DE102015116578A1

DE102015116578A1 - Hoch-Wärmewirkungsgrad-Sechstaktmotor mit Wärmerückgewinnung

Info

Publication number: DE102015116578A1
Application number: DE102015116578.3A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-02-21
Filing date: 2015-09-30
Publication date: 2016-08-25

Abstract

Ein Hoch-Wärmewirkungsgrad-Sechstaktmotor und ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Motors werden offengelegt. Sauerstoff oder sauerstoffangereicherte Luft wird als Oxidationsmittel verwendet, Wasser kann, muss aber nicht, verwendet werden, um die Verbrennungstemperatur abzusenken und zu regeln, Wärme wird aus den beiden Abgastakten rückgewonnen, Heißdampf wird im zweiten Arbeitstakt verwendet und große Mengen von Abgas werden aus Takt vier rezirkuliert. Die Magerverbrennung wird verwendet, um sauerstoffreiches Abgas zu erzeugen, das zu sehr geringen Mengen von Feinstaub, unverbrannten Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxiden führt. Aufgrund des hohen Wärmewirkungsgrads werden die Kohlendioxidemissionen pro Krafteinheit verringert. Die Verwendung von Sauerstoff oder sauerstoffangereicherter Luft als Oxidationsmittel erzeugt ein Abgas, das sehr geringe Mengen von Stickoxiden enthält. Der Motor ist isoliert, um Wärme zu konservieren, was zu reduzierten Motorgeräuschen führt. Ein Motor mit hohem Wärmewirkungsgrad, niedrigen Betriebsgeräuschen und geringen Schadstoffemissionen ist das Resultat.

Description

GRUNDLAGEN DER ERFINDUNG
1. Fachgebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf Hubkolben-Verbrennungsmotoren im Allgemeinen, und im Speziellen auf Motoren, die mit Wärmerückgewinnungs-, Wärmeaufbereitungs- und anderen Wärmeerhaltungssystemen ausgestattet sind. Diese Erfindung bezieht sich darüberhinaus auf einen Hubkolbenmotor-Verbrennungsmotor mit reduzierten spezifischen Kohlendioxidemissionen, unverbrannten Kohlenwasserstoffen, Kohlenmonoxid und Stickoxiden pro erzeugter Krafteinheit.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Der Verbrennungsmotor ist schon weit über 100 Jahre alt. Das ursprünglich US-Patent wurde am 14. August 1877 an Nicolaus Otto für einen Viertakt-Ottomotor erteilt. Ein früheres Patent erhielt Otto in Deutschland für einen Viertaktmotor. Ein Selbstzündermotor, oder Diesel-Motor, wurde einige Jahre danach erfunden. Anders als Wankelmotoren, die viele Jahre später eingeführt wurden, haben die Verbrennungsmotoren unserer Gesellschaft einen Schub gegeben und sind heute fast überall zu finden. Diese Motoren waren hauptsächlich Zwei- und Viertaktmotoren.
Viele Verbesserungen wurden über die Jahre, sowohl an den Otto- als auch Dieselmotoren, vorgenommen, um deren Wärmewirkungsgrad zu verbessern und die Partikelemissionen und schädlichen chemischen Emissionen, insbesondere unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Kohlenmonoxid (CO) und gemischte Stickoxide (NOx), zu reduzieren. Der Wärmewirkungsgrad von Ottomotoren hat sich in dieser Zeit von einstelligen Prozentsätzen auf über 32% im alltäglichen Gebrauch erhöht. Eine Forschungsarbeit zeigte einen Wärmewirkungsgrad von annähernd 43% für einen Viertakt-Ottomotor, der mit unverdünntem Methanol angetrieben und darauf optimiert war (Matthew Brusstar, et al., "High Efficiency and Low Emissions from a Port-Injected Engine with Neat Alcohol Fuels", SAE Paper 2002-01-2743, 2002). Dieser hohe Wirkungsgrad wurde durch die Veränderung des Motors für die Verwendung von Alkohol, mit höherer Oktanzahl im Vergleich zum Benzin, möglich gemacht. Die Dieselmotoren haben in großen maritimen Niedriggeschwindigkeitsanwendungen, wie dem MAN S80ME-C7, einen Wärmewirkungsgrad von 52% bis 57% erreicht, mit einem spezifischen Kraftstoffverbrauch von 156 bis 168g Kraftstoff/KWh. Dieser Wirkungsgrad ist der Spitzen- oder Höchstwert, nicht der durchschnittliche Wirkungsgrad. Es werden derzeit Motoren entwickelt, die einen Wärmewirkungsgrad von bis zu 60% erreichen sollen, diese haben aber noch keine Marktreife erlangt. Das Verhältnis von Gewicht zu Leistungsabgabe von Verbrennungsmotoren hat sich über diesen Zeitraum verringert, was eine Anwendung bei Hochleistungs-Transporteinsätzen, bis hin zum Einsatz in Handwerkzeugen und Modellflugzeugen, ermöglicht.
Ein Hubkolbenmotor-Verbrennungsmotor schließt immer einen oder mehrere Zylinder ein. In jedem Zylinder ist ein Hubkolben mit einer Kurbelwelle verbunden, die die Hubbewegung des Kolbens in eine Kreisbewegung umwandelt. Es werden in einem konventionellen Verbrennungsmotor vier Takte ausgeführt; diese umfassen den Luft- oder Oxidationsmittel-Einlasstakt, Kompressionstakt, Arbeits- oder Verbrennungstakt und den Abgastakt. Diese bilden den vollständigen Zyklus. Zweitaktmotoren sind ebenfalls sehr verbreitet, aber weniger effizient und setzen mehr schädliche Chemikalien frei als ein Viertaktmotor.
Das Hauptproblem von Verbrennungsmotoren ist der geringe Wärmewirkungsgrad, plus der Freisetzung von Feinstaub, unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx). Der Wärmewirkungsgrad ist die Nutzleistung eines Motors geteilt durch die dem Motor zugeführte Wärme, die hauptsächlich aus Kraftstoff besteht, der bei seinem unteren Heizwert verbrannt wird, zuzüglich der mit der Luft eintretenden Wärme. Der Höchst-Wärmewirkungsgrad für einen Ottomotor liegt bei ungefähr 32% in automobiltechnischen Anwendungen, aber der Wärmewirkungsgrad desselben Motors bei normalem Betriebspunkt kann auch nur 15 bis 20% oder weniger betragen. Im Falle eines 20%-igen Wärmewirkungsgrades werden 80% der eintretenden Wärmeenergie als Abwärme ausgeschieden und nicht in Betriebskraft umgewandelt. In einem konventionellen Motor geht diese Wärme durch den Auspuff, über die Motorwände und über das Kühlsystem verloren, egal ob der Motor luft- oder flüssigkeisgekühlt ist. Auch die Reibung im Motor beläuft sich auf 5 bis 25% der Bruttonutzleistung des Motors. Die Reibung wird zu Wärmeenergie, die aus dem Motor austritt, deshalb ist diese Reibung bereits in den Zahlen zum Höchst-Wirkungsgrad enthalten. Es gibt Wege, den Wärmewirkungsgrad eines Motors zu erhöhen, aber in jedem Fall müssen auch Abstriche gemacht werden. Eine Erhöhung des Kompressionsverhältnisses eines Motors kann den Motorwirkungsgrad erhöhen, aber dies ist begrenzt durch die Verbrennungseigenschaften des Kraftstoffes. Die Verbrennungsluftverhältnisse können ebenfalls variiert werden. In diesem Fall kann eine geringere stöchiometrische Kraftstoffmenge verwendet werden; dies bedeutet, dass überschüssige Luft vorhanden ist. Die Verbrennung produzierte in diesem Fall zu viel NOx in den Abgasen. NOx ist das Resultat einer hohen Verbrennungstemperatur, in Verbindung mit hohen Mengen Stickstoff und etwas Sauerstoff. Eine Niedrigtemperaturverbrennung, gekoppelt mit weniger Stickstoff, würde die Bildung von NOx drastisch reduzieren oder im Grunde genommen unterbinden. Die Verbrennung kann auch höher als stöchiometrisch sein, diese erzeugt Abgase mit Feinstaub, unverbrannten Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO). Bei den heutigen Ottomotoren muss das Verbrennungsluftverhältnis für die neuesten Nachbehandlungskatalysatoren stöchiometrisch sein, um Abgasemissionen zu erzeugen, die die Regierungsauflagen erfüllen oder übertreffen.
Es bestehen weitere Möglichkeiten, den Wärmewirkungsgrad von Verbrennungsmotoren zu erhöhen. Diese umfassen Turboladung, Aufladesysteme, Wärmewiederaufbereitung, doppelte oder dreifache Reduzierung des Abgasdrucks, Port-Kraftstoffeinspritzung, direkte Kraftstoffeinspritzung, homogene Kompressionszündung und andere Zündsysteme. Die Arbeit geht weiter, in Richtung variabler Ventilsteuerzeiten, nockenlose Ventilbetätigung und Zylinderabschaltung, um nur einige zu nennen. Diese haben den Wärmewirkungsgrad erhöht und werden dies auch weiterhin tun, aber die Verbesserungen müssen schneller vor sich gehen. Ein Paradigmenwechsel im Wärmewirkungsgrad und eine Reduzierung der Abgasemissionen sind notwendig, beides wird von dieser Erfindung geleistet.
