DE102010012295A1

DE102010012295A1 - Verdampfungskühlung im Inneren von Verbrennungsmaschinen

Info

Publication number: DE102010012295A1
Application number: DE102010012295A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-03-23
Filing date: 2010-03-23
Publication date: 2011-09-29

Abstract

Es ist bekannt, zur Innenkühlung von Verbrennungsmotoren Wasser in den Ansaugstutzen und bei Gasturbinen nach dem Verdichter in die Verbrennungsluft einzuspritzen, um die Verbrennungstemperatur zu senken und damit die Stickoxidbildung zu reduzieren. Durch die Temperaturabsenkung der Verbrennungsgase wird auch der Druck gemindert. Eine nennenswerte Steigerung des thermischen Wirkungsgrades ist also dadurch nicht zu erreichen. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen darin, dass die durch Abgase und Kühlung anfallende Wärme von Verbrennungsmaschinen zur Verdampfung von eingespritztem Wasser auf heißen Metallflächen im Inneren des Zylinderkopfes bei Verbrennungsmotoren verwendet wird. Desgleichen können auch die inneren heißen Wandungen und Schaufeln von Gasturbinen als Verdampfer genutzt werden. Damit wird der Druck des Gasgemisches und dadurch der thermische Wirkungsgrad erhöht. Die Anwendung der inneren Verdampfungskühlung ist für Verbrennungsmotoren und Gasturbinen geeignet und bringt neben der Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades eine Reduzierung von Stickstoffoxiden und bei Dieselmotoren eine Reduzierung von Rußpartikeln.

Description

Es ist bekannt, zur Innenkühlung von Verbrennungsmotoren Wasser in den Ansaugstutzen und bei Gasturbinen nach dem Verdichter in die Verbrennungsluft einzuspritzen, um die Verbrennungstemperatur zu senken und damit die Stickstoffoxidbildung zu reduzieren. Durch die Temperaturabsenkung der Verbrennungsgase wird auch der Druck gemindert.
Eine nennenswerte Steigerung des thermischen Wirkungsgrades ist also dadurch nicht zu erreichen.
Desweiteren hat man bei Dieselmotoren Dieselkraftstoff mittels eines Emulgators mit etwa 15% Wasser gemischt und in den Verbrennungsraum gespritzt. Damit werden eine geringe Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades und eine Verringerung des Schadstoffausstoßes von Dieselruß und Stickstoffoxid erreicht.
Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, die Verbrennungsmaschinen auftretenden Wärmeverluste durch Abgase und Kühlung zu nutzen, um einen größeren thermischen Wirkungsgrad zu erzielen.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass im Verbrennungsraum im Bereich des Zylinderkopfes eingespritztes Wasser auf heißen, ungekühlten Metallflächen kurz vor der Zündung unter Druck schlagartig verdampft und danach durch die Verbrennungsgase überhitzt wird.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen darin, dass die in Verbrennungsmaschinen auftretenden Wärmeverluste durch Abgase und Kühlung reduziert werden.
Durch den höheren Gasfüllungsgrad im Zylinder entsteht ein größerer Druck, der die Leistung steigert. Außerdem ist durch die Senkung der Verbrennungstemperatur eine Minderung von Rußpartikeln und Stickstoffoxiden im Abgas von Dieselmotoren zu erwarten.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 benannt und dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder im Bereich des Zylinderkopfes (1) sich verjüngend verlängert wird und auch der Kolben (2) eine entsprechende Verlängerung erfährt. Dadurch wird die ungekühlte Verdampfungsfläche außerhalb der öligen, nicht nutzbaren Kolbenführungsflächen des Zylinders vergrößert.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung im Anspruch 3 ist so beschrieben, dass Auspuffgase (3) den Zylinderkopf im Bereich der Verdampfungsfläche von außen aufheizen.
Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (4) im Bereich der Verdampfungsfläche außen isoliert ist.
Im Anspruch 5 wird gezeigt, dass am Ende des Auspufftopfes ein Kondensator angebracht ist, der das Wasser aus dem Auspuffgas-Wasserdampfgemisch heraus kondensiert. Dieselrußpartikel könnten hierbei als Kondensationskeime wirken und dadurch der Dieselruß aus dem Abgas heraus gefällt werden.
Das Prinzip der Verdampfungskühlung ist auch auf Gasturbinen zu übertragen und im Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass eingespritztes Wasser im Inneren der Turbine unter Druck auf heiße Wandungen trifft, verdampft, die Wandungen und Schaufeln kühlt, durch Erhöhung der Gasdruckes den Wirkungsgrad verbessert, sowie die Bildung von Stickstoffoxid vermindert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
Bezugszeichenliste

1: Konisch verlängerter Zylinder
2: Konisch verlängerter Kolben
3: Aufheizende Auspuffgase
4: Isolierung
5: Wassereinspritzdüse
6: Dieseleinspritzdüse

Claims

Verdampfungskühlung im Inneren von Verbrennungsmotoren, dadurch gekennzeichnet, dass im Verbrennungsraum im Bereich des Zylinderkopfes eingespritztes Wasser auf heißen, ungekühlten Metallflächen kurz vor der Zündung unter Druck schlagartig verdampft und danach durch die Verbrennungsgase überhitzt wird.
Verdampfungskühlung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder (1) im Bereich des Zylinderkopfes, sich verjüngend, verlängert wird und auch der Kolben (2) eine entsprechende Verlängerung erfährt.
Verdampfungskühlung nach Patentanspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Auspuffgase (3) den Zylinder im Bereich der Verdampfungsfläche von außen aufheizen.
Verdampfungskühlung nach Patentanspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderkopf (4) im Bereich der Verdampfungsfläche außen isoliert ist.
Verdampfungskühlung nach Patentanspruch 1, 2, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende des Auspufftopfes ein Kondensator angebracht ist, der das Wasser aus dem Auspuffgas-Wasserdampfgemisch heraus kondensiert.
Verdampfungskühlung dadurch gekennzeichnet, dass eingespritztes Wasser im Inneren einer Gasturbine auf heiße Wandungen trifft, verdampft, die Wandungen und Schaufeln kühlt, durch Erhöhung des Gasdruckes den Wirkungsgrad verbessert sowie die Bildung von Stickstoffoxid vermindert.