DE102013110163A1 - Kohlendioxidabtrenneinrichtung für eine Verbrennungsmaschine - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlendioxidabtrenneinrichtung für eine Verbrennungsmaschine mit einer Ladeeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, Ladeluft auf einen Ladedruck aufzuladen und der Verbrennungsmaschine die aufgeladene Ladeluft zuzuführen, und einer Abgaskühleinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, von der Verbrennungsmaschine bereitgestelltes Abgas abzukühlen, bis Kondensation von Kohlendioxid eintritt. Das bereitgestellte Abgas weist einen Abgasüberdruck auf, der vom Ladedruck und von Verbrennungsprozess und/oder von den in der Verbrennungsmaschine erzeugten Bedingungen abhängt. Die Erfindung betrifft außerdem eine entsprechende Maschineneinrichtung und ein Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxid aus Abgas einer Verbrennungsmaschine.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kohlendioxidabtrenneinrichtung für eine Verbrennungsmaschine, eine Maschineneinrichtung mit einer Kohlendioxidabtrenneinrichtung sowie ein Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxid aus Abgas einer Verbrennungsmaschine.
  • Bei Verbrennungsprozessen in Verbrennungsmaschinen wird Kohlendioxid in großen Mengen freigesetzt, das sich im Allgemeinen in die Atmosphäre ausbreitet und dort als Klimagas unerwünschte Wirkung entfaltet. Um den Kohlendioxidausstoß zu verringern, kann Kohlendioxid aus dem Abgas abgetrennt und gespeichert werden. Das Abtrennen erfordert dabei jedoch den Aufwand von Energie und häufig auch die Verwendung chemischer Mittel, deren Einsatz im Hinblick auf ökologische Gesichtspunkte bedenklich sein kann.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine energetisch und unter ökologischen Gesichtspunkten günstige Einrichtung zum Abtrennen von Kohlendioxid aus Abgas einer Verbrennungsmaschine und ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen. Dabei soll insbesondere ein effiziente Verwendung von Abwärme des Abgases erfolgen und möglichst auf chemische Zusatzmittel verzichtet werden können.
  • Die Aufgabe wird durch die Einrichtungen und Verfahren gemäß den unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den untergeordneten Ansprüchen.
  • Im Rahmen dieser Beschreibung kann eineVerbrennungsmaschine eine thermische Energiemaschinejeder Art sein und/oder eine Maschine, die Brennmaterial verbrennt und/oder Abgas produziert, insbesondere um mechanische und/oder thermische Energie abzugeben und/oder zu erzeugen und/oder bereitzustellen. Eine Verbrennungsmaschine kann insbesondere ein Verbrennungsmotor sein.
  • Brennmaterial kann insbesondere eine oder mehrere Kohlenstoffverbindungen umfassen, etwa Kohlenwasserstoffe. Es ist vorstellbar, dass die Verbrennungsmaschine dazu ausgebildet ist, Diesel und/oder Benzin und/oder Öl und/oder Gas und/oder Alkohol wie etwa Ethanol zu verbrennen. Die Verbrennungsmaschinemaschine kann dazu ausgebildet sein, Benzin, Diesel, Gas und/oder Kombinationen aus derartigen Materialien und/oder Öl zu verbrennen, und etwa ein Benzinmotor und/oder Dieselmotor und/oder Gasmotor und/oder Allstoffmotor oder eine Strömungsmaschine oder eine Kesselanlage sein und/oder umfassen. EineVerbrennungsmaschine, insbesondere ein Verbrennungsmotor, kann stationär ausgebildet sein und/oder als Maschine oder Motor auf einem Transportmittel vorgesehen sein, etwa auf einem Kraftfahrzeug und/oder Schiff und/oder Flugzeug. Die Maschine oder der Motor kann als Generator zur Erzeugung von Elektrizität und/oder als Antriebsmotor zum Betreiben einer zu bewegenden Einrichtung wie etwa eines Transportmittels und/oder einer Maschine ausgebildet sein. Im Betrieb kann eine Verbrennungsmaschine, insbesondere ein Verbrennungsmotor, Brennstoff mit einem Arbeitsmedium z.B. Luftverbrennen, insbesondere aufgeladene Luft oder Ladeluft, und als Verbrennungsprodukt Abgas bereitstellen und/oder erzeugen. Das Arbeitsmedium kann gasförmig vorliegen und/oder im Prozess als Reaktionspartner zur Erzeugung thermischer Energie dienen. Insbesondere kann das Arbeitsmedium Sauerstoff und/oder Luft und/der Luftsauerstoff umfassen oder sein.Das Arbeitsmedium kann zur Erzeugung und/oder Übertragung gewonnener mechanischer Energie dienen. Als Arbeitsmedium kann vorzugsweise Luft oder mit Abgas angereicherte Luft oder mit Kraftstoffen oder anderen Komponenten angereicherte Luft oder andere gasförmige Medien vorgesehen sein.Arbeitsmedium, dasvor demZuführen zur Verbrennungsmaschine oder zum Verbrennungsmotor und/oder zu einer oder mehreren Brennkammern verdichtet, insbesondere auf einen als Ladedruck bezeichneten Überdruck komprimiert wird oder ist, kann als aufgeladenes Arbeitsmedium, insbesondere aufgeladene Luft, oder Ladeluft bezeichnet werden. Arbeitsmedium, insbesondere Luft, kann aus der Umgebung stammen, und etwa über einen Einlass wie einen Lufteinlass angesaugt oder ansaugbar sein. Das Komprimieren auf den Ladedruck kann in mehreren Schritten und/oder Einrichtungen erfolgen, so dass das Arbeitsmedium und/oder die Ladeluft einen oder mehrere Zwischendrücke annehmen kann, bevor sie den Ladedruck erreicht und/oder der Verbrennungsmaschine oder dem Verbrennungsmotor und/oder einer oder mehreren zugeordneten Brennkammern zugeführt wird. Zum Aufladen und/oder auf den Ladedruck komprimieren können eine oder mehrere Verdichtungseinrichtungen vorgesehen sein, die Teil eine Ladeeinrichtung sein können. Eine Verdichtungseinrichtung kann allgemein einen Verdichter und/oder Kompressor und/oder eine Turbine und/oder einen Turbolader bezeichnen oder umfassen und/oder dazu ausgebildet sein, Arbeitsmedium auf einen Überdruck zu verdichten.Eine