DK145242B - Frobraendingsmotoranlaeg med en turboladet,vandkoelet motor - Google Patents

Description

145242 1 Opfindelsen angår et forbrændingsmotoranlæg med en turboladet, vandkølet motor og af den i krav l's indledning angivne art.

5 Et sådant anlæg er allerede foreslået i dansk patentansøgning nr. 4979/78. Ved dette anlæg tjener lade-luftkøleren som fordamper for mindst én del af ar-bejdsmediet i det andet dampkredsløb, der i forhold til det første kredsløb arbejder på et lavere tryk-10 og temperaturniviau. Ved det omtalte anlæg bliver den frembragte damp fra ladeluftkøleren som mættet damp uden overhedning tilført til arbejdsydende ekspansion i en turbine eller et mellemtrin i en turbine.

15 Ved det nævnte anlæg har det vist sig som en ulempe, at fremstillingen af ladeluftkøleren stiller store krav, da fx den rørslange for ophederen, i hvilken fordampningen af arbejdsmediet i det andet dampkredsløb sker, skal have en stor overflade.

20

Den foreliggende opfindelse tager sigte på at angive et anlæg af den omhandlede art, ved hvilket man under bibeholdelse af den gode spildevarmeudnyttelse, der opnås ved det kendte anlæg, kan reducere omkostnin-25 gerne ved fremstillingen af ladeluftkøleren, og dette opnås ifølge opfindelsen ved, at anlægget er udformet som angivet i krav l's kendetegnende del.

I ophederen i anlægget ifølge opfindelsen bliver 30 det flydende arbejdsmedium i det andet dampkredsløb ifølge opfindelsen ophedet eller "overhedet" så meget, at den påkrævede dampmængde bliver frembragt ved hjælp af en ekspansionsfordampning, der finder sted efter ladeluftkøleren, regnet i strømningsretningen, 35 uden at der kræves en ekstra ekstern varmekilde.

145242 2 1 På basis af grundkonceptionen for det omhandlede anlæg lykkes det på denne måde at dimensionere lade-luftkøleren på sekundærsiden - som det i og for sig er kendt, se "Schiff- & Hafen/Kommandobrucke" 29, 5 1977j hæfte 5, side 488/489 - alene for flydende varmebæremedier, uden at herved de specifikke fordele ved det kendte anlæg går tabt.

Den samlede udnyttelse, herunder navnlig den mængde 10 mekanisk arbejde, der ydes af alle varmekilder i forbrændingsmotoren, kan herved forøges, når der i damprummet for væskeudskilleren findes en kølevandsopvarmet overheder for dampen i det andet dampkredsløb, idet det efter omstændighederne kan være hen-15 sigtsmæssigt, at kølevandet fra forbrændingsmotoren før varmeafgivelsen til arbejdsmediet i det andet dampkredsløb bliver ophedes ved hjælp af den spildegas opvarmede spildevarmekedel i anlægget.

20 Klargørelsen af det forvarmede kondensat til ophederen sker hensigtsmæssigt fra væskeudskilleren over en med en trykforøgende pumpe udstyret kondensattilbageføringsledning og/eller ved hjælp af en kondensatforvarmer, der er indskudt foran ophederen i 25 ladeluftkøleren.

Endvidere kan man som ekstra anvendelsesmulighed for det i væskeudskilleren fremkommende forvarmede kondensat anvende et med en cirkulationspumpe forsynet, 30 til væskeudskilleren tilsluttet fordampmingskredsløb, der er opvarmet fra forbrændingsmotorens kølevand.

Endelig kan det være hensigtsmæssigt, når ophederen og eventuelt kondensatforvarmeren begge er dimensio-35 neret til arbejdsmediummængden i hvert af de to damp- 145242 3 1 kredsløb, på hvilke arbejdsmediumstrømmen mellem ophederen og ekspansionsorganet er opdelt, da varme-udnyttelsen i ladeluftkøleren herved bliver forøget ikke uvæsentligt.

5

Opfindelsen forklares nærmere under henvisning til tegningen, der skematisk viser en udførelsesform for anlægget.

10 Til en skematisk vist motor 1 hører der en ladegruppe, hvis ladeluftblæser 3 indsuger luft over et filter 2 og gennem en ledning 4 og transporterer luften gennem en ledning 6 til motoren 1. I ledningen 6 er der indskudt en ladeluftkøler 7 for den komprimerede 15 luft.

Ladeluftblæseren 3 er drevet af en spildegasturbine 8 over en aksel 10, idet de varme udstødsgasser fra motoren 1 strømmer til turbinen 8 gennem en ledning 20 9 og efter ekspansion i turbinen 8 bortføres gennem en ledning 11, i hvilken der er anbragt en varmeud-veksler eller spildevarmekanal 12.

