DE829676C

DE829676C - Method and device for operating internal combustion engines in a circuit

Info

Publication number: DE829676C
Application number: DED2207A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Siegle
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1944-11-28
Filing date: 1944-11-28
Publication date: 1952-01-28

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Brennkraftmaschinen im Kreislauf Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreislaufbetrieb für l,retinkraftniaschinen. mit einem in seiner Zusaninictisetzttng der Luft möglichst älitiliclten Gas.Method and device for operating internal combustion engines in a circuit The invention relates to a circulatory system for oil retink power machines. with a gas that is as alkaline as possible in its composition in the air.

I)ie Erfindung besteht darin, (laß nian die Auspuffgase einem Kieselkondensator zuführt zu dem Z\%-eck, die artfallenden gasförmigen Verhrennungsproduktc durch ltt-I.ösung-bringen und Kondensierest \on (lern als Kreislaufgas verwendeten Gas (Stickstoff ()der Kohlcnsüurc) zu trennen und dieses unter Zuführung \-on für die Verbrennung notwendigetn Sauerstoff der l,retinkraftmaschine für den weiteren lietriel) wieder zuzuführen.I) he invention consists in (leaving the exhaust gases in a silica condenser feeds the gaseous decomposition products of the type to the Z \% - corner Bring ltt-I.solution and condensation residue (learn gas used as cycle gas (Nitrogen () of the cabbage acid) to be separated and this under supply for the Combustion necessary oxygen of the oil retin engine for the further line) to feed again.

Dabei kann man ist der Weise vorgehen, daß man die Altgase in einem Kühler vorkühlt und dann im Kieselkondensator so weit abkühlt, (laß (las \Vasser kondensiert, oder besser, man kühlt ausschließlich durch den 12ieselkondensator. Bei entsprechend grol.ier\\-assermenge geht die Kohlensäure in Lösung. Die letzteren und ungelösten Gasanteile, wie Sauerstoff und Stickstoff, ziehen mit der abfließenden Kondensatorflüssigkeit ab und werden entweder durch eine Pumpe ins Freie gefördert, oder man scheidet diese wiederum aus der Kondensatorflüssigkeit aus und fuhrt sie ebenfalls wieder der Brennkraftmaschine zum weiteren Betrieb zu. Insbesondere die zuletzt erwähnte Anordnung hat den Vorteil, dali besondere Kühler und Reiniger sowie ein Ausschubverdichter wegfallen.One can proceed in such a way that one removes the old gases in one The cooler is precooled and then cools down in the silica condenser so far, (let (las \ Vasser condenses, or better, one cools exclusively through the diesel condenser. With a correspondingly large amount of water, the carbonic acid dissolves. The latter and undissolved gas components, such as oxygen and nitrogen, move with the outflowing Condenser liquid and are either pumped into the open air, or this is again separated from the condenser liquid and carried out also back to the internal combustion engine for further operation. especially the The last mentioned arrangement has the advantage of special coolers and cleaners as well an expulsion compressor is no longer necessary.

Iti der Zeichnung ist die Erfindung in drei Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen die Abbildungen jeweils das Schema einer im Kreislauf betriebenen Brennkraftmaschine. mit einem in die Kreislaufleitung eingesetzten Rieselkondensator.Iti the drawing is the invention in three embodiments shown, namely the figures each show the scheme of a circuit operated Internal combustion engine. with a trickle condenser inserted into the circulation line.

leim Ausführungsbeispiel nach Abb. i werden die vom Kreislaufgas getrennten Verbrennungsprodukte und Gasreste nach außen abgeschoben.In the embodiment according to Fig. i, the separated from the cycle gas Combustion products and gas residues are pushed to the outside.

Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 werden die für den Kreislauf noch verwertbaren Gasreste wiedergewonnen und dem Kreislauf wieder zugeführt.In the embodiment according to Fig. 2 are those for the circuit still usable gas residues recovered and fed back into the cycle.

Dies geschieht auch beim Ausführungsbeispiel nach .A1)1).3, bei welchem neben dem Sauerstoff auch Stickstoff ergänzt wird.This also happens in the embodiment according to .A1) 1) .3, in which in addition to oxygen, nitrogen is also supplemented.

