DK145353B - Forbraendingsmotoranlaeg med en trykladet,vandkoelet motor - Google Patents

Description

145353 1 Opfindelsen angår et forbrændingsmotoranlæg med en trykladet, vandkølet motor og af den i krav l's indledning angivne art.

5 Det er fra DE-AS 24 43 055 eller DD-PS 103 071 kendt til energigenvinding fra spildegasseme og kølevandet i en motor ved hjælp af dampkredsløb i et anlæg af den omhandlede art at foretage en opdeling i et højtrykskredsløb, der opvarmes af spildegasseme, og et andet 10 kredsløb, LT, med lavere tryk og lavere temperatur, hvilket sidste kredsløb udnytter spildevarmen fra kølevandet. Arbejdsmediet i disse dampkredsløb, fortrinsvis vand, bliver herved ophedet og fordampet og efter omstændighederne tillige overhedet, før de tje-15 ner til drift af mindst en turbine* og bliver atter kondenseret, medens turbinen driver en elektrisk generator eller en anden arbejdsmaskine. En genvinding af kompressionsvarmen i ladeluften er ikke påtænkt ved sådanne anlæg.

20 I "Schiff- & Hafen/Kommandobrucke" 29 (1977* hefte 5> side 488/489) er der beskrevet et anlæg, i hvilket alle spildevarmekilderne - spildegas, ladeluft og kølevand - er forbundet over et fælles dampkredsløb, 25 hvis arbejdsmedium efter hinanden passerer en varmeveksler for energiovergang fra motorens kølevand, en ladeluftkøler for den komprimerede ladeluft og til slut en spildegasopvarmet spildevarmekedel.

30 Energigenvindingen i dette anlæg er forholdsvis lille, da alle tre spildevarmekilder bliver gennemstrømmet af den samme mængde arbejdsmedium. Navnlig rekuperationen af varmen fra ladeluftkøleren og fra motorens kølevandskredsløb er derfor på ingen måde optimal.

35 145353 2 1 Den foreliggende opfindelse tager sigte på at forbedre et anlæg af det første af de ovenfor beskrevne arter således, at der kan genvindes så megen energi som muligt, og at den termiske totalvirkningsgrad af anlægget 5 bliver forøget, idet temperaturniveauet af den genvundne varme under liensyn til den arbejdsydende ekspansion skal være så højt som muligt.

Dette opnås ifølge opfindelsen ved, at anlægget er ud-10 formet som angivet i krav l's kendetegnende del.

Ligesom ved motoren i "Schiff- und Hafen/Kommandobrucke" danner kompressionsvarmen i ladeluften en ekstra tilgængelig spildevarmekilde. I modsætning til det kendte 15 anlæg tillader dog den uafhængige opvarmning og dampfrembringelse ved hjælp af de to spildevarmekilder i LT-dampkredsløbet ikke blot i hvert af de to kredsløb at tilpasse den frembragte damp med hensyn til mængde, tryk og temperatur individuelt til de energimængder, 20 der står til disposition i de enkelte spildevarmekilder, men yderligere kan inden for LT-dampkredsløbet de to spildevarmekilder ladeluft og kølevand, der ligger på forskellige temperaturniveauer, og i hvilke yderligere, da arbejdsmediet ligger i forskellige faser, var-25 meoverførselsbetingelserne er forskellige, udnyttes optimalt.

Anvendelsen af den i og for sig kendte hedtvandskøling af motoren, hvilken anvendelse dog hidtil ikke er ud-30 nyttet i praksis, f.eks. på grund af risikoen for en mulig dampblæredannelse eller på grund af det højere temperaturniveau af de derigennem kølede cylindre, muliggør en forbedring af energigenvindingen i trin.

Den derved opnåede temperaturforøgelse af kølevandet 35 hæver den spildevarme, der kan udvindes fra motorens 3 145353 1 køling, til et temperaturniveau, der korresponderer meget godt med de temperaturer ved udnyttelsen af kompressionsvarmen i ladeluften, der kan opnås på dampsiden uden ekstrem indsats for varmevekslerfladerne.

5 Ved anvendelse af et hedtvandskølekredsløb, der af hensyn til det cirkulerende vand er fuldstændig adskilt fra dampkredsløhet og med hensyn til sit trykniveau er afpasset fuldstændig til motorens behov, bliver det muligt at sammenfatte spildevarmeudnyttelsen af kølevan-10 det og fra ladeluften i et fælles dampkredsløb - med af hinanden uafhængige varmevekslersystemer for ophed-ningen og for fordampningen af arbejdsmediet.

