DE2625745B1

DE2625745B1 - Dieselbrennkraftmaschinenanlage fuer schiffsantrieb

Info

Publication number: DE2625745B1
Application number: DE19762625745
Authority: DE
Inventors: Tsadok Dipl-Ing Zakon
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1976-06-09
Publication date: 1977-12-15
Also published as: DK295076A; NL7607861A; JPS52149515A; JPS5515621B2; FR2353715A1; CH609129A5

Description

Die Erfindung betrifft eine Dieselbrennkraftmaschinenanlage für Schiffsantrieb, mit einem aufgeladenen Dieselmotor, welcher mindestens eine Turboladegruppe aufweist, deren Kompressor durch eine Ladeluftleitung mit einem Luftaufnehmer der Dieselmaschine verbunden ist und deren Abgasturbine an eine Abgasleitung der Maschine angeschlossen ist, sowie mit einem Abhitzekessel, welcher an den Ausgang der Abgasturbine angeschlossen ist, und zur Erhitzung bzw. Verdampfung eines Arbeitsmittels dient, das in mindestens einer Dampfturbine mechanische Arbeit leistet, welche zum Antrieb von Mitteln zur Erhöhung des Druckes bzw. der dem Luftaufnehmer der Maschine zugeführten Luftmengen, und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie dient, sowie mit einem Kühler zur Kühlung der Ladeluft, wobei sich in der Ladeluftleitung ein Wärmeaustauscher befindet, welcher von einem flüssigen Wärmetransportmittel durchströmt ist.

Eine derartige Anlage ist bereits in der schweizerischen Patentanmeldung 4114/76 (P. 5021) vorgeschlagen worden. Bei dieser Anlage ist es durch Ausnützung der in den Abgasen enthaltenen Wärmen für Antriebszwecke möglich, den thermischen Gesamtwirkungsgrad der Anlage gegenüber dem bisherigen Stand wesentlich zu erhöhen.

ίο Da jedoch auf Schiffen durch die Abwärme der Brennkraftmaschinenanlage eine Reihe von Wärmeverbrauchern betrieben wird, stellt sich bei einer Ausnützung der Abwärme der Abgase für Antriebszwecke die Frage der Wärmeversorgung dieser Wärmeverbraueher.

Die Erfindung hat eine Weiterentwicklung der erwähnten vorgeschlagenen Brennkraftmaschinenanlage zum Ziel mit dem Zweck, durch eine weitere Ausnützung der im Betrieb der Brennkraftmaschine anfallenden Abwärme einerseits die Versorgung weiterer Wärmeverbraucher im Schiff zu ermöglichen und andererseits den thermischen Gesamtwirkungsgrad der Anlage noch weiter zu verbessern.
Das erfindungsgemäße Ziel wird dadurch erreicht, daß das durch den Wärmeübertrager strömende flüssige Wärmetransportmittel zur Übertragung von Kompressionswärme der Ladeluft an einen Wärmeverwerter im Schiff dient, und daß der Kühler im Strömungskreis des Wärmetransportmittels dem Wärmeverwerter nachgeschaltet ist.

In diesem Zusammenhang muß darauf hingewiesen werden, daß es bei Dieselbrennkraftmaschinen bekannt ist, in der Ladeluftleitung Wärmeaustauscher anzuordnen, welche als Kühler dienen. So zeigt die GB-PS 9 85 045 einen Ladeluftkühler, der zur Erzielung möglichst hoher Abgastemperaturen geregelt wird. Aus der OE-PS 2 83 825 ist ein Wärmeaustauscher in der Luftleitung bekannt, der einerseits als Kühler und andererseits bei Teillastbetrieb als Vorwärmer für die Ladeluft dient. Die US-PS 34 50 109 zeigt schließlich eine Serienschaltung von Wärmeübertragern in der Ladeluftleitung, von denen einer zur Kühlung, der andere zur Beheizung von Ladeluft dient.

Es ist möglich, in der Ladeluftleitung zwischen dem Wärmeübertrager und der Maschine einen Kühler zu schalten, welcher zur Abkühlung des Wärmetransportmittels auf einen Wert dient, der die Abkühlung der Ladeluft auf einen für die Zufuhr in die Maschine geeigneten Betriebswert ermöglicht.

