DE1963232A1 - Method and device for generating energy by means of internal combustion engines with compressed air supply - Google Patents
Method and device for generating energy by means of internal combustion engines with compressed air supplyInfo
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Description
BABCOCK-ATLANTIQUE
PARISBABCOCK ATLANTIQUE
PARIS
Verfahren, und Vorrichtung zur Energieerzeugung mittels Verbrennungsmotoren mit DruckluftüberspeisungMethod and device for generating energy by means of combustion engines with compressed air supply
Es sind insbesondere bei Dieselmotoren Anordnungen zur. Überspeisung von Druckluft bekannt, welche nach ihrer Verdichtung durch Wärmeaustausch mit einer kalten Flüssigkeit, im allgemeinen Wasser, abgekühlt ist. Man kann in gleicher Weise als Kaltflüssigkeitsquelle eine Kältemaschine benutzen. In Anbetracht der Notwendigkeiten, für den Motor eine konstante Betriebsweise sicherzustellen, ist die Ergänzung des Motors mit einer Kältemaschine verhältnismäßig leicht durchzuführen, vorausgesetzt, daß dafür gesorgt wird, daß die Luft nur bis zu einer Temperatur abgekühlt wird, bei welcher keine Schwierigkeiten durch Eisbildung an dem die Abkühlung der Luft bewirkenden Austauscher auftreten. Die auf diese Weise abgekühlte Luft darf daher keine Temperatur aufweisen, die merkbar unterhalb 8 oder 10° C liegt, und zwar wegen des Temperaturgradienten, der bei Oberflächen-Austauschern zu berücksichtigen ist.There are arrangements for diesel engines in particular. Overfeed of compressed air known which after their compression is cooled by heat exchange with a cold liquid, generally water is. It can be used as a source of cold liquid in the same way use a chiller. Given the necessities, a constant for the engine To ensure proper operation, adding a refrigeration machine to the motor is proportionate easy to do provided that the air is taken care of only up to a temperature is cooled, in which no difficulties due to ice formation on the cooling of the air causing exchangers occur. The air cooled in this way must therefore not have any temperature that is noticeably below 8 or 10 ° C, because of the temperature gradient that has to be taken into account with surface exchangers.
Es wurde festgestellt, daß bei einer derart begrenzten Abkühlung der zugeführten Luft die spezifische Leistungssteigerung am Motor nicht die Schwierigkeiten aus-It was found that at such a limited Cooling of the supplied air the specific increase in performance do not eliminate the problems on the engine
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gleicht, die mit der Installation einer Kältemaschine verbunden sind. Es wurde im Gegenteil festgestellt, daß eine solche Installation nur gerechtfertigt ist, wenn man die Schwelle von 0° C für die Abkühlung der Luft in den negativen Temperaturbereich überschreitet. Die Erfordernisse des Motorbetriebes erfordern in diesem Fall spezielle Maßnahmen, um der Vereisungswirkung an dem Luftkühler zu begegnen. is like installing a chiller are connected. On the contrary, it was found that such an installation is only justified if when you pass the threshold of 0 ° C for cooling the Air exceeds the negative temperature range. The requirements of engine operation require in In this case, special measures to counteract the icing effect on the air cooler.
Die Erfindung empfiehlt demgenB3 eine Installation zur Energieerzeugung, welche einen mit Kaltluft überspeisten Verbrennungsmotor und eine Kälteanlage umfaßt, welche geeignet ist, die Speiseluft auf eine Temperatur unter 0° C abzukühlen und die Mittel enthält, um für dauernd einen die Kühlung von Luft bewirkenden Austauscher praktisch frei von Eis zu halten.The invention therefore recommends an installation for Energy generation, which comprises an internal combustion engine fed with cold air and a refrigeration system, which is suitable, the feed air to a temperature below To cool to 0 ° C and contains the means to last for to keep an exchanger effecting the cooling of air practically free of ice.
