DE2618584A1

DE2618584A1 - Einrichtung zur rueckgewinnung der abwaerme von wassergekuehlten verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2618584A1
Application number: DE19762618584
Authority: DE
Inventors: Rudolf Hennecke
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-04-28
Filing date: 1976-04-28
Publication date: 1977-11-10

Description

Einrichtung zur Rückgewinnung der Abwärme von
wassergekühlten Verbrennungsmotoren Es ist bekannt, bei wassergekühlten Verbrennungsmotoren die Wärme des Kühlwassers entweder unmittelbar oder mittelbar über Wärmeaustauscher für Heizungszwecke zu verwenden. Bei Kraftfahrzeugen wird von diesem Prinzip in großem Umfang Gebrauch gemacht zur Beheizung des Innenraumes des Kraftfalirzeuges, wenn die Außentemperaturen das erforderlich machen. Diese Heizung ist selbstverständlich regelbar.
Eine andere bekannte Art der Rückgewinnung von in Verbrennungsmotoren erzeugten Abwärme und Abgasenergie besteht darin, insbesondere bei Hochleistungsmotoren von Kraftfahrzeugen, in die Abgasleitung eine Gasturbine anzuordnen, mit der ein Kompressor getrieben wird. Dieser Kompressor verdichtet die Ansauglrufc des VerbrennungsmotoJ;~ urd verbessert damit die Füllrng des Motors beim Ladevorgang. Derartige Verdichter sind im allgemeinen beliebig einschaltbar und ausschaltbar und dienen zur Steigerung der Motorleistung bei entsprechendem Bedarf.
Da etwa die Hälfte der einem Verbrennungsmotor in Form des Kraftstoffes zugeführten Energie als Abwärme im Kühlwasser und in den Abgasen ungenutzt abgeführt wird, kann es in vielen Fällen interessant sein, diese Abwärme zur zusätzlichen Arbeitsleistung auszunutzen.
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, bei wassergekühl ten Verbrennungsmotoren sowohl die im Kühlwasser als auch die in den Abgasen enthaltene Abwärme zurückzugewinnen und in mechanische und/oder elektrische Energie umzuwandeln.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Einrichtung zur Rückgewin nung der von wassergekühlten Verbrennungsmotoren erzeugten Abwärme gekennzeichnet durch einen Verdampfer, gespeist mit dem heißen Kühlwasser des Motors und erhitzt von Abgasen des Motors, eine dem Verdampfer nachgeordnete Dampfturbine oder Dampfmaschine mit angekoppeltem Stromerzeuger und einen der Dampfmaschine oder Dampfturbine nachgeordneten Dampfkondensator.
Der Verbrennungsmotor kann aus einem Eühlwasservorrat gespeist sein und der Auslaß der Dampfturbine oder Dampfmaschine ganz oder teilweise ins Freie münden. Der Kühlwasser~ Dampfkreislauf kann auch geschlossen sein durch Verbindung des Auslasses des Dampfkondensators mit dem Einlaß des Kühlwassers in den Verbrennungsmotor; zweckmäßig ist dann zwischen Dampfkondensator und Verbrennungsmotor ein Wasserspeicher angeordnet. Vor dem Verbrennungsmotor kann auch ein zusätzlicher Wasserbehälter angeordnet sein, gegebenenfalls mit der üblichen Anordnung eines Wasserkühlers vor dem Motor, steuerbar durch Kühlwasserthermo stat.
ZweckmäBig ist zwischen dem Wasserspeicher und dem Wasserbehälter ein Ventil oder eine Pumpe im Wasser-Dampfkreislauf angeordnet. Wenn der Auslaß der Dampfmaschine oder Dampfturbine nur teilweise ins Freie mündet, ist der Auslaß mit einem Dampfkondensator verbunden. Anstelle des an die Dampfmaschine oder Dampfturbine angekoppelten Stromerzeugers kann auch eine unmittelbare mechanische Verbindung zur Motorwelle oder einem nachgeordneten Teil des Getriebes bzw. Antriebes angeordnet sein.