Dabei kann in der Ladeluftleitung zwischen dem Kompressor der Turboladegruppe und dem Wärmeübertrager ein Vorwärmer für das Arbeitsmittel des Abhitzekessels geschaltet sein.
Es ist jedoch auch möglich, den Wärmeübertrager in den Kreislauf eines zweiten Arbeitsmittels zu schalten, das im Wärmeübertrager erhitzt und verdampft wird und in einer Turbine mechanische Arbeit leistet.

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele erläu-

bo tert.

Die F i g. 1 bis 5 zeigen Schaltschemas verschiedener Ausführungsbeispiele der Erfindung.

In den einzelnen Figuren der Zeichnung sind einander entsprechende Teile mit gleichen Bezugszeichen verse-

f)5 hen.

Die F i g. 1 zeigt eine Dieselbrennkraftmaschinenanlage mit einem Dieselmotor 1 und einer Turbuladegruppe 2. Die Turboladegruppe 2 enthält einen

Kompressor 3, welcher Luft aus der Umgebung durch einen Luftfilter 4 ansaugt und die komprimierte Luft durch eine Ladeluftleitung 5 einem nicht dargestellten Luftaufnehmer des Dieselmotors 1 zuführt. Die Turboladegruppe 2 enthält außerdem eine Abgasturbine 6, welche an eine Abgasleitung 7 des Dieselmotors 1 angeschlossen und mit dem Kompressor durch eine Welle 8 verbunden ist. Aus der Abgasturbine 6 gelangen die Abgase durch eine Fortsetzung der Abgasleitung 7 in einen Abhitzekessel 10, aus welchem sie in einen Kamin 11 geleitet werden.
Im Abhitzekessel 10, welcher mit einer Hilfsfeuerung

12 versehen sein kann, sind Rohrschlangen 13 angeordnet, weiche Heizflächen zur Entnahme von Wärme aus den Abgasen bilden.

Die Rohrschlangen 13 sind an den Kreislauf 14 eines Arbeitsmittels angeschlossen, das in den Rohrschlangen

13 erhitzt und verdampft wird. Der in den Rohrschlangen 13 gebildete Dampf wird in einer Dampfturbine 15 entspannt und gelangt darauf in einen Vorwärmer 16 sowie einen Kondensator 17. Das im Kondensator 17 gebildete Kondensat wird durch eine Speisepumpe 18 durch den Vorwärmer 16 in die Rohrschlangen 13 gefördert.

Parallel zur Dampfturbine 15 ist mittels einer Leitung

14 eine Dampfturbine 20 geschaltet, welche mit einem elektrischen Generator 21 gekuppelt ist. Das Verhältnis der durch die Dampfturbinen 15 und 20 strömenden Dampfmengen ist durch ein Ventil 22 einstellbar. Wie aus der F i g. 1 ersichtlich ist, ist die Dampfturbine 15 ebenfalls durch die Welle 8 mit dem Kompressor 3 gekuppelt.

Erfindungsgemäß ist in die Ladeluftleitung 5 ein Wärmeübertrager 30 geschaltet, durch welchen der Kreislauf 31 eines Wärmetransportmittels führt. Aus dem Wärmeübertrager 30 gelangt das Wärmetransportmittel über Ventile 32 zu verschiedenen Wärmeverbrauchern 33 des Schiffes. Es kann sich dabei um Heizungsanlagen, Anlagen zur Aufbereitung von Warmwasser usw. handeln. Parallel zu den Wärmeverbrauchern 33 ist eine Umgehungsleitung 3Γ geschaltet, in welcher sich ein Ventil 34 befindet.

Nach den Wärmeverbrauchern 33 ist im Kreislauf 31 des Wärmetransportmittels ein Kühler 35 geschaltet. Der Kühler 35 ermöglicht eine Rückkühlung des Wärmetransportmittels auf einen Wert, welcher eine Abkühlung der Ladeluft im Wärmeaustauscher 30 so weit gestattet, wie es die Dieselbrennkraftmaschine 1 für ihren Betrieb erfordert. Zur Regelung der Temperatur der Ladeluft dient ein Ventil 35'.