Ein Mittel, um die Vereisung des Kühlers zu verhindern, besteht darin, die vorherige Trocknung der Luft mit Hilfe irgendeiner Vorrichtung oder mit Hilfe einer geeigneten Behandlung, z. B. durch die Überleitung der Luft über eine feuchtigkeitsabsorbierende Substanz, Kaliumanhydrid oder dergl,,zu gewährleisten. ιA means of preventing the cooler from icing up, consists in pre-drying the air with the help of any device or with the aid of a suitable treatment, e.g. B. by passing the air over a moisture-absorbing substance, potassium anhydride or the like, to ensure. ι
Nach einer anderen Art der Durchführung der Erfindung besteht ein solches Mittel darin, der zugeführten Luft eine Flüssigkeit zuzusetzen, welche der Eisbildung an dem Kühler entgegenwirkt. Ein Antigel-Produkt, wieAccording to another way of carrying out the invention one such means is the supplied air add a liquid which counteracts the formation of ice on the cooler. An antigel product, like
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ζ. B. Glycol ist für diesen Zweck geeignet. Der Zusatz von Glycol zu dem UmIauf wasser für die Kühler von Verbrennungsmotoren ist bekannt} die Erfindung betrifft jedoch im vorliegenden Fall die Anwendung von Glycol oder einer ähnlichen Flüssigkeit als eine Substanz, welche einem Luftstrom zugesetzt ist, um die in ihm enthaltene Flüssigkeit daran, zu hindern, auf den Austauschflächen eines Kühlers Eis zu bilden.ζ. B. Glycol is suitable for this purpose. Of the Addition of glycol to the circulating water for the coolers of internal combustion engines is known} However, in the present case the invention relates to the application of glycol or a similar liquid as a substance which is added to a stream of air to remove the liquid contained in it from preventing on the exchange surfaces of a cooler to form ice.
Nach einer anderen Verfahrensart werden parallel zum Luftumlauf wenigstens zwei Kühler angebracht, welche wechselweise in Betrieb genommen werden, indem die· Enteisung des außer Betrieb befindlichen Kühlers auf irgendeine geeignete Art und Weise gewährleistet wird, beispielsweise mittels Luft, Wasser, elektrischem Strom, warmem Gas. Vorzugsweise enteist man den außer Betrieb befindlichen Kühler mittels Durchleitung von Luft, die dem in Betrieb befindlichen Kühler zugeführt wird; das ermöglicht die Ausnutzung der Kältequelle, die von der Eisschicht gebildet wird.According to another type of procedure, parallel to Air circulation at least two coolers are attached, which are put into operation alternately by the Defrosting of the out-of-service cooler assured in any suitable manner is, for example by means of air, water, electrical Electricity, hot gas. It is preferable to de-ice the except Operating cooler by means of passage of air, which is supplied to the operating cooler will; this enables the cold source formed by the ice layer to be used.
Nach einer anderen Anwendungsart wird die Kühlung der Luft in mehreren Etagen in einer Kältemaschine vorgenommen. Man leitet beispielsweise in-'eine erste Etage Druckluft, die mittels Wasser auf 70° G abgekühlt worden ist und erniedrigt die Temperatur auf einen Wert, der etwas oberhalb 0° C liegt, indem ein Wärmeaustausch mit einem Kälteerzeugungsmittel bei geeigneter Temperatur vorgenommen wird. Ein großer Teil der FeuchtigkeitAccording to another type of application, the cooling of the Air made in several floors in a refrigeration machine. One leads, for example, to a first floor Compressed air that has been cooled to 70 ° G by means of water is and lowers the temperature to a value that is slightly above 0 ° C by a heat exchange with a refrigeration means is carried out at a suitable temperature. Much of the moisture
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dieser Luft wird als Kondensat entfernt, um danach die Luft einer zweiten Abkühlungsetage zuzuführen, in welcher die Eisbildung wesentlich verringert ist.this air is removed as condensate, after which the air is fed to a second cooling floor, in which ice formation is significantly reduced.
Vorzugsweise wird für die Kälteinstallation, die nach; dem Absorptionszyklus oder nach dem Kompressionszyklus arbeitet, als Wärmequelle oder Energiequelle das Abgas des Verbrennungsmotors benutzt. Damit ist" jedoch der Umstand verbunden, daß bei jedem Atfell der Motorleistung eine Verzögerung des Kälteerzeugungszyklus auftritt. Ein Weg zur Duehführung der Erfindung ,bei welchem dieser Mangel vorübergehend behoben ist, besteht darin, die Kälteinstallation zu benutzen, um eine Kältereserve zu bilden, beispielsweise in Form eines Behälters mit teilweise erstarrter Salzlake und danach oder gleichzeitig diese Reserve auszuwerten, um die dem Motor zugeführte Luft zu kühlen.Preferably for the cold installation, which after; the absorption cycle or after the compression cycle works as a heat source or energy source that Used exhaust from the internal combustion engine. However, this is linked to the fact that with every Atfell the engine power there is a delay in the refrigeration cycle. One way to carry out the invention which this deficiency is temporarily remedied is to use the cold installation to to create a cold reserve, for example in the form of a container with partially solidified brine and then or at the same time to evaluate this reserve in order to cool the air supplied to the engine.
