DE2917651C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer für
Unterwasserbetrieb tauglichen Verbrennungskraftmaschine, bei dem die
Wasserdampf (H₂O), Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂)
enthaltenden Verbrennungsabgase in einem geschlossenen
Abgaskreislauf zunächst von kondensierbaren Bestandteilen,
insbesondere vom Wasserdampf (H₂O) befreit und anschließend
in eine mit Sauerstoff (O₂) und eine mit Kohlendioxid (CO₂)
angereicherte Komponente zerlegt werden, wobei die mit
Sauerstoff angereicherte Komponente zur Verbrennung
wiederverwendet wird.
Daneben betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum
Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine für
Unterwasserbetrieb mit einem geschlossenen
Abgaskreislauf bestehend aus einem Kondensator (L) zum
Abscheiden der kondensierbaren Bestandteile der Wasserdampf
(H₂O), Kohlendioxid (CO₂) und Sauerstoff (O₂) enthaltenden
Abgase der Verbrennungskraftmaschine (M), aus einem
Trennaggregat (V), das eine mit gasförmigem Sauerstoff (O₂)
angereicherte Ausgangsleitung und eine weitere, mit
Kohlendioxid (CO₂) angereicherte Ausgangsleitung aufweist,
wobei die mit Sauerstoff (O₂) angereicherte Ausgangsleitung
mit dem Ansaugraum der Verbrennungskraftmaschine in
Verbindung steht und die mit Kohlendioxid (CO₂)
angereicherte, weitere Ausgangsleitung mit einem
Entsorgungsbehälter verbunden ist.
Ein solches Verfahren bzw. eine solche Vorrichtung ist aus
der US 35 59 402 bekannt.
Von den Abgasbestandteilen (CO₂, H₂O, O₂), die beim Betrieb
der Verbrennungskraftmaschine entstehen, werden beim Stand
der Technik in einem ersten Kondensator die kondensierbaren
Bestandteile, d. h. in erster Linie der Wasserdampf,
entfernt. Daraufhin wird das verbleibende, im wesentlichen
CO₂ und O₂ enthaltende Gasgemisch mittels eines Kompressors
komprimiert. Nach einem anschließenden Trocknungsvorgang
mittels des Trockners, bei dem weiterer Wasserdampf entfernt
wird, wird das komprimierte Gasgemisch dem Trennaggregat
zugeführt, welches als ein weiterer Kondensator ausgeführt
ist und als Kondensiermedium flüssigen Sauerstoff mit einer
Temperatur von weniger als -180°C enthält, der aus einem
Sauerstoffbehälter eingespeist wird. Hierdurch wird der
CO₂-Anteil gekühlt und kondensiert, woraufhin das
verflüssigte CO₂ in einem Behälter entsorgt wird. Der
zunächst flüssige Sauerstoff wird bei diesem Vorgang
verdampft und kann im folgenden dem Ansaugraum der
Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden. Dadurch, daß es
sich bei diesem aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren beim Abgaskreislauf um ein geschlossenes System
handelt, ist die Funktionsweise der
Verbrennungskraftmaschine nicht davon abhängig, in welcher
Tauchtiefe unterhalb der Wasserlinie der Betrieb
stattfindet.
Allerdings besteht beim Stand der Technik ein Nachteil
darin, daß das Trennaggregat verfahrenstechnisch einen
großen Aufwand erfordert, da es auf kryotechnische Weise
arbeitet. Neben diesem hohen Installationsaufwand bedarf es
eines verhältnismäßig großen Vorrates an flüssigem
Sauerstoff, der zusätzlich an Bord mitgeführt werden muß.
Darüber hinaus wird ein Entsorgungsbehälter verwendet,
dessen ständig wachsender Inhalt regelmäßig entleert werden
muß.
Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art
derart weiterzuentwickeln, daß die Entsorgung der nicht
kondensierbaren Bestandteile, insbesondere des Kohlendioxids
(CO₂), und die Rückgewinnung des Sauerstoffs bei der
Entsorgung mit geringerem verfahrenstechnischen Aufwand
gelöst wird.