Aus dem Kühler 35 gelangt das Wärmetransportmittel in einen Behälter 36, aus welchem es durch eine Speisepumpe 37 von neuem in den Wärmeaustauscher 30 gefördert wird.

Im Betrieb wird in bekannter Weise die Turboladegruppe 2 durch die Abgase des Dieselmotors 1 angetrieben, wobei der Kompressor 3 die für den Motor bestimmte Ladeluft komprimiert. Die in der Abgasturbine 6 entspannten Abgase geben ihre Wärme im Abhitzekessel 10 an das Arbeitsmittel ab, das dadurch wi verdampft wird. Das Arbeitsmittel leistet in der Turbine

15 mechanische Arbeit, wodurch es die Förderung von Luft durch den Kompressor 3 unterstützt. Falls noch überschüssiger Dampf des Arbeitsmittels zur Verfügung steht, kann dieser in der Turbine 20 entspannt werden η > und den elektrischen Generator 21 antreiben.

Die durch den Kompressor 3 verdichtete Luft, die nach ihrer Verdichtung eine Temperatur im Bereich von 150° C und mehr erreichen kann, gibt im Wärmeaustauscher 30 ihre Wärme an das Wärmetransportmittel ab. Das Wärmetransportmittel beheizt darauf die Wärmeverbraucher 33. Eventuell im Wärmetransportmittel verbliebene Restwärme wird durch den Kühler 35 abgeleitet. Für den Fall, daß die Wärmeverbraucher 33 wenig oder keine Wärme benötigen, kann ein Teil der Strömung des Wärmetransportmittels oder die ganze Strömung durch die Umgehungsleitung 3Γ direkt dem Kühler 35 zugeführt werden. Dadurch wird gewährleistet, daß das Wärmetransportmittel auf einen Wert abgekühlt wird, welcher für die Abkühlung der Ladeluft auf den Betriebswert benötigt wird.

Die Ausführungsform nach der F i g. 2 unterscheidet sich von der nach der F i g. 1 im wesentlichen dadurch, daß der Kühler 35 im Kreislauf des Wärmetransportmittels entfällt, und daß die Abkühlung der Ladeluft auf den Betriebswert durch einen Ladeluftkühler 40 erfolgt. Die Umgehungsleitung 3Γ mit dem Umgehungsventil 34 ist durch ein selbsttätiges Umgehungsventil 41 ersetzt, welches die Förderseite der Umwälzpumpe 37 mit dem Ausgleichbehälter 36 verbindet.

Bei der Ausführungsform nach der F i g. 2 erfolgt die Abkühlung der Ladeluft nach erfolgter Wärmeabgabe im Wärmeaustauscher 30 im Ladeluftkühler 40. Zur Regelung der Ladelufttemperatur dient ein Ventil 40.

Die Ausführungsform der Anlage nach der Fig.3 unterschiedet sich von der nach der F i g. 2 hauptsächlich dadurch, daß der normalen Rohrschlange 30' des Wärmeaustauschers 30 bezüglich der Strömung der Ladeluft eine Rohrschlange 50 vorgeschaltet ist. Durch die Rohrschlange 50 strömt das Arbeitsmittel des Abhitzekessels 10 auf seinem Weg von der Speisepumpe 18 in die Rohrschlange 13 des Abhitzekessels 10. Die Rohrschlange 50 bildet somit einen Vorwärmer für das in den Abhitzekessel 10 eingespeiste Arbeitsmittel. Dadurch wird im Betrieb ein Teil der Kompressionswärme der Ladeluft für die Bildung mechanischer Leistung mit der Hilfe des Abhitzekessels herangezogen. Die Turbine 15 des Arbeitsmittelkreislaufes ist nicht wie in den beiden vorangehenden Fällen mit der Turboladegruppe 2 sondern mit einem Vorschaltgebläse 51 der Turboladegruppe 2 gekuppelt. An der gemeinsamen Welle 52 der Dampfturbine 15 und des Vorschaltgebläses 51 befindet sich ein elektrischer Generator 53. Der Generator 53 dient zur Bildung elektrischer Energie, falls die von der Turbine 15 gelieferte Leistung nicht oder nicht voll für den Antrieb des Vorschaltgebläses 51 benötigt wird.

