EP0896140A1 - Steam engine with integrated condensation - Google Patents
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- EP0896140A1 EP0896140A1 EP97113660A EP97113660A EP0896140A1 EP 0896140 A1 EP0896140 A1 EP 0896140A1 EP 97113660 A EP97113660 A EP 97113660A EP 97113660 A EP97113660 A EP 97113660A EP 0896140 A1 EP0896140 A1 EP 0896140A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01B—MACHINES OR ENGINES, IN GENERAL OR OF POSITIVE-DISPLACEMENT TYPE, e.g. STEAM ENGINES
- F01B17/00—Reciprocating-piston machines or engines characterised by use of uniflow principle
- F01B17/02—Engines
- F01B17/04—Steam engines
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- F01B29/00—Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups
- F01B29/04—Machines or engines with pertinent characteristics other than those provided for in preceding main groups characterised by means for converting from one type to a different one
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B69/00—Internal-combustion engines convertible into other combustion-engine type, not provided for in F02B11/00; Internal-combustion engines of different types characterised by constructions facilitating use of same main engine-parts in different types
Definitions
- the invention has for its object in one unit Generate steam and in a piston engine in mechanical Convert energy.
- the steam generation is achieved in that with a commercially available burners gaseous or liquid fuels in a combustion chamber made of ceramic material or Highly heat-resistant steel can be burned. This creates temperatures of over 1,000 ° C in the combustion chamber.
- the advantage of this method is that weak gases such as biogas, landfill gas or wood gas over a longer period Burning period burned at very high temperature become. Remaining pollutants that are after the Purification of the gases should still be in these at the high temperatures and over the duration of the Cracked burn time.
- Flash steam is used for steam generation, which means that there is a water jacket around the ceramic combustion chamber . This water is superheated to hot water and then fed to the expansion space of the steam engine, where it evaporates. The expanded steam is expelled from the piston through the opened valves.
- Fig.1 shows such a steam engine.
- Fuel is supplied to the burner 14 through the control plug 13 .
- the fuel is burned and hot water is generated in the ceramic combustion chamber 15 .
- the 16 thermometers and 17 manometers display the current status of the hot water.
- the safety valve 18 is blown off.
- the pressure sensor 11 measures the actual pressure in the hot water chamber and controls the pressure maintaining pump via the controller 10 .
- the angle sensor 4 which controls the solenoid valves 6 via the control device 5 .
- the control unit 5 of the time and duration can be eiocyte 6 for opening the solenoid valves.
- Fig. 8 Fig. 1 When steam is sprayed in, a pressure builds up above the piston 12 , which opens the control piston 6 against the spring 4 via the control line 1 . The resulting pressure also presses the condensate 16 through the opening 7 into the feed water tank. About 20 ° after TDC , the piston 12 closes the control line 1 so that no further pressure presses on the control piston.
Abstract
Description
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, in einer Einheit Dampf zu erzeugen und in einem Kolbenmotor in mechanische Energie umzuwandeln.The invention has for its object in one unit Generate steam and in a piston engine in mechanical Convert energy.
Die Dampferzeugung wird dadurch erreicht, daß mit einem handelsüblichen Brenner gasförmige oder flüssige Brennstoffe in einer Brennkammer aus keramischen Material oder Hochhitzebeständigen Stahl verbrannt werden. Dabei entstehen in der Brennkammer Temperaturen von über 1.000°C.The steam generation is achieved in that with a commercially available burners gaseous or liquid fuels in a combustion chamber made of ceramic material or Highly heat-resistant steel can be burned. This creates temperatures of over 1,000 ° C in the combustion chamber.
Der Vorteil dieses Verfahrens liegt darin, daß Schwachgase wie Biogas, Deponiegas oder Holzgas über einen längeren Verbrennungszeitraum bei sehr hoher Temperatur verbrannt werden. Restliche Schadstoffe die sich nach der Reinigung der Gase noch in diesen befinden sollten, werden bei den hohen Temperaturen und über die Dauer der Verbrennungszeit gecrackt.The advantage of this method is that weak gases such as biogas, landfill gas or wood gas over a longer period Burning period burned at very high temperature become. Remaining pollutants that are after the Purification of the gases should still be in these at the high temperatures and over the duration of the Cracked burn time.
