AT501418B1

AT501418B1 - INJECTOR-LOADED GAS TURBINE WITH ATMOSPHERIC SOLID FIRING AND RECUPERATIVE WASTE USE

Info

Publication number: AT501418B1
Application number: AT0198405A
Authority: AT
Original assignee: Delunamagma Ind Gmbh
Priority date: 2005-03-11
Filing date: 2005-12-13
Publication date: 2008-08-15
Also published as: AT501418A1; WO2006094324A3; WO2006094324A2; US20080202121A1; JP2008533353A; EP1841953A2; WO2006094324A8

Description

2 AT 501 418 B12 AT 501 418 B1

Die Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine, mit einer kontinuierlich betriebenen Abgasturbine, welcher ein Gegenstromwärmetäuscher nachgeschalten ist, in dem Abwärme der Abgasturbine auf die, der Verbrennungskraftmaschine zufließenden Medien übertragen wird. Das Druckgas zum Betreiben der Abgasturbine besteht aus einem Gemisch aus Dampf und Abgas, welche in einem atmosphärischen Abbrand im Brennkessel entsteht und welches in einem, diesem Brennkessel nachgeschalteten Dampfstrahlinjektor mittels Dampfstrahl verdichtet wird. Die Verdichtung des Abgases aus dem atmosphärischen Abbrand erfolgt also mit nur einer Dampfstrahlpumpe, ohne jede weite mechanische Verdichterstufe.The invention relates to an internal combustion engine, with a continuously operated exhaust gas turbine, which is followed by a Gegenstromwärmetäuscher, is transmitted in the waste heat of the exhaust gas turbine on the, the internal combustion engine inflowing media. The compressed gas for operating the exhaust gas turbine consists of a mixture of steam and exhaust gas, which is produced in an atmospheric combustion in the combustion boiler and which is compressed by means of a steam jet in a, downstream of this combustion steam injector. The compression of the exhaust gas from the atmospheric burn so done with only one steam jet pump, without any wide mechanical compressor stage.

Der Treibdampf wird zunächst im Gegenstromwärmetäuscher vorerwärmt und dann am Dampfüberhitzer maximal überhitzt. Dieser Dampfüberhitzer ist ein Wärmetauscher, der von Wärme aus dem Abgas, welches aus dem Brennkessel abfließt, gespeist wird. Nach dem Wärmetauscher strömt der Treibdampf in eine Lavaldüse, die den Dampf während seiner Expansion im divergenten Teil der Düse ständig auffrischt und überhitzt. Die hierfür erforderliche Wärme wird ebenfalls über einen Wärmetauscher aus dem Abgas, welches aus dem Brennkessel ausströmt, erbracht.The motive steam is first preheated in Gegenstromwärmetäuscher and then superheated maximum on the steam superheater. This steam superheater is a heat exchanger, which is powered by heat from the exhaust gas, which flows out of the combustion boiler. After the heat exchanger, the motive steam flows into a Laval nozzle, which constantly refreshes and overheats the steam as it expands in the divergent part of the nozzle. The heat required for this purpose is also provided via a heat exchanger from the exhaust gas, which flows out of the combustion boiler.

Insgesamt gelingt es also erfindungsgemäß, das Abgas aus einem Abbrand von durchaus auch Stückgut an Festbrennstoff mittels eines modifizierten Dampfstrahlinjektors soweit zu verdichten, daß damit eine Gasturbine betrieben werden kann. Dazu muß vor allem die Asche aus diesem Abbrand im Brennkessel verbleiben. Würde Asche mit dem Abgas in die Wärmetauscher und in die Abgasturbine gelangen, wurden diese außer Funktion gesetzt, bzw. nach und nach zerstört. Deswegen wird das Rauchgas zusätzlich durch einen zwischen den Brennraum und die Abgasturbine geschalteten Filter von Russ und Flugasche gereinigt.Overall, it is thus possible according to the invention to compress the exhaust gas from a burnout of thoroughly also general cargo to solid fuel by means of a modified Dampfstrahlinjektors so far that so that a gas turbine can be operated. For this purpose, especially the ash from this burn-up must remain in the combustion boiler. If ash with the exhaust gas got into the heat exchanger and into the exhaust gas turbine, these were put out of action, or gradually destroyed. Therefore, the flue gas is additionally cleaned by a filter connected between the combustion chamber and the exhaust gas turbine filter of soot and fly ash.

