DE957086C - Heissgasmaschinenanlage - Google Patents

Description

Bei den bekannten Hei%asmaschinenanlagen, die Kolbenmaschinen — ähnlich dien dm Brennkraftmaschiinenbau üblichen — verwenden, verläßt dlas bei einer im Viertelet arbeitenden Maschine angesaugte oder bei einer im Zweitakt arbeitenden Maschine durch Spülgebläse zugeführte Arbaitsmedikim nach seiner Kompression in dem Arbeitszylinder die MaiS'dhine über besonders angeordnete Auislaßorgane. Das Arbeitsmedium durdhiströmt dann einen, durch Wärmezufuhr von außen (Brenner) erhitzten, beliebig angeordneten Wärmeaustauscher zum Zweck der Aufheizung des Arbeitsmedliums und strömt sodann dem Arbeitszylinder über ebenfalls zu diesem Zweck besonders angeordnete Eiinlaßorgiane wieder zu. Nach der Arbeitsleistung verläßt es den Arbeitszylinder erneut, um '— vorzugsweise über eine Abgasturbine — einem Wärmetauscher zuzuströmen uind nach Abgabe der Restwärme an nachfolgend komprimiertes Arbeitsmedium hinter diesem Wärmetauscher die Anlage zu verlassen.

Eine solche HeiBgasmiaisohiinenanlaige ergilbt nach theoretischer Durchrechnung (z. B. bei einer Vorverdichtung des Arbeitsmediums im Kompressor auf 3 atü und einem Vendiohtangsverhältniis der Kolbenaxbeitemaschine von- 1 :6) etwa einen Gesamtwirkungsgrad an der Kurbelwelle, bezogen auf die aufgewandte Wärmeenergie, von- ruind 20%.

Claims (2)

1. Die heißen Abgase entweichen aber hierbei immer noch mit einer Temperatur von rund 500⁰ C und mehr. Ehr Verlustwäirmeiinhalt ist beträchtlich.

   Für Schienenizugkraftfahrzeuge wird für Heizungszwecke ©in Dampferzeuger notwendig werden, der hier zweckmäßig als Abhitzekessel der Kraftanlage naehgescäiattet wird.

   Dieser Kessel wind aber im Sommer nicht benötigt und liefert im Winter, wann er der verfügbaren Abwärmemenge angepaßt wind, wesentlich mehr Dampf als für Heizzwecke nötig ist.

   Paßt man den Betriebsdruck des Kessels q dem Arbeitsdruck der Heißgasmascihiine u an, so· kann m-an, wie in Abb. 1 gezeigt, den Überschußdampf bei w über ein einfaches Rückschlagventil χ dem komprimierten Arbeitsmedium beifügen; er geht dann mit durch den Wärmetauscher n, wird dort mit hoch überhitzt und leistet im der Kolbenmaschine u ziusätzlich Arbeit, die als Zusatzleistung ao an der Kurbelwelle anfällt und den gesamten Prozeßwirkungsgrad fühlbar verbessert. Er leistet auch noch in der nachgaschailteten Hilfe- (Heißgas-) Turbine e Arbeit und geht — bei Verwendung von Luft als Arbeitsmedium <—■ zum Teil mit dter Veras brennungstuft durch die Brennkammer /, wo er bei den hohen Temperaturen in Verbindung mit dem Kohlenoxyd der Brenngase Wassergas bilden und dem Verbrennungsprozeß zugute kommen wird.

   Der Rest entweicht über den Wärmetauscher η und! den Abhitzekessel q und verläßt nach Abgabe eines Teiiles seiner Restwärme die Anlage in Dampfform, da der Taupunkt nirgend erreicht wird.

   Die Zusetzung das Dampfes zum Arbeitsmedium wird den Prozeß nirgend stören, sondern neben dler Wirkungsgradverbesserung durch seinen größeren Wärmeausdehnungskoeffizienten und Dichte die Expansionskurve uodi den Wärmeübergang im Wärmetauscher verbessern. Der Dampf kann auch bei Wahl eines geringeren Kesseldruckes (z. B. 4 atü) schon zwischen Kompressor s und Heißgasmaschine u (Abb. 2) bei y über das Reduzierventil χ beigegeben werden. Die Temperatur des Arbeitsmediiums ist hier schon so hoch, daß die Vorkompression und die Dampfüberhitzung durch Drosselwirkung hinter dem Reduzierventil ausreicht, so dlaß keine Kondensation zu erwarten iist.

   Bei der nachfolgenden Kompression in der Kolbenmaschine u wird er mit dem Arbeitsmedium auf höheren Druck gebracht und dabei weiter überhitzt, so daß der Vorgang dann weiter abläuft wie vorher beschrieben.

   Diese Zuisatzanlage kann sowohl bei der Viertakt- als auch bei der Zweitakt-Maschine verwendet werden.

   Der zuerst beschriebene Prozeß wind jedoch thermisch der günstigere sein.

   Eine weitere Möglichkeit der Leistungssteigerung besteht darin, daß die Heißgaskolbenmaschine u — so wie ein normaler Dieselmotor — mit Einspritzpumpe s und Düsen ν (Abb. 2) für flüssige Kraftstoffe ausgestattet wird. Damit kann für Spitzenleistungen, (z. B. Anfahren und Bergfahrt) die Leistung der Kolbenmaschine an der Kurbelwelle fühlbar gesteigert werden, da der Brennstoff in hocherhitzter Arbeits.luft wie in einer DiöselmaSichine verbrennen und Zusatzarbeit leisten wird». Der dann höhere Wärmeinhalt des Abluft- und Abgasgemiisches wird in der nachgeschalteten Wärmetauscheranlage größtenteils noch für den Gesamtprozeß nutzbar.

   Bei den verhältnismäßig großen umlaufenden Luftmengen, steht auch für eine beschränkte Brennstoffeinspritzung in die der Brennkammer zugeführte Verbrennungsluft noch genügend Sauerstoff zur Verbrennung des eingespritzten. Brennstoffes, zur Verfügung.

   Pate χ ta nspeCche:

   i. Heißgasmaschinenianliage, in der angesaugte oider durch einen Vorverdichter verdichtete, .als Arbeitsmedium dienende Luft in einer Kolbenmaschine weiter verdichtet, sodann in einem Wärmetauscher erhitzt wird, um in der gleichen Kolbenmaschine und nachgeschalteten Abgasturbine wieder zu expandieren, und zum Teil anschließend· einer Brennkammer bzw. dem Wärmetauscher direkt als Brennluft bzw. zur Abgabe von Restwärme zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Restwärme der Abgase in einem Abhitzekessel zur Dampferzeugung ausgenutzt und dieser Dampf dem Arbeitsmedium entweder vor seinem Eintritt in dien- Wärmetauscher oder zwischen Kompressor und Heißgaskolbenmiaschine (z. B. über ein Rückschlagventil) zugesetzt wird.
2. 2. Heißgasmaschinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Wärmetauscher kommende hocherhitzteArbeitsmedium zur Erhöhung des Temperaturgefälles durch eingespritzte Brennstoffe noch waiter erhitzt wird, z. B. derart, daß die Maschine zur sätzlich mit einer Brennstoffpumpe und dlie Zylinder mit Brennstoffeinspritzdüsen ausgestattet werden.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen