DE435821C - Einrichtung zur Gewinnung der Kuehlmittelwaerme von Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

Nachdem sich die Ausnutzung der Abgaswärme von Brennkraftmaschinen schon mit Erfolg eingeführt hat, geht man jetzt auch mehr und mehr an die Verwertung der Kühlflüssigkeitswärme heran. Unter den Verfahren, die zur Lösung dieser Aufgabe dienen, bildet die Verdampfungskühlung, d. h. die Verdampfung des Kühlmittels unmittelbar in den Kühlräumen an den zu kühlenden Flächen

ίο zwecks Gewinnung von Arbeitsdampf, wohl das nächstliegende. Verdampfungskühlungen sind schon mehrfach vorgeschlagen und bekannt geworden, ihre Wirkung ist aber immer beschränkt geblieben, da man sich mit der Erzeugung von Dampf ähnlich wie in einem Dampfkessel begnügte. Infolgedessen besteht bei den bekannten Vorschlägen oder Ausführungen weder die Möglichkeit, außer Dampf etwa auch Heißflüssigkeit für verschiedene industrielle Zwecke zu erzeugen, noch die Möglichkeit, das Verhältnis der zu liefernden Dampf- und Heißflüssigkeitsmengen sowie deren Zustand innerhalb weiter Grenzen zu verändern und zu regeln. Die Anwendung der Brennkraftmaschinen in der Großindustrie verlangt aber durchaus derartige Möglichkeiten, damit jene wirtschaftlich arbeiten kann.

Vorliegende Erfindung soll nun die vorstehenden Möglichkeiten gewähren. Sie besteht darin, daß eine an sich bekannte Verdampfungskühlung und ihr Kreislauf mit einem zweiten Kreislauf für Heißfiüssigkeit oder mit noch weiteren Kreisläufen so ver-

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koppelt wird, daß der Dampf einerseits in dem aus Kühlräumen, Dampfsammler, Ausgleichbehälter und Leitungen gebildeten System einen inneren Kreislauf mit Kondensation, andererseits durch Kühl- und Ausnutzungsanlage hindurch einen äußeren Kreislauf mit Arbeitsgewinnung ausführen kann, während gleichzeitig die Kühlflüssigkeit unabhängig vom Dampf ebenfalls einen inneren, ίο der Wärmebeförderung und der Bildung von Heißflüssigkeit dienenden Kreislauf ausführt. Die Erfindung ist aus den Abb. ι und 2 zu ersehen: Das Verdampfungskühlungssystem wird gebildet durch die Kühl- und Verdampfungsräume b des Zylinders α der Maschine, den Dampfsammler d und den Flüssigkeitssammelbehälter e sowie die Verbindungsleitungen c, f und g, welche die Bildung eines geschlossenen inneren Kreislaufs gestatten. Der Flüssigkeitssammelbehälter e ist in an sich bekannter AVeise so angeordnet, daß die Kühlräume stets voll Kühlflüssigkeit und unter einem gewissen Druck stehen. In diesem System wird auf bekannte Weise Dampf erzeugt, der aus dem Dampfsammler d entnommen werden und einen äußeren geschlossenen Kreislauf ausführen kann, welch letzterer aber kein Bestandteil der Erfindung ist. Mit dem Verdampfungskühlungssystem ist ein zweites System verkoppelt, welches zur Erzeugung von heißer Arbeitsflüssigkeit dient. Dasselbe besteht aus dem Sammelbehälter c für Heißflüssigkeit, den Kühlräumen b der Maschine und der Umlauf leitung h, welche einen Kreislauf der Heißflüssigkeit ermöglicht.