Die prioritätsbegründenden Einreichung A 4121 2005 und die Anmeldung A 608 / 2005, sowie die Anmeldung A 166012005 beschreiben bereits eine Erfindung, in der Treibdampf zusätzlich vor der Laval-Treibdüse in einem Dampfüberhitzer in technisch maximalem Maß überhitzt wird, und danach in einer beheizten Lavaldüse durch Zufuhr von Wärme während der Dampfexpansion maximal beschleunigt wird. Dermaßen wird insgesamt eine weit stärkere Expansion und eine höhere Beschleunigung des Treibdampfes in der Lavaldüse erreicht, als in konventionellen, unbeheizten Laval-Treibdüsen. Erfindungsgemäß verläßt der Treibdampf die Laval-Treibdüse, gegenüber herkömmlichen Laval-Treibdüsen, mit weit erhöhter Geschwindigkeit und vergrößertem Volumen. Würde auf die Beheizung des Dampfes in der Lavaldüse verzichtet, wären zum Verdichten des Abgases solche Unmengen an Treibdampf erforderlich, daß die folgliche Unmenge an Kondensat nach dem Rekuperativ-Wärmetauscher irreversible Kondensatswärmemengen in einem Ausmaß enthielten, die keinen nutzbaren Wirkungsgrad der Maschine mehr zuläßt.The priority submission A 4121 2005 and the application A 608/2005, as well as the application A 166012005 already describe an invention in which motive steam is additionally overheated in front of the Laval nozzle in a steam superheater to a maximum technical extent, and then in a heated Laval nozzle Supply of heat during steam expansion is maximally accelerated. Thus, a much greater expansion and a higher acceleration of the motive steam is achieved in the Laval nozzle, as in conventional, unheated Laval propellant nozzles. According to the invention, the motive steam leaves the Laval propulsion nozzle, compared to conventional Laval propellant nozzles, with a much higher speed and increased volume. Were dispensed with the heating of the steam in the Laval nozzle, such masses of motive steam would be required for compressing the exhaust gas that the following amount of condensate contained after the recuperative heat exchanger irreversible condensate heat levels to an extent that allows no usable efficiency of the machine more.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs erwähnten Art bereitzustellen und eine grundsätzliche Lösung anzubieten, um Festbrennstoff, welcher naturgemäß nur bei einem atmosphärischen Abbrand verbrannt werden kann, für eine Gasturbine nutzbar zu machen ist. Dazu muß gewährleistet sein, daß das Abgas aschefrei zur Abgasturbine fließt und der Abbrand wie gesagt bei atmosphärischem Druck stattfinden kann.The object of the invention is to provide an internal combustion engine of the type mentioned above and to offer a fundamental solution to make solid fuel, which can naturally be burned only at atmospheric burn, usable for a gas turbine. For this purpose, it must be ensured that the exhaust gas flows ash-free to the exhaust gas turbine and the burnup can take place as stated at atmospheric pressure.

Das Ausführungsbeispiel zeigt die Verbrennungskraftmaschinen bei der Verwendung von Festbrennstoff und einem Abbrand des Selben bei atmosphärischem Druck, was aber nicht ausschließt, daß auch gasförmiger oder flüssiger Treibstoff anwendbar ist und der Druck im Brennraum auch über oder atmosphärischem Druck liegen kann.The embodiment shows the internal combustion engines in the use of solid fuel and a combustion of the same at atmospheric pressure, but this does not exclude that also gaseous or liquid fuel is applicable and the pressure in the combustion chamber can also be above or atmospheric pressure.

Anwendungen von Verbrennungskraftmaschinen, bei welchen in irgend einer Form zum zumindest Verdichten von Verbrennungsluft eine Dampfstrahlpumpe einsetzen wird, sind bekannt:Applications of internal combustion engines, in which in any form for at least compressing combustion air, a steam jet pump will use, are known:

Aus der Anmeldung US 2 542 953 A ist bekannt, daß im Injektor mit zuvor verdampftem Treib- 3 AT 501 418 B1From the application US Pat. No. 2,542,953 A it is known that in the injector with previously vaporized propellant

Stoff Verbrennungsluft ohne mechanische Teile verdichtet wird, der Ladedruck aber dermaßen kein technisch verwertbares Maß erreicht. In einer Ausführung nach US 5 983 640 A wird mit Hilfe einer Dampfstrahlpumpe Luft angesaugt und schließlich in einer Turbine expandiert. Die Anmeldung EP 0 462 458 A beschreibt ein Verfahren, wonach in einem Abhitzedampferzeuger einer Gasturbogruppe Treibdampf und Druckluft erzeugt und zur weiteren Verdichtung der Luft eine Dampfstrahlpumpe verwendet wird. Aus GB 190927090 A ist bekannt, daß mittels Dampf, Brennstoff und Luft von einem Strahlapparat angesaugt wird. Aus der Anmeldung DE 560 273 C geht hervor, daß eine vorverdichtete Verbrennungs- und Mischluft durch die Injektorwirkung von Treibdampf auf einen höheren Druck gebracht wird.Combustion air is compressed without mechanical parts, but the boost pressure does not reach a technically usable level. In an embodiment according to US Pat. No. 5,983,640 A, air is sucked in with the aid of a steam jet pump and finally expanded in a turbine. The application EP 0 462 458 A describes a method according to which motive steam and compressed air are generated in a heat-recovery steam generator of a gas turbine group and a steam jet pump is used for further compression of the air. From GB 190927090 A is known that is sucked by means of steam, fuel and air from a jet apparatus. From the application DE 560 273 C shows that a pre-compressed combustion and mixing air is brought by the injector effect of motive steam to a higher pressure.

