AT501419B1 - Combustion engine has operating vapor, which is refreshed during expansion in laval operating nozzle continuously by heat transfer from a heat reservoir present outside vapor pump - Google Patents

Abstract

The combustion engine has operating vapor, which is refreshed during the expansion in the laval operating nozzle (22) continuously by the heat transfer from a heat reservoir present outside the vapor pump. The operating vapor is refreshed during the expansion within the laval operating nozzle by the heat from the burner (13).

Description

2 AT 501 419 B12 AT 501 419 B1

Die Erfindung, und ebenso das Verfahren, betreffen eine Verbrennungskraftmaschine, mit einem kontinuierlich betriebenen Brenner dem eine Abgasturbine nachgeschalten ist, welche den Gasdruck aus dem Brenner entspannt und in kinetische Energie der Abgasturbine wandelt und einem, dem Abgasstrom dieser Abgasturbine nachgeschaltetem rekuperativem Wärmetauscher, welcher einen Teil der Restwärme aus dem Abgas auf vorzugsweise alle, dem Brenner zuströmenden Medien überträgt. Die Verdichtung der zuvor im Wärmetauscher schon erwärmten Verbrennungsluft, erfolgt mit nur einer Dampfstrahlpumpe, ohne jede weite mechanische Verdichterstufe. Dazu muss der Treibdampf während seiner isentropen Expansion in der Laval-Treibdüse durch Wärmezufuhr von außen stetig aufgefrischt und überhitzt werden.The invention, and also the method, relate to an internal combustion engine, with a continuously operated burner which is followed by an exhaust gas turbine, which relaxes the gas pressure from the burner and converts into kinetic energy of the exhaust gas turbine and a downstream of the exhaust gas flow of this exhaust gas recuperative heat exchanger, which Part of the residual heat from the exhaust gas on preferably all, the burner inflowing media transmits. The compression of the previously heated in the heat exchanger combustion air is done with only one steam jet pump, without any long mechanical compressor stage. For this purpose, the motive steam must be steadily refreshed and overheated during its isentropic expansion in the Laval nozzle by supplying heat from the outside.

In Verbesserung der prioritätsbegründenden Einreichung A 412 / 2005 und der Anmeldung A 608 / 2005 wird der Treibdampf zusätzlich vor der Laval-Treibdüse in einem Dampfüberhitzer in technisch maximalem Maß überhitzt. Der Treibdampf erfährt dermaßen eine weit stärkere Expansion und eine höhere Beschleunigung, als in konventionellen unbeheizten Laval-Treibdüsen. Der Treibdampf verlässt also erfindungsgemäß die Laval-Treibdüse, gegenüber herkömmlichen Laval-Treibdüsen, vorteilhaft mit erhöhter Geschwindigkeit, vergrößertem Volumen und erfindungsgemäß ohne Kondenströpfchen im Dampf. Ebenso wird die Verbrennungsluft schon vor der Verdichtung durch die Dampfstrahlpumpe im technisch maximal möglichen Maß im Gegenstromwärmetäuscher vorerwärmt.In improvement of the priority filing A 412/2005 and the application A 608/2005, the motive steam is additionally superheated in a steam superheater to the maximum technical extent before the Laval nozzle. The motive steam thus undergoes much greater expansion and acceleration than in conventional unheated Laval propulsion nozzles. According to the invention, the motive steam thus leaves the Laval propulsion nozzle, compared with conventional Laval propulsion nozzles, advantageously at increased speed, increased volume and, according to the invention, without condensate droplets in the vapor. Likewise, the combustion air is pre-heated in the countercurrent heat exchanger even before compression by the steam jet pump to the maximum extent technically possible.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verbrennungskraftmaschine der eingangs erwähnten Art bereitzustellen und den Wirkungsgrad der Selben zu steigern, indem durch Zufuhr von Wärme aus dem Brenner eine maximale Beschleunigung des Treibdampfes in die Laval-Treibdüse erfolgt. Die Ausführungsbeispiele zeigen mehrere Varianten der Anwendung der Verbrennungskraftmaschinen bei der Verwendung unterschiedlichster Treibstoffe.The object of the invention is to provide an internal combustion engine of the type mentioned and to increase the efficiency of the same by a maximum acceleration of the motive steam is carried out in the Laval nozzle by supplying heat from the burner. The embodiments show several variants of the application of internal combustion engines in the use of different fuels.

Anwendungen von Verbrennungskraftmaschinen, bei welchen zum Verdichten der Verbrennungsluft eine Dampfstrahlpumpe einsetzen wird, sind bekannt:Applications of internal combustion engines in which a steam jet pump will be used to compress the combustion air are known:

Aus der Anmeldung US 2 542 953 A ist bekannt, dass im Injektor mit zuvor verdampftem Treibstoff Verbrennungsluft ohne mechanische Teile verdichtet wird, der Ladedruck aber dermaßen kein technisch verwertbares Maß erreicht.From the application US Pat. No. 2,542,953 A it is known that in the injector with previously vaporized fuel combustion air is compressed without mechanical parts, but the boost pressure does not reach such a technically utilizable extent.

In einer Ausführung nach US 5 983 640 A wird mit Hilfe einer Dampfstrahlpumpe Luft angesaugt und schlussendlich in einer Turbine expandiert.In an embodiment according to US Pat. No. 5,983,640 A, air is sucked in with the aid of a steam jet pump and finally expanded in a turbine.

Die Anmeldung EP 0 462 458 A beschreibt ein Verfahren, wonach in einem Abhitzedampferzeuger einer Gasturbogruppe Treibdampf und Druckluft erzeugt und zur weiteren Verdichtung der Luft eine Dampfstrahlpumpe verwendet wird.The application EP 0 462 458 A describes a method according to which motive steam and compressed air are generated in a heat-recovery steam generator of a gas turbine group and a steam jet pump is used for further compression of the air.

Aus GB 190927090 A ist bekannt, dass mittels Dampf, Brennstoff und Luft von einem Strahlapparat angesaugt wird.From GB 190927090 A is known that is sucked by means of steam, fuel and air from a jet apparatus.

Aus der Anmeldung DE 560 273 C geht hervor, dass eine vorverdichtete Verbrennungs- und Mischluft durch die Injektorwirkung von Treibdampf auf einen höheren Druck gebracht wird.From the application DE 560 273 C shows that a pre-compressed combustion and mixing air is brought by the injector effect of motive steam to a higher pressure.

Aus der Anmeldung GB 1913118049 A und der Anmeldung US 5 074 110 A1 sind Verbrennungskraftmaschinen bekannt, welche Treibdampf in einer Vermischung mit Verbrennungsgasen zum Antrieb verwenden. Dabei wird Wärme aus einem Abbrand zur Expansion von Dampf verwendet. Es fehlt beiden Anmeldungen jedoch das entscheidende erfindungsgemäße Bauteil einer beheizten Laval-Dampftreibdüse. Erst mit dieser Einrichtung gelingt es den erforderlichen Verdichtungsdruck für eine nachfolgende Verbrennung in einem Druck-Verbrennungsraum zu erzeugen.From the application GB 1913118049 A and the application US 5 074 110 A1 combustion engines are known which use motive steam in a mixture with combustion gases for driving. It uses heat from a burnup to expand steam. However, both applications lack the decisive component according to the invention of a heated Laval steam friction nozzle. Only with this device it is possible to produce the required compression pressure for subsequent combustion in a pressure combustion chamber.

Zum Verdichten der Verbrennungsluft in einer Wärmekraftmaschine können Dampftreibstrahl- 3 AT 501 419 B1 pumpen nur bedingt eingesetzt werden, da Strahlpumpen schlechte Wirkungsgrade erzielen. Dieser schlechte Wirkungsgrad resultiert zum Teil daraus, dass der Treibdampf bereits in der Laval-Treibdüse in Nassdampf übergeht. Die Vermischung mit der Ansaugluft aus der relativ kühlen Umgebung führt außerdem dazu, dass der Dampf in der Injektorkammer sich höchst schädlich, vollständig verflüssigt.For compressing the combustion air in a heat engine, it is only possible to conditionally use steam blasting pumps because jet pumps achieve poor efficiencies. This poor efficiency results in part from the fact that the motive steam already passes into wet steam in the Laval nozzle. The mixing with the intake air from the relatively cool environment also causes the vapor in the injector chamber to become highly damaging, completely liquefied.

