DK170217B1 - Stor trykladet forbrændingsmotor og fremgangsmåde til drift af en køler til afkøling af en sådan motors indsugningsluft. - Google Patents

Description

i DK 170217 B1

Opfindelsen angår en stor trykladet forbrændingsmotor, såsom en hovedmotor i et skib, med en kompressor, der leverer skylle- og ladeluft til motorens cylindre, og med en køler til afkøling af luften fra kompressoren.

5 Komprimeringen af indsugningsluften i kompressoren medfører, at luftens temperatur stiger. I køleren afkøles luften inden tilledningen til cylindrene, så disse kan fyldes med en tilstrækkelig stor luftmængde til at forbrændingsprocessen forløber med det ønskede 10 luftoverskud.

Fra britisk patent 1 496 548 kendes en lille dieselmotor, hvor indsugningsluften passerer gennem en venturidyse beliggende mellem en kompressor og motorens cylindre. Venturidysen suger vand fra en vandtank, så 15 luften køles ved fordampning af vandet. I patentet angives at kølemetoden er anvendelig ved motorer med en effekt på under 150 hk, dvs. på meget små dieselmotorer.

Den ved fordampning opnåelige køling er forholdsvis begrænset og helt utilstrækkelig ved store dieselmo-20 torer, hvor opnåelse af bedst mulige forbrændingsbetingelser er af stor betydning for opnåelse af god driftsøkonomi. Vandindholdet i mættet luft stiger meget kraftigt med stigende lufttemperatur. Som følge af, at lufttemperaturen efter fordampningskølingen stadig er 25 forholdsvis høj, indeholder luften ved tilgangen til forbrændingskamrene store mængder vand, hvilket påvirker forbrændingen i negativ retning og medfører et meget stort vandforbrug, som ved større motorer vil nå op på helt uantageligt omfang.

30 I store totakts dieselmotorer har køleren i mange år været udformet som en rør finnekøler, hvor kølevandet strømmer gennem rørene og luften ledes forbi tætliggende finner monteret på ydersiden af rørene. Anvendelsen af en rørfinnekøler har traditionelt set været begrundet 35 med, at køleren på luftsiden har et stort overfladeare- 2 DK 170217 B1 al, og at denne kølertype kan bortlede de meget store varmemængder, som dannes ved komprimeringen af indsugningsluften i store totakts motorer til et tryk på fx over 3 bar. t 5 Rørfinnekølerne kræver megen vedligeholdelse, dels fordi finnerne fanger urenheder fra luften, dels fordi køleren anvender saltvand, som giver belægninger og oxiddannelse på indersiden af rørene, dels fordi vandet virker korroderende på rørene, navnlig hvis kølevandet 10 indeholder forureninger, såsom svovlsulfid og ammoniak, der virker stærkt nedbrydende på kobberlegeringer. Afsætningerne på rør og finner virker isolerende og dermed hæmmende på afkølingen af luften. Det er således nødvendigt med jævne mellemrum at rense køleren for 15 belægninger og kontrollere dens tilstand, hvilket er arbejds- og omkostningskrævende. Som følge af den korrosive nedbrydelse af rør og finner har rørfinnekø-leren væsentlig kortere levetid end motoren, og må normalt udskiftes i løbet af motorens levetid. Disse 20 ulemper har i en lang årrække været accepteret .af skibsredere og på stationære kraftværker, hvor store forbrændingsmotorer anvendes til drift af generatorer.

Opfindelsen har til formål til en stor motors indsugningssystem at anvise en køler, som har stor 25 kølekapacitet, er effektivt virkende og driftsikker samt kun kræver ringe vedligeholdelse.

Med henblik herpå er motoren ifølge opfindelsen ejendommelig ved, at køleren er indrettet til at bringe skylle- og ladeluften i direkte kontakt med kølevandet * 30 ved trykforstøvning af vandet i luften, at køleren har flere efter hinanden beliggende forstøverafsnit, og at der i det mindste mellem to forstøverafsnit er et * dråbefangerafsnit, hvor vanddråber bliver udskilt fra luften.

3 DK 170217 B1 Køleren som helhed har ikke noget større vandforbrug på trods af, at kølingen frembringes ved trykforstøvning af vand. Dette skyldes, at luften efter opfugtningen køles ned i nærheden af kølevandets 5 temperatur, så vandindholdet i luften bringes ned på meget lavt niveau, og det forstøvede vand genudvindes fra luften.