Aus den Einreichungen GB 191318049 A und der US 5 074 110 A1 sind Verbrennungskraftmaschinen bekannt, welche in grundlegenden konstruktiven und funktioneller Eigenheit nicht die Wesensmerkmale der gegenständlichen Erfindung tangieren, wonach das Abgas aus einem Brennraum mit atmosphärischem Abbrand, als Förderstrahl im nachgeschalterem Dampftreibstrahl-Injektor verdichtet wird und nach dem Injektor ein Abgas-Dampfgemisch in der Abgasturbine entspannt wird und die Verdichtung des Abgases aus dem Brennkessel ausschließlich durch die Impulsübertragung des Treibstrahles auf das Fördermedium der Dampfstrahlpumpe erfolgt.From the submissions GB 191318049 A and US 5 074 110 A1 combustion engines are known which do not affect the essential features of the subject invention in basic constructional and functional peculiarity, after which the exhaust gas from a combustion chamber with atmospheric burnup, compressed as a delivery jet in the downstream steam jet injector and after the injector, an exhaust gas vapor mixture in the exhaust gas turbine is expanded and the compression of the exhaust gas from the combustion chamber takes place exclusively by the impulse transmission of the propulsion jet to the pumped medium of the steam jet pump.

Zum Verdichten eines Gases in einer Wärmekraftmaschine können Dampftreibstrahlpumpen nur bedingt eingesetzt werden, da Strahlpumpen schlechte Wirkungsgrade erzielen. Dieser schlechte Wirkungsgrad resultiert zum Teil daraus, daß der Treibdampf bereits in der Laval-Treibdüse wieder in Naßdampfes übergeht. Er leistet in der Treibdüse Expansionsarbeit und kühlt folglich ab. Dampf, der sich während der Expansion fortlaufend abgekühlt, kann aber grundsätzlich niemals das maximal mögliche Maß an kinetischer Energie beinhalten. Wegen dieses Mankos an Kinetik im Treibdampf, konnte der Dampfstrahlinjektor vormals nicht wirtschaftlich und technisch sinnvoll als alleinige Verdichterstufe einer Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden.For compressing a gas in a heat engine steam jet pumps can be used only conditionally, since jet pumps achieve poor efficiencies. This poor efficiency results in part from the fact that the motive steam already passes into wet steam in the Laval nozzle again. It performs expansion work in the motive nozzle and thus cools down. Steam, which continuously cools during expansion, can never contain the maximum amount of kinetic energy. Because of this deficiency of kinetics in motive steam, the steam jet injector could not previously be used economically and technically meaningful as the sole compressor stage of an internal combustion engine.

In der prioritätsbegründenden Einreichung A 4121 2005, und der A 608 / 2005, sowie der in der A 1660/2005 ist eine Erfindung beschrieben, wie eben dieser Wirkungsgrad der Dampfstrahlpumpe gesteigert und die Kinetik im Treibdampf auf ein absolutes Maximalmaß erhöht werden kann.The priority submission A 4121 2005, and A 608/2005, as well as in A 1660/2005 an invention is described as just increased this efficiency of the steam jet pump and the kinetics in the motive steam can be increased to an absolute maximum.

Die gegenständliche Erfindung hat die Lösung, den Treibdampf durch Wärme aus dem atmosphärisch betriebenen Brennkessel im vorgeschalteten Dampfüberhitzer zu überhitzen und damit auch den Treibdampf in der Laval-Treibdüse während der Expansion aufzufrischen. Danach wird mit dem Treibdampf Abgas aus dem atmosphärischen Abbrand im Injektor verdichtet. Dieses Abgas hat insbesondere Asche- und rußfrei zu sein, da diese eine zerstörerische Schadwirkung auf die Turbine ausüben. Dies wird insbesondere erreicht, indem das Rauchgas mittel eines zwischen den Brennraum und die Abgasturbine geschalteten Filter vom Flugasche und Russ gereinigt wird.The subject invention has the solution to overheat the motive steam by heat from the atmospherically operated boiler in the upstream steam superheater and thus also to refresh the motive steam in the Laval nozzle during expansion. Thereafter, the motive steam compresses exhaust gas from the atmospheric burnup in the injector. This exhaust gas has to be particularly ash and soot-free, as they exert a destructive harmful effect on the turbine. This is achieved in particular by the flue gas being purified by fly ash and soot by means of a filter connected between the combustion chamber and the exhaust gas turbine.

