einer exothermischen Reaktion eine große Menge an Wasserstoffgas gebunden. Die Speicherdichte von Wasserstoff im Magnesium gebunden liegt nahe an der Speicherdichte wenn Wasserstoff in Form von Flüssiggas vorliegt.
Der Versorgungsbehälter 8 für Metallhydrid hat eine innere Wand 12, die zur Vermeidung der Beschädigung durch Wasserstoff vorteilhaft eine aus hitzebeständigem, glasfaserverstärktem Kunstharz besteht, z. B. Epoxydharz ist. Vom höchstliegenden Punkt des Versorgungsbehälters 8 geht eine Gastransport-Rohrleitung 15 aus, zwecks Wegführung von Wasserstoff, der aus der Behälterfüllung freigesetzt wurde. Das Material der Gastransport-Rohrleitung 15 ist vorteilhafter Weise Kunststoff. Die Gastransport-Rohrleitung 15 führt über ein Kontrollorgan mit Druck- und Durchflußregulierungselementen 16 zur Pumpe 17. Eine weitere Leitung 4 – vorteilhaft aus Kunstoff – führt in den Versorgungsbehälter 8 an dessem höchsten Punkt hinein, neben der Gastransport-Rohrleitung 15. Die Leitung 4 verzweigt sich im Versorgungsbehälter 8 auf Rohrstrecken, die in eine sehr große Anzahl von Rohrstücken, Leitung 6 mit perforierter Wand übergehen. Das Material der Rohre, Leitungen 6 ist vorteilhaft Kunststoff, wobei ihre perforierte Strecke vollkommen in die Füllung hineinragt. Die Leitung 4 verläuft außerhalb des Versorgungsbehälters 8 vorteilhaft bis zum Anschluß 75 an der Seite des Fahrzeuges. Der Anschluß 75 ist mit einer Kappe und Verschlußventil verschlossen.
Das Material der externen Wand 11 des Behälters ist eine starke Metalllegierung, vorteilhaft zum Beispiele mit Krom, Titan, Vanadium, Zirkonium oder Kolumbium legierter Stahl, an dessen Innenfläche eine korrosionsbeständiger Belag angebracht ist und wobei diese Wand von drei Seiten einen Hohlraum umgibt zusammen mit der inneren Wand 12 des Behälters. An die externe Wand 11 schließen sich bei den Durchführungen 13, 14 Rohrleitungen 9 und 10 an, durch die während der Befüllung über die Öffnung 13 Kaltwasser einströmt, dort zirkulierend durch die exothermisch freigesetzte Wärme während der Bindung von Wasserstoff erwärmt wird, und anschließend durch die Öffnung 14 abgeführt wird. Nach dem Befüllungsvorgang mit Wasserstoff kann das o. g. umgeleitete Wasser abgelassen werden.
Beim Tanken von Wasserstoff, d. h. bei der Befüllung mit Wasserstoff wird Wasserstoff über die Leitung 4 und der Rohrstrecken, Leitungen 6 mit perforierter Wand in die Pulvermasse oder Granulatmasse des Versorgungsbehälters 8 eingeleitet. Diese Masse wird während der Bindung von Wasserstoff Schritt für Schritt zum Metallhydrid.
Bei der Befüllung wird die Menge des getankten Wasserstoffes, den Grad der Anreicherung der Masse mit Wasserstoff, das heißt das Ende der Befüllung durch ein Instrument angezeigt, gegebenenfalls auch akustisch signalisiert, wobei das Instrument mit dem Versorgungsbehälter verbunden ist.
Aus der Füllmasse des Versorgungsbehälters 8 kann der Wasserstoff durch Beheizung, durch Wärmezufuhr freigesetzt werden. Diese Erwärmung erfolgt mit dem feuchten und heißen Abgas aus der Brennkammer des Dampfgenerators 1. Das Abgas, geleitet durch die Rohre 2, enthält etwa 30% Feuchte und besteht überwiegend aus Stickstoff.
Bei der Ausführungsvariante nach der 10 wird zum Start ein Hilfsantrieb 59 mit Verbrennungsmotor verwendet. Die Abgase des Verbrennungsmotors können zur Heizung über die Rohre 2 geleitet oder durch andere separate Rohre geleitet genutzt werden. Beim Start kann Wasserstoff auch in der Weise freigesetzt werden, wenn die Brennkammer des Dampfgenerators 1 zunächst nicht mit Wasserstoff, sondern mit einem anderen Gas beschickt wird, das in Flüssigform leicht gespeichert werden kann, zum Beispiel Propan-Butan Gas.
Die aus der Brennkammer des Dampfgenerators 1 ausströmenden heißen Verbrennungsprodukte gelangen entweder direkt oder durch den Versorgungswasserbehälter 40 für Sammlung und Vorwärmung von Speisewasser hindurchgeleitet in die Rohre 2 für die Beheizung des Versorgungsbehälters 8 für Metallhydrid.
Die Rohre 2 sind aus einem korrosionsbeständigem Werkstoff, zum Beispiel aus Keramik oder aus glasfaserverstärktem Kunststoff mit günstigen Wärmeübertragungseigenschaften gefertigt. Die Rohre 2 sind mit einer Neigung angeordnet, die zur Ableitung von Kondenswasser dient. Zwecks Verbesserung der Wärmeübertragung und der Gleichmäßigkeit der Temperatur sind an den Rohren 2 wärmeübertragende Bleche, Rippen angebracht, die in die Füllung des Versorgungsbehälters 8 eintauchen.
An der externen Wand 11 des Versorgungsbehälters 8 für Metallhydrid sind Versteifungen angebracht, die sich an schwingungsdämpfenden Backen abstützen, zum Beispiel an Gummibacken 39 befestigt sind. Im Fall eines Fahrzeugs sind die Gummibacken 39 am Fahrzeuggestell befestigt, zum Beispiel in entsprechenden Nesten. Es versteht sich von selbst, dass auch mehr als ein Versorgungsbehälter 8 für Metallhydrid eingebaut werden kann, die entweder gleichzeitig oder nach entsprechender Umschaltung nacheinander mit Wasserstoff befüllt werden können, oder in solcher Weise zum Antrieb genutzt (entleert) werden können.
Der Dampfgenerator 1, der die Brennkammer beinhaltet, wird von außen durch eine harte und schlagfeste, entsprechend dicke Isolierwand umgeben. Zur Abführung der entstehenden heißen und weniger heißen Dämpfe, des Stickstoffes der Luft, zusammenfassend der Verbrennungsprodukte dient ein entsprechend dimensioniertes, hitzebeständiges Rohr 2, die am schmalen Ende der Brennkammer angeschlossen ist. Die Rohrleitung, das Rohr 2 wird – wie auf 11 ersichtlich – durch den Versorgungswasserbehälter 40 für Speisewasser und durch den Versorgungsbehälter 8 für Metalldydrid hindurch ins Freie geführt. Während der Passierung durch das Rohr 2 geben die Verbrennungsprodukte ihren Feuchtegehalt in Kondensatform ab. Das Kondenswasser wird in einem Auffangbehälter gesammelt, und kann ins Freie abgeleitet werden. Zur Sammlung des Kondenswassers dient ein Behälter 76 mit Durchgangsventil. Der Dampf, der in der Wand der Brennkammer des Dampfgenerators 1 verlaufenden oder den Brennraum umgebenden Kühlrohre 31 entsteht, ist zum Antrieb der Dampfturbine 77 und zur Vorrichtung von mechanischer Arbeit geeignet. Die Festigkeit und die Wandstärke der Kühlrohre 31 soll dem geforderten Druck entsprechend dimensioniert sein. Genau so soll auch die Festigkeit und die Wandstärke der Rohrleitung 34 dimensioniert sein, die den Abdampf aus der ersten Dampfturbine 77 wieder aufheizt. Die Kühlrohre 31 werden durch die Leitung 32 für Speisewasser gespeist, die an den Versorgungswasserbehälter 40 für Speisewasser angeschlossen ist. Der Einspeisung von Wasser dient die Versorgungspumpe 41 für Speisewasser.
Die Dampfturbinen 77 werden durch Dampf betrieben. Um eine entsprechende Leistung zu gewinnen muss für den entsprechenden Druck eine Dampfturbine mit gutem Wirkungsgrad ausgewählt werden. Zwecks Erreichung eines besseren Wirkungsgrades ist der Einsatz von zwei eventuell drei Dampfturbinen zweckmäßig. In diesem Fall werden die Dampfturbinen mit immer weniger Druck betrieben; der abgehende Dampf der vorangehenden Dampfturbine wird durch eine Rohrleitung 34 für Wiederbeheizung hindurchgeschickt und kann anschließend in einer Dampfturbine mit mittlerem Druck oder kleinerem Druck expandiert werden. Der Abdampf der zweiten Dampfturbine kann bei entsprechenden Druck- und Energieverhältnissen einer Dampfturbine mit kleinerem Druck zugeführt werden, bei Bedarf nach einer Wiederaufheizung. Die Dampfleitungen zwischen der Brennkammer 1 und den Dampfturbinen 77 können bei Bedarf mit Wärmeisolierung versehen sein.
Der kraftübertragende Ausgang der Dampfturbinen 77 sind Wellen 36, die aus Stahl oder einer Stahllegierung mit entsprechender Festigkeit hergestellt sind. Sie sind durch die entsprechende Berücksichtigung der mechanischen Beanspruchung dimensioniert. Am Wellenende sind Bauelemente für eine entsprechende Kraftübertragung mit Übersetzung, Scheibe, Kupplung angeordnet. Je nach Bedarf eine Riemenscheibe, Kettenrad oder Zahnrad kann angebracht sein, der die Kraft bzw. Energie dem Getriebe 44 oder einem anderen Getriebe weitergibt. Zur Befestigung und Aufhängung des Gehäuses 78, das die Brennkammer, die Dampfturbine 77 sowie sonstige Leitungen und Konstruktionselemente enthält, dienen starre Haltekonstruktionen 38, durch die die die gesamte Baueinheit selbsstragend gemacht wird; die Haltekonstruktionen 38 geben eine starre Befestigung für die Brennkammer des Dampfgenerators 1, für deren keramischen Bestandteile, andere Elemente, die Dampfturbine 77. An dieser Haltekonstruktion 38 können die keramischen Teile, die Verklieidungen, die Gehäusen, die Rohrleitungen durch Schrauben, durch Schellen oder in sonstiger entsprechender Weise befestigt sein. Zwecks Befestigung des ganzen Gehäuses 78 kann anstelle der seitlichen Befestigung nach der 4 auch eine untere Befestigung angewandt werden.
