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DE2933137A1 - Verfahren zur verbesserung der schlagwettersicherheit eines aggregates mit verbrennungskraftmaschine fuer den untertage-betrieb und aggregat mit verbesserter schlagwettersicherheit gemaess dem verfahren - Google Patents

Verfahren zur verbesserung der schlagwettersicherheit eines aggregates mit verbrennungskraftmaschine fuer den untertage-betrieb und aggregat mit verbesserter schlagwettersicherheit gemaess dem verfahren

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Publication number
DE2933137A1
DE2933137A1 DE19792933137 DE2933137A DE2933137A1 DE 2933137 A1 DE2933137 A1 DE 2933137A1 DE 19792933137 DE19792933137 DE 19792933137 DE 2933137 A DE2933137 A DE 2933137A DE 2933137 A1 DE2933137 A1 DE 2933137A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
turbine
internal combustion
combustion engine
unit
circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE19792933137
Other languages
English (en)
Inventor
Martin Brunn
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BRUNN GmbH and Co KG
Original Assignee
BRUNN GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BRUNN GmbH and Co KG filed Critical BRUNN GmbH and Co KG
Priority to DE19792933137 priority Critical patent/DE2933137A1/de
Priority to US06/177,820 priority patent/US4369628A/en
Priority to BE0/201738A priority patent/BE884758A/fr
Priority to ZA00805024A priority patent/ZA805024B/xx
Priority to GB8026962A priority patent/GB2057055A/en
Publication of DE2933137A1 publication Critical patent/DE2933137A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N5/00Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy
    • F01N5/02Exhaust or silencing apparatus combined or associated with devices profiting by exhaust energy the devices using heat
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25BREFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B27/00Machines, plants or systems, using particular sources of energy
    • F25B27/02Machines, plants or systems, using particular sources of energy using waste heat, e.g. from internal-combustion engines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A30/27Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies
    • Y02A30/274Relating to heating, ventilation or air conditioning [HVAC] technologies using waste energy, e.g. from internal combustion engine
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Sorption Type Refrigeration Machines (AREA)

Description

c --
Bezeichnung:
Verfahren zur Verbesserung der Schlagwettersichei-heifc eines Aggregates mit Verbrennungskraftmaschine für den Untertage-Betrieb und Aggregat mit verbesserter Schlagwettersicherheit gemäß dem Verfahren
Beschreibung:
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbesserung der Schlagwettersicherheit eines Aggregates mit Verbrennungskraftmaschine für den Einsatz im Bergbau unter Tage, insbesondere einer Untertage-Lokomotive.
Bei Aggregaten der eingangs bezeichneten Art, insbesondere für den Einsatz im Steinkohlenbergbau muß für eine unbedingte Schlagwettersicherheit Sorge getragen werden. Hierzu ist es auch erforderlich, daß die Außentemperatur des Abgasrohres einen bestimmten vorgegebenen Wert, beispielsweise 150° C, nicht überschreitet. Versieht man das Abgasrohr mit einem
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wassergekühlten Mantel, so läßt sich die vorgesehene Kühlung nur unvollkommen bewirken, wobei die Temperatur der in die Umgebung austretenden Abgase durch-aus über dem vorgegebenen Temperaturgrenzweg liegt. Eine Verbesserung läßt sich erzielen, wenn aus einem Vorratsbehälter Wasser in die Auspuffanlage eingespritzt wird, so daß durch das verdampfende Wasser die erforderliche Kühlung der Abgase erzielt wird. Hierzu ist jedoch eine relativ aufwendige Zusatzeinrichtung erforderlich, die zudem ständig gewartet werden muß. Darüber hinaus muß das Bedienungspersonal den Wasservorrat der Einspritzanlage laufend überprüfen, um ein Abschalten des Aggregates bei einer Temperaturüberschreitung infolge Wassermangels zu verhindern.
