Beschreibung

Einleitung

[01 ] Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Kraftwerk gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftwerks gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 10.

[02] Das Kraftwerk umfasst mindestens einen Fluidspeicher, mindestens einen

Dampferzeuger, mindestens einen auf einer Rotorwelle rotierbar gelagerten Rotor sowie mindestens einen Generator. Der Dampferzeuger und der Fluidspeicher sind derart miteinander verbunden, dass dem Dampferzeuger mittels einer Fluidleitung ausgehend von dem Fluidspeicher ein Fluid, insbesondere Wasser, zuleitbar ist. Der Dampferzeuger kann insbesondere eine Brenneinrichtung umfassen, mittels der ein Brennstoff verbrennbar ist.

Der Brennstoff kann insbesondere von aus nachwachsenden Rohstoffen gepressten Pellets gebildet sein. Letztere können beispielsweise aus gepresster Trockensubstanz bestehen, die mittels Trocknung aus landwirtschaftlicher Gülle gewonnen wird.

[03] Mittels der Verbrennung des jeweiligen Brennstoffs freigesetzte thermische Energie kann mittels einer Wärmetauschervorrichtung auf das Fluid übertragen werden, sodass das Fluid mittels des Dampferzeugers zu einem Fluiddampf verdampfbar ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Wärmetauschervorrichtung von einer Wasserschlange gebildet ist, die sich spiralförmig innerhalb einer Brennkammer des Dampferzeugers erstreckt. Das Fluid wird entlang der Wasserschlange geführt, wobei es aufsteigend entlang der Wasserschlange strömt. Mittels zunehmenden Eintrags von Wärmeenergie in das Fluid wird dieses zunächst in seinen gasförmigen Aggregatzustand überführt, sodass der Fluiddampf vorliegt. Der Dampferzeuger kann darüber hinaus so genutzt werden, dass der Fluiddampf überhitzt wird, sodass die Wärmetauschervorrichtung gewissermaßen auch als Überhitzer wirkt. Der erzeugte Wasserdampf ist schließlich mittels einer Dampfleitung, die an den Dampferzeuger angeschlossen ist, in Richtung des Rotors leitbar.

[04] Die Rotorwelle des rotierbar gelagerten Rotors befindet sich in einer Wirkverbindung mit dem Generator, sodass mittels Betriebs des Rotors, insbesondere mittels eines

Drehantriebs desselben, der Generator antreibbar und auf diese Weise elektrischer Strom erzeugbar ist. Insbesondere ist es denkbar, Gleichstrom zu erzeugen, der sodann mittels eines Wechselrichters in Wechselstrom umwandelbar ist. Diese Vorgehensweise erleichtert insbesondere die Bereitstellung von Wechselstrom in einer jeweils gewünschten Netzfrequenz.

Stand der Technik

[05] Kraftwerke der eingangs beschriebenen Art sind im Stand der Technik bereits bekannt. Beispielhaft wird auf die Europäische Patentschrift EP 1 030 960 B1 verwiesen. Diese befasst sich mit der Problematik, ein Kraftwerk mit einer schnellen Leistungsregelung auszustatten, sodass die Möglichkeit besteht, die Leistung des Kraftwerks kurzfristig anzuheben. Auf diese Weise soll die Möglichkeit geschaffen werden, einen plötzlichen Bedarf an elektrischer Energie abdecken zu können. Dies ist mittels konventioneller

Kraftwerke typischerweise nur schwerlich möglich, da der Betrieb einer gewissen Trägheit unterliegt, wobei im Moment der Anforderung einer höheren Leistung zunächst die

Brennstoffzufuhr erhöht werden muss. Die infolge des vermehrt geführten Brennstoffs im größeren Umfang freigesetzte thermische Energie muss zunächst über das jeweilige Fluid, das typischerweise von Wasser gebildet ist, zu einer zugehörigen Turbine transportiert, dort in Rotationsenergie und schließlich in elektrische Energie umgewandelt werden. Dieser Vorgang kann einen Zeitraum in der Größenordnung weniger Minuten in Anspruch nehmen, sodass eine kurzfristige Leistungserhöhung innerhalb weniger Sekunden besondere

Maßnahmen erfordert.

[06] Diese sind gemäß dem Stand der Technik darin zu sehen, im Bereich des

Dampferzeugers in den bereits erzeugten Fluiddampf Wasser einzuspritzen. Dies führt dazu, dass kurzfristig ein zusätzlicher Dampfstrom bereitgestellt wird, da das eingespritzte Wasser bei Kontakt mit dem Fluiddampf unmittelbar verdampft und auf diese Weise besagten zusätzlichen Dampfstrom erzeugt. Gleichzeitig bewirkt die Einspritzung des Wassers eine Absenkung der Temperatur des Fluiddampfs, wodurch eine Temperaturdifferenz zwischen dem Fluiddampf und einer Überhitzerfläche des Überhitzers ansteigt. Dies führt dazu, dass kurzfristig in Wärmeübertragungsflächen des Überhitzers gespeicherte Wärmeenergie auf den Fluiddampf übertragen werden kann, wodurch im Ergebnis die Leistung des Kraftwerks kurzfristig anhebbar ist. Um den Effekt nachhaltig zu gestalten, wird zudem die Zufuhr des Brennstoffs erhöht, sodass langfristig ein erhöhter Dampfstrom und mithin eine erhöhte elektrische Leistung des Generators sichergestellt werden können.

[07] Das bekannte Kraftwerk ist insoweit als nachteilig anzusehen, als es vergleichsweise aufwendig und komplex gebaut ist. Aufgabe

[08] Der vorliegenden Anmeldung liegt mithin die Aufgabe zugrunde, ein Kraftwerk bereitzustellen, dessen Aufbau gegenüber dem Stand der Technik vereinfacht ist.

