DE3840967C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Tieftemperaturverarbeitung und -speicherung von Verbrennungsprodukten einer Wärmekraftmaschine, deren Abgase über einen Kühlwärmetauscher einer Kondensattrenn­ einrichtung, die einen Mischbehälter beschickt, in den Auf­ bereitungssauerstoff über ein Steuerventil eingeführt wird, und einem Dehydrierkreis für den Abgasüberschuß zugeführt wird, der einem Kompressor und dann einem Wärmetauscher zum Abkühlen der wasserfreien Gase zugeführt wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, bei Energieerzeugungsanlagen mit Wärmekraftmaschinen an Bord von Fahrzeugen oder fester Unterwasseranlagen anwendbar, insbesondere wenn diese für große Wassertiefen bestimmt sind, so daß eine beträchtliche Selbstversorgung zwischen zwei Nachversorgungen notwendig ist, und insbesondere wenn zusätzlich zu diesem Erfordernis die Masse der Gesamtanlage konstant gehalten werden muß, so daß ein Ausgleichszustand zwischen dem Gewicht und dem Auftrieb zu jedem Zeitpunkt während der Energieabgabe besteht.

Eine weitere Anwendungsmöglichkeit der erfindungsgemäßen Vor­ richtung besteht dort, wo Fahrzeuge oder Anlagen einschließ­ lich terrestrischer oder im Weltraum befindlicher Anlagen in einer Umgebung arbeiten müssen, die ihres Sauerstoffes be­ raubt ist oder an Sauerstoff verarmt ist, und die Möglichkei­ ten der freien Abgabe der gasförmigen Verbrennungsprodukte an die Umgebung beschränkt sind, so daß es dementsprechend notwendig ist, diese zu speichern oder chemisch zu verarbei­ ten. Mechanische Energieerzeugungsanlagen mit Wärmekraftma­ schinen, insbesondere Verbrennungsmaschinen, sind seit eini­ ger Zeit bekannt, wobei diese Anlagen mit einem Gasgemisch bei atmosphärischem Druck oder auf einem faktisch konstanten Druck innerhalb eines bestimmten Bereiches versorgt werden. Dieses Gemisch besteht im wesentlichen aus Inertgasen und Sauerstoff, die im Abgas der Maschine enthalten sind und in geeigneter Weise über ein Kühlmittel, das gewöhnlich Wasser ist, gekühlt sind, sowie zusätzlichem Sauerstoff, der bis zu dem erforder­ lichen molaren Anteil von gewöhnlich zwischen 20 und 25% zu­ gegeben wird, um die Fähigkeit des der Maschine zugeführten Gasgemisches wieder herzustellen, die Verbrennung zu unter­ halten.

Das im Gemisch vorhandene Inertgas kann Stickstoff, Argon, Kohlendioxid und Wasserdampf sein, wobei die letzteren bei­ den Gase Verbrennungsprodukte der Maschine sind.

Es sind verschiedene Vorrichtungen und Anlagen entwickelt worden, die hauptsächlich mit einem oder mehreren dieser Gase in Abhängigkeit von der Gaskühltemperatur und der Eigencharak­ teristik der benutzten Verfahren arbeiten.

Allen diesen Vorrichtungen und Anlagen ist es gemeinsam, daß vom Abgas der Maschine derjenige Teil, der durch die Verbren­ nung erzeugt wird, d.h. das Kohlendioxid und der Wasserdampf, abgetrennt und/oder abgeleitet werden muß, um die Masse und somit den Druck des Gases im Rezirkulationssystem konstant zu halten.

Derartigen Anlagen und Vorrichtungen ist es weiterhin gemeinsam, daß ein Speicherbehälter und eine Sauerstoffversorgungsanlage benötigt werden.

Diese beiden Erfordernisse gelten auch bei Wärmekraftmaschi­ nen mit äußerer Verbrennung, die in einer anaeroben Umgebung arbeiten, beispielsweise für Stirling- oder Rankin-Maschinen, allerdings mit der sichtlichen Vereinfachung, daß in diesem Fall die gasförmigen Verbrennungsprodukte bereits von dem Gas getrennt sind, das den thermodynamischen Kreislauf der Maschi­ ne betreibt.