In allen Ausführungsbeispielen bezeichnet i den im Kreislauf zu betreihenden Motor, 2 dessen Ansaugeleitung und 3 seine Auspuffleitung, die als Kreislaufleitung 4 wieder zum Ansaugerohr 2 der ßrennkraftmaschine i zurückfuhrt. In die Kreislaufleitung 4 mündet die Sauerstoffeinblasedüse 5, z. ß. einer Sauerstofflasche 6 ein. Außerdem steht die Kreislaufleitung .4 durch einen Frischluftstutzen 7 mit der Außenluft in Verbindung, die durch ein Absperrglied 8 wahlweise dem Ansaugerohr 2 zu- oder von diesem abgeschaltet werden kann. Zweckmäßig ist das .Absperrglied 8 derart angeordnet, daß es bei Freigabe des Luftstutzens 7 die Kreislaufleitung 4 absperrt, und umgekehrt.In all the exemplary embodiments, i denotes the one to be operated in the circuit Engine, 2 its intake line and 3 its exhaust line, which is used as a circulation line 4 again leads back to the intake pipe 2 of the ßrennkraftmaschine i. In the circulation line 4 opens the oxygen injection nozzle 5, z. ß. an oxygen cylinder 6. aside from that is the circulation line .4 through a fresh air connection 7 with the outside air in connection, which by a shut-off member 8 either to the intake pipe 2 or can be switched off from this. The shut-off member 8 is expediently arranged in such a way that that it shuts off the circuit line 4 when the air nozzle 7 is released, and vice versa.

Gemäß der Erfindung ist nun in die Kreislaufleitung 3; 4, und zwar vorzugsweise vor der Sauerstoff zuführungsstelle 5, ein Riesel- oder Einspritzkondensator 9 angeordnet. Dieser besteht aus einem Gasführungslabyrinth io beliebiger Ausgestaltung, das derart angeordnet ist, daß die vom Motor herkommenden Auspuffgase auf ihrem Weg durch den Kondensator möglichst lange und oft die Flüssigkeitswand durchströmen müssen bzw. möglichst innig mit der Flüssigkeit in Berührung gelangen. Zweckmäßig strömen die Gase im Gegenstrom zur lZieselflüssigkeit durch den Kondensator, d. h. sie strömen von unten zu und oben ab, während die lZieselflüssigkeit zweckmäßig von einem Sprühring i i zugeführt wird, und durch einen Trichterboden 12 des Kondensators 9 abfließt. Die Entfernung der Kondensatorflüssigkeit erfolgt durch eine Flüssigkeitspumpe 13, und zwar fördert diese nach Abb. i einfach nach außen bzw. ins Freie.According to the invention is now in the circuit line 3; 4, namely preferably in front of the oxygen supply point 5, a trickle or injection condenser 9 arranged. This consists of a gas routing labyrinth of any design, which is arranged so that the exhaust gases coming from the engine on their Pass through the condenser as long as possible and flow through the liquid wall as often as possible must come into contact with the liquid as closely as possible. Appropriate the gases flow in countercurrent to the siliceous liquid through the condenser, i. H. they flow in from below and out of the top, while the pebble fluid is expedient from a spray ring i i, and through a funnel bottom 12 of the condenser 9 drains. The condenser liquid is removed by a liquid pump 13, namely it simply conveys it to the outside or to the open air, as shown in Fig. I.

Die Wirkungsweise der geschilderten Anordnung nach Abb. i ergibt sich aus der Zeichnung ohne weiteres: Die Auspuffgase der Brennkraftmaschine strömen durch das Auspuffrohr 3 und die Kreislaufleitung 4 nach erfolgter Kühlung und Reinigung (lern Ansaugerohr 2 der Brennkraftmaschine als nicht brennbarer Gasanteil der Ladung wieder zu. Die Zuführung des für die Verbrennung notwendigen Sauerstoffes erfolgt durch die Düse 5 aus der Flasche 6 unter einem geregelten Druck, und zwar dient als Regler ein Abgasprüfer 14. Was die Kondensatorwirkung betrifft, so durchströmen den Kondensator die ganzen Abgase aus der Brennkraftmaschine i. Der bei der Verbrennung anfallende Wasserdampf wird kondensiert. Anfallende Kohlensäure und Schwefeldioxyd bei genügend großem Wasserdurchsatz gelöst. Beide strömen also zusammen mit dem kondensierten Wasser mit der Rieselflüssigkeit ab uiic1 werden durch die Pumpe 14 ins Freie gefördert.The mode of operation of the described arrangement according to Fig. I results from the drawing without further ado: The exhaust gases from the internal combustion engine flow through the exhaust pipe 3 and the circuit line 4 after cooling and cleaning (learn intake pipe 2 of the internal combustion engine as a non-combustible gas component of the charge again to. The oxygen required for combustion is supplied through the nozzle 5 from the bottle 6 under a regulated pressure, namely serves as a regulator an exhaust gas tester 14. As far as the condenser effect is concerned, so flow through the condenser all the exhaust gases from the internal combustion engine i. The one in the incineration Accumulating water vapor is condensed. Accumulated carbon dioxide and sulfur dioxide dissolved when the water throughput is high enough. So both flow together with the Condensed water with the trickle liquid from uiic1 are released by the pump 14 promoted outdoors.