In der prioritätsbegründenden Einreichung A 412 / 2005, und der A 608 / 2005 ist eine Erfindung und Verfahren beschrieben, welche den Wirkungsgrad der Dampftreibstrahlpumpe durch Vorerhitzen der Verbrennungsluft verbessert, indem die vorerwärmte Verbrennungsluft das Kondensat aus der Laval-Treibdüse im Mischrohr wieder verdampft und eine neuerliche Bildung von Kondensat verhindert wird.Priority filing A 412/2005 and A 608/055 describe an invention and method which improves the efficiency of the steam grate pump by preheating the combustion air by re-evaporating the condensate from the Laval motive nozzle in the mixing tube and injecting it renewed formation of condensate is prevented.

Mit der gegenständlichen Erfindung wird der Wirkungsgrad der Hochdruck-Dampfstrahlpumpe weiter gesteigert, ebenso die Austrittsgeschwindigkeit des Treibdampfes. Um Schadwirkungen zu vermeiden, wird der Treibdampf durch Wärme, direkt aus dem Brenner im vorgeschalteten Dampfüberhitzer und der Laval-Treibdüse aufgefrischt Die rekuperative Wärmerückführung aus dem Abgas wird dadurch verstärkt, dass die Verbrennungsluft schon vor der Dampfstrahlpumpe im Gegenstromwärmetäuscher im technisch maximal möglichen Maß vorerwärmt wird. Diese Erwärmung, schon vor dem Verdichten, ist erst möglich geworden, dadurch, dass für die Verdichtung die Wirkung der Impulsübertragung des Treibmediums auf das Fördermedium angewandt wurde.With the subject invention, the efficiency of the high pressure steam jet pump is further increased, as is the exit velocity of the motive steam. In order to avoid harmful effects, the motive steam is refreshed by heat directly from the burner in the upstream steam superheater and the Laval-Treibdüse The recuperative heat recovery from the exhaust gas is amplified by the fact that the combustion air is preheated before the steam jet pump in Gegenstromwärmetäuscher to the maximum technical extent possible , This heating, even before compression, has become possible only because the effect of the impulse transmission of the driving medium was applied to the pumped medium for the compression.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten und Ausführungsbeispielen der Erfindung erläutert. Diese zeigen:Further advantages and details of the invention are explained below with reference to the illustrated in the drawings and embodiments of the invention. These show:

Fig. 1: Eine stark schematisierte Ansicht der Verbrennungskraftmaschine bei Verwendung eines verdampfbaren Treibstoffes und der nachträglichen Nutzung der Restwärme für Heizzwecke. Ebenso wird in dieser Ansicht eine Nutzung des Speisewassers in einem geschlossenen Kreislauf dargestellt.Fig. 1: A highly schematic view of the internal combustion engine when using a vaporizable fuel and the subsequent use of residual heat for heating purposes. Similarly, in this view, a use of the feedwater is shown in a closed circuit.

Fig. 2: Eine stark schematisierte Ansicht der Verbrennungskraftmaschine bei Verwendung eines nicht verdampfbaren Treibstoffes, sowie bei Verwendung eines Festbrennstoffes.Fig. 2: A highly schematic view of the internal combustion engine when using a non-evaporable fuel, and when using a solid fuel.

Fig. 3: Eine stark schematisierte Ansicht der Verbrennungskraftmaschine bei der Anwendung im Kfz, mit rekuperativer Zwischenspeicherung von Bremsenergie.Fig. 3: A highly schematic view of the internal combustion engine when used in a motor vehicle, with recuperative intermediate storage of braking energy.

Fig. 4: Eine stark schematisierte Ansicht der Verbrennungskraftmaschine bei eingeschränkter Anwendung, in der anstelle einer Abgasturbine, ein konventioneller Hubkolbenmotor eingesetzt wird, der durch die Dampfstrahlpumpe, analog eines Turboladers, geladen wird.Fig. 4: A highly schematic view of the internal combustion engine with limited application, in which instead of an exhaust gas turbine, a conventional reciprocating engine is used, which is loaded by the steam jet pump, analogous to a turbocharger.

Fig. 5 zeigt eine schematisierte Ansicht eines Querschnittes durch den Brenner und den Dampfüberhitzer, sowie durch die Mehrfach-Laval-Treibdüse in Plattenbauweise.Fig. 5 shows a schematic view of a cross section through the burner and the steam superheater, as well as through the multi-Laval nozzle in the plate type.

Fig. 6 bis 8: Schematisierte Ansichten und Querschnitte zu den konstruktiven Merkmalen der Vergrößerung der Wärmetauschfläche in der Laval-Treibdüse.Fig. 6 to 8: Schematisierte views and cross-sections of the structural features of the enlargement of the heat exchange surface in the Laval nozzle.

Fig. 9 und 10: Schematisierter Längs- und Querschnitt zu den konstruktiven Merkmalen der Ausführung Laval-Treibdüse mit einer Düsennadel.Fig. 9 and 10: Schematized longitudinal and cross-section of the structural features of the design Laval nozzle with a nozzle needle.

Es zeigt die Fig. 1, das die Verdichtung in dieser Verbrennungskraftmaschine ohne jede mechanische Verdichterstufe, mit nur einer Dampfstrahlpumpe 24 erfolgt. Diese Art der Verdichtung konnte bisher technisch sinnvoll nur zusätzlich zu mechanischen Verdichtern verwendet werden. Der herkömmliche Dampfstrahlverdichter als alleinige Verdichtungsstufe würde zu viel Dampf in die Verbrennungsluft eintragen. Es würde unverhältnismäßig viel nicht rückgewinnbare Kondensationswärme verloren gehen und schlechte Wirkungsgrade erzielt. Wird umgekehrt 4 AT 501 419 B1 die Menge des Treibdampfes auf ein annehmbares Maß reduzieren, sinkt der Verdichtungsdruck auf ein technisch nicht mehr verwertbares Maß. (US 2.542.953 A)FIG. 1 shows that the compression in this internal combustion engine takes place without any mechanical compressor stage, with only one steam jet pump 24. This type of compression could hitherto be used technically only in addition to mechanical compressors. The conventional steam jet compressor as the sole compression stage would introduce too much steam into the combustion air. It would disproportionately lost a lot of unrecoverable heat of condensation and achieved poor efficiencies. Conversely, if the amount of motive steam is reduced to an acceptable level, the compaction pressure drops to a technically unacceptable level. (US 2,542,953 A)

Erfindungsgemäß gelingt die Verdichtung der Verbrennungsluft mit ausreichendem Druck bei 5 minimiertem Wassereintrag dennoch, indem der Dampf zunächst im Dampfüberhitzer 16 exorbitant überhitzt wird und danach auch in der Laval-Treibdüse 17, während der isentropen Entspannung beheizt wird. Diese Beheizung erfolgt durch eine aus dem Brenner in die Laval-Treibdüse 17 und den Dampfüberhitzer 16 zugeführte zusätzliche satte Wärmemenge. io Durch die beiden benannten, erfindungsgemäßen Maßnahmen, gelingt gegenüber herkömmlicher Laval-Treibdüsen in etwa eine Verdoppelung der Geschwindigkeit des Treibdampfes am Austritt 18 der Treibdüse. Es wird dermaßen auch schadhafte Nassdampfbildung am Düsenaustritt 18 völlig vermieden. Diese Schadwirkung steigt bekanntlich im selben Maß, als sich Kondensatanteil (Wasser) im Treibdampf bildet. 15According to the invention succeeds in the compression of the combustion air with sufficient pressure at 5 minimized water entry yet by the steam is first exorbitantly superheated in the steam superheater 16 and then heated in the Laval nozzle 17, during the isentropic relaxation. This heating is carried out by an additional rich amount of heat supplied from the burner in the Laval nozzle 17 and the steam superheater 16. As a result of the two named measures according to the invention, the speed of the motive steam at the outlet 18 of the motive nozzle can be approximately doubled compared to conventional Laval motive nozzles. It is so completely damaged even bad steam formation at the nozzle outlet 18. This harmful effect is known to increase to the same extent, as condensate (water) forms in the motive steam. 15