Nach der Entspannung des Druckgases in der Abgasturbine, wird durch rekuperative Wärmerückführung aus dem Abgas, die Verbrennungsluft und das Speisewasser im Gegenstromwärmetäuscher im technisch maximal möglichen Maß vorerwärmt. Die im maximal möglichen Maß vorerwärmte Verbrennungsluft, wird dem Brennkessel zugeführt. Das Pumpen dieser Verbrennungsluft erfolgt durch die Saugwirkung des Injektors, bzw. dessen Saugkammer.After the expansion of the compressed gas in the exhaust gas turbine, the recuperative heat recovery from the exhaust gas, the combustion air and the feed water in Gegenstromwärmetäuscher is preheated to the maximum technically possible. The maximum amount of preheated combustion air is fed to the combustion boiler. The pumping of this combustion air takes place by the suction effect of the injector, or its suction chamber.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten und Ausführungsbeispielen der Erfindung erläutert. Diese zeigen:Further advantages and details of the invention are explained below with reference to the illustrated in the drawings and embodiments of the invention. These show:

Fig. 1: Eine stark schematisierte Ansicht der Verbrennungskraftmaschine bei Verwendung eines Festbrennstoffes und der nachträglichen Nutzung der Restwärme für Heizzwecke. Ebenso wird in dieser Ansicht eine Nutzung des Speise-wassers in einem geschlossenen Kreislauf darge- 4 AT 501 418 B1 stellt.Fig. 1: A highly schematic view of the internal combustion engine when using a solid fuel and the subsequent use of residual heat for heating purposes. Likewise, in this view, the use of the feed water is shown in a closed circuit.

Fig. 2 zeigt eine schematisierte Ansicht eines Querschnittes durch die Lavaldüse, deren Steigwinkel des divergenten Düsenteils extrem verflacht ist.Fig. 2 shows a schematic view of a cross section through the Laval nozzle, the pitch angle of the divergent nozzle part is extremely flattened.

Fig. 3 zeigt die Konstruktion des Wärmetauschers mit den aufgesetzten, langgestreckten Mehrfach-Treibdüsen und dem Übergang in die Injektor-Ansaugkammer.Fig. 3 shows the construction of the heat exchanger with the patch, elongated multiple-drive nozzles and the transition into the injector-suction chamber.

Fig. 4 zeigt einen Schnitt A-A (in Fig. 1+3) durch die Treibdüse und den Dampfüberhitzer, bei einer Bauweise als Mehrfach-Laval-Treibdüse in Plattenbauweise, mit flachen Rohrquerschnitten.Fig. 4 shows a section A-A (in Fig. 1 + 3) through the motive nozzle and the steam superheater, in a design as a multi-Laval nozzle nozzle in plate design, with flat tube cross-sections.

Es zeigt die Fig. 1, daß die Verdichtung in dieser Verbrennungskraftmaschine ohne jede mechanische Verdichterstufe, mit nur einer Dampfstrahlpumpe 24 erfolgt. Diese Art der Verdichtung konnte bisher technisch sinnvoll nur zusätzlich zu mechanischen Verdichtern verwendet werden. Der herkömmliche Dampfstrahlverdichter als alleinige Verdichtungsstufe würde zu viel Dampf eintragen. Es würde unverhältnismäßig viel nicht rückgewinnbare Kondensationswärme verloren gehen und schlechte Wirkungsgrade erzielt. Wird umgekehrt die Menge des Treibdampfes auf ein annehmbares Maß reduzieren, sinkt der Verdichtungsdruck auf ein technisch nicht mehr verwertbares Maß. (US 2.542.953 A)It shows the Fig. 1 that the compression in this internal combustion engine without any mechanical compressor stage, with only one steam jet pump 24 takes place. This type of compression could hitherto be used technically only in addition to mechanical compressors. The conventional steam jet compressor as the sole compression stage would introduce too much steam. It would disproportionately lost a lot of unrecoverable heat of condensation and achieved poor efficiencies. Conversely, if the amount of motive steam is reduced to an acceptable level, the compaction pressure drops to a technically un-usable level. (US 2,542,953 A)