Ved at sprøjte vandet direkte ind i luften opnås særdeles høje varmeovergangstal mellem vand og luft og 10 dermed en effektiv og hurtigt virkende afkøling. Forsøg har vist, at den direkte kontakt mellem vand og luft kan give varmeovergangstal, der er fra 50-100 gange højere end varmeovergangstallene i en rørfinnekøler, hvor varmen skal transporteres gennem finnerne og rørvæggene.

15 De høje varmeovergangstal gør det muligt at reducere kølevandsmængden, hvilket giver mindre energiforbrug til pumpning af vandet, ligesom rørsystemerne og pumperne kan have mindre størrelse. Da køleren ikke anvender indre kølerør, falder vedligeholdelsen på disse natur-20 ligvis bort.

Ved kølerens materialevalg skal der ikke tages hensyn til materialernes varmeledningsevne, og i modsætning til ved den kendte rørfinnekøler kan materialerne derfor vælges ud fra andre faktorer, såsom deres 25 evne til at modstå korrosive angreb fra luft og kølevand, hvilket giver køleren lang og stort set vedligeholdelsesfri levetid.

Trykforstøvningen af vandet ind i luften muliggør udsprøjtning af meget store vandmængder i luften, så 30 kølevirkningen delvis opnås ved vandets fordampning, delvis ved direkte varmeovergang mellem luft og vand.

Ved at indsprøjte en vandmængde, som er mange gange større end den vandmængde, der medgår til opfugtnning af luften, fremkaldes meget tilfredsstillende køling af 35 luften, dvs. en køling sammenlignelig med eller bedre DK 170217 B1 4 end kølingen frembragt af de kendte rørfinnekølere.

*

Trykforstøvningen giver fine vanddråber i luften og dermed en stor kontaktoverflade mellem vand og luft. Da midlerne til forstøvning af vandet kun optager meget * 5 ringe plads i køleren, bliver luftens trykfald over køleren væsentligt mindre end i de kendte rørfinnekø-lere, hvilket bidrager til at forbedre motorens virkningsgrad.

I hvert af kølerens for støver af snit udsættes luften 10 for kraftig afkøling, og kølingen i flere trin muliggør en afkøling til få grader over kølevandets tilgangstemperatur. I første køletrin vil der samtidig med afkølingen uvilkårligt ske opfugtning af luften til 100% relativ fugtighed. Vandmængden i fugtighedsmættet luft 15 vokser kraftigt med stigende temperatur, og afkølingen i trinnene efter opfugtningen fører derfor til udkondenser ing af ferskvand fra luften.

Anvendelsen af et dråbefangerafsnit efter et forstøverafsnit medvirker til at opnå effektiv køling 20 i det efterfølgende forstøverafsnit, fordi det i dråbefangeren bortledte vand ikke skal afkøles. I det forstøverafsnit, hvor luften køles ned under kondensationsgrænsen, vil eventuelle partikler i luften virke som dråbekimdannere, hvor partiklerne fanges i dråberne, 25 og i det efterfølgende dråbefangerafsnit vil partiklerne blive udskilt sammen med dråberne, så luften renses. Vandforstøvningen vil endvidere give en ekstra skrubbervirkning, der kan fjerne andre urenheder i luften. X det første kondenserende afsnit bliver luften således 30 renset.

Hvis der efter et afsnit med luftrensning er endnu et forstøverafsnit, vil luftens afkøling her føre til udkondensering af ferskvand af høj kvalitet. På et skib kan køleren således producere ferskvand til brug ombord 35 i skibet. Der opnås herved den væsentlige gevinst, at 5 DK 170217 B1 køleren kan overflødiggøre de sædvanlige ferskvandsgeneratorer, som fordamper vand ved så lavt tryk, at spildvarme fra motoren kan udnyttes til fordampningen. Indsugningsluften skal under alle omstændigheder afkøles 5 og ved at udtage ferskvand i forbindelse med denne afkøling, anvendes der en primær varmekilde til ferskvandsproduktionen, hvilket forbedrer motoranlæggets totalvirkningsgrad, fordi der ikke skal anvendes sekundære pumpesystemer og sekundært, energikrævende 10 udstyr til ferskvandsproduktionen. Derudover er der indlysende omkostningsmæssige og vedligeholdelsesmæssige fordele ved at reducere antallet af komponenter i motoranlægget.

