DE102016002379A1 - Exhaust gas condenser for recovering condensate from an exhaust gas stream of an internal combustion engine - Google Patents

Exhaust gas condenser for recovering condensate from an exhaust gas stream of an internal combustion engine Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Abgaskondensator (1) zur Gewinnung von Kondensat aus einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors (3) mit mindestens einer Kondensationsstrecke (8, 9, 10) und mindestens einem Abscheider (12, 13), wobei die mindestens eine Kondensationsstrecke (8, 9, 10) von dem Abgasstrom durchströmbar ist, wobei die mindestens eine Kondensationsstrecke (8, 9, 10) zumindest teilweise von einem Kühlmittelstrom (11) kühlbar ist, wobei das Kondensat mit dem mindestens einem Abscheider (12, 13) auffangbar ist. Der Abgaskondensator (1) und die Qualität des dabei gewonnenen Kondensats sind dadurch verbessert, dass mehrere nacheinander von dem Abgasstrom durchströmbare Kondensationsstrecken (8, 9, 10) vorhanden sind, wobei mehrere Abscheider (12, 13) zum Abscheiden von Kondensat mit unterschiedlichem Säuregehalt vorhanden sind und die Abscheider (12, 13) unterschiedlichen Kondensationsstrecken (8, 9, 10) zugeordnet sind.The invention relates to an exhaust gas condenser (1) for recovering condensate from an exhaust gas stream of an internal combustion engine (3) having at least one condensation section (8, 9, 10) and at least one separator (12, 13), wherein the at least one condensation section (8, 9 , 10) of the exhaust gas stream is flowed through, wherein the at least one condensation section (8, 9, 10) at least partially by a coolant flow (11) is cooled, the condensate with the at least one separator (12, 13) can be collected. The exhaust gas condenser (1) and the quality of the condensate obtained thereby are improved in that a plurality of condensate passages (8, 9, 10) can be successively flowed through by the exhaust gas flow, with a plurality of separators (12, 13) for separating condensate having different acid contents and the separators (12, 13) are associated with different condensation paths (8, 9, 10).

Description

Die Erfindung betrifft einen Abgaskondensator zur Gewinnung von Kondensat aus einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.The invention relates to an exhaust gas condenser for recovering condensate from an exhaust gas stream of an internal combustion engine, having the features of the preamble of patent claim 1.

Es ist bekannt, zur Leistungssteigerung von Verbrennungskraftmaschinen eine Wassereinspritzung vorzunehmen. Es wird dabei Wasser in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors eingespritzt. Das verdunstende Wasser hat eine kühlende Wirkung und vermindert die Verdichtungsarbeit. Das eingespritzte Wasser in den Luftansaugtrakt bewirkt durch die aufzubringende Verdunstungswärme eine effektive Ladeluftkühlung und ermöglicht ferner eine Innenkühlung des Verbrennungsmotors. Durch die kältere Verbrennungsluft und damit deren höheren Dichte ergibt sich eine Leistungssteigerung.It is known to carry out a water injection to increase the performance of internal combustion engines. In this case, water is injected into the intake tract of the internal combustion engine. The evaporating water has a cooling effect and reduces the compression work. The injected water in the air intake tract causes by the applied heat of vaporization an effective intercooler and also allows internal cooling of the engine. Due to the colder combustion air and thus their higher density results in an increase in performance.

Um ein Nachfüllen eines Wassertanks durch den Benutzer eines Kraftfahrzeugs zu vermeiden, ist im Stand der Technik bereits vorgeschlagen worden, aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors ein Kondensat, nämlich insbesondere Wasser zu gewinnen, und dieses zur Wassereinspritzung zu verwenden. Durch die Gewinnung des Wassers aus dem Abgasstrom unabhängig vom Nachfüllen eines Wassertanks ist eine Wassereinspeisung auch für einen Kraftfahrzeugmassenmarkt tauglich.In order to avoid replenishment of a water tank by the user of a motor vehicle, it has already been proposed in the prior art to recover condensate, in particular water, from the exhaust gas stream of the internal combustion engine and to use it for water injection. By recovering the water from the exhaust stream independently of refilling a water tank, a water feed is also suitable for a motor vehicle mass market.

Aus der DE 100 26 695 C1 ist ein Abgaskondensator zur Gewinnung von Wasser durch Kondensation vom im Abgas einer Verbrennungskraftmaschine enthaltenen Wasserdampf bekannt. Es wird eine Temperaturabsenkung des Abgases durch zusätzliche Kühlsysteme insbesondere einen Wärmetauscher und/oder ein Kühlelement bewirkt. Durch die Verwendung der Kühlsysteme wird dem Abgas Wärme entzogen, wodurch die Temperatur des Abgases sinkt, und der enthaltene Wasserdampf auskondensiert. Der Kondensationswirkungsgrad des Abgaskondensators wird in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases geregelt. Weist das Abgas eine sehr hohe Temperatur auf, so ist der enthaltene Wasserdampf stark überhitzt. Zur Verflüssigung von stark überhitztem Wasserdampf bedarf es einer größeren Temperatursenkung. Die Temperatur des Abgases wird als Parameter herangezogen, um die Kühlwirkung des Abgaskondensators dahingehend zu verändern, dass der erforderliche Kondensationswirkungsgrad gewährleistet ist. Zur Kühlung des Kondensators wird ein Kühlwasserkreislauf der Klimaanlage zur Temperatursenkung des Abgases genutzt. Alternativ kann der Abgaskondensator ein Kühlelement in Form eines Peltier-Kühlelements aufweisen. Der Abgaskondensator weist einen Abscheider in Form eines Kondensatsammelbeckens auf. Der Wasserdampf kondensiert an verschiedenen Begrenzungsflächen des Abgaskondensators. Das kondensierte Wasser fließt anschließend in das Sammelbecken und anschließend in eine Leitungsanordnung. Von der Leitungsanordnung wird das Wasser in einen Behälter in Form eines Tanks geleitet.From the DE 100 26 695 C1 For example, an exhaust gas condenser for recovering water by condensation from the water vapor contained in the exhaust gas of an internal combustion engine is known. A temperature reduction of the exhaust gas is effected by additional cooling systems, in particular a heat exchanger and / or a cooling element. By using the cooling systems heat is removed from the exhaust gas, whereby the temperature of the exhaust gas decreases, and condenses the water vapor contained. The condensation efficiency of the exhaust gas condenser is controlled as a function of the temperature of the exhaust gas. If the exhaust gas has a very high temperature, the water vapor contained is greatly overheated. For the liquefaction of strongly superheated steam it requires a larger temperature reduction. The temperature of the exhaust gas is used as a parameter to change the cooling effect of the exhaust gas condenser to ensure the required condensation efficiency. To cool the condenser, a cooling water circuit of the air conditioning system is used to lower the temperature of the exhaust gas. Alternatively, the exhaust gas condenser may have a cooling element in the form of a Peltier cooling element. The exhaust gas condenser has a separator in the form of a condensate collecting tank. The water vapor condenses at different boundary surfaces of the exhaust gas condenser. The condensed water then flows into the reservoir and then into a conduit arrangement. From the line arrangement, the water is passed into a tank in the form of a tank.