Die im Gehäuse 78 untergebrachte(n) Dampfturbine(n) 77 sind durch eine starre Haltekonstruktion gehalten. Darüber hinaus kann die Haltekonstruktion der Dampfturbine 77 durch das Gehäuse 78 hindurchgeführt werden, und außerhalb des Gehäuses kann sie zum Beispiel am Fahrzeugrahmen befestigt sein. Die Haltekonstruktionen bestehen vorteilhaft aus Hohlprofilen mit entsprechender Festigkeit, ihr Material ist Stahl mit hoher Festigkeit.
Der Versorgungswasserbehälter 40, der für Sammlung und Vorwärmung von Speisewasser dient, kann mit gewöhnlichen Zubehörteilen wie Entlüftungsventil und Sicherheitsventil ausgestattet sein; die Behälterwand ist isoliert, im Behälter sind bogenförmige oder spiralförmige Rohrleitungen angeordnet, die einen Wärmetauscher bilden, der mit dem Innenraum der Brennkammer des Dampfgenerators 1 verbunden ist. Dieser Wärmetauscher wird durch die Verbrennungsprodukte aus der Brennkammer geheizt. Das vorgewärmte Speisewasser aus dem Versorgungswasserbehälter 40 wird im Ausführungsbeispiel durch eine mehrstufige, computergesteuerte Versorgungspumpe 41 durch die Rohrleitungen 32 für Speisewasser in die spiralförmigen Dampferzeugungsleitungen, Kühlrohre 31 in der Wand der Brennkammer des Dampfgenerators 1 geschickt.
Die Dampfturbine 77 ist Bestandteil des Wärmeübertragungssystems, das auch weitere Einrichtungen zwecks Übertragung von mechanischer Energie enthalten kann, so z. B. Kupplungseinheiten, Scheiben, automatische Kupplungseinrichtungen und ähnliche Bestandteile. Ausgangspunkt des Kraftübertragungssystems ist die Welle 36 der Dampfturbine oder der Dampfturbinen, die mittels einer kleineren Scheibe eine Antriebsverbindung zu einem Stromaggregator hat. An der Welle 36 kann noch eine größere Scheibe 37 angeordnet sein, die eine Kraft an ein zentrales Getriebe 44 bzw. dadurch an die Fahrzeugräder überträgt. Zur Kraftübertragung dienen zum Beispiel Zahnräder, Riemen, Ketten mit Zähnen oder Ketten und sonstige Bauelemente.
Wird die erfindungsgemäße Antriebseinheit auf einem Kraftfahrzeug eingesetzt, so ist vorteilhafter Weise auch ein Hilfsantrieb nötig_: Die Anordnung der Hilfsantriebe ist auf den 9 und 10 ersichtlich. Auf 9 ist ein elektrischer Hilfsantrieb dargestellt mit Akkumulatoren 65 und einen durch sie angetriebenen elektrischen Motor 64. Die Drehscheibe 37 an der Welle 36 der Dampfturbine 77 ist über ein Riemengetriebe 42 mit der Eingangswelle 47 (Drehscheibe) eine zentralen Getriebes 44 mit Mehrfachübersetzung verbunden. Ebenfalls mit diesem zentralen Getriebe 44 verbunden ist der elektrische Motor 64 des Hilfsantriebes, durch einen Riemen. Das zentrale Getriebe 44 enthält je nach Bedarf die notwendigen Zahnräder, Schaltgetriebe, das über Kegelräder 45 mit der Antriebsachse 46 des Fahrzeuges verbunden ist. An den Antriebsachsen 46 sind andere, hier nicht dargestellte Achsen des Fahrzeuges angeordnet. Die 9 zeigt weiterhin die Anordnung des doppelwandigen Versorgungsbehälters 8 für Metallhydride, die Anordnung des daran angeschlossenen Befüllungsrohres, der Leitung 4 für Wasserstoff, die Rohrleitung 9 für die Einspeisung von Kaltwasser und die Rohrleitung 10 für die Abführung von Warmwasser. In 9 ist weiterhin die Gastransport-Rohrleitung 15 für den Transport von Wasserstoff zu sehen, sowie der daran angeschlossene Gasbehälter 18 für Wasserstoff sowie der Luftfilter 25, die Pumpe 26 und der Druckbehälter 27 des Versorgungssystems für Luft.
