DE69533558T2

DE69533558T2 - Gaserzeuger für ein energie-erzeugungssystem mit geringer umweltbelastung

Info

Publication number: DE69533558T2
Application number: DE69533558T
Authority: DE
Inventors: Rudi Beichel
Original assignee: Clean Energy Systems Inc
Current assignee: Clean Energy Systems Inc
Priority date: 1994-08-25
Filing date: 1995-08-24
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2015-08-25
Also published as: US5956937A; US5970702A; CA2198252C; US5715673A; EP0828929B1; WO1996007024A2; EP0828929A4; CA2198252A1; JPH10505145A; EP0828929A2; US5709077A; AU3715895A; WO1996007024A3; DE69533558D1

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft Systeme zur wirksamen Erzeugung von umweltmäßig sauberer Energie durch Verbrennung von Kohlenwasserstoff, fokussiert auf die kommerzielle Gewinnung elektrischer Energie. Diese Erfindung betrifft auch Gasgeneratoren mit geringer Umweltbelastung für industrielle Anwendungen, wobei das verwendete Arbeitsmedium unterschiedliche Temperaturen und Drücke verlangt, beispielsweise bei der Nahrungsmittelbehandlung, bei der Injektion von Gas mit hoher Energie in Ölbohrlöcher, medizinische und Gewächshaus-Anlagen mit konstanter Temperaturkontrolle und anderen Anwendungen.
Einschlägiger Stand der Technik
Die gegenwärtige Technik bei der Erzeugung eines Großteils an elektrischer Energie auf kommerziellem Niveau in den Vereinigten Staaten und weltweit hängt von thermischen Erzeugungsanlagen ab, die Kohlenwasserstoff-Brennstoffe (hauptsächlich Kohle und minderwertige Brennstofföle) zusammen mit Luft verbrennen, welche 23,1 Gew.-% Sauerstoff und 76,9 Gew.-% Stickstoff enthält, um so Dampf von hoher Enthalpie zu erzeugen, der seinerseits zum Antrieb turboelektrischer Generatoren genutzt wird.
Die Technologie des Planens, Konstruierens und Betreibens von Generatoren zur Erzeugung extrem hoher Energie für Düsenmotoren, Raketenmotoren und Gasturbinen-Hilfsarbeitssysteme ist in den letzten Jahren bedeutend fortgeschritten. Die Erzeugung und die kontrollierte Anwendung solcher extrem hoher Energieniveaus ist eine spezialisierte Praxis und ist in der kommerziellen Industrie leicht anwendbar.
Der gegenwärtige Stand der Technik bei der Energieerzeugung resultiert in der Erzeugung atmosphärischer Schmutzstoffe, hauptsächlich hohe Mengen an Stickstoffoxiden (NO_x), Schwefeloxiden (SO_x), Kohlenmonoxid (CO) und speziellen Stoffen. Solche Emissionen liegen in einer großen Vielzahl der Fälle oberhalb kritischer, erlaubter Schwellenwerte und müssen zur Erhaltung reiner Luft reduziert werden. Gegenwärtige Regulierungserfordernisse in den Vereinigten Staaten schreiben die Mengen der oben aufgeführten atmosphärischen Emissionen vor, die an besonderen Stellen für eine vorgegebene Energieerzeugungsanlage zulässig sind. Die Schwellenwerte erlaubter Emission nehmen mit der Zeit ab und legen der Industrie mehr und mehr Druck auf, die Emissionen zu verringern. Drastische ökonomische Strafen werden gerade etabliert, entweder in der Form von Geldbußen (Erwerbsdarlehen genannt), bezogen auf die Mengen, um welche die Emissionen erlaubte Grenzen überschreiten, oder es kann angeordnet werden, daß Anlagen mit emittierenden Vorgängen aufhören.
Neben den unerwünschten Effekten des Aufbaus atmosphärischer Schadstoffe auf die Umweltqualität erhebt der gegenwärtige Stand der Technik weitere gesellschaftliche Preise als zusätzliche Kosten für Schadstoffkontrolle und Überwachungsausrüstung und den Erwerb von Darlehen, die an die Verbraucher weitergegeben werden.
Es hat zahlreiche Anstrengungen gegeben, um das Emissionsproblem durch Ausbeutung nicht auf Brennstoffen beruhender Energiequellen zu lösen, beispielsweise Windräder, Brennstoffzellen, Solarzellen, Solarreflektorboiler mit geschlossenem Kreislauf, Verwendung der Gezeitenbewegung und anderes. Keine dieser Quellen kann die erforderlichen Ausgangsniveaus in kostenwirksamer Weise mit betrieblicher Wirksamkeit erreichen, welche für in großem Maßstab betriebene, kommerziell unterhaltene Anwendungen erforderlich sind, wie sie gegenwärtig durch die herkömmlichen thermischen Energieerzeugungsanlagen ausgeführt werden. Kernkraftanlagen können bei den erforderlichen Ausstoßniveaus produzieren, sie begegneten jedoch regulatorischen Forderungen, die zu hohen Kosten führen, und es gibt eine starke gesellschaftliche Opposition gegen eine wachsende Anwendung von Kernenergie. Daher ist die Verwendung von Kernenergie in den Vereinigten Staaten streng beschränkt.
US-Patent Nr. 3,134,228 offenbart ein Verfahren zur Energiegewinnung durch Verbrennung eines Brennstoffes ohne Erzeugung von Verbrennungsprodukten, welche Stickstoff einschließen. Das Verfahren schließt die Schritte ein: Bereitstellung einer unter erhöhtem Druck stehenden Sauerstoffquelle, die frei von Stickstoff ist, Bereitstellen einer Quelle eines unter erhöhtem Druck stehenden Brennstoffes einschließlich Verbindungen, welche Kohlenstoff und Wasserstoff enthalten, Bereitstellen einer Wasserquelle und Bereitstellen eines Gasgenerators mit einer Einfassung einschließlich eines Mittels zum Einleiten einer Verbrennung in ihr, einer Mischkammer und eines Ausstoßes. Das Verfahren schließt ein: Eingeben von Sauerstoff in die Einfassung, Eingeben von Brennstoff in die Einfassung, Verbrennen des Brennstoffes innerhalb der Einfassung, um Verbrennungsprodukte zu erzeugen, Eingeben von Wasser in die Einfassung, Mischen des eingegebenen Wassers mit den Verbrennungsprodukten innerhalb der Mischkammer, um ein Gas zu erzeugen, welches Kohlendioxid und Wasser enthält. Das Verfahren schließt ferner ein: Ausstoßen des Gases aus der Einfassung, Expandieren des Gases, während Energie aus dem Gas abgezogen wird, um Energie zu erzeugen, und Abtrennen und Aufsammeln von Nichtwasseranteilen des Gases, die aus der Einfassung ausgestoßen werden, und Erzeugen von Energie aus der Verbrennung des Brennstoffes und Sauerstoffes ohne Emission von stickstoffhaltigen Verbindungen in die Umgebung.
US-Patent Nr. 3,101,592 offenbart einen Gasgenerator für ein Energiegewinnungssystem mit niedriger oder keiner Emission. Das System schließt ein: einen Verbrennungskammerteil, einen Mischtauscher und einen Ausstoß. Das System hat auch wenigstens einen Einlaß für Hochdrucksauerstoff in den Verbrennungskammerteil der Einfassung, der an eine Sauerstoffquelle angeschlossen ist, wenigstens einen Einlaß für Hochdruckbrennstoff in den Verbrennungskammerteil der Einfassung, der an eine Brennstoffquelle angeschlossen ist, und wenigstens einen Wasserverteilungskreislauf, der innerhalb der Wände des Verbrennungskammerteils der Einfassung orientiert ist, und wenigstens einen Wasserstromeinlaß in die Mischkammer der Einfassung.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Energieerzeugung, wie in Anspruch 1 beansprucht, vorgeschlagen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Energieerzeugungssystem, wie in Anspruch 2 beansprucht, vorgeschlagen.
Diese Erfindung ist eine einzigartige, gut entwickelte Technologie für eine Hochtemperatur-Hochdruckverbrennungsvorrichtung, welche dazu bestimmt ist, einen effizienten Strom eines Hochenergiefluids zu erzeugen und zu steuern, ohne eine nicht annehmbare Umweltbelastung zu erzeugen, und welche bei einer Vielfalt von Ausführungsbeispielen, die in dieser Anmeldung beschrieben sind, anwendbar ist. Die thermomechanische Konstruktion und physikalische Struktur sind spezifische Eigenschaften der Zwecke, zu denen gehören, effizienter Betrieb, Vermeidung einer Umweltbelastung, lange Lebensdauer und minimale Wartung. Diese Ergebnisse werden erreicht durch eine einzigartige Integration einer Anzahl fortschrittlicher Verbrennungstechnologien, wobei ausgewählte Reaktanten in einer wassergekühlten Vorrichtung benutzt wer den, die einen Dampf von hoher Reinheit und ein Kohlendioxid-Arbeitsgas erzeugt.
Elemente früher bereits spezialisierter Technologien werden adaptiert und in der Konstruktion einer thermischen Ernergiegewinnungsanlage kombiniert, welche sauber arbeitet unter Benutzung einiger relativ preisgünstiger und weit verbreitet verfügbarer Reaktanten, einschließlich flüssigem Sauerstoff, Propan, Methan, Erdgas oder leichte Alkohole, wie beispielsweise Ethanol und Methanol. Diese Reaktanten werden oder können in einer kommerziellen Massenproduktion und Verteilung gewonnen oder können gewonnen werden, wie sie bereits auf anderen Gebieten in extensivem Gebrauch ist, beispielsweise Hausbeheizung, Kochen, industrielle Heizung, Metallschneiden und -schweißen, Luftfahrzeugantriebe und andere. Weiterhin können diese Reaktanten bei hohen Temperaturen in Hochdruckbrennkammern verbrannt werden, welche, obwohl in der Energieindustrie gegenwärtig nicht weit verbreitet, eine praktizierte Technik in der Luftfahrtindustrie sind, jedoch ohne Betonung auf einer umweltmäßig sauberen Betriebsweise bei diesen Anwendungen.
