DE726242C

DE726242C - Internal combustion engine for aircraft using the energy and waste heat of the exhaust gases

Info

Publication number: DE726242C
Application number: DEM144666D
Authority: DE
Inventors: Robert Magnus
Original assignee: Messerschmitt AG
Current assignee: Messerschmitt AG
Priority date: 1939-03-29
Filing date: 1939-03-29
Publication date: 1942-10-09

Description

Erennkraftmaschine für Flugzeuge mit Ausnutzung der Energie und Abwärme der Auspuffgase Es ist Bereits bekannt, bei Brennkraftmaschinen mit Verdampfungskühlung den entstehenden Dampf zum Antrieb einer Hilfsmaschine, etwa eines Auflade- oder Kühlergebläses, zu verwenden und ihn zur Erhöhung der verfügbaren Leistung durch die Wärme der Auspuffgase zu überhitzen. Die dafür vorgeschlagenen überhitzer beruhten durchwegs auf dem Gedanken, für den Wärmeaustausch zwischen Auspuffgasen und Dampf eine möglichst große Heizfläche zur Verfügung zu stellen. Bei Flugzeugtriebwerken kommt jedoch eine solche Anordnung deswegen nicht in Frage, weil den Auspuffgasen durch die Strömungsverluste in einem solchen überhitzer und durch die großen Wärmeaustauschflächen Energie entzögen wird, die durch die Rückstoßwirkung mit besserem Wirkungsgrad als Vortriebskraft nutzbar gemacht werden könnte; der Leistungsgewinn in der Dampfkraftanlage wiegt den Verlust der Rückstoßleistung nicht auf.Engine for aircraft with utilization of energy and waste heat of the exhaust gases It is already known in internal combustion engines with evaporative cooling the resulting steam to drive an auxiliary machine, such as a supercharger or Radiator fan, and use it to increase the available power to overheat the heat of the exhaust gases. The superheaters proposed for this were based consistently on the thought for the heat exchange between exhaust gases and steam to provide the largest possible heating surface. In aircraft engines However, such an arrangement is out of the question because of the exhaust gases due to the flow losses in such a superheater and due to the large heat exchange surfaces Energy is withdrawn by the recoil effect with better efficiency than Propulsive power could be harnessed; the gain in performance in the steam power plant does not offset the loss of recoil power.

Bei Flugzeugtriebwerken, die nur oder in erster Linie mit dem Rückstoß eines zu diesem Zweck in einer Gasturbine erzeugten Verbrennungsgases arbeiten, wobei die Gasturbine keine Leistung nach außen abgibt, sbndern einen Teil der Eigenbedarfsleistung deckt, hat man ebenfalls in den Weg der heißen Verbrennungsgase Wärmeaustauscher in Form von Rohrschlangen gelegt. Diese Wärmeaustauscher sind hier deswegen notwendig, weil die Gasturbine allein nicht zum Antrieb der erforderlichen Verdichter ausreicht und durch Dampfturbinen unterstützt werden muß. Andererseits entspricht es dem Grundgedanken der beschriebenen Anordnung, die auszustoßenden Gase möglichst weit zu kühlen und die ihnen so entzogene Energie zur Vergrößerung der von der Gasturbine verarbeiteten und dann zur Erzeugung des Rückstoßes ausgestoßenen Gasmenge nutzbar zu machen. Eine solche Vergrößerung der verarbeiteten Gasmenge kommt jedoch bei üblichen Flugzeugtriebwerken nicht in Frage.In aircraft engines that only or primarily with the recoil a combustion gas produced for this purpose in a gas turbine work, whereby the gas turbine does not emit any power to the outside, change part of the self-consumption power covers, one also has heat exchangers in the way of the hot combustion gases laid in the form of pipe coils. These heat exchangers are necessary here because the gas turbine alone is not sufficient to drive the required compressors and must be assisted by steam turbines. On the other hand, it corresponds to the basic idea the described arrangement to cool the gases to be emitted as much as possible and the energy withdrawn from them in order to increase that of the gas turbine processed and then utilize the amount of gas expelled to generate the recoil. However, such an increase in the amount of gas processed occurs in conventional aircraft engines out of the question.

Die bekannte Anordnung zur Überhitzung des Dampfes durch in den Web der heißen Gase eingeschaltete Rohrschlangen oder gleichwertige zusätzliche Heizflächen kommt also für zum Luftschraubenantrieb dienende Kolbenmaschinen nach dem oben Gesagten nicht in Frage.The well-known arrangement for superheating the steam through in the web the hot gases switched on pipe coils or equivalent additional heating surfaces So comes for piston engines used to drive propellers after what has been said above out of the question.