Fordelagtige foranstaltninger til opdeling og regule-15 ring af arbeodsmediumgennemstrømningen gennem varme-overføringssystemerne for de på motoren tilbagevirkende varmekilder, d.v.s. kølevandsgenkølingen og lade-luftkølingen, er genstand for underkrav, idet den for motordriften vigtige kølevandsudløbstemperatur og/eller 20 ladeluftindløbstemperaturen i motoren bruges som reguleringsstørrelser.

Ved en regulering af den i kondensatoren fra det andet dampkredsløb bortførte varme kan der sikres en til-25 strækkelig varmebortførsel fra kølevandet i motoren og/eller fra ladeluften, f.eks. også, hvis der opstår forstyrrelser ved dampturbinen, eller turbinen svigter.

Den nødvendige varmebortførsel kan på den anden side også sikres, når der i det andet dampkredsløb, for-50 trinsvis i strømningsretningen for arbejdsmediet, før de parallelle varmevekslere for spildevarmen er indbygget en ekstra køler.

Hvis temperaturniveauet er gunstigt, er det muligt 55 foruden turbinerne til frembringelse af mekanisk 145353 4- 1 arbejde på kendt måde i det ene af kredsløbene eller i begge kredsløb at indskyde en eller flere uafhængige varmeforbrugere, d.v.s. varmeforbrugere, der kun står i forbindelse med dampsystemerne indirekte over varme-5 vekslere, idet der herved kan opnås en forbedring af den termiske totalvirkningsgrad af anlægget.

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til 10 tegningen, der viser en udførelsesform for forbrændingsmotoranlægget .

Til en kun skematisk vist motor 1 hører en ladegruppe, hvis ladeluftblæser 3 tilsuger luft fra atmosfæren 15 gennem en ledning 4- og transporterer luften gennem en ledning 6 til motoren 1. I ledningen 6 findes en ladeluf tkøler 7 for den komprimerede luft.

Ladeluftblæseren 5 er drevet af en spildegasturbine 8 20 over en aksel 10, idet de varme udstødsgasser fra motoren 1 er ført til turbinen 8 gennem en ledning 9 og efter ekspansion i turbinen 8 føres bort gennem en ledning 11, i hvilken der er indskudt en varmeveksler 12.

25

Varmeveksleren 12 tjener som fordamper og overheder for arbejdsmediet i et konventionelt dampkredsløb 13, der arbejder med forholdsvis høje tryk og tjener til udnyttelse af spildegasvarme. I et kredsløbssystem trans-30 porterer en første pumpe 15 arbejdsmedium, f.eks. vand, fra en kedel 14- over en forvarmer 16 til fordamperrør i den spildegasopvarmede varmeveksler 12 og derfra tilbage til damp rummet i kedlen 14·. I en forvarmer 16 afgiver arbejdsmediet varme til kondensatet, der fra en 35 kondensator 17 pumpes til kedlen 14-. Den damp, der 5 145353 1 dannes i fordamperrørene, bliver fra kedlen 14 tilført til overhederdelen i varmeveksleren 12 og når fra denne ind i en dampturbine 18, der f.eks, driver en elektrisk generator 19· 5

Den i turbinen 18 ekspanderede damp strømmer så til kondensatoren 17, fra hvilken en anden pumpe 20 transporterer kondensatet til opvarmning i forvarmeren 16 og derefter til vandrummet i kedlen 14. Da der ved dette 10 system 13 til udnyttelse af spildegasvapme er tale om en kendt og mange gange anvendt indretning, beskrives virkemåden ikke nærmere her.

Ved motoren 1 er der yderligere vist et kølevandskreds-15 løb 21, der indeholder en køler 22, en pumpe 23 og en kunstig højtank 24. Den i og for sig kendte hedtvands-køling adskiller sig fra de gængse kølesystemer ved, at den arbejder ved temperaturer over 100° C. F.eks. kan kølevandet forlade motoren 1 ved omkring 120° C og 20 strømme ind i en tilbagekøler 22 og afkøles i denne omkring 10° til 110° C og derefter, transporteret af pumpen 22, strømme tilbage til motoren 1.