In dieser Erfindung ist die Verbrennungskammer eine Hochenergievorrichtung mit kontinuierlichem Durchfluß. Die flüssigen Reaktanten (einschließlich Kohlenwasserstoffbrennstoff, Sauerstoff und Wasserverdünnungsmittel) werden über eine effiziente, spezialisierte Einspritzvorrichtung von hohem Wirkungsgrad bei hohem Druck unter Erzeugung eines Hochtemperaturgases in eine Verbrennungskammer injiziert.
Bei Verbrennung jedes der Brennstoffe mit flüssigem Sauerstoff unter kontrollierten Bedingungen (d. h. Verbrennungskammerdruck, Temperatur und Brennstoff/Oxidationsmittelmischverhältnis) sind die Verbrennungsprodukte Hochdruck/Hochtemperatur-Dampf und gasförmiges Kohlendioxid mit praktisch keinem NO_x, SO_x, CO oder Makroteilchen, welche in Abhängigkeit von der Reinheit der benutzten Brennstoffe und Oxidationsmittel und den Steuerungen des Verbrennungsprozesses erzeugt werden. Das Kohlendioxidprodukt kann während des Dampfkondensiervorganges für eine kommerzielle Verwendung wiedergewonnen werden. Gegenwärtige Kosten der Brennstoffelemente, die in Massen durch vorhandene, in großem Maßstab produzierende Einrichtungen gewonnen werden, sind im Vergleich mit Kohle und Öl relativ kostenwettbewerbsfähig. Die Energiefreisetzung in einem in geeignetem Maßstab gebauten Reaktor erzeugt Energie bei Kosten, die mit gegenwärtigen thermischen Anlagen wettbewerbsfähig sind, jedoch wird diese Erfindung nicht die massiven Mengen an die Umwelt belastenden Gasen liefern, so daß somit zusätzliche, nachteilige Kosten für eine Einrichtung zur Umweltbelastungskontrolle und Erwerbsdarlehen für übermäßige Emissionen vermieden werden.
Eine besonders gestaltete Version dieser Erfindung nimmt die Form einer Quelle für ein Hochqualitätsfluid an, welches entweder eine Anzahl vorhandener kommerzieller Anwendungen (z. B. Nahrungsmittelbehandlung, Materialsterilisierung, Ölbohrlochinjektion, etc.) verbessern kann oder neue Anwendungen ermöglicht, beispielsweise im mittleren Maßstab gebaute, mobile Anlagen für zeitweise an Ort und Stelle erfolgende Energieerzeugung oder die Umwelt nicht belastende, dampfgetriebene Antriebssysteme für große Bewegungssysteme, beispielsweise Züge oder Schiffe.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Schema mit der Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung und von dessen Elementen und Verbindungen, welche ein effizientes, umweltbelastungsfreies Energiegewinnungssystem bilden. Flüssige Reaktanten werden, wie dargestellt, dem System aus Quellen zugeführt, die entweder an Ort und Stelle oder in der Nachbarschaft gelegene Produktionseinrichtungen sein können, oder aus Speichereinrichtungen. Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich durch systemverbessernde Elemente aus, welche die Energieausnutzung maximieren und Bauteilgrößen minimieren, und zwar durch Turbinenantriebsgasrückgewinnung und zwischen Turbinenantriebsgaswiedererhitzung.
2 ist ein Schema mit der Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Systems, aus welchem die Zwischenturbinenwiedererhitzer entfernt sind, wodurch sich das System der 1 vereinfacht, Kosten reduziert und der Wirkungsgrad etwas gesteigert werden, jedoch auf Kosten gesteigerter Bauteilgröße und -gewichte.
3 ist ein Schema mit der Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Systems, aus welchem sowohl die Wiedererhitzer und Regeneratoren entfernt sind, wodurch das System aus 2 weiterhin vereinfacht, Kosten reduziert und die Systemausführung herabgesetzt werden, jedoch auf Kosten weiterhin gesteigerter Bauteilgrößen und Gewichte.
4 ist ein Schema mit der Darstellung einer Adaptierung des Ausführungsbeispiels 3, aus welcher der Rezirkulierungswasserkreis und das Verbraucher beliefernde Wärmeabführungssystem eliminiert sind, wobei Wasser aus einer Quelle (z. B. einem See, Fluß oder gereinigtes Meerwasser) zugeführt werden, wodurch die Komplexität und die Kosten der geschlossenen Wasserrückgewinnungsschleife und Wärmeabführsysteme eliminiert werden.
5 ist eine Darstellung einer Ausführungsform des Basiskonzeptes, wobei diejenigen Elemente des Systems verwendet werden, die allein zur Erzeugung des Antriebsgases erforderlich sind. Die Erzeugung von hohem Druck, hoher Temperatur, hochreinem Dampf und Kohlendioxidmischung, welche dieses System liefern kann, hat zahlreiche industrielle Anwendungen (z. B. Ölbohrlochinjektion, Materialsterilisierung oder Heizen großer Strukturen oder Gebäudekomplexe und anderes).
6 ist eine Darstellung eines Ausführungsbeispieles, das eine Modifizierung von 4 ist, wobei der Gasgeneratorausgang benutzt wird, um einen Turbogeneratorsatz mit Energie zu speisen, wobei Bauteile so bemessen sind, daß sie auf einer mobilen Plattform montiert werden können, und zwar zum Zwecke von Anwendungen wie beispielsweise Konstruktion oder Untersuchung an entfernten Stellen, Hilfs- oder Spitzenenergieversorgung, Hilfsenergie oder Anwendungen bei großen Bewegungsantrieben, beispielsweise für Züge oder Schiffe.
7 ist ein weggebrochenes Diagramm mit der Darstellung der Elemente des Hauptreaktors oder Gasgenerators. Diese Darstellung zeigt die funktionellen Elemente der Vorrichtung einschließlich des Reaktanteneinlasses und der Leitungsverzweigungen, des Injektors, der transpirationsgekühlten Verbrennungskammer und der inneren Mischkammer und des Auslasses.
8 ist eine weggebrochene Ansicht eines typischen Interturbinenwiedererhitzers. Die Vorrichtung ist eine spezialisierte Version des Hauptreaktors. Die Größe eines einzelnen Wiedererhitzers hängt von dem physikalischen Zustand des Ausflusses aus, der von der vorangehenden Turbineneinheit empfangen wird.
Beste Art zur Ausführung der Erfindung
1 illustriert eine die Umwelt nicht belastende, wirksame Kraftanlage 1000 zur Erzeugung elektrischer Energie, umfassend ein Reaktanteneinführungsuntersystem 100, ein Gaserzeugungsuntersystem 200, ein Turbinenantriebsuntersystem 300 mit Wiedererhitzung, ein Untersystem 400 zur Erzeugung elektrischer Energie, ein den Ausstoß ausführendes Untersystem 500 und ein Untersystem 600 zur Handhabung wiedergewonnenen Wassers.
Das Reaktantenservice-Untersytem 100 speist und steuert den Strom an Brennstoff- und Oxidationsreaktanten, welche dieses System mit Energie versorgen. Hierzu gehören: eine Zuführleitung 1 für flüssigen Sauerstoff (LOX) zur Speisung der LOX-Pumpe 2, welche von einer Antriebseinheit 6 angetrieben wird. Die LOX-Pumpe 2 liefert über die Abgabeleitung 3 Hochdruck-LOX an das Gasgeneratoruntersystem 200 des Systems. Gasförmiger oder flüssiger Brennstoff wird über eine Speiseleitung 4 dem Gasgeneratoruntersystem 200 zugeleitet.
Das Antriebsgasgeneratoruntersystem 200 schließt einen Gasgenerator 7 ein, welcher in wirksamer Weise die injizierten Reaktanten unter gesteuerten Bedingungen verbrennt und dabei eine unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende gasförmige Mischung aus Dampf und Kohlendioxid erzeugt, welche als Turbinenantriebsgas abgegeben wird. Das Antriebsgas wird über die Abgabeleitung 10 an den Hochdruckturbinenantrieb 13 im Untersystem 300 abgeben. Eine thermische Steuerung des Verbrennungsprozesses kann durch Steuerung der Kühlwasserflußmenge zur Gasmischkammer und zum Kammeraufbau über die Wassereinspeisleitungen 64 und 66 erreicht werden, welche aus dem Wasseranlieferungsuntersystem 600 über die Wasserservicespeiseleitung 65 versorgt werden.
Das Turbinenantriebsuntersystem 300 verwandelt die Ausgangsenergie des Gasgeneratoruntersystems 200 in mechanische Energie, um das elektrische Generatoruntersystem 400 anzutreiben. Das Turbinensystem 300 besteht aus drei Arbeitsturbinen, die zum Zwecke eines optimalen Wirkungsgrades in ihrem Druck abgestuft sind, und zwei Zwischenturbinenwiedererhitzereinheiten, um die Energie im Antriebsgas zu maximieren.