Lösung

[09] Die zugrunde liegende Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels eines Kraftwerks mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 2 bis 9.

[10] Das erfindungsgemäße Kraftwerk umfasst eine Einspritzeinrichtung, die eine Einspritzkammer sowie eine mit der Einspritzkammer verbundene Einspritzleitung aufweist. Die Einspritzkammer ist strömungstechnisch mit der Dampfleitung verbunden, sodass der Fluiddampf der Einspritzkammer zuleitbar ist. Die Einspritzleitung dient dazu, der

Einspritzkammer ein Einspritzfluid zuzuleiten, sodass letzteres in den der Einspritzkammer gleichermaßen zugeleiteten Fluiddampf einspritzbar ist. Die Einspritzkammer ist wiederum strömungstechnisch mit dem Rotor verbunden, sodass ein infolge der Einspritzung des Einspritzfluids in den Fluiddampf erzeugtes Dampf-Fluid-Gemisch dem Rotor zuleitbar ist. Insbesondere ist eine Zuleitung von Fluiddampf zu dem Rotor ausschließlich durch die Einspritzkammer hindurch möglich. Die Einspritzkammer kann insbesondere stromabwärts des Dampferzeugers sowie stromaufwärts des Rotors angeordnet sein. Insbesondere kann die Einspritzkammer dem Dampferzeuger und insbesondere - in Strömungsrichtung des Fluids bzw. des Fluiddampfs betrachtet - nach einem (letzten) Verdampfer oder einem (letzten) Überhitzer des (letzten) Dampferzeugers angeordnet sein.

[1 1 ] Vorzugsweise befindet sich die Einspritzkammer strömungstechnisch unmittelbar vor dem Rotor. Hierbei kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn eine Leitungslänge zwischen Einspritzkammer und dem Rotor maximal 1 ,0 m, vorzugsweise maximal 0,8 m, weiter vorzugsweise 0,5 m, beträgt.

[12] Das erfindungsgemäße Kraftwerk hat viele Vorteile. Insbesondere ist es dazu geeignet, die Einspritzung eines Einspritzfluids nicht lediglich zur kurzfristigen Steigerung einer Leistung des Kraftwerks, sondern dauerhaft vorzunehmen und auf diese Weise die Leistung des Kraftwerks dauerhaft zu erhöhen. Dem liegt die Überlegung zugrunde, dass mittels der Einspritzung des Einspritzfluids in den Fluiddampf zum einen das

Gesamtvolumen des Fluiddampfs erhöhbar ist, da das Einspritzfluid bei Kontakt mit dem (heißen) Fluiddampf schlagartig verdampft. Insbesondere kann der Fluiddampf eine

Temperatur von bis zu 600°C, vorzugsweise 500°C bis 550°C, aufweisen. Das Einspritzfluid kann insbesondere eine Temperatur von bis zu 90°C aufweisen. Zum anderen wird der Fluiddampf mit Wasser angereichert, das nicht direkt verdampft. Hierdurch wird im Ergebnis ein Dampf-Fluid-Gemisch erzeugt, das auch als„Direkt-Nass-Stattdampf“ bezeichnet werden kann. Dieses Dampf-Fluid-Gemisch wird mit einem großen Massenstrom, der insbesondere durch das Einspritzfluid bedingt ist, sowie mit einem relativ niedrigen Druck dem Rotor zugeleitet. Der Druck kann insbesondere im Bereich bis maximal 10 bar liegen, sodass auf einen Kesselwärter verzichtet werden kann („Niederdruckbereich“). Auch ist ein Druckkessel zur Speicherung und regulierten Abgabe des unter Druck stehenden Fluiddampfs

entbehrlich, wodurch der Aufbau des erfindungsgemäßen Kraftwerks deutlich vereinfachbar ist.

[13] Folglich ist ein solches Kraftwerk besonders vorteilhaft, das stromabwärts des Dampferzeugers sowie stromaufwärts des Rotors frei von Druckspeichern ausgebildet ist, insbesondere ohne Druckkessel. Stattdessen wird der erzeugte Fluiddampf unmittelbar, das heißt ohne vorherige Zwischenspeicherung beispielsweise mittels eines Druckkessels, der Einspritzeinrichtung zugeleitet bzw. das Dampf-Fluid-Gemisch unmittelbar, das heißt ohne vorherige Zwischenspeicherung, in dem Rotor energetisch verwertet. Mittels des Rotors ist die in dem Dampf-Fluid-Gemisch gespeicherte Energie schließlich in Rotationsenergie und mittels des mit der Rotorwelle gekoppelten Generators in elektrische Energie umwandelbar.

[14] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Kraftwerks ist darin zu sehen, dass es neben dem Niederdruckbereich (< 10 bar) auch im Mitteldruckbereich (10 bar bis 20 bar) und im Hochdruckbereich (> 20 bar) betrieben werden kann. Zudem ist die Ausgangsleistung des Kraftwerks besonders gut regulier- und damit fortwährend veränderbar. Dies ist

insbesondere für eine direkte Verwertung des erzeugten elektrischen Stroms von Interesse, da die Stromerzeugung flexibel dem Strombedarf angepasst werden kann.

[15] Hierbei ist es besonders von Vorteil, wenn der Generator von einem

Gleichstromgenerator gebildet ist, der wahlweise mit einem nachgeschalteten Wechselrichter zusammenwirkt. Eine Übersetzung von der Rotorwelle auf eine Generatorwelle des

Generators erfolgt vorzugsweise mittels eines Getriebes mit einem festen

Übersetzungsverhältnis, das wiederum vorzugsweise 1 :4 beträgt.