Für die Dampferzeugung wird Flashdampf verwendet, daß bedeutet, um die Keramikbrennkammer befindet sich ein Wassermantel. Dieses Wasser wird auf Heißwasser überhitzt und dann dem Expansionsraum des Dampfmotors zugeführt, wo es verdampft. Der entspannte Dampf wird von dem Kolben durch die geöffneten Ventile wieder ausgestoßen. Flash steam is used for steam generation, which means that there is a water jacket around the ceramic combustion chamber . This water is superheated to hot water and then fed to the expansion space of the steam engine, where it evaporates. The expanded steam is expelled from the piston through the opened valves.
Fig.1 zeigt einen solchen Dampfmotor. Durch die Regelstecke
13 wird dem Brenner 14 Brennstoff zugeführt. In
der Keramikbrennkammer 15 wird der Brennstoff verbrannt
und Heißwasser erzeugt. Die Anzeigegeräte 16 Thermometer
und 17 Manometer geben den Istzustand des Heißwassers an. Fig.1 shows such a steam engine. Fuel is supplied to the
Sollte der gewünschte Druck in der Heißwasserkammer überschritten
werden, wird über das Sicherheitsventil 18 abgeblasen.
Der Drucksensor 11 mißt den tatsächlichen Druck
in der Heißwasserkammer und steuert über den Regler 10
die Druckhaltepumpe.If the desired pressure in the hot water chamber is exceeded, the
Über dem Schwungrad 2 befindet sich der Winkelgeber 4 ,
der über das Steuergerät 5 die Magnetventile 6 ansteuert.
Am Steuergerät 5 kann der Zeitpunkt und die Dauer für das
Öffnen der Magnetventile 6 eigestellt werden.Above the
Der Dampfmotor 1 treibt über das Schwungrad 2 den Generator
3 an, der den erzeugten Strom in das Netz einspeist.
Der entspannte Dampf, der vom Kolben durch die geöffneten
Ventile ausgestoßen wird, gelangt in den Kondensator 7,
wo er kondensiert wird und in den darunter angeordneten
Speisewasserbehälter 8 abfließt. Aus diesem Speisewasserbehälter
8 saugt die Druckhaltepumpe 9 das Speisewasser
an und drückt es in die Heißwasserkammer 15. The
Für die Wärmeerzeugung wird Kaltwasser von unten in den
Kondensator 7 gepumpt wo es durch die Wärmeabgabe des
entspannten Dampfes vorgewärmt wird. Anschließend strömt
das vorgewärmte Wasser in den Wärmetauscher 12, in dem
es die Abgase aus der Brennkammer 15 abkühlt. Als Warmwasser
kann dieses einer weiteren Nutzung zugeführt werden.For the generation of heat, cold water is pumped from below into the
Da es sich bei dieser Anlage um ein geschlossenes System handelt, können dem Speisewasser Zusatzstoffe, Additive, Ammoniak NH3 beigemischt werden. Damit ist zu erreichen, daß die Viscosität verbessert wird, geringere Korrisionsschäden auftreten oder durch die Beimischung von NH3 der Siedepunkt erheblich herabgesetzt wird. ( Salmiakgeist )Since this system is a closed system, additives, additives, ammonia NH 3 can be added to the feed water. This can be achieved that the viscosity is improved, less corrosion damage occurs or the boiling point is considerably reduced by the addition of NH 3 . (Ammonia spirit)
Eine solche Anlage kann überall als BHKW eingesetzt werde da alle flüssigen und gasförmigen Brennstoffe verwendet werden können. Durch die Nachverbrennung bei sehr hohen Temperaturen ergeben sich sehr gute Abgaswerte, so daß keine Abgasnachbehandlung durch Rußfilter oder Katalysator erfolgen muß.Such a system can be used anywhere as a CHP unit because all liquid and gaseous fuels can be used. Afterburning at very high temperatures results in very good exhaust gas values, so that no exhaust gas aftertreatment by soot filter or catalytic converter has to be carried out.