Ladeeinrichtung und/oder Komponenten einer Ladeeinrichtung können allgemein einer Verbrennungsmaschine und/oder einer oder mehreren Brennkammern einer Verbrennungsmaschine vorgeschaltet sein. Es ist vorstellbar, dass eine Ladeeinrichtung und/oder Komponenten einer Ladeeinrichtung in fluidischer Verbindung mit der Verbrennungsmaschine und/oder einer oder mehreren Brennkammern stehen und/oder bringbar sind und/oder in die Verbrennungsmaschine integriert sind, etwa indem sie an oder in einem gemeinsamen Gehäuse angebracht oder/oder aufgenommen sind und/oder gemeinsame Komponenten aufweisen. Die Ladeeinrichtung und/oder deren Komponenten können derart in die Verbrennungsmaschine integriert sein, dass sie stromauf einer oder mehrerer Brennkammern und/oder in fluidischer Verbindung damit angeordnet sind, um unter Ladedruck stehendes Arbeitsmedium bereitzustellen. Ein Überdruck, insbesondere ein Ladedruck oder ein Abgaseingangsdruck, kann allgemein ein Druck sein, der oberhalb eines Atmosphärendrucks und/oder eines Normdrucks liegt und/oder der oberhalb 1bar, oberhalb oder mindestens 4bar, oberhalb oder mindestens 5bar, oberhalb oder mindestens 7bar, oberhalb oder mindestens 10bar, oberhalb oder mindestens 12bar, oberhalb oder mindestens 15bar, oberhalb oder mindestens 17bar, oberhalb oder mindestens 20bar beträgt.Ein Ladedruck und ein Abgaseingangsdruck können unterschiedliche Überdruckwerte aufweisen. Eine Ladeeinrichtung kann insbesondere dazu ausgebildet sein, den Druck von zur Zufuhr zum Verbrennungsmotor oder zur Verbrennungsmaschine vorgesehenen Arbeitsmediums und/oder vorgesehener Luft in einem oder mehreren Schritten auf den Ladedruck zu erhöhen. Das Abgas kann an einem Auslass des Verbrennungsmotors oder der Verbrennungsmaschine bereitgestellt sein. Es kann vorgesehen sein, dass der Druck des Abgases stromab der Verbrennungsmaschine und/oder eines Auslasses der Verbrennungsmaschine, insbesondere ein Abgaseingangsdruck bei Eintrittin eine Kohlendioxidabtrenneinrichtung, von einem Ladedruck abhängt. Insbesondere kann der Abgaseingangsdruck und/oder der als Abgasdruck bezeichnete Druck des Abgases bei Austritt aus dem Verbrennungsmotoroder der Verbrennungsmaschine dem Ladedruck im Wesentlichen gleichen und/oder entsprechen und/oder folgen und/oder funktional abhängig davon sein, etwa im Wesentlichen linear und/oder im Wesentlichen und/oder in Teilbereichen mindestens linear.Der Abgasdruck kann ferner von in der Verbrennungsmaschine und/oder stromauf eines Einlasses in eine Kohlendioxidabtrenneinrichtung durchgeführten oder ablaufenden Prozessen oder Verfahren abhängen. Der Abgasdruck bei Eintritt in eine hierin beschriebene Kohlendioxidabtrenneinrichtung, etwa bei einem zugeordneten Leitungsabschnitt und/oder einem Einlass und/oder stromauf einer ersten, der Abtrenneinrichtung zugeordneten Einrichtung, insbesondere einer Kühleinrichtung wie einem Vorkühler, kann als Abgaseingangsdruck bezeichnet sein. Der Abgaseingangsdruck kann geringer sein als der Ladedruck und/oder der Druck des Abgases bei Verlassen der Verbrennungsmaschine, etwa wegen Strömungsverlustenund/oder zwischen Kohlendioxidabtrenneinrichtung und Auslass der Verbrennungsmaschine geschalteter Einrichtungen und/oder Prozessverlusten. Es kann etwa ein positives Spülgefälle vorliegen.Der Abgasdruck kann durch die Prozessführung der Verbrennungsmaschine und/oder einer oder mehrerer zwischen Kohlendioxidabtrenneinrichtung und Verbrennungsmaschine geschalteter Einrichtungen aber auch höher sein, als der zur Verfügung gestellte Ladedruck. Es kann etwa einnegatives Spülgefälle vorliegen. Eine Kühleinrichtung kann allgemein mindestens einen Wärmeübertrager umfassen oder bezeichnen, welcher dazu ausgebildet sein kann, ein zu kühlendes Medium, wie insbesondere Abgas, mit einem Kühlmittel in wärmeübertragenden Kontakt zu bringen. Insbesondere können Kühlmittel und zu kühlendes Medium dabei in Gegenstromanordnung oder kreuzweise geführt sein.Ein Kühlmittel kann dabei insbesondere ein Fluid wie Frischluft, Wasser, Motorkühlmittel und/oder bereits abgekühltes Abgas sein. Es ist vorstellbar, dass eine Kühleinrichtung einen geschlossenen Kreislauf für ein Kühlmittel aufweist, welches seinerseits mit einem zweiten Kühlmittel gekühlt wird. Eine Kühleinrichtung kann eine Lüftungseinrichtung wie einen Ventilator und/oder eine Kühlmittelpumpe zum Kühlen und/oder Transportieren von Kühlmittel aufweisen.
  • Das im Wesentlichen isobare und/oder isobare Führen und/oder Abkühlen eines Gases und/oder Gasgemisches, insbesondere von Abgas, kann allgemein bedeuten, dass das isobar geführte und/oder abgekühlte Gas, Gasgemisch oder Abgas seinen Druck über den entsprechenden Bereich des Führens und/oder Abkühlens im Wesentlichen beibehält und/oder auf diesem Druck gehalten wird, wobei geringfügige Strömungsverluste zulässig sein können. Eine Motoreinrichtung und/oder eine Kohlendioxidabtrenneinrichtung können jeweilsderart ausgebildet sein, dass die Strömungsverluste vorzugsweise 20%, 10%, 5% oder 1% des anfänglichen Druckes nicht überschreiten, etwa indem Strömungsquerschnitte und/oder Leitungsführungen entsprechend ausgebildet sind. Eine Abtrenneinrichtung und/oder eine Motoreinrichtung kann entsprechend ausgebildet sein, um die Strömungsverluste im beschriebenen Rahmen zu halten und/oder zu ersetzen. Zum Zuführen und/oder Abführen und/oder Führen eines Fluides können allgemein geeignete Leitungseinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen und/oder Strömungseinrichtungen und/oder Abdichteinrichtungen und/oder Verbindungseinrichtungen vorgesehen sein, um das gewünschte Führen von Fluid, insbesondere Kühlmittel und/oder Abgas, zu ermöglichen.
