DE736486C - Method for operating internal combustion engines with deep cooling of the combustion air - Google Patents

Method for operating internal combustion engines with deep cooling of the combustion air

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DE736486C DEN44038D DEN0044038D DE736486C DE 736486 C DE736486 C DE 736486C DE N44038 D DEN44038 D DE N44038D DE N0044038 D DEN0044038 D DE N0044038D DE 736486 C DE736486 C DE 736486C
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Description

Verfahren zum Betriebe von Brennkraftmaschinen mit Tiefkühlun-, der Verbrennungsluft Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum, Betrieb von Brennkraftmaschinen mit Tiefkühlung der Verbrennungsluft vor ihrer Einführung in den Arbeitszylinder durch den Brennstoff nach Patent 668 602. Sie bildet dieses Verfahren dadurch weiter aus, daß .es auf kondensatorlose Maschinen für beliebige Zwecke und unter Verwendung eines beliebigen, bei Außentemperatur und atmosphärischem Druck gasförmigen, unter erhöhtem Druck und bzw. oder niedriger Temperatur verflüssigbaren, in verflüssigtem Zustand mitgeführten Brennstoffes angewendet wird. Die Erfindung macht dadurch die Vorzüge des Patents 668 6o2 für die genannten weiteren Anwendungsgebiete nutzbar.Method for operating internal combustion engines with deep cooling, the combustion air The invention relates to a method for operating internal combustion engines with deep cooling of the combustion air before it is introduced into the working cylinder by the fuel according to patent 668 602. It further develops this method in that .es is applied to condenserless machines for any purpose and using any fuel that is gaseous at outside temperature and atmospheric pressure, liquefied under elevated pressure and / or low temperature and carried in a liquefied state. The invention thereby makes the advantages of patent 668 602 available for the other areas of application mentioned.

Vorzugsweise wird bei Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff die Tiefkühlung bis zur Verflüssigung eines Teiles der Verbrennungsluft geführt.Preferably, when using hydrogen as fuel, the Freezing led to the liquefaction of part of the combustion air.

Zwei Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt Fig. i eine Ausführungsform, bei der von vornherein nur der Sauerstoffanteil der Luft oder ein Teil der Luft, die in den Wärmeaustauscher geschickt ,vird, zur Verflüssigung gelangt und Fig.2 eine abweichende Ausführungsform, bei der der in dem, Wärmeaustauscher bis zur Verflüssigung gekühlte Teil der Verbrennungsluft. vollständig, d. h. zusammen mit dem Stickstoff verflüssigt wird, der dann später abgetrennt werden kann.Two embodiments of the invention are shown in the drawings, for example shown, namely Fig. i shows an embodiment in which from the start only the oxygen content of the air or some of the air going into the heat exchanger sent, vird, comes to the liquefaction and Fig. 2 a different embodiment, where the part of the combustion air cooled in the heat exchanger until it liquefies. complete, d. H. together with the nitrogen is liquefied, which is then later can be separated.