Es wurden viele Änderungen am Viertakt-Verbrennungsmotor vorgenommen, im Bemühen den Wärmewirkungsgrad zu verbessern. Andere haben diesen Mangel des Viertaktmotors erkannt und Schritte unternommen, um diese Wärme rückzugewinnen und wiederaufzubereiten. Diese Bemühungen haben dazu geführt, dass sich die Taktzahl von vier auf sechs oder acht oder sogar mehr erhöht hat. In einem Sechstaktmotor umfassen die Takte eins bis vier im Allgemeinen den Oxidationsmittel-Einlasstakt, Kompressionstakt, Arbeits- oder Verbrennungstakt und den Abgastakt, wie bei einem konventionellen Viertaktmotor. Die Takte fünf und sechs und weniger häufig die Takte drei und vier variieren, abhängig von der Erfindung und dem Ziel des Erfinders. Ein Fluid, entweder Wasser, Luft oder Wasserdampf wird bei Takt fünf eingespritzt, um etwas der im Zylinder, Kolben und dem Zylinderkopf verbleibenden Wärme rückzugewinnen. Dieses Fluid wird von der im Metall des Zylinders, Kolbens und Zylinderkopfes verbleibenden Wärme ausgedehnt oder verdampft und wird dadurch ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch mit Druck beaufschlagt. Wenn Wasser hinzugefügt wird, verdampft dieses Wasser, wobei der Druck von der Temperatur und der im Metall des Zylinders, Kolbens und Zylinderkopfes enthaltenen Wärme abhängt. Dies erzeugt einen zusätzlichen Arbeitstakt, ohne zusätzlichen Kraftstoff einleiten zu müssen. U.S. Patent 1,339,176 von Leonard H. Dryer, ausgestellt am 4. Mai 1920, eingespritztes Wasser bei Takt 5, um einen zweiten Arbeitstakt durch die Ausdehnung des Wassers in Dampf zu erzeugen. Heißes Wasser wird manchmal anstelle von kaltem Wasser verwendet, da dadurch der während des Taktes fünf entwickelte Druck höher ist und mehr Arbeitsleistung erzeugt. Takt sechs ist der Abgastakt, um entweder den Wasserdampf oder das erhitzte Fluid aus dem Zylinder freizusetzen, bevor der Oxidationsmittel-Einlasstakt eintritt. Es gibt selbstverständlich weitere Variationen dieser Thematik, aber alle erzeugen einen zweiten Arbeitstakt innerhalb der sechs Takte des Motors.
Es gibt verschiedene Beispiele für Sechstaktmotoren in der Patentliteratur. Es gibt auch Beispiele in der Patentliteratur, sowohl für Diesel- als auch Ottomotoren, zur Verwendung von Dampf und Wasser in den Verbrennungsräumen, sauerstoffangereicherter Luft und reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel und Wärmerückgewinnungssystemen. Keines dieser Patente verwendet diese Elemente in der Weise wie diese Erfindung.
Bei dem in dieser Erfindung beschriebenen Sechstaktmotor sind Takt zwei und vier gleich wie bei anderen Viertakt- oder Sechstaktmotoren; die Takte eins, drei, fünf und sechs sind jedoch verschieden. Die Zeichnungen und Beschreibungen, die folgen, werden die Unterschiede und Vorteile dieses Sechstaktmotors im Vergleich zum Stand der Technik deutlich aufzeigen.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung präsentiert einen Hoch-Wirkungsgrad-Hubkolben-Sechstaktmotor und ein Verfahren zum Ablauf der sechs verschiedenen Takte dieses Motors. Ein Verfahren zur Rückgewinnung und Aufbereitung der Wärme aus dem Abgastakt vier und sechs ist eingeschlossen, dies erhöht die Nutzleistung dieses Motors, ohne zusätzlichen Kraftstoff einleiten zu müssen. Etwas Wärme, die normalerweise vom Wassermantel und Kühler des Motors aufgenommen wird, wird ebenfalls rückgewonnen und im Abwärmenutzungssystem aufbereitet. Das in Takt eins verwendete Oxidationsmittel wurde verändert, um die durch den Abgasstrom in Takt vier verlorene Wärme zu reduzieren und eine erhöhte Abgasrückführung zu erlauben. Dieses Oxidationsmittel wird erzeugt durch Anreicherung der Luft, anhand der Beseitigung nahezu des gesamten Stickstoffs, Kohlendioxids und Wassers. Eine Anreicherung des Oxidationsmittels zu im Wesentlichen reinem Sauerstoff oder zu mehr als 80%-igem Sauerstoff bedeutet, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas unabhängig kontrolliert werden kann, um einen Überschuss an Sauerstoff im Abgas zu ermöglichen. Diese hohe Sauerstoffkonzentration im Oxidationsmittel macht die Sauerstoffkonzentration im Kohlenwasserstoffabgas zu einer unabhängigen Variablen. Sauerstoffüberschuss im Abgas macht eine nahezu vollständige Oxidation aller Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide zu Kohlendioxid und Wasser möglich. Feinstaub wird ebenfalls reduziert, da der Sauerstoffüberschuss darüberhinaus diese Partikel oxidieren, sie reduzieren oder eliminieren kann. Die Entfernung des Stickstoffs aus dem Oxidationsmittel bedeutet, dass praktisch kein NOx im Motorabgas enthalten ist. Das sauerstoffreiche Oxidationsmittel und der Kraftstoff können eine Verbrennungstemperatur erzeugen, die für normale Motorenbauteile zu hoch ist. Wasser kann eingeleitet werden, wenn die Verbrennung zu einer Verringerung der Verbrennungstemperatur geführt hat. Auf diese Weise kann mehr Kraftstoff verbrannt werden, um mehr Arbeitsleistung zu erzeugen, ohne die Verbrennungsräume oder Ventile zu beschädigen. Wassereinspritzung ist normalerweise bei Normalgeschwindigkeit nicht erforderlich, aber der Motor kann dadurch während der Fahrt bei sehr hohem Wärmewirkungsgrad arbeiten. Diese Erfindung und das dazugehörige Betriebsverfahren führen zu einem Motor mit erheblich höherem Wärmewirkungsgrad, gekoppelt mit verringerten Abgasemissionen.
Dieser Sechstaktmotor umfasst ein Kurbelgehäuse, mindestens eine rotierende Kurbelwelle und Pleuelstangen, die die Hubbewegung eines oder mehrerer Kolben in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umwandeln. Diese Kolben heben und senken sich in einem mit Ventilen versehenen Zylinder, die sechs verschiedene Takte dieses Motors erlauben. Diese Takte sind Takt 1: Einlass des Oxidationsmittels mit oder ohne rezirkuliertem Abgas, Takt 2: Kompression mit Kraftstoffeinspritzung, Takt 3: Kraftstoffverbrennung, die zu Arbeitstakt eins führt, Takt 4: Ausströmen in das Wärmerückgewinnungssystem, Takt 5: Heißdampfeinspritzung in den Zylinder, was zu Arbeitstakt zwei führt, und Takt 6: Ausströmen des Dampfes in das Wärmerückgewinnungssystem. In einer alternativen Ausführungsform kann Takt 3 die Einspritzung von Wasser einschließen, um die Flammentemperatur zu verringern und zu kontrollieren und auch die erzeugte Leistung zu erhöhen, und Takt 4 kann einen Abgasstrom in das Wärmerückgewinnungssystem, einschließlich des Dampfes aus dem entspannten Wasser, umfassen.
Der Motor, die Leitungen zwischen den verschiedenen Teilen und das Wärmerückgewinnungssystem sind gut isoliert, um so viel Wärme zu halten wie möglich. Diese Wärmeisolierung dämpft auch die Motorgeräusche und führt zu einem leisen Motor. Die beiden Abgasströme aus diesem Motor, Takt vier und sechs, gehen zum Wärmerückgewinnungssystem, wo die Wärme rückgewonnen wird, um als Heißdampf in Takt fünf aufbereitet zu werden. Der Heißdampfstrom muss, aufgrund seiner begrenzten Verfügbarkeit, geregelt werden. Heißdampf wird eher verwendet als Sattdampf, um die Kondensation dieses Dampfes im Verbrennungsraum zu reduzieren oder zu beseitigen. Es steht ausreichend Wasser für den Betrieb dieses Motors zur Verfügung, dank der Dampfkondensation und der Fähigkeit, Wasser aus der Kraftstoffverbrennung zu gewinnen. Ein Pfund verbrannter Kraftstoff ergibt etwas mehr als ein Pfund Wasser. Ein Teil des Abgases aus Takt vier wird nach der Wärmerückgewinnung zu Takt eins rezirkuliert. Diese rückgewonnene, als Heißdampf zurückgeleitete Wärme wird in Arbeitsleistung umgewandelt, ohne zusätzlichen Kraftstoff zu benötigen.
