FI106881B - Suuri ahdettu polttomoottori ja menetelmä jäähdyttimen käyttämiseksi sellaisen moottorin imuilman jäähdyttämiseen - Google Patents

Description

106881

Suuri ahdettu polttomoottori ja menetelmä jäähdyttimen käyttämiseksi sellaisen moottorin imuilman jäähdyttämiseen - En stor överladdad forbränningsmotor och förfarande för användning av en kylare för kylning av inluften tili en sadan motor 5

Keksintö liittyy suureen ahdettuun polttomoottoriin, kuten laivan päämoottori, jossa on ahdin antamassa ahto-ja huuhteluilmaa moottorin sylintereihin ja jäähdytin ahti-melta tulevan ilman jäähdyttämiseksi.

Imuilman ahtaminen ahtimessa aiheuttaa ilman lämpötilan nousun. Ilma jäähdyte-10 tään jäähdyttimessä ennen toimitusta sylintereihin, jotta mahdollistetaan näiden täyttäminen riittävän suurella määrällä ilmaa polttoprosessin etenemiseksi halutulla liikailmamäärällä.

GB-patentti 1 496 548 kuvaa pientä dieselmoottoria, jossa imuilma kulkee Venturin suuttimen läpi, joka on järjestetty ahtimen ja moottorin sylintereiden välille. Ventu-15 rin suurin imee vettä itseensä vesitankista niin, että ilma jäähtyy veden höyrystyessä. Patentti esittää, että jäähdytysmenetelmä on käytettävissä moottoreissa, joiden teho on alle 150 hv, toisin sanoen erittäin pienissä dieselmoottoreissa. Höyrystymisellä saavutettavissa oleva jäähtyminen on suhteellisen rajoitettua ja melko riittämätöntä suurissa dieselmoottoreissa, joissa parhaiden mahdollisten palo-olosuhteiden saavut-20 tamisella on suuri merkitys hyvän käyttötalouden saavuttamiseksi. Kyllästetyn ilman vesipitoisuus kohoaa jyrkästi yhdessä kohoavan ilman lämpötilan kanssa. Sen tosi-. . seikan tuloksena, että ilman lämpötila höyrytysjäähdytyksen jälkeen on vielä suh teellisen korkea, ilma sisältää suuria määriä vettä palothan tuloaukolla, millä on negatiivinen vaikutus palamiseen ja siitä seuraa erittäin suuri vedenkulutus, joka voisi 25 saavuttaa melko hyväksymiskelvottomat mittasuhteet suurissa moottoreissa.

Monien vuosien ajan suurissa kaksitahtisissa dieselmoottoreissa jäähdytin on suunniteltu ripaputkijäähdyttimeksi, jossa jäähdytysvesi virtaa putkien läpi ja ilma suunnataan ohi lähekkäisin välein sijoitettujen ripojen, jotka on asennettu putkien ulkopuolelle. Ripaputkijäähdyttimen käyttöä on tavanomaisesti puolusteltu niillä tosisei-30 koilla, että jäähdytrimellä on suuri pinta-ala ilmapuolella, ja tämäntyyppinen jäähdytin kykenee kuljettamaan pois hyvin suuret määrät lämpöä, mikä on muodostunut esimerkiksi imuilman ahtamisessa suuressa kaksitahtimoottorissa yli 3 baarin paineeseen.

i · « 2 106881

Lisäksi tunnetaan tekniikka, jossa jäähdytin on suunniteltu perustamaan suora yhteys huuhtelu- ja ahtoilman sekä jäähdytysveden välille veden painesumutuksella ilmaan (US-2 633 698).

Ripaputkijäähdyttimet vaativat paljon kunnossapitoa, osittain koska rivat ottavat 5 kiinni ilman epäpuhtauksia, osittain koska jäähdytin käyttää merivettä, mistä seuraa saostumia ja oksidin muodostumista putkien sisäpuolella, osittain koska vedellä on syövyttävä vaikutus putkiin, erityisesti jos jäähdytysvesi sisältää saasteita, kuten rikkisulfidia ja ammoniakkia, joilla on kovasti syövyttävä vaikutus kupariseoksiin. Saostumilla putkissa ja rivoissa on eristävä vaikutus ja sen tähden ne vastustavat il-10 man jäähtymistä. Siten, säännöllisin väliajoin, on tarpeen puhdistaa jäähdytin saostumista ja tarkistaa sen kunto, mikä vaatii työtä ja on kallista. Putkien ja ripojen eroosiokorroosion seurauksena ripaputkijäähdyttimellä on olennaisesti lyhyempi kestoikä kuin moottorilla ja tavallisesti se täytyy vaihtaa moottorin kestoiän aikana. Nämä haitat on hyväksytty lukuisina vuosina laivanomistajien toimesta ja kiinteissä 15 voimalaitoksissa, joissa suuria polttomoottoreita käytetään generaattoreiden käyttämiseksi.

Keksinnön tavoite on tarjota jäähdytin suuren moottorin imujärjestelmälle, jolla jäähdyttimellä on suuri jäähdytyskapasiteetti, joka jäähdytin toimii tehokkaasti ja on toiminnallisesti luotettava ja vaatii vain hiukan huoltoa.

20 Tämä tavoite näkymänä keksinnön mukainen moottori on tunnettu siitä, että jääh-dyttimessä on määrä peräkkäisiä sumutusosia ja että pisarankokoamisosa on varustettu ainakin kahden sumutusosan väliin.