[16] Weiterhin ist es zu bevorzugen, wenn eine Steuerung des Kraftwerks zumindest teilweise von einer Steuerung gebildet ist, die auf Basis selbstlernender Algorithmen arbeitet („Neuronalsteuerung“). Eine solche Neuronalsteuerung ist besonders gut geeignet, in Abhängigkeit eines sich ändernden Bedarfs der Ausgangsleistung des Kraftwerks zielgerichtet einen Volumenstrom des Einspritzwassers und des jeweiligen Primärbrennstoffs zu regeln.

[17] In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftwerks ist die Einspritzleitung mit dem Fluidspeicher verbunden. Mithin ist das Einspritzfluid vorzugsweise von demselben Fluid gebildet, das dem Dampferzeuger zwecks Erzeugung des Fluiddampfs zugeleitet wird. Bei dieser Ausgestaltung ist die gesonderte Vorhaltung eines Einspritzfluids verzichtbar.

[18] Eine Pumpe, mittels der das Einspritzfluid in die Einspritzkammer gepumpt wird, ist vorzugsweise von einer Kolbenpumpe gebildet. Mittels dieser ist insbesondere die

Erzeugung eines hohen Einspritzdrucks möglich, der im Sinne einer feinen Zerstäubung des Einspritzfluids im Zuge seiner Einspritzung in die Einspritzkammer vorteilhaft sein kann.

[19] Weiterhin kann es von Vorteil sein, wenn die Einspritzeinrichtung mindestens eine Einspritzdüse umfasst, mittels der das Einspritzfluid in die Einspritzkammer einspritzbar ist. Eine solche Einspritzdüse kann insbesondere derart ausgebildet sein, dass das Einspritzfluid in feine Partikel zerstäubt wird, wodurch die Reaktion mit dem Fluiddampf, der der

Einspritzkammer ausgehend von dem Dampferzeuger zuleitbar ist, besonders zügig erfolgen kann. Insbesondere kann die Übertragung thermischer Energie von dem Fluiddampf auf die einzelnen feinen Partikel des eingespritzten Einspritzfluids besonders zügig erfolgen, da die Gesamtoberfläche des Einspritzfluids im Zuge der Zerstäubung mittels der Einspritzdüse drastisch vergrößert wird. Die Reaktion infolge der Einspritzung des Einspritzfluids in den Fluiddampf, das heißt insbesondere die schlagartige Vergrößerung des Volumens des Fluiddampfs, ist infolge der Verwendung einer Einspritzdüse besonders ausgeprägt.

[20] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftwerks umfasst der Rotor ein Gehäuse mit mindestens, vorzugsweise genau, zwei bezogen auf eine Rotorachse des Rotors spiegelsymmetrisch angeordneten Düsen. Diese Düsen sind unter Ausbildung eines Hebelarms bezogen auf die Rotorachse an dem Gehäuse angeordnet, wobei Abstrahlrichtungen der Düsen im gleichen Drehsinn um die Rotorachse ausgerichtet sind. Bei Verwendung eines solchen Rotors wird zwecks Antriebs des Rotors auf das Rückstoßprinzip zurückgegriffen, wobei das Dampf-Fluid-Gemisch ausgehend von der Einspritzkammer dem Rotor bzw. einen Innenraum eines Gehäuses des Rotors zugeführt wird und sodann durch die Düsen hindurch unter dem Druck des Dampf-Fluid-Gemischs aus dem Rotor ausgestoßen wird. Die Düsen sind dabei derart ausgerichtet, dass sie unter dem jeweiligen Hebelarm relativ zu der Rotorachse ein in dieselbe Drehrichtung des Rotors gerichtetes Drehmoment erzeugen. Da für den Antrieb des in der beschriebenen Weise ausgeführten Rotors der Impuls des aus den Düsen ausgestoßenen Dampf-Fluid-Gemischs ausschlaggebend ist, ist ein derartiger Rotor in Verbindung mit ebendiesem Dampf-Fluid- Gemisch besonders vorteilhaft. Wie bereits vorstehend dargelegt, vereint besagtes Dampf- Fluid-Gemisch sowohl einen hohen Druck als auch eine durch das Einspritzfluid bedingt vergleichsweise hohe Masse. Der hohe Druck führt dazu, dass das Dampf-Fluid-Gemisch mit einer hohen Geschwindigkeit aus den Düsen des Rotors abgestrahlt wird, sodass sich im Ergebnis ein hoher Impuls einstellt, infolgedessen der Rotor um die Rotorachse angetrieben wird.

[21 ] Vorzugsweise ist der Rotor derart ausgebildet, dass die Düsen jeweils mittels mindestens eines Strömungskanals strömungstechnisch mit einer Zuleitöffnung verbunden sind, durch die hindurch dem Rotor das Dampf-Fluid-Gemisch zuleitbar ist. Ein solcher Strömungskanal ist vorzugsweise gekrümmt ausgebildet, sodass dem durch den jeweiligen Strömungskanal strömenden Dampf-Fluid-Gemisch ein gewisser Widerstand

entgegengesetzt wird, der einen zusätzlichen Aufbau von Druck in dem Dampf-Fluid- Gemisch bewirkt. Die Zuleitöffnung kann insbesondere unmittelbar mit der Einspritzkammer verbunden sein, sodass das in der Einspritzkammer erzeugte Dampf-Fluid-Gemisch ausgehend von der Einspritzkammer unmittelbar dem Rotor zuleitbar ist. Insbesondere kann die Zuleitöffnung in einen Innenraum des Gehäuses des Rotors führen, von dem ausgehend das Dampf-Fluid-Gemisch durch die Düsen hindurch aus dem Rotor abstoßbar ist.

