DE102007044165A1 - Device for operating power plants with vegetable oil has at least one heating device in tank which holds vegetable oil and is connected in non-positive or positive locking manner to open-pore metal foam structure - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Betreiben einer Motoranlage, vorzugsweise eines Dieselmotors, mit Pflanzenöl. Besonders geht es um eine Vorrichtung zur Verringerung der Viskosität des Pflanzenöls durch Vorerwärmung.The The invention relates to a device for operating an engine system, preferably a diesel engine, with vegetable oil. Especially is about a device for reducing the viscosity of vegetable oil by preheating.
Es ist seit langem bekannt, dass Pflanzenöl als Treibstoff für Motoren genutzt werden kann. Schon Otto Diesel hatte seinen ersten Dieselmotor erfolgreich mit Rapsöl betrieben. Mit Pflanzenöl betriebene Motoren konnten sich damals jedoch nicht durchsetzen, da die Gewinnung von Dieselkraftstoff zu dieser Zeit wesentlich kostengünstiger war als die Herstellung von Pflanzenöl.It has long been known that vegetable oil as a fuel can be used for engines. Already had Otto Diesel his first diesel engine successfully operated with rapeseed oil. Vegetable oil-powered engines could then, however do not enforce, because the production of diesel fuel to this Time was much cheaper than the production of vegetable oil.
Heute gewinnt die Verwendung von Pflanzenöl im Zuge der zunehmenden Erdölverknappung und aufgrund des wachsenden Umweltbewusstseins immer mehr an Bedeutung. Pflanzenöl ist im Gegensatz zu Diesel ein nachwachsender Rohstoff. Außerdem wird beim Betrieb eines Verbrennungsmotors mit Pflanzenöl im Vergleich zum Betrieb mit Diesel deutlich weniger Kohlendioxid ausgestoßen und es entstehen praktisch keine Russpartikel.today wins the use of vegetable oil in the course of increasing Oil shortage and due to the growing environmental awareness always more important. Vegetable oil is unlike diesel a renewable resource. In addition, the operation becomes of an internal combustion engine with vegetable oil compared to Operation with diesel emitted significantly less carbon dioxide and there are virtually no soot particles.
Der Betrieb von Dieselmotoren mit Pflanzenöl wirft jedoch technische Probleme auf. Aufgrund seiner im Vergleich zu Dieselöl höheren Viskosität kann Pflanzenöl nicht ohne Weiteres zum Starten eines kalten Dieselmotors verwendet werden. Auch der Kaltlauf eines mit Pflanzenöl betriebenen Dieselmotors ist unbefriedigend, da der Motor sehr „unrund" läuft und infolgedessen einem höheren Verschleiß unterworfen ist. Zudem vermischt sich während der Kaltlaufphase das Pflanzen- mit dem Motoröl, wodurch chemische Reaktionen zwischen den Ölen ermöglicht werden, die Motorschäden verursachen können.Of the However, the operation of diesel engines with vegetable oil raises technical Problems on. Because of its compared to diesel oil Vegetable oil can not be higher in viscosity be readily used to start a cold diesel engine. Also, the cold run of a powered by vegetable oil diesel engine is unsatisfactory because the engine runs very "out of round" and consequently subjected to higher wear is. In addition, the mix during the cold-running phase Plant with the engine oil, causing chemical reactions between the oils are allowed, the engine damage can cause.
Bereits vorhandene Dieselmotoren müssen daher in geeigneter Weise für den Betrieb mit Pflanzenöl nachgerüstet werden, neu hergestellte Motoren müssen entsprechend vorbereitet sein.Already Existing diesel engines must therefore be suitably retrofitted for operation with vegetable oil newly manufactured engines must be prepared accordingly be.
