DE68905174T2 - Brennkraftmaschine mit geschlossenem kreislauf. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung für Verbrennungsprozesse, die mit Einrichtungen zum Betrieb in einem Kreislaufverfahren versehen ist, im weiteren als eine "Vorrichtung mit geschlossenem Kreislauf" bezeichnet, die eine Verbrennungskammer, Zuführmittel zur Zuführung von inertem Trägergas, die Verbrennung unterstützendem Gas und Brennstoff in die Verbrennungskammer, Mittel, um zu bewirken, daß der Brennstoff in der Verbrennungskammer verbrennt, Mittel zum Auslassen von Abgas aus der Verbrennungskammer und einen Kreislauf umfaßt, durch den Abgas aus der Verbrennungskammer geleitet wird oder zur Verbrennungskammer, um das Trägergas bereitzustellen, wobei der Kreislauf Mittel einschließt, durch die zumindest ein Teil des Abgases behandelt wird, um Kohlendioxid aus dem Abgas zu entfernen, und Mittel, um das Abgas vor der Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid zu komprimieren einschließt. (GB-1,513,958)
• Solche Maschinen sind in der Lage, effizient zu arbeiten, wo freie atmosphärische Luft nicht verfügbar ist, z.B. unter Wasser, oder wo Austausch/Verbindung mit der Atmosphäre unerwünscht ist, wie etwa in bestimmten Minentypen.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist, eine neue und verbesserte Vorrichtung mit geschlossenem Kreislauf zur Verfügung zustellen, die effizienter ist als die in GB-1,513,958 beschriebene.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung stellen wir eine Vorrichtung mit geschlossenem Kreislauf zur Verfügung, umfassend eine Verbrennungskammer, Zuführmittel zur Zuführung von inertem Trägergas, die Verbrennung unterstützendem Gas und Brennstoff in die Verbrennungskammer, Mittel, um zu bewirken, daß der Brennstoff in der Verbrennungskammer verbrennt, Mittel zum Auslassen von Abgas aus der Verbrennungskammer, einen Kreislauf, durch den Abgas aus der Verbrennungskammer geleitet und zur Verbrennungskammer rückgeführt wird, um das Trägergas bereitzustellen, wobei der Kreislauf Mittel durch die das Abgas behandelt wird, um Kohlendioxid aus dem Abgas zu entfernen, und Mittel, um das Abgas vor der Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid zu komprimieren, einschließt, wobei das Abgas durch den Kreislauf in treibende Beziehung mit Turbolader-Turbinenmitteln und dann in komprimierende Beziehung mit Turbolader-Flügelradmitteln zugeführt wird, wodurch besagte Kompression des Abgases vor der Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid bewirkt wird.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, um die Gesamtheit des Abgases in besagte treibende Beziehung mit den Turbinenmitteln zuzuführen.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, um dann das Abgas in besagte komprimierende Beziehung mit den Flügelradmitteln zuzuführen, wodurch das gesamte Abgas vor besagter Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid komprimiert wird.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, um das komprimierte Abgas stromabwärts der Flügelradmittel in einen ersten Teil, der zur Entfernung von Kohlendioxid behandelt wird und einen zweiten Teil, der nicht zur Entfernung von Kohlendioxid behandelt wird, zu teilen.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, durch die besagter erste Teil des Abgases vor besagter Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid weiter komprimiert wird.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, um besagten zweiten Teil zur Verbrennungskammer zuzuführen, ohne weiter komprimiert und zur Entfernung von Kohlendioxid behandelt zu werden.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, um das Abgas nach Verlassen besagter treibenden Beziehung mit den Turbinenmitteln und vor Eintreten in besagte komprimierende Beziehung mit den Flügelradmitteln abzukühlen.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, um besagten ersten Teil des Abgases vor besagter weiteren Kompression abzukühlen.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, um besagten ersten Teil des Abgases nach besagter weiteren Kompression abzukühlen.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, durch die der zweite Teil des Abgases, der zur Kompressionskammer ohne Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid zugeführt wird, vor Eintritt in die Kompressionskammer abgekühlt werden kann.
• Mittel können zur Verfügung gestellt werden, um Druckenergie aus dem ersten Teil des Abgases nach Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid zurückzugewinnen.
• Besagte Mittel können eine Einspritzeinrichtung umfassen, wobei besagter erste Teil des Abgases in eine Leitung eingespritzt wird, durch die besagter zweite Teil des Abgases zur Verbrennungskammer der Maschine strömt.