Wenn nun die eine Kondensationsstrecke einen Abscheider aufweist und mit einem Peltier-Element oder einem Kühlwasserkreislauf einer Klimaanlage die Kondensationsstrecke gekühlt wird, so ist diese Ausgestaltung nicht optimal, da der Einsatz von einem zusätzlichen Peltier-Element und/oder eine Kopplung mit dem Kühlwasserkreislauf einer Klimaanlage zusätzliche Kosten hervorruft. Es hat sich herausgestellt, dass das so gesammelte Kondensat einen Säureanteil in Form von Schwefelsäure, Salpetersäure und/oder Salzsäure aufweisen kann.Now, if the one condensation section has a separator and the condensation section is cooled with a Peltier element or a cooling water circuit of an air conditioner, this configuration is not optimal, since the use of an additional Peltier element and / or a coupling with the cooling water circuit of an air conditioner additional costs. It has been found that the condensate thus collected may have an acid content in the form of sulfuric acid, nitric acid and / or hydrochloric acid.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den gattungsbildenden Abgaskondensator derart auszugestalten und weiterzubilden, so dass der Abgaskondensator und die Qualität des dabei gewonnenen Kondensats verbessert sind.The invention is therefore based on the object to design the generic exhaust gas condenser such and further, so that the exhaust gas condenser and the quality of the condensate obtained are improved.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird nun durch einen Abgaskondensator mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.This object of the invention is now achieved by an exhaust gas condenser with the features of claim 1.

Es sind mehrere nacheinander von dem Abgasstrom durchströmbare Kondensationsstrecken vorhanden, wobei mehrere Abscheider zum Abscheiden von Kondensat mit unterschiedlichem Säuregehalt unterschiedlichen Kondensationsstrecken zugeordnet sind. An jeder der Kontaktflächen der Kondensationstrecken kondensiert aus dem Abgasstrom ein Gemisch mit veränderter Konzentration aus. Es findet eine Art Rektifikation oder Destillation des Abgasstromes in mehreren Teilschritten statt. Da die Kondensationstrecken nacheinander durchströmt werden, kühlt der Abgasstrom ab. Die Säureabscheidung ist unter anderem von der Temperatur des Abgases abhängig. Die Abgastemperaturen schwanken im Fahrzeugbetrieb dynamisch. Der Säureabscheider ist der Kondensationsstrecke im Bereich des Abgaskondensators mit hohen Abgastemperaturen zugeordnet, da hier Kondensat mit einem höheren Säurenanteil kondensiert. Dieser Säureabscheider sammelt das Kondensat der Bereiche des Abgaskondensators mit den höchsten Abgastemperaturen. Der Säureabscheider ist insbesondere der ersten Kondensationsstrecke nachgeordnet. Daher werden an den unterschiedlichen Abscheidern jeweils Kondensate mit unterschiedlichen Säureanteilen abgeschieden. Aufgrund der im Abgas enthaltenen Bestandteile kondensieren neben Wasser auch Schwefelsäure, Salpetersäure und Salzsäuren aus. Um nun den Säureanteil des zur Wassereinspritzung verwendenden Kondensats gering zu halten, sind nun an unterschiedlichen Stellen Abscheider vorgesehen, um nun zunächst die wesentlichen Säureanteile abzuscheiden.There are a plurality of consecutively flowed through by the exhaust gas flow condensation sections, wherein a plurality of separators are assigned for the separation of condensate with different acid content different condensation distances. At each of the contact surfaces of the condensation sections, a mixture of altered concentration condenses from the exhaust gas flow. There is a kind of rectification or distillation of the exhaust stream in several steps instead. Since the condensation sections are flowed through in succession, the exhaust gas flow cools down. The acid deposition depends among other things on the temperature of the exhaust gas. The exhaust gas temperatures fluctuate dynamically during vehicle operation. The acid separator is assigned to the condensation section in the region of the exhaust gas condenser with high exhaust gas temperatures, since condensate condenses here with a higher acid content. This acid separator collects the condensate from the areas of the exhaust gas condenser with the highest exhaust gas temperatures. The acid separator is in particular arranged downstream of the first condensation section. Therefore, condensates with different acid contents are deposited on the different separators. Due to the constituents contained in the exhaust gas, in addition to water, sulfuric acid, nitric acid and hydrochloric acids also condense. In order to keep the acid content of the condensate used for water injection low now, separators are now provided at different locations to now first deposit the essential acid moieties.

