NL7907785A - Verbrandingsmotor. - Google Patents

Description

N.O. 28.188 Verbrandingsmotor.

De uitvinding heeft betrekking op een installatie met een verbrandingsmotor met drukvulling, welke water gekoeld is en verder voorzien is van ten minste één drukvulgroep, in wiens vulluchtlei-ding ten minste één luchtkoeler aangebracht is en tenslotte met ten 5 minste één stoomkringloop in welke ten minste een gedeelte van de afvalwarmte van de motor ten minste voor de verwarming en verdamping van een arbeidsmedium dient, waarbij voor het nuttig gebruik van de afvalwarmte uit de uitlaatgassen een eerste stoomkringloop met hoogdruk- en temperatuurniveau en voor het nuttig gebruik van de com-10 pressie-warmte van de drukvullucht en de afvoerwarmte van het koelwater een tweede stoom-kringloop met een laag-druk- en temperatuur-niveau toegepast is, en het arbeidsmedium ten minste gedeeltelijk voor arbeidsleverende expansie aan ten minste één stoomturbine wordt toegevoerd en waarbij verder de koelwaterkringloop van de verbran-15 dingsmotor als heet water-kringloop uitgevoerd is, welke onder een zekere overdruk staat en koelwatertemperaturen van meer dan 100°C omvat.

* Een dergelijke installatie is reeds in de Zwitserse octrooi aanvrage 1^179/77 voorgesteld. Bij de installatie volgens dit voor-20 stel dient de drukvulluchtkoeler als verdamper voor ten minste een gedeelte van het arbeidsmedium van de tweede stoomkringloop, welke relatief ten opzichte van de eerste op een lager druk- en tempera-tuurniveau werkt· Bij deze installatie wordt de opgewekte stoom vanuit de vulluchtkoeler als verzadigde stoom zonder oververhitting 25 voor arbeidsleverende expansie aan een turbine respectievelijk een tussentrap van een turbine toegevoerd.

Als niet bijzonder voordelig bleek bij de beschreven installatie het feit te zijn dat de constructieve inspanning voor de vulluchtkoeler relatief groot wordt, omdat bijvoorbeeld de pijpbundel 50 voor de verhitter relatief omvangrijk wordt, in welke de verdamping van het arbeidsmedium van de tweede stoomkringloop plaats vindt.

Oogmerk van de onderhavige uitvinding is het daarom, onder behoud van de goede benutting van de afvalwarmte, die bij de beschreven installatie op zichzelf bereikt wordt, de constructieve inspan-35 ning voor de vulluchtkoeler te verminderen. Dit oogmerk wordt volgens de uitvinding daardoor bereikt dat in de tweede stoomkringloop (25) voor de ferdamping van het arbeidsmedium een in de vullucht-koeler (7) geplaatste verhitter (29) voor voorgewarmd, vloeibaar 7907785 arbeidsmedium, een expansieorgaan (31) voor de stoomopwekking en een inrichting (34) voor de scheiding van stoom van vloeistof geplaatst zijn.

' 2 * Γ

In de verhitter van de nieuwe installatie wordt het vloeiba-3 re arbeidsmedium van de tweede stoomkringloop volgens de uitvinding zover verhit of oververhit, dat met behulp van een expansieverdam-ping de noodzakelijke stoomhoeveelheid in de stromingsrichting eerst na de vulluchtkoeler zonder een extra externe warmtebron opgewekt wordt. Op basis van de grondgedachte van de besproken installatie 10 lukt het op deze wijze, om de vulluchtkoeler aan diens secundaire v zijde - zoals op zichzelf bekend is uit het ti jdschriff'Schiff- & Hafen/Kommandobrucke" 29 (19770» no. 5» blz. 488 en 489 - slechts voor vloeibare warmte-transportmedia te ontwerpen, zonder dat daarbij de bijzondere voordelen van de beschreven installatie verloren 15 gaan.

Het totale nuttig gebruik en in het bijzonder het deel ervan dat mechanische arbeid verricht, van alle warmtebronnen van de verbrandingsmotor kan daarbij verhoogd worden wanneer aan de stoomruim-te van de scheidingsinrichting een door koelwater verhitte overver-20 hitter voor de stoom van de tweede stoomkringloop aangebracht is, waarbij het onder omstandigheden doelmatig kan zijn, dat het koelwater van de verbrandingsmotor voor de afgifte van warmte aan.het arbeidsmedium van de tweede stoomkringloop door de door de uitlaatgassen verhitte uitlaatgasketel van de installatie verhit is.

