DE310329C

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Publication number: DE310329C
Application number: DENDAT310329D
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

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Die Haltbarkeit und Betriebssicherheit von Verbrennungskraftmaschinen bzw. Dieselmotoren wird durch die hohe Verbrennungstemperatur stark beeinträchtigt. Diese kann herabgesetzt werden, indem man der Verbrennungsluft weniger Brennstoff zuführt, aber dies hat dann eine entsprechende Leistungsminderung der Maschine und eine Verschlechterung des thermischen Wirkungsgrades infolge zu niedrigen mechanischen Wirkungsgrades zur'. Folge. Es ist auch vorgeschlagen worden,, in der Weise zu arbeiten, daß man nicht die Brennstoffmenge vermindert, sondern die Luftmenge vermehrt, d.h.

die Maschine mit Vorverdichtung arbeiten läßt. Aber auch in diesem Falle wird die Leistung der Maschine herabgesetzt, denn diese muß den Verdichter betreiben. Wenn diese Leistungsminderung nicht eintreten soll, ist es nötig, die Maschine entsprechend größer zu machen, was dann aber, außer der . Maschine selbst, auch ihren Betrieb verteuert.

Die hier vorliegende Aufgabe ist nun die, die Verbrennungskraftmaschine mit herabgesetzter Temperatur arbeiten lassen zu können, dabei aber eine Leistungsminderung zu vermeiden. Die Lösung dieser Aufgabe beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn man die Verbrennungskraftmaschine mit vermehrter Luftmenge arbeiten läßt, die Brennstoffmenge aber nicht vermehrt, die Abgase der derart arbeitenden Maschine einen so großen Wärmeinhalt haben und hieraufhin in solchem Maße zu einer weiteren Krafterzeugung herangezogen werden können, daß der für das Vorverdichten der Verbrennungsluft erforderliche Arbeitsaufwand im wesentlichen zurückgewonnen wird.

Eine Voraussetzung hierzu ist, daß die Verbrennungskraftmaschine nicht allein arbeitet, sondern daß sie einen Teil einer Kraftanlage bildet, die außer der Verbrennungskraftmaschine auch eine Dampfmaschine nebst Dampferzeuger enthält. Dabei werden nun die Abgase der in der genannten besonderen Weise arbeitenden Verbrennungskraftmaschine zunächst beim Erzeugen oder Überhitzen des Dampf es. für die Dampfmaschine benutzt, und dann werden sie einer Abgasturbine zugeführt, um in dieser zum zweiten Male ausgenutzt zu werden. Die bei der doppelten Verwendung jener Abgase gewonnene Kraft aus der Dampfmaschine und der Abgasturbine ist so groß, daß sie den Arbeitsaufwand für das Vorverdichten der Verbrennungsluft so gut wie völlig ausgleicht, also die Leistung der Gesamtanlage so gut wie gar nicht durch das Vorverdichten gemindert wird. Dabei arbeitet die Verbrennungskraftmaschine nun aber mit herabgesetzter Verbrennungstemperatur, so daß weder ihre Haltbarkeit, noch ihre Betriebssicherheit beeinträchtigt wird. Der durch die Abgaswärme erzeugte Dampf kann durch Dampf einer anderen Quelle vermehrt werden. . Mit all diesem ist ■ die gestellte Aufgabe gelöst.

Das Ausnutzen der Abgase von Verbrennungskraftmaschinen in einem Dampferzeuger, ebenso das Ausnutzen in einer Abgas-

maschine und schließlich auch das zweifache Ausnutzen in einem· Dampf erzeuger und einer Abgasmaschine hintereinander ist zwar bereits vorgeschlagen worden, aber ohne wirtschaftlichen Erfolg. Es ist nicht- erkannt worden,' daß hierzu Abgase von einer Verbrennungsmaschine gehören, die mit vermehrter Luftmenge bzw. mit Vorverdichtung, j aber nicht auch mit vermehrter Brennstoffmenge arbeitet. Nur wenn diese Vorbedingung erfüllt ist, sind Abgase mit einem sol- j chen Wärmeinhalt und solcher Arbeitsfähig- j keit vorhanden, daß die für das Vorverdichten der Verbrennungsluft aufgewendete Kraft zurückgewonnen wird. Zum richtigen Beurteilen der Verhältnisse muß aber immer . mit im Auge behalten werden, daß es sich nicht allein um das Wiedergewinnen der für das A^orverdichten der Verbrennungsluft aufgewendeten Kraft handelt, sondern auch darum, die Verbrennungskraftmaschine mit herabgesetzter Temperatur arbeiten zu lassen, wie dies bereits oben dargelegt worden ist. Es handelt sich eben darum, beide Wirkungen zu gleicher Zeit zu erreichen, und das Mittel hierzu besteht in der Vereinigung einer Anzahl von einzelnen -bekannten Umständen, die bei der vorliegenden Erfindung zum ersten Male zum gleichzeitigen Erreichen der genannten Wirkungen vereinigt worden sind.

Drei Ausführungsformen von Kraftanlagen, die nach dem vorstehend dargelegten Verfahren arbeiten, sind in den Zeichnungen veranschaulicht. Übereinstimmend in diesen ist, daß in jedem Fall als Verbrennungskraftmaschine eine mehrzylindmge doppeltwirkende Zweitaktmaschine benutzt wird und das' erste Ausnutzen der Abgase dieser für das Erzeugen von Dampf in der Weise stattfindet, daß die Abgase auf einen Speisewasservorwärmer wirken, wonach sie dann zu der Abgasturbine gelangen. Im übrigen sind diese verschiedenen Ausführungsformen folgendermaßen beschaffen:

In Fig. ι ist eine vierzylindrige Verbrennungskraftmaschine A vorhanden, die eine Schraubenwelle antreibt. Ihre Abgase gelangen durch das Rohr / zu dem Vorwärmer B, dem dias kalte Speisewasser durch das' Rohr Q zugeführt und von dem das erwärmte Speisewasser durch das Rohr R abgeführt wird. 5" ist eine in dem Rohr R vorgesehene Absperrvorrichtung.