Die bei der Kondensation als erstes gewonnenen Kondensattropfen sind am aggressivsten. Der Anteil der Säuren im Abgasstrom ist gering. Jedoch kann zur Verdeutlichung ein reines Säuren-Wasser-Gemisch betrachtet werden, um Qualitativ die zu erwartenden Säureanteil bei der Kondensation zu ordnen. Ein reines Schwefelsäure-Wasser-Gemisch bzw. H2SO4-H2O-Gemisch hat bei Umgebungsdruck einen Taupunkt von etwa 104°C. Der Schwefelsäureanteil der ersten Tropfen liegt ungefähr bei 35 Prozent. Ein reines Salpetersäure-Wasser-Gemisch bzw. HNO3-H2O-Gemisch hat einen ähnlichen Taupunkt wie reines Wasser von 54°C. Der Salpetersäureanteil bei den ersten Tropfen der Kondensation liegt hier bei ungefähr 5 Prozent. Chloride sind zwar nicht ein Produkt der Verbrennung, können aber mit der Umgebungsluft bspw. in der Nähe eines Sees oder durch Streusalz in den Weg des Abgasstroms eintreten. Die Anteil an Salzsäure (HCl) im Kondensat ist nur gering. Hierdurch ist erkennbar, dass zunächst Schwefelsäure aus dem Abgasstrom auskondensiert. Die Kondensation der Schwefelsäure findet insbesondere bei Abgastemperaturen statt, die oberhalb von 110° Celsius liegen. Wenn die Abgastemperatur unterhalb von 59° Celsius liegt, so kondensiert im wesentlichen Wasser (H2O), Salpetersäure und Salzsäure aus, wobei der Anteil dieser beiden Säuren mit sinkender Temperatur kleiner wird. Durch die Erfindung können nun insbesondere die Schwefelsäureanteile mittels eines separaten Abscheiders abgeschieden werden. The condensate drops first obtained in the condensation are the most aggressive. The proportion of acids in the exhaust gas stream is low. However, for the sake of clarity, a pure acid-water mixture can be considered in order to qualitatively arrange the expected acid content during the condensation. A pure sulfuric acid-water mixture or H 2 SO 4 -H 2 O mixture has a dew point of about 104 ° C at ambient pressure. The sulfuric acid content of the first drops is approximately 35 percent. A pure nitric acid-water mixture or HNO 3 -H 2 O mixture has a similar dew point as pure water of 54 ° C. The nitric acid content in the first drops of condensation is about 5 percent. Although chlorides are not a product of combustion, they can enter the path of the exhaust gas flow with the ambient air, for example near a lake or through road salt. The proportion of hydrochloric acid (HCl) in the condensate is low. As a result, it can be seen that initially sulfuric acid condenses out of the exhaust gas stream. The condensation of the sulfuric acid takes place in particular at exhaust gas temperatures which are above 110 ° Celsius. If the exhaust gas temperature is below 59 ° C, essentially condenses water (H 2 O), nitric acid and hydrochloric acid, the proportion of these two acids with decreasing temperature is smaller. By means of the invention, in particular the sulfuric acid components can now be separated by means of a separate separator.

Wenn der Abgasstrom in den Abgaskondensator eintritt, können beispielsweise Temperaturbereiche zunächst von 400 bis 500°C auftreten, wobei nach der Abkühlung des Abgasstroms bei der weiteren Durchströmung des Abgaskondensators Temperaturbereiche von unter 104°C bis beispielsweise 60°C auftreten, wobei bei diesen Temperaturbereichen im wesentlichen Schwefelsäure neben Wasser in dem Kondensat enthalten ist. Bei Temperaturbereichen von unter 54°C ist Salpetersäure im Kondensat enthalten.If the exhaust gas stream enters the exhaust gas condenser, for example, temperature ranges can initially occur from 400 to 500 ° C., whereby after cooling the exhaust gas flow in the further flow through the exhaust gas condenser temperature ranges from below 104 ° C to 60 ° C, for example, at these temperature ranges essential sulfuric acid is contained in the condensate in addition to water. At temperatures below 54 ° C, nitric acid is contained in the condensate.

Ein der ersten Kondensationsstrecke zugeordnete Abscheider dient dabei als Säureabscheider. Dieser Säureabscheider ist vorzugsweise als Tropfenabscheider ausgebildet. Es können mehrere Säureabscheider vorhanden sein, die jeweils unterschiedlichen Kondensationsstrecken zugeordnet sind. Der letzte Abscheider ist als Wasserabscheider ausgebildet und dient dazu das Wasser zur Wassereinspritzung zu sammeln. Dieser Wasserabscheider gewinnt nun ein Kondensat mit einem geringeren Säureanteil. Dieses Kondensat mit einem hohen Wasseranteil kann insbesondere zur Wassereinspritzung und bei einer zu ladenden Luftkühlung verwendet werden. Die Korrosionsgefahr der Bauteile, die bei der Wassereinspritzung mit dem Kondensat in Berührung kommen ist hierdurch verringert. In bevorzugter Ausgestaltung sind ein Säureabscheider und genau ein Wasserabscheider vorgesehen.A separator associated with the first condensation section serves as an acid separator. This acid separator is preferably designed as a droplet separator. There may be several acid separators, each associated with different condensation routes. The last separator is designed as a water separator and serves to collect the water for water injection. This water separator now gains a condensate with a lower acid content. This condensate with a high water content can be used in particular for water injection and for an air cooling to be charged. The risk of corrosion of the components that come into contact with the condensate during the water injection is thereby reduced. In a preferred embodiment, an acid separator and exactly one water separator are provided.