Nach einer anderen Möglichkeit kühlt man die dem Motor zugeführte Luft durch unittelbaren Austausch der Wärme mit einem Sprühregen aus Glycol, das in ; einer kalten wässerigen Lösung enthalten ist; in einer solchen Lösung wird die Luftfeuchtigkeit kondensiert, so daß es möglich ist, gleichzeitig die Luftkühlung und die Lufttrocknung durchzuführen. In einem Kühlungszyklus mit Kompression empfiehlt es sich, den Kompressor mittels einer Turbine anzutreiben, die entweder mit Wasserdampf oder mit einem Kältemitteldampf betrieben wird, der in einem Kessel erzeugt ist, der die Abgas-Another possibility is to cool the air supplied to the motor by direct exchange the heat with a drizzle of glycol that in; a cold aqueous solution is contained; in such a solution the humidity is condensed, so that it is possible to simultaneously use the air cooling and perform air drying. In a cooling cycle with compression it is recommended to use the compressor driven by means of a turbine, which is operated either with water vapor or with a refrigerant vapor that is generated in a boiler that controls the exhaust gas
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wärme des Motors ausnutzt, nachdem der Dampf in einer Gasturbine entspannt ist, die an den Luftkompressor " angekuppelt ist. -heat of the engine takes advantage of after the steam in a Gas turbine is relaxed, which is "coupled to the air compressor".
Die Ziele, Besonderheiten und Vorteile der "Erfindung ergeben sich im übrigen aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsmöglichkeiten, die als Beispiele ausgewählt worden sind und in den schemati-The aims, features and advantages of the "invention incidentally result from the following description of several design options, which as Examples have been selected and shown in the schematic
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sehen Darstellungen der Zeichnung wiedergegeben wurden; in der.Zeichnung zeigt:see representations of the drawing have been reproduced; in the drawing shows:
Fig. 1 ein Installationsschema mit Dieselmotor nach der Erfindung;1 shows an installation diagram with a diesel engine according to the invention;
Fig. 2 einen Luftkühler mit mehreren Etagen;2 shows an air cooler with several floors;
Fig. 3 ein anderes Anordriungsschema des Luftkühlers nach Fig. 2, FIG. 3 shows another arrangement scheme of the air cooler according to FIG. 2,
Fig. 4 ein Versorgungsschema für einen Luftkühler von einer Kältequelle aus, 4 shows a supply scheme for an air cooler from a cold source,
Fig· 5 das Schema eines Luftkühlers mit Besprühung mittels glycolhaltigem Wasser.FIG. 5 shows the diagram of an air cooler with spraying with glycol-containing water.
Nach Fig. 1 werden die Abgase eines Dieselmotors 1 durch eine Leitung 2 einer Gasturbine 3 zugeführt, welche einen Luftkompressor 4 antreibt, der seinerseits den Motor 1 über eine Leitung 5 mit Druckluft versorgt. Längs dieser Leitung durchströmt die Luft.According to Fig. 1, the exhaust gases from a diesel engine 1 are fed through a line 2 to a gas turbine 3, which drives an air compressor 4, which in turn drives the motor 1 via a line 5 with compressed air provided. The air flows through this line.
nacheinander einen Kühler 6 mit Wasserzirkulation, einen Trockner 7 und einen Verdampfer 8 für ein kälteerzeugendes Strömungsmittel.successively a cooler 6 with water circulation, a dryer 7 and an evaporator 8 for a cryogenic fluid.
Um ein Zahlenbeispiel zu geben, sei erwähnt, daß die von dem Kompressor bei einer Temperatur von 30° C angesaugte Luft den Kompressor mit 150° C verläßt und sich nacheinander auf 50° C bzw. -20° C in den Kühlern 6 und 8 abkühlt.To give a numerical example, it should be mentioned that the Air sucked in by the compressor at a temperature of 30 ° C leaves the compressor at 150 ° C and one after the other to 50 ° C and -20 ° C in the Coolers 6 and 8 cools down.