[22] In einer weiterhin vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kraftwerks ist die Rotorwelle als Hohlwelle ausgebildet, die strömungstechnisch mit der Einspritzkammer verbunden ist. Im Bereich des Rotors ist die Rotorwelle vorzugsweise mittels einer radialen Zuleitöffnung mit dem Gehäuse bzw. einem Innenraum des Gehäuses des Rotors verbunden, sodass das der Rotorwelle zugeleitete Dampf-Fluid-Gemisch ausgehend von der Rotorwelle in radiale Richtung in das Gehäuse des Rotors überströmen kann. Diese

Ausgestaltung hat den Vorteil, dass das Dampf-Fluid-Gemisch der Zuleitöffnung unabhängig von der Rotation des Rotors um die Rotorachse zuleitbar ist. Vor allem ist eine Position der Rotorwelle, insbesondere ein innerer Hohlraum der als Hohlwelle ausgeführten Rotorwelle, unabhängig von einer Drehstellung des Rotors bezogen auf dessen Rotorachse. Die

Zuleitung des Dampf-Fluid-Gemischs durch eine solche hohl ausgebildete Rotorwelle ist mithin besonders einfach möglich.

[23] Das erfindungsgemäße Kraftwerk weiter ausgestaltend ist der Rotor innerhalb einer Einhausung angeordnet, wobei infolge Abkühlung des aus dem Rotor abgestoßenen Dampf- Fluid-Gemischs entstehendes Kondensat in der Einhausung haltbar und vorzugsweise ausgehend von der Einhausung dem Fluidspeicher zuführbar ist. Die Einhausung stellt mithin sicher, dass das aus dem Rotor austretende Fluid, sei es in seinem flüssigen oder in seinem dampfförmigen Aggregatzustand,„eingefangen“ wird, sodass es insbesondere wiederverwendbar, das heißt rezirkulierbar, ist. Die Einhausung umgibt den Rotor zumindest im Wesentlichen in dampfdichter Weise, sodass der Fluiddampf nach seiner energetischen Verwertung mittels des Rotors nicht aus der Einhausung entweichen kann. Entsprechend wird sich der Fluiddampf schließlich als Kondensat an Wandungen der Einhausung niederschlagen und sodann in flüssiger Form weiter verwendbar sein. Auf diese Weise kann das Kraftwerk insbesondere in Form eines in sich geschlossenen Systems verwendet werden, das einen Fluidkreislauf umfasst, aus dem zumindest in einem

bestimmungsgemäßen Betrieb keine nennenswerten Mengen des Fluids entweichen.

[24] Bei Verwendung einer derartigen Einhausung kann es entsprechend von Vorteil sein, wenn ein System des Kraftwerks, das den Fluidspeicher, die Fluidleitung, den

Dampferzeuger, die Dampfleitung, die Einspritzeinrichtung und den in der Einhausung angeordneten Rotor umfasst, als in sich geschlossener Fluidkreislauf ausgebildet ist.

Insbesondere kann die Einhausung zumindest mittelbar, vorzugsweise unmittelbar, mit dem Fluidspeicher strömungstechnisch verbunden sein, sodass in der Einhausung eingefangenes Fluid in den Fluidspeicher rezirkulierbar und ausgehend von dort entweder dem

Dampferzeuger oder in Form eines Einspritzfluids der Einspritzkammer zuleitbar ist. Bei dieser Ausgestaltung umfasst das Kraftwerk lediglich einen zentralen Fluidspeicher, von dem der Fluidkreislauf ausgeht und an dem der Fluidkreislauf endet. Vorteilhafterweise ist der Rotor oberhalb des Fluidspeichers angeordnet, sodass in der Einhausung des Rotors aufgefangenes Fluid, dass sich infolge der wirkenden Schwerkraft an einem Boden der Einhausung sammelt, durch einen in dem Boden angeordneten Übertrittsquerschnitt unmittelbar in den Fluidspeicher leitbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kann der Fluidspeicher gemeinsam mit der Einhausung des Rotors als ein zusammenhängendes Bauwerk ausgebildet sein.

[25] In verfahrenstechnischer Hinsicht wird die zugrunde liegende Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen 1 1 bis 16.

[26] Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fluiddampf stromabwärts des Dampferzeugers sowie stromaufwärts des Rotors einer

Einspritzeinrichtung zugeleitet wird. Diese umfasst eine Einspritzkammer und eine

Einspritzleitung, wobei der Fluiddampf im Zuge seiner Zuleitung zu der Einspritzeinrichtung in die Einspritzkammer eingeleitet wird. Mittels der Einspritzleitung wird zyklisch oder durchgehend ein flüssiges Einspritzfluid in die Einspritzkammer eingebracht und im Zuge dessen in den in der Einspritzkammer befindlichen Fluiddampf eingespritzt. Auf diese Weise wird ein Dampf-Fluid-Gemisch erzeugt. Dieses Dampf-Fluid-Gemisch wird sodann dem Rotor zugeleitet. Dabei erfolgt die Einspritzung des Einspritzfluids vorzugsweise

stromabwärts eines (letzten) Verdampfers oder eines (letzten) Überhitzers. Alternativ oder zusätzlich wird die Einspritzung vorzugsweise unmittelbar vor dem Rotor vorgenommen. Hierbei ist es insbesondere denkbar, dass das infolge der Einspritzung erzeugte Dampf- Fluid-Gemisch („Direkt-Nass-Sattdampf) über eine Leitungsstrecke von maximal 1 ,0 m, vorzugsweise maximal 0,8 m, weiter vorzugsweise maximal 0,5 m, zugeleitet wird.