• Das Ergebnis ist ein Anstieg im Einlaßdruck, verglichen mit dem Maschinenabgasdruck, so daß aufgrund von verringertem Rückdruck größere Energie bei der Leistungsabgabe der Maschine zur Verfügung steht.
• Das Abgas kann mit Wasser behandelt werden, um Kohlendioxid zu behandeln, und die Mittel, durch die das Abgas so behandelt wird, können einen Absorber umfassen, in dem das Abgas behandelt wird, um Kohlendioxid im Wasser zu absorbieren.
• Zuführmittel werden bevorzugt zur Verfügung gestellt, um eine weitere Komponente in besagte Verbrennungskammer in einer Menge zuzuführen, die so gesteuert wird, daß das Verhältnis von spezifischer Wärme bei konstantem Druck zu spezifischer Wärme bei konstantem Volumen, im weiteren als der Gamma-Wert bezeichnet, des zur Verbrennungskammer zugeführten Gases einem vorbestimmten Wert entspricht.
• Der Gamma-Wert kann im Bereich von 1,3 - 1,5 liegen.
• Die weitere Komponente kann ein einatomiges Inertgas umfassen, das eines der Gase Xenon, Krypton, Neon, Helium, Argon oder ein Gemisch von wenigstens zweien davon umfaßt.
• Eine Einrichtung zur Steuerung des Gehaltes an die Verbrennung unterstützendem Gas kann zur Verfügung gestellt werden, um einen vorbestimmten Gehalt an die Verbrennung unterstützendem Gas im eingeführten Abgas zu halten.
• Eine Einrichtung zur Steuerung des Gehalts an die Verbrennung unterstützendem Gas kann zur Verfügung gestellt werden, um einen vorbestimmten Gehalt an die Verbrennung unterstützendem Gas im in die Verbrennungskammer einzuführenden Gas zu halten.
• Die Zuführmittel können eine Sammelleitung einschließen, in der die Verbrennung unterstützendes Gas mit behandeltem Abgas vor Durchgang in die Verbrennungskammer vermischt wird.
• Die Zuführmittel können die weitere Komponente zu besagter Sammelleitung zuführen, damit diese mit dem die Verbrennung unterstützenden Gas und dem rückgeführten Abgas vor Durchgang in die Verbrennungskammer vermischt wird.
• Die Maschine kann eine Sensoreinrichtung umfassen, die auf eine Eigenschaft des Abgases, das zur Verbrennungskammer rückgeführt wird, anspricht, und Mittel, die geeignet sind, die Geschwindigkeit zu variieren, in der die weitere Komponente durch die Zuführmittel unter der Kontrolle der Sensoreinrichtung zugeführt wird, um die Anteile des inerten Trägergases und der weiteren Komponente so zu steuern, so daß der Gamma-Wert des zur Verbrennungskammer zugeführten Gases besagten vorbestimmten Wert besitzt.
• Die Sensoreinrichtung kann geeignet sein, die Geschwindigkeit zu steuern, mit der die weitere Komponente zum Abgas zugesetzt wird, um, wenn die Verbrennung unterstützendes Gas zu diesem zugesetzt worden ist, ein Gas mit einem Gamma-Wert von in etwa demjenigen von Luft zur Verfügung zu stellen.
• Die Vorrichtung kann eine Dieselmaschine oder eine Gasturbinenmaschine sein.
• Die Vorrichtung kann mit einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff befeuert werden.
• Die Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen
• FIGUR 1 eine graphische Darstellung einer Dieselmaschine mit geschlossenem Kreislauf ist und
• FIGUR 2 eine schematische Darstellung einer Modifikation der Maschine von Figur 1 ist, die die Erfindung verkörpert.
• Die Brennkraftmaschine, die im weiteren beschrieben wird, ist zum Betrieb entweder unter Bedingungen von Ansaugung aus der Atmosphäre und Umgebungen, in denen Austausch mit freier Atmosphäre unerwünscht ist, oder unter Wasser konstruiert, wobei die Maschine im weiteren in letzterem Zusammenhang beschrieben werden wird. Die Maschine umfaßt eine Vierzylinder-Hubkolbeneinheit 6, die so konstruiert ist, daß sie in einem Dieselzyklus arbeitet und somit einen in einem Zylinder hin- und herbewegbaren Kolben besitzt, der eine Verbrennungskammer 5 zur Verfügung stellt, und ein Einlaßventil oder Einlaßventile, durch die ein Gemisch von Gasen, das Sauerstoff oder anderes die Verbrennung unterstützendes Gas enthält, zur Verbrennungskammer zugelassen werden, und ein Auslaßventil oder Auslaßventile, durch die Abgas aus der Verbrennungskammer geleitet wird. Die Maschine umfaßt auch eine Einrichtung 7, um Brennstoff in die Verbrennungskammer einzuspritzen, und einen Kreislauf C, durch den das Abgas aus der Verbrennungskammer geleitet und zu dieser zurückgeführt wird.