Kraftstoffe, die in diesem Motor verwendet werden können, sind Kohlenwasserstoffe, Wasserstoffe oder Gemische daraus. Kohlenwasserstoffe schließen ein, sind aber nicht darauf beschränkt: Erdgas, Spaltgas, Methan, Ethan, Butan, Propan, Alkohole, Benzin, Flugzeugtreibstoff, Dieselkraftstoff, Heizöl und fein pulverisierte aschefreie Kohle. Die Kohle kann in Kraftstoff aufgelöst werden, um die Asche herauszufiltern, bevor sie in den Motor gelangt. Kohlenwasserstoff-Brennstoffe, die gelöste Kohle enthalten, werden immer noch als Kohlenwasserstoffe bezeichnet. Dieser Arbeitsprozess eines Verbrennungsmotors mit Wärmeaufbereitung erzeugt einen wärmeeffizienteren Motor. Es gibt mehrere Vorteile dieser Erfindung; die augenscheinlichste sind der geringere Kraftstoffverbrauch für die geleistete Arbeit, weniger schädliche Abgasemissionen, einschließlich Kohlendioxid für die geleistete Arbeit, und eine geringere Geräuschentwicklung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die beigefügten Zeichnungen des Motors sind vereinfachte Schnittzeichnungen eines einzelnen Zylinders und Kolbens, die die sechs verschiedenen Takte schematisch darstellen, und des Wärmerückgewinnungs und -aufbereitungssystems. In den Abbildungen sind darüberhinaus zwei Verfahren zur Luftanreicherung dargestellt, um eine hohe Sauerstoffkonzentration für das Oxidationsmittel bereitzustellen, und ein Verfahren zur Verwendung von Sauerstoff aus der kryogenen Luftzerlegung. Im letzteren Fall wird dieser Sauerstoff als Flüssigkeit von einer Fremdquelle geliefert. Die Erfindung ist anwendbar auf Ottomotoren und Dieselmotoren. Wenn eine Zündkerze vorhanden ist, heißt dies, dass ein Ottomotor beteiligt ist, wenn keine Zündkerze vorhanden ist, ist ein Dieselmotor beteiligt. Um der Klarheit willen ist die Zündkerze in allen Abbildungen dargestellt, ausgenommen . Der Sechstaktmotor und seine dazugehörigen Teile sind gut isoliert, um so viel Wärme wie möglich zu halten. Dies ist aus Gründen der Anschaulichkeit in den Zeichnungen nicht dargestellt.
zeigt den Sechstaktmotor mit Wärmerückgewinnung und -aufbereitung, schließt aber das System der Oxidationsmittelzufuhr aus. Der Hauptzweck dieser Abbildung ist die kurze Beschreibung des Wärmerückgewinnungssystems. Die Beschreibung jedes einzelnen Takts folgt. Das Heißgas von Takt 4 wird in einen Heißgaswärmetauscher geleitet, wo die Wärme in Dampf umgewandelt wird, um einen Heißdampf zu erzeugen. Das teilweise gekühlte heiße Abgas läuft dann durch einen Verdampferwärmetauscher zur weiteren Wärmerückgewinnung. Ein Teil des gekühlten Abgases wird zu Takt 1, mit oder ohne weitere Kühlung, rezirkuliert. Der Heißdampf wird in Takt 5 verwendet, um einen zweiten Arbeitstakt zu erzeugen. Der verbrauchte Dampf von Takt 5 wird in Takt 6 in einen zweiten Satz von Wärmetauschern zur weiteren Wärmerückgewinnung geleitet, gefolgt von einem Kondensator zur Umwandlung des Dampfes zurück in seinen flüssigen Zustand. Nichtkondensierbare Gase werden entfernt, bevor dieses flüssige Wasser für die erneute Verwendung wieder erhitzt wird. Sauerstoffangereicherte Luft oder im Wesentlichen reiner Sauerstoff wird als Oxidationsmittel des Kraftstoffes verwendet, wobei deren Verwendung mehrere Vorteile gegenüber des Einsatzes von Luft bietet. Diese Vorteile schließen, aufgrund des geringeren Wärmeverlustes im Abgas, einen erhöhten Wärmewirkungsgrad ein. Es kommt auch zu einer Verringerung des Feinstaubs, Kohlendioxids, Kohlenmonoxids und der unverbrannten Kohlenwasserstoffe. Die niedrige Verbrennungstemperatur und der geringe Stickstoffgehalt führen zu niedrigen NOx-Abgasemissionen. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Sauerstoff im Abgas in Takt 4, unabhängig davon, was für die stöchiometrische Oxidation des Kraftstoffes erforderlich ist, geregelt werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Verbrennungstemperatur, durch die Veränderung des Verhältnisses von Kraftstoff zu Oxidationsmittel und rezirkulierten Abgasen, geregelt werden kann. Die Höchsttemperatur im Verbrennungsraum kann auch durch Einspritzung von Wasser herabgesetzt und geregelt werden, wenn die Verbrennung schon begonnen hat.
stellt den ersten Takt des Motors ohne Wärmerückgewinnungssystem dar. In diesem Takt dreht sich die Kurbelwelle von 0 auf 180 Grad (vom oberen Totpunkt, OT, zum unteren Totpunkt, UT). Diese Abbildung und die nachfolgenden bis zeigen den Kolben, Zylinder, Zylinderkopf, Verbrennungsraum, vier verschiedene Ventile, Zündkerze oder eine andere Zündvorrichtung, Kraftstoffeinspritzventil, Oxidationsmitteleinspritzventil, Leitungen, Pleuelstange und Kurbelwelle. Dieser Takt wird klassischerweise von Fachleuten als Einlasstakt bezeichnet. Während dieses Taktes wird das Oxidationsmittel mit rezirkuliertem Abgas in den Zylinder geleitet.
stellt den ersten Takt dar, wie , aber für einen Dieselmotor. Es ist keine Zündkerze vorhanden. Das heißt, dass diese Erfindung auf Ottomotoren und Dieselmotoren anwendbar ist. Es ist wichtig zu verstehen, dass Selbstzündung nicht auf die Verwendung von Dieselkraftstoff beschränkt ist, sondern sich nur auf die Art und Weise bezieht, wie die Zündung im Zylinder eingeleitet wird. In einigen Fällen kann in speziell konstruierten Selbstzündern Benzin verwendet werden.
Die , 1d, 1e zeigen alternative Ausführungsformen der in den , 1a bzw. 1b dargestellten Motoren, einschließlich eines Wassereinspritzventils.
stellt den zweiten Takt des Motors dar. In diesem Takt dreht sich die Kurbelwelle von 180 auf 360 Grad (vom UT zum OT). Das vorher eingelassene Oxidationsmittel und das rezirkulierte Abgas werden komprimiert und Kraftstoff zugeführt, wenn sich der Kolben 360 Grad (OT) nähert. Der Zündkerze kann vor dem OT schon etwas Energie zugeführt werden, aber der größte Teil der Verbrennung findet während der frühen Phase von Takt 3 statt. zeigt eine alternative Ausführungsform des Motors in , einschließlich eines Wassereinspritzventils.
stellt den dritten Takt dar und läuft ab, wenn sich die Kurbelwelle zwischen 360 und 540 Grad (vom OT zum UT) dreht. Der Zündkerze wird bei annähernd 360° Kurbelwellen-Drehwinkel Energie zugeführt. Annähernd heißt in diesem Fall, dass der Winkel zwischen 50° vor bis 50° nach 360° (310° bis 410°) liegt. Dies erzeugt eine Entzündung des komprimierten Kraftstoffs und Sauerstoffs und treibt den Kolben nach unten, während sich die Kurbelwelle in die 540° Stellung (UT) dreht. Die vollständige Verbrennung und Ausdehnung, aufgrund der Entzündung des Kraftstoffs und Sauerstoffs, wird in diesem Takt abgeschlossen. Es kann während dieses Takts mehrmals Kraftstoff eingespritzt werden. Dies erzeugt den ersten und zweiten Arbeitstakt in diesem Motor. zeigt eine alternative Ausführungsform des Motors in , einschließlich eines Wassereinspritzventils. Wasser kann in dieser Ausführungsform während des dritten Takts eingespritzt werden oder auch nicht, um die Verbrennungstemperatur zu begrenzen und auch um einen Teil der frei werdenden Wärme in Leistung umzuwandeln. Bei geringem Leistungsbedarf dieses Motors, ist die Einspritzung von Wasser in den Verbrennungsraum nicht unbedingt nötig.
stellt den vierten Takt dar und läuft ab, wenn sich die Kurbelwelle zwischen 540 und 720 Grad (vom UT zum OT) dreht. Die Heißgase aus der Entzündung werden in den Dampfüberhitzerwärmetauscher geleitet. zeigt eine alternative Ausführungsform des Motors in , einschließlich eines Wassereinspritzventils. In dieser Ausführungsform können Heißgase aus der Entzündung, einschließlich des Dampfes aus der Verbrennungstemperaturherabsetzung, freigesetzt werden.
stellt den fünften Takt dar und läuft ab, wenn sich die Kurbelwelle zwischen 720 und 900 Grad (vom OT zum UT) dreht. Heißdampf wird früh in diesem Takt eingeleitet und möglicherweise etwas vor dem OT, dies drückt den Kolben nach unten, wenn sich die Kurbelwelle auf 900 Grad (OT) dreht. Dies erzeugt den zweiten Arbeitstakt in diesem Motor. Der Einsatz von Heißdampf statt Sattdampf im Verbrennungsraum, verringert die Möglichkeit der Dampfkondensation während dieses Takts. Die heißen Wände um den Verbrennungsraum reduzieren ebenfalls die Möglichkeit einer Kondensation. zeigt eine alternative Ausführungsform des Motors in , einschließlich eines Wassereinspritzventils.