Mit dem Vordringen des Untertage-Bergbaus in Teufen von über 1000 m kommt als zusätzliches Problem für derartige Uatertage-Aggregate noch hinzu, daß .durch die Wärmeabgabe in Form von Strahlung, aufgeheizter Kühlluft und heißen Auspuffgasen die ohnehin schon hohe Umgebungstemperatur noch durch die zusätzliche Wärmeabgabe der Verbrennungskraftmaschine des Aggregates, in der Regel ein Dieselmotor, erhöht wird. So muß gemäß einem Überschlagswert die Bewetterung eines Untertage-Betriebes mit etwa 4 m3/h Luft pro installierter PS unter Tage bereit gestellt werden. Die
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Bereitstellung derartiger Luftmengen wird mit zunehmender Teufe immer schwieriger und aufwendiger. Hierbei spielt es keine RoIIe1 ob es sich bei dem betreffenden Aggregat um eine Lokomotive oder aber um ein stationäres Aggregat handelt, da das vorstehend skizzierte Problem der Schlagwettersicherheit ebenso wie das Problem der erhöhten Wärmeabgabe durch die Verbrennungskraftmaschine in beiden Fällen in gleicher Weise auftritt.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens soll nun die Schlagwettersicherheit derartiger Aggregate verbessert werden.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß mit den heißen. Abgasen der Verbrennungskraftmaschine eine
die Absorptionskältemaschine betrieben wird und daß'aus der Absorptionskältemaschine austretenden Abgase der Verbrennungskraftmaschine zusätzlich mit wenigstens einem Teil des erzeugten Kältestromes gekühlt werden. Mit Hilfe dieser Maßnähme ist/ in zuverlässiger Weise möglich, die aus der Verbrennungskraftmaschine auftretenden Abgase soweit abzukühlen, daß praktisch jeder gewünschter Temperaturgrenzwert eingehalten werden kann. Da derartige Absorptionskältemaschinen praktisch geschlossene Kreisläufe aufweisen, ist eine derartige Anlage weitgehend wartungsfrei und praktisch mit Anlassen der Ver-
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brennungskraftmaschine betriebsbereit. Die Kontrolle eines Wasserbehälters, wie sie bei einer Wassermantelkühlung oder bei einer Wassereinspritzkühlung erforderlich ist, entfällt völlig.
Bei der vorstehend geschilderten Verfahrensweise wird zwar eine zuverlässige Kühlung der Abgase und damit die geforderte Verbesserung der Schlagwettersicherheit erreicht. Die den Abgasen entzogene Wärme wird jedoch bei der notwendigen Kühlung des Absorbers und des Verflüssigers der Absorptionskältemaschine wieder frei gesetzt und an die Umgebung abgegeben. Dies hat zur Folge, daß die ohnehin hohe Umgebungstemperatur unter Tage wie bisher aufgeheizt wurde und durch entsprechende zusätzliche Luftzufuhr im Wege der Bewetterung ausgeglichen werden mußte. Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß wegen der relativ hohen Umgebungstemperatur unter Tage die Kühlflächen des Absorbers und des Verflüssigers sehr voluminös ausgelegt werden und erhebliche Ventilatorlejsfcungen aufgebracht werden müssen.
Während dies bei stationären Untertage-Aggregatai in gewissen Grenzen noch hingenommen werden kann, bereitet dies bei Lokomotiven unter verschiedenen Gesichtspunkten Schwierigkeiten. So kann im Hinblick auf die beengten räumlichen Verhältnisse das Fahrzeug nicht beliebig vergrößert werden, da Lichtraumprofile, Kurvengängigkeit etc. berück-
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IV
sichtigt werden müssen.