Die oben beschriebenen Vorrichtungen und Anlagen sind insbe­ sondere so ausgebildet, daß sie mechanische Energie an Bord von Fahrzeugen oder in Unterwasseranlagen erzeugen, um ins­ besondere Fahrzeuge in einer beträchtlichen Wassertiefe anzu­ treiben, die nicht direkt von außen versorgt werden können, oder deren Abgas nicht in die Außenluft abgegeben werden kann. Durch die Erfindung werden Beschränkungen und technische Nach­ teile auf diesem Anwendungsgebiet überwunden, für das derarti­ ge Anlagen und Vorrichtungen ursprünglich entwickelt wurden. Diese Beschränkungen haben ihre Ursache darin, daß eines oder mehrere der folgenden Erfordernisse nicht erfüllt ist oder sind:

• a) Die Notwendigkeit, den Verbrauch an mechanischer Energie beim Ausstoß oder Behandeln des Abgasüberschusses zu begrenzen und somit die nutzbare Selbstversorgung des Systems zu optimieren;
• b) die Notwendigkeit, diesen Energieverbrauch konstant oder nahezu konstant als Anteil des gesamten Energieverbrauchs für alle Tiefen zu halten, in denen das System arbeitet, und somit die nutzbare Selbstversorgung des Systems mit der Tiefe konstant zu halten;
• c) die Notwendigkeit, die Gesamtmasse eines hydrostatisch gehaltenen Unterwasserfahrzeuges zu jedem Zeitpunkt wäh­ rend der Navigation konstant zu halten,
• d) die Notwendigkeit, den größten Teil und möglichst die gesamte Sauerstoffmasse, die an Bord gespeichert und transportiert wird, nur für eine Nutzverbrennung zu ver­ wenden, ohne eine belastende Verteilung zur Außenumgebung;
• e) schließlich die Notwendigkeit, hohe Energie/Massen- und Nutzenergie/Massen-Verhältnisse für das System zu erzielen.

Bei einer ersten, aus J. R. Puttick, "Recycle Diesel Underwater Power Plants", Society of Automotive Engineers, Inc., bekannten Anlage wird ein Teil der gasförmigen Verbrennungsprodukte einer Dieselmaschine mit Totalrückführung nach außen dadurch abgegeben, daß der Überschuß auf den hydrostatischen Druck komprimiert wird, der der Wassertiefe entspricht, auf der die Anlage benutzt wird. Eine derartige Anlage verwendet jedoch einen großen Teil der durch die Maschine erzeugten mechanischen Energie selbst dann zum Betrieb des Kompressors, wenn das Fahrzeug in einer Tiefe von nur einigen hundert Metern fährt. Diese Anlage ist insbesondere in ihrer Anwendung auf eine bestimmte Tiefe beschränkt, die nach Maßgabe der Leistungsfähigkeit der Maschine und der Anlage variabel ist und bei der die gesamte mechanische Ausgangsleistung der Maschine dazu benutzt werden müßte, den Kompressor zu betreiben.

Zu diesem Nachteil kommt hinzu, daß zur Konstanthaltung der Gesamtmasse der Anlage (Erfordernis c) ein Mehrwasserballastsystem vorgesehen sein muß, das eine Masse enthalten kann, die der Gasmasse äquivalent ist, die während des Betriebes ausgestoßen wird. Dieses System muß gleichfalls einstellbar sein und daher mit Zuleitungs- und Ableitungsventilen und Pumpen versehen sein, was folglich das Gewicht der Anlage, die erforderliche Energie und die Kosten erhöht.

Zu den Nachteilen, die eine Folge der Tatsache sind, daß die Erfordernisse a), b) und c) nicht ausreichend erfüllt sind, kommt ein weiterer Nachteil hinzu, der darin besteht, daß der Kompressor als Abgas ein Gemisch ausstößt, das einen Bruchteil von Restverbrennungssauerstoff enthält, der nicht ignoriert werden kann und zwischen etwa 8 Vol.% bis 15 Vol.% in Abhängigkeit von der Versorgung der Dieselmaschine variiert, die in bekannter Weise mit einem angemessenen Überschuß an Energie ihres Ansauggemisches, die Verbrennung zu unterhalten, arbeiten muß, was dem Erfordernis d) entgegengesetzt ist.

