DE829676C - Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Brennkraftmaschinen im Kreislauf - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb von Brennkraftmaschinen im Kreislauf Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreislaufbetrieb für l,retinkraftniaschinen. mit einem in seiner Zusaninictisetzttng der Luft möglichst älitiliclten Gas.
• I)ie Erfindung besteht darin, (laß nian die Auspuffgase einem Kieselkondensator zuführt zu dem Z\%-eck, die artfallenden gasförmigen Verhrennungsproduktc durch ltt-I.ösung-bringen und Kondensierest \on (lern als Kreislaufgas verwendeten Gas (Stickstoff ()der Kohlcnsüurc) zu trennen und dieses unter Zuführung \-on für die Verbrennung notwendigetn Sauerstoff der l,retinkraftmaschine für den weiteren lietriel) wieder zuzuführen.
• Dabei kann man ist der Weise vorgehen, daß man die Altgase in einem Kühler vorkühlt und dann im Kieselkondensator so weit abkühlt, (laß (las \Vasser kondensiert, oder besser, man kühlt ausschließlich durch den 12ieselkondensator. Bei entsprechend grol.ier\\-assermenge geht die Kohlensäure in Lösung. Die letzteren und ungelösten Gasanteile, wie Sauerstoff und Stickstoff, ziehen mit der abfließenden Kondensatorflüssigkeit ab und werden entweder durch eine Pumpe ins Freie gefördert, oder man scheidet diese wiederum aus der Kondensatorflüssigkeit aus und fuhrt sie ebenfalls wieder der Brennkraftmaschine zum weiteren Betrieb zu. Insbesondere die zuletzt erwähnte Anordnung hat den Vorteil, dali besondere Kühler und Reiniger sowie ein Ausschubverdichter wegfallen.
• Iti der Zeichnung ist die Erfindung in drei Ausführungsbeispielen dargestellt, und zwar zeigen die Abbildungen jeweils das Schema einer im Kreislauf betriebenen Brennkraftmaschine. mit einem in die Kreislaufleitung eingesetzten Rieselkondensator.
• leim Ausführungsbeispiel nach Abb. i werden die vom Kreislaufgas getrennten Verbrennungsprodukte und Gasreste nach außen abgeschoben.
• Beim Ausführungsbeispiel nach Abb. 2 werden die für den Kreislauf noch verwertbaren Gasreste wiedergewonnen und dem Kreislauf wieder zugeführt.
• Dies geschieht auch beim Ausführungsbeispiel nach .A1)1).3, bei welchem neben dem Sauerstoff auch Stickstoff ergänzt wird.
• In allen Ausführungsbeispielen bezeichnet i den im Kreislauf zu betreihenden Motor, 2 dessen Ansaugeleitung und 3 seine Auspuffleitung, die als Kreislaufleitung 4 wieder zum Ansaugerohr 2 der ßrennkraftmaschine i zurückfuhrt. In die Kreislaufleitung 4 mündet die Sauerstoffeinblasedüse 5, z. ß. einer Sauerstofflasche 6 ein. Außerdem steht die Kreislaufleitung .4 durch einen Frischluftstutzen 7 mit der Außenluft in Verbindung, die durch ein Absperrglied 8 wahlweise dem Ansaugerohr 2 zu- oder von diesem abgeschaltet werden kann. Zweckmäßig ist das .Absperrglied 8 derart angeordnet, daß es bei Freigabe des Luftstutzens 7 die Kreislaufleitung 4 absperrt, und umgekehrt.
• Gemäß der Erfindung ist nun in die Kreislaufleitung 3; 4, und zwar vorzugsweise vor der Sauerstoff zuführungsstelle 5, ein Riesel- oder Einspritzkondensator 9 angeordnet. Dieser besteht aus einem Gasführungslabyrinth io beliebiger Ausgestaltung, das derart angeordnet ist, daß die vom Motor herkommenden Auspuffgase auf ihrem Weg durch den Kondensator möglichst lange und oft die Flüssigkeitswand durchströmen müssen bzw. möglichst innig mit der Flüssigkeit in Berührung gelangen. Zweckmäßig strömen die Gase im Gegenstrom zur lZieselflüssigkeit durch den Kondensator, d. h. sie strömen von unten zu und oben ab, während die lZieselflüssigkeit zweckmäßig von einem Sprühring i i zugeführt wird, und durch einen Trichterboden 12 des Kondensators 9 abfließt. Die Entfernung der Kondensatorflüssigkeit erfolgt durch eine Flüssigkeitspumpe 13, und zwar fördert diese nach Abb. i einfach nach außen bzw. ins Freie.
