WO2007096146A1 - Internal combustion engine - Google Patents

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WO2007096146A1
WO2007096146A1 PCT/EP2007/001498 EP2007001498W WO2007096146A1 WO 2007096146 A1 WO2007096146 A1 WO 2007096146A1 EP 2007001498 W EP2007001498 W EP 2007001498W WO 2007096146 A1 WO2007096146 A1 WO 2007096146A1
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Aloys Wobben
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine for generating mechanical energy, wherein the internal combustion engine uses gas as fuel. Furthermore, the invention relates to a device for generating electrical energy with a generator and an internal combustion engine for driving the generator, wherein the internal combustion engine is operated with a gas as fuel.
  • the exhaust gases produced during combustion are released into the environment.
  • filter systems and / or catalyst systems which either retain or chemically convert components of the exhaust stream. At least the filter-retained components of the exhaust stream are collected and yet must be disposed of.
  • the object of the present invention is to improve an internal combustion engine and device for generating electrical energy in such a way that the environment is exposed to a lower exhaust gas load.
  • This object is achieved in a device of the type mentioned by the use of hydrogen gas as fuel and by supplying the oxygen required for combustion from a memory containing only oxygen.
  • the present invention is based on the finding that when using ambient air in the combustion process, a high proportion of nitrogen oxides is formed, which are also released back into the environment. If, however, pure oxygen is supplied to the combustion engine, these nitrogen oxides can not be produced, and in combination with hydrogen gas as fuel, pure water is produced which can be released into the environment without difficulty.
  • a heat exchanger is provided for utilizing the heat generated during the combustion process in the engine.
  • the heat removed via the heat exchanger can be used for hot water heating and / or for heating systems or the like.
  • the invention realizes, for example, a combined heat and power plant, which can be operated without polluting the environment with exhaust gases.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 10 which drives a generator 12.
  • the generator 12 generates electrical energy, which can then be delivered via lines 20 to a load.
  • this load can represent a network, but also local consumers or a memory.
  • an internal combustion engine according to the invention can be used not only as a drive for a generator, but used wherever a force must be generated.
  • the internal combustion engine 10 is supplied as fuel hydrogen from a hydrogen reservoir 14. At the same time, the machine is supplied with oxygen from a second reservoir 16. The amount of oxygen supplied may be controlled and / or controlled, in particular to allow for cleaner combustion. The internal combustion engine 10 therefore does not need to remove the oxygen required for the combustion or not completely from the environment. Consequently, (substantially) no nitrogen contained in the ambient air is also introduced into the combustion chamber, and therefore, during the combustion process in the internal combustion engine 10, z. B. no nitrogen oxides but simply water.
  • a heat exchanger 18 is provided, through which the resulting during operation of the internal combustion engine 10 thermal energy can be used.
  • the heat exchanger 18, the thermal energy is supplied via lines 19 a and 19 b in the form of a primary circuit and can then be used via lines 20 a and 20 b for the heating of process water or for heating purposes or the like.

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Abstract

An internal combustion engine for producing mechanical energy is provided. The internal combustion engine uses an oxygen gas as fuel. The internal combustion engine is coupled to a reservoir for oxygen, and the oxygen required for the combustion is fed to the internal combustion engine from the reservoir.