Dem Dampfkondensator kann auch der Verdampfer einer Kühlanlage neben-oder vorgeschaltet sein.
In den Abgasen und in dem Kühlwasser eines wassergekühlten Verbrennungsmotors ist der größte Teil der Abwärme des Motors und damit der nicht genutzten Energie enthalten - die durch Strahlung verlorene Energie spielt demgegenüber keine wesentliche Rolle. Die Einrichtung nach der Erfindung bietet den Vorteil, daß durch die Verdampfung des die Abwärme des Motors enthaltenen Kühlwassers mittels der Abgase des Motors der größte Teil dieser Abwärme zurückgewonnen werden kann durch die Ausnutzung der Arbeitsleistung des Dampfes.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Zeichnungen naher erläutert. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 eine Einrichtung nach der Erfindung mit offenem Kühlwasser-Dampfsystem, Fig. 2 eine Einrichtung nach der Erfindung mit geschlossenem Kuhlwasser-1Dampfkrei slauf , Fig. 3 eine Einrichtung nach der Erfindung entsprechend Fig.2 mit erweitertem, geschlossenem Kühlwasser-Dampfkreis lauf.
Entsprechend der Fig. 1 ist ein wassergekühlter Verbrennungsmotor 1 an einen Vorratsbehälter 2 für Kühlwasser angeschlos sen. In den Zulauf 3 von diesem Vorratsbehälter 2 zum Motor kann eine Kühlwasservorwärmung eingeschaltet sein. Die Ableitung 4 des Kühlwassers von dem Motor 1 mündet in einen Verdampfer 5. Dieser Verdampfer 5 ist an die Abgasleitung 6 des Motors 1 angeschlossen, und in dem Verdampfer ist die Abgasen tung mit Verzweigungen 7 versehen, um den Wärmeaustausch bzw.
Wärmeübergang zur Verdampfung des umgebenden Kühlwassers zu verbessern. Die Konstruktion ist ähnlich wie die Feuerrohre in einem Dampfkessel ausgebildet. Hinter dem Verdampfer 5 sind die Abgasrohre 7 zusammengefaßt zu einem einzigen Abgasauslaß 8, der ins Freie mündet.
Der in dem Verdampfer 5 erzeugte Dampf wird über ein Dampfrohr 9 einer Kolbendampfmaschine 10 zugeführt und gelangt danach über das Rohr 11 nach Entspannung ins Freie. Die Dampfmaschine 10 treibt einen angekuppelten Stromerzeuger 12, sie kann auch auf die Welle des Motors 1 oder nachgeschaltete Getriebeteile wirken oder auch in anderer Weise zweckmäßig verwendet werden.
Die einzelnen Teile der Einrichtung sind lediglich schematisch dargestellt, um ihre Anordnung und Wirkungsweise zu erläutern - bei einer ausgeführten Einrichtung werden sie jeweils den besonderen Gegebenheiten und der Auslegung entsprechend ausgewählt und angepaßt.
Bei den weiteren erläuterten Ausführungsbeispielen sind gleiche Teile der Einrichtung mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Nach Fig. 2 ist eine Einrichtung gezeigt, bei der der EühlwasserDampfkreislauf geschlossen ist. Das von dem Verbrennungsmotor 1 kommende erwärmte Kühlwasser wird wiederum über eine Ableitung 4 einem Verdampfer 5 zugeführt, in dem es durch die von dem Motor über die Abgasleitung 6 kommenden heißen Verbrennungsgase verdampft wird. Das Auslaßrohr 8 für die Verbrennungsgase aus dem Verdampfer 5 mündet ins Freie.
Die aus dem Verdampfer 5 führende Dampfleitung 9 führt zu einer Dampfturbine 13, in der sich der Dampf entspannt, Arbeit leistel, und die mechanisch mit einem Stromerzeuger 12 gekoppelt ist. Aus der Turbine 13 wird der entspannte Dampf über eine Leitung 14 einem Dampfkondensator 15 zugeführt und von dort w t em dem Motor 1 zugeleitet über eine Leitung 16.
