EP4314516A1

EP4314516A1 - Antriebseinheit

Info

Publication number: EP4314516A1
Application number: EP22719863.7A
Authority: EP
Inventors: Demetrio Leone
Original assignee: Leone Patric
Current assignee: Leone Patric
Priority date: 2021-03-30
Filing date: 2022-03-30
Publication date: 2024-02-07
Also published as: WO2022207732A1; US20240183280A1

Abstract

Eine Antriebseinheit (1) für einen Generator umfasst ein Gehäuse (3), einen Strömungskanal (30) für ein kompressibles Medium (10, 11), ein Antriebslaufrad (2) und ein Abtriebslaufrad (4). Der Strömungskanal (30) ist im Gehäuse (3) angeordnet, wobei sich der Strömungskanal (30) vom Antriebslaufrad (2) zum Abtriebslaufrad (4) erstreckt. Das Antriebslaufrad (2) auf einer Antriebswelle (5) drehbar gelagert und das Abtriebslaufrad (4) ist auf einer Abtriebswelle (5) drehbar gelagert. Zumindest eine der die Antriebswellen (5) oder Abtriebswellen (6) ist drehbar im Gehäuse (3) gelagert. Das Gehäuse (3) enthält einen Strömungskörper (35), welcher zwischen dem Antriebslaufrad (2) und dem Abtriebslaufrad (4) angeordnet ist.

Description

Antriebseinheit

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Antriebseinheit für einen Generator, beispielsweise für den Betrieb einer Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie, welche eine Mehrzahl von Antriebseinheiten umfassen kann.

Ein transportfähiges Kraftwerksmodul ist beispielsweise aus der RU2059779 CI bekannt. Das Kraftwerksmodul ist in einem transportierbaren Container angeordnet und enthält mehrere Zellen für eine Kontrollvorrichtung, eine Gasturbine und einen Generator. In der RU2059779 CI wird die Lagerung der Gasturbine auf reibungsfreien Lagern beschrieben, welche eine vertikale Ausrichtung von Gasturbine und Generator sowie ihre koaxiale Ausrichtung zueinander ermöglichen. Die Gasturbine und der Generator sind über eine horizontal angeordnete Antriebswelle miteinander verbunden. Allerdings wird in dieser Patentschrift nicht auf die Energiequelle Bezug genommen, die zum Betrieb der Gasturbine dient.

Aus der US 5 687 560 ist eine von einer Gasturbine betriebene Kraftwerksanlage bekannt, welche zum Antrieb eines Generators zur Erzeugung elektrischer Energie dient. In einer derartigen Kraftwerksanlage wird Luft mittels eines mehrstufigen Kompressors verdichtet.

Die Kompressoren sind über eine gemeinsame Welle mit einer oder mehreren Turbinen verbunden. Die durch die Kompressoren strömende Luft erhöht sich auf Temperaturen von über 600 Grad Celsius. Die erhitzte Luft wird zur Vorwärmung eines Brennstoffs verwendet, wozu ein Luft-Brennstoff Wärmetauscher im Abluftstrom der Kompressoren angeordnet ist. Der mit dem Luft-Brennstoff-Wärmetauscher erwärmte Brennstoff kommt wiederum für einen zwischen den Kompressoren und den Turbinen auf der gemeinsamen Welle angeordneten Brenner zum Einsatz. Der Brenner dient zur Erhitzung der durch die Turbinen strömenden Luft, welche die Turbinen und über die gemeinsame Welle auch die Kompressoren antreibt. Die heisse Abluft der Turbinen kann in einen Regenerator, also einen weiteren Wärmetauscher, zur Vorwärmung der in den Brenner strömenden komprimierten Luft verwendet werden. Bevor die heisse Ablauft der Turbinen in den Rekuperator eingeleitet wird, kann diese durch eine weitere Turbine, die zum Antrieb eines Generators dient, geleitet werden.

Daher besteht Bedarf an einer mobilen Kraftwerkeinheit, mittels welcher Strom erzeugt werden kann, ohne auf eine vorhandene Energiequelle zurückzugreifen. Eine derartige mobile Kraftwerkeinheit soll somit zur dezentralen Stromerzeugung eingesetzt werden können. Eine derartige Kraftwerksanlage ist zum Betrieb bei Temperaturen von mehr als 1000 Grad Celsius und Drücken von mehreren MPa ausgelegt.

In der EP19199459.9 der Anmelderin wurde daher nach einer Lösung gesucht, diese Technologie zur Nutzung von Abwärme zu adaptieren, um dezentral elektrische Energie aus in Produktionsbetrieben anfallenden kompressiblen Medien, beispielsweise Abluftströmen, zu gewinnen, die Temperaturen von maximal 200 Grad Celsius und Drücke im Bereich von 0.5 bis 10 bar aufweisen.

Die Anmelderin hat in Versuchen mit Prototypen festgestellt, dass die in der EP 19199459.9 beschriebene Anordnung einer Kraftwerkseinheit mit einer in horizontaler Richtung verlaufenden Antriebswelle mit Nachteilen verbunden ist, wenn die Strömungsgeschwindigkeiten für den genannten Temperatur- und Druckbereich niedrig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine Antriebseinheit für einen Generator bereitzustellen, mittels welcher die Umwandlung von Wärmeenergie eines kompressiblen Mediums in elektrische Energie mit einem verbesserten Wirkungsgrad erfolgen kann, insbesondere wenn die Antriebseinheit bei Temperaturen von maximal 200 Grad Celsius und Drücken von 0.5 bis 10 bar betrieben wird.

Die Lösung der Aufgabe der Erfindung erfolgt durch eine Antriebseinheit für einen Generator, die zum Betrieb mit einem erwärmten kompressiblen Medium ausgebildet ist. Vorteilhafte Varianten der Antriebseinheit sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 14. Eine Anlage enthaltend die Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele ist Gegenstand des Anspruchs 15.

Wenn der Begriff „beispielsweise" in der nachfolgenden Beschreibung verwendet wird, bezieht sich dieser Begriff auf Ausführungsbeispiele und/oder Ausführungsformen, was nicht notwendigerweise als eine bevorzugtere Anwendung der Lehre der Erfindung zu verstehen ist. In ähnlicher Weise sind die Begriffe „vorzugsweise", „bevorzugt" zu verstehen, indem sie sich auf ein Beispiel aus einer Menge von Ausführungsbeispielen und/oder Ausführungsformen beziehen, was nicht notwendigerweise als eine bevorzugte Anwendung der Lehre der Erfindung zu verstehen ist. Dementsprechend können sich die Begriffe „beispielsweise", „vorzugsweise" oder „bevorzugt" auf eine Mehrzahl von Ausführungsbeispielen und/oder Ausführungsformen beziehen.

Die nachfolgende detaillierte Beschreibung enthält verschiedene Ausführungsbeispiele für die erfindungsgemässe Antriebseinheit. Die Beschreibung einer bestimmten Antriebseinheit ist nur als beispielhaft anzusehen. In der Beschreibung und den Ansprüchen werden die Begriffe „enthalten", „umfassen", „aufweisen" als „enthalten, aber nicht beschränkt auf' interpretiert.

Eine Antriebseinheit für einen Generator gemäss der vorliegenden Erfindung umfasst ein Gehäuse, einen Strömungskanal für ein kompressibles Medium, ein Antriebslaufrad und ein Abtriebslaufrad. Der Strömungskanal ist im Gehäuse angeordnet. Der Strömungskanal erstreckt sich vom Antriebslaufrad zum Abtriebslaufrad. Das Antriebslaufrad ist auf einer Antriebswelle drehbar gelagert und das Abtriebslaufrad ist auf einer Abtriebswelle drehbar gelagert. Zumindest eine der Antriebswellen und der Abtriebswellen ist drehbar im Gehäuse gelagert. Das Gehäuse enthält einen Strömungskörper, wobei der Strömungskörper zwischen dem Antriebslaufrad und dem Abtriebslaufrad angeordnet ist.

Der Strömungskörper ist insbesondere innerhalb des Strömungskanals angeordnet. Der Strömungskörper kann zumindest abschnittsweise die innere Innenwand des Strömungskanals ausbilden. Durch den Strömungskörper wird der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals derart ausgestaltet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im Strömungskanal zunimmt oder abnimmt, wenn der Strömungskanal von einem kompressiblen Medium durchströmt wird. Gemäss eines Ausführungsbeispiels verringert sich der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals in Strömungsrichtung kontinuierlich. Gemäss eines Ausführungsbeispiels vergrössert sich der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals für das kompressible Medium in Strömungsrichtung kontinuierlich. Insbesondere ist der Strömungskörper derart ausgebildet, dass sich durch den Strömungskörper der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums kontinuierlich verringert. Gemäss eines Ausführungsbeispiels ist der Strömungskörper derart ausgebildet, dass der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals sich in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums kontinuierlich vergrössert. Gemäss eines Ausführungsbeispiels nimmt der Strömungsquerschnitt, also der fluiddurchströmte Querschnitt, des Strömungskanals stromabwärts des Zulaufs in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums kontinuierlich ab und anschliessend kontinuierlich zu.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels weist der Strömungskanal eine Mehrzahl von Strömungskanalabschnitten auf. Insbesondere kann der Strömungskanal derart ausgebildet sein, dass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im Strömungskanal in einem ersten Strömungskanalabschnitt erhöht und in einem zweiten Strömungskanalabschnitt verringert. Insbesondere ist der Strömungskörper derart ausgebildet, dass sich durch den Strömungskörper der Strömungsquerschnitt des ersten Strömungskanalabschnits in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums kontinuierlich verringert, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im ersten Strömungskanalabschnit vergrössert. Gemäss eines Ausführungsbeispiels ist der Strömungskörper derart ausgebildet, dass der Strömungsquerschnit des zweiten Strömungskanalabschnits sich in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums kontinuierlich erweitert, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im zweiten Strömungskanalabschnitt verringert.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels ist zumindest eine der Antriebswellen und der Abtriebswellen in einer Ausnehmung des Strömungskörpers drehbar angeordnet oder verläuft durch den Strömungskörper. Die Antriebwelle und die Abtriebswelle können einstückig ausgebildet sein, d.h. von einem einzigen Wellenschaft ausgebildet sein. Gemäss dieses Ausführungsbeispiels ist die Ausnehmung als Durchgangsbohrung ausgebildet. Die Durchgangsbohrung verläuft koaxial zur Längsachse durch den Strömungskörper hindurch. Wenn es aus Montagegründen zweckmässig ist, können die Antriebswelle und die Abtriebswelle auch miteinander koppelbar sein. Beispielsweise können die Antriebswelle und die Abtriebswelle mit einer Steckverbindung miteinander drehfest verbunden sein.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle nicht miteinander gekoppelt. Die Antriebswelle kann beispielsweise in einer Bohrung im Strömungskörper drehbar gelagert sein. Die Abtriebswelle kann in einer Bohrung im Strömungskörper drehbar gelagert sein. Jede der Bohrungen kann koaxial zur Längsachse angeordnet sein und insbesondere in Richtung der Längsachse verlaufen. Jede der Bohrungen ist gemäss dieses Ausführungsbeispiels als Sackbohrung ausgebildet. Es ist auch möglich, die Antriebswelle und die Abtriebswelle über eine in einer Durchgangsbohrung im Gehäuse, insbesondere im Strömungskörper, verlaufenden Steckverbindung derart zu koppeln, dass die Antriebswelle relativ zur Abtriebswelle drehbar ist.

Insbesondere kann die Antriebseinheit derart angeordnet sein, dass der Zulauf unterhalb des Ablaufs angeordnet ist. Das kompressible Medium strömt gemäss des Ausführungsbeispiels von unten nach oben durch die Antriebseinheit. Insbesondere kann die Längsachse sich in vertikaler Richtung erstrecken. Zumindest eine der Antriebswellen und Abtriebswellen kann sich in vertikaler Richtung erstrecken.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels teilt sich der Strömungskanal stromabwärts des Antriebslaufrads in einen ersten Teilkanal und einen zweiten Teilkanal. Der Mündungsbereich kann insbesondere an einer Stelle des Strömungskanals gelegen sein, die sich zwischen dem Zulauf und dem Ablauf befindet. Wenn der Strömungskanal einen ersten Strömungskanalabschnitt und einen zweiten Strömungskanalabschnitt umfasst, kann der zweite Teilkanal insbesondere in dem Bereich in den ersten Teilkanal münden, in welchem sich der Übergang vom ersten Strömungskanalabschnitt zum zweiten Strömungskanalabschnitt befindet.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels ist zwischen dem ersten und dem zweiten Teilkanal ein Heizelement angeordnet. Das Heizelement ist insbesondere zum Aufheizen des im zweiten Teilkanal strömenden kompressiblen Mediums ausgebildet.

