FI126695B - Menetelmä ahdetun polttomoottorikoneen käyttämiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ahdetun polttomoottorikoneen käyttämiseksi

Keksintö kohdistuu patenttivaatimuksen 1 johdanto-osan mukaiseen menetelmään ahdetun polttomoottorikoneen käyttämiseksi.

Ahdettuja polttomoottorikoneita, kuten esimeriksi ahdettuja laivadie-selpolttomoottorikoneita, tunnetaan käytännössä riittävästi. Niinpä eräässä ahdetussa polttomoottorikoneessa polttomoottorikoneen pakokaasu syötetään pakokaasuahtimen turbiiniin ja turbiinissa poistetaan paine, jolloin pakokaasun paineenpoiston yhteydessä turbiinissa tuotettu energia hyödynnetään pakokaasuahtimen ilmanpuristimen käyttämiseksi ilmanpuristimen välityksellä polt-tomoottorikoneeseen syötettävän ahtoilman kokoonpuristamiseksi.

Lisäksi tekniikan tasosta on jo tunnettua johtaa kokoon puristettua ahtoilmaa polttomoottorikoneen tehon nostamiseksi kokoonpuristamisen jälkeen ahtoilmajäähdyttimen välityksellä kokoon puristetun ja jäähdytetyn ilman syöttämiseksi näin polttomoottorikoneeseen.

Polttomoottorikoneeseen syötettävän ahtoilman ahtopaineen rajoittamiseksi käytännössä on jo tunnettua johtaa pakokaasun osa, joka lähtee polttomoottorikoneesta, niin kutsutun jäteportin välityksellä turbiinin vierestä ohi näin turbiinissa tuotettavan energian pienentämiseksi. Tämän pakokaasun puoleisen liittymisen lisäksi ahtopaineen rajoittamiseksi on käytännöstä tunnettu myös ahtoilman puoleinen liittyminen ahtopaineen rajoittamiseksi, näin esimerkiksi kokoon puristetun ahtoilman osan niin kutsuttu ahtoilman puhallus polttomoottorikoneesta vastavirtaan.

Vaikka käytännöstä jo on tunnettu kaikenlaisia mahdollisuuksia ahtoilman paineen rajoittamiseksi, on tarvetta uudentyyppisestä mahdollisuudesta ahdettuun polttomoottorikoneeseen johdettavan syöttöilman ahtopaineen rajoittamiseksi. Tästä lähtien keksintö perustuu tehtävään luoda uudentyyppinen menetelmä ahdetun polttomoottorikoneen käyttämiseksi. Tämä tehtävä ratkaistaan patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä ahdetun polttomoottori-koneen käyttämiseksi. Ahtoilman ahtopaineen rajoittamiseksi pakokaasuun tuodaan polttomoottorikoneesta myötävirtaan ja turbiinista vastavirtaan vettä tämän ainakin osittaisen höyrystymisen yhteydessä. Pakokaasuun tuodaan vettä polttomoottorikoneesta myötävirtaan ja turbiinista vastavirtaa veden ainakin osittaisen höyrystymisen yhteydessä. Sillä tavoin voidaan laskea pakokaasun lämpötilaa, minkä johdosta lopulta voidaan pienentää turbiinissa tuotet tavaa energiaa. Tällä tavoin saavutettavissa oleva ahtopaineen rajoitus voidaan muuntaa erittäin yksinkertaisesti polttomoottorikoneessa, niin kuin esimerkiksi raskaalla polttoöljyllä käytetyssä laivadieselpolttomoottorikoneessa. Vesi tuodaan määritellyssä paineessa ja määritellyssä lämpötilassa pakokaasuun, jolloin veden määritelty lämpötila on 20 °K:n ja 5 °K:n välillä veden kie-humislämpötilan alapuolella ympäröivässä paineessa tai pakokaasupaineessa polttomoottorikoneesta myötävirtaan ja jolloin veden määritelty paine on pako-kaasupaineen 2-kertaisen ja 5-kertaisen pakokaasupaineen välillä polttomoottorikoneesta myötävirtaan. Silloin kun vettä tuodaan määritellyssä paineessa ja määritellyssä lämpötilassa pakokaasuun, voidaan toteuttaa erittäin tehokas ahtopaineen rajoittaminen. Näin voidaan määritellyn lämpötilan kautta vedellä lähestyä mahdollisimman laajalti kiehumispistettä ja siten pakokaasussa olevan veden täydellinen ja nopea höyrystyminen. Paineen välityksellä saavutetaan veden sumutus sen pakokaasuun tuomisen yhteydessä. Kun ahtoilman esillä oleva ahtopaine on pienempi kuin raja-arvo, yhtään vettä ei tuoda pakokaasuun, mitä vastoin silloin, kun ahtoilman esillä oleva paine on suurempi kuin raja-arvo, vettä tuodaan pakokaasuun sillä tavoin, että tuodun veden määrä tai massavirta on riippuvainen esillä olevan ahtopaineen ja raja-arvon välisestä poikkeamasta. Pakokaasuun tuodun veden määrän tai massavirran edellä mainittu säätö tai ohjaaminen on erittäin yksinkertaista ja tehokasta.

