DE693819C

DE693819C - Process for the production of compressed air enriched with moisture and, if necessary, fuel gas for internal combustion engines

Info

Publication number: DE693819C
Application number: DE1938M0142929
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Michael Martinka
Original assignee: MICHAEL MARTINKA DIPL ING
Current assignee: MICHAEL MARTINKA DIPL ING
Priority date: 1938-10-04
Filing date: 1938-10-04
Publication date: 1940-07-19

Description

Verfahren zur Herstellung verdichteter, mit Feuchtigkeit angereicherter Luft und gegebenenfalls Brenngas für Brennkraftmaschinen Das Patent 665 6o7 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung verdichteter, mit Feuchtigkeit angereicherter Luft und gegebenenfalls- Brenngas für Brennkraftmaschinen. Die Erfindung gemäß dem genannten Patent besteht darin, däß das in den Oberflächenzwischenkühlern des Verdichters erwärmte Kühlwasser in feiner Verteilung in Bierührung mit der von der letzten Stufe des Verdichters kommenden Luft und gegebenenfalls dem Brenngas gebracht wird und das restliche nicht verdunstete, abgekühlte Wasser in den Oberflächenkühlern weiter- zur Kühlung dient.Process for the production of compacted, enriched with moisture Air and possibly fuel gas for internal combustion engines The patent 665 6o7 refers focuses on a process for making compacted, moisture-enriched Air and possibly fuel gas for internal combustion engines. The invention according to the cited patent is that the in the surface intercoolers of the compressor heated cooling water in fine distribution in the beer flow with that of the last stage the compressor coming air and possibly the fuel gas is brought and the remaining, non-evaporated, cooled water in the surface cooler serves for cooling.

Wird dies in der-Weise durchgeführt, daß das Kühlwasser, wie dies Abb. z der Zeichnung schematisch veranschaulicht, im Kreislaufe durch die Oberflächenkühler 95, 46, 47 des Verdichters q.8 und durch einen :besonderen von endverdichteter Luft oder dem endverdichteten Brenngas durchströmten Rückkühler 5o, .der in diesem Falle einen Verdunstungsrieselrückkühler bildet, geführt wird, so bleibt noch die Aufgabe zu lösen, die günstigste im Kreislaufe zu führende Kühlwasserm-enge zu bestimmen, d. h. diejenige Wassermenge festzulegen, die je Kilogramm durch den Verdichter geförderter Luft im Kreislaufe umzupumpen, ist. Die Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand vorliegender Erfindung.If this is done in such a way that the cooling water, as shown in Fig Recooler 5o, which in this case forms an evaporative trickle cooler, the task still remains to determine the most favorable cooling water tightness to be conducted in the circuit, ie to determine the amount of water per kilogram of air conveyed by the compressor in the circuit pumping is. The solution to this problem is the subject of the present invention.

Daß es nicht gleichgültig ist, welche Wassermenge je Kilogramm Druckluft im Kreislaufe umgepumpt«drd, ergibtsichausfolgenderüberlegung: Wird eine seht große Wassermenge umgepumpt, so erwärmt sich diese Wassermenge im Zwischenkühler durch die Wärmemenge, die die verdichtete Luft dort abgibt, verhältnismäßig wenig. Um diesen gleichen Temperaturunterschied muß die Wassermenge im Rieselrückkühler wieder abgekühlt werden durch die sich sättigende und ihreTemperatur erhöhende endverdichtete Druckluft. Die Temperatur dieser mit Wasserdampf gesättigten Luft nimmt beider Wärmeaufnahme in Abhängigkeit von dieser nach einer bestimmten Gesetzmäßigkeit zu (Temperaturkurve der gesättigten Luft). Damit ein Wärmeübergang vom Wasser an die Luft stattfindet, muß an jeder Stelle, an der Wasser und Druckluft, die sich im Gegenstrom zueinander bewegen, miteinander in Berührung kommen, die Temperatur des Wassers höher sein als die der Luft. Die Größe des Mindestunterschiedes zwischen Wasser- und Lufttemperatur richtet sich nach der Größe der gewählten Oberfläche. Dieser Mindesttemperaturunterschied zwischen Wasser und Luft kann nirgends unterschritten werden, und er kann selbst bei sehr großer Rieselfläche nur nahezu Null, aber nie negativ werden, d. h. -die Luft kann an keiner Stelle wärmer werden als das Wasser an dieser Stelle, von dem die Luft die Wärme empfängt.It is not a matter of indifference what amount of water per kilogram of compressed air pumped around in a circuit "drd, results from the following consideration: Will If a large amount of water is pumped around, this amount of water heats up in the intercooler relatively little due to the amount of heat that the compressed air gives off there. The amount of water in the trickle recooler must be around this same temperature difference are cooled down again by the saturating and increasing temperature of the final compressed Compressed air. The temperature of this air, saturated with water vapor, both absorbs heat depending on this according to a certain law (temperature curve the saturated air). So that heat is transferred from the water to the air, must be at every point where the water and compressed air are in countercurrent to each other move, come into contact with each other, the temperature of the water will be higher than that of the air. The size of the minimum difference between water and air temperature depends on the size of the selected surface. This minimum temperature difference between water and air can nowhere be fallen below, and he can himself with a very large flow area only almost zero, but never become negative, d. H. -the There is no place where air can get warmer than the water at this point the air receives the heat.

