DE102011012977B4 - Kraftstoffanlage und Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoff/Wasser-Gemisch - Google Patents

Kraftstoffanlage und Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoff/Wasser-Gemisch Download PDF

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Abstract

Kraftstoffanlage (10) zur Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine, mit – einem einen ersten Kraftstoff vorhaltenden ersten Kraftstofftank (20), wobei der erste Kraftstoff ein Destillatkraftstoff ist, – einem einen zweiten Kraftstoff vorhaltenden zweiten Kraftstofftank (30), wobei der zweite Kraftstoff ein Rückstandsöl ist, – einem zur Herstellung eines Kraftstoff/Wasser-Gemischs Wasser vorhaltenden Wassertank (40), – einer Mischvorrichtung (50) zur Herstellung eines Kraftstoff/Wasser-Gemischs sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Kraftstoff, – einem einen Stabilisator zur Stabilisierung des Kraftstoff/Wasser-Gemischs vorhaltenden Stabilisatortank (60), – fluidführenden Leitungen (70), die die Tanks (20, 30, 40, 60) mit der Mischvorrichtung (50) und die Mischvorrichtung (50) mit der Verbrennungskraftmaschine verbinden, und – in den Leitungen (70) angeordneten, den Fluidfluss aus den Tanks (20, 30, 40, 60) beeinflussende Stelleinrichtungen (80a, 80b), gekennzeichnet durch ein in wenigstens einer Leitung (70) angeordnetes, die Dichte, die Viskosität und/oder die Temperatur des der Mischvorrichtung zugeführten Kraftstoffs bestimmendes Messmittel (90) zur Detektion des ersten oder zweiten Kraftstoffs, und eine mit dem Messmittel (90) verbundene und auf die den Fluidfluss aus dem Stabilisatortank (60) beeinflussende Stelleinrichtung (80a) wirkende Steuerung, wobei die Steuerung bei Über- oder Unterschreiten eines vorbestimmten vom Messmittel (90) erfassten Werts bei Herstellung des Kraftstoff/Wasser-Gemischs die Zufuhr von Stabilisator in Abhängigkeit vom detektierten Kraftstoff regelt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffanlage zur Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem einen ersten Kraftstoff vorhaltenden ersten Kraftstofftank, wobei der erste Kraftstoff ein Destillatkraftstoff ist, einem einen zweiten Kraftstoff vorhaltenden zweiten Kraftstofftank, wobei der zweite Kraftstoff ein Rückstandsöl ist, einem zur Herstellung eines Kraftstoff/Wasser-Gemischs Wasser vorhaltenden Wassertank, einer Mischvorrichtung zur Herstellung eines Kraftstoff/Wasser-Gemischs sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Kraftstoff, einem einen Stabilisator zur Stabilisierung des Kraftstoff/Wasser-Gemischs vorhaltenden Stabilisatortank, fluidführenden Leitungen, die die Tanks mit der Mischvorrichtung und die Mischvorrichtung mit der Verbrennungskraftmaschine verbinden, und in den Leitungen angeordneten, den Fluidfluss aus den Tanks beeinflussende Stelleinrichtungen.
  • Kraftstoffanlagen zur Kraftstoffversorgung von Verbrennungskraftmaschinen, die mitunter auch für die Zufuhr eines ein Kraftstoffgemisch stabilisierenden Stabilisators eingerichtet sind, sind beispielsweise aus der US 2002/0035969 A1 , DE 198 28 772 A1 , JP 59-037239 A , DE 10 2007 042 236 A1 , DE 10 2007 056 819 A1 , US 7,413,583 B2 , US 5,245,953 A , US 5,404,841 A , DE 10 2008 036 350 A1 und der DE 10 2007 055 395 A1 bekannt.
  • Bei Schifffahrtsbrennstoffen werden Destillatkraftstoffe und Rückstandsöle unterschieden. Zu den in der Schifffahrt verwendeten Destillatkraftstoffen gehören beispielsweise „Schiffsdiesel“ und „Gasöl für den Seeverkehr“, wohingegen Schweröl (Heavy Fuel Oil; HFO) als typisches Rückstandsöl für Schiffdieselmotoren verwendet wird.