Die Kondensationsstrecken werden von einem Kühlmittelstrom vorzugsweise in Form eines Luftstroms angeströmt. Da eine Luftstromkühlung verwendet wird, ist der Kühleffekt auf den Kondensationsstrecken unterschiedlich stark je nach dem mit welcher Geschwindigkeit das Fahrzeug bewegt wird. Die Verwendung von Luft als Kühlmittel hat den Vorteil, dass kein zusätzliches Peltier-Element oder eine Klimaanlage vorgesehen sein muss, um eine Kühlung bereitzustellen. Die Kondensationsstrecken werden vorzugsweise von der Umgebungsluft des Fahrzeugs bei der Fahrt angeströmt. Alternativ könnte ein Motorkühlmittel verwendet werden. Luft als Kühlmittel hat jedoch den Vorteil, dass tiefere Temperaturen als mit einem Motorkühlmittel erreicht werden können. Der Abgaskondensator ist insbesondere im hinteren Bereich des Fahrzeugs am Ende des Abgasstrangs angeordnet.The condensation sections are preferably flowed by a coolant flow in the form of an air flow. Since airflow cooling is used, the cooling effect on the condensation sections varies greatly depending on the speed with which the vehicle is moved. The use of air as a coolant has the advantage that no additional Peltier element or air conditioning system must be provided to provide cooling. The condensation sections are preferably flown by the ambient air of the vehicle while driving. Alternatively, an engine coolant could be used. However, air as a coolant has the advantage that lower temperatures than with an engine coolant can be achieved. The exhaust gas condenser is arranged in particular in the rear region of the vehicle at the end of the exhaust gas line.

Die Kondensationsstrecken erstrecken sich quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs. Dies hat den Vorteil, dass die Kondensationstrecken von einem großen Kühlluftstrom angeströmt werden. Die Kondensationsstrecken weisen vorzugsweise jeweils mehrere beabstandete Leitungen auf, um eine große von dem Luftstrom angeströmte Oberfläche zur Verfügung zu stellen. Die Kondensationsstrecken sind beabstandet zueinander angeordnet.The condensation sections extend transversely to the longitudinal direction of the motor vehicle. This has the advantage that the condensation sections are flown by a large flow of cooling air. The condensation sections preferably each have a plurality of spaced lines in order to provide a large surface streamed by the air flow. The condensation sections are arranged at a distance from one another.

In bevorzugter Ausgestaltung erfolgt eine Regelung des Kühlmittelstroms. Hierzu ist vorzugsweise eine verschiebbare Abschirmung vorhanden, wobei die Abschirmung der ersten Kondensationsstrecke zugeordnet ist. In die erste Kondensationsstrecke strömt das Abgas mit den höchsten Abgastemperaturen ein. In einer abschirmenden Stellung der Abschirmung wird die erste Kondensationsstrecke zumindest teilweise durch die Abschirmung von dem Kühlmittelstrom insbesondere dem Luftstrom abgeschirmt. In einer freigebenden Stellung gibt die Abschirmung die erste Kondensationsstrecke weiter für den Kühlluftstrom frei als in der abschirmenden Stellung. Die Abschirmung kann als Jalousie oder als Rollo ausgebildet sein. Ein Schließen der Jalousie bzw. des Rollos bewirkt eine Temperaturerhöhung, ein Öffnen, eine Temperaturreduzierung. Der auf die erste Kondensationsstrecke wirkende Kühlmittelstrom ist somit regelbar und/oder steuerbar. Hier ist eine Regelung und/oder Steuerung der Kühlung speziell im Bereich der hohen Temperaturen möglich. Hierdurch kann die Säureabscheidung gezielt beeinflusst werden. Es ist vorteilhaft, dass nicht der Gesamtkühlmittelstrom regelbar oder steuerbar ist, sondern lediglich eine Regelung oder Steuerung eines Kühlmittelstroms im Bereich der hohen Temperaturen, d. h. im Bereich der ersten Kondensationsstrecke möglich ist. Durch die gezielte Regelung des Luftstroms im Bereich der ersten Kondensationsstrecke kann die Temperatur gezielt auf einen bestimmten Temperaturbereich geregelt werden, um somit Tropfen mit hohem Säuregehalt zu kondensieren und abzuscheiden. Hierdurch wird die Kühlwirkung des Kühlmittels besonders gut ausgenutzt.In a preferred embodiment, a control of the coolant flow takes place. For this purpose, preferably a displaceable shield is provided, wherein the shield is assigned to the first condensation section. The exhaust gas with the highest exhaust gas temperatures flows into the first condensation section. In a shielding position of the shield, the first condensation path is at least partially shielded by the shield of the coolant flow in particular the air flow. In a releasing position, the shield further releases the first condensation section for the cooling air flow than in the shielding position. The shield can be designed as a blind or as a roller blind. Closing the blind or roller blind causes a temperature increase, an opening, a temperature reduction. The coolant flow acting on the first condensation section is thus controllable and / or controllable. Here is a control and / or control of cooling, especially in the field of high temperatures possible. As a result, the acid deposition can be influenced in a targeted manner. It is advantageous that not the total coolant flow is controllable or controllable, but only a regulation or control of a coolant flow in the range of high temperatures, ie in the region of the first condensation section is possible. Through the targeted regulation of Air flow in the region of the first condensation section, the temperature can be controlled specifically to a certain temperature range, thus condensing and precipitating drops with a high acid content. As a result, the cooling effect of the coolant is particularly well utilized.

Die eingangsgenannten Nachteile sind daher vermieden, entsprechende Vorteile sind erzielt.The aforementioned disadvantages are therefore avoided, corresponding advantages are achieved.