Erfindungsgemäß gelingt die Verdichtung des Fördermedium auf ausreichenden Druck, indem der Dampf zunächst im Dampfüberhitzer 16 exorbitant überhitzt wird und danach auch innerhalb der Laval-Treibdüse 23, während der Entspannung fortwährend beheizt wird. Diese innere Beheizung erfolgt durch eine aus dem Abgas des atmosphärischen Abbrandes in die Laval-Treibdüse 23 und den Dampfüberhitzer 20 zugeführte zusätzliche Wärmemenge. Durch die beiden benannten, erfindungsgemäßen Maßnahmen gelingt gegenüber herkömmlicher Laval-Treibdüsen in etwa eine Verdoppelung der Geschwindigkeit des Treibdampfes am Austritt 24 der Treibdüse, was einer Vervierfachen der kinetischen Energie im Treibdampf entspricht.According to the invention succeeds in the compression of the fluid to sufficient pressure by the steam is first exorbitantly superheated in the steam superheater 16 and thereafter also within the Laval-Treibdüse 23, while the relaxation is continuously heated. This internal heating is effected by an additional amount of heat supplied from the exhaust gas of the atmospheric burn-up into the Laval blowing nozzle 23 and the steam superheater 20. By the two named measures according to the invention succeeds over conventional Laval-driving nozzles in about a doubling of the velocity of the motive steam at the outlet 24 of the motive nozzle, which corresponds to a quadruple of the kinetic energy in motive steam.

In herkömmlichen unbeheizten Dampf-Laval-Treibdüsen fällt die Dampftemperatur bis zur Düsenaustritt während der isentropen Entspannung in der Laval-Düse auf ca. 100°C (Kondensationstemperatur des Treibdampfes). Im Gegensatz dazu, ist bei der erfindungsgemäßen Laval-Treibdüse 22, durch die ständige Zufuhr von Wärme aus dem Abgas, bei beispielsweise einer Abbrandtemperatur von 1000°C bereits eine Dampf-Austrittstemperatur an der Austrittsdüse 24 von ca. 700°C erreichbar.In conventional unheated steam Laval-Treibdüsen the steam temperature falls to the nozzle exit during isentropic relaxation in the Laval nozzle to about 100 ° C (condensation temperature of the motive steam). In contrast, in the inventive Laval-Treibdüse 22, by the constant supply of heat from the exhaust gas, for example, a burnup temperature of 1000 ° C already a steam outlet temperature at the outlet nozzle 24 of about 700 ° C reach.

Die dem Abgas zur Erhöhung der Enthalpie des Dampfes in der Treibdüse 23 und des Dampfüberhitzers 20 entzogen Wärme, mit folglicher Senkung der Entropie des Treibdampfes, wird über den rekuperativen Gegenstromwärmetäuscher in einem inneren Kreislauf zu einem erheblichen Prozentsatz wieder in den Kreislauf rückgeführt.The heat removed from the exhaust gas to increase the enthalpy of the steam in the motive nozzle 23 and steam superheater 20, with consequent reduction in the entropy of the motive steam, is recirculated to a substantial percentage via the recuperative countercurrent heat exchanger in an internal circuit.

Fig. 1 zeigt die Erfindung bei Verwendung von Festbrennstoff, dessen Abgas aschearm in den Wärmetauscher 21 strömt und mittel eines zwischen den Brennraum (16) und die Abgasturbine (28) geschaltenen Filter (36) völlig von Flugasche und Russ befreit wird.Fig. 1 shows the invention when using solid fuel, the exhaust ash flows into the heat exchanger 21 and a medium between the combustion chamber (16) and the exhaust gas turbine (28) switched filter (36) is completely freed from fly ash and soot.

Das Speisewasser des Treibdampfes wird durch die Druckpumpe 13 unter Höchstdruck durch den Gegenstromwärmetäuscher 7 und durch den Dampfüberhitzer 20, sowie durch die beheizte Laval-Treibdüse 22 gepreßt.The feed water of the motive steam is forced through the pressure pump 13 under maximum pressure by the Gegenstromwärmetäuscher 7 and by the steam superheater 20, as well as by the heated Laval nozzle 22.