  • Aufgrund von Gesetzesbestimmungen ist jeweils regional die Nutzung von beispielsweise Schiffsdiesel und Schweröl vorgeschrieben, wobei diese Bestimmungen zusätzlich durch weitere Beschränkungen im Schadstoffausstoß der Abgase verschärft sind. Der Schiffsbetreiber hat also nicht nur sicherzustellen, dass je nach Route bzw. Position des Schiffes jeweils der „richtige“ Kraftstoff verwendet wird, sondern auch der Schadstoffausstoß, insbesondere NOx, unter den jeweils gesetzlich bestimmten Grenzwerten liegt.
  • Die Umstellung der Kraftstoffarten kann automatisch erfolgen, wobei besondere Rücksicht auf die unterschiedliche Viskosität der Kraftstoffe genommen werden muss.
  • In Bezug auf den Schadstoffausstoß kann sowohl zu den Destillatkraftstoffen als auch zu den Rückstandsölen Wasser mit unterschiedlichem Anteil hinzugemischt werden, sodass der Schadstoffausstoß insgesamt minimiert wird.
  • Hierbei ergibt sich das besondere Problem, dass bei mit Homogenisatoren erzeugten Kraftstoff/Wasser-Gemischen bereits nach kurzer Zeit eine Entmischung erfolgen kann, die zu einer Schädigung des Schiffsmotors führen kann. Während beispielsweise Kraftstoff/Wasser-Gemische aus Wasser und Schweröl über längere Zeit stabil sind, entmischen sich Kraftstoff/Wasser-Gemische aus Wasser und Kraftstoffdestillaten relativ schnell.
  • Abhilfe wird dadurch geschaffen, dass in der Regel manuell Stabilisatoren, insbesondere Emulgatoren, zum Stabilisieren der aus Wasser und Kraftstoffdestillaten hergestellten Kraftstoff/Wasser-Gemische hinzugefügt werden, sodass eine Entmischung nicht oder nur sehr langsam stattfinden kann.
  • Aufgabe der Erfindung ist es nun zur Vermeidung von Fehlern bei der Bedienung derartiger Verbrennungskraftmaschinen, eine Kraftstoffanlage zur Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine zu schaffen, wobei die Entscheidung über das Zuführen von Stabilisator und das Zuführen selbst automatisch geregelt sein soll.
  • Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.
  • Die Erfindung wird anhand eines in der einzigen 1 dargestellten besonders ausgestalteten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • 1 zeigt eine erfindungsgemäß ausgestaltete Kraftstoffanlage 10. Die Kraftstoffanlage 10 ist zur Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur Versorgung eines (nicht dargestellten) Schiffsdieselmotors, eingerichtet. Die Kraftstoffanlage 10 weist einen ersten Kraftstofftank 20 zum Vorhalten eines ersten Kraftstoffs, einen zweiten Kraftstofftank 30 zum Vorhalten eines zweiten Kraftstoffs, einen zur Herstellung eines Kraftstoff/Wasser-Gemischs Wasser vorhaltenden Wassertank 40 und einen Stabilisatortank 60 zum Vorhalten eines Stabilisator zur Stabilisierung des Kraftstoff/Wasser-Gemischs auf.
  • Der erste Kraftstoff kann beispielsweise Schweröl und der zweite Kraftstoff kann beispielsweise Schiffsdiesel sein, wobei der Stabilisator – zum Aufrechterhalten des Kraftstoff/Wasser-Gemischs bzw. zum Verhindern eines Entmischens von Wasser und Kraftstoff – auf den Kraftstoff und/oder auf die Verbrennungskraftmaschine abgestimmte, emulgierende Eigenschaften besitzt.
  • Darüber hinaus weist die Kraftstoffanlage 10 eine Mischvorrichtung 50 zur Herstellung eines aus erstem oder zweitem Kraftstoff und Wasser bestehenden homogenen Kraftstoff/Wasser-Gemischs auf.
  • Die vorgenannten Komponenten sind dabei mittels fluidführenden Leitungen 70a, 70b, 70c, 70d derart zu verbinden, dass der erste Kraftstoff, der zweite Kraftstoff und das Wasser der Mischvorrichtung 50, also dem Homogenisator 50, zugeleitet werden können. Zusätzlich muss sichergestellt sein, dass der Stabilisator aus dem Stabilisatortank 60 dem Kraftstoffdestillat aufweisenden Kraftstoff/Wasser-Gemisch zugeführt werden kann.