  • Erfindungsgemäß ist eine Kohlendioxidabtrenneinrichtung für eine Verbrennungsmaschine vorgesehen, insbesondere für einen Verbrennungsmotor und/oder eine Maschine zur Erzeugung thermischer Energie. Die Kohlendioxidabtrenneinrichtung weist eine Ladeeinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, ein Arbeitsmedium auf einen Ladedruck aufzuladen und der Verbrennungsmaschine dasaufgeladene Arbeitsmedium zuzuführen. Ferner umfasst die Abtrenneinrichtung eine Abgaskühleinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, vonder Verbrennungsmaschine oder vom Verbrennungsmotor bereitgestelltes Abgas abzukühlen, bis Kondensation von Kohlendioxid eintritt, wobei das bereitgestellte Abgas einen Abgasüberdruck aufweist, der vom Ladedruckund/oder vom Verbrennungsprozess und/oder den thermodynamisch erzeugten Bedingungen in der Verbrennungsmaschineabhängt. Das Arbeitsmedium kann in der Verbrennungsmaschine oder im Verbrennungsmotor in einem Verbrennungsprozess in Abgas umgewandelt werden. Der Abgasüberdruck kann ein oben beschriebener Überdruck sein, insbesondere ein Abgaseingangsdruck, und/oder im Wesentlichen dem Ladedruck folgen und/oder entsprechen.Dabei kann vorgesehen sein, dass der Abgasüberdruck derart vom Ladedruck abhängt, dass er sich ändert oder ändern würde, wenn der Ladedruck geändert wird oder sich ändern würde. Es kann eine entsprechende Anordnung von Leitungen und Ventileinrichtungen vorgesehen sein, die es dem Abgasüberdruck erlaubt, dem Ladedruck zu folgen und/oder von diesem abzuhängen. Der Abgasüberdruck kann insbesondere derart vom Ladedruck abhängen, dass der Abgasüberdruck und/oder Abgaseingangsdruck des Arbeitsmediums mindestens 50% oder mindestens 75% oder mindestens 90% odermindestens oder etwa 100% des Ladedrucks beträgt. Der Abgasüberdruck kann durch die Verbrennungskraftmaschine, etwa durch innere Verdichtung und /oder einen Verbrennungsprozess und oder Medienzuführung, auch auf höhere Drücke als den Ladedruck gebracht werden. Das Arbeitsmedium kann Luft oder Ladeluft sein.Es kann eine Sammlungseinrichtung zum Sammeln des flüssigen Kohlendioxids vorgesehen sein, welche etwa geeignete Leitungseinrichtungen und/oder Ventileinrichtungen und/oder Speicher aufweisen kann, um Kohlendioxid aus der Abgaskühleinrichtung abzuführen und/oder zu speichern. Die Abgaskühleinrichtung kann eine oder mehrere separat ausgebildete Kühleinheiten aufweisen, etwa eine Hauptkühleinrichtung oder Vorkühleinrichtung und/oder eine Abtrennkühleinrichtung. Unterschiedliche Kühleinheiten können dabei mit unterschiedlichen Kühlmitteln abkühlbar sein, etwa mit Frischluft und/oder Kühlmittel eines Fahrzeugs und/oder des Motors und/oder abgekühltem Abgas. Die Ladeeinrichtung kann einen oder mehrere Verdichtungseinrichtungen aufweisen, etwa einen oder mehrere Strömungsverdichter oder Verdrängerverdichterund/oder Turbolader, die durch einen Gasmassenstrom, insbesondere einen Luftmassenstromund/oder Abgasstrom angetrieben oder antreibbar sein können, und/oder eine oder mehrere mit der Verbrennungsmaschine oder dem Verbrennungsmotor und/oder einem anderen Antriebsmotor verbundene Verdichtungseinrichtungen. Ein solcher Antriebsmotor kann beispielsweise ein Elektromotor sein. Es ist vorstellbar, dass mindestens eine Verdichtungseinrichtung derart ansteuerbar und/oder angesteuert ist, dass sie einen gewünschten Ladedruck und/oder Zwischendruck herzustellen vermag. Es kann eine Sensoreinrichtung mit einem oder mehreren Sensoren vorgesehen sein, um einen Druck von Ladeluft zu überwachen. Eine Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, basierend auf Signalen von der Sensoreinrichtung eine Verdichtungseinrichtung, insbesondere eine zum Antreiben mit dem Verbrennungsmotor und/oder einem anderen Motor verbundenen oder verbindbaren Verdichtungseinrichtung, und/oder den entsprechenden Motor anzusteuern, um einen gewünschten Druck der Ladeluft bereitzustellen. Der gewünschte Druck kann ein Ladedruck sein. Alternativ kann vorgesehen sein, dass der gewünschte Druck ein Zwischendruck ist, auf den die angesteuerte Verdichtungseinrichtung die Ladeluft bringen soll, bevor eine oder mehrere nachgeschaltete Verdichtungseinrichtungen die Ladeluft auf einen gewünschten Ladedruck bringen. Es kann vorgesehen sein, dass der gewünschte Druck basierend auf einem oder mehreren Druckwerten der Ladeluft angesteuert wird, welche beispielsweise den Druck von Luft stromauf und/oder stromab der angesteuerten Verdichtungseinrichtung angeben.Es ist vorstellbar, dass die Ladeeinrichtung dazu ausgebildet ist, die Ladeluft auf eine bestimmte Temperatur und/oder einen bestimmten Druck zu bringen, nämlich den Ladedruck.Die Abgaskühleinrichtung kann mindestens eine Abtrennkühleinrichtung aufweisen, welche dazu vorgesehen sein kann, das Kohlendioxid durch Abkühlen zu kondensieren und/oder zu verflüssigen und/oder aus dem Abgasstrom abzutrennen. Die Abtrennkühleinrichtung kann mit einer Sammlungseinrichtung derart verbunden oder verbindbar sein, dass flüssiges Kohlendioxid von der Abtrennkühleinrichtung zur Sammlungseinrichtung transportierbar ist.Es ist vorstellbar, dass die Kohlendioxidabtrenneinrichtung dazu ausgebildet ist, das Abgas bis hinter der Abtrennkühleinrichtung im Wesentlichen isobar zu führen und/oder einen hohen Überdruck des Abgases von mindestens oder etwa 5bar oder 10bar oder 15bar oder mindestens oder etwa 20bar aufrecht zu erhalten. Allgemein kann die Kohlendioxidabtrenneinrichtung dazu ausgebildet sein, das Abgas abzukühlen, ohne es nach Austritt aus der Verbrennungsmaschine oder dem Verbrennungsmotor zu komprimieren. Entsprechend kann die Kohlendioxidabtrenneinrichtung derart ausgebildet sein, dass ausgehend vom Abgasdruck bei Austritt aus der Verbrennungsmaschine oder dem Verbrennungsmotor oder ausgehend vom Abgaseingangsdruck der Abgasdruck bis zum Kondensieren von Kohlendioxid im Wesentlichen gleich bleibt. Erfindungsgemäß ist es nicht notwendig, eine Verdichtungseinrichtung für das Abgassystem vor einer Abtrennkühleinrichtung vorzusehen.Allgemein kann der Abgaseingangsdruck derart gewählt