Eine Einrichtung nach Fig. 3 ist im wesentlichen in gleicher Weise aufgebaut wie die Sinrichtung nach Fig. 2. Es ist hier jedoch statt der Dampfturbine 13 wiederum eine Kolbendampfmaschine 10 verwendet. Der wesentliche Unterschied zwischen den Einrichtungen nach Fig. 2 und 3 besteht darin, daß dem Dampfkondensator 15 ein Wasserspeicher 17 nachgeschaltet ist, in dem das aus dem Dampfkondensator 15 austretende Wasser gesammelt wird und weiterhin abkühlen kann. Dieser Wasserspeicher ist über eine Pumpe 18 und eine Wasserleitung 16 mit einem weiteren Wasserbehälter 19 verbunden, der dem Motor vorgeschaltet ist. Dieser Wasserbehälter 19 kann auch Teil eines üblichen Wasserkühlers sein, wie er bei derartigen Verbrennungsmotoren vielfach verwendet wird, insbesondere für Kraftfahrzeuge. Anstelle der Pumpe 18 kann auch ein Ventil in die Rücklaufleitung 16 für das Kühlwasser eingeschaltet sein. Das in dem Wasserbehälter 19 für den Motor vorrätig gehaltene Kühlwasser kann durch einen Thermostaten, der in bekannter Weise als Eühlwasserthermostat ausgebildet ist, in Zusammenwirken mit dem Kühler auf dem gewünschten Temperaturniveau gehalten werden.
Bei einer hier nicht dargestellten Ausführungsform kann zusätzlich an den Dampfkondensator 15 der Verdampfer einer Kühlanlage angeschlossen sein, wobei dieser Anschluß derart ausgebildet ist, daß die von dem Dampfkondensator abgegebene Wärme, zumindest teilweise, zur Erwärmung des Verdampfers der Kühlanlage verwendet wird. Auf diese Weise kann auch noch die Abwärme aus dem Dampfkondensator nutzbar gemacht werden.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Einrichtune zur Rückgewinnung der von wassergekühlten Verbrennungsmotoren erzeugten Abwärme, gekennzeichnet durch einen Verdampfer (5), gespeist mit dem heißen Kühlwasser des Motors (1) und erhitzt von Abgasen des Motores, eine dem Verdampfer (5) nachgeordnete Dampfturbine (13) oder Dampfmaw schine (10) mit angekoppeltem Stromerzeuger und einen der Dampfmaschine (10) oder Dampfturbine (13) nachgeordneten Dampfkondensator (15).
2o Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbrennungsmotor (1) aus einem Kühlwasservorrat (2) gespeist iss und der Auslaß (11) der Dampfturbine (13) oder Dampfmaschine (io) ganz oder teilweise ins Freie mündet.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei teilweiser Ilündung des Auslasses der Dampfturbine (13) oder der Dampfmaschine (10) ins Freie, der andere Teil des Auslasses an einen Dampfkondensator (15) angeschlossen ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlwasser-Dampfkreislauif geschlossen ist durch Verbindung des Auslasses des Dampfkondensators (15) mit dem Einlaß (3) des Kühlwassers in den Verbrennungsmotor.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Dampfkondensator (15) und Verbrennungsmotor (1) ein Wasserspeicher (17) angeordnet istç
6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß vor des Verbrennungsmotor (1) ein zusätzlicher Wasserbehälter (19) angeordnet ist, gegebenenfalls mit der üblichen Anordnung eines Wasserkühlers vor dem Motor, steuerbar durch einen Kühlwasserthermostaten.
7. Einrichtung nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Jasserspeicher (17) und dem Wasserbehälter (19) ein Ventil oder eine Pumpe (18) im Wasser-Dampf kreislauf angeordnet ist.
8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfmaschine (10) oder die DampSturbine (13) mit der Welle des Motors (1) oder einem nachgeordneten Getriebe-oder Antriebsteil mechanisch verbunden ist.
9. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Dampfkondensator (15) ein Verdampfer einer Kühlanlage neben- oder vorgeschaltet ist.