• Der Kreislauf C umfaßt einen ersten Teil 8, der sich zu einem Verzweigungspunkt 9 hin erstreckt, von dem aus sich ein Umgehungsleitungsteil erstreckt. Stromabwärts des Verzweigungspunktes 9 gibt es einen Hauptteil 11 des Kreislaufs C, der sich über einen Wasserkühler 12, einen Kompressor 13 und eine weitere fakultative Wasserkühleinheit 14 zu einer Absorbereinheit 16 hin erstreckt.
• Stromabwärts der Absorbereinheit 16 setzt sich der Hauptteil 11 des Kreislaufs zu einer Einspritzeinrichtung 17 fort, durch die Gas, das die Absorbereinheit 16 verläßt, in den Umgehungsleitungszweig 10 eingespritzt wird. Der Umgehungsleitungszweig 10 schließt einen Wasserkühler 19 stromaufwärts der Einspritzeinrichtung 17 ein.
• Stromabwärts der Einspritzeinrichtung 17 umfaßt der Kreislauf einen dritten Teil 20, der Gas über die Sensoreinheiten 21, 22, 23 und eine Sammelleitung 24 zurück zur Verbrennungskammer 5 zuführt. Ein Reservoir 25 mit Argon und ein Reservoir 26 mit Sauerstoff sind vorgesehen und so angeordnet, daß sie Argon bzw. Sauerstoff durch die Steuerventile 27 bzw. 28 zur Sammelleitung 24 zuführen.
• Der Absorber 16 ist mit Mitteln versehen, um im Absorber 16 Wasser dem Abgas auszusetzen, das dort hindurch über den Hauptzweig 11 des Kreislaufs C zirkuliert wird, so daß Kohlendioxid im Abgas im Wasser absorbiert wird. Wasser wird durch den Absorber 16 durch Pumpen 29 zirkuliert, die von einer Motorantriebswelle 30 über ein Getriebe 31 und eine Welle 32 angetrieben werden. Um die Wassermenge zu steuern, die sich durch den Absorber 16 durch die Pumpe 29 zirkuliert wird, ist ein motorbetriebenes Nebenleitungsventil 34 vorgesehen, das in Übereinstimmung mit einem Signal eingestellt wird, das entlang einer Leitung 35 vom Sensor 21 zur Verfügung gestellt wird, der den Druck im Kreislauf C stromabwärts des Absorbers 16 abfühlt.
• Beim Betrieb der Maschine in einem nicht-atmosphärischen geschlossenen Kreislauf wird Sauerstoff aus dem Reservoir 26 zur Sammelleitung 24 mit dem Betriebsdruck der Maschine zugeführt, der z.B. eine Atmosphäre sein kann, und zusammen mit dem Trägergas in den Maschinenzylinder geleitet. Die Gasscharge wird innerhalb des Maschinenzylinders komprimiert, was bewirkt, daß die Temperatur des Gases ansteigt und Brennstoff wird eingespritzt, was Verbrennung des Brennstoffes bewirkt. Abgas wird aus der Verbrennungskammer 5 durch den ersten Teil 8 des Kreislaufs C geleitet und ein erster Teil des Abgases strömt durch den Hauptteil 11 des Kreislauf C, während ein zweiter Teil entlang des Umgehungsleitungsteils 10 des Kreislaufs C strömt. Die Anteile des Abgases, die durch den Umgehungsleitungszweig und den Hauptzweig strömen, können variieren. Im vorliegenden Beispiel strömt ein Drittel des Abgases durch den Umgehungsleitungszweig 10, aber, falls gewünscht, können bis zu z.B. zwei Drittel des Abgases durch den Umgehungsleitungszweig 10 strömen.
• Das Gas im Umgehungsleitungszweig 10 und im Hauptzweig 11 wird mit herkömmlichen Wasserkühlern 12, 19 gekühlt, die mit Seewasser bei Umgebungsdruck beschickt werden, der außen auf einer Druckwand P existiert, in der die Maschine installiert ist. Geeignete, nicht dargestellte Mittel sind vorgesehen, um das Wasser durch die Kühler 12, 19 zu zirkulieren. Die Kühler gewährleisten, daß das Abgas auf eine Temperatur abgekühlt wird, die sich an die Temperatur des Wassers außerhalb der Druckwand P annähert, z.B. 10-20ºC über der Wassertemperatur.