Das Turbinenantriebsuntersystem 300 besteht aus: der Hochdruckarbeitsturbine 13, der Hochdruckarbeitsturbinenabgasleitung 11 und der Hochdruckenergieabzapfleitung 45. Dieser Anordnung folgt ein Zwischenturbinenwiedererhitzer, in welchem die Ausstoßtemperatur zu derjenigen am Gasgeneratorausgang zurückgebracht wird, und zwar durch Verbrennung der geeigneten Menge an Reaktanten in der Wiedererhitzungskammer und Vermischen des Ausgangs mit der Hauptströmung, wodurch Energie zugegeben und eine konstante, in die nächste Turbine gehende Einlaßtemperatur aufrechterhalten wird. Dies findet in dem ersten Zwischenturbinenwiedererhitzer 62 statt, der besteht aus: dem Wiedererhitzer 62, der Wiedererhitzer-LOX-Speiseleitung 56, der Wiedererhitzer-Brennstoffzuführleitung 57, der Wiedererhitzer-Wasserzuführleitung 68, dem Hochdruckturbinendampfausstoß aus der Leitung 11 und der Wiedererhitzer-Ausgangsleitung 59. Auf diesen Abschnitt folgt eine Arbeitsturbine 14 im mittleren Druckbereich, eine Ausgangsleitung 12 der im mittleren Druckbereich betriebenen Arbeitsturbine, eine Abzapfleitung 15 der im mittleren Druckbereich arbeitenden Turbine, gefolgt von der zweiten Wiedererhitzereinheit, die besteht aus: einem Zwischenturbinenwiedererhitzer 63, einer Wiedererhitzer-Speiseleitung 58, einer Wiedererhitzer-Brennstoffspeiseleitung 60, einer Wiedererhitzer-Wasserspeiseleitung 69, einem Dampfausgang aus der Leitung 12 der im mittleren Druckbereich betriebenen Turbine und einer Wiedererhitzer-Ausgangsleitung 61. Der Turbinenarbeitsabschnitt endet bei einer im niederen Druckbereich betriebenen Arbeitsturbine 17 und einer Ausgangsleitung 65, welche den Gasstrom zu einem Abgasrückgewinnungskondensor 41 im Abgaswiedergewinnungsuntersystem 500 leitet.
Das Energieerzeugungsuntersystem 400 ist die elektrische Energieumwandlungseinrichtung 18, welche aus einem oder mehreren elektrischen Generatoren und einer Energieanpassung besteht, welche das Enderzeugnis dieser Anlage entwickeln, nämlich elektrische Energie.
Das Abgasbehandlunguntersystem 500 ist ein das Gas behandelndes Untersystem mit zwei Zwecken: (1) den wirksamsten Gebrauch der Verbrennungsprodukte zu bewirken und (2) zu verifizieren, daß die Umweltbelastungskontrollen wirksam sind. Dieses Untersystem besteht aus einem Kohlendioxidwiedergewinnungszweig und einem Wasserwiedergewinnungszweig, welche beide von der Hitzeabführeinrichtung 30 bedient werden.
Die Kohlendioxidwiedergewinnungsanordnung empfängt Temperatur der nahen Umgebung, gasförmiges Kohlendioxid (CO₂) aus dem Kondensator 41 über die Abgabeleitung 19 und aus dem Wasserbehandlungsuntersystem 600 über die Abgabeleitung 47 in den Kompressor 20, welcher von der Antriebseinheit 21 angetrieben wird. Nach einer Kompressionsstufe wird das Gas über die Ausgangsleitung 23 zu einem Wasserkühler 26 geleitet, und nach Kühlung in Folge Hindurchleitung durch den Wärmetauscherabschnitt des Kühlergefäßes 26 wird das Fluid über die Rückführleitung 24 zum Kompressor 20 zurückgeführt und weiterhin komprimiert, bevor ein Ausstoß zur Anlagenrückleitung 5 zum Zwecke eines Wiedergewinnungsprozesses erfolgt. Kühlwasser wird dem Kühler 26 aus der Wärmeabführeinrichtung 30 durch die Kühlwasserpumpe 34 zugeführt, welche von der Antriebseinheit 36 angetrieben ist. Kühlwasser wird über die Einlaßleitung 33 abgesaugt und über die Pumpenausgangsleitung 31 und die Kühlereinlaßleitung 28 eingespeist. Nach Durchtritt durch das Wärmetauscherelement im Kühler 26 wird das Kühlwasser über die Abgabeleitung 29 zur Wärmeabführeinrichtung 30 zurückgeführt. Kohlendioxid wird ebenfalls aus dem Vorerhitzer 93 über die Ausgangsleitung 94 wiedergewonnen.
Der Wasserwiedergewinnungszweig besteht aus: Dem Kondensatorgefäß 41, der Kühlwassereinlaßleitung 27, welche Kühlwasser durch den Wärmetauscherabschnitt des Kondensators 41 leitet, um den ausgestoßenen Dampf her unterzukühlen und zu Wasser zurückzukondensieren. Das Kühlwasser wird dann zur Wärmeabführeinrichtung 30 zurückgeführt, und zwar über die Kühlwasserausgangsleitung 22, und das kondensierte Wasser wird über die Abgabeleitung 37 in das Wasserbehandlungsuntersystem 600 zurückgeleitet.
Das Wasserbehandlungsuntersystem 600 hält im Betriebssystem 1000 das richtige Wassergleichgewicht aufrecht. Dies erfolgt durch Aufrechterhaltung des ordnungsgemäßen Kühlwassers, welches in den Gasgeneratoreinlaß injiziert wird. Das Hauptverbrennungsprodukt unter Verwendung der für dieses System bestimmten Reaktanten ist Wasser, infolgedessen ist nach dem Start mehr als genug Wasser verfügbar, um das System zu betreiben. Um jedoch eine angemessene Wasserverfügbarkeit während des Starts, des Stillsetzens und anderer Übergangsoperationen zu gewährleisten, dient die Wärmeabführeinrichtung als Reservoir wie auch als eine Aufnahme für alles im Überschuß erzeugte Wasser. Die Hauptelemente im Ausführungsbeispiel des Wasserbehandlungsuntersystems 600 sind: druckmäßig abgestufte Pumpen 16a, 16b und 16c, welche gemeinsam durch eine Antriebseinheit 9 angetrieben werden, eine Kondensatpumpe 38, welche von der Antriebseinheit 39 angetrieben ist, und zwei (2) die Leistung verbessernde Regeneratoreinheiten 46 und 93.
Das im Abgasbehandlungsuntersystem 500 zurückgewonnene Wasser wird vom Kondensator 41 zur Wassereinspeisung zurückgeführt, und zwar über die Austoßleitung 37 zur Kondensatwasserpumpe 38, welche von der Antriebseinheit 39 angetrieben wird. Die Kondensatwasserpumpe 38 liefert über die Ausstoßleitung 40 Wasser an das Einspeiswasserpumpsystem. Überschüssiges Wasser wird über die Rückführleitung 35 zur Wärmeabführeinrichtung 30 abgeleitet, oder alles für den Start oder die Aufbereitung erforderliche Wasser wird von der Wärmeabführeinrichtung 30 über eine Einlaßleitung 95 abgezogen und in den Einlaß der Pumpe 16a eingespeist. Der Hauptwasserstrom wird den Speisewasserpumpen 16a, 16b und 16c durch die Kondensatpumpe 38 über die Speiseleitung 43 zugeleitet, welche an einen Rezirkulationsfluß aus der Abzapfleitung 15 der Mitteldruckturbine angeschlossen ist. Dieser Abzapfstrom dient als Wärmequelle im Wärmetauscherelement einer Regeneratorvorrichtung, Regenerator 46, um Wärmeenergie zu konservieren. Der Abzapfstrom wird im Regenerator 46 in einem Sumpf aufgesammelt und über eine Ausgangsleitung 48 des Regenerators 46 und eine Einlaßleitung 43 der Pumpe 16a an die Niederdruckeinspeiswasserpumpe 16a abgegeben. In der Niederdruckeinspeiswasserpumpe 16a vollzieht sich eine Anfangsstufe der Unterdrucksetzung des Einspeiswassers. Der Ausfluß der Pumpe 16a wird über eine Ausgangsleitung 49 dem Regenerator 46 zugeleitet, nimmt im Wärmetauscherelement des Regenerators 46 Wärmeenergie auf und wird dann der Mitteldruckeinspeiswasserpumpe 16b über die Wärmetauscherauslaßleitung 15 und die Einlaßleitung 51 zugeleitet. Der Wasserstrom ist an einen rezirkulierten Strom angeschlossen, der seinen Ausgang von der Abzapfleitung 45 der Hochdruckarbeitsturbine nimmt. Diese Abzapfströmung dient als Wärmequelle im Wärmetauscherelement des Regenerators 93, um weiterhin Wärmeenergie zu konservieren. Der Abzapfstrom wird im Regenerator 93 in einem Sumpf aufgesammelt und zur Mitteldruckspeisewasserpumpe 16b abgegeben, und zwar über die Sumpfausgangsleitung 92 des Regenerators 93 und über die Pumpeneinlaßleitung 51 der Mitteldruckpumpe. Der Speisewasserstrom wird dann über die Mitteldruckspeisewasserpumpe 16b und deren Ausgangsleitung 90 der Hochdruckpumpe 16c zugeleitet. Die Hochdruckpumpe 16c hebt den Hauptstromwasserdruck auf das vorgesehene Niveau an und gibt dieses dann über die Ausstoßleitung 91 an den Wärmetauscherteil des Regenerators 93 ab, wo es noch mehr Wärmeenergie aufnimmt, bevor es schließlich über die Ausgangsleitung 8 und die Wiedererhitzerkühlwasserleitung 65 dem Gasgeneratoruntersystem 200 und den Wiedererhitzern 62 und 63 zugeführt wird. Die Speisewasserpumpen 16a, 16b und 16c werden durch die gemeinsame Antriebseinheit 9 angetrieben.