  • Dabei ist je nach Herstellerangaben des Stabilisators der Stabilisator dem Kraftstoff oder dem Wasser beizumengen – die Leitungen der Kraftstoffanlage sind entsprechend auszulegen. So kann die Kraftstoffanlage 10 für jeden der genannten Fälle ausgeführt sein, oder nur ein Vormischen des Stabilisators entweder mit Kraftstoff oder mit Kraftstoff/Wasser-Gemisch erlauben, sodass sich die Auswahl des Stabilisators und des Destillatkraftstoffs am Aufbau der Kraftstoffanlage 10 orientieren muss. Möglich wäre auch eine Anordnung bei der der Stabilisator dem Wasser beigemengt wird, bevor das Wasser/Stabilisator-Gemisch mit dem Kraftstoff vermischt wird.
  • In den Leitungen 70a, 70b, 70c, 70d sind Stelleinrichtungen 80a, 80b vorgesehen, die den Fluidfluss aus den Tanks 20, 30, 40, 60 beeinflussen. Die Stelleinrichtungen 80a, 80b können als Absperr- oder Drehschieber und/oder als Pumpen ausgebildet sein.
  • Bevorzugt wird das Messmittel 90 in einer mit dem ersten Kraftstofftank 20 und dem zweiten Kraftstofftank 30 kommunizierenden Leitung 70a angeordnet und zwar an einer Position, bevor eine Zuführung des Kraftstoffs entweder zur Wasser führenden Leitung 70b oder zur Stabilisator führenden Leitung 70c erfolgt. Das Messmittel 90 ist zum Erfassen der Dichte, der Viskosität und/oder der Temperatur des in der Leitung 70a geführten Kraftstoffs eingerichtet.
  • Die (nicht dargestellte) Steuerung ist dabei mit dem Messmittel 90 verbunden, sodass die vom Messmittel erfassten Daten ausgewertet und die Steuerung zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erforderliche Maßnahmen ergreifen kann. Insbesondere wird die Steuerung bei Messung, Über- oder Unterschreiten vorbestimmter Dichte-, Viskositäts- und/oder Temperaturwerte derart auf die Stelleinrichtung 80a, 80b wirken, dass Stabilisator dem Kraftstoff oder dem Wasser zugeführt wird oder nicht.
  • Wird beispielsweise eine Kraftstofftemperatur von etwa 80 °C und/oder eine Dichte von etwa 1 kg/l gemessen, kann auf das Vorhandensein von in der Leitung 70a geführtem Schweröl geschlossen werden, sodass es zur Herstellung eines Kraftstoff/Wasser-Gemischs mit einem Kraftstoffanteil aus Schweröl nicht notwendig ist, einen Stabilisator beizumengen.
  • Beträgt die Dichte jedoch nur 0,82 bis 0,87 kg/l und/oder ist die Kraftstofftemperatur geringer als 60 °C, bevorzugt geringer als 55 °C, kann auf das Vorhandensein von in der Leitung 70a geführtem Destillatkraftstoff geschlossen werden, sodass es zur Herstellung eines Kraftstoff/Wasser-Gemischs mit einem Kraftstoffanteil aus Destillatkraftstoff zwingend notwendig ist, einen Stabilisator beizumengen.
  • Die Steuerung wird also bei Detektion von Destillatkraftstoff darauf hinwirken, dass Stabilisator aus dem Stabilisatortank 60 abgegeben wird, der Stabilisatortank 60 bei Detektion von Schweröl jedoch geschlossen bleibt.
  • Bevorzugt kann die Steuerung auch, insbesondere bei Bevorratung mit mehreren unterschiedlichen Kraftstoffarten und mehr als zwei Tanks so eingerichtet sein, dass die Steuerung je nach durch das Messmittel vermittelte Daten und vorgegebener Werte oder Wertebereiche zusätzlich auf die Stelleinrichtung 80b wirkt, sodass der Stabilisator der Kraftstoff führenden Leitung 70a oder der Wasser führenden Leitung 70b zugeführt wird, sodass der Stabilisator vor dem Vermischen im Homogenisator entweder mit dem Wasser oder dem Kraftstoff vorgemischt wird.
  • Alternativ kann auch bei entsprechender Auslegung der Kraftstoffanlage 10 der Stabilisator durch die Steuerung veranlasst mit dem homogenisierten Kraftstoff-Wasser-Gemisch gemischt werden.
  • Nach Homogenisieren des Kraftstoff/Wasser-Gemischs im Homogenisator 50 wird das Kraftstoff/Wasser-Gemisch über die Leitung 70d der Verbrennungskraftmaschine zugeführt, wobei ein (mit gestrichelter Linie angedeuteter) Rücklauf vorgesehen sein kann.