sein, dass der Abgasdruck und die Abgastemperatur bei einer der Kohlendioxidabtrenneinrichtung zugeordneten Abtrennkühleinrichtung zum Abtrennen von Kohlendioxid unter Berücksichtigung einer Abkühlleistung der Kohlendioxidabtrenneinrichtung und/oder im Strömungspfad auftretender Druckänderungen oder Druckverluste derart eingestellt sind, dass im Abgas enthaltenes Kohlendioxid auszukondensieren vermag. Die Kohlendioxidabtrenneinrichtung kann allgemein dazu ausgebildet sein, eine isobare Abkühlung von unter hohem Abgasdruck, etwa einem Abgaseingangsdruck, stehendem Abgas zu einem Taupunkt und/oder Kondensationspunkt von Kohlendioxid im Abgas durchzuführen und/oder anzusteuern, insbesondere basierend auf einer Taupunktkurve von Kohlendioxid. Der Abgasdruck bei Austritt aus der Verbrennungsmaschine oder dem Verbrennungsmotor und/oder der Abgaseingangsdruck bei Eintritt in die Kohlendioxidabtrenneinrichtung und/oder der Ladedruck kann je nach Anwendung mindestens oder etwa 5bar und/oder mindestens oder etwa 10bar und/oder mindestens oder etwa 15bar und/oder 15bar bis 25bar betragen. Ein Ladedruck kann vorzugsweise etwa 17.5bar bis etwa 22.5bar und/oder etwa 20bar betragen.Die Kohlendioxidabtrenneinrichtung kann eine elektronische Steuereinrichtung aufweisen und/oder an eine solche angeschlossen sein, welche dazu ausgebildet sein kann, Kühleinrichtungen der Kohlendioxidabtrenneinrichtung zu steuern, insbesondere Lüftungseinrichtungen und/oder Pumpen und/oder zugeordnete Ventile, und/oder Verdichtungseinrichtungen zu steuern, wie etwa Einrichtungen zum Verdichten von Ladeluft. Es können Drucksensoren und/oder Temperatursensoren vorgesehen sein, um die Abkühlung von Abgas und/oder den Druck und die Temperatur von Ladeluft zu überwachen. Dabei kann insbesondere der Abgaszustand und Kühlmittelzustand überwachbar sein. Insbesondere können derartige Sensoren vorgesehen sein, um die Abtrennkühleinrichtung zu überwachen. Allgemein können die Sensoren zur Datenübertragung an die Steuereinrichtung angeschlossen oder anschließbar sein. Es ist vorstellbar, dass die Kohlendioxidabtrenneinrichtung Filter und/oder Abgasreinigungseinrichtungen aufweist oder stromauf und/oder stromab daran anschließbar ist, um unerwünschte Abgaskomponenten zurückzuhalten und/oder umzuwandeln. Der Abtrennkühleinrichtung kann eine Druckabbaueinrichtung nachgeschaltet sein, welche den Überdruck des Abgases abzubauen und/oder in mechanische Energie etwa einer Strömungsmaschine oder einer Verdrängermaschine etwa einer Turbine und/oder eines Turboladers und/oder Kolbenmaschine umzuwandeln vermag. Dabei kann das Abgas entspannt und dabei weiter, insbesondere möglichst weit,abgekühlt werden. Es ist vorstellbar, dass die Druckabbaueinrichtung dazu ausgebildet ist, ein Kühlmedium,insbesondere Frischluft, für mindestens eine hierin beschriebene Kühleinrichtung, insbesondere eine Vorkühleinrichtung, zu fördern und/oder zu verdichten und/oder mindestens eine entsprechende Förder- und/oder Verdichtungseinrichtung anzutreiben. Alternativ oder zusätzlich kann die Druckabbaueinrichtung dazu ausgebildet sein, Ladeluft zu fördern und/oder zu verdichten und/oder Frischluft zum Antreiben der Ladeeinrichtung und/oder Verdichtungseinrichtungen der Ladeeinrichtung bereitzustellen und/oder mindestens eine entsprechende Förder- und/oder Verdichtungseinrichtung anzutreiben, etwa indem die Luft mindestens einer Verdichter-Turbinenanlage und/oder einem Turbolader zugeführt oder zuführbar ist. Dabei kann die Luft als Kühlmittel einer der Abtrennkühleinrichtung vorgeschalteten Kühleinrichtung, wie insbesondere einer Vorkühleinrichtung, zugeführt oder zuführbar sein.
  • Die Abgaskühleinrichtung kann eine Rückführungskühleinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet ist, Abgas,insbesondere zur Abtrennung von Kohlendioxid, mit abgekühltem Abgas zu kühlen, welches dieseRückführungskühleinrichtung bereits durchlaufen hat.Insbesondere kann Abgas von stromab der Rückführungskühleinrichtung dieser als Kühlmittel zugeführt oder zuführbar sein. Die Rückführungskühleinrichtung kann insbesondere als eine Abtrennkühleinrichtung ausgebildet sein. Somit kann dem Abgas vermittelte Kälte zur Kühlung verwendet und die Effizienz der Kohlendioxidabtrenneinrichtung erhöht werden. Die Kühleinrichtung kann einen oder mehrere Wärmeübertrager aufweisen, um Wärme vom abzukühlenden Abgas auf das als Kühlmittel dienende, bei Eintritt in den oder die Wärmeübertrager kühlere Abgas zu übertragen. Es können geeignete Leitungseinrichtung und/oder Abgasführungseinrichtungen vorgesehen sein, um in der Rückführungskühleinrichtung abgekühltes Abgas als Kühlmittel in die Rückführungseinrichtung zurückzuführen. Dabei kann abgekühltes Abgas vor Rückführung in die Rückführungskühleinrichtung einer oder mehreren anderen Einrichtungen der Abtrenneinrichtung zugeführt werden oder zuführbar sein, etwa einer Druckabbaueinrichtung.
  • Bei einer Weiterbildung kann Abgas aus der Rückführungskühleinrichtung einer Druckabbaueinrichtung zugeführt werden oder zuführbar sein, in welcher Druck und Temperatur des Abgases in mechanische Energie umgewandelt oder umwandelbar ist.Somit kann der Überdruck des Abgases und die im Abgas enthaltene Temperatur in nutzbare Energie umgewandelt werden. Es ist vorstellbar, dass die Druckabbaueinrichtung eine Strömungsmaschine und/oder eine Verdrängermaschine wie eineTurbine und/oder einen Lüfter und/oder einen Turbolader umfasst, welcher durch den Druckabbau und/oder Temperaturabbau angetrieben oder antreibbar ist. Die Druckabbaueinrichtung kann stromab der Rückführungskühleinrichtung vorgesehen sein. Insbesondere kann die Druckabbaueinrichtung zwischen einem Auslass der Rückführungskühleinrichtung für abgekühltes Abgas und einem Einlass der Rückführungskühleinrichtung für als Kühlmittel dienendes abgekühltes Abgas angeordnet sein. Somit kann Abgas in der Rückführungskühleinrichtung und der Druckabbaueinrichtung durch Expansion stark abgekühlt werden, um als effektives und sehr kaltes Kühlmittel in die Rückführungskühleinrichtung zurückgeführt zu werden.