Eine zweite, aus R. V. Thompson und A. Fouler "Development of a Depth-Independent Closed-Cycle Diesel Engine, Offshore Technology Conference", bekannte Anlage zum Handhaben des Abgases einer mit geschlossenem Zyklus arbeitenden Dieselmaschine arbeitet so, daß sie das ausgestoßene Gas kühlt und trocknet und dann das durch die Verbrennung erzeugte Kohlendioxid in einer wäßrigen Kaliumhydroxidlösung absorbiert. Obwohl diese Anlage den Erfordernissen a), b), c) und d) genügt, erfüllt sie nicht angemessen das Erfordernis e), wenn die bekannte Tatsache berücksichtigt wird, daß 1 kg Kaliumhydroxid weniger als 1 kg Kohlendioxid absorbieren kann.

Selbst wenn somit die Lösungsmittelmasse am Anfang nicht berücksichtigt wird, muß die Anlage eine zusätzliche Einrichtung ausweisen, um eine Kalimhydroxidmenge zu handhaben und zu speichern, die größer als die Menge an Kohlendioxid ist, die durch die totale Verbrennung der Sauerstoff- und Kraftstoffreserven erzeugt wird. Wenn die Wassermenge, die benötigt wird, um das Kaliumhydroxid in wenigstens gesättigter Lösung zu halten, gleichfalls berücksichtigt wird, wird die zusätzliche Masse dieser Einrichtung insgesamt gleich mehr als dem 21/2fachen der Gesamtmasse des durch die Verbrennung erzeugten Kohlendioxids.

Diese Anlage hat daher ersichtliche Mängel bezüglich des Erfordernisses e).

Eine dritte, aus der US-A-42 86 565 bekannte Anlage zum Handhaben der Abgase einer Dieselmaschine mit Totalrückführung arbeitet so, daß das Kohlendioxid im Meerwasser in einem geeigneten Massenübertragungsbehält absorbiert wird, indem das ausgestoßene Gas und das Wasser zwangsweise bei einem Außenluftdruck oder bei einem Druck über dem Außenluftdruck zirkuliert wird.

Da Wasser eine bekannte geringe Fähigkeit hat, dieses Gas zu absorbieren, kann es nicht an Bord eines Fahrzeuges in ausreichender Menge für diesen Zweck gespeichert werden, so daß es in den Massenübertragungsbehälter von außen eingeleitet werden muß, und dann, wenn es Kohlendioxid absorbiert hat, über eine Zwangsverdrängungseinrichtung mit einer Ventilsteuerung wieder ausgestoßen werden muß.

Die Notwendigkeit, eine Einrichtung zum Wasserzu- und -abführen vorzusehen, bedeutet, daß Anschlüsse zur Außenumgebung über Rohrleitungen und Hochdruckventilelemente im kontinuierlichen und abwechselnden Betrieb vorgesehen werden müssen, was mit der Gefahr relativ häufiger Fehler aufgrund eines Verschleißes der sich gleitend verschiebenden Teile und der Dichtungen sowohl durch Feststoffteilchen, die im Meerwasser schweben, das zugeführt wird, als auch durch das ausgestoßene saure Wasser verbunden ist. Um dem Erfordernis c) zu genügen, ist es wiederum notwendig, die Massenverluste infolge des Ausstoßes des absorbierten Kohlendioxids zu kompensieren, so daß ein Meerwasserballastsystem benötigt wird, was mit Nachteilen verbunden ist, die denjenigen Nachteilen analog sind, die aus dem gleichen Grund bei der bereits beschriebenen ersten Anlage auftreten.

Bei einer vierten, aus G. T. Reader und J. G. Hawler "Problems Associated with the Use of Synthetic-Atmosphere Diesels in Naval Submarines", 24. I.E.C.E.C. Conference, Washington 1989, bekannten Anlage zum Handhaben des Abgases einer Dieselmaschine mit Gesamtrückführung wird nach einer Abkühlung und Trocknung der von der Maschine ausgestoßenen Gase der Überschuß auf einen geeigneten Druck komprimiert und osmotisch über eine Filtereinrichtung absorbiert, durch die die Gase auf einer Seite und Meerwasser auf dem hydrostatischen Umgebungsdruck auf der anderen Seite strömen. Durch den großen Partialdruckgradienten tritt in dieser Weise das Kohlendioxid durch das Filterelement zum Wasser hindurch, wohingegen der Sauerstoff im Gemisch, der einem niedrigeren Partialdruckgradienten ausgesetzt ist, auf der Niederdruckseite als Rest zurückgehalten und teilweise rückgewonnen wird.