Hvis et dråbefangerafsnit er anbragt efter kølerens 15 sidste forstøverafsnit, hindrer dråbefangeren aflejring af vand i indsugningssystemet nedstrøms for forstøverafsnittet og reducerer vandmængden i luften til et niveau, hvor vandindholdet kun påvirker motorprocessen i positiv retning. Det er især fordelagtigt at hindre 20 tilstedeværelsen af store dråber i den gas, der strømmer ind i forbrændingskammeret, idet afsætning af store dråber på cylindervæggens inderside kan vanskeliggøre opretholdelsen af den tynde smøreoliefilm på cylindervæggen.

25 Med henblik på at lette fjernelsen af især fine dråber i luften kan køleren hensigtsmæssigt mellem forstøverafsnittet og dråbefangerafsnittet have et dråbegenereringsafsnit, hvori fine væskedråber i luften samles til noget større dråber, der er lettere at fjerne 30 i dråbefangerafsnittet. Dråbegenereringsafsnittet fører til en stigning i luftens trykfald over køleren, men på den anden side bliver dråbefjernelsen så effektiv, at køleren kan gives fordelagtigt små ydre dimensioner.

I en særlig enkel og kompakt udførelsesform har 35 køleren i et forstøverafsnit flere dyser, som udsprøjter DK 170217 Bl 6 forstøvet vand imod gassens strømningsretning, og ved siden af eller umiddelbart foran dyserne er der anbragt dråbefangere i form af flader, der er skråtstillede i forhold til gassens strømningsretning. Den modstrøms *· 5 udsprøjtning af forstøvet vand giver en hurtig og fin fordeling af vandet i luften og samtidig får forstøverafsnittet kort længde i gasstrømningsretningen. Som følge af det meget høje varmeovergangstal mellem det forstøvede vand og luften, er den væsentligste del af 10 den mulige kølevirkning allerede opnået, når luften er strømmet hen til forstøverdyserne. Dråbefangerne kan derfor anbringes ved siden af eller umiddelbart foran dyserne, hvilket yderligere formindsker kølerens udstrækning i strømningsretningen. De i forhold til 15 gasstrømningsretningen skråtstillede flader påfører luftstrømningen en retningsændring. Vanddråberne har væsentlig større massefylde end luften og vil som følge af deres inerti kun blive afbøjet i mindre grad, og dråberne rammer derfor de skråtstillede flader og hænger 20 ved disse, som kan bortlede det opfangede vand.

I en foretrukket udførelsesform forsyner en trykpumpe forstøverafsnit i køleren med ferskvand, og i det mindste et af kølerens dråbefangerafsnit afleverer ferskvand til en forrådstank, der er tryksat til 25 hovedsagelig samme tryk som lufttrykket i køleren. For at opnå ordentlig forstøvning skal trykket i tilgangsledningen til forstøverne overstige lufttrykket i køleren med en størrelse, der afhænger af forstøverdy-sernes udformning. Af hensyn til bortledningen af vand . t 30 fra dråbefangerafsnittet bør forrådstankens tryk ligge en anelse under lufttrykket i køleren. Tryksætningen af tanken giver den fordel, at trykpumpen kan nøjes med at bibringe kølevandet en for forstøvning af vandet passende trykstigning, og pumpen spares for arbejdet med 35 at pumpe vandet op på niveau med lufttrykket i køleren.

7 DK 170217 B1

Opfindelsen vedrører også en fremgangsmåde til drift af en køler til afkøling af en trykladet forbrændingsmotors indsugningsluft med forstøvet vand efter luften har forladt en kompressor, og inden luften sendes 5 ind i motorens forbrændingskamre. Fremgangsmåden er ejendommelig ved, at luften afkøles i flere trin ved hjælp af trykforstøvning af vand, at vand af frit tilgængelig kvalitet forstøves i luften i kølerens første trin, hvorefter vanddråber fjernes fra luften, og at 10 ferskvand forstøves i luften i et efterfølgende trin, hvorefter vanddråber fjernes fra luften.

Ud over ovennævnte fordele ved at bringe kølevandet i direkte kontakt med luften giver fremgangsmåden mulighed for, at der til opfugtning og afkøling af 15 luften i første trin forbruges vand, som ikke nødvendigvis er rent ferskvand. Hvis der ved motoranlægget findes passende mængder af vand af ringere kvalitet, såsom havvand eller urenset overfladevand fra søer eller andet vand, som har været anvendt til industrielle formål, kan 20 dette vand anvendes i første trin, idet fordampnings-og kondensationsprocesserne i køleren fører til en rensning af vandet, og det i luften forstøvede ferskvand i det efterfølgende trin renser luften for eventuelle urenheder. Der kan på denne vis spares en ferskvands-25 mængde svarende til den til opfugtning af luften medgåede vandmængde.

