CH110559A - Compound internal combustion engine. - Google Patents

Compound internal combustion engine.

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CH110559A
CH110559A CH110559DA CH110559A CH 110559 A CH110559 A CH 110559A CH 110559D A CH110559D A CH 110559DA CH 110559 A CH110559 A CH 110559A
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combustion engine
internal combustion
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Buechi Alfred
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Buechi Alfred
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B41/00Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02Engines with prolonged expansion
    • F02B41/10Engines with prolonged expansion in exhaust turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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Description

  

      Verbund-Verbrennungskraftmaschine.       Vorliegende Erfindung betrifft     Verbund-          Verbrennungskraftmaschinen,    bei welchen  mindestens ein     Vorverdichter    für die     La-          clung    der     Verbrennungskraftmaschine        mit-          i-eIst    mindestens einer durch die Abgase der       V(-rbrennungskraftmaschine        beaufschlagten     Turbine angetrieben wird.

   Gemäss der Er  findung werden die Abgase nach Verlassen  der Turbine zur Dampferzeugung herange  zogen, um mindestens eine auf die Abgas  turbinenwelle arbeitende Dampfturbine an  zutreiben.  



  Eine beispielsweise Ausführungsform des       Erfindungsgegenstandes    ist in beiliegender  Zeichnung     tla.rgestellt,    in welcher       Fig.    1. in schematischer Weise die     Ver-          bund-Verbrennungskraftmaschine    mit     Vor-          verdichter,    Abgasturbine, Dampferzeuger,  Dampfturbine und     deren    Verbindungen mit  einander zeigt;       Fig.    2 zeigt eine Variante der Verbin  dungen einzelner Teile.  



  In     Fig.    1 treibt die     Verbrennungskraft-          maschine   <I>a</I> mit den Arbeitszylindern<I>b</I> einen  Stromerzeuger c an. Der Verdichter d zur       Vorverdiehtung    der durch die Leitung 9 zu-    geführten Ladung wird mit einem Strom  erzeuger f, der zum Stromerzeuger c paral  lel geschaltet ist, von einer Abgasturbine e  und einer     Dampfturbine        g    angetrieben. Die  verdichtete, Ladung gelangt durch- die Lei  tung 1 zu     @    den Zylindern b der Verbren  nungskraftMaschine a.

   Die Auspuffgase  strömen durch die Leitung 2 mit dem Ab  schlussorgan 13 und einer ins Freie gehende  Abzweigung 15, die von einem     Abschluss-          organ    14 beherrscht wird, von den Zylindern  b der     Verbrennungskraftmaschine        a    nach  der Abgasturbine e. Die Abgase der Abgas  turbine fliessen durch die Leitung 3 mit dem       Abschlussorgan    18 und dem     Überhitzer    i  nach dem Dampferzeuger h und verlassen  letzteren nach Abgabe ihrer Wärme an  das im Dampferzeuger befindliche Wasser  durch die Leitung 4, um ins Freie auszu  strömen.

   Der erzeugte Dampf wird durch die  Leitung 5, welche den     Überhitzer    i passiert,  der auf die     Vorverdichterwelle    arbeitenden  Dampfturbine g zugeführt. Der Abdampf  der Dampfturbine gelangt durch die Lei  tung 6 nach einem Kondensator k. Das Kühl  wasser zur Kondensation des Abdampfes      im     Kondensator    wird von der Kühlwasser  pumpe     -na    durch die Leitung 7 nach dem       Kondf#nsator        k.    gedrückt.

   Der     kondensierte     Dampf fliesst durch die Leitung 8 nach dem  Behälter<I>1.</I> Dem Verdichter<I>cl</I> wird Kühl  wasser des Kondensators durch die Leitung       2t;    zugeführt; das Kühlwasser verlässt den  Verdichter durch die Leitung 10 und gelangt  in     die    Kühlräume der Zylinder     b    der     Ver-          lrreiinungskraftinaschirie    a und von dort  durch die Leitung 11 als     vorgewä        .rintes     Speisewasser in den Dampferzeuger.

       \Wird     nicht alles Kühlwasser zu     Speisezwecken    ver  wendet, so kann ein Teil desselben durch       (ki;        Absclilussorgan        27    und die Leitung 28       Mler    durch das     Absclilussorgan    29     und    die       Leitung    30 in den     Wasserbehälter    1 fliessen.  



  Bei der beschriebenen Maschine wird die       den    die Abgasturbine verlassenden Abgase  in Gestalt von Wärme noch     inneivolinende          Energie    im Dampferzeuger und in der  Dampfturbine ausgenützt.  