Diese Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs genannten Art
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die mit gasförmigem
Kohlendioxid (CO₂) angereicherte und Restsauerstoff (O₂)
enthaltende Komponente mit Meerwasser versetzt, daß der
dabei durch Druck freigesetzte Restsauerstoff (O₂) zur
Verbrennung wiederverwendet wird und daß das an das
Meerwasser gebundene Kohlendioxid (CO₂) gemeinsam mit diesem
entsorgt wird.
Bei der Vorrichtung der eingangs genannten Art erfolgt die
erfindungsgemäße Lösung dadurch, daß das Trennaggregat ein
Fliehkraftabscheider (V) ist, dessen das gasförmige
Kohlendioxid (CO₂) sowie Restsauerstoff (O₂) enthaltende
weitere Ausgangsleitung über einen vom Druck im
Abgaskreislauf der Verbrennungskraftmaschine gesteuerten
Verdichter mit dem Entsorgungsbehälter derart
verbunden ist, daß in einer ersten Anschlußstellung des
Entsorgungsbehälters in diesen einbringbares Meerwasser
mit dem Kohlendioxid (CO₂) beladen und dabei durch Druck
freigesetzter Restsauerstoff (O₂) aus dem
Entsorgungsbehälter ableitbar ist und in einer
zweiten Anschlußstellung der Entsorgungsbehälter mit
frischem Meerwasser spülbar ist.
Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich dadurch aus, daß
in dem auf die Kondensation der kondensierbaren
Bestandteile des Abgases folgenden Verfahrensschritt das
Abgas mit Hilfe eines Fliehkraftabscheiders im gasförmigen
Zustand und bei Raumtemperatur einerseits in die mit
Sauerstoff angereicherte Komponente und andererseits in
die mit Kohlendioxid angereicherte Komponente aufgeteilt
wird. Die mit Sauerstoff angereicherte Komponente wird zum
Ansaugraum der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit
von den Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine
geregelt zurückgeführt. Die mit Kohlendioxid angereicherte
Komponente des Abgases wird mittels eines Verdichters
derart dem Entsorgungsbehälter zugeführt, daß durch Regelung
der Fördermenge dieser Komponente der im Abgaskreislauf
herrschende Druck konstant gehalten wird. Hierdurch ergibt
sich gegenüber dem Stand der Technik der Vorteil, daß auch
dann die Leistungsabgabe und der Leistungsverbrauch der
Verbrennungskraftmaschine unabhängig von der Eintauchtiefe
des Unterseebootes ist, wenn ein Trennaggregat verwendet
wird, welches die mit CO₂ angereicherte Komponente
gasförmig führt.
Die mit einem bestimmten Druck in den Entsorgungsbehälter
eingeleitete mit CO₂ angereicherte Abgaskomponente wird
erfindungsgemäß mit Meerwasser bedüst, so daß auf diese
Weise die gasförmigen CO₂-Bestandteile im Wasser gelöst
werden. Im nachfolgenden Schritt wird der mit CO₂
angereichertes Meerwasser enthaltende Entsorgungsbehälter
wiederum mit Meerwasser gespült und das im Meerwasser
gebundene CO₂ auf diese Weise entsorgt. Dabei ergibt sich
der Vorteil, daß kein zusätzlicher, entsorgtes CO₂
enthaltender Entsorgungsbehälter an Bord mitgeführt werden
muß, der in regelmäßigen Zeitabständen entleert werden muß.
Vielmehr kann für den beschriebenen Entsorgungsvorgang
stets der gleiche Behälter verwendet werden. Darüber hinaus
wird erfindungsgemäß in der weiteren Ausgangsleitung noch
vorhandener Restsauerstoff für die Verbrennung
rückgewonnen.