Keksinnön edullisia edelleen kehityksiä käy ilmi epäitsenäisistä patenttivaatimuksista ja seuraavasta selostuksesta. Keksinnön esimerkkejä selostetaan lähemmin, rajoittumatta niihin, piirustuksen avulla. Tällöin esittää kuvio 1 ahdetun polttomoottorikoneen kaavamaistettua kuvausta ahdetun polttomoottorikoneen käyttämiseksi olevan keksinnön mukaisen menetelmän havainnollistamiseksi ja kuvio 2 kaaviota keksinnön mukaisen menetelmän lisähavainnollis- tamiseksi.

Kuvio 1 esittää voimakkaasti kaavamaistettua kuvausta ahdetusta polttomoottorikoneesta, jossa kysymyksessä on edullisesti raskaalla polttoöljyllä käytetty laivadieselpolttomoottorikone.

Kuvion 1 mukaan varsinaiseen polttomoottorikoneeseen 10 tuodaan ahtoilmaa 11, joka ensin on puristettu kokoon pakokaasuahtimen ilmanpuristi-messa 12 ja ilmanpuristimessa 12 kokoonpuristamisen jälkeen jäähdytettäisiin ahtoilmajäähdyttimessä 13 määriteltyyn lämpötilaan.

Pakokaasusta 14, joka lähtee polttomoottorikoneesta 10, poistetaan paine pakokaasuahtimen turbiinissa 15, jolloin tällöin tuotettu energia hyödynnetään pakokaasuahtimen ilmanpuristimen 12 käyttämiseksi.

Sen ahtoilman 11 ahtopaineen rajoittamiseksi, joka syötetään polt-tomoottorikoneeseen 10, tässä esillä olevan keksinnön mielessä pakokaasuun 14 tuodaan polttomoottorikoneesta 10 myötävirtaan ja turbiinista 15 vastavirtaan vettä sen ainakin osittaisen höyrystymisen yhteydessä, jolloin pakokaasuun 14 tuotu vesi sen pakokaasuun 14 tuomisen yhteydessä edullisesti osittain höyrystetään.

Kuvio 1 esittää laitetta 16, jonka avulla vettä voidaan tuoda pakokaasuun 14 polttomoottorikoneesta 10 myötävirtaan ja turbiinista 15 vastavirtaan, jolloin tämän vedentuontilaitteen 16 yhteydessä kysymyksessä voi olla erillinen suutinlaite tai myös mahdollisesti lisäksi esillä oleva pakokaasuahtimen pesulaite.

Keksinnön mukaisen menetelmän toimintatapaa selostetaan seu-raavassa viittaamalla kuvioon 2, jolloin kuvioon 2 on merkitty turbiinissa 15 paineesta vapautetun pakokaasun 14 entropia s ja toisaalta pakokaasun 14 entalpia h ja lämpötila T. Lisäksi kuvioon 2 on piirretty isobaarit, siis vakiopai-neen p käyrät.