Diese Anlage begrenzt daher den Kompressionsdruck und die zum Ausstoßen benutzte Energie und hält diese Werte für alle Tie­ fen konstant, auf denen die Anlage benutzt wird, sie macht es jedoch erforderlich, ein Filterelement zu verwenden, das ei­ nem hohen Druckunterschied zwischen der Wasserseite und der Gasseite ausgesetzt ist und daher konstruktiv umso stärker be­ lastet ist, je größer die Tiefe ist, in der es benutzt wird.

Insbesondere bei einer Tiefe von einigen tausend Metern wird dieses Bauteil problematisch, wobei es für diesen Einsatz­ zweck, wenn überhaupt, nur mit hohen Kosten hergestellt wer­ den kann und ein hohes Gewicht hat.

Das kommt zu dem Nachteil hinzu, der bereits für die erste und die dritte bekannte Anlage bezüglich der Notwendigkeit einer Ballastinstallation mit beträchtlichem Volumen hinzu­ kommt, um das Erfordernis c) zu erfüllen, welche Ballast­ installation Ventildichtungen und Pumpen umfaßt, die gleich­ falls einem hohen Druck ausgesetzt sind.

Wenn schließlich die oben erwähnten Nachteile, die mit der Verwendung von Unterwasserenergieerzeugungssystemen in be­ trächtlicher Tiefe verbunden sind, überwunden werden könnten, bleibt immer noch der Nachteil bezüglich des Erfordernisses e), und zwar zusätzlich zu den Kosten.

Es ist ersichtlich, daß die Nachteile aller oben genannten Anlagen aus der Tatsache herrühren, daß die Anlagen das Problem derSpeicherung und Versorgung des Verbrennungsträgers (Sauerstoff) und das Problem der Handhabung des Gasüberschus­ ses, der durch die Verbrennung erzeugt wird, als unabhängige Probleme betrachten, die getrennt zu lösen sind.

Aus der DE-25 25 585 A1 ist eine weitere Vorrichtung zur Tieftemperaturverarbeitung und Speicherung von Verbrennungs­ produkten einer Wärmekraftmaschine bekannt, bei der das Problem der Speicherung und Versorgung des Verbrennungsträgers und das Problem der Handhabung des Gasüberschusses, der durch die Verbrennung erzeugt wird, so gelöst ist, daß der Verbrauch an mechanischer Energie beim Ausstoß oder Behandeln des Abgasüber­ schusses begrenzt und somit die nutzbare Selbstversorgung des Systems optimiert wird, dieser Energieverbrauch konstant oder nahezu konstant als Anteil des gesamten Energieverbrauchs für alle Tiefen gehalten wird, in denen das System arbeitet, und somit die nutzbare Selbstversorgung des Systems mit der Tiefe konstant gehalten wird, die gesamte Masse eines hydrostatisch gehaltenen Unterwasserfahrzeuges zu jedem Zeitpunkt während der Navigation konstant gehalten wird, der größte Teil und möglichst die gesamte Sauerstoffmasse, die an Bord gespeichert und transportiert wird, nur für eine Nutzverbrennung verwendet wird, ohne eine belastende Verteilung zur Außenumgebung und schließlich insbesondere hohe Energie/Massen- und Nutzenergie/Massen­ verhältnisse für das System erzielt werden.

Durch die Erfindung sollen die oben beschriebenen Mängel bekannter Anlagen vermieden werden und soll daher eine Vorrich­ tung zum Verarbeiten der Verbrennungsprodukte von Wärmekraft maschinen geschaffen werden, die vollständig den Erfordernis­ sen a) bis e) genügt, indem in zweckmäßiger Weise Funktionen einschließlich der Lagerung oder Speicherung im flüssigen Zustand, der Erwärmung und der Zuführung des Verbrennungsträ­ gers und/oder des Kraft- oder Brennstoffes mit der Handha­ bung der Überschußgase, die während der Verbrennung in der Maschine erzeugt werden, durch Kühlen, Kondensieren und Spei­ chern im flüssigen Zustand verknüpft werden.