• Jäähdyttimellä kokonaisuutena ei ole suurta vedenkulutusta siitä huolimatta, että jäähdytys suoritetaan veden painesumutuksella. Tämä johtuu siitä seikasta, että 25 kostutuksen jälkeen ilma jäähtyy lämpötilaan, joka on lähellä jäähdytysveden lämpötilaa, niin että ilman vesipitoisuus pienenee hyvin alhaiselle tasolle, ja sumutettu vesi otetaan talteen ilmasta.

»«

Ruiskuttamalla vettä suoraan ilmaan voidaan saavuttaa äärimmäisen suuret lämmön-siirtymiskertoimet veden ja ilman välille, ja siten tehokas ja nopeatoiminen jäähdy-30 tys. Testit ovat osoittaneet, että suora yhteys veden ja ilman välillä voi johtaa läm-mönsiirtymiskertoimiin, jotka ovat 50 - 100 kertaa korkeammat kuin ripaputkijäähdyttimellä, jossa lämpö pitää kuljettaa ripojen ja putken seinämien läpi. Suuret läm-mönsiirtymiskertoimet tekevät mahdolliseksi pienentää jäähdytysveden määrää, mistä seuraa pienempi energiankulutus veden pumppaamiseen, aivan kuten putkijär- 3 106881 jestelmät ja pamput voivat olla mitoutukseltaan pienempiä. Koska jäähdytin ei käytä sisäisiä jäähdytysputkia, kunnossapito jää siten luonnollisesti pois.

Jäähdyttimen materiaalin valinnassa ei tarvitse ottaa huomioon mitään harkintaa materiaalien lämmönjohtamisominaisuuksista, ja vastoin tunnettuja ripaputkijääh-5 dyttimiä, materiaalit voidaan siksi valita toisiin tekijöihin perustuen, kuten niiden kykyyn sietää ilmasta ja jäähdytysvedestä tulevaa korroosiota, mikä suo jäähdytti-melle pitkän ja suureksi osaksi huoltovapaan kestoiän.

Veden painesumutus ilmaan tekee mahdolliseksi ruiskuttaa ulos hyvin suuria vesimääriä ilmaan niin, että jäähdytysvaikutus saavutetaan osaksi veden haihtumisella ja 10 osaksi suoralla lämmön siirtymisellä veden ja ilman välillä. Sellaisen vesimäärän ruiskuttaminen, joka on monta kertaa suurempi kuin ilman kostuttamiseen vaadittu määrä, johtaa ilman hyvin riittävään jäähtymiseen, nimittäin tunnetuilla ripaputki-jäähdyttimillä saavutettavissa olevaan jäähtymiseen nähden vertailukelpoiseen tai parempaan jäähtymiseen. Painesumutus johtaa hienoihin vesipisaroihin ilmassa ja 15 siten laajaan kosketuspintaan veden ja ilman välille. Veden sumutusvälineiden ottaessa vain vähän tilaa jäähdyttimessä ilman paineen alentuminen läpi jäähdyttimen on olennaisesti pienempi kuin tunnetuissa ripapulkijäähdyttimissä, mikä myötävaikuttaa moottorin suorituskyvyn paranemiseen.

Kussakin jäähdyttimen sumutusosassa ilmaan kohdistuu voimakkaasti vaikuttava 20 jäähdytys, ja jäähdytys useissa vaiheissa tekee mahdolliseksi jäähdyttämisen muutamaan asteeseen jäähdytysveden tulolämpötilan yläpuolelle. Ensimmäisessä jääh-dytysvaiheessa ilman kostutus 100-prosenttiseen suhteelliseen kosteuteen tapahtuu * automaattisesti samanaikaisesti jäähdytyksen kanssa. Veden määrä kosteuskylläises- sä ilmassa lisääntyy voimakkaasti lämpötilan noustessa ja jäähdytys kostuttamista 25 seuraavissa vaiheissa johtaa makean veden tiivistymiseen ilmasta.

Pisarankokoamisosan käyttäminen sumutusosan jälkeen myötävaikuttaa tehokkaan jäähtymisen saavuttamiseen seuraavassa sumutusosassa, koska pois kuljetetun veden jäähdyttämiseltä vältytään. Sumutusosassa, jossa ilma jäähdytetään alle kastepis-teen, kaikki hiukkaset ilmassa toimivat pisaroiden tuvistymiskeskustekijöinä tai pi-30 saran alkutekijöinä, joissa hiukkaset on pyydystetty pisaroihin, ja seuraavassa pisa-rankokoamisosassa hiukkaset poistetaan niin, että ilma puhdistuu. Veden sumutus antaa lisäksi ylimääräisen kaasunpuhdistuslaitevaikutuksen kyeten poistamaan muita epäpuhtauksia ilmasta. Siten ilma puhdistuu ensimmäisessä tiivistämisosassa.

, 106881 4

Jos ilman puhdistuksen kanssa olevan osan jälkeen on vielä yksi sumutusosa, ilman jäähdyttäminen johtaa tässä korkealaatuisen makean veden tiivistymiseen. Siten laivassa jäähdytin voi tuottaa makeaa vettä käytettäväksi laivalla. Tämä tuo mukanaan sen huomattavan edun, että jäähdytin voi tehdä tarpeettomiksi tavalliset makean ve-5 den generaattorit, jotka haihduttavat vettä niin matalassa paineessa, että moottorin hukkalämpöä voidaan käyttää haihdutukseen. Joka tapauksessa imuilmaa täytyy jäähdyttää, ja erottamalla makeaa vettä tämän jäähdytyksen yhteydessä alkuperäistä lämmön lähdettä käytetään makean veden tuotantoon, mikä parantaa moottori-laitoksen kokonaishyötysuhdetta, koska mitään toisia pumppausjärjestelmiä ja 10 energiaa kuluttavia välineitä ei makean veden tuotantoon tarvita. Lisäksi moottorilai-toksen osien määrän pienentämisessä on selviä etuja mitä tulee kustannuksiin ja kunnossapitoon.