Die Anlage gemäß Fig. i besteht aus dem Wasserstoffbehälter i, Förderpumpen für flüssigen Wasserstoff und Sauerstoff, einer Wärmeaustauschvorrichtung, einem Sammelbehälter für flüssigen Sauerstoff und dem Motorzylinder. An den Behälter i ist eine Rohrleitung a mit einem Ventil 3 angebracht, durch das der Wasserstoffgasdruck iin Behälter i geregelt werden kann. Der Wasserstoff verläßt den Behälter i durch das Rohr .1 in flüssigem Zustand, wird dann durch die Pumpe 5 angesaugt und durch die Rohrleitung 6 in flüssigem Zustand in die Spirale der Wärm.eaustauschvorrichtung gepreßt; er verläßt -die Spirale 7 durch die Rohrleitung 8 infolge Wärmeaufnahme nunmehr schon in gasförmigem Zustand, strömt mittels der Rohrleitung i o zur Vorwärmespirale i i, die um den Motorzylinder gelegt ist. Von hier strömt er durch die Rohrleitung 12 zum Wasserstoffeinlaßventil 13- Die Verbrennungsluft strömt innerhalb des zylindrischen Mantels i q. um die in der Wärmeaustauschvorrichtung gelagerten Spiralen, verläßt die Wäimeaustauschvorrichtung durch die Rohrleitung 15, die zu einem Trenngefäß 16 führt, in welchem sich der 4.lüssige Sauerstoff sammelt, während der nicht verflüssigte Stickstoff durch die Rohrleitung 17 zu einem Mantelgefäß 18 führt und über das Mantelgefäß 1q. die angesaugte Verbrennungsluft abkühlt. Dann verläßt der Stickstoff das Mantelgefäß 18 durch die trichterförmige üffnung i9 und entweicht in die Luft. Diese Trennung durch teilweise Verflüssigung ist ein wesentliches Merkmal dieser Ausführungsform.The system according to FIG. I consists of the hydrogen tank i, feed pumps for liquid hydrogen and oxygen, a heat exchange device, a collecting tank for liquid oxygen and the motor cylinder. A pipe a with a valve 3 is attached to the container i, through which the hydrogen gas pressure i in the container i can be regulated. The hydrogen leaves the container i through the pipe .1 in the liquid state, is then sucked in by the pump 5 and pressed through the pipe 6 in the liquid state into the spiral of the heat exchange device; it leaves the spiral 7 through the pipeline 8 as a result of heat absorption now already in the gaseous state, flows by means of the pipeline io to the preheating spiral ii, which is placed around the engine cylinder. From here it flows through the pipe 12 to the hydrogen inlet valve 13- The combustion air flows inside the cylindrical jacket i q. around the spirals stored in the heat exchange device, the heat exchange device leaves through the pipe 15, which leads to a separation vessel 16 in which the 4th liquid oxygen collects, while the non-liquefied nitrogen leads through the pipe 17 to a jacket vessel 18 and via the Jacketed vessel 1q. the sucked in combustion air cools down. Then the nitrogen leaves the jacket vessel 18 through the funnel-shaped opening 19 and escapes into the air. This separation by partial liquefaction is an essential feature of this embodiment.

Der im Trennungsgefäß 16 sich ansammelnde flüssige Sauerstoff !ließt durch die Rohrleitung 2o in den Sauerstoffbehälter 21, von wo er mittels . der Rohrleitung durch -die Pumpe 23 angesaugt und in flüssigem Zustand mittels der Rohrleitung der Spirale 25 der Wärmeaustauschvorrichtung zugeführt wird. Zur besseren Wärmeübertragung sind die Spiralen; und 25 mit kreisförmigen Rippen 26 umgeben. In der Spirale 25 erwärmt sich der Sauerstoff unter Verdampfung und kühlt ebenfalls die Ansaugluft ab. Er verläßt die Spirale 25 durch die Rohrleitung 29 und fließt von dieser durch eine Spirale 3o um den Zylinder, «#o er vorgewärmt wird. Er verläßt die Spirale 3o durch die Rohrleitung 3 i, die zum Sauerstoffansaugventi132 führt. Nach der Verbrennung im Motor verlassen die Verbrennungsgase den Zylinder über das Ventil33 und strömen durch die Rohrleitung 3q. ins Freie.The liquid oxygen accumulating in the separation vessel 16 reads through the pipe 2o into the oxygen tank 21, from where it means. the pipeline -sucked by the pump 23 and in the liquid state by means of the pipeline of the Spiral 25 is fed to the heat exchange device. For better heat transfer are the spirals; and 25 surrounded by circular ribs 26. In the spiral 25 the oxygen heats up with evaporation and also cools the intake air away. It leaves the spiral 25 through the pipeline 29 and flows through it a spiral 3o around the cylinder, «#o it is preheated. He leaves the spiral 3o through the pipe 3 i, which leads to the oxygen suction valve. After the burn In the engine, the combustion gases leave the cylinder via valve 33 and flow through the pipe 3q. into the open.

Die Anlage gemäß Fig.2 ist ebenfalls mit zwei Wäimeaustauschvorrichtungen ausgerüstet. Sie unterscheidet sich jedoch von der Anlage nach Fig. i dadurch, daß die Wärmeaustauschvorrichtung I zum Teil in den Behälter für den flüssigen Wasserstoff eingebaut ist und die gesamte Verbrennungsluft, nicht nur der Sauerstoff, infolge des Durch flusses durch die im flüssigen Wasserstoff liegende Spirale verflüssigt wird.The system according to Figure 2 is also with two heat exchange devices equipped. However, it differs from the system according to FIG. I in that the heat exchange device I partly in the container for the liquid hydrogen is built in and the entire combustion air, not just the oxygen, as a result of the flow through the spiral located in the liquid hydrogen will.