  • Insbesondere kann die Druckabbaueinrichtung mindestens eine Strömungsmaschine oder Verdrängermaschine oder ein anderes System zur Expansion des Abgases umfassen, insbesondereeine Turbineneinrichtung. Das unter hohem Druck stehende Abgas kann durch die Expansionseinrichtung wie eine Turbineneinrichtung strömen, die Turbine antreiben und dabei seinen Druck abbauen. Auf diese Art kann einfach die Energie des hohen Abgasdrucks nutzbar gemacht werden.Alternativ oder zusätzlich kann die Druckabbaueinrichtung eine Verdrängermaschine aufweisen, die dazu ausgebildet ist, eine Expansion des Abgases zuzulassen und damit eine Abkühlung des Abgases zu bewirken. Dabei kann mechanische Arbeit abgegeben werden, welche etwa zum Fördern und/oder Verdichten von Kühlmittel wie Frischluft bereitgestellt sein kann.
  • Bei einer Variante kann Abgas von der Druckabbaueinrichtung der Rückführungskühleinrichtung zugeführt oder zuführbar sein. Insbesondere kann das Abgas als Kühlmittel für die Rückführungskühleinrichtung verwendet werden, da es nach Auskondensieren des Kohlendioxids und Durchlaufen der Druckabbaueinrichtung stark abgekühlt ist.
  • Allgemein kann die Kohlendioxidabtrenneinrichtung eine Sperrkühleinrichtung aufweisen, welche dazu ausgebildet sein kann, ihr zugeführtes Abgas auf einen definierten thermodynamischen Zustand zu bringen. Die Sperrkühleinrichtung kann stromab einer Verbrennungsmaschine oder eines Verbrennungsmotors und/oder stromauf einer Abtrennkühleinrichtung und/oder einer Entwässerungseinrichtung vorgesehen sein. Die Sperrkühleinrichtung kann eine ansteuerbare Kühleinrichtung sein, deren Kühlleistung durch eine Steuereinrichtung einstellbar und/oder überwachbar und/oder steuerbar sein kann. Insbesondere können geeignete Sensoren zum Überwachen einströmenden und/oder ausströmenden und/oder durchströmenden Abgases vorgesehen sein. Die Steuereinrichtung kann dazu ausgebildet sein, basierend auf Signalen solcher Sensoren die Sperrkühleinrichtung derart zu steuern, dass sie das Abgas auf einen definierten Zustand zu bringen vermag, insbesondere hinsichtlich einer vorbestimmten Temperatur, die etwa eine Höchsttemperatur sein kann, welche für das Abgas nach Durchlaufen der Sperrkühleinrichtung zulässig ist. Somit kann sichergestellt werden, dass nachgeschalteten Elementen Abgas in einem definierten Zustand zugeführt wird. Die Sperrkühleinrichtung kann etwa einen entsprechend ansteuerbaren Lüfter oder Gebläse aufweisen, der die Menge an als Kühlmittel herangeführter Luft entsprechend einzustellen vermag. Es ist vorstellbar, dass die Sperrkühleinrichtung mit einer Wärmesenke und/oder einem Kühlmittelreservoir verbunden ist, etwa einem Wasserreservoir wie einem See oder Bach. Allgemein kann die Sperrkühleinrichtung insbesondere bezüglich Ansteuerung und/oder Kühlleistung und/oder Kühlflächendimensionierung derart ausgebildet sein, dass ihr zugeführtes Abgas nach Durchlaufen der Sperrkühleinrichtung den gewünschten thermischen Zustand aufweist, insbesondere einen gewünschten Druck, etwa im Wesentlichen den Abgaseingangsdruck und eine gewünschte, etwa maximale, Temperatur. Die von der Sperrkühleinrichtung eingestellt Abgastemperatur kann oberhalb des Taupunktes von Wasser liegen, der vom Abgasdruck abhängt. Beispielweise kann die Sperrkühleinrichtung derart ausgebildet sein, dass das Abgas nach Durchlaufen des Sperrkühlers einen Druck von 15bar bis 25 bar, insbesondere etwa 20bar, und eine Temperatur von 320K bis 330K aufweist, insbesondere etwa 323K. Eine ansteuerbare Sperrkühleinrichtung kann insbesondere bei mobilen Anwendungen wie in einem Fahrzeug vorteilhaft sein. Der Sperrkühleinrichtung kann eine Vorkühleinrichtung vorgeschaltet sein, welche etwa mit Frischluft als Kühlmittel versorgbar sein kann. Die Frischluft kann über die Druckabbaueinrichtung bereitgestellt sein, welche dazu ausgebildet sein kann, den Druckabbau und/oder Temperaturabbau zum Antrieb einer Luftförderungseinrichtung und/oder Verdichtungseinrichtung zum Bereitstellen dieser Frischluft zu verwenden. Bei einer Variante kann die Vorkühleinrichtung dazu ausgebildet sein, das Abgas aus der Verbrennungsmaschine oder dem Verbrennungsmotor bei Beibehalten des Abgaseingangsdrucks abzukühlen, etwa auf 330K bis 350K, insbesondere etwa 343K. Die Sperrkühleinrichtung und/oder die Vorkühleinrichtung können allgemein dazu ausgebildet sein, das Abgas isobar abzukühlen und/oder den Abgaseingangsdruck im Wesentlichen aufrecht zu erhalten. Bei einer Variante ist die Vorkühleinrichtung dazu ausgebildet, möglichst viel Wärme aus dem Abgas abzuführen und zur Wiederverwendung bereitzustellen, etwa zum Antrieben einer Ladeeinrichtung und/oder einer oder mehrerer Verdichtungseinrichtungen der Ladeeinrichtung.
  • Es ist allgemein vorstellbar, dass die Kohlendioxidabtrenneinrichtung dazu ausgebildet ist, das Abgas zwischen der Verbrennungsmaschine und/oder dem Verbrennungsmotor und einer zum Abtrennen des Kohlendioxids ausgebildetenAbtrennkühleinrichtung, insbesondere einer Rückführungskühleinrichtung, und/oder einer Druckabbaueinrichtung, im Wesentlichen isobar gehalten und/oder abgekühlt wird. Somit kann bereits beim Aufladen der Ladeluft ein für das Auskondensieren von Kohlendioxid günstiger Druck bereitgestellt sein.
  • Es kann eine Entwässerungseinrichtung stromab der Verbrennungsmaschine oder des Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Die Entwässerungseinrichtung kann der Abtrennkühleinrichtung vorgeschaltet sein, so dass Wasser, das bei dem Abgasdruck eine höhere Kondensationstemperatur aufweist als Kohlendioxid, aus dem Abgas entfernt werden kann. Damit kann insbesondere verhindert werden, dass Wasser bei weiteren Abkühlungsschritten innerhalb der Abtrenneinrichtung gefriert. Die Entwässerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, das Abgas bis etwa zum Taupunkt von Wasser oder darunter abzukühlen und/oder zu kondensieren, insbesondere isobar abzukühlen. Bei einer Variante kann die Entwässerungseinrichtung dazu ausgebildet sein, kondensiertes Wasser abzuführen und/oder einem Wasserspeicher zuzuführen. Es ist vorstellbar, dass die Entwässerungseinrichtung eine Filtereinrichtung und/oder einen Zyklon oder ähnliche Einrichtungen aufweist, um Wasser aus dem Abgas zurückzuhalten und/oder zu entziehen.Die Entwässerungseinrichtung kann dazu ausgebildet sein, das Abgas auf eine Temperatur von um 275K, insbesondere etwa 276K zu bringen, insbesondere unter Aufrechterhalten des Abgaseingangsdrucks.