Description

Verbrennungsmaschine combustion engine
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsmaschine zum Erzeugen mechanischer Energie, wobei die Verbrennungsmaschine Gas als Brennstoff verwendet. Ferner betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie mit einem Generator und einer Verbrennungsmaschine zum An- treiben des Generators, wobei die Verbrennungsmaschine mit einem Gas als Brennstoff betrieben wird.The present invention relates to an internal combustion engine for generating mechanical energy, wherein the internal combustion engine uses gas as fuel. Furthermore, the invention relates to a device for generating electrical energy with a generator and an internal combustion engine for driving the generator, wherein the internal combustion engine is operated with a gas as fuel.
Eine derartige Verbrennungsmaschine ist seit langem im Stand der Technik bekannt.Such an internal combustion engine has long been known in the art.
Ferner sind Vorrichtungen zum Erzeugen elektrischer Energie im Stand der Technik seit einiger Zeit bekannt. Bei diesen bekannten Verbrennungsmaschinen und Vorrichtungen, bei denen letztere als große Kraftwerke (z. B. Gaskraftwerke) wie auch als kleine dezentrale Einheiten verbreitet sind, wird der Brennstoff in bekannter Weise zugeführt und der zur Verbrennung erforderliche Sauerstoff wird der Umgebungsluft entnommen.Furthermore, devices for generating electrical energy in the prior art have been known for some time. In these known internal combustion engines and devices in which the latter are widespread as large power plants (eg gas power plants) as well as small decentralized units, the fuel is supplied in a known manner and the oxygen required for combustion is taken from the ambient air.
Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase werden in die Umgebung abgegeben. Um die Belastung der Umgebung oder allgemeiner ausgedrückt, der Umwelt, zu verringern, sind Filtersysteme und/oder Katalysatorsysteme bekannt, die Bestandteile des Abgasstromes entweder zurückhalten oder auf chemischem Wege umwandeln. Zumindest die durch Filter zurückgehaltenen Bestandteile des Abgasstromes werden gesammelt und müssen dennoch entsorgt werden. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verbrennungsmaschine und Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie derart zu verbessern, dass die Umwelt einer geringeren Abgasbelastung ausgesetzt ist.The exhaust gases produced during combustion are released into the environment. To reduce the burden on the environment or, more generally, the environment, filter systems and / or catalyst systems are known which either retain or chemically convert components of the exhaust stream. At least the filter-retained components of the exhaust stream are collected and yet must be disposed of. The object of the present invention is to improve an internal combustion engine and device for generating electrical energy in such a way that the environment is exposed to a lower exhaust gas load.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst durch die Verwendung von Wasserstoffgas als Brennstoff und durch die Zuführung des für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoffs aus einem Speicher, der nur Sauerstoff enthält.This object is achieved in a device of the type mentioned by the use of hydrogen gas as fuel and by supplying the oxygen required for combustion from a memory containing only oxygen.
Dabei liegt der vorliegenden Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass bei der Verwendung von Umgebungsluft im Verbrennungsvorgang ein hoher Anteil von Stickoxyden entsteht, die auch wieder in die Umwelt abgegeben werden. Führt man der Verbrennungsmaschine allerdings reinen Sauerstoff zu, können diese Stickoxyde nicht entstehen, und in Verbindung mit Wasserstoffgas als Brennstoff entsteht reines Wasser, das problemlos in die Umwelt abgegeben werden kann.The present invention is based on the finding that when using ambient air in the combustion process, a high proportion of nitrogen oxides is formed, which are also released back into the environment. If, however, pure oxygen is supplied to the combustion engine, these nitrogen oxides can not be produced, and in combination with hydrogen gas as fuel, pure water is produced which can be released into the environment without difficulty.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein Wärmetauscher zur Nutzung der beim Verbrennungsvorgang im Motor entstehenden Wärme vorgesehen. Dadurch steigt der Wirkungsgrad der Vorrichtung beträchtlich an und die eingesetzte Energie wird erheblich besser ausgenutzt. Die über den Wärmetauscher entnommene Wärme kann zur Brauchwassererwärmung und/oder für Heizungssysteme oder ähnliches verwendet werden.In a preferred development of the invention, a heat exchanger is provided for utilizing the heat generated during the combustion process in the engine. As a result, the efficiency of the device increases considerably and the energy used is much better utilized. The heat removed via the heat exchanger can be used for hot water heating and / or for heating systems or the like.
Damit verwirklicht die Erfindung beispielsweise ein Blockheizkraftwerk, das betrieben werden kann, ohne die Umwelt mit Abgasen zu belasten.Thus, the invention realizes, for example, a combined heat and power plant, which can be operated without polluting the environment with exhaust gases.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur näher beschrieben.Hereinafter, an embodiment of the invention will be described with reference to the figure.
Fig. 1 zeigt eine Verbrennungsmaschine 10, die einen Generator 12 antreibt. Der Generator 12 erzeugt elektrische Energie, die über Leitungen 20 dann zu einer Last abgegeben werden kann. Diese Last kann bekanntlich ein Netz, aber auch lokale Verbraucher oder einen Speicher darstellen. Natürlich kann eine erfindungsgemäße Verbrennungsmaschine nicht nur als Antrieb für einen Generator verwendet werden, sondern überall dort eingesetzt werden, wo eine Kraft erzeugt werden muss.FIG. 1 shows an internal combustion engine 10 which drives a generator 12. The generator 12 generates electrical energy, which can then be delivered via lines 20 to a load. As is known, this load can represent a network, but also local consumers or a memory. Of course, an internal combustion engine according to the invention can be used not only as a drive for a generator, but used wherever a force must be generated.
Der Verbrennungsmaschine 10 wird als Brennstoff Wasserstoff aus einem Was- serstoffvorratsbehälter 14 zugeführt. Gleichzeitig wird der Maschine aus einem zweiten Vorratsbehälter 16 Sauerstoff zugeführt. Die zugeführte Sauerstoffmenge kann gesteuert und/oder kontrolliert werden, insbesondere um eine sauberere Verbrennung zu ermöglichen. Die Verbrennungsmaschine 10 muss daher den für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoff nicht oder nicht vollständig aus der Umgebung entnehmen. Folglich gelangt (im Wesentlichen) auch kein in der Umgebungsluft bekanntlich enthaltener Stickstoff mit in den Brennraum, und daher entstehen beim Verbrennungsvorgang in der Verbrennungsmaschine 10 auch z. B. keine Stickoxyde sondern schlicht Wasser.The internal combustion engine 10 is supplied as fuel hydrogen from a hydrogen reservoir 14. At the same time, the machine is supplied with oxygen from a second reservoir 16. The amount of oxygen supplied may be controlled and / or controlled, in particular to allow for cleaner combustion. The internal combustion engine 10 therefore does not need to remove the oxygen required for the combustion or not completely from the environment. Consequently, (substantially) no nitrogen contained in the ambient air is also introduced into the combustion chamber, and therefore, during the combustion process in the internal combustion engine 10, z. B. no nitrogen oxides but simply water.
Um den Wirkungsgrad der Anlage zu verbessern, ist ein Wärmetauscher 18 vorgesehen, über den die beim Betrieb der Verbrennungsmaschine 10 entstehende thermische Energie weiter verwendet werden kann. Dem Wärmetauscher 18 wird die thermische Energie über Leitungen 19a und 19b in Form eines primären Kreislaufs zugeführt und kann dann über Leitungen 20a und 20b für die Erwärmung von Brauchwasser oder für Heizungszwecke oder ähnliches verwen- det werden. In order to improve the efficiency of the system, a heat exchanger 18 is provided, through which the resulting during operation of the internal combustion engine 10 thermal energy can be used. The heat exchanger 18, the thermal energy is supplied via lines 19 a and 19 b in the form of a primary circuit and can then be used via lines 20 a and 20 b for the heating of process water or for heating purposes or the like.