Pisteillä 17, 18 ja 19 on havainnollistettu pakokaasun 14 paineen poisto turbiinissa 15, kuten tehtäisiin tekniikan tason mukaan ilman veden tuomista pakokaasuun 14. Niinpä piste 17 visualisoi paineesta poistettavaa kaasua 14 paineella pz, lämpötilalla Tz tai entalpialla hz, siis pakokaasun pakokaasutpa välittömästi polttomoottorikoneesta 10 myötävirtaan.

Ideaalisessa turbiinissa 15, jossa on 100 %:n isentrooppinen hyötysuhde, poistettaisiin pisteellä 17 luonnehditusta pakokaasusta (paine pz, lämpötila Tz, entalpia hz) paine pisteeseen 18 ja reaalisessa turbiinissa, jossa on pienempi kuin 100 %:n isentrooppinen hyötysuhde, pisteeseen 19 (paine py, lämpötila Ty, entalpian hy). Tässä paineen poistamisessa turbiinissa 15 voidaan tuottaa teho tai energia, joka on riippuvainen entalpiaerosta Ah = hy - hz.

Jos keksinnön mukaisesti pakokaasuun 14 tuodaan polttomoottori-koneesta 10 myötävirtaan ja turbiinista 15 vastavirtaan vettä veden höyrystymisen yhteydessä, niin voidaan veden tuomisella ja höyrystäniisellä pakokaasu siirtää lähtien pisteestä 17 (paine pz, lämpötila Tz, entalpia hz) esimerkiksi pisteeseen 17’ (paine px, lämpötila Tx, entalpia hx) kuvioon 2 merkittyjä isobaa-reja (pz = px) pitkin, minkä johdosta veden sisään tuonnin ja höyrystymisen kautta pienennetään toisaalta pakokaasun 14 lämpötilaa (Tz > Tx) ja toisaalta entalpiaa (hz > hX). Tämän pakokaasun 17’ paineen poistamisen yhteydessä (paine px, lämpötila Tx, entalpia hx) turbiinissa 15 tästä poistettaisiin painetta ideaalisessa turbiinissa 100 %:n isentrooppisella hyötysuhteella pisteeseen 18’ ja reaalisessa turbiinissa pienemmällä kuin 100 %:n isentrooppisella hyötysuhteella pisteeseen 19’ (paine py, lämpötila Ty, entalpia hy), jolloin tällöin syntyvä ental-piaero Ah’ on pienempi kuin entalpiaero Ah, joka muodostuisi ilman veden sisään tuomista ja höyrystymistä turbiinissa 15. Sen vuoksi keksinnöllä voidaan pienentää energiaa tai tehoa, joka turbiinista 15 asetetaan käytettäväksi pakokaasun 14 paineen poistamisen yhteydessä.

Lisäksi kun ahtopainetta pienennetään keksinnön mukaisesti, myös paine pz laskee, kunnes säätyy uusi tasapaino.

Keksinnön mukaan tämän mukaisesti ahtoilman 11 ahtopaineen rajoittamiseksi turbiinin 15 käyttöön asettama tehoa tai energiaa, joka hyödynnetään ilmanpuristimessa 12 ahtoilman 11 kokoonpuristamiseksi, pienennetään, nimittäin tuomalla sisään ja höyrystämällä vettä pakokaasuun 14 turbiinista 14 vastavirtaan ja polttomoottorikoneesta 10 myötävirtaan.