25 Het verschaffen van voorgewarmd condensaat voor d^erhitter vindt op doelmatige wijze plaats uit de scheidingsinrichting naar buiten via een met een de druk verhogende pomp uitgevoerde conden-sor-retourleiding en/of door een condensaat-voorwarmer, welke voorgeschakeld is aan de verhitter in de vulluchtkoeler. Verder bestaat 30 als extra toepassingsmogelijkheid van het in de scheidingsinrichting onstaande voorverwarmde condensaat, om een met een circulateepomp voorziene aan de scheidingsinrichting aangesloten verdampingskring-loop toe te passen, welke door koelwater van de verbrandingsmotor verhit wordt.

35 Tenslotte kan het doelmatig zijn wanneer ten minste de ver hitter voor de hoeveelheden arbeidsmedium van beide stoomkringlopen ontworpen is, en de arbeidsmediumstroom tussen de verhitter en het expansie-orgaan over de beide stoomkringlopen verdeeld wordt, omdat daardoor de warmte-benutting van de vulluchtkoeler niet önbelang-40 rijk verhoogd wordt.

7907785 3 Λ»

Onderstaand wordt de uitvinding - aan de hand van een uitvoe- * * ringsvoorbeeld zoals afgeheeld in de tekening nader toegelicht.

Schematisch toont de figuur een uitvoeringsvorm van een installatie volgens de uitvinding.

5 Bij de slechts schematisch weergegeven motor 1 behoort een drukvulgroep van welke de vulluchtcompressor 3 uit de omgeving lucht via een filter 2 en door een leiding 4 aanzuigt en via een leiding 6 naar de machine of de motor 1 perst. In de leiding 6 is een vul-luchtkoeler 7 voor de gecomprimeerde lucht geplaatst.

10 De drukvulcompressor 3 wordt door een uitlaatgasturbine 8 met behulp van een as 10 aangedreven waarbij de hete uitlaatgassen van de motor 1 naar de turbine 8 via een leiding 9 stromen en na de expansie in de turbine 8 door de leiding 11 afgevoerd worden in welke leiding een warmtewisselaar of uitlaatgasketel 12 geplaatst is.

15 De warmtewisselaar 12 dient als verdamper en oververhitter voor het arbeidsmedium van een stoomkringloop 13 welke met relatief hoge drukken werkt en dient voor het nuttig gebruiken van de afvalwarmte uit de uitlaatgassen.

Het slechts hierbij behorende systeem takt op een punt 15 20 uit een cpndensaatleiding 16 af, welke tot dit punt gemeenschappelijk dient voor een stoomkringloop 13 met hoger gelegen energiepo-tentiaal en een tweede stoomkringloop 25 met lager gelegen energie-potentiaal. De opbouw van de stoomkringloop 25 wordt onderstaand nog uitvoeriger beschreven.

25 In de stoomkringloop 13 verbindt een condensaatleiding 14 het punt 15 met een door uitlaatgassen gestookte verdamper 17, aan welke een vloeistofafscheider 18 aangesloten is. De in deze afgescheiden vloeistof wordt via een leiding 49 afgevoerd en na gedeeltelijk gebruik van haar resterende warmte-inhoud in de gemeenschap-30 pelijke arbeidsmediumstroom van beide stoomkringlopen 13 en 25 teruggeleid. De stoomruimte van de afscheider 18 is met een eveneens door de uitlaatgassen gestookte oververhitter 19 verbonden vanuit welke een stoomleiding 20 naar de hoge-druk-zijde van een eveneens voor beide stoomkringlopen 13 en 25 gemeenschappelijke turbine 32 35 leidt, die een generator 33 aandrijft.

Aan de motor 1 is in de figuur verder een heet-water-koel-kringloop 21 aangebracht, welke vanuit de koelwaterzijde gezien een eveneens door uitlaatgassen gestookte in de uitlaatgassenketel 12 gelegen verhittirigs-warmtewisselaar 24, een koeler 22 en een pomp 23 40 bevat. De op zichzelf bekende heet-waterkoeling onderscheidt zich 7907785 b f van het algemeen gebruikelijke koelsysteem daardoor, dat deze bij temperaturen boven 100°C werkt,, waarbij bijvoorbeeld het koelwater met circa 130°C de motor 1 verlaat, - in afwijking van bekende installaties - in de onderhavige inrichting eerst in de warmtewisse-5 laar 2b op circa 133°C verhit wordt, dan de koeler 22 binnentreedt, in welke het met circa 13°C afkoelt tot 120°C en door de pomp 23 verpompt, terugstroomt naar de motor 1.

Aangezien in dit koelwatercircuit verdamping verhinderd moet worden, staat het kringloopsysteem onder een overdruk welke bijvoor-10 beeld door een niet weergegeven kunstmatige hooggelegen houder met v behulp van gecomprimeerde lucht op circa 5 ata gehouden wordt.

Als warmte-opnemend medium dient in de heet-cwaterkoeler 22 het arbeidsmedium van de tweede stoomkringloop 25, dat in parallelle stroming een oververhitter 36 en een verdamper bO doorloopt* Deze 15 tweede stoomkringloop 25, welke ten opzichte van de eerste op een lager druk- en temperatuurniveau werkt, is voor de uittrede van de turbine 32 tot aan het aftakpunt 15 verenigd met de eerste stoomkringloop 13· In dit gemeenschappelijk deel van het circuit is een voedingspomp 26 geplaatst vanuit welke het arbeidsmedium, in het 20 algemeen water, uit een condensor 27 naar een condensaat-voorver-warmer 28 verpompt wordt*

In deze, in de vulluchtkoeler 7 gelegen voorverwarmer 28 wordt het koude condensaat door de gecomprimeerde vnllucht verwarmd, voor het in een verhitter 29 zo hoog mogelijk verhit wordt zonder 25 dat stoomvorming optreedt. Het warmte-afgevende medium in de verhitter 29 is opnieuw de gecomprimeerde vullucht.

Tussen de voorverwarmer 28 en de verhitter 29 mondt een condensaat-terugvoerleiding 30 uit welke voorgewarmd condensaat voor de verhitter 29 terugvoert. Jan het stroomafwaartse einde van de*ver-30 hitter 29 sluit de reeds genoemde condensaatleiding 16 aan.

Via het punt 15» in welk punt de leiding 1½ voor het voorverhitte vloeibare arbeidsmedium van de eerste stoomkringloop 13 aftakt, loopt de leiding 16 naar een expansie- of smoororgaan 31» bijvoorbeeld in de vorm van een smoorinrichting. Hierin wordt een 35 gedeelte van het arbeidsmedium, dat in de tweede stoomkringloop 25 circuleert, door expansie bij gelijktijdige afkoeling verdampt.

Stoom en resterend condensaat stromen in de leiding 16 gemeenschappelijk naar een scheidinrichting 3b voor de scheiding van damp van vloeistof.

^0 Uit de stoomruimte van deze scheidingsinrichting 3b loopt 7907785 5 een leiding 35 naar de door het koelwater verhitte oververhitter 36, * vanuit welke oververhitter stoom door een leiding 37 voor arbeids-leverende expansie in een tussentrap van de gemeenschappelijke turbine 32 stroomt.

5 Uit de condensatorruimte van de scheidingsinrichting 34 transporteert een)tegelijkertijd de door de expansie opgetreden drukval compenserende)pomp 38 het voorgewarmde condensaat via de conden-saat-terugvoerleiding 30 terug naar de tussen de voorwarmer 28 en de verhitter 29 gelegen plaats 39 van het gemeenschappelijk traject van 10 de beide stoomkringlopen 13 en 25. Dit teruggevoerde voorgewarmde condensaat kan opnieuw verhit en vervolgens naar de expansieverdam-ping toegevoerd worden.

Voor de extra stoomontwikkeling in de tweede stoorakringloop 25 dient de reeds genoemde koelwaterverhitte verdamper 40 die via 15 een condensaat transporterende leiding 41 met de leiding 30 respectievelijk met de condensaatruimte van de scheidingsinrichting 34 en door een leiding 42 met de stoomruimte van deze scheidingsinrichting 3b verbonden is. De stroom door de verdamper 40 wordt daarbij met behulp van een in de leiding 41 gelegen circulatiepomp 43 verzorgd.

20 Is de door het door de. voorverwarmer 28 en de verhitter 29 circulerende arbeidsmedium verkregen warmte onttrekking niet voldoende, om de vullucht voldoende af te koelen, dan is, voor de lucht aan het einde van de vulluchtkoeler 7 een met een extern koelmiddel met behulp van een pomp 44 gekoelde warmtewisselaar 45 aanwezig, 25 waarbij het externe koelmedium tegelijkertijd als warmte-afvoerend medium in de condensor 27 dient. Voor dit doel is, voor het koelmedium evenwijzig aan de warmtewisselaar 45, een warmtewisselaar 46 in de condensor 27 geplaatst. De verdeling van de koelmiddelstroom over beide aggregaten 45 en 46 vindt plaats door middel van instel-30 bare smoororganen 47 en 48, die slechts schematisch aangeduid zijn.

Vanzelfsprekend is de uitvinding niet tot het afgebeelde en beschreven uitvoeringsvoorbeeld beperkt. In het bijzonder kunnen al naar gelang de hoeveelheid en de temperatuurverdeling van de ter beschikking komende afvalwarmte-hoeveelheden over de afvalwarmte-35 bronnen koelwater en vullucht onder omstandigheden de verdamper 40 of de condensaat-terugvoerleiding 30 ontbreken en door een van deze beide moeglijkheden voor de stoomopwekking in de tweede stoomkring-loop 25 in verbinding met het expansieorgaan 3*1 vervangen zijn.

Verder is het mogelijk beide stoomkringlopen 13 en 25 onder 40 omstandigheden trapsgewijze verder van elkaar te scheiden, bijvoor- 7907785 * β t beeld door voor beide gescheiden condensor-voorverwarners en -verhittere of zelfs gescheiden voedingsporapen, condensors en/of turbines toe te passen.

Welke van de verschillende mogelijkheden voor een optimale 5 warmte terugwinning met een nieuwe installatie het gunstigste is, moet uit de temperaturen en warmte-hoeveelheden van de beide af-val-warmtebronnen in elk individueel geval bepaald worden. Om een indruk van de gegeven temperatuurverhoudingen te geven, zijn voor een proefinstallatie in de figuur de op verschillende plaatsen 10 gemeten temperaturen in °C aangegeveri.

7907785

Claims (6)

1. Installatie met verbrandingsmotor met drukvulling, welke water gekoeld is en verder voorzien is van ten minste één drukvul-groep, in wiens vulluchtleiding ten minste één luchtkoeler aange-5 bracht is en tenslotte met ten minste één stoomkringloop in welke ten minste een gedeelte van de afvalwarmte van de motor ten minste voor de verwarming en verdamping van een arbeidsmedium dient, waarbij voor het nuttig gebruik van de afvalwarmte uit de uitlaatgassen een eerste stoomkringloop met hoog-druk- en temperatuurniveau en 10 voor het nuttig gebruik van de compressie-warmte van de drukvullucht en de afvierwarmte van het koelwater een tweede stoom-kringloop met een laag-druk- en temperatuurniveau toegepast is, en het arbeidsmedium ten minste gedeeltelijk voor arbeidsleverende expansie aan ten minste één stoomturbine wordt toegevoerd en waarbij verder de 15 koelwaterkringloop van de verbrandingsmotor als heet water-kringloop uitgevoerd is, welke onder een zekere overdruk staat en koelwatertemperaturen van meer dan 100°C omvat, met het kenmerk, dat in de tweede stoomkringloop (25) voor de verdamping van het arbeidsmedium een in de vulluchtkoeler (7) geplaatste verhitter 20 (29) voor voorgewarmd, vloeibaar arbeidsmedium, een expansie-orgaan (31) voor de stoomopwekking en een inrichting (3^) voor de scheiding tussen stoom en vloeistof aangebracht zijn.

2. Installatie volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat van de scheidingsinrichting (3*0 een van een drukver-25 hogende pomp (38) voorziene condensaat-terugvoerleiding (30) naar de verhitter (29) leidt.

3· Installatie volgens een der conclusies 1 of 2, met het kenmerk, dat aan de verhitter (29) in de vulluchtkoeler (7) een condensaat-voorverwarmer (28) voorgeschakeld is. 30 *f. Installatie volgens conclusie 3> met het ken merk, dat aan de scheidingsinrichting (3^) een van een circulatie-pomp (4-3) voorziene verdampingskringloop aangesloten is, welke door het koelwater van de verbrandingsmotor (1) verhit wordt.

5. Installatie volgens een der conclusies 1 tot en met 35 met het kenmerk, dat aan de stoomruimte van de scheidingsinrichting (3k) een*°orkoelwater verhitte oververhitter (36) voor de stoom van de tweede stoomkringloop (25) aangesloten is.

6. Installatie volgens conclusies 1 of 3, met het kenmerk, dat ten minste de verhitter (29) voor de arbeidsme- kO diumhoeveelheid van beide stoomkringlopen (13, 25) bemeten is en dat 7907785 · 8 t de arbeidsmediumstroom tussen de verhitter (29) en het expansie-orgaan (31) verdeeld isover de beide stoomkringlopen (13 en 23)·

7. Installatie volgens conclusie 3 of met het kenmerk, dat het koelwater van de verbrandingsmotor (1) voor 3 de warmte-afgifte aan het arbeidsmedium van de tweede stoomkring-loop (25) door de door de uitlaatgassen verhitte uitlaatgasketel (12) van de installatie verhit wordt. ********** 7907785 4