Ferner arbeitet diese Anlage ruhig, da keine Explosion des Brennstoffes statfindet, sondern nur die Expansion des Flashdampfes . Furthermore, this system works quietly, since there is no explosion of the fuel, only the expansion of the flash vapor .
Fig.2 zeigt einen Dampfmotor, der auch mit Flashdampf betrieben
wird. Dieser wird in der Heißwasserkammer 10
erzeugt.
Dieser Dampf wird von der Hochdruckpumpe 1 nachverdichtet
und dem jeweiligen Zylinder durch Einspritzdüsen 3 zugeführt.
Der Flashdampf entspannt blitzartig in dem Expansionsraum
und drückt den Kolben 7 nach unten. Dabei gibt
der Kolben 7 die Kraft auf die Kurbelwelle ab. Fig. 2 shows a steam engine that is also operated with flash steam. This is generated in the
This steam is post-compressed by the high-
Der entspannte Dampf wird dann von den Kolben 7 durch
geöffneten Ventile 2 in die Abdampfleitung 5 gedrückt.
Die Nockenwelle 4 ist durch einen Zahnriemen mit der Kurbelwelle
1:1 verbunden, so daß beim Erreichen des Kolbens
von UT das Ventil 4 öffnet. Dabei muß die Nockenwelle 4
die Ventilfeder zusammendrücken und es geht Kraft verloren.The expanded steam is then pressed into the
Fig.3 zeigt ein selbsttätig arbeitendes Auslaßventil, daß
durch den Dampfdruck gesteuert wird. Wie in der Fig.4 dar
gestellt ist, arbeitet das Ventil wie folgt:
Fig.5-6 Um eine bessere kinetische Energie aus der Expansion des Dampfes zu erreichen, ist es möglich, durch Kaltwassereinspritzung eine Kondensation des Naßdampfes direkt im Zylinder zu erreichen. Fig. 5-6 In order to achieve better kinetic energy from the expansion of the steam, it is possible to achieve a condensation of the wet steam directly in the cylinder by cold water injection.
Dieser Dampfmotor kann, als eine der Möglichkeiten, in liegender Ausführung gebaut werden, da es sonst beim Erreichen des Kolbens von OT zu Wasserschlägen kommt, die den Dampfmotor beschädigen würden.This steam engine can, as one of the possibilities, be built in a horizontal version, otherwise water hammer will occur when the piston reaches TDC , which would damage the steam engine.
Fig.5+6 Zeigt ein Kugelventil, daß für den Auslaßvorgang
geeignet wäre.Bild 1 Beim Einprühen des Dampfes durch
die Düse 8 wird Druck auf das Ventil 1 und den Steuer-Kolben
4 erzeugt. Dadurch schließen beide gegen die Feder
3. Bild 1 und Fig.6 Bild 1 Der Dampf expandiert und
drückt den Kolben 11 in Richtung Kurbelwelle. Fig. 5 + 6 shows a ball valve that would be suitable for the exhaust process.
Fig.6 Bild 2 Nach Erreichen von UT wird durch die Düse 9
kaltes Wasser eingespritzt, so daß der Naßdampf kondensiert.