Auf 10 ist eine Antriebeinheit dargestellt, die ähnlich zur 9 auf einem Kraftfahrzeug montiert ist und einen Hilfsantrieb 59 mit Otto-Motor enthält. Der Otto-Motor des Hilfsantriebes 59 wird durch Gasflaschen 61 betrieben, die in der Flaschendockstation 60 fixiert sind. Der Hilfsantrieb 59 ist ebenfalls durch Riemen mit dem zentralen Getriebe 44 verbunden. Die Kraftübertragung vom Hilfsantrieb an das zentrale Getriebe 44 erfolgt durch eine elektromagnetische Anzugsscheibe oder durch einen Kupplungsmechanismus. Die Kraftübertragung erfolgt übrigens identisch wie anhand der 9 beschrieben. In 10 ist zusätzlich eine Einheit 66 zu sehen, die zur Rückgewinnung der Bremsenergie dient, die ihrerseits an die Antriebsachse 46 des Fahrzeuges durch die Zahnräder eines Getriebes 67 mit Mehrfachübersetzung Verbindung hat. Die Einheit 66 zur Rückgewinnung der Bremsenergie enthält einen elektrischen Generator 68, der bei der Bremsung zur Antriebsachse 46 eine Verbindung zwecks Antrieb bekommt.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit beinhaltet ein Kühlsystem mit Kühlblock 48. Der Kühlblock 48 beinhaltet ein Netz zum Wärmeentzug, automatisch gesteuerte Stufenregelungseinheiten, Ventile, Speisewasserbehälter, Pumpe und Ventilator. Der Kühler ist vorteilhafterweise im Fahrzeug vorn angeordnet, und besteht aus drei unabhängigen, separat betreibbaren Kühlerblöcken 48. Der einzelne Kühlblock 48 enthält eine horizontal verlaufende Rohrleitung. An den vertikalen Seitenwänden des Kühlerblocks 48 sind mäanderförmig gebogene Rohrleitungen angeordnet, auf denen Bleche befestigt sind, die der Erhöhung der Wärmeübertragungsfläche dienen. Mechanisch wird der Kühlblock 48 durch Stangen 51 gehalten. Der Kühlblock 48 wird bei Bedarf mit einer seitlichen Abdeckung bzw. mit einem Gehäuse versehen. Das zu kühlende Medium wird durch elektromagnetisch gesteuerte Ventile 55 in der Zufuhrleitung verteilt, wobei je nach Bedarf eine Kühlerstufe 53 oder alle Kühlerstufen 53 eingeschaltet wird. Je nach Bedarf werden durch die Steuerung bei Temperaturerhöhung immer mehr Kühlerstufen zugeschaltet. Bei Grundlast ist nur eine Kühlerstufe 53 zugeschaltet, in diesem Fall wird das Medium durch Zuführrohre 53a in den Kühlblock 48. Von hier wird das abgekühlte Medium durch Ausgang 54, durch abführende Rohre durch Ventile 55 in den Sammelbehälter 56 für Speisewasser geleitet; aus dem Sammelbehälter 56 wird das Wasser mittels der Pumpe 57 in den Behälter gepumpt, in dem die Vorwärmung des Speisewassers stattfindet.
Zwecks Erhöhung des Wirkungsgrades der Kühlung ist an der Innenseite des Kühlerblocks ein nahe anliegender Kühlventilator 58 angeordnet, der zum Beispiel durch einen Elektromotor je nach Bedarf intermittierend betrieben werden kann, und an einer entsprechenden Haltekonstruktion befestigt ist.
Ein Hilfsantrieb wird benötigt, da im kalten Zustand aus dem Versorgungsbehälter 8 für Metallhydrid Wasserstoff nicht in ausreichender Menge entnommen werden kann. Zur Freisetzung von Wasserstoff muß das Granulat oder der Pulver im Versorgungsbehälter 8 für Hydrid erwärmt werden. Zur Erwärmung wird Wärmeenergie gebraucht, die vorteilhaft auch aus einer anderen Quelle gewonnen werden kann. Zum Starten des Fahrzeuges wird vorteilhafterweise ein Hilfsantrieb gebraucht. Dazu wird ein Otto-Motor mit wenigstens 15–20 kW Leistung gebraucht, der durch Wasserstoff, Propangas oder Butangas, bzw. durch Benzin-Ethanol oder Benzin-Methanol Gemisch betrieben wird. Wie es auf 10 ersichtlich ist, können als Energiequelle 61 Gasflaschen oder andere Kraftstoffbehälter dienen, die an einer Haltekonstruktion 60 befestigt sind. Die Haltekonstruktion 60 ist entsprechend schlagfest und hitzebeständig und hinter dem Motor untergebracht. Durch diese Anlagenteile wird der intermittierend betriebene Hilfsantrieb betrieben. Der Otto-Motor besitzt auch einen hier nicht näher beschriebenen entsprechender Anlasser.
Die Gewinnung von Wasserstoff kann in der Weise gestartet werden, dass die Auspuffgase des Hilfsantriebes durch ein Ventil durch den Versorgungsbehälter 8 mit Hydridfüllung durchgeleitet werden, bzw. durch das Heizsystem dieses Behälters durchgeleitet werden, oder aber dass behelfende Heizungsrohre durch den Versorgungsbehälter 8 mit Hydridfüllung hindurchgeleitet werden.
Es versteht sich von selbst, dass als Hilfsantrieb auch ein elektrischer Motor 64 mit entsprechender Leistung dienen kann, der durch Akkumulatoren 65 mit entsprechend hoher Leistung betrieben wird.