Der verfahrenstechnische Aufwand dieser Einrichtung ist
im Vergleich zum Stand der Technik wesentlich vereinfacht,
da kryotechnische Anlagen der bekannten Art nicht verwendet
werden müssen. Auch entfällt der beim Stand der Technik
noch erforderliche Hochdruckkompressor, der dem Kondensator
zum Abscheiden der kondensierbaren Bestandteile des Abgases
nachgeordnet ist. Der erfindungsgemäße, in der weiteren
Ausgangsleitung angeordnete Niederdruckkompressor hat
dagegen die Aufgabe, den Druck im Abgaskreislauf konstant
zu halten.
Hierzu ist in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der
Erfindung ein Kapselverdichter verwendet, der über eine
Drosselklappe derart angesteuert wird, daß die Fördermenge
in der weiteren Ausgangsleitung hierdurch so eingestellt
wird, daß der Druck in der Abgasleitung konstant gehalten
wird.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind
als Entsorgungsbehälter zwei Tanks vorgesehen, die im
wechselweisen Betrieb arbeiten. Während zunächst der eine
Tank mit dem mit Kohlendioxid angereicherten Gas gefüllt
ist, ist der andere Tank zu dieser Zeit mit frischem
Meerwasser gefüllt. Durch Beaufschlagung des anderen Tanks
mit dem Druckgas wird das Meerwasser von diesem in den
einen Tank geführt, wobei es verdüst wird und auf diese
Weise das in dem einen Tank befindliche Kohlendioxid löst.
Mit steigendem Pegelstand in dem einen Tank reichert sich
an der Oberfläche des einen Tanks beim Lösungsvorgang
entstehender Sauerstoff an, der über die Rückgewinnungsleitung,
die ein Überdruckventil enthält, in den Ansaugraum
zurückgeführt wird. Sobald der eine Tank mit CO₂
enthaltendem Wasser gefüllt ist, wird dieser druckmäßig
vom Rest der Einrichtung entkoppelt und durch Öffnung von
Meerwassereinlässen bzw. -auslässen gespült. Nach erneuter
Befüllung dieses Tanks mit Meerwasser wiederholt sich der
beschriebene Vorgang, wobei die Funktionen der beiden Tanks
vertauscht sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung erfindungsgemäß
eine Einrichtung zur Rückgewinnung des im
Abgas vorhandenen Sauerstoffes auf, welche Mittel zur
Fliehkraftabscheidung des Kohlendioxyds unter Ausnutzung
der unterschiedlichen Beharrungsvermögen und Viskositäten
der beiden Gase umfaßt.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Vorrichtung erfindungsgemäß
eine Einrichtung zur Entfernung der Verbrennungsprodukte
aus dem Kreislauf der Brennkraftmaschine
und zur Rückgewinnung des restlichen Sauerstoffes auf, welche
einen Niederdruck-Kapselverdichter, Mittel zur automatischen
Überwachung der Gasfördermenge des Verdichters mit einem
Fühler zur Erfassung von Änderungen des Gasdruckes im Kreislauf,
ein Wasserpumpensystem und Behandlungsbehälter zur
Gas-Meerwasser-Behandlung mit minimalem, bei jeder Tauchtiefe
konstanten Energieverbrauch und mit automatischer
Überwachung der Gewichte der behandelten Medien, enthält.
In der Einrichtung zur Entfernung der Verbrennungsprodukte
können in an sich bekannter Weise Mittel zum Abscheiden des
Wassers durch Kondensation und zum Aufspeichern des abgeschiedenen
Wassers an Bord vorgesehen sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der zur Einrichtung
zur Entfernung der Verbrennungsprodukte gehörende Verdichter
erfindungsgemäß mit einer in der Ansaugleitung angeordneten
Drosselklappe versehen, die eine Regelung der Fördermenge
des Verdichters in dem Sinne ermöglicht, daß der Druck im
Kreislauf der Brennkraftmaschine einen konstanten Wert aufweist.