Insbesondere kann der zweite Teilkanal in den ersten Teilkanal münden, wobei insbesondere der zweite Teilkanal in einem Mündungsbereich in den ersten Teilkanal mündet, an welchem der Strömungskanal den kleinsten Strömungsquerschnitt aufweist. Ein Vorteil an dieser Anordnung ist darin zu sehen, dass die Strömungsgeschwindigkeit im ersten Teilkanal im Mündungsbereich maximal ist. Das im zweiten Teilkanal strömende kompressible Medium wird durch den Venturieffekt in den ersten Teilkanal eingesaugt.

Insbesondere kann die Temperatur des im zweiten Teilkanal strömenden kompressiblen Mediums durch das Heizelement erhöht werden, sodass die Temperatur des erwärmten kompressiblen Mediums höher als die Temperatur des kompressiblen Mediums ist, welches durch den ersten Teilkanal im ersten Strömungskanalabschnitt strömt.

Im Mündungsbereich und dem daran anschliessenden zweiten Strömungskanalabschnitt vermischt sich das erwärmte kompressible Medium aus dem zweiten Teilkanal mit dem kompressiblen Medium aus dem ersten Teilkanal. Zusätzlich kann wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel der Strömungskanal eine sich in Strömungsrichtung zunehmend vergrössernde Querschnittsfläche aufweisen. Der Strömungskanal ist gemäss dieses Ausführungsbeispiels ringförmig.

Insbesondere wird durch die kontinuierlich zunehmende Querschnittsfläche des Strömungskanals im zweiten Strömungskanalabschnitt durch den Diffusoreffekt sowie durch den Wärmeeintrag der Druck im Strömungskanal erhöht, sodass die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal konstant bleibt oder sogar zunehmen kann. Das erwärmte kompressible Medium, welches den Strömungskanal im Bereich des Ablaufs durch eine Austrittsöffnung verlässt, wird zum Antrieb des Abtriebslaufrads eingesetzt.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels ist das Abtriebslaufrad mit der Abtriebswelle zum Betrieb eines Generators koppelbar. Insbesondere kann das Abtriebslaufrad über eine Abtriebswelle mit einem Generator verbunden sein. Gemäss eines Ausführungsbeispiels enthält das Abtriebslaufrad eine Abtriebswelle zum Betrieb des Generators. Die Abtriebswelle ist mittels des Abtriebslaufrads in eine Rotationsbewegung versetzbar, wenn das Abtriebslaufrad vom kompressiblen Medium durchströmt wird. Das kompressible Medium strömt durch das Abtriebslaufrad. Das Abtriebslaufrad weist Leitelemente auf, beispielsweise Leitschaufeln, die vom strömenden kompressiblen Medium in eine Rotationsbewegung um die Längsachse der Abtriebswelle versetzt werden, wenn das kompressible Medium das Abtriebslaufrad durchströmt.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels haben die Antriebswelle und die Abtriebswelle insbesondere keine mechanische Verbindung zueinander. Die Antriebswelle und die Abtriebswelle sind nicht über einen Koppelungsmechanismus gekoppelt. Somit sind die Antriebswelle und die Abtriebswelle mechanisch entkoppelt.

Die Antriebswelle kann eine Rotationsbewegung um die Antriebsachse ausführen. Die Abtriebswelle kann eine Rotationsbewegung um die Abtriebsachse ausführen. Die Antriebsachse und die Abtriebsachse können auf einer gemeinsamen Geraden liegen, das heisst, die Antriebswelle und die Abtriebswelle können koaxial zueinander angeordnet sein. Die Antriebsachse und die Abtriebsachse können aber auch versetzt zueinander angeordnet sein, beispielsweise parallel zueinander. Die Antriebsachse und die Abtriebsachse können auch einen Winkel zueinander einschliessen, der ungleich 180 Grad beträgt. Die Antriebsachse und die Abtriebsachse können auch mit der Längsachse der Antriebseinheit zusammenfallen.

Das Antriebslaufrad kann gemäss eines Ausführungsbeispiels mittels einer Startvorrichtung zumindest in einer Einlaufphase in eine Rotationsbewegung versetzbar sein. Die Startvorrichtung kann einen Verdichter für das kompressible Medium umfassen.

Insbesondere kann stromaufwärts des Antriebslaufrads ein Verdichter angeordnet sein. Der Verdichter kann insbesondere einen Ventilator umfassen.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels ist eine Zirkulationsvorrichtung für das kompressible Medium vorgesehen, sodass das kompressible Medium rezirkuliert werden kann. Insbesondere enthält die Zirkulationsvorrichtung eine Rückleitung, sodass die Zirkulationsvorrichtung mit dem Strömungskanal in fluidleitender Verbindung steht. Insbesondere kann die Rückleitung vom Fluidraum, in welchem sich das Abtriebslaufrad befindet, zum Zulaufkanal, welcher sich stromaufwärts des Antriebslaufrads befindet, führen. Somit erstreckt sich die Rückleitung vom Ablauf bis zum Zulauf. Die Rückleitung kann in einem als Doppelmantel ausgebildeten Gehäuse der Antriebseinheit angeordnet sein. Die Rückleitung erstreckt sich zumindest vom Abtriebslaufrad zum Antriebslaufrad. Gemäss eines Ausführungsbeispiels kann die Rückleitung als Ringkanal ausgebildet sein. Gemäss eines Ausführungsbeispiels kann die Rückleitung mindestens eine Rohrleitung umfassen.

Der Strömungskanal erstreckt sich gemäss eines Ausführungsbeispiels von einem Zulauf bis zu einem Ablauf. Das Antriebslaufrad befindet sich stromaufwärts des Zulaufs. Das Abtriebslaufrad befindet sich stromabwärts des Ablaufs. Das Antriebslaufrad ist in einem Fluidraum für das Antriebslaufrad aufgenommen, in welchen die Zulaufleitung und die Rückleitung, wenn vorhanden, einmünden kann. Der Fluidraum für das Antriebslaufrad ist mit dem Zulauf in den Strömungskanal verbunden. Wenn eine Rückleitung vorgesehen ist, kann vom Fluidraum für das Antriebslaufrad oder vom Strömungskanal ein Seitenkanal vorgesehen sein, welcher als Auslasskanal für das nicht mehr benötigte kompressible Medium dient.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels weist der Strömungskörper eine Profilierung auf, wobei die Profilierung schraubenförmig oder spiralförmig ausgebildet sein kann.

Gemäss eines Ausführungsbeispiels umfasst die Antriebswelle ein im Wesentlichen konisches Ende, welches eine Spitze ausbildet. Die Spitze kann bei vertikaler Anordnung der Antriebswelle auf einer Bodenplatte des Gehäuses aufliegen, in welcher Eintrittsöffnungen für das kompressible Medium vorgesehen sind, welches vom Zulaufkanal in das Antriebslaufrad strömt.

Nach einem Ausführungsbeispiel kann der Strömungskanal beheizbar sein. Flierdurch wird die Sogwirkung erhöht, sodass die Strömungsgeschwindigkeit des den Strömungskanal durchströmenden erwärmten kompressiblen Mediums erhöht werden kann, insbesondere im zweiten Strömungskanalabschnitt. Bei Verwendung eines erwärmten kompressiblen Mediums kann die Drehzahl der Abtriebswelle erhöht werden und demzufolge die elektrische Leistung, die vom Generator erzeugbar ist, erhöht werden. Insbesondere kann das Gehäuse ein Heizelement oder einen Kanal für ein Wärmeträgerfluid enthalten.

Ein Verfahren zum Betrieb einer Antriebseinheit umfasst die nachfolgenden Verfahrensschritte. Die Antriebseinheit umfasst ein Gehäuse, einen Strömungskanal für ein kompressibles Medium, ein Antriebslaufrad und ein Abtriebslaufrad. Der Strömungskanal ist im Gehäuse angeordnet, wobei der Strömungskanal sich vom Antriebslaufrad zum Abtriebslaufrad erstreckt. Das Antriebslaufrad wird durch kompressibles Medium in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei das kompressible Medium durch das Antriebslaufrad in den Strömungskanal strömt. Der Strömungskanal enthält einen Zulauf, durch welchen das kompressible Medium in den Strömungskanal eintreten kann. Der Strömungskanal enthält einen Ablauf, durch welchen das kompressible Medium aus dem Strömungskanal austreten kann. Wenn das kompressible Medium den Strömungskanal verlässt, durchströmt es das Abtriebslaufrad. Das Abtriebslaufrad wird durch das strömende kompressible Medium in eine Rotationsbewegung versetzt. Das Abtriebslaufrad enthält eine Abtriebswelle, die mit dem Abtriebslaufrad drehfest verbunden ist. Wenn das Abtriebslaufrad eine Rotationsbewegung ausführt, dreht sich die Abtriebswelle mit. Die Abtriebswelle kann beispielsweise einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie antreiben.

Gemäss einer Verfahrensvariante wird vom Antriebslaufrad eine Antriebswelle in eine Rotationsbewegung versetzt, die wiederum ein Abtriebslaufrad in eine Rotationsbewegung versetzt, wobei das Antriebslaufrad und das Abtriebslaufrad über die Antriebswelle verbunden sind. Die Antriebswelle kann durch eine Bohrung im Strömungskörper verlaufen. Die Antriebswelle kann in der Bohrung drehbar gelagert sein, sodass sie eine Drehbewegung relativ zum Strömungskörper ausführen kann.

Der Strömungskanal kann gemäss jeder der Verfahrensvarianten einen Strömungskörper enthalten, wobei das durch den Strömungskanal strömende kompressible Medium den Strömungskörper umströmt, Der Strömungskörper ist zwischen dem Antriebslaufrad und dem Abtriebslaufrad angeordnet. Der Strömungskörper ist ortsfest, das heisst er ist nicht mit der Antriebswelle, der Abtriebswelle, dem Antriebslaufrad oder dem Abtriebslaufrad drehbar.

Gemäss einer Verfahrensvariante ist das Antriebslaufrad im Gehäuse drehbar gelagert, insbesondere im Strömungskörper auf einer Antriebswelle drehbar gelagert. Wenn das Antriebslaufrad von einem kompressiblen Medium durchströmt wird, wird es in eine Drehbewegung versetzt. Durch die Drehbewegung des Antriebslaufrads strömt das kompressible Medium in den Strömungskanal. Das kompressible Medium durchströmt den Strömungskanal vom Zulauf bis zum Ablauf. Wenn das kompressible Medium den Strömungskanal durchströmt hat, trifft es auf das Abtriebslaufrad und versetzt dieses in eine Drehbewegung. Mit dem Abtriebslaufrad ist die Abtriebswelle drehfest verbunden. Die Abtriebswelle ist im Gehäuse drehbar gelagert, insbesondere im Strömungskörper drehbar gelagert. Gemäss dieser Verfahrensvariante sind das Antriebslaufrad und das Abtriebslaufrad nicht über die Antriebswelle miteinander gekoppelt. Die Abtriebswelle wird zum Betrieb eines Generators zur Erzeugung elektrischer Energie angetrieben, wobei die Abtriebswelle in eine Rotationsbewegung versetzt wird, wenn das mit der Abtriebswelle drehfest verbundene Abtriebslaufrad vom kompressiblen Medium angeströmt wird.

Ein Verfahren zum Betrieb einer Anlage umfassend eine Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele umfasst einen Wärmetauscher, welchem ein erwärmtes Wärmeträgerfluid aus einem Wärmespeicher zur Erwärmung des kompressiblen Mediums zugeführt wird, sodass das kompressible Medium mittels des Wärmeträgerfluids erwärmt wird. Das kompressible Medium wird durch die Zufuhr der Wärmeenergie in ein erwärmtes kompressibles Medium umgewandelt. Das erwärmte kompressible Medium wird der Antriebseinheit zugeführt. Die Antriebseinheit wird gemäss dieser Variante mit dem erwärmten kompressiblen betrieben, wodurch höhere Strömungsgeschwindigkeiten und damit eine höhere Drehzahl der Antriebswelle und der Abtriebswelle erzielt werden können. Die Rotationsgeschwindigkeit des Antriebslaufrads und des Abtriebslaufrads kann erhöht werden.

Gemäss jeder der Verfahrensvarianten kann die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal zur Erhöhung der Drehzahl der Abtriebswelle und zur Erhöhung der Leistung eines mit der Abtriebswelle betreibbaren Generators erhöht werden.