Jos pisarankokoamisosa on jäljestetty jäähdyttimen viimeisen sumutusosan jälkeiseksi, pisarankokooja estää veden erottumisen imujäijestelmässä myötävirtaan su-15 mutusosasta ja se pienentää ilmassa olevan veden määrää tasolle, jossa vesipitoisuu della on ainoastaan positiivinen vaikutus moottorin prosessille. On erityisesti eduksi estää suurien pisaroiden läsnäolo palotilaan virtaavassa kaasussa, koska suurien pisaroiden muodostuminen sylinterin seinämän sisäpuolelle voi tehdä vaikeaksi ylläpitää ohutta voiteluöljykalvoa sylinterin seinämässä.

20 Hienojen pisaroiden poistamisen mahdollistamiseksi, erityisesti ilmasta, jäähdytti-mellä voi olla sopivasti pisarankehitinosa sumutusosan ja pisarankokoamisosan välillä, jossa hienot nestepisarat ilmassa liittyvät hiukan suuremmiksi pisaroiksi, jotka . on helpompi poistaa pisarankokoamisosassa. Pisarankehitinosa johtaa lisääntyvään ilman paineen alenemiseen läpi jäähdyttimen, mutta toisaalta pisaranpoisto tulee 25 niin tehokkaaksi, että jäähdyttimelle voidaan antaa edullisen pienet ulkomitat.

Erityisen yksinkertaisessa ja kompaktissa suoritusmuodossa jäähdyttimellä on määrä suuttimia sumutusosassa, jotka suuttimet ruiskuttavat sumutettua vettä vasten kaasun virtaussuuntaa, ja suutinten vieressä tai välittömästi niiden edessä, pisarankokoojat on järjestetty pintojen muodossa, jotka on kallistettu kaasun virtaussuuiman suhteen. 30 Sumutetun veden vastavirtaruiskutus johtaa nopeaan ja hienoon veden jakautumiseen ilmassa, ja samanaikaisesti sumutusosalla on lyhyt pituus kaasun virtaussuun-nassa. Hyvin suuren lämmön siirtymiskertoimen sumutetun veden ja ilman välillä johdosta huomattavin osa mahdollisesta jäähdytystoimenpiteestä on jo saavutettu ilmavirran saavuttaessa sumutussuuttimet. Pisarankokoojat voivat siksi olla järjestet-35 tyinä suutinten viereen tai välittömästi niiden eteen, mikä lisäksi pienentää jäähdytti- 5 106881 men ulottuvuutta virtaussuunnassa. Kaasun virtaussuuntaan kallistetut pinnat antavat ilmavirralle suunnanmuutoksen. Vesipisaroilla on olennaisesti suurempi tiheys kuin ilmalla ja ne poikkeavat suunnastaan pienemmässä määrin niiden inertian johdosta, ja pisarat siksi osuvat ja jäävät kiinni kallistettuihin pintoihin, jotka voivat kuljettaa 5 pois kootun veden.

Suositeltavassa suoritusmuodossa syöttöpumppu syöttää makeaa vettä jäähdyttimen sumutusosiin, ja vähintään yksi jäähdyttimen pisarankokoamisosista toimittaa makeaa vettä vesisäiliöön, joka on paineistettu pääpiirteittäin samaan paineeseen kuin ilmanpaine jäähdyttimessä.

10 Kunnollisen sumutuksen saavuttamiseksi sumuttimen syöttöputken täytyy ylittää jäähdyttimen ilmanpaine arvolla, joka riippuu sumutussuutinten mallista. Ottaen huomioon veden poistamisen pisarankokoamisosasta vesisäiliön paineen tulisi olla hieman alle jäähdyttimen ilmanpaineen. Tankin paineistainisessa on se etu, että syöttöpumpun tarvitsee antaa jäähdytysvedelle vain veden sumuttamiseen soveltuva 15 paineenkorotus, ja pumppu on vapautettu veden pumppaamistyöstä jäähdyttimen il manpaineen tasolle.

Keksintö liittyy myös menetelmään jäähdyttäjän käyttämiseksi jäähdyttämään ahdetun polttomoottorin imuilmaa sumutetulla vedellä, sen jälkeen kun ilma on lähtenyt ahtimesta ja ennen kuin ilma on toimitettu moottorin palotiloihin. Menetelmä on 20 tunnettu siitä, että ilma jäähdytetään määrässä vaiheita veden painesumutuksen avulla, että vapaasti saatavissa olevan laatuista vettä sumutetaan ilmaan jäähdyttimen ensimmäisessä vaiheessa, jonka jälkeen vesipisarat poistetaan ilmasta, ja että makeaa vettä sumutetaan ilmaan seuraavassa vaiheessa, jonka jälkeen vesipisarat poistetaan ilmasta.