Zum Steuern der Drosselklappe ist vorzugsweise eine pneumatische
und/oder elektrisch-elektronische vom absoluten Druck im
Kreislauf beeinflußte Steuereinrichtung vorgesehen.
Diese und weitere Erfindungsmerkmale sind den Patentansprüchen
entnehmbar.
Anhand der beiliegenden Figur soll nun im folgenden ein
Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Vorrichtung näher
beschrieben werden.
In der Figur ist in vereinfachter Weise das Schema einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung in Anwendung an einem Dieselmotor
für ausschließlichen Untersee-Betrieb gezeigt.
Die Vorrichtung umfaßt im wesentlichen folgende Bestandteile:
einen druckfesten Behälter S, in welchem die gesamte Vorrichtung mit Ausnahme des Systems zur Behandlung und Entfernung der Verbrennungsabgase, sowie der Brennstoff- und Verbrennungsmittel- Behälter, enthalten ist; diese hier ausgenommenen Anlageteile könnten aber auch gegebenenfalls im Inneren des druckfesten Behälters S angeordnet sein;
eine Brennkraftmaschine (Dieselmotor) M;
einen Leistungsgenerator PU;
ein System L zum Waschen und Kühlen der Abgase;
ein System zum Süßwasser-Umlauf in einem Kreislauf zum Waschen und Kühlen der Abgase, bestehend aus einem Sammelbehälter 27, einem Süßwasser-Meerwasser-Wärmetauscher 5, Pumpen PR 1, PR 2 zum Umlauf und zur Versprühung des Waschwassers, einer Pumpe PS zum Meerwasser-Umlauf;
ein als Fliehkraftabscheider ausgeführtes Trennaggregat V zur Rückgewinnung von O₂ und zur Abscheidung des überschüssigen CO₂, das mit dem System L über eine Rohrleitung 29 in Verbindung steht;
ein System B zur Sauerstoffdosierung, das mit dem Fliehkraftabscheider V über eine Rohrleitung 30 verbunden ist und mit Elektroventilen zum Einspritzen von O₂ in den Kreislauf der Brennkraftmaschine versehen ist;
ein System A zur Mischung des Ansauggases;
einen Ultraschall-Gasanalysator 4 für das Ansauggas;
einen Durchflußmesser TR zum Messen der augenblicklichen Brennstoff-Fördermenge;
ein Rechenwerk C zum Steuern der Dosiereinrichtung B;
einen Brennstoff-Behälter F;
einen Hochdruckbehälter D, welcher ein Gasgemisch vorherbereiteter Zusammensetzung enthält und mit einem Absperrventil 23 und einem Druckminderventil 25 ausgerüstet ist;
ein Hochdruckbehälter-System O, welches zur Lagerung von Sauerstoff dient und mit einem Absperrventil 22 und einem Druckminderventil 24 ausgerüstet ist;
ein System zur Entfernung von CO₂ aus dem Kreislauf der Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Speicherraum 6, einer Drosselklappe 7, einem Kapselverdichter K, einem oder mehreren jeweils zwei Entsorgungsbehälter 1, 2 umfassenden Behältersätzen (von welchen in der Zeichnung nur ein Behältersatz dargestellt ist), die zum Pumpen der Gase, zu deren Behandlung mit Meerwasser und zur Räumung des gebrauchten Behandlungswassers außer Bord dient, einem Überdruckventil 26 zur eventuellen Rückgewinnung des im Abgas vorhandenen Sauerstoffes, Elektroventilen N, O, Q, R, S, Pumpen PV, VP und Zerstäubern V, womit die erwähnten Arbeitsspiele aufeinanderfolgend nach Maßgabe der Befehle einer Einrichtung zur Wasserstands- und Druck-Überwachung T durchgeführt werden.