Durch den Strömungskörper kann der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals derart ausgestaltet werden, dass die Strömungsgeschwindigkeit des durch den Strömungskanal strömenden kompressiblen Mediums im Strömungskanal zunimmt oder abnimmt. Gemäss eines Ausführungsbeispiels verringert sich der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals in Strömungsrichtung kontinuierlich, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im Strömungskanal erhöht. Gemäss eines Ausführungsbeispiels vergrössert sich der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals des kompressiblen Mediums in Strömungsrichtung kontinuierlich, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im Strömungskanal verringert. Insbesondere ist der Strömungskörper derart ausgebildet, dass sich durch den Strömungskörper der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums kontinuierlich verringert, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im Strömungskanal vergrössert. Gemäss eines Ausführungsbeispiels ist der Strömungskörper derart ausgebildet, dass der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals sich in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums kontinuierlich vergrössert, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im Strömungskanal verringert. Gemäss eines Ausführungsbeispiels nimmt der Strömungsquerschnitt, also der fluiddurchströmte Querschnitt, des Strömungskanals stromabwärts des Zulaufs in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums kontinuierlich ab und anschliessend kontinuierlich zu.

Insbesondere kann der Strömungskanal an einem Heizelement vorbeiführen, sodass das kompressible Medium im Strömungskanal erwärmt werden kann.

Der Strömungskanal kann eine Mehrzahl von Teilkanälen umfassen. Beispielsweise kann ein erster Teilka na I vorgesehen sein, in welchem das kompressible Medium nicht oder nur geringfügig erwärmt wird, wenn es den ersten Teilkanal durchströmt. Ein zweiter Teilka na I ist vorgesehen, in welchem das kompressible Medium, welches den zweiten Teilkanal durchströmt, mittels des Heizelements erwärmt wird. Der zweite Teilkanal kann stromabwärts des Heizelements in den ersten Teilkanal einmünden, sodass sich das erwärmte kompressible Medium mit dem kompressiblen Medium vermischt. Somit wird die Temperatur des im zweiten Teilkanal strömenden kompressiblen Mediums durch das Heizelement erhöht, sodass die Temperatur des kompressiblen Mediums im zweiten Teilkanal höher ist als die Temperatur des kompressiblen Mediums im ersten Teilkanal.

Der erste Teilkanal und der zweite Teilkanal verlaufen nebeneinander und bilden einen ersten Strömungskanalabschnitt aus. Der erste Teilkanal und der zweite Teilkanal münden ineinander im Mündungsbereich. Stromabwärts des Mündungsbereichs schliesst ein Sammelkanal an, der einen zweiten Strömungskanalabschnitt ausbildet. Wenn zusätzlich der Strömungsquerschnitt zumindest eines der ersten und zweiten Teilkanäle vor dem Mündungsbereich abnimmt und der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals nach dem Mündungsbereich zunimmt, kann das im zweiten Teilkanal strömende kompressible Medium durch den Venturieffekt in den an den ersten Teilkanal anschliessenden zweiten Strömungskanalabschnitt eingesaugt werden. Die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums wird aber nicht nur durch den Venturieffekt erhöht, sondern auch durch die Vermischung mit dem erwärmten kompressiblen Medium.

Wenn sich der Querschnitt des Strömungskanals im zweiten Strömungskanalabschnitt vergrössert, ergibt sich durch die kombinierte Wirkung des Diffusoreffekts sowie durch den Wärmeeintrag ein erhöhter Druck und eine erhöhte Strömungsgeschwindigkeit des erwärmten kompressiblen Mediums, sodass die Drehzahl des Abtriebslaufrads ein Mehrfaches der Drehzahl des Antriebslaufrads betragen kann. Die Temperatur des kompressiblen Mediums beträgt maximal 200 Grad Celsius, insbesondere maximal 120 Grad Celsius. Die Antriebseinheit eignet sich auch für den Betrieb bei Temperaturen von maximal 90 Grad Celsius.

Für Betriebstemperaturen von maximal 120 Grad Celsius können auch Kunststoffe als Werkstoffe für das Gehäuse oder Gehäusekomponenten zum Einsatz kommen, was eine besonders kostengünstige Ausführung der Antriebseinheit ermöglicht. Zudem kann jeder der Komponenten mittels eines additiven Herstellungsverfahrens herstellbar sein.

Der Druck des kompressiblen Mediums liegt bei maximal 10 bar. Insbesondere liegt der Druck im Bereich von 0.5 bis 5 bar. Das kompressible Medium kann Luft enthalten oder aus Luft bestehen.

Eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie enthält eine Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Die Anlage kann eine Mehrzahl von Antriebseinheiten enthalten, insbesondere mindestens 2 Antriebseinheiten enthalten. Insbesondere kann die Antriebseinheit in Modulbauweise betrieben werden. Die Antriebseinheit kann temporär zur Umwandlung von Wärmeenergie in elektrische Energie zugeschaltet werden oder kontinuierlich betrieben werden, um Wärmeenergie in elektrische Energie umzuwandeln.

Insbesondere kann die Anlage einen Wärmetauscher enthalten, wobei ein erwärmtes kompressibles Medium mittels des Wärmetauschers aus dem kompressiblen Medium erhältlich ist. Gemäss eines Ausführungsbeispiels umfasst die Anlage einen Wärmespeicher zur Bereitstellung eines erwärmten kompressiblen Mediums, wobei der Wärmespeicher von einer Energiequelle, insbesondere einer Wärmequelle, aus der Gruppe bestehend aus einer Solarzelle, einem Photovoltaikpaneel, einer Verbrennungskraftmaschine, einer Brennstoffzelle, eines Brennerelements für einen fossilen Brennstoff, einer Windkraftanlage auffüllbar ist.

Eine Anlage zur Erzeugung elektrischer Energie kann nebst einer Antriebseinheit nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele einen Wärmespeicher umfassen. Der Wärmespeicher enthält ein erwärmtes Wärmeträgerfluid, welches dem Wärmespeicher von einer Wärmequelle zuführbar ist. Die Wärmequelle kann zur Erwärmung des Wärmeträgerfluids vorgesehen sein, sodass das Wärmträgerfluid in ein erwärmtes Wärmeträgerfluid umwandelbar ist. Das erwärmte Wärmeträgerfluid kann im Wärmespeicher gespeichert werden. Das erwärmte Wärmeträgerfluid kann vom Wärmespeicher mittels geeigneten Fluidleitungen einem Wärmetauscher zugeführt werden. Der Wärmetauscher ist zur Erwärmung eines kompressiblen Mediums mitels des erwärmten Wärmeträgerfluids ausgebildet, wobei ein erwärmtes kompressibles Medium erzeugbar ist. Das erwärmte kompressible Medium kann der Antriebseinheit zugeführt werden. Die Antriebseinheit ist vom erwärmten kompressiblen Medium antreibbar. Das Wärmeträgerfluid kann Wasser oder eine ölhaltige Flüssigkeit oder eine Salzschmelze umfassen. Eine derartige Anlage kann eine Produktionsleistung von mindestens 50 kW bei einer Spannung von 400 V und einer Frequenz von 50 Hz liefern. Die Anlage erzeugt keine schädlichen Emissionen, insbesondere kein CO2, keine Stickoxyde (NOx) sowie keinen Feinstaub, da das kompressible Medium keiner stofflichen Veränderung unterliegt. Die Antriebswelle wird gemäss einem Ausführungsbeispiel mitels einer Startvorrichtung, insbesondere einem Elektrostarter angetrieben, welcher wiederum von einer 24V Baterie gespeist werden kann. Eine derartige Startvorrichtung wird jedoch nur für die Anlaufphase benötigt, das heisst für eine kurze Zeitspanne von maximal 10 Minuten, um die Antriebswelle in eine Rotationsbewegung zu versetzen und einen Eingangsstrom des kompressiblen Mediums zu erzeugen.

Das kompressible Medium kann erwärmt werden. Die Erwärmung des kompressiblen Mediums ermöglicht dessen Expansion auf ein grösseres Volumen, welches ein Mehrfaches des Volumens des Eingangsstroms beträgt. Wenn eine Expansion nicht möglich ist, erhöht sich der Druck des kompressiblen Mediums im Strömungskanal entsprechend, sodass ein komprimiertes kompressibles Medium erhalten wird. Das komprimierte kompressible Medium wird auf das oder die mit der Abtriebswelle gekoppelten Abtriebslaufräder geleitet. Die Abtriebslaufräder werden mitels des kompressiblen Mediums in eine Rotationsbewegung versetzt, sodass die Abtriebswelle eine entsprechende Rotationsbewegung ausführen kann. Mitels der Abtriebswelle ist ein Generator zur Stromerzeugung betreibbar. Wenn die Abtriebswelle in eine Rotationsbewegung versetzt wird, kann somit mitels der erfindungsgemässen Anlage Strom mitels des Generators erzeugt werden.

Eine derartige Anlage nach einem der vorgehend beschriebenen Ausführungsbeispiele findet vorzugsweise Verwendung zur Nutzung der Wärme von Abwärmeströmen, welche aufgrund der niedrigen Temperaturen, Drücke oder geringen Durchsätze bisher für die Energierückgewinnung nicht wirtschaftlich nutzbar waren. Zudem kann eine derartige Anlage an beliebigen Orten, die nicht an ein zentrales Stromnetz angeschlossen werden können, zum Einsatz kommen.

Die Anlage erzeugt keine Emissionen, insbesondere kein CO2. Die Antriebseinheit kann aus rezyklierbaren Komponenten bestehen, die insbesondere keine Bestandteile aufweisen, die Elemente aus der Gruppe der seltenen Erden enthalten, sodass für die Entsorgung einer Antriebseinheit, die ausser Betrieb genommen wird, keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden müssen.

Die Anlage kann in einem handelsüblichen Transportcontainer Platz finden, beispielsweise in einem Container von ungefähr 6 Meter (20 Fuss) Baulänge enthalten sein. Ein derartiger Container kann beispielsweise als 20 Fuss Schiffscontainer ausgebildet sein, der die nachfolgenden Abmessungen aufweist: 5,66 m x 2,07 m x 2,2 m. Flieraus ergibt sich eine benötigte Standfläche von 11,7 m² sowie eine Flöhe von 2,2 m. Das Gewicht einer derartigen Anlage beträgt maximal 10 000 kg. Der Schiffscontainer wird als Transportbehälter für eine Anlage in der See- und Binnenschifffahrt und im kombinierten Verkehr auf Strasse und Schiene eingesetzt. Sobald der Container aufgestellt ist, kann die Anlage den Betrieb zur Erzeugung von elektrischer Energie aufnehmen. Wenn vorhanden, kann die Anlage auch direkt am lokalen Stromnetz angeschlossen werden oder, je nach Bedarf, als eigenständige Stromversorgung an abgelegenen Orten eingesetzt werden. Der Container enthält die Anlage, enthaltend einen Wärmespeicher und eine oder mehrere Antriebseinheiten, sowie eine Überwachungseinheit, die auch eine Monitoringeinheit umfassen kann. Die Überwachungseinheit überwacht den Betrieb der Anlage permanent, erkennt Fehler frühzeitig und behebt diese, soweit möglich, selbstständig. Wenn eine Monitoringeinheit eingesetzt werden kann, können Wartungsarbeiten präventiv ausgeführt werden, sodass keine Betriebsunterbrechung erforderlich ist.

Eine Mehrzahl von Antriebseinheiten mit gleicher oder unterschiedlicher Produktionskapazität können modulartig miteinander gekoppelt werden, sodass eine skalierbare Anlage beliebiger Produktionskapazität erhältlich ist. Wenn beispielsweise eine Antriebseinheit eine Leistung von 1000 W liefert, können Z Anlagen im Wesentlichen Z mal 1000 kW liefern. Z kann insbesondere eine ganze Zahl von 1 bis 100 sein. Die Skalierung der Leistung kann somit im Wesentlichen verlustfrei erfolgen, abgesehen von üblichen Leitungsverlusten.

Der Container, welcher die Anlage enthält, kann somit über Wasserstrassen, Strassen oder Schienen an jeden jeweiligen Einsatzort geliefert werden, da die Abmessungen desselben dem internationalen Standard entsprechen. Die Stromproduktion kann 24 Stunden pro Tag laufen, insbesondere, wenn Wärmequellen vorgesehen sind, mittels welchen Wärmeenergie aus erneuerbaren Energiequellen gewonnen werden kann sowie entsprechende Wärmespeicher, welche der Antriebseinheit thermische Energie zur Verfügung stellen, wenn die Energiequelle temporär nicht zur Verfügung steht. Die Lebensdauer einer Anlage kann 30 Jahre betragen. Somit kann höchst effizient auf kleinstem Raum 365 Tage für 24 Stunden während einer Dauer von mindestens 30 Jahren kontinuierlich Elektrizität erzeugt, gespeichert, verbraucht oder ins lokale Netz eingespeist werden.