Ist die Wassermenge im Verhältnis zur Luftmenge sehr groß und beträgt der Temperaturunterschied beider an der Stelle des Wassereintritts in die Rieselschicht beispielsweise z° C, so wird die Temperatur des Wassers beimAbwärtsrieseln wegen seiner großen Menge nur sehr langsam abnehmen. Dagegen wird sich bei der gesättigten Druckluft eine viel größere Temperaturzunahme einstellen, um 'die vom Wasser abgegebene Wärmemenge aufzunehmen. Die Folge ist, daß an einer tieferen Stelle der Rieselschicht, wo Wasser und Druckluft kälter sind, der Temperaturunterschied z,#v ischen beiden größer sein wird. Gerechnet von oben nach unten wird die Wassertemperatur langsam; die Lufttemperatur schnell abnehmen. Der Unterschied zwischen beiden nimmt nach unten zu.Is the amount of water in relation to the amount of air very large and is the temperature difference between the two at the point of entry of water into the trickle layer for example z ° C, the temperature of the water as it trickles down is due to decrease very slowly in large quantities. Contrast this with the saturated Compressed air set a much greater increase in temperature to 'that given off by the water Absorb amount of heat. The result is that at a deeper point in the trickle layer, where water and compressed air are colder, the temperature difference z, # v is the two will be bigger. Calculated from top to bottom, the water temperature becomes slow; the air temperature decrease rapidly. The difference between the two is diminishing down to.

DieAbb. a zeigt einDiagramm, in welchem die Abszissen die in der Rieselschicht zurückgelegten Wege, die Ordinaten die Temperaturen darstellen. Die Strecke a'stellt die Stärke der Rieselschicht in senkrechterRichtung dar, die von der Luft von unten nach oben, im Diagramm von links nach rechts, vom Wasser von oben nach unten, im Diagramm von rechts nach links durchströmt wird. Da .die Wärmemenge, die die endverdichtete Druckluft im Rieselrückkühler aufzunehmen hat, durch - die Wärmemenge festliegt, die im Zwischenkühler von der teilweiseverdichteten Luft an das Kühlwasser abgegeben und diesem mit ziem Zusatzwasser als Ersatz für das verdunstete zugeführt wird, unabhängig, ob viel oder wenig Kühlwasser im Kreislaufe herumgetrieben wird, so liegt dieTemperaturzunahme der endverdichteten Luft von ihrem Eintritt bis zu ihrem Austritt aus der Riesel-' schicht fest. Sie sei gegeben durch die Kurve b', b". Die Temperatur des Wassers nimmt beispielsweise nach der geneigten Geraden c', c" ab. Ist die Wassermenge groß, so wird, wie dargelegt, der Temperaturabstand c"-b' viel größer sein als der Temperaturabstand c'-b".The Fig. a shows a diagram in which the abscissas represent the distances covered in the trickle layer, the ordinates represent the temperatures. Distance a 'represents the thickness of the trickle layer in the vertical direction, through which air flows from bottom to top, in the diagram from left to right, water from top to bottom and in the diagram from right to left. Since .the amount of heat that the finally compressed compressed air has to absorb in the trickle recooler is fixed by - the amount of heat that is given off in the intercooler by the partially compressed air to the cooling water and is supplied to the cooling water with some additional water as a replacement for the evaporated, regardless of whether a lot or a little Cooling water is driven around in the circuit, the temperature increase of the finally compressed air is fixed from its entry to its exit from the trickle layer. Let it be given by the curve b ', b ". The temperature of the water decreases, for example, along the inclined straight line c', c". If the amount of water is large, then, as stated, the temperature difference c "-b 'will be much greater than the temperature difference c'-b".