stellt den sechsten und letzten Takt dar, wenn sich die Kurbelwelle zwischen 900 und 1080 Grad (vom UT zum OT) dreht. Das Abgas aus diesem Takt wird zu einem Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher geleitet. zeigt eine alternative Ausführungsform des Motors in , einschließlich eines Wassereinspritzventils.
stellt einen Apparat zur Herstellung sauerstoffangereicherter Luft dar. Die gezeigte Darstellung ist eine Vakuum-Druckwechseladsorption (VPSA), die ein Molekularsieb, auch bekannt als Zeolith, enthält. Es gibt verschiedene Arten der Luftanreicherung mit Sauerstoff, aber dieses Verfahren ist weitverbreitet, relativ kompakt und energieeffizient. Diese Luftzerlegungstechnik ist frei zugänglich. Luft wird in das Gerät geleitet, gefiltert und dann komprimiert. Die komprimierte Luft wird in ein oder mehrere Schichten weitergeleitet, die ein Adsorptionsmittel, vorzugsweise ein Molekularsieb, enthalten, das vorzugsweise entweder Stickstoff oder Sauerstoff adsorbiert, während das nicht bevorzugte adsorbierte Gas durch die Schicht hindurchströmt. Im dargestellten Fall ist Stickstoff die vorzugsweise adsorbierte Komponente des Gases. Eine oder mehrere Schichten verarbeiten die gefilterte komprimierte Luft, während die andere Schicht oder anderen Schichten wiederhergestellt werden. Es wird ein Vakuum aufgebaut, um den adsorbierten Stickstoff aus der Molekularsiebschicht, die wiederhergestellt werden soll, zu entfernen. Das Gas, das aus der Molekularsiebschicht austritt, ist hauptsächlich Sauerstoff und Argon und wird in einem Druckspeicher für die Nutzung im Verbrennungsmotor, gespeichert. Der größte Teil des Kohlendioxids und Wassers wird ebenfalls adsorbiert und aus der einströmenden Luft entfernt.
stellt eine Druckwechseladsorption (PSA) dar, die sauerstoffangereicherte Luft erzeugt, die als Oxidationsmittel in dieser Erfindung eingesetzt werden kann. Diese PSA-Vorrichtung saugt, mittels eines Verdichters, Umgebungsluft durch einen Luftfilter an. Die PSA-Vorrichtung besteht aus einer oder mehreren Zeolithschichten, die auch als Molekularsieb bezeichnet werden. Das Molekularsieb, oder ein anderes geeignetes Adsorptionsmittel, adsorbiert vorzugsweise Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser aus der Luft, während Sauerstoff und Argon durch die Schicht zum Speicherplatz hindurchströmen. Das Oxidationsmittel fließt aus dem Druckspeicher in den Motor. Es werden zwei oder mehr Schichten Adsorptionsmittel verwendet, wobei eine Schicht Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser adsorbiert, wenn die komprimierte Luft durch die Schicht strömt, die andere Schicht wird während der Druckfreigabe des Gases in der Schicht wiederhergestellt.
stellt einen Speichertank für den im Wesentlichen puren Sauerstoff dar, der von einer Fremdquelle stammt. Dieser Sauerstoff wird normalerweise aus der kryogenen Luftzerlegung gewonnen. Im Wesentlichen reiner Sauerstoff wird als Oxidationsmittel für diesen Motor verwendet, wenn das Oxidationsmittel aus kryogen zerlegter Luft stammt.
Bezugszeichenliste

1: Kolben
2: Zylinder
3: Verbrennungsraum
4: rezirkulierte Abgasleitung
5: rezirkuliertes Abgas-Einlassventil
6: Zündkerze
7: Kraftstoffeinspritzventil
8: Kraftstoffleitung
9: Oxidationsmitteleinspritzventil
10: Lufteinlass in einen sauerstoffangereicherten Luftgenerator
11: Luftfilter
12: Verdichter
13: Adsorptionsschicht
14: Vakuumpumpe
15: Stickstoffangereicherte Luftleitung
16: Oxidationsmittel-Druckspeicher
17: Oxidationsmittelleitung
18: Füllerleitung
20: Dampfventil
21: Dampfauslassleitung
21a: Teilweise gekühlte Dampfleitung
21b: Kondensdampf-Sammelbehälter
23: Heißdampfventil
24: Verbrennungsabgasventil
25: Verbrennungsabgasleitung
25a: Teilweise gekühlte Abgasleitung
25b: Weiter gekühlte Abgasleitung
26: Zylinderkopf
27: Pleuelstange
28: Kurbelwelle
30: Wasserrezirkulationspumpe
30a: Wasserleitung
30b: Teilweise erwärmte Wasserleitung
30c: Dampfleitung
30d: Heißdampfleitung
31: Dampfüberhitzerwärmetauscher
32: Verdampferwärmetauscher
33: Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher
34: Kondensatorwärmetauscher
35: Abgaswärmetauscher
36: Abgasaustrittsleitung
37: Kühlwasserzuleitung
38: Kühlwasserrückleitung
40: Vakuumpumpe für nichtkondensierbare Gase
41: Leitung für nichtkondensierbare Gase
45: Wassereinspritzpumpe
46: Wasserleitung
47: Wassereinspritzventil

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aus Gründen der Einfachheit bei der Beschreibung dieser Erfindung, stellen die Abbildungen nur einen Kolben in einem Zylinder dar, der an einer Kurbelwelle befestigt ist. Diese Erfindung kann jede Zahl von Zylindern und Kolben und auch mehrere Kurbelwellen umfassen. Die Abbildungen dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht maßstabsgerecht, sondern stellen den Motor und das Betriebsverfahren dieses Motors schematisch dar. Dieser Motor kann entweder einen Ottomotor, einen Dieselmotor, eine Kombination aus Otto- oder Dieselmotor oder andere Vorrichtungen zur Entzündung des Kraftstoffgemisches einsetzen. Die in diesem Motor zu verwendenden Kraftstoffe schließen alle Kohlenwasserstoffe, in Kohlenwasserstoffen gelöste aschefreie Kohle, wie auch Wasserstoff oder Gemische daraus ein. Das heißt, dass Zylinder 2, Zylinderkopf 26, die Verbindungsleitungen 4, 17, 21, 21a, 25, 25a, 25b, 30a, 30b, 30c, und 30d, Pumpe 30 und Wärmetauscher 31, 32, 33, 34 und 35 isoliert sind, um die Wärme zu speichern. Diese Isolierung adsorbiert auch die Geräuschentwicklung und führt zu einem leisen Motor. Diese Isolierungen sind aus Gründen der Übersichtlichkeit der Zeichnungen nicht dargestellt. Wenn eine Zündkerze vorhanden ist, heißt dies, dass ein Ottomotor beteiligt ist, wenn keine Zündkerze vorhanden ist, ist ein Dieselmotor beteiligt. In der heutigen Praxis kann eine Zündkerze oder andere Vorrichtung in einen Dieselmotor eingesetzt sein, um eine Entzündung an einem festgelegten Punkt der Motordrehung sicherzustellen. Für ein besseres Verständnis ist die Zündkerze in allen Abbildungen dargestellt, ausgenommen , , , und .
ist eine Schnittzeichnung von Kolben 1 in Zylinder 2 und Zylinderkopf 26 mit dazugehörigen Ventilen und Einspritzventilen; Dampfüberhitzerwärmetauscher 31, Verdampferwärmetauscher 32, Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 33, Kondensatorwärmetauscher 34 und Abgaswärmetauscher 35; Wasserrezirkulationspumpe 30 und Vakuumpumpe für nichtkondensierbare Gase 40; und den Verbindungsleitungen 4, 8, 17, 21, 21a, 21b, 25, 25a, 25b, 30a, 30b, 30c, 30d, 37, 38 und 41; und von Wasserbehälter 21b. dient der Beschreibung des Wärmerückgewinnungssystems. Die sechs verschiedenen Takte des Motors werden detailliert in den , 1b, , , , und beschrieben.
