DE102017112217A1 - Exhaust system for deriving an exhaust gas stream of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage zum Ableiten eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend einen Kondensator zum Kondensieren von Wasser aus dem Abgasstrom und umfassend einen Wärmeübertrager mit einer wärmeabgebenden Kammer und einer wärmeaufnehmenden Kammer, wobei die wärmeaufnehmende Kammer ausgebildet ist, Wärme aus dem Abgas aufzunehmen und der wärmeabgebenden Kammer zuzuführen, wobei die wärmeabgebende Kammer ausgebildet ist, Wärme dem Abgas zuzuführen, wobei die wärmeaufnehmende Kammer des Wärmeübertragers stromaufwärts des Kondensators und die wärmeabgebende Kammer des Wärmeübertragers stromabwärts des Kondensators angeordnet ist, um die erforderliche Kühlleistung am Kondensator zu verringern.The invention relates to an exhaust system for discharging an exhaust gas stream of an internal combustion engine, comprising a condenser for condensing water from the exhaust gas flow and comprising a heat exchanger with a heat-emitting chamber and a heat-receiving chamber, wherein the heat-absorbing chamber is adapted to absorb heat from the exhaust gas and the heat-emitting Chamber, wherein the heat-emitting chamber is adapted to supply heat to the exhaust gas, wherein the heat-receiving chamber of the heat exchanger upstream of the condenser and the heat-emitting chamber of the heat exchanger is arranged downstream of the condenser to reduce the required cooling capacity at the condenser.
Description
Die Erfindung betrifft eine Abgasanlage zum Ableiten eines Abgasstromes einer Verbrennungskraftmaschine. The invention relates to an exhaust system for deriving an exhaust gas stream of an internal combustion engine.
Aus der
Die erfindungsgemäße Abgasanlage zum Ableiten eines Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine umfasst einen Kondensator zum Kondensieren von Wasser aus dem Abgasstrom und einen Wärmeübertrager mit einer wärmeabgebenden Kammer und einer wärmeaufnehmenden Kammer, wobei die wärmeaufnehmende Kammer ausgebildet ist, Wärme aus dem Abgas aufzunehmen und der wärmeabgebenden Kammer zuzuführen, wobei die wärmeabgebende Kammer ausgebildet ist, Wärme dem Abgas zuzuführen, wobei die wärmeaufnehmende Kammer des Wärmeübertragers stromaufwärts des Kondensators und die wärmeabgebende Kammer des Wärmeübertragers stromabwärts des Kondensators angeordnet ist. The exhaust system according to the invention for discharging an exhaust gas flow of an internal combustion engine comprises a condenser for condensing water from the exhaust gas flow and a heat exchanger with a heat-emitting chamber and a heat-receiving chamber, wherein the heat-absorbing chamber is adapted to absorb heat from the exhaust gas and feed the heat-emitting chamber the heat-emitting chamber is adapted to supply heat to the exhaust gas, wherein the heat-absorbing chamber of the heat exchanger upstream of the condenser and the heat-emitting chamber of the heat exchanger is arranged downstream of the condenser.
Eine Verbrennungskraftmaschine ist hierbei jegliche Wärmekraftmaschine, die mechanische Arbeit aus der Verbrennung eines chemischen Energieträgers zur Verfügung stellt. Wie sofort ersichtlich ist die erfindungsgemäße Abgasanlage dann vorteilhaft einsetzbar, wenn der Abgasstrom der Verbrennungskraftmaschine dampfförmiges Wasser enthält. Insofern betrifft die Erfindung insbesondere Verbrennungskraftmaschinen, die Wasserstoff oder Kohlenwasserstoffe, wie beispielsweise Benzin, Diesel, Autogas, Erdgas verbrennen. An internal combustion engine here is any heat engine that provides mechanical work from the combustion of a chemical energy source. As can be seen immediately, the exhaust system according to the invention can be used advantageously when the exhaust gas stream of the internal combustion engine contains vaporous water. In this respect, the invention relates in particular to internal combustion engines that burn hydrogen or hydrocarbons, such as gasoline, diesel, LPG, natural gas.
Die Anwendung der erfindungsgemäßen Abgasanlage ist jedoch nicht auf Verbrennungskraftmaschinen begrenzt. Es ist ferner auch eine Anwendung an Brennstoffzellen oder anderen Vorrichtungen denkbar, sofern ein Abgasstrom mit einem Wasserdampfanteil vorliegt und der Wasserdampf überhitzt ist. However, the application of the exhaust system according to the invention is not limited to internal combustion engines. It is also an application to fuel cells or other devices conceivable, provided that an exhaust gas stream is present with a water vapor content and the water vapor is overheated.