Die Erfindung schlägt nun einen Weg vor, bei Verdampfungskühlanlagen mit Verwertung der im Dampf enthaltenen Energie trotzdem eine Überhitzung des Dampfes durchzuführen, ohne die nutzbare Rückstol5-leistung zu verringern. Erfindungsgemäß wird der überhitzer als die zur Rückstoßvorrichtung führende Auspuffleitung mantelförmig umgebender Raum ausgeführt und die Auspuffleitung selbst ohne größenmäßige Querschnittsänderung und ohne zusätzliche Umlenkung u. dgl. durch diesen Raum geführt. Die Wärmeabgabe von den Auspuffgasen an den Dampf erfolgt also nur durch Leitung und Strahlung an solchen Wandungsteilen, die auch ohne Anordnung der Wärmeaustauschvorrichtung vorhanden sind und die in letzterem Falle annähernd dieselbe Wärmemenge' ungenutzt an die vorbeiströmende Außenluft abgeben würden. Die Erfindung beruht also nicht auf einem beabsichtigten zusätzlichen Energieentzug aus den Abgasen, wie dies bei allen früheren Vorschlägen der Fall war, sondern auf einer Nutzbarmachung der von den Auspuffgasen unvermeidlich an die Wände der Auspuffleitung abgegebenen Wärmeenergie.The invention now proposes a way in evaporative cooling systems with utilization of the energy contained in the steam, the steam will still be overheated to be carried out without reducing the usable recoil performance. According to the invention the superheater is jacketed as the exhaust pipe leading to the recoil device surrounding space and the exhaust line itself without any change in cross-section size and passed through this space without additional deflection and the like. The heat emission from the exhaust gases to the steam is only effected by conduction and radiation such wall parts, which also exist without the arrangement of the heat exchange device are and in the latter case approximately the same amount of heat 'unused to the would give off outside air flowing past. So the invention is not based on one intended additional energy extraction from the exhaust gases, as with all previous ones Proposals was the case, but on a utilization of the exhaust gases heat energy inevitably released to the walls of the exhaust pipe.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist schematisch in Abb. z dargestellt, während Abb.2 die Bauart des überhitzers im Querschnitt durch die. Auspuffrohre und Abb. 3 denselben im Längsschnitt durch die Rohre darstellt.An embodiment of the invention is shown schematically in Fig. while Fig.2 shows the design of the superheater in cross section through the. Exhaust pipes and Fig. 3 shows the same in longitudinal section through the tubes.

z ist der Motor, aus dem das heiße Kühlwasser in den Dampfabscheider 2 strömt. Das nicht verdampfte Wasser strömt unmittelbar zur Pumpe 3 und von hier in den Motor zurück, während der Dampf in den die Auspuffrohre q. umgebenden Dampfmantel 5 gelangt, darauf in der Turbine 6 nutzbare Arbeit leistet und im Kondensator 7 niedergeschlae n wird. Das Kondensat wird durch Pumpe oder Ejektor ä angesaugt und zusammen mit dem nicht verdampften Wasser in den Motor gedrückt.z is the motor from which the hot cooling water enters the steam separator 2 flows. The non-evaporated water flows directly to the pump 3 and from here back into the engine while the steam enters the exhaust pipes q. surrounding steam jacket 5 arrives, then does useful work in the turbine 6 and in the condenser 7 is dejected. The condensate is sucked in by a pump or ejector and pressed into the engine along with the non-evaporated water.

In Abb.2 und 3 sind q. wieder die Auspuffrohre des Motors r mit, wie üblich, flachem Querschnitt. Zwischen Motor und eigentlichem Auspuffrohr ist nun als Zwischenstück der überhitzer 5 eingeschaltet. Die Auspuffkanäle im überhitzer haben mindestens den gleichen Querschnitt wie die Auspuffrohre außerhalb desselben, so daß kein Strömungshindernis entsteht. Der umgebende Dampfmante15 führt den am einen Ende durch den Stutzen g eintretenden Dampf quer über die Auspuffrohre, wobei durch entsprechende Formgebung der Wandung oder durch Leitbleche überall der gleiche Strömungsquerschnitt gegeben ist, und tritt am anderen Ende durch einen zweiten Stutzen g überhitzt aus.In Fig. 2 and 3, q. again the exhaust pipes of the engine r with how common, flat cross-section. There is now between the engine and the actual exhaust pipe switched on as an intermediate piece of the superheater 5. The exhaust ducts in the superheater have at least the same cross-section as the exhaust pipes outside it, so that there is no flow obstacle. The surrounding steam jacket15 leads the am one end through the port g steam entering across the exhaust pipes, wherein the same everywhere by appropriate shaping of the wall or by baffles Flow cross-section is given, and occurs at the other end through a second Port g overheated.

Claims

PATENT CLAIM: Device for the utilization of the in the exhaust gases an internal combustion engine for aircraft contained energy partly in a recoil device and on the other hand in one of the exhaust gases of the evaporative cooling Motor-heated superheater for the turbine to be fed from the cooling originating steam, characterized in that the heat release of the exhaust gases to the heat exchange device that surrounds the exhaust pipe in a jacket-like manner trained overheating device (5) only by conduction and radiation to the without any size change in cross-section compared to those not used for heating Parts of the exhaust pipe and also without the arrangement of the heat exchange device already before-. Existing part of the exhaust line emerging directly from the engine (Outlet nozzle q.) Takes place.