In der Fig.4 ist eine Dieselmaschine 1 mit einem Abgasaufnehmer 60, einem Ladeluftaufnehmer 61 sowie einem Hilfsluftaufnehmer 62 dargestellt. Außerdem ist ein Hilfsgebläse 63 vorgesehen, welches Luft aus der Ladeluftleitung 5 in den Hilfsluftaufnehmer 62 fördert. Eine derartige Maschine ist aus der US-PS 34 47 313 bekannt, in welcher sie au~h näher beschrieben ist.

Das Hilfsgebläse 63, das ähnlich wie das Vorschaltgebläse 51 der Ausführungsform nach der F i g. 3 als Mittel zur Erhöhung des Druckes bzw. der Luftmenge der Ladeluft dient, ist mit einem Elektromotor 64 gekuppelt. Der Elektromotor 64 ist durch eine elektrische Leitung 65 über einen Regler 66 mit dem elektrischen Generator 53 verbunden, welcher an die Dampfturbine 15 angeschlossen ist.

Bei der Ausführungsform nach der F i g. 5 dient schließlich der Wärmeübertrager 30 zur Erhitzung und Verdampfung eines in einem Kreislauf 70 strömenden geeigneten Wärmetransportmittels. Im Kreislauf 70 ist

nach dem Wärmeübertrager 30 eine Dampfturbine 71 ein Kondensator 72 und eine Speisepumpe 73 geschaltet. Die Dampfturbine 71 ist in diesem Fall zusammen mit der Dampfturbine 20 aus der F i g. 1 mit dem elektrischen Generator 21 gekuppelt. Die aus der Kompressionswärme der Ladeluft gewonnene Energie wird somit voll dem Bordnetz des Schiffes zugeführt.

Als Arbeitsmittel bzw. Wärmetransportmittel kann in bekannter Weise Wasser dienen. Es ist jedoch auch die Verwendung von anderen Flüssigkeiten wie z. B. von Fluorkohlenwasserstoffen möglich.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Dieselbrennkraftmaschinenanlage für Schiffsantrieb, mit einem aufgeladenen Dieselmotor, welcher mindestens eine Turboladegruppe aufweist, deren Kompressor durch eine Ladeluftleitung mit einem Luftaufnehmer der Dieselmaschine verbunden ist und deren Abgasturbine an eine Abgasleitung der Maschine angeschlossen ist, sowie mit einem Abhitzekessel, welcher an den Ausgang der Abgasturbine angeschlossen ist, und zur Erhitzung bzw. Verdampfung eines Arbeitsmittels dient, das in mindestens einer Dampfturbine mechanische Arbeit leistet, welche zum Antrieb von Mitteln zur Erhöhung des Druckes bzw. der dem Luftaufnehmer der Maschine zugeführten Luftmenge, und/oder zur Erzeugung von elektrischer Energie dient, sowie mit einem Kühler zur Kühlung der Ladeluft, wobei sich in der Ladeluftleitung ein Wärmeaustauscher befindet, welcher von einem flüssigen Wärmetransportmittel durchströmt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das durch den Wärmeübertrager

(30) strömende flüssige Wärmetransportmittel zur Übertragung von Kompressionswärme der Ladeluft an einen Wärmeverwerter (10, 33, 71) im Schiff dient, und daß der Kühler (35) im Strömungskreis

(31) des Wärmetransportmittels dem Wärmeverwerter (33) nachgeschaltet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ladeluftleitung (5) zwischen dem Wärmeübertrager (30) und der Maschine ein Kühler (40) geschaltet ist, welcher zur Abkühlung des Wärmetransportmittels auf einen Wert dient, der die Abkühlung der Ladeluft auf einen für die Zufuhr in die Maschine (1) geeigneten Betriebswert ermöglicht (F i g. 2).

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ladeluftleitung (5) zwischen dem Kompressor (3) der Turboladegruppe (2) und dem Wärmeübertrager (30) ein Vorwärmer (50) für das Arbeitsmittel des Abhitzekessels (10) geschaltet ist (F ig. 3,4).

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeübertrager (30) im Kreislauf eines Wärmetransportmittels geschaltet ist, das im Wärmeübertrager (30) erhitzt und verdampft wird und in einer Turbine (71) mechanische Arbeit leistet (F ig. 5).