Nach dem erfindungsgemäßen Durchlauf des Abgases durch den Gegenstromwärmetäuscher 5 weist dieses eine Temperatur von ca. 100°C auf, welche der Kondensationstemperatur des Treibdampfes entspricht. Im Kondensat des Treibdampfes steckt aber noch der Grossteil der Kondensationswärme, welche für kinetische Umwandlung nicht mehr verwendet werden kann, sie ist irreversibel. Umgekehrt wird die Verbrennungsluft 6 und das Speisewasser 7 in einem 5 AT 501 418 B1 angestrebten maximalen technischen Maß erwärmt. Das vorerwärmte Speisewasser 7 fließt in den Dampfüberhitzer 20, die Verbrennungsluft in den Brennkessel 32. Das Pumpen der Verbrennungsluft erfolgt durch die Saugwirkung der Injektorsaugkammer 25. In der Saugkammer 25 entsteht durch das Ausströmen des Treibdampfes 24 ein fördernder Unterdrück.After the inventive passage of the exhaust gas through the Gegenstromwärmetäuscher 5, this has a temperature of about 100 ° C, which corresponds to the condensation temperature of the motive steam. In the condensate of the motive steam is still the bulk of the heat of condensation, which can no longer be used for kinetic conversion, it is irreversible. Conversely, the combustion air 6 and the feed water 7 is heated in a maximum technical measure aimed at 5 AT 501 418 B1. The preheated feedwater 7 flows into the steam superheater 20, the combustion air into the combustion vessel 32. The combustion air is pumped by the suction of the Injektorsaugkammer 25. In the suction chamber 25 is formed by the outflow of the motive steam 24, a promotional suppressing.

Die Restwärme im Abgas nach dem Gegenstromwärmetäuscher 5 kann noch als Prozeßwärme oder für Heizzwecke über einen Wärmetauscher 4 und Heizkörper 3 genutzt werden. Dazu wird das Abgas im Wärmetauscher 4 unter die Kondensationstemperatur des Speisewassers abgekühlt. Das Speisewasser wird nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher 4 in einen Wasserabscheider 2 vom Abgas getrennt um anschließend in einem Filter 11 von Schadstoffen aus dem Treibstoffabbrand gereinigt zu werden. Danach fließt das wiedergewonnene Speisewasser zur neuerlichen Verwendung in einen Auffangtank 12. Da mit dem Speisewasser auch das Verbrennungswasser anfällt, ergibt sich eine Übermenge, die aus dem Tank 12 abgelassen wird.The residual heat in the exhaust gas after Gegenstromwärmetäuscher 5 can still be used as process heat or for heating purposes via a heat exchanger 4 and 3 radiator. For this purpose, the exhaust gas is cooled in the heat exchanger 4 below the condensation temperature of the feedwater. The feed water is separated after passing through the heat exchanger 4 in a water separator 2 from the exhaust gas to be subsequently cleaned in a filter 11 of pollutants from the fuel burn. Thereafter, the recovered feed water flows for reuse in a catch tank 12. Since the feed water also incurs the combustion water, there is an excess amount that is discharged from the tank 12.

Dem konischen Saugrohr 25 der Dampfstrahlpumpe 33 ist ein gerades Mischrohr 26 gleichbleibenden Querschnittes nachgeschalten. Das Mischrohr 26 mündet in den Diffusor 27, in welchen anfangs durch einen Verdichtungsstoß das Dampf/ Abgasgemisch auf Unterschall-Geschwindigkeit verzögert wird. Umgekehrt steigt der Druck im Diffusor 27 entlang der Fließachse allmählich auf sein höchst mögliches Maß.The conical suction tube 25 of the steam jet pump 33 is followed by a straight mixing tube 26 of constant cross-section. The mixing tube 26 opens into the diffuser 27, in which initially by a compression shock, the steam / exhaust gas mixture is delayed to subsonic speed. Conversely, the pressure in the diffuser 27 gradually increases along the flow axis to its highest possible level.

Nach dem Injektor 33 strömt das Dampf/Abgasgemisch in die Abgasturbine 28. Durch die Verwendung des Brennkessels 14, in welchem die Asche absinkt 19 und das Abgas aschearm abfließt, ist die Verwendung von Festbrennstoff zum Betreiben einer Abgasturbine 28 möglich. Zusätzlich wird das Rauchgas mittel eines zwischen den Brennraum 16 und die Abgasturbine 28 geschalteten Filter 36 vom Flugasche und Ruß gereinigt. Wäre die Asche und der Ruß im Abgas vorhanden, würde die Abgasturbine 28 durch die schleifende Wirkung der Rußteilchen nach und nach zerstört. Flugasche würde sich außerdem nachteilig im Gegenstromwärmetäuscher 5 ablagern, wodurch dieser in seiner Funktion gemindert wird.After the injector 33, the steam / exhaust gas mixture flows into the exhaust gas turbine 28. The use of solid fuel for operating an exhaust gas turbine 28 is possible by using the combustion vessel 14, in which the ash sinks 19 and the exhaust gas flows off. In addition, the flue gas is cleaned by means of a switched between the combustion chamber 16 and the exhaust gas turbine 28 filter 36 from fly ash and soot. If the ash and the soot were present in the exhaust gas, the exhaust gas turbine 28 would be gradually destroyed by the abrasive effect of the soot particles. Fly ash would also disadvantageously deposit in Gegenstromwärmetäuscher 5, whereby this is reduced in its function.