Varmeudveksleren 12 tjener som fordamper og overheder 25 for arbejdsmedium i et dampkredsløb 13, der arbejder med forholdsvis høje tryk og tjener til udnyttelse af spildegasvarmen.

Det til det nævnte dampkredsløb hørende system er 30 afgrenet på et sted 15 fra en kondensatledning 16, der indtil dette punkt er fælles for dampkredsløbet 13 med det højere liggende energipotential og for det andet dampkredsløb 25 med et lavere liggende energipotential. Opbygningen af dampkredsløbet 25 35 beskrives mere udførligt nedenfor.

145242 4 1 I dampkredsløbssystemet 13 forbinder en kondensatførende ledning 14 et sted 15 med en spildegasopvarmet fordamper 17, til hvilken en væskeudskiller 18 er tilsluttet. Den i denne udskiller udskilte væske bort-5 føres gennem en ledning 49 og føres efter delvis udnyttelse af væskens restvarmeindhold tilbage til den fælles arbejdsmediumstrøm for de to dampkredsløb 13 og 25. Damprummet i udskilleren 18 er forbundet med en ligeledes spildegasopvarmet overheder 19, 10 fra hvilken en dampledning 20 fører til højtrykssiden i en ligeledes for de to dampkredsløb 13 og 25 fælles turbine 32, der driver en generator 33·

Til motoren 1 hører der endvidere på tegningen et 15 hedtvandskølekredsløb 21, der, regnet fra kølevands siden, indeholder en ligeledes spildegasopvarmet, i spildevarmekedlen 12 anbragt ophedningsvarmeudveksler 24, en køler 22 og en pumpe 23. Den i og for sig kendte hedtvandskøling adskiller sig fra de alminde-20 lige kølesystemer ved, at den arbejder ved temperaturer over 100°C, idet kølevandet fx kan forlade motoren 1 med omkring 130°C - til forskel fra de gængse anlæg -, og i det foreliggende anlæg først bliver ophedet i varmeudveksleren 24 til omkring 133°C, derefter 25 strømmer ind i køleren 22, i denne afkøles omkring 13°C til 120°C, og transporteret af pumpen 23 strømmer tilbage til motoren 1.

Da fordampning må forhindres i et sådant kølevands-30 kredsløb, står kredsløbssystemet under et overtryk, der fx ved hjælp af en ikke vist høj tank ved hjælp af komprimeret luft holdes på 5 ata.

Som varmeoptagende medium tjener i hedtvandskøleren 35 22 arbejdsmediet i det andet dampkredsløb .25, der i 145242 5 1 parallelle strømme passerer gennem en overheder 36 og en fordamper 40. Dette andet dampkredsløb 25, der i forhold til det første arbejder på et lavere tryk-og temperaturniveau, er fra udstrømningen fra tur-5 binen 32 indtil forgreningspunktet 15 forbundet med det første dampkredsløb 13. I dette fælles delområde findes der en fødepumpe 26, ved hjælp af hvilken arbejdsmediet, i almindelighed vand, transporteres fra en kondensator 27 til en kondensatforvarmer 28.

10 I denne forvarmer 28, der ligger i ladeluftkøleren 7, bliver det kolde kondensat forvarmet af den komprimerede ladeluft, før det i en opheder 29 ophedes så højt som muligt, uden at der indtræder dampdannelse.

15 Det varmeafgivende medium i ophederen 29 er ligeledes den komprimerede ladeluft.

Mellem kondensatforvarmeren 28 og ophederen 29 indmunder en kondensat-tilbageføringsledning 30, der 20 fører forvarmet kondensat tilbage ind foran ophederen 29. Ved enden af ophederen 29, i strømmens retning, er den allerede nævnte kondensatledning 16 tilsluttet.

Over dette punkt 15, i hvilket ledningen 14 for det 25 forvarmede flydende arbejdsmedium i det første dampkredsløb 13 er afgrenet, fører ledningen 16 til et ekspansions- eller afspændingsorgan 31, fx et drøvle-organ. I dette bliver en del af arbejdsmediet, der cirkulerer i det andet dampkredsløb, fordampet ved 30 ekspansion, under samtidig afkøling. Damp og restkondensat strømmer i ledningen 16 i fællesskab til en væskeudskiller 34 til adskillelse af damp og væske.

Pra damprummet i denne væskeudskiller 34 fører en 35 ledning 35 til en kølevandsopvarmet overheder 36, 145242 6 1 fra hvilken overhedet damp gennem en ledning 37 strømmer til arbejdsydende ekspansion i et mellemtrin i den fælles turbine 32.

