DE2639187A1

DE2639187A1 - Verfahren zur erzeugung von zusaetzlicher energie beim betrieb von verbrennungsmotoren

Info

Publication number: DE2639187A1
Application number: DE19762639187
Authority: DE
Inventors: Karl Dr Braus
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-08-31
Filing date: 1976-08-31
Publication date: 1978-03-23
Also published as: DE2639187B2; JPS5329437A; DE2639187C3

Description

Verfahren zur Erzeugung von zusätzlicher Energie beim Betrieb von Verbrennungsmotoren.
Die Schwierigkeiten,welche durch die stetig erhöhten Kosten für Rohöl (Crude) entstanden sind, haben dazu geführt, daß allenthalben nach Möglichkeiten gesucht wird, Erdölprodukte rationeller einzusetzen, zumal sich der Bedarf an Rohöl auf absehbare Zeit im Ansteigen befindet.
Bei der Energieerzeugung in Kraftwerken kann wenigstens zum Teil auf Kohle und atomaren Betrieb ausgewichen werden.
Bei dem Bedarf und großen Verbrauch von Erdölprodukten für den Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen ,wie Diesel- und Otto-Motoren, sind aber bislang ins Gewicht fallende Möglichkeiten zur Einsparung der Treibstoffe oder derer wirtschaftlicherer Ausnutzung nicht bekannt geworden. Bekanntlich ist der Anteil von Kraftstoffwärme ,der in den Verbrennungsmotoren in Nut3arbeit umgesetzt wird ,viel kleiner als der Anteil von Eraftstoffwerme ,der ungenutzt als Kühlwasserwärme und als Abgaswärme verloren gegeben wird. So werden beim Diesel motor nur um 1/3 und beim Ottomotor nur um 1/4 der Kraftstoffwärme als mechanische Arbeit erhalten.
Es wurde nun gefunden, daß bei Verbrennungsmotoren neben der üblichen Motorleistung weitere mechanisehe Energie in ansehnlichem Umfang erzeugt werden kann, wenn die Kühlung des Motorblockes nicht durch Wasser oder Luft, sondern durch ein bei niedrigerer Temperatur als Wasser verdampfendes flüssiges Medium unter Druck bewirkt wird, und die entwickelten auf erhöhtem Druck befindlichen Mediumdämpfe zur Erzeugung von mechanischer Arbeit über eine Turbine in an sich bekannter weise kondensiert werden und das Kondensat zu erneuter Kühlung durch Verdampfung in den Notorblock zurückgeführt wird und/oder mit der gleichen Druckverdampfung eines Fl;ssigkeitsmediums mit niedrigerem Siedepunkt als Wasser und Entspannung durch eine Turbine die fühlbare in den Fotorabgasen enthaltene Wärme zur Erzeugung von mechanischer Arbeit benutzt wird.
Die grundsätzliche Arbeitsweise des Verfahrens ist in der Skizze Schema 1 bei Verwendung von Methanol als Kühlmedium dargestellt.
Im Kühlmantel eines Verbrennungsmotors, z.B. eines Dieselmotors befindet sich anstatt des üblichen Wassers das auf dem Markt leicht und zu vertretbaren Einstandspreisen erhältliche Methanol (Cfi OH) in möglichst hochkonzentrierter Form. Die ansonsten mit dem Eühlwasser abgeführte und verloren gegebene Reaktionswärme dient zur Verdampfung des Methanols bei einem Druck von etwa 10 at, wobei sich die Siedetemperatur des Kühlmittels Methanol auf rund 140°C einstellt.
Die aus dem Motorkühler über ein Druckregulierventil entweichenden Methanoldämpfe werden unter Aufrechterhaltung eines Druckes von rund 10 at in einem Wärmeaustauscher mit den 400-5000C heissen Motorabgasen aufgewärmt bzw. überhitzt und dann zur Arbeitsleistung einer Turbine zugeführt. Je nach der Ktiliiwassertemperatur , mit welcher der Turbinenkondensator betrieben wird, erfolgt Kondensation des Methanols bis auf einen Druck von etwa 1/4-1/2 at,also die Ausnutzung eines Druckgefälles in der Turbine zur Arbeitsleistung von rund 9 1/2 at Das im KOndensator wieder verflüssigte Methanol wird in einer Vorlage aufgefargen und von hier in den Motorkhhlraum zurückgepumpt.
Mit üblicher Technik und Regelorganen für Druck,Temperaturen und Flüssigkeitsstände lässt sich der Methaolkreislauf unschwer aufrechterhalten.
Die so zusätzlich gewonnene Leistung ist erheblich. Sie macht Je nach Motorgröße und Motorverhältnisse 25-40% der direkten Motorleistung aus. Bei einem 1000 PS Dieselmotor werden also durch das Verfahren zusätzliche 250-400 PS erzeugt.
Das Verfahren kann auch zur Gew'nnung von mechanischer Energie aus dem Wärmeinhalt der heissen Abgase von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden. Die Skizze Schema 2 zeigt eine entsprechende Anordnung für für einen normaler Weise mit Wasser gekühlten Benzinmotor. Die 400-500 0C heißen Motorgase durchströmen zuerst einen Überhitzer, in welchem indirekt im Gegenstrom die vom Methanoldruckverdampfer kommenden unter ca. 10 at befindlichen Methanoldämpfe dberhßzt werden, ehe sie der Turbine zwecks Arbeitsleistung zugeführt werden. Nach Passieren des Uberhitzerqdurchströmen die Abgase die Heizseite eines Methanoldruckverdampfers , in welchem sie den größeren Teil ihres Wärmeinhaltes durch bei ca. 140°C verdampfendes Methanol verlieren.
Der unter 10 at stehende überhitzte Methanoldampf treibt die Turbine an und wir zum allergrößten Teil im Xondensator der Turbine, dbr mit Wasser gekühlt wird, wieder verflüssigt. Das in einer Vorlage auigefangene Methanol wird in den Methelolverdampfer zurückgepumpt Wenn im Verdampfer ein Druck von 10 at und damit eine Verdampfungetemperatur von rund 140°C aufrecht erhalten wird, verlassen die Abgase den Verdampfer mit etwa 160-170°C. Somit werden nahezu 2/3 vom ursprünglichen Wärmeinhalt der Abgase der Turbine zugeführt. Die Turbine erzeugt dann mechanische Energie in der Größenordnung von 25% der direkten Motorleistung. Es werden also bei einem Benzinmotor von Leistung 200 P9 zusätzliche ca. 50 PS gewonnen.
Man ist natürlich nicht an Methanol als EUhl- und Verdampfungsmittel gebunden, obwohl dieses viele Vorteile bietet, und auch nicht an einen Druck von 10 at. Der Druck kann vielmehr in einem bestimmten Bereich gewählt werden. Man hat zu beachten, daß bei höherem Druck, der für den Betrieb der Turbine günstiger ist, die Verdampfungstemperatur des Kühlmittels ansteigt, wobei man an eine Grenze kommt, ab welcher der Motorbetrieb leidet bzw. gestört wird.
In erster Linie wird man bei Methanol als Kühlmittel zwischen den folgenden Möglichkeiten und dazwischen wählen: Druck 5 at 10 at 20 at Siedetemperatur 1120C 139°C 1670C Als Verdampfungs/Kühlmittel eignen sich für das Verfahren ausser Methanol grundsätzliche alle stabilen Medien,Flüssigkeiten und Gase, welche bei möglichst hoher Verdampfungsvärme einen niedrigeren Siedepunkt als Wasser haben und deren Dampidrucke bei üblichen Wassertemperaturen so niedrig wie möglich sind. Es kann auch bei bestimmten Medien von Vorteil sein, wenn die Endstufe des Turbinenkondensators mit Hilfe einer Kälteanlage tiefgekühlt wird, z.B. bei Butan, welches schon bei 1150C einen Druck von 20 at hat und bei OOC einen Druck lat.
Obwohl das Verfahren zuerst für die zusätzliche Energieerzeugung bei Verbrennungsmotoren entwickelt wurde, ist es nicht auf diesen Einsatz beschränkt. Die Kühlung durch Druckverdampfung mit darauffolgender Entspannung in einer Turbine mit Hilfe von Niedrigsiedern kann vielmehr allgemein bei solchen technischen Prozessen mit Vorteil angewandt werden, wo bei höherer Temperaturlage größere Mengen von Wärme entwickelt werden und abgeführt werden müssen. Solche Prozesse sind zum Beispiel die lrnmoniaksynthese und die Methanolsynthese.
Bei diesen Verfahren werden in den Kontaktöfen (Convertern) bei einer Temperatur um 4000C große Mengen von Reaktionswärme entwickelt. Die Ammoniaksynthese-Anlagen bieten dabei den Vorteil, daß verdampfendes Ammoniak ein vorzügliches Mittel zur Erzeugung von gälte ist, deren Einsatz in der Endstufe der Entspannungsturbine erwünscht ist.
Es versteht sich, daß es bei Methanolsynthese-Anlagen eine besondere Hilfe ist, daß Methanol als Druckverdampfungsmedium Eigenprodukt der FabrLkation iet.
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Claims