Der zusätzliche Wärmeeintrag zur Beheizung des Dampfüberhitzers 16 und der Laval-Treibdüse 17, erfolgt durch Wärmeentnahme aus dem Brenner 3. Zu diesem Zwecke ist der Dampfüberhitzer 16 und die Laval-Treibdüse 17 in technisch nächst möglicher Nähe mit einem ausreichenden thermischen Schluss an die Brennerwandungen 4 angebaut. 20The additional heat input for heating the steam superheater 16 and the Laval-Treibdüse 17, takes place by heat removal from the burner 3. For this purpose, the steam superheater 16 and the Laval-nozzle 17 in technically closest possible proximity with a sufficient thermal seal to the burner walls. 4 grown. 20

In herkömmlichen unbeheizten Dampf-Laval-Treibdüsen fällt die Dampftemperatur bis zur Düsenaustritt während der isentropen Entspannung in der Laval-Düse auf ca. 100 °C (Kondensationstemperatur des Treibdampfes). Im Gegensatz dazu, ist bei der erfindungsgemäßen Laval-Treibdüse 17, durch die ständige Zufuhr von Wärme aus dem Brenner 3, bei beispielsweise 25 einer Abbrandtemperatur von 1000 °C bereits eine Dampf-Austrittstemperatur an der Austrittsdüse 18 von ca. 700 °C erreichbar.In conventional unheated steam Laval-Treibdüsen the steam temperature falls to the nozzle exit during isentropic relaxation in the Laval nozzle to about 100 ° C (condensation temperature of the motive steam). In contrast, in the Laval nozzle 17 according to the invention, by the constant supply of heat from the burner 3, for example, a firing temperature of 1000 ° C already a steam outlet temperature at the outlet nozzle 18 of about 700 ° C reach.

Die dem Brenner 3 zur Erhöhung der Enthalpie des Dampfes in der Treibdüse 17 und des Dampfüberhitzers 16 - entzogen Wärme, mit folglicher Senkung der Entropie des Treibdampfes, 30 mündet über die Mischrohre 27 + 29 und dem Krümmer 28 wieder im Brenner 3. Der Wärmeentzug aus dem Brenner 3 wird also in einem inneren Kreislauf dem Brenner 3 stets zu 100% wieder rückgeführt. Mit anderen Worten: Enthalpie aus dem Brenner 3 wird benutzt um den Druck des Fördermedium zu erhöhen, die Enthalpie fließt aber in einem motorinternen geschlossenen Kreislauf zu 100% zum Ausgangspunkt, dem Brenner 3, zurück. 35The burner 3 to increase the enthalpy of the steam in the motive nozzle 17 and the steam superheater 16 - extracted heat, thus reducing the entropy of the motive steam, 30 flows through the mixing tubes 27 + 29 and the manifold 28 back into the burner 3. The heat extraction The burner 3 is thus always recirculated to the burner 3 in an internal circuit to 100% again. In other words, enthalpy from the burner 3 is used to increase the pressure of the pumped medium, but the enthalpy flows back in an internal closed-loop motor to 100% to the starting point, the burner 3. 35

Der Gegenstromwärmetäuscher 8 weist entlang seiner Fliessachse eine langgestreckte und schlanke Bauform auf. Ein schadhaftes Fließen von Wärme vom heißen Ende 10 des Wärmetauschers 8, zu dessen kalten Ende 11 wird dadurch und durch die konstruktiv minimierte Wandstärke des Wärmetauschers 8, bestmöglich unterbunden. 40The Gegenstromwärmeäuscher 8 has along its axis of flow on an elongated and slim design. A defective flow of heat from the hot end 10 of the heat exchanger 8, to the cold end 11 is thereby prevented by the constructively minimized wall thickness of the heat exchanger 8, the best possible. 40

Der Gegenstromwärmetäuscher 8 bietet bei der Wahl der durch den Wärmetauscher 8 geführten Medien und der dabei gewählten Drücke verschiedenste Varianten, die sich durch die spezifischen Eigenheiten des verwendeten Treibstoffes begründen. 45 Fig. 1 zeigt den auf den Wirkungsgrad bezogen bestmöglichen Fall. Bei Verwendung von rückstandfrei verdampfbaren Treibstoffen (Alkohole, Benzine, etc.), kann das Speisewasser mit dem flüssigen Treibstoff schon vor der einzelnen Druckpumpe 30 vermischt werden und gemeinsam unter Höchstdruck durch den Gegenstromwärmetäuscher 14 und durch den Dampfüberhitzer 16, sowie durch die beheizte Laval-Treibdüse 17 geführt werden. Durch die Verwendung des so Treibstoffs als Treibdampfanteil fällt der Bedarf an Speisewasser.The Gegenstromwärmetäuscher 8 offers in the choice of guided through the heat exchanger 8 media and the selected pressures various variants, which are based on the specific characteristics of the fuel used. 45 Fig. 1 shows the best case on the basis of efficiency. When using residue-free vaporizable fuels (alcohols, gasolines, etc.), the feed water can be mixed with the liquid fuel even before the individual pressure pump 30 and together under maximum pressure by the Gegenstromwärmetäuscher 14 and by the steam superheater 16, and by the heated Laval Drive nozzle 17 are guided. By using the so fuel as a motive steam portion of the need for feed water falls.

Mit weniger Speisewasser fällt weniger Kondensationswärme nach dem Austritt aus dem Wärmetauscher 12 an und der Wirkungsgrad der Verbrennungskraftmaschine erreicht erfindungsgemäß den höchst möglichen Wert aller gezeigten Varianten. 55 5 AT 501 419 B1With less feed water less heat of condensation falls after exiting the heat exchanger 12 and the efficiency of the internal combustion engine achieved according to the invention the highest possible value of all variants shown. 55 5 AT 501 419 B1

Nach dem erfindungsgemäßen Durchlauf des Abgases durch den Gegenstromwärmetäuscher 12 weist dieses eine Temperatur von ca. 100 °C auf, welche der Kondensationstemperatur des Treibdampfes entspricht. Im Kondensat des Treibdampfes steckt aber noch der Grossteil der Kondensationswärme, welche für kinetische Umwandlung nicht mehr verwendet werden kann, sie ist irreversibel.After the inventive passage of the exhaust gas through the Gegenstromwärmetäuscher 12, this has a temperature of about 100 ° C, which corresponds to the condensation temperature of the motive steam. In the condensate of the motive steam is still the bulk of the heat of condensation, which can no longer be used for kinetic conversion, it is irreversible.

Diese Restwärme kann aber als Prozesswärme oder für Heizzwecke über einen Heizkörper 40 genutzt werden. Dazu wird das Abgas in einem zusätzlichen Wärmetauscher 39 unter die Kondensationstemperatur des Speisewassers abgekühlt. Das Speisewasser wird nach dem Durchlauf durch den Wärmetauscher 39 in einen Wasserabscheider 48 vom Abgas getrennt um anschließend in einem Filter 38 von Schadstoffen aus dem Treibstoffabbrand gereinigt zu werden.However, this residual heat can be used as process heat or for heating purposes via a radiator 40. For this purpose, the exhaust gas is cooled in an additional heat exchanger 39 below the condensation temperature of the feedwater. The feedwater is separated after passing through the heat exchanger 39 in a water separator 48 from the exhaust gas to be subsequently cleaned in a filter 38 of pollutants from the fuel burn-off.

Danach fließt das wiedergewonnene Speisewasser zur neuerlichen Verwendung in einen Auffangtank 34. Da mit dem Speisewasser auch das Verbrennungswasser anfällt, ergibt sich eine Übermenge, die aus dem Tank 34 abgelassen wird.Thereafter, the recovered feed water flows for reuse in a catch tank 34. Since the feed water also produces the combustion water, there is a surplus, which is discharged from the tank 34.

Dem konischen Absaugrohr 26 der Dampfstrahlpumpe 24 ist ein gerades Mischrohr 27 gleichbleibenden Querschnittes nachgeschalten. Dieses Rohr gerade stellt das Überschall-Mischrohr 27 dar, in dem das Treibmedium und das Fördermedium bei Überschallgeschwindigkeit vermischt werden.The conical suction pipe 26 of the steam jet pump 24 is followed by a straight mixing tube 27 of constant cross-section. This tube just represents the supersonic mixing tube 27, in which the propellant and the fluid to be mixed at supersonic speed.