Um die hierbei auftretenden Probleme zu beseitigen, ist gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen ■ Verfahrens vorgesehen, daß bei einem Aggregat mit einer Turbine zur Erzeugung zusätzlicher Wellenleistung die Abgase der Verbrennungskraftmaschine nach dem Durchströmen der Absorptionskältemaschine und vor der Kühlung einem Wärmetauscher zur Aufheizung eines Arbeitsmediums für die Turbine zugeführt werden. Diese Ausgestaltung ha.t den Vorteil, daß ein erheblicher Teil der Restwärme der Abgase nach dem Austritt aus der Absorptionskältemaschine noch zum Verdampfen des Arbeitsmediums der Turbine ausgenutzt wird und so die erforderliche Kühlleistung zur Kühlung der Abgase mit Hilfe der durch die Absorptionskältemaschine
erzeugten "Kälte" verwendet'wird, so daß diese Kühlleistung N anderweitig zur Verfügung steht. Die so aus "Abfallenergie" gewonnene zusätzliche Wellenleistung kann dann je nach Größe des Aggregates zur Abdeckung des (elektrischen) Energiebedarfs von Zusatzantrieben eingesetzt werden. Dies kann beispielsweise in der Weise geschehen, daß die Turbine mit einem Generator zusammengeschaltet ist und über einen Spannungs- und/oder Frequenzumformer eine entsprechende elektrische Energie liefert, die beispielsweise zum Laden einer Batterie oder zur unmittelbaren Versorgung von Stromabnehmern verwendet werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufs zur Kühlung des Kältemittelkreislaufes der Absorptionskältemaschine verwendet wird. Bei der Absorptionskältemaschine müssen erhebliche Wärmemengen bei der Kühlung des Absorbers abgeführt werden, die größenordnungsmäßig in etwa der Wärmemenge entsprechen, die über die Abgase der Verbrennungskraftmaschine dem Austreiber der Absorptionskältemaschine zugeführt worden sind. Kühlt man nun den Absorber mit dem Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufes, so kann auch hier in Form von Energierückgewinnung die gewonnene Wärmeenergie in zusätzliche Wellenleistung über die Turbine nutzbar gemacht werden, wobei darüber hinaus durch die so gewonnene Energieumsetzung ebenfalls eine Reduktion der an die Umgebung abgegebenen Wärmemengen erzielt wird. Ein weiterer Vorteil der Ausnutzung der über die Abgase und über die Kühlung des Absorbers zur Verfügung stehenden Wärmemengen liegt darin, daß für die Kühlung ein Medium mit sehr viel höherer Wärmekapazität als Luft ausgewählt werden kann, so daß sich automatisch eine Verringerung der Volumen und damit auch eine Verringerung der Baugröße der Wärmetauscher ergibt.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß bei einem Aggregat mit zusätzlicher
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L Druckerzeugung die im Druckölkreislauf des Aggregates anfallende Wärme über einen Wärmetauscher im Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufes zugeführt wird. Da auch in einem Druckölkreislauf, der bei einer Vielzahl derartiger Aggregate zur Betätigung von hydraulischen Einrichtungen vorgesehen sein muß, durch die Kühlung des Drucköls erhebliche Wärmemengen abgeführt werden, kann zur Kühlung des Drucköls zweckmäßigerweise das Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufs eingesetzt werden, so daß auch hier die gewünschte Reduzierung der Kühlergröße erreicht wird.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, daß der Verdampfer der Absorptionskältemaschine als Wärmetauscher eines im Kreislauf geführten Kühlmittels dient, das wenigstens zum Teil über einen Abgaskühler geführt wird. Während es grundsätzlich möglich ist, die am Verdampfer der Absorptionskältemaschine zur Verfügung stehende "Kälte" durch die Kühlung eines Luftstromes abzunehmen, mit dessen Hilfe die verschiedenen Kühlaufgaben erfüllt werden,»ist auch hier wieder vorteilhaft, das Kühlmittel im Kreislauf zu führen, so daß hier wiederum Medien mit hoher Wärmekapazität ausgewählt werden können, die zu einer entsprechenden Reduzierung der zu kühlenden Wärmetauscherflächen sowohl am Verdampfer als auch an den
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einzelnen Kühlstationen führt. Auch hier kommt man durch eine Reduzierung der Baugröße der einzelnen Baueinheiten den begrenzten räumlichen Möglichkeiten eines Untertage-Aggregates, insbesondere einer Untertage-Lokomotive, entgegen.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein Aggregat mit zusätzlicher Turbine ist ferner vorgesehen, daß ein Teil des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufes zur Kühlung des Arbeitsmediums der Turbine auf der Turbinenaustrittsseite verwendet wird. Da bei der Ausnutzung der Wärme der Abgase zur Äufheizung eines Arbeitsmediums eines Turbinenkreislaufes die zur Abkühlung der Abgase vor dem Austritt in die Umgebung erforderliche Kühlleistung reduziert wird, steht ein erheblicher Teil der über die Absorptionskältemaschine zur Verfügung stehenden Kühlleistung zur anderweitigen Verwendung zur Verfügung. Setzt man wenigstens einen Teil dieses Überschusses zur Kühlung des Arbeitsmediums der Turbine auf der Turbinenaustrittsseite ein, so läßt sich das für die Turbine zur Verfügung stehende Temperaturgefälle vergrößern und so die erzeugte Wellenleistung ebenfalls vergrößern.
Soweit die durch die Absorptionskältemaschine zur Verfügung
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stehende Kühlleistung nicht zur Kühlung der Abgase und zur Kühlung des Arbeitsmediums des Turbinenkreislaufes benötigt wird, kann diese Kühlleistung zur Kühlung des Verflüssigers der Absorptionskältemaschine, zu einer weiteren Kühlung des Druckkreislaufes sowie zur Klimatisierung von dem Aggregat zugeordneten Leitständen verwendet werden. So ist es beispielsweise bei Untertage-Lokomotiven möglich, neben den Fahrerkabinen auch noch über entsprechende Versorgungsleitungen mit der Lokomotive verbundene Fahrzeuge zur Personenbeförderung zu klimatisieren.
Die Erfindung betrifft ferner ein Aggregat mit' Verbrennungskraftmaschine für den Einsatz im Bergbau unter Tage, insbesondere eine Untertage-Lokomotive mit verbesserter Schlagwettersicherheit nach dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Aus der DE-OS 27 50 314 ist es zwar bekannt, die Leitstände einer Untertage-Lokomotive mit Hilfe einer Kompressorkältemaschine zu klimatisieren. Da der Antrieb des Kompressors der Kältemaschine von der Antriebswelle der Verbrennungskraftmaschine unmittelbar abgegriffen werden muß, ist die Verbrennungskraftmaschine entsprechend größer zu dimensionieren, so daß man bestrebt ist, die Kühlleistung dieser Kältemaschine gerade so groß auszulegen, daß sie zur Klimatisierung der
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beiden Leitstände ausreichen. Das Problem der Verbesserung der Schlagwettersicherheit der Verbrennungskraftmaschine und darüber hinaus die Reduktion der vom Aggregat abgegebenen Wärme an die Umgebung ist bei dieser bekannten Lokomotive jedoch nicht berücksichtigt, da die Kühlung des Kondensators der Kältemaschine über den Kühlluftstrom für die Motorkühlung bewirkt wird, so daß die dort erzeugte Wärme unmittelbar an die Umgebung abgegeben wird. Gemäß der Erfindung ist das vorstehend bezeichnete Aggregat dadurch gekennzeichnet, daß eine an sich bekannte Absorptionskältemaschine vorgesehen ist, daß die Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine mit dem Austreiber der Absorptionskältemaschine, und in Strömungsrichtung der Abgase gesehen, dahinter mit einem Abgaskühler verbunden ist und daß der Abgaskühler mit dem Kältemittelkreislauf der Absorptionskältemaschine verbunden ist. Durch diese Anordnung wird nicht nur die zur Verbesserung der Schlagwettersicherheit geforderte zuverlässige Kühlung der Abgase erzielt, sondern die in den Abgasen enthaltene erhebliche Wärmemenge, die bisher ungenutzt 'an die Umgebung abgegeben wurde, zur Erzeugung von Kühlleistung ausgenutzt, wobei die gewonnene Kühlleistung größer ist als die zur Restkühlung der Abgase mit Hilfe des Abgaskühlers notwendige Kühlleistung, so daß diese für weitere Zwecke, beispielsweise zur Klimatisierung von Leitständen oder zur Kühlung des Kühlwasser- und Schmierölkreislaufes des
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Motors zur Verfügung steht.
In Ausgestaltung der Erfindung ist ferner vorgesehen, daß außer der Verbrennungskraftmaschine eine Turbine zur Erzeugung zusätzlicher Wellenleistung vorgesehen ist und daß in der Abgasleitung der Verbrennungskraftmaschine, in Strömungsrichtung der Abgase gesehen, hinter dem Austreiber der Absorptionskältemaschine und vor dem Abgaskühler ein Wärmetauscher angeordnet ist, durch den das Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufes zum Aufheizen geführt wird. Durch diese Anordnung ist nicht nur eine weitere Ausnutzung der mit den Abgasen sonst ungenutzt abgegebenen Wärmeenergie zur Erzeugung von weiterer Wellen-leistung möglich, sondern gleichzeitig wird auch die zur Kühlung des Abgases erforderliche Kühlleistung reduziert, so daß für andere Zwecke eine größere Kühlleistung zur Verfügung steht. Die Wellenleistung kann hierbei vorzugsweise zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden, wobei diese elektrische Energie ggf. über einen Akkumolator zum Betrieb von Zusatzeinrichtungen, wie Pumpen, Ventilatoren, Beleuchtung sowie zur Stromversorgung der übrigen Bordelektrik eingesetzt werden kann. Je nach Leistungsgröße der Verbrennungskraftmaschine des Aggregates ist ferner bei diesel-elektrischen-Aggregaten, bei denen mit Hilfe der Verbrennungskraftmaschine an Ort und Stelle elek-
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trische Energie erzeugt wird, möglich, die über die Turbine gewonnene elektrische Energie mit Hilfe der modernen elektronischen Steuerungstechnik unmittelbar für den Betri* zu , nutzen, so beispielsweise bei einer Lokomotive mit dieselelektrischem Antrieb die über die Turbine gewonnene elektrische Energie unmittelbar für den Fahrantrieb miteinzusetaen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Absorber der Absorptionskältemaschine als Wärmetauscher zum Aufheizen des Arbeitsmediums des Turbinenkreislaufes ausgebildet ist. Hierdurch kann die am Absorber abzuführende, erhebliche Wärmemenge ebenfalls zur Erzeugung von zusätzlicher Wellenleistung ausgenutzt werden. Da für den Turbinenkreislauf ein flüssiges Arbeitsmedium ausgewählt wird, das erst durch das Aufheizen verdampft, läßt sich durch diese Maßnahme auch die für den Absorber erforderliche Kühlfläche erheblich reduzieren, da die Kühlwirkung durch Verdampfen eines flüssigen Mediums erheblich größer ist als die Kühlwirkung durch Anblasen mit Luft.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einem Aggregat mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Drucköl zur Kühlung des Drucköls im Druckölkreislauf ein Wärmetauscher angeordnet ist, der mit dem Turbinenkreislauf verbunden ist. Auch hier kann anfallende Verlust-
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wärme noch zur Erzeugung von Wellenenergie ausgenutzt werden. Gleichzeitig wird verhindert, daß diese Wärme an die Umgebung abgegeben wird.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, daß der Verdampfer der Absorptionskältemaschine als Wärmetauscher ausgebildet ist, der über eine Ringleitung mit dem Abgaskühler in Verbindung steht, durch die mittels einer Pumpe ein Kühlmittel im Kreislauf geführt wird. Durch diese Anordnung ist es möglich, ein flüssiges Kühlmittel mit hoher Wärmekapazität zu verwenden, so daß sich eine erhebliche Reduzierung der Baugröße sowohl des Verdampfers als auch des Abgaskühlers erreichen läßt. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist schließlich vorgesehen, daß die Ringleitung mit Zweigleitungen versehen ist, über die weitere Kühlstellen, insbesondere ein Kühler für das Arbeitsmedium an der Turbinenaustrittsseite mit der Ringleitung in Verbindung steht. Durch die Kühlung des Arbeitsmediums an der Turbinenaustrittsseite läßt sich das für die Turbine zur Ver- ·
fügung stehende Druckgefälle erheblich vergrößern, so daß
die Umsetzung von Wärmeenergie in mechanische Energie verbessert wird. Durch ein in einer Ringleitung mit entsprechenden Abzweigungen geführtes flüssiges Kühlmittel lassen sich bei ρ- kleinen Baugrößen in einfacher Weise auch entfernt liegende Kühlstellen mit
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Kühlleistung versorgen, so beispielsweise der Schmieröl- und Kühlwasserkreislauf des Dieselmotors, der Ölkühler eines etwaigen Druckölkreislaufes sowie entsprechende Austauscherflächen zur Klimatisierung von Leitständen etc.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen eines Ausführungsbeispielea näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 schematisch die Anordnung der einzelnen.Aggregate in einer Untertage-Lokomotive;
Fig. 2 die Verschaltung der einzelnen Aggregate untereinander.