Ein Teil der Kohlensäuremoleküle bleibt auch während des Durchganges durch den Kondensator von Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen umgeben, so daß sie mit der Kondensatorflüssigkeit, insbesondere Wasser, nicht in Berührung kommen und deshalb auch nicht gelöst werden. Fördert nun die Pumpe 13 die Kondensatorflüssigkeit nach dem Ausführungsbeispiel von Abb.2 in einen Windkessel 15, so geht in diesem durch die Druckerhöhung weitere Kohlensäure in Lösung, und sowohl der in der Kondensatorflüssigkeit noch vorhandene Stickstoff und Sauerstoff sammeln sich im oberen Abschnitt dieses Kessels, von dem eine Gasleitung 16 zur Kreislaufleitung 4 zurückführt. In Strömungsrichtung des Kreislaufgases gesehen, mündet die Leitung 16 hinter dem Rieselkondensator vor oder hinter der Sauerstoffdüse 5 ein. Der Durchtrittsduerschnitt der Leitung 16 wird durch ein im Windkessel 15 angeordnetes Steuerventil 17 gesteuert. Sobald der Flüssigkeitsspiegel durch die im Gasraum des Windkessels sich sammelnde Gasmenge so weit nach unten gedrückt worden ist, daß der Schwimmer das Ventil 16 öffnet, blasen die Gase durch die Leitung 16 in die Kreislaufleitung 4 ab. Praktisch ist der Ablauf des Kreislaufbetriebes also derart, -daß der Stickstoffanteil der Abgase erhalten bleibt, und lediglich der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff ersetzt wird.Some of the carbonic acid molecules remain during the passage surrounded by the condenser of nitrogen and oxygen molecules so that they do not come into contact with the condenser liquid, especially water, and therefore cannot be resolved. The pump 13 now delivers the condenser liquid according to the embodiment of Fig.2 in an air chamber 15, so goes in this by increasing the pressure further carbonic acid in solution, as well as that in the condenser liquid any remaining nitrogen and oxygen collect in the upper section of this Boiler from which a gas line 16 leads back to the circulation line 4. In the direction of flow seen of the cycle gas, the line 16 opens before the trickle condenser or behind the oxygen nozzle 5. The passage diameter of the line 16 is controlled by a control valve 17 arranged in the air chamber 15. Once the Liquid level due to the amount of gas collecting in the gas space of the air chamber has been pushed down so far that the float opens valve 16, blow the gases through line 16 into circulation line 4. Is practical the sequence of the cycle operation so in such a way that the nitrogen content of the exhaust gases is retained and only replaces the oxygen required for combustion will.

Dennoch wird der Stickstoffanteil im Laufe des Betriebes geringer werden. Einerseits gelangt er in Blasenform durch die Leitung 19 nach außen und andererseits löst er sich, wenn auch in sehr geringer Menge, im Kondensatorwasser auf. Teilweise wird dieser Verlust durch den je nach dem Reinheitsgrad des Sauerstoffes noch in diesem vorhandenen Stickstoff ausgeglichen. Bei Wasserfahrzeugen mit einer Sauerstoffgewinnungsanlagehat man die Wahl des Reinheitsgrades in der Hand und es ist dieser dort außerdem mit Rücksicht auf den begrenzten Auf-Nvand der Anlage auch an sich nicht so groß, wie lief einer ortsfesten Anlage.Nevertheless, the nitrogen content is lower in the course of operation will. On the one hand, it reaches the outside and in the form of bubbles through the line 19 on the other hand, it dissolves in the condenser water, albeit in a very small amount on. This loss is partly due to the degree of purity of the oxygen still balanced in this existing nitrogen. For vessels with a Oxygen recovery system you have the choice of the degree of purity in your hand and it This is also there with regard to the limited space on the system not as big in itself as a stationary system ran.