Das Rohr mündet in einen Krümmer 28 der zum einen das Gasgemisch zum Brenner 3 zurücklenkt und zum anderen unmittelbar an dem Einlass einen Verdichtungsstoß erzeugt, der die Geschwindigkeit des Gasgemisches auf Unterschallgeschwindigkeit reduziert. Im entsprechenden Maße steigt der Druck durch diesen Verdichtungsstoß. Dem Krümmer 28 folgt ein Rückleitungsrohr 29 zum Brenner 3, welches in einer zweiten Funktion das Gasgemisch bei Unterschallgeschwindigkeit in der Durchmischung weiter homogenisiert.The tube opens into a manifold 28 which, on the one hand, deflects the gas mixture back to the burner 3 and, on the other hand, generates a compression shock directly at the inlet, which reduces the velocity of the gas mixture to subsonic speed. To a corresponding extent, the pressure increases due to this compression shock. The manifold 28 is followed by a return pipe 29 to the burner 3, which further homogenizes in a second function, the gas mixture at subsonic speed in the mixing.

Mit Eintritt des Gasgemisches in den Brennerdiffusor 6 wird dieses stark abgebremst. Die Fließgeschwindigkeit des Treibstoff / Dampf / Verbrennungsluftgemisches wird unter dessen Brenngeschwindigkeit reduziert. Umgekehrt steigt der Druck auf sein höchst mögliches Maß. Dermaßen wird anfangs dieses Diffusors 6 das Gemisch, bei dieser spezifischen Ausführungsvariante, in welcher Treibstoff dem Treibdampf beigemischt ist, entzündet.With entry of the gas mixture in the burner diffuser 6 this is braked strongly. The flow rate of the fuel / steam / combustion air mixture is reduced below its burning rate. Conversely, the pressure rises to its highest possible level. Thus, at the beginning of this diffuser 6, the mixture is ignited, in this specific embodiment, in which fuel is added to the motive steam.

Das an sich brennbare Gemisch konnte sich zuvor weder im Saugrohr 26, noch in einem Mischrohr 27 + 29, oder im Krümmer 28 entzünden, da der Querschnitt dieser Bauteile immer so gewählt wird, dass die Fliessgeschwindigkeit des brennbaren Gasgemisches stets höher ist, als die Brenngeschwindigkeit des Selben.The per se combustible mixture could ignite beforehand neither in the intake manifold 26, nor in a mixing tube 27 + 29, or in the manifold 28, since the cross section of these components is always chosen so that the flow rate of the combustible gas mixture is always higher than the burning rate of the same.

Im Verfahren zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine wird beschrieben, dass der Druck für das Speisewasser vorteilhaft auf einem technisch höchstmöglichen Niveau gewählt wird, um so die Voraussetzungen für eine höchstmögliche Austrittsgeschwindigkeit des Treibdampfes aus der Laval-Treibdüse 18 zu schaffen.In the method for operating the internal combustion engine is described that the pressure for the feed water is advantageously selected at a technically highest possible level, so as to create the conditions for a maximum discharge speed of the motive steam from the Laval nozzle 18.

Fig. 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Beispiel, in dem ein Treibstoff eingesetzt wird, der zu Ver-koksung oder Plastifizierung unter Einfluss von Wärme neigt. Dieser kann keinesfalls durch den Dampfüberhitzer 16 und die Laval-Triebdüse 17 geführt werden. Er kann also nicht als Treibmedium eingesetzt werden. Er kann aber anderseits - je nach zulässiger Temperatur bis zum Einsetzen von Verkoksung - durchaus Wärme aus dem Gegenstromwärmetäuscher 13 aufnehmen. Durch die qualifikative Ausprägung der Tauschfläche im Wärmetauscher 13 kann die aufzunehmende Wärmemenge für den spezifischen Treibstoff bestimmt werden.Fig. 2 shows an example according to the invention, in which a fuel is used which tends to coking or plasticization under the influence of heat. This can not be performed by the steam superheater 16 and the Laval engine 17. So it can not be used as a driving medium. On the other hand, however, it can absorb heat from the countercurrent heat exchanger 13, depending on the permissible temperature up to the onset of coking. Due to the qualificative expression of the exchange surface in the heat exchanger 13, the amount of heat to be absorbed for the specific fuel can be determined.

Alle nicht mit dem Speisewasser vermischbaren Treibstoffe erfordern einen eigenen Wärmetauscherteil 13 im Gegenstromwärmetäuscher 8. und eine eigene, separate Treibstoffpumpe 31. 6 AT 501 419 B1All fuels which can not be mixed with the feed water require a separate heat exchanger part 13 in the countercurrent heat exchanger 8 and a separate, separate fuel pump 31. 6 AT 501 419 B1

Auch gasförmige Treibstoffe werden, wie in Fig. 2 dargestellt, durch den separaten Wärmetauscher 13 geführt. Gas wird aber bei geringst möglichem Druck in den Brennerdiffusor 6 eingebracht, da Gas, mit dessen unverhältnismäßig größerem Volumen, den höchsten Pumpaufwand erfordert. Hohe Gasdrücke würden hohe Verluste durch den hohen Pumpaufwand verursachen. 5Also, gaseous fuels are, as shown in Fig. 2, passed through the separate heat exchanger 13. Gas is introduced at the lowest possible pressure in the burner diffuser 6, since gas, with its disproportionately larger volume, requires the highest pumping effort. High gas pressures would cause high losses due to the high pumping costs. 5

Die physikalische Form des Pumpen eines gasförmigen Fördermedium durch eine Dampfstrahlpumpe 24 unterscheidet sich in einer sehr markanten und entscheidenden Besonderheit von allen anderen Pumpen: Es kann ein gasförmiges Medium, unabhängig von dessen Temperatur, gleichbleibend verdichtet werden. Dem gegenüber nimmt z.B. bei Kolbenverdichtern, io Turboverdichtern, etc., der Aufwand zum Pumpen im Verhältnis zur steigenden Temperatur des Fördermedium zu.The physical form of pumping a gaseous medium through a steam jet pump 24 differs in a very distinctive and crucial feature of all other pumps: It can be a gaseous medium, regardless of its temperature, consistently compressed. On the other hand, e.g. in reciprocating compressors, turbo compressors, etc., the cost of pumping in relation to the rising temperature of the fluid to.

Bei herkömmlichen Gasturbinen mit rekuperativen Wärmerückführung, wird der Wärmetauscher, in dem die Abwärme auf Verbrennungsluft übertragen wird, deswegen stets erst nach 15 dem mechanischen Verdichter angebaut. Bei einem Verdichtungsdruck des mechanischen Verdichters von ca. 12 bar, ist die Verbrennungsluft aber soweit erhitzt, dass sie etwa gleich heiß, wie das Abgas ist. Es kann keine Wärme mehr aus dem Abgas aufgenommen werden. Deswegen ist bei herkömmlichen Abgasturbinen eine rekuperativer ISO-Norm-Abgaswärme-Rückführung spätestens ab 12 bar Verdichtungsdrucks nicht mehr möglich 20In conventional gas turbines with recuperative heat recovery, the heat exchanger, in which the waste heat is transferred to combustion air, therefore always mounted after 15 the mechanical compressor. At a compression pressure of the mechanical compressor of about 12 bar, but the combustion air is so far heated that it is about as hot as the exhaust gas. There is no heat from the exhaust gas can be absorbed. Therefore, in conventional exhaust gas turbines, a recuperative ISO standard exhaust gas recirculation is no longer possible at the latest from 12 bar compression pressure 20