Eine zweite Ausführungsform des Motors ist in dargestellt. Diese Ausführungsform umfasst alle oben in Bezug auf die erste Ausführungsform besprochenen Eigenschaften, zuzüglich einer Wassereinspritzpumpe 45, einer Verbindungsleitung 46 und einem Wassereinspritzventil 47. Die Wärmetauscher in diesen Abbildungen sind grafisch als Rohrbündelwärmeübertrager dargestellt, aber diese grafische Darstellung soll die Wärmetauscher in keiner Weise auf diesen Gerätetyp beschränken. Andere Wärmetauscher, die verwendet werden können, sind Plattenwärmeüberträger, Spiralwärmetauscher, Doppelrohrwärmetauscher, geschweißte oder gelötete Plattenwärmetauscher, Rippenwärmetauscher und andere. Die Wärmetauscheroberflächen sind in kombinierten Gehäusen dargestellt, aber die Wärmetauscheroberflächen können jeweils ihr eigenes Gehäuse haben oder dieselbe Funktion kann sich über mehr als ein Gehäuse erstrecken. Das erste Motorabgas, das in das Wärmerückgewinnungssystem strömt, tritt bei Takt 4 auf, wie in den und für die erste und zweite Ausführungsform des Motors gezeigt, und strömt von der Verbrennungsabgasleitung 25 in den Mantelraum des Dampfüberhitzerwärmetauschers 31. Die Wärme aus dem Motor durch 25 wird mit dem Dampf, der von der Rohrseite von 31 durch die Dampfleitung 30c eintritt, ausgetauscht. Dieser Heißdampf verlässt die Rohrseite von 31 durch die Heißdampfleitung 30d und strömt zurück zum Motor durch das Heißdampfventil 23, wenn es geöffnet wird. Das jetzt teilweise gekühlte Verbrennungsabgas verlässt die Mantelseite von 31 durch die teilweise gekühlte Abgasleitung 25a und strömt in die Mantelseite des Verdampfer-Wärmetauschers 32. Das weiter gekühlte Abgas verlässt die Mantelseite von 32 durch die weiter gekühlte Abgasleitung 25b. Das Abgas aus 25b strömt dann in den Abgaswärmetauscher 35, der, abhängig vom Leistungsbedarf des Motors, in Betrieb sein kann oder auch nicht. Die Wärme des Motors durch 25b wird durch die Regelung der Kühlwasserstrom- Zuleitung 37 und die Rückführung durch die Kühlwasserrückleitung 38 abgeführt. Das gekühlte und ungekühlte Abgas aus 35 teilt sich in zwei Ströme. Ein Teil des gekühlten Abgases strömt zurück durch die Leitung des rezirkulierten Abgases 4 zum Motor und der Rest entweicht durch die Abgasaustrittsleitung 36. Bei geringen Leistungsanforderungen des Motors wird der größte Teil des Abgases zum Motor rezirkuliert. Die Wärme aus dem Motor durch 25a wird mit dem Wasser, das von der Rohrseite des Verdampferwärmetauschers 32 eintritt, ausgetauscht. Dieses Wasser fließt in die Rohrseite von 32 aus der teilweise erwärmten Wasserleitung 30b. Das zweite Motorabgas, das in das Wärmerückgewinnungssystem strömt, tritt bei Takt 6 auf, wie in den und 6a gezeigt und strömt von der Dampfabgasleitung 21 in die Mantelseite des Wärmerückgewinnungs-Wärmetauschers 33. Wärme aus dem Motor durch Leitung 21 wird mit Wasser auf der Rohrseite von 33 über die Wasserleitung 30a, die mittels Wasserrezirkulationspumpe 30 druckbeaufschlagt wird, ausgetauscht. Der teilweise gekühlte Dampf strömt aus der Mantelseite des Wärmetauschers 33 durch die teilweise gekühlte Dampfleitung 21a und in die Rohrseite des Kondensator-Wärmetauschers 34, wo der Dampf zu Wasser kondensiert und im kondensierten Dampf-Behälter 21b gespeichert wird. Die Wärme aus Leitung 21a wird durch Wasser, das in die Mantelseite des Wärmetauschers 34 über die Kühlwasserzuleitung 37 fließt und über die Kühlwasserrückleitung 38 zurückfließt, abgeleitet. Dieses Wasser rezirkuliert durch ein kühlerartiges Kühlsystem, das allgemein für wassergekühlte Verbrennungsmotoren eingesetzt wird. Das Kühlwasser-Kühlsystem ist nicht dargestellt, da Fachleute mit dieser Art von Kühlsystemen sehr gut vertraut sind. Das Wasser in Behälter 21b wird von der Wasserrezirkulatinspumpe 30 über die Wasserleitung 30a zurück zur Rohrseite des Wärmerückgewinnungs-Wärmetauschers 33 geleitet. Es sind einige nichtkondensierbare Gase vorhanden, die mit dem Dampf aus Leitung 21a gemischt sind, diese werden über die Vakuumpumpe für nichtkondensierbare Gase 40 über die Leitung für nichtkondensierbare Gase 41 an die Umgebungsluft abgegeben.
ist eine Schnittzeichnung von Kolben 1 in Zylinder 2 vollständig mit Ventilen, Einspritzventilen und Zündkerze 6, wie er in einem Ottomotor eingesetzt wird. Diese Abbildung stellt den ersten Takt eines Verbrennungsmotors dar, der von den Fachleuten Einlasstakt genannt wird. Dieser Takt beginnt, wenn die Kurbelwelle 28 am Kurbelwellen-Drehwinkel von 0 Grad (OT) ankommt und weiterläuft bis die Drehung der Kurbelwelle 28 bei 180 Grad (UT) erreicht ist. Kolben 1 hebt und senkt sich in Zylinder 2 und diese Hebe- und Senkbewegung führt zu einer Veränderung des Volumens von Verbrennungsraum 3. Der Kolben ist über die Pleuelstange 27 mit der Kurbelwelle 28 verbunden. Diese Anordnung der Elemente 1, 27 und 28 wandelt die Hebe- und Senkbewegung des Kolbens in die Drehbewegung der Kurbelwelle 28 um. Die Leitung des rezirkulierten Abgases 4 lässt das Abgas in den Verbrennungsraum 3 strömen, wenn das rezirkulierte Abgas-Einlassventil 5 geöffnet ist und sich Kolben 1 senkt. Der Sauerstoff für den später einzuspritzenden Kraftstoff wird über die Oxidationsmittelleitung 17 als Zusatz zu Verbrennungsraum 3 über das Oxidationsmitteleinspritzventil 9 eingeleitet. Der Kolben 1 beendet seine Senkbewegung, wenn der Kolben den Drehwinkel der Kurbelwelle 28 von 180 Grad erreicht, auch bekannt als unterer Totpunkt (UT). UT ist der Punkt des größten Volumens des Verbrennungsraums 3. Ventil 5 schließt sich nahe des Kurbelwellen- Winkels von 180 Grad wenn das Oxidationsmittel unter Druck steht. Takt 1 ist beendet, wenn der Verbrennungsraum 3 mit einem Gemisch aus Oxidationsmittel und rezirkuliertem Abgas gefüllt ist. Bei dieser Beschreibung bezieht sich "nahe" auf die Öffnung oder Schließung eines Ventils oder die Entzündung einer Zündkerze, sowie – minus 50 Kurbelwellen-Winkelgraden. Für das obige Beispiel beginnt sich Ventil 5 bei Kurbelwellen-Winkel 130° (180° –50°) zu schließen und beendet das Schließen bei Kurbelwellen-Winkel 230° (180° +50°).
stellt dieselbe Sache wie in dar, nur Zündkerze 6 ist dabei nicht eingeschlossen. Diese Darstellung bezieht sich auf einen Dieselmotor nicht auf einen Ottomotor. Bei einem Dieselmotor ist die Temperatur der Gaskompression im Verbrennungsraum ausreichend, um den Kraftstoff zu entzünden. Die und stellen dieselben Prozesse dar wie die und 1b, in der zweiten Ausführungsform des Motors.
und 2A stellen den zweiten Takt der zwei Ausführungsformen eines Verbrennungsmotors, den sogenannten Kompressionstakt, dar. Dieser Takt beginnt, wenn die Kurbelwelle bei einem Drehwinkel von 180 Grad angelangt ist, und läuft bis zum Kurbelwellen-Drehwinkel von 360 Grad. Alle Ventile 5, 20, 23 und 25 bleiben während dieses Taktes geschlossen, während sich im Verbrennungsraum Druck aufbaut. Es kann dem Oxidationsmittel und rezirkulierten Abgasgemisch auf verschiedene Weise Kraftstoff zugeführt werden, diese Möglichkeiten sind den Fachleuten sehr gut bekannt. Dies schließt die Verwendung eines Vergasers ein, der Kraftstoff in die Gase einspritzt, wenn sie in den Verbrennungsraum einströmen, aber jeweils vor dem Einlassventil, wobei der Kraftstoff direkt in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. Die ersten beiden Verfahren zur Einleitung des Kraftstoffs in das Oxidationsmittel sind in den Zeichnungen nicht dargestellt. In der bevorzugten Ausführungsform ist das dritte Verfahren dargestellt und beschrieben. Kraftstoff wird während dieses Taktes über das Kraftstoffeinspritzventil 7 mittels Kraftstoffleitung 8 direkt in den Verbrennungsraum 3 geleitet. Nahe des Taktendes, wenn die Kurbelwelle 360 Grad erreicht, wird der Zündkerze 6 Energie zugeführt und der entstehende Lichtbogen beginnt den schnellen Verbrennungs- oder Oxidationsprozess. Der Zündfunke kann in seiner Entzündung verzögert werden, wenn die Kurbelwelle die 360-Grad-Drehung durchlaufen hat, aber in jedem Fall vollzieht sich nahezu die gesamte Explosionswirkung des Kraftstoffes und Sauerstoffes in Takt drei.