Die Anlage kann an beliebigen Orten aufgestellt werden, die mittels LKW, Schiff, Eisenbahn oder Helikopter erreichbar sind. Die Anlage wird am Einsatzort dem Container entnommen und kann sofort Strom produzieren. Wenn die Anlage mit Solarzellen betrieben wird, beträgt die benötigte Standfläche für das Maschinenhaus und die Solarzellen lediglich 80 m², inklusive allfälliger Zwischenräume. Zwischenräume können beispielsweise bei Verwendung von schirmförmigen Solarzellen entstehen.

Nachfolgend wird die erfindungsgemässe Antriebseinheit anhand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen

Fig. la eine schematische Darstellung einer Anlage nach einem der Ausführungsbeispiele,

Fig. lb eine Anlage enthaltend eine Mehrzahl von Antriebseinheiten,

Fig. lc ein Schema einer ersten Variante einer Anlage umfassend eine Antriebseinheit nach einem der Ausführungsbeispiele,

Fig. Id ein Schema einer zweiten Variante einer Anlage umfassend eine Antriebseinheit nach einem der Ausführungsbeispiele,

Fig. 2 einen Längsschnitt einer Antriebseinheit nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 einen Längsschnitt einer Antriebseinheit nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 4 einen Längsschnitt einer Antriebseinheit nach einem dritten Ausführungsbeispiel,

Fig. 5 einen Längsschnitt einer Antriebseinheit nach einem vierten Ausführungsbeispiel,

Fig. 6 einen Längsschnitt einer Antriebseinheit nach einem fünften Ausführungsbeispiel,

Fig. 7 einen Radialschnitt einer Antriebseinheit nach einem sechsten Ausführungsbeispiel, welche das Antriebslaufrad zeigt,

Fig. 8 einen Radialschnitt einer Antriebseinheit nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, welche das Abtriebslaufrad zeigt,

Fig. 9 einen Längsschnitt einer Antriebseinheit nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, Fig. 10a einen Radialschnitt des Strömungskanals im ersten Strömungskanalabschnitt der Antriebseinheit nach dem sechsten Ausführungsbeispiel,

Fig. 10b einen Radialschnitt des Strömungskanals mit einem Fleizelement einer Antriebseinheit nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, Fig. 10c einen Radialschnitt einer Antriebseinheit nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, welche den Mündungsbereich zeigt,

Fig. 11 eine Ansicht der Antriebselemente der Antriebseinheit nach dem sechsten Ausführungsbeispiel,

Fig. 12 eine Ansicht des Strömungskanals der Antriebseinheit nach dem sechsten Ausführungsbeispiel,

Fig. 13 ein Ausführungsbeispiel eines Wärmespeichers für eine Anlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele,

Fig. 14 ein Ausführungsbeispiel einer Wärmequelle für eine Anlage nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Fig. la zeigt eine Anlage 100 zur Erzeugung elektrischer Energie, welche in einem handelsüblichen Transportcontainer teilweise aufgenommen ist. Die Anlage 100 findet im Transportcontainer Platz und kann somit im Transportcontainer über die Strasse, auf dem Wasserweg, dem Luftweg oder mittels Schienenfahrzeugen transportiert werden. Die Anlage 100 umfasst eine Mehrzahl von Anlagenkomponenten, die in einem Maschinenhaus 15 aufgenommen sind, welches nach dem Einbau der Anlagenkomponenten für den Transport verschlossen wird. Somit bleiben die Anlagenkomponenten während des Transports im Maschinenhaus 15 vor jeglichem unbefugten Zugriff gesichert und geschützt. Nach der Inbetriebnahme der Anlage 100 am Einsatzort wird die Anlage 100 vom Produzenten derart verriegelt, das dem Nutzer oder Betreiber der Anlage 100 jeglicher Zugang zum Innenraum des Maschinenhauses 15 verwehrt ist. Der Nutzer oder Betreiber der Anlage soll nicht mit der Wartung oder Instandhaltung der Anlage 100 befasst sein. Der Produzent der Anlage 100 überwacht und wartet die Anlage kontinuierlich während ihrer gesamten Lebensdauer. Der Produzent kann den Betriebszustand jeder im Einsatz befindlichen Anlage 100 zu jedem Zeitpunkt kontrollieren, insbesondere auch über Fernwartung. Das Maschinenhaus 15 und/oder jede der Anlagenkomponenten können mit

Identifikationselementen ausgestattet sein, welche es ermöglichen, jederzeit zu prüfen, ob sämtliche Anlagenkomponenten vorhanden sind, ob es sich um die im Werk des Produzenten eingebauten Anlagenkomponenten handelt, sowie, ob die Anlagenkomponenten zu irgendeinem Zeitpunkt durch unberechtigten Eingriff verändert worden sind. Das Maschinenhaus 15 kann mit einem GPS-Sender ausgestattet sein, sodass der genaue Aufstellungsort jedes Maschinenhauses 15 jederzeit vom Produzenten überprüft werden kann. Insbesondere kann mittels des GPS-Sensors eine Rückmeldung an den Produzenten erfolgen, sobald das Maschinenhaus 15 oder eine der Anlagenkomponenten bewegt wird. Insbesondere können zumindest die wichtigsten Anlagenkomponenten mit Positionssensoren ausgestattet sein. Die Positionssensoren können die Position der betreffenden Anlagenkomponente im Maschinenhaus 15 festlegen oder die Position von zwei oder mehr Anlagenkomponenten zueinander festlegen. Durch die Verwendung der Positionssensoren kann die genaue Lage der Anlagenkomponenten im Maschinenhaus 15 mit einer Genauigkeit von weniger als 10 cm, vorzugsweise weniger als 10 mm, besonders bevorzugt in einem Bereich von maximal 5 mm bestimmt werden. Die Positionssensoren können mit Überwachungselementen gekoppelt sein, welche die Lage der Anlagenkomponenten im Maschinenhaus 15 überwachen. Sobald eine Anlagenkomponente sich daher um mehr als 10 cm, insbesondere mehr als 10 mm aus ihrer Sollposition bewegt, kann ein Alarm ausgelöst werden. Der Produzent kann unmittelbar überprüfen, ob es sich um eine autorisierte Veränderung der Position der Anlagekomponente handelt, beispielsweise zur Wartung oder Reparatur derselben, oder ob ein unberechtigter Eingriff in das Maschinenhaus 15 erfolgt ist und sofort geeignete Massnahmen treffen, um einen Schaden für Personen oder die Anlage zu verhindern.

Die Anlage weist eine Mehrzahl von Photovoltaikpaneelen 20 auf der Innenseite eines aufklappbaren Dachs 16 auf. Das Dach 16 dient dazu, das Maschinenhaus 15 verschlossen zu halten, wenn durch die Photovoltaikpaneele 20 keine Energiegewinnung möglich ist oder wenn der Innenraum des Maschinenhauses 15 witterungsbedingt oder aus Sicherheitsgründen geschlossen bleiben muss. Die Photovoltaikpaneele 20 können ein Ausführungsbeispiel für Vorrichtung zur Erzeugung von Wärme, das heisst eine Wärmequelle 13, darstellen, die im Wärmespeicher 7 gespeichert werden kann. Der Wärmespeicher 7 kann erwärmtes kompressibles Medium 11 für den Betrieb der Antriebseinheit 1 bereitstellen.

Gemäss Fig. lb kann auch eine Solarzelle 25 vorgesehen sein, um eine Wärmequelle 13 auszubilden. Gemäss Fig. 2 kann auch eine Mehrzahl von Solarzellen 25 zum Einsatz kommen. Insbesondere kann die Solarzelle 25 als ein Flachkollektor zur Erwärmung des Wärmeträgerfluids ausgebildet sein. Der Flachkollektor kann eine Doppelsteg- Hohlkammerplate umfassen. Insbesondere kann die Doppelsteg-Hohlkammerplate ein transparentes Material enthalten, beispielsweise Acrylglas oder Polycarbonat. Nach einem Ausführungsbeispiel kann der Flachkollektor, insbesondere die Doppelsteg- Hohlkammerplate, einen Absorberkörper enthalten. Der Absorberkörper kann durch eine Mehrzahl von Dellen in der Doppelsteg-Hohlkammerplatte gebildet sein. Nach einem Ausführungsbeispiel kann anstelle von Wärmeenergie elektrische Energie zum Betrieb der Startvorrichtung verwendet werden. Insbesondere kann die elektrische Energie mittels des Photovolta ikpaneels 20 bereitgestellt werden. Die elektrische Energie kann auch über Energiespeicher bis zum Gebrauch zwischengespeichert werden.

Fig. lb zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Anlage 100, wobei das Dach 16 des Maschinenhauses 15 teilweise geöffnet ist. Das offene Dach 16 enthält gemäss dieses Ausführungsbeispiels eine Mehrzahl von Photovoltaikpaneelen 20 beispielsweise zur Erzeugung von Wärmeenergie. Das Dach 16 kann für den stationären Betriebszustand der Anlage geschlossen bleiben. Gemäss eines Ausführungsbeispiels können die Photovoltaikpaneele 20 vom Dach demontiert werden und an einem anderen Ort zum Einsatz gelangen, um im Betriebszustand der Anlage zusätzliche Energie bereitzustellen, beispielweise mittels der ebenfalls dargestellten Schirmelemente.

Insbesondere kann die Anlage 100 derart verschlossen werden, dass sie nur für den Produzenten mit Zugangsberechtigung, insbesondere durch Authentifizierung beispielsweise durch Eingabe eines entsprechenden Zugangscodes, zugänglich bleibt. Hierdurch kann jegliche Manipulation durch einen Nutzer oder Betreiber und insbesondere jede Beschädigung der Anlagenkomponenten verhindert werden. Eine Verletzungsgefahr kann für den gewöhnlichen Betrieb ebenfalls ausgeschlossen werden. Wenn die Anlage 100 am Bestimmungsort zum ersten Mal in Betrieb genommen wird, erfolgt dies durch das für die Inbetriebnahme zuständige Personal des Produzenten. Sobald die Anlage 100 störungsfrei betrieben werden kann, kann das Maschinenhaus 15 versiegelt werden, sodass jeglicher ungewollter Zutritt ausgeschlossen werden kann. Insbesondere kann das Maschinenhaus 15 oder jede der Anlagenkomponenten mit RFID-Identifikationselementen ausgestatet sein. Diese Identifikationselemente können bereits bei Herstellung der Anlage 100 in jede der Anlagenkomponenten eingebaut werden.

Fig. lc zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage 100 mit einer Antriebseinheit 1 gemäss eines ersten Ausführungsbeispiels. Ein Generator 50 ist zur Erzeugung elektrischer Energie mitels einer Abtriebswelle 6 antreibbar, wobei die Abtriebswelle 6 von der Antriebseinheit 1 in eine Rotationsbewegung versetzbar ist. Die Antriebseinheit 1 ist mit einem kompressiblen Medium 10 oder einem erwärmten kompressiblen Medium 11 betreibbar.

Fig. Id zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage 100 mit einer Antriebseinheit 1 gemäss eines zweiten Ausführungsbeispiels. Die Anlage 100 enthält einen optionalen Wärmespeicher 7, einen optionalen Wärmetauscher 8 und die Antriebseinheit 1. Wie in Fig. lc ist ein Generator 50 zur Erzeugung elektrischer Energie mittels einer Abtriebswelle 6 antreibbar, wobei die Abtriebswelle 6 von der Antriebseinheit 1 in eine Rotationsbewegung versetzbar ist. Der Wärmespeicher 7 enthält ein erwärmtes Wärmeträgerfluid 19, welches dem Wärmespeicher 7 von einer Wärmequelle 13 zuführbar ist. Die Wärmequelle 13 ist zur Bereitstellung eines erwärmten Wärmeträgerfluids 19 sowie zur Auffüllung des Wärmespeichers 7 vorgesehen. Das erwärmte Wärmträgerfluid 19 wird im Wärmetauscher 8 verwendet, um ein den Wärmetauscher 8 durchströmendes kompressibles Medium 10 zu erwärmen. Der Wärmespeicher 7 ist mit einem Wärmetauscher 8 zur Erwärmung eines kompressiblen Mediums 10 mittels des erwärmten Wärmeträgerfluid 19 fluidleitend verbunden, sodass im Wärmetauscher 8 aus einem kompressiblen Medium 10 ein erwärmtes kompressibles Medium 11 erzeugbar ist. Die Antriebseinheit 1 ist mit dem kompressiblen Medium 10 oder dem erwärmten kompressiblen Medium 11 betreibbar. Das den Wärmetauscher 8 verlassende Wärmeträgerfluid 18 wird in der Wärmequelle 13, die auch als Wärmetauscher ausgebildet sein kann, erwärmt, um das erwärmte Wärmeträgerfluid 19 zu erhalten.

