DE657608C - Verfahren zur Energiegewinnung aus den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Energiegewinnung aus den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur erhöhten Ausnutzung der Wärmeverluste der Verbrennungskraftmaschinen von Flugzeugen. Nach dem Hauptpatent 657 607 wird die zum Betriebe von Flugzeugen benötigte Luft, insbesondere die Verbrennungsluft der das Flugzeug antreibenden Verbrennungskraftniaschinen, mittels der Energie verdichtet, welche aus der Abgaswärme und dem mit der Flughöhe sich ändernden Abgasdruckgefälle gewonnen wird.
• Das der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Verfahren besteht im wesentlichen darin, daß auch die Energie der in den Kühlräumen der Verbrennungskraftmaschinen abgeführten Wärme für die Verdichtung von Luft zum Betriebe von Flugzeugen benutzt wird. Durch die Ausnutzung der sonst verlorengehenden Wärme des Kühlwassers wird die Leistung der Verdichteranlage noch weiter gesteigert. Die Gasturbine, in der die Abgase entspannt werden, kann daher so bemessen werden, daß sie ihre volle Leistung in noch größeren Flughöhen als bei dem Verfahren nach dem Hauptpatent erreichen kann. Trotzdem kann die volle oder eine erhöhte Antriebsleistung der das Flugzeug antreibenden Verbrennungskraftmaschinen beim Aufsteigen aufrechterhalten werden, da durch die aus der Abgaswärme und der Kühlwasserwärme gewonnene Energie die Förderung der erforderlichen Verbrennungsluft auch während wesentlich größerer Höhenunterschiede, die möglichst schnell überwunden werden sollen, sichergestellt ist.
• Die Erfindung betrifft ferner ein `"erfahren, welches die teilweise Wiedergewinnung der Verlustwärme des Kühlwassers auch bei vorhandenen Verbrennungskraftmaschinen ermöglicht. Sie umfaßt weiter ein Verfahren, bei dem der Dampf nur in den Kühlräumen der Verbrennungskraftmaschinen erzeugt wird, während die Abgaswärme zur Überhitzung des Dampfes dient. Durch dieses Verfahren wird eine bedeutende Vereinfachung und vor allem eine nicht zu unterschätzende Ersparnis an Raum und Gewicht erzielt.
• Die zurückgewonnene Energie kann auch in anderer Weise zum Betriebe des Flugzeuges nutzbar gemacht werden. So kann der zweckmäßig überhitzte Dampf in einer Turbine, welche zum Antrieb des Kühlergebläses dient, entspannt und darauf dem Kühlern, dessen Gebläse die Turbine antreibt, zugeleitet werden. "ä;> Zur Rückgewinnung der Verlustenergie ih es bekannt, die Kühlflüssigkeit zur Erzeu3 gung von Dampf zunächst durch die Kühlräume der Verbrennungskraftmaschinen zu schicken und darauf einem von den Abgasen der Verbrennungskraftmaschine beheizten Dampferzeuger zuzuführen, aus dem dann der Dampf der Turbine zuströmt, während ein Teil des Druckgefälles der Abgase in einer Gasturbine Arbeit leistet. Die zurückgewonnene Energie wird auf die Welle der Verbrennungskraftniaschine selbst übertragen. Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Wärmeausbeute aus den Wärmeverlusten der Verbrennungskraftmaschinen auf einen Höchstwert zu steigern, um große Mengen Luft zum Betrieb von Flugzeugen in großer Höhe zu verdichten oder in anderer Weise die gewonnene Energie zur Vereinfachung der gesamten Flugzeuganlage zu verwenden.
• In der Zeichnung sind zur Ausführung der erfindungsgemäßen Verfahren geeignete Anlagen beispielsweise angegeben.
• Nach Abb. i wird das Speisewasser und Kühlwasser in einem geschlossenen Kreislauf durch die einzelnen Maschinen der Anlage geführt. Das Speisewasser wird aus dem Kondensator i8 durch die Leitung 2o in die die Zylinder der Verbrennungskraftinaschine i umgebenden Kühlräume 15 geleitet, in denen es durch die abzuführende Wärme etwa auf Siedetemperatur erhitzt wird und teilweise schon verdampft. Das Dampf-Wasser-Gemisch wird durch eine Verbindungsleitung 16 dem von den Abgasen der Verbrennungskraftmaschine i beheizten Dampferzeuger zugeführt. In diesem erfolgt die vollständige Verdampfung des Speisewassers und anschließend eine Überhitzung des Sattdampfes. Der Verdampfer 3 ist vorzugsweise als Rippenrohrkessel ausgebildet, so daß auf kleinstem Raum eine größtmögliche Wärmeaufnahme erfolgen kann. Die Rohre des Rippenrohrkessels sind, um einen leichteren Ein- und Ausbau zu gestatten, zweckmäßig in einem Bauteil vereinigt. Der in dein Verdampfer 3 erzeugte Sattdampf strömt nach erfolgter Überhitzung der Turbine 5 zur Arbeitsleistung zu. Diese Turbine treibt in Verbindung mit der Gasturbine 6; in welcher die Abgase auf den j eweiligen Gegendruck entspannt werden, den Kreiselverdichter 7 an. Während die Abgase darauf ins Freie gelangen, wird der in der Turbine .5 ausgenutzte Dampf einem Kondensator 18 zugeführt.