stellt den dritten Takt eines Verbrennungsmotors dar, den sogenannten Arbeitstakt. Im Fall dieser Erfindung ist dies der Arbeitstakt eins, da es zwei Arbeitstakte gibt. Dieser Takt beginnt, wenn die Kurbelwelle bei einem Drehwinkel von 360 Grad angelangt ist und läuft bis zum Kurbelwellen-Drehwinkel von 540 Grad. Die Ventile 5, 20, 23 und 24 bleiben während dieses Takts geschlossen, aber es kann während dieses Takts mehrmals Kraftstoff eingespritzt werden. Während der Kraftstoffverbrennung mit dem Sauerstoff kommt es zu einem schnellen Temperatur- und Druckanstieg im Verbrennungsraum 3. Dieser auf die freiliegende Fläche von Kolben 1 ausgeübte Druck erzeugt Arbeitsleistung, sobald er sich in Zylinder 2 nach unten bewegt. Auf diese Weise wird die durch die Kraftstoffverbrennung freigesetzte Wärme in Arbeit umgewandelt. Die Leistung wird abgeleitet bis die Kurbelwelle 540 Grad Drehung erreicht. Nahe des Kurbelwellen-Drehwinkels 540 beginnt sich das Verbrennungsabgasventil 24 zu öffnen, um die heißen Abgase in die Verbrennungsabgasleitung 25 freizusetzen. Diese Ventilöffnung ist in grafisch dargestellt, da das Verbrennungsabgasventil 24 durch nahezu den gesamten Takt 4 geöffnet bleibt.
stellt den dritten Takt der zweiten Ausführungsform des Motors dar. Dieser Takt beginnt, wenn die Kurbelwelle bei einem Drehwinkel von 360 Grad angelangt ist, und läuft bis zum Kurbelwellen-Drehwinkel von 540 Grad. Die Ventile 5, 20, 23 und 24 bleiben während dieses Takts geschlossen, aber es kann während dieses Takts mehrmals Kraftstoff eingespritzt werden. Während der Kraftstoffverbrennung mit dem Sauerstoff kommt es zu einem schnellen Temperatur- und Druckanstieg im Verbrennungsraum 3. Dieser auf die freiliegende Fläche von Kolben 1 ausgeübte Druck erzeugt Arbeitsleistung, sobald er sich in Zylinder 2 nach unten bewegt. Wenn sauerstoffangereicherte Luft oder reiner Sauerstoff als Oxidationsmittel verwendet werden, kann die Verbrennungstemperatur zu heiß für das den Verbrennungsraum umgebende Metall werden. Wenn dies geschieht, wird Wasser durch das Wassereinspritzventil 47 in den Verbrennungsraum eingespritzt, um die Verbrennungstemperatur herabzusetzen und zu regeln, sobald die Verbrennung eingesetzt hat. Auf diese Weise wird die durch die Kraftstoffverbrennung freigesetzte Wärme in Arbeitsleistung umgewandelt. Die Leistung wird solange abgeleitet bis die Kurbelwelle 540 Grad Drehung erreicht. Nahe des Kurbelwellen-Drehwinkels 540 beginnt sich das Verbrennungsabgasventil 24 zu öffnen, um die heißen Abgase in die Verbrennungsabgasleitung 25 freizusetzen. Diese Ventilöffnung ist in grafisch dargestellt, da das Verbrennungsabgasventil 24 durch nahezu den gesamten Takt 4 geöffnet bleibt.
und 4a stellen den vierten Takt der zwei Ausführungsformen eines Verbrennungsmotors, den sogenannten Abgastakt, dar. Im Fall dieser Erfindung ist dies der Abgastakt eins, da es zwei Abgastakte gibt. Dieser Takt beginnt, wenn die Kurbelwelle bei einem Drehwinkel von 540 Grad angelangt ist, und läuft bis zum Kurbelwellen-Drehwinkel von 720 Grad. Das Verbrennungsabgasventil 24 bleibt während dieses Takts geöffnet, um das heiße Abgas, zusammen mit dem Dampf aus der Wassereinspritzung im Fall der zweiten Ausführungsform des in dargestellten Motors, durch die zuvor in beschriebene Verbrennungsabgasleitung 25 in den Dampfüberhitzerwärmetauscher 31 strömen zu lassen. Das Ausströmen setzt sich fort bis die Kurbelwelle 720 Grad erreicht. Spät in diesem Takt nahe des Kurbelwellen-Drehwinkels 720, beginnt das Verbrennungsabgasventil 24 sich in Vorbereitung von Takt fünf zu schließen. Am Ende von Takt vier ist Wärme mit erhöhter Temperatur im Metall des Zylinderkopfes 26, den Ventilen und Einspritzventilen, Kolben 1, Zylinder 2 und den verbleibenden Verbrennungsgasen im Verbrennungsraum 3 vorhanden. Ein Teil dieser Wärme wird während des Taktes fünf in Leistung umgewandelt.
und 5a stellen den fünften Takt der beiden Ausführungsformen eines Sechstaktmotors dar und ist der zweite Arbeitstakt. Dieser Takt beginnt, wenn die Kurbelwelle bei einem Drehwinkel von 720 Grad angelangt ist, und läuft bis zum Drehwinkel von 900 Grad. Ventil 5, 20 und 24 bleiben geschlossen, während das Heißdampfventil 23 gesteuert wird, um Heißdampf aus der Heißdampfleitung 30d in die Verbrennungskammer 3 aus dem Dampfüberhitzerwärmetauscher 31 zu leiten. Der Heißdampf, der in den Verbrennungsraum strömt, erzeugt zusätzliche Arbeitsleistung, wenn der Kolben zur Kurbelwelle gedrückt wird. Die Menge des verfügbaren Heißdampfes ist durch die Energiebilanz begrenzt, der Strom muss deshalb geregelt werden. Heißdampf ist Dampf oder Wasserdampf bei einer Temperatur, die höher ist als sein Verdampfungs- oder Siedepunkt bei Absolutdruck, bei dem die Temperatur gemessen wird. Heißdampf ist Sattdampf vorzuziehen, da Wasserkondensation im Verbrennungsraum nicht erwünscht ist. Ein Teil der Wärme im Metall des Zylinderkopfes 26; Kolben 1; Ventil 5, 20, 23 und 24; Zündkerze 6; Einspritzventile 7 und 9; und Zylinder 2 wird ebenfalls als Wärmequelle genutzt. Diese Wärme aus den Metallwänden reduziert ebenfalls die Möglichkeit der Dampfkondensation im Verbrennungsraum. Die Motorkühlung findet während dieses Taktes statt. Diese Motorwärme aus dem den Verbrennungsraum umgebenden Metall wird in Arbeitsleistung umgewandelt, statt durch den Kühlmantel des Motors freigesetzt zu werden. Aus diesem Grund wird kein Wassermantel am Zylinder dieses Motors benötigt.
und 6a stellen den sechsten Takt dieses Sechstaktmotors dar, dies ist der zweite Abgastakt. Dieser Takt beginnt, wenn die Kurbelwelle bei einem Drehwinkel von 900 Grad angelangt ist, und läuft bis zum Kurbelwellen-Drehwinkel von 1080 Grad. In diesem Takt ist das Abgas hauptsächlich Dampf statt Verbrennungsprodukte. Das Dampfabgasventil 20 öffnet sich während dieses Takts vollständig und lässt den Niedrigdruckdampf auf seinem Weg zum Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher 33, wie oben beschrieben, durch die Dampf-Abgasleitung 21 strömen.
stellt eine Vakuum-Druckwechseladsorption (VPSA) dar, die sauerstoffangereicherte Luft erzeugt, die als Oxidationsmittel in dieser Erfindung eingesetzt werden kann. Jede Quelle sauerstoffangereicherter Luft oder auch reiner Sauerstoff sind für den Betrieb dieser Erfindung geeignet, sie ist nicht auf VPSA beschränkt. Der Sauerstoff in der sauerstoffangereicherten Luft oder im reinen Sauerstoff ist das Oxidationsmittel für den Kraftstoff, während andere Bestandteile in geringer Konzentration, einschließlich Argon, Kohlendioxid und Wasserdampf, unreagiert durch den Motor strömen. VPSA ist das bevorzugte Verfahren für die Erzeugung sauerstoffangereicherter Luft mit einer Sauerstoffkonzentration zwischen 80 und 97%. Die höhere Sauerstoffkonzentration im Oxidationsmittel führt zu einer höheren Rückgewinnung des Abgases für Takt eins, was zu einem höheren Wärmewirkungsgrad und niedrigerem NOx im Abgas führt. Der niedrige Stickstoffgehalt in der sauerstoffangereicherten Luft wird durch Steuerung der Verbrennungstemperatur von einer Reaktion mit NOx abgehalten. Diese VPSA-Vorrichtung saugt Umgebungsluft durch die Lufteinlassleitung 10, gefolgt von Luftfilter 11 und dem Verdichter 12 ein. Die VPSA-Vorrichtung besteht aus einer oder mehreren Zeolithschichten in Adsorptionsschicht 13, die auch als Molekularsieb bezeichnet werden. Das Molekularsieb, oder ein anderes geeignetes Adsorptionsmittel, adsorbiert vorzugsweise Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser aus der Luft, während Sauerstoff und Argon durch die Schicht zum Oxidationsmittel-Speicher 16 hindurchströmen. Sauerstoffangereicherte Luft strömt auf ihrem Weg zum Motor durch die Oxidationsmittelleitung 17. Die Adsorptionsschicht 13 besteht normalerweise aus zwei Schichten Adsorptionsmittel. Eine, zwei, drei oder mehr Schichten können eingesetzt werden. Wenn eine oder mehrere Schichten Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser adsorbieren, wenn die komprimierte Luft durch die Schicht strömt, wird die andere Schicht oder werden die anderen Schichten unter einem Vakuum wiederhergestellt. Das Wiederherstellungsvakuum wird von der Vakuumpumpe 14 ausgeführt, wobei der desorbierte Stickstoff, das Kohlendioxid und Wasser durch die stickstoffangereicherte Luftleitung 15 freigesetzt wird. Das Endprodukt aus der VPSA-Einheit ist sauerstoffangereicherte Luft, die auch als Oxidationsmittel bezeichnet wird.