Ferskvand kan hensigtsmæssigt forstøves i luften i to efter hinanden beliggende trin, og vandet fjernet fra luften i sidste ferskvandstrin kan ledes til en 30 forrådstank. Som nævnt ovenfor vil afkølingen i første eller andet ferskvandstrin give en egentlig produktion af rent ferskvand, som opsamles i forrådstanken. Med denne fremgangsmåde bliver køleren ikke alene selvforsynende med ferskvand, men det er endog muligt fra 8 DK 170217 B1 forrådstanken at aftappe overskudsproduktionen, som kan anvendes til andre formål. *

Hvis motoren er en skibsmotor eller en motor i et kystnært beliggende kraftværk kan der i første trin , 5 passende anvendes saltvand, som er tilgængelig i store mængder. Som nævnt omdanner køleren en stor del af saltvandet til ferskvand. Dieseldrevne stationære kraftværker anvendes ofte i områder, hvor der er mangel på ferskvand. Det producerede ferskvand kan uden videre 10 anvendes til eksempelvis overrisling af marker.

Motoranlæggets energiforbrug kan hensigtsmæssigt nedsættes ved, at vandet fjernet fra det andet forstøvertrin opblandes med det vand, der skal forstøves ind i luften i kølerens første trin. Det fra det andet 15 forstøvertrin fjernede vand vil have stort set samme tryk som lufttrykket i trinnet, og ved at returnere vandet til første trin spares pumpearbejdet til at tryksætte vandet fra omgivelsernes tryk til lufttrykket i det første trin.

20 I en for opnåelse af en stor ferskvandsproduktion hensigtsmæssig fremgangsmåde afpasses vandmængden i første trin således efter tilgangsluftens temperatur, mængde og vandindhold, at luften ved afgangen fra det første trin ikke er kølet væsentligt ned under sin 25 kondensationsgrænse. Dermed opfugtes luften i første trin med en maksimal vandmængde, som efter rensningen i andet trin kan udkondenseres i tredje eller efterfølgende trin.

Eksempler på udførelsesformer og udførelsesek-30 sempler for opfindelsen forklares herefter nærmere med henvisning til den meget skematiske tegning, hvor fig. 1 illustrerer et diagram over en udførelses- * form for indsugnings- og udstødssystemet til en forbrændingsmotor ifølge opfindelsen, 9 DK 170217 B1 fig. 2 i vandret snit en skitse af et trin i en køler, fig. 3 og 4 en anden og en tredje udførelsesform for forstøver- og dråbefangerafsnit i køleren, og 5 fig. 5 et diagram over tilslutningerne til en køler med tre trin.

I fig. 1 ses en generelt med 1 betegnet stor forbrændingsmotor, som har en skylle- og ladeluftreceiver 2 og en udstødsreceiver 3. Ved 4 er antydet ud-10 stødsventilerne hørende til motorens forbrændingskamre. Køling af indsugningsluften sker normalt ved mellemstore og store to- og firetaktsmotorer, og opfindelsen er særlig anvendelig ved store totakts dieselmotorer af krydshovedtypen, som udvikler meget stor effekt, 15 eksempelvis fra 5000 til 75000 kW. Som følge af disse motorers krav til høje ladetryk med deraf følgende høje trykforhold på op til 1:4,5 for kompressoren er det særlig vigtigt, at indsugningsluften afkøles inden tilgangen til forbrændingskamrene. For nemheds skyld vil 20 skylle- og ladeluften herefter blot benævnes ladeluften.

Fra ladeluftreceiveren ledes ladeluft til de enkelte cylindres skylleluftporte. Når udstødsventilen 4 åbnes, strømmer udstødsgassen gennem en udstødskanal ind i udstødsreceiveren 3 og videre gennem en sædvan-25 lig udstødsledning 5 til en turboladers turbine 6, hvorfra udstødsgassen strømmer bort gennem en udstødsledning 7. Turbinen 6 driver gennem en aksel 8 en kompressor 9, der fødes gennen en lufttilførsel 10. Kompressoren 9 afleverer tryksat ladeluft til en 30 ladeluftledning 11, som fører til ladeluftreceiveren 2.