Die Impulsübertragung zwischen Treib- auf Fördermedium, erlaubt ein Erwärmen der Förderluft schon vor dem Verdichten, ohne jede Schadwirkung. Dies heißt mit anderen Worten: Mittels dieser Pumpwirkung der Dampfstrahlpumpe 24 ist es möglich Verbrennungsluft weit über 12 bar, in beliebiger Höhe zu verdichten, da heiße Luft, ohne jede Schadwirkung, wie eine kalte 25 Luft gepumpt wird. Es kann also erfindungsgemäß die Verbrennungsluft bei atmosphärischem Druck und bei Umgebungstemperatur in den Wärmetauscher 15 geführt werden, um sie erst danach, nachdem sie maximal Wärme aufgenommen hat, mittels Impulsübertragung zu verdichten. Die erhöhte Temperatur des Medium spielt keinerlei Wirkungsgrad-schädigende Rolle. 30 Bei allen herkömmlichen mechanischen Verdichtern entsteht mit erhöhtem Nutzdruck ein erhöhter Gegendruck auf den Verdichter. Ganz im Gegensatz dazu, kann auf den Treibdruck der Dampfstrahlpumpe 24 keine Rückwirkung durch beispielsweise einen Gegendruck eintreten. Der Treibdruck wird in der Laval-Treibdüse 17 vollständig und restlos in Geschwindigkeit des beschleunigten Treibmediums umgesetzt. Dieses verläßt völlig ungehindert und ungebremst die 35 Treibdüse 18.The momentum transfer between the propellant and the pumped medium allows heating of the conveying air even before compression, without any harmful effects. This means in other words: By means of this pumping action of the steam jet pump 24, it is possible to compress combustion air well above 12 bar, in any amount, since hot air, without any harmful effect, is pumped like a cold air. Thus, according to the invention, the combustion air can be conducted into the heat exchanger 15 at atmospheric pressure and at ambient temperature in order to compact it by means of momentum transfer only after it has absorbed a maximum of heat. The elevated temperature of the medium does not play any efficiency-damaging role. 30 With all conventional mechanical compressors increased pressure builds up an increased back pressure on the compressor. In contrast to this, the driving pressure of the steam jet pump 24 can not be affected by, for example, a back pressure. The motive pressure is completely and completely converted into the velocity of the accelerated propellant in the Laval propellant nozzle 17. This leaves completely unhindered and unrestrained the propellant nozzle 18th

Die Moleküle des Treibstrahls setzen zu einem freien Flug ins Saugrohr 26 an, wo sie erst nach und nach, weit ab von ihrer Ursprungsdüse 18, mit Molekülen der Fördermedien kollidieren. Ob nun ein dermaßen getroffenes Molekül selbst in einer großen, oder kleinen Brown'schen Mole-40 külbewegung befindlich ist - also ob das Fördermedium heiß oder halt ist - spielt nicht die geringste Rolle. Der Vorgang des Verdichtens erfolgt vorteilhaft also nur in Form von Impulsübertragung.The molecules of the propulsion jet set to a free flight into the intake manifold 26, where they only gradually, far from their original nozzle 18, collide with molecules of the media. Whether a molecule hit in such a way, even in a large or small Brownian molecular motion - ie whether the medium is hot or halting - does not play the slightest role. The process of compacting is thus advantageous only in the form of momentum transfer.

Fig. 2 zeigt eine 2. Variante der Erfindung, in der ein Festbrennstoff aus beispielsweise Kohle-45 oder Holzstaub eingesetzt wird. Solcher Treibstoff kann nicht durch den Gegenstromwärmetäuscher 13 und auch nicht durch den Dampfüberhitzer 16 und die Laval-Treibdüse 17 geführt werden. Der Festbrennstoff wird aus dem Treibstoff-Depot 45 über eine Förderschnecke 44 in den Brenner 3 gefördert. Dem festen Treibstoff und allen nicht durch die Laval-Treibdüse 17 führbaren Treibstoffen ist gemein: Sie werden direkt am Brennereinlaß des Brennerdiffusors 6 so beim geringst erforderlichen Druck eingebracht.Fig. 2 shows a second variant of the invention, in which a solid fuel from, for example, coal-45 or wood dust is used. Such fuel can not be passed through the countercurrent heat exchanger 13, nor through the steam superheater 16 and the Laval driving nozzle 17. The solid fuel is conveyed from the fuel depot 45 via a screw conveyor 44 in the burner 3. The solid fuel and all not by the Laval nozzle 17 fuelable fuels common: They are introduced directly at the burner inlet of the burner diffuser 6 so at the lowest required pressure.

Fig. 3 zeigt eine Sonderanwendung der gegenständlichen Erfindung: Es kann mit einer äußeren Energiequelle 36 der Bypass-Speicher 35 aus mineralischer Masse vorzugsweise elektrisch aufgeheizt werden. Durch diesen Bypass-Speicher 35 wird dann bei Bedarf, geregelt mehr oder 55 weniger Teilgas, welches dem Brenner 3 zuströmt, geleitet. Das Gasgemisch wird dabei er- 7 AT 501 419 B1 wärmt und spart im selben Maß, als es Wärme vom Bypass-Speicher 35 aufnehmen kann, Treibstoffbrennwert, also de facto Treibstoff.Fig. 3 shows a special application of the subject invention: It can be preferably electrically heated with an external energy source 36 of the bypass memory 35 of mineral mass. By this bypass memory 35 is then regulated if necessary, more or less 55 part gas, which flows to the burner 3, passed. The gas mixture is thereby heated and, to the same extent as it can absorb heat from the bypass reservoir 35, it saves fuel burn value, ie de facto fuel.

Die äußere Energiequelle 36 stellt vorzugsweise die Bremskraft eines Kfzs dar, welche über den, mit den Rädern gekoppeltem Generator 37 elektrische Energie für die Aufheizung des Bypass-Speichers erzeugt.The external energy source 36 preferably represents the braking force of a motor vehicle which generates electrical energy for the heating of the bypass memory via the generator 37 coupled to the wheels.

Real kann ein ca. 50 kg schwerer, mineralischer Bypass-Speicher, welcher auf Temperaturen bis 2000 °C erhitzt werden kann (z.B. Magnesit), die gesamte Bremsenergie eines 30-Tonner-Lkw, auf ein Höhengefälle von 500 m aufnehmen. Diese gespeicherte Energie kann nach dem Passieren des Gefälles umgekehrt wieder für den Antrieb des Fahrzeuges genutzt werden.In reality, a 50 kg mineral bypass storage, which can be heated to temperatures of up to 2000 ° C (for example magnesite), can absorb the total braking energy of a 30-tonne truck to a vertical drop of 500 m. In turn, this stored energy can be used again for driving the vehicle after passing the gradient.

Fig. 4 zeigt, dass die Funktion der Abgasturbine 1 auch durch einen konventionellen Verbrennungsmotor, beispielsweise einem Hubkolbenmotor 2, übernommen werden kann. Da diese Motoren 2 aber funktionell jedenfalls eine mechanische Verdichterstufe aufweisen, reduziert sich die Funktion der erfindungsgegenständlichen beheizten Dampfstrahlpumpe 24 auf das Vorverdichten der Verbrennungsluft.FIG. 4 shows that the function of the exhaust gas turbine 1 can also be assumed by a conventional internal combustion engine, for example a reciprocating piston engine 2. Since these motors 2 but functional in any case have a mechanical compressor stage, the function of the subject invention heated steam jet pump 24 is reduced to the pre-compression of the combustion air.

Die Dampfstrahlpumpe 24 ersetzt dermaßen also den herkömmlichen Turbolader, mit dem Vorteil, dass diese keine beweglichen Teile aufweist und höhere Vorverdichtungsdrücke erbringen kann. Selbstverständlich steigt dadurch die Standzeit und es sinken die Kosten gegenüber herkömmlicher TurboladerThe steam jet pump 24 thus replaces the conventional turbocharger, with the advantage that it has no moving parts and can provide higher precompression pressures. Of course, this increases the service life and lower costs compared to conventional turbochargers

Im gezeigten Beispiel wird in einem Gegenstromwärmetäuscher 9 das Speiswasser vorerwärmt. Auf eine solche Einrichtung 9 kann erfindungskonform aber auch verzichtet werden, da im konventionellen Verbrennungsmotor 2 riesige Mengen an Abwärme anfallen, die dem konventionellen Hubkolbenmotor 2 nicht rückgeführt werden können, da ein Vorerwärmen der Verbrennungsluft nicht möglich ist. Der Motor 2 ist im Prinzip eine Kolbenpumpe, welche bei Vorerwärmung der Verbrennungsluft einen erhöhten Pumpaufwand erbringen müsste. Außerdem ginge der Gewinn des erhöhten Vorverdichtungsdruckes mittels Dampfstrahlverdichter 24, über die mindere Befüllbarkeit der Zylinder wieder verloren.In the example shown, the feed water is preheated in a countercurrent heat exchanger 9. However, such a device 9 can also be dispensed with according to the invention, since in the conventional internal combustion engine 2 enormous amounts of waste heat are generated, which can not be returned to the conventional reciprocating engine 2, since preheating of the combustion air is not possible. The engine 2 is in principle a piston pump, which would have to provide an increased pumping effort when preheating the combustion air. In addition, the gain of the increased precompression pressure would be lost by means of the steam jet compressor 24, via the lower fillability of the cylinders.