  • Die Erfindung betrifft außerdem eine Maschineneinrichtung oder Motoreinrichtung mit einer hierin beschriebenen Kohlendioxidabtrenneinrichtung. Die Maschineneinrichtung kann eine Verbrennungsmaschine oder einen Verbrennungsmotor aufweisen, an den die Kohlendioxidabtrenneinrichtung angeschlossen oder anschließbar ist. Insbesondere kann eine hierin beschriebene Ladeeinrichtung derart an die Maschine oder den Motor angeschlossen sein, dass sie Ladeluft mit dem gewünschten Ladedruck zur Verbrennung an die Maschine oder den Motor liefert oder zu liefern vermag. Die Abgaskühleinrichtung kann an einen Abgasauslass der Maschine oder des Motors angeschlossen oder anschließbar sein. Es ist vorstellbar, dass durch eine Druckabbaueinrichtung dazu ausgebildet ist, gewonnene Energie auf ein weiteres Rekuperationsmedium wie etwa Frischluft zu übertragen, etwa durch Fördern und/oder Verdichten des Rekuperationsmediums. Das Rekuperationsmedium kann zum Antreiben der Ladeeinrichtung und/oder Verdichtungseinrichtungen bereitgestellt oder bereitstellbar sein, etwa indem es mindestens einer Verdichtungseinrichtung und/oderTurbine und/oder einem Turbolader zugeführt oder zuführbar ist.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxid aus Abgas einer Verbrennungsmaschine wie einem Verbrennungsmotor, insbesondere unter Verwendung einer hierin beschriebenen Kohlendioxidabtrenneinrichtung. Bei dem Verfahren wird Ladeluft durch eine Ladeeinrichtung auf einen Ladedruck aufgeladen und die aufgeladene Ladeluft der Verbrennungsmaschine zugeführt. Ferner wird Kohlendioxid aus Abgas aus der Verbrennungsmaschine kondensiert, wobei das Abgas einen Abgasüberdruck aufweist, der vom Ladedruck und/oder vom Verbrennungsprozess und/oder den thermodynamisch erzeugten Bedingungen in der Verbrennungsmaschineabhängt. Der Druck des Abgases kann ein Abgaseingangsdruck sein. Aus einer Rückführungskühleinrichtung, insbesondere einer entsprechenden Abtrennkühleinrichtung zum Kondensieren von Kohlendioxid, abgeführtes Abgas kann der Rückführungskühleinrichtung als Kühlmittel zugeführt werden. Dabei kann vorher der Abgasdruck in einer Druckabbaueinrichtung abgebaut werden, wobei durch die Druckabbaueinrichtung ein Kühlmittel, etwa Frischluft, für einen Vorkühler gefördert und/oder verdichtet werden kann und/oder die Druckabbaueinrichtung durch Bereitstellen einer Fluidströmung, etwa von Frischluft, oder durch mechanische Einwirkung die Ladeeinrichtung und/oder mindestens eine Verdichtungseinrichtung der Ladeeinrichtung antreibt. Das Verfahren kann das Abführen und/oder Sammeln von kondensiertem Kohlendioxid umfassen, etwa zu oder in einer Sammeleinrichtung und/oder einem Tank.
  • Nach Austritt des Abgases aus der Verbrennungsmaschine kann das Abgas Schritte zur Abgasnachbehandlung erfahren. Dazu können insbesondere Katalysatoren und/oder Partikelfilter oder ähnliche Nachbehandlungssysteme vorgesehen sein und können der Kohlendioxidabtrenneinrichtung vorgeschaltet und/oder nachgeschaltet und/oder zwischengeschaltet und/oder darin integriert sein. Derartige Einrichtungen können auch zwischen einzelne Wärmeübertragungsstufen oder Kühleinrichtungen im Abgasweg angeordnet sein, ohne jedoch den Abgasdruck wesentlich zu reduzieren.
  • Im Folgenden werden Aspekte einer Kohlendioxidabtrenneinrichtung anhand der Zeichnungen beispielhaft erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 schematisch eine Motoreinrichtung mit einer Kohlendioxidabtrenneinrichtung; und
  • 2 einen Ausschnitt der Taukurve von Kohlendioxid.
  • 1 zeigt schematisch eine Maschineneinrichtung oder Motoreinrichtung 10 mit einer als Verbrennungsmotorausgebildeten Verbrennungsmaschine 12. Die Verbrennungsmaschine kann auch als thermische Energiemaschine ausgebildet sein. Der Verbrennungsmotor 12 weist einen Auslass für Abgas 14 und einen Einlass 16 für Ladeluft auf, die zur Verbrennung in die Brennkammern des Motors zugeführt werden soll. An den Verbrennungsmotor 12 ist eine Kohlendioxidabtrenneinrichtung 20 angeschlossen.
  • Diese umfasst eine Ladeeinrichtung 28 mit in diesem Beispiel drei Verdichtungseinrichtungen 22, 24, 26. Die Verdichtungseinrichtungen 22 und 26 sind jeweils als Turboladereinrichtungen ausgebildet, die durch einen Luftstrom angetrieben werden. Die Verdichtungseinrichtung 22 ist dazu ausgebildet, in einem ersten Kompressionsschritt die über einen Einlass E1 zugeführte und geförderte Luft auf einen ersten Zwischendruck zu bringen, in diesem Beispiel etwa 4bar bei etwa 325K.
  • Mindestens eine Verdichtungseinrichtung, in diesem Beispiel die zweite Verdichtungseinrichtung 24, kann ansteuerbar sein, um das Maß der von ihr bereitgestellten Verdichtung einzustellen. Je nach Anwendung und/oder vorgesehenem Ladedruck kann eine andere Anzahl von Verdichtungseinrichtungen vorgesehen sein und/oder mehr als eine Verdichtungseinrichtung ansteuerbar sein und/oder eine andere Verdichtungseinrichtung als die zweite ansteuerbar sein. Dazu können allgemeineine Steuereinrichtung (nicht gezeigt) und entsprechende Sensoren vorgesehen sein, welche es vermögen, den Druck der Ladeluft beim Einströmen und/oder vor und/oder nach und/oder in einer oder mehreren der Verdichtungseinrichtungen und/oder beim Einlass 16 zu erfassen und wie gewünscht zu steuern. Etwa kann die angesteuerte Verdichtungseinrichtung den von ihr erzeugten Druck erhöhen, wenn die anderen Verdichtungseinrichtungen nicht die gewünschte Druckwerte liefern, um einen vorgegebenen Ladedruck bereitstellen zu können. Die angesteuerte Verdichtungseinrichtung 24 wird in diesem Beispiel vom Verbrennungsmotor 12 angetrieben und kann etwa einstellbar, beispielsweise über eine Kupplung, mit diesem verbunden sein. Es ist auch vorstellbar, dass die zweite Verdichtungseinrichtung 24 nicht ansteuerbar mit dem Verbrennungsmotor 12 verbunden ist. Alternativ kann mindestens eine Verdichtungseinrichtung ansteuerbar oder nicht ansteuerbar mit einem anderen Antrieb oder Motor verbunden sein, etwa einem Elektromotor. Bei der gezeigten Variante ist die zweite Verdichtungseinrichtung 24 dazu ausgebildet, die Ladeluft auf 12bar zu komprimieren. Vorzugsweise beträgt die Lufttemperatur dabei etwa 325K.