Die erfindungsgemäße Antriebseinheit kann mit einer Einrichtung 66 für die Rückgewinnung von Bremsenergie ergänzt werden, die den stromerzeugenden Generator 68 und dessen Zubehörteile beinhalten. Diese Einrichtung 66 zur Rückgewinnung von Bremsenergie enthält ein Getriebe 67 mit Mehrfachübersetzung mit Zahnrädern, das synchron betrieben wird und so ausgestaltet ist, dass bei stärkerer Bremsung ein jeweils kleineres Zahnrad betrieben wird, wobei ein kleines Zahnrad sich schneller dreht. Die Funktion der Einrichtung 66 ist computergesteuert. Auf diese Weise wird die Bremsenergie mittels des Generators 68 zur Erzeugung von elektrischer Energie genutzt, wobei die erzeugte Energie z. B. zur Ladung eines Akkumulators oder zur Zersetzung von Wasser verwendet wird. Das Getriebe 67 mit Mehrfachübersetzung mit Zahnrädern hat im Bereich der Radnabe des Fahrzeuges einen Anschluss zur Antriebswelle 46, wobei eine Kopplung mit dem Getriebe 67 mit Mehrfachübersetzung des Generators 68 erst bei Bremsung hergestellt wird. Das Getriebe 67 mit Mehrfachübersetzung und der Generator 68 sind mittels Dimensionierung aufeinander abgestimmt, wobei die Fahrzeugmasse und das aus der zulässigen Bremskraft herrührender Moment berücksichtigt wurde.
Eine andere Möglichkeit wird für die Nutzung der Bremsenergie in 10A in Form der Elektrolyseanlage gezeigt. Die Anlage für Elektrolyse enthält einen Elektrolysebehälter 69, einen Behälter 70 zur kontinuierlichen Nachfüllung von Wasser und Elektrolyt, ein abführendes Leitungsrohr 73 für Wasserstoff, ein abführendes Leitungsrohr 74 für Sauerstoff, elektrische Stromkabel 71 für die Kathode und Stromkabel 72 für die Anode. Der durch Elektrolyse gewonnene Wasserstoff kann durch eine Verdichterpumpe in einem Sammelbehälter für Wasserstoff gespeichert werden, wobei der Sammelbehälter Anschluss an eine entsprechende Druckregelung und bei Bedarf an entsprechende Leitungen hat. Der Elektrolysebehälter 69 für die Elektrolyse hat eine Niveaumessung, und ist aus säurebeständigem, schlagfestem, glasfaserverstärktem Epoxydharz-Material in der Weise gefertigt, dass Wasser und Elektrolyt auf einem bestimmten Niveau gehalten werden, und eine Strömung der Flüssigkeit infolge der Fahrzeugbewegung verhindert wird. Der Elektrolysebehälter 69 ist gegen seine eventuelle Positionsänderung mittels entsprechend sichere Elemente für Halterung und Befestigung gesichert.
Der Elektrolysebehälter 69 enthält Wasser, bzw. Elektrolyt (Säure, Lauge oder Salz). Bei Betrieb mit Wasserstoff erfolgt die Nachfüllung des Elektrolysebehälters 69 mit Wasser aus dem Behälter 70 für Nachfüllung, wobei das Wasser in den Behälter 70 nach Sammlung aus dem Behälter 76 gepumpt wird; die Nachfüllung von Elektrolyt erfolgt aus einem separaten Behälter für Elektrolyt, der eventuell mit einer Luftzufuhreinheit versehen ist.
Zwecks Befüllung des Versorgungsbehälters oder der Versorgungsbehälter für Metallhydrid des Fahrzeuges dienen Anschlüsse zwecks Befüllung mit entsprechender Ausgestaltung, die auf 8 ersichtlich sind. Diese Anschlüsse 75 sind am Fahrzeug seitlich in einer abschließbaren Vertiefung untergebracht, wobei die Vertiefung durch eine Tür verschließbar ist. Die Anschlüsse 75 sind mit je einer Verschlußkappe versehen, wobei die Kappe entweder durch eine Schraubgewinde oder einen Bajonettverschluss an den Stutzen befestigt wird. Zwecks Vermeidung der Lockerung, der Versetzung der Kappen können diese mit gefederten Befestigungsstiften versehen werden, die die Kappen verriegeln. An einen Anschluss 75 kann an den Tankstellen ein entsprechender Schlauch leckfrei angeschlossen werden.
Eine Ausführungsvariante des Schlauchanschlusses hat eine entsprechende Dichtung und eine Drehmuffe. Die Befüllung kann erst gestartet werden, wenn die Drehmuffe mit einer bestimmten Kraft angezogen worden ist, und dadurch eine Verriegelung in Funktion gebracht wurde, wobei die erfolgte Verriegelung durch einen Klickton signalisiert wird. Nach der Befüllung muss die Verriegelung gelöst werden, und die Drehmuffe kann erst danach abgenommen und der Schlauch entfernt werden. Danach kann die Schutzkappe auf den Anschluss 75 wieder aufgesetzt werden.