  • Das Verfahren sieht also allgemein so aus, dass zum Betreiben einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoff/Wasser-Gemisch in einem Kraftstofftank 20, 30 vorgehaltener Kraftstoff und in einem Wassertank 40 vorgehaltenes Wasser zu einer Mischvorrichtung 50 zugeleitet wird. In der Mischvorrichtung wird ein homogenes Kraftstoff/Wasser-Gemisch erzeugt und das homogene Kraftstoff/Wasser-Gemisch der Verbrennungskraftmaschine zugeleitet.
  • Erfindungsgemäß wird die Dichte, die Viskosität und/oder die Temperatur des der Mischvorrichtung 50 zugeleiteten Kraftstoffs bestimmt und in Abhängigkeit von der Dichte, der Viskosität und/oder der Temperatur des der Mischvorrichtung 50 zugeleiteten Kraftstoffs ein in einem Stabilisatortank 60 vorgehaltener Stabilisator zum Kraftstoff, zum Wasser oder zum homogenen Kraftstoff/Wasser-Gemisch zur Stabilisierung des homogenen Kraftstoff/Wasser-Gemischs zugeführt. Der Stabilisator kann insbesondere dem vor Passieren der Mischvorrichtung mit Wasser vorgemischten Kraftstoff zugeleitet werden, sodass Wasser, Kraftstoff und Stabilisator gemeinsam in der Mischvorrichtung homogenisiert werden.
  • Derart ausgebildet schützt die automatisierte Kraftstoffanlage nach der Erfindung vor Betriebsschäden durch Anwendungsfehler.

Claims (4)

  1. Kraftstoffanlage (10) zur Kraftstoffversorgung einer Verbrennungskraftmaschine, mit – einem einen ersten Kraftstoff vorhaltenden ersten Kraftstofftank (20), wobei der erste Kraftstoff ein Destillatkraftstoff ist, – einem einen zweiten Kraftstoff vorhaltenden zweiten Kraftstofftank (30), wobei der zweite Kraftstoff ein Rückstandsöl ist, – einem zur Herstellung eines Kraftstoff/Wasser-Gemischs Wasser vorhaltenden Wassertank (40), – einer Mischvorrichtung (50) zur Herstellung eines Kraftstoff/Wasser-Gemischs sowohl mit dem ersten als auch mit dem zweiten Kraftstoff, – einem einen Stabilisator zur Stabilisierung des Kraftstoff/Wasser-Gemischs vorhaltenden Stabilisatortank (60), – fluidführenden Leitungen (70), die die Tanks (20, 30, 40, 60) mit der Mischvorrichtung (50) und die Mischvorrichtung (50) mit der Verbrennungskraftmaschine verbinden, und – in den Leitungen (70) angeordneten, den Fluidfluss aus den Tanks (20, 30, 40, 60) beeinflussende Stelleinrichtungen (80a, 80b), gekennzeichnet durch ein in wenigstens einer Leitung (70) angeordnetes, die Dichte, die Viskosität und/oder die Temperatur des der Mischvorrichtung zugeführten Kraftstoffs bestimmendes Messmittel (90) zur Detektion des ersten oder zweiten Kraftstoffs, und eine mit dem Messmittel (90) verbundene und auf die den Fluidfluss aus dem Stabilisatortank (60) beeinflussende Stelleinrichtung (80a) wirkende Steuerung, wobei die Steuerung bei Über- oder Unterschreiten eines vorbestimmten vom Messmittel (90) erfassten Werts bei Herstellung des Kraftstoff/Wasser-Gemischs die Zufuhr von Stabilisator in Abhängigkeit vom detektierten Kraftstoff regelt.
  2. Kraftstoffanlage (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messmittel (90) in einer mit dem ersten Kraftstofftank (20) und dem zweiten Kraftstofftank (30) direkt kommunizierenden Leitung (70) angeordnet ist.
  3. Kraftstoffanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung auf eine Stelleinrichtung (80b) zum Zuleiten des Stabilisators zu einer Wasser führenden Leitung (70b) oder zu einer Kraftstoff/Wasser-Gemisch führenden Leitung (70d) wirkend eingerichtet ist.
  4. Kraftstoffanlage (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen (80a, 80b) Ventile und/oder Pumpen sind.
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