Fig. 5 zeigt, daß der Brenner 3 innen eine annähernd runde Rohrform aufweist und an der Innenseite stark zerklüftet 5 ist. Dies hat den Nutzen, daß die Strahlungswärmeübertragung aus dem abbrennenden Gas verbessert auf die Brennerwandung 4 übertragbar wird. Diese Wärmeübertragung ist für die Beheizung des Dampfüberhitzers 16 und für die Beheizung der Laval-Treibdüse 17 erforderlich. Vorzugsweise wird erfindungsgemäß diese Zerklüftung als Längsrillen 5 zur Fliessachse des Gases ausgebildet, dies schließt aber nicht aus, daß beispielsweise eine Querrippung oder eine ungeordnete Zerklüftung gewählt wird.Fig. 5 shows that the burner 3 inside has an approximately round tube shape and is heavily rugged on the inside 5. This has the advantage that the radiation heat transfer from the burning gas is improved transferable to the burner wall 4. This heat transfer is required for heating the steam superheater 16 and for heating the Laval driving nozzle 17. Preferably, according to the invention, this fracture is formed as longitudinal grooves 5 to the flow axis of the gas, but this does not exclude that, for example, a transverse ribbing or a disordered fracture is selected.

Fig. 5 zeigt außerdem in der Querschnittdarstellung des Brenners 3, daß sich außen an den Brennerwandungen 4, 180° gegenüberliegenden, flache Sättel befinden, auf welchen auf der einen Seite der Dampfüberhitzer 16 thermisch schlüssig angebaut ist und auf der anderen Seite gleichermaßen die Laval-Treibdüse 17.5 also shows, in the cross-sectional view of the burner 3, that flat saddles are located on the outside of the burner walls 4, 180 ° opposite one another, on which the steam superheater 16 is thermally and conclusively attached on the one side and the Laval on the other side. Motive nozzle 17.

Fig. 6 bis 8 zeigt wie die Wärmetauschfläche erfindungsgemäß gegenüber einer herkömmlichen Laval-Treibdüsen-lnnenseite vergrößert wird. Zur Übertragung der erforderlichen Wärmemengen für die Dampfauffrischung in der Laval-Treibdüse 17, wäre die Oberfläche in einer herkömmlichen^Laval-Treibdüse um ein Vielfaches zu klein. Es werden nachfolgend drei Maßnahmen gezeigt um die Wärmetauschfläche der Treibdüsen 17 erfindungsgemäß zu vergrößern.Fig. 6 to 8 shows how the heat exchange surface according to the invention over a conventional Laval-Treibdüsen interior side is increased. To transfer the required amounts of heat for the steam replenishment in the Laval nozzle 17, the surface in a conventional Laval nozzle would be many times too small. Three measures are shown below to enlarge the heat exchange surface of the driving nozzles 17 according to the invention.

Fig. 6: Durch das Verflachen des Öffnungswinkels von insbesondere des divergenten Düsenteils 19 der Laval-Treibdüse 17 auf beispielsweise < 2° lässt sich die Düse um ein Vielfaches verlängern und sich die Wärmetauschfläche gleichermaßen vergrößern. 8 AT 501 419 B1FIG. 6: By flattening the opening angle of, in particular, the divergent nozzle part 19 of the Laval driving nozzle 17 to, for example, < 2 °, the nozzle can be extended many times and increase the heat exchange area equally. 8 AT 501 419 B1

Fig. 7: Durch das Aufteilen des Gesamttreibstromes des Treibgases aus mehrere entsprechend verkleinerte Laval-Treibdüsen 17 steigt die Gesamtwärmetauschfläche ebenfalls. Je mehr kleine Treibdüsen 17 dabei eingesetzt werden, je größer der Effekt der Wärmetauschflächenvergrößerung. 5Fig. 7: By dividing the total driving current of the propellant gas from a plurality of correspondingly reduced Laval-driving nozzles 17, the total heat exchange surface also increases. The more small motive nozzles 17 are used, the greater the effect of the heat exchange surface enlargement. 5

Fig 8: Durch Verflachen konventionell runder Düsen-Durchlaßquerschnitte 23 auf einen breiten, aber umgekehrt in der Höhe verkleinerten Durchlaßquerschnitt 23, steigt die Wärmetauschfläche im erheblichen Maß. io Solch schmale und flache Düsenquerschnitte 23 können beispielsweise zwischen mindestens zwei Metallplatten 22, vorzugsweise aber mehreren Platten 22, gebildet werden, wovon mindest tens eine mit dem Brenner 3 thermisch ausreichend verbunden ist und gleichermaßen zu den weiteren Platten 22 eine ausreichende thermische Verbindung besteht. 15 Fig. 9 und 10: Diese erfindungsgemäße Grundkonstruktion nach Fig. 8 kann auch in einen Werkteil, welcher ursprünglich als Rundstab 21 mit gleichbleibendem Durchmesser ausgebildet war, in mehreren Teilsegmenten umfänglich eingearbeitet werde. Die nicht bearbeiteten Zwischenstege zwischen den Ausnehmungen bilden die thermische Brücke zum äußeren Düsenkörper 43. Dieser Düsenkörper 43 weist eine Bohrung mit gleichbleibendem Querschnittfläche 20 auf. Der Düsenkörper 43 besitzt wiederum eine ausreichende thermische Verbindung zum Brenner 3.FIG. 8: By flattening conventionally round nozzle passage cross-sections 23 to a broad, but inversely reduced in height passage cross-section 23, the heat exchange surface increases to a considerable extent. Such narrow and flat nozzle cross sections 23 can be formed, for example, between at least two metal plates 22, but preferably a plurality of plates 22, of which at least one thermally sufficiently connected to the burner 3 and equally to the other plates 22 there is a sufficient thermal connection. FIG. 9 and 10: This basic construction according to the invention according to FIG. 8 can also be incorporated into a part of the work piece, which was originally designed as a round rod 21 with a constant diameter, in several sub-segments. The non-machined intermediate webs between the recesses form the thermal bridge to the outer nozzle body 43. This nozzle body 43 has a bore with a constant cross-sectional area 20. The nozzle body 43 in turn has sufficient thermal connection to the burner 3.