Es gibt nun eine Vielzahl von Möglichkeiten, den Abgaskondensator auszugestalten und weiterzubilden. Hierfür darf zunächst auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche verwiesen werden. Im Folgenden darf eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung anhand der Zeichnung und der dazugehörigen Beschreibung näher erläutert werden. In der Zeichnung zeigt:There are now a variety of ways to design and further develop the exhaust gas condenser. For this purpose, reference may first be made to the claims subordinate to claim 1. In the following, a preferred embodiment of the invention with reference to the drawings and the associated description may be explained in more detail. In the drawing shows:

1 in einer stark schematischen Draufsicht ein Abgaskondensator, und 1 in a highly schematic plan view of an exhaust gas condenser, and

2 in einem Diagramm Taupunkte von Schwefelsäure, Salzsäure und Salpetersäure aufgetragen über die Konzentration, 2 in a diagram dew points of sulfuric acid, hydrochloric acid and nitric acid plotted on the concentration,

In 1 ist eine nicht näher bezeichnete Anordnung zur Kondensatförderung dargestellt. Die Anordnung weist einen Abgaskondensator 1 auf. Der Abgaskondensator 1 ist an einem Kraftfahrzeug verbaut.In 1 an unspecified arrangement for condensate removal is shown. The arrangement has an exhaust gas condenser 1 on. The exhaust gas condenser 1 is installed on a motor vehicle.

Der Abgaskondensator 1 ist Teil eines Abgasstrangs 2 und wird von einem Abgasstrom gespeist. Mittels des Abgasstrangs 2 wird das von einem Verbrennungsmotor 3 erzeugte Abgas zu dem Abgaskondensator 1 geleitet. Der Abgasstrang 2 verzweigt dabei an einer Verzweigungsstelle 4. In einem stromabwärts der Verzweigungsstelle 4 liegenden Teilstrang 5 ist der Abgaskondensator 1 angeordnet. In einem weiteren Teilstrang 6 ist eine Abgasklappe 7 angeordnet. Mittels der Abgasklappe 7 ist der Teilstrang 6 zumindest teilweise insbesondere vollständig verschließbar, so dass der Abgasstrom zumindest teilweise, insbesondere vollständig durch den Abgaskondensator 1 geleitet wird. Der Abgaskondensator 1 dient zur Gewinnung von Kondensat aus dem Abgasstrom. Der Abgaskondensator 1 weist nun drei Kondensationsstrecken 8, 9, 10 auf. Die Kondensationsstrecken 8, 9, 10 sind wendelförmig angeordnet.The exhaust gas condenser 1 is part of an exhaust system 2 and is powered by an exhaust gas stream. By means of the exhaust line 2 This is done by an internal combustion engine 3 generated exhaust gas to the exhaust gas condenser 1 directed. The exhaust system 2 Branches at a branch point 4 , In a downstream of the branching point 4 lying sub-string 5 is the exhaust gas condenser 1 arranged. In another sub-string 6 is an exhaust flap 7 arranged. By means of the exhaust flap 7 is the substring 6 at least partially, in particular completely closed, so that the exhaust gas flow at least partially, in particular completely by the exhaust gas condenser 1 is directed. The exhaust gas condenser 1 used to recover condensate from the exhaust stream. The exhaust gas condenser 1 now has three condensation sections 8th . 9 . 10 on. The condensation routes 8th . 9 . 10 are arranged helically.

Der Abgaskondensator 1 ist derart an einem Kraftfahrzeug angeordnet, so dass die Kondensationsstrecken 8, 9, 10 sich quer zur Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erstrecken. Die Kondensationsstrecke 10 ist dabei weiter vorne in Bezug zum Kraftfahrzeug und die Kondensationsstrecke 8 ist weiter hinten in Bezug zum Kraftfahrzeug angeordnet. Die Kondensationsstrecke 9 ist zwischen den Kondensationsstrecken 8 und 10 angeordnet. Das aus dem Teilstrang 5 einströmende Abgas gelangt zunächst in die erste Kondensationsstrecke 8, danach in die Kondensationsstrecke 9 und schließlich in die Kondensationsstrecke 10. Die Kondensationsstrecken 8, 9, 10 werden außen von einem Kühlmittel 11 angeströmt und gekühlt. Das im Inneren der Kondensationsstrecken 8, 9, 10 strömende Abgas wird dadurch abgekühlt.The exhaust gas condenser 1 is arranged on a motor vehicle, so that the condensation sections 8th . 9 . 10 extend transversely to the longitudinal direction of the motor vehicle. The condensation route 10 is further ahead in relation to the motor vehicle and the condensation section 8th is located further back relative to the motor vehicle. The condensation route 9 is between the condensation stretches 8th and 10 arranged. That from the substring 5 incoming exhaust gas first enters the first condensation section 8th , then into the condensation section 9 and finally into the condensation section 10 , The condensation routes 8th . 9 . 10 be outside of a coolant 11 streamed and cooled. The inside of the condensation sections 8th . 9 . 10 flowing exhaust gas is thereby cooled.

Entlang der Kondensationsstrecken 8, 9, 10 ergibt sich ein Temperaturgefälle. Im Inneren an den Randbereichen bzw. in den inneren Begrenzungsflächen der Kondensationsstrecken 8, 9, 10 kondensiert ein entsprechendes Kondensat aus dem Abgasstrom aus. Die Zusammensetzung des Kondensats hängt von den Taupunkten der im Abgasstrom enthaltenen Komponenten ab. Wünschenswert ist, dass als Kondensat im wesentlichen Wasser gewonnen wird, um dieses Wasser zur Wassereinspritzung zu verwenden. In dem Abgaskondensat bilden sich jedoch auch Säuren. Durch eine Wassereinspritzung kann eine Ladeluftkühlung erfolgen und somit eine Leistungssteigerung des Verbrennungsmotors 3 erzielt werden.Along the condensation trails 8th . 9 . 10 there is a temperature gradient. Inside at the edge areas or in the inner boundary surfaces of the condensation sections 8th . 9 . 10 Condensates a corresponding condensate from the exhaust stream. The composition of the condensate depends on the dew points of the components contained in the exhaust stream. It is desirable that substantially water is recovered as the condensate to use this water for water injection. However, acids also form in the exhaust gas condensate. By a water injection can be done intercooling and thus an increase in performance of the internal combustion engine 3 be achieved.