• Die Wirkungsweise der geschilderten Anordnung nach Abb. i ergibt sich aus der Zeichnung ohne weiteres: Die Auspuffgase der Brennkraftmaschine strömen durch das Auspuffrohr 3 und die Kreislaufleitung 4 nach erfolgter Kühlung und Reinigung (lern Ansaugerohr 2 der Brennkraftmaschine als nicht brennbarer Gasanteil der Ladung wieder zu. Die Zuführung des für die Verbrennung notwendigen Sauerstoffes erfolgt durch die Düse 5 aus der Flasche 6 unter einem geregelten Druck, und zwar dient als Regler ein Abgasprüfer 14. Was die Kondensatorwirkung betrifft, so durchströmen den Kondensator die ganzen Abgase aus der Brennkraftmaschine i. Der bei der Verbrennung anfallende Wasserdampf wird kondensiert. Anfallende Kohlensäure und Schwefeldioxyd bei genügend großem Wasserdurchsatz gelöst. Beide strömen also zusammen mit dem kondensierten Wasser mit der Rieselflüssigkeit ab uiic1 werden durch die Pumpe 14 ins Freie gefördert.
• Ein Teil der Kohlensäuremoleküle bleibt auch während des Durchganges durch den Kondensator von Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen umgeben, so daß sie mit der Kondensatorflüssigkeit, insbesondere Wasser, nicht in Berührung kommen und deshalb auch nicht gelöst werden. Fördert nun die Pumpe 13 die Kondensatorflüssigkeit nach dem Ausführungsbeispiel von Abb.2 in einen Windkessel 15, so geht in diesem durch die Druckerhöhung weitere Kohlensäure in Lösung, und sowohl der in der Kondensatorflüssigkeit noch vorhandene Stickstoff und Sauerstoff sammeln sich im oberen Abschnitt dieses Kessels, von dem eine Gasleitung 16 zur Kreislaufleitung 4 zurückführt. In Strömungsrichtung des Kreislaufgases gesehen, mündet die Leitung 16 hinter dem Rieselkondensator vor oder hinter der Sauerstoffdüse 5 ein. Der Durchtrittsduerschnitt der Leitung 16 wird durch ein im Windkessel 15 angeordnetes Steuerventil 17 gesteuert. Sobald der Flüssigkeitsspiegel durch die im Gasraum des Windkessels sich sammelnde Gasmenge so weit nach unten gedrückt worden ist, daß der Schwimmer das Ventil 16 öffnet, blasen die Gase durch die Leitung 16 in die Kreislaufleitung 4 ab. Praktisch ist der Ablauf des Kreislaufbetriebes also derart, -daß der Stickstoffanteil der Abgase erhalten bleibt, und lediglich der zur Verbrennung notwendige Sauerstoff ersetzt wird.
• Dennoch wird der Stickstoffanteil im Laufe des Betriebes geringer werden. Einerseits gelangt er in Blasenform durch die Leitung 19 nach außen und andererseits löst er sich, wenn auch in sehr geringer Menge, im Kondensatorwasser auf. Teilweise wird dieser Verlust durch den je nach dem Reinheitsgrad des Sauerstoffes noch in diesem vorhandenen Stickstoff ausgeglichen. Bei Wasserfahrzeugen mit einer Sauerstoffgewinnungsanlagehat man die Wahl des Reinheitsgrades in der Hand und es ist dieser dort außerdem mit Rücksicht auf den begrenzten Auf-Nvand der Anlage auch an sich nicht so groß, wie lief einer ortsfesten Anlage.