Zur Inbetriebnahme der Antriebseinheit 1 kann eine Startvorrichtung 12 vorgesehen sein.

Die Startvorrichtung 12 ist an die Antriebswelle 4 koppelbar. Beispielsweise kann ein Elektrostarter vorgesehen sein. Anstelle der Startvorrichtung 12 kann auch ein Verdichter vorgesehen sein, beispielsweise ein Ventilator.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Antriebseinheit 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Antriebseinheit 1 für einen Generator gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst ein Gehäuse 3, einen Strömungskanal 30 für ein kompressibles Medium, ein Antriebslaufrad 2 und ein Abtriebslaufrad 4. Der Strömungskanal 30 ist im Gehäuse 3 angeordnet. Der Strömungskanal 30 erstreckt sich vom Antriebslaufrad 2 zum Abtriebslaufrad 4. Das Antriebslaufrad 2 ist auf einer Antriebswelle 5 drehbar gelagert und das Abtriebslaufrad 4 ist auf einer Abtriebswelle 6 drehbar gelagert. Zumindest eine der Antriebswellen 5 und der Abtriebswellen 6 ist drehbar im Gehäuse 3 gelagert. Das Gehäuse 3 enthält einen Strömungskörper 35, wobei der Strömungskörper 35 zwischen dem Antriebslaufrad 2 und dem Abtriebslaufrad 4 angeordnet ist. Insbesondere kann sich der Strömungskörper 35 vom Antriebslaufrad 2 zum Abtriebslaufrad 4 erstrecken. Der Strömungskörper 35 ist insbesondere innerhalb des Strömungskanals 30 angeordnet. Der Strömungskörper 35 kann zumindest abschnittsweise eine innere Innenwand des Strömungskanals 30 ausbilden. Durch den Strömungskörper 35 wird der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 30 derart ausgestaltet, dass die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im Strömungskanal 30 verändert werden kann, insbesondere zunehmen oder abnehmen kann. Insbesondere kann sich der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 30 des kompressiblen Mediums 10, 11 in Strömungsrichtung kontinuierlich verringern, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums 10, 11 im Strömungskanal 30 erhöht. Gemäss eines Ausführungsbeispiels vergrössert sich der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 30 des kompressiblen Mediums 10, 11 in Strömungsrichtung kontinuierlich, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums 10, 11 im Strömungskanal 30 verringert. Insbesondere ist der Strömungskörper 35 derart ausgebildet, dass sich durch den Strömungskörper 35 der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 30 in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums 10, 11 kontinuierlich verringert, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums 10, 11 im Strömungskanal 30 vergrössert. Gemäss eines Ausführungsbeispiels ist der Strömungskörper 30 derart ausgebildet, dass der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 30 sich in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums 10, 11 kontinuierlich vergrössert, sodass sich die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums 10, 11 im Strömungskanal 30 verringert.

Nach dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel wird im Betriebszustand der Antriebseinheit 1 das kompressible Medium 10, 11 dem Antriebslaufrad 2 zugeführt. Das Antriebslaufrad 2 wird vom kompressiblen Medium in eine Rotationsbewegung versetzt. Insbesondere enthält das Antriebslaufrad hierzu Leitschaufeln, die in einem Winkel zur Strömungsrichtung des einströmenden kompressiblen Mediums 10, 11 angeordnet sind, der zwischen 10 Grad und 80 Grad liegen kann. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels strömt das kompressible Medium 10, 11 stromaufwärts des Antriebslaufrads 2 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 9 der Antriebseinheit 1. Mittels des Antriebslaufrads 2 kann die Antriebswelle 5 in eine Rotationsbewegung versetzt werden. Das kompressible Medium 10, 11 strömt vom Antriebslaufrad in den Strömungskanal 30. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels enthält der Strömungskanal 30 einen ersten Strömungskanalabschnitt 31 und einen zweiten Strömungskanalabschnitt 32, die sich zwischen dem Antriebslaufrad 2 und dem Abtriebslaufrad 4 erstrecken. Der zweite Strömungskanalabschnitt 32 schliesst an den ersten Strömungskanalabschnitt 31 an. Insbesondere kann das kompressible Medium 10, 11 den Strömungskanal 30 von unten nach oben durchströmen. Das heisst, gemäss dieses Ausführungsbeispiels ist der Zulauf 21 unterhalb des Ablaufs 22 angeordnet. Insbesondere kann die Längsachse 9 der Antriebseinheit 1 im Wesentlichen vertikal angeordnet sein. Die vertikale Anordnung hat den Vorteil, dass die Strömungsrichtung insbesondere eines erwärmten kompressiblen Mediums 11 von unten nach oben erfolgt. Die Antriebseinheit kann aber selbstverständlich auch bei nicht vertikaler Anordnung in gleicher Weise betrieben werden.

Der Strömungskörper 35 befindet sich gemäss Fig. 2 im ersten Strömungskanalabschnitt 31 und im zweiten Strömungskanalabschnitt 32. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Strömungskörper 35 im ersten Strömungskanalabschnitt 31 als ein Körper mit konischer Form ausgebildet. Der Strömungskörper 35 bildet jeweils die Innenwand des

Strömungskanals 30 aus. Der Strömungskanal 30 ist somit als ein Ringkanal ausgebildet, der den Strömungskörper 35 umgibt.

Gemäss des in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels nimmt der Durchmesser des Konus im ersten Strömungskanalabschnitt 31 in Strömungsrichtung ab. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels ist der Strömungskörper 35 im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 als ein Körper mit konischer Form ausgebildet. Der Durchmesser des Konus nimmt im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 in Strömungsrichtung zu. Der Strömungskanal 30 weist somit im ersten Strömungskanalabschnitt 31 einen Verlauf des Strömungsquerschnitts auf, wobei der Strömungsquerschnitt gesehen vom Zulauf 21 in Richtung des Ablaufs im ersten Strömungskanalabschnitt 31 abnimmt. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels verjüngt sich der den Konus ausbildende Strömungskörper in Richtung des zweiten Strömungskanalabschnitts 32. Im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 weist der Strömungskanal 30 einen Verlauf des Strömungsquerschnitts auf, wobei der Strömungsquerschnitt gesehen vom ersten Strömungskanalabschnitt 31 in Richtung des Ablaufs 22 im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 zunimmt.

Der Strömungskörper 35 kann eine Mehrzahl von Profilierungen 41 aufweisen, wie im Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 12 dargestellt, die an dessen äusserer Oberfläche angeordnet sind, welche die innere Innenwand des Strömungskanals 30 ausbildet. Insbesondere kann zumindest einer der als Konus ausgebildeten ersten und zweiten Strömungskanalabschnitte 31,32 des Strömungskörpers 30 Profilierungen 41 aufweisen. Die Fluidströmung wird im ersten Strömungskanalabschnitt 31 und zweiten Strömungskanalabschnitt 32 durch die Umlenkungswirkung der Leitschaufeln des Antriebslaufrads 2 in eine spiralförmige Bewegung versetzt, die durch eine Profilierung 41 verstärkt werden kann. Zusätzlich können an der äusseren Innenwand des Strömungskanals 30 ein oder mehrere Leitelemente angeordnet sein, mittels welchen die Fluidströmung derart ausgerichtet werden kann, dass zumindest in einem Teilbereich des ersten Strömungskanalabschnitts 31 oder im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 dem kompressiblen Medium ein Drall aufgeprägt werden kann. Die Anströmung des Abtriebslaufrads 4 kann im Wesentlichen verlustfrei erfolgen, wenn die Strömungsrichtung dem optimalen Anströmwinkel für die Leitschaufeln des Abtriebslaufrads 4 entspricht und daher eine optimale Anströmung der Leitschaufeln des Abtriebslaufrads 4 ermöglicht.

Durch die Verwendung eines sich in Strömungsrichtung verjüngenden Konus im ersten Strömungskanalabschnitt 31 sowie dem anschliessenden zweiten Strömungsquerschnitt 32 des Strömungskanals 30 sowie der Umlenkung der Fluidströmung bei Durchströmung des Abtriebslaufrads 4 kann das kompressible Medium 10, 11 im ersten Strömungskanalabschnitt beschleunigt werden, im zweiten Strömungskanalabschnitt eine Druckrückgewinnung erfolgen und in das Abtriebslaufrad einströmen. Das Abtriebslaufrad 4 kann Leitschaufeln enthalten, deren Ausrichtung an die Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums 10, 11 angepasst ist. Insbesondere können sich die Winkel der Leitschaufeln 53 des Antriebslaufrads 2 und der Leitschaufeln 54 des Abtriebslaufrads 4 gemäss dieses Ausführungsbeispiels unterscheiden.

Durch die Expansion des kompressiblen Mediums 10, 11 im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 sowie gegebenenfalls eine weitere Expansion im Abtriebslaufrad 4 kann eine zusätzliche Sogwirkung an der stromaufwärts des Zulaufs 21 erzeugt werden, sodass gemäss dieser Bauart kein zusätzliches Gebläse oder Verdichter für den Betrieb der Antriebseinheit 1 erforderlich ist.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Antriebseinheit 1. Für gleiche oder gleichwirkende Elemente wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Gemäss dieses Ausführungsbeispiels teilt sich der Strömungskanal 30 stromabwärts des Antriebslaufrads 2 in einen ersten Teilkanal 33 und einen zweiten Teilkanal 34. Die Mündungsstelle 37 kann insbesondere an einer Stelle des Strömungskanals gelegen sein, die sich zwischen dem Zulauf 21 und dem Ablauf 22 befindet. Wenn der Strömungskanal 30 einen ersten Strömungskanalabschnitt 31 und einen zweiten Strömungskanalabschnitt 32 umfasst, kann der zweite Teilkanal 34 insbesondere in einem Mündungsbereich 37 in den ersten Teilkanal 33 münden, in welchem sich der Übergang vom ersten Strömungskanalabschnitt 31 zum zweiten Strömungskanalabschnitt 32 befindet.

Das im zweiten Teilkanal 34 strömende kompressible Medium 10, 11 wird durch den Venturieffekt in den ersten Teilkanal 33 eingesaugt.

Das Heizelement 36 kann beispielsweise als Heizschlange oder Heizmantel ausgebildet sein, es kann aber auch ein elektrisches Heizelement ausgebildet sein. Mittels des Heizelements 36 wird insbesondere der das Heizelement 36 umströmende zweite Teilkanal 34 bzw. das in dem zweiten Teilkanal 34 strömende kompressible Medium 10 erwärmt werden, sodass ein erwärmtes kompressibles Medium 11 erhalten wird.

Das erwärmte kompressible Medium 11 vermischt sich stromabwärts des Mündungsbereichs 37 mit dem durch den ersten Teilkanal 33 strömenden kompressiblen Medium 10. Die Temperatur des durch den zweiten Strömungskanalabschnitt 32 strömenden erwärmten kompressiblen Mediums 10, 11 ist demzufolge höher als die Temperatur des kompressiblen Mediums 10, welches durch den ersten Teilkanal 33 im ersten Strömungskanalabschnitt 31 strömt. Somit erhöht sich der Druck im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 nicht nur durch die Diffusorwirkung des sich erweiternden Strömungskanals 30, sondern auch durch die höhere Temperatur des erwärmten kompressiblen Mediums.

Zusätzlich kann der Strömungskanal 30 im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 von einem Mantelelement 38 umgeben sein. Das Mantelelement 38 kann eine thermische Isolierung bereitstellen oder kann eine Heizvorrichtung enthalten, um das erwärmte kompressible Medium 11 noch weiter zu erwärmen.

Die Anordnung des oder der Heizelemente 36, 38 sowie der Verlauf der Querschnittsfläche des Strömungskanals 30 können in beliebiger Weise kombiniert werden, um für jedes kompressible Medium die optimale Strömungsgeschwindigkeit sowie den optimalen Anströmwinkel für das Abtriebslaufrad 4 zu erhalten. Die vorgängig und nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen nur exemplarische Kombinationen der möglichen Anordnung der Strömungskanäle sowie des Wärmeeintrags dar. In Abhängigkeit vom thermodynamischen Zustand des kompressiblen Mediums 10, 11 im Zulauf sowie dessen Volumenstrom kann zur Erzielung des bestmöglichen Wirkungsgrades für den Generator 50 die optimale Konfiguration von Antriebslaufrad 2, Abtriebslaufrad 4, der Querschnittsflächen der Strömungskanäle 30 sowie dem Wärmeeintrag durch ein oder mehrere Heizelemente 36 gefunden werden, indem die Merkmale der Ausführungsbeispiele kombiniert werden. Insbesondere wird durch die kontinuierlich zunehmende Querschnittsfläche des Strömungskanals 30 im zweiten Strömungskanalabschnitt wird durch den Diffusoreffekt sowie durch den Wärmeeintrag der Druck im Strömungskanal 30 erhöht, sodass die Strömungsgeschwindigkeit im Strömungskanal 30 konstant bleiben kann oder sogar zunehmen kann. Das erwärmte kompressible Medium 11, welches den Strömungskanal 30 im Bereich des Ablaufs 22 durch eine Austrittsöffnung verlässt, wird zum Antrieb des Abtriebslaufrads 4 eingesetzt.