Die physikalische Form des Pumpen eines heißen Abgases durch eine Dampfstrahlpumpe 33 unterscheidet sich in einer sehr markanten und entscheidenden Besonderheit von allen anderen Pumpen: Es kann ein gasförmiges Medium, unabhängig von dessen Temperatur, mit einer bestimmten, zur Verfügung stehenden Treibstrahlkinetik, mit gleichem Druck verdichtet werden. Dem gegenüber nimmt z.B. bei Kolbenverdichtern, Turboverdichtern, etc., der Aufwand des Pumpens im Verhältnis zur steigenden Temperatur, bzw. Volumen, des Fördermedium zu.The physical form of pumping a hot exhaust gas through a steam jet pump 33 differs from all other pumps in a very distinctive and decisive feature: it can compact a gaseous medium with a given, available motive jet kinetics, regardless of its temperature, with the same pressure become. On the other hand, e.g. in reciprocating compressors, turbo compressors, etc., the cost of pumping in relation to the rising temperature, or volume, of the fluid to.

Die Moleküle des Treibstrahls verlassen die Treibdüsen 24 einem freien Flug ins Saugrohr 25, wo sie erst nach und nach, weit ab von ihrer Ursprungsdüse 24, mit Molekülen des Fördermediums im Mischrohr 26 kollidieren. Ob nun ein dermaßen getroffenes Molekül selbst in einer großen, oder kleinen Brown'schen Molekülbewegung befindlich ist - also ob das Fördermedium heiß oder kalt ist - spielt nicht die geringste Rolle. Der Vorgang des Verdichten erfolgt vorteilhaft also wie nur in Form von Impulsübertragung. Diese Impulsübertragung zwischen Treib- auf Fördermedium ermöglicht, daß ein heißes und weit expandiertes Abgas, gleichermaßen gefördert werden kann, als ob es sich dabei um ein kaltes Gas handeln würde.The molecules of the propulsion jet leave the motive nozzles 24 for free flight into the intake manifold 25, where they only gradually, far from their original nozzle 24, collide with molecules of the conveyed medium in the mixing tube 26. Whether a molecule hit in this way is itself in a large or small Brownian molecular motion - ie whether the medium is hot or cold - does not play the slightest role. The process of compacting is advantageous so as only in the form of momentum transfer. This momentum transfer between the propellant and the pumped medium allows a hot and widely expanded exhaust gas to be equally promoted as if it were a cold gas.

Mittels dieser Pumpwirkung der Dampfstrahlpumpe 33 ist es möglich, heißes Abgas zu verdichten, gleichermaßen als ob eine kalte Gas gepumpt würde. Da das Pumpen in Form von Impulsübertragung erfolgt, muß lediglich das Mischrohr 26 im selben Maß verlängert werden, als das Volumen des zu pumpenden heißen Gases gegenüber eines kalten Gases vergrößert ist. Durch diese Verlängerung des Mischrohres 26 ist die Trefferwahrscheinlichkeit von Treibmolekülen gegenüber heißen Fördermolekülen gleich hoch wie beim kalten Fördermedium.By means of this pumping action of the steam jet pump 33, it is possible to compress hot exhaust gas, just as if a cold gas were being pumped. Since the pumping is in the form of momentum transfer, only the mixing tube 26 needs to be extended to the same extent as the volume of hot gas to be pumped is increased from a cold gas. As a result of this extension of the mixing tube 26, the probability of the likelihood of blowing molecules being opposite to hot conveying molecules is the same as in the case of cold conveying medium.

Fig. 2 zeigt wie die Wärmetauschfläche 23 erfindungsgemäß gegenüber einer herkömmlichen Laval-Treibdüsen-Innenseite 23 vergrößert wird. Zur Übertragung der erforderlichen Wärme-Fig. 2 shows how the heat exchange surface 23 according to the invention over a conventional Laval-Treibdüsen inside 23 is increased. To transfer the required heat