  Die     Dampfturbine    ist an eine bereits       vorhandene        schnelldrehende        Welle        angekup-          pelt.    Die bauliche Einrichtung ist eine.       äusserst    einfache, und jedes Übersetzung,       -etriebe    ist vermieden.

   Die Abgasturbine ist       zweckmässig    so gebaut,     d:ass    sie annähernd  bei Normallast der Kraftanlage die beste       Ausnützung    ergibt, bei kleinerer     Belastun--          ist    ihr     M'irl@ungsgriid    geringer, und die aus  ihr strömenden Abgase haben deshalb     eine     höhere Temperatur als bei einer guten     Aus-          nützun,--.    Bei der Dampferzeugung wird  ihre     Wärmeenergie    noch ausgenützt,

   und       deshalb    kann auch bei kleinerer Belastung       F#iri    verhältnismässig kleiner Brennstoffver  brauch erzielt werden.  



       Gemäss        Fig.    2 ist der     Überhitzer    i in die       Leitung    2 eingeschaltet, so dass die Aus  puffgase von der     Verbrennungskraftmaschine     den     Cberhitzer    i, durchströmen, bevor sie  zur Abgasturbine     e    gelangen. Die Leitung 3  führt die Abgase     aus    der Abgasturbine unter       Umgehung    des     Überhitzers    direkt nach dem  Dampferzeuger.

   Dies bewirkt eine Kühlung  der aus der     Verbrennungskraftmaschine    aus  tretenden     Abgase,    vor ihrem Eintritt in die         Abgasturbine,    was zum Beispiel bei Über  last     zweckmässig    sein kann. Die entzogene       Wärmeenergie    Wird zum Teil in der     Dampf-          turbine    wieder     ausgenützt;    und geht deshalb  nur teilweise verloren.  



  Natürlich kann bei der Maschine gemäss       Fig.    1 eine-     Zweigleitung    16 mit einem Ab  schlussorgan und     Druckreduzierventil    17 die  Leitung 2 mit dem     C'berhitzer        i        verbinden,          uni    den     mittelst    der     Abgase        erzeugten        I)ainpf     durch einen Teil der     von    der     Verbrennitn0:

  -          kraftmaschine        kommenden        Auspuffgase        zii          überhitzen    und im     Pzimpfkessel    lt höher zu       erwärmen    oder um     durch    Schliessen     des        ),1)-          schlussorganes    18 in- der     Leituno@    3 und     des          Abschltissorganc5    1:

  3 in     dic.        Leiten,    2 die<B>A</B>b  gasturbine     abzuschalten    und die Auspuff  gase unter     Umgehung    der     Abbasturliine     direkt dem     Überhitzer        i.    und dem     Dampf-          erzeuger   <I>lt</I>     zuzuführen.    Ferner kann eine  Zweigleitung 19 mit     Abschlussorgan    20 vor  gesehen sein, durch welche Auspuffgase von  der     Verbrennungakra-ftmaschine    der Dampf  turbine als Antriebsmittel zugeführt wer  den.

   Auch kann eine Leitung 21 mit einem       Abschlussorgan    22     vorgesehen    sein,     Wi@lclicgestattet,    Dampf der V     erbrennungskra        ft-          maschine        zuzuführen,    um letztere     zeit@wei@e     mit     -Dampf    zu betreiben.

   Dadurch wird es  möglich, das     Anlassen    der     Verbrennung.s-          kraftniaschine    mittelst     Dampf    zu     bewirken.     Da. auch der     Vorkompressor        mittelst    der  Dampfturbine allein angetrieben     werden          kann,    so kann Druckluft als     Antriebsmittel          umgangen    werden.  



  Bei der     31asc,liinn        gemäss        Fig.    2 kann eine       Abzweigung        23    mit einem     Abschlussorgan     24 von der Dampfleitung 5 nach der Abgas  turbine e führen, um letztere mit Dampf  betreiben zu können, wobei die Dampftur  bine mittelst eines     Abschlussorganes    25 im       Dampfzuführungsrohr    vor der Dampfturbine       g    zweckmässig abgeschaltet wird.  



  Die     Möglichkeit,    die Abgasturbine mit  Dampf und die Dampfturbine     mittelst    den  Abgasen zu     betreiben,    bedeutet eine Erhö  hung der     Betriebssicherheit,    indem bei     Be-          sehä.digung    einer     Turbine    die andere gleich-      wohl zum Antrieb des     Vorhompressors    ver  wendet werden kann.  



  Das Kühlwasser kann natürlich     auith        zu-          c#rst    den Verdichter kühlen und dann den       Iiondens:ator.     



  Die Dampfturbine ist zweckmässig so       ausgebildet,    dass ein vom Dampf erzeugter       Axialdruck    auf die     Laufräder    derselben dem  vom     Vorverdichter    und der Abgasturbine       1)(#i-i-iilirenclen        Axi < ildruelc        entgegenwirkt    und       Bliesen        möglicbst    ausgleicht.