• Das Abgas im Hauptzweig 11 wird, nach Abkühlung durch den Kühler 12 vom Kompressor 13 komprimiert, der von irgendeinem geeigneten Typ sein kann, und kann auf einen Druck von z.B. fünf Atmosphären komprimiert werden. Falls gewünscht, kann das Abgas nach Komprimierung durch den weiteren Wasserkühler 14 abgekühlt werden und wird dann in den Absorber 16 zugeführt, in dem Abgas mit Seewasser beim Kompressionsdruck z.B. einem Druck von etwa fünf Atmosphären, behandelt wird, um Kohlendioxid zu entfernen. Der Absorber kann von irgendeinem geeigneten Typ sein, dar vorzugsweise einen Rotor umfaßt, der mit Drahtnetz oder anderem Material versehen ist, das ein hohes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen besitzt, durch welches das Wasser durch Zentrifugalkraft radial nach außen geschleudert wird, während das Abgas veranlaßt wird, im Gegenstrom dort hindurch zu strömen. Dieser Absorber erzielt schnelle Absorption von Kohlendioxid in das Seewasser und ist kompakt. Die Absorbereinheit 16 ist mit einem Pegelregler 16a versehen, um zu gewährleisten, daß der Absorber nicht überflutet oder unterhalb eines vorbestimmten Wasserpegels betrieben wird.
• Das so behandelte Abgas strömt zur Einspritzeinrichtung 17, wo es in den Umgehungsleitungszweig 11 eingespritzt wird, in dem das Abgas nicht komprimiert oder mit Kohlendioxid behandelt worden ist, sondern durch den dem Kühler 19 abgekühlt worden ist und somit beim Betriebsdruck der Maschine vorliegt. Die Expansion des Gases im Hauptzweig 11 kann verwendet werden, um einen Teil der zum Kompressor zugeführten Energie zurückzugewinnen, durch eine Einspritzeinrichtung oder durch eine Expansionsumwandlungsmaschine. Die wieder zusammengeführten Abgasanteile strömen dann durch den Teil 20 des Kreislaufs zur Sensoreinheit 21. Der Sensor 21 mißt den Gesamtdruck im Gaskreislauf C, d.h. den Betriebsdruck, und liefert ein Signal entlang der Leitung 35 zum Ventil 34, um den Wasserdurchfluß durch den Absorber 16 zu erhöhen, wenn der Druck einen vorbestimmten Druck übersteigt, und um den Wasserdurchfluß zu verringern, wenn der Druck unter den vorbestimmten Druck sinkt, um die Mengen aus dem Kohlendioxid, die aus dem Abgas entfernt wird, zu steuern. Das Abgas strömt dann zu einer Sensoreinheit 22, die ein Steuersignal über Leitung 36 zum Ventil 28 zur Verfügung stellt, das die Menge der Sauerstoffzufuhr zur Sammelleitung aus dem Reservoir 26 steuert, um die richtige Menge Sauerstoff in das Trägergas einzudosieren. Die Sensoreinheit 22 umfaßt einen herkömmlichen Sensor zum Nachweis von Sauerstoffgehalt und kann mit Mitteln versehen sein, um die Sauerstoffzufuhr in Übereinstimmung mit Betriebsparametern der Maschine einzustellen. Alternativ kann der Sensor 22 so angeordnet sein, daß er den Sauerstoffgehalt der Gase abfühlt, die die Sammelleitung 24 verlassen, und das Ventil 28 steuert, um einen gewünschten Sauerstoffgehalt im eingeführten Gas bereitzustellen.
• Das Abgas strömt dann zu einer weiteren Sensoreinheit 23, die angeordnet ist, um ein Steuersignal zum Dosierventil 27 zu senden, das die Menge der Argonzufuhr zur Sammelleitung 24 aus dem Reservoir 25 zudosiert, um zu gewährleisten, daß der Anteil an Argon im eingeführten Gas das eingeführte Gas in einem gewünschten Verhältnis der spezifischen Wärme bei konstantem Druck zur spezifischen Wärme bei konstantem Volumen, d.h. Gamma, bereitstellt. Im vorliegenden Beispiel umfaßt der Sensor 23 einen Kompressor mit einem Druckverhältnis bei der Rate von etwa 2:1, in dem das Abgas komprimiert wird, gefolgt von Mitteln, um das komprimierte Abgas zu einem konvergierenden/divergierenden Durchlaß zu leiten, zusammen mit Mitteln, um den Einlaßdruck und den Drosseldruck im Durchgang zu messen. Veränderungen von Gamma verändern das Verhältnis dieser zwei Drücke (absolut) und es werden Vergleichsmittel zur Verfügung gestellt, um die zwei Drücke zu vergleichen, und einen Ausgangssignal im Verhältnis dazu zu produzieren, das das Ventil 27 steuert. Die Veränderung des Verhältnisses, die eintritt, ist sehr klein und somit werden hochpräzise Meßwandler und elektrische Vergleichsschalt- kreise zur Verfügung gestellt.