Da fordampning må forhindres i dette kølevandskredsløb, 25 står kredsløbsystemet under et overtryk, der ved hjælp af den kunstige højtank 24 og med brug af komprimeret luft f.eks. holdes på 5 ata.

Som varmeoptagende medium tjener der i hedtvandstil-30 bagekøleren 22 og i ladeluftkøleren 7 et arbejdsmedium i et andet dampkredsløb 25. Denne indeholder ved den viste udførelsesform en fødepumpe 26, af hvilken arbejdsmedium, i almindelighed vand, transporteres fra en kondensator 27 til et forgreningspunkt 28. I dette 35 punkt opdeles vandstrømmen på to parallelt gennemstrømmede ledningssystemer 29 og 60, af hvilke det ene 6 145353 1 indeholder varmeoptagende, sekundære rørslanger i køleren 7, medens det andet indeholder sådanne slanger i tilhagekøleren 22. I disse to delsystemer hiiver vand ved hjælp af den varme, der bortføres fra kølerne, om-5 dannet til mættet damp.

Delstrømmene, der atter er forenet i et punkt 31¾ når til en dampturbine 32, ekspanderes i denne og tilføres i tilslutning hertil kondensatoren 27· Turbinen 32 dri-10 ver herved f.eks. en elektrisk generator 33·

Den kondensationsvarme, der skal bortføres fra kondensatoren 27, bliver optaget af et kun skematisk vist kølevands system 34-· Dot ved den viste udførelsesform 15 åbne system 34- indeholder foruden køleslanger 35 i kondensatoren 27 en pumpe 36, på hvis trykside der er af-grenet en med en regulerbar afspærrings- og drøvleor-gan 37 forsynet shunt- eller udløbsledning 38· Organet 37 og ledningen 38 har til formål at muliggøre en re-20 gulering af køleydelsen af kondensatoren 27, som det vil blive beskrevet nedenfor.

Ved den viste udførelsesform for anlægget sker opdelingen af arbejdsmediummængden på de to delsystemer 39 25 og 30 til dampfrembringelse ved hjælp af regulerbare drøvleorganer 39 og 4-0, til hvilke der føres indstillingssignaler fra et regulerings- eller styreapparat 4-1 over ledninger 4-2 og 4-3. Et tredie indstillingssignal føres over en ledning 44- til drøvleorganet 37 i shunt-30 eller afløbsledningen 38 for kondensator-kølekredslø-bet 34·.

Styre- eller reguleringsorganet 4-1 modtager som indgangssignaler måle-værdier fra to temperaturfølere 4-5 35 og 4-6, ved hjælp af hvilke kølevandsudløbstemperaturen 7 145353 1 og ladeluftindløbstemperaturen til motoren "bliver målt.

Disse temperaturer, der f.eks. med fordel kan holdes på en konstant størrelse, tjener som reguleringsstørrelse i apparatet 4-1, der tillige har ikke viste midler til 5 en skal-værdiindstilling for de nævnte temperaturer.

Som allerede nævnt, kan en kondensator, hvis køleydelse er regulerbar, fordelagtigt bygges og dimensioneres således, at der er sikret en tilstrækkelig køling af kø-10 levandet og af ladeluften til motoren 1, hvis der skulle opstå forstyrrelser i eller en svigten af dampturbinen J2. På den anden side er det under visse imstændigheder også hensigtsmæssigt til denne opgave at indskyde en ekstra, regulerbar køler 4-7 i dampkredsløbet 25, som an-15 tydet på tegningen mellem pumpen 26 og afgreningspunkt-et 28. Køleren 4-7 er til regulering af sin køleydelse f.eks. på sin kølemiddelside 4-8 forsynet med en over et drøvleorgan 4-9 regulerbar shuntledning 50. fil idrifbesættelse og regulering kan f.eks. tjene det samme sig-20 nal, ved hjælp af hvilket også køleydelsen for kondensatoren 27 bliver forandret.