Mögliche Vorteile der Erfindung sind die Verringerung der erforderlichen Kühlleistung am Kondensator und der geringeren thermischen Belastung im Kühlkreislauf des Kondensators, da es möglich ist einen heißen Abgasstrom gerade so weit zu kühlen, dass die Temperatur des Abgasstromes knapp über einer Kondensationstemperatur des im Abgasstrom befindlichen Wasserdampfes liegt. Am Kondensator muss dann hauptsächlich die Kondensationswärme abgeführt werden, nicht jedoch die Wärmemenge, die zum Kühlen auf Kondensationstemperatur bzw. auf den Taupunkt, notwendig ist. Ferner ist es hierdurch möglich, das Kühlsystem des Kondensators kleiner zu dimensionieren oder bei höheren Außentemperaturen noch ausreichend Wasser zu kondensieren, da weniger Kühlleistung erforderlich ist. Possible advantages of the invention are the reduction of the required cooling capacity at the condenser and the lower thermal load in the cooling circuit of the condenser, since it is possible to cool a hot exhaust gas flow just enough so that the temperature of the exhaust gas flow is just above a condensation temperature of the water vapor present in the exhaust gas flow , At the condenser then the heat of condensation must be dissipated, but not the amount of heat necessary for cooling to the condensation temperature or to the dew point. Furthermore, it is thereby possible to make the cooling system of the capacitor smaller or to condense sufficient water at higher outside temperatures, since less cooling power is required.
Besonders vorteilhaft für die erfindungsgemäße Abgasanlage ist es, wenn die Abgasanlage einen Wasserabscheider aufweist und der Wasserabscheider stromaufwärts der wärmeabgebenden Kammer des Wärmeübertragers angeordnet ist. Darüber hinaus kann der Wasserabscheider im Kondensator oder stromabwärts des Kondensators angeordnet sein. Das abgeschiedene Wasser kann folglich der Verbrennungskraftmaschine zur Leistungssteigerung oder zur Reduzierung von Abgasemissionen zugeführt werden, sobald es abgeschieden ist. Eine Zwischenlagerung in einem separaten Wassertank ist hierbei ebenfalls denkbar. So ist das aus dem Abgas abgeschiedene Wasser nicht sofort zu verwenden und die Abscheidung kann unabhängig von der Verwendung des Wassers erfolgen. It is particularly advantageous for the exhaust system according to the invention, when the exhaust system has a water separator and the water is arranged upstream of the heat-emitting chamber of the heat exchanger. In addition, the water separator can be arranged in the condenser or downstream of the condenser. The separated water may thus be supplied to the internal combustion engine for increased performance or to reduce exhaust emissions once it is deposited. An intermediate storage in a separate water tank is also conceivable here. Thus, the separated water from the exhaust gas is not immediately used and the deposition can be independent of the use of water.
Das senken des Temperaturniveaus am Kondensator durch die erfindungsgemäße Abgasanlage kann vorteilhaft zu einer weiteren Weiterbildung der Abgasanlage genutzt werden. So ist es kumulativ oder alternativ zu den zuvor genannten Aspekten der Erfindung ebenfalls vorteilhaft, wenn der Kondensator eine wärmeabgebende Kammer aufweist, die an einen Niedertemperatur-Kühlkreislauf der Verbrennungskraftmaschine angeschlossen ist. The lowering of the temperature level at the condenser by the exhaust system according to the invention can be used advantageously to a further development of the exhaust system. Thus, cumulatively or alternatively to the aforementioned aspects of the invention, it is likewise advantageous if the condenser has a heat-emitting chamber which is connected to a low-temperature cooling circuit of the internal combustion engine.
Alternativ oder kumulativ zu der vorstehend beschriebenen Abgasanlage wird ein Verfahren zum Auskondensieren von Wasser aus einem Abgasstroms einer Verbrennungskraftmaschine vorgeschlagen, umfassend die Schritte
- – Kühlen des Abgasstroms,
- – Abscheiden von Wasser aus dem Abgasstrom und
- – Heizen des Abgasstromes,
- Cooling the exhaust stream,
- - Separation of water from the exhaust stream and
- Heating the exhaust stream,
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es vorteilhaft den Abgasstrom mittels kalten Abgases bis zum Erreichen des Taupunktes zu kühlen, so dass im Kondensator dem Abgasstrom lediglich Wärme zum Abscheiden des Wassers entzogen werden muss. Der Kondensator kann somit kleiner dimensioniert werden, wodurch Bauraum und Kosten vermindert werden können. The inventive method makes it possible advantageously to cool the exhaust gas flow by means of cold exhaust gas until reaching the dew point, so that in the condenser the exhaust gas flow only heat must be removed to separate the water. The capacitor can thus be smaller dimensioned, whereby space and costs can be reduced.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt die Preferred embodiments will be explained in more detail with reference to the following figures. It shows the
Die
Die Verbrennungskraftmaschine
Die Begriffe Taupunkt und Kondensationstemperatur sowie auch der Begriff Siedepunkt werden hierbei als äquivalent betrachtet und bezeichnen jene Temperatur, ab welcher Wasser aus dem Abgas auszufallen beginnt. Da der Taupunkt bzw. die Kondensationstemperatur nicht nur vom Druck im Abgas, sondern auch von der Zusammensetzung des Abgases, abhängt, wird der Taupunkt nicht als eine feste Temperatur betrachtet. Insofern ist es im Sinne der erfinderischen Abgasanlage bereits vorteilhaft, wenn im Wärmeübertrager
Im Kondensator
Der Abscheider
Der Kondensator
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Kondensator
Ferner ist es denkbar, die genannten alternativen Ausführungsformen des Kondensators
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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