Um leistungsfähig ein Gas, wie beispielsweise Kohlendioxid, in einem beschränkten Raum zu speichern, muß es verflüssigt werden, um jedoch die mechanische Arbeit, die für diese Ver­ flüssigung benötigt wird, auf ein Minimum zu beschränken, ist es notwendig, den Verflüssigungsdruck soweit wie möglich zu verringern, was durch ein Kühlen des Gases mittels wenigstens eines Fluides auf eine sehr niedrige Temperatur erfolgt.

Das heißt mit anderen Worten, daß die erfindungsgemäße Vor­ richtung flüssigen Sauerstoff als Verbrennungsträger verwen­ det, der in wenigstens einem geeigneten Behälter gespeichert ist, um dann die Tieftemperaturenergie, die durch dessen Ver­ dampfung verfügbar wird, für die Verflüssigung des Kohlen­ dioxids bei niedrigem Druck zu verwenden, das durch die Ver­ brennung erzeugt wird, so daß dieses anschließend gesammelt und in verflüssigter Form in wenigstens einem geeigenten Be­ hälter gespeichert werden kann. Der Sauerstoff, der zu dem Abgasüberschuß gehört und als nicht kondensierbarer Rest im verflüssigten Kohlendioxid bleibt, wird nutzbar und total mit der Verdampfung des flüssigen Verbrennungsträgers rückgewon­ nen, wie es für die Verbrennung in der Wärmekraftmaschine er­ forderlich ist.

Es ist gleichfalls ersichtlich, daß dann, wenn Wärmekraftma­ schinen verwandt werden, die mit gasförmigen Kraft- oder Brennstoffen, wie beispielsweise Methan usw., versorgt wer­ den, die erfindungsgemäße Vorrichtung die Tieftemperatur­ energie dieser Kraft- oder Brennstoffe im flüssigen Zustand auch dazu verwenden kann, die Temperatur und den Druck der Kohlendioxidverflüssigung und folglich die für die Vorrich­ tung benötigte mechanische Arbeit weiter herabzusetzen.

Dazu ist die Vorrichtung zur Tieftemperaturverarbeitung und Speicherung von Verbrennungsprodukten einer Wärmekraftmaschine der eingangs genannten Art gemäß der Erfindung so ausgebildet, wie es im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegeben ist.

Die bekannte Vorrichtung gemäß DE 25 25 585 unterscheidet sich von der erfindungsgemäßen Vorrichtung insbesondere dadurch, daß anstelle eines Kondensators ein Gaswäscher verwendet wird, die Vorratsbehälter für Kohlendioxid und Sauerstoff nicht mittels einer Verdampfungsschlange miteinander verbunden sind und der Tieftemperatursauerstoffbehälter nicht mittels einer Kühlschlange durch den Verflüssigungs- und Überhitzungswärmetauscher mit dem Steuerventil für Aufbereitungssauerstoff verbunden ist.

Insbesondere die beiden zuletzt genannten Unterschiede führen dazu, daß bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung besonders hohe Energie/Massen- und Nutzenergie/Massenverhältnisse erzielt werden, da die Notwendigkeit der Benutzung komplizierter und empfindlicher Pumpen für den Sauerstoff entfällt und das System somit kompakter gebaut werden kann.

Besonders bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 4.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung beson­ ders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher be­ schrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Arbeitsflußdiagramm einer Wärme­ kraftmaschine mit einem Ausführungs­ beispiel der erfindungsgemäßen Vorrich­ tung zum Verarbeiten und Speichern der Verbrennungsprodukte,

Fig. 2 ein Element des Arbeitsflußdiagramms von Fig. 1 bei einem weiteren Aus­ führungsbeispiel der Erfindung und

Fig. 3 eine Abwandlungsform der Erfindung zur Anwendung bei dem Arbeitsfluß­ diagramm von Fig. 1.

Das Arbeitsflußdiagramm von Fig. 1 umfaßt eine Kühl- und Trocknungseinheit 1 für die Abgase einer Wärmekraftmaschine 2, einen Kompressor 3, einen Wärmetauscher 4 zum Kühlen der komprimierten trockenen Gase, ein Tieftemperaturverarbei­ tungs- und -speichersystem 5 für die Verbrennungsprodukte gemäß der Erfindung und eine Gasregenerationseinheit 6.