25 Suoran kosketuksen perustamisen jäähdytysveden ja ilman välille tuomien edellisten etujen lisäksi menetelmä tekee mahdolliseksi käyttää ilman kostuttamiseksi ja jäähdyttämiseksi ensimmäisessä vaiheessa vettä, joka ei välttämättä ole puhdasta, makeaa vettä. Jos moottoriaseman lähellä on sopivassa määrin huonompilaatuista vettä, toisin sanoen juotavaksi kelpaamatonta vettä, kuten merivettä tai puhdistamatonta 30 pintavettä järvestä, tai muuta vettä, jota on käytetty teollisissa tarkoituksissa, voidaan tätä vettä käyttää ensimmäisessä vaiheessa, jäähdyttimen haihtumis- ja tiivis-tymisprosessien johtaessa veden puhdistumiseen, ja seuraavassa vaiheessa ilmaan sumutettava makea vesi puhdistaa ilman kaikista epäpuhtauksista. Tällä tavalla on ’ mahdollista säästää makean veden määrä, mikä vastaa ilman kostuttamiseen käyte- 35 tyn veden määrää.

6 106881

Makea vesi voidaan soveltuvasti sumuttaa ilmaan kahdessa peräkkäisessä vaiheessa, ja ilmasta viimeisessä makean veden vaiheessa poistettu vesi voidaan syöttää vesisäiliöön. Kuten edellä on mainittu, jäähtyminen ensimmäisessä tai toisessa makean veden vaiheessa johtaa todelliseen puhtaan makean veden tuotantoon, joka vesi 5 kootaan vesisäiliöön. Tällä menetelmällä jäähdytin ei ainoastaan tule omavaraiseksi makean veden suhteen, vaan on jopa mahdollista laskea liikatuotantoa vesisäiliöstä ja käyttää sitä muihin tarkoituksiin.

Jos moottori on laivan moottori tai moottori rannikkovoimalaitoksessa, ensimmäinen vaihe voi soveltuvasti käyttää merivettä, jota on saatavissa suuressa määrin. Kuten j 10 mainittua, jäähdytin muuntaa suuren osan merivedestä makeaksi vedeksi. Dieselkäyttöisiä kiinteitä voimalaitoksia käytetään usein alueilla, jotka kärsivät makean veden puutteesta. Tuotettua makeaa vettä voidaan käyttää suoraan esimerkiksi peltojen kasteluun.

Moottoriaseman energiankulutusta voidaan sopivasti pienentää sekoittamalla toises-15 sa sumutusvaiheessa poistettavaa vettä veteen, jota sumutetaan ilmaan jäähdyttimen ensimmäisessä vaiheessa. Toisesta sumutusvaiheesta poistetulla vedellä tulee olemaan suureksi osaksi sama paine kuin vaiheessa on ilmanpaine, ja veden palauttaminen ensimmäiseen vaiheeseen johtaa sen pumppaustyön säästämiseen, joka vaaditaan paineistamaan vesi ympäröivästä paineesta ensimmäisen vaiheen ilmanpainee-20 seen.

Menetelmässä, joka soveltuu makean veden suuren tuotannon saavuttamiseen, vesimäärä ensimmäisessä vaiheessa sovitetaan imuilman lämpötilaan, määrään ja vesipi-* toisuuteen niin, että sen purkautuessa ensimmäisestä vaiheesta ilmaa ei ole jäähdy tetty olennaisesti sen kastepisteen alle. Siten ilma ensimmäisessä vaiheessa kostute-25 taan maksimimäärällä vettä, joka toisessa vaiheessa tapahtuvan puhdistamisen jälkeen voidaan tiivistää kolmannessa tai seuraavissa vaiheissa.

Suoritusmuotojen ja keksinnön menetelmän esimerkit kuvataan nyt yksityiskohtai-. semmin seuraavassa viitaten erittäin kaaviomaisiin piirustuksiin, joissa kuvio 1 kuvaa kaaviota keksinnön mukaisesta polttomoottorin imu- ja pako- 30 järjestelmän suoritusmuodosta, kuvio 2 on vaakapoikkileikkaus j äähdyttimen vaiheen hahmotelmasta, kuviot 3 ja 4 esittävät toista ja kolmatta jäähdyttimen sumutus- ja pisarankokoa-. #, misosien suoritusmuotoa, j a kuvio 5 on kaavio liitynnöistä kolmivaiheiseen jäähdyttimeen.

7 106881

Kuvio 1 esittää suurta polttomoottoria, jota on yleisesti merkitty viitenumerolla 1, ja jossa on huuhtelu- ja ahtoilman vastaanotin 2 ja pakovastaanotin 3. Suurella polttomoottorilla ymmärretään moottoria, jonka teho on enemmän kuin 1000 kW. Moottori voi olla vakiopaineella ahdettu tai pulssiahdettu. Palotiloihin kuuluvat pakovent-5 tiilit on merkitty viitenumerolla 4. Imuilman jäähdyttämistä esiintyy tavallisesti keskikokoisissa ja suurissa kaksi-ja nelitahtisissa moottoreissa ja keksintö on erityisen käyttökelpoinen suurissa kaksitahtisissa ristikansityyppisissä dieselmoottoreissa, jotka tuottavat hyvin suuren tehon, esimerkiksi 5000 - 75 000 kW. Koska nämä moottorit vaativat suuret ahtopaineet ja siitä johtuvat ahtimen suuret painesuhteet 10 1:4.5:een asti, on seurauksena erityisen tärkeätä, että imuilma jäähdytetään ennen syöttöä palotiloihin. Yksinkertaisuuden tähden huuhtelu- ja ahtoilmaa kutsutaan vastedes ahtoilmaksi.

