NL1022429C1 - Internal combustion engine performance enhancing system for e.g. producing electricity, comprises Brayton cycle with explosive nebuliser units, rotary compressor and expander - Google Patents

Internal combustion engine performance enhancing system for e.g. producing electricity, comprises Brayton cycle with explosive nebuliser units, rotary compressor and expander Download PDF

Info

Publication number
NL1022429C1
NL1022429C1 NL1022429A NL1022429A NL1022429C1 NL 1022429 C1 NL1022429 C1 NL 1022429C1 NL 1022429 A NL1022429 A NL 1022429A NL 1022429 A NL1022429 A NL 1022429A NL 1022429 C1 NL1022429 C1 NL 1022429C1
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
power
efficiency
expander
gas
compressor
Prior art date
Application number
NL1022429A
Other languages
Dutch (nl)
Inventor
Jacobus Van Liere
Gerardus Hendricus Ma Laagland
Original Assignee
Jacobus Van Liere
Alpha Power Systems B V
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jacobus Van Liere, Alpha Power Systems B V filed Critical Jacobus Van Liere
Priority to NL1022429A priority Critical patent/NL1022429C1/en
Application granted granted Critical
Publication of NL1022429C1 publication Critical patent/NL1022429C1/en

Links

Classifications

    • 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
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K21/00—Steam engine plants not otherwise provided for
    • F01K21/04—Steam engine plants not otherwise provided for using mixtures of steam and gas; Plants generating or heating steam by bringing water or steam into direct contact with hot gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/12—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled
    • F01K23/14—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engines being mechanically coupled including at least one combustion engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02—Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • 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
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/005—Exhaust driven pumps being combined with an exhaust driven auxiliary apparatus, e.g. a ventilator
    • 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
    • F02B37/00—Engines characterised by provision of pumps driven at least for part of the time by exhaust
    • F02B37/12—Control of the pumps
    • F02B37/16—Control of the pumps by bypassing charging air
    • F02B37/164—Control of the pumps by bypassing charging air the bypassed air being used in an auxiliary apparatus, e.g. in an air turbine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/05—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C1/00—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid
    • F02C1/04—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly
    • F02C1/05—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy
    • F02C1/06—Gas-turbine plants characterised by the use of hot gases or unheated pressurised gases, as the working fluid the working fluid being heated indirectly characterised by the type or source of heat, e.g. using nuclear or solar energy using reheated exhaust gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
    • F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
    • F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
    • F02C7/1435—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages by water injection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02G—HOT GAS OR COMBUSTION-PRODUCT POSITIVE-DISPLACEMENT ENGINE PLANTS; USE OF WASTE HEAT OF COMBUSTION ENGINES; NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F02G5/00—Profiting from waste heat of combustion engines, not otherwise provided for
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

The system comprises an integral or auxiliary Brayton cycle with at least one rotary compressor (4) into which a hot nebulised evaporating medium (e.g. water) is injected via one or more explosive nebuliser units (5a, 5b), e.g. a Swirlflash device. Temperature before, during and after compression is reduced so that a significant amount of heat can be recovered from the exhaust gases generated by the engine (2). The compressed recovered air is supplied to at least one expander (3) and used to drive the compressor and generate extra power in a separate generator (8).

Description

Gecombineerde cyclus voor de omzetting van chemische energie in arbeidCombined cycle for the conversion of chemical energy into work