Der im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. i im Wasserstoffbehälter i" vergaste Wasserstoff verläßt den Behälter durch die Rohrleitung 2a und fließt über das Mantelgefäß 3Q, das durch die Hülle 4.Q und 5" gebildet wird. Er verläß t das Mantelgefäß 3Q durch die Rohrleitung 6Q und strömt in einer Spirale 7Q durch die Wärmeaustauschvorrichtung IIQ. Die Spirale 7Q ist mit Rippen 8Q zur -besseren Übertragung der Wärme versehen. Der Wasserstoff verläßt die Spirale 7Q durch die Rohrleitung 9Q und durch die Rohrleitung 13" die zum Wasser stoffeinlaßventil 1q" führt. Im Gegensatz zu der .anderen Äusführungsform findet also am Zylindermantel keine Vorwärmung des Wasserstoffs statt.In contrast to the embodiment according to FIG. I in the hydrogen tank i "gasified hydrogen leaves the container through the pipe 2a and flows via the jacket vessel 3Q, which is formed by the casing 4.Q and 5 ". He leaves t the jacket vessel 3Q through the pipeline 6Q and flows through in a spiral 7Q the heat exchange device IIQ. The spiral 7Q is with ribs 8Q for better Transfer of heat provided. The hydrogen leaves the spiral 7Q through the Pipeline 9Q and through pipeline 13 "to the hydrogen inlet valve 1q" leads. In contrast to the other embodiment, it takes place on the cylinder jacket no preheating of the hydrogen takes place.

Die Verbrennungsluft wird durch die trichterförmige Hülle 15" der Wärmeaustauschvorrichtung IIQ angesaugt, verläßt diese durch die Rohrleitung 16", die zum Mantelgefäß 17a führt, das durch den Wasserstoffbehälter i" und die Hülle 4" gebildet wird. Die hier schon sehr stark abgekühlte Verbrennungsluft verläßt das Mantelgefäß i;", durch die Rohrleitung 18, die in den Wasserstoffbehälter i" hineinführt. Dort strömt Verbrennungsluft durch die Spirale i g" und wird in flüssigem Zustand durch die Rohrleitung 2o" von der Pumpe 2 i" angesaugt und durch die Rohrleitung 22Q in den Sauerstoffbehälter 23" gepreßt. In dem Sauerstoffbehälter 23" trennt sich der Stickstoff von dem flüssigen Sauerstoff und entweicht in die Luft.The combustion air is sucked in through the funnel-shaped envelope 15 ″ of the heat exchange device IIQ, leaves it through the pipe 16 ″, which leads to the jacket vessel 17a , which is formed by the hydrogen container i ″ and the envelope 4 ″. The combustion air, which is already very strongly cooled here, leaves the jacket vessel i; "through the pipe 18 which leads into the hydrogen container i". There combustion air flows through the spiral ig ″ and is sucked in in the liquid state through the pipe 2o ″ by the pump 2 i ″ and pressed through the pipe 22Q into the oxygen tank 23 ″. In the oxygen tank 23 ″, the nitrogen separates from the liquid oxygen and escapes into the air.

Die von dem Stickstoff mitgeführte Kälte kann natürlich noch in einer der beiden Wärmeaustauschvorrichtungen auf die Ansaugluft übertragen werden.The cold carried along by the nitrogen can of course still be used in a of the two heat exchange devices are transferred to the intake air.

Der flüssige,Sauerstoff verläßt den Behälter 23" durch die Rohrleitung 24" die zur Wärmeaustauschvorrichtung IIQ führt, durchströmt die Wärmeaustauschvorrichtung 11, in die Spirale 25Q, die mit Rippen 26" versehen ist, und verläßt die Spirale durch die Rohrleitung 27Q. Der dort bereits vergaste Sauerstoff durchströmt die Rohrleitung 29" die im Gegensatz zur Ausführungsform nach Fig. i ohne Vorwärmung am Zylindermantel zum Sauerstoffansaugventi13o" führt. Die Verbrennungsprodukte verlassen den Zylinder durch das Ventil 3 i" ins Freie.The liquid oxygen leaves the container 23 "through the pipe 24" which leads to the heat exchange device IIQ, flows through the heat exchange device 11, into the spiral 25Q, which is provided with fins 26 ", and leaves the spiral through the pipe 27Q Gasified oxygen flows through the pipe 29 ″ which, in contrast to the embodiment according to FIG.