5 Pra kondensatrummet i væskeudskilleren 34 transporterer en pumpe 38, der samtidig udligner det på grund af ekspansionen fremkaldte trykfald, det forvarmede kondensat gennem kondensattilbageføringsledningen 30 tilbage til et mellem forvarmeren 28 og ophederen 29 10 liggende sted 39 i det fælles delområde for de to dampkredsløb 13 og 25. Dette tilbageførte, forvarmede kondensat kan opvarmes på ny og i tilslutning hertil tilledes til ekspansionsfordampning.

15 Til ekstra dampfrembringelse i det andet dampkredsløb 25 tjener den allerede nævnte kølevandsopvarmede fordamper 40, der over en kondensatførende ledning 41 er forbundet med ledningen 30 eller kondensatrummet i væskeudskilleren 34 og ved hjælp af en ledning 42 20 med damprummet i denne væskeudskiller 34. Strømmen gennem fordamperen 40 bliver derved sikret ved hjælp af en i ledningen 4l indskudt cirkulationspumpe 43.

Er denne varmeafgivelse, der fremkaldes af det gennem 25 forvarmeren 28 og ophederen 29 cirkulerende arbejds-medium, ikke tilstrækkelig til at afkøle ladeluften i tilstrækkelig grad, findes der for luften ved enden af ladeluftkøleren 7 en varmeudveksler 45, idet det ydre kølemiddel samtidig tjener som varmebortfØrende 30 medium i kondensatoren 27. Til dette formål er der for kølemidlet parallelt med varmeudveksleren 45 indskudt en varmeudveksler 46 i kondensatoren 27·

Opdelingen af kølemiddelstrømmen på de to aggregater 45 og 46 sker ved hjælp af indstillelige drøvleorga-35 ner 47 og 48, der kun er vist skematisk.

145242 7 1 Alt efter mængden og temperaturfordelingen for den opstående spildevarme fra spildevarmekilderne kan kølevand og ladeluft efter omstændighederne enten fordamperen 40 eller kondensatortilbageføringslednin-5 gen 30 falde bort og erstattes af den ene af disse to muligheder for dampfremstillingen i det andet dampkredsløb 25, i forbindelse med ekspansionsorganet 31- 10 Endvidere er det muligt efter omstændighederne at adskille de to dampkredsløb 13 og 25 trinvist yderligere fra hinanden, fx at anvende adskilte kondensatorforvarmere og -ophedere eller endog adskilte føde-pumper, kondensatorer og/eller turbiner for de to 15 kredsløb.

Hvilken af de forskellige muligheder der er den gunstigste til en optimal varmegenvinding med anlægget ifølge opfindelsen, må bestemmes i de enkelte til-20 fælde ud fra temperaturerne og varmemængderne i de to spildevarmekilder. Til at give et indtryk af de givne temperaturforhold er der på tegningen indført de på forskellige steder målte temperaturværdier i °C i et forsøgsanlæg.

Claims (3)

145242

1. Forbrændingsmotoranlæg med en turboladet, vand-kølet motor, med mindst én ladegruppe, i hvis lade- 5 luftledning der er indskudt mindst én luftkøler, og med mindst ét dampkredsløb, i hvilket i det mindste en del af spildevarmen fra motoren tjener til opvarmning og fordampning af et arbejdsmedium, idet der til spildevarmeudnyttelse fra spildegasserne 10 findes et første dampkredsløb på et højere tryk- og temperaturniveau i forhold til et andet dampkredsløb til udnyttelse af kompressionsvarmen i ladeluften og spildevarmen i kølevandet, og at arbejdsmediet i det mindste delvist tilføres til mindst én dampturbine 15 til arbejdsydende ekspansion, og idet endvidere kølevandskredsløbet for forbrændingsmotoren er udformet som hedtvands-kredsløb, der står under overtryk og har kølevandstemperatur på over 100°C, kendetegnet ved, at der i det andet dampkredsløb 20 (25) til fordampning af arbejdsmediet er indskudt en i ladeluftkøleren (7) anbragt opheder (29) for forvarmet i flydende arbejdsmedium, et ekspansionsorgan (31) for dampfrembringelse og en damp-væskeadskiller (34). 25

1 PATENTKRAV

2. Anlæg ifølge krav 1, kendetegnet v e d , at en med en trykforøgende pumpe (38) forsynet kondensattilbageføringsledning (30) fører fra væskeudskilleren (34) ind foran ophederen (29)· 30

3. Anlæg ifølge et af kravene 1 eller 2, kendetegnet ved, at der foran ophederen (29) er indskudt en kondensatforvarmer (28) i ladeluft-køleren (7). 35