Ahtoilma päästetään ahtoilman vastaanottimesta yksittäisten sylintereiden huuhtelu-ilmasoliin. Kim pakoventtiili 4 on auki, pakokaasu virtaa pakokanavaa pitkin pako-15 vastaanottimeen 3 ja eteenpäin tavanomaista pakokanavaa 5 pitkin turboahtimen turpiiniin 6, josta pakokaasu virtaa pois pakokanavan 7 kautta. Akselin 8 kautta turpiini 8 käyttää ahdinta 9 varustettuna ilmanottoon 10. Ahdin 9 syöttää paineistettua ahtoilmaa ahtoilmakanavaan 11, joka johtaa ahtoilman vastaanottimeen 2.

Kanavassa 11 imuilma kulkee jäähdyttänen 12 läpi, jossa on neljä sumutusvaihetta 20 13-16 esitetyssä suoritusmuodossa. Ensimmäisessä vaiheessa 13 laadultaan yleisesti saatavilla olevaa vettä, kuten merivettä, johdetaan putkesta 17 sumutussuuttimiin sellainen määrä, joka kostuttaa ja jäähdyttää ja puhdistaa kaasun. Sopiva liikavesi-. määrä syötetään niin, että yhtään hiukkasia, kuten suolaa tai muita veden epäpuh tauksia, ei saostu kaasuun. Jätettäessä ensimmäinen vaihe ilma on jäähdytetty lähel-25 le kastepistettä. Toisessa vaiheessa 14 makeaa vettä, jota syötetään putken 18 kautta, sumutetaan kaasuun, mikä aiheuttaa lisäjäähtymistä ja veden tiivistymistä kaikkien kaasussa olevien hiukkasten ympärillä. Kolmannessa vaiheessa 15 putken 19 kautta syötettyä makeaa vettä sumutetaan ilmaan, joka tässä jäähtyy lämpötilaan, joka vastaa ilman purkautumislämpötilaa tavanomaisesta ripaputkijäähdyttimestä. Nel-30 jännessä vaiheessa 16, putken 20 kautta syötettyä vettä sumutetaan kaasuun, joka jäähtyy muutaman asteen jäähdytysveden lämpötilan yläpuolelle, suhteellisen rajoitetun makean veden määrän tiivistymisen jatkuessa. Kustakin vaiheesta tiivistetty ja liika vesi lasketaan pois vedenlasku- tai poistoputkien 21-24 kautta. Jäähdyttimessä on mahdollista käyttää vähempiä vaiheita. Vaiheiden määrä sovitetaan muun muassa 35 moottorin tehoon ja makean veden tuottamisen tarpeeseen. Jos imuilma sisältää epäpuhtauksia, ne pestään pois ensimmäisessä ja mahdollisesti toisessa jäähdytys- 3 106881 vaiheessa, niin että voi olla taipeen puhdistaa putkien 21 ja 22 kautta poistettu vesi, riippuen saasteiden tyypistä. Jos ensimmäiseen vaiheeseen syötetty vesi sisältää epäpuhtauksia, putken 22 kautta poistettu vesi voi olla myös epäpuhdasta. Putkien 23 ja 24 kautta poistetusta vedestä tulee tavallisesti korkealaatuista makeaa vettä.

5 Jos jäähdyttimen ensimmäinen vaihe aiheuttaa imuilman riittävän tehokkaan puhdistumisen, jäähdytin voidaan suunnitella vain kahdella vaiheella, nimittäin ensimmäisellä kostutus-, puhdistus- ja jäähdytysvaiheella ja toisella makeaa vettä tuottavalla jäähdytysvaiheella.

Kuvio 4 esittää esimerkin vaiheen 25 suoritusmuodosta jäähdyttimessä. Jäähdytti-10 men runko 26 voidaan yhdistää ahtoilmakanavaan 11 tai viereisen jäähdytysvaiheen kanssa laipoilla 27. Kaasun virtaussuunta on osoitettu nuolilla 28. Esimerkiksi makeaa tai merivettä varten oleva syöttöputki 29 johtaa veden levitinputkiin 30, kunkin kannattaessa tiettyä määrää suuttimia 31, jotka sumuttavat veden kaasuun. Esitetyissä suoritusmuodoissa suuttimet suihkuttavat veden ulos vasten kaasun virtaus-15 suuntaa, mikä antaa hyvän haihtumis- ja puhdistusvaikutuksen, mutta on tietenkin myös mahdollista käyttää suuttimia suihkuttamaan kaasun virtaussuuntaan. Suutti-mien ohikulun jälkeen kaasu virtaa pisarakehittimen 32 läpi, joka käsittää suuria pintoja, jotka ovat kulmittain kaasun virtaussuuntaan nähden. Pisarakehittimen materiaali voi koostua esimerkiksi hyvin huokoisesta vaahdosta, metallilankaverkosta 20 tai teräsvillasta. Pienet nestepisarat kaasussa liittyvät pisarakehittimessä yhteen suuremmiksi pisaroiksi, mikä mahdollistaa myöhemmän pisaroiden poistamisen kaasusta pisarankeräysosassa 33, joka kuten on esitetty voi käsittää pitkänomaisia levy-kappaleita 34, jotka on kallistettu kulmaan suhteessa kaasun virtaussuuntaan niin, : että kaasu pakotetaan muuttamaan suuntaansa levyjen ohi mentäessä. Pisaroiden 25 inertian seurauksena ne ovat hitaampia muuttamaan suuntaansa kuin kaasu itse, ja siksi pisarat laskeutuvat levyille 34 ja liukuvat niitä pitkin yli käännettyyn pääty-osaan 35, jossa pisarat otetaan kiinni ja siirretään kokoavaan kanavaan, joka poistaa tiivistymän ja poistetun nesteen poistoputkeen 36. Tulee usein olemaan mahdollista jättää huomiotta pisarakehitin 32, joka saattaa aiheuttaa tiettyä virtausvastusta. Jos 30 jäähdyttimessä on useita peräkkäisiä sumutusvaiheita, kukin vaihe käsittää suosi-teltavasti pisarankokoamisosan niin, että seuraavien vaiheiden ei tarvitse jäähdyttää pisarankokoamisosassa poistettua nestemäärää. Jäähdytin antaa vain alhaisen virtausvastuksen ja se ei pääasiallisesti tarvitse kunnossapitoa ja on myös halpa valmistaa.