Virkemåden af reguleringen til opdeling af arbejdsme-diet skal forklares ved hjælp af et eksempel. Idet man 25 går ud fra en ligevægtstilstand, antages det, at temperaturføleren 46 viser en for høj temperatur af ladeluften. På denne afgivelse fra den indstillede skal-værdi reagerer systemet f.eks. med en drøvling af organet 40 og en åbning af organet 39, hvorved opdelingen af 30 arbejdsmediet på de to ledningssystemer 29 og 30 bliver forandret, og der tilføres en større mængde "kølemiddel" til luftkøleren 7-

Ved disse indgreb bliver imidlertid så den i og for sig 33 tilstedeværende ligevægt i ledningssystemet 30 for var- 8 145353 1 mebortførsel fra motorens l's kølevand forstyrret. Denne forstyrrelse imødegås af apparatet 4-1 ved en samtidig drøvling af organet 37, hvorved kølevandsstrømmen gennem kondensatoren 27 bliver forøget, og temperatu-5 ren af det vand, der strømmer til kølerne 7 og 22, bliver nedsat. Også ved en mindre mængde tilstrømmende “kølemiddel" sikres derved den i og for sig til opretholdelse af den ønskede temperatur af kølevandet nødvendige varmebortførsel.

10

For at tydeliggøre forskellen mellem det første dampkredsløb til spildegasvarme-genvinding og det andet dampkredsløb ved anlægget ifølge opfindelsen, er de ved en passende dimensionering af systemerne herskende 15 temperaturer og tryk påført på tegningen på nogle punkter af de nævnte kredsløb. Tillige er for samme dimensionering af anlægget virkningerne af ladeluft- og hedtvandskølingen skønnet, og de temperaturer, der derved optræder ved indgangen og ved udgangen fra kølerne , 20 7 og 22 i arbejdsmediet og i dampstrømmen er optegnet.

Den forklarede udførelsesform tydeliggør og viser, hvorledes dels hedtvandskølingen og ladeluftkølingen på enkel og hensigtsmæssig måde kan sammenkobles til en ' 25 forbedring af den samlede virkning af anlægget med dampkredsløbet 25 ifølge opfindelsen.

Endvidere kan dampturbinerne 18 og 32 forbindes til drift af en enkel generator på en aksel. Det er også 30 tænkeligt at føre begge varmeføringssystemer 7 og 22 til én kedel til fordampning af arbejdsmediet.

Ligeledes kan de to kondensatorer 17 og 27 samt pumperne 20 og 26 principielt forenes til et enkelt system.

35 I det sidste tilfælde er ekstra regulerings- og styre- 1 midler så nødvendige til en hensigtsmæssig mængdeop deling af de to opstående delstrømme.

9 145353

Desuden er det tænkeligt, at man kan aftage energi til 5 opvarmningsformål på kendt måde fra det ene af damp-kredsløbene eller fra begge disse, f.eks. ved en passende aftapning i de pågældende turbiner efter partiel ekspansion.

Claims (3)

145353 PATEHTEEiT

1. Forbrændingsmotoranlæg med en trykladet, vandkø- let motor, endvidere med mindst én ladegruppe, i hvis ladeluftledning der findes mindst én luftkøler, og med dampkredsløb, i hvilke spildevarme fra motoren tjener 5 til opvarmning og til fordampning af arbejdsmediet, der i det mindste delvist til arbejdsydende ekspansion tilføres til mindst én dampturbine, idet der på i og for sig kendt måde til spildevarmeudnyttelse fra spildegasserne er indskudt et første dampkredsløb med højere 10. tryk- og temperaturniveau og til udnyttelse af spilde-varmen i kølevandet et andet dampkredsløb med lavere tryk- og temperaturniveau, kendetegnet ved, at komprimeret ladeluft og kølevand i adskilte varmeoverføringssystemer (7, 22) tjener som varme- 15 kilder i lavtrykskredsløbet (25) til ophedning og fordampning af arbejdsmediet, og at kølevandskredsløbet (21) fra motoren er udformet som et hedtvandskredsløb, der står under overtryk og har kølevandstemperaturer på over 100° C. 20

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet ved, at arbejdsmediet i lavtrykskredsløbet (25) er opdelt på ladeluftkøleren (7) og kølevandstilbagekøleren (22) i afhængighed af temperaturen af den kølede ladeluft ved 25 udløbet fra ladeluftkøleren (7) og/eller temperaturen af kølevandet ved udløbet fra motoren (1).

3. Anlæg ifølge krav 2, kendetegnet ved, at der for hver delmængde af det opdelte arbejdsme- 30 dium findes en egen fødepumpe. h. Anlæg ifølge et af kravene 1 til 3, kendetegnet ved, at køleydelsen af kondensatoren