Eine andere mögliche Ausführungsvariante sieht einen magnetischen Verschluß zwischen den zu koppelnden Teilen vor. Dabei erfolgt die Verbindung, bzw. die Lösung durch eine entsprechende Steuerung durch den magnetischen Verschluss automatisch.
Die anschliessbaren flexiblen Schläuche werden aus einem Material hergestellt, das druckbeständig und wasserstoffbeständig ist, das gegen die schädigende Wirkung des Wasserstoffes standhält. Zu diesem Zweck ist die Verwendung von Kunststoff entsprechender Qualität zu empfehlen.
Das aus der Brennkammer des Dampfgenerators 1 kommende, durch verschiedene Anlagenteile geführte; mit Wasserdampf gesättigte Stickstoffgas kann durch eine Rohrleitung abgeführt werden, die hitzebeständig, korrosionsbeständig ist, wobei die Rohrleitung durch den Versorgungsbehälter 8 für Metallhydrid hindurchgeführt wird. In diese Rohrleitung sind an mehreren Stellen kleine Auffangsbehälter mit Abführungsleitungen zur Sammlung von Kondenswasser eingebaut, die das aufgefangene Kondenswasser in einen zentralen Sammelbehälter führen. Aus den kleinen Auffangbehältern und aus dem kleinen Sammelbehälter wird das gesammelte Wasser durch eine Pumpe in den Behälter 76 in 9 gefördert.
Stickstoff, vom warmen und kalten Wasserdampf befreit, durch Katalysator und bei Bedarf durch einen Schalldämpfer geführt wird durch einen Auspuff ins Freie geleitet.
Die elektrischen Akkumulatoren des Fahrzeuges werden durch den Generator 43, angetrieben von der Dampfturbine 77 kontinuierlich geladen – vor allem dann, wenn der Hilfsantrieb einen antreibenden elektrischen Motor 64 enthält, der durch Akkumulatoren 65 großer Kapazität angetrieben wird.
Ein Befüllungssystem zum Versorgungsbehälter 8 für Metallhydrid oder für mehrere solche Versorgungsbehälter kann in einer individuellen oder zentralen Variante ausgeführt werden.
Bei der individuellen Variante erfolgt die Befüllung über die Anschlüsse 75 des Fahrzeuges in der Garage aus dort aufgestellten großen Flaschen mit Wasserstoff oder aus einer Rohrleitung über Absperrventil, Druckregelorgan und einen mit entsprechenden Anschlusselementen versehenen Schlauch. Dazu müssen die Schläuche an den Anschlüssen 75 angebracht werden. Vor Beginn der Befüllung sind die Anschlüsse des Fahrzeuges für kaltes bzw. warmes Wasser mit den entsprechenden Anschlüssen des Wärmetauschers für die Warmwasserversorgung im Haus über eine Förderpumpe und Schlauch herzustellen. Zwecks einfacher Handhabung sind die Schläuche für Kaltwasser, Warmwasser und Wasserstoff zu einem Bündel von Schläuchen zusammengefasst.
Die Befüllung erfolgt automatisch, bei Befüllungsstop wird durch die Steuerung die Befüllung automatisch abgestellt. Danach können die angebrachten Befüllungselemente in beliebiger Zeit entfernt werden. Falls ein Versorgungsnetz durch Rohrleitungen für Wasserstoff nach dem bekannten Versorgungsnetz für Gas für industrielle oder bürgerliche Verbraucher ausgebaut werden wird, erfolgt die Befüllung mit Wasserstoff aus dem Leitungsnetz über Druckregler, Absperrventil und Schlauch, der einen entsprechenden Anschluss hat.
Bei der zentralisierten Variante des Versorgungssystems mit Wasserstoff können Tankstellen errichtet werden, die heutigen Tankstellen ähnlich sind, wobei Tankstellen für Wasserstoff im Vergleich zu heutigen Tankstellen folgende Abweichungen aufweisen.
An der Tankstelle sind große Behälter angeordnet, die entweder flüssigen Wasserstoff oder gasförmigen Wasserstoff unter Druck speichern, wobei diese Behälter eventuell mit Fernleitungen für Wasserstoff verbunden werden können. Die Befüllung eines Fahrzeuges mit Wasserstoff kann wie oben beschrieben erfolgen.
Die Tankstelle ist zusätzlich mit dem Warmwasserversorgungssystem der umliegenden Wohnhäuser, Niederlassungen, Betriebe oder Institutionen verbunden, bzw. mit dem Heizsystem derselben Objekte. In diesem System sind auch Speicherbehälter für Warmwasser zwecks Vorratshaltung von Wärmeenergie angeordnet. An einer Tankstelle, in deren naher Umgebung kein Versorgungssystem für Warmwasser vorhanden ist oder ein solches nicht errichtet werden kann, wird warmes Wasser in einem großen Behälter gespeichert, das während der Befüllung von Fahrzeugen mit Wasserstoff gewonnen wurde. In einem Kreiszyklus nach Rankin wird mit dem gewonnenen Warmwasser vor Ort elektrische Energie gewonnen.