Die Wirkungsweise der Einrichtung ist folgende: Aus dem Sammelbehälter e gelangt die Speiseflüssigkeit in die Kühlräume b der Maschine, wo Dampf. und Heißflüssigkeit durch Wärmeübergang aus den beheizten ; Wandungen erzeugt werden. Der Dampf steigt zum größten Teil durch die Leitungen c in den Dampfsammler d, wo er überflüssige Feuchtigkeit verliert und von wo er als Arbeitsdampf entnommen werden kann. Die Heißflüssigkeit dagegen mit dem Reste des gebildeten Dampfes steigt durch die Umlaufleitung h wieder nach dem Sammelbehälter e, . wo sie sich mit der frischen Speiseflüssigkeit mischt und von wo sie oder das Gemisch zum Teil als Arbeitsflüssigkeit entnommen werden kann. Die Anordnung erlaubt also die gleichzeitige Entnahme von Arbeitsdampf und Arbeitsflüssigkeit. In der Umlaufleitung h ist ein Drosselorgan angeordnet. Hierdurch wird weiterhin erreicht, daß die umlaufende Heißflüssigkeitsmenge und ihr Zustand innerhalb gewisser Grenzen und infolge hiervon auch die Dampferzeugung verändert werden können. Diese Veränderlichkeit der Erzeugung von Dampf und Heißflüssigkeit und ihres gegenseitigen Verhältnisses wird nun noch erhöht durch die Verbindung des Dampfsammlers d mit dem Heißflüssigkeitssammelbehälter e durch die Leitung g mit dem darin vorgesehenen Drosselorgan. Denn durch diese Verbindung kann nun ein Teil des gebildeten Dampfes in den Flüssigkeitssammelbehälter e geleitet werden und dort kondensierend zur weiteren Heizung der Flüssigkeit dienen. Das Drosselorgan in der Leitung g gestattet zusammen "mit dem Drosselorgan in der Leitung h, die Erzeugung von Dampf und heißer Arbeitsflüssigkeit zu regeln, so daß also nur Arbeitsdampf oder nur Heißflüssigkeit oder beides in beliebigem Verhältnis erzeugt werden kann.

Die Heizung der Flüssigkeit im Flüssigkeitssammelbehälter erfolgt sonach auf zweierlei Weise, nämlich erstens durch den natürlichen Umlauf der Kühlflüssigkeit vom Zylinderkühlmantel durch die Leitung h nach dem Flüssigkeitssammelbehälter und von diesem zurück durch die Leitung f nach dem Kühlraum, und zweitens durch Kondensation des auf dem Spiegel des Behälterinhaltes stehenden Dampfes und durch das aus dem Dampfsammler d abströmende Kondensat. Die doppelte Beheizung der Arbeitsflüssigkeit ist besonders wertvoll, da sie gestattet, eine große Flüssigkeitsmenge zu erwärmen, ohne aber die gesamte Menge durch die Kühlräume wälzen zu müssen, so daß diese und die Wandungen vor allzu großer stellenweiser Abkühlung bewahrt bleiben.

Man ersieht hieraus, daß die Temperatur im Flüssigkeitssammelbehälter nicht dieselbe zu sein braucht, wie die des Dampfes (so, wie es bei anderen schon bekannten Anlagen der Fall ist), sondern auch eine darunterliegende und innerhalb gewisser Grenzen wählbare sein kann. Die Wärmebeförderung durch Kondensation kann durch Drosselung des Dampfes mittels des Drosselorgans in den gewünschten oder zulässigen Grenzen gehalten werden; auch ist es auf diesem Wege möglich, den Druck im Flüssigkeitssammelbehälter innerhalb gewisser Grenzen niedriger zu halten als im Dampfsammler. Gewisse Unstätigkeiten in der Speiseflüssigkeitszufuhr oder in der Kondensation gleichen sich dabei selbsttätig durch Steigen und Fallen des Flüssigkeitsspiegels im Sammelbehälter aus, der sich hierbei der Formgebung des letzteren entsprechend verändert. Normalerweise ist aber der Druck im Flüssigkeitssammelbehälter nicht wie bei anderen bekannten Anlagen kleiner als in den Kühlräumen; es ist demnach hier zur Beförderung der Kühlflüssigkeit aus dem Flüssigkeitssammelbehälter in die Kühlräume keine Arbeits-

leistung durch Pumpen erforderlich; sondern es genügt der natürliche Umlauf infolge der Temperaturunterschiede.

Der Dampf sammler d dient gleichzeitig als Wasserabscheider und ist etwas nach dem Flüssigkeitssammelbehälter zu geneigt, damit das Kondensat in diesen abfließt; die Einführung der Dampfleitungen in den Sammler erfolgt so, daß das Kondenswasser

ίο nicht in diese Leitungen abfließen kann.