Darüber hinausgehende Stickstoffverluste werden durch die Zugabe von Stickstoff oder Preßluft aus der Flasche 18 nach Abb. 3 ersetzt, die zweckmäßig ebenfalls durch den Abgasprüfer 14 gesteuert wird. Da es praktisch nicht durchführbar ist, den Stickstoff vollständig von der Kohlensäure zu trennen, muß man sich damit begnügen, den Kohlensäuregehalt eben möglichst gering zti halten. Der Sättigungsgrad der Kondensatorflüssigkeit bestimmt den Partialdruck, und wie groß dieser sein darf, damit der Aufwand für die Kondensatoranlage und die erforderliche Wassermenge nicht zu groß wird, andererseits aber keine wesentlichen Änderungen im Betriebsverhalten des Motors eintreten, hängt von den Einzelheiten des jeweiligen Betriebes ab. Das Gasprüfgerät 14 hält, wie bei der Sauerstoffzumessung durch Zugabe von Preßluft das Mischungsverhältnis auf gleicher Höhe, so daß die Zusammensetzung des dein :Motor zuströmenden Gases weitgehend derjenigen der Luft entspricht. Da bei der oben geschilderten Betriebsweise der Sauerstoffiiberschuß nicht verlorengeht, kann der Sauerstoffanteil des Kreislaufgases unabhängig von der Belastung auf 20% gleichgehalten werden. Der Motor läuft dann, wie im Luftbetrieb bei kleinerer Last mit einem höheren Sauerstoffüberschuß, nur daß in diesem Falle nicht Stickstoff, sondern Kohlensäure das inerte Gas ist. Der Kohlensäuregehalt hängt von der mit den Abgasen in Berührung gelangenden Wassermenge ab bzw. von der Kohlensäuremenge, die im Wasser gelöst wird. In beiden Fällen muß jeweils nur die verbrannte Sauerstoffmenge dem Umlaufgas wieder zugesetzt werden. Dies geschieht am einfachsten durch Einströmenlassen des Sauerstoffes bei überkritischem Druck mit Regelung durch Änderung des Druckes. Die Grobeinstellung kann zwangsläufig durch die Brennstoffregelstange erfolgen. Diese Sauerstoffnachregelung übernimmt <las Abgasprüfgerät, das ein gleichbleibendes Mischungsverhältnis aufrechterhält.Any excess nitrogen losses are caused by the addition of Nitrogen or compressed air from the bottle 18 according to Fig. 3 replaced, the appropriate is also controlled by the exhaust gas tester 14. As it is not practically feasible is to completely separate the nitrogen from the carbonic acid, one has to deal with it content to keep the carbon dioxide content as low as possible. The degree of saturation the condenser fluid determines the partial pressure and how high this may be, so the effort for the condenser system and the required amount of water are not becomes too large, but on the other hand no significant changes in the operating behavior of the engine depends on the details of the particular operation. That Gas testing device 14 holds, as in the case of oxygen metering by adding compressed air the mixing ratio on the same level, so that the composition of your: engine inflowing gas largely corresponds to that of the air. There the excess oxygen is not lost in the operating mode described above, the oxygen content of the cycle gas can be reduced to 20% regardless of the load be kept the same. The motor then runs like in air mode with a lower load with a higher excess of oxygen, only that in this case not nitrogen, but carbonic acid is the inert gas. The carbonation level depends on the with the amount of water coming into contact with the exhaust gases or the amount of carbonic acid, which is dissolved in the water. In both cases, only the amount of oxygen burned is required be added back to the circulating gas. The easiest way to do this is to let it flow in of oxygen at supercritical pressure with regulation by changing the pressure. The coarse adjustment can inevitably be made by the fuel control rod. This oxygen readjustment is carried out by the exhaust gas testing device, which is a constant Maintains mixing ratio.

Claims

PAT ENT A: VSI'RÜCHE: t. Process for operating internal combustion engines in a cycle, characterized in that the exhaust gases are fed to a trickle condenser, for the purpose of cooling the gases, the gaseous and vaporous combustion products by dissolving and condensing gas used as cycle gas, z. B. nitrogen or carbonic acid to separate and <las circulating gas with the supply of oxygen necessary for the combustion of the internal combustion engine for further operation @vieder supply.

2. The method according to claim r, characterized characterized in that the condensate and trickle liquid mixture flowing out of the condenser, z. ß. supplied by a pump to an air chamber provided with a gas discharge line, to excrete from the mixture with outgoing nitrogen and oxygen, and both Gases of the internal combustion engine also supplies again for further operation.

3. Procedure according to claims r and characterized in that the z. B. by leakage occurring nitrogen loss by supplying fresh nitrogen or compressed air or impure oxygen is replaced in the internal combustion engine.

Method according to the claims r to 3, characterized in that the oxygen and optionally also the Nitrogen or compressed air supply through a regulator influenced by an exhaust gas tester is controlled.

5. Device for performing the method according to the claims r bis, 4, characterized in that in the downstream of the trickle condenser A float valve controlling the gas discharge line is arranged in the air vessel and the air chamber is under external pressure via its liquid discharge line.

6. Apparatus according to claim 5, characterized in that the gas line of the air vessel opens into the circulation line behind the gas line of the trickle condenser and the junction of the oxygen line and the junction of the compressed air or nitrogen supply line is located behind the wind boiler gas line.

7. Device according to claims 5 and 6, characterized in that the oxygen supply and possibly also a nitrogen and compressed air supply line regulating gas detector behind the oxygen supply line junction or between the latter and the nitrogen or pressure air supply line opening is arranged, and the controller influenced by this z. B. the relief valves of Gas cylinders controls.