Der Kühler oder Verdampfer 8 bildet einen Teil einer mit Ammoniakgas oder dergl. betriebenen Kältemaschine mit Kompressor 9, Kondensator 10 und Entspannungshahn 11. Der Kompressor 9 wird unter Vermittlung eines Reduziergetriebes 13 von einer Turbine 12 angetrieben. Die Turbine 12 wird mit Dampf aus einem Kessel 14 versorgt, welcher mit den Abgasen einer Gasturbine beheizt wird. Ein Kondensator 15 und ein Wasserbehälter 16 vervollständigen die Installation.des so gebildeten Dampfzyklus, um einen Teil der fühlbaren Wärme der Abgase des Dieselmotors auszunutzen.The cooler or evaporator 8 forms part of a refrigerating machine operated with ammonia gas or the like with compressor 9, condenser 10 and relief valve 11. The compressor 9 is mediated by a Reduction gear 13 driven by a turbine 12. The turbine 12 is powered by steam from a boiler 14 supplied, which is heated with the exhaust gases from a gas turbine. A condenser 15 and a water tank 16 complete the installation of the thus formed Steam cycle to some of the sensible heat of the Exploit exhaust gases from the diesel engine.
Ein dem Trockner 7 zugeordneter Regenerator 71 wird A regenerator 7 1 assigned to the dryer 7 becomes
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mit Dampf aus dem Kessel 14 betrieben.operated with steam from the boiler 14.
Ein Wasserkühler 17 mit Zwangsdurchlauf versorgt über parallele Kreise den Kühler 6 der Luftleitung 5, den Kondensator 10 des Kältezyklüs und den Kondensator 5 der Dampfturbine 12.A water cooler 17 with forced flow supplies the cooler 6 of the air line 5 via parallel circles, the condenser 10 of the cold cycle and the condenser 5 of the steam turbine 12.
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In Fig. 2, welche einen Teil der zum Dieselmotor führenden Luftleitung 5 A veranschaulicht, ist der Trockner 7 weggelassen« Die-den Kühler 6 mit Wasserumlauf verlassende Luft gelangt in einen Austauscher 17 mit Rohrbündel 18, durch weiche kälteerzeugende Flüssigkeit strömt, welche in dem Kältezyklus eine erste Entspannung erfahren hat. Die Luft verläßt den Austauscher 17 mit einer 'Temperatur, die etwas über 0° C liegt« Ein großer Teil der Luftfeuchtigkeit wird in dem Austauscher 17 kondensiert und wird bei 19 entnommen.In Fig. 2, which shows part of the diesel engine leading air line 5 A illustrates is the dryer 7 omitted «the cooler 6 with Air leaving the water circulation passes into an exchanger 17 with tube bundle 18 through soft Cold-generating liquid flows, which has experienced a first relaxation in the cold cycle. The air leaves the exchanger 17 at a temperature which is slightly above 0 ° C. A large one Part of the humidity is in the exchanger 17 condenses and is withdrawn at 19.
Hinter dem Austauscher 17führt die Luftleitung 5 A durch zwei Austauscher 20, 21, diezum Luftkreislauf parallel liegen und parallel Über einen Kreis 22 versorgt werden, in welchen die kälteerzeugende Flüssigkeit nach einer zweiten Entspannung zirkuliert. Luftventile 23, 24 und Ventile 311 32, für die kälteerzeugende Flüssigkeit setzen die beiden Austauscher 20, 21 abwechselnd in Betrieb. Nicht dargestellte Einrichtungen sorgen in abwechselnder Betätigung für die Enteisung des jeweils äußer Betrieb befindlichen Austauschers. - "The air line 5 A leads behind the exchanger 17 through two exchangers 20, 21 connected to the air circuit lie in parallel and are supplied in parallel via a circuit 22, in which the cold-generating Fluid circulates after a second relaxation. Air valves 23, 24 and valves 311 32, for the cold-generating liquid put the two exchangers 20, 21 alternately into operation. not The devices shown ensure, in alternating operation, the de-icing of the respective outer In operation. - "
Bei der Abwandlung gem. Fig, 3 enthält die Luftleitung 5 B hinter dem Austauscher 6 drei Austauscher 17 B, 20 B, 21 B, welche den Austauschern 17, 20, entsprechen und in drei parallelen Kreisen angeordnet sind, welche sich in zwei Punkten vereinigen j derIn the modification according to FIG. 3, the air line 5 B contains three exchangers behind the exchanger 6 17 B, 20 B, 21 B, which correspond to the exchangers 17, 20 and are arranged in three parallel circles are, which unite in two points j the
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eine Punkt liegt vor und der andere Punkt hinter den drei Austauschern. Die Steuerung erfolgt mit Hilfe der Ventile 23 W und 24 ¥. Die kälteerzeugende Flüssig-•keit versorgt dauernd den Austauscher 17 B während die beiden Austauscher 20 B und 21 B abwechselnd versorgt werden.one point is in front of and the other point behind the three exchangers. The control takes place with the help of valves 23 W and 24 ¥. The cold-producing liquid • continuously supplies the exchanger 17 B while the two exchangers 20 B and 21 B alternate are supplied.