einen druckfesten Behälter S, in welchem die gesamte Vorrichtung mit Ausnahme des Systems zur Behandlung und Entfernung der Verbrennungsabgase, sowie der Brennstoff- und Verbrennungsmittel- Behälter, enthalten ist; diese hier ausgenommenen Anlageteile könnten aber auch gegebenenfalls im Inneren des druckfesten Behälters S angeordnet sein;
eine Brennkraftmaschine (Dieselmotor) M;
einen Leistungsgenerator PU;
ein System L zum Waschen und Kühlen der Abgase;
ein System zum Süßwasser-Umlauf in einem Kreislauf zum Waschen und Kühlen der Abgase, bestehend aus einem Sammelbehälter 27, einem Süßwasser-Meerwasser-Wärmetauscher 5, Pumpen PR 1, PR 2 zum Umlauf und zur Versprühung des Waschwassers, einer Pumpe PS zum Meerwasser-Umlauf;
ein als Fliehkraftabscheider ausgeführtes Trennaggregat V zur Rückgewinnung von O₂ und zur Abscheidung des überschüssigen CO₂, das mit dem System L über eine Rohrleitung 29 in Verbindung steht;
ein System B zur Sauerstoffdosierung, das mit dem Fliehkraftabscheider V über eine Rohrleitung 30 verbunden ist und mit Elektroventilen zum Einspritzen von O₂ in den Kreislauf der Brennkraftmaschine versehen ist;
ein System A zur Mischung des Ansauggases;
einen Ultraschall-Gasanalysator 4 für das Ansauggas;
einen Durchflußmesser TR zum Messen der augenblicklichen Brennstoff-Fördermenge;
ein Rechenwerk C zum Steuern der Dosiereinrichtung B;
einen Brennstoff-Behälter F;
einen Hochdruckbehälter D, welcher ein Gasgemisch vorherbereiteter Zusammensetzung enthält und mit einem Absperrventil 23 und einem Druckminderventil 25 ausgerüstet ist;
ein Hochdruckbehälter-System O, welches zur Lagerung von Sauerstoff dient und mit einem Absperrventil 22 und einem Druckminderventil 24 ausgerüstet ist;
ein System zur Entfernung von CO₂ aus dem Kreislauf der Brennkraftmaschine, bestehend aus einem Speicherraum 6, einer Drosselklappe 7, einem Kapselverdichter K, einem oder mehreren jeweils zwei Entsorgungsbehälter 1, 2 umfassenden Behältersätzen (von welchen in der Zeichnung nur ein Behältersatz dargestellt ist), die zum Pumpen der Gase, zu deren Behandlung mit Meerwasser und zur Räumung des gebrauchten Behandlungswassers außer Bord dient, einem Überdruckventil 26 zur eventuellen Rückgewinnung des im Abgas vorhandenen Sauerstoffes, Elektroventilen N, O, Q, R, S, Pumpen PV, VP und Zerstäubern V, womit die erwähnten Arbeitsspiele aufeinanderfolgend nach Maßgabe der Befehle einer Einrichtung zur Wasserstands- und Druck-Überwachung T durchgeführt werden.
Für den ersten Anlauf und für weitere Anläufe nach Instandsetzung
oder nach Eingriffen im aufgetauchten Zustand, die
einen Lufteintritt in den Kreislauf der Brennkraftmaschine
ermöglichen, dient folgende Prozedur:
- a) Nach Schließen der Ventile 31 und 22 und manuellem Öffnen der Ventile O₁, O₂, N₁, N₂, Ausschalten der Überwachungseinrichtung T und Öffnen des Ventils 23, wird die Brennkraftmaschine M mit Hilfe ihres Anlaßmotors in Drehung versetzt, so daß die eingedrungene Luft aus dem Kreislauf der Brennkraftmaschine ausgestoßen und durch ein Gasgemisch CO₂-O₂ bzw. reines CO₂ ersetzt wird.
- b) Nach Vollendung des Schrittes a) werden die Ventile 23, O₁, O₂, N₁, N₂ geschlossen, die Überwachungseinrichtung T wieder eingeschaltet und die Ventile 31 und 22 geöffnet.
