DE102016011090A1 - Kohlenstoffdioxidmotor - Google Patents
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Abstract
Benzin- und Dieselmotoren gibt es sehr viele. Aber heute gibt es keine Kohlendioxid-Motoren mehr, obwohl solche Motoren signifikante Vorteile aufweisen gegenüber allen Verbrennungsmotoren. So wird die Verbrennungswärme in Benzin- und Dieselmotoren immer noch vorwiegend aus fossilen Stoffen erzeugt mit all den bekannten Problemen. Der erfindungsgemäß neue Kolbendioxidmotor bezieht seine Wärme vorzugsweise aus der Umgebung, was dadurch möglich ist, dass Kohlendioxid (CO2) als Prozessmedium Verwendung findet. Die Wärmezufuhr für diesen erfindungsgemäß neuen Motor kann bereits bei sehr niedrigen Temperaturen beginnen, was diesem Kohlenstoffdioxid-Motor ein breites Anwendungsspektrum auch dadurch eröffnet, dass handelsübliche Viertakt-Hubkolbenmotoren eingesetzt werden können. Der Einsatz des erfindungsgemäß neuen Kohlendioxid-Motors ist in Fahrzeugen ebenso möglich wie auch zur Stromerzeugung in Blockheizkraftwerken.Gasoline and diesel engines are very many. But today there are no more carbon dioxide engines, although such engines have significant advantages over all internal combustion engines. Thus, the heat of combustion in petrol and diesel engines is still predominantly generated from fossil fuels with all the known problems. The novel Kolbendioxidmotor preferably obtains its heat from the environment, which is thereby possible that carbon dioxide (CO2) is used as the process medium. The heat input for this new engine according to the invention can already begin at very low temperatures, which also opens up a wide range of applications for this carbon dioxide engine by virtue of the fact that commercial four-stroke reciprocating engines can be used. The use of the invention according to the new carbon dioxide engine is possible in vehicles as well as for power generation in combined heat and power plants.
Description
Benzinmotoren und Dieselmotoren sind heute millionenfach im Einsatz. Hierbei bezeichnen Benzin und Diesel die Stoffe mit denen diese Motoren betrieben werden.Gasoline engines and diesel engines are now in use millions of times. Here gasoline and diesel refer to the substances with which these engines are operated.
Völlig unbekannt dagegen scheint heute der Kohlenstoffdioxid-Motor zu sein, obwohl dieser über viele Vorteile verfügt. Maschinen ähnlicher Art waren einmal vor mehr als 100 Jahren bereits Stand einer Technik, die damals jedoch nicht weiter verfolgt wurde, z. B. H. Wichmann (
Während Benzin und Diesel verbrannt werden in diesen danach benannten Motoren, hierbei Abgase erzeugen und die Umwelt schädigen durch die Verbrennung vorwiegend fossiler Stoffe, arbeitet das Kohlendioxid im Kohlenstoffdioxid-Motor im Kreislauf und benötigt abwechselnd lediglich Wärme und Kälte, welche im Regelfall der Umgebung entnommen werden können. Dies hängt damit zusammen, dass der notwendige Druckaufbau für den Betrieb solcher Motoren bereits bei sehr niedrigen Temperaturen und mit sehr geringen Druckunterschieden erfolgen kann.While gasoline and diesel are burned in these named engines, producing exhaust gases and damaging the environment through the combustion of predominantly fossil fuels, the carbon dioxide in the carbon dioxide engine works in the circuit and alternately requires only heat and cold, which are usually taken from the environment can. This is due to the fact that the necessary pressure build-up for the operation of such engines can already take place at very low temperatures and with very small differences in pressure.
Um diesen Druckunterschied zu erzeugen gilt die gleiche Bedingung wie auch für Benzin- oder Dieselmotoren:
niedriger Druck ==> Zufuhr von Wärme ==> hoher Druck.To generate this pressure difference, the same condition applies as for gasoline or diesel engines:
low pressure ==> supply of heat ==> high pressure.
Diese Wärmezufuhr kann dabei außerhalb des Motors erfolgen, indem z. B. CO2 in einem Rohr und/oder einem Behälter erwärmt wird und dann, unter Druck stehend, dem Motor zugeführt wird.This heat can be done outside the engine by z. B. CO2 is heated in a pipe and / or a container and then, under pressure, the engine is supplied.
Diese Wärmezufuhr kann aber auch innerhalb eines Motors erfolgen, so wie dies bei den Benzin- und Dieselmotoren der Fall ist.But this heat can also be done within an engine, as is the case with gasoline and diesel engines.
Da der Kohlendioxid-Motor keine innere und keine äußere Verbrennung für den Betrieb benötigt, muss die Wärme auf eine andere Art in den Zylinder gelangen.Since the carbon dioxide engine requires no internal combustion and no external combustion for operation, the heat must enter the cylinder in a different way.