Claims

In the case of Laval nozzle 22, for example, the surface in a conventional Laval nozzle would be many times too small. By flattening the opening angle 35 of, in particular, the divergent nozzle portion 23 of the Laval driving nozzles 22 to, for example, < 2 °, the nozzle can be extended many times and increase the heat exchange area equally. Fig. 3: By dividing the total driving current of the propellant gas from a plurality of correspondingly reduced Laval-driving nozzles 22a / 22b, the total heat exchange surface also increases. The more small blowing nozzles 22a / 22b are used, the greater the effect of the heat exchange surface enlargement. FIG. 4: By flattening 34 conventionally round nozzle passage cross sections to a broad, but inversely reduced in height passage cross section 34, the heat exchange surface increases to a considerable extent. Such narrow and flat nozzle cross sections 34 can be formed, for example, between at least two metal plates, but preferably a plurality of plates, of which at least one thermally sufficiently connected to the heat exchanger 5 and equally to the other plates sufficient thermal connection exists. 1. internal combustion engine, in which a continuously flowing gas volume in an exhaust gas turbine (28) is relaxed and in which the required pressure of this gas volume by means of an upstream jet pump (33) is generated and a, the exhaust stream of the exhaust gas turbine (28) downstream heat exchanger ( 5), which recuperatively transfers residual heat from the exhaust gas to the media flowing in the internal combustion engine, characterized in that the exhaust gas from the combustion chamber (16) is compressed with atmospheric burnup, as delivery jet in the downstream steam jet injector (33) and after the injector (33 ) the exhaust gas-vapor mixture in the exhaust gas turbine (28) is expanded.

2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the compression of the exhaust gas from the combustion boiler (14) exclusively by the impulse transmission of the steam drive jet to the pumped medium of the steam jet pump (33).

3. Internal combustion engine according to claim 1 and 2, characterized in that the motive steam of the steam jet pump (33) first via a recuperative heat exchanger (8), which heat after the exhaust gas turbine (28) from the exhaust gas recovered, and subsequently via a heat exchanger (20 ), which heat from the exhaust gas directly on, or after the combustion boiler (14) wins generated.

4. Internal combustion engine according to claim 1 to 3, characterized in that the Laval-driving nozzles (22) of the jet pump (33) during expansion within the divergent nozzle part (23) of the Laval nozzles is constantly refreshed by heat from the outside and subsequently through the so treated, from the Laval-Treibdüse (22) emerging motive steam, exhaust gas from a combustion chamber (16) in the jet pump (33) is compressed.

5. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the heat supply for refreshing the steam in the Laval-Treibdüse (22) and for superheating the steam in the steam superheater (20) by a thermal closure of the Laval-Treibdüsen (22) and the upstream steam superheater (20) to the combustion chamber (16) or a heat exchanger downstream of the combustion chamber (5). 7 AT 501 418 B1

6. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the combustion chamber (14) is formed in particular for the burning of solid fuel and the ash resulting from combustion in the combustion chamber (16) by a Rüttelrost (18) in the ash box (19) decreases, or ., The ash separates from the exhaust gas and the exhaust gas so minimal amounts of fly ash and soot flowed into the heat exchanger (5).

7. Internal combustion engine according to claim 1 to 5, characterized in that the feed water or the motive steam before entering the steam superheater (20) in a heat exchanger (7) absorbs heat, which in Gegenstromwärmetäuscher (8) from the exhaust gas to the exhaust gas turbine (28 ) is delivered.

8. Internal combustion engine according to claim 1 to 5, characterized in that the outflowing exhaust gas of the exhaust gas turbine (28) in Gegenstromwärmetäuscher (8) heat is withdrawn and also to the, the combustion boiler (14) inflowing combustion air (6) is transmitted.

9. internal combustion engine according to claim 1 to 6, characterized in that the required heat exchange surface for the refreshment of the motive steam in the Laval-Treibdüse (22) is formed by the total steam flow of the propellant jet to a plurality of parallel, each receiving a portion of the total steam current, smaller Laval Treibdüsen (22 a / 22 b) is divided.

10. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that the Laval-driving nozzles (22) in particular in the divergent nozzle part (23) have a flattened opening angle (35) to the divergent nozzles (23) compared to a conventional La val-driving nozzle in proportion from length to cross-section of the nozzle, extending in length by a multiple.

11. internal combustion engine according to claim 9 and 10, characterized in that an additional increase in the heat exchange surface in the Laval-Treibdüse (22) by a flattening (34) of a conventional round flow cross-section of a Laval nozzle is achieved.

12. Internal combustion engine according to claim 1 to 5, characterized in that the Gegenstromwärmetäuscher (8) is not used on the inflowing media residual heat at least in part via a heating heat exchanger (4) for heating purposes (3) or used as process heat.

13. Internal combustion engine according to claim 1 to 5 and 12, characterized in that the liquid condensate from the motive steam and the combustion water after exiting the Gegenstromwärmetäuscher (8) or from the heating heat exchanger (4) is passed through a cleaning filter (11) and Thereafter, the feedwater pump (13) is supplied again. For this purpose 2 sheets of drawings