Das Abtriebslaufrad 4 ist über eine Abtriebswelle 6 mit dem Generator 50 verbunden. Die Abtriebswelle 6 ist gemäss dieses Ausführungsbeispiels einstückig mit der Antriebswelle 5 ausgebildet, sodass das Antriebslaufrad 2 und das Abtriebslaufrad 4 miteinander gekoppelt sind. Gemäss Fig. 9 oder Fig. 11 kann die Abtriebswelle 6 über einen Koppelungsmechanismus mit der Antriebswelle gekoppelt sein. Insbesondere kann die Abtriebswelle 6 einen Generator 50 zur Erzeugung elektrischer Energie antreiben (nicht dargestellt).

In Fig. 3 ist auch ein Ausführungsbeispiel für eine Startvorrichtung 12 gezeigt. Das Antriebslaufrad 2 kann gemäss eines Ausführungsbeispiels mittels einer Startvorrichtung 12 zumindest in einer Einlaufphase in eine Rotationsbewegung versetzbar sein. Die Startvorrichtung 12 kann einen Verdichter für das kompressible Medium umfassen. Insbesondere kann stromaufwärts des Antriebslaufrads ein Verdichter 45 angeordnet sein. Der Verdichter 45 kann insbesondere einen Ventilator umfassen.

Eine Startvorrichtung, beispielweise ein Elektrostarter, kann vorgesehen sein, um eine initiale Drehbewegung der Antriebswelle 5 zu erzeugen, sodass eine Strömung des kompressiblen Mediums 10, 11 erzeugt wird und damit über das Abtriebslaufrad 2 die Drehbewegung der Abtriebswelle 6 eingeleitet werden kann.

Die Startvorrichtung kann sich automatisch ausschalten, nachdem sich die Fluidströmung stabilisiert hat, das heisst, eine kontinuierliche Drehbewegung des Antriebslaufrads 2 bzw. der Antriebswelle 5 erfolgt. Insbesondere kann während der Startphase, das heisst, insbesondere zur Erzeugung des Venturieffekts im Strömungskanal 30 (siehe Fig. 3 bis 5) das kompressible Medium 10, 11 mittels gespeicherter Wärme erhitzt werden. Somit expandiert das Volumen des erwärmten kompressiblen Mediums 11 auf ein Mehrfaches des Volumens des kompressiblen Mediums 10, wodurch das oder die Abtriebslaufräder 4 angetrieben werden und die Abtriebswelle 6 mit dem für den Betrieb des Generators benötigten Drehmoment in eine Rotationsbewegung versetzt wird.

Beispielsweise kann die mittels des Photovolta ikpaneels 20 gemäss Fig. lb erzeugte elektrische Energie als Starthilfe für die Anlaufphase der Antriebseinheit 1 oder einer Mehrzahl von Antriebseinheiten 1 verwendet werden. Beispielsweise kann die Antriebswelle 5 mit einem Elektro-Starter angetrieben werden, welcher von einer 24V Batterie gespeist wird. Somit wird innerhalb einer kurzen Zeitspanne die Antriebswelle 5 der Antriebseinheit 1 in eine Drehbewegung versetzt, sodass mittels des Antriebslaufrads 5 eine Sogwirkung für das kompressible Medium 10, 11 erzeugt werden kann. Wenn das kompressible Medium 10, 11 erhitzt wird, kann es auf ein Mehrfaches des ursprünglichen Volumens expandieren. Durch die Zunahme des Volumens und gegebenenfalls mit optimierter Auslegung des oder der Strömungskanäle 30 wird der Druck des durch die Antriebseinheit 1 strömenden kompressiblen Mediums 10, 11 erhöht, sodass die Drehbewegung des Abtriebslaufrads 6 initiiert oder erhöht werden kann, sodass über die Abtriebswelle 6 ein Generator 50 zur Erzeugung elektrischer Energie angetrieben werden kann.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt einer Antriebseinheit nach einem dritten Ausführungsbeispiel. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels befindet sich das Abtriebslaufrad 4 auf der Antriebswelle 5. Die Antriebswelle 5 erstreckt sich vom Antriebslaufrad 2 durch das Gehäuse 3 und kann das Abtriebslaufrad 4 überragen. Der Strömungskanal 30 weist gemäss dieses Ausführungsbeispiels einen sich kontinuierlich verjüngenden ersten Strömungskanalabschnitt 32, einen Mündungsbereich 37 mit einem im Wesentlichen konstanten Strömungsquerschnitt sowie einen zweiten Strömungskanalabschnitt 32 auf, in welchem der Strömungsquerschnitt zunimmt, insbesondere einen sich kontinuierlich erweiternden Strömungsquerschnitt. Durch den sich verjüngenden Strömungskanalabschnitt 32 kann die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums 10, 11 erhöht werden, bevor das kompressible Medium 10, 11 mit dem erwärmten kompressiblen Mediums 11 vermischt wird, welches vom zweiten Teilkanal 34 in die Mündungsöffnung 37 in den zweiten Strömungskanalabschnitt des Strömungskanals 30 gelangt. Im anschliessenden, sich kontinuierlich erweiternden zweiten Strömungskanalabschnitt 32 verringert sich die Strömungsgeschwindigkeit des erwärmten kompressiblen Mediums 11, wobei Wandablösungen und damit Verluste durch die Form des Strömungskanals 30 verringert werden. Die Antriebseinheit 1 enthält gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels eine Zirkulationsvorrichtung 23 für das kompressible Medium 10, 11. Die Zirkulationsvorrichtung 23 steht mit dem Strömungskanal 30 in fluidleitender Verbindung. Insbesondere kann die Zirkulationsvorrichtung 23 den Ablauf 22 mit dem Zulauf 21 für das kompressible Medium 10, 11 verbinden.

Anstelle des dargestellten ringförmigen Ablaufs 22 könnten auch eine Mehrzahl von Ablaufelementen vorgesehen sein, die beispielsweise als geschlossene Kanäle, insbesondere als Rohre ausgebildet sind. Gemäss eines nicht dargestellten Ausführungsbeispiels können der oder die Abläufe 22 in eine gemeinsame Rückleitung 24 münden. Die Rückleitung 24 kann als Rohrleitung ausgebildet sein, sie kann auch spiralförmig um den Strömungskanal 30 und gegebenenfalls die ersten und zweiten Strömungskanalabschnitte 31, 32 oder die ersten und zweiten Teilkanäle 33, 34 herum angeordnet sein. Wenn nachfolgend nur auf den Strömungskanal 30 Bezug genommen wird, soll diese Bezugnahme nur der Vereinfachung dienen, aber in keiner Weise ausgeschlossen sein, dass Ausführungsbeispiele, die mehrere Strömungskanalabschnitte 31, 32 und/oder mehrere Teilkanäle enthalten, ebenfalls eine derartige Zirkulationsvorrichtung 23 enthalten.

Die Zirkulationsvorrichtung 23 enthält somit die Rückleitung 24, sodass die Zirkulationsvorrichtung 23 mit dem Strömungskanal 30 in fluidleitender Verbindung steht. Insbesondere kann die Rückleitung 24 vom Fluidraum 52, in welchem sich das Abtriebslaufrad 4 befindet, zu einem Zulaufkanal 17, welcher sich stromaufwärts des Antriebslaufrads 2 befindet, führen. Die Rückleitung 24 kann in einem als Doppelmantel ausgebildeten Gehäuse 3 der Antriebseinheit 1 angeordnet sein. Die Rückleitung 24 erstreckt sich zumindest vom Abtriebslaufrad 4 zum Antriebslaufrad 2 bzw. vom Fluidraum 52, in welchem sich das Abtriebslaufrad 4 befindet zum Fluidraum 51, in welchem sich das Antriebslaufrad 2 befindet. Gemäss eines Ausführungsbeispiels kann die Rückleitung 24 als Ringkanal ausgebildet sein. Gemäss eines Ausführungsbeispiels kann die Rückleitung mindestens eine Rohrleitung umfassen.

Der Strömungskanal 30 erstreckt sich gemäss dieses sowie auch anderer Ausführungsbeispiele vom Zulauf 21 bis zum Ablauf 22. Das Antriebslaufrad 2 befindet sich stromaufwärts des Zulaufs 21. Das Abtriebslaufrad 4 befindet sich stromabwärts des Ablaufs 22. Das Antriebslaufrad 2 ist in einem Fluidraum 51 für das Antriebslaufrad 2 aufgenommen, in welchen die Zulaufleitung 17 und die Rückleitung 24, wenn vorhanden, einmünden kann. Der Fluidraum 51 für das Antriebslaufrad ist mit dem Zulauf 21 in den Strömungskanal 30 verbunden. Wenn eine Rückleitung 24 vorgesehen ist, kann vom Fluidraum 51 für das Antriebslaufrad oder vom Strömungskanal 30 ein Seitenkanal 46 vorgesehen sein, welcher als Auslasskanal für das nicht mehr benötigte kompressible Medium 10, 11 dient.

Die Rückleitung 24 kann um den Strömungskanal 30 herum verlaufen, beispielsweise ein doppelwandiges Gehäuse 3 ausbilden. Mittels der Rückleitung 24 gelangt das kompressible Medium 10, 11 vom Ablauf 22 zu dem oder den Zuläufen 21. Gemäss einer nicht dargestellten Variante kann der fluiddurchströmte Querschnitt der Rückleitung 24 zumindest teilweise veränderlich sein. Die Rückleitung 24 weist zumindest eine Mündungsöffnung 26 in den Strömungskanal 30 auf, welche in der Nähe der des Zulaufs 21 angeordnet ist. Insbesondere kann die Mündungsöffnung 26 stromaufwärts des Zulaufs 21 angeordnet sein. Die Mündungsöffnung 26 ist gemäss dieses Ausführungsbeispiels stromaufwärts des Antriebslaufrads 2 angeordnet. Insbesondere führt die Mündungsöffnung 26 in einen Zulaufkanal 17. Der Zulaufkanal 17 enthält gemäss dieses Ausführungsbeispiels einen Verdichter 45. Die Mündungsöffnung 26 mündet insbesondere stromabwärts des Verdichters 15 in den Zulaufkanal 17.

Die Rückleitung 24 weist eine Eintrittsöffnung 39 auf, welche stromabwärts des Abtriebslaufrads 4 angeordnet ist. Die Eintrittsöffnung 39 kann ringförmig ausgebildet sein, wenn das gesamte Gehäuse 3 als Doppelmantel ausgebildet ist, wobei die vom Doppelmantel ausgebildete Strömungskammer die Rückleitung 24 ausbildet. Die Eintrittsöffnung 39 ist insbesondere in einer Wand des Fluidraums 52 für das Abtriebslaufrad angeordnet.

Wenn eine Mehrzahl von Rückleitungen 24 vorgesehen ist, was zeichnerisch nicht dargestellt ist, strömen eine Mehrzahl von ersten Teilvolumina des kompressiblen Mediums 10, 11 in jeder der Rückleitungen 24.

Wenn der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 30 im ersten Strömungskanalabschnitt 31 abnimmt, erfolgt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums im ersten Strömungskanalabschnitt. Alternativ oder zusätzlich können im ersten Strömungskanalabschnitt 31 eine Profilierung oder ein oder mehrere Leitelemente angeordnet sein. Eine Profilierung oder ein Leitelement kann schraubenförmig oder spiralförmig ausgebildet sein und dazu dienen, die Strömung des kompressiblen Mediums umzulenken, um einen Drall zu erzeugen, was in Zusammenhang mit dem sechsten Ausführungsbeispiel in Fig. 7 bis Fig. 12 beschrieben werden soll. Gemäss dieses Ausführungsbeispiels umfasst die Antriebswelle 5 ein im Wesentlichen konisches Ende, welches eine Spitze ausbildet. Die Spitze kann bei vertikaler Anordnung der Antriebswelle 5 auf einer Bodenplatte des Gehäuses 3 aufliegen, in welcher Eintrittsöffnungen für das kompressible Medium 10, 11 vorgesehen sind, welches vom Zulaufkanal 17 in das Antriebslaufrad 2 strömt.