• Danach wird das Abgas der Sammelleitung 24 zugeführt, wo Argon und Sauerstoff aus dem Reservoir 25, 26 über die Ventile 27, 28 in Übereinstimmung mit den hier zuvor beschriebenen Sensoreinheiten zum Abgas zugesetzt werden.
• Während eines Anfangsstadiums des Betriebs der Maschine mit geschlossenem Kreislauf werden die Anteile an Kohlendioxid und Argon im zirkulierenden Gas ansteigen und der Anteil an Stickstoff wird abnehmen, bis sich ein Gleichgewichtszustand eingestellt hat (in Abhängigkeit von den Merkmale des Absorptionsverfahrens), in dem die Geschwindigkeit, mit der Kohlendioxid durch Absorption in Wasser entfernt wird, gleich der Geschwindigkeit ist, mit der Kohlendioxid während des Verbrennungsvorgangs hinzugefügt wird.
• Die Zufuhr von Luft zur Anfangsscharge für Betrieb mit geschlossenem Kreislauf kann durch zusätzliche Vorratsflaschen erreicht werden, oder Luft kann aus zugänglichem freien Raum in den Maschinenabteilungen eingeleitet werden. Natürlich ist, wenn erst einmal der Betrieb bei geschlossenem Kreislauf angefangen hat, weitere Luft nicht erforderlich, sondern nur eine kontinuierliche Zufuhr von Sauerstoff. Wenn die Maschine aus einem System in geschlossenem Kreislauf in Gleichgewichtsbetrieb abgeschaltet wird, ist die Anfangsscharge geeignet für ein erneutes Anwerfen ohne Zusätze.
• Alternativ und bevorzugt wird der Betrieb der Maschine in der Atmosphäre mit "offenem Kreislauf" angefahren, in dem die Abgase über ein Ventil E an die Atmosphäre abgegeben werden und Luft aus der Atmosphäre über ein Ventil I in die Sammelleitung angesaugt wird, und dann wird zu einem geschlossenen Kreislauf umgeschaltet, in dem ein wachsender Anteil Abgas zum Absorber geleitet wird, indem Ventil E zur Atmosphäre progressiv geschlossen wird, was in Folge einen ansteigenden Anteil an behandelten Abgasen verursacht, die zur Sammelleitung 24 zurückgeführt werden müssen, mit dem entsprechenden Schließen von Ventil I zur Atmosphäre. Wenn das Umschalten zu geschlossenem Kreislauf abgeschlossen ist, kann die Maschine bis zu ihrer geplanten Stelle untergetaucht werden. Die Geschwindigkeit des Umschaltens ist begrenzt durch die Geschwindigkeit, mit der Argon zugeführt werden kann, um das gewünschte 5:3- Volumenverhältnis von Argon zu Kohlendioxid zu halten, ansonsten kann die Zündung in der Dieselmaschine beeinträchtigt werden und sie könnte stoppen. Daher wird der Stand des Umschaltens durch die Energie beeinflußt, die im Betrieb benötigt wird, bis das Argonniveau erreicht werden kann, das gewünscht ist. Wenn es gewünscht wird, den Betrieb bei geschlossenem Kreislauf abzubrechen, wird das Abgasventil zur Atmosphäre geöffnet und anschließend das Einlaßventil I, falls gewünscht, können beide Ventile zur gleichen Zeit geöffnet werden.
• Die Maschine, wie sie oben beschrieben ist, ist konstruiert, um in Luft zu arbeiten oder in einer Charge, die Luft simuliert, d.h. mit einer Mischung von zugeführten Gasen mit einem Gamma-Verhältnis von etwa 1,4, und der Einführdruck muß ein wenig oberhalb von atmosphärischem Druck liegen, aufgrund des Anstiegs im Druck, der durch Einspritzen des Teils des Abgases, das den Absorber verläßt, hervorgerufen wird. Der bei der Verbrennung erzeugte Wasserdampf wird natürlich in den Kühlern und/oder im Absorber kondensiert und so aus dem Abgas entfernt.
• Wir nehmen jetzt Bezug auf Figur 2, in der eine Modifikation der Brennkraftmaschine mit geschlossenem Kreislauf dargestellt ist, dargestellt in und beschrieben unter Bezugnahme auf Figur 1, in der ein Turbolader 40 in den Kreislauf C eingebaut ist. So strömt das aus der Verbrennungskammer 5 austretende Abgas anfänglich so, daß es auf eine Turbine 41 des Turboladers in treibender Beziehung damit ein wirkt, so daß die Turbine 41 ein Flügelrad 42 durch eine Welle 43 in herkömmlicher Art und Weise antreibt. Nach Verlassen der treibenden Beziehung mit der Turbine 41 strömt das Gas über eine Kühleinheit 44, um in komprimierende Beziehung mit dem Flügelrad 42 einzutreten. Danach setzt das so komprimierte Abgas seinen Weg um den Kreislauf C in exakt der gleichen Weise fort, die in Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben ist. Durch Hindurchleiten des Abgases durch den Kühler 44, der mit Wasser bei Seetiefendruck in derselben Weise beschickt wird wie Kühler 12, 19 und der fakultative Kühler 14, wird Wasserdampf im Abgas kondensiert, und es sind Mittel vorgesehen, um das Kondensatwasser nach außerhalb der Druckwand P zu pumpen, wobei der Kühler 44 im vorliegenden Beispiel die Abgastemperatur auf eine Temperatur verringert, die im Bereich von 10ºC bis 20ºC oberhalb Seetemperatur liegt.
• Durch Vorsehen des Turboladers läuft die Maschine mit einem höheren Ansaugdruck als der Auslaßdruck, wodurch die Effizienz der Maschine erhöht wird.
• In diesem Beispiel sind die Drücke und Temperaturen an den dargestellten Stellen wie folgt, aber andere Drücke und/oder Temperaturen können verwendet werden, falls gewünscht.
• a = (Turbogebläse, Turbine Ausgang - Gebläse Eingang) Druck = 1 Atm. Temp. = 20ºC
• b = (Turbogebläse Ausgang) Druck = 2,7 Atm. T. = 150ºC
• c = gekühltes Geblase Ausgang Druck = 2,6 Atm. T. = 20ºC
• d = Absorberkompressor Ausgang Druck = 5,2 Atm. T. = 130ºC
• e = Absorber Ausgang Druck = 5,1 Atm. T. = 20ºC
• f = Auslaßeinspritzeinrichtung - Maschineneinlaß Druck = 2,8 Atm. T. = 20ºC
• g = Dieselabgas Druck = 2,2 Atm. T. = 400ºC
• Sowohl in der Vorrichtung von Figur 1 als auch in der Vorrichtung von Figur 2 ist der Kompressor 13 treibend mit der Antriebswelle 30 über Getriebe 37 und eine Antriebswelle 38 verbunden. Die Antriebswelle 29 treibt auch einen Generator 39 durch das Getriebe 31, geeigneterweise durch eine lösbare Kupplung (nicht gezeigt). Die Energie kann aus der Maschine abgeleitet werden, entweder gerichtet über einen Abtrieb (nicht gezeigt) oder in Form von Elektrizität aus dem Generator. Geeigneterweise ist der Generator 39 mit der Batterie verbunden und kann als Startermotor betrieben werden.
• In allen oben beschriebenen Vorrichtungen wird das Verhältnis von Argon zu Kohlendioxid so berechnet, daß es dasselbe Verhältnis von spezifischen Wärmen, d.h. Gamma, aufweist wie Luft im relevanten Temperaturbereich der Kompression im Maschinenzylinder, d.h. zwischen 100ºC und 500ºC. Zum Beispiel machen praktisch gesehen 3 Mol Kohlendioxid zu 5 Mol Argon oder Helium 8 Mol eines Gemisches, das, wenn Sauerstoff zugesetzt wird, sich in allen praktischen Hinsichten wie Luft verhält.
• Der Verhältnis der Partialdrücke von Kohlendioxid zu Argon ist das Molverhältnis, d.h. 3:5. Das Verhältnis von Kohlendioxidentfernung ist gleich dem Löslichkeitsverhältnis x 3/5, d.h. 76,6/2,4 x 3/5 = 19,1
• Somit ist das Verhältnis von Argon zu Kohlendioxid im behandelten Gas 5:3, gleich der Geschwindigkeit, mit der Argon und Kohlendioxid zur Verbrennungskammer zugeführt werden. Mit anderen Worten ist das dem Trägergas durch den Verbrennungsprozeß hinzugefügte Kohlendioxid entfernt worden.