35 Jäähdytin asennetaan tavallisesti siten, että nuolien 28 osoittama ilmavirran suunta on pääpiirteittäin vaakasuoraan, mikä mahdollistaa pisaroiden poistamisen pisaran- 9 106881 kokoamisosassa 33, koska levyt 34 ovat silloin pitkänomaisia jäähdyttänen korkeus-suunnassa (ulos paperin tasopinnasta kuviossa 2). Vesi, joka otetaan kiinni pääty-osassa, joka toimii kurkkuna, voi sitten virrata alas kokoavaan kanavaan itsestään painovoiman johdosta. Vaihtoehtoisesti jäähdytin voi olla asennettu siten, että il-5 mavirtauksen suunta on vinosti nouseva, laskeva tai pystysuuntainen.

Kuten on esitetty, suuttimet 31 voivat olla pelkkiä vesisuuttimia, mutta erityisesti ensimmäistä vaihettä 13 varten, jossa voidaan syöttää merivettä, voi olla edullista käyttää kaksiaineisia suuttimia varustettuina kanavasta 11 haaroitetulla ahtoilmalla ja suolavedellä, jota johdetaan ilmavirtaan suuttimessa ja sumutetaan siinä. Sellaisel-10 la sumutuksella on mahdollista saavuttaa erittäin hienoja, kooltaan yhtenäisiä pieniä pisaroita, jopa pitkän toimintajakson jälkeen, koska ei käytetä painesuuttimia pienellä suutinaukolla, joka voi likaantua tai tukkeutua epäpuhtauksilla.

Jäähdytin voi olla suunniteltu myös kuten kuviossa 3 on hahmoteltu, jossa jäähdyt-timessä on kolme sumutusosaa rakennettuina yhteen pisarankokoamisosien kanssa 15 niin, että jäähdytin on pituudeltaan lyhyt. Kussakin osassa jäähdytysveden tuloputki 37 on yhteydessä useiden levitysputkien 38 kanssa, jotka kannattelevat sumutus-suuttimia 39, jotka voivat olla kartiotyyppisiä, nimittäin suuttimia, jotka ruiskuttavat ulos kartiomaisena sumuna sumutettua vettä. Pisarankokoojan ohjainlevyt 40 levi-tysputken 38 suunnassa ja ne on sijoitettu virtaussuuntaan välittömästi myötävirran 20 puolelle tai samaan tasoon sumutussuutinten kanssa, suositeltavasta niin että ohjain-levyjen kurkut 41 on sijoitettu suutinten myötävirran puolelle, ja suureksi osaksi ohjainlevyjen tasomaiset osat työntyvät vinosti suutinten eteen kulmassa, joka vastaa kartiokulmaa. Liika vesi ja tiivistymä kuljetetaan pois putkien 42 kautta. Jos ha-lutaan erityisen tehokasta ilman jäähtymistä, kolme sumutusosaa voi olla järjestetty-25 nä myötävirtaan kostutus- ja puhdistusosasta.

Kuviossa 4 esitetty sumutusvaiheen suoritusmuoto tuottaa erittäin vähän vastusta ilmavirtaan jäähdyttimen läpi. Tämä on saavutettu käyttämällä viuhkatyyppisiä su-mutussuuttimia 43, joista kukin toimii yhdessä yksittäisen ohjauslevyn 44 kanssa, joka on sijoitettu suuttunen sivulle, ja johon sumutetun veden viuhkamainen sumute-30 tun veden sumu on suunnattu. Kaikkien ohjainlevyjen pidetessä samaan suuntaan paineen aleneminen pisararikokoamisosan yli on pienempää. Sumutusosaan syötetään vettä putken 45 kautta ja pisarankokoamisosasta vesi kuljetetaan pois putken 46 kautta.

·*·· Kuvio 5 esittää kaavion kolmivaiheisen jäähdyttimen liitynnöistä. Kuten on mainit- 35 tu, kuvion 1 jäähdytin voi käsittää vain kolme vaihetta, ja yksinkertaisuuden tähden 10 106881 kuvion 1 kolmen ensimmäisen jäähdytysvaiheen viitenumerolta käytetään kuviossa 5. Oletetaan, että jäähdytintä käytetään laivan moottoriasemassa ja että tuloputkeen 17 ensimmäiseen sumutusvailieeseen syötetään merivettä syöttöpumpun 47 avulla, jota taas syötetään meriventtiilistä 48. Liika vesi ensimmäisestä pisasarankokoamis-5 osasta kuljetetaan yli laidan putken 21 kautta.