Nach Überprüfung, daß kein Stickstoff mehr im Kreislauf
enthalten ist, kann die Brennkraftmaschine nun angelassen
werden.
Bei Anläufen im untergetauchten Zustand beginnt die Prozedur
bereits mit dem Schritt b), da kein Stickstoff im Kreislauf
enthalten sein kann.
Die mit aus dem Verbrennungsprozeß herrührendem Wasserdampf
und CO₂ angereicherten Abgase werden über die Rohrleitung 28
in das Wasch-System L befördert.
Hier wird durch das Pumpensystem PR eine angemessene aus dem
Behälter 27 entnommene Wassermenge eingespritzt und versprüht,
welche die Abgase durch Kondensation des darin enthaltenen
überschüssigen Wasserdampfes kühlt und außerdem
die in den Abgasen vorhandenen Feststoffteilchen und unverbrannten
Substanzen auffängt. Im System L befinden sich ein
Wirbelerzeuger und ein Zyklon, welcher Flüssigkeiten und
Feststoffe aus den Gasen abscheidet. Dabei werden diese
Flüssigkeiten und Feststoffe am Umfang gesammelt und dem
Behälter 27 zugeführt. Die über die Leitung 29 geführten,
gereinigten Gase treten hingegen in den Fliehkraftabscheider
V ein.
In letzterem erfolgt, aufgrund der gegenüber dem Sauerstoff
unterschiedlichen Wichte des CO₂, eine derartige
Trennung, daß die peripheren Schichten an CO₂ und die
zentralen Schichten an O₂ angereichert sind. Die bereits
an O₂ angereicherten Gase gelangen über die zentrale
Leitung 30 zur Dosiereinrichtung B, wo sie mit der weiteren
Sauerstoffmenge angereichert werden, die zum Erreichen des
für einen einwandfreien Verbrennungsvorgang erforderlichen
Prozentsatzes nötig ist.
Die Gase gelangen sodann über den Gasanalysator 4 in den
Mischer A und von dort zum Ansaugrohr der Brennkraftmaschine.
Das Rechenwerk C erhält eingangsseitig die Daten über den
augenblicklichen Brennstoffverbrauch, welche kontinuierlich
vom Durchflußmesser TR ermittelt werden, sowie den augenblicklichen
Wert des prozentualen O₂-Gehaltes in den durch
den Mischer A fließenden Gasen, welcher mit Hilfe des Gasanalysators
4 ermittelt wird. Durch Verarbeitung der eingegebenen
Daten in Realzeit liefert das Rechenwerk ausgangsseitig
die Information zum Steuern der (mindestens vier)
Elektroventile der Dosiereinrichtung B. Diese Elektroventile
besitzen feineingestellte Düsen, deren Durchflußmengen in
geometrischer Reihe zunehmenden Werten entsprechen.
Die Vereinigung dieser Durchflußmengen ermöglicht eine genaue
Dosierung des zuzuführenden Sauerstoffes.
Die an CO₂ angereicherten Gase am Umfang des Fliehkraftabscheiders
V gelangen in den Speicherraum 6, wo
die Flüssigkeitsreste aufgefangen und in den Behälter 27
zurückgeführt werden.
Aus dem Speicherraum 6 werden die Gase über die Drosselklappe
7 vom Kapselverdichter K angesaugt und mit niederem
Druck in das System bzw. die Systeme zur Gasbehandlung und
zur Entfernung des gebrauchten Behandlungswassers gempumpt.
Die Drosselklappe 7 wird durch eine pneumatische und/oder
elektrisch-elektronische Steuereinrichtung gesteuert, welche
auf den absoluten Druck im Abgaskreislauf der Brennkraftmaschine
anspricht, so daß die Fördermenge des Kapselverdichters K
im Sinne der Konstanthaltung dieses Druckes geregelt wird.