2 illustriert eine die Umwelt nicht belastende Anlage 2000 zur Gewinnung elektrischer Energie, umfassend: ein Reaktanteneinführuntersystem 100, ein Gaserzeugungsuntersystem 200, ein Turbinenantriebsuntersystem 300, ein Untersystem 400 zur Gewinnung elektrischer Energie, ein Abgasbehandlungsuntersystem 500 und ein Untersystem 600 zur Behandlung regenerierten Wassers.
Das Reaktantenserviceuntersystem 100 speist und steuert den Fluß an Brennstoff und Oxidationsmittelreaktanten, welche dieses System mit Energie versorgen. Hierzu gehört eine Einspeisleitung 1 für flüssigen Sauerstoff (LOX), welche die LOX-Pumpe 2 speist und von der Antriebseinheit 6 angetrieben wird. Die LOX-Pumpe 2 liefert Hochdruck-LOX zum Gasgeneratoruntersystem 200 des Gesamtsystems, und zwar über die Ausstoßleitung 3. Gasförmiger oder flüssiger Hochdruckbrennstoff wird über die Zuführleitung 4 in das Gasgeneratoruntersystem 200 eingespeist.
Das Antriebsgasgeneratoruntersystem 200 schließt einen Gasgenerator 7 ein, der in wirksamer Weise die injizierten Reaktanten unter kontrollierten Bedingungen verbrennt und dabei eine Hochdruck-Hochtemperatur-Gasmischung aus Dampf und Kohlendioxid liefert, welche als Turbinenantriebsgas abgegeben wird. Das Antriebsgas wird dem Turbinenantriebsuntersystem 300 über die Ausstoßleitung 10 zugeführt. Die thermische Steuerung des Verbrennungsprozesses kann durch Steuerung der Kühlwasserströmungsmenge zur Gasmischkammer und zur Kammerkonstruktion über Wasserspeiseleitungen 64 vollzogen werden, gespeist durch eine Wasserservicezuführleitung 65, welche dem Gasgeneratoruntersystem 200 aus dem Wasserbehandlungsuntersystem 600 ebenfalls Kühlwasser zuführt.
Das nicht wiedererhitzte Turbinenantriebsuntersystem 300 wandelt die Ausgangsenergie des Gasgeneratoruntersystems 200 in mechanische Energie um, um das Untersystem 400 der elektrischen Generatoren anzutreiben. Das Turbinenuntersystem besteht aus drei zum Zwecke eines optimalen Wirkungsgrades in ihrem Arbeitsdruck abgestuften Arbeitsturbinen.
Das Turbinenantriebsuntersystem 300 besteht aus einer Hochdruckarbeitsturbine 13, einer Hochdruckarbeitsturbinenausgangsleitung 11 und einer Hochdruckleistungsabzapfleitung 45. Dieser Anordnung folgt eine bei mittlerem Druck arbeitende Arbeitsturbine 14, eine der bei mittlerem Druck arbeitenden Turbine zugeordnete Ausstoßleitung 12 und eine Abzapfleitung 15 der Mitteldruckturbine. Das Turbinenarbeitsuntersystem 300 endet in einer bei niedrigem Druck arbeitenden Arbeitsturbine 17 und einer Austoßleitung 25, welche den Gasstrom zu einem Abgasrückgewinnungskondensator 41 im Abgasrückgewinnungsuntersystem 500 leitet.
Das Energiegewinnungsuntersystem 400 ist die elektrische Energieumwandlungseinrichtung 18, bestehend aus einem oder mehreren elektrischen Generatoren und einer Energieanpassung, welche des Endprodukt dieser Anlage, nämlich elektrische Energie, entwickelt.
Das Abgasbehandlungsuntersystem 500 ist ein Gasbehandlungsuntersystem mit zwei Zwecken: (1) die Ausstoßprodukte am wirksamsten zu machen und (2) zu verifizieren, daß die Umweltbelastungskontrollen effektiv sind. Dieses Untersystem besteht aus einem Kohlendioxidrückgewinnungszweig und einem Wasserrückgewinnungszweig, welche beide von der Wärmeabführeinrichtung 30 bedient werden.
Die Kohlendioxidwiedergewinnungseinheit erhält gasförmiges Kohlendioxid (CO₂), mit der Temperatur der näheren Umgebung über die Ausstoßleitung 19 aus dem Kondensator 41 und aus dem Wasserbehandlungsuntersystem 600 über die CO₂-Gasaustoßleitungen 47 des Regenerators 46 in den Kompressor 20, welcher von der Antriebseinheit 21 mit Energie versorgt wird. Nach einer Kompressionsstufe wird das Gas über eine Ausstoßleitung 43 einem wassergekühltem Wärmetauscher in der Kühlereinheit 26 zugeleitet. Nach Kühlung in Folge Durchtritt durch das Kühlergefäß 26 wird das Fluid über die Rückführleitung 24 zum Kompressor 20 zurückgeführt und weiter komprimiert, bevor eine Abgabe in die Anlagenrückführleitung 5 zum Zwecke eines Rückgewinnungsprozesses erfolgt. Kühlwasser wird dem Kühler 26 aus der Wärmeabführeinrichtung 30 durch die Kühlwasserpumpe 34 zugeführt, welche von der Antriebseinheit 36 mit Energie versorgt wird. Kühlwasser wird über die Einlaßleitung 33 angesaugt und über die Pumpenauslaßleitung 31 und die Kühlereinlaßleitung 28 abgegeben. Nach Durchtritt durch das Wärmetauscherelement im Kühler 26 wird das Kühlwasser zur Wärmeabführeinrichtung 30 über die Ausstoßleitung 29 zurückgeführt. Ebenfalls wird Kohlendioxid aus dem Vorerhitzer über die Ausstoßleitung 94 wiedergewonnen.
Der Wasserrückgewinnungszweig besteht aus dem Kondensorgefäß 41 und der Kühlwassereinlaßleitung 27, welche Kühlwasser durch den Wärmetauscherabschnitt des Kondensators leitet, um den ausgestoßenen Dampf herunterzukühlen und in Wasser zurückzukondensieren. Das Kühlwasser wird dann der Wärmeabführeinrichtung 30 über die Kühlwasserausgangsleitung 22 zugeführt, und das kondensierte Wasser wird über die Ausstoßleitung 37 in das Wasserbehandlungsuntersystem 600 zurückgeleitet.
Das Wasserbehandlungsuntersystem 600 hält das geeignete Wassergleichgewicht im Betriebssystem 2000 aufrecht. Dies erfolgt dadurch, daß das geeignete, am Gasgeneratoreinlaß injizierte Kühlwasser aufrecht erhalten wird. Das Hauptverbrennungsprodukt bei Verwendung der für dieses System vorgesehen Reaktanten ist Wasser, infolgedessen ist nach dem Start mehr als genug Wasser verfügbar, um das System zu betreiben. Um jedoch eine adäquate Wasserverfügbarkeit während des Starts, des Abschaltens und anderer Übergangsbetriebsweisen zu gewährleisten, dient die Wärmeabführeinrichtung als Reservoir wie auch als Aufnahme für jedes erzeugte, überschüssige Wasser. Die Hauptelemente im Ausführungsbeispiel des Wasserbehandlungsuntersystems 600 sind in ihrem Arbeitsdruck abgestufte Pumpen 16a, 16b und 16c, die gemeinsam durch die Antriebseinheit 9 angetrieben werden, zwei (2) leistungsverbessernde Regeneratoreinheiten 46 und 93 und eine von der Antriebseinheit 39 angetriebene Kondensatpumpe 38.
Das im Abgasbehandlungsuntersystem 500 zurückgewonnene Wasser wird vom Kondensator 41 zur Wassereinspeisung über die Ausstoßleitung 37 zur Kondensatwasserpumpe 38 zurückgeführt, welche von der Antriebseinheit 39 angetrieben ist. Die Kondensatwasserpumpe 38 liefert das Wasser über die Ausstoßleitung 40 zum Speisewasserpumpsystem hin. Überschüssiges Wasser wird über die Rückführleitung 35 zur Wärmeabführeinrichtung 30 hin geleitet, oder ein erforderlich werdendes Start- oder Aufbereitungswasser wird über die Einlaßleitung 59 von der Wärmeabführeinrichtung 30 abgezogen und zum Einlaß der Wasserpumpe 16a hin abgegeben. Der Hauptwasserstrom wird durch die Kondensatpumpe 38 zu den Speisewasserpumpen 16a, 16b und 16c über die Speiseleitung angeliefert, welche durch einen Rezirkulationsstrom aus der Abzapfleitung 15 der Mitteldruckturbine angeschlossen ist. Dieser Abzapfstrom dient als Wärmequelle im Wärmetauscherelement des Regenerators 46, um Wärmeenergie zu konservieren. Der Abzapfstrom wird in einem Sumpf im Regenerator 46 aufgesammelt und zur Niederdruckspeisewasserpumpe 16a hingeleitet, und zwar über die Ausstoßleitung 48 des Regenerators 46 und die Pumpeneinlaßleitung 43. In der Niederdruckspeisewasserpumpe 16a wird eine Anfangsstufe der Unterdrucksetzung des Speisewassers erreicht. Der Ausfluß aus der Pumpe 16a wird über die Abgangsleitung 49 zum Regenerator 46 hingeleitet, nimmt im Wärmetauscherelement des Regenerators 46 Wärmeenergie auf und gelangt dann über die Ausgangsleitung 50 des Regenerators 46 über die Einlaßleitung 51 in die Mitteldruckspeisewasserpumpe 16b. Der Wasserstrom ist durch einen Rezirkulationsstrom angeschlossen, der aus der Abzapfleitung 45 der Hochdruckarbeitsturbine seinen Ursprung nimmt. Dieser Abzapfstrom dient als Wärmequelle im Wärmetauscherelement des Regenerators 93, um weiterhin Wärme zu konservieren. Der Abzapfstrom wird in einem Sumpf im Regenerator 93 aufgesammelt und fließt zur Mitteldruckspeisewasserpumpe 16b über eine Sumpfablaßleitung 92 des Regenerators 93 und durch die Einlaßleitung 53 der Mitteldruckpumpe. Der Speisewasserstrom gelangt über die Auslaßleitung 90 der Mitteldruckwasserpumpe zur Hochdruckpumpe 16c. Die Hochdruckpumpe 16c hebt den Hauptstromwasserdruck auf das vorgesehene Niveau an und gibt es dann über die Auslaßleitung 91 an den Wärmetauscherteil des Regenerator 93 ab, wo es noch mehr Wärme aufnimmt, bevor es schließlich über die Ausstoßleitung 8 und die Kühlwasserleitungen 64 und 65 zum Gasgeneratoruntersystem 200 geleitet wird. Die Speisewasserpumpen 16a, 16b und 16c werden von der gemeinsamen Antriebseinheit 9 angetrieben.