Syöttöpumppu 49 juoksuttaa makeaa vettä vesisäiliöstä 50 ja kuljettaa veden levy-jäähdyttimen 51 läpi, jossa makea vesi jäähdytetään merivedellä, jota kuljetetaan jäähdyttimen läpi pumpulla 53, joka vetää meriventtiilistä 52. Laskuputken 54 kautta makea vesi toimitetaan syöttöputkiin 18 ja 19 toista ja kolmatta sumutusvai-10 hetta varten. Liika vesi ja tiivistymä toisesta pisarankokoamisvaiheesta kuljetetaan pois putken 22 kautta. Venttiili 55 putkessa 22 voi siirtää veden pois jäähdytysjärjestelmästä yhdessä asennossa ja toisessa asennossa yhdistää putken 56 kautta putken 22 ensimmäisen sumutusosan syöttöputken 17 kanssa. Putki 56 käsittää pienen pumpun 57, joka voi tuoda paluuveden paineen tasolle, joka on pumpun 47 ulostu-15 lopaine. Takaiskuventtiili 58 putkessa 56 estää vettä putkesta 17 tunkeutumasta putkeen 56.

Vedenpoistoputki 23 kolmannesta pisarankokoamisosasta toimittaa makeaa vettä vesisäiliöön 50. Vesisäiliö on varustettu sen päällä olevalla pintakytkimellä 59, joka aktivoi venttiilin 60 vedenpoistoputkessa 65 niin, että jäähdyttimen makean veden 20 liikatuotanto voidaan kuljettaa pois säännöllisin väliajoin putken 65 kautta käytettäväksi muualla laivassa. Makea vesi voidaan käsitellä käytettäväksi juomavetenä, mutta sitä voidaan käyttää myös suoraan pesemiseen, huuhtelemiseen tai suihkuve-. t tenä. Paineanturi 61 mittaa painetta kanavassa 11 jäähdyttimestä vastavirtaan ja toi- nen paineanturi 62 mittaa painetta vesisäiliössä. Säätöventtiiliä 63 paineistetussa il-25 maputkessa 64, joka on kytketty vesisäiliöön, ohjataan perustuen antureiden 61 ja 62 lähettämään signaaliin niin, että vesisäiliön painetta pidetään sellaisella sopivasti alemmalla tasolla kuin paine kanavassa 11, että vesi putkesta 23 voi esteettä virrata vesisäiliöön. Vesisäiliön paineistaminen vähentää pumpun 49 työtä. Säiliö käsittää lisäksi paineenpurkajan, jota ei ole esitetty, joka aktivoidaan ahtoilmanpaineen pu-30 dotessa kanavassa 11. Vaihtoehtoisesti säiliö voidaan paineistaa läpivirtaavalla ilmalla, joka poistetaan kanavasta 11 ja syötetään säiliöön 50 kuristuskanavan kautta.

Jäljempänä on kuvaus keksinnön mukaisen jäähdyttimen toimintamenetelmien esimerkeistä, jossa ahtoilma jäähdytetään kahdessa vaiheessa. Yksinkertaisuuden tähden laskelmat perustuvat polttomoottoriin, jonka teho täydellä kuormalla on • · 11 106881 10 000 kW ja nimellisahtoilmanpaine 3,55 bar. Suurempitehoisille moottoreille esimerkeissä mainitut virtausmäärät voidaan laskea suhteessa tehoon.

Esimerkissä 1 moottoria ajetaan 100 prosentin kuormalla, ja ympäröivän ilman lämpötila on 25 °C ja suhteellinen kosteus 30 prosenttia, mikä tarkoittaa ottoilman sisäl-5 tävän noin 6 g vettä / kg ilmaa. Moottorin ilmankulutus on noin 22 kg/s. Ahtimen 9 jälkeen ilman lämpötila on Tj = 185 °C.

Ensimmäisessä sumutusvaiheessa sumutussuuttimiin syötetään suolavettä määrältään 2,6 1/s, minkä avulla ilma jäähdytetään haihduttamalla lämpötilaan noin Ti = 70 °C, ja ilma kostutetaan samaan aikaan 100-prosenttiseen suhteelliseen kosteu-10 teen, johtaen vesipitoisuuteen 60 g/kg ilmaa. Pisarankokoamisosassa poistetaan vesimäärä noin 1,3 1/s. Ensimmäisestä jäähdytysvaiheesta poistuttaessa ilma on suuresti puhdistettu kaikesta suolapitoisuudesta.

Toisessa kaasupesurivaiheessa makean veden määrä 35 1/s sumutetaan ulos sumu-tussuuttimista veden lämpötilalla noin Tv = 25 °C. Tämä jäähdyttää ilman lämpöti-15 laan noin Ti = 35 °C, jossa 100-prosenttisesti kosteuskyllästetyllä ilmalla on vesipitoisuus noin 9 g/kg ilmaa. Pisarankokoojassa erotetaan vettä määrältään noin 36,1 1/s, minkä avulla toinen kaasupesurivaihe tuottaa makeaa vettä määrän 1,11/s, vastaten noin 95 tonnia päivässä. Haluttaessa ilma voidaan jäähdyttää kolmannessa ja valinnaisesti neljännessä jäähdytinvaiheessa muutamia asteita jäähdytysveden lämpö-20 tilan yläpuolelle, mikä johtaa makean veden lisätuotantoon, ja samanaikaisesti ahto- ilman hyvin alhainen lämpötila johtaa parannukseen moottorin nimellisessä polttoöljyn kulutuksessa noin 1 g/hph.