Patentansprüche.

1. Verfahren zum Betrieb von Verbrennungskraftmaschinen wie Diesel-, Otto- und Gasmotoren dadurch gekennzeichnet, daß die Killilung des Motorblockes nicht durch Wasser oder Luft, sondern durch ein bei niedrigerer Temperatur ale Wasser verdampfendes flüssiges Medium unter erhöhtem Druck bewirkt wird und die entstehenden auf Druck befindlichen Dämpfe zwecks Eraiterzeugung über eine Turbine in an sich bekannter Weise kondensiert werden und das Ku111mediumkondensat zu erneuter Kühlung durch Verdampfung in den Kühlmantel des Motorblockes zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahrensprinzip gleichzeitig mit oder allein und unabhängig vonder Motorkühlung zur Erzeugung von mechanischer Arbeit aus der in den Motorabgasen enthaltenen Wärme verwandt wird.

3.Verfahren nach 1. und 2. dadurch gekennzeichnet, daß als Kishl- und Druckverdampfungsmittel Methanol (2H30H) verwendet wird.

4. Verfahren nach 1., 2. und 3. dadurch gekenazeichnet, daß es zur Abfuhr und Nutzbarmachung von fühlbarer Wärne auf Prozesse angewendet wird, welchebei höherem Temperaturniveau grsßere Wärmemengen entwickeln,