Die von der Wärmekraftmaschine 2 ausgestoßenen Gase auf hoher Temperatur von im typischen Fall zwischen 350 und 500°C tre­ ten in die Leitung 7 ein und werden im Wärmetauscher 8 auf eine Temperatur abgekühlt, die über der Temperatur der Umge­ bungskältequelle, d. h. dem Meerwasser oder der die Anlage um­ gebenden Außenluft liegt. Der Wärmetauscher 8 kann entweder direkt durch das Fluid der Außenumgebung, d. h. durch Wasser oder Luft, oder durch ein Zwischenthermovektorfluid gekühlt werden, das durch die Außenumgebung in einem weiteren, nicht dargestellten Wärmetauscher abgekühlt wird. Im Fall der Anwen­ dung im Weltraum muß diese zuletzt genannte Wärmeübertragung durch Wärmestrahlung in diejenige Hälfte des Weltraumes er­ folgen, die bezüglich der Sonnenstrahlung im Schatten liegt.

Das abgekühlte Gemisch tritt dann in die Kondensatortrennein­ richtung 9 ein, die die entfeuchtete oder getrocknete Fraktion über die Rezirkulationsleitung 10 und das Kondensat über die Ablaufleitung 11 verläßt, von der dieses über das Ventil 12 geht, das über die Pegelsteuerung 13 betätigt wird, und im Behälter 14 gesammelt wird, der eine Belüftung 15 aufweist, die zum Inneren eines Luftdruckbehälters führt, der die Maschine 2 enthält. Der Gasüberschuß in der Trenneinrichtung 9 aufgrund der Verbrennung verläßt die Trenneinrichtung 9 über die Lei­ tung 16. Das Gas in der Leitung 16, das im Massestrom der Zu­ nahme der durch die Verbrennung in der Maschine erzeugten Trockengasmasse pro Zeiteinheit äquivalent ist, besteht aus einem Gemisch, das Kohlendioxid, unverbrauchten Sauerstoff, Wasserdampf und ein inertes Gas enthält, das nicht durch die Verbrennung erzeugt wird und nur die maximale Temperatur be­ grenzt.

Für die erfindungsgemäße Ausbildung ist die genaue Natur des Inertgases kein bestimmender Einflußfaktor, es wird sich je­ doch aus dem folgenden ergeben, daß die beim Komprimieren des Gasstromes durch die Leitung 16 verbrauchte Energie am ge­ ringsten ist, wenn dieses Inertgas hauptsächlich Kohlendioxid ist. Das durch die Leitung 16 strömende Gas geht durch eine Dehydriereinrichtung für den Abgasüberschuß, die aus einer Kondensatortrenneinrichtung 17 und einem Trocknungs- oder Ent­ feuchtungsfilter 18 besteht, das hygroskopische Stoffe (im typischen Fall Kieselgel) enthält, an denen der Restwasser­ dampf im Gemisch nahezu vollständig adsorbiert wird.

Das abgekühlte wasserfreie Gas verläßt die Kühl- und Dehy­ driereinheit 1 durch die Arbeit des Kompressors 3, der das Gemisch ansaugt und auf einen Druck komprimiert, der zum Ver­ flüssigen des Kohlendioxids im Tieftemperaturverarbeitungs­ und -speichersystem 5 geeignet ist, wobei dieser Druck durch die Massen- und Enthalpie-Gleichgewichte im System 5 bestimmt ist. Stromabwärts von jeder Stufe des Kompressors 3, und zwar unabhängig davon, ob es sich um einen einstufigen oder mehr­ stufigen Kompressor handelt, ist ein Wärmetauscher vorgese­ hen, der dem Wärmetauscher 8 analog ist, um die Kompressions­ arbeit und die Eingangsenthalpie zum System 5 so klein wie möglich zu halten.

Das wasserfreie komprimierte Gas tritt in das System 5 durch ein Rückschlagventil 19 ein und geht durch den Verflüssigungs- und Überhitzungswärmetauscher 20, in dem das Gemisch weiter abgekühlt und das Kohlendioxid teilweise verflüssigt wird.