«

Toisessa esimerkissä samoilla ympäristöolosuhteilla kuin edellä ja moottorin 75 prosentin kuormalla, sumutussuuttimiin ensimmäisessä sumutusvaiheessa täytyy syöt-25 tää mikä tahansa vähintään 1,8 1/s määrä merivettä, minkä avulla ilma jäähtyy noin Ti = 60 °C:een ja kostutetaan 100-prosenttiseen suhteelliseen kosteuteen, jossa vesimäärä on noin 45 g/kg ilmaa.

Toisessa sumutusvaiheessa 35 1/s vesimäärä syötetään lämpötilassa noin Tv = 25 °C, minkä avulla kaasu jäähtyy noin Ti = 30 °C:een, jossa vesimäärä 100-prosenttisesti 30 kyllästeisessä kaasussa on noin 12 g/kg ilmaa. Toinen vaihe tuottaa makeaa vettä noin määrän 0,5 1/s vastaten 43 tonnia päivässä.

100-prosenttisella moottorin kuormalla ja trooppisilla ympäristöolosuhteilla, joissa « ilman lämpötila on TL = 45 °C, ja ilmassa on vesipitoisuus 38 g/kg ilmaa, ensimmäi- 12 106881 seen smnutusosaan syötetään merivettä määrältään 4 1/s, minkä avulla ahtoilma jäähtyy lämpötilaan noin TL = 90 °C ja vesipitoisuus on noin 100 g/kg ilmaa.

Toisessa kaasupesurivaiheessa syötetään vesimäärä noin 35 1/s, ja kaasu jäähtyy noin lämpötilaan Tl = 45 °C, jossa vesipitoisuus on noin 17 g/kg ilmaa. Makeaa 5 vettä tuotetaan määrä noin 1,71/s vastaten 146 tonnia päivässä.

Kuviossa 1 esitetty moottori on turboahdettu. On ilmeistä, että keksintöä voidaan käyttää toisentyyppisissä ahdetuissa polttomoottoreissa, esimerkiksi moottorissa, jossa on ahdin, jota käytetään mekaanisesti tai sähkömoottorilla.

* ψ 9 9

Claims (8)

13 106881

1. Suuri ahdettu polttomoottori (1), kuten laivan päämoottori, jossa on ahdin (9), joka syöttää ahto- ja huuhteluilmaa moottorin sylintereihin, ja jäähdytin (12) ahtimelta tulevan ilman jäähdyttämiseksi, niin että jäähdytin (12) on suunniteltu 5 muodostamaan suora yhteys huuhtelu- ja ahtoilman ja jäähdytysveden välille veden painesumutuksella ilmaan, tunnettu siitä, että jäähdyttimessä (12) on useita peräkkäisiä sumutusvaiheita ja että vähintään kahden sumutusosan väliin on varustettu pi-sarankokoamisosa (33), joka erottaa vesipisaroita ilmasta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen polttomoottori, tunnettu siitä, että jäähdytit) timessä (12) on pisarankehitinosa (32) sumutusosan ja pisarankokoamisosan (33) välissä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen polttomoottori, tunnettu siitä, että jäähdyttimellä on sumutusosassa useita suuttimia (39) ruiskuttamassa sulautettua vettä kaasun virtaussuuntaa (28) vastaan ja että suutinten viereen tai välittömästi 15 niiden eteen on jäljestetty pisarankokoojat pintojen (40) muodossa, jotka on kallistettu kaasun virtaus suunnan suhteen.

4. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 1-3 mukainen polttomoottori, tunnettu siitä, että syöttöpumppu (49) syöttää makeaa vettä jäähdyttimen sumutusosiin, että vähintään yksi jäähdyttimen pisarankokoamisosista toimittaa makeaa vettä vesisäi- 20 liöön (50) ja että vesisäiliö on paineistettu suurin piirtein samaan paineeseen kuin mikä on ilmanpaine jäähdyttimessä. * «

5. Menetelmä jäähdyttimen (12) käyttämiseksi ahdetun polttomoottorin (1) imuilman jäähdyttämiseksi sumutetulla vedellä sen jälkeen kun ilma on lähtenyt ah-timesta (9) ja ennen kuin ilma syötetään moottorin palotiloihin, tunnettu siitä, että 25 ilma jäähdytetään useissa vaiheissa (13-16) veden painesumutuksella, että laadultaan vapaasti saatavissa olevaa vettä sumutetaan ilmaan ensimmäisessä jäähdyttimen vaiheessa (13), minkä jälkeen vesipisarat poistetaan ilmasta, ja että makeaa vettä sumutetaan ilmaan vähintään yhdessä seuraavassa vaiheessa (14-16), minkä jälkeen vesipisarat poistetaan ilmasta.

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että makeaa vettä sumutetaan ilmaan kahdessa peräkkäisessä vaiheessa (14, 15) ja että ilmasta viimeisessä makean veden vaiheessa (15) poistettu vesi syötetään vesisäiliöön. • « 14 106881

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toisesta su-mutusvaiheesta (14) poistettu vesi sekoitetaan jäähdyttimen ensimmäisessä vaiheessa (13) sumutettavaan veteen.

8. Minkä tahansa patenttivaatimuksen 5-7 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 5 että veden määrä ensimmäisessä vaiheessa (13) sovitetaan lämpötilaan, imuilman määrään ja vesipitoisuuteen niin, että sen poistuessa ensimmäisestä vaiheesta (13), ilmaa ei ole jäähdytetty olennaisesti sen kastepisteen alapuolelle.