Legende: 28 = Krümmer 29 = Unterschall-Mischrohr (= Rückleitung) 30 = Pumpe für Wasser/T reibstoffgemisch 31 = Treibstoffpumpe 32 = Speisewasserpumpe 33 = Treibstofftank 34 = Speisewasser-Depotbehälter 35 = Bypass-Speicher (= mineralischer Speicherblock) 36 = Externe Energiequelle (Kfz - Rad) 37 = Generator 38 = Speisewasser-Filter 39 = Wärmetauscher für Heizzwecke 40 = Heizkörper 41 = Überleitung von der Turbine in den Gegenstromwärmetäuscher 42 = Welle der Turbine 43 = Düsenkörper 44 = Feststoff-Brennstoff-Förderschnecke 45 = Feststoff- Treibstoffdepot 46 = Auspuff des konventionellen Verbrennungsmotors 47 = Allseitige Wärmeisolierung (nur in Fig. 1 darstellt!) 48 = Wasserabscheider nach dem Wärmetäuscher 25 1 = Abgasturbine 2 = Konventionell. Verbrennungsmotor 3 = Brenner 4 = Brennerwandungen 5 = Rillen an der Brennerinnenseite 30 6 = Brennerdiffusor 7 = Wärmetauscher allgemein 8 = Gegenstromwärmetäuscher 9 = Speiswasser-Wärmetauscher 10 = Heiß-Ende des Wärmetauschers 35 11= Kalt-Ende des Wärmetauschers 12 = Abgas-Wärmetauscherteil 13 = TreibstofTWärmetauscherteil 14 = Speisewasser/Treibstoffgemisch-Wärmetauscherteil 40 15 = Luft-Wärmetauscherteil 16 = Dampfüberhitzer 17 = Laval-Treibdüsen 18 = Laval-Düsenauslass 19 = Divergente Düsenteile 45 20 = Öffnungswinkel 21 = Düsennadel 22 = Flache Metallplatten 23 = Durchlaßquerschnitt 24 = Dampfstrahlpumpe allgemein so 25 = Ansaugstutzen 26 = konisches Saugrohr 27 = Überschall-Mischrohr 55Legend: 28 = manifold 29 = subsonic mixing pipe (= return line) 30 = pump for water / fuel mixture 31 = fuel pump 32 = feedwater pump 33 = fuel tank 34 = feedwater storage tank 35 = bypass storage (= mineral storage block) 36 = external energy source (Car wheel) 37 = generator 38 = feedwater filter 39 = heat exchanger for heating purposes 40 = heating element 41 = transfer from the turbine into the countercurrent heat exchanger 42 = shaft of the turbine 43 = nozzle body 44 = solid fuel screw conveyor 45 = solid fuel depot 46 = exhaust of the conventional internal combustion engine 47 = all-round thermal insulation (only in FIG. 1 represents!) 48 = water separator after the heat exchanger 25 1 = exhaust gas turbine 2 = Conventional. Internal combustion engine 3 = burner 4 = burner walls 5 = grooves on the burner inner side 30 6 = burner diffuser 7 = heat exchanger in general 8 = Gegenstromwärmeäuscher 9 = feed water heat exchanger 10 = hot end of the heat exchanger 35 11 = cold end of the heat exchanger 12 = exhaust gas heat exchanger section 13 = Fuel heat exchanger part 14 = feedwater / fuel mixture heat exchanger part 40 15 = air heat exchanger part 16 = steam superheater 17 = Laval driving nozzles 18 = Laval nozzle outlet 19 = divergent nozzle parts 45 20 = opening angle 21 = nozzle needle 22 = flat metal plates 23 = flow area 24 = steam jet pump generally so 25 = intake manifold 26 = conical intake manifold 27 = supersonic mixing tube 55th

Claims (20)