[27] Das erfindungsgemäße Verfahren ist mittels des erfindungsgemäßen Kraftwerks besonders einfach durchführbar. Die sich ergebenden Vorteile sind vorstehend bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftwerk dargelegt. Insbesondere wird mittels der Einspritzung des Einspritzfluids in den von dem Dampferzeuger stammenden Fluiddampf eine schlagartige Vergrößerung des Dampfvolumens herbeigeführt, da das Einspritzfluid in weiten Teilen verdampft wird. Zusätzlich wird der Fluiddampf mit der zusätzlichen Masse des Einspritzfluids angereichert. Im Ergebnis liegt sodann ein Dampf-Fluid-Gemisch vor, das einen vergleichsweise niedrigen Druck sowie eine große Masse aufweist. Ein solches Dampf-Fluid-Gemisch ist insbesondere mittels eines nach dem Rückstoßprinzip wirkenden Rotors besonders gut energetisch verwertbar.

[28] In besonders vorteilhafter Weise kann das Verfahren im Niederdruckbereich durchgeführt werden, wobei der Druck diesseits der Einspritzkammer, das heißt

insbesondere im Bereich des Dampferzeugers, maximal 10 bar beträgt. Bei dieser

Ausgestaltung kann ist ein besonders geringes Betriebsrisiko vorhanden, sodass auf die ansonsten nötigen Sicherheitsanforderungen, die für Kraftwerke, die im Mittel- und

Hochdruckbereich arbeiten, erforderlich sind, entfallen können.

[29] Vorteilhafterweise wird das Einspritzfluid aus dem Fluidspeicher entnommen, aus dem auch das dem Dampferzeuger zugeleitete Fluid entnommen wird. Mithin wird für den Betrieb des Kraftwerks vorzugsweise lediglich ein einziges Fluid verwendet, das mittels eines einzigen Fluidspeichers vorgehalten werden kann. Besagtes Fluid kann insbesondere von Wasser gebildet sein.

[30] In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fluiddampf ausgehend von dem Dampferzeuger unmittelbar der

Einspritzeinrichtung zugeleitet. Hierbei wird insbesondere auf eine Zwischenspeicherung des Fluiddampfs, insbesondere mittels eines Druckkessels, verzichtet. Auf diese Weise ist der Aufbau des Kraftwerks einfach gehalten, da auf einen Druckkessel sowie auf eine, für eine Verwendung eines solchen erforderliche Steuerung verzichtet wird. Diese vereinfachte Ausgestaltung ist insbesondere möglich, wenn das Kraftwerk in vorteilhafter Weise mit einem geringen Druck des Fluiddampfs betrieben wird, wobei der Druck des Fluiddampfs bei Verlassen des Dampferzeugers vorteilhafterweise unterhalb von 10 bar liegt. An dem Rotor liegt unabhängig davon vorzugsweise ein Druck im Bereich zwischen 3,5 bar und 4,5 bar vor.

[31 ] Im Übrigen ist ein solches Verfahren von besonderem Vorteil, bei dem an oder in dem Rotor kondensiertes Fluid des Dampf-Fluid-Gemischs aufgefangen und schließlich dem Fluidspeicher zugeleitet wird. Auf diese Weise kann das verwendete Fluid insgesamt, das heißt vorzugsweise sowohl das dem Dampferzeuger zugeleitete Fluid als auch das zur Einspritzung verwendete Einspritzfluid, die aus demselben Fluidspeicher stammen, rezirkuliert werden, sodass insbesondere ein in sich geschlossenes System betreffend einen Fluidkreislauf hergestellt werden kann.

[32] Hinsichtlich der Umwandlung der in dem Dampf-Fluid-Gemisch gespeicherten Energie in Rotationsenergie des Rotors und schließlich mittels Übertragung auf den

Generator in elektrische Energie kann es besonders vorteilhaft sein, das Dampf-Fluid- Gemisch durch die Rotorwelle sowie eine der Rotorwelle zugeordnete Zuleitöffnung hindurch in ein Gehäuse des Rotors einzuleiten. Die Zuleitung des Dampf-Fluid-Gemischs durch die Rotorwelle ist besonders einfach möglich, da die Rotorwelle im Zuge der Rotation des Rotors um die Rotorachse ortsfest angeordnet ist, sodass ein Anschluss der Einspritzeinrichtung an die Rotorwelle unabhängig von einer Rotation des Rotors um die Rotorachse möglich ist. Die Zuleitöffnung kann insbesondere in Form einer radialen Ausnehmung in einem Mantel der Rotorwelle ausgebildet sein, durch die hindurch das Dampf-Fluid-Gemisch ausgehend von der Rotorwelle in radiale Richtung in einen Innenraum des Gehäuses des Rotors