Fig. 1 zeigt eine Untertage-Lokomotive, die in üblicher Anordnung eine geschlossene Fahrerkabine 1 sowie eine Verbrennungskraftmaschine 2, hier ein Dieselmotor, mit den zugehörigen, nicht näher dargestellten übrigen Antriebselementen aufweist. Neben der Verbrennungskraftmaschine 2 ist die Untertage-Lokomotive mit einer Absorptionskältemaschine 3 ausgerüstet, deren Aufbau anhand des Schaltbildes in Fig. 2 näher erläutert werden wird. Außerdem ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel die Lokomotive mit einer Turbine 4 ausgerüstet, die einen Generator 5 antreibt, der in bekannter
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Weise über einen Frequenz- und Spannungsumformer 6 eine Batterie 7 speist.
Die Verbindung der einzelnen Aggregate untereinander wird anhand des Schaltbildes gemäß Fig. 2 näher erläutert.
Zum besseren Verständnis seien zunächst die einzelnen Aggregate der Absorptionskältemaschine 3 näher erläutert, die in der Zeichnung durch.eine gestrichelte Linie abgegrenzt ist. Der Aufbau einer Absorptionskältemaschine ist grundsätzlich bekannt. Das in einem Absorber 8 gesammelte Kältemittel wird über einen Kompressor 9 in einen Austreiber 10 gepumpt. Die im Austreiber 10 verdampfte, leicht siedende Komponente des Kältemittels wird dem Verflüssiger 11 zugeführt, dort gekühlt und über ein Drosselventil 12 in den Verdampfer 13 entspannt. Der verdampfte Teil des Kältemittels wird dann in den Absorber 8 wieder zurückgSKihrt und dort unter Kühlung wieder von der höher siedenden Komponente des Kältemittels aufgenommen. Die heiße arme Lösung des Kältemittels wird über eine Rohrleitung 14 mit Drosselventil 15 ebenfalls in den Absorber zurückgeführt.
Die zur Verdampfung der leicht siedenden Komponente des Kältemittels erforderliche Wärmeenergie wird dem Austreiber über die heißen Abgase des Dieselmotors 2 zugeführt. Hierzu
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Ist die Auspuffleitung ίβ über eine entsprechende Wärmetauscherfläche des Austreibers 10 geführt. Vom Austrei-
ist die
ber 10, Auspuffleitung 16 zu einem Wärmetauscher 17 des nachstehend näher erläuterten Turbinenkreislaufes und zu einem Abgaskühler l3 geführt, an den sich dann in üblicher Welse ein Schalldämpfer 19 anschließt.
Γiit Hilfe des Wärmetauschers 17 in der Auspuffleitung 16 wird das Arbeitsmedium; das im Kreislauf über die Turbine -i geführt wird, aufgeheizt und verdampft, wobei gleichzeitig die Temperatur der Abgase des Dieselmotors entsprechend abgesenkt wird.