3 veranschaulicht eine die Umwelt nicht belastende, wirksame Kraftanlage 300 zur Erzeugung elektrischer Energie, umfassend ein Reaktanteneinführuntersystem 100, ein Gasgewinnungsuntersystem 200, ein Turbinenantriebssystem 300, ein Untersystem 400 zur Erzeugung elektrischer Energie, ein Untersystem 500 zur Abgasbehandlung und ein Behandlungsuntersystem 600 für unregeneriertes Wasser.
Das Reaktantenserviceuntersystem 100 speist und steuert den Strom an Brennstoff und Oxidationsmittelreaktanten, welche das System mit Energie versorgen. Dieses schließt eine Speiseleitung 1 für flüssigen Sauerstoff (LOX) ein, welche die LOX-Pumpe 2 speist, die ihrerseits die Antriebseinheit 600 mit Energie versorgt. Die LOX-Pumpe 2 liefert unter hohem Druck stehenden LOX über die Ausstoßleitung 3 zum Systemgasgeneratoruntersystem 200. Unter hohem Druck stehender, gasförmiger oder flüssiger Brennstoff wird über die Speiseleitung 4 dem Gasgeneratoruntersystem 200 zugeführt.
Das Antriebsgasgeneratoruntersystem 200 schließt einen Gasgenerator 7 ein, welcher in wirksamer Weise die injizierten Reaktanten unter kontrollierten Bedingungen verbrennt und dabei eine unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende gasförmige Mischung aus Dampf und Kohlendioxid erzeugt, das als ein Turbinenantriebsgas angeliefert wird. Das Antriebsgas wird über die Ausstoßleitung 10 dem Turbinenantriebsuntersystem 300 zugeführt. Eine thermische Steuerung des Verbrennungsprozesses kann durch Steuerung der Kühlwasserströmungsgeschwindigkeit zur Gasmischkammer und zur Kammerstruktur über Wasserzuführleitungen 64 und 65 aus dem Wasserbehandlungsuntersystem 600 erreicht werden.
Das Turbinenantriebsuntersystem 300 wandelt die Ausgangsenergie des Gasgeneratoruntersystems 200 in mechanische Energie um, um das elektrische Generatoruntersystem 400 anzutreiben.
Das Turbinenuntersystem besteht aus drei Arbeitsturbinen, die zum Zwecke einer optimalen Ausbeute in ihrem Druck abgestuft sind. Das Turbinenan triebsuntersystem 300 besteht aus der Hochdruckarbeitsturbine 13 und der Hochdruckarbeitsturbinenaustoßleitung 11. Dieser Anordnung folgt eine Mitteldruckarbeitsturbine 14 und eine Mitteldruckarbeitsturbinenausstoßleitung 12. Das Turbinenarbeitsuntersystem 300 endet in einer Niederdruckarbeitsturbine 17 und einer Austoßleitung 25, welche den Gasstrom an einen Abgasrückgewinnungskondensator 41 im Abgasrückgewinnungsuntersystem 500 abgibt.
Das Energieerzeugungsuntersystem 400 ist die elektrische Energieumwandlungseinrichtung 18, die aus einem oder mehreren elektrischen Generatoren und einer Energiekonditionierung besteht, welche das Endprodukt dieser Anlage entwickelt, nämlich elektrische Energie.
Das Abgasbehandlungsuntersystem 500 ist ein Gasbehandlungsuntersystem mit zwei Zwecken: (1) von den Abgasprodukten den wirksamsten Gebrauch zu machen und (2) zu verifizieren, daß die Umweltbelastungskontrollen wirksam sind. Dieses Untersystem besteht aus einem Kohlendioxidrückgewinnungszweig und einem Wasserrückgewinnungszweig, die beide durch eine Wärmeabführeinrichtung 30 bedient werden.
Die Kohlendioxidrückgewinnungsanordnung nimmt aus dem Kondensator 41 über die Ausstoßleitung 19 gasförmiges und bei der Temperatur der nahen Umgebung gehaltenes Kohlendioxid (CO₂) auf, wobei der Kompressor 20 von der Antriebseinheit angetrieben wird. Nach einer Stufe der Kompression wird das Gas über die Austoßleitung 23 in einen wassergekühlten Wärmetauscher in der Kühlereinheit 26 abgegeben. Nach einer Kühlung in Folge Durchtritt durch das Kühlergefäß 26 wird das Fließmedium über die Rückführleitung 24 zum Kompressor 20 zurückgeführt und weiter komprimiert, bevor zum Zwecke eines Rückgewinnungsprozesses ein Ausstoß in die Einrichtungsrückführleitung 5 erfolgt. Kühlwasser wird dem Kühler 26 aus der Wärmeabführeinrichtung 30 durch eine von der Antriebseinheit 36 angetriebene Kühlwasserpumpe zugeführt. Kühlwasser wird über die Leitung 33 abgezogen und über die Pumpenausstoßleitung 31 und die Kühlereinlaßleitung 28 abgegeben. Nach Durchlauf durch das Wärmetauscherelement im Kühler 26 wird das Kühlwasser über die Ausstoßleitung 29 zur Wärmeabführeinrichtung 30 zurückgeführt.
Der Wasserrückgewinnungszweig besteht aus dem Kondensorgefäß 41 und der Kühlwassereinlaßleitung, welche Wasser durch den Wärmetauscherabschnitt des Kondensators 41 leitet, um den ausgestoßenen Dampf herunterzukühlen und zurück zu Wasser zu kondensieren. Das Kühlwasser wird dann über die Kühlwasserauslaßleitung 22 zur Wärmeabführeinrichtung 30 zurückgeführt, und das kondensierte Wasser wird über die Ausstoßleitung 37 zum Wasserbehandlungsuntersystem 600 zurückgeleitet.
Das Wasserbehandlungsuntersystem 600 hält das richtige Wassergleichgewicht im Betriebssystem 3000 aufrecht. Dies erfolgt durch Aufrechterhaltung des passenden Kühlwassers, das am Gasgeneratoreinlaß injiziert wird. Das Hauptverbrennungsprodukt unter Verwendung der für dieses System vorgesehenen Reaktanten ist Wasser, infolgedessen ist nach dem Start mehr als genug Wasser verfügbar, um das System zu betreiben. Um jedoch eine adäquate Wasserverfügbarkeit während des Starts, des Abschaltens und weiterer Übergangsbetriebsvorgänge zu gewährleisten, dient die Wärmeabführeinrichtung als ein Reservoir wie auch als eine Aufnahme für jedwedes erzeugtes überschüssiges Wasser. Die Hauptelemente im Ausführungsbeispiel des Wasserbehandlungsuntersystems 600 sind in ihrem Druck abgestufte Pumpen 16a, 16b und 16c, die gemeinsam von einer Antriebseinheit 9 angetrieben werden, und ein von einer Antriebseinheit 39 angetrieben Kondensatpumpe 38.
Das im Abgasbehandlungsuntersystem 500 wiedergewonnene Wasser wird zur Systemwassereinspeisung aus dem Kondensator 41, der Ausstoßleitung 37 zur Kondensatwasserpumpe 38 zurückgeführt, welche von der Antriebseinheit 39 mit Energie versorgt wird. Die Kondensatwasserpumpe 38 liefert das Wasser zum Speisewasserpumpsystem über die Abgabeleitung 40. Überschüssiges Wasser wird zur Wärmeabführeinrichtung über die Rückführleitung 35 abgeleitet, oder jedwedes für den Start oder die Aufbereitung erforderliches Wasser wird aus der Wärmeabführeinrichtung 30 über die Einlaßleitung 95 abgezogen und dem Einlaß der Wasserpumpe 16a zugeführt. Der Hauptwasserstrom wird den Speisewasserpumpen 16a, 16b und 16c zugeleitet. Die Kondensatpumpe 38 leitet das wiedergewonnene Wasser der Niederdruckspeisewasserpumpe 16a über die Einspeisleitung 43 zu. Die anfängliche Unterdrucksetzung des Speisewassers erfolgt in der Niederdruckspeisewasserpumpe 16a. Der Ausfluß der Pumpe 16a wird der Mitteldruckspeisewasserpumpe 16b über die Speisewasserleitung 49 zugeleitet. Die Mitteldruckspeisewasserpumpe 16b hebt den Speisewasserdruck weiterhin an und leitet den Wasserstrom über die Speisewasserleitung 90 zur Hochdruckpumpe 16c. Die Hochdruckpumpe 16c hebt den Druck des Hauptstromwassers auf das beabsichtigte Niveau an, bevor es endgültig dem Gasgeneratoruntersystem 200 über die Ausstoßleitung 8 und die Einlaßwasserleitungen 64 und 65 zugeleitet wird.