Dieses Problem kann bekanntermaßen durch zwei verschiedene technische Ansätze gelöst werden. Bei der sogenannten Zweitank-Lösung wird der Motor während des Startens und Warmlaufens mit Diesel betrieben. Das Pflanzenöl wird sowohl in der Startphase als auch im weiteren Betrieb mit Hilfe eines Wärmetauschers, in dem das warme Motoröl bzw. das erwärmte Kühlwasser zirkuliert, erwärmt. Nachdem das Pflanzenöl die Betriebstemperatur erreicht hat, wird der Motor auf reinen Pflanzenölbetrieb umgeschaltet. Kurz vor dem Abschalten des Motors wird dieser noch einmal mit Dieselkraftstoff gespült.This Problem can be known by two different technical Approaches are solved. In the so-called two-tank solution the engine is started during startup and warm-up Diesel operated. The vegetable oil is both in the starting phase as well as in the further operation with the help of a heat exchanger, in which the warm engine oil or the heated cooling water circulated, heated. After the vegetable oil the Operating temperature has reached, the engine is on pure vegetable oil operation switched. Just before switching off the engine, this is still once rinsed with diesel fuel.
Als Alternative können Dieselmotoren mit Gemischen aus Pflanzenöl und Diesel betrieben werden. Hierbei werden im Sommer maximal 80% und im Winter 50% des Dieselkraftstoffs durch Pflanzenöl ersetzt.When Alternative diesel engines with mixtures of vegetable oil and diesel operated. In summer, a maximum of 80% and in winter 50% of the diesel fuel is replaced by vegetable oil.
Bei der sogenannten Eintank-Lösung wird das Pflanzenöl vor dem Start des Motors elektrisch erwärmt, und dieser sofort mit Pflanzenöl gestartet. Um die Vorlaufzeiten gering zu halten, wird üblicherweise nur eine kleine Menge des Pflanzenöls vorerwärmt. In der Startphase wird das ansonsten kalte Pflanzenöl mit Hilfe entsprechend starker Umwälzpumpen durch die Leitungen gefördert. Nachdem der Motor warmgelaufen ist, wird die elektrische Heizvorrichtung abgeschaltet und das Pflanzenöl vor dessen Zuführung zum Motor analog zur Zweitank-Lösung durch das Motoröl bzw. das Kühlwasser erwärmt.at the so-called single-tank solution becomes the vegetable oil electrically heated before starting the engine, and this one immediately started with vegetable oil. To the lead times low Usually, just a small amount of it will keep Vegetable oil preheated. In the starting phase will the otherwise cold vegetable oil with the help of correspondingly strong Circulating pumps conveyed through the lines. After this the engine has warmed up, becomes the electric heater shut off and the vegetable oil before its supply to the engine analogous to the two-tank solution by the engine oil or the cooling water heated.
Da Pflanzenöl eine hohe Viskosität aufweist, ist die Wärmeverteilung im Öl durch Konvektion gering. Es ist folglich schwierig, das Pflanzenöl gleichmäßig zu Erwärmen bzw. innerhalb des Öls eine gleichverteilte Viskosität einzustellen. Für einen ökonomischen Betrieb insbesondere von modernen, elektronisch gesteuerten, direkt einspritzenden Dieselmotoren, ist es notwendig, um eine hohe Lebensdauer der Motoren zu gewährleisten, diese mit Pflanzenöl von definierter Temperatur/Viskosität zu versorgen.There Vegetable oil has a high viscosity is the heat distribution in the oil by convection low. It is therefore difficult to even the vegetable oil to heat or within the oil an equally distributed Adjust viscosity. For an economic Operation in particular of modern, electronically controlled, direct Injecting diesel engines, it is necessary to have a long service life the engines ensure this with vegetable oil of defined temperature / viscosity.
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Vorschläge bekannt, welche die Versorgung des Motors mit Pflanzenöl von definierter Viskosität zum Ziel haben.Out the prior art, numerous proposals are known which the supply of the engine with vegetable oil of defined Viscosity to the goal.
So
wird in
In
In beiden Schriften wird versucht, die langsame und ungleichmäßige Erwärmung des Pflanzenöls in einem Vorwärmgefäß dadurch zu kompensieren, dass zusätzliche Vorrichtungen zur Erwärmung des Öls zwischen dem Vorwärmgefäß und den Einspritzdüsen des Motors eingesetzt werden. Das Problem wird zwar gemildert, die vorgeschlagenen Lösungen sind jedoch technisch aufwändig und verbrauchen zudem vergleichsweise viel Energie.In both documents, attempts are made to compensate for the slow and uneven heating of the vegetable oil in a preheating vessel, that additional means for heating the oil between the preheating vessel and the injection nozzles of the engine are used. Although the problem is alleviated, the proposed solutions are technically complex and also consume comparatively much energy.