Da im Absorber 8 des Kältemittelkreislauf es der Absorptionskältemaschine ebenfalls erhebliche Wärmemengen frei werden, \-iivd über eine Zweigleitung 20 ein Teil des Arbeitsmediums des Turbinenkreislaufes über die zugehörige Wärmetauscherfläche des Absorbers 8 geführt, so daß auch die dort anfallende Wärmeenergie vom Arbeitsmedium des Turbinenkreislaiifes aufgenommen wird und In der Turbine 4 in Wellenleistung umgesetzt werden kann.
Während es grundsätzlich möglich ist, die am Verdampfer 13 zur Verfügung stehende Kühlleistung über einen entsprechenden Luftstrom abzunehmen., ist bei dem dargestellten Ausfüh-
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rungsbeispiel ein geschlossener Kühlkreislauf mit einem flüssigen Kühlmittel vorgesehen, um auch die übrigen Kühlflächen in ihrer Baugröße reduzieren zu können. Das Kühlmittel wird mit Hilfe einer Pumpe 21 in den als Wärme-13 tauscher ausgebildeten Verdampfer gedrückt und von dort zu den einzelnen Kühlstellen geführt. So wird ein Teil des Kühlmittels dem Abgaskühler 18 zugeführt, während ein anderer Teil des Kühlmittels über den Verflüssiger 11 der Absorptionskältemaschine und ein weiterer Teil über den Kondensator des Turbinenkreislaufes, in dem ein'e Druckerhöhungspumpe 22 vorgesehen ist, geführt wird.
Die den Bedarf an Kühlleistung des Aggregates selbst überschiessende "Kältemenge" kann dann anderen Kühlstellen, die hier durch einen Verbraucher 23 angedeutet sind, zugeführt werden. Durch in den einzelnen vom Verdampfer 13 ausgehenden Zweigleitungen für das Kühlmittel angeordnete, hier nicht näher dargestellte Ventile, die entweder fest eingestellt oder aber einstellbar ausgebildet sein können, läßt sich der Kühlmittelstrom zu den einzelnen Kühlstellen und damit die Kühlleistung genau auf den Einsatzort des betreffenden Aggregates einstellen.
Falls die betreffende Lokomotive mit einer Druckölversorgung ausgerüstet ist, läßt sich zum einen über einen Wärmetauscher
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24 ein Teil der anfallenden Wärme an den Turbinenkreislauf abgeben, während je nach der durch den Wärmetauscher bewirkten Temperaturreduzierung über einen zusätzlichen ölkühler 25, der über eine Zweigleitung am Kühlmittelkreislauf des Verdampfers angeschlossen ist, die gewünschte öltemperatur einstellen läßt.
Da die Probleme der Schlagwettersicherheit und der Reduzierung der Abwärme im Bergbau untertage generell auftreten, ist die erfindungsgemäße Verbesserung nicht auf Lokomotiven herkömmlicher Bauart, also auf gleisgebundene Fahrzeuge, beschränkt, sondern ist in gleicher Weise auf gleislose Fahrzeuge und sonstige mit Verbrennungskraftmaschinen ausgerüstete Aggregate anwendbar, z. B. mobile oder auch stationäre Transport- und Fördermittel, Dieselgeneratoren, Pumpaggregate, Druckerzeuger für Luft und/oder Wasser, Großabbaugeräte etc.
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Claims (12)

Unsere Zeichen Datum 808 pg 794 15.08.79 Bezeichnung: Verfahren zur Verbesserung der Schlagwettersicherheit eines Aggregates mit Verbrennungskraftmaschine für den Untertage-Betrieb und Aggregat mit verbesserter Schlagwettersicherheit gemäß dem Verfahren Ansprüche: ■
1. Verfahren zur Verbesserung der Schlagwettersicherheit eines Aggregates mit Verbrennungskraftmaschine für den Einsatz im Bergbau unter Tage, insbesondere einer Untertage-Lokomotive j
dadurch gekennzeichnet , daß mit den heißen Abgasen der Verbrennungskraftmaschine eine Absorptionskälte-
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Telefon: (0221) 380238 · Telegramm: Inventator Köln · Telex: 8883555 max d Postscheckkonto Köln (BLZ 37010050) Kto.-Nr. 152251-500 · Deutsche Bank AG Köln (BLZ 37070060) Kto.-Nr. 1236181
ORIGINAL INSPECTED
maschine betrieben wird und daß die aus der Absorptionskältemaschine austretenden Abgase der Verbrennungskraftmaschine zusätzlich mit wenigstens einem TEiI des erzeugten Kältestromes gekühlt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 bei einem Aggregat mit einer Turbine zur Erzeugung zusätzlicher Wellenleistung,
dadurch gekennzeichnet , daß dif» Abgase der Verbrennungskraftmaschine nach dem Durchströmen der Absorptionskältemaschine und vor der Kühlung einem Wärmetauscher zur Aufheizung"eines Arbeitsmediums für die Turbine zugeführt werden.