überströmen kann. Ausgehend von der Zuleitöffnung wird das Dampf-Fluid-Gemisch vorzugsweise mindestens zwei Düsen zugeleitet, die bezogen auf die Rotorachse

spiegelsymmetrisch an dem Gehäuse des Rotors angeordnet sind. Die Düsen sind dazu geeignet, das Dampf-Fluid-Gemisch aus dem Rotor herauszuführen, wobei das Dampf-Fluid- Gemisch vorzugsweise gemäß dem Rückstoßprinzip abgestoßen wird. Ein hierdurch auf das Gehäuse bzw. den Rotor ausgeübter Impuls treibt schließlich die Rotation des Rotors um die Rotorachse an, da die Düsen unter Ausbildung eines Hebelarms relativ zu der Rotorachse angeordnet sind. Die Abstrahlrichtungen der Düsen sind dabei derart ausgerichtet, dass sie in gleiche Drehrichtung bezogen auf die Rotorachse wirken. Grundsätzlich ist die Anordnung einer geraden Anzahl gleichmäßig verteilter Düsen an dem Rotor vorteilhaft, um eine Unwucht zu vermeiden. [33] Hinsichtlich der Führung des Dampf-Fluid-Gemischs innerhalb des Gehäuses des Rotors ist es von besonderem Vorteil, wenn das Dampf-Fluid-Gemisch im Zuge seiner Strömung von der Zuleitöffnung einer jeweiligen Düse umgelenkt wird. Auf diese Weise wird einer Strömung des Dampf-Fluid-Gemischs ein erhöhter Reibungswiderstand innerhalb eines jeweiligen Strömungskanals in dem Gehäuse des Rotors entgegengesetzt, wodurch das Dampf-Fluid-Gemisch gestaut und mithin dessen Druck kurz vor der Abstoßung aus dem Rotor erhöht wird.

Ausführungsbeispiele

[34] Die Erfindung ist nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels, das in den Figuren dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 : Eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftwerks,

Fig. 2: Ein Detail einer Einspritzkammer des Kraftwerks gemäß Figur 1 ,

Fig. 3: Einen Querschnitt durch einen Rotor des Kraftwerks gemäß Figur 1 und

Fig. 4: Einen Querschnitt durch eine Rotorwelle des Kraftwerks gemäß Figur 1.

[35] Ein Ausführungsbeispiel, das in den Figuren 1 bis 4 gezeigt ist, umfasst ein erfindungsgemäßes Kraftwerk 1 , das einen Fluidspeicher 2, einen Dampferzeuger 3, einen Rotor 4 sowie einen Generator 5 umfasst. In dem Fluidspeicher 2 ist ein Fluid vorgehalten, das in dem gezeigten Beispiel sowohl zur Versorgung des Dampferzeugers 3 als auch zur Verwendung als Einspritzfluid 24 mittels einer Einspritzeinrichtung 9 zum Einsatz kommt. Zwecks Zuleitung eines Fluids 22 von dem Fluidspeicher 2 zu dem Dampferzeuger 3 sind der Fluidspeicher 2 und der Dampferzeuger 3 mittels einer Fluidleitung 6 miteinander verbunden. Der Dampferzeuger 3 umfasst insbesondere eine in den Figuren nicht explizit dargestellte Brennkammer, innerhalb derer ein Brennstoff, insbesondere in Form von aus nachwachsenden Rohstoffen gepresseten Pellets, verbrennbar ist. Hierdurch freigesetzte Wärmeenergie wird mittels einer gleichermaßen in den Figuren nicht dargestellten

Wärmetauschervorrichtung auf das Fluid 22 übertragen, sodass das Fluid 22 zu Fluiddampf 23 verdampft wird. Insbesondere ist es denkbar, dass das Fluid 22 einer in der

Brennkammer angeordneten Wasserschlange zugeleitet wird, die sich spiralförmig innerhalb der Brennkammer nach oben erstreckt, wobei die Wasserschlange von heißen Abgasen der Verbrennung des jeweiligen Brennstoffs umströmt wird und auf diese Weise die im Zuge der Verbrennung freigewordene Wärmeenergie aufnimmt. Diese Wärmeenergie wird auf das innerhalb der Wasserschlange geführte Fluid 22 übertragen, sodass letzteres verdampft wird. Im Zuge der Erzeugung des Fluiddampfs 23 wird in dem gezeigten Beispiel über das zur Verdampfung des Fluids 22 notwendige Niveau hinaus Wärmeenergie in das Fluid 22 bzw. den Fluiddampf 23 eingebracht, sodass der Fluiddampf 23 überhitzt wird. In dem gezeigten Beispiel ist der Dampferzeuger 3 derart ausgelegt, dass der Fluiddampf 23 auf eine Temperatur von ca. 500°C überhitzbar ist. Gleichwohl der Dampferzeuger 3 auch derart betreibbar, dass Fluiddampf 23 mit einer Niedrigtemperatur erzeugt wird, die im Bereich von ca. 250°C liegt.

[36] Ausgehend von dem Dampferzeuger 3 wird der Fluiddampf 23 mittels einer

Dampfleitung 7 unmittelbar, das heißt insbesondere ohne Zwischenspeicherung

beispielsweise mittels eines Druckkessels, der Einspritzeinrichtung 9 zugeleitet. Letztere ist in dem gezeigten Beispiel unmittelbar vor dem Rotor 4 angeordnet, wobei eine

Leitungslänge einer Anschlussleitung 25, die die Einspritzeinrichtung 9 und den Rotor 4 miteinander verbindet, hier ca. 0,3 m beträgt. Vorzugsweise ist die Leitungsstrecke so kurz, dass ein infolge der Einspritzung eines Einspritzfluids 24 in den Fluiddampf 23 erzeugter Druck zumindest im Wesentlichen (zu mindestens 90 %), vorzugsweise vollständig, an dem Rotor 4 anliegt. Die Einspritzeinrichtung 9 ist in dem gezeigten Beispiel zudem insbesondere nach einem letzten Überhitzer des Dampferzeugers 3 angeordnet. Diese ist hier von der in dem Dampferzeuger 3 befindlichen Wasserschlange gebildet.