Fig. 5 zeigt einen Längsschnitt einer Antriebseinheit 1 nach einem vierten Ausführungsbeispiel. Für gleiche oder gleichwirkende Elemente wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Für die Beschreibung der mit den mit der Strömung des kompressiblen Mediums in Zusammenhang stehenden Merkmale kann auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 3 oder Fig. 4 verwiesen werden. Das Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 5 unterscheidet sich insbesondere von den vorhergehenden Ausführungsbeispielen dadurch, dass die Antriebswelle 5 und die Abtriebswelle 6 keine mechanische Verbindung zueinander aufweisen. Die Antriebswelle 5 und die Abtriebswelle 6 sind nicht über einen Koppelungsmechanismus gekoppelt. Somit sind die Antriebswelle 5 und die Abtriebswelle 6 mechanisch entkoppelt. Die Antriebswelle 5, welche das Antriebslaufrad 2 trägt und daher in der vorliegenden Darstellung unsichtbar ist, ist im Gehäuse 3 drehbar gelagert. Das Gehäuse 3 enthält den Strömungskörper 35, der eine Sackbohrung aufweisen kann, in welcher die Antriebswelle 5 aufgenommen ist. Das gegenüberliegende Ende der Antriebswelle kann drehbar in einer Flalterung für eine Startvorrichtung 12 aufgenommen sein. Die Startvorrichtung 12 kann als eine Antriebsvorrichtung für die Antriebswelle ausgebildet sein, welche geeignet ist, die Antriebswelle 5 und das mit der Antriebswelle 5 drehfest verbundene Antriebslaufrad 2 anzutreiben.

Mittels des Antriebslaufrads 2 wird zumindest in einer Startphase eine Strömung des kompressiblen Mediums 10, 11 erzeugt, welches stromabwärts des Antriebslaufrads 2 im Zulauf 21 in den Strömungskanal 30 eintritt. Wie bereits in Fig. 3 oder Fig. 4 gezeigt, umfasst der Strömungskanal 30 einen ersten Strömungskanalabschnitt 31 und einen zweiten Strömungskanalabschnitt 32. Im ersten Strömungskanalabschnitt 31 strömt das kompressible Medium durch einen ersten Teilkanal 33 und einen zweiten Teilkanal 34, die nebeneinander angeordnet sind. Wie in Fig. 3 oder Fig. 4 gezeigt ist, ist der zweite Teilkanal 34 mittels eines Fleizelements 36 beheizbar. Auch der Verlauf des Strömungsquerschnitts im ersten Teilkanal 34 und im zweiten Strömungskanalabschnitt kann wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen gewählt werden, um das Ansaugen des erwärmten kompressiblen Mediums aus dem zweiten Teilkanal 34 im Mündungsbereich 37 zu verbessern. Durch Nutzung des Venturieffekts sowie der thermischen Energie des im zweiten Teilkanal 34 erwärmten kompressiblen Mediums 11 kann die Strömungsgeschwindigkeit des erwärmten kompressiblen Mediums 11 im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 weiter erhöht werden. Zudem kann mittels eines Mantelelements 38, welches eine Isolation des zweiten Strömungskanalabschnitts 32 bewirkt oder ein zusätzliches Heizelement enthalten kann, sichergestellt, dass die grösstmögliche Strömungsgeschwindigkeit am Ablauf 22 für den Eintritt in das Abtriebslaufrad 4 bereitgestellt werden kann.

Das Abtriebslaufrad 4 ist drehfest mit der Abtriebswelle 6 verbunden. Die Abtriebswelle 6 wird somit vom Abtriebslaufrad 4 angetrieben, wenn es vom erwärmten kompressiblen Medium durchströmt wird. Die Abtriebswelle 6 kann wiederum in einer Sackbohrung des Gehäuses 3, insbesondere des zum Gehäuse 3 gehörigen ortsfesten Strömungskörpers 35 drehbar gelagert sein. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann eine Lagerstelle im Austrittskanal 47 vorgesehen sein, die zeichnerisch nicht dargestellt ist. Die Abtriebswelle 6 kann zum Antrieb eines Generators verwendet werden, wobei der Generator in der vorliegenden Darstellung ebenfalls weggelassen wird, weil jeder handelsübliche Generator zum Einsatz kommen kann.

Fig. 6 zeigt einen Längsschnitt einer Antriebseinheit 1 nach einem fünften Ausführungsbeispiel, welches sich vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel dahingehend unterscheidet, dass der zweite Teilkanal 34 entfällt. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 2 ist ein Heizelement 36 für das durch den ersten Strömungskanalabschnitt 31 strömende kompressible Medium 10 vorgesehen. Gemäss dieses Ausführungsbeispiels wird somit das im ersten Strömungskanalabschnitt 31 des Strömungskanals 30 fliessende kompressible Medium 10 zu einem erwärmten kompressiblen Medium 11 erwärmt. Der zweite Strömungskanalabschnitt 32 ist vorteilhafterweise wiederum von einem Mantelelement 38 zu Isolierungszwecken oder zur Temperierung umgeben. Auch für dieses Ausführungsbeispiel wird die Kombination des Venturieffekts mit einer Erwärmung des kompressiblen Mediums genutzt, um die optimale Strömungsgeschwindigkeit am Ablauf 22 zum Eintritt in das Abtriebslaufrad 4 zu erhalten. In Abwandlung der Darstellung kann das Mantelelement 38 um das gesamte Gehäuse 3 angeordnet sein, insbesondere den ersten Strömungskanalabschnitt 31 sowie das Heizelement 36 umgeben, sodass insbesondere keine Wärme vom Heizelement 36 in die Umgebung gelangen kann.

Fig. 7 zeigt einen Radialschnitt einer Antriebseinheit 1 nach einem sechsten Ausführungsbeispiel, welche ein Ausführungsbeispiel für das Antriebslaufrad 2 zeigt. Wie in Fig. 9 gezeigt ist, enthält dieses Ausführungsbeispiel eine Zirkulationsvorrichtung 23, wie in Fig. 4 beschreiben. In Fig. 7 ist auch eine Mehrzahl von Austrittsöffnungen eines Seitenkanals 46 gezeigt, der vom Fluidraum 51 für das Antriebslaufrad oder vom Strömungskanal 30 (siehe Fig. 4 oder Fig. 9) nach aussen führt, welcher als Auslasskanal für das nicht mehr benötigte kompressible Medium 10, 11 dient.

Das Antriebslaufrad 2 enthält eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Leitschaufeln 53. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels weisen die Leitschaufeln 53 einen Neigungswinkel von 30 bis 60 Grad in Bezug auf die Längsachse 9 auf. Ein im Wesentlichen in axialer Richtung, insbesondere parallel zur Längsachse 9, einströmendes kompressibles Medium 10 wird eine Radialkomponente für die Strömung aufgeprägt, sodass eine spiralförmige Strömung entsteht.

Fig. 8 zeigt einen Radialschnitt einer Antriebseinheit 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, welche das Abtriebslaufrad 4 zeigt. Das Abtriebslaufrad 4 enthält eine Mehrzahl von ringförmig angeordneten Leitschaufeln 54. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels weisen die Leitschaufeln 54 einen Neigungswinkel von 30 bis 60 Grad in Bezug auf die Längsachse 9 auf (normal zur Zeichnungsebene). Das einströmendes erwärmte kompressible Medium 10 weist eine Rad ialkom ponente für die Strömung auf, was in Zusammenhang mit Fig. 9 und Fig. 12 deutlicher wird, sodass die Leitschaufeln 54 des Abtriebslaufrads 4 im Wesentlichen normal zur Strömungsrichtung angeströmt werden können, wodurch die angeströmte Oberfläche der Leitschaufeln 54 optimal genutzt werden kann.

Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt einer Antriebseinheit 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel. Für gleiche oder gleichwirkende Elemente wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen werden dieselben Bezugszeichen verwendet. Für die Beschreibung der mit den mit der Strömung des kompressiblen Mediums in Zusammenhang stehenden Merkmale kann insbesondere auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels gemäss Fig. 4 verwiesen werden. Gemäss des vorliegenden Ausführungsbeispiels weist der Strömungskanal 30 eine Profilierung 41 auf, die schraubenförmig oder spiralförmig ausgebildet ist. In Fig. 9 sowie in Fig. 12 ist die Profilierung für den ersten Teilkanal 33 sowie den zweiten Strömungskanalabschnitt 32 vorgesehen. Durch die Profilierung 41 können eine Mehrzahl von Fluidleitungen 42 ausgebildet werden. Wenn eine Mehrzahl von Fluidleitungen 42 vorgesehen ist, strömt je ein Teilvolumen des durch den ersten Teilkanal 33 strömenden kompressiblen Mediums 10, 11 in jeder der Fluidleitungen 42. Der erste Teilkanal 33 umfasst gemäss dieses Ausführungsbeispiels somit eine Mehrzahl von Fluidleitungen 42.

Wenn der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 30 im ersten Strömungskanalabschnitt 31 abnimmt, erfolgt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums 10, 11 in jeder der Fluidleitungen. Zudem strömt das kompressible Medium 10, 11 unter Ausbildung eines Dralls durch den Strömungskanal 30 in Richtung des zweiten Strömungskanalabschnitts 32. Durch die Spiralform der Fluidleitungen 42 wird dem kompressiblen Medium in den Fluidleitungen 42 zwangsweise ein Drall aufgeprägt. Durch die Profilierungen 41 enthält der Vektor, welcher die Strömungsgeschwindigkeit des kompressiblen Mediums 10, 11 veranschaulicht, eine Axialkom ponente und eine Rad ialkom ponente der Strömungsgeschwindigkeit, sodass ein Drall entsteht. Dieser Drall wird durch das radial durch die Mündungsöffnung 37 vom zweiten Teilkanal 34 einströmende erwärmte kompressible Medium 10, 11 noch verstärkt. Zudem verringert sich die Querschnittsfläche jeder Fluidleitung 42 zunehmend bis zum Mündungsbereich 37, in welchem der zweite Teilkanal 34 in die Fluidleitungen 42 einmündet, was in der Schnittdarstellung gemäss Fig. 10c gezeigt ist.

Alternativ können im ersten Strömungskanalabschnitt 31 ein oder mehrere Leitelemente angeordnet sein. Ein derartiges Leitelement kann schraubenförmig oder spiralförmig ausgebildet sein und dazu dienen, die Strömung des kompressiblen Mediums umzulenken, um einen Drall zu erzeugen.

Wenn eine Drallströmung durch Profilierungen oder Leitelemente im Strömungskanal 30 erzeugt wird, kann der Anströmwinkel des auf die Leitschaufeln des Abtriebslaufrads 4 auftreffenden kompressiblen Mediums 10, 11 optimiert werden, sodass eine nahezu verlustfreie Anströmung der Leitschaufeln 54 des Abtriebslaufrads 4 erfolgen kann.

Insbesondere kann das erwärmte kompressible Medium durch den Drall im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 das Abtriebslaufrad 4 in einem optimalen Anströmwinkel anströmen, wenn sich die Fluidleitungen 42 vom ersten Strömungskanalabschnitt 31 in den zweiten Strömungskanalabschnitt 32 fortsetzen. Insbesondere weisen die Fluidleitungen 42 im zweiten Strömungskanalabschnitt 32 ebenfalls eine Spiralform auf. Die Sogwirkung kann noch verstärkt werden, wenn der Strömungskanal 30 beheizt wird oder dem Strömungskanal 30 ein erwärmtes kompressibles Medium 11 zugeführt wird, insbesondere wie bereits in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäss Fig. 4 beschrieben wurde. Zusätzlich kann im Strömungskörper 35 ein Heizelement vorgesehen sein, was zeichnerisch nicht dargestellt ist.

Fig. 10a zeigt einen Radialschnitt einer Antriebseinheit 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, welche den Strömungskanal 30 im ersten Strömungskanalabschnitt 31 zeigt. Die Schnittebene ist in Fig. 9 mit A-A bezeichnet. Gemäss dieses Ausführungsbeispiels besteht der Strömungskanal 30 im ersten Strömungskanalabschnitt 32 aus dem ersten Teilkanal 33 und dem zweiten Teilkanal 34. Der erste Teilkanal 33 enthält eine Mehrzahl von Fluidleitungen 42, in der vorliegenden Darstellung sind exemplarisch 8 Fluidleitungen 42 gezeigt. Der zweite Teilkanal 34 ist ringförmig und umgibt den ersten Teilkanal 33. Zudem ist auch die Rückleitung 24 der Zirkulationsvorrichtung 23 gezeigt. Die Rückleitung 24 ist gemäss dieses Ausführungsbeispiels ringförmig.