      Compound internal combustion engine. The present invention relates to compound internal combustion engines in which at least one pre-compressor for charging the internal combustion engine is driven with at least one turbine acted upon by the exhaust gases from the internal combustion engine.

   According to the invention, after leaving the turbine, the exhaust gases are used to generate steam in order to drive at least one steam turbine working on the exhaust turbine shaft.



  An example embodiment of the subject matter of the invention is shown in the accompanying drawing, in which FIG. 1 shows schematically the composite internal combustion engine with pre-compressor, exhaust gas turbine, steam generator, steam turbine and their interconnections; Fig. 2 shows a variant of the connec tions of individual parts.



  In FIG. 1, the internal combustion engine <I> a </I> drives a power generator c with the working cylinders <I> b </I>. The compressor d for pre-condensing the charge supplied through the line 9 is driven by an exhaust gas turbine e and a steam turbine g with a power generator f, which is connected in parallel to the power generator c. The compressed charge travels through line 1 to cylinders b of the internal combustion engine a.

   The exhaust gases flow through the line 2 with the closing element 13 and an outside branch 15, which is dominated by a closing element 14, from the cylinders b of the internal combustion engine a to the exhaust gas turbine e. The exhaust gases from the exhaust turbine flow through line 3 with the closing element 18 and the superheater i after the steam generator h and leave the latter after releasing their heat to the water in the steam generator through line 4 to flow out into the open.

   The generated steam is fed through the line 5, which passes through the superheater i, to the steam turbine g operating on the supercharger shaft. The exhaust steam from the steam turbine passes through the device 6 to a condenser k. The cooling water for condensation of the exhaust steam in the condenser is pumped by the cooling water pump -na through line 7 after the condenser k. pressed.

   The condensed steam flows through the line 8 to the container <I> 1. </I> The compressor <I> cl </I> is cooled water of the condenser through the line 2t; fed; the cooling water leaves the compressor through the line 10 and arrives in the cooling chambers of the cylinder b of the locking power unit a and from there through the line 11 as pre-heated feed water into the steam generator.

       If not all of the cooling water is used for feeding purposes, some of it can flow through (ki; shut-off element 27 and line 28 Mler through shut-off element 29 and line 30 into the water container 1.



  In the case of the machine described, the exhaust gases leaving the exhaust gas turbine are used in the form of heat in the steam generator and in the steam turbine, which are still inherent in energy.



  The steam turbine is coupled to an existing high-speed shaft. The structural arrangement is one. extremely simple, and any translation or operation is avoided.

   The exhaust gas turbine is purposefully built in such a way that it produces the best utilization at approximately normal load of the power plant, with a lower load its air pressure is lower, and the exhaust gases flowing out of it therefore have a higher temperature than with a good one Exploitation, -. When generating steam, their thermal energy is still used,

   and therefore a relatively small fuel consumption can be achieved even with a smaller load F # iri.



       According to FIG. 2, the superheater i is switched on in the line 2, so that the exhaust gases from the internal combustion engine flow through the superheater i before they reach the exhaust gas turbine e. Line 3 leads the exhaust gases from the exhaust gas turbine, bypassing the superheater, directly after the steam generator.

   This causes the exhaust gases emerging from the internal combustion engine to be cooled before they enter the exhaust gas turbine, which can be useful, for example, in the event of overload. The extracted thermal energy is partially used again in the steam turbine; and is therefore only partially lost.



  Of course, in the machine according to FIG. 1, a branch line 16 with a closing element and pressure reducing valve 17 can connect the line 2 to the superheater i, and the I) ainpf generated by means of the exhaust gases through part of the combustion process:

  - Overheat the exhaust gases coming from the engine and heat them up in the Pzimpfkessel lt or by closing the), 1) - closing element 18 in the Leituno @ 3 and the closing organc5 1:

  3 in dic. Manage, 2 shut down the <B> A </B> b gas turbine and the exhaust gases, bypassing the Abbasturliine directly to the superheater i. and to be supplied to the steam generator <I> lt </I>. Furthermore, a branch line 19 with a closing member 20 can be seen through which exhaust gases from the combustion engine of the steam turbine as drive means are supplied to who.

   A line 21 with a closing element 22 can also be provided, which allows steam to be supplied to the combustion engine in order to operate the latter with steam for a period of time.

   This makes it possible to start the combustion engine using steam. There. the pre-compressor can also be driven by the steam turbine alone, so compressed air can be bypassed as a drive means.



