DE2203084A1

DE2203084A1 - Einrichtung zur ausnutzung der abgase von brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2203084A1
Application number: DE19722203084
Authority: DE
Inventors: Joachim Von Dipl Ing Dr Linde; Robert Von Dipl Ing Linde
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-01-22
Filing date: 1972-01-22
Publication date: 1973-07-26

Description

Einrichtung zur Ausnutzung der Abgase von Brennkraftmaschinen In Brennkraftmaschinen wird ca. ein Drittel des Brennstoffes in mechanische Energie umgesetzt, während der Rest der Warme im Kühlwasser und als fühlbare Wärme der Abgase zur Verfügung steht. Die vorliegende Erfindung betrifft die Ausnutzung dieser Abgaswarme.
Es ist bekannt, den Brennkraftmaschinen zur Ausnutzung der Wärme Abhitzekessel nachzuschalten. Da bei Gasturbinen und bei gespülten Zweitaktmaschinen die Abgase mit sehr viel Luft verdünnt sind und daher nur mit Temperaturen um 500 ° C zur Verfügung stehen, andererseits wegen der Korrosionsgefahr an den Kesselflächen durch Oxyde des Brennstoffschwefels die Abgastemperatur über 200 ° C liegen sollte, müssen einerseits die Heizfllichen des Abhitzekessels sehr groß und damit aufwendig werden, andererseits ist die Ausnutzung der Abwärme begrenzt. Hinzu kommt, daß der Widerstand der Heizkessel Schwierigkeiten im Maschinenbetrieb bereitet, denn der Gegendruck des Kessels bedingt erhebliche Leistungseinbußen bei Gasturbinen ( 1 % je 100 mm WS) - auch ist der Gegendruck der Höhe nach begrenzt. Bei Kolbenmaschinen erschwert und/oder verschlechtert der Auspuffgegendruck die Spülung.
Diese Auswirkungen des Gegendrucks sind insbesondere dann beachtlich, wenn nur ein Teil der Auspuffmenge ausgenutzt wird, während die gesamte Abgasmenge aber auf den Gegendruck der Kessel gebracht werden muß.
Die vorliegende Erfindung schafft nun eine Einrichtung zur weitgehenden Ausnutzung der Abgaswärme von solchen Brennkraftmaschinen, indem sie unter Vermeidung von direkten Heizflächen die Abgase in unmittelbaren Kontakt mit dem zu erwärmenden Stoff bringt und den Behalter, in dem dies geschieht, unter Unterdruck setzt. Der Wärmetausch kann mittels Tauchbrennem oder in Rieseltürmen geschehen: In beiden Fallen wird das zu beheizende Medium von den Abgasen unmittelbar berührt. Dabei werden die verhältnismäßig hohen Gegendrucke von Tauchbrennem dadurch ohne Einfluß auf den Gegendruck des Abgases an der Maschine,als der Wärmetauscher erfindungsgemäß unter Unterdruck arbeitet, die Abgase also abgesaugt werden, so daß kein oder nur ein geringer Gegendruck an der Maschine auftritt. Solche Anlagen sind insbesondere zur Erwärmung von Wasser geeignet, wobei sich bei Wassertemperaturen, die den Taupunkt der Abgase nicht wesentlich überschreiten, sehr hohe Wirkungsgrade (nahe 100 O/o) ergeben und eine vollständige Ausnutzung der Abgaswärme erzielt wird. Sofern höhere Temperaturen benötigt werden, kann das Wasser durch eine Flüssigkeit ohne wesentlichen Wasserdampfdruck ersetzt werden oder im Grenzfall durch feste Stoffe, die rieselfähig sind. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung bereitet es auch keine Schwierigkeiten, in die Maschinenabgase, die noch einen erheblichen Sauerstoffgehalt aufweisen, weiteres Brenngas einzubrennen.
Bei Abgasen von Gasturbinen und auch bei Zweitaktkolbenmaschinen mit Luftspülung enthält das Abgas ca. 14 - 18 Vol % 02, so daß noch erhebliche Brennstoffmengen in das Abgas eingebrannt werden können. Der dabei erforderliche Brenner hat wegen des gemäß der Erfindung angewandten Unterdrucks beim Wärmetausch keinen Einfluß auf die Arbeitsbedingungen der Brennkraftmaschine, Der Betrieb des Nachbrenners, mit dem die Abgaswtlrme bei Gasturbinen auf etwa das vierfache erhöht werden kann, macht die Wärmetauschanlage von der Maschinenleistung weitgehend unabhängig. Der Betrieb des Nachbrenners hat zudem keine Rückwirkungen auf den Maschinenbetrieb.
Die Einrichtung gemaß der Erfindung arbeitet mit sehr hohem Wirkungsgrad, da die Temperatur der Abgase nur unwesentlich über der Temperatur des fließfähigen, wärmeaufnehmenden Mediums liegt. Dieser Vorteil bleibt auch dann erhalten, wenn dies die Abguswtsrme unmittelbar aufnehmende Medium diese über einen Wärmetauscher an ein weiteres Medium, z.B. das Kreislaufwasser eines Schwimmbeckens, abgibt. Die Einschaltung des Zwischenbades ist zweckmäßig, um dies zweite Medium nicht durch Bestandteile des Abgases, insbesondere Schwefeloxyde zu verunreinigen.