Durch das Kondensieren des Dampfes im Zylinder 12
entsteht in diesem ein Vakuum, daß den Kolben 10 zurückzieht.Fig.5
Bild 2 Dadurch wird auch die Kugel nach oben
gesaugt, so daß durch das geöffnete Ventil 1 kein Speisewasser
angesaugt werden kann. Fig. 6 Fig. 2 After reaching UT , cold water is injected through the
Fig.6 Bild 4 Wenn das Vakuum nachläßt, fällt die Kugel 2
ab und das Kondensat kann an der schwimmenden Kugel vorbei
in den Speisewasserbehälter abfließen. Fig.5 Bild 3
zeigt diesen Kondensatausschub. Fig.6 Fig. 4 When the vacuum subsides, the
Fig.7+8 zeigt eine weitere Variante für ein selbsttätiges
Auslaßventil mit Steuerleitung 1 und Steuerkolben 6 für
Dampfmotore mit Einspritzkondensation. Fig. 7 + 8 shows a further variant for an automatic exhaust valve with
Fig.8 Bild1 Durch das Einsprühen von Dampf baut sich
oberhalb vom Kolben 12 ein Druck auf, der über die Steurleitung
1 den Steuerkolben 6 gegen die Feder 4 öffnet.
Der entstehende Druck drückt auch das Kondensat 16 durch
die Öffnung 7 in den Speisewasserbehälter. Ca.20° nach
OT schließt der Kolben 12 die Steuerleitung 1, so daß
kein weiterer Druck auf den Steuerkolben drückt. Fig. 8 Fig. 1 When steam is sprayed in, a pressure builds up above the
Fig.8 Bild 2 Ca.30° nach OT überdeckt die Kolbennut 2 die
Steuerleitung 1 und die Kondensatleitung 7, so daß der
Steuerdruck entweichen kann und die Feder 4 den Steuerkolben
6 schließt. Fig. 8,
Fig.8 Bild 3 Nach Erreichen des Kolbens 12 von UT wird
durch die Düse 9 kaltes Wasser eingespritzt und es entsteht
ein Vakuum.Der Kolben 12 wird dadurch nach OT
zurückgezogen. Fig. 8 Fig. 3 After reaching the
Fig.8 Bild 4 Das Kondensat 16 sammelt sich über dem
Steuerkolben 6 und wird, nach Erreichen des Kolbens 12
von OT und beim Einspritzen des Dampfes, durch die
Öffnung 7 abfließen. Fig. 8 Fig. 4 The
Um aus der Kobenmaschine eine höhere Leistung zu erreichen, kann die in Fig.7+8 dargestellte selbsttätige Steuerung auch in einer doppelseitig beaufschlagten Kolbenmaschine angewand werden.In order to achieve a higher output from the piston machine, the automatic control shown in Fig. 7 + 8 can also be used in a piston machine with double-sided action.
Fig.9 zeigt eine solche Anordnung, bei der auf beiden Seiten sowohl Dampf als auch entgegengesetzt Kaltwasser für die Kondensation eingespritzt werden kann. FIG. 9 shows such an arrangement in which both steam and, in the opposite direction, cold water can be injected for the condensation on both sides.
Zusätzlich ist bei dieser stehenden Ausführung ein Überdruckventil
14 eingebaut, das bei Wasserschlägen eine Beschädigung
der Kolbenmaschine verhindern soll. Die Kolbenstange
16 wird durch ein Speziallager 17 geführt, das
den Über- und Unterdruck abdichtet und der Kolbenstange
eine Führung gibt. Mit dem Pleuel 15 wird die Druck- und
Zugkraft auf die Kurbelwelle übertragen.In addition, a
Bei Einzylindermaschinen oder Kolbenmaschinen in Boxeranordnung ergeben sich beim Erreichen des Kolbens von OT+UT Totpunkte, wo keine Kraft auf die Kurbelwelle übertragen wird. Bei Mehrzylindermaschinen, bei denen die Kröpfung der Kurbelwelle 120° oder 90° beträgt, ergibt sich ein besserer Rundlauf und es ist auch ein Selbstanlauf der Kolbenmaschine möglich. In single-cylinder machines or piston machines in a boxer arrangement, dead centers occur when the piston reaches OT + UT , where no force is transmitted to the crankshaft. In multi-cylinder machines in which the crankshaft crank is 120 ° or 90 ° , the runout is better and the piston machine can also start itself.