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een gecombineerd cyclus, geschikt voor de omzetting van chemische energie in vermogen. Systemen die 5 chemische energie omzetten in vermogen staan bekend om het feit dat zij elektriciteit en vermogen voor as aandrijving en zodoende voortstuwing genereren. De meest efficiënte energie systemen zijn grote zuigermotoren welke gebruikt worden voor voorstuwing van schepen, voor treintransport en voor elektriciteitsopwekking; ze kunnen een efficiëntie van 40 tot 50% bereiken met brandstoffen variërend van aardgas tot residuele zware io oliën. Naast de interesse voor motoren met een hoge efficiëntie tegen lage specifieke kosten bestaat er tevens een algemene interesse voor het reduceren van gasvormige emissies en vergroting van het vermogen. Turbocharger inrichtingen staan algemeen bekend om het feit dat zij het vermogen van reciproke machines vergroten. Echter, de efficiëntie van een machine wordt nauwelijks verbeterd en de emissie naar het mileu 15 blijft vrijwel onveranderd. De Brayton nageschakelde cyclus is goed toepasbaar voör zulke doeleinden, maar de nadelen van deze methode zijn vooral de hoge kosten en de benodigde ruimte.The present invention relates to a combined cycle suitable for the conversion of chemical energy into power. Systems that convert chemical energy into power are known for the fact that they generate electricity and power for shaft drive and thus propulsion. The most efficient energy systems are large piston engines that are used for propulsion of ships, for train transport and for generating electricity; they can reach an efficiency of 40 to 50% with fuels ranging from natural gas to residual heavy io oils. In addition to the interest in high-efficiency engines at low specific costs, there is also a general interest in reducing gaseous emissions and increasing power. Turbocharger devices are generally known for increasing the capacity of reciprocating machines. However, the efficiency of a machine is hardly improved and the emission to the environment remains virtually unchanged. The Brayton downstream cycle is well applicable for such purposes, but the disadvantages of this method are mainly the high costs and the space required.

De uitvinding beoogt een hogere efficiëntie, een groter vermogen en lagere verzuring emissies van zuigermotoren te verkrijgen tegen relatief lage kosten en omvat 20 roterende comprimeer- en expansie inrichtingen, geïntegreerd met een machine of toegepast als een aparte Brayton nageschakelde cyclus. Essentieel voor de uitvinding is de plaatsing van de roterende inrichtingen in combinatie met een verneveld verdampingsmiddel, bij voorkeur water, welke voor, in of na de comprimeerinrichting(en) geïnjecteerd moet worden.It is an object of the invention to obtain higher efficiency, greater power and lower acidification emissions from piston engines at relatively low costs and comprises rotating compressing and expansion devices integrated with a machine or used as a separate Brayton downstream cycle. Essential for the invention is the placement of the rotating devices in combination with a sprayed evaporator, preferably water, which must be injected before, in or after the compression device (s).

25 De verneveling wordt gerealiseerd door het gebruik van de Swirlflash® technologie, een explosief vemevelingssysteem dat zorgt voor het exploderen van het verhitte verdampingsmiddel wanneer het uit een of meerder swirl nozzles wordt gespoten. Deze technologie creëert zeer kleine vloeibare druppels, welke voor, tijdens of direct na de compressor proces verdampen. Aldus wordt de compressie arbeid verlaagd 30 en zal de compressor uitlaattemperatuur eveneens worden verlaagd. Dit maakt het mogelijk om de warmte van de uitlaatgassen te recupereren. De gerecupereerde warmte kan gebruikt te worden om extra arbeid aan de cyclus te onttrekken en de combinatie van deze extra onttrokken arbeid en gereduceerde compressie arbeid dragen bij aan het genereren van extra vermogen en het vergroten van de efficiëntie van de machine.The atomization is realized by the use of the Swirlflash® technology, an explosive atomizing system that causes the heated evaporator to explode when it is sprayed from one or more swirl nozzles. This technology creates very small liquid droplets, which evaporate before, during or immediately after the compressor process. Thus, the compression work is lowered and the compressor outlet temperature will also be lowered. This makes it possible to recover the heat from the exhaust gases. The recovered heat can be used to extract extra work from the cycle and the combination of this extra extracted work and reduced compression work contributes to generating extra power and increasing the efficiency of the machine.

1022429 21022429 2

Wanneer water gebruikt wordt voor het voorinjecteren van de comprimeerinrichting, dan ontstaat tevens het voordeel dat de aanwezigheid van waterdamp in de verbrandingslucht zorgt voor een reductie van thermische vorming van stikstofoxide.When water is used for pre-injection of the compression device, the advantage also arises that the presence of water vapor in the combustion air reduces the thermal formation of nitrogen oxide.

Het vermogen en de efficiëntie van aangepaste systemen kunnen aanzienlijk 5 worden vergroot ten opzichte van bestaande systemen, terwijl de kosten hiervoor als gering kunnen worden beschouwd. Belangrijkste reden hiervoor is dat extra arbeid nu meer doeltreffend over een grotere temperatuur traject tijdens de cyclus onttrokken kan worden, daarbij gebruikmakend van compacte, gangbare inrichtingen. Deze voordelen resulteren in de mogelijkheid om de aangepaste systemen toe te passen op plaatsen 1 o met beperkte ruimte zoals schepen of locomotieven.The power and efficiency of adapted systems can be considerably increased compared to existing systems, while the costs for this can be considered low. The main reason for this is that extra work can now be extracted more efficiently over a larger temperature range during the cycle, making use of compact, conventional devices. These advantages result in the possibility to use the adapted systems in places 1 o with limited space such as ships or locomotives.

Bepaalde relevante aspecten van de uitvinding zullen nu worden toegelicht met behulp van enkele figuren en relevante data.Certain relevant aspects of the invention will now be explained with the help of some figures and relevant data.

Figuur 1 toont een schematische weergave van een reciproke zuigermotor (in dit voorbeeld een gasmotor) waarbij gebruik wordt gemaakt van de huidige uitvinding, 15 aangepast met een Brayton nageschakelde cyclus. Het systeem is voorzien van een turbocharger 1 welke lucht comprimeert. Deze gecomprimeerde lucht wordt verbrand in een reciproke zuigermotor 2 en geëxpandeerd in expander 3. In een tweede roterende compressor 4 vindt compressie van lucht plaats tot 2-6 bar, bij voorkeur 3-5 bar, in het gegeven voorbeeld tot 4 bar. Voor en na deze nageschakelde turbocompressor vindt 20 explosieve verneveling (5a en 5b) van heet water plaats. De druk van het hete water is 40-400 bar, bij voorkeur 80-200 bar, de watertemperatuur is 130-300 C, bij voorkeur 145-250 C. In het gegeven voorbeeld zijn de waterdruk en de temperatuur ingesteld op 150 bar en 180 C. De tweede compressor 4 wordt aangedreven door een zuigermachine 2 en/ of een turbo expander 6. De verdamping van heet verneveld water voor de 25 compressor 4 resulteert in een quasi-isotherme compressie met een lage compressie uitlaat temperatuur, in het gegeven voorbeeld 162 C. De temperatuur wordt verder verlaagd tot 78 C door het injecteren en verdampen van heet verneveld water na het compressieproces totdat een verzadigingspunt wordt bereikt. In een warmtewisselaar 7 wordt de koude gecomprimeerde lucht gerecupereerd met de afgassen komend van de 30 turbo expander 3 en vervolgens geëxpandeerd in een tweede expander 6. Vermogen wordt gegenereerd in een generator 8. Als gevolg van dit nageschakelde proces wordt het vermogen van het systeem vergroot van 1585 kWe naar 1716 kWe, terwijl de efficiëntie vergroot wordt van 41.4% naar 44.8%. Het verbrandingsproces in het voorbeeld wordt niet beïnvloed door de waterdamp, hetgeen betekent dat de NOx i \< V, ‘-v ^ v j 3 emissie hetzelfde blijft. Deze nageschakelde Brayton cyclus is uitermate geschikt om bestaande diesel, gas en Otto motoren te verbeteren, met of zonder de toepassing van een turbocharger.Figure 1 shows a schematic representation of a reciprocal piston engine (in this example a gas engine) using the present invention, adapted with a Brayton downstream cycle. The system is equipped with a turbocharger 1 which compresses air. This compressed air is burned in a reciprocal piston engine 2 and expanded in expander 3. In a second rotary compressor 4, compression of air takes place up to 2-6 bar, preferably 3-5 bar, in the given example up to 4 bar. Explosive atomization (5a and 5b) of hot water takes place before and after this downstream turbocharger. The pressure of the hot water is 40-400 bar, preferably 80-200 bar, the water temperature is 130-300 C, preferably 145-250 C. In the given example, the water pressure and the temperature are set at 150 bar and 180 C. The second compressor 4 is driven by a piston machine 2 and / or a turbo expander 6. The evaporation of hot sprayed water for the compressor 4 results in a quasi-isothermal compression with a low compression outlet temperature, in the given example 162 C. The temperature is further lowered to 78 C by the injection and evaporation of hot water after the compression process until a saturation point is reached. In a heat exchanger 7, the cold compressed air is recovered with the waste gases coming from the turbo expander 3 and then expanded in a second expander 6. Power is generated in a generator 8. As a result of this downstream process, the power of the system is increased from 1585 kWe to 1716 kWe, while the efficiency is increased from 41.4% to 44.8%. The combustion process in the example is not affected by the water vapor, which means that the NOx emissions remain the same. This downstream Brayton cycle is extremely suitable for improving existing diesel, gas and Otto engines, with or without the use of a turbocharger.

Figuur 2 toont een zuigermotor 1 met één turbocompressor 2 en twee expanders 5 3 en 4, in de voorkeursuitvoeringsvorm volgens de huidige uitvinding voor nieuwe motoren. De turbocompressor 2 comprimeert lucht voor zowel de zuigermotor 1 (in het gegeven voorbeeld een gasmotor) alsmede een tweede expander 4. Lucht wordt gecomprimeerd door een turbocharger 2, druk is 2-6 bar, bij voorkeur 3-5 bar, in het gegeven voorbeeld 4 bar. De lucht wordt gebruikt voor verbranding in een reciproke 10 zuigermotor 1 en verder geëxpandeerd na verbranding en extractie van arbeid in een expander 3. Voor en/of in turbocompressor 2 vindt explosieve verneveling van heet water plaats 5a. De waterdruk is 40-400 bar, bij voorkeur 80-200 bar; de water temperatuur is 130-300 C, bij voorkeur 145-250 C. In het gegeven voorbeeld is de water druk ingesteld op 150 bar en 180 C. Na de turbocompressor 2 vindt explosieve 15 verneveling 5b van heet water plaats om de temperatuur verder te verlagen. De waterdruk is 40-400 bar, bij voorkeur 80-200 bar; de water temperatuur is 130-300 C, bij voorkeur 145-250 C. In het gegeven voorbeeld zijn de waterdruk en de temperatuur ingesteld op 150 bar en 180C. De lucht die naar de zuigermachine gaat (in het gegeven voorbeeld een gasmotor) wordt niet verder geïnjecteerd en gekoeld door het 20 verdampingswater omdat te veel water in de verbrandingslucht een misfiring kan veroorzaken in de machine. Als een diesel motor als voorbeeld genomen wordt dan kan de verbrandingslucht met meer heet water geïnjecteerd worden om de temperatuur verder te verlagen. De compressor 2 wordt aangedreven door de expanders 3 en 4. De verdamping van heet verneveld water voor en/of in de compressorinrichting 2 resulteert 25 in een quasi-thermische compressie met een lage uitlaat temperatuur, in het gegeven voorbeeld 162 C. De temperatuur wordt verder verlaagd tot 78 C door de injectering en verdamping van heet verneveld water 5b na het compressieproces totdat een verzadigingspunt wordt bereikt. De koude gecomprimeerde lucht wordt gerecupereerd in een warmtewisselaar 6 met de uitlaatgassen komend van turbo expander 3 en 30 vervolgens geëxpandeerd in een tweede expander 4. Het te injecteren water wordt voorverwarmd met de afgassen in een warmtewisselaar 7 en, indien nodig, voorverwarmd met de warmte van de machine. De zuigermachine 1 en de roterende inrichtingen 3 en 4 drijven een aparte generator 8 en 9 aan voor het genereren van vermogen. Als gevolg van deze geïntegreerde cyclus wordt het vermogen vergroot van 1022429 4 1585 kWe naar 1750 kWe, terwijl de efficiëntie wordt vergroot van 41.4% naar 45.7%. Het verbrandingsproces in het gegeven voorbeeld wordt beïnvloed door waterdamp, hetgeen betekent dat de NOx emissie wordt gereduceerd met ca 25%. Deze gecombineerde cyclus (Brayton/ Diesel cyclus, Brayton/ Otto cyclus, Brayton/ Gas 5 cyclus) is met name geschikt voor nieuwe diesel, gas en Otto motoren, welke zijn voorzien van een turbolader.Figure 2 shows a piston engine 1 with one turbocharger 2 and two expanders 3 and 4, in the preferred embodiment according to the present invention for new engines. The turbocharger 2 compresses air for both the piston engine 1 (in the given example a gas engine) and a second expander 4. Air is compressed by a turbocharger 2, pressure is 2-6 bar, preferably 3-5 bar, in the given example 4 bar. The air is used for combustion in a reciprocal piston engine 1 and further expanded after combustion and extraction of work in an expander 3. Explosive atomization of hot water takes place before and / or in turbo-compressor 2 5a. The water pressure is 40-400 bar, preferably 80-200 bar; the water temperature is 130-300 ° C, preferably 145-250 ° C. In the given example, the water pressure is set to 150 bar and 180 ° C. After the turbocharger 2, explosive atomization 5b of hot water takes place to further increase the temperature. to lower. The water pressure is 40-400 bar, preferably 80-200 bar; the water temperature is 130-300 C, preferably 145-250 C. In the given example, the water pressure and the temperature are set at 150 bar and 180 C. The air that goes to the piston machine (in the example given a gas engine) is not further injected and cooled by the evaporation water because too much water in the combustion air can cause misfiring in the machine. If a diesel engine is taken as an example, the combustion air can be injected with more hot water to further lower the temperature. The compressor 2 is driven by the expanders 3 and 4. The evaporation of hot water spray before and / or in the compressor device 2 results in a quasi-thermal compression with a low outlet temperature, in the given example 162 C. The temperature is further reduced to 78 C by the injection and evaporation of hot water spray 5b after the compression process until a saturation point is reached. The cold compressed air is recovered in a heat exchanger 6 with the exhaust gases coming from turbo expander 3 and then expanded in a second expander 4. The water to be injected is preheated with the waste gases in a heat exchanger 7 and, if necessary, preheated with the heat from the machine. The piston machine 1 and the rotating devices 3 and 4 drive a separate generator 8 and 9 for generating power. As a result of this integrated cycle, the power is increased from 1022429 4 1585 kWe to 1750 kWe, while the efficiency is increased from 41.4% to 45.7%. The combustion process in the given example is influenced by water vapor, which means that the NOx emission is reduced by approximately 25%. This combined cycle (Brayton / Diesel cycle, Brayton / Otto cycle, Brayton / Gas 5 cycle) is particularly suitable for new diesel, gas and Otto engines, which are equipped with a turbocharger.

Figuur 3 toont een zuigermotor 1 met een turbocompressor 2 en een expander 3 voor as aandrijving, mechanische aandrijving of transport. Een Brayton nageschakelde cyclus wordt toegevoegd aan de zuigermachine, waarbij een compressor 4 wordt io aangedreven door machine 1. De hete gecomprimeerde lucht wordt geïnjecteerd met een verneveld verdampingsmiddel, in het gegeven voorbeeld water, bij voorkeur met behulp van het explosieve heet water vernevelingstechnologie, de Swirlflash ® technologie in verstuiver 5b. De koude gecomprimeerde lucht wordt vervolgens gerecupereerd in een warmtewisselaar 6 en geëxpandeerd in expander 7, welke een 15 generator 8 aandrijft. Deze configuratie geeft een grotere flexibiliteit aan de fluctuerende vraag naar snelheid en torsie van de inrichting, welke door de zuigermotor 1 aangedreven wordt.Figure 3 shows a piston engine 1 with a turbocharger 2 and an expander 3 for shaft drive, mechanical drive or transport. A Brayton downstream cycle is added to the piston machine, a compressor 4 being driven by machine 1. The hot compressed air is injected with a sprayed evaporator, in the given example water, preferably with the help of the explosive hot water spray technology, the Swirlflash ® technology in atomizer 5b. The cold compressed air is then recovered in a heat exchanger 6 and expanded in expander 7, which drives a generator 8. This configuration gives greater flexibility to the fluctuating demand for speed and torque of the device, which is driven by the piston engine 1.

Figuur 4 toont een configuratie welke geoptimaliseerd is voor het vergroten van het vermogen en het verbeteren van de efficiëntie van een zuigermachine. Een 20 zuigermotor 1 is getoond met een turbocompressor 2, waarbij de afgassen van de machine worden geëxpandeerd in een turbo expander 3. Turbocompressor 2 wordt geïnjecteerd met een verneveld verdampingsmiddel, in het gegeven voorbeeld water, bij voorkeur met de explosieve heet water vernevelingstechnologie, de Swirlflash® technologie in verstuiver 5a. De capaciteit van de turbocharger 2 in het gegeven 25 voorbeeld is zo groot dat een tweede luchtstroom afgetakt kan worden. Deze luchtstroom wordt verder geïnjecteerd met heet vernevelingswater in injector 5b en gerecupereerd met afgassen in warmtewisselaar 8. Dit proces wordt herhaald met een injector 5c en warmtewisselaar 6 voordat de hete gecomprimeerde lucht wordt geëxpandeerd in expander 4. De afgassen van expander 4 worden gebruikt om het 30 injectiewater te verwarmen en wordt uiteindelijk toegepast voor lucht voorverwarming in warmtewisselaar 8. Als gevolg van deze configuratie wordt het vermogen van de cyclus vergroot tot 1803 kWe met een efficiëntie van 47.12%. Als gevolg van de waterinjectie in verstuiver 5a wordt een deel van de verbrandingslucht bevochtigd, wat resulteert in een reductie van NOx emissie.Figure 4 shows a configuration optimized for increasing the power and improving the efficiency of a piston machine. A piston engine 1 is shown with a turbo compressor 2, wherein the waste gases from the machine are expanded in a turbo expander 3. Turbo compressor 2 is injected with a sprayed evaporator, in the given example water, preferably with the explosive hot water spray technology, the Swirlflash® technology in atomizer 5a. The capacity of the turbocharger 2 in the given example is so large that a second air stream can be tapped. This air flow is further injected with hot spray water in injector 5b and recovered with waste gases in heat exchanger 8. This process is repeated with an injector 5c and heat exchanger 6 before the hot compressed air is expanded in expander 4. The waste gases from expander 4 are used to 30 to heat injection water and is ultimately used for air preheating in heat exchanger 8. As a result of this configuration, the power of the cycle is increased to 1803 kWe with an efficiency of 47.12%. As a result of the water injection in atomizer 5a, part of the combustion air is humidified, which results in a reduction of NOx emissions.

. ji' j v n - · - 5. - - - - 5

Het wordt gewaardeerd als de uiteenlopende aanpassingen aan de onderhavige uitvinding duidelijk worden gemaakt aan diegenen die bekwaam zijn in de wetenschap en technologie van voorafgaande inventies. Het is de bedoeling dat zulke aanpassingen binnen het bereik van de bijgevoegde conclusies vallen.It is appreciated if the various modifications to the present invention are made clear to those skilled in the science and technology of prior inventions. It is intended that such adjustments fall within the scope of the appended claims.

10224291022429

Claims (7)

1. Inrichting voor het vergroten van de efficiëntie en het vermogen van bestaande 5 diesel, gas of Otto zuigermotoren, gekenmerkt door een geïntegreerde of nageschakelde Brayton cyclus, omvattende tenminste één roterende compressor welke wordt geïnjecteerd met een heet verneveld verdampingsmiddel middels een of meerdere explosie-verneveleenheden met het kenmerk om de temperatuur voor, tijdens en na compressie te reduceren zodat een behoorlijke 10 recuperatie van warmte van de afgassen, komend vanaf de zuigermotor kan plaatsvinden, gevolgd door een verdere expansie van de gecomprimeerde gerecupereerde lucht in tenminste één expander om de nageschakelde compressor aan te drijven en om extra vermogen te genereren in een aparte generator.1. Device for increasing the efficiency and power of existing diesel, gas or Otto piston engines, characterized by an integrated or downstream Brayton cycle, comprising at least one rotary compressor which is injected with a hot atomized evaporator by means of one or more explosive atomizing units characterized in that the temperature before, during and after compression is reduced so that a considerable recovery of heat from the waste gases coming from the piston engine can take place, followed by a further expansion of the compressed recovered air in at least one expander around the downstream compressor and to generate extra power in a separate generator. 2. Inrichting voor het vergroten van de efficiëntie en het vermogen van bestaande diesel, gas of Otto zuigermotoren, volgens conclusie 1, waarbij de nageschakelde compressor en expander aangesloten zijn op de as van de zuigermachine, met het kenmerk om zodoende extra vermogen te genereren in de hoofdgenerator.Device for increasing the efficiency and power of existing diesel, gas or Otto piston engines, according to claim 1, wherein the downstream compressor and expander are connected to the axis of the piston machine, characterized in that thereby generate additional power in the main generator. 3. Inrichting voor het vergroten van de efficiëntie en het vermogen van bestaande diesel, gas of Otto zuigermotoren, welke gebruikt worden voor voortstuwing, transport en mechanische aandrijving, waarbij de nageschakelde compressor aangesloten is op de as van de zuigermachine en de expander alleen de generator aandrijft met het kenmerk om extra vermogen en meer flexibiliteit te 25 verkrijgen in snelheid en torsie.3. Device for increasing the efficiency and power of existing diesel, gas or Otto piston engines, which are used for propulsion, transport and mechanical drive, wherein the downstream compressor is connected to the axis of the piston machine and the expander only the generator drive with the characteristic of obtaining extra power and more flexibility in speed and torsion. 4. Geïntegreerde inrichting voor het vergroten van de efficiëntie en het vermogen, alsmede het realiseren van NOx reductie van een diesel, gas of Otto zuigermotor, omvattende tenminste één roterende compressor welke wordt geïnjecteerd met een heet verneveld verdampingsmiddel, bij voorkeur water, 30 middels een of meerdere explosie verneveleenheden zoals de Swirlflash® technologie, met het kenmerk om de temperatuur voor, tijdens en na compressie te verlagen zodat gekoelde bevochtigde lucht vrijkomt voor de zuigermachine en dat de resterende lucht gerecupereerd kan worden met de warmte van de afgassen van de zuigermachine, gevolgd door expansie van de gecomprimeerde 10 2 24 21 gerecupereerde lucht in tenminste één expander waarbij de compressor en de nageschakelde expanders op de as van de zuigermachine aangesloten zijn met het kenmerk om zodoende extra vermogen te genereren in de hoofdgenerator.4. Integrated device for increasing the efficiency and the power, as well as realizing NOx reduction of a diesel, gas or Otto piston engine, comprising at least one rotary compressor which is injected with a hot atomized evaporator, preferably water, by means of a or multiple explosion atomizing units such as the Swirlflash® technology, characterized in that the temperature before, during and after compression is reduced so that cooled humidified air is released to the piston machine and that the remaining air can be recovered with the heat from the waste gases from the piston machine, followed by expansion of the compressed recuperated air in at least one expander with the compressor and the downstream expanders connected to the axis of the piston machine, characterized in that thus generating additional power in the main generator. 5. Geïntegreerde inrichting voor het vergroten van de efficiëntie en het vermogen, 5 alsmede het realiseren van NOx reductie van een diesel, gas of Otto zuigermotor, volgens conclusie 4, waarbij de compressor en nageschakelde expanders op een aparte as aangesloten zijn met het kenmerk om zodoende extra vermogen te genereren in een aparte generator, terwijl de zuigermachine vermogen genereert in de hoofdgenerator.5. Integrated device for increasing the efficiency and power, as well as realizing NOx reduction of a diesel, gas or Otto piston engine, according to claim 4, wherein the compressor and downstream expanders are connected to a separate shaft, characterized in that thus generating additional power in a separate generator, while the piston machine generates power in the main generator. 6. Geïntegreerde inrichting voor het vergroten van de efficiëntie en het vermogen, alsmede het realiseren van NOx reductie van een diesel, gas of Otto zuigermotor, volgens conclusie 5, waarbij de nageschakelde cyclus wordt geoptimaliseerd om maximaal vermogen en efficiëntie te verkrijgen door plaatsing van additionele injectors met verneveleenheden en extra is warmtewisselaars met het kenmerk om de warmte van de afgassen op zó’n manier te recupereren dat de meerderheid van de potentiële arbeid van de afgas onttrokken wordt en de uitlaattemperatuur significant gereduceerd worden.An integrated device for increasing efficiency and power, as well as realizing NOx reduction of a diesel, gas or Otto piston engine, according to claim 5, wherein the downstream cycle is optimized to obtain maximum power and efficiency by placing additional injectors with atomizing units and extra is heat exchangers characterized in that the heat from the waste gases is recovered in such a way that the majority of the potential work is withdrawn from the waste gas and the outlet temperature is significantly reduced. 7. Inrichting voor het vergroten van de efficiëntie en het vermogen, alsmede het realiseren van NOx reductie van nieuwe of bestaande diesel, gas of Otto 20 zuigermotoren, volgens conclusie 1,4,5 en 6, met als kenmerk extra vermogen voor transport, directe aandrijving en as aandrijving voor voortstuwing te genereren. 10224297. Device for increasing the efficiency and power, as well as realizing NOx reduction of new or existing diesel, gas or Otto piston engines, according to claims 1,4,5 and 6, characterized in additional power for transport, direct drive and shaft drive for propulsion. 1022429
NL1022429A 2003-01-18 2003-01-18 Internal combustion engine performance enhancing system for e.g. producing electricity, comprises Brayton cycle with explosive nebuliser units, rotary compressor and expander NL1022429C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1022429A NL1022429C1 (en) 2003-01-18 2003-01-18 Internal combustion engine performance enhancing system for e.g. producing electricity, comprises Brayton cycle with explosive nebuliser units, rotary compressor and expander

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL1022429 2003-01-18
NL1022429A NL1022429C1 (en) 2003-01-18 2003-01-18 Internal combustion engine performance enhancing system for e.g. producing electricity, comprises Brayton cycle with explosive nebuliser units, rotary compressor and expander

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL1022429C1 true NL1022429C1 (en) 2004-07-20

Family

ID=32867081

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL1022429A NL1022429C1 (en) 2003-01-18 2003-01-18 Internal combustion engine performance enhancing system for e.g. producing electricity, comprises Brayton cycle with explosive nebuliser units, rotary compressor and expander

Country Status (1)

Country Link
NL (1) NL1022429C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010035054A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Renault Trucks Power assembly, especially for an automotive vehicle
EP2449225A2 (en) * 2009-07-02 2012-05-09 Honeywell International, Inc. Turbocharger system for air-throttled engines
US10358987B2 (en) 2012-04-23 2019-07-23 Garrett Transportation I Inc. Butterfly bypass valve, and throttle loss recovery system incorporating same

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010035054A1 (en) * 2008-09-26 2010-04-01 Renault Trucks Power assembly, especially for an automotive vehicle
US8726656B2 (en) 2008-09-26 2014-05-20 Renault Trucks Power assembly, especially for an automotive vehicle
EP2449225A2 (en) * 2009-07-02 2012-05-09 Honeywell International, Inc. Turbocharger system for air-throttled engines
EP2449225A4 (en) * 2009-07-02 2014-05-28 Honeywell Int Inc Turbocharger system for air-throttled engines
US10358987B2 (en) 2012-04-23 2019-07-23 Garrett Transportation I Inc. Butterfly bypass valve, and throttle loss recovery system incorporating same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3839045B2 (en) How to convert fossil fuel to power with less pollutants
JP4368526B2 (en) Gas medium compression apparatus and compression system using the apparatus
US20030005696A1 (en) Internal combustion engine energy extraction devices
US5331806A (en) Hydrogen fuelled gas turbine
EP1375875B1 (en) Method of operating reciprocating internal combustion engines, and system therefor
EP2379861B1 (en) Split cycle reciprocating piston engine
US20100077986A1 (en) Steam Combustion Engine
US20010042367A1 (en) Method for operating a power plant including a co2 process
US20090158739A1 (en) Gas turbine systems and methods employing a vaporizable liquid delivery device
US8151553B1 (en) Operating internal-combustion engine without discharging gas into environment
JPH10325370A (en) Internal combustion engine comprising at least one combustion chamber and operating method therefor
CN104533621A (en) Dual-fuel steam injection direct-inverse gas turbine combined cycle
WO2014152320A1 (en) Power-producing apparatus and method
JPH08144850A (en) Exhaust heat recovery system
IL199803A (en) Method and system for enhancing engine performance
NL1022429C1 (en) Internal combustion engine performance enhancing system for e.g. producing electricity, comprises Brayton cycle with explosive nebuliser units, rotary compressor and expander
WO2008064197A2 (en) Systems and methods for producing power using positive displacement devices
US11448141B2 (en) System and method for generating power
US10920677B2 (en) System and method for generating power
US6993897B2 (en) Internal combustion engine of open-closet cycle and binary fluid
CA2479985A1 (en) Enhanced energy conversion system from a fluid heat stream
Arunachalam et al. Humid air motor: a novel concept to decrease the emissions using the exhaust heat
US20180080375A1 (en) Steam Micro Turbine Engine
US20140216045A1 (en) Gas turbine with improved power output
WO2020157779A1 (en) Mechanical energy generator operated by gases produced by an internal combustion set

Legal Events

Date Code Title Description
VD1 Lapsed due to non-payment of the annual fee

Effective date: 20070801