Indsugningsluften i ledningen 11 passerer gennem en køler 12, der i det viste tilfælde har fire forstøvertrin 13-16. I det første trin 13 ledes vand 10 DK 170217 B1 af almindelig tilgængelig kvalitet, såsom saltvand, gennem en ledning 17 til forstøverdyser i en mængde, ' som opfugter, køler og renser gassen. Der tilledes et passende overskud af vand, så der ikke i gassen ud- « 5 skilles partikler, såsom salt eller andre urenheder fra vandet. Ved afgangen fra det første afsnit er luften afkølet til nær kondensationsgrænsen. I det andet trin 14 forstøves ferskvand tilført gennem en ledning 18 i gassen og bevirker derved en yderligere afkøling med 10 medfølgende vandkondensation på eventuelle partikler i gassen. I det tredje trin 15 forstøves ferskvand tilledt gennem en ledning 19 i luften, som her køles ned til en temperatur svarende til luftafgangstemperaturen fra en konventionel rørfinnekøler. I det fjerde trin 15 16 forstøves vand tilført gennem en ledning 20 i gassen, som afkøles til få grader over kølevandstemperaturen under fortsat udkondensering af en forholdsvis begrænset mængde ferskvand. Fra hvert trin bortledes udkondenseret og overskydende vand gennem dræn- eller 20 afgangsledninger 21-24. Det er muligt at anvende færre trin i køleren. Antallet af trin er bl.a. afstemt efter motorens effekt og efter behovet for at producere ferskvand. Hvis indsugningsluften indeholder urenheder, vil disse udvaskes i første og eventuel også andet 25 kølertrin, så det kan være påkrævet at rense vandet bortledt gennem ledningerne 21 og 22 afhængende af arten af forureningerne. Hvis vandet tilført til første trin indeholder urenheder, kan vandet bortledt gennem ledningen 22 også være urent. Vandet bortledt gennem 30 ledningerne 23 og 24 vil normalt være ferskvand af høj kvalitet. Hvis kølerens første trin giver en tilstrækkelig effektiv rensning af indsugningsluften, kan køleren 4 udformes med kun to trin, nemlig et første opfugtnings-, rensnings- og kølingstrin, og et andet ferskvandsprodu-35 cerende kølingstrin.

11 DK 170217 B1 I fig. 4 ses et eksempel på udformningen af et trin 25 i køleren. Kølerens hus 26 kan ved hjælp af flanger 27 forbindes til ladeluftledningen 11 eller til et tilstødende kølertrin. Luftstrømningsretningen 5 er antydet ved pilene 28. Et tilgangsrør 29 for eksempelvis fersk- eller saltvand fører vandet til fordelingsrør 30, som hver bærer en række af dyser 31, som trykforstøver vandet ud i gassen. I de viste tilfælde sprøjter dyserne vandet ud imod gassens 10 strømningsretning, hvilket giver en god fordampnings-og rensningsvirkning, men der kan naturligvis også anvendes medstrømsdyser. Efter passagen af dyserne strømmer gassen gennem en dråbegenerator 32, der indeholder store flader, som er vinkelstillede i forhold 15 til gassens strømningsretning. Dråbegeneratorens materiale kan eksempelvis bestå af meget porøst skum, trådnet eller ståluld. I dråbegeneratoren vil små væskedråber i gassen samles til større dråber, hvilket letter den efterfølgende fjernelse af dråberne fra 20 gassen i et dråbef angerafsnit 33, der som vist kan indeholde aflange pladestykker 34, der er skråtstillede i forhold til gassens strømningsretning, så gassen tvinges til at ændre retning ved passagen af pladerne.

Som følge af væskedråbernes inerti vil de være lang-25 sommere til at ændre retning end selve gassen, og dråberne lander derfor på pladerne 34 og glider hen langs disse ind i et ombukket endeparti 35, hvor dråberne fanges og ledes ned til en samlerende, der afleverer kondensatet og den frasorterede væske til et 30 afgangsrør 36. Det vil ofte være muligt at udelade dråbegeneratoren 32, der kan give en vis strømningsmodstand. Hvis køleren har flere efter hinanden beliggende forstøvertrin, er det hensigtsmæssigt, at hvert trin indeholder et dråbefangerafsnit, så de efter-35 følgende trin slipper for at afkøle den væskemængde, som 12 DK 170217 B1 er bortledt i dråbef angerafsnittet. Køleren yder kun ringe strømningsmodstand, og den kræver stort set ingen * vedligeholdelse og er endvidere billig at fremstille.