3· Verfahren nach Anspruch 2, · dadurch gekennzeichnet , daß das Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufes zur Kühlung des Kältemittelkreislaufes der Absorptionskältemaschine verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3a dadurch gekennzeichnet , daß bei einem Aggregat mit zusätzlicher Druckölerzeugung die im Druckölkreislauf des Aggregates anfallende
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Wärme über einen Wärmetauscher dem Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufes zugeführt wird.
5· Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet , daß der Verdampfer der Absorptionskältemaschine als Wärmetauscher eines im Kreislauf geführten Kühlmittels dient, das wenigstens zum Teil über einen Abgaskühler geführt wird.
10
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil des Kühlmittels des Kühlmittelkreislaufes zur Kühlung des Arbeitsmediums der Turbine auf der Turbinenaustrittsseite verwendet wird.
7. Aggregat mit Verbrennungskraftmaschine für den Einsatz im Bergbau unter Tage, insbesondere eine Untertage-Lokomotive, mit verbesserter Schlagwetter-Sicherheit gemäß dem Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet , daß eine an sich bekannte Absorptionskältemaschine (3) vorgesehen ist, daß die Abgasleitung (16) der Verbrennungskraftmaschine (2) mit dem Austreiber (10) der Absorptions-
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kältemaschine (3), und in Strömungsrichtung der Abgase gesehen, dahinter mit einem Abgaskühler (18) verbunden ist und daß der Abgaskühler (18) mit dem Kältemittelkreislauf der Absorptionskältemaschine
(3) verbunden ist.
8. Aggregat nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet , daß außer der Verbrennungskraftmaschine (2) eine Turbine (4) zur Erzeugung zusätzlicher Wellenleisturg vorgesehen ist und daß in der Abgasleitung (16) der Verbrennungskraftmaschine (2), in Strömungsrichtung der Abgase gesehen, hinter dem Austreiber (10) der Absorptionskältemaschine (3) und vor dem Abgaskühler (18) ein Wärmetauscher (17) angeordnet ist, durch den das Arbeitsmedium des Turbinenkreislaufes zum Aufheizen geführt wird.
9. Aggregat nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet , daß der Absorber (8) der Absorptionskältemaschine (3) als Wärmetauscher zum Aufheizen des Arbeitsmediums des Turbinenkreislaufes ausgebildet ist.
10. Aggregat nach einem der Ansprüche 7 bis 9 mit einer
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Einrichtung zur Erzeugung von Drucköl,
dadurch gekennzeichnet , daß zur Kühlung des Drucköls im Druckölkreislauf ein Wärmetauscher (24) angeordnet ist, der mit dem Turbinenkreislauf verbunden ist.
11. Aggregat nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet , daß der Verdampfer (13) der Absorptionskältemaschine (3) als Wärmetauscher ausgebildet ist, der über eine Ringleitung mit dem Abgaskühler (18) in Verbindung steht, durch die mittels einer Pumpe (21) ein Kühlmittel im Kreislauf geführt wird.
12. Aggregat nach Anspruch 11,
■ dadurch gekennzeichnet , daß die Ringleitung mit Zweigleitungen versehen ist, über die weitere Kühlstellen, insbesondere ein Kühler ( ) für das Arbeitsmedium an der Turbinenaustrittsseite mit der Ringleitung in Verbindung steht.
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