  • Die dritte Verdichtungseinrichtung 26 ist ähnlich wie die erste Verdichtungseinrichtung 22 als ein durch einen Luftstrom angetriebener Turbolader ausgebildet. Der Druck der Ladeluft wird durch die dritte Verdichtungseinrichtung 26 auf den vorgesehenen Ladedruck von in diesem Beispiel 20bar gebracht; die Temperatur kann dabei etwa 325K betragen.
  • Allgemein kann eine Verdichtungseinrichtung eine Ladeluftkühleinrichtung aufweisen, um eine überschüssige Ladelufttemperatur abzuführen und/oder unterkühltes Abgas zu erwärmen, sollte dieses als Kühlmittel verwendet werden. In diesem Beispiel ist die dritte Verdichtungseinrichtung 26 durch einen Kühlmittelstrom aus unterkühltem Abgas gekühlt, während die erste und zweite Verdichtungseinrichtung jeweils durch Umgebungsluft oder einen Motorkühler gekühlt sind, um den gewünschten Temperaturwert zu halten. Die Verdichtungseinrichtungen zum Verdichten der Ladeluft und zugeordnete Komponenten wie Kühleinrichtungen und/oder Leitungen und/oder Ventile können allgemein als Teil eine Ladeeinrichtung 28 angesehen werden, welche Ladeluft mit einem gewünschten Ladedruck bereitzustellen vermag. In einer hier gezeigten Variante hält die Ladeeinrichtung 28 die Ladeluft beim Aufladen auf den Ladedruck möglichst isotherm.
  • An den Abgasauslass 14 des Verbrennungsmotors 12 ist eine Abgaskühleinrichtung 30 angeschlossen, die in diesem Beispiel eine Vorkühleinrichtung 32, eine Sperrkühleinrichtung 34, eine Entwässerungskühleinrichtung 36 und eine als Abtrennkühleinrichtung anzusehende Rückführungskühleinrichtung 38 aufweist, die in diesem Beispiel bezüglich eines Abgasstroms aus dem Verbrennungsmotor 12 in dieser Reihenfolge in Serie angeordnet sind.
  • In dem gezeigten Beispiel wird Abgas mit dem Abgaseingangsdruck, der im Wesentlichen dem Ladedruck entspricht und/oder von diesem abhängt, aus dem Auslass 14 der Vorkühleinrichtung 32 zugeführt. In diesem Fall beträgt der Abgaseingangsdruck 20bar. Die Vorkühleinrichtung 32 wird durch Luft aus dem Einlass E2 als Kühlmittel gekühlt, die sich dabei erwärmt und zum Betreiben der Verdichtungseinrichtungen 22 und 26 der Ladeeinrichtung 28 geführt und verwendet wird. Über Auslasse A2 wird die Luft dann abgelassen. Die Vorkühleinrichtung 32 dient im Wesentlichen der Rekuperation von Wärme aus dem Abgas. Sie ist dazu ausgebildet, den Abgasdruck auf dem Abgaseingangsdruck von 20bar zu halten und die Abgastemperatur auf etwa 343K zu bringen.
  • Das abgekühlte Abgas wird der stromab angeordneten Sperrkühleinrichtung 34 zugeführt, die einen ausreichenden Kühlquerschnitt und ausreichende Kühlleistung aufweist, um das Abgas auf einen definierten thermischen Zustand zu bringen. Dieser Zustand sieht in diesem Beispiel vor, den Abgaseingangsdruck im Wesentlichen beizubehalten und eine gewünschte Sperrtemperatur einzustellen. In der gezeigten Variante ist ein Druck von 20bar und eine Temperatur von etwa 323K vorgesehen.Die Sperrkühleinrichtung 34 kann allgemein ansteuerbar sein, um den gewünschten Zustand bereitzustellen, etwa indem ein ansteuerbares Gebläse und/oder eine Ventileinrichtung und/oder Pumpeinrichtung vorgesehen ist, um den Kühlmittelstrom der Sperrkühleinrichtung 34 einzustellen.Zusätzlich kann eine Hilfsverdichtungseinrichtung vor und/oder in und/oder insbesondere hinter der Sperrkühleinrichtung 34 vorgesehen sein, um etwaige Druckverluste auszugleichen.
  • Das in der Sperrkühleinrichtung 34 abgekühlte Abgas wird der Entwässerungskühleinrichtung 36 zugeführt, in welchem das Abgas isobar etwa auf den Taupunkt von Wasser abgekühlt wird. In diesem Beispiel weist das Abgas somit einen Druck von 20bar und eine Temperatur von etwa 276K auf. Die Entwässerungskühleinrichtung 36 ist dazu ausgebildet, kondensiertes Wasser über einen Wasserauslass W abzuführen und/oder in einer Wasserspeichereinrichtung zu sammeln.
  • Das entwässerte Abgas wird hiernach der Abtrennkühleinrichtung 38 zugeführt, welche das Abgas auf den Taupunkt von Kohlendioxid abkühlt, so dass dieses zu kondensieren vermag. In diesem Beispiel wird bei dem Abgaseingangsdruck, also etwa 20bar, eine Temperatur von etwa 253K eingestellt. Das kondensierte Kohlendioxid kann über den Auslass C einer Sammeleinrichtung für Kohlendioxid zugeführt werden.
  • Danach wird das Abgas einer Druckabbaueinrichtung 40 zugeführt, welche in diesem Beispiel eine Turbine oder Turboladereinrichtung umfasst. Hier wird der Abgasdruck im Wesentlichen auf Atmosphärendruck verringert, wobei durch den Druckabbau die Turbine angetrieben wird. Dabei erfolgt eine weitere Abkühlung des Abgases, so dass dieses im gezeigten Beispiel die Druckabbaueinrichtung 40 etwa mit einem Druck von 1bar und einer Temperatur von 153K verlässt. Dieses entspannte, sehr kalte Abgas wird als Kühlmittel der Abtrennkühleinrichtung 38 zugeführt, welche somit als Rückführungskühleinrichtung ausgebildet ist. Nach Abkühlen nachströmenden Abgases wird in einer Variante das immer noch kalte Abgas der Ladeeinrichtung 28 zugeführt, um eine oder mehrere Verdichtungseinrichtungen als Kühlmittel zu kühlen. Im gezeigten Beispiel wird das Abgas der dritten Verdichtungseinrichtung 26 zugeführt. Danach wird das Abgas über den Auslass A1 abgelassen und/oder weiteren Reinigungseinrichtungen wie einem Katalysator und/oder Filter zugeführt. Die Druckabbaueinrichtung 40 fördert und/oder verdichtet über einen Einlass E2 zugeführte Luft und führt sie als Kühlmittel der Vorkühleinrichtung 32 zu, von wo aus die aufgewärmte Luft zum Antreiben der Verdichtungseinrichtungen 22 und 26 strömt. Es ist vorstellbar, dass zwischen der Druckabbaueinrichtung 40 und der Abtrennkühleinrichtung 38 ein Teilstrom des Abgases bei hohem Druck zu einer Speichereinrichtung für Kohlendioxid abgezweigt wird, um diese unter Druck zu setzen.