  In the 31asc, liinn according to FIG. 2, a junction 23 with a closing element 24 can lead from the steam line 5 to the exhaust gas turbine e in order to be able to operate the latter with steam, the steam turbine using a closing element 25 in the steam supply pipe upstream of the steam turbine g is appropriately switched off.



  The possibility of operating the exhaust gas turbine with steam and the steam turbine with the exhaust gases means an increase in operational reliability, in that if one turbine is damaged, the other can be used to drive the pre-compressor.



  The cooling water can of course first cool the compressor and then the iondens: ator.



  The steam turbine is expediently designed in such a way that an axial pressure generated by the steam on the impellers of the same counteracts that of the supercharger and the exhaust gas turbine 1) (# i-i-iilirenclen Axi <ildruelc and compensates for blows as possible.

 

Claims (1)

PATENTANSPRUCH Verbund-Verbrennungskraftm.ascliine, bei welcher ein Vorverdichter für die Ladung der Verbrennungskraftmaschine mittelst mindestens einer durch die Abgase der V er- ler@nnungskratmaschin@ beaufschlagten Tur bine angetrieben wird, dadurch gekennzeich net, dass die Abgase nach Verlassen der Turbine zur Dampferzeugung Herangezogen werden, PATENT CLAIM Composite internal combustion engine, in which a pre-compressor for charging the internal combustion engine is driven by means of at least one turbine acted upon by the exhaust gases from the exhaust gas generator, characterized in that the exhaust gases are used to generate steam after leaving the turbine will, um mindestens eine auf die Abgas- t.urbinenwelle arbeitende Pampt'turbine an zutreiben. UNTERANSPRüCHE 1 Verbund-Verbrennungskraftmaschine nach Patentansprueli, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um den er zeugten Dampf wenigstens zeitweise zum Betriebe der Verbrennungskraftmaschine zu verwenden. in order to drive at least one Pampt'turbine working on the exhaust turbine shaft. SUBClaims 1 composite internal combustion engine according to patent claims, characterized in that means are provided in order to use the steam generated at least temporarily to operate the internal combustion engine. ?. Verbund-Verbrennungskraftmascliine nach Patentanspruch, gekennzeichnet durch einen Überbitzer für den mittelst der Ab gase der Abgasturbine erzeugten Dampf, der von den aus der Verbrennungskraft m,aschine kommenden Abgasen geheizt wird, bevor sie in die Turbine über strömen. a. Verbund-Verbrennungskri-_ftmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorverdichter und ein Konden sator für den aus der Dampfturbine aus tretenden Dampf von demselben Kühlmit tel nacheinander gekühlt werden. ?. Composite combustion engine according to patent claim, characterized by a super-beater for the steam generated by means of the exhaust gases from the exhaust gas turbine, which is heated by the exhaust gases coming from the combustion engine before they flow into the turbine. a. Composite internal combustion engine according to claim, characterized in that the pre-compressor and a condenser for the steam emerging from the steam turbine are successively cooled by the same coolant. 1-. Verbund-Verbrennungskraftmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um die Ab gase der Verbrennungskraftmaschine unter Umgehung der Abgasturbine direkt dem Dampferzeuger zuzuführen. 5. V erbund-Verbrennungskraftmasehine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine so ausgebildet und angeordnet ist, dass ein vom Dampf er zeugter Axialdruck auf die - Laufräder derselben einem vom Vorverdichter und der Abgasturbine herrührenden Axial druck entgegenwirkt. 1-. Compound internal combustion engine according to claim, characterized in that means are provided to supply the exhaust gases from the internal combustion engine directly to the steam generator, bypassing the exhaust gas turbine. 5. Combined internal combustion engine according to claim, characterized in that the steam turbine is designed and arranged so that an axial pressure generated by the steam on the - impellers of the same counteracts an axial pressure originating from the supercharger and the exhaust gas turbine. G. Verbund-Verbrennungskraftma.schine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um der Ab gasturbine Dampf aus dem Dampferzea= ger zuführen zu können. 7. Verbund-Verbrennungskraftmaschine nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel vorgesehen sind, um derDa.mpf- turbine Abgase aus der Verbrennungs- kraftmaschine zuführen zu können. G. composite internal combustion engine according to claim, characterized in that means are provided in order to be able to supply steam from the steam generator to the exhaust gas turbine. 7. Compound internal combustion engine according to patent claim, characterized in that means are provided in order to be able to supply exhaust gases from the internal combustion engine to the Da.mpf turbine.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2464434A (en) * 1942-10-23 1949-03-15 English Electric Co Ltd Regulation of steam and exhaust gas turbines
FR2502692A1 (en) * 1981-03-27 1982-10-01 Bergounhoux Marcel Turbine-assisted internal combustion engine - uses gas or steam vaporised by heat of exhaust gases to drive turbine

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