In 2 sind die Taupunktkurven, d. h. die Taupunkte in Grad Celsius über der Konzentration in ppm für Schwefelsäure (H2SO4), Salzsäure (HCL) sowie Salpetersäure (HNO3) aufgetragen. Gut ersichtlich ist, dass Schwefelsäure in hoher Konzentration bei hohen Temperaturen oberhalb von 110° Celsius kondensiert. Hiermit ergibt sich ein höherer Schwefelsäuregehalt und Kondensat bei hohen Temperaturen. Ein reines Schwefelsäurewassergemisch mit einem Taupunkt von etwa 104°C hat einen maximalen Säureanteil der ersten Tropfen von ca. 35 Prozent. Da im Abgasstrom noch andere Komponenten enthalten sind, ergibt sich der in 2 dargestellte Verlauf der Taupunkte.In 2 are the dew point curves, ie the dew point in degrees Celsius above the concentration in ppm for sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hydrochloric acid (HCL) and nitric acid (HNO 3 ) applied. It can be clearly seen that sulfuric acid condenses in high concentration at high temperatures above 110 ° Celsius. This results in a higher sulfuric acid content and condensate at high temperatures. A pure sulfuric acid water mixture with a dew point of about 104 ° C has a maximum acid content of the first drop of about 35 percent. Since other components are contained in the exhaust stream, the results in 2 illustrated course of the dew points.

Im Bereich unterhalb von ca. 60° Celsius beginnt hauptsächlich Wasser (H2O) auszukondensieren. Das Kondensat kann dabei zusätzlich Salpetersäure und Salzsäure in geringen Konzentrationen aufweisen.In the range below approx. 60 ° C, mainly water (H 2 O) begins to condense. The condensate can additionally have nitric acid and hydrochloric acid in low concentrations.

Wenn die Temperatur des Abgases unterhalb von 59° Celsius liegt, so beginnt zusätzlich Salzsäure (HCl) auszukondensieren. Chloride sind zwar nicht ein Produkt einer Verbrennung im Verbrennungsmotor 3, können aber mit der Luft aus der Umgebung, in der Nähe von Seen oder durch Streusalz auf der Straße ebenfalls in geringen Teilen in den Abgasstrom eintreten. Obwohl die Konzentration an Salzsäure im Abgasstrom deutlich geringer ist, kann die Salzsäurekondensation relevant sein, da Salzsäure eine aggressive Säure ist. If the temperature of the exhaust gas is below 59 ° C, then hydrochloric acid (HCl) begins to condense. Chlorides are not a product of combustion in internal combustion engines 3 but can also enter the exhaust gas stream with the ambient air, near lakes or road salt on the road. Although the concentration of hydrochloric acid in the exhaust stream is significantly lower, the hydrochloric acid condensation may be relevant because hydrochloric acid is an aggressive acid.

Wenn die Temperatur des Abgases unterhalb von 54° Celsius liegt, so beginnt Wasser und zusätzlich Salpetersäure (HNO3) auszukondensieren. Ein reines Salpetersäure-Wasser-Gemisch mit einem Taupunkt von 54°C hat eine maximale Säurekonzentration bei dem ersten Tropfen von 5 Prozent.If the temperature of the exhaust gas is below 54 ° Celsius, then water and additional nitric acid (HNO 3 ) begins to condense. A pure nitric acid-water mixture with a dew point of 54 ° C has a maximum acid concentration in the first drop of 5 percent.

Im Folgenden darf auf wiederum auf 1 Bezug genommen werden. Zur Abscheiung des Kondensats sind nun mehrere Abscheider 12, 13 vorgesehen. Der Abscheider 12 ist dabei der Kondensationsstrecke 8 und der Abscheider 13 ist den Kondensationsstrecken 9, 10 zugeordnet. Die Kondensationsstrecke 8 kann ein Gefälle zu dem Abscheider 12 aufweisen. Ferner können die Kondensationsstrecken 8, 10 ein Gefälle hin zu dem Abscheider 13 aufweisen, um den Abfluss des Kondensats zu verbessern. Der Abgaskondensator 1 ist nun so konstruiert, dass ein geeigneter Abscheider 12, 13 im richtigen Temperaturbereich vorhanden ist.The following may turn on 1 Be referred. For the separation of the condensate are now several separators 12 . 13 intended. The separator 12 is the condensation section 8th and the separator 13 is the condensation routes 9 . 10 assigned. The condensation route 8th may be a gradient to the separator 12 exhibit. Furthermore, the condensation routes can 8th . 10 a slope towards the separator 13 have to improve the drainage of the condensate. The exhaust gas condenser 1 is now designed to be a suitable separator 12 . 13 in the right temperature range is available.

Die Abgastemperaturen im Fahrzeugbetrieb ändern sich dynamisch. Der Temperaturbereich der ersten Kondensationsstrecke 8 ist insbesondere regelbar. Dies wird insbesondere dadurch erzielt, dass der auf die erste Kondensationsstrecke 8 wirkende Kühlmittelstrom regelbar und/oder steuerbar ist. Die Kondensationsstrecken 8, 9, 10 werden durch einen Kühlluftstrom wie dargestellt angeströmt.The exhaust gas temperatures in vehicle operation change dynamically. The temperature range of the first condensation section 8th is in particular controllable. This is achieved in particular by the fact that the first condensation section 8th acting coolant flow is adjustable and / or controllable. The condensation routes 8th . 9 . 10 are flowed through by a cooling air flow as shown.