• Während das bevorzugte Verhältnis von Argon zu CO&sub2; für besten Betrieb 5:3 ist, sind andere Verhältnisse annehmbar, in Abhängigkeit von der Maschinenkonstruktion und der Brennstoffqualität für niedrigere Verhältnisse, und hängt von der Robustheit der Konstruktion und den Druckbetriebniveaus für höhere Verhältnisse ab.
• Im allgemeinen ist der Betrieb der Energieeinheit selbstregelnd, in Abhängigkeit vom Betrieb der Absorbereinheit, insofern als, wenn der Anteil von Kohlendioxid im Trägergas ansteigt, der Partialdruck des Kohlendioxids im Abgas entsprechend ansteigt, was die Geschwindigkeit erhöht, mit der Kohlendioxid durch das Absorptionsverfahren entfernt wird.
• Etwas Argon wird jedoch durch den Absorber entfernt werden, und wünschenswerterweise werden Mittel bereitgestellt, um Argon mit einer geringen Rate aufzubringen, passenderweise durch Eintreten in Sammelleitung 20, um dieses verlorene Argon zu ersetzen. Vorteilhafterweise wird die Rate solch einer Zugabe von Argon zur Sammelleitung durch die Sensoreinheit 22 auf eine gewünschte Rate eingestellt.
• Obgleich Argon oben als das Inertgas beschrieben worden ist, kann das Inertgas eines der Gase Xenon, Crypton, Neon, Helium, Argon oder ein Gemisch von wenigstens zwei derselben umfassen.
• Obgleich die Erfindung oben im Hinblick auf Dieselmaschinen beschrieben worden ist, sollte man anerkennen, daß die Erfindung mit Vorteilen in anderen Maschinentypen verwendet werden kann, wie etwa Gasturbinen oder Sterlingmaschinen. Außerdem kann das Abgas bei jedem gewünschten Druck behandelt werden, der praktisch gesehen zwischen atmosphärischem Drücke und 30 Atmosphären liegen kann.
• Fall gewünscht, kann die Zusammensetzung des eingeführten Gases derart sein, daß irgendein gewünschtes Verhältnis von spezifischen Wärmen, d.h. Gamma, einschließlich Verhältnissen, d.h. Gammas, außerhalb des Bereich 1,3 bis 1,5, erreicht wird.
• Die oben beschriebenen Vorrichtungen können modifiziert werden, indem die oben beschriebenen Mittel zur Entfernung von Kohlendioxid mit Wasser weggelassen werden. Falls erwünscht, kann Kohlendioxid mit anderen Mitteln entfernt werden, z.B. durch Behandlung mit Kaliumhydroxid.
• Falls erwünscht, kann anderes Gas als Sauerstoff das die Verbrennung unterstützende Gas umfassen, z.B. Wasserstoffperoxid, oder ein Gemisch von geeigneten, die Verbrennung unterstützenden Gas kann mit geeigneten Zufuhr- und Steuermitteln bereitgestellt werden, die analog zu denjenigen sind, die oben für Sauerstoff beschrieben sind.
• In dieser Beschreibung und diesen Ansprüchen ist das Verhältnis von Kohlendioxid im Trägergas in Vol.-% des Gesamtvolumens Trägergas ausgedrückt.

Claims (18)

1. Vorrichtung mit geschlossenem Kreislauf, umfassend eine Brennkraftmaschine (6) mit einer Verbrennungskammer (5), Zuführmittel (24, 7) zur Zuführung von inertem Trägergas, die Verbrennung unterstützendem Gas und Brennstoff in die Verbrennungskammer (5), Mittel, um zu bewirken, daß der Brennstoff in der Verbrennungskammer verbrennt, Mittel zum Auslassen von Abgas aus der Verbrennungskammer, einen Kreislauf (C) durch den Abgas aus der Verbrennungskammer geleitet und zur Verbrennungskammer rückgeführt wird, um das Trägergas bereitzustellen, wobei der Kreislauf Mittel (16), durch die das Abgas behandelt wird, um Kohlendioxid aus dem Abgas zu entfernen, und Mittel, um das Abgas vor der Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid zu komprimieren, einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß das Abgas durch den Kreislauf in treibende Beziehung mit Turbolader-Turbinenmitteln (41) und dann in komprimierende Beziehung mit Turbolader-Flügelradmitteln (42) zugeführt wird, wodurch besagte Kompression des Abgases vor der Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid bewirkt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Verfügung gestellt werden, um die Gesamtheit des Abgases in besagte treibende Beziehung mit den Turbinenmitteln (41) und anschließend in besagte komprimierende Beziehung mit den Flügelradmitteln (42) zuzuführen, wodurch die Gesamtheit des Abgases vor besagter Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid komprimiert wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (9, 10, 11) zur Verfügung gestellt werden, um das komprimierte Abgas stromabwärts der Flügelradmittel (42) in einen ersten Teil, der zur Entfernung von Kohlendioxid behandelt wird, und einen zweiten Teil, der nicht zur Entfernung von Kohlendioxid behandelt wird, zu teilen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Verfügung gestellt werden, durch die besagter erste Teil des Abgases vor besagter Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid weiter komprimiert wird und besagter zweite Teil zur Verbrennungskammer (5) zugeführt wird, ohne vorher komprimiert und zur Entfernung von Kohlendioxid behandelt zu werden.

5. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (44) zur Verfügung gestellt werden, um das Abgas nach Verlassen besagter treibender Beziehung mit den Turbinenmitteln (41) und vor Eintreten in besagte komprimierende Beziehung mit den Flügelradmitteln (42) abzukühlen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5, sofern abhängig von Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (12) zur Verfügung gestellt werden, um besagten ersten Teil des Abgases vor besagter weiterer Kompression abzukühlen.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 5 oder Anspruch 6, sofern abhängig von Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (14) zur Verfügung gestellt werden, um besagten ersten Teil des Abgases nach besagter weiterer Kompression abzukühlen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 4 bis 7, sofern abhängig von Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (19) zur Verfügung gestellt werden, durch die der zweite Teil des Abgases, der zur Kompressionskammer ohne Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid zugeführt wird, vor Eintritt in die Kompressionskammer abgekühlt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder einem der Ansprüche 6 bis 8, sofern abhängig von Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (17) zur Verfügung gestellt werden, um Druckenergie aus besagtem ersten Teil des Abgases nach der Behandlung zur Entfernung von Kohlendioxid zurückzugewinnen.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß besagte Mittel (17) eine Einspritzeinrichtung umfassen, wobei besagter erste Teil des Abgases in eine Leitung (10, 20) eingespritzt wird, durch die besagter zweite Teil des Abgases zur Verbrennungskammer der Maschine strömt.

11. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel (16) zur Verfügung gestellt werden, um das Abgas zur Entfernung von Kohlendioxid mit Wasser zu behandeln.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, durch die das Abgas zur Entfernung von Kohlendioxid behandelt wird, einen Absorber (16) umfassen, in dem das Abgas behandelt wird, um Kohlendioxid im Wasser zu absorbieren.

13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Zuführmittel (25, 27; 24, 23) zur Verfügung gestellt werden, um eine weitere Komponente in besagte Verbrennungskammer in einer Menge zuzuführen, die so gesteuert wird, daß das Verhältnis der spezifischen Wärme bei konstantem Druck zur spezifischen Wärme bei konstantem Volumen des Gases, das zur Verbrennungskammer zugeführt wird, einem vorbestimmten Wert entspricht.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Komponente ein einatomiges Inertgas umfaßt, das eines der Gase Xenon, Krypton, Neon, Helium, Argon oder ein Gemisch von wenigstens zweien davon umfaßt.

15. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (28, 22) zur Steuerung des Gehaltes an die Verbrennung unterstützendem Gas zur Verfügung gestellt wird, um einen vorbestimmten Gehalt an die Verbrennung unterstützendem Gas im eingeführten Abgas oder im in die Verbrennungskammer (5) einzuführenden Gas zu halten.

16. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführmittel (24) eine Sammelleitung einschließen, in der die Verbrennung unterstützendes Gas mit behandeltem Abgas vor Durchgang in die Verbrennungskammer vermischt wird.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, sofern direkt oder indirekt von Anspruch 13 abhängig, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführmittel (25, 22; 24, 23) die weitere Komponente zu besagter Sammelleitung (24) zuführen, damit diese mit dem die Verbrennung unterstützenden Gas und dem rückgeführten Abgas vor Durchgang in die Verbrennungskammer (5) vermischt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 13 oder einem der Ansprüche 14 bis 17, sofern abhängig von Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine Sensoreinrichtung (23) umfaßt, die auf eine Eigenschaft des Abgases, das zur Verbrennungskammer (5) rückgeführt wird, anspricht, und Mittel (27), die geeignet sind, die Geschwindigkeit zu variieren, in der die weitere Komponente durch die Zuführmittel unter der Kontrolle der Sensormittel (23) zugeführt wird, um die Anteile des inerten Trägergases und der weiteren Komponente so zu steuern, daß besagtes Verhältnis des zur Verbrennungskammer zugeführten Gases einen besagten vorbestimmten Wert besitzt.