In
Hierdurch wird ein vergleichsweise guter Wärmeaustausch erreicht. Da die Durchströmgeschwindigkeit des Öles abhängig von der Motorleistung ist, schwankt auch das Temperaturniveau des Öles.hereby a comparatively good heat exchange is achieved. As the flow rate of the oil depends from the engine power, the temperature level of the oil also varies.
Durch die genaue Regelung der Pflanzenöl-Temperatur wird der Motor zwar mit Öl von definierter Viskosität versorgt, die Lösung ist allerdings technisch vergleichsweise aufwändig und hat einen hohen Energieverbrauch.By the exact regulation of the vegetable oil temperature becomes the Engine supplied with oil of defined viscosity, However, the solution is technically relatively complex and has a high energy consumption.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Betrieb von Motoransagen mit Pflanzenöl zu schaffen, die einfach aufgebaut ist und dem Motor Pflanzenöl von definierter Viskosität zuführt.task The invention is an apparatus for operating engine announcements to create with vegetable oil that is simple and the engine vegetable oil of defined viscosity supplies.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 8.These The object is achieved by the characterizing Characteristics of claim 1 solved. Advantageous versions The invention will become apparent from the claims 2 to 8.
Die Vorrichtung zum Betrieb von Motoranlagen mit Pflanzenöl besteht aus einem wärmeisolierten, topfartigen Behälter mit Zu- und Abflussleitungen für das Öl. Zur Erwärmung des Pflanzenöls befindet sich im Behälter mindestens eine Heizvorrichtung. Nach Maßgabe der Erfindung ist die mindestens eine Heizvorrichtung mit einer offenporigen Metallschaumstruktur kraft- oder stoffschlüssig verbunden. Der Metallschaum dient als Wärmetauscher.The Device for operating engine systems with vegetable oil consists of a thermally insulated pot-shaped container with inlet and outlet pipes for the oil. For heating of vegetable oil is in the container at least a heater. According to the invention, the at least one heating device with an open-pored metal foam structure positively or materially connected. The metal foam serves as a heat exchanger.
Für den Einsatz in einer Zweitankanlage ist in den Behälter nur eine Heizvorrichtung in Form einer Rohrspirale eingebracht. Durch diese fließt während des Motorbetriebs warmes Motoröl oder Kühlwasser mit einer Temperatur von ca. 85°C. Die Vorrichtung dient bei Zweitanksystemen somit für das Pflanzenöl gleichzeitig als Pufferspeicher, wodurch eine Überhitzung des Pflanzenöls vermieden wird, und als Durchlauferhitzer.For the use in a secondary fueling system is in the container only a heater introduced in the form of a pipe spiral. Through this warm flows during engine operation Engine oil or cooling water at a temperature of about 85 ° C. The device thus serves in two-tank systems for the vegetable oil at the same time as a buffer storage, thereby avoiding overheating of the vegetable oil is, and as a water heater.
Für den Einsatz in einer Eintankanlage ist der Behälter zusätzlich zur Rohrspirale noch mit einer elektrischen Heizvorrichtung ausgestattet. Außerdem ist in den Behälter eine mit einem Durchbruch versehene Trennwand eingebracht, die den Behälter in ein unteres und ein oberes Kompartiment teilt. Die Trennwand verläuft parallel zum Boden des Behälters. Die Rohrspirale ist im oberen Kompartiment, das um ein Vielfaches größer ist als das untere, angeordnet. Im unteren Kompartiment, an das auch die Treibstoffzuleitung zum Motor angeschlossen ist, befindet sich die elektrische Heizvorrichtung.For the use in a single-tank system, the container is additional to the pipe spiral still equipped with an electric heater. In addition, in the container is provided with a breakthrough Dividing wall placed, which the container in a lower and an upper compartment shares. The partition runs parallel to the bottom of the container. The pipe spiral is in the upper Compartment that is many times larger as the lower, arranged. In the lower compartment, that too the fuel supply line is connected to the engine is located the electric heater.