Fig. 10b zeigt einen Radialschnitt einer Antriebseinheit 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, welche den Strömungskanal 30 mit dem Heizelement 36 zeigt. Die Schnittebene ist in Fig. 9 mit B-B bezeichnet. Gemäss dieses Ausführungsbeispiels besteht der Strömungskanal 30 im ersten Strömungskanalabschnitt 32 aus dem ersten Teilkanal 33 und dem zweiten Teilkanal 34. Der erste Teilkanal 33 enthält eine Mehrzahl von Fluidleitungen 42, in der vorliegenden Darstellung sind exemplarisch 8 Fluidleitungen 42 gezeigt. Im Vergleich zur Darstellung gemäss Fig. 10a, ist der Strömungsquerschnitt der Fluidleitungen 42 bereits auf weniger als die Hälfte des Strömungsquerschnitts gemäss Fig. 10a verringert. Der zweite Teilkanal 34 ist ringförmig und umgibt den ersten Teilkanal 33. Zudem ist auch die Rückleitung 24 der Zirkulationsvorrichtung 23 gezeigt. Die Rückleitung 24 ist gemäss dieses Ausführungsbeispiels ringförmig. Das Heizelement 36 ist zwischen dem ersten Teilkanal 33 und dem zweiten Teilkanal 34 angeordnet. Das Heizelement 36 ist ebenfalls ringförmig um den ersten Teilkanal 33 angeordnet.

Fig. 10c zeigt einen Radialschnitt einer Antriebseinheit 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel, welche den Mündungsbereich 37 zeigt. Die Schnittebene ist in Fig. 9 mit C-C bezeichnet. Die ersten und zweiten Teilkanäle 33, 34 münden im Mündungsbereich 37 in einen gemeinsamen Strömungskanal 30, der im zweiten Strömungskanalabschnitt ebenfalls spiralförmig verläuft und dessen Querschnitt an der in Fig. 10c gezeigten Stelle minimal ist.

Fig. 11 zeigt eine Ansicht der Anordnung von Antriebselementen der Antriebseinheit 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel. Eine Startvorrichtung 12 befindet sich im nicht dargestellten Zulaufkanal 17. Die Startvorrichtung 12 umfasst einen Verdichter, insbesondere einen Ventilator sowie einen zugehörigen Antriebsmotor. Das Antriebslaufrad 2 ist mit der Antriebswelle 5 drehfest verbunden. Das Abtriebslaufrad 4 ist mit der Abtriebswelle 6 drehfest verbunden. Die Antriebswelle 5 und die Abtriebswelle 6 sind gemäss dieses Ausführungsbeispiels mit einer Verbindungsstange 55 verbunden, aber relativ zueinander drehbar. Die Verbindungsstange 55 ist primär dazu vorgesehen, den Abstand zwischen dem Antriebslaufrad 2 und dem Abtriebslaufrad 4 festzulegen. Die Drehbewegung des Antriebslaufrads 2 erfolgt unabhängig von der Drehbewegung des Abtriebslaufrads 4. Insbesondere kann das Abtriebslaufrad 4 im Betriebszustand eine höhere Drehzahl aufweisen als das Antriebslaufrad 2.

Fig. 12 zeigt eine Ansicht des Strömungskanals 30 der Antriebseinheit 1 nach dem sechsten Ausführungsbeispiel. Fig. 12 zeigt den Verlauf des Strömungskanals 30 vom Zulauf 21 bis zum Ablauf 22, das heisst den ersten Strömungskanalabschnitt 31 und den zweiten Strömungskanalabschnitt 32. Im ersten Strömungskanalabschnitt 31 ist allerdings nur der erste Teilkanal 33 dargestellt, der zweite Teilkanal 34 ist in dieser Darstellung weggelassen, er könnte gemäss des in Fig. 2 oder Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiels auch entfallen. Der Strömungskanal 30 enthält eine Mehrzahl von Fluidleitungen 42. Wie in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen sind die Fluidleitungen 42 als geschlossene Kanäle des Strömungskörpers 35 ausgebildet, die spiralförmig angeordnet sind.

Der Strömungskörper 35 muss nicht notwendigerweise monolithisch aufgebaut sein, wie in Fig. 9 gezeigt ist, ist der erste Strömungskanalabschnitt 31 Bestandteil eines ersten Teilkörpers des Strömungskörpers 35 und der zweite Strömungskanalabschnitt 32 Bestandteil eines zweiten Teilkörpers des Strömungskörpers 35. Der Strömungskörper 35 ist im Bereich des Zulaufs 21 auf einem Plattenelement 57 befestigt, welches den Fluidraum 51 des Antriebslaufrads begrenzt. Das Plattenelement 57 weist entsprechende Öffnungen zum Durchtritt des kompressiblen Mediums 10, 11 auf. Der Fluidraum 51 des Antriebslaufrads 2 wird durch ein Antriebslaufradgehäuse 56 begrenzt. Das Antriebslaufradgehäuse 56 enthält ein Grundelement, welches ebenfalls Öffnungen zum Durchtritt des kompressiblen Mediums 10, 11 aufweist. Zwischen dem Grundelement und dem Plattenelement 47 erstreckt sich ein Mantelelement 58, in welchem die Mündungsöffnungen 25 der Zirkulationsvorrichtung 23 und/oder der oder die Seitenkanäle 46 für das nicht mehr benötigte kompressible Medium angeordnet sind, siehe hierzu Fig. 8 und Fig. 9.

Fig. 13 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wärmespeichers 7 und eines Wärmetauschers 8 für eine Anlage 100 nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Der Wärmetauscher 8 zur Erwärmung eines kompressiblen Mediums 10 wird vom erwärmten Wärmeträgerfluid 19 gespeist, welches in den Rohren des als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauschers 8 zirkuliert, sodass ein erwärmtes kompressibles Medium 11 erzeugbar ist. Gemäss dem vorliegenden Ausführungsbeispiel strömt das erwärmte Wärmeträgerfluid 19 innerhalb der Rohre. Das Wärmeträgerfluid 19 wird im Wärmespeicher 7 bereitgestellt. Der Wärmespeicher 7 kann von einer nicht dargestellten Wärmequelle 13 aus der Gruppe bestehend aus einer Solarzelle, einem Photovoltaikpaneel, einer Verbrennungskraftmaschine, einer Brennstoffzelle, eines Brennerelements für einen fossilen Brennstoff gespeist werden.

Fig. 14 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Wärmespeichers 7 für eine Anlage 100 nach einem der vorhergehenden Ausführungsbeispiele. Dieser Wärmespeicher 7 ist gemäss Fig. 14 als eine Brennstoffzelle 27 ausgebildet. Die Brennstoffzelle 27 enthält eine Mehrzahl von Reaktionseinheiten 28 sowie je einen Vorratsbehälter 29 für Sauerstoff und Wasserstoff.

Jedes der beschriebenen Merkmale kann in jeder der Varianten oder Ausführungsbeispiele zum Einsatz kommen. Die Varianten oder Ausführungsbeispiele gemäss Fig. 2 bis Fig. 12 sind daher beliebig kombinierbar.

Gemäss jedes der vorhergehenden Ausführungsbeispiele kann die Anlage 100 eine Überwachungseinheit umfassen. Mittels der Überwachungseinheit können Betriebsparameter, die mittels Sensoren erfasst werden, ermittelt und überwacht werden. Die Überwachungseinheit kann eine Regelungseinheit umfassen, mittels welcher Temperaturen und Drücke des kompressiblen Mediums, Drehzahlen der Antriebswelle oder der Abtriebswelle, Betriebszeiten der Anlage in Bezug auf voreingestellte oder vorgegebene Sollwerte geregelt werden können.

Gemäss jedes der Ausführungsbeispiele kann eine Mehrzahl von Antriebslaufrädern oder Abtriebslaufrädern vorgesehen sein, die auf der Antriebwelle oder der Abtriebswelle hintereinander angeordnet sein können, um Anströmverluste weiter zu verringern.

Für den Fachmann ist offensichtlich, dass viele weitere Modifikationen zusätzlich zu den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne vom erfinderischen Konzept abzuweichen. Der Gegenstand der Erfindung wird somit durch die vorangehende Beschreibung nicht eingeschränkt und ist durch den Schutzbereich bestimmt, der durch die Ansprüche festgelegt ist. Für die Interpretation der Ansprüche oder der Beschreibung ist die breitest mögliche Lesart der Ansprüche massgeblich. Insbesondere sollen die Begriffe „enthalten" oder „beinhalten" derart interpretiert werden, dass sie sich auf Elemente, Komponenten oder Schritte in einer nicht-ausschliesslichen Bedeutung beziehen, wodurch angedeutet werden soll, dass die Elemente, Komponenten oder Schritte vorhanden sein können oder genutzt werden können, dass sie mit anderen Elementen, Komponenten oder Schritten kombiniert werden können, die nicht explizit erwähnt sind. Wenn die Ansprüche sich auf ein Element oder eine Komponente aus einer Gruppe beziehen, die aus A, B, C bis N Elementen oder Komponenten bestehen kann, soll diese Formulierung derart interpretiert werden, dass nur ein einziges Element dieser Gruppe erforderlich ist, und nicht eine Kombination von A und N, B und N oder irgendeiner anderen Kombination von zwei oder mehr Elementen oder Komponenten dieser Gruppe.

Claims

Ansprüche

1. Antriebseinheit (1) für einen Generator, wobei die Antriebseinheit ein Gehäuse (3), einen Strömungskanal (30) für ein kompressibles Medium (10, 11), ein Antriebslaufrad (2) und ein Abtriebslaufrad (4) umfasst, wobei der Strömungskanal (30) im Gehäuse (3) angeordnet ist, wobei sich der Strömungskanal (30) vom Antriebslaufrad (2) zum Abtriebslaufrad (4) erstreckt, wobei das Antriebslaufrad (2) auf einer Antriebswelle (5) drehbar gelagert ist und das Abtriebslaufrad (4) auf einer Abtriebswelle (5) drehbar gelagert ist, wobei zumindest eine der die Antriebswellen (5) oder Abtriebswellen (6) drehbar im Gehäuse (3) gelagert ist, wobei das Gehäuse (3) einen Strömungskörper (35) enthält, wobei der Strömungskörper (35) zwischen dem Antriebslaufrad (2) und dem Abtriebslaufrad (4) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskörper (35) derart ausgebildet ist, dass sich durch den Strömungskörper (35) der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals (30) in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums (10, 11) kontinuierlich verringert.

2. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 1, wobei der Strömungskörper (35) derart ausgebildet ist, dass sich durch den Strömungskörper (35) der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals (30) in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums (10, 11) kontinuierlich verringert.

3. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Strömungskörper (35) derart ausgebildet ist, dass der Strömungsquerschnitt des Strömungskanals (30) sich in Strömungsrichtung des kompressiblen Mediums (10, 11) kontinuierlich erweitert.

4. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich der Strömungskanal (30) stromabwärts des Antriebslaufrads (2) in einen ersten Teilkanal (33) und einen zweiten Teilkanal (34) teilt.

5. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 4, wobei zwischen dem ersten und dem zweiten Teilkanal (33, 34) ein Heizelement (36) angeordnet ist.

6. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 5, wobei der zweite Teilkanal (34) in einem Mündungsbereich (37) in den ersten Teilkanal mündet, an welchem der Strömungskanal (30) den kleinsten Strömungsquerschnitt aufweist.

7. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abtriebslaufrad (4) mit der Abtriebswelle (5) zum Betrieb eines Generators koppelbar ist.

8. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Antriebslaufrad (2) mittels einer Startvorrichtung (12) zumindest in einer Einlaufphase in eine Rotationsbewegung versetzbar ist.

9. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromaufwärts des Antriebslaufrads (2) ein Verdichter (45) angeordnet ist.

10. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Zirkulationsvorrichtung (2) für das kompressible Medium (10, 11) zur Rückführung in den Strömungskanal (30) vorgesehen ist.

11. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 10, wobei die Zirkulationsvorrichtung (2) eine Rückleitung (24) enthält.

12. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 11, wobei die Rückleitung (24) sich vom Abtriebslaufrad (4) zum Antriebslaufrad (2) erstreckt.

13. Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der

Strömungskörper (35) eine Profilierung (41) aufweist oder der Strömungskanal (30) mindestens ein Leitelement enthält.

14. Antriebseinheit (1) nach Anspruch 13, wobei die Profilierung (41) eine Mehrzahl von spiralförmigen Fluidkanälen (42) umfasst.

15. Anlage (100) zur Erzeugung elektrischer Energie enthaltend eine Antriebseinheit (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.