Zusätzlich zu der bei den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung beschriebenen Sauerstoffverflüssigungsanlage kann noch eine weitere Sauerstoffverflüssigungsanlage vorgesehen sein, um den Bedarf an Sauerstoff zu decken. Wegen der geringen spezifischen Wärme des Wasserstoffes reicht nämlich der bei den beschriebenen Anlagen mit Hilfe des flüssigen Wasserstoffes gewonnene Sauerstoff zur vollständigen Verbrennung des Wasserstoffes im allgemeinen nicht aus. Man kann den zusätzlichem Bedarf an Sauerstoff nun einfach dadurch decken, daß man in die Brennkraftmaschine zusätzlich zu dem aus der Verflüssigung herrührenden Sauerstoff noch Luft eintreten läßt, also im Zylinder ein Gemisch von reinem, gemäß der Erfindung erzeugtem Sauerstoff und gewöhnlicher Verbrennungsluft finit dem gemäß der Erfindung verwendeten Wasserstoff verbrennt. Man kann aber auch den fehlenden Sauerstoffanteil im Sinne der Erfindung durch eine zusätzliche Verflüssigung von Luft gewinnen.In addition to that in the various embodiments of the invention The oxygen liquefaction system described can also be another oxygen liquefaction system be provided to meet the need for oxygen. Because of the low specific The heat from the hydrogen is sufficient with the aid of the systems described the oxygen obtained from the liquid hydrogen for complete combustion of the Hydrogen generally does not exist. One can have the additional need for oxygen now simply cover that one in the internal combustion engine in addition to the from the liquefaction oxygen still allows air to enter, so in Cylinder a mixture of pure oxygen produced according to the invention and more ordinary Combustion air burns finitely the hydrogen used according to the invention. But you can also the missing oxygen content in the context of the invention by a gain additional liquefaction of air.

Claims (6)

PATENTANSpi2ÜCnE: i. Verfahren zum Betrieb von Brennkraftmaschinen mit Tiefkühlung der Verbrennungsluft vor ihrer Einführung in den Arbeitszylinder durch den Brennstoff nach Patent 668 6o2 in Anwendung auf kondensatorlose Maschinen für beliebige Zwecke und unter Verwendung' eines beliebigen, bei Außentemperatur und atmosphärischem Druck gasförmigen, unter höherem Druck und bzw. oder tiefer Temperatur verflüssigb.aren, in verflüssigtem Zustand mitgeführten Brennstoffes. PATENT APPLICATIONS: i. Method for operating internal combustion engines with freezing of the combustion air before it is introduced into the working cylinder by the fuel according to patent 668 6o2 in application to capacitorless machines for any purpose and using any, at outside temperature and atmospheric pressure gaseous, under higher pressure and / or lower Temperature of liquefiable fuel carried in the liquefied state. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Wasserstoff als Brennstoff die Tiefkühlung bis zur Verflüssigung eines Teiles der Verbrennungsluft geführt wird. 2. The method according to claim i, characterized in that when using hydrogen as fuel, deep-freezing until part of the combustion air is liquefied to be led. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß von der Luft, die dem mit dem Wasserstoff gekühlten Wärmeaustauscher. zugeführt wird, nur der Sauerstoff verflüssigt wird, während -der dabei verflüssigte Stickstoff ent<veicht (Fig. i). q.. 3. The method according to claim 2, characterized in that of the Air that is sent to the heat exchanger cooled by the hydrogen. is fed, only the oxygen is liquefied, while the liquefied nitrogen escapes (Fig. I). q .. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß_ die tiefzukühlende Verbrennungsluft insgesamt durch einen den Wasserstoff enthaltenden Behälter hindurchgeführt und verflüssigt wird, wonach der Stickstoff durch Verdampfen abgetrennt wird (Fig.2). Method according to claim 2, characterized in that the one to be frozen Combustion air as a whole passed through a container containing the hydrogen and is liquefied, after which the nitrogen is separated by evaporation (Fig.2). 5. Verfahren nach Anspruch .3 oder q., dadurch gekennzeichnet, daß die Luft in dem wasserstoffgekühlten Wärmeaustauscher auch von dem diesen durchströmenden verflüssigten Sauerstoff der Verbrennungsluft gekühlt wird. 5. The method according to claim .3 or q., Characterized in that the air in the hydrogen-cooled heat exchanger also from the liquefied one flowing through it Oxygen in the combustion air is cooled. 6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der wasserstoffgekühlte Wärmeaustauscher zur Tiefkühlung der Verbrennungsluft auch von dem zuvor von der Verbrennungsluft abgetrennten Stickstoff durchströmt wird.6. The method according to claim 3, characterized characterized in that the hydrogen-cooled heat exchanger for freezing the Combustion air also from the nitrogen previously separated from the combustion air is flowed through.
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