In der Arbeit wird eine mit dem Brennstoff Wasserstoff betriebene Schiffsantriebsanlage für ein Flüssig-Wasserstoff-Tankschiff konzipiert, thermodynamisch untersucht und bewertet. Ausgehend vom Stand der Technik bei Schiffsantriebsanlagen und vor dem Hintergrund des Vergleiches mit bestehenden Transport von flüssigem Erdgas wird eine Gasturbinenanlage mit Dampfeinspritzung und Nutzung der tiefen Wasserstofftemperaturen vorgeschlagen. Die thermodynamischen Grenzen, in denen eine Realisierung möglich und technisch sinnvoll ist, werden erarbeitet. Die thermodynamischen Zusammenhänge zwischen den Prozeßkenngrößen sind zunächst nicht bekannt und werden durch geeignete Berechnungsmodelle ermittelt. Die Wechselwirkungen zwischen den primären Prozeßkenngrößen Druckverhältnis, Turbineneintrittstemperatur und damit Luftverhältnis werden ermittelt, dargestellt und bewertet. Die zunächst nicht bekannten Rückwirkungen zwischen Dampfeinspritzung, Vorkühlung und Luftverhältnis werden berücksichtigt. Ein besonderes Problem der vorgestellten Nutzung der tiefen Brennstofftemperatur ist in der Phasenumwandlung des in der Ansaugluft enthaltenen Wasserdampfes zu sehen. Insbesondere aufgrund der großen Temperaturdifferenzen zwischen Luft und Wasserstoff sind Erfahrungen aus der Kältetechnik mit konventionellen Luftkühlern nur begrenzt übertragbar. Es wird daher untersucht, welche thermodynamischen Konsequenzen sich aus der Bereifung ergeben. Wird die Gasturbine allein als Schiffsantriebsanlage eingesetzt, steht lediglich ihr eigener Brennstoffmassenstrom als Temperatursenke zur Verfügung. Bei einer Anlagenkombination aus Motor und Gasturbine kann die Gasturbine, als der die Verflüssigungsarbeit nutzender Kraftprozeß, leistungsmäßig an die benötigte tiefste Prozeßtemperatur angepaßt werden. Zur Realisierung eines maximalen Wirkungsgrades können daher Kombinationen unterschiedlicher Anlagen sinnvoll sein. Anlagenkombinationen aus Motor und Gasturbine wurden deshalb in die Untersuchung einbezogen. Die technische Realisierbarkeit der konzipierten Anlage konnte nachgewiesen werden. Insbesondere aufgrund ihres niedrigeren Brennstoffdruckes ist die vorgeschlagene Gasturbinenanlage im gegebenen Anwendungsfall einer Motorenanlage vorzuziehen.
Beitrag zur Auslegung von mit Wasserstoff betriebenen Hauptantriebsanlagen für Flüssig-Wasserstoff-Tankschiffe
1996
149 Seiten, 50 Bilder, 4 Tabellen, 135 Quellen
Theses
German
Verfahren zum Betreiben einer mit Wasserstoff betriebenen Brennkraftmaschine
European Patent Office | 2022
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