Fig.10 zeigt eine Anordnung von zwei Zylindern die im 90° Winkel zueinander stehen und bei denen die Kolbenstangen am Ende Kurbelschlaufen haben. Da beide Kolben doppelt beaufschlagt sind und sowohl drücken als auch ziehen, ergibt sich ein absoluter Rundlauf, da immer ein Kolben im im vollen Einsatz ist. Fig. 10 shows an arrangement of two cylinders which are at a 90 ° angle to each other and in which the piston rods have crank loops at the end. Since both pistons are acted on twice and both push and pull, this results in absolute concentricity, since one piston is always in full use.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß
kein Pleuel benötigt wird und daher die Kolbenmaschine
mit kleinen Abmessungen gebaut werden kann.
- 1)
- Dampfmotor
- 2)
- Schwungrad
- 3)
- Generator
- 4)
- Winkelsensor
- 5)
- Zeitschaltrelais
- 6)
- Magnetventil
- 7)
- Kondensator
- 8)
- Speisewasserbehälter
- 9)
- Druckhaltepumpe
- 10)
- Druckregler
- 11)
- Drucksensor
- 12)
- Wärmetauscher
- 13)
- Gasregelstrecke
- 14)
- Gas/Ölbrenner
- 15)
- Keramikbrennkammer
- 16)
- Thermometer
- 17)
- Manometer
- 18)
- Sicherheitsventil
- 19)
- Thermostat
- 20)
- Temperaturfühler
- 1)
- Hochdruckpumpe
- 2)
- Keramikventil
- 3)
- Einspritzdüse
- 4)
- Nockenwelle
- 5)
- Abdampfleitung
- 6)
- Teflonkolbenringe
- 7)
- Keramikkolben
- 8)
- Kondensator
- 9)
- Gas/Ölbrenner
- 10)
- Keramikbrennkammer
- 11)
- Speisewasserbehälter
- 12)
- Druckhaltepumpe
- 13)
- Druckregler
- 14)
- Drucksensor
- 15)
- Thermostat
- 16)
- Temperaturfühler
- 1)
- Zylinder
- 2)
- Kolben
- 3)
- Baypaß
- 4)
- Steuerkolben
- 5)
- Druckfeder
- 6)
- Stellschraube
- 7)
- Gehäuse
- 1)
- Ventil
- 2)
- Kugel
- 3)
- Feder
- 4)
- Kolben
- 5)
- Stellschraube
- 6)
- Gehäuse
- 7)
- Speisewasserbehälter
- 8)
- Flashdampfdüse
- 9)
- Kaltwasserdüse
- 10)
- Teflonkolbenringe
- 11)
- Alukolben
- 12)
- Zylinder beschichtet
- 13)
- Pleulstange
- 14)
- Flaschdampf
- 15)
- Kaltwasserstrahl
- 16)
- Kondensatablauf
- 1)
- Steuerleitung
- 2)
- Kolbennut
- 3)
- Stellschraube
- 4)
- Druckfeder
- 5)
- Ventilgehäuse
- 6)
- Steuerkolben
- 7)
- Kondensatleitungen
- 8)
- Flashdampfdüse
- 9)
- Kaltwasserdüse
- 10)
- Zylinderkopf Alu
- 11)
- Teflonkolbenringe
- 12)
- Alukolben
- 13)
- Zylinder beschichtet
- 14)
- Flashdampf
- 15)
- Kaltwasser
- 16)
- Kondensat
- 1)
- Steuerleitung
- 2)
- Kolbennut
- 3)
- Stellschraube
- 4)
- Druckfeder
- 5)
- Ventilgehäuse
- 6)
- Steuerkolben
- 7)
- Kondensatleitung
- 8)
- Flashdampfdüse
- 9)
- Kaltwasserdüse
- 10)
- Zylinderkopf Alu
- 11)
- Teflonkolbenringe
- 12)
- Alukolben
- 13)
- Zylinder beschichtet
- 14)
- Sicherheitsventil
- 15)
- Pleuelstange
- 16)
- Kolbenstange
- 17)
- Speziallager
- 1)
- Kolben-A
- 2)
- Kolben-B
- 3)
- Kolbenstange
- 4)
- Kurbelschlaufe
- 5)
- Gleitschuh
- 6)
- Kurbelwelle
- 7)
- Speziallager
- 8)
- Schwungrad
- 9)
- Einspritzventile
- 10)
- Auslaßventile
- 1)
- Steam engine
- 2)
- flywheel
- 3)
- generator