Das System zur Gasbehandlung und zur Entfernung des gebrauchten
Behandlungswassers ist derart eingerichtet, daß
im Laufe einer jeden Arbeitsfolge, unter entsprechender
Steuerung der betreffenden Elektroventile, von den zu einem
Behälterpaar gehörenden Behältern jeweils der eine zur Aufnahme
der verdichteten Gase und der andere Behälter zur
Behandlung von mit CO₂ gesättigtem Wasser und zur Nachfüllung
von Meerwasser dient.
Zum besseren Verständnis der Wirkungsweise dieses Systems
soll im nachstehenden eine Arbeitsfolge, beispielsweise
diejenige Arbeitsfolge näher beschrieben werden, in welcher
der Behälter 2 mit vom Verdichter K kommenden Gas beladen
wird. Am Anfang dieser Arbeitsfolge ist der Behälter 2 mit
Meerwasser und der Behälte 1 mit auf den maximalen
Druck des Verdichters vedichteten Gas gefüllt.
Die Arbeitsfolge beginnt dann, wenn die Elektroventile N, O,
Q, R, S unter der Steuerung der Überwachungseinrichtung T
folgende Stellungen annehmen:
geöffnete Ventile | |
geschlossene Ventile | |
N₂ | |
N₁ | |
O₁, O₂ | |
Q₂ | Q₁ |
R₁, R₂ | |
S₁ | S₂ |
In diesem Zustand, während der Verdichter K den Behälter 2
mit Gas versorgt, saugt die Pumpe PV das Wasser aus dem
Behälter 2 an und pumpt dieses unter Zerstäubung in den
Behälter 1.
Mit zunehmendem Wasserstand im Behälter 1 steigt der Druck
und wird das CO₂ in stets zunehmender Menge vom Wasser
aufgenommen. Beim Erreichen des eingestellten Druckwertes
des Überdruckventils 26 öffnet sich dieses Ventil und läßt
die nunmehr an O₂ angereicherten Gase, die sich im oberen
Teil des Behälters 1 befinden, in den Kreislauf der Brennkraftmaschine
einfließen, so daß der eventuell in den ausgestoßenen
Gasen noch enthaltene Restgehalt an O₂ zurückgewonnen
wird.
Sobald der erwähnte vorbestimmte Druckwert im Behälter 1
(z. B. 50 ata) erreicht wird, führt das Überdruckventil 26
O₂-reiches Gas dem Kreislauf der Brennkraftmaschine so lange
zu, bis der Behälter 1 mit Wasser gefüllt ist. Dessen (in
der Zeichnung nur angedeutetes) Schwimmerventil bewirkt
über die Überwachungseinrichtung T das Schließen der Ventile
S₁, Q₂ und das Öffnen der Ventile R₁, O₁. Somit beginnt
die Waschphase des Behälters 1, die durch die Pumpe
VP und unter Verwendung von Meerwasser durchgeführt wird.
Diese Arbeitsphase wird beim Erreichen des vorbestimmten
(niederen) Druckwertes im Behälter 2 (z. B. 8 ata) beendet.
Die soeben beschriebene Arbeitsfolge wiederholt sich nunmehr
unter gegenseitigem Austausch der Funktionen der beiden Behälter
1 und 2.
Mit diesem System, da der Ansprechdruck des Überdruckventils
26 festgelegt ist, sind die zum Betrieb des Verdichters
K und zum Betrieb der Pumpen PV und VP erforderlichen
Leistungen, bei gleichbleibender Belastung der Brennkraftmaschine,
in gewünschter Weise konstante, von der
Tauchtiefe unabhängige Größen.