4 veranschaulicht eine Energieanlage 4000 zur wirksamen Erzeugung elektrischer Energie mit minimaler Umweltbelastung, umfassend: ein Reaktanteneinführuntersytem 100, ein Gasgewinnungsuntersystem 200, ein Turbinenantriebsuntersystem 300, ein Untersystem 400 zur Erzeugung elektrischer Energie und ein beschränktes Wasserbehandlungsuntersystem 600. Das beschränkte Ausstoßgasbehandlungsuntersystem ist in diesem Ausführungsbeispiel eliminiert. Dieses Ausführungsbeispiel hat eine verringerte Komplexität, infolgedessen reduzierte Kosten sowohl für Anschaffung und Unterhaltung.
Das Reaktantenserviceuntersystem 100 speist und steuert den Strom des Brennstoffes und der Oxidationsmittelreaktanten, die dieses System mit Energie versorgen. Dies schließt eine Speiseleitung 1 ein für flüssigen Sauerstoff (LOX), welcher die LOX-Pumpe 2 speist, die ihrerseits durch die Antriebseinheit 6 angetrieben ist. Die LOX-Pumpe 2 liefert über die Abgabeleitung 3 Hochdruck-LOX zu dem Systemgasgeneratoruntersytem 200. Unter hohem Druck stehender gasförmiger oder flüssiger Brennstoff wird über die Speiseleitung 4 zum Gasgeneratoruntersystem 200 abgegeben.
Das Antriebsgasgeneratoruntersystem 200 schließt einen Gasgenerator 7 ein, der in wirksamer Weise die injizierten Reaktanten unter kontrollierten Bedingungen verbrennt und dabei eine unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende gasförmige Mischung aus Dampf und Kohlendioxid liefert, welche als ein Turbinenantriebsgas abgegeben wird. Das Antriebsgas wird dem Turbinenantriebsuntersystem 300 über eine Abgabeleitung 10 zugeliefert. Eine thermische Steuerung des Verbrennungsprozesses kann durch Steuerung der Kühlwasserfließmenge zur Gasmischkammer und zum Kammeraufbau über Wasserspeiseleitungen 64 und 65 vollzogen werden. Dieses Ausführungsbeispiel ist für Orte geeignet, wo die Verfügbarkeit von Wasser die Komplexität und die Kosten eines Wasserrückgewinnungssystems unnötig macht.
Das Turbinenantriebsuntersystem 300 wandelt die Ausgangsenergie des Gasgeneratoruntersystems 200 in mechanische Energie um, um das elektrische Generatoruntersystem 400 anzutreiben. Das Turbinenuntersystem besteht aus drei Antriebsturbinen, die zum Zwecke einer optimalen Wirksamkeit in ihrem Druck abgestuft sind.
Das Turbinenantriebsuntersystem 300 besteht aus einer Hochdruckantriebsturbine 13 und einer Hochdruckantriebsturbinenausgangsleitung 11. Auf dies Anordnung folgt eine Mitteldruckantriebsturbine 14 und eine Mitteldruckantriebsturbinenausgangsleitung 12. Das Turbinenantriebsuntersystem 300 endet in einer Niederdruckantriebsturbine 17 und einer Ausgangsleitung 25, welche das Abgas an die Atmosphäre abgibt.
Das Energieerzeugungsuntersystem 400 ist die Umwandlungseinrichtung 18 für elektrische Energie, die aus einem oder mehreren elektrischen Generatoren und einer Energiekonditionierung besteht, welche das Endprodukt der Anlage entwickeln, nämlich elektrische Energie.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das Abgasbehandlungsuntersystem 500 weggelassen und die Niederdruckturbinenabgase werden zur Atmosphäre hin freigesetzt. Für dieses Ausführungsbeispiel zieht das Wasserbehandlungsuntersystem 600 Kühlwasser aus einer nahegelegenen Wasserquelle ab. Die Hauptelemente in diesem Ausführungsbeispiel des Wasserbehandlungsuntersystems 600 sind die in ihrem Druck abgestuften Pumpen 16a, 16b und 16c, welche von der gemeinsamen Antriebseinheit 9 angetrieben werden. Der Wasserstrom wird durch Speisewasserpumpen 16a, 16b und 16c über eine Einlaßleitung 43 angesaugt. Die Anfangsstufe der Unterdrucksetzung des Speisewassers erfolgt in der Niederdruckspeisepumpe 16a. Der Ausfluß der Pumpe 16a wird über die Abgabeleitung 49 der Mitteldruckspeisewasserpumpe 16b zugeleitet. Aus der Mitteldruckspeisewasserpumpe 16 gelangt der Speisewasserstrom zur Hochdruckpumpe 16c, und zwar über die Ausgangsleitung 19 der Mitteldruckspeisewasserpumpe 16b. Die Hochdruckpumpe 16c hebt den Wasserdruck des Hauptstromes auf das beabsichtigte Niveau an und liefert das Wasser über die Abgabeleitung 8 und die Kühlwasserleitungen 64 und 65 an das Gasgeneratoruntersystem 200.
5 illustriert eine industrielle Hochenergieerzeugungsanlage 5000, die auf einem Fließmedium beruht und keine Umweltbelastung bildet. Sie umfaßt ein Reaktantenserviceuntersystem 700 und ein Gaserzeugungsuntersystem 200.
Das Reaktantenserviceuntersystem 700 liefert und steuert den Strom an Brennstoff und Oxidationsmittelreaktanten, welche dieses System mit Energie versorgen. Dies schließt eine Einlaßleitung 1 für flüssigen Sauerstoff ein, der eine von einer Antriebseinheit 6 gespeiste Hochdruckpumpe 2 speist. Die LOX-Pumpe 2 liefert Hochdruck-LOX über die Pumpenausgangsleitung 3 an das Gasgeneratoruntersystem 200. Eine Einlaßleitung 18 speist flüssigen Brennstoff in die Hochdruckpumpe 81 ein, welche von der Antriebseinheit 82 angetrieben wird. Die Pumpe 81 liefert über die Abgabeleitung 4 Hochdruckbrennstoff an das Gasgeneratoruntersystem 200. Eine Einlaßleitung 43 führt der Hochdruckpumpe 16, welche durch die Antriebseinheit 9 mit Energie versorgt wird, Kühlspeisewasser zu. Das Hochdruckkühlwasser wird über die Pumpenausgangsleitung 8 zum Gasgeneratoruntersystem 200 hin geliefert. Dieser Strom wird am Ausgang der Leitung 8 aufgespalten in Kühlwasser zur Einspeisung über eine Speiseleitung 64 in die Kühlung der inneren Verbrennungskammer des Gasgenerators 200 und in die innere Gas-Wasser-Mischkammersektion über die Einlaßleitung 65.
Das Antriebsgasgeneratoruntersystem 200 schließt einen Gasgenerator 7 ein, welcher die injizierten Reaktanten unter kontrollierten Bedingungen verbrennt, wobei eine gasförmige Mischung aus Dampf und Kohlendioxid von hohem Druck und hoher Temperatur entsteht, ein Hochenergiefließmedium, welches über die Abgabeleitung 10 für einen weiten Bereich industrieller Anwendungen geeignet ist. Die thermische Steuerung des Verbrennungsprozesses erfolgt durch Steuerung der Kühlwasserfließgeschwindigkeit zu einer inneren Ver brennungskammer und zur Gaswassermischkammer über Wasserspeiseleitungen 64 und 65.
6 veranschaulicht ein wirksames Hilfs- und/oder transportables Kraftanlagensystem ohne Umweltbelastung. Dieses Ausführungsbeispiel ergänzt die Untersysteme 700 und 200 des Ausführungsbeispiels 5000 durch ein Energiewandlungssystem 900 zur Bereitstellung eines Energiesystems, welches in seiner Größe in einem weiten Spektrum industrieller Anwendungen bemessen werden kann (z. B. Bereitstellungnotfallenergie, Spitzenenergie, tragbare Energie für abgelegene Stellen, Dampfzugenergie ohne Umweltbelastung, hochseegängige Schiffe und zahlreiche andere ähnliche Anwendungen).
Das Reaktantenserviceuntersystem 700 speist und steuert den Strom an Brennstoff und Oxidationsreaktanten, welche dieses System mit Energie versorgen, und den Strom des Kühlwassers des Gasgeneratoruntersystems 200. Dieses schließt eine Einlaßleitung 1 für flüssigen Sauerstoff ein, welche eine Hochdruck-LOX-Pumpe-2 speist, die von einer Antriebseinheit 6 angetrieben wird. Die LOX-Pumpe 2 liefert über die Pumpenausgangsleitung 3 Hochdruck-LOX an das Gasgeneratoruntersystem 200. Eine Einlaßleitung 18 liefert flüssigen Brennstoff an die Hochdruckpumpe 81, welche von der Antriebseinheit 2 angetrieben wird. Die Pumpe 81 liefert über die Abgabeleitung 4 Hochdruckbrennstoff an das Gasgeneratoruntersystem 200. Die Einlaßleitung 43 führt der Hochdruckpumpe 16, welche von der Antriebseinheit 9 mit Energie versorgt wird, Kühlspeisewasser zu. Das Hochdruckkühlwasser wird dem Gasgeneratoruntersystem 200 über die Pumpenausgangsleitung 8 zugeleitet.