Beim Aderlässen des Vorwärmers B treten die Abgase durch das Rohr K zu der Abgasturbine D und gehen von dieser durch das Rohr L weg. Die Abgasturbine dient hier ' mit zum ■ Treiben eines Turboverdichters F, der die Luft für die Verbrennungskraftmaschine vorverdichtet und der außer durch die Abgasturbine auch mittels einer Dampfturbine C betrieben wird; diese ist weiter unten nochmals erwähnt.

Der auch schon in dem Vorwärmer entwickelte Dampf geht durch das Rohr M ab und gelangt mit dem aus dem Kessel G durch das Rohr TV austretenden Dampf zusammen zu der Naßdampfverteilkammer Y eines Überhitzers H, den der Dampf durch die Heißdampfsammelkammer X hindurch verläßt. .Der überhitzte Dampf wird auf zwei Rohre0 und P verteilt, von denen das erstere ihn zu der bereits erwähnten Turbine C leitet.

Das Rohr P führt den Dampf zu einer ZAveiten Turbine E, von der aus mittels eines Übersetzungsgetriebes Z eine zweite Schraubenwelle angetrieben wird. Der Abdampf aus den beiden Turbinen C und E wird in dem Kondensator V niedergeschlagen, .

Bei der Ausführung nach Fig. 2 arbeitet eine .zweizylindrige Verbrennungskraftmaschine A auf einen elektrischen Stromerzeuger X₁, den sie zusammen mit einer doppeltwirkenden zweizylindrigen Gleichstromdampfmaschine U antreibt. Diese letztere betreibt auch den zweizylindrigen Kolbenverdichter T.

Der Weg der Abgase ist derselbe wie in Fig. i. Zu erwähnen ist nur, daß die Abgasturbine D hier zum Antreiben eines kleinen Stromerzeugers Y₁ benutzt wird.

Als Dampfkessel wird in dem in Fig. 2 gezeigten Falle ein Wasserrohrkessel benutzt; der Dampf aus diesem, und aus dem Vorwärmer wird auch wieder durch einen Überhitzer H geleitet und gelangt dann durch das Rohr 0 zu der bereits erwähnten Gleichstromdampfmaschine U. Der Abdampf geht in den Kondensator V.

Bei der dritten Ausführungsform (Fig. 3) betreibt die Verbrennungskraftmaschine A sowohl den Stromerzeuger X₁ als auch den Verdichter T. Der Dampfkessel ist wieder ein Wasserrohrkessel, und wie in Fig. 1 wird der Dampf in einer Turbine E benutzt, die mit der Abgasturbine zusammen arbeitet. Beide Maschinen betreiben einen zweiten Stromerzeuger Y₁.

Das Benutzen der Abgase zum Erzeugen von Dampf bzw. das Mitbenutzen der Abgase hierbei braucht nicht auf das Vorwärmen des Speisewassers eingeschränkt zu werden, sondern die Abgase können auch den Dampfkessel selbst beheizen, vorzugsweise mit einer besonderen Feuerung für ihn zusammen. Unter dem Erzeugen von Dampf wird hier aber auch das Erzeugen von Heißdampf bzw. das Überhitzen von Dampf verstanden, d. h. die Abgase brauchen weder auf einen Vorwärmer, noch auf einen Dampfkessel einzuwirken, sondern können einem Überhitzer zügeführt werden. In diesem Falle ist es bei besonders großem Wärmeinhalt der Abgase

möglich, sie, nachdem sie zum Überhitzen Idles Dampfes benutzt worden sind, noch einem Vorwärmer zuzuführen, wonach sie dann erst zu der Abgasturbine geleitet werden.

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Claims

Patent-An Sprüche:

i. Verfahren für Kraftbetriebe, in denen eine Verbrennungskraftmaschine und eine Dampfmaschine arbeiten und die letztere die Abgaswärme der ersteren verwertet, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungskraftmaschine ohne Vermehrung der Brennstoffmenge mit vermehrter Luftmenge (Vorverdichtung) arbeitet und ihre Abgase zunächst beim Erzeugen oder Überhitzen des Dampfes für die Dampfmaschine und hiernach zum Antreiben einer Abgasturbine benutzt werden, das Ganze zu dem Zweck, die Verbrennungskraftmaschine mit herabgesetzter Temperatur zu betreiben und dabei ihre durch den Arbeitsaufwand für das Vorverdichten herbeigeführte Leistungsminderung im wesentlichen aufzuheben.
2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorverdichter für die Verbrennungsluft mit einer Dampfmaschine und einer Abgasturbine als Antriebsmaschinen' ein besonderes, von der Verbrennungskraftmaschine mechanisch unabhängiges Maschinenaggregat bildet,

·. wobei die Dampfmaschine mit dem aus der Abgaswärme der Verbrennungskraftmaschine gewonnenen Dampf und die Abgasturbine mit den Abgasen der Verbrennungskraftmaschine betrieben wird.
3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bei der die Vorverdichtung der Verbrennungsluft in Kolbenverdichtern erfolgt, die mit der Welle der Verbrennungskraftmaschine durch Kurbelgetriebe verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem aus den Abgasen erzeugten Dampf, dessen Menge durch Dampf aus einer anderen Quelle vermehrt sein kann, Kolbenmaschinen betrieben werden, die mit den Vor-Verdichterzylindern hintereinander angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.