Nach der Darstellung in Fig. 3 wird der Austauscher 21 B mit kälteerzeugender Flüssigkeit versorgt; entsprechend der Stellung der Ventile 23 B und 24 B gelangt die den Kühler 6 verlassende Luft in erster Linie in den Austauscher 20 B, wobei sie die Enteisung desselben bewirkt, danach durchfließt die Luft nacheinander die Austauscher 17 B und 21 B bevor sie zum Motor gelangt. Wenn der Austauscher 20 B in Betrieb ist, wird mittels der Ventile 23 B und 24 B für die Luft ein Kreislauf geschaffen, der nacheinander durch die Austauscher 21 B, 17 B und 20 B verläuft, bevor die Luft den Motor 1 erreicht.According to the illustration in FIG. 3, the exchanger 21 B is supplied with cold-generating liquid; According to the position of the valves 23 B and 24 B, the air leaving the cooler 6 comes first Line into exchanger 20B, doing the defrosting the same causes, then the air flows through one after the other the exchangers 17 B and 21 B before going to Engine. When the exchanger 20 B is in operation, by means of the valves 23 B and 24 B for the air creates a circuit that runs one after the other through exchangers 21 B, 17 B and 20 B, before the air reaches engine 1.
Bei der Anordnung nach Fig. 4 führt die Luftleitung 5 C durch einen mit Wasserzirkulation betriebenen Kühler 6, einen Trockner 7 C und einen Austauscher 8 C mit Abkühlung durch Salzlake. Die Salzlake durchströmt einen Kreis, welcher aus dem Austauschbündel 25 und einem Lakenbehälter 26 besteht, in welchen ein Rohrbündel 27 einer Umlaufleitung für kälteerzeugende Flüssigkeit liegt. Der Behälter 26 bildet eine Kältequelle dank welcher die KälteversorgungIn the arrangement according to FIG. 4, the air line 5 C leads through one operated with water circulation Cooler 6, a dryer 7 C and an exchanger 8 C with cooling by brine. The brine flows through it a circle consisting of the exchange bundle 25 and a sheet container 26 in which a tube bundle 27 of a circulation line for refrigerating liquid is located. The container 26 forms a cold source thanks to which the cold supply
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am Austauscher 8 C unabhängig oder wenigstens in einem getssen Ausmaß unabhängig vom Motorlauf und der augenblicklichen Versorgung durch die Kälteinstallation gemacht wird.on the exchanger 8 C independently or at least to a certain extent independent of the engine running and the instant supply is made by the cold installation.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 5 gelangt die durch das Rohr 5 D strömende Luft in einen Kühler 6 mit Wasserkühlung und durchströmt danach eine Kammer 18 D, in welcher ein unmittelbarer Wärmeaustausch zwischen der Luft und einem Sprühregen aus glycolhaltigem Wasser stattfindet. Das glyeolhaltige Wasser durchströmt einen geschlossenen Kreis, der durch die Kammer 18 D und einen Austauscher führt, welcher durch ein Rohrbündel 30 mit kälteerzeugender Flüssigkeit versorgt wird.In the embodiment according to FIG. 5, the air flowing through the pipe 5 D enters a cooler 6 with water cooling and then flows through a chamber 18 D, in which a direct heat exchange takes place between the air and a spray of water containing glycol. The glyeol-containing Water flows through a closed circuit through the chamber 18 D and an exchanger leads, which through a tube bundle 30 with cold generating Fluid is supplied.
Die erläuterten Ausführungsmöglichkeiten sind lediglich als Beispiele anzusehen; die Erfindung ist darauf nicht beschränkt.The explained execution options are to be regarded as examples only; the invention is not limited to this.
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