Claims

Ansprüche claims
1. Verbrennungsmaschine zum Erzeugen mechanischer Energie mit Gas als Brennstoff, gekennzeichnet durch ein Wasserstoffgas als Brennstoff und einen Vorratsbehälter zum Speichern von Sauerstoff, wobei der in dem Vorratsbehälter gespeicherte Sauerstoff über eine Zuführung der Verbrennungsmaschine zugeführt wird, um den für die Verbrennung erforderlichen Sauerstoff vorzusehen.An internal combustion engine for generating mechanical energy with gas as fuel, characterized by a hydrogen gas as fuel and a reservoir for storing oxygen, wherein the stored in the reservoir oxygen is supplied via a feed of the internal combustion engine to provide the oxygen required for combustion.
2. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die Verwendung der erzeugten mechanischen Energie zum Antreiben eines Generators, welcher elektrische Energie erzeugt.2. Combustion engine according to claim 1, characterized by the use of the generated mechanical energy for driving a generator which generates electrical energy.
3. Verbrennungsmaschine nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (18) zur Nutzung der beim Verbrennungsvorgang in der Verbrennungsmaschine (10) entstehenden Wärme.3. Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized by a heat exchanger (18) for use of the combustion process in the internal combustion engine (10) resulting heat.
4. Verbrennungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die der Verbrennung in der Verbrennungsmaschine zugeführte Sauerstoffmenge gesteuert werden kann.4. An internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the amount of combustion gas supplied to the internal combustion engine can be controlled.
5. Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Energie, mit einem elektrischen Generator, einer Verbrennungsmaschine zum Antreiben des Generators, wobei Gas als Brennstoff für die Verbrennungsmaschine verwendet wird, wobei ein Wasserstoffgas als Brennstoff verwendet wird, und einem Sauerstoffvorratsbehälter zum Speichern von Sauerstoff, wobei der für die Verbrennung in der Verbrennungsmaschine erforderliche Sauerstoff aus dem Sauerstoffvorratsbehälter zugeführt wird. 5. A device for generating electrical energy, comprising an electric generator, an internal combustion engine for driving the generator, wherein gas is used as fuel for the internal combustion engine, wherein a hydrogen gas is used as fuel, and an oxygen storage tank for storing oxygen, wherein for the Combustion in the internal combustion engine required oxygen is supplied from the oxygen storage tank.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die der Verbrennung in der Verbrennungsmaschine zugeführte Sauerstoffmenge gesteuert werden kann.The apparatus of claim 4, wherein the amount of oxygen supplied to the combustion in the internal combustion engine can be controlled.
7. Blockheizkraftwerk, mit einer Verbrennungsmaschine nach einem der Ansprüche 1 und 4 und/oder einer Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Ener- gie nach einem der Ansprüche 5 und 6. 7. combined heat and power plant, with an internal combustion engine according to any one of claims 1 and 4 and / or a device for generating electrical energy according to any one of claims 5 and 6.
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