Der aus dem Dampfsammler austretende gesättigte Dampf kann dann zwecks Überhitzung noch ganz oder teilweise z. B. in einer Rohrschlange um den Anfang der Aus- ; puffleitung geführt oder auf anderem Wege !

durch die Abgase überhitzt werden. [

Die Einrichtung gibt sonach die Möglich- ;

keit, nicht nur Dampf von verschiedenem [ Zustande für Kraft-, Heiz- oder Kochzwecke, j sondern auch heiße oder warme Flüssigkeit für die verschiedensten Zwecke der einzelnen Industrien oder für Wasch- und Badezwecke \ zu entnehmen. Und zwar kann auch noch i Flüssigkeit von verschiedenen Temperaturen entnommen werden, indem man einerseits den Flüssigkeitssammelbehälter, andererseits die einzelnen Kühlräume unmittelbar anzapft und den Temperaturzustand in denselben der Zulauftemperatur gemäß durch richtige Bemessung der durchfließenden Mengen regelt. Die Kühlflüssigkeiten der einzelnen Kühlräume führen infolge der getrennten Zu- und Ableitungen parallele Kreisläufe aus, die teilweise oder ganz getrennt sind. Die Kühlflüssigkeit gelangt von dem Flüssigkeitssammelbehälter in getrennten Leitungen nach den einzelnen Kühlstellen und von dort aus wieder in getrennten Leitungen nach dem Dampf sammler. Erst hier vereinigen sich also in diesem Falle die Kreisläufe. Diese Anordnung ist in erster Linie getroffen, um das Ansetzen von großen Dampf- oder Luftblasen in den einzelnen Kühlräumen und ganz besonders an den Kühlflächen zu verhindern und die Gewißheit zu haben, daß die Kühlräume bis oben mit Flüssigkeit gefüllt sind. Außerdem wird hierdurch und mit Hilfe von zwischengeschalteten Absperrorganen auch noch die Möglichkeit geschaffen, die einzelnen Kühlräume mit verschiedenartigen Kühlflüssigkeiten zu beschicken. In diesem Falle müssen natürlich die Kreisläufe ganz ge- t trennt werden, was ohne weiteres zu erreichen , ist. Man kann auf diese Weise dann Dampf von verschiedenen Spannungen erzeugen oder auch Kühlflüssigkeit von höherer Temperatur als die des Dampfes erhalten. Der Flüssigkeitssammelbehälter und der Dampfsammler müßten dann natürlich entweder unterteilt werden, oder es müßten für die einzelnen Betriebsstoffe gesonderte Behälter angeordnet werden, wie dies in Abb. 2 gezeigt ist.

Die Einrichtung für die einzelne Maschine ist zunächst so gedacht, daß für jeden Zylinder und die dazugehörigen Kühlräume ein besonderer Dampfsammler angeordnet wird, dagegen normalerweise nur ein gemeinsamer Flüssigkeitssammelbehälter. Bei Ausrüstung ganzer Maschinengruppen oder Zentralen mit der neuen Kühlanlage würde man zweckmäßig zur Zentralisierung schreiten, indem für mehrere Maschinen oder selbst für die gesamte Zentrale nur ein gemeinsamer Flüssigkeitssammler aufgestellt würde.

Die Zugänglichkeit zu den Maschinen, insbesondere bei der Auswechslung einzelner Teile oder beim Ein- und Ausbau zwecks Ausbesserungen, wird durch die Anlage nicht beeinträchtigt. Durch die eigenartige Anordnung der Dampf sammler z. B. quer über der Mitte der Zylinder oder des Mittelstückes und die aus der Zeichnung ersichtliche Führung der Verbindungsleitungen zwischen den Dampfsammlern und den einzelnen Kühlräumen ist es ermöglicht, daß Arbeiten an der Einlaß steuerung, der Regelung und dem Triebwerk nach wie vor unbehindert ausgeführt werden können. Andererseits gestatten der unmittelbare Zusammenbau der Anlage mit den Maschinen und ihre verhältnismäßig einfache Gestaltung, ohne besonderes Bedienungspersonal auszukommen; die Wartung kann ohne Schwierigkeiten von der Bedienungsmannschaft der Maschinen mit übernommen werden.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Einrichtung zur Gewinnung der Kühlmittelwärme von Brennkraftmaschinen nach Art der Verdampfungskühlung mit einem das System speisenden Ausgleichbehälter, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf einerseits in dem aus Kühlräumen (&), Dampf sammler (d), Ausgleichbehälter (e) und Leitungen (c, f, g) gebildeten System einen inneren Kreislauf mit Kondensation, andererseits durch Kühl- und Ausnutzungsanlage hindurch einen äußeren Kreislauf mit Arbeits- «o gewinnung ausführen kann, während gleichzeitig die Kühlflüssigkeit unabhängig vom Dampf ebenfalls einen inneren, der Wärmebeförderung und der Bildung von Heißflüssigkeit dienenden Kreislauf ausführt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.