Es ist nun eine verschiebbare Abschirmung 14 vorhanden. Die Abschirmung 14 kann als Rollo oder Jalousie ausgebildet sein. Die Abschirmung 14 ist der ersten Kondensationsstrecke 8 mit den demnach höchsten Abgastemperaturen zugeordnet. In einer abschirmenden Stellung schirmt die Abschirmung 14 die erste Kondensationsstrecke 8 zumindest teilweise von dem Kühlluftstrom ab. In einer die erste Kondensationsstrecke 8 weiter freigebenden Stellung wird ein größerer Bereich der Kondensationsstrecke 8 von dem Kühlluftstrom 11 angeströmt. Die Abschirmung 14 ist durch einen nicht dargestellten Aktuator verstellbar. Je nachdem in welcher Stellung oder in welcher Zwischenstellung die Abschirmung 14 angeordnet ist, erreicht mehr oder weniger von dem Kühlmittel 11 bzw. der Luft die erste Kondensationsstrecke B. Hierdurch kann auch bei niedrigeren Abgastemperaturen die Kondensation in der ersten Kondensationsstrecke 8 auf einem derart hohen Niveau gehalten werden, dass ein hoher Anteil der Säure in den ersten Abscheider 12 gelangt.It is now a sliding shield 14 available. The shield 14 can be designed as a roller blind or blind. The shield 14 is the first condensation section 8th associated with the highest exhaust gas temperatures. In a shielding position shields the shield 14 the first condensation section 8th at least partially from the cooling air flow. In one the first condensation section 8th further releasing position becomes a larger area of the condensation section 8th from the cooling air flow 11 incident flow. The shield 14 is adjustable by an actuator, not shown. Depending on the position or in which intermediate position the shield 14 is arranged, reaches more or less of the coolant 11 or the air, the first condensation path B. This allows condensation at lower temperatures in the first condensation section 8th be kept at such a high level that a high proportion of the acid in the first separator 12 arrives.

Der erste Abscheider 12 ist vorzugsweise als Tröpfchenabscheider ausgebildet. Der Abscheider 12 ist als Säurenabscheider ausgebildet bzw. dient in diesem zur Abscheidung des Kondensats mit einer größeren Säurekonzentration. Der nachgeordnete Abscheider 13 ist als Wasserabscheider ausgebildet, wobei das mittels des Abscheiders 13 enthaltene Kondensat einen höheren Wasseranteil aufweist als das in dem Abscheider 12 aufgefangene Kondensat. Der Abscheider 12 zur Abscheidung von Säuren ist im Bereich mit hohen Abgastemperaturen angeordnet. Da der größte Teil der Säuren in einem bestimmten Temperaturbereich auskondensiert, wobei dieser Temperaturbereich druckabhängig ist, ist im Fahrzeugbetrieb oft die Regelung der Temperaturen, insbesondere der dem als Säureabscheider dienenden Abscheider 13 vorgelagerten Kondensationsstrecke 8 zu achten. Die Regelung erfolgt hier durch eine Regelung des Kühlmittelmassenstroms.The first separator 12 is preferably formed as a droplet. The separator 12 is designed as an acid separator or serves in this for the deposition of the condensate with a greater acid concentration. The downstream separator 13 is designed as a water separator, wherein the means of the separator 13 contained condensate has a higher water content than that in the separator 12 Trapped condensate. The separator 12 for the separation of acids is arranged in the region with high exhaust gas temperatures. Since most of the acids condenses out in a certain temperature range, with this temperature range being pressure-dependent, the regulation of the temperatures, in particular of the separator serving as an acid separator, is often in vehicle operation 13 upstream condensation section 8th to pay attention. The regulation takes place here by a regulation of the coolant mass flow.

Der hier dargestellte Abgaskondensator 1 ist luftgekühlt. Der auf die erste Kondensationsstrecke 8 wirkende Kühlmittelstrom ist regelbar und/oder steuerbar. Da in der Regelung des Gesamtkühlmittelvolumens die Wasserkondensation im kälteren Teil – d. h. in den Kondensationsstrecken 8 und 9 – reduzieren würde, ist eine separate Regelung der Kondensationsstrecke 8, d. h. des Bereichs mit hohen Temperaturen notwendig. Durch die Abschirmung 14 in Form der Jalousie oder des Rollos kann dies erreicht werden. Der Bereich mit den hohen Temperaturen, d. h. insbesondere die Kondensationsstrecke 8 kann von der dem Kühlmittelstrom, d. h. der Kühlluft abgeschirmt werden. Ein Verschließen der Jalousie bzw. des Rollos bewirkt also eine Temperaturerhöhung, ein Öffnen der Jalousie bzw. des Rollos bewirkt eine Temperaturreduzierung.The exhaust gas condenser shown here 1 is air cooled. The first condensation section 8th acting coolant flow is adjustable and / or controllable. As in the control of the total coolant volume, the water condensation in the colder part - ie in the condensation sections 8th and 9 - would reduce, is a separate control of the condensation line 8th , ie the area with high temperatures necessary. Through the shield 14 this can be achieved in the form of the blind or the roller blind. The area with the high temperatures, ie in particular the condensation section 8th can be shielded from the coolant flow, ie the cooling air. Closing the blind or the blinds thus causes an increase in temperature, opening the blind or the blinds causes a reduction in temperature.