Die Steuerung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit erfolgt in einer vorteilhaften Ausführung auf mechanischem Wege. Der Start erfolgt durch mechanische Steuerung, durch Einschaltung per Hand, durch Betätigung von Choke, durch Gasgeben mittels Fußbetätigung. Zur Durchführung dieser Schritte dient ein Zündschalter, ein Choke und ein Gaspadal, identisch mit den Betätigungselementen herkömmlicher Fahrzeuge. Einzelne Betriebsparameter können durch entsprechende Instrumente angezeigt werden. Die automatische Steuerung erfolgt rechnergesteuert, mikroprozessorgesteuert; zum Rechner oder Mikroprozessor haben entsprechende mechanische und elektrische Fühler, Betätigungsorgane, Steuerungsmechanismen, Schalter, Instrumente, Sicherheitseinrichtungen einen Anschluss.

Claims

Eine Antriebseinheit des Typs Dampfturbine, zur Verwendung von gasförmigem Kraftstoff, insbesondere Wasserstoff, die folgendes umfasst: eine Gasversorgungseinheit, die mit einem Versorgungsbehälter (8) und einem oder mehreren Gasbehältern (18) ausgestattet ist, die miteinander durch eine Gastransport-Rohrleitung (15) verbunden sind, sowie mit Leitungen (4, 5, 6) zum Füllen mit gasförmigem Kraftstoff und zur Gasversorgung, eine Luftzufuhreinheit (20) mit Instrumenten, die den Luftstrom regulieren, und mit einem Luftfilter (25); einen Dampfgenerator (1), der mit einem Brennraum ausgestattet ist, der von einer Keramikwand (35a) umgeben ist, wobei der Dampfgenerator (1) mit der Gasversorgungseinheit und der Luftzufuhreinheit (20) durch entsprechende Gastransport- und Lufttransport-Rohrleitungen (15, 22) verbunden ist, wobei die Wand (35a) dampfgenerierende Kühlrohre (31) einschließt, die für die Dampfgenerierung angepasst sind; und eine oder mehrere Dampfturbinen (77), die mit dem Dampf, der von den dampfgenerierenden Kühlrohren (31) erhalten wird, verbunden sind und von diesem angetrieben werden, wobei die Dampfturbine (77) über eine Welle (36) Ausgangsleistung liefert.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, ausgerüstet mit einem Versorgungsbehälter (8), der ein Hydridbehälter (8) ist, gefüllt mit einem Metallgranulat oder -pulver, das Wasserstoff in Form eines Metallhydrids enthält.
Antriebseinheit nach Anspruch 2, welche die internen (12) und externen (11) Wände des obengenannten Hydridbehälters (8) enthält, getrennt durch einen Wasserraum, die Innenwand (12) besteht aus einem hitzebeständigen Material, vorzugsweise aus Kunststoff, möglicherweise mit Glasfaserverstärkung, wobei der Hohlraum, der durch die Innenwand (12) begrenzt wird, die Metall- oder Metallverbindungslast (7) gespeichert in Form eines Pulvers oder Granulats enthält, wobei aus seinem Innenteil Rohre (6) mit perforierten Wänden herausragen und wobei diese Rohre (6) mit perforierten Wänden mit einem gemeinsamen Rohr (4) verbunden sind, das zum Füllen mit Wasserstoff verwendet wird und mit einem Schließelement (76), möglicherweise mit einer Kappe (75), versehen ist; wobei der Oberteil des Innenbehälters (12) mit Rohr (15) verbunden ist, das vorzugsweise aus Kunststoff besteht, das aus der Last (7) gewonnenen Wasser stoff leitet und mit der Gasversorgungseinheit verbunden ist; wobei die Innenoberfläche der Außenwand (11) mit einem Material bedeckt ist, das mit einer Korrosionsschutzbeschichtung versehen ist, vorzugsweise mit Stahl oder Stahllegierung; wobei der untere Punkt (13) des Wasserbehälters mit einer Rohrleitung (9) verbunden ist, die zum Füllen mit Wasser und zur Wasserdrainage geeignet ist, wobei der obere Teil (14) des Wasserraums mit der Rohrleitung (10) zum Leiten von heißem Wasser verbunden ist, und zwar versehen mit einer Korrosionsschutzbeschichtung, und wobei das andere Ende der Rohrleitung mit einem Schließelement (75) versehen ist, in diesem Fall mit einer Verschlusskappe.
Antriebseinheit nach Anspruch 3, wobei das Wasserstoff-Leitungsrohr (15) des Hydridbehälters (8), welcher den Gasversorgungsbehälter der Gasversorgungseinheit darstellt, durch Druck- und Durchflussregulierungselemente (16) und eine Pumpe (17) mit mindestens einem Wasserstoffspeicherbehälter (18) verbunden ist, wobei der Ausgang des Behälters (18) über ein Druckregelventil (19) mit der Zuleitung (20) verbunden ist und über den Vorwärmer (28) mit dem Verteiler (22), und von hier über mindestens eine Düse (23) mit dem aus Keramik bestehenden Brennraum (1).