Das Gas wird durch gesättigten Sauerstoffdampf vom Tieftem­ peratursauerstoffbehälter 21 abgekühlt, der gleichzeitig im Wärmetauscher 20 überhitzt wird.

Die Verflüssigung des Kohlendioxids wird im Tieftemperatur­ kondensations- und -sammelbehälter 22 für das Kohlendioxid abgeschlossen, der durch flüssigen Sauerstoff gekühlt wird, der bei niedriger Temperatur in der Schlange 23 verdampft.

Die anderen Inertgase als das Kohlendioxid und der Sauerstoff im komprimierten wasserfreien Gas sind nicht kondensierbar und werden rückgewonnen und über das Ventil 24 und einen Druckkompressor 25 der Einheit 6 zum Regenerieren des Ma­ schinengases zugeführt. Das Ventil 24 wird durch eine ge­ eignete Steuereinrichtung nach Maßgabe der Temperatur und des Drucks im Behälter 22 betätigt.

Der flüssige Sauerstoff im Tiefdruckbehälter 21 wird über das Abgabeventil 26 der Schlange 23 zugeführt, wo er verdampft, um die Wärme vom Kohlendioxid im Tieftemperaturkondensations­ und -sammelbehälter 22 abzuziehen, der unter dem Behälter 21 angeordnet ist, um eine natürliche Sauerstoffzirkulation über den Dichteunterschied zwischen der absteigenden Leitung 27 und der ansteigenden Leitung 28 zu ermöglichen und dadurch die Notwendigkeit der Benutzung komplizierter und empfindli­ cher Pumpen für den flüssigen Sauerstoff zu vermeiden. Das Ab­ gabeventil wird über eine geeignete Steuerung betätigt, um den Druck im Tieftemperatursauerstoffbehälter 21 auf einem bestimmten Wert zu halten, der den Ansaugdruck der Maschine 2 übersteigt.

Der Sauerstoff in der gesättigten Dampfphase im Behälter 21 wird in die Einheit 6 über den Druckunterschied zwischen dem Behälter 21 und der Maschinengasregenerationseinrichtung 6 gesaugt, wobei er durch das Rückschlagventil 29 im Verflüssi­ gungs- und Überhitzungswärmetauscher 20 und den Druckkompensa­ tor 25 geht. Der Sauerstoffdampf wird im Wärmetauscher 20 auf eine Temperatur nahe der Umgebungstemperatur erhitzt und dann im Druckkompensator 25 und mit Sauerstoff und rückgewonnenen Inert­ gasen vom Tieftemperaturbehälter 22 vermischt.

Das Steuerventil 30 für den Aufbereitungssauerstoff leitet in den Mischbehälter 31 eine Menge an sauerstoffreichem Gas, das vom Druckkompensator 25 über die Druckdifferenz strömt und dann, wenn es dem sauerstoffarmen Gas von der Kondensat­ trenneinrichtung 9 über die Rezirkulationsleitung 10 zugege­ ben wird, wieder ein Gemisch bilden kann, das eine Fähigkeit zum Unterhalten der Verbrennung hat, die auf der Grundlage der Eigenschaften der Wärmekraftmaschine und der Art des benutzten Inertgases bestimmt ist.

In Fig. 1 ist weiterhin ein Kraft- oder Brennstofftank 32 für einen flüssigen oder gasförmigen Kraft- oder Brennstoff für die Wärmekraftmaschine 2 dargestellt.

Fig. 2 zeigt die gleiche Tieftemperaturverarbeitungs- und -speichervorrichtung 5 für Verbrennungsprodukte wie Fig. 1, es ist jedoch der Verflüssigungs- und Überhitzungswärmetau­ scher 20 durch eine Schlange 20′′ ersetzt, die im Tieftempera­ turkondensations- und -sammelbehälter 22 angeordnet und mit dem Tieftemperatursauerstoffbehälter 21 und dem Druckkompensa­ tor 25 jeweils verbunden ist.