[37] Der Druck des Fluiddampfs 23 bei Verlassen des Dampferzeugers 3 liegt hier bei weniger als 10 bar. Ein Kesselwärter ist nicht erforderlich. Die Einspritzeinrichtung 9 umfasst eine Einspritzkammer 10, die sich insbesondere anhand von Figur 2 ergibt. Die

Einspritzkammer 10 ist strömungstechnisch mit der Dampfleitung 7 verbunden, sodass der in der Dampfleitung 7 geführte Fluiddampf 23 in die Einspritzkammer 10 einleitbar ist. Weiterhin ist die Einspritzeinrichtung 9 mit einer Einspritzleitung 11 ausgestattet, mittels der das Einspritzfluid 24 in die Einspritzkammer 10 leitbar ist. Das Einspritzfluid 24 ist in dem gezeigten Beispiel dasselbe, das auch dem Dampferzeuger 3 zugeleitet wird. Insbesondere verfügt das gezeigte Kraftwerk 1 über lediglich einen einzigen Fluidspeicher 2, der sowohl mit der Fluidleitung 6 als auch mit der Einspritzleitung 11 zusammenwirkt. Ausgehend von dem Fluidspeicher 2 wird das Einspritzfluid 24 mittels einer Einspritzpumpe 20, die hier von einer Kolbenpumpe gebildet ist, der Einspritzkammer 10 zugeleitet. Die Einspritzleitung 11 wirkt mit einer Einspritzdüse 17 zusammen, mittels der das Einspritzfluid 24 zerstäubbar ist. Auf diese Weise wird erreicht, dass eine Oberfläche des Einspritzfluids 24 im Zuge der Einspritzung in die Einspritzkammer 10 drastisch vergrößert wird. Dies hat den technischen Effekt, dass ein Übergang von Wärmeenergie von dem überhitzten Fluiddampf 23 auf das flüssige Einspritzfluid 24, das insbesondere in einer Temperatur zwischen 15°C und 90°C vorliegen kann, schlagartig erfolgen kann. Dies hat zur Folge, dass das Einspritzfluid 24 zumindest größtenteils schlagartig verdampft und auf diese Weise ein Dampfvolumen vergrößert wird. Zugleich wird der Fluiddampf 23 mit der Masse des Einspritzfluids 24 „anreichert“, wobei aufgrund der Druckverhältnisse typischerweise zumindest ein gewisser Anteil des Einspritzfluids in seinem flüssigen Aggregatszustand verbleibt. Im Ergebnis wird mittels der Einspritzeinrichtung 9 ein Dampf-Fluid-Gemisch 26 erzeugt, das auch als„Direkt- Nass-Sattdampf bezeichnet werden kann.

[38] Dieses Dampf-Fluid-Gemisch 26 wird sodann mittels einer Anschlussleitung 25 unmittelbar einer Rotorwelle 8 des Rotors 4 zugeleitet. Diese Rotorwelle 8 ist hier in Form einer Hohlwelle ausgeführt, die in dampfdichter Weise an die Anschlussleitung 25 angeschlossen ist. Die Anschlussleitung 25 und die Rotorwelle 8 sind derart miteinander verbunden, dass das Dampf-Fluid-Gemisch 26 ausgehend von der Anschlussleitung 25 in einen inneren Hohlraum 27 der Rotorwelle 8 überströmen kann.

[39] Der Rotor 4, der sich insbesondere anhand der Figuren 3 und 4 ergibt, ist in

Drehmoment übertragender Weise auf der Rotorwelle 8 angeordnet und mittels der

Rotorwelle 8 um eine Rotorachse 13 rotierbar gelagert. Der Rotor 4 verfügt in dem gezeigten Beispiel über ein Gehäuse 12, das hier in Form von zwei gegeneinander versetzt angeordneten Halbkreisschalen gebildet ist. Das Gehäuse 4 verfügt über zwei Düsen 14, die jeweils unter Ausbildung eines Hebelarms 19 bezogen auf die Rotorachse 13 an dem Gehäuse 12 angeordnet sind. Insbesondere sind die Düsen 14 spiegelsymmetrisch bezogen auf eine die Rotorachse 13 enthaltende Spiegelebene an dem Gehäuse 12 angeordnet. Das Dampf-Fluid-Gemisch 26 wird einem Innenraum des Gehäuses 12 mittels Zuleitöffnungen 15 zugeleitet. Diese sind in dem gezeigten Beispiel in Form von in einem Mantel der Rotorwelle 8 eingebrachten Öffnungen ausgebildet, wie sich insbesondere anhand von Figur 4 ergibt. Durch die Zuleitöffnungen 15 hindurch kann das Dampf-Fluid-Gemisch 26 ausgehend von dem Hohlraum 27 der Rotorwelle 8 in radiale Richtung in den Rotor 4 bzw. dessen Gehäuse 12 überströmen. Die Rotorwelle 8 ist mit einer Innenwandung 28 versehen, die eine

Strömung des Dampf-Fluid-Gemischs 26 entlang der Rotorwelle 8 über eine Stelle hinaus, an der die Zuleitöffnungen 15 angeordnet sind, blockiert.