Vor dem Starten des Motors muss mit Hilfe der elektrischen Heizvorrichtung das Pflanzenöl im unteren Kompartiment auf Betriebstemperatur erwärmt werden. Das untere Kompartiment fasst dabei soviel Pflanzenöl, dass die Menge einerseits schnell erwärmt werden kann, andererseits jedoch für das Warmlaufen des Motors ausreicht.In front Starting the engine should be done by means of the electric heater the vegetable oil in the lower compartment to operating temperature to be heated. The lower compartment holds so much Vegetable oil that heats the crowd quickly on the one hand on the other hand, however, for warming up the Motors is sufficient.
Um die chemische Zersetzung des Pflanzenöls und das Ausbrechen von Bränden zu verhindern, ist es vorgesehen, dass die elektrische Heizvorrichtung über eine Temperaturregelung verfügt. Trotzdem können lokale Überhitzungen und ein damit verbundenes Ausgasen des Pflanzenöls, das bereits bei Temperaturen größer 90°C einsetzt, nicht völlig verhindert werden. Der in der Trennwand befindliche Durchbruch ermöglicht das Entweichen der gebildeten Gase. Er dient zugleich dem nach der Warmlaufphase für die Versorgung des Motors notwendigen Transport von Pflanzenöl vom oberen zum unteren Kompartiment.Around the chemical decomposition of the vegetable oil and the breaking away to prevent fires, it is envisaged that the electric heater via a temperature control features. Nevertheless, local overheating can and an associated outgassing of the vegetable oil, the already at temperatures higher than 90 ° C not completely prevented. The one in the partition breakthrough allows the escape of the formed Gases. He also serves after the warm-up phase for the supply of the engine necessary transport of vegetable oil from the upper to the lower compartment.
Typischerweise besteht die als Wärmetauscher eingesetzte offenporige Metallschaumstruktur aus Aluminium und weist eine Porenweite von 2–5 mm auf. Der Wärmetauscher setzt sich bevorzugt aus zwei Segmenten zusammen. Das eine Segment ist innen mit der Rohrspirale kraft- oder formschlüssig verbunden und entweder rohr- oder zylinderförmig ausgeformt; das andere Segment ist rohrförmig, umschließt die Rohrspirale und ist von außen kraft- oder formschlüssig mit dieser verbunden.typically, exists the used as a heat exchanger open-pore metal foam structure Aluminum and has a pore size of 2-5 mm. Of the Heat exchanger is preferably composed of two segments. The one segment is internally connected to the pipe spiral non-positively or positively and formed either tubular or cylindrical; the other segment is tubular, enclosing the Pipe spiral and is from the outside positive or positive connected to this.
Um die Zuleitung der Wärme über den Metallschaum weiter zu verbessern, können die rohrförmigen Teile eine graduierte, von innen nach außen oder von außen nach innen stetig anwachsende Porengröße aufweisen. Wird im Inneren der Schraubenspirale ein zylinderförmiges Teil verwendet, so nimmt vorteilhafterweise die Porengröße von innen nach außen stetig ab.To the supply of heat over the Me To further improve tallschaum, the tubular parts may have a graduated, from inside to outside or from outside to inside steadily increasing pore size. If a cylindrical part is used in the interior of the helical spiral, the pore size advantageously decreases steadily from the inside to the outside.
Aufgrund der Struktur des Metallschaums wird das Pflanzenöl in viele kleine Zellen zerteilt, die gleichmäßig mit Wärme beaufschlagt werden. Somit erfolgt die Erwärmung des gesamten Pflanzenöls im Behälter – im Gegensatz zum Stand der Technik – nahezu zeitgleich, wodurch der Motor mit Pflanzenöl von gleichbleibender Temperatur und Viskosität versorgt wird, was im Übrigen hohe Massendurchsätze ermöglicht. Außerdem werden lokale Überhitzungen und daraus folgende Ausgasungen des Pflanzenöls vermieden.by virtue of The structure of the metal foam turns the vegetable oil into many small cells are split, evenly with heat be charged. Thus, the heating of the entire Vegetable oil in the container - in contrast to the prior art - almost at the same time, whereby the Engine with vegetable oil of constant temperature and Viscosity is supplied, which otherwise high Mass flow rates possible. Furthermore become local overheating and consequent outgassing avoided the vegetable oil.