• Die Abb. 2 zeigt eine Anlage, die die An--Wndung des Verfahrens bei vorhandenen ,brennungskraftmaschinen, deren Kühlrne nicht entsprechend dem hohen Druck (s erzeugten Dampfes ausgebildet sind, geattet. In diesem Falle wird das dein Kondensator 18 entnommene Kühlwasser in den Kühlräumen 15 der Verbrennungskraftma.-schine i bei mäßigem Druck verdampft und der gewonnene Dampf einer Niederdruckstufe 2o der Turbine zugeleitet. Die von den Abgasen in dem Kessel 3 erzeugten Dampfmengen werden zunächst in der Hauptturbine 5 und darauf noch weiter in der N iederdruckturbine 2o entspannt.
• Die Abb. 3 gibt eine andere Ausführung der Anlage wieder. Hierbei dient nur die Gasturbine 6 dem Antrieb des Verdichters ; . Der Dampf wird lediglich durch Verdampfungskühlung in den Kühlräumen, i 5 der V erbrennungskraftinaschine i erzeugt und hierauf in einem von den Abgasen beheizten Wärmeaustauscher 22 überhitzt. Die durch die Verdampfung des umlaufenden Kühl- und Speisewassers oder des Kühlwassers allein gewonnene Energie kann in beliebiger Weise nutzbar gemacht werden. So kann beispielsweise die Überschußleistung oder auch die gesamte Leistung der Dampfturbine zum Antrieb eines Gebläses dienen, welches Kühlluft zur schnelleren Niederschlagung des Dampfes durch den Kondensator drückt. Bei der Ausführung nach Abb. 3 wird das überhitzte Arbeitsmittel in einer Dampfturbine 24 zuin Antrieb eines Gebläses 25 verwendet, welches den Kühler 18 belüftet, in dem der in der Turbine 24 Arbeit verrichtende Dampf niedergeschlagen wird. Hierbei tritt der Vorteil auf, daß mit der Kühlung und. damit Niederschlagung des Dampfes das ausnutzbare Druckgefälle in der Dampfturbine immer größer wird, da der Gegendruck, also der Druck in dem Kühler, sinkt, wenn die Luftgeschwindigkeit an den Kühlflächen sich erhöht. Die Geschwindigkeit der Luft kann so groß werden, daß der Druckstau an der Eintrittseite des Kühlers 18 aufgehoben, d. h. der Formwiderstand des Kühlers gleich Null wird. Sofern die Luftgeschwindigkeit im Kühler i8 größer wird als die Geschwindigkeit des Flugzeuges, wird dieser ein zusätzlicher Antrieb erteilt, wodurch sich die Fluggeschwindigkeit nicht unwesentlich erhöht.
• Ein weiterer Vorteil ergibt sich noch daraus, daß durch die mit der Flughöhe zunehmende Leistung der Dampfturbine die schlechte Kühlwirkung der verdünnten Luft ganz oder zum größten Teil durch die erhöhte Luftgeschwindigkeit im Kühler aufgehoben wird. Die geringere Kühlwirkung der Luft in großen Höhen liegt darin begründet, daß sich infolge der geringeren Dichte der Luft der Wärmeübergang verschlechtert und sich das durch die gleichbleibende Kühlerfläche strömende Luftgewicht verringert. Ohne Kühlgebläse müßte der Kühler für die Verli<iltnisse bemessen werden, die in der von (lein Flugzeug größten erreichbaren Höhe herrschen. Diesem Mangel wird dadurch abgeholfen, daß durch die mit der Höhe steigende Leistung der Antriebsturbine des Kühlgebläses die Luftgeschwindigkeit im Kühler gesteigert wird, wodurch sowohl der Wärmeübergang verbessert als auch das hindurchgedrückte Luftgewicht vergrößert wird, ohne daß der Formwiderstand des Kühlers im Fahrwind zunimmt. Dieses Verfahren bringt daher bezüglich des Gewichtes des Raumbedarfes und des Widerstandes des Kühlers im T,'ahrwind bedeutende Vorteile.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Energiegewinnung aus den Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen, bei dem der durch Ausnutzung eines "heiles des Temperaturgefälles der Abgase erzeugte Dampf in einer Dampfturbine und der verbleibende Teil des Druckgefälles der Abgase in einer Abgasturbine Arbeit leisten, nach Patent 6576o7, dadurch gekennzeichnet, daß auch die Energie der in den Kühlräumen der Verbrennungskraftmaschine abgeführten Wärme für die Verdichtung von Luft zum Betriebe von Flugzeugen benutzt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in den Kühlräumen Dampf bei mäßigem Druck durch Verdampfungskühlung erzeugt wird, welcher in einer Niederdruckstufe der Turbine Arbeit leistet.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf zum Antrieb der Turbine lediglich durch die in den Kühlräumen der Verbrennungskraft-. maschine abgeführte Wärme erzeugt wird und die Abgaswärme zur IJberhitzung des Dampfes verwendet wird. d.. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf in einer Turbine, welche zum Antrieb des Kühlergebläses dient, entspannt und darauf dem Kühler, dessen Gebläse die Turbine antreibt, zugeleitet wird, während die gekühlten Abgase zum Antrieb des Aufladeverdichters verwendet werden.