Das Antriebsgasgeneratoruntersystem 200 schließt einen Gasgenerator 7 ein, welcher die injizierten Reaktanten unter kontrollierten Bedingungen verbrennt und dabei eine Mischung aus Dampf und Kohlendioxid von hohem Druck und hoher Temperatur erzeugt, ein Antriebsmedium hoher Energie, welches über die Ausgangsleitung zur Antriebsturbine 17 des Energieerzeugungsuntersystems 900 abgegeben wird. Die thermische Steuerung erfolgt durch Steuerung der Kühlwasserströmungsmenge, welche von der Ausgangsleitung 8 des Reaktantenserviceuntersystems 700 aufgenommen wird. Dieser Strömungsfluß wird aufgespalten und über eine Einlaßleitung 64 einer inneren Verbrennungskammer und über eine Wassereinleitungsleitung 65 dem Hauptmischkammerabschnitt zugeleitet.
Das Energieerzeugungsuntersystem 900 ist die Arbeitsturbine 17 der elektrischen Energieumwandlungseinrichtung, und die elektrische Motor/Generator-Einheit, welche für eine Anzahl industrieller Anwendungen nutzbar gemacht werden kann.
7 ist eine aufgebrochene Ansicht einer einzigartigen, Hochtechnologie-Verbrennungseinrichtung, welche den Gasgenerator bildet, der zur Entwicklung des Hochenergiegases benutzt wird, der in allen Ausführungsformen in der vorliegenden Anmeldung verwendet wird. Seine Konfiguration und Wirkungsweise sind so entworfen, daß das nicht umweltverschmutzende Fluid hoher Energie auf die wirksamste und kostengünstigste Art und Weise entwickelt und gesteuert wird. Die thermomechanische Konstruktion und die physikalische Ausbildung sind spezifische Merkmale, deren Zweck effizienter Betrieb, Vermeidung von Umweltbelastung, lange Lebensdauer und minimale Wartung sind.
Die Vorrichtung setzt sich zusammen aus einem Startzünder 200, einem Fluidinduzierkopf 201, der Einlässe für Sauerstoff und gasförmigen oder flüssigen Brennstoff und integrale Verteilungskanäle enthält, einem injektorseitigen Wasserkühleinlaß und Verteilungskreislauf, einem mit kleinen Öffnungen ver sehenen Reaktanten-Injizierkörper und aus einer wassergekühlten Verbrennungskammer. Der Fließmediuminduktionskopf schließt über eine Schnittstelle an einen Adapterblock 202 an, welcher einen Einlaß und Verteilungsdurchlaßkanäle enthält, um Kühlwasser in die Wand des Verbrennungskammerelementes des Fließmediumsinduktionskopfes einzuspeisen. Der Adapterblock 202 ist auch eine Schnittstelle mit der Vorrichtungsmischkammer 203. Die Mischkammer hat Einlässe zur Einführung des größten Teils des Wasserstromes, der sich mit dem heißen Gas in der Kammer vermischt, um die beabsichtige Antriebsgastemperatur zu erreichen. Daneben kühlt die Art und Weise, in welcher diese Fließströmung eingeführt wird, die Wände der Mischkammer, wobei die Wandtemperatur auf dem angestrebten Niveau gehalten wird.
8 ist eine aufgebrochene Ansicht einer einzigartigen Hochtechnologie-Antriebsgaswiedererhitzungseinrichtung, welche dazu verwendet werden kann, die Temperatur eines Antriebsgasstromes zu verstärken, nachdem es eine Energieabgabeeinrichtung ähnlich einer Antriebsturbine durchlaufen hat. Während dieser Versuch zur Energiebehandlung in einem Kraftsystem im Gesamtsystemwirkungsgrad einen kleinen Nachteil hat, erlaubt er eine Reduzierung der Größe und des Gewichtes bestimmter Bauteile. Die thermomechanische Konstruktion und die physikalische Ausbildung sind spezifische Merkmale, deren Zwecke wirksame Betriebsweise, lange Lebensdauer und minimale Wartung sind.
Die Vorrichtung setzt sich zusammen aus dem gleichen Startzünder 200, der auch beim Gasgenerator der 7 verwendet ist, einem Fließmedium-Behandlungsinduktionskopf 201, der Sauerstoff- und Brennstoffeinlässe und integrale Verteilungskanäle besitzt, einem auf der Injektorseite gelegenen Wasserkühleinlaß, einem Verteilerkreislauf und einem mit kleinen Öffnungen versehenen Reaktanten-Injektorkörper sowie aus einer wassergekühlten Vebren nungskammer. Dieses Detail ist das gleiche wie Detail 202 im Gasgenerator in 7. Der Fließmediumeinführkopf schließt über eine Schnittstelle an einen Adapterblock 204 an, der einen Einlaß und Verteilungsdurchlässe besitzt, um Kühlwasser zur Wand des Verbrennungskammerelementes des Fließmediumeinführkopfes 202 zu leiten. Der Adapterblock 204 ist in ähnlicher Weise aufgebaut wie das Detail 201 in der Gasgeneratorvorrichtung in 7, mit der Ausnahme, daß der äußere Flanschdurchmesser so bemessen ist, daß er an die Gasinduktions- und Mischkammer 205 anschließt. Die Mischkammer besitzt Einlässe zur Einführung des Gasstromes aus der vorhergehenden Einrichtung (z. B. vorhergehender Turbinenauslaß) und zur Vermischung des eingeführten Gases mit dem heißen Gas, welches in der Vorerhitzerverbrennungskammer im Detail 204 erzeugt wurde. Diese Vermischung erfolgt, um die Temperatur des eingeführten Gases zurück auf das selbe Niveau anzuheben, welches es beim Eintritt der vorhergehenden Einrichtung hatte. Dieses Element ist ähnlich zu demjenigen in 7 mit der Ausnahme, daß seine von vorne nach hinten gehenden Durchmesser an die vorangehenden und nachfolgenden Einrichtungen im gesamten Gasströmungsweg angepaßt sind und die Einlässe Gas anstatt Wasser einführen und dementsprechend bemessen sind.
Industrielle Anwendbarkeit
Diese Erfindung zeigt industrielle Anwendbarkeit darin, daß sie für die wirksame Erzeugung von Energie in einer im Hinblick auf die Umwelt sauberen Weise sorgt, beispielsweise für die kommerzielle Gewinnung elektrischer Energie. Diese Erfindung benutzt die Verbrennung eines Kohlenwasserstoffbrennstoffes und zeigt dennoch immer noch eine Möglichkeit bei der Erreichung von Emissionsstandards mit niedriger Umweltbelastung. Diese Erfindung hat eine Anzahl zusätzlicher industrieller Anwendungen, wobei das benutzte Arbeitsfluid variable Temperaturen und Drücke erfordert, beispielsweise in der Nahrungs mittelbehandlung, der Hochenergiegasinjektion in eine Ölschachtbohrung, Steuerungen konstanter Temperatur in medizinischen und Gewächshaus-Einrichtungen und weiterer Anwendungen.
Jedes Ausführungsbeispiel der Erfindung setzt sich zusammen aus Untersystemen oder einzelnen Elementen, welche jedes System an eine Betriebsumgebung anpassen, welche verschiedene Ausführungsweisen oder Anwendungen erfordert. Zwei Ausführungsbeispiele sind beispielsweise so ausgestaltet, daß sie an Energieanlagen kleineren Maßstabs angepaßt sind, an Anwendungen, wie beispielsweise auf einer Plattform montierte, tragbare Energieanwendungen, Großfahrzeugantrieb und weitere Anwendungen. Auch kann die Erfindung so ausgestaltet werden, daß Hochqualitätsfluid bei kontrollierten Drücken und Temperaturen erzeugt wird, wie dies in einem weiten Bereich industrieller Anwendungen verlangt wird.

Claims

Ein Verfahren zur Energieerzeugung durch Verbrennung eines Brennstoffes ohne Erzeugung von Verbrennungsprodukten, die Stickstoff einschließen, einschließend die Schritte: Bereitstellen einer Quelle (1) von Hochdrucksauerstoff, der im wesentlichen frei von Stickstoff ist; Bereitstellen einer Quelle (4) von Hochdruckbrennstoff, der kohlenstoff- und wasserstoffhaltige Verbindungen einschließt; Bereitstellen einer Wasserquelle (16); Bereitstellen eines Gasgenerators (7) mit einer Einfassung einschließlich eines Mittels zur Verbrennungseinleitung darin, einer Mischkammer und eines Auslasses; Zuführen von Sauerstoff aus der Sauerstoffquelle (1) in die Einfassung durch eine Sauerstoffeinlaßrohrleitung (201) in den Gasgenerator (7), wobei der Sauerstoff im wesentlichen frei von Wasser ist; Zuführen von Brennstoff aus der Brennstoffquelle (201) in die Einfassung; Verbrennen des Brennstoffes innerhalb der Einfassung, um Verbrennungsprodukte zu erzeugen; Zuführen von Wasser (202) in die Einfassung; Mischen des zugeführten Wassers mit den Verbrennungsprodukten innerhalb der Mischkammer, um ein Gas einschließlich Kohlendioxid und Wasser zu erzeugen; Austoßen (10) des Gases aus der Einfassung; Expandieren des Gases während Energieextraktion aus dem Gas, um Energie zu erzeugen; Abtrennen und Aufsammeln der Nichtwasser-Anteile des aus der Einfassung ausgestoßenen Gases; Kondensieren (41) wenigstens eines Teils der Nichtwasser-Anteile des aus der Einfassung ausgestoßenen Gases; und Rezirkulieren der Wasseranteile zur Wasserquelle (16); wobei die Energieerzeugung einschließt: Umwandeln des aus der Einfassung ausgestoßenen Gases in mechanische Energie unter Verwendung wenigstens zweier Turbinen (13, 14, 17) und Wiedererhitzung des Abgases zwischen mindestens einem benachbarten Paar dieser Turbinen (13, 14, 17), wobei die Beschaffenheit des Abgases bei der Wiedererhitzung modifiziert wird, so daß es einen größeren Prozentsatz an Kohlendioxid als vor der Wiederhitzung einschließt und das Volumen des Abgases erhöht wird; wobei die Wiedererhitzung die Temperatur des Abgases mit Hilfe von Verbrennung der geeigneten Mengen an Brennstoff und Sauerstoff und Vermischen des Ausstoßes mit dem Hauptgasausstoßstrom erhöht.
Ein Energieerzeugungssystem (1000), das Kohlenwasserstoffbrennstoff verbrennt, während es eine Menge an Verunreinigung emittiert, die bezüglich typischer, auf Verbrennung basierender Energieerzeugungssysteme reduziert ist, umfassend in Kombination: eine Quelle (4) von Kohlenwasserstoffbrennstoff, wobei wenigstens eine der Verbindungen im Brennstoff das Element Kohlenstoff einschließt; eine im wesentlichen stickstofffreie Quelle (1) von Sauerstoff; eine Quelle (16) von Wasser; einen Gasgenerator (7) mit einer von Wänden umschlossenen Einfassung, wobei der Gasgenerator (7) einschließt: einen Brennstoffeinlaß (201), der durch eine Wand der Einfassung hindurch verläuft und an die Brennstoffquelle (4) angeschlossen ist, einen Sauerstoffeinlaß (201), der lediglich an eine Quelle von im wesentlichen wasserfreien Sauerstoff angeschlossen ist, durch eine Wand der Einfassung hindurch verläuft und an die Sauerstoffquelle (1) angeschlossen ist, Mittel (200) zum Zünden des Brennstoffes, einen an die Wasserquelle angeschlossenen Wassereinlaß (202), wobei der Wassereinlaß durch eine Wand der Einfassung hindurch verläuft, und einen Auslaß (10) zum Freigeben eines mehrheitlich aus (Wasser-) Dampf bestehenden Gases aus dem Gasgenerator (7); Mittel zum Extrahieren von Energie aus hochenergiereichen Verbrennungsprodukten im Gasgenerator (7), wobei die Energieextraktionsmittel an den Auslaß (10) angekoppelt sind; und wobei die Mittel zum Extrahieren von Energie wenigstens zwei Turbinen (13, 14, 17) einschließen mit einem Wiedererhitzer (62, 63), der zwischen wenigstens einem benachbarten Paar dieser Turbinen (13, 14, 17) angeordnet ist; und wobei der Wiedererhitzer (62) eine Kammer aufweist einschließlich eines Brennstoffeinlasses (57), der an die Kohlenwasserstoffbrennstoffquelle (1) angeschlossen ist, und eines Sauerstoffeinlasses (56), der an die Sauerstoffquelle (1) angeschlossen ist, und ein Mittel zum Zünden der Verbrennung des Brennstoffes im Wiedererhitzer (62), wobei der Wiedererhitzer (62) auch einen Gasstromeinlaß (11) aufweist, der an einen Auslaß einer der Turbinen (13) mit höherem Druck angeschlossen ist, und einen Wiedererhitzerauslaß (59) zum Ausstoßen einer Mischung aus gasförmigen Verbrennungsprodukten und dem Gasstrom aus dem Auslaß einer der Turbinen (13) mit höherem Druck aus dem Wiedererhitzer; einen stromabwärts von den Mitteln zum Extrahieren von Energie angeordneten Kondensator (41), wobei der Kondensator (41) Gase aufnimmt, die von den Mitteln zum Extrahieren von Energie abgegeben werden, und der Kondensator (41) so betreibbar ist, daß er wenigstens einen Teil an Wasser in den Gasen kondensiert; und einen Rezirkulationspfad (37, 40, 43), um das kondensierte Wasser zur Wasserquelle (16) stromaufwärts vom Wassereinlaß (202) des Gasgenerators (7) zu rezirkulieren, wobei der Wiedererhitzer (62) so arbeitet, daß er an eine stromabwärts gelegene Turbine (14, 17) ein Arbeitsmedium aus der stromaufwärts gelegenen Turbine (13) mit einem größeren Prozentsatz an CO₂ abgibt, und wobei der Wiedererhitzer (62) so arbeitet, daß er das Volumen des in die stromabwärts gelegene Turbine (14, 17) eintretenden Arbeitsmediums über ein Volumen des in die stromaufwärts gelegene Turbine (13) eintretenden Arbeitsmediums erhöht.
Ein Energieerzeugungssystem nach Anspruch 2, in welchem eine Wasserverteilungsschaltung an die Wasserquelle (16) angeschlossen und an der Wand der Einfassung an einer Stelle in der Nähe des Brennstoffeinlasses und des Sauerstoffeinlasses (201) und ausreichend dicht an dem Sauerstoffeinlaß und dem Brennstoffeinlaß (201) orientiert ist, um einen Kontakt zwischen den Reaktanten und dem Wasser zu veranlassen.
Ein Energieerzeugungssystem nach Anspruch 2 oder 3, in welchem die Wasserverteilungsschaltung einen Wasserkühleinlaß (202) einschließt, der durch eine Injektorfläche hindurch verläuft, die einen Teil jener Wand der Einfassung bildet, die den Brennstoffeinlaß und den Sauerstoffeinlaß (202) abstützt, wobei der Wasserkühleinlaß (202) Wasser in die Einfassung an einer Stelle in der Nähe des Sauerstoffeinlasses und des Brennstoffeinlasses (201) lenkt.
Ein Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 4, ein Mittel einschließend zum Aufsammeln und Trennen des (Wasser-) Dampfes und Kohlendioxids voneinander, wobei der Kondensator (41) stromabwärts vom Auslaß angeordnet ist, um diesen Auslaß verlassendes Gas aufzunehmen, und Mittel einschließt, um Wasser aus diesem den Auslaß verlassenden Gas zu kondensieren, und Mittel, um jedwede gasförmigen Verbrennungsprodukte aus dem Gasgenerator (7) aufzusammeln.
Ein Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 5, in welchem die wenigstens zwei Turbinen (13, 14, 17) an einen elektrischen Generator (18) angekoppelt sind, wobei die Turbinen (13, 14, 17) stromabwärts von dem Auslaß angeordnet sind und Gas einschließlich (Wasser-) Dampf und Kohlendioxid aus dem Auslaß des Gasgenerators (7) aufnehmen, wobei die Turbinen (13, 14, 17) Mittel zum Antrieb des elektrischen Generators einschließen.
Ein Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 6, in welchem die Wasserquelle (16) an den Auslaß derart angeschlossen ist, daß die Wasserquelle zur Ausbildung eines geschlossenen Zyklus mit Wasser aus dem Auslaß wiederaufgefüllt wird, und in welcher zwischen der Wasserquelle (16) und dem Gasgenerator (7) ein Regenerator (93) vorgesehen ist, wobei der Regenerator (93) Wasser aus der Wasserquelle (16) durch eine Wärmetauscherwand an einen Ablaß (45) aus einem Auslaß aus einem der Energieextraktionsmittel so anschließt, daß Wärme aus einem Gas im Ablaß (45) auf das Wasser aus der Wasserquelle (16) übertragen wird, bevor das Wasser in den Gasgenerator (7) eintritt, wodurch der Wirkungsgrad des Systems gesteigert wird.
Ein Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, in welchem innerhalb der Einfassung eine Verbrennungskammer vorgesehen ist, die stromaufwärts von einer Mischkammer gelegen ist, wobei die Verbrennungskammer Mittel zum Vereinigen des Brennstoffes aus dem Brennstoffeinlaß mit dem Sauerstoff aus dem Sauerstoffeinlaß einschließt, bevor der Brennstoff und Sauerstoff verbrennen und als verbrannte Gase mit dem Wasser aus dem Wasserstromeinlaß in die Mischkammer vermischt werden.
Ein Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 8, in welchen ein Teil der Einfassungswand in der Nähe des Brennstoffeinlasses und des Sauerstoffeinlasses (201) Mittel zum Dosieren und Vermischen des Sauerstoffs und Brennstoffs einschließt, um eine vollständige Verbrennung zu erhalten.
Ein Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 9, in welchem die Mischkammer vom Brennstoffeinlaß und Sauerstoffeinlaß durch einen Abstand getrennt ist, der eine Länge des Verbrennungsteils definiert, die ausreicht, um es primär lediglich Verbrennungsprodukten zu erlauben, in die Mischkammer einzutreten und mit Wasser aus dem Wasserstromeinlaß in Kontakt zu gelangen, und in welchem innerhalb des Verbrennungsteils der Einfassung eine Zündvorrichtung (200) orientiert ist.
Ein Energieerzeugungssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 10, in welchem der Sauerstoffeinlaß und der Brennstoffeinlaß (201) so gestaltet sind, daß sie eine Vermischung des Brennstoffes und des Sauerstoffes in einem im wesentlichen stöchiometrischen Verhältnis vermitteln, das zur Erzeugung von Verbrennungsprodukten, die im wesentlichen nur Wasser und Kohlendioxid einschließen, benötigt wird.