stellt eine Druckwechseladsorption (PSA) dar, die sauerstoffangereicherte Luft erzeugt, die als Oxidationsmittel in dieser Erfindung eingesetzt wird. Diese PSA-Vorrichtung saugt Umgebungsluft durch die Lufteinlassleitung 10, gefolgt von Luftfilter 11 und dem Verdichter 12 ein. Die PSA-Vorrichtung besteht aus einer oder mehreren Zeolithschichten in Adsorptionsschicht 13, die auch als Molekularsieb bezeichnet werden. Das Molekularsieb, oder ein anderes geeignetes Adsorptionsmittel, adsorbiert vorzugsweise Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser aus der Luft, während Sauerstoff und Argon durch die Schicht zum Oxidationsmittel-Speicher 16 hindurchströmen. Sauerstoffangereicherte Luft strömt auf ihrem Weg zum Motor durch die Oxidationsmittelleitung 17. Die Adsorptionsschicht 13 besteht normalerweise aus zwei Schichten Adsorptionsmittel, wobei eine Schicht Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser adsorbiert, wenn die komprimierte Luft durch die Schicht strömt und die andere Schicht während der Druckentlastung des Gases in der Schicht wiederhergestellt wird. Der desorbierte Stickstoff, das Kohlendioxid und Wasser wird durch die stickstoffangereicherte Luftleitung 15 freigesetzt.
stellt einen Speichertank für den im Wesentlichen puren Sauerstoff dar, der von einer Fremdquelle stammt. Füllerleitung 18 wird verwendet, um den Oxidationsmittel-Speicher 16 mit flüssigem oder gasförmigem Sauerstoff, der normalerweise über die kryogene Luftzerlegung gewonnen wird, zu füllen. Im Wesentlichen reiner Sauerstoff strömt durch die Oxidationsmittelleitung 17 auf ihrem Weg zum Motor.
Weitere Prozesse für die Bereitstellung von Oxidationsmitteln an diesen Motor schließen Folgendes ein, sind aber nicht darauf beschränkt: Lufttrennung; Sauerstoff-Chemisorption/-Desorption; Aufschluss bestimmter Sauerstoff freisetzender Chemikalien; die Elektrolyse von Wasser; und die kryogene Luftzerlegung.
Dieser Motor wurde in beiden Diesel- und auch Ottomotor-Modi entwickelt, um den Wärmewirkungsgrad zu berechnen und zu optimieren. Bei einem Dieselmotor mit einem Kompressionsverhältnis von 15:1, einem Oxidationsmittel mit 95% Sauerstoffgemisch, 1500 U/min Motorgeschwindigkeit und einer berechneten Verbrennungstemperatur von 1641 bis 1834°F (894 bis 1001°C) kann der Wärmewirkungsgrad des Kraftstoffs alleine zwischen ungefähr 61% und ungefähr 70% liegen. Das Abgasgemisch kann bei ungefähr 0,5 Vol.-% Stickstoff und ungefähr 5 Vol.-% Sauerstoff liegen. Dieses Stickstoff- und Sauerstoffgemisch im Abgas, gekoppelt mit der niedrigen Verbrennungstemperatur, führt zu extrem niedrigen Feinstaub-, CO-, HC- und NOx-Emissionen pro erzeugter Krafteinheit. Bei einem Ottomotor mit einem Kompressionsverhältnis von 11,3:1, einem Oxidationsmittel mit 95% Sauerstoffgemisch, 1500 U/min Motorgeschwindigkeit und einer berechneten Verbrennungstemperatur von 1651 bis 1846°F (899 bis 1008°C) kann der Wärmewirkungsgrad des Kraftstoffs allein zwischen ungefähr 55% und ungefähr 59% liegen. Das Abgasgemisch kann bei ungefähr 0,6 Vol.-% Stickstoff und ungefähr 6 Vol.-% Sauerstoff liegen. Dieses Stickstoff- und Sauerstoffgemisch im Abgas, gekoppelt mit der niedrigen Verbrennungstemperatur, führt zu extrem niedrigen Feinstaub-, CO-, HC- und NOx-Emissionen pro erzeugter Krafteinheit. Es kommt zu einer Verringerung des Wärmewirkungsgrads, sobald die Verbrennungstemperatur ansteigt. Es kann sogar mehr Leistung erzeugt werden, da die Temperatur im Verbrennungsraum den Zusatz von Wasser erfordert, um die hohe Temperatur abzusenken.
Im Allgemeinen werden Begriffe wie “gekoppelt mit” und “so gestaltet, dass gekoppelt werden kann” und “befestigt an” und “so gestaltet, dass befestigt werden kann” und “so gestaltet, dass geregelt werden kann” und “so gestaltet, dass ermöglicht wird” und “so gestaltet, dass es aufnehmen kann” und “so gestaltet, dass entfernt werden kann” und “verbunden mit” (beispielsweise ein erster Bestandteil wird “verbunden mit” oder “ist so gestaltet, dass er verbunden werden kann mit” einem zweiten Bestandteil) werden hier verwendet, um eine strukturelle, funktionale, mechanische, elektrische, Signal-, optische, magnetische, elektromagnetische, ionische oder fluidische Verbindung zwischen zwei oder mehr Bestandteilen oder Elementen anzugeben. Als solches soll die Tatsache, dass ein Bestandteil mit einem zweiten Bestandteil verbunden ist nicht die Möglichkeit ausschließen, dass zusätzliche Bestandteile dazwischen angebracht sein können und/oder operativ mit dem ersten und zweiten Bestandteil verbunden oder darin eingerastet sein können.
Es ist davon auszugehen, dass verschiedene Aspekte oder Details der Erfindung geändert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu überschreiten. Darüberhinaus dient die vorgenannte Beschreibung nur der Veranschaulichung und nicht der Beschränkung—die Erfindung wird dabei durch die Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 1339176 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Matthew Brusstar, et al., “High Efficiency and Low Emissions from a Port-Injected Engine with Neat Alcohol Fuels”, SAE Paper 2002-01-2743, 2002 [0003]

Claims

Ein Sechstaktmotor umfassend: (a) Mindestens einen Verbrennungsraum, der begrenzt wird durch einen Zylinder, einen Zylinderkopf und einen Kolben, der wechselseitig mit einer Kurbelwelle über eine Pleuelstange verbunden ist, (b) ein rezirkuliertes Abgas-Einlassventil, das mit einer Leitung für rezirkuliertes Abgas verbunden ist, wobei das rezirkulierte Abgaseinlassventil so gestaltet ist, dass es dem Abgas die Rezirkulation zum Verbrennungsraum erlaubt, (c) ein Oxidationsmitteleinspritzventil, das mit einem Oxidationsmittelspeicher über eine Oxidationsmittelleitung verbunden ist, wobei das Oxidationsmitteleinspritzventil so gestaltet ist, dass der Oxidationsmittelstrom, der in den Verbrennungsraum einströmt, geregelt werden kann, (d) ein Kraftstoffeinspritzventil, das mit einer Kraftstoffleitung verbunden ist, wobei das Kraftstoffeinspritzventil so gestaltet ist, dass der Kraftstoffstrom, der in den Verbrennungsraum einströmt, geregelt werden kann, (e) eine Vorrichtung zur Entzündung eines Kraftstoff- und Oxidationsmittelgemisches ist im Verbrennungsraum nahe des oberen Totpunktes in der Verbrennungskammer vorhanden, (f) ein Verbrennungsabgasventil, das den Verbrennungsraum mit einem Wärmerückgewinnungssystem über eine Verbrennungsabgasleitung verbindet, (g) ein Heißdampfventil, verbunden mit einer Heißdampfleitung, wobei das Heißdampfventil so gestaltet ist, dass der Strom des Heißdampfes in den Verbrennungsraum vom Wärmerückgewinnungssystem geregelt werden kann, (h) ein Dampfabgasventil, das den Verbrennungsraum mit dem Wärmerückgewinnungssystem über eine Dampfabgasleitung verbindet, wobei das Dampfabgasventil so gestaltet ist, dass der Strom des Dampfabgases aus dem Verbrennungsraum geregelt werden kann, und (i) das Wärmerückgewinnungssystem, das so gestaltet ist, dass Heißdampf für die Rückleitung zum Verbrennungsraum über die Heißdampfleitung erzeugt und gekühltes Verbrennungsabgas für die Rückleitung zum Verbrennungsraum über die rezirkulierte Abgasleitung erzeugt werden kann.