Antriebseinheit nach Anspruch 4, wobei die Düse (23) aus einer wasserstoffresistenten und hitzebeständigen Metallegierung besteht, die von einer aus Platin bestehenden Zündplatte umgeben ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, ausgestattet mit einer Luftzufuhreinheit, welche folgendes enthält das Ansaugrohr (24), den angeschlossenen Luftfilter (25), die Pumpe (26) und den Luftspeicherbehälter (27), ausgestattet mit einem Druckregler, angeschlossen über die Zuleitung (20), dann über den Vorwärmer (28) mit der Verteilerkammer und von hier über eine Düse (23) mit dem aus Keramik bestehenden Brennraum (1).
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die innere Keramikwand (35a) des Dampfgenerators (1) dampfgenerierende Spiralrohre (31) enthält und die dampfgenerierende Einheit (1) von außen mit einer wärmeisolierenden Beschichtung (35) bedeckt ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die dampfgenerierende Einheit (1) mit einer inneren Keramikwand (35a) in einer hohlen Ausführung ausgestattet ist und die obengenannten Kühlrohre (31) zur Dampfgenerierung aus diesen Hohlräumen bestehen und die obengenannte hohle Keramikwand (35a) von außen mit einer wärmeisolierenden Beschichtung (35b) bedeckt ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die Dampfturbine (77) mit dem Eingang (53) eines dreistufigen Hochleistungs-Kühlblocks (48) verbunden ist, wobei die Stufen zwei und drei dieses Kühlblocks durch Ventile (55) überbrückt werden können und wobei der Ausgang (54) des Kühlblocks (48) – über den Sammelbehälter (56) und die Pumpe (57) – am Versorgungswasserbehälter (40) endet und wobei der Versorgungswasserbehälter (40) über die Versorgungspumpe (41) mit den Kühlrohren (31) zur Dampfgenerierung verbunden ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 9, wobei der dampfgenerierende Raum (1) weiterhin ein Zwischenüberhitzungs-Rohrsystem (34) einschließt, das aus einer wasserstoffresistenten Metallegierung besteht.
Antriebseinheit nach Anspruch 1, wobei die Ausgangsleistungswelle (36) der Dampfturbine (77) auf der einen Seite direkt und/oder über eine Kupplung und/oder über einen Antrieb, in bestimmten Fällen über Zahnräder oder Riemengetriebe (42) oder über einen Kettenantrieb, mit der Eingangswelle (47) des Getriebes (44) verbunden ist, auf der anderen Seite mit dem Generator (43) zur Produktion elektrischer Energie, und wobei die Eingangswelle (47) des Getriebes (44) über eine weitere Kupplung und einen Overdrive mit einer Hilfsantriebseinheit verbunden ist.
Antriebseinheit nach Anspruch 10, wobei die oben genannte Hilfsantriebseinheit einen elektrischen Motor (64) enthält.
Antriebseinheit nach den Ansprüchen 4, 5 oder 6, wobei die Düsen (23) des Wasserstoffeinlasses und die Düsen (23) des Lufteinlasses wechselweise angeordnet sind, angeschlossen an separate Kammern, die verwendet werden für die Verteilung von Wasserstoff und Luft.
Antriebseinheit nach einem der obigen Ansprüche, platziert auf einem Kraftfahrzeug, und wobei das Kraftfahrzeug mit Rädern und Radaufhängungsstrukturen ausgestattet ist, und wobei die Aufhängungsstrukturen mit einem Generator (68) und einem Getriebe (67) mit Mehrfachübersetzung ausgestattet sind, um den Generator beim Bremsen mit den Rädern des Fahrzeugs einzukuppeln.
Antriebseinheit gemäß einem der Ansprüche 2 bis 3, die eine Elektrolyse-Einheit enthält, die verwendet wird zur Wiedergewinnung eines Teils des Wasserstoffs, der durch Verbrennung in Wasser umgewandelt wurde, uns zwar ausgestattet mit einem Elektrolysebehälter (69), einem Behälter (70) für einen kontinuierlichen Austausch von Elektrolyt und Wasser, Leitungsrohre für Wasserstoff (73) und Sauerstoff (74), Wasserstoffsammelbehälter, Pumpe zur Wasserstoffkondensation, Zylinder zur Wasserstoffspeicherung, Wasserstoffleitung, die ausgestattet ist mit einem Druckregler und Ventil, sowie Stromkabel (71).
Ein Dampfgenerator (1), der durch gasförmigen Kraftstoff, insbesondere durch Wasserstoff, angetrieben wird, wobei der Dampfgenerator (1) mit einem Brennraum ausgestattet ist, der praktisch von einer inneren Keramikwand (35a) mit Stumpfform umgeben ist, wobei die Keramikwand (35a) mit Kühlrohren (31) ausgestattet ist, die zur Dampferzeugung verwendet werden und die spiralförmig angeordnet sind, und gekennzeichnet dadurch, dass der Dampfgenerator (1) außen mit einer wärmeisolierenden Beschichtung (35b) bedeckt ist, wobei das breitere Ende des Brennraums mit Düsen (23) verbunden ist, die praktisch an einer Ebene angeordnet sind, und das andere Ende des Brennraums mit einem Rohr (2) verbunden ist, durch das die Verbrennungsprodukte geleitet werden.
Der Dampfgenerator (1) von Anspruch 16, der weiter ein Zwischenüberhitzungs-Rohrsystem (34) enthält, das aus einer wasserstoffresistenten Metallegierung ausgebildet ist.