[40] Innerhalb des Gehäuses 12 befindet sich eine Mehrzahl von Strömungskanälen 16, wobei jeweils eine der Düsen 14 mittels einer Mehrzahl der Strömungskanäle 16 mit einer jeweils zugehörigen Zuleitöffnung 15 strömungstechnisch verbunden ist. Die

Strömungskanäle 16 erstrecken sich innerhalb des Gehäuses 12 des Rotors 4 in einer geschwungenen Form, die sich insbesondere anhand von Figur 3 ergibt. Diese Form erzeugt eine gegenüber einer geraden Verbindung zwischen einer jeweiligen Zuleitöffnung 15 und einer zugehörigen Düse 14 verlängerte Strömungsstrecke, die je nach

Strömungskanal 16 unterschiedlich ausgebildet ist. Die Ausgestaltung der Strömungskanäle 16 in dieser Art hat zur Folge, dass das ausgehend von einer jeweiligen Zuleitöffnung 15 in Richtung einer zugeordneten Düse 14 strömende Dampf-Fluid-Gemisch 26 einem gewissen Reibungswiderstand ausgesetzt ist. Dies hat zur Folge, dass die Strömungskanäle 16 zumindest im gewissen Maße einen Staueffekt auf das Dampf-Fluid-Gemisch 26 ausüben, infolgedessen sich der Druck des Dampf-Fluid-Gemischs 26 vor dessen Austritt aus der jeweiligen Düse 14 weiter erhöht. Hierdurch wird die Geschwindigkeit des Dampf-Fluid- Gemischs 26 im Zuge der Ausstoßung aus den Düsen erhöht, wodurch wiederum der Impuls, mittels dessen der Rotor 4 entsprechend dem Rückstoßprinzip antreibbar ist, erhöht wird.

[41] Angelangt an den Düsen 14 wird das Dampf-Fluid-Gemisch 26 aus selbigen ausgestoßen, wodurch gemäß dem Rückstoßprinzip ein Impuls auf den Rotor 4 ausgeübt wird. Da die Düsen 14 bezogen auf die Rotationsachse 13 in die gleiche Drehrichtung ausgerichtet sind, stellt sich eine Rotation des Rotors 4 ein, die in Figur 4 betrachtet entgegen dem Uhrzeigersinn gerichtet ist. Diese Rotation wird mittels der Rotorwelle 8, die drehfest mit dem Rotor 4 gekoppelt ist, auf den Generator 5 übertragen. Hierdurch wird letzterer in Rotation versetzt, wodurch in bekannter Weise elektrischer Strom erzeugbar ist. Insbesondere wird mittels des hier gezeigten Kraftwerks 1 ein Gleichstrom erzeugt, der mittels eines in den Figuren nicht dargestellten Wechselrichters zu Wechselstrom umrichtbar ist. Grundsätzlich ist es denkbar, den Generator 5 unter Zwischenschaltung eines Getriebes mit dem Rotor 4 zu koppeln. Vorzugsweise wird weiterhin eine Kupplung vorgesehen, mittels der eine Drehmoment übertragende Verbindung zwischen Rotor 4 und Generator 5 kuppelbar ist.

[42] In dem gezeigten Beispiel ist das Kraftwerk 1 in vorteilhafter Weise mit einer

Einhausung 18 ausgestattet, innerhalb derer der Rotor 4, die Rotorwelle 8 und der Generator 5 angeordnet sind. Alternativ ist es ebenso denkbar, dass lediglich der Rotor 4 innerhalb einer Einhausung angeordnet ist und die Rotorwelle 8 die Einhausung durchstößt. Der Generator 5 kann bei einer solchen Ausführung ohne Weiteres außerhalb der jeweiligen Einhausung angeordnet sein. Dabei ist es ferner grundsätzlich denkbar, eine

Drehmomentübertragung von der Rotorwelle 8 zu dem Generator 5 mittels eines

Kraftriemens herzustellen. Bei einer solchen Ausgestaltung kann entsprechend darauf verzichtet werden, den Generator 5 unmittelbar auf der Rotorwelle 8 anzuordnen. Auch ist eine oben beschriebene Zwischenschaltung eines Getriebes denkbar. Die Einhausung 18 dient dazu, das aus dem Rotor 4 austretende Dampf-Fluid-Gemisch 26 aufzufangen und nicht unkontrolliert in die Umgebung entweichen zu lassen. Insbesondere wird die

Möglichkeit geschaffen, dass der Fluiddampf sich an Wandungen der Einhausung 18 niederschlagen kann und auf diese Weise wieder in seinen flüssigen Aggregatzustand überführt wird. Insgesamt kann auf diese Weise sämtliches aus dem Rotor 4 austretendes Fluid gesammelt und wieder dem Fluidtank 2 zugeführt werden. In dem gezeigten Beispiel ist der Rotor 4 unmittelbar oberhalb des Fluidtanks 2 angeordnet, wobei die Einhausung 18 kuppelförmig auf den Fluidtank 2 aufgesetzt ist. Ein Innenraum 29 der Einhausung 18 ist unmittelbar mittels eines Übertrittsquerschnitts 21 , der in einem Boden 30 der Einhausung 18 angeordnet ist, strömungstechnisch mit dem Fluidtank 2 verbunden. Auf diese Weise kann sämtliches in der Einhausung 18 gesammeltes Fluid, das sich infolge der Schwerkraft auf dem Boden 30 ansammelt, in den Fluidtank 2 geleitet werden.

Bezugszeichenliste

1 Kraftwerk

2 Fluidtank

3 Dampferzeuger

4 Rotor

5 Generator

6 Fluidleitung

7 Dampfleitung

8 Rotorwelle

9 Einspritzeinrichtung

10 Einspritzkammer 1 1 Einspritzleitung

12 Gehäuse

13 Rotorachse

14 Düse

15 Zuleitöffnung

16 Strömungskanal

17 Einspritzdüse

18 Einhausung

19 Hebelarm

20 Einspritzpumpe

21 Übe rtrittsq uersch n itt 22 Fluid

23 Fluiddampf

24 Einspritzfluid

25 Anschlussleitung

26 Dampf-Fluid-Gemisch

27 Hohlraum Innenwandung

Innenraum

Boden