Claims (7)
1. Verfahren zum Betreiben einer für Unterwasserbetrieb
tauglichen Verbrennungskraftmaschine, bei dem die
Wasserdampf (H₂O), Sauerstoff (O₂) und Kohlendioxid (CO₂)
enthaltenden Verbrennungsabgase in einem geschlossenen
Abgaskreislauf zunächst von kondensierbaren Bestandteilen,
insbesondere vom Wasserdampf (H₂O) befreit und
anschließend in eine mit Sauerstoff (O₂) und eine mit
Kohlendioxid (CO₂) angereicherte Komponente zerlegt
werden, wobei die mit Sauerstoff angereicherte Komponente
zur Verbrennung wiederverwendet wird,
dadurch gekennzeichnet, daß die mit
gasförmigem Kohlendioxid (CO₂) angereicherte und
Restsauerstoff (O₂) enthaltende Komponente mit Meerwasser
versetzt, daß der dabei durch Druck freigesetzte
Restsauerstoff (O₂) zur Verbrennung wiederverwendet wird
und daß das an das Meerwasser gebundene Kohlendioxid
(CO₂) gemeinsam mit diesem entsorgt wird.
2. Vorrichtung zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine
(M) für Unterwasserbetrieb mit einem geschlossenen
Abgaskreislauf bestehend aus einem Kondensator (L) zum
Abscheiden der kondensierbaren Bestandteile der
Wasserdampf (H₂O), Kohlendioxid (CO₂) und Sauerstoff (O₂)
enthaltenden Abgase der Verbrennungskraftmaschine (M),
aus einem Trennaggregat (V), das eine mit gasförmigem
Sauerstoff (O₂) angereicherte Ausgangsleitung und eine
weitere, mit Kohlendioxid (CO₂) angereicherte
Ausgangsleitung aufweist, wobei die mit Sauerstoff (O₂)
angereicherte Ausgangsleitung mit dem Ansaugraum (A) der
Verbrennungskraftmaschine (M) in Verbindung steht und die
mit Kohlendioxid (CO₂) angereicherte, weitere
Ausgangsleitung mit einem Entsorgungsbehälter (1, 2)
verbunden ist, insbesondere zur Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das
Trennaggregat ein Fliehkraftabscheider (V) ist, dessen
das gasförmige Kohlendioxid (CO₂) sowie Restsauerstoff
(O₂) enthaltende weitere Ausgangsleitung über einen vom
Druck im Abgaskreislauf der Verbrennungskraftmaschine
(M) gesteuerten Verdichter (K) mit dem
Entsorgungsbehälter (1, 2) derart verbunden ist, daß in
einer ersten Anschlußstellung des Entsorgungsbehälters
(1, 2) in diesen einbringbares Meerwasser mit dem
Kohlendioxid (CO₂) beladen und dabei durch Druck freigesetzter
Restsauerstoff (O₂) aus dem Entsorgungsbehälter
(1, 2) ableitbar ist und in einer zweiten
Anschlußstellung der Entsorgungsbehälter (1, 2) mit
frischem Meerwasser spülbar ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Verdichter ein Kapselverdichter (K) ist, der eine
Drosselklappe (7) aufweist, durch deren die Fördermenge
in der weiteren Ausgangsleitung einstellenden Stellung
der Druck im Abgaskreislauf konstant gehalten wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die
Drosselklappe (7) ein pneumatisches und/oder
elektronisches Regelelement aufweist, welches als
Regelsignal den absoluten Druck im Abgaskreislauf der
Verbrennungskraftmaschine (M) erhält.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der
Entsorgungsbehälter aus zwei Entsorgungstanks (1, 2)
besteht, wobei in der ersten Anschlußstellung der eine,
mit Meerwaser gefüllte Tank (1) mit dem vom Verdichter
(K) gelieferten Gas beaufschlagbar ist und das in dem
anderen Tank (2) befindliche Gas mit dem aus dem einen
Tank (1) herausgedrückten Meerwasser besprühbar ist,
und wobei in der zweiten Anschlußstellung der erste,
nunmehr vollständig mit Gas gefüllte Tank (1)
verschließbar und der zweite Tank (2) über
Verbindungsleitungen mit frischem Meerwasser spülbar
ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, daß mehrere
Tankpaare (1, 2) vorgesehen sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder
der beiden Tanks (1, 2) druckabhängige Wasserstandsanzeiger
aufweist.
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