DE526134C - Verfahren zur Ausnutzung der Abwaerme von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezweckt eine möglichst weitgehende Ausnutzung der Kühlwasserabwärme einer Brennkraftmaschine in Form von Nutzdampf unter höherem als Atmosphärendruck. Außerdem soll sie in Verbindung mit der Heranziehung der Auspuffwärme zur Dampferzeugung eine hohe Gesamtwärmeausnutzung erzielen.

Es ist bekannt, aus dem Zyiinderkühlwasser Druckdampf zu erzeugen, indem man z. B. nach dem Verfahren der Heißkühlung den Wassermantel unter so hohen Druck setzt, daß die Dampfbildung ausgeschlossen ist und dieses heiße Druckwasser nach Austritt aus dem Zylinder sich entspannen läßt, wobei sich ein Teil in Dampf verwandelt. Es ist auch bekannt, im Wassermantel selbst eine Dampfbildung auszulösen nach dem Verfahren der Siedekühlung. Beide Verfahren haben den Nachteil, daß die Dichtung des Wassermantels, wenn man zu solch hohen Dampfdrücken übergeht, wie sie bei der praktischen Verwertung in Betracht kommen, erhebliche Schwierigkeiten bereitet, weil vielfach die Flächen nicht so einfach gestaltet sind, daß ihre Dichtung mit den üblichen Mitteln möglich ist, und weil es sich außerdem um umfangreiche Dichtungsflächen handelt, bei denen die Gefahr des Undichtseins an der einen oder anderen Stelle besteht. Außerdem sind die Dichtungsstellen meist an der Maschine unzugänglich. Endlich ist die Siedetemperatur des Wassers bei den für praktische Heizzwecke meist geforderten Dampfdrücken (von 3 bis 5 at) schon so hoch, daß dadurch die Wärmebeanspruchung der Maschine in unzulässiger Weise erhöht wird.

Weiterhin ist es auch bekannt, das Kühlwasser einer Brennkraftmaschine zur mittelbaren Bildung von Wasserdampf zu benutzen, und zwar derart, daß man es in besonderen Leitungen durch einen mit Wasser gefüllten Kessel führt, wobei es seine Wärme an das Kesselwasser abgibt und dieses zum Teil in Dampf verwandelt, worauf das Wasser zur Wärmeaufnahme wieder in den Kühlmantel zurückgeleitet wird.

Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß das Kühlwasser unter hohen Druck zu setzen ist, um die erforderliche hohe Temperatur zu erreichen. Infolge dieses hohen Kühlwasserdruckes ist eine besonders starke Ausbildung des Kühlwasserraumes erforderlich, so daß dieses Verfahren nicht ohne weiteres für jede Brennkraftmaschine anwendbar ist. Es wird auch auf die sonstigen obenerwähnten Nachteile des hohen Kühlwasserdruckes verwiesen.

Weiterhin ist es an sich allgemein bekannt, anfallenden Dampf von niedriger Spannung durch Verdichtung in solchen von hoher Spannung umzuwandeln, um diesen nachher zu beliebigen Zwecken auszunutzen.

Die vorliegende Erfindung dagegen bezieht sich auf die dauernde Ausnutzung der Abwärme einer beliebig belasteten Brennkraftmaschine. Es soll hierbei die Aufgabe gelöst werden, die in verschiedenen Mengen in der

Zeiteinheit anfallende Abwärme einer Brennkraftmaschine mit möglichst hohem Wirkungsgrad unter möglichster Schonung der - Maschine in eine mögliehst gut verwendbare Form, nämlich Dampf,-überzuführen.

Die Erfindung besteht darin, daß der aus der Kühlwärme des Zylinders erzeugte niedrig gespannte Dampf durch einen Dampfverdichter (Wärmepumpe) auf eine höhere ίο Spannung gebracht wird, während die Abgaswärme unmittelbar höher gespannten Dampf erzeugt.

Die Verdichtung gelingt mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad, als er für Luftverdichter gilt, da die Reibungsarbeit als; nutzbare Wärme in den Dampf übergeht. Eine Verflüssigung des Dampfes durch die Unterdrucksetzung tritt entweder gar nicht oder wenigstens nicht in störendem Maße ao ein, da die strahlende Wärme der Zylinderwandung den ausströmenden Dampf überhitzt.

Die Schonung der Maschine wird gegenüber anderen erwähnten Verfahren dadurch erreicht, daß das Kühlwasser unter normalem Atmosphärendruck oder nur unwesentlich erhöhtem Druck steht und der sich bildende Dampf mittels Verdichtung auf eine hohe Spannung gebracht wird, während gleichzeitig der infolge der höheren Temperatur der Abgase im Kühlwasserraum des Auspuffes gebildete Dampf unmittelbar den Enddruck der Verdichtung des vorgenannten Dampfes erreichen kann. Der in den beiden Quellen erzeugte Dampf kann in einer gemeinsamen Leitung weitergeführt und dann nutzbar gemacht werden.

Bei der gemeinsamen Ausnutzung der Kühlwasserwärme und der Auspuffwärme zur Dampferzeugung wird der Dampfverdichter unmittelbar hinter den Wassermantel geschaltet. Es ist auch möglich, den im Kühlmantel erzeugten Dampf durch die Auspuffgase zu überhitzen, um bei der Unterdrucksetzung des Dampfes mit Sicherheit jegliche Verflüssigung auszuschließen.