Alternativ kann der Abgaskondensator 1 mit einer Flüssigkeit gekühlt werden (nicht dargestellt). Hierbei ist der Kühlmittelstrom zu der Kondensationsstrecke 8 mit den höchsten Abgastemperaturen durch Steuerung und Temperierung des Kühlmittelstroms 11 regelbar.Alternatively, the exhaust gas condenser 1 be cooled with a liquid (not shown). Here, the coolant flow to the condensation section 8th with the highest exhaust gas temperatures through control and temperature control of the coolant flow 11 adjustable.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Abgaskondensatorflue gas condenser
22
Abgasstrangexhaust gas line
33
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
44
Verzweigungsstellebranching point
55
Teilstrangpartial strand
66
Teilstrangpartial strand
77
Abgasklappeexhaust flap
88th
Kondensationsstreckecondensation section
99
Kondensationsstreckecondensation section
1010
Kondensationsstreckecondensation section
1111
Kühlmittelcoolant
1212
Abscheiderseparators
1313
Abscheiderseparators
1414
Abschirmungshielding

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10026695 C1 [0004] DE 10026695 C1 [0004]

Claims (8)

Abgaskondensator (1) zur Gewinnung von Kondensat aus einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors (3) mit mindestens einer Kondensationsstrecke (8, 9, 10) und mindestens einem Abscheider (12, 13), wobei die mindestens eine Kondensationsstrecke (8, 9, 10) von dem Abgasstrom durchströmbar ist, wobei die mindestens eine Kondensationsstrecke (8, 9, 10) zumindest teilweise von einem Kühlmittelstrom (11) kühlbar ist, wobei das Kondensat mit dem mindestens einem Abscheider (12, 13) auffangbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere nacheinander von dem Abgasstrom durchströmbare Kondensationsstrecken (8, 9, 10) vorhanden sind, wobei mehrere Abscheider (12, 13) zum Abscheiden von Kondensat mit unterschiedlichem Säuregehalt vorhanden sind und die Abscheider (12, 13) unterschiedlichen Kondensationsstrecken (8, 9, 10) zugeordnet sind.Exhaust gas condenser ( 1 ) for recovering condensate from an exhaust gas stream of an internal combustion engine ( 3 ) with at least one condensation section ( 8th . 9 . 10 ) and at least one separator ( 12 . 13 ), wherein the at least one condensation section ( 8th . 9 . 10 ) is flowed through by the exhaust stream, wherein the at least one condensation section ( 8th . 9 . 10 ) at least partially from a coolant flow ( 11 ) is coolable, wherein the condensate with the at least one separator ( 12 . 13 ) is trappable, characterized in that a plurality of consecutively durchströmbare of the exhaust gas flow condensation paths ( 8th . 9 . 10 ), with several separators ( 12 . 13 ) are present for the separation of condensate with different acid content and the separator ( 12 . 13 ) different condensation routes ( 8th . 9 . 10 ) assigned. Abgaskondensator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abschirmung (14) vor zumindest einer der Kondensationsstrecken (8) verschiebbar angeordnet ist, wobei mittels der Abschirmung der auf die Kondensationsstrecke (8) wirkende Kühlmittelstrom (11) regelbar und/oder steuerbar ist, wobei in einer abschirmenden Stellung die Abschirmung (14) die Kondensationsstrecke (8) zumindest teilweise von dem Kühlmittelstrom (11) abschirmt, wobei in einer freigebenden Stellung die Abschirmung (14) die Kondensationsstrecke (8) weiter für den Kühlmittelstrom (11) freigibt als in der abschirmenden Stellung.Exhaust gas condenser according to claim 1, characterized in that a shield ( 14 ) in front of at least one of the condensation sections ( 8th ) is arranged displaceably, wherein by means of the shield on the condensation path ( 8th ) acting coolant flow ( 11 ) is controllable and / or controllable, wherein in a shielding position the shield ( 14 ) the condensation section ( 8th ) at least partially from the coolant stream ( 11 ) shielding, wherein in a releasing position the shield ( 14 ) the condensation section ( 8th ) continue for the coolant flow ( 11 ) releases as in the shielding position. Abgaskondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschirmung (14) der als erstes vom Abgasstrom durchströmten Kondensationsstrecke (8) zugeordnet ist.Exhaust gas condenser according to one of the preceding claims, characterized in that the shield ( 14 ) of the first flowed through by the exhaust stream condensation path ( 8th ) assigned. Abgaskondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationsstrecken (8, 9, 10) von einem Kühlluftstrom als Kühlmittelstrom (11) anströmbar sind.Exhaust gas condenser according to one of the preceding claims, characterized in that the condensation sections ( 8th . 9 . 10 ) of a cooling air flow as the coolant flow ( 11 ) are vorströmbar. Abgaskondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der ersten Kondensationsstrecke (8) ein Abscheider (12) zum Abscheiden von Säuren nachgeordnet ist, wobei der Abscheider (12) als Tropfenabscheider ausgebildet ist.Exhaust gas condenser according to one of the preceding claims, characterized in that the first condensation section ( 8th ) a separator ( 12 ) is arranged downstream for the separation of acids, wherein the separator ( 12 ) is designed as a droplet separator. Abgaskondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem als Säureabscheider dienenden Abscheider (12) ein als Wasserabscheider dienende weitere Abscheider (13) stromabwärts der weiteren Kondensationsstrecken (9, 10) nachgeordnet ist.Exhaust gas condenser according to one of the preceding claims, characterized in that the separator serving as an acid separator ( 12 ) serving as a water separator further separator ( 13 ) downstream of the further condensation sections ( 9 . 10 ) is subordinate. Kraftfahrzeug mit einem Abgaskondensator nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationsstrecken (8, 9, 10) zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei die als erstes von dem Abgasstrom durchströmte Kondensationsstrecke (8) am Fahrzeug weiter hinten und als die als letztes vom Abgasstrom durchströmte Kondensationsstrecke (10) weiter vorne am Fahrzeug angeordnet ist.Motor vehicle with an exhaust gas condenser according to one of the preceding claims, characterized in that the condensation sections ( 8th . 9 . 10 ) are arranged at a distance from one another, wherein the first condensate flow through the exhaust gas flow ( 8th ) on the vehicle further back and as the last of the exhaust gas flow through the condensation section ( 10 ) is arranged further forward of the vehicle. Kraftfahrzeug nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationsstrecken (8, 9, 10) sich quer zur Längsrichtung eines Kraftfahrzeugs erstrecken.Motor vehicle according to the preceding claim, characterized in that the condensation paths ( 8th . 9 . 10 ) extend transversely to the longitudinal direction of a motor vehicle.
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