Der Motor in Anspruch 1, darüberhinaus umfassend ein Wassereinspritzventil, das mit einer Wasserleitung verbunden ist, wobei das Wassereinspritzventil so gestaltet ist, dass der Strom des in den Verbrennungsraum fließenden Wassers gesteuert werden kann.
Der Motor in Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei das Wärmerückgewinnungssystem Folgendes umfasst: (a) einen Dampfüberhitzerwärmetauscher, der so gestaltet ist, dass er Verbrennungsabgas von einem vierten Takt über die Verbrennungsabgasleitung aufnehmen und Wärme des Verbrennungsabgases gegen den Dampf aus der Dampfleitung austauschen kann, um Heißdampf für die Rückleitung in den Verbrennungsraum über die Heißdampfleitung zu erzeugen; (b) einen Verdampferwärmetauscher, der so gestaltet ist, dass er teilweise gekühltes Verbrennungsabgas vom Dampfüberhitzerwärmetauscher über eine teilweise gekühlte Abgasleitung aufnehmen und die Wärme des teilweise gekühlten Verbrennungsabgases gegen das teilweise erwärmte Wasser aus einer teilweise erwärmten Wasserleitung ausgetauscht werden kann; (c) einen Abgaswärmetauscher, der so gestaltet ist, dass er weiter gekühltes Verbrennungsgas aus dem Verdampferwärmetauscher über eine weiter gekühlte Abgasleitung aufnehmen und das weiter gekühlte Verbrennungsabgas, zur Rückleitung in den Verbrennungsraum als rezirkuliertes Abgas über die Leitung für rezirkuliertes Abgas, kühlen kann; (d) einen Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher, der so gestaltet ist, dass er teilweise drucklosen Dampf von einem sechsten Takt über die Dampfabgasleitung aufnehmen und Wärme des teilweise drucklosen Dampfes gegen Wasser aus einer Wasserleitung austauschen kann; (e) einen Kondensatorwärmetauscher, der so gestaltet ist, dass er teilweise drucklosen und gekühlten Dampf aus dem Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher über eine teilweise gekühlte Dampfleitung aufnehmen und den teilweise drucklosen und gekühlten Dampf zu Wasser kondensieren kann, das in einem kondensierten Dampfbehälter gespeichert wird; und (f) eine Vakuumpumpe für nicht kondensierbare Gase, die so gestaltet ist, dass sie nichtkondensierbare Gase aus dem Dampfraum über dem im kondensierten Dampfbehälter gespeicherten Wasser über eine Leitung für nichtkondensierbare Gase entfernen und die nichtkondensierbaren Gase in die Umgebungsluft freisetzen kann.
Der Motor in Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Entzündung des Kraftstoff- und Oxidationsmittelgemisches durch die Wärme und Temperatur, aufgrund der Kompression im Verbrennungsraum, eingeleitet wird.
Der Motor in Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Entzündung des Kraftstoff- und Oxidationsmittelgemisches durch eine elektrische Entladung an der Zündkerze eingeleitet wird.
Der Motor in Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei der Kraftstoff ein Gemisch aus Kohlenwasserstoff und Wasserstoff im Bereich von 100% Kohlenwasserstoff bis 100% Wasserstoff darstellt.
Ein Verfahren zum Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einem Kolben, der sich in einem Zylinder nach oben und unten bewegt und eine Kurbelwelle antreibt, um einen Sechstaktzyklus bereitzustellen, das Verfahren mit den folgenden Schritten: Ausführung eines Erst-Takt-Zyklus mit: (a) einem ersten Ereignis, in dem sich der Kolben im Zylinder in Richtung Kurbelwelle bewegt, mit einem geöffneten rezirkulierten Abgas-Einlassventil, einem Oxidationseinspritzventil, das unter regelbarer Drosselung Oxidationsmittel in einen Verbrennungsraum leitet, und mit einem Kraftstoffeinspritzventil, einem Dampfabgasventil, einem Heißdampfventil und einem geschlossenen Verbrennungsabgasventil, (b) einem zweiten Ereignis, in dem sowohl das rezirkulierte Abgas-Einlassventil und das Oxidationsmittel-Einspritzventil nahe des Kolbenhub-Endes geschlossen werden; Ausführung eines Zweit-Takt-Zyklus mit: (a) einem ersten Ereignis, in dem sich der Kolben im Zylinder weg von der Kurbelwelle bewegt, und dabei ein Gemisch aus rezirkuliertem Abgas und Oxidationsmittel komprimiert, mit dem rezirkulierten Abgaseinlassventil, dem Oxidationsmitteleinspritzventil, dem Dampfabgasventil und dem geschlossenen Verbrennungsabgasventil und mit dem Kraftstoffeinspritzventil, das unter regelbarer Drosselung Kraftstoff in den Verbrennungsraum leitet, um ein Brennstoffgemisch aus Kraftstoff und Oxidationsmittel zu erzeugen, (b) einem zweiten Ereignis, bei dem die Verbrennung des Kraftstoffes und Oxidationsmittels nahe des Kolbenhub-Endes weg von der Kurbelwelle eingeleitet wird; Ausführung eines Dritt-Takt-Zyklus mit: (a) einem ersten Ereignis, in dem das rezirkulierte Abgas-Einlassventil, das Oxidationseinspritzventil, das Dampfabgasventil, das Heißdampfventil und das Verbrennungsabgasventil geschlossen sind, wobei sich der Kolben, aufgrund der Ausdehnung des verbrennenden Kraftstoff- und Oxidationsmittelgemisches zur Kurbelwelle bewegt; (b) einem zweiten Ereignis, bei dem sich das Verbrennungsabgasventil nahe des Kolbenhub-Endes in Richtung Kurbelwelle öffnet; Ausführung eines Viert-Takt-Zyklus mit: (a) einem ersten Ereignis, bei dem die verbrannten Gase durch das geöffnete Verbrennungsabgasventil in ein Wärmerückgewinnungssystem freigesetzt werden, sobald sich der Kolben weg von der Kurbelwelle bewegt, das erste Ereignis endet, sobald sich der Kolben seinem Kolbenhub-Ende weg von der Kurbelwelle nähert, (b) einem zweiten Ereignis, bei dem sich das Verbrennungsabgasventil nahe des oberen Totpunktes schließt; (c) ein drittes Ereignis, bei dem sich das Heißdampfventil öffnet, um regelbar Heißdampf in den Verbrennungsraum nahe des Kolbenhub-Endes weg von der Kurbelwelle abzugeben; Ausführung eines Fünft-Takt-Zyklus mit: (a) einem ersten Ereignis, bei dem sich das Heißdampfventil schließt und der von diesem Dampf im Verbrennungsraum ausgeübte Druck den Kolben zur Kurbelwelle drückt, (b) einem zweiten Ereignis, bei dem sich das Dampfabgasventil nahe des Kolbenhub-Endes in Richtung Kurbelwelle öffnet; Ausführung eines Sechst-Takt-Zyklus mit: (a) einem ersten Ereignis, bei dem die verbrannten Gase durch das geöffnete Verbrennungsabgasventil in ein Wärmerückgewinnungssystem freigesetzt werden, sobald sich der Kolben weg von der Kurbelwelle bewegt, (b) einem zweiten Ereignis, bei dem sich das Dampfabgasventil nahe des Kolbenhub-Endes weg von der Kurbelwelle schließt; (c) einem dritten Ereignis, bei dem sich das rezirkulierte Abgaseinlassventil nahe des Kolbenhub-Endes weg von der Kurbelwelle öffnet;
Das Verfahren in Anspruch 7, wobei das erste Ereignis des Schrittes zur Ausführung eines Zweit-Takt-Zyklus ein sich schließendes Wassereinspritzventil einschließt; das erste Ereignis des Schrittes zur Ausführung eines Dritt-Takt-Zyklus schließt das sich schließende Wassereinspritzventil ein; und wobei der Schritt zur Ausführung eines Dritt-Takt-Zyklus darüberhinaus ein Ereignis umfasst, bei dem das Wassereinspritzventil unter regelbarer Drosselung Wasser in den Verbrennungsraum leitet, um die Verbrennungstemperatur herabzusetzen.
Das Verfahren in Anspruch 7 oder Anspruch 8 darüberhinaus umfassend die Erwärmung von Wasser und Dampf durch das Verbrennungsabgas und durch das Dampfabgas, um Heißdampf und gekühltes Abgas im Wärmerückgewinnungssystem zur Rückleitung zum Motor zu erzeugen.
Das Verfahren in Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem das Verbrennungsabgas aus dem Motortakt vier über eine Verbrennungsabgasleitung an einen Heißdampf-Wärmetauscher freigegeben wird und die Wärme des Verbrennungsabgases verwendet wird, um den Dampf für die Rückleitung zum Verbrennungsraum zu erhitzen.
Das Verfahren in Anspruch 7 oder Anspruch 8, bei dem das Dampfabgas von Takt sechs durch eine Dampfabgasleitung zu einem Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher freigegeben wird und die Wärme dieses Dampfabgases verwendet wird, um das zum Wärmerückgewinnungs-Wärmetauscher fließende Wasser vorzuheizen, gefolgt von einem Verdampferwärmetauscher und einem Dampfüberhitzerwärmetauscher.