Wie es schließlich in Fig. 3 dargestellt ist, wird mittels ei­ ner Tieftemperaturverarbeitungs- und -speichervorrichtung 5 für die Verbrennungsprodukte, die der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung 5 analog ist, der verflüssigte gasförmige Brenn- oder Kraftstoff für die Wärmekraftmaschine 2, der im Tieftem­ peraturbehälter 21′ gespeichert ist, in derselben Weise wie der flüssige Sauerstoff dazu benutzt, einen Teil des kompri­ mierten wasserfreien Gases vom Kühlwärmetauscher 4 abzukühlen und zu verflüssigen und dadurch eine weitere Abnahme im Ver­ flüssigungsdruck und der Verflüssigungstemperatur des Kohlen­ dioxids, und folglich eine weitere Verrringerung in der me­ chanischen Kompressionsarbeit zu erzielen, die für den Kom­ pressor 3 benötigt wird. Es ist ersichtlich, daß bei dieser Abwandlungsform der verdampfte und überhitzte Brenn- oder Kraftstoff, der den Verflüssigungs- und Überhitzungswärme­ tauscher 20′ verläßt, einfach der Versorgung 6 der Wärmekraft­ maschine zugeführt wird, während der Sauerstoff und die Inert­ gase, die im Tieftemperaturkondensations- und -sammelbehälter 22′ für das Kohlendioxid vorliegen, im Druckkompensator 25 rückgewonnen werden.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Tieftemperaturverarbeitung und -speiche­ rung von Verbrennungsprodukten einer Wärmekraftmaschine (2), deren Abgase über einen Kühlwärmetauscher (8) einer Kondensat­ trenneinrichtung (9), die einen Mischbehälter (31) beschickt, in den Aufbereitungssauerstoff über ein Steuerventil (30) einge­ führt werden, und einem Dehydrierkreis (1) für den Abgasüber­ schuß zugeführt wird, der einem Kompressor (3) und dann ei­ nem Wärmetauscher (4) zum Abkühlen der wasserfreien Gase zu­ geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Wärmetauschers (4) zum Abführen der kom­ primierten wasserfreien Gase über einen Verflüssigungs- und Überhitzungswärmetauscher (20) mit einem Tieftemperatur­ kondensations- und -sammelbehälter für Kohlendioxid (22) ver­ bunden ist, durch den wenigstens eine Verdampfungsschlan­ ge (23) für flüssigen Sauerstoff in einem geschlossenen Kreis­ lauf über einen Tieftemperatursauerstoffbehälter (21) geht, der flüssigen Sauerstoff auf konstantem Druck enthält, und der mit dem Steuerventil (30) für den Aufbereitungssauer­ stoff verbunden ist, mit dem auch der Tieftemperatursauer­ stoffbehälter (21) über den Verflüssigungs- und Überhitzungs­ wärmetauscher (20) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tieftemperaturkondensations- und -sammelbehälter für Kohlendioxid (22) mit dem Steuerventil für den Aufberei­ tungssauerstoff über einen Druckkompensator (25) verbunden ist, mit dem der Tieftemperatursauerstoffbehälter (21) über den Verflüssigungs- und Überhitzungswärmetauscher (20) verbunden ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verflüssigungs- und Überhitzungswärmetauscher aus wenigstens einer Schlange (20′′) besteht, die mit dem Tieftempe­ ratursauerstoffbehälter und mit dem Steuerventil für den Aufbereitungssauerstoff verbunden ist und im Tieftempera­ turkondensations- und -sammelbehälter für Kohlendioxid (22) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Wärmetauschers zum Abkühlen der kom­ primierten wasserfreien Gase über einen zweiten Verflüs­ sigungs- und Überhitzungswärmetauscher (20′) mit einem zweiten Tieftemperaturkondensations- und -sammelbehälter für Koh­ lendioxid (22′) verbunden ist, durch den wenigstens eine Ver­ dampfungsschlange für verflüssigtes Brenn- oder Kraftstoff­ gas im geschlossenen Kreislauf mittels eines Tieftempera­ turbrennstoff- oder -kraftstoffgasbehälters (21′) geht, der das verflüssigte Brenn- oder Kraftstoffgas auf konstantem Druck enthält, und der auch mit dem Steuerventil für den Aufbereitungssauerstoff verbunden ist, wobei der Tief­ temperaturbehälter für das verflüssigte Brenn- oder Kraft­ stoffgas (21′) auch mit der Versorgung der Wärmekraftmaschine (2) über den zweiten Verflüssigungs- und Überhitzungswärme­ tauscher (20′) verbunden ist.