  • Bei den hier gezeigten Kühleinrichtungen, insbesondere der Abtrennkühleinrichtung 38 und der Vorkühleinrichtung 32, kann jeweils eine Gegenstromanordnung für Kühlmittel und Abgas vorgesehen sein.
  • Im Betrieb stellt sich nach kurzer Zeit ein Gleichgewicht bezüglich der Abgasströme und Zustände ein, welches das Abtrennen von Kohlendioxid aus dem Abgas zuverlässig ermöglicht. Insbesondere durch die Sperrkühleinrichtung können damit veränderliche Betriebsbedingungen zuverlässig abgefangen werden. Abwärme und Überdruck aus dem Abgas wird in hohem Masse rekuperiert, so dass ein hohes Maß an Effizienz erreicht wird. Allgemein und unabhängig von der gezeigten Ausführungsform kann durch eine ansteuerbare und/oder motorgetriebene Verdichtungseinrichtung der Ladeeinrichtung ein ausreichender Ladedruck, etwa beim Anfahren des Motors, sichergestellt werden und/oder Energieverluste bei der Abtrennung von Kohlendioxid ausgeglichen werden. Ferner kann allgemein und unabhängig von der hier gezeigten Ausführungsform die Kohlendioxidabtrenneinrichtung derart ausgebildet sein, dass das Abgas nahezu oder im Wesentlichen isobar in einer Vorkühlungseinrichtung und/oder einer Sperrkühlungseinrichtung und/oder einer optionalen Entwässerungseinrichtung und/oder einer Abtrennkühleinrichtung in mehreren Schritten abgekühlt wird, um Kohlendioxid auskondensieren zu lassen.
  • 2 zeigt einen Ausschnitt der Taupunktkurve von Kohlendioxid. Die Temperatur T ist in °C auf der horizontalen Achse angegeben, während die vertikale Achse den Druck p in bar angibt. Ein günstiger Taupunkt zum Kondensieren von Kohlendioxid befindet sich etwa bei –20°C (was etwa 253K entspricht) und 20bar.
  • Die hier beschriebenen und gezeigten Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination für die Umsetzung der Erfindung relevant sein.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Motoreinrichtung
    12
    Verbrennungsmotor
    14
    Abgasauslass
    16
    Lufteinlass
    20
    Kohlendioxidabtrenneinrichtung
    22
    Verdichtungseinrichtung
    24
    Verdichtungseinrichtung
    26
    Verdichtungseinrichtung
    28
    Ladeeinrichtung
    30
    Abgaskühleinrichtung
    32
    Vorkühleinrichtung
    34
    Sperrkühleinrichtung
    36
    Entwässerungskühleinrichtung
    38
    Abtrennkühleinrichtung
    40
    Druckabbaueinrichtung/Turbolader
    A1
    Auslass
    A2
    Luftauslass
    E1
    Lufteinlass
    E2
    Lufteinlass
    W
    Wasserauslass/Sammeleinrichtung
    C
    Kohlendioxidauslass/Senke/Sammeleinrichtung

Claims (10)

  1. Kohlendioxidabtrenneinrichtung für eine Verbrennungsmaschine, mit – einer Ladeeinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ein Arbeitsmedium auf einen Ladedruck aufzuladen und der Verbrennungsmaschine das aufgeladene Arbeitsmedium zuzuführen; und – einer Abgaskühleinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, von der Verbrennungsmaschine bereitgestelltes Abgas abzukühlen, bis Kondensation von Kohlendioxid eintritt, wobei das bereitgestellte Abgas einen Abgasüberdruck aufweist, der vom Ladedruck und vom Verbrennungsprozess und/oder den thermodynamisch erzeugten Bedingungen in der Verbrennungsmaschine abhängt.
  2. Kohlendioxidabtrenneinrichtung nach Anspruch 1, wobei die Abgaskühleinrichtung eine Rückführungskühleinrichtung aufweist, welche dazu ausgebildet ist, Abgas mit abgekühltem Abgas zu kühlen, welches die Rückführungskühleinrichtung bereits durchlaufen hat.
  3. Kohlendioxidabtrenneinrichtung nach Anspruch 1, wobei Abgas nach Austritt aus der Rückführungskühleinrichtung einer Druckabbaueinrichtung zugeführt wird oder zuführbar ist, in welcher der Druck des Abgases in mechanische Energie umgewandelt wird oder umwandelbar ist und dabei die Temperatur des Abgases weiter gesenkt wird.
  4. Kohlendioxidabtrenneinrichtung nach Anspruch 3, wobei die Druckabbaueinrichtung mindestens eine Strömungsmaschine oder Verdrängermaschine oder ein anderes System zur Expansion des Abgases umfasst.
  5. Kohlendioxidabtrenneinrichtung nach Anspruch 3, wobei Abgas von der Druckabbaueinrichtung der Wärmeübertragungseinrichtung zugeführt oder zuführbar ist.
  6. Kohlendioxidabtrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Sperrkühleinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, ihr zugeführtes Abgas auf einen definierten thermodynamischen Zustand zu bringen.
  7. Kohlendioxidabtrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Abgas zwischen der Verbrennungsmaschine und einer zum Abtrennen von Kohlendioxid ausgebildeten Abtrennkühleinrichtung im Wesentlichen isobar gehalten und/oder abgekühlt wird.
  8. Kohlendioxidabtrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend eine Entwässerungseinrichtung, die stromab der Verbrennungsmaschine vorgesehen ist.
  9. Maschineneinrichtung mit einer Kohlendioxidabtrenneinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Verfahren zum Abtrennen von Kohlendioxid aus Abgas einer Verbrennungsmaschine, insbesondere unter Verwendung einer Kohlendioxidabtrenneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, aufweisend: – Aufladen eines Arbeitsmediums auf einen Ladedruck durch eine Ladeeinrichtung; – Zuführen des aufgeladenen Arbeitsmediums zur Verbrennungsmaschine; – Kondensieren von Kohlendioxid aus Abgas aus der Verbrennungsmaschine, wobei das Abgas einen Abgasüberdruck aufweist, der von Ladedruck und vom Verbrennungsprozess und/oder den thermodynamisch erzeugten Bedingungen in der Verbrennungsmaschine abhängt.
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