Køleren vil normalt være monteret, så luftstrøm-5 ningsretningen antydet ved pilene 28 ligger stort set vandret, hvilket letter dråbefjernelsen i dråbefangerafsnittet 33, fordi pladerne 34 så forløber i kølerens højderetning (ud af papirets plan i fig. 2).

Vandet fanget i det som vandnæse virkende endeparti kan 10 så som følge af tyngdevirkningen selv løbe ned i samlerenden. Køleren kan alternativt være monteret, så luftstrømningsretningen forløber skråt opad, nedad eller lodret.

Dyserne 31 kan som vist være rene vanddyser, men 15 især for det første trin 13, hvor der kan tilledes saltvand, kan det være fordelagtigt at anvende tostof-dyser, som fødes med ladeluft afgrenet fra ledningen 11 og med saltvandet, der ledes ind i luftstrømmen i dysen og forstøves heri. Med en sådan forstøvning kan 20 der opnås meget fine dråber af ensartet størrelse, selv efter lang tids drift, fordi der ikke gøres brug af trykdyser med lille dyseåbning, der kan tilsmudses eller tilstoppes af forureninger.

Køleren kan også udformes som skitseret i fig. 3, 25 hvor køleren har tre forstøverafsnit sammenbygget med dråbef anger af snit, så køleren har kort længde. I hvert afsnit står et kølevands-tilgangsrør 37 i forbindelse med flere fordelerrør 38, som bærer forstøverdyser 39, der kan være af kegletypen, dvs. dyser som udsender 30 en kegleformet byge af forstøvet vand. Dråbefangerens ledeplader 40 forløber parallelt med fordelerrøret 38 og er beliggende strømningsmæssigt umiddelbart efter * eller på niveau med forstøverdyserne, fortrinsvis så ledepladernes vandnæser 41 ligger på nedstrømssiden 35 af dyserne og ledepladernes stort set plane afsnit rager 13 DK 170217 B1 skråt frem foran dyserne i en vinkel svarende til keglevinklen. Overskudsvand og kondensat bortledes gennem ledninger 42. Hvis der ønskes særlig effektiv afkøling af luften kan de tre forstøverafsnit være 5 anbragt nedstrøms for et opfugtnings- og rensningsafsnit.

Den i fig. 4 viste udførelsesform for et forstøvertrin yder meget ringe modstand mod luftstrømningen gennem køleren. Dette er opnået ved anvendelsen af 10 forstøverdyser 43 af vifteformet type, der hver samvirker med en enkelt ledeplade 44 beliggende på den side af dysen, som den vifteformede sky af forstøvet vand er rettet over mod. Da ledepladerne alle ligger i samme retning, er trykfaldet over dråbefangerafsnittet 15 mindre. Forstøverafsnittet forsynes med vand gennem en ledning 45, og vand fra dråbefjernerafsnittet bortledes gennem en ledning 46.

I fig. 5 ses i diagram over tilslutningerne til en tretrins køler. Som nævnt kan køleren i fig. 1 have kun 20 tre trin, og for enkelheds skyld anvendes i fig. 5 henvisnings tallene fra de tre første kølertrin i fig.

1. Det antages, at køleren anvendes i skibsmotoranlæg, og at tilgangsledningen 17 til første forstøvertrin forsynes med saltvand ved hjælp af en trykpumpe 47, 25 som fødes fra en søventil 48. Overskudsvand fra første dråbefangerafsnit ledes overbord gennem ledningen 21.

En trykpumpe 49 suger ferskvand fra en forrådstank 50 og sender vandet gennem en pladekøler 51, hvori ferskvandet køles af saltvand, som sendes gennem , 30 køleren ved hjælp af en fra en søventil 52 sugende pumpe 53. Gennem en afgangsledning 54 fordeles ferskvandet til tilgangsledningerne 18 og 19 for det andet og tredje forstøvertrin. Fra det andet dråbef angerafsnit bortledes overskudsvand og kondensat gennem 35 ledningen 22. En ventil 55 i ledningen 22 kan i 14 DK 170217 B1 en stilling lede vandet bort fra kølersystemet og i en anden stilling gennem en ledning 56 forbinde ledningen * 22 med tilgangsledningen 17 til første forstøverafsnit. Ledningen 56 indeholder en lille pumpe 57, som » 5 kan bringe returvandets tryk op på niveau med afgangstrykket fra pumpen 47. En kontraventil 58 i ledningen 56 hindrer vand fra ledningen 17 i at trænge ind i ledningen 56.