• Darüber hinausgehende Stickstoffverluste werden durch die Zugabe von Stickstoff oder Preßluft aus der Flasche 18 nach Abb. 3 ersetzt, die zweckmäßig ebenfalls durch den Abgasprüfer 14 gesteuert wird. Da es praktisch nicht durchführbar ist, den Stickstoff vollständig von der Kohlensäure zu trennen, muß man sich damit begnügen, den Kohlensäuregehalt eben möglichst gering zti halten. Der Sättigungsgrad der Kondensatorflüssigkeit bestimmt den Partialdruck, und wie groß dieser sein darf, damit der Aufwand für die Kondensatoranlage und die erforderliche Wassermenge nicht zu groß wird, andererseits aber keine wesentlichen Änderungen im Betriebsverhalten des Motors eintreten, hängt von den Einzelheiten des jeweiligen Betriebes ab. Das Gasprüfgerät 14 hält, wie bei der Sauerstoffzumessung durch Zugabe von Preßluft das Mischungsverhältnis auf gleicher Höhe, so daß die Zusammensetzung des dein :Motor zuströmenden Gases weitgehend derjenigen der Luft entspricht. Da bei der oben geschilderten Betriebsweise der Sauerstoffiiberschuß nicht verlorengeht, kann der Sauerstoffanteil des Kreislaufgases unabhängig von der Belastung auf 20% gleichgehalten werden. Der Motor läuft dann, wie im Luftbetrieb bei kleinerer Last mit einem höheren Sauerstoffüberschuß, nur daß in diesem Falle nicht Stickstoff, sondern Kohlensäure das inerte Gas ist. Der Kohlensäuregehalt hängt von der mit den Abgasen in Berührung gelangenden Wassermenge ab bzw. von der Kohlensäuremenge, die im Wasser gelöst wird. In beiden Fällen muß jeweils nur die verbrannte Sauerstoffmenge dem Umlaufgas wieder zugesetzt werden. Dies geschieht am einfachsten durch Einströmenlassen des Sauerstoffes bei überkritischem Druck mit Regelung durch Änderung des Druckes. Die Grobeinstellung kann zwangsläufig durch die Brennstoffregelstange erfolgen. Diese Sauerstoffnachregelung übernimmt <las Abgasprüfgerät, das ein gleichbleibendes Mischungsverhältnis aufrechterhält.

Claims (7)

1. PATENT A:VSI'RÜCHE: t. Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen im Kreislauf, dadurch gekennzeichnet, daß man die Auspuffgase einem Rieselkondensator zuführt, zu dem Zweck, die Gase zu kühlen, die anfallenden gas- und dampfförmigen Verbrennungsprodukte durch In-Lösung-Bringen und Kondensieren von denn als Kreislaufgas verwendeten Gas, z. B. Stickstoff oder Kohlensäure, zu trennen und <las Kreislaufgas unter Zuführung von für die Verbrennung notwendigem Sauerstoff der Brennkraftmaschine für den weiteren Betrieb @vieder zuzuführen.
2. 2. Verfahren nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß man das vom Kondensator abströmende Kondensat- und Rieselflüssigkeitsgemisch, z. ß. durch eine Pumpe, einem mit einer Gasabzugsleitung versehenen Windkessel zuführt, um aus dem Gemisch mit abgehenden Stickstoff und Sauerstoff auszuscheiden, und beide Gase der Brennkraftmaschine zum weiteren Betrieb ebenfalls wieder zuführt.
3. 3. Verfahren nach den Ansprüchen r und dadurch gekennzeichnet, daß man den z. B. durch Leckverluste auftretenden Stickstoffverlust durch Zuführen von frischem Stickstoff oder Preßluft oder unreinem Sauerstoff in die Brennkraftmaschine ersetzt.
4. Verfahren nach den Ansprüchen r bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sauerstoff- und gegebenenfalls auch die Stickstoff- oder Preßluftzufuhr durch einen von einem Abgasprüfer beeinflußten Regler gesteuert wird.
5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen r bis ,4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem dem Rieselkondensator nachgeschalteten Windkessel ein dessen Gasabzugsleitung steuerndes Schwimmerventil angeordnet ist und der Windkessel über seine Flüssigkeitsabströmleitung unter Außendruck steht.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung des Windkessels hinter der Gasleitung des Rieselkondensators in die Kreislaufleitung einmündet und die Einmündungen der Sauerstoffleitung sowie die Einmündung der Preßluft- oder Stickstoffzuleitung hinter der Windkesselgasleitung liegt.
7. 7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß der die Sauerstoffzuleitung und gegebenenfalls auch eine Stickstoff- und Preßluftzuleitung regelnde Gasprüfer hinter der Sauerstoff zuleitungseinmündung bzw. zwischen der letzteren und der Stickstoff- oder I'reßluftzuleitungsmündung angeordnet ist, und der von diesem beeinflußte Regler z. B. die Abblaseventile von Gasflaschen steuert.