SE515966C2 - Motoraggregat omfattande en förbränningsmotor och en ångmotor - Google Patents

Description

515 åéê " - högtemperaturanslutning för ånga, lämpligen med temperaturen 500°C och trycket 250 bar, och en lågtemperaturanslutning för matarvatten och däremellan ett fast värmelagringsmaterial med ett stort antal trycktåliga strömningsvägar med en hydraulisk diameter mindre än cirka 0,5 mm för ångan och matarvattnet mellan de två anslutningarna. Det har visat sig, att med en sådan dimensionering en energitäthet av inte mindre än 500 kJ/kg och effekttäthet av 100 kW/kg totalvikt för ångbufferten kan ernås, vilket kan jämföras med motsvarande värden för exempelvis en blyackumulator som är 100 kJ/kg resp. endast 100 Wïkg.

Vidare bygger uppfinningen på den insikten, att en förbränningsmotor har sin högsta verkningsgrad vid hög last medan en ångmotor av deplacerande typ har sin högsta verkningsgrad vid låg last. En dieselmotors verkningsgrad under dessa förhållanden på cirka 45% skulle därmed kunna få ett tillskott på 10-15% från ångmotorn, varigenom motoraggregatets totalverkningsgrad skulle höjas till cirka 55-60%. Dieselmotorns och transmissionens storlek minskar genom att motorn vid normal körning går med åtminstone nära full last. Ytterligare kortvariga behov av effekt kan tillgodoses i överväldigande mängd av ångbufferten, som praktiskt taget omedelbart kan höja ångmotorns effekt på t.ex. 30 kW vid 5% last vid normal körning till 600 kW vid 100% last.

Höga tillfälliga effektuttag möjliggörs med ångbufferten och ångmotorn.

På grund av ångsystemets stora bidrag till effektprestanda men ringa tillskott till totalvikten och utrymmesbehovet ernås för det totala motoraggregatet en hög effekttäthet.

Motoraggregatet enligt uppfinningen är särskilt lämpat för drivning av tunga fordon, såsom långtradare eller långa godståg aller av båtar, särskilt sådana som har behov av kraftig effekthöjning under korta tidsperioder, exempelvis för att snabbt uppnå planingsfart.

Uppfinningen är närmare tydliggjord i det följande under hänvisning till bifogade ritning, san schematiskt visar en sm exempel vald utföringsform av ett för ett tungt motorfordon avsett motoraggregat enligt uppfinningen.

Ritningen visar en förbränningsmotor l av dieseltyp (kan alternativt vara av ottotyp, so har större värmeförluster att tillvarataga hos avgaserna) med en avgasledning 2, som är ansluten till ett avgasrör 3 via en värmeväxlare 4. Värme kan även utnyttjas ur kylvattnet speciellt m vattnet trycksätts.

I en marin tillämpning, där matarvattnet skall värmas från ca 20°C, kan kylvattnet med fördel användas för uppvärmning av matarvattnet till ca 80-lO0°C, varefter avgasvärmen kan användas. I den visade värmeväxlaren see; o o A ooøo :lo o Ido 515 966 o .. . ,, .g .oo. o o 0 . o oo o 0 ooo oooo 0 o är en värmeupptagande del 5 anordnad, soša' 'irëåt Lèn för-ånga årseddsledni “ ooo OI' 3 p oo I o oo I oo I IIII OI' I O I I I III II IOII 6 dimensionerad för ett arbetstryck av 250 bar och en ångtemperatur av 500°C och ledande till en ångmotor 7 av axialkolvtyp.

Från ångmotorns utlopp leder en rörledning 8 till en kondensor 9, som är ansluten till en kylare 10 genom rörledningar ll. Från kondensorn 9 är en ledning 12 anordnad till en matarpump 13, som höjer trycket till 250 bar i en ledning 14 till en cirkulationspump 15, från vilken en ledning 10 leder matarvatten till värmeväxlarens 4 värmeupptagande del 5, där matarvattnet förångas och bibringas temperaturen 500°C av de heta avgaserna från ledningen 2. Mellan ledningen 6 med ångtemperaturen 500°C och ledningen 14 med en matarvattentemperaturen ca 80°C är den ovannämnda ångbufferten 20 inkopplad och till ledningen 14 är vidare ett tryckkärl 21 innehållande matarvatten och en gaskudde anslutet. Ångmotorn 7 är genom en transmission 22 kopplad till en drivaxel 23, som är förbunden med motorns 1 vevaxel.

Dieselmotorn 1 är dimensionerad att vid normal körning gå i det närmaste fullbelastad och därvid driva drivaxeln 23, till vilken även ångmotorn 7 är kopplad. Denna är dimensionerad att samtidigt gå lågbelastad. Båda motorerna går då med i det närmaste optimala verkningsgraderna för resp. motor. Ångan till ångmotorn 7 genereras i värmeväxlaren 4 i en mängd som är något större än vad scnlerfordras för drivningen av ångmotorn vid normal körning. Överskottet ånga matas till ångbufferten 20, varvid matarvatten i denna trängs tillbaka till ledningen 14 och vidare till tryckkärlet 21, där gaskudden i detsanne kmprimeras något. När ett stort effekttillskott' erfordras, t.ex. vid en omkörning eller ett starkt motlut, öppnas en reglerventil 24 i ledningen 6 till ångmotorn 7 från ett läge svarande mot låglast till ett läge svarande mot fullast. Ãnga strömmar då från ångbufferten 20 till ångmotorn 7 med största eller önskad stor effektutveckling. För en tillämpning där medeleffekten vid normal körning för ett tungt motorfordon är ca 80 kW skulle exempelvis dieselmotorn vara dimensionerad för att ge 100 kW vid 100% last och ångmotorn för att ge 30 kW vid 5% last. Vid normal körning -80 kfik arbetar således båda motorerna med nära optimal verkningsgrad samtidigt som en svag kontinuerlig laddning av ångbufferten sker om den inte är fulladdad. Enär ångmotorn har en maximal effekt på 600 kW, och om ångbufferten är laddad, kan motoraggregatet ge 700 kW momentant. Hur länge denna effekt kan tas ut beror främst på storleken av ångbufferten, vilken scnlnämnts kan ha en energitäthet av upp till ca 500 kJ/kg.

Uppfinningen är självfallet inte begränsad till det här visade och beskrivna utföringsexemplet utan kan modifieras på åtskilliga sätt inom 0000 0 0 0000 000 0 000 515 966 4 093 .. - gg II I! IQ CIO 0 I . 0 00 O 000 0 o0 : ° 0 0 a 0 0 n . 0 '_ 00 o. 'ê 000 000 Vi! . .

. I IQ-II O' ramen för den i patentkraven definierade uåpfänningstäfikenf Sålundadkan exempelvis de båda motorerna vara kopplade till olika drivaxlar hos något slag av drivaggregat. Vidare kan naturligtvis till ångledningen 6 en liten ånggenerator vara ansluten för generering av ånga som komplement till värmeväxlaren 4, om så skulle erfordras, exempelvis för varmhållning av ångsystemet under tider med risk för frysning av matarvattnet. Såsom nämnts har ångbufferten även en mycket hög energitäthet, upp till 500 kJ/kg, varför värmeenergi kan lagras under långa tider under förutsättning av adekvat värmeisolering av delar av ångsystemet. Härav följer även, att det finns möjlighet att driva motoraggregatet begränsad tid utan att förbränningsmotorn är igång, dvs utan utsläpp av avgaser.

Claims (3)

515 966 f; " P A T E N T K R A V

1. l. Motoraggregat mfattande en förbränningsmotor (l) och en ångmotor (7) kopplade till ett drivaggregat (23), exempelvis en gemensam drivaxel, samt en värmeväxlare (4), medelst vilken förbränningsmbtorns värmeförluster genm avgaser och/eller kylvatten utnyttjas för generering av ånga till ångmotorn, varjämte överskottsånga från värmeväxlaren (4), som inte erfordras för drivning av ångmotorn (7) är anordnad att tillföras en ångbuffert (20), som är utförd att vid behov kortvarigt kunna avge ånga till ångmotorn (7) med hög effekttäthet, kännetecknat därav, att ångmotorn (7) är av typen deplacerande maskin, och att förbränningsmotorn (l) är dimensionerad att arbeta vid full eller nära full last vid nornelt förekomande körning och samtidigt ångmotorn (7) då är dimensionerad att arbeta med låg last.

2. Motoraggregat enligt krav l, kännetecknat därav, att förbränningsmotorn (1) är en dieselmotor och ångmotorn (7) en flercylindrig axialkolvmotor dimensionerad för ett ångtryck av ca 250 bar och en ångtemperatur av ca 500°C.

3. Motoraggregat enligt krav l eller 2, särskilt för drivning av tunga fordon, såsom långtradare eller godståg eller av båtar, kännetecknat därav, att förbränningsmotorn (1) är dimensionerad att arbeta för full last när ångmotorn (7) arbetar vid ca 5% last.