Hierzu werden vorzugsweise Viertakt-Hubkolbenmotoren mit Direkteinspritzung verwendet, deren Einspritzdüse entfernt wurde und wo dann die Leitung von der Einspritzpumpe zur Düse direkt verbunden ist mit der Leckageleitung, die von der Düse zum Kraftstofffilter führt. Anstelle der Düse wird ein Stahlrohr in den Zylinderblock eingeführt und über die Düsenbefestigung arretiert, welches am anderen Ende ein T-Stück trägt, dessen beide Abzweige nunmehr über eine Rohrleitung verbunden sind mit der Maßgabe, dass direkt am T-Stück Rückschlagventile sitzen, die den Kreislauf eines Gases in dieser Rohrleitung gewährleisten, wobei dieses Gas im vorderen Teil dieser Rohrleitung gekühlt werden kann und dann im hinteren Teil dieser Rohrleitung erwärmt, wobei eine Drossel und/oder ein weiteres Rückschlagventil hierbei diesen Gasfluss regeln. Der Öffnungsdruck dieses Rückschlagventils kann hierbei individuell eingestellt werden. In der Rohrleitung befindet sich ein Ventil zum Befüllen und Entleeren dieser Leitung mit Kohlenstoffdioxid.For this purpose, four-stroke reciprocating direct injection engines are preferably used, the injection nozzle has been removed and where then the line from the injection pump to the nozzle is directly connected to the leakage line, which leads from the nozzle to the fuel filter. Instead of the nozzle, a steel tube is inserted into the cylinder block and locked on the nozzle attachment, which carries a tee at the other end, the two branches are now connected via a pipe with the proviso that sit directly on the tee check valves, the Ensure circulation of a gas in this pipeline, this gas can be cooled in the front part of this pipeline and then heated in the back of this pipeline, with a throttle and / or another check valve in this case regulate this gas flow. The opening pressure of this check valve can be adjusted individually. In the pipeline there is a valve for filling and emptying this line with carbon dioxide.
Die Ventile des Motors sind dauerhaft geschlossen.The valves of the engine are permanently closed.
Die Motorkühlung und auch die Motorölkühlung werden unterstützend im Sinne einer Prozessoptimierung eingesetzt.Engine cooling and engine oil cooling are used to support process optimization.
Ein Beispiel soll die Vorteilhaftigkeit dieser erfindungsgemäßen Neuerung noch einmal verdeutlichen:
Als Viertaktmotor mit Direkteinspritzung wird ein Einzylinder-Dieselmotor verwendet mit einer Verdichtung von 17:1, der an einen Asynchrongenerator angeschlossen ist.An example is intended to illustrate once again the advantageousness of this innovation according to the invention:
As a four-stroke engine with direct injection, a single-cylinder diesel engine is used with a compression of 17: 1, which is connected to an asynchronous generator.
Das Rückschlagventil zwischen dem kalten Teil und dem warmen Teil der Rohrleitung wird auf einen Öffnungsdruck von 25 bar (atü) eingestellt.The check valve between the cold part and the warm part of the pipe is set to an opening pressure of 25 bar (atm.).
In dieser Rohrleitung sitzen Plattenwärmetauscher, die für die Kühlung bzw. die Erwärmung des Gases sorgen.Plate heat exchangers, which provide cooling or heating of the gas, are located in this pipeline.
Aus einem CO2-Druckbehälter wird am Ende der vorher evakuierten Rohrleitung in diese CO2 eingespeist, welches eine Temperatur hat von ca. –15°C und einen Druck, der etwas höher ist als der Luftdruck in der Umgebung.From a CO2 pressure vessel at the end of the previously evacuated pipe is fed into this CO2, which has a temperature of about -15 ° C and a pressure which is slightly higher than the atmospheric pressure in the area.
Eine Wärmepumpe liefert primärseitig –15°C zum Kühlen und sekundärseitig +55°C zum Wärmen des CO2.A heat pump supplies on the primary side -15 ° C for cooling and on the secondary + 55 ° C for heating the CO2.
Der Ablauf ist nun folgendermaßen:
Der Motor wird über den Asynchrongenerator hochgefahren. Die Wärmepumpe wird in Betrieb gesetzt. Nach dem Erreichen des Betriebszustandes wird der Druck in der Rohrleitung solange erhöht bis das Rückschlagventil in der Mitte der Rohrleitung öffnet.The process is as follows:
The motor is started up via the asynchronous generator. The heat pump is put into operation. After the operating condition has been reached, the pressure in the pipeline is increased until the non-return valve in the middle of the pipeline opens.
Durch eine weitere Druckerhöhung wird dieser Ablauf anschließend optimiert.By further increasing the pressure, this process is subsequently optimized.
Der Kolben leistet beim Abwärtsfahren Arbeit, da das in diese Rohrleitung eingebrachte kalte CO2 während dieses gesamten Hubes erwärmt wird! Hierbei kann wegen dem Arbeitsgas CO2 die folgende Besonderheit eintreten:
Wenn der Arbeitsdruck in der Rohrleitung geringer ist als 4 bar absolut, dann kommt es nach dem Öffnen des Rückschlagventils in der Mitte der Rohrleitung zur Bildung von Trockeneisschnee mit Temperaturen von bis zu –80°C. Insofern steht im Zuge der Erwärmung ein großer Temperaturgradient zur Verfügung, der einen hohen Wirkungsgrad dieser erfindungsgemäßen Neuerung zur Folge hat.The piston performs work when driving downhill, as the cold CO2 introduced into this pipeline is heated during this entire stroke! Due to the working gas CO2, the following special feature can occur:
If the working pressure in the pipeline is less than 4 bar absolute, then it will be in the middle of the pipeline after opening the check valve for the formation of dry ice snow with temperatures of up to -80 ° C. In this respect, in the course of heating, a large temperature gradient is available, which results in a high degree of efficiency of this innovation according to the invention.
Man erkennt, dass sich dieser erfindungsgemäß neue Kohlenstoffdioxid-Motor gut als BHKW-Motor eignet aber auch als Automotor einsetzbar ist bzw. als universelle Antriebsmaschine.It can be seen that this carbon dioxide motor according to the invention is well suited as a CHP engine but can also be used as a car engine or as a universal drive engine.
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 000000040483 A [0002] DE 000000040483 A [0002]
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