9 AT 501 419 B1 Patentansprüche: 1. Verbrennungskraftmaschine, mit einem kontinuierlich betriebenen Brenner (3), dem eine Abgasturbine (1) nachgeschalten ist, welche den Gasdruck aus dem Brenner (3) entspannt und in kinetische Energie der Abgasturbine (1) wandelt und einem, dem Abgasstrom dieser Abgasturbine (1) nachgeschaltetem Wärmetauscher (7), welcher einen Teil der Restwärme rekuperativ aus dem Abgas auf die dem Brenner (3) zuströmenden Medien überträgt, sowie einer, zur Verdichtung der Verbrennungsluft, dem Brenner (3) vorgeschaltete Dampfstrahlpumpe (24), dadurch gekennzeichnet, daß die Verdichtung der Verbrennungsluft ausschließlich durch die Dampfstrahlpumpe (24) erfolgt und der Treibdampf in der Laval-Treibdüse (17) während der Expansion durch Wärmezufuhr aus dem Brenner aufgefrischt wird.1 AT: Internal combustion engine, with a continuously operated burner (3), which is followed by an exhaust gas turbine (1), which relaxes the gas pressure from the burner (3) and converts into kinetic energy of the exhaust gas turbine (1) and a, the exhaust gas flow downstream of this exhaust turbine (1) downstream heat exchanger (7) which recuperatively transfers a portion of the residual heat from the exhaust gas to the burner (3) inflowing media, and one, for compressing the combustion air, the burner (3) upstream of the steam jet pump (24), characterized in that the compression of the combustion air takes place exclusively by the steam jet pump (24) and the motive steam in the Laval-Treibdüse (17) is refreshed during the expansion by supplying heat from the burner. 2. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffrischung des Dampfes in der Laval-Treibdüse (17) und wahlweise_auch im Dampfüberhitzer (16) durch direkten thermischen Kontakt der Laval-Treibdüse (17) und des vorgeschalteten Dampfüberhitzers zur Brennerwandung (4) erfolgt und dermaßen Wärme aus dem Ab-brand im Brenner (3) in den Treibdampf während dessen isentroper Entspannung übertragen wird.2. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the refreshing of the steam in the Laval-Treibdüse (17) and optionally also in the steam superheater (16) by direct thermal contact of the Laval-Treibdüse (17) and the upstream steam superheater to the burner wall (4) takes place and thus heat from the burn-off in the burner (3) is transferred to the motive steam during its isentropic relaxation. 3. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibdampf vor der Laval-Treibdüse (17) in einem Dampfüberhitzer (16) überhitzt wird und der Dampfüberhitzer (16) thermisch mit dem Brenner (3) verbunden ist, aus welchem die Wärmemenge zur Dampfüberhitzung übertragen wird.3. Internal combustion engine according to claim 1 and 2, characterized in that the motive steam before the Laval-Treibdüse (17) in a steam superheater (16) is overheated and the steam superheater (16) is thermally connected to the burner (3), from which the Amount of heat is transferred to the steam overheating. 4. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisewasser, bzw. der Treibdampf vor Eintritt in den Dampfüberhitzer (16) in einem Gegenstromwärmetäuscher (9 + 14) Wärme aufnimmt, welche vom Abgas nach der Abgasturbine (1) abgegeben wird.4. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the feed water or the motive steam before entering the steam superheater (16) in a Gegenstromwärmetäuscher (9 + 14) receives heat, which is discharged from the exhaust gas to the exhaust gas turbine (1). 5. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Treibdampf wahlweise aus einem Gemisch von Speisewasser und flüssigem Treibstoff besteht und dermaßen beide zunächst flüssigen Komponenten als homogenes Gemisch durch den Gegenstromwärmetäuscher (14) und anschließend durch den Dampfüberhitzer (16), sowie durch die Laval-Treibdüse (17) geführt werden, und das Speisewasser und der Treibdampf unter hohem Druck gemeinsam im Gegenstromwärmetäuscher (14) und im nachgeschalten Dampfüberhitzer (16) und der nachgeschalteten Laval-Treibdüse (17) erwärmt und verdampft werden.5. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the motive steam optionally consists of a mixture of feed water and liquid fuel and thus both first liquid components as a homogeneous mixture through the Gegenstromwärmetäuscher (14) and then through the steam superheater (16), as well as through the Laval Driving nozzle (17) are guided, and the feed water and the motive steam under high pressure together in the countercurrent heat exchanger (14) and in the downstream steam superheater (16) and the downstream Laval-Treibdüse (17) are heated and evaporated. 6. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibdampf wahlweise aus nur Wasserdampf besteht und getrennt von flüssigem, oder auch gasförmigen Treibstoff, durch den Gegenstromwärmetäuscher (9) geführt wird, und der Treibstoff nach dem Austritt aus dem Gegenstromwärmetäuscher (13) in den Brenner (3) geführt wird, während der Treibdampf nach dem Gegenstromwärmetäuscher (9) durch den Dampfüberhitzer (16), sowie durch die Laval-Treibdüse (17) geführt wird und das Speisewasser unter hohem Druck verdampft wird, während der Treibstoff wahlweise auch unter niedrigem Druck durch den Gegenstromwärmetäuscher (13) in den Brenner (3) gefördert werden kann.6. Internal combustion engine according to claim 5, characterized in that the motive steam optionally consists of only water vapor and separated from liquid, or gaseous fuel, by the Gegenstromwärmetäuscher (9) is guided, and the fuel after exiting the Gegenstromwärmetäuscher (13) in the burner (3) is guided while the motive steam is passed to the Gegenstromwärmeäuscher (9) through the steam superheater (16), as well as through the Laval-Treibdüse (17) and the feed water is evaporated under high pressure, while the fuel optionally under low pressure through the countercurrent heat exchanger (13) in the burner (3) can be promoted. 7. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Treibdampf wahlweise aus nur Wasserdampf besteht und nur dieser und die Verbrennungsluft als zufließende Medien durch den Gegenstromwärmetäuscher (9/15) geführt werden.7. Internal combustion engine according to claim 6, characterized in that the motive steam optionally consists of only water vapor and only this and the combustion air as inflowing media through the Gegenstromwärmetäuscher (9/15) are performed. 8. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem abströmenden Abgas der Abgasturbine (1) im Gegenstromwärmetäuscher (12) Wärme entzogen 1 0 AT 501 419 B1 wird und auf die, dem Brenner (3) zuströmende Verbrennungsluft übertragen wird (15), und diese Verbrennungsluft nach dem Durchlauf durch den Gegenstromwärmetäuscher (15) der Dampfstrahlpumpe (24) zugeführt wird, wo die Verdichtung der bereits zuvor im Gegenstromwärmetäuscher (15) erwärmten Verbrennungsluft erfolgt.8. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the outflowing exhaust gas of the exhaust gas turbine (1) in Gegenstromwärmetäuscher (12) heat withdrawn 1 0 AT 501 419 B1 and is transferred to the, the burner (3) incoming combustion air (15), and this combustion air after passing through the Gegenstromwärmeäuscher (15) of the steam jet pump (24) is supplied, where the compression of the previously heated in countercurrent heat exchanger (15) combustion air takes place. 9. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß die erforderliche Wärmetauschfläche zur Auffrischung des Treibdampfes in der Laval-Treibdüse (17) gebildet wird, indem der Gesamtdampfstrom des Treibstrahls auf mehrere parallel nebeneinander liegenden, jeweils einen Teil des Gesamtdampfstromes aufnehmenden, kleineren Laval-Treibdüsen (17) aufgeteilt wird und diese Laval-Treibdüsen (17) insbesondere im divergenten Düsenteil (19) einen verflachten Öffnungswinkel (20) aufweisen, um die divergenten Düsen (19) gegenüber einer herkömmlichen Laval-Treibdüse im Verhältnis von Länge zu Querschnitt der Düse, in deren Länge um ein Mehrfaches zu verlängern.9. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the required heat exchange surface for refreshing the motive steam in the Laval-Treibdüse (17) is formed by the total steam flow of the propulsion jet to a plurality of parallel juxtaposed, each receiving a portion of the total steam, smaller Laval-driving nozzles (17) and these Laval-driving nozzles (17) in particular in the divergent nozzle part (19) have a flattened opening angle (20) to the divergent nozzles (19) compared to a conventional Laval nozzle in the ratio of length to cross-section of the nozzle, in length to multiply by a multiple. 10. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Vergrößerung der Wärmetauschfläche in der Laval-Treibdüse (17) durch eine Verflachung eines konventionell runden Durchlassquerschnittes (23) erzielt wird10. Internal combustion engine according to claim 9, characterized in that an additional increase in the heat exchange surface in the Laval-Treibdüse (17) by a flattening of a conventional round passage cross-section (23) is achieved 11. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein dermaßen verflachter Durchlassquerschnitt (23) ringsum um eine innere Düsennadel (21) angeordnet wird, oder zwischen zwei, oder mehrere Metallplatten (22) eingelassen wird, und die innere Düsennadel (21), bzw. die Metallplatten (22) jeweils eine thermische Brücke zur Brennerwandung (4) aufweisen.11. internal combustion engine according to claim 9 and 10, characterized in that a so flattened passage cross-section (23) is arranged around an inner nozzle needle (21), or between two or more metal plates (22) is inserted, and the inner nozzle needle (21 ), or the metal plates (22) each have a thermal bridge to the burner wall (4). 12. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das, dem konischen Ansaugrohr (26) nachgeschaltete, gerade Mischrohr (27) der Dampfstrahlpumpe (24), nach einer geraden Überschall-Mischstrecke (27), einen nachgeschalten Krümmer (28) aufweist, welcher das Mischgas aus Verbrennungsluft und Treibmedium in Richtung Brenner (3) zurücklenkt.12. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that, the conical intake pipe (26) downstream, straight mixing tube (27) of the steam jet pump (24), after a straight supersonic mixing section (27), a downstream manifold (28), which deflects the mixed gas from the combustion air and the driving medium in the direction of the burner (3). 13. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem geraden Überschall-Mischrohr (27) in der Dampfstrahlpumpe (24) ein Krümmer (28) nachgeschalten ist, in dem die Überschallgeschwindigkeit des Gasgemisches durch einen Verdichtungsstoß auf Unterschallgeschwindigkeit verzögert wird.13. Internal combustion engine according to claim 12, characterized in that the straight supersonic mixing tube (27) in the steam jet pump (24), a manifold (28) is connected downstream, in which the supersonic velocity of the gas mixture is delayed by a compression shock to subsonic speed. 14. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner (3) im Einlass eine Verzögerung der Gasgeschwindigkeit mittel Diffusor (6) auf unterhalb einer Geschwindigkeit erzielt, bei der die Zündung des Gemisches, bestehend aus Verbrennungsluft, verdampften Treibstoff und Speisewasser, erfolgt.14. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the burner (3) in the inlet, a delay of the gas velocity means diffuser (6) achieved below a speed at which the ignition of the mixture, consisting of combustion air, evaporated fuel and feed water, takes place , 15. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle einer Abgasturbine (1), ein herkömmlicher Hubkolbenmotor (2) eingesetzt wird und dermaßen die erfindungsgegenständliche Einrichtung der beheizten Laval-Treibdüse (17) zum Erzeugen eines Ladedruckes - analog eines konventionellen Turboladers - eingesetzt wird.15. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that instead of an exhaust gas turbine (1), a conventional reciprocating engine (2) is used and thus the erfindungsgegenständliche device of the heated Laval-Treibdüse (17) for generating a boost pressure - analogous to a conventional turbocharger - used becomes. 16. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückleitung (29) für das Gasgemisch, ein geregelt zuschaltbarer Bypass-Speicher (35) parallel zugeschalten wird, durch den bedarfsgesteuert ein Teil, oder auch der gesamte Gasstrom geführt wird und dermaßen dieser Gasstrom in diesem Bypass-Speicher (35) Wärme aufnimmt.16. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the return line (29) for the gas mixture, a controllably switchable bypass memory (35) is connected in parallel, by the demand-controlled part, or the entire gas stream is guided and thus this gas flow in this bypass memory (35) absorbs heat. 17. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Bypass-Speicher (35) vorzugsweise aus einem mineralischen Speicherblock besteht und dieser Bypass-Speicher (35) durch eine externe Energiequelle (36) erwärmt wird, wobei diese Energiequelle (36) beispielsweise die rekuperative Bremsenergie eines Kraftfahrzeuges 1 1 AT 501 419 B1 sein kann und die Bremsenergie im Generator (37) in elektrischen Strom gewandelt wird und der Bypass-Speicher (35) mittels dieses elektrischen Stroms erwärmt wird.17. Internal combustion engine according to claim 16, characterized in that the bypass memory (35) preferably consists of a mineral storage block and this bypass memory (35) by an external energy source (36) is heated, said energy source (36), for example, the can be recuperative braking energy of a motor vehicle 1 1 AT 501 419 B1 and the braking energy in the generator (37) is converted into electrical current and the bypass memory (35) is heated by means of this electric current. 18. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom 5 Gegenstromwärmetäuscher (8) nicht auf die zufließenden Medien übertragene Restwärme zumindest zum Teil über einen weiteren Wärmetauscher (39) für Heizzwecke (40) oder als Prozesswärme genutzt wird.18. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the 5 Gegenstromwärmetäuscher (8) is not used on the inflowing media residual heat at least partially via a further heat exchanger (39) for heating purposes (40) or used as process heat. 19. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige io Kondensat aus dem Treibdampf und dem Verbrennungswasser nach dem Austritt aus dem Gegenstromwärmetäuscher (12) durch einen Reinigungsfilter (38) geleitet wird und hernach erneut der Speisewasserpumpe (30 / 32) zugeführt wird.19. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the liquid io condensate from the motive steam and the combustion water after exiting the Gegenstromwärmetäuscher (12) is passed through a cleaning filter (38) and thereafter again the feedwater pump (30/32) is supplied , 20. Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Brenner 15 (3) an der Innenfläche eine vergrößerte Oberfläche zur verbesserten Aufnahme von Strah lungswärme, in Form einer Zerklüftung dieser Oberfläche aufweist, welche vorzugsweise als längst der Brennerachse verlaufenden Rillen (5) ausgebildet ist. 20 Hiezu 7 Blatt Zeichnungen 25 30 35 40 45 50 5520. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the burner 15 (3) on the inner surface of an enlarged surface for improved absorption of ent radiation heat, in the form of a fracture of this surface, which preferably as long the burner axis extending grooves (5) is. 20 For this 7 sheets drawings 25 30 35 40 45 50 55