Das vorliegende Verfahren ermöglicht eine sehr viel günstigere Kraft- und Wärmewirtschaft in all den Fällen, Wo das Verhältnis der für Kraftzwecke benötigten Wärme zu der für Heizzwecke benötigten Wärme größer ist, als es der Wärmeumsetzung einer Dampfkraftanlage entspricht. Bekanntlich setzt nämlich die Dampfmaschine etwa ¹Z₅ bis ¹Z₆ der gesamten Wärme in Arbeit um, und ³Z₅ bis ⁴/_e stehen in Form von Heizwärme zur Verfügung, während ¹Z₅ bis ^α/_β durch den Kamin, Reibung und Strahlung verlorengeht. Daher kann in einem Betriebe, wo ebensoviel Wärme für Arbeit wie für Heizzwecke benötigt wird, nur ¹Z₅ bzw. ¹Z₈ dei Gesamtwärme für Heizzwecke ausgenutzt werden; es sind also ²/₅ bis ³/_e verloren.

Bei der Brennkraftmaschine würde im gleichen Fall ²/₅ in Arbeit, ²/₅ in Heizwärme, bei einem Gesamtverlust von ¹Z₅ der Gesamtwärme umgesetzt werden. Solche Verhältnisse kommen in vielen Fällen, z. B. in Webereien, vor, wo das Verhältnis der für Heizzwecke benötigten Wärme zwischen ¹Z₃ bis ²/₃ der Gesamtwärme beträgt.

Besondere Vorteile ergeben sich, wenn das Kühlwasser ohne Dampfbildung mit einer Temperatur unter ioo° C durch eine Drosselvorrichtung in einen unter Niederdruck stehenden Raum eingeführt wird. Hierbei wird ein Teil des Wassers verdampft, der andere Teil im Umlauf dem Kühlmantel der Brennkraftmaschine wieder zugeführt.

Gemäß der vorliegenden Erfindung würde man nun diesen Dampf durch einen Verdichter auf einen Druck von beispielsweise 2 atü verdichten und würde dann Dampf hinzufügen, den man in einem Abwärmekessel durch die Auspuffgase mit der gleichen Spannung erzeugt hat. Auf diese Weise erreicht man einen Gesamtwirkungsgrad der Anlage von 80 bis 85 °/o> ohne daß der Kühlwassermantel unter Druck gesetzt zu werden braucht, ohne daß sogar im Kühlwassermantel eine Dampfentwicklung ausgelöst oder die Temperatur des Kühlwassers über das vielfach übliche Maß von 80 ° erhöht werden müßte. Man kann diese Einrichtung also sogar an bestehende Brennkraftmaschinenanlagen anschließen, ohne sie im wesentlichen umzugestalten. Allerdings ist im \^rorliegenden Fall eine verhältnismäßig starke Leistung des Dampfverdichters notwendig. Wenn möglich, wird man daher die Anlage so bauen, daß im Kühlmantel schon ein etwas höherer Druck erzeugt wird, wenn es auch nicht möglich ist, aus den im Eingang der Beschreibung niedergelegten Gründen auf den vollen Verbrauchsdruck zu gehen. "5

Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar.

Es bedeutet darin a die Brennkraftmaschine, deren Kühlmantel durch die Umwälzpumpe b mit Wasser von etwa iio° C gespeist wird, "» die dem Dampfsammler c das Wasser entnimmt. Im Kühlmantel mengt sich diesem Wasser durch Wärmeentnahme aus dem Zylinder eine gewisse Dampfmenge bei, und das Dampfwassergemisch strömt nach dem Dampfsammler c, wo sich das Wasser niederschlägt, um wieder der Umwälzpumpe zuzulaufen. In diesem Dampfsammler herrscht ein Druck von 0,4 atü. Ein höherer Dampfdruck ist mit Rücksicht auf die gußeisernen ¹^q Kühlmäntel der Brennkraftmaschine nicht tunlich. Aus dem Dampfsammler c saugt

der Dampfverdichter d (Wärmepumpe) den Dampf ab und bringt ihn auf einen Druck von 3 atü. Die Abgase der Brennkraftmaschine laufen durch den Abwärmeverwerter e und erzeugen darin ebenfalls Dampf von 3 atü. Dieser Dampf vereinigt sich mit dem vom Dampfverdichter d kommenden Dampf und strömt der Wärmenutzungsstelle / zu (beispielsweise Trockenapparat). Das ίο Kondensat verläßt den Kessel durch die Leitung g und wird von der Kondensatpumpe h dem Dampfverbrauche entsprechend in e oder c rückgespeist.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Ausnutzung der Abwärme von Brennkraftmaschinen,; dadurch gekennzeichnet, daß der aus der Kühlung der Brennkraftmaschine anfallende niedrig gespannte Dampf durch einen in die Kühlmittelleitung zwischen Brennkraftmaschine und Wärmenutzungsstelle eingeschalteten Dampfverdichter auf höhere Spannung gebracht wird, während die Abgaswärme unmittelbar höher gespannten Dampf erzeugt.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen