NO800484L - Fremgangsmaate og apparat for gjenvinning av varmeenergi i en overladet forbrenningsmotor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår generelt en fremgangsmåte og en anordning til gjenvinning av varmeenergi i en overladet forbrenningsmotor for å produsere en komplementær mengde energi ved hjelp av en Rankin-prosess.

Det er kjent at for tiden er der en tendens til å maksi-malisere lønnsomheten ved bruken av forbrenningsmotorer, særlig av de store overladede dieselmotorer, i stedet for bare deres ydelse.

Det er kjent anvendelsen av en Rankin-prosess for produksjon av komplementær mengde energi ved gjenvinning av varmeenergien i en forbrenningsmotor. I en slik prosess blir arbeidsfluidumet vanligvis opphetet under trykk og deretter ekspandert for å produsere energi, kondensert og deretter igjen opphetet under trykk og fordampet osv.

Vanligvis benyttes bare varmeenergien fra eksosgassene

i forbrenningsmotoren til oppvarming av arbeidsfluidumet. I noen tilfeller for å forvarme arbeidsfluidumet fra sin kondensasjonstemperatur til' en temperatur som er så nær opptil dens kokepunkt som mulig, anvendes en del av varmen fra van-net i høytemperaturkretsen for kjøling av forbrenningsmotoren, idet denne krets deretter oppvarmes til en temperatur så høy som mulig.

Foreliggende oppfinnelse har eksakt til oppgave å ytterligere forbedre forvarmingen av arbeidsfluidumet og dermed gjenvinning av energi i en frem- og tilbakegående forbrenningsmotor når nevnte motor er av den overladede type.

For dette formål skaffer oppfinnelsen en fremgangsmåte ved gjenvinning av varmeenergi i en overladet forbrenningsmotor bestående i produksjon av en ytterligere mengde energi ved hjelp av en Rankinsyklus og omfattende et trinn med forvarming av et arbeidsfluidum fra dettes kondensasjonstemperatur til et punkt nær dets kokepunkt, f.eks. ved varmeutveksling med motorens kjølevæske og denne fremgangsmåte utmerker seg ved at den består i forvarming dessuten av arbeidsfluidumet ved hjelp av varmeenergien i den luft som strømmer ut av motorens overladningskompressor.

Oppfinnelsen skaffer også en anordning til gjenvinning av varmeenergi for utførelse av den ovennevnte fremgangsmåte og anordningen er kjennetegnet ved■at kretsen for forvarming av arbeidsfluidum benyttet til produksjonen av en komplementær mengde energi ved hjelp av en Rankinsyklus, omfatter f.eks. i serie med en varmeutveksler som gjennomstrømmes av motorens kjølevæske, en varmeutveksler som forsynes med den luft som kommer fra motorens overladningskompressor.

Det har faktisk vist seg at i en motor med et høyt over-ladningsforhold er den luft som kommer fra overladningskom-pressoren på en høyere temperatur enn den maksimale temperatur som kan fås i motorens kjølevannskretsløp. Denne høye varmeenergi i den luft som strømmer ut fra overladningskom-pressoren, er ifølge oppfinnelsen anvendt i sin tur til gjen-■ oppvarming av arbeidsfluidumet til en temperatur som ligger ennå nærmere dens fordampningstemperatur. Dette gjør det mulig å øke forvarmerdelen av motorens avløpsgass-varmegjen-vinningskjele og derfor strømningshastigheten for arbeidsfluidumet, og tillater således at kraften av trykkreduksjonen anvendt i Rankinprosessen og således den totale virknings-grad av fremgangsmåten eller apparatet å bli økt.

Oppfinnelsen vil bedre forstås og ytterligere formål, detaljer, karakteristiske trekk og fordeler ved denne vil fremgå klarere av følgende beskrivelse gitt som et rent eksempel og med henvisning til tegningene, hvor den eneste figur skjematisk illustrerer apparatet ifølge oppfinnelsen for gjenvinning av varmeenergi.

På en konvensjonell måte er en forbrenningsmotor 10 knyt-tet til et turbooverlader-aggregat, hvor turbinen 11 drives (ikke vist) av motorens eksosgasser som deretter kan strømme ut fra turbinen enten gjennom en ledning 12 som tømmer dem ut i atmosfæren eller en ledning 13 som fører til en varmeutveksler 14 alt etter posisjonen av en ventil 15.

Turbinen 11 drevet med eksosgasser driver på sin side en kompressor 16 som fører komprimert overladningsluft til motoren 10 gjennom en ledning 17. Trykkluften fra kompressoren 16 har en temmelig høy temperatur og bringes til å

gå gjennom en varmeutveksler 18 avkjølt med en kaldtvanns-

krets 19 før den overføres til motoren 10.

Motoren omfatter også en krets 20 for vannkjøling eller annen kjøling og som inkluderer en sirkulasjonspumpe 21 og rørledninger som vist på tegningen. Disse rørledninger går gjennom en varmeutveksler 22 matet med en kaldtvannskrets 23 som vist.

Gjenvinningen av energi ved hjelp av en Rankin-prosess består som allerede nevnt, i å bringe et arbeidsfluidum, så-som f.eks. en forvarmende varmeutveksler 25 forsynt med endel av det meget varme vann som kommer fra motoren 10, en matepumpe 26 som utsetter dette fluidum for trykk, idet ovennevnte varmeutveksler 14 gjennomstrømmes av eksosgasser, og som hører til en kjele 27 som vist på tegningen, idet en trykk-reduksjonsanordning 28 i dette.tilfelle dannet av en totrinns-radialstrømturbin som f.eks. driver en asynkron vekselgene-rator 29, en luftkondensator 30 og en ekstraksjonspumpe 31.

Det må forørvrig bemerkes at varmeutveksleren 14 forsynt med eksosgasser omfatter en overheterdel betegnet med henvisningstallet 32.

I samsvar med oppfinnelsen blir arbeidsfluidumet som strømmer ut fra varmeutveksleren 25 og som er blitt forvarmet til et punkt nær dets fordampningstemperatur ved varmeutveksling med endel av det meget varme vann i kjølekretsløpet for motoren 10, også bli forvarmet gjennom varmeutveksling med den varme trykkluft som leveres av motorens overladningskompressor 16, ved passering gjennom en varmeutveksler 33 som får tilførsel av nevnte varme trykkluft.

Det vil fremgå av tegningen at dette tilleggs-forvarmings-trinn tillater økning av temperaturen på arbeidsfluidumet fra 105°C til 133°C mens samtidig kjølingen av den komprimerte overladningsluft finner sted fra 145°C til 110°C.

Anordningen vist på tegningen arbeider på konvensjonell måte som følger. Arbeidsfluidumet ekstraheres ved hjelp av pumpen 31 fra luftkondensatoren 30 og går gjennom varmeutveksleren 25 som tilføres det meget varme vann fra motorens kjølekrets, blir deretter forvarmet ytterligere ved hjelp av motorens overladningsluft i utveksleren 33, det blir komprimert ved hjelp av pumpen 26, fordampet og o.verhetet i varme utveksleren 14 som tilføres eksosgassene, overført til to-trinnsradialstrømturbinen 2 8 hvor det ekspanderer, produ-serer, derved energi og blir tilslutt ført tilbake til luftkondensatoren 30, hvorfra det igjen ekstraheres ved hjelp av. pumpen 31 osv.

I det spesielle viste tilfelle tillater ekspansjon av arbeidsfluidumet i turbinen 28 sistnevnte og derfor veksel-strømgeneratoren 29 å bli drevet for å gi elektrisk energi.

Selvsagt er oppfinnelsen på ingen måte begrenset til - den utførelsesform som er beskrevet og vist og som bare er gitt som et rent eksempel. Særlig omfatter oppfinnelsen alle organer som utgjør tekniske ekvivalenter til de beskrevne organer såvel som deres kombinasjoner hvis disse blir utført i samsvar med oppfinnelsens ånd og tanke og benyttet innenfor

. rammen av de etterfølgende krav.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte ved gjenvinning av varmeenergi i en overladet forbrenningsmotor bestående i produksjon av en ytterligere mengde energi ved hjelp av en Rankinsyklus og omfattende et trinn med forvarming av et arbeidsfluidum fra dettes kondensasjonstemperatur til et punkt nær dets kokepunkt, f.eks. ved varmeutveksling med motorens kjølevæske, karakterisert ved at den består i forvarming dessuten av arbeidsfluidumet ved hjelp av varmeenergien i den luft som strømmer ut av motorens overladningskompressor.

2. Anordning til utfø relse av fremgangsmåten ifølge krav 1, karakterisert ved at kretsen for forvarming av arbeidsfluidumet benyttet til produksjonen av en ■ komplementær mengde energi ved hjelp av en Rankinsyklus, omfatter for eksempel i serie med en varmeutveksler som gjennom-strømmes av motorens kjølevæske, en varmeutveksler som forsynes med den luft som kommer fra motorens overladningskompressor.