- 4)
- Angle sensor
- 5)
- Timing relay
- 6)
- magnetic valve
- 7)
- capacitor
- 8th)
- Feed water tank
- 9)
- Pressure maintenance pump
- 10)
- Pressure regulator
- 11)
- Pressure sensor
- 12)
- Heat exchanger
- 13)
- Gas control system
- 14)
- Gas / oil burner
- 15)
- Ceramic combustion chamber
- 16)
- thermometer
- 17)
- manometer
- 18)
- Safety valve
- 19)
- thermostat
- 20)
- Temperature sensor
- 1)
- high pressure pump
- 2)
- Ceramic valve
- 3)
- Injector
- 4)
- camshaft
- 5)
- Steam pipe
- 6)
- Teflon piston rings
- 7)
- Ceramic flask
- 8th)
- capacitor
- 9)
- Gas / oil burner
- 10)
- Ceramic combustion chamber
- 11)
- Feed water tank
- 12)
- Pressure maintenance pump
- 13)
- Pressure regulator
- 14)
- Pressure sensor
- 15)
- thermostat
- 16)
- Temperature sensor
- 1)
- cylinder
- 2)
- piston
- 3)
- Bay pass
- 4)
- Control piston
- 5)
- Compression spring
- 6)
- Set screw
- 7)
- casing
- 1)
- Valve
- 2)
- Bullet
- 3)
- feather
- 4)
- piston
- 5)
- Set screw
- 6)
- casing
- 7)
- Feed water tank
- 8th)
- Flash steam nozzle
- 9)
- Cold water nozzle
- 10)
- Teflon piston rings
- 11)
- Aluminum pistons
- 12)
- Coated cylinder
- 13)
- Connecting rod
- 14)
- Bottle steam
- 15)
- Cold water jet
- 16)
- Condensate drain
- 1)
- Control line
- 2)
- Piston groove
- 3)
- Set screw
- 4)
- Compression spring
- 5)
- Valve body
- 6)
- Control piston
- 7)
- Condensate lines
- 8th)
- Flash steam nozzle
- 9)
- Cold water nozzle
- 10)
- Alu cylinder head
- 11)
- Teflon piston rings
- 12)
- Aluminum pistons
- 13)
- Coated cylinder
- 14)
- Flash steam
- 15)
- Cold water
- 16)
- condensate
- 1)
- Control line
- 2)
- Piston groove
- 3)
- Set screw
- 4)
- Compression spring
- 5)
- Valve body
- 6)
- Control piston
- 7)
- Condensate line
- 8th)
- Flash steam nozzle
- 9)
- Cold water nozzle
- 10)
- Alu cylinder head
- 11)
- Teflon piston rings
- 12)
- Aluminum pistons
- 13)
- Coated cylinder
- 14)
- Safety valve
- 15)
- connecting rod
- 16)
- Piston rod
- 17)
- Special warehouse
- 1)
- Piston-A
- 2)
- Piston B
- 3)
- Piston rod
- 4)
- Crank loop
- 5)
- Sliding shoe
- 6)
- crankshaft
- 7)
- Special warehouse
- 8th)
- flywheel
- 9)
- Injectors
- 10)
- Exhaust valves
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP97113660A EP0896140A1 (en) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | Steam engine with integrated condensation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP97113660A EP0896140A1 (en) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | Steam engine with integrated condensation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP0896140A1 true EP0896140A1 (en) | 1999-02-10 |
Family
ID=8227181
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP97113660A Withdrawn EP0896140A1 (en) | 1997-08-07 | 1997-08-07 | Steam engine with integrated condensation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP0896140A1 (en) |
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