Die Erfindung kann sowohl in bekannten Zweitanksystemen als auch in Eintanksystemen eingesetzt werden. In jedem Fall kann aufgrund des Wärmetauschers aus Metallschaum auf zusätzliche Umwälzpumpen und Heizeinrichtungen in den Zuleitungen zum Motor beziehungsweise an den Einspritzdüsen verzichtet werden.The Invention can be used both in known two-tank systems and in Tank systems are used. In any case, due to the heat exchanger made of metal foam on additional circulation pumps and heaters in the supply lines to the engine respectively dispensed with the injectors.
Bei neuartigen Dieselmotoren wird nicht der gesamte zugeleitete Treibstoff verbrannt, sondern ein Teil dieses Treibstoffs wird wieder in das Tanksystem zurückgeleitet. Beim Durchtreten durch den Motor wird der Treibstoff stark erwärmt. Ein Zurückleiten des heißen Treibstoffes in den Vorwärmbehälter würde zu einer Überhitzung des Treibstoffes führen, da im Betrieb nach der Warmlaufphase die Erwärmung des Pflanzenöls alleine mit Hilfe des Kühlwassers bzw. Motoröls ausreicht. Beim Einsatz solcher Motoren ist es deshalb vorgesehenen, das vom Motor zurückgeführte Pflanzenöl, gesteuert über ein Ventil, während der Warmlaufphase in den Vorwärmbehälter und nach der Warmlaufphase in den Vorratstank zu leiten.at new diesel engines will not be the entire fuel supplied burned, but part of this fuel will be back in the Tank system returned. When passing through the engine the fuel is strongly heated. A return of the hot fuel into the preheat tank would lead to overheating of the fuel, since in operation after the warm-up phase, the heating of the Vegetable oil alone with the help of cooling water or Engine oil is sufficient. When using such engines, it is Therefore, provided that returned from the engine Vegetable oil, controlled by a valve while the warm-up phase in the Vorwärmbehälter and after the warm-up phase in the storage tank to lead.
Die
Erfindung soll im Folgenden anhand zweier Ausführungsbeispiele
näher erläutert werden. Hierzu zeigen die
In
Motoröl über
die Zuführung
Aus
Aus
Oberhalb
der Heizung
Die
Trennwand
Um
eine Überhitzung des Pflanzenöls
Während
der Warmlaufphase wird mit Hilfe der Pumpe
Falls
nach längerem Betrieb das Pflanzenöl
- 1.1.
- topfartiger Behälterpot-like container
- 2.Second
- Rohrspiralepipe spiral
- 2.1.2.1.
- Zuführung Motoröl oder Kühlwasserfeed Engine oil or cooling water
- 2.2.2.2.
- Ausgang Motoröl oder Kühlwasseroutput Engine oil or cooling water
- 3.1.3.1.
- Zuführung Pflanzenöl vom Tankfeed Vegetable oil from the tank
- 3.2.3.2.
- Ausgang Pflanzenöl zum Motoroutput Vegetable oil to the engine
- 3.3.3.3.
- Zuführung Pflanzenöl vom Motor (Rücklauf)feed Vegetable oil from the engine (return)
- 3.4.3.4.
- Ausgang Pflanzenöl zum Tankoutput Vegetable oil to the tank
- 4.4th
- elektrische Heizungelectrical heater
- 5.5th
- Isolationisolation
- 6.6th
- offenporige Metallschaumstrukturopen-pored Metal foam structure
- 6.16.1
- inneres Metallschaumsegmentinner Metal foam segment
- 6.26.2
- äußeres Metallschaumsegmentouter Metal foam segment
- 7.7th
- Umlenkblechebaffles
- 8.8th.
- Pflanzenölvegetable oil
- 9.9th
- Trennwandpartition wall
- 10.10th
- Durchbruchbreakthrough
- 11.11th
- Tanktank
- 12.12th
- Motorengine
- 13.13th
- 2/2 Wegeventil2.2 way valve
- 14.14th
- Pumpe (vom Behälter zum Tank)pump (from the tank to the tank)
- 15.15th
- Pumpe (vom Behälter zum Motor)pump (from the tank to the engine)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- - DE 10060573 B4 [0016] - DE 10060573 B4 [0016]
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DE102007044165A1 true DE102007044165A1 (en) | 2008-09-11 |
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- 2007-09-15 DE DE102007044165A patent/DE102007044165A1/en not_active Ceased
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8131 | Rejection |