Vettä tuodaan määritellyssä paineessa ja määritellyssä lämpötilassa pakokaasuun 14, edullisesti suihkutettuna. Veden määritelty lämpötila on 20 °K:n ja 5 °K:n välillä veden kiehumislämpötilan alapuolella ympäröivässä paineessa, erityisesti 15 °K:n ja 10 °K:n välillä, kiehumislämpötilan alapuolella ympäröivän ilman paineessa. Samoin on mahdollista, että veden lämpötila on 20 °K:n ja 5 °K:n välillä, erityisesti 15 °K:n ja 10 °:K:n välillä veden kiehumislämpötilan alapuolella pakokaasupaineen yhteydessä polttomoottorikoneesta 10 myötävirtaan ja siten turbiinista 15 vastavirtaan. Veden määritelty paine, jolla sitä tuodaan pakokaasuun 14, on pakokaasun paineen 2-kertaisen ja 5-kertaisen välillä, edullisesti 3-kertaisen ja 4-kertaisen välillä, polttomoottorikoneesta 10 myötävirtaan ja turbiinista 15 vastavirtaan.

Pakokaasuun 14 tuotavan veden määrä tai massavirta määritetään edullisesti sillä tavoin, että silloin, kun ahtoilman esillä oleva ahtopaine on pienempi kuin raja-arvo, yhtään vettä ei tuoda pakokaasuun 14, mitä vastoin silloin, kun ahtoilman esillä oleva ahtopaine on suurempi kuin raja-arvo, vettä tuodaan pakokaasuun riippuen esillä olevan ahtopaineen ja raja-arvon välisestä poikkeamasta. Edullisesti määritetään ahtopainetta pi_ varten olevan raja-ar von pl,max ylittämisen yhteydessä pakokaasuun 14 tuodun veden massavirta mw seuraavan yhtälön mukaan: mw = k*(pL, max — Pl) jolloin tämä yhtälö kuvaa lineaarista riippuvuutta pakokaasuun 14 tuodun veden massavirran mw ja esillä olevan ahtopaineen pl ja raja-arvon tai enintään sallitun ahtopaineen pl, max välillä raja-arvon ylittämisen yhteydessä ja jolloin k kuvaa vakiota suhteellisuuskerrointa.

Claims (5)

1. Menetelmä ahdetun polttomoottorikoneen, erityisesti raskaalla polttoöljyllä käytetyn laivadieselpolttomoottorikoneen, käyttämiseksi, jolloin polttomoottorikoneen (10) pakokaasua syötetään pakokaasuahtimen turbiiniin (15) ja jolloin näin saatua energiaa käytetään pakokaasuahtimen kompressorissa (12) polttomoottorikoneeseen (10) syötettävän ahtoilman kokoonpurista-miseksi, jolloin ahtoilman ahtopaineen rajoittamiseksi pakokaasuun tuodaan polttomoottorikoneesta (10) myötävirtaan ja turbiinista (15) vastavirtaan vettä tämän ainakin osittaisen höyrystämisen yhteydessä, jolloin kun ahtoilman ah-topaine on pienempi kuin raja-arvo, yhtään vettä ei tuoda pakokaasuun, ja kun ahtoilman ahtopaine on suurempi kuin raja-arvo, vettä tuodaan pakokaasuun sillä tavalla, että sisään tuodun veden määrä tai massavirta on riippuvainen ahtopaineen ja raja-arvon välisestä poikkeamasta, tunnettu siitä, että veden määritelty lämpötila on 20 °K:n ja 5 °K:n välillä veden kiehumislämpötilan alapuolella ympäröivässä paineessa, että veden määritelty lämpötila on 20 °K:n ja 5 °K:n välillä veden kiehumislämpötilan alapuolella pakokaasun paineessa polttomoottorikoneesta (10) myötävirtaan, ja että veden määritelty paine on pakokaasun paineen 2-kertaisen ja 5-kertaisen välillä polttomoottorikoneesta (10) myötävirtaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesi höyrystetään täydellisesti pakokaasuun tuomisen yhteydessä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesi tuodaan määritellyssä paineessa ja määritellyssä lämpötilassa pakokaasuun, edullisesti sumutettuna ja hajotettuna.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesi tuodaan pakokaasuahtimen pesulaitteen (16) kautta pakokaasuun.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1 - 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että vesi tuodaan pakokaasuahtimen erillisen suutinlaitteen (16) kautta pakokaasuun. Patentkrav