Ist die Wassermenge im Gegensatz zu dem betrachteten Fall unverhältnismäßig klein zur Druckluftmenge, so ergibt sich der Temperaturverlauf des Wassers nach der Linie d'-d". Die Druckluft ist nicht in der Lage, das Wasser nach der gemachten Annahme weiter abzukühlen als a° über ihre Temperatur beim Eintritt in die- Rieselschicht. Diese Temperatur des Wassers d"' erhöht sich dann im Zwischenkühler wegen ihrer verhältnismäßig geringen Menge.stark, und zwar auf die Temperatur d'. Der Temperaturabstand d'-b" wird in diesem Fall groß.In contrast to the case under consideration, the amount of water is disproportionate small to the amount of compressed air, the temperature curve of the water results the line d'-d ". The compressed air is unable to make the water after the Assumption to cool further than a ° above its temperature when entering the trickle layer. This temperature of the water d "'then increases in the intercooler because of them relatively small amount. strong, namely to the temperature d '. The temperature difference d'-b "becomes large in this case.

Wünschenswert für die Kühlung im Zwischenkühler ist ein möglichst niedriger Mittelwert des Kühlwassers cm bzw. dn, um sich einer isothermischen Luftverbindung soweit wie möglich zu nähern und die Verdichtungsarbeit dadurch klein zu halten. Aus diesem Grunde ist es erstrebenswert, daß dieser Mittelwert einen möglichst geringen Abstand von der Temperaturkurve b', b" der gesättigten Luft hat. Erreicht wird dies gemäß der Erfindung, wie die Abb.2 zeigt, wenn die Wassermenge so .gewählt wird, daß beim Durchgang durch die Rieselschicht die Abnahme der Wassertemperaturen gerade oder nahezu so groß ist wie die Temperaturzunahme der endverdichteten, mit Wasserdampf gesättigten Luft. Da man den Temperaturverlauf der endverdichteten-, gesättigten Luft in Abhängigkeit vom Wärmeinhalt kennt und auch die im Zwischenkühler abgegebene und mit ;dem Zusatzwasser zugeführte Wärmemenge bekannt ist, so läßt sich `dieser Temperaturunterschied leicht bestimmen. Die stündlich umzupumpende Wassermenge 0 ist gleich der stündlich vom Wasser aufgenommenen Wärmemenge W, dividiert durch diesen Temperaturunterschied b"-b'; also: Er ist gegeben durch die Linie Die Temperaturzunahme vom Punkt b' nach b" für die verdichtete Luft ist dann ebenso groß we i die Temperaturzunahme vom Punkt e' nach e" für das abzukühlende Wasser. Die mittlere Wassertemperatur e. liegt tiefer als cm und dm. It is desirable for the cooling in the intercooler to have the lowest possible mean value of the cooling water cm or dn in order to approach an isothermal air connection as closely as possible and thereby keep the compression work small. For this reason, it is desirable that this mean value has as little distance as possible from the temperature curve b ', b "of the saturated air. This is achieved according to the invention, as FIG When passing through the trickle layer, the decrease in water temperature is just or almost as great as the temperature increase of the air that is finally compressed and saturated with water vapor. If the amount of heat added to the make-up water is known, this temperature difference can easily be determined. The amount of water to be pumped over hourly is equal to the amount of heat W absorbed by the water every hour, divided by this temperature difference b "-b"; so: It is given by the line The temperature increase from point b 'to b "for the compressed air is then just as great as the temperature increase from point e' to e" for the water to be cooled. The mean water temperature e. lies deeper than cm and dm.

Diese günstigste Wassermenge läßt sich aber auch im praktischen Betrieb leicht einstellen, .denn es genügt, die Temperatur der endverdichteten, mit Wasserdampf gesättigten Luft über und unter der Rieselschicht- festzustellen und die umgepumpte Wassermenge so zu regeln, daß der Unterschied -der Temperaturen im Vor- und Rücklauf ebenso groß wird wie der Unterschied der Temperatur der gesättigten Luft. Ist der Temperaturunterschied beim Wasser größer, so ist die Wassermenge zu steigern, im anderen Falle zu ermäßigen: Die Wahl dieser günstigsten Wassermenge ist sowohl von Vorteil, wenn alle Zwischenkühler, wie Ab,b. i dies schematisch darstellt, nacheinander vorn gleichen Wasser durchflossen werden und dieses in einer entsprechend hohen Rieselschicht zurückgekühlt wird, als auch, wenn jeder Zwischenkühler, wie Abb. 3 dies verdeutlicht, seinen eigenen Wasserkreislauf und seine eigene Rieselschichtstufe im Rückkühler besitzt. Die letzte Ausführung besitzt vor der ersten den Vorteil, daß die Wassermenge der einzelnen Kreisläufe verschieden groß gewählt werden kann, wodurch eine.bessere Anpassung der Temperaturzunahme des Wassers an den seine Neigung ändernden Verlauf der Temperatur-Linie der gesättigten Druckluft möglich ist, wie Abb. 4 dies zeigt. Die einzelnen Strecken der ,geknickten-Linie zeigen den Temperaturverlauf des Wassers der einzelnen Kreisläufe. Die gekrümmte Linie zeigt den Temperaturverlauf der mit Wasserdampf gesättigten Luft.This most favorable amount of water can also be used in practical operation Easily set, because it is sufficient to set the temperature of the final compressed, with water vapor the saturated air above and below the trickle layer and the circulated air To regulate the amount of water so that the difference between the temperatures in the flow and return becomes as great as the difference in the temperature of the saturated air. Is the If the temperature difference in the water is greater, the amount of water must be increased in the Another case to decrease: The choice of this most favorable amount of water is of both Advantage if all intercoolers, such as Ab, b. i shows this schematically, one after the other in front of the same water are flowing through and this in a correspondingly high Trickle layer is cooled back, as well as when each intercooler, as Fig. 3 this illustrates its own water cycle and its own trickle layer stage owns in the dry cooler. The last execution has the advantage over the first, that the amount of water in the individual circuits can be selected to be of different sizes, whereby a better adaptation of the temperature increase of the water to its inclination changing course of the temperature line of the saturated compressed air is possible as Fig. 4 shows this. The individual sections of the, kinked line show the temperature profile of the water of the individual circuits. The curved line shows the temperature profile the air saturated with water vapor.

