DE820348C

DE820348C - Verfahren zur Krafterzeugung aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE820348C
Application number: DEP50924A
Authority: DE
Inventors: Georg Dr-Ing Mangold
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-08-04
Filing date: 1949-08-04
Publication date: 1951-11-08

Description

Verfahren zur Krafterzeugung aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine Es sind Verbrennungskraftmaschinen bekannt, bei denen die Wärme der Abgase zum Antrieb einer Abgasturbine ausgenutzt wird, die einen Verdichter zum Aufladen der Verbrennungskraftmaschine antreibt. Ferner ist bekannt, mittels der ganzen Leistung der Verbrennungskraftmaschine verdichtete Luft mittels eines Verdichters zu erzeugen und damit Druckluftmaschinen zu betreiben. Dabei wird die Druckluft mittels der Wärme der Abgase der Verbrennungskraftmaschine vorgewärmt. Es ist weiter bekannt, mittels der Wärme der Abgase der Verbrennungskraftmaschine Wasserdampf zu erzeugen und diesen in Dampfmaschinen zur Krafterzeugung auszunutzen. Dabei ergibt sich bei diesen bekannten Verbrennungskraftmaschinen mit Abwärmeausnutzung keine oder nur eine geringe Verbessermrg der Wärmeausnutzung der ganzen Anlage. Die Erfindung betrifft ein Verfahren mit Ausnutzung der Wärme der Abgase einer Verbrennungskraftmaschine zur Krafterzeugung, bei der die Abgase gegen den Umgebungsdruck aus.geschoben werden. Sie besteht darin, daß die Wärme der Abgase der Verbrennungskraftmaschine mittels eines Wärmeaustauschers derart an verdichtete Luft, die in einem Verdichter erzeugt wird, übertragen wird, daß die Temperatur der verdichteten Luft bis auf die Übertragungsverluste gleich der Temperatur der Abgase ist, und daß die verdichtete Luft in einer Expansionsmaschine Arbeit leistet. An Stelle von Luft kann auch ein anderes verdichtetes Gas verwendet werden. Der Verdichter und die Druckluftmaschine können Kolbenmaschinen oder rotierende 1U aschinen und von der Verbrennungsmaschine getrennt oder mit ihr zusammengebaut sein. Der Verdichter kann immer wieder frische Luft aus der Umgebung ansaugen oder die Luft kann einen geschlossenen Kreislauf ausführen. In diesem Falle ergeben .sich besondere Vorteile, wenn der Druck der kreisenden Luft an jeder Stelle des Kreislaufes größer als der Umgebungsdruck ist. Dabei wird die Temperatur der Luft nach Austritt aus der Druckluftmaschine mittels eines Kühlers auf die Umgebungstemperatur zurückgekühlt.' Die Verbrennungskraftmaschine kann als Gasmaschine oder als Dieselmotor und nach dem Viertakt- oder Zweitaktverfahren, ohne oder mit Aufladung, ausgeführt sein.
Bekanntlich ergibt sich bei einer Verbrennungskraftmaschine da.s theoretische Maximum der Wärmeausnutzung, wenn die Verbrennungsgase auf die Umgebungstemperatur arbeitsleistend expandieren. Dies erfordert einen sehr großen Unterdruck unter die Atmosphäre und eine Verdichtung der Verbrennungsgase bei gleichbleibender Temperatur von diesem Unterdruck auf den atmosphärischen Druck.
Eine solche Verbrennungskraftmaschine läßt sich wegen der großen Volumen der Verbrennungsgase nicht verwirklichen. Die Verbrennungskraftmaschine nach .der Erfindung erzielt die gleiche theoretische Wärmeausnutzung, aber die dabei auftretenden Drücke und Volumen sind kleiner und deshalb ausführbar. Sie ergibt deshab eine erheblich größere Wärmeausnutzung als die der bekannten Verbrennungskraftmaschinen. Die Wärmeausnutzung wird bei ihr um so günstiger, in je mehr Stufen die Verdichtung der Luft vor der Erwärmung durch die Abgase erfolgt.
1n Abb. i und 2 ist die Erfindung beispielsweise dargestellt. Sie stellen Verbrennungskraftmaschinen mit Ausnutzung der Wärme der Abgase zur Krafterzeugung dar, bei denen die Luft, an welche die Abwärme übertragen wird, in dem gleichen Zylinder verdichtet wird und nach der Wärmezufuhr expandiert, wobei die verdichteteLuft einen geschlossenen Kreislauf ausführt.
Abb. i stellt eine solche Verbrennungskraftmaschine dar, bei welcher der Zylinder, in welchem die Luft verdichtet wird und nach ,der Erwärmung expandiert, im Viertakt arbeitet, während bei der Verbrennungskraftmaschine nach Abb.2 dieser Zylinder im Zweitakt arbeitet.