Drænledningen 23 fra det tredje dråbef angerafsnit 10 afleverer ferskvandet til forrådstanken 50. Forrådstanken er forsynet med en niveaukontakt 59, som aktiverer en ventil 60 i en afgangsledning 65 på tanken, så kølerens overskudsproduktion af ferskvand kan bortledes med jævne mellemrum gennem ledningen 65 til 15 brug andet sted på skibet. Ferskvandet kan konditioneres til brug som drikkevand, men det kan også umiddelbart anvendes som vaske-, skylle- eller spulevand. En tryksensor 61 måler trykket i ledningen 11 opstrøms for køleren, og en anden tryksensor 62 måler trykket 20 i forrådstanken. En regulerbar ventil 63 i en med forrådstanken forbundet trykluftledning 64 styres således ud fra et signal afgivet af sensorerne 61 og 62, at trykket i forrådstanken holdes på et sådant passende lavere niveau end trykket i ledningen 11, at 25 vandet fra ledningen 23 uhindret kan strømme ind i forrådstanken. Tryksætningen af forrådstanken mindsker pumpen 49's arbejde. Tanken har endvidere en ikke vist trykudlader, som aktiveres, når ladelufttrykket i ledningen 11 falder. Alternativt kan tanken tryksættes ’ 30 med gennemstrømmende luft udtaget fra ledningen 11 og tilført tanken 50 gennem en drøvlepassage.

C

Herefter beskrives eksempler på virkemåden af en køler ifølge opfindelsen, hvor ladeluften køles i to trin. For nemheds skyld regnes der med en forholdsvis 35 lille forbrændingsmotor med en fuldlasteffekt på 10000 15 DK 170217 B1 kW og med et nominelt skyllelufttryk på 3,55 bar. For motorer med større effekt kan de i eksemplerne angivne strømningsmængder blot skaleres i forhold til effekten.

EKSEMPEL 1.

5 Motoren køres ved 100 % belastning, og den ambiente luft har en temperatur på 25° C og en relativ fugtighed på 30%, hvilket betyder, at der i indsugningsluften vil være ca. 6 g vand/kg luft. Motorens luftforbrug er ca.

22 kg/sek. Efter kompressoren 9 er luftens temperatur 10 TL 1 185 °C.

I det første forstøverafsnit tilføres dyserne en saltvandsmængde på 2,6 1/s, hvorved luften fordampningskøles ned til en temperatur på ca. TL 1 70°C samtidig med, at luften opfugtes til 100% relativ fugtighed, hvor 15 dens vandindhold er på 60 g/kg luft. I første dråbef angerafsnit bortledes en vandmængde på ca. 1,3 1/s. Ved afgangen fra første kølertrin er luften stort set renset for eventuelt saltindhold.

I det andet forstøverafsnit udsendes gennem 20 for s tøver dyserne en ferskvandsmængde på 35 1/s ved en vandtemperatur på ca. Ty = 25eC. Derved afkøles luften til en temperatur på ca. = 35°C, hvor den 100% fugtighedsmættede luft har et vandindhold på ca. 9 g/kg luft. I andet dråbefangerafsnit udskilles en vandmængde 25 på ca. 36,1 1/s, hvorved det andet kølertrin producerer en ferskvandsmængde på 1,1 1/s svarende til ca. 95 t pr. døgn. Om ønsket kan ladeluften i et tredje og eventuet også et fjerde kølertrin afkøles til få grader over kølevandets temperatur, hvilket giver en yderligere 30 produktion af ferskvand samtidig med, at ladeluftens meget lave temperatur medfører en forbedring af motorens specifikke brændstofforbrug SFOC på ca. 1 g/hkh.

EKSEMPEL 2.

Med samme ambiente forhold som ovenfor og en 35 motorbelastning på 75% skal dyserne i første forstø- 16 DK 170217 B1 verafsnit tilføres en saltvandsmængde på mindst 1,8 1/s, hvorved luften afkøles til ca. TL » 606 C og opfugtes til 5 100% relativ fugtighed, hvor vandindholdet er på ca. 45 g/kg luft. t 5 I andet forstøverafsnit tilføres en vandmængde på 35 1/s ved en temperatur på ca. Tv = 25°C, hvorved ladeluften køles til ca. TL = 30°C, hvor vandindholdet i den 100% mættede luft er ca. 12 g/kg luft. I andet trin produceres en ferskvandsmængde på ca. 0,5 1/s 10 svarende til 43 t pr. døgn.