Diese günstige Ausnutzung des Sättigungsvermögens der endverdichteten Druckluft für die Kühlung in den Zwischenkühlern kann noch gesteigert werden, indem die Wärme des letzten O-berflächenzwischenkühlers oder besser noch seines letzten Teiles durch einen mit Frischwasser beschickten Oberflächenkühler 45' (Abt. 5) abgeführt wird, da dadurch die Temperatur der endverdichteten Luft niedriger ausfällt und auch die Temperatur, die sie bei der Säftigung mit Wasserdampf annimmt, d. h. ihre Kühlgrenze niedriger liegt, so daß sie bei der Wasserrückkühlung das Wasser weiter abzukühlen vermag. Durch .die tiefere Lage aller Kühlwassertemperaturen ermäßigt sich der Leistungsbedarf des Verdichters. ' Auch kann, wie Abb. 6 dies zeigt, das rückgekühlte Wasser der untersten von der kältesten, -endverdichteten, gesättigten Luft durchströmten Rieselstufe 27, das sich am weitesten abkühlt, benutzt werden, um bei allen oder den übrigen' Zwischenkühlern, von denen jeder in zwei Kühlstufen zerlegt ist, der zweiten Stufe 45', 46' und 47', durch die die Luft möglichst weit abgekühlt wird, als Kühlwasser zu dienen, wenn man es nicht vorzieht, unter Verzicht auf die restlose Überführung der Verdichtungswärme auf die endverdichtete Luft diese zweiten Stufen der Zwischenkühler.mit kaltem Frischwasser, das nicht zurückgekühlt wird, zu versorgen.This favorable utilization of the saturation capacity of the finally compressed compressed air for cooling in the intercoolers can be increased by removing the heat of the last surface intercooler or, better still, its last part through a surface cooler 45 '(section 5) filled with fresh water, there as a result, the temperature of the finally compressed air is lower and also the temperature it assumes during the saturation with water vapor, ie its cooling limit is lower, so that it is able to cool the water further during the water re-cooling. Due to the lower position of all cooling water temperatures, the power requirement of the compressor is reduced. 'Also, as Fig. 6 shows, the recooled water of the lowest trickle stage 27 through which the coldest, fully compressed, saturated air flows, which cools down the furthest, can be used for all or the other' intercoolers, each of which is divided into two cooling stages, the second stage 45 ', 46' and 47 ', through which the air is cooled as much as possible, to serve as cooling water, if one does not prefer, while renouncing the complete transfer of the heat of compression to the finally compressed air to supply these second stages of the intercooler with cold fresh water that is not cooled down.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Process for the production of compressed, moisture-enriched air and, if necessary, fuel gas for internal combustion engines according to patent 665 607, in which the cooling water of the surface intercooler of the compressor is cooled back separately from - this in a special recooler with one or more trickle layers by means of the finally compressed air, @ da- characterized in that, in relation to your air (gas) weight conveyed by the compressor, such an amount of cooling water, including the amount of additional water, is pumped around for the evaporated part that its temperature decrease in the trickle layer of the recooler is about the same as the temperature increase of the recooler finally compressed compressed air saturating in the trickle layer. a. Method according to claim i, characterized in that the partially compressed air is cooled in two stages during the last intermediate cooling in such a way that it is pre-cooled by recooled circulating water in the compressed air saturator and post-cooled by cold fresh water (A, fig. 5), 3. method according to claim i and a, characterized in that the partially compressed air is also cooled in two stages in the other intercoolers in such a way that it is pre-cooled by warmer circulating water recooled in the compressed air saturator and subsequently cooled by the coldest circulating water of the lowest, coldest trickle layer of the compressed air saturator (Section 6) .