Es sind i die Verbrennungskraftmaschine, 2 ihre Abgasleitung, 3 der Wärmeaustauscher, in welchem die Wärme der Abgase an die verdichtete Kreislaufluft übertragen wird, 4 die Austrittsleitung der Abgase aus dem Wärmeaustauscher. Ferner ist 5 der Zylinder, im Viertakt arbeitend, in welchem. die Kreislaufluft verdichtet wird und expandiert, mit dem Eintrittsorgan 7 für die zurückgekühlte Kreislaufluft, dem Austrittsorgan 8 für die im Zylinder verdichtete Kreislaufluft, dem Eintrittsorgan 11 für die verdichtete und durch die Abgase erwärmte Kreislaufluft und dem Austrittsorgan 12 für die im Zylinder i expandierte Kreislaufluft. i8 ist der im Zweitakt arbeitende Zylinder für die Kreislaufluft mit den Steuerorganen 8 und i i und den Einlaßschlitzen t g für die zurückgekühlte Kreislaufluft und den Auslaßschlitzen 20 für ,die expandierte Kreislaufluft. 6 ist der Arbeitskolben, 14 ist der Kühler für imZylinder5 bzw. 18 expandierte Kreislaufluft mit der Zuleitung 16 und der Austrittsleitung 17 für das Kühlmittel. Der Wärmeaustauscher 3 ist finit Austrittsorgan 8 durch die Leitung 9 und mit dem Eintrittsorgan i i durch die Leitung io verbunden. Der Kühler 14 ist mit dem Eintrittsorgan 7 bzw. i9 durch die Leitung 15 und mit dem Austrittsorgan 12 bzw. 2o durch die Leitung 13 verbunden. 21 ist eine Umlaufpumpe für die Kreislaufluft für den im Zweitakt arbeitenden Zylinder 18.
Die Wirkungsweise des Ausführungsbeispiels der Erfindung nach Abb. i ist folgende: Beim ersten Abwärtshub des Kolbens 6 öffnet sich das Eintrittsorgan 7, dadurch tritt Luft z. B. von 4 at aus der Leitung 15 in den Zylinder 5. Beim zweitem Hub, dem Aufwärtsgang des Kolbens 6, wird diese Luft z. B. auf 3o at verdichtet, worauf sich das Au:slaßorgan 8 öffnet und während des restlichen Hubes diese weiter verdichtete Luft in den Wärmeaustauscher 3 ausgeschoben wird. Dadurch erhöht sich ihre Temperatur. Mit Hubende schließt das Auslaßorgan B. Beim dritten Hub, dem Abwärtsgang des Kolbens 6, öffnet sich das Einlaßorgan i i, wodurch die erhitzte Luft in den Zylinder strömt. Nach Erreichung einer bestimmten Füllung schließt das Einlaßorgan i i, so, daß beim Weitergang des Kolbens die Luft sich ausdehnt. Gegen Hubende öffnet sich das Auslaßorgan 12, wodurch sich die Zylinderfüllung in den Kühler 14 entspannt, in welchem ein Druck z. B. von ,4 at herrscht. Beim folgenden vierten Hub, dem Aufwärtsgang des Kolbens 6, wird sie in den Kühler 14 ausgeschoben. Mit dem fünften Hub, dem Abwärtsgang des Kolbens 6, wiederholt sich das Spiel. Das Arbeitsspiel im Zylinder 5 umfaßt somit vier Kolbenhübe.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Erfindung nach Abb. 2 vollzieht sich der Verdichtungshub und der Füllungs- und Ausdehnungshub wie bei dem Viertaktzylinder nach Abb. i. Beim ersten Hub, dem Abwärtsgang des Kolbens 6, wenn der Zylinder mit erhitzter, verdichteter Luft gefüllt ist, öffnet derselbe am Hubende die Auslaßschlitze 20. Dadurch entspannt sich die Zylinderfüllung in den Kühler 14, in welchem beispielsweise ein Druck von 4 at herrscht. Beim Weitergang des Kolbens 6 werden die Spülschlitze i9 geöffnet, wodurch die Zylinderladung durch verdichtete Luft, die durch die Umlaufpumpe 21 einen kleinen Überdruck über den Druck vor dem Kühler 14 erhält, ausgespült wird. Bei dem darauffolgenden zweiten Hub, dem Aufwärtsgang des Kolbens 6, werden die Spül- und Auslaßschlitze durch den Kolben 6 geschlossen und die Verdichtung beginnt, worauf sich das Arbeitsspiel wiederholt. Das Arbeitsspiel im Zylinder 18 umfaßt somit zwei Kolbenhübe.
Bekanntlich ist die Verbrennungskraftma,schine nicht nennenswert überlastbar. Versieht man den Wärmeaustauscher3 mit einer zusätzlichenHeizung, so kann die Temperatur der verdichteten Luft erhöht und damit die Leistung der ganzen Anlage vergrößert werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Krafterzeugung aus den Abgasen einer Brennkraftmaschine, bei denn die Abgase gegen den Umgebungsdruck ausgeschoben werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärme der Abgase derart an verdichtete Luft mittels eines Wärmeaustauschers übertragen wird, daß die Temperatur der verdichteten Luft bis auf die Übertragungsverluste gleich der Temperatur der Abgase ist, und daß die verdichtete Luft in einem Verdichter erzeugt wird und nach Erwärmung in einer Expansionsmaschine Arbeit leistet.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die verdichtete Luft, an die die Wärme der Abgase übertragen wird, einen geschlossenen Kreislauf ausführt, dessen niedrigsterDruck größer als derUmgebungsdruck ist.
3. Verfahren nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung der Luft, an welche die Wärme der Abgase übertragen wird, mehrstufig erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung der Luft und ihre Ausdehnung nach derVerdichtung und Erwärmung durch die Abgase in dem gleichen Zylinder stattfindet.
5. Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher mit einer zusätzlichen Heizung versehen ist. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 388 366.