EKSEMPEL 3.

Ved 100% motorbelastning og tropiske ambiente forhold, hvor lufttemperaturen er TL = 45eC, og luften har et vandindhold på 38 g/kg luft, tilføres i første 15 forstøverafsnit en saltvandsmængde på 4 1/s, hvorved ladeluften nedkøles til en temperatur på ca. TL « 90“C, og vandindholdet er på ca. 100 g/kg luft.

I andet skrubbertrin tilføres en ferskvandsmængde på 35 1/s, og gassen køles til ca. TL = 45eC, hvor 20 vandindholdet er ca. 17 g/kg luft. Der produceres således en ferskvandsmængde på ca. 1,7 1/s svarende til 146 t pr. døgn.

Motoren vist i fig. 1 er turboladet. Det er klart, at opfindelsen kan anvendes ved andre typer af tryklade-25 de forbrændingsmotorer, eksempelvis en motor med en kompressor, som er mekanisk drevet eller drevet af en elmotor. 1 f

Claims (8)

17 DK 170217 B1

1. Stor trykladet forbrændingsmotor (1), såsom en hovedmotor i et skib, med en kompressor (9), der leverer skylle- og ladeluft til motorens cylindre, og med en 5 køler (12) til afkøling af luften fra kompressoren, kendetegnet ved, at køleren (12) er indrettet til at bringe skylle- og ladeluften i direkte kontakt med kølevandet ved trykforstøvning af vandet i luften, at køleren (12) har flere efter hinanden beliggende 10 forstøverafsnit, og at der i det mindste mellem to forstøverafsnit er et dråbefangerafsnit (33), hvor vanddråber bliver udskilt fra luften.

2. Forbrændingsmotor ifølge krav 1, kendetegnet ved, at køleren (12) mellem forstøveraf- 15 snittet og dråbefangerafsnittet (33) har et dråbegenereringsafsnit (32).

3. Forbrændingsmotor ifølge krav 1 eller 2, kendetegnet ved, at køleren i et forstøveraf-snit har flere dyser (39), som udsprøjter forstøvet vand 20 imod gassens strømningsretning (28), og at der ved siden af eller umiddelbart foran dyserne er anbragt dråbefangere i form af flader (40), der er skråtstillede i forhold til gassens strømningsretning.

4. Forbrændingsmotor ifølge et af kravene 1-3, 25 kendetegnet ved, at en trykpumpe (49) forsyner forstøverafsnit i køleren med ferskvand, at i det mindste et af kølerens dråbefangerafsnit afleverer ferskvand til en forrådstank (50), og at forrådstanken er tryksat til hovedsageligt samme tryk som lufttrykket 30. køleren.

5. Fremgangsmåde til drift af en køler (12) til afkøling af en trykladet forbrændingsmotors (1) indsugningsluft med forstøvet vand efter luften har forladt en kompressor (9) og inden luften sendes ind i motorens 35 forbrændingskamre, kendetegnet ved, at luften 18 DK 170217 B1 afkøles i flere trin (13-16) ved hjælp af trykforstøvning af vand, at vand af frit tilgængelig kvalitet ? forstøves i luften i kølerens første trin (13), hvorefter vanddråber fjernes fra luften, og at ferskvand 5 forstøves i luften i mindst et efterfølgende trin (14- 16), hvorefter vanddråber fjernes fra luften.

6. Fremgangsmåde ifølge krav 5, kende tegnet ved, at ferskvand i to efter hinanden beliggende trin (14, 15) forstøves i luften, og at 10 vandet fjernet fra luften i sidste ferskvandstrin (15) ledes til en forrådstank.

7. Fremgangsmåde ifølge krav 6, kendetegnet ved, at vandet fjernet fra det andet forstøvertrin (14) opblandes med det vand, der skal 15 forstøves ind i luften, i kølerens første trin (13).

8. Fremgangsmåde ifølge et af kravene 5-7, kendetegnet ved, at vandmængden i første trin (13) afpasses således efter tilgangsluftens temperatur mængde og vandindhold, at luften ved afgangen fra det 20 første trin (13) ikke er kølet væsentligt ned under sin kondensationsgrænse. 5 f