Die Erfindung wird anhand der Fig. 1 - 3 näher erläutert, die drei verschiedene Ausführungdonnen des Erfindungsgegenstandes darstellen.
Das aus der Brennkraftmaschine in einer isolierten Leitung 1 ankommende Abgas tritt gemaß Fig, 1 durch ein Tauchrohr 2 in das Flüssigkeitsbad ein. Die aufgenommene Wanne wird durch eine Rohrschlange 4 auf die aufzuheizende Flüssigkeit, z0 B. das Beckenwasser eines Schwimmbades übertragen. Das in einem gechlossenen Gefäß 3 enthaltene Flussigkeitsbad wird an seiner Oberfläche mindestens unter einem Unterdruck gehalten, der der Eintauchtiefe des Tauchrohres 2 entspricht.
Des wird durch ein Gebläse 5 bewirkt, das die fast auf die Badtemperatur abgekühlten Abgase absaugt. In dieser Fig. 1 ist auch gezeigt, wie durch eine Zerstäubungsduse 6 zusätzlich Brennstoff eingebracht werden kann, der in der Brennkammer 7 mit dem im Abgas noch enthaltenen Sauerstoff (bei Gasturbinen > 15 Vol %) verbrennt.
Der Brennstoff kann natürlich auch ein Brenngas sein, wie in Fig. 2 an einer dem gleichen Zweck dienenden Einrichtung gezeigt wird. Das Brenngas wird dem heißen, sauerstoffhalflgen Abgasstrom mittels der Leitung 8 zugeführt und verbrennt in der Brennkammer 7', ehe es durch die Leitung 9 in den Rieselturm 10 eintritt. Diesem, hier als Slebbodenturm ausgebildeten Wärmetauscher, wird die wärmeaufnehmende Flüssigkeit durch 11 zugeführt. Die Flüssigkeit rieselt über die Böden 16 in bekannter Weise noch unten und wird durch eine Pumpe 12 ober einen Würmetauscher 13 im Kreislauf umgepumpt. In 13 wird die Wärme an einem Flüssigkeitsstrom, z.B. Wasser aus einem Schwimmbecken, über die Heizflächen 14 abgeführt. Die Abgase werden nach Abscheidung von Wassernebel in 15 durch den Ventilator 5' abgeführt. Der erzeugte Unterdruck soll sich noch bis in die Brennkammer 7' in einer solchen Stärke auswirken, daß erst am Anfang der Abgasleitung 1' Atmosphärendruck erreicht wird, Wie oben ausgeführt, kann der fließfähige, wärmeaufnehmende Stoff auch ein rieselfahiger Festkörper rein, der in einem Fließbett 20 die Warme aufnimmt, um sie Abgas wtauschende Flachen an einen Stoffstrom 24 abzugeben. Die heißen Abgase x wie Fig 3 zeigt kommen durch 1" in die Brennkammer 2'', die oben in den Blasboden 22 endet.
Im Fließbett 20 werden die wannetauschenden Flächen 21 von dem rieselnden Festkörper erwannt. Ein Ventilator 5" saugt die abgekühlten Abgase aus der Rieselschicht.
Der Unterdruck ist zweckmäßig so hoch, daß er s ich bis zum Abgasaustritt der Brennkraftmaschine fortpflanzt, Der Vorteil eines Festkörpers liegt darin, daß sich das Abgas nicht mit Anteilen des Bades - z.B. Wasserdampf - belädt. Gegenüber dem Wurmetausch über Wurmetauschflächen liegt der Vorteil in der geringen Temperaturdifferenz zwischen Abgas und Medium, worin der hohe Wirkungsgrad von Einrichtungen gemaß der Erfindung begründet liegt.
Es ist bei 23 noch gezeigt, wie zusätzlich Brennstoff in das durch 1 " geförderte sauentoffhaltige Gas so eingeführt werden kann, daß die Förderung des Abgases durch die dynamische Wirkung des Gasstromes unterstützt werden kann. Auf diese Weise kann der Erfindungsgedanke auch angewandt werden, wenn durch 1,' reine Luft - z.B. bei Stillstand der Maschine - gefördert wird.
- Patentansprüche -

Claims

Patentansprüche Einrichtung zur Ausnutzung der Abgaswärme von Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die heißen Abgase in unmittelbarer Berührung mit einem fließfohigen Medium abgekühlt und durch ein hinter diesem Warmetausch liegendes Förderelement abgesaugt werden.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase durch ein Tauchrohr in das wärmeaufnehmende Medium eingeführt werden.
3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgase ihre Wärme an eine rieselnde Flüssigkeit abgeben.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß in diese Abgase vor ihrer Berührung mit dem fließfähigen Medium weiterer Brennstoff eingebrannt wird.
5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß das wörmeaufnehmende Medium ein fließfähiger Feststoff ist.
6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das die Abgaswärme unmittelbar aufnehmende Medium diese mittels eines von ihm umflassenen Warmetauschers an eine strömende Flüssigkeit überträgt.

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